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Millimeter-accuracy SLR bias determination using independent multi-LEO DORIS and GNSS-based orbits
No full textImproved determination of Earth’s mass references combining measurements from different satellite geodetic techniques : Applications in oceanography using satellite altimetry
No full textDans le contexte du changement climatique mondial et la nécessité d'étudier les conséquences de l'ampleur de la fonte des glaces continentales sur le niveau des mers ainsi que sur la répartition des masses fluides à l'échelle du globe, notre travail de thèse s'intéresse aux phénomènes à très grande échelle qui modifient la forme de la Terre, son champ de gravité et l'équilibre de sa rotation. Il se focalise sur la stratégie à mettre en place pour observer et modéliser des variations très fines sur des termes géodynamiques (coefficients de bas degrés) qui sont encore aujourd'hui mal connus, et pourtant déterminants dans l'établissement des références terrestres fondamentales. La première partie de la thèse concerne l'observation du mouvement du géocentre par différentes techniques de mesures géodésiques. Ces travaux débouchent, par une meilleure maîtrise des sources d'erreurs, sur une explication des écarts entre les séries de mesures laser du mouvement du géocentre obtenues sur les satellites LAGEOS (référence actuelle pour l'origine du repère international, ITRF) et celles obtenues indépendamment sur le satellite altimétrique Jason-2 à partir d'observations DORIS/laser/GPS. La deuxième partie de la thèse s'intéresse à la détermination cohérente des coefficients de degrés 0 (coefficient gravitationnel GM), 1 (géocentre), et 2 (inertie/orientation) du champ de pesanteur terrestre. Nous utilisons pour cela les mesures de télémétrie laser disponibles depuis les années 1970 (par exemple, Starlette lancé en précurseur par le CNES dès 1975), car ce sont les seules mesures à caractère absolu qui donnent accès à ces trois premiers degrés. Nos analyses menées sur près de 35 ans aboutissent à une nouvelle valeur de la constante gravitationnelle géocentrique et la détection d'une réponse viscoélastique du manteau de notre planète aux échelles de temps décennales, par combinaison des termes de degré 2 et paramètres d'orientation de la Terre avec les équations d'Euler-Liouville.In the context of the overall climate change and the need to analyze the implications of the record ice-sheet melting for the sea level and global fluid mass redistribution budgets, our PhD work focuses on large-scale phenomena impacting the shape of the Earth, its gravity field, and the stability of its rotation pole. We explore strategies for the observation and modeling of subtle variations in geodynamic parameters (lowermost degree coefficients), which are still poorly constrained, despite their importance in determining fundamental terrestrial references. The first part of this PhD is dedicated to the observation of the geocenter motion, using different geodetic technics. The outcomes of this work provided explanations, through a correct handling of the dominant error sources, for the discrepancies between the reference laser-based LAGEOS geocenter time series (defining the origin of the international frame, ITRF) and independent solutions using DORIS/laser/GPS observations from the Jason-2 altimeter satellite. The second part of this PhD presents a self-consistent determination of the degrees 0 (gravitational coefficient GM), 1 (geocenter motion), and 2 (Earth's figure axis orientation) of the geopotential. To this end, we use the available laser data since the 1970s (e.g., the first geodetic satellite Starlette launched by CNES in 1975), as they are the only absolute measurements making possible the monitoring of the first three degree terms. Based on 35 years of satellite laser tracking, an updated value of the geocentric gravitational coefficient was obtained, and a viscoelastic behavior of the Earth's mantle manifesting at decadal time scales was exhibited, combining the derived figure axis variations of the Earth and polar motion observations with the Euler-Liouville equations
Millimeter accuracy SLR bias determination using independent multi-LEO DORIS and GPS-based precise orbits
No full textSatellite Laser Ranging (SLR) has become an invaluable core technique in numerous geodetic applications. SLR measurements to passive spherical satellites essentially contribute to the determination of geocenter coordinates and global scale in the International Terrestrial Reference Frame (ITRF) realizations. In addition, SLR measurements to active satellites in Low Earth Orbit (LEO) are up to now mostly used for an independent validation of orbit solutions, usually derived by microwave tracking techniques based on Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite (DORIS) or Global Navigation Satellite Systems (GNSS). This allows for the analysis of systematic orbit errors (e.g., originating from poorly known non-gravitational perturbations or sensor offsets) not only in the radial direction (key to satellite altimetry missions), but in three dimensions.
Major obstacles to reach the millimeter accuracy and stability goals of
(at decadal time scales) of the Global Geodetic Observing System (GGOS) are station-satellite measurement biases and on-ground/board coordinate offsets. Among the observatories of the International Laser Ranging Service (ILRS) a large diversity of measurement qualities exists, and the calibration of station-dependent errors is now necessary to further exploit SLR data for present and future climate-driven needs.
We demonstrate that the analysis of SLR data to active LEO satellites equipped with DORIS or GNSS receivers is a promising means to characterize SLR biases and their stability. Using two independent selections of Earth observation missions in LEOs (consisting of six altimetry, three magnetic field and two gravity field satellites) with three different analysis software packages (Bernese, ZOOM, Napeos), we estimate SLR range biases for all involved tracking stations on a yearly basis. We find that for many of the stations independently estimated sets of biases agree on a few-mm level and that the inclusion of satellites from multiple missions allows rendering the bias estimation more robust and in particular less prone to geographically correlated orbit errors. This shows that microwave-derived orbits of active LEO satellites, nowadays of very high quality due to numerous advances in modeling and analysis techniques, can serve as interesting sources for SLR station calibration in demanding climate applications
Amélioration des références massiques de la Terre par synergie entre différentes mesures de géodésie spatiale. Application à l’océanographie par altimétrie spatiale
No full textIn the context of the overall climate change and the need to analyze the implications of the record ice-sheet melting for the sea level and global fluid mass redistribution budgets, our PhD work focuses on large-scale phenomena impacting the shape of the Earth, its gravity field, and the stability of its rotation pole. We explore strategies for the observation and modeling of subtle variations in geodynamic parameters (lowermost degree coefficients), which are still poorly constrained, despite their importance in determining fundamental terrestrial references. The first part of this PhD is dedicated to the observation of the geocenter motion, using different geodetic technics. The outcomes of this work provided explanations, through a correct handling of the dominant error sources, for the discrepancies between the reference laser-based LAGEOS geocenter time series (defining the origin of the international frame, ITRF) and independent solutions using DORIS/laser/GPS observations from the Jason-2 altimeter satellite. The second part of this PhD presents a self-consistent determination of the degrees 0 (gravitational coefficient GM), 1 (geocenter motion), and 2 (Earth’s figure axis orientation) of the geopotential. To this end, we use the available laser data since the 1970s (e.g., the first geodetic satellite Starlette launched by CNES in 1975), as they are the only absolute measurements making possible the monitoring of the first three degree terms. Based on 35 years of satellite laser tracking, an updated value of the geocentric gravitational coefficient was obtained, and a viscoelastic behavior of the Earth’s mantle manifesting at decadal time scales was exhibited, combining the derived figure axis variations of the Earth and polar motion observations with the Euler-Liouville equations.Dans le contexte du changement climatique mondial et la nécessité d’étudier les conséquences de l’ampleur de la fonte des glaces continentales sur le niveau des mers ainsi que sur la répartition des masses fluides à l’échelle du globe, notre travail de thèse s’intéresse aux phénomènes à très grande échelle qui modifient la forme de la Terre, son champ de gravité et l’équilibre de sa rotation. Il se focalise sur la stratégie à mettre en place pour observer et modéliser des variations très fines sur des termes géodynamiques (coefficients de bas degrés) qui sont encore aujourd’hui mal connus, et pourtant déterminants dans l’établissement des références terrestres fondamentales. La première partie de la thèse concerne l’observation du mouvement du géocentre par différentes techniques de mesures géodésiques. Ces travaux débouchent, par une meilleure maîtrise des sources d’erreurs, sur une explication des écarts entre les séries de mesures laser du mouvement du géocentre obtenues sur les satellites LAGEOS (référence actuelle pour l’origine du repère international, ITRF) et celles obtenues indépendamment sur le satellite altimétrique Jason-2 à partir d’observations DORIS/laser/GPS. La deuxième partie de la thèse s’intéresse à la détermination cohérente des coefficients de degrés 0 (coefficient gravitationnel GM), 1 (géocentre), et 2 (inertie/orientation) du champ de pesanteur terrestre. Nous utilisons pour cela les mesures de télémétrie laser disponibles depuis les années 1970 (par exemple, Starlette lancé en précurseur par le CNES dès 1975), car ce sont les seules mesures à caractère absolu qui donnent accès à ces trois premiers degrés. Nos analyses menées sur près de 35 ans aboutissent à une nouvelle valeur de la constante gravitationnelle géocentrique et la détection d’une réponse viscoélastique du manteau de notre planète aux échelles de temps décennales, par combinaison des termes de degré 2 et paramètres d’orientation de la Terre avec les équations d’Euler-Liouville
Amélioration des références massiques de la Terre par synergie entre différentes mesures de géodésie spatiale. Application à l’océanographie par altimétrie spatiale
No full textIn the context of the overall climate change and the need to analyze the implications of the record ice-sheet melting for the sea level and global fluid mass redistribution budgets, our PhD work focuses on large-scale phenomena impacting the shape of the Earth, its gravity field, and the stability of its rotation pole. We explore strategies for the observation and modeling of subtle variations in geodynamic parameters (lowermost degree coefficients), which are still poorly constrained, despite their importance in determining fundamental terrestrial references. The first part of this PhD is dedicated to the observation of the geocenter motion, using different geodetic technics. The outcomes of this work provided explanations, through a correct handling of the dominant error sources, for the discrepancies between the reference laser-based LAGEOS geocenter time series (defining the origin of the international frame, ITRF) and independent solutions using DORIS/laser/GPS observations from the Jason-2 altimeter satellite. The second part of this PhD presents a self-consistent determination of the degrees 0 (gravitational coefficient GM), 1 (geocenter motion), and 2 (Earth’s figure axis orientation) of the geopotential. To this end, we use the available laser data since the 1970s (e.g., the first geodetic satellite Starlette launched by CNES in 1975), as they are the only absolute measurements making possible the monitoring of the first three degree terms. Based on 35 years of satellite laser tracking, an updated value of the geocentric gravitational coefficient was obtained, and a viscoelastic behavior of the Earth’s mantle manifesting at decadal time scales was exhibited, combining the derived figure axis variations of the Earth and polar motion observations with the Euler-Liouville equations.Dans le contexte du changement climatique mondial et la nécessité d’étudier les conséquences de l’ampleur de la fonte des glaces continentales sur le niveau des mers ainsi que sur la répartition des masses fluides à l’échelle du globe, notre travail de thèse s’intéresse aux phénomènes à très grande échelle qui modifient la forme de la Terre, son champ de gravité et l’équilibre de sa rotation. Il se focalise sur la stratégie à mettre en place pour observer et modéliser des variations très fines sur des termes géodynamiques (coefficients de bas degrés) qui sont encore aujourd’hui mal connus, et pourtant déterminants dans l’établissement des références terrestres fondamentales. La première partie de la thèse concerne l’observation du mouvement du géocentre par différentes techniques de mesures géodésiques. Ces travaux débouchent, par une meilleure maîtrise des sources d’erreurs, sur une explication des écarts entre les séries de mesures laser du mouvement du géocentre obtenues sur les satellites LAGEOS (référence actuelle pour l’origine du repère international, ITRF) et celles obtenues indépendamment sur le satellite altimétrique Jason-2 à partir d’observations DORIS/laser/GPS. La deuxième partie de la thèse s’intéresse à la détermination cohérente des coefficients de degrés 0 (coefficient gravitationnel GM), 1 (géocentre), et 2 (inertie/orientation) du champ de pesanteur terrestre. Nous utilisons pour cela les mesures de télémétrie laser disponibles depuis les années 1970 (par exemple, Starlette lancé en précurseur par le CNES dès 1975), car ce sont les seules mesures à caractère absolu qui donnent accès à ces trois premiers degrés. Nos analyses menées sur près de 35 ans aboutissent à une nouvelle valeur de la constante gravitationnelle géocentrique et la détection d’une réponse viscoélastique du manteau de notre planète aux échelles de temps décennales, par combinaison des termes de degré 2 et paramètres d’orientation de la Terre avec les équations d’Euler-Liouville
Amélioration des références massiques de la Terre par synergie entre différentes mesures de géodésie spatiale : Application à l'océanographie par altimétrie spatiale
No full textIn the context of the overall climate change and the need to analyze the implications of the record ice-sheet melting for the sea level and global fluid mass redistribution budgets, our PhD work focuses on large-scale phenomena impacting the shape of the Earth, its gravity field, and the stability of its rotation pole. We explore strategies for the observation and modeling of subtle variations in geodynamic parameters (lowermost degree coefficients), which are still poorly constrained, despite their importance in determining fundamental terrestrial references. The first part of this PhD is dedicated to the observation of the geocenter motion, using different geodetic technics. The outcomes of this work provided explanations, through a correct handling of the dominant error sources, for the discrepancies between the reference laser-based LAGEOS geocenter time series (defining the origin of the international frame, ITRF) and independent solutions using DORIS/laser/GPS observations from the Jason-2 altimeter satellite. The second part of this PhD presents a self-consistent determination of the degrees 0 (gravitational coefficient GM), 1 (geocenter motion), and 2 (Earth's figure axis orientation) of the geopotential. To this end, we use the available laser data since the 1970s (e.g., the first geodetic satellite Starlette launched by CNES in 1975), as they are the only absolute measurements making possible the monitoring of the first three degree terms. Based on 35 years of satellite laser tracking, an updated value of the geocentric gravitational coefficient was obtained, and a viscoelastic behavior of the Earth's mantle manifesting at decadal time scales was exhibited, combining the derived figure axis variations of the Earth and polar motion observations with the Euler-Liouville equations.Dans le contexte du changement climatique mondial et la nécessité d'étudier les conséquences de l'ampleur de la fonte des glaces continentales sur le niveau des mers ainsi que sur la répartition des masses fluides à l'échelle du globe, notre travail de thèse s'intéresse aux phénomènes à très grande échelle qui modifient la forme de la Terre, son champ de gravité et l'équilibre de sa rotation. Il se focalise sur la stratégie à mettre en place pour observer et modéliser des variations très fines sur des termes géodynamiques (coefficients de bas degrés) qui sont encore aujourd'hui mal connus, et pourtant déterminants dans l'établissement des références terrestres fondamentales. La première partie de la thèse concerne l'observation du mouvement du géocentre par différentes techniques de mesures géodésiques. Ces travaux débouchent, par une meilleure maîtrise des sources d'erreurs, sur une explication des écarts entre les séries de mesures laser du mouvement du géocentre obtenues sur les satellites LAGEOS (référence actuelle pour l'origine du repère international, ITRF) et celles obtenues indépendamment sur le satellite altimétrique Jason-2 à partir d'observations DORIS/laser/GPS. La deuxième partie de la thèse s'intéresse à la détermination cohérente des coefficients de degrés 0 (coefficient gravitationnel GM), 1 (géocentre), et 2 (inertie/orientation) du champ de pesanteur terrestre. Nous utilisons pour cela les mesures de télémétrie laser disponibles depuis les années 1970 (par exemple, Starlette lancé en précurseur par le CNES dès 1975), car ce sont les seules mesures à caractère absolu qui donnent accès à ces trois premiers degrés. Nos analyses menées sur près de 35 ans aboutissent à une nouvelle valeur de la constante gravitationnelle géocentrique et la détection d'une réponse viscoélastique du manteau de notre planète aux échelles de temps décennales, par combinaison des termes de degré 2 et paramètres d'orientation de la Terre avec les équations d'Euler-Liouville
GPS‐Based LEO Orbits Referenced to the Earth's Center of Mass
No full textInternational audienceAbstract Global Navigation Satellite System satellite clock solutions of the International Global Navigation Satellite System Service are aligned to the International Terrestrial Reference Frame origin. This strategy is not sufficient to model correctly the Low Earth Orbit (LEO) Global Positioning System (GPS) measurements, because the geocenter motion is not taken into account for the ground station positions in these solutions. In order to be consistent with the dynamic motion of a LEO satellite, and also with the other measurement systems where the geocenter motion can be modeled (e.g., Satellite Laser Ranging and Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite), it is necessary to take into account or mitigate the miscentering effect of the constellation solution. In this paper, we use a parametric model representing the reference network translations, and this model can be adjusted in the OSTM/Jason‐2 and Jason‐3 LEO satellites orbit determination
Systematic errors in Satellite Laser Ranging validations of microwave-based low Earth orbit solutions
No full textInterannual variations of degree 2 from geodetic observations and surface processes
No full textInternational audienc
