國際地球參考框架

國際地球參考框架是ITRS的具體實現，即它是通過一組固定於地球表面而且假定只作線性運動的大地點的座標及座標變化速率組成，這些站點裝備有不同的空間大地測量系統，並由IERS中心局的地球參考框架部負責建立和維護。國際地球自轉服務組織（IERS）每年將其所屬全球站的觀測數據進行綜合處理分析，得到一個ITRF框架，並以IERS年報和IERS技術備忘錄的形式發佈。

ITRF是IERS中央局的三種產品之一 ^[5]  ，其他兩種產品為：地球自轉參數和ICRS（國際天球參考框架）。ITRF的實現是基於一系列點的座標（sets of station coordinates，SSC）和速度來完成的，這些點的座標和速度是通過空間大地測量技術諸如甚長基線干涉VLBI、激光測月LLR、激光測衞SLR、GPS（起於1991年）和星載多普勒定軌和無線電定位DORIS（起於1994年）的觀測來計算，綜合多個數據分析中心的解算結果構建地球參考框架，由國際地球自轉服務IERS中心局IERS CB根據各分析中心的處理結果進行綜合分析，得出ITRF的最終結果即一組全球站座標和速度場，併發布以供各方面的應用。

計算ITRF的基本步驟如下。

首先，利用站集的速度模型將它們歸化至某一參考曆元t。其次，在參考曆元t處進行最小二乘估計，產生ITRF站座標和每一獨立的SSC相對於ITRF的7個轉換參數，在聯合處理過程中用到的標準模型是基於歐氏空間的相似變換七參數模型，它同兩個地面參考系的轉換模型一致。再次，並址觀測點採用適當的方差約束。最後，ITRF點的速度通過兩種方法求得：一種同計算站座標一樣；另一種通過對兩個曆元的位置求導得出。

自1988年以來，進行聯合處理的數據分析方案已有了很大改進，ITRF97以後的方法均考慮了獨立解的座標、速度方差協方差矩陣。

ITRF已有ITRF 88、ITRF 89、ITRF 90、ITRF 91、ITRF 92、ITRF 93、ITRF 94、ITRF 96、ITRF 97、ITRF 2000、ITRF 2005。常用的有ITRF 94、ITRF 96、ITRF 97、ITRF 2000、ITRF 2005。ITRS的所有ITRF具體實現都是由處於穩定板塊內部的一些觀測站某一曆元的座標和速度維持。 ^[2] 

在研究與地球有關的科技問題時，都需要以地球為參考的座標系，稱為地球座標系，它是大地測量學和地球動力學研究的一種基本座標系。如果把地球潮汐和地殼運動忽略不計，地球重力場和地面點的位置在這個座標系中是固定不變的。也就是説這個座標系僅隨地球自轉而轉動，固定在地球上不變，因而也被稱為地固座標系。地球座標系的建立已有一百多年的歷史，1980年以前主要採用的是光學觀測。隨着空間大地測量的開展，觀測人造的或自然的天體打破了集團或國家獨有的觀測傳統，迫切要求確立與使用公用的地球座標系。但宇宙間不可能存在絕對固定不動的東西，所以建立這種座標系只能通過一種協議結果來體現，因而這種座標系也被稱協議地球參考系（CTRS），它是國際上約定統一採用的地球參考系。世界各國經常使用的國際地球參考框架就是這種座標系的實現。國際地球自轉局（IERS）主要任務是準確及時提供自轉參數。它的目的之一，就是建立與保持這個地球參考框架。該框架是國際大地測量學和地球物理學聯合會（IUGG）、國際大地測量學協會（IAG）、國際天文學會（IAU）專門決定建立的，有關工作由IERS下屬地球參考框架部門負責執行。具體由設在法國巴黎的國家地理院(IGN)大地測量室(LAREG)主持。使用的空間大地測量技術為：激光測月（LLR）；激光測衞（SLR）；甚長基線干涉（VLBI）；全球定位系統（GPS）；多普勒衞星跟蹤和無線電定位系統（DORIS）等，有時也放棄其中某種技術。其基本方法是通過把各空間大地測量站的座標集合起來，利用有關站的觀測結果，就原點差、尺度差和定向差進行平差而確定。 ^[3] 

一個地球參考框架的定義，是通過對框架的定向、原點、尺度和框架時間演變基準的明確定義來實現的。自ITRF建立以來，隨着技術水平的提高和新的側t手段的加入(GPS：1991年；DORIS：1994年)，不同ITRF框架的定義也作了一些改進。其中：

(1)定向基準：TRF93的定向參數與其它的框架之間存在着顯著的旋轉關係。

(2)原點基準：ITRF88至ITRF93的原點以得克薩斯大學空間研究中心CSR的SLR分析結果作為固定基準；ITRF94、ITRF96的原點基準是取SLR和GPS結果的加權平均值。

(3)尺度基準：ITRF88至ITRF93的尺度是以得克薩斯大學空間研究中心（CSR）的SLR分析結果作為固定基準；ITRF94、ITRF96的尺度基準採用了VLBI、SLR和GPS結果的加權平均值。

(4)時間演變基準：ITRF88至ITFR90採用AMO-2絕對板塊運動模型；ITRF91至ITRF92採用NNR-NUIVEL1板塊運動模型；ITRF93加入了IERS的地球自轉參數約束條件，它求出的全球站速度場模型與NNR-NUIVEL1A模型存在一個小的旋轉角；TRF94和ITRF9B仍然採用NNR-NUIVEL1A模型，

框架之間的定義上的不同，造成了框架之間的系統性差異。 ^[4] 

ITRF90是ITRS最初實現的ITRF解，它採用了BIH（國際時間局）最終的座標系BTS87的原點、尺度和定向參數，以保證IERS地球參考系與BIH地球參考系的連續性。ITRF88是ITRF的第一次實現，它的原點、尺度和定向參數與ITRF90一致。

ITRF89、ITRF90的原點和尺度由得克薩斯空間研究中心CSR的SSC解給出，在定向上，相對於ITRF88無整體旋轉。

以上框架都沒有考慮速度場模型，都是以板塊運動模型AMO-2模型作為它們的時間變化模型。

ITRF91以後解的方案與以前相比有了很大的變化。以ITRF94為例，首先它不再採用板塊運動的地球物理學模型歸化測站的位置和速度；其次，對各分析中心的解進行了分類，質量好的、計算了測站位置、速度並有協方差矩陣的解才有資格參加ITR94解的計算。在定向上，摒棄了ITRF93的做法，而與ITRF92在曆元1988.0一致，也就是相對於ITRF91無全球性旋轉。ITRF94的原點特選了一些SLR、GPS和DORIS獨立解的加權平均值。它的尺度採用了VLBI、SLR、GPS和DORIS獨立解的加權平均值。在時間變化上同地球物理學模型NNR-NUVELlA一致。

ITRS公佈了最新的ITRF2000參考框架，它的建立方法、台站數量以及精度較以前的系列都有了質的變化，包括全球364個並址站上的640多個測站，其精度高於ITRF96和ITRF97。

ITRF2000參考框架定義為：其原點通過SLR（CGS，CRL，CSR和JCET中心）數據處理加權平均得到。尺度因子和變化通過VLBI（CUIB，GSFC，SHA）和SLR（CGS，CRL，CSR和JCET中心）數據處理結果加權平均得到；定向參數選擇為曆元1997.0的ITRF97的地球自轉參數。旋轉速率是在ITRF2000速度場的基礎上按照以下4個標準選擇54個台站並附加NNR-NUVELlA模型的無整體旋轉約束。其4個標準如下：

(1)測站連續觀測3年以上；

(2)位於剛性板塊並遠離形變區；

(3)綜合解的速度誤差小於3mm/年；

(4)至少3種觀測技術，且速度殘差小於3mm/年。

通過對GPS連續觀測資料譜的分析，探測到GPS高程具有明顯的季節性變化，而且有的測站上垂直方向季節性變化振幅大於長期項。因此，GPS觀測精度往往會超過地心變化的範圍，因而對地心變化的敏感性較差。另外，不同GPS衞星軌道相差達5cm，這也影響了GPS測量的精度。GPS衞星星座的恢復需要一定的週期、GPS衞星相位中心一直無法精確確定等也是影響GPS測量精度的重要因素，直接影響了地球參考框架的尺度因子。 ^[2]