Review of Terrestrial Reference Frame Establishment Based on Global Geodetic Observing System： Status， Opportunities，and Challenges

LI Xingxing; FU Yuanchen; ZHANG Keke; YUAN Yongqiang; ZOU Xiancai; LI Yingzhe; ZHANG Yan; CHENG Yifan

doi:10.13203/j.whugis20260117

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Review of Terrestrial Reference Frame Establishment Based on Global Geodetic Observing System： Status， Opportunities，and Challenges

Geodesy and Survey Engineering | 更新时间：2026-11-05

- Review of Terrestrial Reference Frame Establishment Based on Global Geodetic Observing System： Status， Opportunities，and Challenges
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 51, Issue 8, Pages: 1597-1610(2026)
- 作者机构：
  
  武汉大学测绘学院，湖北武汉，430079
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20260117
  CLC： P228
- Received：06 May 2026，
  
  Published：05 August 2026
- 稿件说明：
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李星星,付元辰,张柯柯，等.基于全球大地测量观测系统的地球参考框架建立：现状、机遇、挑战[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(8):1597-1610.

LI Xingxing,FU Yuanchen,ZHANG Keke,et al.Review of Terrestrial Reference Frame Establishment Based on Global Geodetic Observing System: Status, Opportunities,and Challenges[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(8):1597-1610.
李星星,付元辰,张柯柯，等.基于全球大地测量观测系统的地球参考框架建立：现状、机遇、挑战[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(8):1597-1610. DOI：10.13203/j.whugis20260117

LI Xingxing,FU Yuanchen,ZHANG Keke,et al.Review of Terrestrial Reference Frame Establishment Based on Global Geodetic Observing System: Status, Opportunities,and Challenges[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(8):1597-1610. DOI：10.13203/j.whugis20260117

摘要

地球参考框架是支撑现代人类活动与社会发展的重要基础设施。全球大地测量观测系统（global geodetic observing system，GGOS）为现代地球参考框架的构建提供核心技术支撑。首先阐述地球参考框架的建立现状，系统梳理GGOS的组成体系，剖析全球导航卫星系统、卫星激光测距、甚长基线干涉测量（very long baseline interferometry，VLBI）、多普勒无线电定轨定位系统四大核心大地测量技术对地球参考框架的贡献，总结多技术融合建立地球参考框架的并置观测方法与不同层次的融合策略；其次，归纳当前GGOS在数据利用不充分、各技术存在系统误差、过度依赖全球地基观测等方面的发展瓶颈，并针对上述瓶颈探讨新一代GGOS的建设可行性，重点分析大型低轨星座、空间基准卫星、空间VLBI卫星对提升地球参考框架精度的新机遇；最后，展望建设新一代GGOS的关键挑战。

Abstract

Objective

The terrestrial reference frame (TRF) constitutes the fundamental basis for global

regional

and national geodetic networks

and it is necessary for the quantitative investigations of Earth system processes. To meet the stringent requirements of geoscientific studies concerning small-scale variations of the Earth system

the global geodetic observing system (GGOS) has established target accuracies of 1 mm in position and 0.1 mm/a in stability for the TRF. As the most accurate realization of the TRF

the international terrestrial reference frame (ITRF) is generated through the integrated processing of multiple space geodetic techniques within GGOS. However

the latest realization

ITRF2020

still falls short of the 1 mm accuracy goal

owing to technique specific systematic errors and uncertainties in local tie measurements at co-location sites. This paper aims to review the current status of TRF establishment within the framework of GGOS

identify opportunities to advance TRF accuracy toward the 1 mm level

and summarize the key scientific and technical challenges facing the next generation GGOS.

Methods

We first review the present status of ITRF realization and the architecture of GGOS

analyzing in detail the contributions of the four space geodetic techniques

namely global navigation satellite system (GNSS)

satellite laser ranging (SLR)

very long baseline interferometry (VLBI)

and Doppler orbitography and radiopositioning integrated by satellite

to the combined solution. The principal limitations of the current GGOS infrastructure are then examined. On this basis

we discuss the prospective architecture of the next generation GGOS

including low Earth orbit (LEO) satellite constellations

co-location geodetic satellites

and space VLBI (SVLBI) satellites

together with their potential contributions to ITRF realization.

Results

The review shows that ITRF2020 has benefited from considerable progress in all four space geodetic techniques

including the expansion of global station networks

advances in instrumentation

and the refinement of data processing models and strategies. Nevertheless

several factors continue to prevent the ITRF from reaching the 1 mm accuracy target

most notably insufficient exploitation of available observations

technique specific systematic errors

and excessive reliance on ground based local ties. The next generation GGOS

represented by space-based observations

can expand the existing observation system and provides an effective means to overcome these limitations. LEO satellite constellations can provide abundant observations linking GNSS satellites with ground stations

thereby strengthening geocenter determination within the GNSS observation. Co-location geodetic satellites enable the integration of GNSS

SLR

and VLBI through onboard space ties

improving the accuracy of key geodetic parameters such as Earth orientation parameters (EOP) and geocenter coordinates relative to any single technique solution. SVLBI satellites can substantially extend baseline lengths within regional VLBI networks. Incorporating SVLBI observations enables the Chinese VLBI network to determine EOP with an accuracy comparable to that of the global network.

Conclusions

The ITRF has progressed substantially through the multifaceted development of GGOS

yet reaching the 1 mm accuracy target requires more advancement. The next generation GGOS

built upon multiple complementary space missions

is expected to provide richer observations

more reliable inter technique ties

and a means of overcoming the constraints of ground-based networks

thereby advancing ITRF accuracy toward the 1 mm level. To realize this vision

several urgent challenges must be addressed

including precise orbit determination for large constellations and complex satellite platforms

the development of rigorous theoretical frameworks for multiple technique combination

and the design of high-performance software capable of processing large scale and heterogeneous geodetic observations.

关键词

Keywords

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