Gaia Data Release 1 Documentation release 0

• Source update: This process estimates the five astrometric parameters for all non-solar-system
sources, based on the AstroElementaries linked to each source. To this end it uses the current values
of the attitude, calibration, and global parameters. The source update also determines the down-
weighting factors and excess source noise, which make the overall astrometric model robust against
outliers and sources that do not fit the standard model of stellar motion (Section 3.1.4). The detailed
source model is described in Section 3.3.3 and the source update in Section 3.4.2.
• Attitude update: This process estimates the attitude as function of time, based on all the AstroEle-
mentaries of the primary sources, and using the down-weighting factors and excess source noise
determined in a previous source update to weight the observations. It uses the current values of the
source, calibration, and global parameters. The attitude model is described in Section 3.3.4 and the
attitude update in Section 3.4.2.
• Geometric calibration update: This process estimates the geometric calibration parameters based
on all the AstroElementaries of the primary sources, using the down-weighting factors and excess
source noise determined in a previous source update to weight the observations. The calibration up-
date uses the current values of the source, attitude, and global parameters. The geometric calibration
model is described in Section 3.3.5 and the calibration update in Section 3.4.2.
• Global update: This process estimates the global parameters based on all the AstroElementaries
of the primary sources, using the down weighting factors and excess source noise determined in a
previous source update to weight the observations. The global update uses the current values of the
source, attitude, and calibration parameters. It is described in Section 3.3.6.
• Iteration management: As described above, there is a strong interdependence among the source,
attitude, calibration, and global update processes, in that each one of them needs the parameters
calculated in the other three processes. This dependency is resolved by iterating between the four
updates (or three, if global parameters are not used). This can however be done in many di
fferent
ways, and the convergence of the iteration process depends critically on how it is done. In the
simplest case (known as simple iteration), the four processes are just cyclically executed in sequence.
Simple iteration is very robust, but may require a very large number of iterations to converge. More
sophisticated schemes compute the updates as linear combinations of previous updates, which could
speed up convergence considerable. In practise the only scheme used in addition to the simple
iteration is the classical conjugate gradient algorithm with a Gauss–Seidel preconditioner, which is
well adapted to the way AGIS is organised (Bombrun et al. 2012). The handling of these di
fferent
schemes is described in Section 3.4.5.
• Reference frame alignment: Except for the special Tycho–Gaia Astrometric Solution (TGAS; Sec-
tion 4) used for Gaia DR1, no prior information about the positions and proper motions of the
primary sources is used when computing the astrometric solution. This means that the solution
is (almost) undetermined with respect to six degrees of freedom, corresponding to a misalignment
with respect to the ICRF which is linearly progressing in time. To prevent this from happening, it
is necessary to re-align the provisional reference frame of positions and proper motions, in which
the solution is calculated, with the ICRF. The observations of as many quasars as possible are used
to make the reference frame kinematically non-rotating, while the positions of the optical counter-
parts of radio sources in ICRF2 are used to align the axis directions with the ICRS. This process is
described in Section 3.3.2.
• AGIS post-processing: This prepares the data for integration into the Gaia Main Data Base (MDB),
thus making them available for all other processors. This is described in Section 3.4.4.
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3.1.2
Conventions, notations, nomenclature, and definitions
Author(s): Uli Bastian
The Gaia data processing, like any other complex multi-partner project, needs a set of agreed conventions and
notations to be followed by all partners. Such conventions are needed to ease communication, to avoid misunder-
standings and to streamline the distributed development of software for shared usage.
The DPAC consortium maintains a set of internal documents intending to collect all the necessary conventions.
However, it is neither needed nor useful to expose the users of the Gaia Catalogue(s) to the full set of conventions.
Instead, it is better to restrict the documentation to those which are actually of interest to the external users. Also,
it is not useful to concentrate their description in one place. Rather they should be introduced where needed.
So, for instance, the definitions and notations for angular coordinates, time scales and epochs, as well as relativistic
reference frames are given in the following subsections where they first appear. The agreed fundamental physical
and mathematical constants are briefly described in Section 3.1.8.
The present subsection mentions only a few overarching aspects.
3.1.2.1
Physical units: The SI system
This section is mainly based on the ‘Units home page’ of the National Institute of Standards and Technology
(see the NIST website), which generally agrees with IAU recommendations For interested users we recommend
to read Thompson & Taylor (2008). In summary, The Gaia collaboration uses ‘acceptable SI units’ (as defined
below) as default, plus a few extensions also described below. Following Thompson & Taylor (2008), we interpret
the term ‘SI units’ as the seven SI base units (kg, m, s, mol, A, K, cd; see Section 4.1 in Thompson & Taylor
(2008)), plus the 20 SI derived units (N, V, Hz, Gy, W, etc.; see Section 4.2 in Thompson & Taylor (2008)), plus
the two SI supplementary units (rad and sr; Section 4.2.2 in Thompson & Taylor (2008)), including multiples
and sub-multiples of these units formed by using SI prefixes (M
= 10
6
, k
= 10
3
, µ
= 10
−6
, etc.; Table 5 in
Thompson & Taylor (2008)). The term ‘acceptable SI units’ is taken to denote the ‘SI units’ (as defined above),
plus those units accepted by the CIPM (Comit´e International des Poids et Mesures) for use with the SI (notably
angular degree, arcminute, arcsecond, minute, hour, and day; Tables 6 and 7 in Thompson & Taylor (2008)), plus
those units temporarily accepted for use with the SI (Table 9 and Section 5.2 in Thompson & Taylor (2008)),
including multiples and sub-multiples of these units. We also follow Thompson & Taylor (2008) and the IAU by
recognizing that the use of time intervals expressed in units of Julian years (year), distances in units of parsecs
(pc) or astronomical units (au), and source brightness
/luminosity in units of magnitudes (mag) is allowed. The use
of the non-SI unit Å is ‘temporarily accepted’ by Thompson & Taylor (2008) and ‘deprecated’ by the IAU; we
propose that this unit is not used.
3.1.2.2
Notation of units
The interested reader is strongly advised to consult Thompson & Taylor (2008); we simply list a few specific
remarks which are relevant in the light of Gaia:
• The angular units degree, arcminute, arcsecond may be abbreviated as ‘deg’, ‘arcmin’, ‘arcsec’ or
denoted by the conventional symbols
◦
.
• Sub-multiples of the arcsecond are denoted by ‘mas’ (10
−3
arcseconds, 1 milli-arcsecond) and ‘µas’
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