Nový software VieVS na analýzu VLBI dat Hana Špičáková, Johannes Böhm, Harald Schuh
Seminář Výzkumného centra dynamiky Země 14. ‐ 16. listopadu 2011, zámek Třešť
VLBI – Very Long Baseline Interferometry • • •
radiointerferometrie s velmi dlouhými základnami základní princip: současné pozorování jednoho mimogalaktického zdroje (kvazaru) minimálně dvěma anténami primární pozorovaná veličina: časové zpoždění τ příchodu radiové vlny na druhou stanici • τ dostáváme dnes z korelátoru s přesností 10‐30 ps
1 τ = - b ⋅ WSQ ⋅ k c
k cτ b
• • •
b – spojnice mezi dvěma anténami k – jednotkový vektor ve směru zdroje rotace Země – W: pohyb pólu – S: vlastní rotace – Q: precese + nutace
2
Přednosti VLBI VLBI hraje klíčovou roli při realizaci a udržování globálních referenčních rámců a při určení parametrů zemské orientace • VLBI dovoluje pozorování kvazarů, které realizují nebeský referenční rámec (CRF) • VLBI poskytuje kompletní set parametrů zemské orientace (EOP) a je jedinou technikou, která určuje korekci času dUT1 = UT1 – UTC a dlouhodobou nutaci • VLBI poskytuje přesné určení délky mezinárodních základen, což silně podporuje realizaci a obnovování terestrického referenčního rámce (TRF) se stabilním měřítkem 3
VieVS = Vienna VLBI Software • software na analýzu geodetických VLBI dat • vytvářen na katedře geodézie a geofyziky Technické univerzity ve Vídni • vývoj začal v roce 2008 • první verze zpřístupněna na konci roku 2009 • současná oficiální verze „V1d“ vydaná v srpnu 2011
4
VieVS = Vienna VLBI Software • software je psaný v Matlabu ‐ verze 7.6 a vyšší • velikost 6.5 GB (6.3 GB připadá na NGS soubory, t.j. ASCII soubory obsahující měřené časové zpoždění τ (1979 ‐ 2011)) • VieVS je přístupný zdarma pro nekomerční účely registrovaným uživatelům • v současnosti máme okolo 20‐ti registrací (geodetické instituce v Itálii, Finsku, Rusku, Austrálii, Turecku, Jižní Korei, Brazílii, ...)
5
Vie_init
Vie_mod
Vie_lsm
načítání externích dat ‐ τ, katalogové souřadnice VLBI stanic (ITRF2008, VTRF2008) a kvazarů (ICRF2) ‐ možnost vyřazení libovolných stanic, kvazarů, základen
‐ výpočet teoretického τ dle modelů (IERS Standardy 2010) ‐ vyjádření parciálních derivací τ vzhledem k parametrům (souřadnice stanic, kvazarů, EOP,...)
‐ vyrovnání měření metodou MNČ ‐ určení parametrů
Vie_sched
Vie_sim
Vie_glob
‐ plánování harmonogramu pro VLBI pozorování, tj. jaká stanice bude pozorovat daný kvasar (kdy, jak dlouho, ...)
‐ vytváří umělé NGS soubory se simulovaným τ
‐ kombinace normálních rovnic a globální vyrovnání více VLBI seancí (časový úsek až 30 let) ‐ určení globálních parametrů 6
Grafická uživatelská rozhraní
7
Grafická uživatelská rozhraní
Terestrické referenční rámce ‐ ITRF2005, ITRF2008 ‐ VTRF2005, VTRF2008 ‐ vlastní referenční rámec Nebeské referenční rámce ‐ ICRF rozšíření 2 ‐ ICRF2 (druhá realizace) od 1. 1. 2010 ‐ vlastní referenční rámec Efemeridy nebeských těles ‐ JPL 405 ‐ JPL 421
8
Grafická uživatelská rozhraní Korekce polohy stanic ‐ slapy pevné Země ‐ oceánské slapové zatížení (FES2004 / EOT08a / GOT00 / AG06 / TPXO72) ‐ atmosférické slapové / neslapové zatížení (modely od L. Petrova, T. van Dam, D. Wijayi) ‐ polární slapy (deformace způsobená změnou polohy vektoru rotace ‐ lineární x kubická aproximace střední cesty pólu)
A priorní troposférické gradienty ‐ žádný model ‐ APG (J. Böhm) ‐ DAO (D. MacMillan)
Mapovací funkce (výpočet troposférického zpoždění v obecných elevacích) ‐ VMF1 (J. Böhm) ‐ GMF (J. Böhm)
9
Grafická uživatelská rozhraní
Parametry zemské orientace ‐ série EOP C04 05, C04 08 poskytuje IERS (Mezinárodní služba rotace Země) ‐ vysokofrekvenční ERP (oceánské slapy, librace) ‐ interpolace: lineární x Lagrangeova model precese‐nutace ‐ IAU 2000A ‐ IAU 2006/2000A
10
Vie_mod (modelování τ)
Geocentrický nebeský referenční systém
τ=
GCRS
BCRS
r r k ⋅b c
Lorentzova transformace
gravitační zpoždění
r r bGCRS = QSW ⋅ bTRS
ITRS
Barycentrický nebeský referenční systém zdroj
korekce zpoždění základny
Mezinárodní terestrický referenční systém
Lorentzova transformace BCRS
originál vytvořila Lucia Plank
τ
11
Vie_lsm (vyrovnání MNČ) pozorované zpoždění (observed)
vypočítané zpoždění (computed)
‐ z NGS souborů, opraveno o vliv ionosféry
‐ Vie_mod
o‐c vyrovnání (MNČ)
vektor redukovaných měření
vytvoření normálních rovnic pro jejich společné vyrovnání z více VLBI seancí ve Vie_glob parametry určené z jedné VLBI seance ‐ koeficienty kvadratického polynomu pro modelování hodin ‐ vlhké zenitové zpoždění ‐ troposférické gradienty (severní a východní) ‐ parametry zemské orientace ‐ souřadnice stanic ‐ (souřadnice kvazarů)
12
Vie_glob cyklus přes všechny seance
• roztřídění parametrů v N‐matici a b‐vektoru • redukce parametrů
– vždy redukovány: parametry hodin, zwd a troposférické gradienty – mohou být redukovány: EOP, souřadnice stanic a kvazarů, které nejsou vhodné pro globální vyrovnání ⎡ N11 ⎢N ⎣ 21
N12 ⎤ ⎡ x1 ⎤ ⎡b1 ⎤ ⋅ = N 22 ⎥⎦ ⎢⎣ x2 ⎥⎦ ⎢⎣b2 ⎥⎦
globálně určené p.
•
•
breduc = b1 − N12 ⋅ N 22−1 ⋅ b2
redukované p.
vrstvění (stacking) redukovaných normálních rovnic N = N reduc _ 1 + N reduc _ 2 + ... + N reduc _ nse
•
N reduc = N11 − N12 ⋅ N 22−1 ⋅ N 21
b = breduc _ 1 + breduc _ 2 + ... + breduc _ nse
použití podmínek (conditions and constraints) – NNR/NNT: nulová rotace/translace sítě pro TRF – NNR pro CRF výsledné vyrovnané parametry
(
dx1 = N
)
−1 C REDUC
⋅ bREDUC
13
VieTRF10a • •
nový terestrický rámec VieTRF10a VLBI data: 24 hodinové IVS VLBI seance (1984.0 – 2011.0)
•
57 stanic zahrnuto v globálním vyrovnání (doba observací na těchto stanicích stačí k určení rychlosti stanic (t.j. více než 3 roky))
•
22 stabilních stanic s dobrou observační historií vybráno do NNT/NNR podmínky vůči VTRF2008
14
VieTRF10a • vyrovnané pozice stanic vůči VTRF2008 pro epochu 2000.0 (VieTRF10a – VTRF2008) • zobrazeny stanice, které se zapojily do více než 30‐ti VLBI seancí
radiální složka
• pro většinu stanic je rozdíl souřadnic menší než 1 cm • větší rozdíly jsou na stanicích s kratší dobou pozorování a na nových stanicích
15 horizontální složky
horizontální rychlosti stanic •
porovnání horizontálních rychlostí stanic určených v globálním vyrovnání s rámcem VTRF2008 VieTRF10a VTRF2008
16
parametry určené softwarem VieVS troposféra asymetrická část troposférického zpoždění troposférické gradienty na stanici Wettzell a priori hodnoty modelu DAO: ngr = ‐0.26 mm egr = ‐0.04 mm
vlhké zenitové zpoždění na stanici Westford určené s časovým rozlišením 60 minut výrazná sezónní změna s roční periodou zimní měsíce: ~ 0 cm letní měsíce: ~ 30 cm Æ informace o vodních parách v troposféře
17
parametry určené softwarem VieVS EOP Pohyb zemské osy rotace v nebeském systému Poloha nebeského středního pólu (CIP) v geocentrickém nebeském referenčním systému (GCRS)
přírůstky k modelu precese‐nutace IAU 2006/2000A určené softwarem VieVS
periodický pohyb ‐ volná nutace jádra (FCN) s proměnlivou amplitudou – v současnosti nelze předpovídat
18
Děkuji za pozornost
Hana Spicakova works within the FWF‐Project P23143 Integrated VLBI.
19
