Nový software VieVS na analýzu VLBI dat

Transkript

1 Nový software VieVS na analýzu VLBI dat Hana Špičáková, Johannes Böhm, Harald Schuh Seminář Výzkumného centra dynamiky Země listopadu 2011, zámek Třešť

2 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 ps cτ k τ = - 1 c b WSQ k b b spojnice mezi dvěma anténami k jednotkový vektor ve směru zdroje rotace Země W: pohyb pólu S: vlastní rotace Q: precese + nutace 2

3 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

4 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

5 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 ( )) 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

6 Vie_init načítání externích dat τ, katalogové souřadnice VLBI stanic (ITRF2008, VTRF2008) a kvazarů (ICRF2) možnost vyřazení libovolných stanic, kvazarů, základen Vie_mod výpočet teoretického τ dle modelů (IERS Standardy 2010) vyjádření parciálních derivací τ vzhledem k parametrům (souřadnice stanic, kvazarů, EOP,...) Vie_lsm vyrovnání měření metodou MNČ určení parametrů Vie_sched plánování harmonogramu pro VLBI pozorování, tj. jaká stanice bude pozorovat daný kvasar (kdy, jak dlouho,...) Vie_sim vytváří umělé NGS soubory se simulovaným τ Vie_glob kombinace normálních rovnic a globální vyrovnání více VLBI seancí (časový úsek až 30 let) určení globálních parametrů 6

7 Grafická uživatelská rozhraní 7

8 Grafická uživatelská rozhraní Terestrické referenční rámce ITRF2005, ITRF2008 VTRF2005, VTRF2008 vlastní referenční rámec Nebeské referenční rámce ICRF rozšíření 2 ICRF2 (druhá realizace) od vlastní referenční rámec Efemeridy nebeských těles JPL 405 JPL 421 8

9 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

10 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

11 Vie_mod (modelování τ) Mezinárodní terestrický referenční systém ITRS r b = QSW r GCRS b TRS Barycentrický nebeský referenční systém zdroj BCRS GCRS Lorentzova transformace BCRS Geocentrický nebeský referenční systém τ = r r k b c Lorentzova transformace korekce zpoždění základny gravitační zpoždění originál vytvořila Lucia Plank τ 11

12 Vie_lsm (vyrovnání MNČ) pozorované zpoždění (observed) z NGS souborů, opraveno o vliv ionosféry vyrovnání (MNČ) parametry určené z jedné VLBI seance o c vypočítané zpoždění (computed) Vie_mod vektor redukovaných měření vytvoření normálních rovnic pro jejich společné vyrovnání z více VLBI seancí ve Vie_glob koeficienty kvadratického polynomu pro modelování hodin vlhké zenitové zpoždění troposférické gradienty (severní a východní) parametry zemské orientace souřadnice stanic (souřadnice kvazarů) 12

13 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 N12 x1 b 1 1 = N N N N 21 N 22 globálně určené p. x 2 = b2 redukované p. N reduc b reduc vrstvění (stacking) redukovaných normálních rovnic N Vie_glob použití podmínek (conditions and constraints) NNR/NNT: nulová rotace/translace sítě pro TRF NNR pro CRF = b N N12 N22 b2 _ + b b = Nreduc _ 1 + Nreduc _ Nreduc _ nse reduc 1 reduc _ 2 reduc _ nse b = b výsledné vyrovnané parametry dx 1 = C 1 ( N REDUC ) breduc 13

14 VieTRF10a nový terestrický rámec VieTRF10a VLBI data: 24 hodinové IVS VLBI seance ( ) 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 VTRF

15 VieTRF10a vyrovnané pozice stanic vůči VTRF2008 pro epochu (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 horizontální složky 15

16 horizontální rychlosti stanic porovnání horizontálních rychlostí stanic určených v globálním vyrovnání s rámcem VTRF2008 VieTRF10a VTRF

17 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 informace o vodních parách v troposféře 17

18 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

19 Děkuji za pozornost Hana Spicakova works within the FWF Project P23143 Integrated VLBI. 19