RADIATE

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VieVS(Vienna VLBI and Satellite Software)，是由维也纳工业大学大地测量与地理信息系开发及维护的VLBI分析程序库，RADIATE是一款基于该程序库的独立软件。该软件使用Fortran90编写，在Linux平台运行，交互方式为命令行（终端）操作，其功能为通过ray-tracing重建大地测量中的对流层延迟，其计算基于数值天气模型(NWM）输出文件包含ZTD/ZHD/ZWD/AH/AW等若干对流层参数。

RADIATE使用GPLv3.0版权协议，允许用户修改、分配、私人用途、商业用途及专利使用，仅要求源码使用者同样继承GPLv3.0协议，不对使用结果做任何保证。

Modules

软件一共10个模块54个子程序，代码总行数10,000+，以下为各个模块的功能以及对应的子程序：

• constants: 程序中用到的各种常量

  item	中文	abbr	value	unit
  normal gravity	正常重力	gn	9.80665	[m/s^2]
  equatorial axis of WGS84 reference ellipsoid	WGS84椭球长半轴	a_WGS84	6378137.0	[m]
  polar axis of WGS84 reference ellipsoid	WGS84椭球短半轴	b_WGS84	6356752.3142	[m]
  constant for speed of light	光速	c	299792458	[m/s]
  temperature scale offset for transformation from [°C] to [K]	摄氏温度与开耳文温度转换常数	C2K	273.15	-

• meteo_constants: 气象常量

  item	中文	abbr	value	unit
  universal gas constant	通用气体常数	R	8314.510	[kgm^2/(kmolKs^2)] = [J/(kmolK)]

Install

首先需要在本地创建目录，然后将软件克隆到新目录：

$ mkdir RADIATE
$ cd RADIATE
$ git clone https://github.com/TUW-VieVS/RADIATE.git

克隆过后需要对程序进行编译，软件提供了批处理编译shell脚本，如下执行脚本，生成可执行文件radiate

$ ./compile_RADIATE.sh

Data

• NWM数据文件：必须是1°x1°水平分辨率和25级垂直分辨率，范围为全球，放入./DATA/GRIB文件夹下。

  • 注册ECMWF账号，根据选择数据类别，下载grib文件；
  • 安装ecCodes软件，使用其内部工具grib_filter将grib文件转换为要求的文本格式。

• Azel文件：ray-tracing观测规范文件，放入./DATA/AZEL文件夹下。

  *具体文件格式见”文件格式”

Running

$ ./radiate <azel_yyyymmddhh_UNI.txt> <site.ell> <-para1> <-para2> ... <-paran> 

./radiate为运行命令，紧随其后的为一组输入参数，前两个参数是必须的，其余参数为可选参数。

• 必要参数

  • azel_yyyymmddhh_UNI.txt为azel文件名；

  • site.ell为相应站点坐标文件名，在软件的./DATA/STATIONS文件夹下给出了以下选择：

    • vlbi.ell :包含所有VLBI测站的椭球坐标（约240个）
    • slr.ell :包含所有SLR测站的椭球坐标（约170个）
    • gnss.ell :包含所有GNSS测站的椭球坐标（约460个）
    • doris.ell:包含所有DORIS测站的椭球坐标（约200个）
    • gridpoint_coord_5x5.txt :包含全局5°x5°网格的所有网格点的椭球坐标（2592个）
    • gridpoint_coord_1x1.txt :包含全局1°x1°网格的所有网格点的椭球坐标（64800个）

• 可选参数

  • 气象数据垂直插值的方法
    • -profilewise：（默认）
    • -gridwise
  • 射线追踪方法（定义交叉点和延迟的方法）
    • -pwl：分段线性射线追踪方法（默认）
    • -ref_pwl：改进的分段线性射线追踪方法
    • -Thayer：Thayer射线追踪方法
  • 观测波长（在微波或光学技术的光线追踪之间进行选择）
    • -microwave：微波波段（默认）
    • -optical：光学波段（实现波长：532nm）
  • 时间插值方法（将观测值分配给时期的模式）
    • -one_epoch_per_obs：每个观察仅分配给最接近观察的grib-file时期
    • -two_epochs_per_obs：（默认）每个观察被分配给两个周围的grib-file时期，并从它们进行线性插值
  • 指定是否应创建.trp文件并将其保存到RESULTS /以及标准生成的.radiate文件
    • -trp：创建（默认）
    • -notrp：不创建
  • 指定是否将错误日志保存到DATA / ERROR_LOG
    • -errorlog：记录（默认）
    • -noerrorlog：不记录
  • 指定生成的会话索引和epolog文件是否应在最后清除
    • -cleanup：清除（默认）
    • -nocleanup：保留
  • 指定会话的评估方式
    • -readAzel：（默认）
    • -createUniAzel

Formats

• NWM

  软件要求输入的NWM信息要求严格遵循特定文本格式，NWM的分辨率在水平方向上必须是1°x1°，在垂直方向上必须是25个压力水平，数据内容包括位势高度Z[m]，比湿Q和温度T[K]。

  • 标题行：
  1. 181 360：纬度个数，经度个数
  2. 90.0000000 -90.0000000：纬度范围
  3. 0.00000000 359.000000：经度范围
  4. 1.00000000 1.00000000：经度间隔，纬度间隔
  5. 25：压力等级数
  6. 以[hPa]为单位的压力水平列表，从顶部压力水平开始到底部压力水平结束
  7. 3：参数个数
  8. yyyy mm dd hh mm ss ii：NWM的日期; ii表示预测步骤，但它可以包含任何数字
  • 数据行：

  总共75行，每个值的格式为：值（压力等级，纬度，经度），压力等级1为最高压力等级（在大多数情况下为1 hPa）。

  

• Azel

  Azel文件包含要进行光线跟踪的观察的所有规范。根据可选的输入参数，azel文件必须手动创建，或者自动（和内部）计算。

  • 如果设置了可选的输入参数-readAzel（默认也设置），则光线跟踪器需要将相应的azel文件存储在“DATA / AZEL /”中。azel文件的每一行都指定一个观察点，从而产生一个光线跟踪延迟。Azel文件必须包含以下列：
    1. scannumber（也可以设置为任意数字）
    2. 修正儒略日（包括小数位）
    3. 年
    4. 年积日
    5. 时
    6. 分
    7. 秒
    8. 站名
    9. 方位角[rad]
    10. 海拔[rad]
    11. 来源（VLBI类星体或GNSS卫星;也可以设置为’无’）
    12. 现场温度[°C]（如果不可用，也可以设置为NaN）
    13. 现场压力[hPa]（如果不可用，也可以设置为NaN）
    14. 现场水汽压[hPa]（如果不可用，也可设置为NaN）
  • 如果设置了可选的输入参数-createUniAzel，则不需要手动创建azel文件。相反，azel文件由RADIATE在内部创建（不将它们写入任何位置），遵循DATA / INPUT / AZEL_spec.txt中的规范。AZEL_spec.txt 的语法在其标题中描述。为了创建AZEL_list.txt含有亚悉文件名的列表是光线跟踪，这是基于在指定的日期信息AZEL_spec.txt，shell脚本FUN_ADD / create_AZEL_list.sh必须被执行。如前所述，用户很可能不需要此选项。

References

[1] Hofmeister A (2016) Determination of path delays in the atmosphere for geodetic VLBI by means of ray-tracing. Ph.D. thesis, Department of Geodesy and Geophysics, Faculty of Mathematics and Geoinformation, Technische Universität Wien.http://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-3444

[2] Hofmeister A, Böhm J (2017) Application of ray-traced tropospheric slant delays to geodetic VLBI analysis. J Geod. doi:10.1007/s00190-017-1000-7

[3] Zus F, Dick G, Dousa J, Heise S, Wickert J (2014) The rapid and precise computation of GPS slant total delays and mapping factors utilizing a numerical weather model. Radio Sci 49:207–216. doi:10.1002/2013RS005280

[4] Zus F, Dick G, Dousa J, Wickert J (2015) Systematic errors of mapping functions which are based on the VMF1 concept. GPS Solut 19:277. doi:10.1007/s10291-014-0386-4

（详情见维也纳工业大学数学与地球信息学院大地测量与地理信息系Hofmeister的博士论文.http://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-3444, 2016）

grib_filter:https://confluence.ecmwf.int/display/ECC/grib_filter