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Matrizen_Aufbauen.cpp
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Matrizen_Aufbauen.cpp
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* Matrizen_Aufbauen.cpp
*
* Copyright (c) 2011-2017 Stefan Bender
* Copyright (c) 2010-2011 Martin Langowski
*
* Initial version created on: 10.06.2010
* Author: Martin Langowski
*
* This file is part of scia_retrieval_2d
*
* scia_retrieval_2d is free software: you can redistribute it or modify
* it under the terms of the GNU General Public License as published by
* the Free Software Foundation, version 2.
* See accompanying COPYING.GPL2 file or http://www.gnu.org/licenses/gpl-2.0.html.
*/
#include"Matrizen_Aufbauen.h"
#include"MPL_Matrix.h"
#include"MPL_Vektor.h"
#include"Retrievalgitter.h" // Luftmassenfaktoren_Matrix_aufbauen
#include"Ausgewertete_Messung_Limb.h" // Luftmassenfaktoren_Matrix_aufbauen
#include"Ausgewertete_Messung_Nadir.h" // Luftmassenfaktoren_Matrix_aufbauen
#include"Winkelstatistik.h"
#include"Speziesfenster.h" // Luftmassenfaktoren_Matrix_aufbauen
// Luftmassenfaktoren_Matrix_aufbauen(einlesen von Atmosphärendaten)
#include"Datei_IO.h"
#include"Konfiguration.h" // Dateinamen für die Atmosphärendaten
#include <cmath> // trigonometrische Funktionen
#include "Koordinatentransformation.h"
#include "Glaetten.h"
#include "NO_regression_model.h"
#include <ctime>
#include <cstdlib>
#include <cstdio>
#include <vector>
#include <iterator>
#include <numeric>
#include <functional>
using std::cerr;
using std::cout;
using std::endl;
using std::vector;
void Matrizen_Aufbauen(MPL_Matrix &S_Breite, MPL_Matrix &S_Hoehe,
MPL_Matrix &S_letzte_Hoehe, double Lambda_letzte_Hoehe,
MPL_Matrix &S_apriori, MPL_Matrix &S_y, MPL_Matrix &AMF,
double Lambda_apriori,
Speziesfenster &Spezies_Fenster,
Retrievalgitter &Grid,
vector<Ausgewertete_Messung_Limb> &AM_L,
vector<Ausgewertete_Messung_Nadir> &AM_N,
Konfiguration &Konf, int &IERR)
{
//Fehlermatrizen
//cerr<<"S_Breite\n";
S_Breite = Differenz_von_benachbarten_Zeilenelementen_Matrix_aufbauen(
Grid.m_Anzahl_Hoehen, Grid.m_Anzahl_Breiten);
//cerr<<"S_Hoehe\n";
S_Hoehe = Differenz_von_benachbarten_Spaltenelementen_Matrix_aufbauen(
Grid.m_Anzahl_Hoehen, Grid.m_Anzahl_Breiten);
//cerr<<"S_letzte_Hoehe\n";
S_letzte_Hoehe = Werte_bei_maximaler_Hoehe_Flagmatrix_Aufbauen(Grid);
//cerr<<"S_letzte_Hoehe_erhoehen\n";
S_letzte_Hoehe *= Lambda_letzte_Hoehe;
//cerr<<"S_apriori\n";
S_apriori = Einheitsmatrix_aufbauen(Grid.m_Anzahl_Punkte);
// Fehlermatrizen mit konstanten Wichtungsfaktoren Multiplizieren
// nur bei apriori...die anderen erst in Normalgleichung
S_apriori *= Lambda_apriori;
// Flagmatrix oberste Hoehe
//cerr<<"AMF\n";
//Raytracing zum Aufbau der Luftmassenfaktoren Matrix durchführen
//(sehr große Funktion)
//Die Funktion wurde überprüft beim debuggen 28.9.2010;
//Ende 4.10.2010...sieht erstmal fehlerfrei aus
AMF = Luftmassenfaktoren_Matrix_aufbauen(Grid, AM_L, AM_N, Konf,
Spezies_Fenster, IERR);
//cerr<<"nach AMF\n";
}
void generate_Sy(MPL_Matrix &S_y, MPL_Matrix &Saeulendichten_Fehler)
{
// Wichtungsfaktorenmatrix der Messwerte 1/Fehler^2 von y auf Diagonalen
//cerr<<"S_y\n";
S_y = Einheitsmatrix_aufbauen(Saeulendichten_Fehler.m_Elementanzahl);
for (int i = 0; i < Saeulendichten_Fehler.m_Elementanzahl; i++) {
double d = Saeulendichten_Fehler(i);
S_y(i, i) = 1 / (d * d);
}
}
//==============================================================================
//
//==============================================================================
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//Funktionsstart Einheitsmatrix_aufbauen()
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
MPL_Matrix Einheitsmatrix_aufbauen(int Dimension)
{
//Einheitsmatrix muss quadratisch sein
MPL_Matrix Eins(Dimension, Dimension);
// Diagonalelemente 1 setzen
for (int i = 0; i < Dimension; i++) {
Eins(i, i) = 1;
}
return Eins;
} //ende Einheitsmatrix_aufbauen(int Dimension)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//Funktionsstart Diagonalmatrix_aufbauen()
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
MPL_Matrix Diagonalmatrix_aufbauen(MPL_Matrix &V)
{
// Copy all elements of V (which is thereby flattened).
// Ideally, V is a row or column vector.
MPL_Matrix Diag{V.m_Elementanzahl, V.m_Elementanzahl};
for (int i = 0; i < V.m_Elementanzahl; ++i) {
Diag(i, i) = V(i);
}
return Diag;
} //ende Diagonalmatrix_aufbauen
//==============================================================================
//
//==============================================================================
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//Funktionsstart Werte_bei_maximaler_Hoehe_Flagmatrix_Aufbauen
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
MPL_Matrix Werte_bei_maximaler_Hoehe_Flagmatrix_Aufbauen(Retrievalgitter &Grid)
{
MPL_Matrix Flagmatrix(Grid.m_Anzahl_Punkte, Grid.m_Anzahl_Punkte);
// Auf den Diagonalen dort eine 1 schreiben, wo die höchste Höhe liegt....
// das sollten die letzten Punkte der Matrix sein
//cerr<<"Grid.m_Anzahl_Punkte: "<<Grid.m_Anzahl_Punkte<<"\n";
for (int i = 0; i < Grid.m_Anzahl_Breiten; i++) {
//cerr<<"i: "<<i<<"\n";
//cerr<<"Grid.m_Anzahl_Punkte-1-i: "<<Grid.m_Anzahl_Punkte-1-i<<"\n";
Flagmatrix(Grid.m_Anzahl_Punkte - 1 - i, Grid.m_Anzahl_Punkte - 1 - i)
= 1;
}
//cerr<<"fertig\n";
return Flagmatrix;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//Funktionsstart Werte_bei_maximaler_Hoehe_Flagmatrix_Aufbauen
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//Funktionsstart Differenz_von_benachbarten_Zeilenelementen_Matrix_aufbauen()
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
MPL_Matrix Differenz_von_benachbarten_Zeilenelementen_Matrix_aufbauen(
int Zeilenzahl, int Spaltenzahl)
{
// mit Zeilenzahl und Spaltenzahl sind die ursprünglichen Dimensionen der
// Matrix gemeint, die Zeilenweise in einen Vektor gepresst wurde...Vektor
// und Matrix haben Zeilenzahl*Spaltenzahl viele Elemente...um nun
// benachbarte Zeilenelemente der Matrix zu erkennen, müssen die
// urdimensionen angegeben werden
// Input war die ursprüngliche Zeilen und Spaltenzahl, aus der der Vektor
// der Länge Elementzahl aufgebaut ist Matrix ist quadratisch
int Elementzahl = Zeilenzahl * Spaltenzahl;
// Quadratische Matrix mit der 2Dimensionen der Länge des Vektors
MPL_Matrix Mat(Elementzahl, Elementzahl);
// Matrix wird Zeilenweise in einen Vektor gepackt, d.h. aus x1 x2 x3 x4
// x5 x6 x7 x8
// wird x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 gemacht
// Zeilennachbarn sind also in den meisten Fällen direkt benachbarte
// Elemente Für das ite Element des neuen Vektors wird immer das i-te
// Element des alten Vektors vom i+1 Elementer der Zeile abgezogen. Das
// letzte Element der Zeile, was übrig bleibt muss 0 sein(Später wird eh
// das Quadrat des Vektors als Skalarprodukt gebildet, da soll dann in dem
// Element auch +0 rauskommen ).
for (int i = 0; i < Elementzahl; i++) {
Mat(i, i) = -1;
//Prüfen, ob x nicht das Maximum der ursprünglichen Zeile war
if (((i + 1) % Spaltenzahl) != 0) {
Mat(i, i + 1) = 1;
}
}
return Mat;
}// Ende Differenz_von_benachbarten_Zeilenelementen_Matrix_aufbauen
//==============================================================================
//
//==============================================================================
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//Funktionsstart Differenz_von_benachbarten_Spaltenelementen_Matrix_aufbauen()
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
MPL_Matrix Differenz_von_benachbarten_Spaltenelementen_Matrix_aufbauen(
int Zeilenzahl, int Spaltenzahl)
{
// Input war die ursprüngliche Zeilen und Spaltenzahl, aus der der Vektor
// der Länge Elementzahl aufgebaut ist
int Elementzahl = Zeilenzahl * Spaltenzahl;
// Quadratische Matrix mit der 2Dimensionen der Länge des Vektors
MPL_Matrix Mat(Elementzahl, Elementzahl);
// Matrix wird Zeilenweise in einen Vektor gepackt, d.h. aus x1 x2 x3 x4
// x5 x6 x7 x8
// wird x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 gemacht
// Spaltennachbarn sind immer um eine Spaltenbreite versetzt
// Wieder wird für das i-te Element der Spalte das i-te Elemente vom i+1ten
// Element der Spalte abgezogen die Elemente, die 0 sein sollen sind in
// dieser Reihenfolge am Ende der Matrix zu finden, sodass man sich die if
// Abfrage sparen kann
for (int i = 0; i < Elementzahl; i++) {
Mat(i, i) = -1;
if (i < Elementzahl - Spaltenzahl)
Mat(i, i + Spaltenzahl) = 1;
}
return Mat;
}// Ende Differenz_von_benachbarten_Spaltenelementen_Matrix_aufbauen
//==============================================================================
//
//==============================================================================
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//Funktionsstart Luftmassenfaktoren_Matrix_aufbauen()
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
MPL_Matrix Luftmassenfaktoren_Matrix_aufbauen(/*MPL_Matrix& Zeilendichten,*/
Retrievalgitter &Grid,
vector<Ausgewertete_Messung_Limb> &AM_L,
vector<Ausgewertete_Messung_Nadir> &AM_N,
Konfiguration &Konf, Speziesfenster &Spezies_Fenster, int &IERR)
{
IERR = 0; //0 ist ok
//const double pi=3.1415926535897;
// Die Luftmassenfaktoren(Die Matrixelemente) haben die EINHEIT cm
//Hier werden nun die Luftmassenfaktoren unseres Vorwärtsmodells bestimmt,
//dabei steht jede Zeile der Matrix für eine unabhängige Gleichung zur
//Errechnung einer Zeilendichte Jede Zeile hat also soviele Elemente wie
//das Retrievalgitter Punkte hat
//Die Anzahl der Zeilen entspricht der Anzahl der Messungen
//Luftmassenfaktormatrix
MPL_Matrix AMF(AM_L.size() + AM_N.size(), Grid.m_Anzahl_Punkte);
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//Zum Test wird noch die Tau_LOS_Limb Matrix eingeführt, die später mal
//geplottet werden kann Diese beinhaltet den letzten Eintrag von Tau in dem
//Gitterelement(nicht das durchschnittliche)
//Zum plot mal die Gittergrenzen in den Breitengraden fein machen
//An Tau sollte dann der Strahlengang besser sichtbar werden
// Kann später entfernt werden...(ist aber auch nicht langsam)
//cerr<<"TAU.Null_Initialisierung\n";
MPL_Matrix Tau_LOS_Matrix(AM_L.size() + AM_N.size(), Grid.m_Anzahl_Punkte);
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//Zunächst müssen die Athmosphärendaten eingelesen werden
// Es werden also die Dichten der Atmosphärengase Luft und Ozon bei
// verschiedenen Höhen eingelesen und deren Wirkungsquerschnitte bei
// verschiedenen Wellenlängen
// Dann wird für die jeweilige Wellenlänge des Metallemissionsübergangs der
// jeweilige Wirkungsquerschnitt herausgesucht /Damit die Suche schneller
// geht, werden die wenigen interessanten Wellenlänge und
// Wirkungsquerschnittspaare in einen kleineren Vektor geschrieben.
////// Atmosphärendaten einlesen////////////////////////////////////////////
//cerr<<"Atmosphärendaten einlesen\n";
MPL_Matrix M_Atmo_Dichten;
M_Atmo_Dichten = Read_Atmodatei(Konf.m_Pfad_Dichten_der_Atmosphaerengase);
MPL_Matrix M_Atmo_Wirkungsquerschnitte;
M_Atmo_Wirkungsquerschnitte =
Read_Atmodatei(Konf.m_Pfad_Wirkungsquerschnitte_der_Atmosphaerengase);
// hier kann man noch Geschwindigkeit rausholen, wenn man nur die nur die 2
// oder etwas mehr benötigten Querschnitte verwendet ( Funktion bremst aber
// nicht)
//////Ende Atmosphärendaten einlesen////////////////////////////////////////
//Für das Raytracing müssen nun einige Skizzen bertrachtet werden, die ich
//in eine PDF-Datei-Plotten werde Irgendwann mal machen ;) : PDF-Datei mit
//Skizzen erzeugen
//cerr<<"Limb Raytracing\n";
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Zunächst die Limbmessungen in Eintragen ////////////////////////////////
Winkelstatistik Wstat; //kleine Winkelstatistik initialisieren
//TODO früher im Programm anbringen
vector<Ausgewertete_Messung_Limb>::iterator aml_it;
for (aml_it = AM_L.begin(); aml_it != AM_L.end(); ++aml_it) {
unsigned int MessungNR = distance(AM_L.begin(), aml_it);
// Für jede Teilchensorte können mehrere Linien ausgewertet werden.
// Welche gerade verwendet wird, wird ermittelt, Aus der Wellenlänge
// des Übergangs sind die (beiden) Wirkungsquerschnitte für die beiden
// Atmosphärengase zu bestimmen
MPL_Vektor V_Atmo_Wirkungsquerschnitte(2);
MPL_Vektor V_Atmo_Wqs_abs(2);
//Dichten sind Höhenabhängig, Bestimmung dort
MPL_Vektor V_Atmo_Dichten(2);
// Wellenlängen sind in Atmo-Datei monoton ansteigend-> Quicksearch
// Algorithmus für Interpolation(schnell)
//int interpolieren(MPL_Matrix M,int x_Spalte,int y_Spalte,
// double //x_Wert_des_gesuchten_Wertes, double& gesuchter_Wert);
interpolieren(M_Atmo_Wirkungsquerschnitte, 0, 1,
aml_it->m_Wellenlaenge, V_Atmo_Wirkungsquerschnitte(0));
interpolieren(M_Atmo_Wirkungsquerschnitte, 0, 2,
aml_it->m_Wellenlaenge, V_Atmo_Wirkungsquerschnitte(1));
// absorption cross section, might be different from the emission
interpolieren(M_Atmo_Wirkungsquerschnitte, 0, 1,
aml_it->m_Wellenlaenge_abs, V_Atmo_Wqs_abs(0));
interpolieren(M_Atmo_Wirkungsquerschnitte, 0, 2,
aml_it->m_Wellenlaenge_abs, V_Atmo_Wqs_abs(1));
//std::cerr << "# MessungNR = " << MessungNR << ", wl = "
// << aml_it->m_Wellenlaenge << ", wl_abs = "
// << aml_it->m_Wellenlaenge_abs << std::endl;
//std::cerr << "# WQs: emiss " << V_Atmo_Wirkungsquerschnitte(0)
// << ", " << V_Atmo_Wirkungsquerschnitte(1) << "; abs: "
// << V_Atmo_Wqs_abs(0) << ", " << V_Atmo_Wqs_abs(1) << std::endl;
//zwei Wege müssen betrachtet werden:
//Satellit-Punkt
//Punkt-Sonne
//und zwar in der Richtung und der Reihenfolge,
//falls man aufaddieren will
////////////////////////
//Satellit-Punkt //
////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// LOS Raytracing für Limbmessungen
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Funktion
// Umwandlung_Kugel_in_Karthesisch(double r,double phi,double theta,
// double& x,double& y,double& z);
// Funktion
// Umwandlung_Karthesisch_in_Kugel(double x,double y,double z,
// double& r,double& phi,double& theta);
// Position des Satelliten in kartesischen Koordinaten
MPL_Vektor Sat_Pos(3);
Umwandlung_Kugel_in_Karthesisch(aml_it->m_Erdradius
+ aml_it->m_Hoehe_Sat,
aml_it->m_Longitude_Sat,
aml_it->m_Latitude_Sat,
Sat_Pos(0), Sat_Pos(1), Sat_Pos(2));
// Position des Tangentenpunkts in kartesischen Koordinaten
MPL_Vektor TP_Pos(3);
Umwandlung_Kugel_in_Karthesisch(aml_it->m_Erdradius
+ aml_it->m_Hoehe_TP,
aml_it->m_Longitude_TP,
aml_it->m_Latitude_TP,
TP_Pos(0), TP_Pos(1), TP_Pos(2));
// Verbindungsvektor Sat-TP startend vom Satelliten
MPL_Vektor Verbindungsvektor(TP_Pos - Sat_Pos);
MPL_Vektor Verbindungsvektor_normal(Verbindungsvektor);
Verbindungsvektor_normal.Normieren();
//START kleine Statistik für Winkelabweichungen bei Limb /////////////
int Winkel_OK = 3;
Wstat.Winkel_berechnen_und_einordnen(Verbindungsvektor,
TP_Pos, Winkel_OK);
if (Winkel_OK != 0) {
cout << "Winkel in Messung " << MessungNR
<< "zu groß... überspringe Messung\n";
continue;
//Führt zu leerer Zeile in Matrix....das ist nicht gut....
//deshalb vor dem Matrixaufbau rausschmeißen
}
//TODO Messungen mit zu großen Abweichungen rausschmeißen...
// nicht hier...früher
// ENDE kleine Statistik für Winkelabweichungen bei Limb /////////////
//Die Höchste Höhe steckt in der letzten Zeile, also im Zweifel im
//letzten Element Achtung hier muss man immer aufpassen:es gibt 2 Höhen
//die vom Erdkern und die von der Erdoberfläche
double Hoehe_TOA = aml_it->m_Erdradius
+ Grid.m_Gitter[Grid.m_Anzahl_Punkte - 1].m_Max_Hoehe;
//cerr<<"Hoehe_TOA: "<<Hoehe_TOA<<"\n";
//cout<<"Maxhoehe: "<<Grid.m_Gitter[Grid.m_Anzahl_Punkte-1].m_Max_Hoehe<<"\n";
// if (Hoehe_TOA>(200.0+aml_it->m_Erdradius))
// { Hoehe_TOA=200.0+aml_it->m_Erdradius;}
// GENAUIGKEIT prüfen, ob 200 nicht sinnvoller ist...bzw das aus der
// Datei geschrieben wird...eventuell exponentialfunktion testen
double Max_Hoehe_Absorption = Konf.m_TOA + aml_it->m_Erdradius;
// das ist was anderes als die maxhoehe...
// sonst leere(singuläre) Spalten in Matrix
// genauer ist bis 200
//cerr<<"Max_Hoehe_Absorption: "<<Max_Hoehe_Absorption<<"\n";
// cout<<"Max_Hoehe_Absorption:"<<Max_Hoehe_Absorption<<"\n";
if (TP_Pos.Betrag_ausgeben() > Hoehe_TOA) {
// prevents inifite loops below
cout << "TP außerhalb des Grids, Anzahl_Hoehen ist zu erhöhen."
<< endl;
continue;
}
double Sehnenlaenge_in_Atmosphaere = 2. * sqrt(Hoehe_TOA*Hoehe_TOA
- std::pow(aml_it->m_Erdradius + aml_it->m_Hoehe_TP, 2));
//cerr<<"Sehnenlaenge_in_Atmosphaere: "<<Sehnenlaenge_in_Atmosphaere<<"\n";
//cout<<"Weglaenge in Atmosphäre: "<<Sehnenlaenge_in_Atmosphaere<<" km.\n";
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// GESCHWINDIGKEITS/GENAUIGKEITSBESTIMMENDER PARAMETER
int Schrittzahl = 10000;
// 40000 ist etwa alle 110m ; 10000 ist wie in Marcos Programm
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//cout<<Schrittzahl<<" Schritte der Länge"
// <<Sehnenlaenge_in_Atmosphaere/Schrittzahl<<".\n";
int Winkelberechnungsfrequenz = 100; //d.h. alle x Schritte
//cout<<"Winkelberechnung alle "<< Winkelberechnungsfrequenz
// <<" Schritte, also "<<Schrittzahl/Winkelberechnungsfrequenz<<"mal.\n";
MPL_Vektor TOA_Start(3);
TOA_Start = TP_Pos
- 0.5 * (Verbindungsvektor_normal * Sehnenlaenge_in_Atmosphaere);
MPL_Vektor TOA_Schritt(3);
// Einheitsvektor in Richtung Gesamtlänge Anzahl Teilstücke
TOA_Schritt = (Verbindungsvektor_normal * Sehnenlaenge_in_Atmosphaere)
/ (double)Schrittzahl;
//Sehnenlänge ist auf 100m genau...deshalb später überschüssige Punkte
//abfangen
//cout<<"Verbindungsvektor: "<<Verbindungsvektor(0)<<"\t"
// <<Verbindungsvektor(1)<<"\t"<<Verbindungsvektor(2)<<"\n";
//cout<<"Betrag_Verbindungsvektor: "<<Verbindungsvektor.Betrag_ausgeben()<<"\n";
//cout<<"Sehnenlänge in atmo: "<<Sehnenlaenge_in_Atmosphaere<<"\n";
//cout<<"schrittzahl: "<<Schrittzahl<<"\n";
//cout<<"TOA_Schritt.Betrag: "<<TOA_Schritt.Betrag_ausgeben()<<"\n";
//sleep(2);
//cout<<"TOA_Schritt: "<<TOA_Schritt(0)<<"\t"
// <<TOA_Schritt(1)<<"\t"<<TOA_Schritt(2)<<"\n";
//initialisierung...keine Absorption bei TOA auf der Satellitenseite
double Tau_LOS = 0.;
// Startpixel festlegen... im alten Algorithmus werden alle ca. 200
// Pixel untersucht, ob der neu berechnete Punkt drin liegt. Das ist
// nicht nötig. Da es reicht, wenn man den alten Punkt kennt, nur
// dessen 8 Nachbarn zu untersuchen,
// Beschleunigung 200/8rund=20 mal so schnell bei 10001 Punkten für
// jede Messung ist das vermutlcih sogar Zeitkritisch
int Pixelnummer = -1; // nicht alle Pixel müssen definiert sein
//IST DAS WICHTIG? liegen alle Punkte,die in keinem Pixel liegen so
//hoch, das Absorption vernachlässigbar? AN den POLEN macht das
//Probleme ..deshalb besser gitter mit Orbitphase
// Vor dem Raytracing, sollten auch alle Durchstoßpunkte Null gesetzt
// werden
Grid.Alle_Durchstosspunkte_Null_setzen();
// RAYTRACINGSCHLEIFE LOS///////////////////////////////////////////////
double Cos_Streuwinkel = -1.;
for (int aktuelle_Schritt_Nr = 0;
aktuelle_Schritt_Nr < Schrittzahl; aktuelle_Schritt_Nr++) {
//cerr<<"aktuelle_Schritt_Nr: "<<aktuelle_Schritt_Nr<<"\n";
//cout<<"aktuelle Schrittnummer: "<<aktuelle_Schritt_Nr<<"\n";
// Schritt machen
MPL_Vektor aktueller_Punkt(3);
aktueller_Punkt = TOA_Start
+ (double)aktuelle_Schritt_Nr * TOA_Schritt;
double Punkt_Hoehe;
double Punkt_Radius;
double Punkt_Laenge;
double Punkt_Breite;
// Längen und Breitengrad, Höhe und Radius berechnen
Umwandlung_Karthesisch_in_Kugel(aktueller_Punkt(0),
aktueller_Punkt(1), aktueller_Punkt(2),
Punkt_Radius, Punkt_Laenge, Punkt_Breite);
//cerr<<"Punkt_Radius: "<<Punkt_Radius<<"\n";
if (Punkt_Radius > Hoehe_TOA) {
//cout<<"Hoehe_TOA:"<<Hoehe_TOA<<"\n";
//cout<<"Punkt_Radius:"<<Punkt_Radius<<"\n";
continue;
}
// Am Ende gibts aufgrund der Toleranz in der Sehnenlängenbestimmung
// mal ein par Punkte mehr, die nicht beitragen
Punkt_Hoehe = Punkt_Radius - aml_it->m_Erdradius;
//cerr<<"Punkt_Hoehe: "<<Punkt_Hoehe<<"\n";
//Testen ob Streuwinkel berechnet werden sollen
if (aktuelle_Schritt_Nr % Winkelberechnungsfrequenz == 0) {
//cout<<"aktuelle Schrittnummer: "<<aktuelle_Schritt_Nr<<"\n";
//sleep(1);
// Streuwinkel berechnen...hier nur Streuwinkel interessant
// nicht SZA Benötigt wird die Sonnenposition....r wird nicht
// gemessen, ist aber für die relevanten Messungen unendlich
// groß also nur eine ungefähre Distanzangabe nötig
// Position des Tangentenpunkts in kartesischen Koordinaten
MPL_Vektor Sonne_Pos(3);
Umwandlung_Kugel_in_Karthesisch(149.6E6,
aml_it->m_Sonnen_Longitude,
aml_it->m_Deklination,
Sonne_Pos(0), Sonne_Pos(1), Sonne_Pos(2));
// Das normerte Skalarprodukt der Sonnenposition und des Line
// of Sight-Vektors liefert gerade den cosinus des Winkels, der
// mit dem Streuwinkel zusammen 180° ergibt das entpricht
// gerade einer Spiegelung am Einheitskreis an der y achse
// cos(A)=cos(180-B)=cacb+sasb=-1cb=-cos(B)
// da nur das Quadrat benötigt wird, ist cos(A)^2=cos(B)^2
// da nicht der Winkel sondern eh nur der Cosinus gesucht wird,
// gibts auch keine Verwirrungen, ob der Stumpfe oder der
// Spitze Winkel gemeint ist
//
MPL_Vektor Verbindung(Sonne_Pos - aktueller_Punkt);
MPL_Vektor LOS_normal(Verbindungsvektor_normal);
Verbindung.Normieren();
Cos_Streuwinkel = -1 * (Verbindung * LOS_normal); //skalarprodukt
//cerr<<"Streuwinkel berechnet\n";
}
//TAU+=n sigma erhöhen
// Wirkungsquerschnitte schon interpoliert....
// nun n aus n-höhen information interpolieren
//cout<<"Punkt_Hoehe: "<<Punkt_Hoehe<<"\n";
V_Atmo_Dichten.Null_Initialisierung();
//time_t Zeit1,Zeit2,deltaZeit;
//time(&Zeit1);
if (Punkt_Radius <= Max_Hoehe_Absorption) {
//cout<<"Max_Hoehe_Absorption:"<<Max_Hoehe_Absorption<<"\n";
//cout<<"Punkt_Radius:"<<Punkt_Radius<<"\n";
//verhindert dass interpolation fehler ausgibt...
//über 200km eh keine Absorption mehr
// SPEEDUP!!!!
interpolieren(M_Atmo_Dichten, 0, 1, Punkt_Hoehe, V_Atmo_Dichten(0));
interpolieren(M_Atmo_Dichten, 0, 2, Punkt_Hoehe, V_Atmo_Dichten(1));
// SPEED Die Funktion hier braucht fast 10 Sekunden...
// und das 2 mal
//Eventuell interpolierte Datei erzeugen und den nächsten Punkt
//laden oder lookup table erzeugen damit (oder Schrittzalh
//erniedrigen
// Datei sieht ok aus
//M_Atmo_Dichten.in_Datei_speichern("/home/martin/TEMP/Atmodichten.txt");
} //falls diese Bedingung nicht erfüllt sind,
// sind die dichten null und tau wird um 0 erhöht
//Woher kommt die 100000-> Schrittlänge wird in km angegeben die
//Dichten in 1/cm^3 und die WirkungsQS in cm^2 Tau ist Einheitenlos
////Skalarprodukt beider Vektoren
double Schrittlaenge
= Sehnenlaenge_in_Atmosphaere / (double)Schrittzahl;
//cerr<<"Schrittlaenge: "<<Schrittlaenge<<"\n";
Tau_LOS += Schrittlaenge * 100000.0
* (V_Atmo_Dichten * V_Atmo_Wirkungsquerschnitte);
//cout<<"V_Atmodichten(0)"<<V_Atmo_Dichten(0)<<"\n";
//cout<<"V_Atmodichten(1)"<<V_Atmo_Dichten(1)<<"\n";
//cout<<"V_Wirkungsquerschnitte(0)"<<V_Atmo_Wirkungsquerschnitte(0)<<"\n";
//cout<<"V_Wirkungsquerschnitte(1)"<<V_Atmo_Wirkungsquerschnitte(1)<<"\n";
//cout<<"Tau_LOS: "<<Tau_LOS<<"\n";
// Überprüfen, ob Punkt in Dunkelheit liegt
// (Nord ist +pi/2 süd -pi/2)
// (90.0 ist standardmäßig double literal)
//cerr<<"Punkt_Breite: "<<Punkt_Breite<<"\n";
//cerr<<"aml_it->m_Deklination: "<<aml_it->m_Deklination<<"\n";
if ((Punkt_Breite > 90.0 + aml_it->m_Deklination)
|| (Punkt_Breite < -90.0 + aml_it->m_Deklination)) {
if (aktuelle_Schritt_Nr == Schrittzahl - 1) {
//cout<<"letzter Punkt und im dunkeln\n";
if (Pixelnummer != -1 &&
Grid.m_Gitter[Pixelnummer].m_hinterer_Durchstosspunkt.Betrag_ausgeben() == 0) {
cout << "MessungNR: " << MessungNR << "\n";
cout << "fehlenden hinteren Durchstoßpunkt setzen\n";
Umwandlung_Kugel_in_Karthesisch(Punkt_Hoehe + aml_it->m_Erdradius,
Punkt_Laenge,
Punkt_Breite,
Grid.m_Gitter[Pixelnummer].m_hinterer_Durchstosspunkt(0),
Grid.m_Gitter[Pixelnummer].m_hinterer_Durchstosspunkt(1),
Grid.m_Gitter[Pixelnummer].m_hinterer_Durchstosspunkt(2));
}
}
continue;
}
//Falls die alte Pixelnummer bekannt ist,
//brauchen wir nur die Nachbarn absuchen
// Funktion int Find_Pixel_and_increase_AMF
//Parameter E1 und E2 für Phasenfunktion
//cerr<<"bla\n";
double E1 = 0., E2 = 1.;
unsigned int PeakNr;
for (PeakNr = 0; PeakNr < Spezies_Fenster.m_Wellenlaengen.size(); PeakNr++) {
//cerr<<"Spezies_Fenster.m_Wellenlaengen.size(): "
// <<Spezies_Fenster.m_Wellenlaengen.size()<<"\n";
//cerr<<"PeakNr: "<<PeakNr<<"\n";
//cerr<<"aml_it->m_Wellenlaenge: "
// <<aml_it->m_Wellenlaenge<<"\n";
//cerr<<"Spezies_Fenster.m_Wellenlaengen[PeakNr]: "
// <<Spezies_Fenster.m_Wellenlaengen[PeakNr]<<"\n";
if (aml_it->m_Wellenlaenge == Spezies_Fenster.m_Wellenlaengen[PeakNr]) {
E1 = Spezies_Fenster.m_Liniendaten[PeakNr].m_E1;
E2 = Spezies_Fenster.m_Liniendaten[PeakNr].m_E2;
//cerr<<"E1: "<<E1<<"\n";
//cerr<<"E2: "<<E2<<"\n";
break;
}
}
if (PeakNr == Spezies_Fenster.m_Wellenlaengen.size()) {
//eigentlich kann das gar nicht passieren
//cout << "E1 und E2 konnten nicht gefunden werden..."
// << "mysteriöser bug\n";
E1 = 0.0;
E2 = 1.0;
}
//Phasenfunktion aus Streuwinkel bestimmen
//und mit AMF multiplizieren...in Funktion
//cerr<<"vor Phasenfunktion\n";
double Phasenfunktion = 0.75 * E1
* (Cos_Streuwinkel * Cos_Streuwinkel + 1) + E2;
//cerr<<"Phasenfunktion: "<<Phasenfunktion<<"\n";
//cout<<"Phasenfunktion: "<<Phasenfunktion<<"\n";
//cout<<"E1: "<<E1<<"\n";
//cout<<"E2: "<<E2<<"\n";
//cout<<"Cos_Streuwinkel: "<<Cos_Streuwinkel<<"\n";
//cout<<"Punkt_Hoehe: "<<Punkt_Hoehe<<"\n";
//cout<<"Punkt_Laenge: "<<Punkt_Laenge<<"\n";
//cout<<"Punkt_Breite: "<<Punkt_Breite<<"\n";
//cout<<"Tau_LOS: "<<Tau_LOS<<"\n";
int myerr = Pixel_finden_und_AMF_erhoehen_LOS(AMF, Grid, MessungNR,
Pixelnummer,
Schrittlaenge, Tau_LOS,
Punkt_Hoehe, aml_it->m_Erdradius,
Punkt_Laenge, Punkt_Breite,
Phasenfunktion, Tau_LOS_Matrix);
if (myerr == 4) {
IERR = 1;
cout << "mysteriöser fall beendet Programm\n";
MPL_Matrix dummy(1, 1);
return dummy;
}
//letzten Punkt als hinteren Durchstoßpunkt nutzen, des letzen
//Feldes nutzen, falls zufällig erster und letzter Punkt gleich,
//wird das nicht gemacht
if (aktuelle_Schritt_Nr == Schrittzahl - 1) {
//cout<<"letzter Punkt\n";
//cout<<"Pixelnummer: "<<Pixelnummer<<"\n\n";
if (Pixelnummer != -1 &&
Grid.m_Gitter[Pixelnummer].m_hinterer_Durchstosspunkt.Betrag_ausgeben() == 0) {
//cout<<"MessungNR: "<<MessungNR<<"\n";
//cout<<"fehlenden hinteren Durchstoßpunkt setzen\n";
Umwandlung_Kugel_in_Karthesisch(Punkt_Hoehe + aml_it->m_Erdradius,
Punkt_Laenge,
Punkt_Breite,
Grid.m_Gitter[Pixelnummer].m_hinterer_Durchstosspunkt(0),
Grid.m_Gitter[Pixelnummer].m_hinterer_Durchstosspunkt(1),
Grid.m_Gitter[Pixelnummer].m_hinterer_Durchstosspunkt(2));
}
}
//sleep(1);
}
//if(MessungNR==AM_L.size()-1) //nach allen Limbmessungen
//{
// AMF.in_Datei_speichern("/tmp/mlangowski/0/AMF_nach_LOS_Limb.txt");
// Tau_LOS_Limb_Matrix.in_Datei_speichern("/tmp/mlangowski/0/TAU_nach
//}
//cout<<"Raytracing Limb LOS zu Ende.\n";
// RAYTRACINGSCHLEIFE LOS ENDE /////////////////////////////////////////
//cout<<t_Limb_LOS_delta<<"\n";
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// LOS Raytracing für Limbmessungen abgeschlossen 9.9.2010
// Debugging 30.9.2010 Plots für Tau und AMF sehen ok aus
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// zusätzliche Abdämpfung durch LFS (Fehler, die Hier gefunden werden,
// sind auch in Nadir zu berichtigen(beide fast gleich)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//cerr<<"Limb LFS\n";
//Nun sind die Durchstoßpunkte ja bekannt...
//also kann grid nochmal ausgeben werden
//if(MessungNR==210)
//{ Grid.In_Datei_Ausgeben("/tmp/mlangowski/0/Gitter_nach_LOS.txt");
//}
for (int GitterpunktNR = 0; GitterpunktNR < Grid.m_Anzahl_Punkte; GitterpunktNR++) {
// Schleife über alle Gitterpunkte
const double Epsilon_double_precision = 2.e-14; //etwa 100 mal größer
//AMF wird nun durch *=exp(-Tau_LFS) erhöht,
//falls AMF==0, muss AMF nicht betrachtet werden
if (abs(AMF(MessungNR, GitterpunktNR)) < Epsilon_double_precision) {
// == 0 bei double, prüfen, ob korrekt
continue;
}
//cout<<"GitterpunktNR"<<GitterpunktNR<<"\n";
//cout<<"AMF(MessungNR,GitterpunktNR)"<<AMF(MessungNR,GitterpunktNR)<<"\n";
//cout<<"MessungNR:"<<MessungNR<<"\n";
// Alle hier noch übrigen Gitterelemente werden
// von der LOS geschnitten
//km soviel, wie gerade Werte in Tabelle da sind.....
double TOA_LFS = Konf.m_TOA;
//Werte, die drüber liegen werden ignoriert
// hier geht wohl auch 100.....
// werte zwischen 50 und 200 sind vorhanden
//Der Startpunkt liegt zwischen den beiden Durchstoßpunkten
MPL_Vektor Start_Punkt_Polar(3);
//Wahl des Mittelpunkts des Gitterelements zwischen beiden
//Durchstoßpunkten der LOS wir mitteln i Kugelkoordinaten und
//rechnen dann in Karthesische zurück
MPL_Vektor VordererPunkt_Polar(3);
MPL_Vektor HintererPunkt_Polar(3);
Umwandlung_Karthesisch_in_Kugel(Grid.m_Gitter[GitterpunktNR].m_vorderer_Durchstosspunkt(0),
Grid.m_Gitter[GitterpunktNR].m_vorderer_Durchstosspunkt(1),
Grid.m_Gitter[GitterpunktNR].m_vorderer_Durchstosspunkt(2),
VordererPunkt_Polar(0),
VordererPunkt_Polar(1),
VordererPunkt_Polar(2));
Umwandlung_Karthesisch_in_Kugel(Grid.m_Gitter[GitterpunktNR].m_hinterer_Durchstosspunkt(0),
Grid.m_Gitter[GitterpunktNR].m_hinterer_Durchstosspunkt(1),
Grid.m_Gitter[GitterpunktNR].m_hinterer_Durchstosspunkt(2),
HintererPunkt_Polar(0),
HintererPunkt_Polar(1),
HintererPunkt_Polar(2));
Start_Punkt_Polar
= (HintererPunkt_Polar + VordererPunkt_Polar) * 0.5;
MPL_Vektor Start_Punkt(3);
Umwandlung_Kugel_in_Karthesisch(Start_Punkt_Polar(0),
Start_Punkt_Polar(1), Start_Punkt_Polar(2),
Start_Punkt(0), Start_Punkt(1), Start_Punkt(2));
// cout<<"Startpunkt(0): "<<Start_Punkt(0)<<"\t"
// <<"Startpunkt(1): "<<Start_Punkt(1)<<"\t"
// <<"Startpunkt(2): "<<Start_Punkt(2)<<"\n";
//MPL_Vektor Start_Punkt(0.5 * (Grid.m_Gitter[GitterpunktNR].m_hinterer_Durchstosspunkt
// + Grid.m_Gitter[GitterpunktNR].m_vorderer_Durchstosspunkt));
//vom Startpunkt aus gehts in Richtung Sonne voran
MPL_Vektor Sonne_normal(3); //wie bei LOS
Umwandlung_Kugel_in_Karthesisch(1, // 1 km lang damit normiert
aml_it->m_Sonnen_Longitude,
aml_it->m_Deklination,
Sonne_normal(0), Sonne_normal(1), Sonne_normal(2));
//Einmal den Sonnenzenitwinkel ausrechnen. ist dieser größer als
//90°, so liegt der Gitterpunkt im Dunkeln, und muss 0 Gesetzt
//werden
MPL_Vektor Startpunkt_normiert(Start_Punkt);
Startpunkt_normiert.Normieren();
double Cos_SZA_LFS = Startpunkt_normiert * Sonne_normal;
double b = Start_Punkt.Betrag_ausgeben(); // = r_E + H
if (Cos_SZA_LFS < 0. &&
/* check if LFS goes below BOA (default 50 km) */
b * std::sqrt(1. - Cos_SZA_LFS*Cos_SZA_LFS)
< aml_it->m_Erdradius + Konf.m_BOA) {
//cout<<"Limb LFS Gitterpunkt im Dunkeln (SZA>90°)\n";
AMF(MessungNR, GitterpunktNR) = 0;
continue;
}
// double Punkt_Hoehe=Start_Punkt.Betrag_ausgeben()-aml_it->m_Erdradius;
// ??? wofür stand das mal
//Abschätzung der Strecke zwischen Startpunkt und TOA_LFS in km
// hier kommt der Sonnenzenitwinkel ins Spiel
// mit Cosinussatz a^2=b^2+c^2-2bc cos(alpha)
// a ist gesucht alpha=SZA, b=r_E+H, c=r_E+TOA
double c = TOA_LFS + aml_it->m_Erdradius;
// Cos(SZA) gerade aus Skalarprodukt des Einheitsvektors in
// Sonnenrichtung und des Einheitsvektors in Startpunktrichtung
// bestimmbar
double Sehnenlaenge_LFS = sqrt(b * b + c * c + 2.0 * b * c * Cos_SZA_LFS);
////////////////////////////////////////////////////////////////////
// GESCHWINDIGKEITS/GENAUIGKEITSBESTIMMENDER PARAMETER
int Schrittzahl2 = 1000;
// bei TOA_LFS=100.0 und 1000 Schritten ist der
// Höhenunterschied zweier Punkte etwa 300m
////////////////////////////////////////////////////////////////////
double Schrittlaenge = Sehnenlaenge_LFS / ((double)Schrittzahl2);
//cout<<"Schrittlaenge_LFS_LIMB: "<<Schrittlaenge<<"\n";
double Tau_LFS = 0.0;
// RAYTRACINGSCHLEIFE LIMB LFS /////////////////////////////
// SPEED Diese Schleife ist ein erheblicher Zeitschritt des Programms
for (int Schritt = 0; Schritt < Schrittzahl2; Schritt++) {
MPL_Vektor aktueller_Punkt(3); //Bei Schrittzahl 10000 3s
//Bei Schrittzahl 10000 11s
aktueller_Punkt = Start_Punkt
+ Sonne_normal * Schrittlaenge * (double) Schritt;
double Punkt_Hoehe;
double Punkt_Radius;
double Punkt_Laenge;
double Punkt_Breite;
// Längen und Breitengrad, Höhe und Radius berechnen
//Bei Schrittzahl 10000 4s
Umwandlung_Karthesisch_in_Kugel(aktueller_Punkt(0),
aktueller_Punkt(1), aktueller_Punkt(2),
Punkt_Radius, Punkt_Laenge, Punkt_Breite);
// Berechne Hoehe
Punkt_Hoehe = Punkt_Radius - aml_it->m_Erdradius;
if (Punkt_Hoehe > TOA_LFS) {
//keine zusätzliche Absorption von LFS für diese Punkte....
//(Nur Emission)
break;
//Da vom Punkt zur Sonne gelaufen wird, sond alle anderen
//Punkte ab hier auch höher, deshalb break
}
// Testen auf Sonnenzenizenitwinkel unter 90 grad
if ((Punkt_Breite > 90.0 + aml_it->m_Deklination)
|| (Punkt_Breite < -90.0 + aml_it->m_Deklination)) {
continue;
}
double BOA_LFS = Konf.m_BOA; //bottom of atmosphere
if (Punkt_Hoehe < BOA_LFS) {
cout << "50 km unterschritten bei LFS, "
<< "das Licht wird schon bei LFS absorbiert\n";
AMF(MessungNR, GitterpunktNR) = 0;
break; //weniger al 0 geht nicht
}
//cout<<"Punkt_Hoehe: "<<Punkt_Hoehe<<"\n";
//usleep(300000);
// Not To do Berechne Breite ...wozu auch...
// brauch ja keinen Streuwinkel
// Wirkungsquerschnitte schon interpoliert....
// nun n aus n-höhen information interpolieren
// wieder interpolieren....
// (langsam, hier aber nicht so sehr geschwindigkeitsbestimmend)
//time(&t_interpolieren_start);
//Bei Schrittzahl 10000 1,5s
interpolieren(M_Atmo_Dichten, 0, 1, Punkt_Hoehe, V_Atmo_Dichten(0));
//Bei Schrittzahl 10000 1,5s
interpolieren(M_Atmo_Dichten, 0, 2, Punkt_Hoehe, V_Atmo_Dichten(1));
//time(&t_interpolieren_ende);
//t_interpolieren_delta_gesamt +=
// t_interpolieren_ende - t_interpolieren_start;
// Berechne Tau=ds*n*sigma * Faktor
//Woher kommt die 100000-> Schrittlänge wird in km angegeben
//die Dichten in 1/cm^3 und die WirkungsQS in cm^2
//Tau ist Einheitenlos
//Skalarprodukt beider Vektoren
Tau_LFS += Schrittlaenge * 100000.0
* (V_Atmo_Dichten * V_Atmo_Wqs_abs);
//std::cerr << "WQ = " << V_Atmo_Dichten * V_Atmo_Wqs_abs << std::endl;
//std::cerr << "Tau = " << 100000.0 * Schrittlaenge * V_Atmo_Dichten * V_Atmo_Wqs_abs << std::endl;
} // Ende for Schritt
// ENDE RAYTRACINGSCHLEIFE LIMB LFS /////////////////////////////
// Multipliziere AMF mit exp(-Tau)
// Bei LFS zählt nur Tau_gesamt, deshalb ist der weg,
// wie tau erhöht wird egal
//std::cerr << "Tau_LFS = " << Tau_LFS << std::endl;
AMF(MessungNR, GitterpunktNR) *= exp(-Tau_LFS);
} // ende Schleife über alle Gitterpunkte für zusätzliche Abdämpfung LFS
// (for Gitterpunktnummer)
}//ende for MessungNR
// Ende Limb RAYTRACING////////////////////////////////////////////////////
//START kleine Statistik für Winkelabweichungen bei Limb /////////////////
Wstat.Statistik_auf_Bildschirm_ausgeben();
// ENDE kleine Statistik für Winkelabweichungen bei Limb /////////////////
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// START NADIR RAYTRACING //////////////////////////////////////////////////
//
//cerr<<"NADIR Raytracing\n";
vector<Ausgewertete_Messung_Nadir>::iterator amn_it;
for (amn_it = AM_N.begin(); amn_it != AM_N.end(); ++amn_it) {
//cout<<"MessungNR: "<<MessungNR<<"\n";
// ACHTUNG 2 zählweisen
// in Matrizen Messungnummer in Quellvektoren NadirmessungNr
unsigned int MessungNR = AM_L.size() + distance(AM_N.begin(), amn_it);
// DAS STAMMT HIER AUS DER FUNKTION FÜR LIMB(einfach nur copy+paste) ///
// Für jede Teilchensorte können mehrere Linien ausgewertet werden.
// Welche gerade verwendet wird, wird ermittelt, Aus der Wellenlänge
// des Übergangs sind die (beiden) Wirkungsquerschnitte für die beiden
// Atmosphärengase zu bestimmen
MPL_Vektor V_Atmo_Wirkungsquerschnitte(2);
//Dichten sind Höhenabhängig, Bestimmung dort
MPL_Vektor V_Atmo_Dichten(2);
// Wellenlängen sind in Atmo-Datei monoton ansteigend
// -> Quicksearch Algorithmus für Interpolation(schnell)
//int interpolieren(MPL_Matrix M,int x_Spalte,int y_Spalte,
// double x_Wert_des_gesuchten_Wertes, double& gesuchter_Wert);
interpolieren(M_Atmo_Wirkungsquerschnitte, 0, 1,
amn_it->m_Wellenlaenge,
V_Atmo_Wirkungsquerschnitte(0));
interpolieren(M_Atmo_Wirkungsquerschnitte, 0, 2,
amn_it->m_Wellenlaenge,
V_Atmo_Wirkungsquerschnitte(1));
//ENDE DAS STAMMT HIER AUS DER FUNKTION FÜR LIMB ///////////////////////
//Die Nadirmessungen in die Matrix eintragen
//zwei Wege müssen betrachtet werden:
MPL_Vektor Sat_POS(3);
MPL_Vektor GP_POS(3); //GP für Grundpunkt
MPL_Vektor Sonne_POS(3);
// ermitteln der 3 characteristischen Punkte
Umwandlung_Kugel_in_Karthesisch(
amn_it->m_Hoehe_Sat + amn_it->m_Erdradius,
amn_it->m_Longitude_Sat,
amn_it->m_Latitude_Sat,
Sat_POS(0), Sat_POS(1), Sat_POS(2));
Umwandlung_Kugel_in_Karthesisch(amn_it->m_Erdradius,
amn_it->m_Longitude_Ground,
amn_it->m_Latitude_Ground,
GP_POS(0), GP_POS(1), GP_POS(2));
Umwandlung_Kugel_in_Karthesisch(149.6E6,
amn_it->m_Sonnen_Longitude,
amn_it->m_Deklination,
Sonne_POS(0), Sonne_POS(1), Sonne_POS(2));
//////////////////////////
//Satellit-Punkt //
/////////////////////////
//Raytracing LOS-Vom Satelliten bis zum tiefsten Boxenpunkt
// Zunächst die ganze LOS
MPL_Vektor Nadir_LOS(GP_POS - Sat_POS);
// Startpunkt des Strahls finden
// Der Startpunkt liegt bei der höchsten Boxenhoehe, somit wird AMF für
// die hohen Boxen nicht gedämpft, da Tau==0
MPL_Vektor Startpunkt(3);
Startpunkt = Punkt_auf_Strecke_bei_Radius(Sat_POS, Nadir_LOS,
Grid.m_Gitter[Grid.m_Anzahl_Punkte - 1].m_Max_Hoehe
+ amn_it->m_Erdradius, 0.1);
//oder auch 200.0 bei Nadir wird nicht noch +Erdradius genommen
double Max_Hoehe_Absorption = Konf.m_TOA;
// Endpunkt des Strahls finden
MPL_Vektor Endpunkt(3);
// der 0te Gitterpunkt hat die niedrigste Höhe
double R_Min
= Grid.m_Gitter[0].m_Min_Hoehe + amn_it->m_Erdradius;
Endpunkt = Punkt_auf_Strecke_bei_Radius(Sat_POS, Nadir_LOS, R_Min, 0.1);
//LOS anpassen auf relevantes Höhenintervall
Nadir_LOS = Endpunkt - Startpunkt;
MPL_Vektor Nadir_LOS_Einheitsvektor(Nadir_LOS);
Nadir_LOS_Einheitsvektor.Normieren();
// Distanz zwischen Start und Endpunkt bestimmen
double Distanz_in_Atmosphaere = Nadir_LOS.Betrag_ausgeben();
// Schrittzahl festlegen
int Schrittzahl = 1000; //<----- bestimmt GESCHWINDIGKEIT des Programms
// Alle x Schritte soll Streuwinkel neu bestimmt werden....x festlegen
int Winkelberechnungsfrequenz = 100;
// Schrittweite bestimmen
double Schrittweite = Distanz_in_Atmosphaere / (double)Schrittzahl;
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//Nadir LOS Raytracingschleife /////////////////////////////////////////
double Tau_Nadir_LOS = 0.0;
double Cos_Streuwinkel = -1.0;
Grid.Alle_Durchstosspunkte_Null_setzen();
//Startparameter fürs Raytracing, -1 sagt,
//dass der aktuelle Gitterpunkt nicht bekannt ist
int Pixelnummer = -1;
for (int aktueller_Schritt = 0; aktueller_Schritt < Schrittzahl; aktueller_Schritt++) {
// TODOLIST //////////////////////////////////////
// aktuellen Punkt berechnen
// Prüfen ob Streuwinkel berechnet sollen...und falls ja Berechnen
// Hoehe, Länge,Breite bestimmen
// Dichten der Atmosphärengase bestimmen
// Tau erhoehen
// Phasenfunktion bestimmen
// Gitterpunkt finden und AMF erhöhen
////////////////////////////////////////////////////////////
// aktuellen Punkt berechnen
MPL_Vektor aktueller_Punkt(3);
aktueller_Punkt = Startpunkt
+ aktueller_Schritt * Schrittweite * Nadir_LOS_Einheitsvektor;
// Prüfen ob Streuwinkel berechnet sollen...und falls ja Berechnen
if (aktueller_Schritt % Winkelberechnungsfrequenz == 0) {
//Erklärung siehe Limb
MPL_Vektor Sonne_normal(Sonne_POS);
Sonne_normal.Normieren();
Cos_Streuwinkel = -1 * Sonne_normal * Nadir_LOS_Einheitsvektor;
}
// Hoehe, Länge,Breite bestimmen //aktueller Punkt AP
double AP_R, AP_Hoehe, AP_Laenge, AP_Breite;
Umwandlung_Karthesisch_in_Kugel(aktueller_Punkt(0),
aktueller_Punkt(1),
aktueller_Punkt(2),
AP_R, AP_Laenge, AP_Breite);
AP_Hoehe = AP_R - amn_it->m_Erdradius;
if (AP_Hoehe >= Grid.m_Gitter[Grid.m_Anzahl_Punkte - 1].m_Max_Hoehe) {
//Punkt ausserhalb der Maximalen Gitterhoehe
continue;
}
if (AP_Hoehe <= Max_Hoehe_Absorption) {
// Dichten der Atmosphärengase bestimmen
interpolieren(M_Atmo_Dichten, 0, 1, AP_Hoehe, V_Atmo_Dichten(0));
interpolieren(M_Atmo_Dichten, 0, 2, AP_Hoehe, V_Atmo_Dichten(1));
}
// Tau erhoehen (Tau ist Einheitenlos) (100000 aus Umwandlung km zu cm)
Tau_Nadir_LOS += Schrittweite * 100000
* (V_Atmo_Dichten * V_Atmo_Wirkungsquerschnitte);
// Check, ob Punkt in Dunkelheit(extrem unwahrscheinlich bei Nadir,
// aber sicher ist sicher)
if ((AP_Breite > 90.0 + amn_it->m_Deklination)
|| (AP_Breite < -90.0 + amn_it->m_Deklination)) {
if (aktueller_Schritt == Schrittzahl - 1) {
//cout<<"MessungNR: "<<MessungNR<<"\n";
//cout<<"letzter Punkt und im dunkeln(Nadir)\n";
if (Pixelnummer != -1) {
if (Grid.m_Gitter[Pixelnummer].m_hinterer_Durchstosspunkt.Betrag_ausgeben() == 0) {
cout << "MessungNR: " << MessungNR << "\n";
cout << "fehlenden hinteren Durchstoßpunkt setzen\n";
Umwandlung_Kugel_in_Karthesisch(
AP_Hoehe + amn_it->m_Erdradius,
AP_Laenge,