Bernese 5.0软件的安装与使用①

占 伟,刘志广,孟宪刚

(中国地震局第一监测中心,天津30018)

0 引 言

目前,国际上广泛使用的GPS定位软件有:美国麻省理工学院(MIT)和加州大学圣地亚哥分校Scripps海洋研究所(SIO)研制的 GAMIT/GLOBK软件,美国喷气推进实验室(JPL)研制的GIPSY/OASIS软件和瑞士伯尔尼(BERNE)大学研制的Bernese软件[1]。GAMIT/GLOBK软件采用双差模型,不能用于精密单点定位(PPP)。GIPSY软件直接处理载波非差观测量,具有单点精密定位功能。但该软件只提供可执行代码,不提供源代码,所以用户不能对其进行二次开发。Bernese软件既能处理GPS双差数据,也能处理GPS非差数据,而且该软件虽具有商业性质,能提供源代码,适合用户进行二次开发[2-6]。与GAMIT/GLOBK软件较为复杂的安装过程相比[7],BERNESE软件能在Window s各系统(98/2000/XP)和UINX系统等软件平台上安装使用,操作界面为图形界面,使用更为方便。

同时,随着高频记录和快速实时定位的观测设备(例如20 Hz采样率的GPS接收机已经成为当前高精度GPS接收机的主流产品)的不断改进和更新,精密单点定位技术将会在地球动力学、卫星重力测量、大气研究、地震监测等领域发挥越来越重要的作用,Bernese软件将得到更为广泛的使用[8-10]。

详细介绍了Bernese GPS数据处理软件的最新版本Bernese 5.0在Windows XP下的安装方法,并介绍了程序结构、主要功能及技术特色。

1 Bernese 5.0软件的安装

Bernese 5.0软件适用于 Windows各系统(98/2000/XP)和 UINX系统等软件平台,目前Windows系统使用范围仍比UNIX系统广泛,以常用的Windows XP操作系统为例介绍安装步骤。

Bernese 5.0软件需要申请获得,用户可以在http://www.bernese.unibe.ch/order.html此地址下载申请表格,填写后经软件研发组审核后交纳一定费用即可获得[10]。

1.1 安装要求

Bernese 5.0的硬件要求内存至少为128 Mb,安装过程需要至少2.3 G的硬盘空间。该软件运行还需要perl软件支持。

1.2 安装步骤

(1)Bernese 5.0软件安装

依次安装光盘中的BSW50.EXE、GPSDATA.EXE、GPSUSER.EXE执行文件,安装完成后可在桌面上看到Bernese 5.0的快捷方式,而此时Bernese 5.0还不能运行;

(2)perl软件安装

从http://www.activestate.com/activeperl/地址下载Active Perl-5.10.0.1005-MSWin32-x86-290470.msi文件,进行安装;

(3)运行win9Xadd.pl文件

上述两步进行完毕,双击Bernese 5.0桌面快捷方式,如果只是一闪而过,则还需要用perl(默认安装为c:perlin目录下的perl5.10.0.exe文件)打开安装包内win9Xadd.pl文件;

(4)确认安装

Bernese 5.0软件安装完毕后会建立一些环境变量,代表Bernese 5.0软件运行时常用的路径,例如＄{U}代表默认的用户数据目录的绝对路径,这里为E:BERN50GPS。如不建立这些环境变量,则在计算时会出现“a string is too long”等提示字符。

(5)软件升级

Bernese软件始终由研究团体不断开发和维护,因此该软件得以不断完善,软件安装后也需要不断升级,以保证软件为最新版本。用户可通过获取升级CD盘或者通过网络下载升级包升级。网络升级的方法为:用perl目录下的(默认安装为c:perlin目录下)perl5.10.0.exe执行文件打开bsw50updater.pm文件,获取下载的账号及密码,下载相关升级包,根据bsw50updater.pm文件的提示信息进行升级[12-13]。

2 Bernese 5.0程序结构

与4.2版本相比,Bernese 5.0版本的改进主要体现在以下几个方面:

*安装更为方便,Windows系统下的安装文件扩展名为exe形式,双击即可安装;

*增加了可以在 UNIX/Linux和Windows平台上使用的用户图形界面(GUI),以下拉菜单式为主,界面更加友好;

*帮助文件现为html格式;

*增加了许多更为详细的BPE基本应用方面的算例;

*更为精确的GNSS和LEO卫星定轨能力;

*更为精密的对流层模型;

*支持GNSS卫星天线PCV模型。

Bernese 5.0软件由1200个单元组成,程序源代码超过300,000行。Bernese5.0软件可分为三大部分。第一部分为Bernese的处理程序,共有90多个程序,这些程序用来转换、编辑及处理数据,又可分为格式转换部分(Menu＞RINEX)、数据转换部分(Menu＞Conversion)、数据处理部分(Menu＞Processing)、卫星轨道部分(Menu＞Orbits/EOP)、数据仿真部分(Menu＞Service＞Generate simulated observation data)、辅助部分(Menu＞Service)共6个子部分:

*格式转换部分主要功能为将原始观测文件、导航文件和气象文件由RINEX格式转换成的Bernese格式;

*数据转换部分主要功能是从外部文件提取计算所需的信息,例如从ITRF的SINEX文件提取测站坐标和速度(ANTEX程序);

*数据处理部分主要功能包括码处理(单点定位)、双频码、相位预处理以及基于GPS、GLONASS观测(程序GPSEST)和基于法方程系统(ADDNEQ2)的参数估计;

*卫星轨道部分主要功能为由精密或广播星历计算标准轨道,比较不同的卫星轨道以评价轨道精度等。卫星轨道部分有两个主要程序,一个为PRETAB,其主要功能是把精密星历从地心地固坐标框架转换为惯性坐标框架。另外一个为ORBGEN,其主要功能为由轨道表文件产生标准轨道。

*数据仿真部分主要功能为根据观测值的统计信息(观测值的RMS、偏差和周跳)生成模拟的GPS观测值。

*辅助部分主要功能是编辑及浏览二进制数据文件,比较坐标,显示残差等。

第二部分是Bernese的菜单程序,这些程序用以控制程序的执行和准备处理程序所用的文档,以及管理所有的处理程序、数据文件和程序输出。菜单程序在使用者与Bernese处理程序间提供了一个方便的互动接口,这个接口把程序因人为疏忽或格式出错的机会减到最低。Bernese 5.0用 QT编程语言实现了全新的窗口式操作界面,在视觉和功能上都是以往的版本不能比拟的。

第三部分是 Bernese批处理引擎(Bernese Processing Engine,BPE)。BPE是一个功能强大的自动化处理工具。主要包括批处理控制文件,执行数据处理的脚本,以及提供参数设置的输入文件。这部分在处理大量数据时有着十分重要的作用。

图1 Bernese 5.0软件处理程序结构图

3 Bernese 5.0软件结构

Bernese 5.0软件计算所需的文件和在计算过程中生成的文件大致可以分为通用文件、卫星相关文件、观测文件、测站相关文件、大气层相关文件及其它共6类,其中:

*通用文件与用户和数据处理时段无关,包括大地基准面文件(DAT UM)、常数文件(CONST)、接收机信息(RECEIVER)、相位中心改正表(PHAS COD.I01)、地球重力场模型(JGM3)、极偏差系数文件(POLOFF)等;

*卫星相关文件包括卫星广播星历(BRD)、IGS精密星历(PRE)、标准轨道(STD)、列表式轨道文件(TAB)、卫星钟系数(CLK)、卫星和接收机码差表(DCB)等;

*测站相关文件包括测段表(SES)、测站缩写文件(ABB)、测站信息文件(STA)、测站问题文件(CRX)、测站坐标(CRD)、测站速度(VEL)等;

*大气层文件包括对流层参数文件(T RP)、大气层SINEX文件(TRO)、水蒸汽文件(MET)、电离层模型(ION);

*其它文件包括钟差改正文件(CLK)、方差-协方差文件(COV)、二进制结果文件(RES)、ASCII制结果文件(FRS)、程序输出文件(OUT)、程序出错信息文件(MSG)。

4 结 论

Bernese 5.0软件是一个大型复杂的GPS数据处理软件,在实际应用过程中会遇到各种各样的问题,需要不断尝试,多读程序的源代码会有一定帮助。在软件的学习过程中,需要多动手、用一些例子反复试算,这样能够更加深入地理解各种参数的设置,以便进行使用和二次开发。

致谢:真挚感谢瑞士伯尔尼大学天文研究所Pierre Fridez教授对本文所提供的指导和帮助!

[1] 赖锡安,黄立人,徐菊生,等.中国大陆现今地壳运动[M].北京:地震出版社,2004.

[2] 郭 英.基于BERNESE V4.2软件的GPS动态定位研究[M].青岛:山东科技大学硕士论文,2004.

[3] 孟 黎,徐 杰,任 超.Bernese GPS4.2版本数据处理软件的使用及常见错误分析[J].全球定位系统,2007,32(3):42—46.

[4] 张彩红,朱 波,张 黎.应用Bernese软件进行高精度GPS定位解算[J].测绘信息与工程,2006,31(33):8—9.

[5] 郑作亚.Bernese GPS4.2版本数据处理软件的介绍与探讨[J].中国科学院上海天文台刊,2003,24:143—149.

[6] 周 利,匡翠林.Bernese高精度GPS数据处理软件介绍及其应用实例[J].测绘与空间地理信息,2007,30(5),110—113.

[7] 刘志广,占 伟,孟宪刚.Ubuntu系统平台的GAMIT/GLOBK 10.35安装详解[J].全球定位系统,2009,34(5):52-56.

[8] Zumberge J F,Heflin M B,Jefferson DC,et al..Precise Point Positioning for the Efficient and Robust A-nalysis of GPS Data from Large Networks[J].J.Geophys.Res.,1997,102(B3):5005-5017.

[9] 陈 义.精密点定位的基本原理和应用[J].同济大学学报(自然科学版),2006,34(7):919-923.

[10] 刘经南,叶世榕.GPS非差相位精密单点定位技术探讨[J].武汉大学学报(信息科学版),2002,27(3):234-240.

[11] Rolf Dach,Urs Hugentobler,Pierre Fridez,et al.The Bernese GPS Software Version 5.0.[M].Astronomical Institute,University of Bern,January,2007.

[12] Urs Hugentobler,Rolf Dach,Pierre Fridez.The Bernese GPS Software Version 5.0 DRAFT[M].Printing Office of the University of Bern,February,2005.

[13] Rolf Dach,Urs Hugentobler,Peter Walser.The tutorial for Bernese GPS Software Version 5.0[M].Astronomical Institute,University of Bern,June,2009.