不同类型GPS 数据处理软件的比较分析

杨久东 李建刚

(河北联合大学矿业工程学院，河北唐山 063009)

0 引言

GPS数据处理是GPS研究的一个重要内容。目前市场上常用的GPS数据处理软件有三种类型:商用型、精密型和接收机自带的软件。尽管不同软件在数据处理方法上各有其特点，但它们的总体结构基本上是一致的，即由数据准备、轨道计算、模型改正、数据编辑和参数估计5部分组成。

本文选取商用型Bernese软件，精密型GAMIT/GLOBK软件和接收机自带的，国内比较常用的HDS2003数据处理软件包。用这三种软件，分别对同一组GPS观测数据进行处理，比较分析它们处理的结果，我们得出这些软件各自的优点和不足，为以后实际的应用中，根据工程的目的和要求，选取合适的处理软件提供了参考。

1 GPS数据处理软件的类型

1.1 精密型:GAMIT/GLOBK软件

GAMIT由美国麻省理工学院(MIT)和美国加利福尼亚大学Scripps海洋研究所(SIO)研制的综合分析软件包，可以估计卫星轨道和地面测站的三维相对位置。

该软件由多个功能不同并可独立运行的程序模块组成，具有处理结果准确、运算速度快、版本更新周期短以及精度允许范围内自动化处理程度高的特点，利用GAMIT可以确定地面站的三维坐标和对空中飞行物的定轨，在有精密星历和高精度起算点的情况下，基线的相对精度可以达到10－9左右，短基线的精度可以达到1 mm～3 mm。GAMIT/GLOBK软件采用双差模型，不能用于精密单点定位(PPP)。GLOBK是一个卡尔曼滤波器，可以联合解算空间大地测量和地面观测数据，处理的数据是原始观测值获得的测站坐标、地球自转参数、轨道参数和目标位置等信息的估值及其协方差矩阵。作为科研软件，GAMIT供研究和教育部门无偿使用，只需通过正式途径注册得到使用许可证就可使用。GAMIT在我国应用的比较广泛，我国的A，B级GPS网的基线解算就是用这种软件完成的。

1.2 商用型:Bernese软件

瑞士BERNE大学研制的Bernese软件包由数十个独立的程序组成，各个程序通过文件被有机的结合起来。该软件的功能非常强大，定位、定轨、估计地球自转参数，对各种有效改善定位/定轨精度的方法广泛吸纳。Bernese为非自由软件，它的每一次升级都是功能方面的一次大的提高或完善，自1988年推出以来，陆续不断升级，功能也日益完善，尤其是1999年11月的4.2版本增加了处理GLONASS数据，到2004年已经升级到了5.0版，目前的最新版本是5.5(本文中的算例是用5.0版本进行处理的)。

Bernese既能处理GPS双差数据，进行整体网平差;也能处理GPS非差数据，进行精密单点定位。用户可以在其官网下载申请表格，填写后经软件研发组审核，交纳一定费用即可获得，具有商业的性质。

1.3 通用型:HDS2003软件

HDS2003是由国内GPS生产商开发的，用来处理静态GPS数据的软件，也是我们平常处理小范围GPS控制网最常用的软件之一。中海达GPS数据处理软件由卫星预报、野外动静态采集、数据传输、项目管理、静态基线处理、动态路线处理、闭合差搜索、网平差、成果输出、坐标系管理及坐标转换等模块组成。可以处理的点、线数仅受制于所使用计算机的内存。

2 对同一组观测数据进行处理的结果

GAMIT只能处理双差观测值，HDS2003只能处理静态的数据，所以我们选取静态双频接收机连续24 h的观测数据作为实验值。基线结果随机选取一条(HDAO-HSYA)来查看(其他基线:HDAO→QYLU，HDAO→XIAO，HSYA→QYLU，HSYA→XIAO，QYLU→XIAO因篇幅有限省略)，点位坐标选取HDAO和HSYA两点列出比较，见表1～表6。

表1 GAMIT最终基线报告

表3 GAMIT/GLOBK平差后最终点位坐标

Max(rms_X)=0.01 cm;Max(rms_Y)=0.01 cm;Max(rms_Z)=0.02 cm。

表4 GAMIT/GLOBK平差后经纬度坐标

表5 HDS2003平差后最终点位坐标

表6 Bernese精密单点定位最终解算坐标

3 比较分析

本次实验采用了IGS精密星历，所以GAMIT基线的精度达到了2 mm左右，这也是有精密星历或者是有高精度起算数据时，GAMIT的预期结果精度。HDS2003的结果和GAMIT比较，无论是基线的三维方向，还是在长L上，GAMIT解算的中误差都要小，结果优于HDS2003。HDS2003点位中误差在毫米级，而GAMIT却能达到亚毫米级，这就体现出精密软件在精确定点上的优势;Bernese软件在这次试验中因为没有更高级的精确的起算数据，所以采用非差模式，点位结果坐标与HDS2003自由网平差坐标的结果十分的相近，与GAMIT相比，差别在厘米级，符合国际上精密单点解算精度要求。

4 结语

从这次实验，我们可以看出，关于GPS数据处理软件，无论是精密软件、商用软件还是普通的接收机自带的软件，都有各自的特点:以HDS2003为代表的普通软件处理小范围的控制网，速度快，精确度比较低，一般能满足我们普通的工程需要，操作界面是可视化的，比较容易实现;以GAMIT为代表的精密软件，结果精度高，可以用来做高精度控制网或者处理中长基线。缺点是只能处理双频数据，而且操作比较复杂;Bernese准确的数学模型、详细的计算过程参数控制、强大的自动化批处理、国际标准适应性和模块化设计，确定了它在GPS软件领域的领先地位，发展前景广阔。缺点是它的操作更加困难，虽然与GAMIT相比，操作界面转为可视化，可是Bernese有两种处理模式，支持多种观测量，所以其结构较GAMIT更为复杂，以至于很难给出一个详尽的数据处理流程。

［1］Hugentobler U，Dach R，Fridez P，et al.Bernese GPS Software Version 5.0 DRAFT［M］.Astronomical Institute/University of Bern，2006.

［2］李征航，张小红.卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法［M］.武汉:武汉大学出版社，2009:2-24，146-176.

［3］鄂栋臣，詹必伟，姜卫平，等.应用GAMIT/GLOBK软件进行高精度 GPS 数据处理［J］.极地研究，2005，17(3):173-182.

［4］张耀文，贾小林，杨志强.IGS超快速星历预推GPS卫星轨道精度分析［J］.测绘工程，2006，15(6):24-26.

［5］杨晓平，王云江.建筑工程测量［M］.宜昌:华中科技大学出版社，2006:116-123.