GNSS高精度数据处理方法与技术

周传根

（安徽省测绘技术培训中心， 安徽合肥 230031）

GNSS高精度数据处理方法与技术

周传根

（安徽省测绘技术培训中心， 安徽合肥 230031）

GAMIT/GLOBK软件是国际上著名的高精度GNSS数据处理软件，通过它可以获得高精度基线解算解，为后续网平差获得高精度测站坐标打下重要基础。GAMIT/GLOBK软件在Linux或Unix系统通过命令运行，能熟练掌握操作和使用方法是进行高精度基线解算的前提。

GAMIT；IGS；基线解算；质量检验

1 GAMIT/GLOBK软件简介

GAMIT/GLOBK由美国麻省理工学院（MIT）和克里普斯海洋研究所（SIO）联合开发，并得到美国哈佛大学和美国国家科学基金会的支持，这是一套高精度GNSS数据处理软件，主要用于分析研究地壳变形、高精度GNSS测量数据处理等领域。该软件采用双差观测值解算，可以确定地面站的三维坐标和对空中飞行物定轨，在利用精密星历的情况下，基线解的相对精度能够达到10-9左右，是世界上最优秀的GNSS软件之一。

2 利用GAMIT软件解算基线的基本流程

GAMIT软件解算基线主要包括四个阶段，即数据准备阶段、文件准备阶段、数据处理阶段和质量评估阶段，概略流程如图1所示。

下面以2010年8月3日和4日（年积日为215、216）某区域CORS站为例，说明利用GAMIT软件解算基线的基本流程。该区域CORS包括10个站，基线解算中与IGS站BJFS、SHAO、WUHN、KUNM、XIAN站联测。

2.1 数据准备

原始观测文件标准化。将原始观测文件转换为标准RINEX-file，命名形式为ssssdoyf.yyo，ssss为测站的四个字符标识名，且必须为小写，doy为年积日，f为时段号，yy为两位数年份；

天线量高方式标准化。将原始观测文件中量高方式及数值转换为GAMIT中可识别的量高方式，一般转换为量测至参考点的垂高（DHARP）或量测至天线扼流圈底部边缘的斜高（SLBGP）等。

需要从网上下载或查询的数据文件

a IGS跟踪站的RINEX-file。通常从网站ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/ pub/gps/data/daily/下载；

b 广播星历n-file。下载网址同上；

c 精密星历SP3-file。可从http://garner.ucsd.edu/pub/products/ week下载，或http://www.rvdi.com/ freebies/gpscalendar.html

d 更新tables表文件。可以从ftp://garner.ucsd.edu/pub/gamit下载最新表文件。其中需按年更新的表文件有 luntab.、soltab.、nutabl.等，需要周更新的表文件有pole.、ut1.、pmu.等。

在本算例中，将该区域CORS站观测文件转换为标准RINEX-文件，量高方式统一为DHARP，下载IGS站BJFS、SHAO、WUHN、KUNM、XIAN的观测文件，下载相应广播星历和精密星历并更新tables表文件。

2.2 文件准备

2.2.1 整理文件结构

为使GAMIT软件顺利运行，需建立工程目录并整理目录下的文件夹，将不同原始数据分别存放在相应文件夹中，本文采用的工程目录下的文件夹组织结构如图2。

2.2.2 修改4个关键tables表文件

a， 测站信息文件

测站信息文件为station.info，

记录各测站信息，在本算例中，其形式如下（只截取BJFS站信息）：

其中，SITE为四个字符的测站名，Station Name为该测站的完整名称，Session Start与Session Stop表示该测站信息的起止时刻，Ant Ht为天线高，HtCod为天线高的量测类型，RcvCod为接收机类型的六字符代码，SwVer是接收机软件的版本号，AntCod是接收机天线类型的六字符代码。

尤其注意的参数是天线高量测方式和天线类型。天线高量测方式一般为DHARP。对于天线类型，若GAMIT软件无对应记录，则在运行过程中会报错，需手工添加或改为近似天线类型。

测站信息文件可手工编辑，也可利用命令读取RINEX-file自动生成，命令为：

sh_upd_stnfo -ref ＜rsfile＞ -f＜rfiles＞

其中，＜rsfile＞为参考（待更新）station.info文件名，文件中应至少有表头格式，如果不输入参数，默认的参数是“station.info”，默认的格式是新版本的station.info的格式。＜rfiles＞是一个或者多个o文件名，GAMIT从其中读取文件头以生成station.info文件。本算例采用命令生成station.info。

b， 测站近似坐标文件

测站近似坐标文件名称为“lfile.”，内容包括测站的先验坐标、速度。L-file有了新旧两个版本，从10.1版开始，支持两种格式的L-file。

传统版本为测站瞬时历元的球坐标，其形式如下：

本算例中，为确保IGS站坐标的较高精度，采用传统版本L-file，IGS站坐标通过http://sopac.ucsd. edu/cgi-bin/sector.cgi获得，并在L-file中更新，采用命令如下：

grep POSITION *.10o ＞ lfle.rnx

rx2apr lfile.rnx 2010 215

gapr_to_l lfile.rnx.apr lfile. “”2010 215

新版本的L-file为参考历元下的测站直角坐标和速度场，其形式如下：

L-file对于基线解算的结果有较大的影响，因此最好提供比较精确的初始坐标。

c， 测站信息控制文件

测站信息控制文件sittbl.有long型和short型两种格式。short型文件适用于一般基线解算，该文件只包含测站三维坐标约束，其形式如下：

其中，SITE为四个字符测站名；FIX确定该测站点是否为固定点，YYY表示是固定点，NNN表示非固定点；COORD.CONSTR.表示测站在维度、经度和半径方向坐标约束量。

long型文件包含多项参数，可对每个测站根据具体情况进行设置，其形式如下：

本算例中，无需对每个测站单独进行参数设置，因此采用short型文件，并对IGS站坐标强约束，CORS站坐标松弛约束，其它参数在测段信息控制文件中进行设置。

d， 测段信息控制文件

解算策略直接关系到解算结果的精度，因此sestbl.文件中参数的设置非常重要，关键的参数包括以下几个：

解算方法的选择，观测值类型进行选择，解算类型进行选择，估计对流层天顶延迟等。

2.3 基线处理

基线处理过程可以用批处理和分步处理的方法基进行，对于初学者分步处理更加容易避免错误，了解基线的解算过程。

分步处理的过程其实只有几个命令，如果准备工作都准确无误，数据质量较好，则处理过程比较简单。整个过程在工作目录（如图3.1中的doy0）下进行，主要分为以下几个步骤：

将RINEX-file、广播星历和精密星历链接或拷贝到工作目录中。

links.day ＜year＞ ＜day＞ ＜test＞。将tables目录下的表文件链接到该工作目录下。year表示年份，doy表示年积日，test表示工程名，若部分表文件未链接成功，则需手动链接。

makexp。这个命令是数据准备部分的驱动程序，它使得程序从当前目录下自动搜索O文件，并生成相应的X-file（GAMIT内部定义的观测文件格式）和session.info文件。这个命令可以带参数执行，也可以交互式执行。其中对于轨道类型，若采用最终精密星历，则为“igsf”，若采用快速精密星历，则为“igsr”，若采用超快精密星历，则为“igsu”。

sh_sp3fit。这个命令是利用精密星历形成卫星的位置和速度的最初条件文件G-file，继而在arc模块中由G-file积分产生表格化的T-file，这个文件提供15分钟间隔的卫星位置和轨道信息。在无精密星历时，也可采用sh_bcfit命令仅用广播星历来产生低精度的初始轨道。

sh_check_sess -sess ＜day＞-type gfile -file ＜gfile＞。这个命令用来检核G-file是否生成，其中的卫星号有哪些。在某些情况下在svs_exclude.dat文件中禁用了个别卫星，则这一步可以显示出这些卫星是否从session.info中剔除了。

makej ＜n-file＞ ＜J-file＞。这个命令从广播星历文件生成卫星钟文件J-file。

sh_check_sess -sess ＜day＞-type jfile -file ＜jfile＞。命令功能同5）。

fixdrv ＜D-file＞。这是数据处理部分的驱动程序，将产生批处理文件，由ARC、MODEL、AUTCLN、CFMRG、SOLVE模块实施批处理工作。

csh ＜B-file＞。该命令发送解算指令，由各个模块执行解算任务并写成结果输出到结果文件中。

应用以上分步处理命令，对2010年年积日为215d的该区域CORS站数据进行处理，具体命令如下：

以上每步命令正常结束时会 显示“normal stop”，若命令终止运行则说明出现错误，需根据“fatal”提示内容进行检查改正。全部命令正常运行结束后，终端会显示NRMS值，可据此对解算结果做初步判断。主要基线结果文件包括Q-file、O-file和H-file，Q-file为分析记录文件，O-file为后续处理分析中需要的分析记录文件（内容为Q-file中部分），H-file为GLOBK的输入文件，内容为平差和方差协方差阵。

同样对年积日216天数据进行数据处理。

从2000年起GAMIT软件提供一个由csh写成的程序sh_gamit，该脚本程序将繁琐的数据准备和处理工作集成化，使得整个处理过程只需一条命令即可完成。但sh_gamit程序也存在缺点，最明显的是自动生成先验坐标文件精度低容易导致解算失败，以及只能处理观测时段为一天的多天数据，使其不能有效应用在多天多时段的GNSS数据处理中。

2.4 质量评估

GAMIT基线解算结果的好坏，一般有以下几种评判标准：

标准化均方根误差NRMS

NRMS值表示单时段解算出的基线值偏离其加权平均值的程度。NRMS值是衡量GAMIT基线解算结果的一个重要指标，其计算公式如下：

根据国内GNSS数据处理经验，一般认为NRMS值在0.12～0.5是合理的，最优值约为0.2［19］，若nrms过大，则说明处理过程中周跳可能未得到完全修复。

参数的改正量不能大于其约束量的2倍。

当观测值类型为L1_ONLY时，B1Ll计算的整周模糊度必须是整数。

基线重复性是衡量数据处理质量的重要指标之一［20］。基线向量的重复性和相对重复性计算公式如下：

其中：Rl基线向量的重复性，为基线向量的相对重复性，n为基线单日解数目，Li为第i日的基线分量（或边长），L为单天解基线分量（或边长）的加权平均值，其计算公式如下：n

进一步以基线重复性为观测值，线性拟合出重复性的常数部分和与边长成比例的部分：

对算例基线解算结果进行质量评估，年积日215天和216天NRMS值分别为0.19和0.18。

参数的改正量均小于约束量的2倍。

经线性拟合后的基线重复性见表1。

表1 基线分量及边长重复性Table 1 Baseline component and side length repeatability

本次基线解算的各个分量重复性都非常高，在南北方向3.17mm+0.25×10-8，在东西方向上为3.17mm+0.04×10-8，在垂直方向上为2.15mm+0.11×10-8，在基线长度方向为1.33mm+0.12×10-8，满足区域CORS精度解算要求。

3 小结

GAMIT软件因其高精度、灵活性强的优点被广泛用于高精度GNSS基线处理和地壳运动研究，已经成为许多GNSS数据分析工作者的一种必备工具。依托GAMIT其强大的功能，可以有效地对我省大地坐标参考框架进行维护，及时更新，更好地为全省的大地测量、工程测量、航空摄影测量等专业提供稳定的坐标系统，满足各种测绘行业测绘精度需求，更好地服务全省测绘地理信息事业的发展。

［1］Clyde Goad. International Symposium on Precise Positioning with the Global Positioning System［C］// In: Wooden W.H.Navstar. Global Positioning System. Maryland， Rockville: U.S Department of Commerce， 1985， 403～412.

［2］ 韩菲.参考站网络稳定性自动监测及其时间序列分析［D］.成都：西南交通大学，2009.

［3］Dong， D.， Fang， P.， Bock， Y.， Cheng，M.K.， Miyazaki， S. Anatomy of apparent seasonal variations from GPS derived site position time series［J］. J.Geophys.Res.， 2002 ，107（B4）.

［4］ 符养. 中国大陆现今地壳形变与GPS坐标时间序列分析［D］. 上海：中国科学院上海天文台， 2002：57～81.

［5］ 乔学军，王琪，吴云，杜瑞林. 中国大陆GPS基准站的时间序列特征［J］.武汉大学学报·信息科学版，2003，28（4）: 413～416.

［6］ 姚宜斌，施闯. IGS测站的非线性变化研究［J］. 武汉大学学报·信息科学版，2007，32（5）: 423～426.

［7］ 孔祥云，郭际明，刘宗泉.大地测量学基础［M］.武汉：武汉大学出版社，2005:37～40.

［8］ 李征航，黄劲松. GPS测量与数据处理［M］.武汉：武汉大学出版社，2005：156～165.

［9］ 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，2009:146～154.

［10］张荣斗. 基于GPS的四川地区地壳形变分析与研究［D］.成都：西南交通大学，2008:21～22.

［11］黄立人，高砚龙，任立生.关于NEU坐标系统［J］.大地测量学与测量工 程，2006，26（1）：97～99.

GNSS HIGH-PRECISION DATA PROCESSING METHOD AND TECHNIQUE

ZHOU Chuan-gen
（Surveying and Mapping Technology Training Center of Anhui Province， Hefei， Anhui 230031， China）

GAMIT/GLOBK software is globally famous high-precision GNSS data-processing software， which gives high-precision baseline solution to lay a solid basis for subsequent net adjustment to have high-precision station coordinates. GAMIT/GLOBK software is operated in Linux or Unix system by commands. Mastering its operation and usage is the precondition of making high-precision baseline solution.

GAMIT； IGS； baseline solution； quality inspection

P228.1

A

2015-02-10

周传根（1963-），男，安徽定远人，高级工程师，长期从事测绘生产、测绘产品监督检验、测绘职业技能鉴定、测绘行业继续教育等工作。

1005-6157（2015）02-0156-4