基于GAMIT和COSAGPS软件的GNSS控制网数据处理

刘明波,申恩昌

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

GAMIT软件是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)共同研制的用于定位和定轨的GNSS数据分析软件包[1]。该软件采用双差观测值解算，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]。

COSAGPS即“GPS工程测量控制网通用平差软件包”，能读取各种GNSS数据处理软件的基线解文件，具有基线质量检验、三维向量网平差、二维网联合/约束平差、工程网(一点一方向)平差、高程拟合等功能[3]。

采用GAMIT基线解算和COSAGPS后处理的方法既能方便地按照中国GNSS相关标准进行基线质量评定，又能获取正确可靠的点位成果。本文将以某工程C级网为例，介绍此方法的数据处理过程，并用TBC软件处理结果对平面成果进行验证。

1 GAMIT/COSAGPS数据处理流程

GAMIT软件解算基线的主要步骤包括更新gamit/tables、准备观测数据、修改关键的tables文件、数据处理、质量评估等阶段[1，2，4]。现以2017年5月4日(DOY124，GPS Week 1947，Day of week 4，Decimal Year 2017.3370)某国产GNSS接收机施测的C级网为例加以说明。

(1) 更新gamit/tables

可从ftp://garner.ucsd.edu/archive/garner/gamit/tables更新leap.sec、luntab.2017.J2000、nutabl.2017、soltab.2017.J2000、pole.unso、ut1.unso,从ftp:// garner.ucsd.edu/archive/garner/gamit/setup更新svs_exclude.dat文件。

(2) 准备观测数据

在工程目录下新建文件夹“rinex”、“brdc”、“igs”，分别用于存放rinex-o文件、广播星历和精密星历。

原始观测文件标准化。将原始观测文件转换为标准RINEX文件，命名形式为sitedoyn.yyo，site为测站的4个字母标识名，且必须为小写，doy为年积日，n为时段号，yy为两位数年份。将量测天线高转换为相位中心高度，根据rcvant.dat和GNSS接收机修改RINEX文件中的接收机类型、版本和天线类型。

可从ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily/2017/124/17o下载BJFS、LHAZ、ULAB、URUM 等IGS站的观测数据文件；从ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily/2017/124/17n下载广播星历文件“brdc1240.17.Z”；从ftp://garner.ucsd.edu/archive/garner/products/1947下载最终精密星历文件“igs19474.sp3.Z”。

(3) 修改关键的tables文件

在工程目录下运行命令“sh_setup -yr 2017”,建立tables文件夹。在tables文件夹内修改关键文件内容，包括测站信息文件station.info、测站坐标控制文件sites.defaults、测段信息控制文件sestbl.、数据处理控制文件process.defaults、测站坐标文件lfile.。

(4) 数据处理

数据处理时采用集成式命令sh_gamit，采用最终精密星历时输入的命令为“sh_gamit-d 2017 124 -orbit IGSF”。

精密星历文件第一行的“ORBIT IGS14”表明精密星历轨道坐标系统为IGS14，它源于ITRF2014，故GAMIT解算的基线向量属于ITRF2014。由于ITRF2014为ITRF2008的精化，两者在2010.0历元具有相同的坐标原点、尺度和定向[5]，可将GAMIT解算基线的坐标系统认定为ITRF2008当天历元。

(5) 质量评估

标准化均方根误差NRMS是衡量GAMIT基线解算结果的一个重要指标，NRMS体现在“oexpta.doy” 文件的Postfit nrms项。根据国内外GNSS数据处理经验，其值一般小于0.3，若NRMS值太大，则说明数据处理过程中周跳可能未得到完全修复。

为便于COSAGPS读取“oexpta.doy”文件中的基线信息，在文件中加入识别标志“COSAGPS FOR GAMIT O-FILE”[3]。

COSAGPS数据处理流程如下：① 打开/新建工程、设置工程参数；② 输入三维已知坐标、二维已知坐标、一维高程；③ 分时段读取同步基线、形成同步基线文件；④ 环闭合差检验、重复基线差检验；⑤ 在WGS84坐标系统下进行三维向量网平差；⑥在自定义坐标系统下进行二维联合/约束平差；⑦ GPS高程拟合。

2 TBC数据处理流程

Trimble Business Center(TBC)是Trimble的新一代后处理软件，不仅能够处理GNSS(包含GPS和GLONASS)数据，还可以处理全站仪、水准仪、3D扫描仪数据，集成了功能强大的可视工具和建模工具，利用多种视图全面反映数据信息，全新的处理算法保证其处理速度，并提供了灵活的处理配置方案[6-7]。

TBC软件处理GNSS数据的过程如下：① 新建工程，设置项目属性；② 导入观测数据文件、编辑点名和天线高；③ 基线处理参数设置、基线解算；④ 在WGS84坐标系统下网平差；⑤ 更改坐标系统、添加已知数据、网平差；⑥ 成果输出。

3 实例分析

图1 C级GNSS网形图

黄河上游某大型水电站库区淤积测量项目的测图面积约为403 km2，首级GNSS控制网设计为C级。C级网由10点组成，网形见图1，其基线向量长度跨度为5.05～41.67 km。数据采集时投入了6台南方银河-1型GNSS接收机，数据采样间隔为15 s，高度截止角为10°，同步观测时间为4 h。采集时间为2017年5月4日和5日，观测了4个时段，得到了23个观测文件，重复设站率为2.3。

数据预处理时，在南方测绘GNSS数据处理软件[8]中将观测文件转换为标准RINEX格式文件、将天线高换算至相位中心高，正确设置RINEX头文件中的接收机和天线类型、点名。将编辑好的RINEX文件按时段存储。

GAMIT软件中按时段解算基线。基线解算的参数设置如下：采样间隔15 s，高度截止角15°，基线解算方式LC_Help，星历类型为最终精密星历，lfile.中的坐标来自RINEX文件的头文件。基线解算结果见oexpta.doy文件，4个时段的Postfit nrms分别为0.196、0.196、0.191、0.186，基线解算结果良好。在oexpta.doy文件中添加COSAGPS识别标志“COSAGPS FOR GAMIT O-FILE”。

将第1时段中的CHNS、WQKY和BJFS、LHAZ、ULAB、URAM等IGS站进行联测，获得了这两点ITRF2008框架2017.3370历元下的空间直角坐标，并将其作为COSAGPS中C级网三维向量网平差的已知数据。

COSAGPS软件后处理时，设定的仪器误差为5 mm+1 ppm，坐标系统为WGS84坐标系统；所有异步环闭合差和重复基线差在限差范围内，三维向量网平差后的最弱点位中误差为±8.4 mm、最弱边长中误差为1/3 029 000。将坐标系统更改为“北京54”，中央子午线经度102°，输入CHNS和SZXB的平面坐标后进行二维约束平差，平差后的最弱点位中误差为±2.3 mm，最弱边长中误差为1/5016 000。

为验证结果的正确性，用TBC(V2.50)软件进行了基线处理与网平差。TBC基线解算时的参数设置为：广播星历、固定解、双频(L1&L2)、采样间隔15 s、高度截止角15°，网平差时的坐标系统、平差方法和起算数据和COSAGPS相同。2种方法得到的二维平差成果的比较情况见表1。

由表1可知，2种方法得到的成果互差最大值为8.6 mm，这充分验证了GAMIT和COSAGPS软件联合处理结果的正确性。

表1 二维平差成果比较表

4 结 语

采用GAMIT和COSAGPS联合处理GNSS数据具有以下优点：

(1) 能准确计算待测点ITRF2008框架当天历元的空间直角坐标，可通过框架历元综合变换得到ITRF97框架2000.0历元坐标，即2000国家大地坐标系坐标。

(2) COSAGPS能按照中国GNSS相关标准进行基线质量评定，能合理地进行点位精度评定。

本文用GAMIT和COSAGPS软件联合处理的方法对C级GNSS控制网进行了数据处理，获取了各控制点ITRF2008历元2017.3370下的空间直角坐标、北京54坐标系下的平面成果，并用TBC软件对平面成果进行比较。从比较结果可知，GAMIT和COSAGPS软件联合数据处理方法得当、结果正确可靠，为项目后续工作提供了高精度的首级控制成果。