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GAMITGLOBK培训材料

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 测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 GAMIT/GLOBK软件数据处理手册 测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 西安测绘研究所 二OO四年六月 前 言 经过二十多年的发展,GPS已逐步取代常规三角测量技术,成为获取地面控制点坐标的主要手段。地面点的坐标精度,由最初的分米量级,提高到目前的厘米甚至毫米级,随机附带的基线解软件,由于种种原因,已越来越不能满足这么高精度的要求。近几年来,随着GAMIT/GLOBK、Bernese、GIPSY等国外GPS科学研究数据处理软件的引进,国内GPS数据处理的水平提高很快,特别是引进的GAMIT/GLOBK软件,已在全国GPS一、二级网和“中国地壳运动观测网络”等重大工程中得到成功应用,取得了大量高精度的成果。我们在多年来GAMIT/GLOBK数据处理积累经验的基础上,编写了这部《GAMIT/GLOBK软件数据处理手册》,旨在为学习GAMIT/GLOBK软件的人员提供入门教材,为具有一定实践经验的人员提供必备的理论知识,以加深对该软件的了解。本书不仅讲述了GAMIT/GLOBK软件所采用的基本数学模型,还对该软件的安装、调试、数据处理步骤以及具体参数设置也做了详细说明,适用于利用该软件进行科学研究、空间大地网数据处理的有关人员。 本书共分为五章,第一章为前言;第二章讲述了基于基准站的GPS测量模式以及外业质量检查软件TEQC;第三章讲述了GAMIT和GLOBK软件采用的基本模型;第四章讲述了GAMIT/GLOBK软件的安装、数据准备、计算基本步骤等内容;第五章则讲述了具体的参数设置。本书的第一章、第三章以及第四章中关于GLOBK软件的部分由焦文海执笔,第二章的第一节由王刚执笔,第二章的第二节由吴显兵执笔,第三章、第四章关于GAMIT软件的部分由宋小勇执笔,全书最后由焦文海校正定稿。 测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 作者 2004年6月28日 目 录 第一章 绪 论 5 第二章 基于连续运行基准站的GPS测量模式 9 §2.1 基于基准站的GPS测量模式 9 §2.2 TEQC使用说明 11 第三章 GPS数据处理基本理论与模型 24 §3.1 GPS的观测量测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 24 §3.2 GAMIT的双频载波相位数据处理模型 26 §3.2.1 观测方程的组成测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 26 §3.2.2 不同频率载波相位观测数据之间的线性组合 28 §3.2.3 法方程的解算过程测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 32 §3.2.4 计算理论观测值应注意的问题 34 §3.3 GLOBK的多时段解模型 35 §3.3.1 卡尔曼滤波估计 35 §3.3.2 单天解的联合平差 39 §3.4 精度评估模型测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 41 第四章 GAMIT/GLOBK数据处理 43 §4.1 GAMIT/GLOBK软件的安装 43 §4.2 GAMIT数据处理步骤 45 §4.2.1数据准备测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 45 §4.2.2数据处理步骤 49 §4.3 GLOBK数据处理步骤 50 附录B三级GPS网GAMIT参数设置 54 附录C三级GPS网GLOBK参数设置 55 测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 第一章 绪 论 1973年美国国防部决定研究和建立新的全球卫星定位系统,这即是现在的GPS。由于经费预算原因,GPS星座布设方案多次改变。第一颗GPS卫星于1978年2月发射,目前,GPS卫星已布设完毕,在全球任何地区,高度角大于15时,用户可观察到4-8颗GPS卫星。GPS卫星星座由24颗卫星组成(实际上现在卫星数目大于24颗)。这些卫星分布在6个近圆轨道面上,卫星高度约20200km,倾角55,周期11h58min。GPS卫星平台上搭载了微波发射机,原子钟,计算机以及其它用于定位和军事计划的设备。卫星的这些设备使用户利用接收机可测到多个站星距离观测量。卫星同时发播广播星历和卫星钟差,这些信息可使地面站可识别不同的卫星和确定任意时刻自己的位置。GPS卫星通过太阳帆板提供电能,并配有姿态控制和轨道调整的设备。目前GPS星座由BLOCK II、BLOCK IIA和BLOCK IIR组成。 对导航和定位而言,导航电文尤显重要。GPS导航电文总长1500bits,它包含卫星钟差、卫星轨道、卫星健康状态和其它数据。导航电文分为5个持续时间为6s的子贞(subframe)。每个子贞包含10个数据字(word),每个数据字长30 bits。其中6个为控制比特,每个子贞的头两个字为遥测字(TLM)和C/A-P码的转换字(HOW),遥测字(TLM)包含一个便于用户解调导航电文的同步和诊断信息。5个连续子贞中第一子贞包含了不同的标记参数和确定卫星钟修正的多项式系数。第二和第三子贞包含了卫星广播星历参数。利用广播星历参数用户可计算卫星的地固地心坐标。第四和第五子贞的信息主要供军事应用,它包括电离层改正参数和历书数据(almanac data),即低精度的卫星轨道值。不象前三个子贞,第四和第五并不是每30s重复,这两个子贞由连续出现的25个页面组成,这样需12.5min就能获得全部信息。每页包含卫星星座中某一个卫星的历书数据。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 目前,比较著名的GPS数据处理软件主要有美国麻省理工学院(MIT)和海洋研究所(SIO)联合研制的GAMIT/GLOBK软件、瑞士伯尔尼大学研制的BERNESE软件、美国喷气推进实验室(JPL)研制的GIPSY软件等。GAMIT/GLOBK和BERNESE软件采用相位双差数据作为基本解算数据,GIPSY软件采用非差相位数据作为基本解算数据,在精度方面,三个软件没有明显的差异,都可得到厘米级的点位坐标精度。相比较而言,GIPSY软件为美国军方研制的软件,国内只能得到它的执行程序,在国内,它的用户并不多,BERNESE软件需要购买,它的用户稍微多一点,GAMIT/GLOBK软件接近于自由软件,在国内拥有大量用户。我局在二十世纪九十年代先后引进了GAMIT/GLOBK和BERNESE软件,并成功地应用于GPS一、二级网和“中国地壳运动观测网络”工程的数据处理工作,从中取得了一些成就,积累了大量经验。 GAMIT/GLOBK和BERNESE采用双差作为数据分析的基本观测量,它们的缺陷是不能直接解算钟差参数,只能给出测站的基线结果,除测站坐标参数之外,这些软件还可以解算的参数有:卫星轨道参数、卫星天线偏差、光压参数、地球自转参数、地球质量中心变化、测站对流层延迟参数、电离层改正参数等,这使这些软件的应用从大地测量学已逐渐延伸到地球动力学、卫星动力学、气象学以及地球物理学等领域,并取得了很多成果。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 GAMIT软件的运行平台是UNIX操作系统,目前,它可在Sun、HP、IBM/RISC、DEC、LINUX等基于intel处理器的工作站上运行。软件可处理的最大测站和卫星数目可在编译时设定。它的基本输出文件是H-文件,可作为GLOBK软件的输入文件,进而估计测站坐标与速度、卫星轨道参数和地球定向参数。数据处理前,用户需准备所需要的文件,如测站先验坐标文件(L-文件和vg-in文件)、广播星历文件、观测数据文件以及其他辅助文件等。GAMIT每个时段观测数据要求的周期最长为1个UTC天,即从UTC的0点到24点(北京时间8:00~24:00),原则上不要跨天作业。 GAMIT软件的组成结构见图1.1,它由不同功能模块组成,主要包括数据准备、生成参考轨道、计算残差和偏导数、周跳检测与修复、最小二乘平差等模块,这些模块即可以单独运行,也可以用批处理命令联在一起运行,最大限度地减少人为操作,提高运算效率。软件的执行程序放在/com、/kf/bin和/gamit/bin三个目录下。 图1.1 GAMIT/GLOBK软件组成结构图 第二章 基于连续运行基准站的GPS测量模式 §2.1 基于基准站的GPS测量模式 布设新一代军用控制网的是目前我军军事测绘的重要任务之一,此外,其它GPS应用网如机动导弹发射基地、炮兵阵地、城市控制网等的建设也越来越多,GPS是完成这些任务所采用的主要技术手段。由于条件限制,传统 GPS作业模式采用以同步区为基本观测单位,滚动式逐步展开的模式。如GPS一级网采用分区滚动式观测方法,每区至少同步观测10个时段,每个时段长3小时,区与区之间至少有3个公共点,同时还必须有点设在已知站上。这种作业模式对观测的时间同步要求较高,它最大缺陷在于如果其中某一点不能按时展开观测则会造成其他所有站都不得不等待,直到该点能工作为止,要么只能放弃该点同步观测。近几年来,总参测绘局与中国地震局以及国家测绘局合作,建立了覆盖全国范围的25个GPS连续运行基准站(以下亦称基准站),再加上国内已有的IGS站和我国周边较近的IGS站,可供我们使用的GPS连续运行基准站数目已达30余个。由于基准站全天候不间断观测,因此任意未知点点在任何观测时段都可与它们组成结构良好的同步观测环,进而可以精密确定未知点点的坐标。GPS连续运行基准站的存在大大降低了(甚至不需)未知观测点间观测同步的要求,这使得基于GPS连续运行基准站的作业模式成为可能。 基于连续运行基准站的GPS作业模式,就是利用基准站全天候不间断观测的特点,让未知点与基准站组成远距离同步观测,直接确定未知点的坐标。野外作业小组独立测量,不需要与其他作业小组同步观测构成同步区。 总参测绘研究所是“中国地壳运动观测网络工程”的总参测绘局数据共享子系统的管理和运行单位。拥有“中国地壳运动观测网络工程” 27个连续运行基准站的所有观测数据,我国周边IGS跟踪站的观测数据和IGS精密星历。表2.1列出了目前数据处理中我们可用的基准站,其中* 表示此基准站同时也是IGS站。这些基准站主要分布在我国东部地区,西部地区相对较稀,其分布见图2.1。除了国内的基准站可以利用外,我们还可以利用我国周边地区的IGS站,表2.2列出了目前数据处理中我们可用的IGS站。由于种种原因,不能保证每天所有站都不出现故障,但能保证在某一测区周围有7个左右基准站。这些基准站数目足以满足将测区未知点点统一到同一参考框架内。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 表2.1 可供使用的GPS连续运行基准站 序号 测站名 测站代码 序号 测站名 测站代码 序号 测站名 测站代码 1 房山 BJFS 10 拉萨 LHAS* 19 乌什 WUSH 2 十三陵 BJSH 11 泸州 LUZH 20 西安 XIAA 3 长春 CHAN 12 琼中 QION 21 下关 XIAG 4 德令哈 DLHA 13 上海 SHAO* 22 厦门 XIAM 5 鼎新 DXIN 14 绥阳 SUIY 23 西宁 XNIN 6 广州 GUAN 15 泰安 TAIN 24 盐池 YANC 7 海拉尔 HLAR 16 塔什库尔干 TASH 25 永兴岛 YONG 8 蓟县 JIXN 17 乌鲁木齐 URUM 26 郑州 ZHZH 9 昆明基准站 KMIN 18 武汉 WUHN* 27 哈尔滨 图2.1 GPS连续运行基准站分布图 表2.2 我国及周边可供使用的IGS站 序号 测站名 测站代码 序号 测站名 测站代码 序号 测站名 测站代码 28 昆明 KUNM* 30 西安临潼 XIAN* 32 吉塔布 KIT3* 29 伊尔库茨克 IRKT* 31 日本山口 USUD* 研究表明,基于连续运行基准站的GPS作业模式有以下基本要求: 在计算时只选用未知点周围4-5个基准站。实际观测时要考虑周围基准站的观测情况。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 观测时间与未知点的精度要求有关。当未知点位于基准站构成的多边形之中,GPS三级网建议观测时间为3小时。当未知点位于基准站构成的多边形以外时,相同的观测时间定位精度可能比未知点位于基准站构成的多边形之中降低一半。 作业时间在一天中可以随意选取,只要保证有足够的有效观测时间。 观测数据要能转换为标准的RINEX2.0格式。 天线高的量取和记录要准确。 接收机和天线的类型与软件版本号要准确记录。 选点时要注意环境因素,防止多路径影响。 观测数据下载后,用质量检查软件进行数据质量检查,确保有效观测时间。 §2.2 TEQC使用说明 TEQC是一个对卫星导航数据进行预处理和质量检查的软件,它的功能非常强大,对RINEX格式的GPS、GLONASS及部分其它数据都能处理,同时TEQC软件有各种操作系统下使用的版本。下面介绍的是WINDOWS操作系统的版本,重点介绍的是GPS观测数据的质量检查及一些最基本的操作命令,而对其它功能未作详细介绍。 1、TEQC定义测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 TEQC是一个对卫星导航系统观测数据进行转换、编辑和质量检查的软件。 2、TEQC的适用范围 TEQC可用于处理GPS的各种观测数据以及和GPS相关的产品(如IGS精密星历),但其主要用于处理RINEX 2 格式的GPS观测数据、导航数据和气象数据,对于其它部分接收机特有的格式也能处理,但各种接收机都有随机软件可将观测数据直接转换成RINEX 2格式。 3、TEQC的获取 TEQC软件及操作说明以及和TEQC相关的其它信息可以通过因特网从下面的网站获取 http://www.unavcao.ucar.edu/software/teqc 4、TEQC基本的操作模式 TEQC有3种基本的操作模式: 数据转换 数据编辑 质量检查测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 每种模式即可单独使用,也可综合使用。TEQC在处理过程中不需要人为干预,如果处理之后没有发现问题将不会给任何提示,如果有问题将会给出注意(“NOTICE”)、警告(“Warning”)、错误(“Error”)三种提示。 5、对操作系统和硬件的要求测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 本次介绍的版本在Microsoft (95/98/NT/2000/XP)下使用,在能安装使用前面几个操作系统时,对硬件没有更多特别的要求。 6、标准的输入、输出和标准错误输出 标准输入(stdin):标准的输入可以是RINEX 2 格式的文件,也可以是RINEX 2 格式的数据流或者二进制的数据流,但一般情况下都使用RINEX 2 格式的文件 标准输出(stdout):按照命令输出用户所需的ASCII码的产品 基本命令为:teqc +out out.txt {命令选项} 此时出错信息显示在屏幕上 标准错误输出(stderr):将出错信息和发生错误的地方进行输出 基本命令为:teqc +err err.txt {命令选项} 此时标准输出信息显示在屏幕上 要将stdout和 stderr 都输出到不同文件中: teqc +out out.txt +err err.txt {命令选项} 要将stdout和 stderr 都输出到相同文件中: teqc +out temp.txt +err temp.txt {命令选项} 要将stdout和 stderr 都输出到已有文件中: teqc ++out out.txt ++err err.txt {命令选项} 7 常用语法 基本语法结构为: teqc {操作选项} [输入文件1] [输入文件2]….. 在使用操作选项时:“-”表示要输入部分信息或则表示要关掉一些操作选项 “+”表示要输出部分信息或则表示要打开一些操作选项 只要含有“-”或“+”的都表示是命令选项 常用语法 teqc 强制初始化并输出由计算机时间得出的目前的GPS周 teqc +id 输出teqc版本号及计算机时间等信息 teqc –help 或teqc +help 输出teqc操作选项等帮助信息 teqc ++config 输出teqc当前的设置信息 teqc +v RINEX_file 读取RINEX格式文件并验证是否是RINEX格式 teqc RINEX_file测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 读取RINEX格式文件并验证格式是否正确 teqc +dh 6 RINEX_OBS _file 读取RINEX格式观测文件头和前6个小时的观测数据并验证格式是否正确,同时相应的验证信息 teqc +qc RINEX_OBS _file 对RINEX格式观测文件进行质量检查并输出检查结果 8、利用TEQC进行质量检查 进行质量检查的基本语句为: 不使用导航文件时: teqc +qc cham0020.02o 使用导航文件时: teqc +qc –nav cham0020.02n cham0020.02o 执行上面语句之后,将生成如下几个文件: cham0020.ion L2电离层观测值 cham0020.iod L2电离层观测值变率 cham0020.mp1 P1多路径观测值(包括接收机噪声) cham0020.mp2 P2多路径观测值(包括接收机噪声) cham0020.sn1 L1频率上的信噪比 cham0020.sn2 L2频率上的信噪比 cham0020.azi 卫星方位角 (在广播星历和观测数据同时使用时产生) cham0020.ele 卫星高度角 (在广播星历和观测数据同时使用时产生) cham0020.02S 质量检查摘要文件 测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 其中cham0020.02s是质量检查统计的结果文件,是TEQC软件的核心部分,主要用于对观测数据的质量评定,一般情况下观测人员主要是对该文件进行检查,从而确定观测数据的质量。其它几个文件主要用于作图,从而可直观的对每一颗卫星的单项质量进行检查。 对作图文件可用qcview32软件产生图形进行检查,qcview32命令只能在DOS命令行使用,它不是一个WINDOWS的执行程序,对每一颗卫星生成的图形在图形界面下可浏览、也可输出PS格式的图形文件。画图语句为: qcview32 [file] 执行该语句之后将生成一个图形界面,可输入8个不同的字符可完成不同的功能: N: 显示下一颗卫星的图形 P: 显示前一颗卫星的图形 F: 显示第一颗卫星的图形 L: 显示最后一颗卫星的图形 A: 显示所有卫星的图形 M: 标注显示的图形 D: 输出PS格式的图形 Q: 退出图形界面 9、检查质量检查文件 基本符号测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 质量检查文件中将出现一些符号,通过下面的命令将显示所有的符号及意义。 Teqc ++sym 各符号的意义为: 和卫星有关的符号: (hierarchy is left-to-right, top-to_bottom) C 钟发生跳变,每一颗卫星在P1和P2上多路径影响的发生相同的跳变量,且变化量为整毫秒 m 钟发生跳变,部分观测到的卫星有这种变化或者各颗星的变化量不同,且变化量为整毫秒测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 I 相位中的电离层观测值发生跳变 M P1和P2的多路径影响发生跳变,但变化量不为整毫秒 1 只有P1的多路径影响发生跳变 2 只有P2的多路径影响发生跳变 - (减号)卫星在设定高度角之上,但接收机没有记录数据 + 卫星在设定高度角之下,但接收机记录了所有码和相位数据 ^ 卫星在设定高度角之下,接收机只记录了部分码和相位数据 . A/S 关闭,只有L1、C/A数据 : A/S关闭,只有L1、P1数据 ~ A/S关闭,只有L1、C/A、L2、P2数据 * A/S 关闭,有L1、P1、L2、P2数据 , A/S开启,有L1、C/A数据 ; A/S开启,有L1、P1数据 o A/S 开启,有L1、C/A、L2、P2数据 y A/S开启,有L1、P1、L2、P2数据 L 对L1、L2的失锁指示 _ (下画线)卫星在水平面和设定高度角之间,没有记录数据 和定位有关的符号: 测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 ^ 有较大的位置变化 X 码定位失败 C 定位比较散乱 H 水平方向定位不准 V 高程方向定位不准 T 各个方向定位均不准 > 动态测量正常 o 静态测量正常 O 观测量不足 E 星历不足 S 卫星数不足 测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 和接收机钟差有关的符号: - 重新设置减了数个毫秒 + 重新设置加了数个毫秒 ^ 没有记录下观测历元 下面用质量检查的一个文件示例,对各部分的主要内容进行说明; 第1部分为卫星观测情况 SV+------------------------------------------------------------------------+ SV 17| __ooooooooooooooo+_ __oooooo-__ | 17 1| _+ooooooooo-_ _oooooooooooooo+_ | 1 3|-ooo-_ ___--___ _ooooooooooooo| 3 8|-oooooooo+_ _+ooooooooo-_ _ooooo| 8 29| _____ __+ooooooooooooooooo+__ | 29 25| _ooooooooooooooooooo+_ | 25 前面部分为卫星数据记录情况,各种标识的意义前面已定义。需注意的是如果在24小时的连续观测文件中,如果“C”标记出现2次以上,说明接收机有问题;如果出现大量的“L”标记,说明天线有问题 -dn| |-dn +dn|c 1 11 1 1 111 11 1 11 11 1 1 11 11 11 211 |+dn “-dn”行为理论上可观测到的卫星数和实际观测到的卫星的最小差值 “+dn”行为理论上可观测到的卫星数和实际观测到的卫星的最大差值 +10|9aa99887756666778789aabb99aaba8899977767888887999966666777667899889bbaaa|+10 “+10”行表示高度角在10度以上时理论上可观测到的卫星数 Pos|ooo oooo o oo |Pos “Pos”行表示定位的情况,各种标识的意义见前面的定义 Clk|^ |Clk +--------|--------|--------|---------|--------|--------|--------|--------+ “Clk” 行表示接收机钟差的设置情况,各种标识的意义见前面的定义 00:00:30.000 23:59:30.000 2000 May 4 2000 May 4 观测时段开始和结束时间 ********************* QC of RINEX file(s) : hlar1251.00o input RnxNAV file(s) : hlar1251.00n测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 ********************* 质量检查用到的观测文件和导航文件的文件名 第2部分为观测数据记录及统计情况 Time of start of window : 2000 May 4 00:00:30.000 观测弧段开始时间 Time of end of window : 2000 May 4 23:59:30.000 观测弧段结束时间 Time line window length : 23.98 hour(s), ticked every 3.0 hour(s) 弧段长度 antenna WGS 84 (xyz) : -2068741.4020 3620788.6934 4810735.7198 (m) 测站坐标 antenna WGS 84 (geo) : N 49 deg 16' 13.85" E 119 deg 44' 29.52" antenna WGS 84 (geo) : 49.270515 deg 119.741533 deg WGS 84 height : 651.0729 m |qc - header| position : 21 m Observation interval : 30.0000 seconds 采样间隔 Total satellites w/ obs : 27 观测到的卫星数 NAVSTAR GPS SVs w/o OBS : 12 14 20 28 32 NAVSTAR GPS SVs w/o NAV : Rx tracking capability : 12 SVs 接收机最多可同时跟踪的卫星数 Poss. # of obs epochs : 2879 理论上可观测到的历元数 Epochs w/ observations : 2878 理论上观测到的历元数 Possible obs > 0.0 deg: 29213 高度角0度以上可获取的观测量个数 Possible obs > 10.0 deg: 22272 高度角10度以上可获取的观测量个数 Complete obs > 10.0 deg: 22211 高度角10度以上实际记录的观测量个数 Deleted obs > 10.0 deg: 0 Moving average MP1 : 0.123724 m P1多路径影响的RMS Moving average MP2 : 0.165175 m P2多路径影响的RMS Points in MP moving avg : 50 No. of Rx clock offsets : 0 Total Rx clock drift : 0.000000 ms Rate of Rx clock drift : 0.000 ms/hr Report gap > than : 10.00 minute(s) 定义新弧段的时间限值 epochs w/ msec clk slip : 0 多少个历元发生钟跳 other msec mp events : 0 (: 0) {expect <= 1:50} IOD signifying a slip : >400.0 cm/minute 电离层变率发生跳变的限值 IOD slips < 10.0 deg : 0 IOD slips > 10.0 deg : 0 IOD or MP slips < 10.0 : 0 IOD or MP slips > 10.0 : 0 first epoch last epoch hrs dt #expt #have % mp1 mp2 o/slps SUM 00 5 4 00:00 00 5 4 23:59 23.98 30 22272 22211 100 0.12 0.17 22211 测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 第3部分为参数设置表(由软件缺省设置) Processing parameters are: Receiver tracking capability : 12 SVs Maximum ionospheric rate (L1) : 400.00 cm/min Report data gap greater than : 10.00 min Expected rms level of P1 multipath : 50.00 cm Expected rms level of P2 multipath : 65.00 cm Multipath slip sigma threshold : 4.00 cm % increase in MP rms for C/A | A/S : 100.00 % Points in MP moving averages : 50 Minimum signal to noise for L1 : 0 Minimum signal to noise for L2 : 0 Elevation mask (cutoff) : 10.00 degrees Elevation comparison threshold : 25.00 degrees Orbit path spline fit sample time : 10 min SVs w/ code data for position try : 5 Width of ASCII summary plot : 72 Data indicators on summary plot : yes Do ionospheric observable : yes Do ionospheric derivative : yes Do high-pass ionosphere observable : no Do multipath observables : yes Do 1-ms receiver clock slips : yes Tolerance for 1-ms clock slips : 1.00e-002 ms Do receiver LLI slips : yes Do plot file(s) : yes Observations start : 2000 May 4 00:00:30.000 Observations end : 2000 May 4 23:59:30.000 Observation interval : 30.0000 second(s) 第4部分为每一颗卫星观测量的统计情况 SV #+hor #+mask #reprt #compl L1 L2 P1 P2 CA --- ------ ----- ------ ----- ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ G17 1119 27.75 873 34.14 871 871 871 871 871 871 0 G 1 1159 24.74 930 29.60 929 929 929 929 929 929 0 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … G29 1004 36.92 746 48.62 746 746 746 746 746 746 0 G25 871 43.50 767 48.72 767 767 767 767 767 767 0 --- ------ ----- ------ ----- ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 第1列:高度角在0度以上时可观测到的观测量个数 第2列:高度角在0度以上时的平均高度角 第3列:高度角在设定高度角以上时可观测到的观测量个数 第4列:高度角在设定高度角以上时的平均高度角 第5列:已报告的观测量个数 第6列:已报告且每个观测量均完整的观测量个数 第7-11列:分别为L1、L2、P1、P2、C/A实际的观测量个数 Obs below mask ( 10.00 deg) : 29 Obs above mask w/ no L1 : 0 Obs above mask w/ no L2 : 0 Obs above mask w/ no P1 | CA : 0 Obs above mask w/ no P2 : 0 Obs above mask w/ low L1 S/N : 0 Obs above mask w/ low L2 S/N : 0 Obs reported w/ code | phase : 22240 Obs deleted (any reason) : 29 Obs complete : 22211 No. of Rx clock offsets : 0 Total Rx clock drift : 0.000000 ms Rate of Rx clock drift : 0.000000 ms/hr 第5部分为电离层延迟观测量统计情况 elev (deg) tot slps 5=% 1|m 15=% 2|m 85 - 90 182 0 0.000000 80 - 85 549 0 0.000000 75 - 80 523 0 0.000000 70 - 75 529 0 0.000000 65 - 70 1056 0 0.000000 60 - 65 1059 0 0.000000 55 - 60 1045 0 0.000000 50 - 55 1388 0 0.000000 45 - 50 1381 0 0.000000 40 - 45 1455 0 0.000000 35 - 40 1586 0 0.000000 30 - 35 1594 0 0.000000 25 - 30 2119 0 0.000000 20 - 25 2242 0 0.000000 15 - 20 2523 0 0.000000 10 - 15 2959 0 0.000000 5 - 10 23 0 0.000000 0 - 5 0 0 0.000000 < 0 0 0 0.000000 | 1 | 2 | 第1部分为高度角区间及观测量个数统计情况,该软件目前对电离层延迟均方根差未统计。 第2部分为柱壮图形的直观表示:“=”表示 电离层延迟跳变个数占总观测量的百分比 “|”表示 电离层延迟均方根差大小(米) “#”表示“=”和“|”重叠 第6部分为P1、P2上的多路径统计 MP1 RMS summary (per SV): slips L1 rx L2 rx slips L1 rx L2 rx SV obs>10 # del MP1 rms [m] < 25 < 25 < 25 > 25 > 25 > 25 G17 871 0 34.28 0.094147 0 0 0 0 0 0 G 1 929 0 29.62 0.109008 0 0 0 0 0 0 G29 746 0 48.62 0.082750 0 0 0 0 0 0 G25 767 0 48.83 0.078932 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 第1列为高度角大于10度时的观测量个数 第2列为高度角大于10度时的没有记录的观测量个数 第3列为高度角大于10度时的平均高度角 第4列为P1多路径的RMS值 第5-7列为高度角在25度以下时记录的多路径跳变次数和L1、L2上报告的周跳次数 第8-10列为高度角在25度以上时记录的多路径跳变次数和L1、L2上报告的周跳次数 mean MP1 rms : 0.123724 m total mean elevation : 37.83 degrees # MP1 obs > 10 : 22211 # qc MP1 slips < 25 : 0 # Rvr L1 slips < 25 : 1 # Rvr L2 slips < 25 : 0 # qc MP1 slips > 25 : 0 # Rvr L1 slips > 25 : 0 # Rvr L2 slips > 25 : 0 elev (deg) tot slps 5=% 1|m 15=% 2|m 85 - 90 182 0 0.034911 | 80 - 85 549 0 0.027434 | 75 - 80 523 0 0.036322 | 70 - 75 529 0 0.034477 | 65 - 70 1056 0 0.035049 | 60 - 65 1059 0 0.037592 | 55 - 60 1045 0 0.036057 | 50 - 55 1388 0 0.038334 | 45 - 50 1381 0 0.042342 | 40 - 45 1455 0 0.060582 | 35 - 40 1586 0 0.067732 | 30 - 35 1594 0 0.091850 || 25 - 30 2119 0 0.105073 || 20 - 25 2242 0 0.161931 ||| 15 - 20 2523 0 0.199511 |||| 10 - 15 2959 0 0.227421 ||||| 5 - 10 23 0 0.215676 |||| 0 - 5 0 0 0.000000 < 0 0 0 0.000000 | 1 | 2 | 第1部分为高度角区间及观测量个数统计情况,及P1多路径延迟统计。 第2部分为柱壮图形的直观表示:“=”表示多路径延迟跳变个数占总观测量的百分比 “|”表示 多路径延迟均方根差大小(米) “#”表示“=”和“|”重叠 MP2 RMS summary (per SV): 测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 slips L1 rx L2 rx slips L1 rx L2 rx SV obs>10 # del MP2 rms [m] < 25 < 25 < 25 > 25 > 25 > 25 G17 871 0 34.28 0.130873 0 0 0 0 0 0 G 1 929 0 29.62 0.153535 0 0 0 0 0 0 G29 746 0 48.62 0.088903 0 0 0 0 0 0 G25 767 0 48.83 0.092099 0 0 0 0 0 0 mean MP2 rms : 0.165172 m total mean elevation : 37.83 degrees # MP2 obs > 10 : 22211 # qc MP2 slips < 25 : 0 # Rvr L1 slips < 25 : 1 # Rvr L2 slips < 25 : 0 # qc MP2 slips > 25 : 0 # Rvr L1 slips > 25 : 0 # Rvr L2 slips > 25 : 0 elev (deg) tot slps 5=% 1|m 15=% 2|m 85 - 90 182 0 0.048154 | 80 - 85 549 0 0.045879 | 75 - 80 523 0 0.056347 | 70 - 75 529 0 0.053528 | 65 - 70 1056 0 0.049376 | 60 - 65 1059 0 0.044998 | 55 - 60 1045 0 0.045257 | 50 - 55 1388 0 0.054700 | 45 - 50 1381 0 0.052615 | 40 - 45 1455 0 0.078616 || 35 - 40 1586 0 0.102642 || 30 - 35 1594 0 0.131217 ||| 25 - 30 2119 0 0.147676 ||| 20 - 25 2242 0 0.235092 ||||| 15 - 20 2523 0 0.269405 ||||| 10 - 15 2959 0 0.296396 |||||| 5 - 10 23 0 0.252436 ||||| 0 - 5 0 0 0.000000 < 0 0 0 0.000000 第7部分为L1、L2信噪比统计情况测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 S/N L1 summary (per elevation bin): elev (deg) tot SN1 sig mean 0|5 1|0 85 - 90 182 0.667 8.951 ###||||||||||||||||||||||||||||||||| 80 - 85 550 0.384 8.984 ##|||||||||||||||||||||||||||||||||| 75 - 80 523 0.394 8.983 ##|||||||||||||||||||||||||||||||||| 70 - 75 529 0.391 8.983 ##|||||||||||||||||||||||||||||||||| 65 - 70 1056 0.277 8.991 #||||||||||||||||||||||||||||||||||| 60 - 65 1059 0.277 8.992 #||||||||||||||||||||||||||||||||||| 55 - 60 1045 0.278 8.991 #||||||||||||||||||||||||||||||||||| 50 - 55 1390 0.241 8.994 #||||||||||||||||||||||||||||||||||| 45 - 50 1382 0.242 8.993 #||||||||||||||||||||||||||||||||||| 40 - 45 1457 0.236 8.994 #||||||||||||||||||||||||||||||||||| 35 - 40 1586 0.226 8.994 #||||||||||||||||||||||||||||||||||| 30 - 35 1594 0.225 8.994 #||||||||||||||||||||||||||||||||||| 25 - 30 2119 0.196 8.996 #||||||||||||||||||||||||||||||||||| 20 - 25 2243 0.235 8.976 #||||||||||||||||||||||||||||||||||| 15 - 20 2524 0.423 8.816 ##||||||||||||||||||||||||||||||||| 10 - 15 2972 0.506 8.355 ##||||||||||||||||||||||||||||||| 5 - 10 29 1.504 7.759 ######||||||||||||||||||||||||| 0 - 5 0 0.000 0.000 < 0 0 0.000 0.000 | 1 | 2 | 第1部分为高度角区间、观测量个数、信噪比的1倍中误差、信噪比大小。 第2部分为柱壮图形的直观表示:“=” 信噪比的1倍中误差大小 “|”表示信噪比 “#”表示“=”和“|”重叠 S/N L2 summary (per elevation bin): elev (deg) tot SN2 sig mean 0|5 1|0 85 - 90 182 0.667 8.951 ###||||||||||||||||||||||||||||||||| 80 - 85 550 0.384 8.984 ##|||||||||||||||||||||||||||||||||| 75 - 80 523 0.394 8.983 ##|||||||||||||||||||||||||||||||||| 70 - 75 529 0.391 8.983 ##|||||||||||||||||||||||||||||||||| 65 - 70 1056 0.277 8.991 #||||||||||||||||||||||||||||||||||| 60 - 65 1059 0.316 8.967 #||||||||||||||||||||||||||||||||||| 55 - 60 1045 0.553 8.615 ##|||||||||||||||||||||||||||||||| 50 - 55 1390 0.306 8.044 #||||||||||||||||||||||||||||||| 45 - 50 1382 0.215 7.994 #||||||||||||||||||||||||||||||| 40 - 45 1457 0.269 7.965 #||||||||||||||||||||||||||||||| 35 - 40 1586 0.455 7.219 ##||||||||||||||||||||||||||| 30 - 35 1594 0.175 6.996 #||||||||||||||||||||||||||| 25 - 30 2119 0.499 6.646 ##||||||||||||||||||||||||| 20 - 25 2243 0.145 6.001 #||||||||||||||||||||||| 15 - 20 2524 0.328 5.893 #||||||||||||||||||||||| 10 - 15 2972 0.370 5.149 #|||||||||||||||||||| 5 - 10 29 0.928 4.828 ####||||||||||||||| 0 - 5 0 0.000 0.000 < 0 0 0.000 0.000 第三章 GPS数据处理基本理论与模型 §3.1 GPS的观测量测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 利用GPS进行高精度大地测量的基本观测量是GPS接收机接收到的载波相位观测量,它是来自GPS卫星的载波信号的相位与接收机本振产生的载波相位的差值。载波相位观测量的分辨率约1mm。为了得到高精度的测站坐标,通用的GPS测量方法是相对定位。这需在不同的观测站(至少两个)安置GPS接收机,对不少于两颗的GPS卫星进行同步观测,获得GPS两个载波(频率为1575.42MHz的L1和频率为1227.6MHz的L2)的相位观测值。观测时段的长度常取一天,数据采样率取15秒或30秒。载波相位观测的主要误差源是卫星钟差和接收机钟差。尽管GPS卫星携带了稳定度相当高的原子钟,如果不消除卫星钟差的影响,则定位的精度只能在米级水平。 GPS测量的观测量还有伪距观测量,这包括GPS卫星发播的波长300米的C/A(coarse acquisition)码伪距和波长30米的P(protected)码伪距。P码伪距只有特许用户可以收到,但目前的一些GPS接收机由于采用了一些技术,同样可以获得与P码精度相当的类似P码的距离观测量,我们仍称它为P码观测量。GPS伪距为导航提供了基本观测量,但由于精度太低,不能用它单独进行高精度的测量定位。但是,在用载波相位数据计算测站坐标时,它可用来计算接收机钟差、求解相位模糊度、修复相位周跳以及连同相位数据改进卫星轨道。 由于GPS原始相位观测量包含的接收机和卫星钟差不能分离,因此,在实际数据处理中,常取相位观测量的线形组合作为数据处理的基本观测量,以消除钟差影响。设两个观测站对同一GPS卫星作了同步观测,并获得了两个相位观测值,将这两个值相减,可得到一个新的相位观测值,这一值消除了卫星钟差,我们称之为单差相位观测量(single-difference)。若这两个观测站同时对另一颗GPS卫星也作了同步观测,并获得了两个相位观测值,将这两个相位观测值组成的单差观测量与上述单差观测量相减,也可得到一个新的相位观测值,这一值不仅消除了卫星钟差的影响,而且消除了接收机钟差的影响,我们称之为双差相位观测量(double-difference)。如果GPS观测站非常接近,则单差观测还可消除掉对流层和电离层对载波相位信号和伪距信号的延迟影响,如果GPS观测站具有稳定性很高的氢原子钟,则单差观测组合很有用,但极少GPS观测站有原子钟,所以人们很少采用单差观测量作为数据处理的基本观测量。由于双差观测组合还消除了接收机钟差影响,所以双差观测量常为大多数的GPS数据处理软件采纳。双差观测量的组成是一件看似简单实则复杂的事,GAMIT软件采用了一种巧妙的算法(D difference-operator),将相位非差观测量组成独立的单差或双差观测量。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 观测初始历元,GPS相位测量只能得到相位的小数部分,而不能得到相位的整周部分,因而相位测量是一种模糊度测量。双差观测量也存在这一问题,只不过这时的整周部分是组成双差观测量的四个基本相位观测量整周数的线性组合。如果由卫星星历、传播延迟以及接收机测量噪声组成的测量误差的影响小于相位的一个整周(one cycle),则相位的整周部分可以通过相位观测量的线性组合解算出来。这样,可以得到观测初始历元的整周模糊度(ambiguity),从而得到无模糊度的双差相位观测距离。求解相位模糊度有助于提高GPS相对定位站坐标的解算精度。 为了得到高精度的测站坐标,载波相位数据必需在整个时段(session)都连续获得。实际上这常常是不可能的事,如果卫星信号被临时中断而引起接收机失锁,将引起相位数据发生跳变,由于相位测量的特性,这种跳变常常是载波波长的整数倍,我们将它称为周跳(cycle-slips)。引起周跳的原因很多,由接收机噪声引起的周跳通常约几周,而由于卫星信号临时被中断引起的周跳则多达数千周。周跳的影响最好在单程相位观测数据中消除,这一工作称为周跳的修复或者周跳剔除。周跳修复的方法有手工编辑法、高次差或多项式拟合法、卫星间求差法以及三差法等。GAMIT软件采用相位三差数据编辑修复周跳,这主要由它的AUTCLN模块完成。对于数据出现大的跳变的历元,如果不能修复周跳,GAMIT软件在此设置标记,将其作为未知参数一并解算。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 尽管接收机钟差在相位测量的双差组合中已消除,但若接收机钟面时与GPS时(或世界时)同步相差太大,仍将影响解的精度。通过精确的站坐标和卫星轨道位置参数以及卫星钟差可以以优于1微秒的精度求出这种偏差。 §3.2 GAMIT的双频载波相位数据处理模型 §3.2.1 观测方程的组成测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 假设历元时刻在测站j对卫星i进行了观测,则线性化后的双频载波相位观测方程可写为: (3.1) (3.2) 其中1、2分别表示L1和L2载波相位观测量,观测量的单位为周; 为L1载波频率;测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 为L2载波频率; 为载波信号在卫星和接收机之间的几何传播延迟时间; 为卫星和接收机钟差引起的相位变化; 为载波信号传播路径上的对流层折射延迟; 为电离层折射影响; 为测量误差以及没有模型化的残余误差(如多路径影响); ,其中为整周模糊度,为接收机的初始相位偏差,为卫星的初始相位偏差。 几何传播延迟可以写为:测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 (3.3) 这里,分别为卫星和测站的三维地心位置矢量,c为光速。我们需求解的参数即测站和卫星的地心位置矢量。对流层折射延迟时间通常由地面气象观测数据(或者水汽辐射计WVR数据)经过模型计算出来,作为相位观测的修正加在方程(3.1)和(3.2)的右边,对于残余的对流层折射延迟部分,通常由一些天顶延迟参数(zenith delay parameters)来模型化,并在计算时连同这些参数一并求解。 我们知道,相位的双差组合消除了卫星和接收机钟差引起的相位变化,并且消除了卫星和接收机的初始相位偏差,使得模糊度具有整周特性。略掉这些在双差组合中将消除的部分,则相位观测方程可以简单写成: (3.4) (3.5) 若对电离层折射影响施加一定的约束,则还可以列出一个方程: (3.6) 这样,在每一观测历元,上述观测量的观测方程写成矩阵形式为: (3.7) 上式中有:测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 ;;, 双差观测量残差向量满足: (3.8) (3.9) 以上各式中D为双差算子,它将同一历元所有的相位单程观测值映射成独立的双差观测量,A为线性化后的系数矩阵,C为协因数阵,为先验单位权方差,这里设L1和L2的观测权相等。为待求解的未知参数,它包括未知站坐标、卫星轨道参数、极移参数、模糊度参数以及对流层天顶延迟参数等,为电离层延迟参数。 §3.2.2 不同频率载波相位观测数据之间的线性组合 方程中(3.7)含有大量的电离层延迟参数,这给计算带来很大麻烦,因此有必要采用L1和L2相位观测的线性组合消除这些参数。常用的消除电离层影响的组合是LC(ionospheric-free)观测量组合,记为: ;g=1227.6/1575.42=60/77 (3.10) Schaffrin和Bock为了更方便地计算方程(3.7),特意定义了基于L1和L2以及电离层延迟约束观测的载波相位观测数据之间的线性组合,形式如下: (3.12) 这里: (3.13) (3.14) (3.15) (3.16) 显然,是L1和L2的线性组合,它类似于LC组合。是L1、L2和的线性组合。这两种组合都消除了电离层延迟参数,使得解参数大为减少。 方程(3.12)中的待解参数可进一步分解为三类参数:模糊度参数以外的所有参数(包括测站坐标、卫星轨道参数、对流层天顶延迟参数等);参数,它为L1载波相位的整周模糊度参数向量;参数,它为宽巷(wide-lane)载波L2-L1的模糊度参数向量。同样,系数阵、也可分为三部分,有: , 满足:测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 则相应的观测方程可写为: (3.17) 与之对应的期望和方差为:测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 ; 这里有: 其中为单程相位观测数据的协因数阵,为电离层延迟参数的协因数阵,经过上述改化后,方程(3.17)仅需对L1求偏导数,这样提高了计算效率。模糊度参数求解的是和而不是和,这样也有它的益处,因为宽巷的波长为86厘米,它的模糊度参数相对L1(波长19厘米)和L2(波长24厘米)而言更易求得。 方程(3.17)的法方程矩阵可写为: (3.18) 这里有:测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 通过选择不同的协因数阵和,GAMIT软件可供选择不同的解,这里给出这几种解的情况。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 L1、L2独立解(Independent L1 and L2 Solution) 若给电离层约束()零方差或者无穷大权(即),这时有 ,法方程(3.18)变为: (3.19) 显然,(3.19)式中W仅是相位观测数据的权矩阵,因此这一方程式是L1、L2独立解的法方程。 LC解(Ionosphere-free Solution) 如果或者,即给电离层约束()零权,这时法方程(3.18)变为:测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 (3.20) 可以看出,式(3.20)仅剩下LC观测量,所以它是LC解的法方程。 L1解(L1 Solution) 对于L1观测量,设,,,,则L1解的法方程可写为: (3.21) GAMIT软件提供诸如L1、L2独立解,LC解,以及L1解有它的特殊目的。我们知道,对于基线较短的GPS实验而言,电离层延迟相关性很强,因此通过站间差分,便可消掉电离层一阶影响,虽然此时也可用LC解,但LC解使得观测噪声和一些偶然误差源(如多路径效应)放大,从而影响解的精度。此时,选择L1、L2独立解是合适的。对基线很长的GPS实验而言,这时电离层延迟的相关性很差,此时选用消除掉电离层影响的LC解无疑是适宜的。而L1解适合于处理单频接收机的观测数据。 §3.2.3 法方程的解算过程测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 方程(3.18)中的模糊度参数和包含测站和卫星组成的单程相位模糊度参数的所有组合。实际应用中,求解的是双差模糊度参数,这需对和进行重新组合,同组合双差的D映射算子一样,GAMIT软件采用B映射算子(B mapping operator)将它们映射成独立的双差模糊度参数[64]。映射算子的选择考虑了基线越长,电离层延迟影响越大的情况,因此,映射操作尽量避免生成甚长基线的模糊度参数。经过上述操作,便可以求解我们所关心的测站坐标参数了。解方程(3.18)可以得到的参数有:测站坐标、卫星轨道参数和动力学参数、极移参数、测站天顶延迟参数、实数的双差模糊度参数。我们知道,模糊度参数具有整数特性,因此,可根据一定的置信水平将它固定为整数,这有利于提高解的精度。 载波相位宽巷组合的波长达86厘米,所以宽巷模糊度参数很容易求解。方程(3.18)的求解可做以下分解:第一步,给电离层延迟施加一定约束(即合理的确定的值),求解方程(3.18),按照接近整数概率的大小从大到小对宽巷模糊度参数排序,依次在一定的置信水平条件下对宽巷模糊度参数进行凑整(fixed to integer),然后将凑整后的宽巷模糊度参数回代到方程(3.17),重新组成法方程求解,再按照接近整数概率的大小从大到小对前面未凑整的宽巷模糊度参数排序,依次在一定的置信水平条件下对剩余的宽巷模糊度参数进行凑整,将凑整后的宽巷模糊度参数回代到方程(3.17),重新组成法方程求解,反复进行,直到宽巷模糊度参数全部凑整成功或者在给定的置信水平不能再凑整,将不能凑整的宽巷模糊度参数做实数处理,这样,我们得到了所有宽巷的模糊度参数解(它包括绝大多数的整数和极少数的实数解)。第二步,采用消除电离层延迟影响的LC解,即求解法方程(3.20),LC观测量可以简单写为:测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 (4.22) 上式中为卫星至测站的距离,为L1载波的波长。可以看出,LC观测量有一个由L1和L2载波相位模糊度线性组合的非整数的模糊度参数,第一步我们已求出了宽巷模糊度参数,若将它回代到方程(3.17)(注意此时的观测量组合仅有LC观测量),法方程(3.20)的模糊度参数仅剩下波长为10.7厘米(0.56)的窄巷模糊度参数,采用与第一步相同的循环回代法,可以求出所有窄巷模糊度参数(凑整),值得注意的是,若宽巷模糊度参数未能凑整,则这时与之对应的窄巷模糊度参数也不能凑整,只能以实数表示。第三步,将前两步解的宽巷模糊度参数和窄巷模糊度参数的整数值(不能凑整的仍以实数处理)代入LC解,重新求解方程(3.20),得到最终不含模糊度参数的解,这时的解参数有测站坐标、卫星轨道参数和动力学参数、极移参数、测站天顶延迟参数。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 对电离层延迟参数施加约束求解宽巷模糊度参数的成功与否取决于残余的电离层延迟影响是否小于宽巷的波长86厘米,这与基线长短有关,因为基线越长,残余的电离层延迟影响越大,更进一步的说,残余的电离层延迟还与测站纬度、一天中的观测时间、季节、太阳黑子周期有关。在用电离层延迟参数施加约束求解宽巷模糊度参数同时,GAMIT软件还采用相位与P码伪距组合的方法求解宽巷模糊度参数,具体模型如下:测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 (3.23) 上式中为L1载波上的P码伪距,为L2载波上的P码伪距,、分别为L2和L1载波相位观测量。由于P码伪距受多路径影响很大,所以需用多个历元数据求解宽巷模糊度参数,最后用平均值作为最终值。 总而言之,观测方程的求解过程是:先采用电离层延迟约束解(并接合相位与P码伪距组合法)凑整宽巷模糊度参数,再利用已凑整的宽巷模糊度参数和少量实数的宽巷模糊度参数,采用LC解凑整窄巷模糊度参数,最后利用已凑整的宽巷模糊度参数和窄巷模糊度参数以及少量未凑整的实数糊度参数,采用LC解求出其它非模糊度参数。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 §3.2.4 计算理论观测值应注意的问题 要用GPS测量得到高精度的参考框架点坐标,以足够的精度模型化作用在GPS卫星上的摄动力是一个必须考虑的问题。摄动力模型的精度直接影响了卫星星历的计算精度,而卫星星历的精度直接影响站坐标的求解精度。广播星历的精度一般约10到20米,这难以满足精度要求;IGS数据分析中心提供的精密星历精度已达3到5厘米,这足以满足以厘米级甚至毫米级的精度求解站坐标。考虑到BJRF框架点的分布范围很广,我们可以在求解站坐标的同时对GPS卫星轨道进行改进。 卫星运动方程可由卫星的六个轨道参数(可以是直角坐标和速度也可以是开普勒根数)以及作用在卫星上的力模型表示。地球作用在卫星上的力,我们称之为中心引力;中心引力之外的作用力,因它们与中心引力相比太小,我们称其为摄动力。摄动力有大有小,有些摄动力对于GPS卫星而言可以忽略,如地球引力位高阶系数影响、大气阻力、地球反照辐射压影响等,有些摄动力对于GPS卫星而言则必需考虑,这些摄动力包括:地球(一般取至12阶)引力位低阶系数影响,日、月引力影响,太阳光压,以及GPS卫星特有的Y向偏差、姿态调整等摄动力[83]。影响GPS卫星的的非引力部分(如太阳光压摄动)很难模型化,因此数据处理时常设置一些与之有关的参数将它们一并求解。摄动力的具体模型非常复杂,已不属本文的研究范围,作者不在这里给出。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 我们关心的是如何使用精密星历。卫星星历可由卫星的运动方程用分析法或数值法求出,因为数值积分法精度高并且利于电算,因此常用数值积分法求解卫星星历。IGS数据处理中心采用数值积分法给出表格化的卫星星历(每天给出一星历文件,星历文件每隔15分钟给出每一GPS卫星的ITRF坐标和卫星钟差参数),用户可将卫星位置看为时间的函数,用内插算法求出任意时刻GPS卫星的位置和速度。GAMIT软件将IGS精密星历看作为伪观测量,对这些值进行拟合,对特定历元(一般取精密星历的中间时刻)的卫星轨道参数(包括卫星轨道根数、光压参数等)进行改进,然后根据改进后的卫星轨道参数重新积分,求出需要时刻的偏导数和卫星位置、速度矢量,以供计算双差理论观测值使用。 在计算理论的相位和伪距观测值时,必需顾及卫星质量中心与卫星天线相位中心的几何偏离。对于BLOCK II 和BLOCK IIA 卫星而言,这种偏离接近1米,BLOCK IIR卫星则几乎没有偏离。若不考虑这一影响,可导致厘米级的基线误差。计算理论的相位和伪距观测值时还必需考虑GPS卫星的特殊运动(偏航姿态yaw attitude),尽管这种姿态调整的机会很少,但它引起的相位漂移可达几分米,会影响站坐标的解算精度。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 §3.3 GLOBK的多时段解模型 GAMIT软件一次只能解算一个时段同步观测站的数据(目前一般一个时段的长度为一天),我们将它称为单天解。对于连续多天观测(一般连续七天),我们可以得到多个单天解,然后可将这些多天解合并成整体解(单周解)。对于永久GPS观测站而言,可得到大量的单周解,将这些单周解合并,又可以得到一年解。合并多时段解的常用方法是最小二乘平差法,这通常是法方程迭加过程。除用最小二乘平差法外,还可以用卡尔曼滤波法,卡尔曼滤波法的好处在于它计算速度较快,节约内存等。我们假定测站坐标、卫星轨道参数以及地球定向参数是随机变化的,即认为这些参数是随机漫步的(Random walk),可以用马尔科夫过程描述它。 §3.3.1 卡尔曼滤波估计 设k时段GPS数据的观测方程式为: (3.24) 这里为观测时段号;为观测值与理论计算值的差值向量,理论计算值由参数的先验值计算而来;为误差方程式的系数矩阵;为待估参数向量,它是相对于参数先验值的改正值向量;为观测值噪声的残差向量;这里设第时段的参考历元为。方程(3.24)还满足:测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 ;; (3.25) 参数的状态转移方程为:测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 (3.26) 其中表示GPS观测的第时段,相应的参考历元记为,表示时刻的状态转移矩阵,为到时刻之间影响状态转移的随机扰动向量(对于非随机参数),它的协方差阵为,且满足: ;; (当时);(当时) 从到时刻的预报公式为: (3.27) (3.28) 从到时刻的修正公式为: (3.29) (3.30) 其中为卡尔曼增益矩阵, (3.30) 以上各式中的上标T表示向量或矩阵的转置。、表示时刻参数的最佳估计值和协方差矩阵。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 对于时段的观测数据,可通过检验的增加值来判定它是否参加合并,因为检验的增加值可以反映新的数据与已有数据的相容性。其次,采用检验的结果,还可以对观测数据重新定权。检验增加的公式可写为: (3.31) 这里。公式(3.31)第一项为解的增加引起的增加,第二项为增加新的观测数据引起的增加量。如果待估参数在短时间内随时间变化很小以至于可以忽略(这种情况是存在的,如可认为测站坐标在一周内基本不随时间变化),则有、,此时的增加量公式与传统定义的公式相同。公式(3.31)还可以写为:测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 (3.32) 这时无需估计时刻的参数修正值,因此可以在利用时刻数据之前就计算增加量,以决定新增加数据的取舍。 上述卡尔曼滤波估计的时间顺序是逐渐增加的(),若有新的数据增加(设有参考历元时刻的数据参加计算),则重复计算(3.27)到(3.32),只是以上各式中要用代替、以代替,得到的是时刻的参数最佳估计值和协方差矩阵,若所有数据都参加了计算,则得到的是最后参考历元时刻的参数最佳估计值和协方差矩阵,我们称它为向前卡尔曼滤波(Forward Kalman Filter)。做完向前卡尔曼滤波估计,可以得到了所有非随机参数的最佳估计值,要估计随机参数,则需再运行向后卡尔曼滤波估计(Backward Kalman Filter)以及做平滑卡尔曼滤波解。向后卡尔曼滤波估计与向前卡尔曼滤波估计的公式相同,只是时间顺序相反而已。平滑卡尔曼滤波解是将向后卡尔曼滤波解和向前卡尔曼滤波解做加权平均。平滑卡尔曼滤波解要用到所有向后和向前卡尔曼滤波解的协方差矩阵,这对计算机的硬盘提出了很高要求(一个文件常常达数百兆)。时刻平滑卡尔曼滤波解的公式为: (3.33) (3.34) (3.35) 这里是用于加权平均的卡尔曼滤波增益矩阵,和是向前卡尔曼滤波估计中的和,和是向后卡尔曼滤波估计中的和,和表示时刻平滑后的待估参数估计值和它们的协方差矩阵。 因为用于合并的单天解的约束都很松,所以联合后解的站坐标组成的网没有固定参考基准。理想情况下,GPS解的结果不应该存在网的平移和旋转,因为GPS卫星围绕地球质心运动,但没有约束的地面跟踪网和摄动力模型的误差往往影响了解的结果。因此,当所有数据都参加计算后,需对向前卡尔曼滤波估计的解施加约束,而后,将施加约束后的解做为向后卡尔曼滤波估计的先验约束,启动向后卡尔曼滤波估计。给参数施加约束,实际相当于又增加了一次观测,我们将它写为: (3.32) 这里参数约束的协方差矩阵为。假设施加约束前的卡尔曼滤波解为,协方差矩阵为,检验值为,则施加约束后解为: (3.33) (3.34) (3.35) 测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 §3.3.2 单天解的联合平差 GAMIT软件的输出结果文件H文件给我们提供了参加计算的GPS点的坐标和卫星轨道参数以及极移参数的先验值、这些参数的先验约束,解向量以及这些参数的协方差矩阵,这为我们利用卡尔曼滤波合并单天解提供了有利条件。一般情况下这些先验约束都很松(卫星100米、测站10米),不致于影响解的结果。如果约束太紧而使检验的增加值过大,则需考虑消除这些约束。从卡尔曼滤波估计公式中可以看出,利用卡尔曼滤波估计的关键问题是如何构造、、以及。我们只关心测站的位置和速度参数,因此,在构造以上量时,我们忽略掉卫星轨道参数和极移参数的影响,这有利于简化公式。 设观测站时刻的位置和速度向量为、,时刻测站的位置和速度向量为、。有:测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 (4.36) 上式右边的第三项为测站在和时刻之间的随机漂移部分,忽略掉这些影响,并假设测站速度不随时间变化,(4.36)式写成矩阵形式有: (4.37) 上式中为单位矩阵,显然(4.37)式可以认为是测站位置和速度参数的状态转移方程,则状态转移矩阵为:测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 ; (4.38) 如果我们要对时刻的站坐标和速度向量进行精化,设该时刻坐标和速度的先验值为和,则有: (4.39) 可以得到测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 (4.40) 误差方程式可以写为: (4.41) 、为测站位置和速度的改正量,可由GAMIT软件的输出结果文件得到。下一步需要构造的是随机扰动量的协方差矩阵。矩阵为对角线矩阵,我们只需给出对未知参数对应的值即可。对于非随机参数,它相应位置的值为零,对于随机参数,与它相应位置上的值不为零。因为可以认为部分测站坐标的漂移是服从马尔科夫过程的,是随机漫步的,所以,我们只需给出它的功率谱密度PSD(Power Spectral Density)值即可。相应的值为:测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 (4.42) 为第个参数在中的值。对于测站坐标,我们定义功率谱密度的单位为,PSD值为365相当于测站坐标每天最多漂移1米。确定功率谱密度的大小是非常困难的事,这只能依靠经验。同时,确定某一测站漂移是否服从马尔科夫过程也需仔细斟酌,只有通过重复性检验发现有较大跳变的点才能当随机参数对待。 §3.4 精度评估模型测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 GPS常用评价站坐标精度的指标是多时段基线重复性和多时段坐标重复性。 基线重复性计算模型: (3.43) 上式中为观测时段,为基线s的重复性统计值,为第时段基线s的中误差,为第时段基线解算结果,为总的时段数,为基线结果的加权平均值。有 (3.44) 基线结果的评价还以基线长度与误差的关系来衡量,有两种形式: (3.45) (3.46) 这里的a、b、c、d四个参数可以根据基线长度和它的重复性统计值拟合出来。也有以基线的三个分量分别检验它的重复性的,这三个分量是南北分量、东西分量和高程分量。计算公式与基线重复性的公式(3.43)相同,只是用基线分量代替基线长度而已。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 坐标分量重复性计算模型也与(3.43)相同,只是用坐标分量和坐标分量中误差代替基线长度和基线长度中误差计算而已。 第四章 GAMIT/GLOBK数据处理 §4.1 GAMIT/GLOBK软件的安装 1、 安装环境要求测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 GAMIT/GLOBK软件目前实际可运行于几乎所有UNIX系统,包括SUN Solaris及SunOS、DEC OpenVMS及OSF1、IBM AJX、SGI IRIX、HP HP-UX 及LINUX系统(RedHat、Mandrake、RedFlag、Suse等),但不能运行于Windows或DOS系统。 2、 获取安装文件建立安装目录 完整的GAMIT/GLOBK软件包含7个打包(tar)文件及一个版本说明文件,一个安装说明文件及一个可运行的安装脚本文件,我们可以直接从SIO网站得到或从光盘得到。各文件说明如下: install_software:可运行的UNIX/LINUX安装脚本文件; renote.××××:GAMIT软件新版本说明; readme:GAMIT软件安装说明; com.tar.Z:GAMIT所有运行脚本(Shell Scripts)集合; gamit.tar.Z:GAMIT软件源程序各模块及Makefile文件; kf.tar.Z:GLOBK源程序各模块及Makefile文件; libraries.tar.Z:GAMIT/GLOBK软件共用模块源程序; maps.tar.Z:用于数据分析的辅助数据及参数; tables.tar.Z:GAMIT/GLOBK共用表格文件; templates.tar.Z:GAMIT/GLOBK共用参数设置模板文件。 在所要安装系统的用户目录中建立GAMIT/GLOBK安装目录,如: mkdir gamit1007 并将上述文件复制到该目录中。 3、 解压缩安装文件设置编译参数 GAMIT/GLOBK缺省安装环境为SUN Solaris环境,因此,如果用户为SUN Solaris系统,且不需更改参数,可省略这一步。解压缩命令: 对Unix系统:uncompress *.Z ︳tar –xvf 对Linux系统:gzip xvzf *.Z 解压后在当前目录中将生成com、gamit、libraries、maps、tables、templates目录。 如果安装环境为非SUN Solaris系统,需要修改编译参数,编译参数文件为 /libraries/Makefile.config 利用VI或其它编辑器打开该文件,找到X11LIBPATH及X11INCPATH子段,依据所在系统环境,去掉相应注释行字符,如对Sun Solaris系统,设置为: # Specific for Sun with OpenWindows X11LIBPATH /usr/openwin/lib X11INCPATH /usr/openwin/share/include 其它加上注释。 同时找到MAXSIT字段,依据处理网大小及系统内存,修改参数,如所处理最大站数为45、最大卫星数为30、每日可分最大对流层是段数为13(意味着每两小时估计一次对流层天顶延迟参数)、最大处理历元数为2880时,参数为: MAXSIT 45测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 MAXSAT 30 MAXATM 13 MAXEPC 2880 4、 编译 回到install_software所在目录,运行该编译脚本文件,运行方式: 对Unix系统:csh install_software 对Linux系统:bash install_software 如不出错,及可完成编译。 对LINUX系统,由于缺省的编译器支持的最大文件数为100,不能满足软件运行要求,因此,在GAMIT/GLOBK软件编译前,需要重新编译生成GCC编译器,从GNU网站下载的GCC源码,按照其中包含GCC编译说明逐步编译,需要注意的是,在编译GCC前,需要更改GCC/libf2c/libI77/fio.h文件,方法是将:#define MXUNIT 100 更改为:#define MXUNIT 10000 5、 设置环境参数测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 为使使GAMIT/GLOBK软件在任何目录下可运行,需要在用户登陆环境设置文件中开放运行程序目录,我们假设GAMIT/GLOBK安装于/home/temp/gamit1007目录,设定方法如下: 对于Unix System V派生的Unix系统,通常命令环境为Cshell,设置文件为.cshrc,设置方法增加下段 set path=$HOME /home/temp/gamit1007/com /home/temp/gamit1007/gamit/bin /home/temp/gamit1007/kf/bin 对于由BSD派生的Unix系统,通常命令环境卫Bsh、Bash,设置文件为.profile或.bashrc,设置方法增加下段 path=$HOME:/home/temp/gamit1007/com:/home/temp/gamit1007/gamit/bin :/home/temp/gamit1007/kf/bin 设置完成后用户需要重新登陆。 6、 测试 测试GAMIT/GLOBK软件安装及目录设置是否成功最简单的方法是在任意目录下运行GAMIT软件某一程序,如:makexp,看是否能运行。 §4.2 GAMIT数据处理步骤 §4.2.1数据准备测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 GAMIT软件数据准备过程比较复杂,需要从GPS观测文件、GPS观测天线、测站坐标及约束、星历文件及共用表等方面准备。 1、 测文件及星历文件准备 观测文件包含RINEX格式观测O文件及导航N文件,星历文件指IGS精密星历。为了便于数据组织,我们通常将观测文件及星历文件按天存放于指定目录中。 2、 共用表准备 共用表格文件是指在多天多网数据处理中共用文件。包含日月星历、章动、极移、地球自转等及其它一些参数设置文件。其中日月星历、章动、极移、地球自转需要依据处理日期随时更新。主要文件可简单介绍如下: antmod.dat:天线相位中心参数文件; rcant.dat:接收机及天线名称对照表; gdetic.dat:各种大地坐标系参数; ut1: 地球自转参数; pole:极移参数; leap.sec:跳秒表; soltab:太阳星历; luntab:月亮星力; nutabl:章动参数表; svs_exclude.dat:需要剔除卫星列表; sestbl:数据处理参数设置表; sittbl:测站约束表; station.info:测站信息表; vg_in:测站坐标速度表; 公用文件目录通常命名为tables、tab,集中存放于与观测文件按日期存放目录的同一级目录下,以便于管理。 3、 测站相关文件准备 测站相关文件通常存放于共用文件目录中,包含测站概略坐标文件(vg_in)及测站信息文件(station.info)及测站约束文件(sittbl)。 测站概略坐标文件存放测站先验坐标及精度,通常先验坐标误差应小于10米,可由单点定位或导航解得到。文件格式为: 四字符测站名及四字符注释(_GPS)、测站XYZ坐标(米为单位)、测站XYZ速度(米/年为单位)、上述坐标历元、测站XYZ约束 测站信息文件存放测站天线高、接收机代码、天线代码、天线高量测方式及观测时间范围等。文件格式为: 四字符测站名、四字符测站别名、测站全名、天线高(大地坐标系中HNE)、六字符接收机代码、六字符天线代码、六字符天线高量测方式代码、接收机软件版本号、观测年及年积日、观测时段起止时分秒及注释文字。 测站约束文件包含测站先验约束、对流层模型、对流层解算时段、计算截至高度角及拟合钟差多项式阶数等十多项。 4、 数据处理过程控制文件准备 数据处理过程控制文件即TABLE目录下的sestbl文件,文件内容如下: Session Table for regional + global analysis 测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 Processing Agency = MIT Station Number = * Station Constraint = Y Satellite Number = * Satellite Constraint = Y ; Y/N all a e i node arg per M rad1 rad2 rad3 rad4 rad5 rad6 rad7 rad8 rad9 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 Type of Analysis = 0-ITER ; 0-ITER/1-ITER/2-ITER/1-CLEAN/2-CLEAN/3-CLEAN Data Status = RAW ; CLN/RAW Choice of Observable = LC_HELP ; L1_SINGLE/L1&L2/L1_ONLY/L2_ONLY/LC_ONLY/ ; L1,L2_INDEPEND./LC_HELP Choice of Experiment = RELAX. ; BASELINE/RELAX./ORBIT Ionospheric Constraints = 0.0 mm + 8.00 ppm ; Set for mid-solar max Zenith Delay Estimation = YES ; YES/NO Number Zen = 13 ; number of zenith-delay parameters Zenith Constraints = 0.50 ; zenith-delay a priori constraint in meters (default 0.5) Zenith Model = PWL ; PWL (piecewise linear)/CON (step) Zenith Variation = 0.02 100. ; zenith-delay variation, tau in meters/sqrt(hr), hrs Elevation cutoff = 15. ; Elevation angle cutoff for postfit solution Station Constraint = Y ; Y/N Ambiguity resolution WL = 0.15 0.15 1000. 99. 1000. ; Increased chi-square ratio to stop searched Ambiguity resolution NL = 0.15 0.15 1000. 99. 1000. ; values from being used. Geodetic Datum = GEOCENTRIC ; GEOCENTRIC/WGS84/NAD82/WGS72 Reference System for ARC = IGS92 ; WGS84/WGS72/MERIT/IGS92(default) Initial ARC = YES ; YES/NO default = NO for BASELINE/KIINEMATIC, YES for RELAX/ORBIT Update T/L files = L_ONLY ; T_AND_L (default), T_ONLY, L_ONLY, NONE Final ARC = NO Yaw Model = YES ; YES/NO default = YES Delete eclipse data = NO ; ALL/NO/POST (Default = NO); 30 mins post shadow removal is ; hardwired for ALL/POST AUTCLN Command File = autcln.cmd ; Filename; default none (use default options) Delete AUTCLN input C-files = YES ; YES/NO default = NO ; I -- Intermediate keep (stops) second model Tide Model = 15 ; Binary coded: 1 earth 2 freq-dep 4 pole 8 ocean default=15 Antenna Model = ELEV ; NONE/ELEV/AZEL default = NONE Radiation Model for ARC = BERNE ; SPHRC/BERNE/SRDYB/SVBDY default = BERNE Inertial frame = J2000 ; J2000/B1950 SCANDD control = NONE ; When to run SCANDD: NONE/IFBAD(default)/FIRST/FULL/BOTH Decimation Factor = 4 ; Decimation factor in solve Quick-pre observable = LC_ONLY ; For 1st iter or autcln pre, default same as Choice of observable Quick-pre decimation factor = 10 ; 1st iter or autcln pre, default same as Decimation Factor Station Error = ELEVATION 10. 0.0001 ; 1-way L1 , a**2 + b**2/sin(elev)**2 in mm, default = 4.3 7.0 我们对其中经常使用的参数说明做简要说明,其它参数设置可参照GAMIT数据处理说明书。 1、 站及卫星约束控制 利用这些设置可约束指定卫星或测站,其中: Station Number = * ,代表所有测站需要先验约束; Station Constraint = Y ,表示测站约束可用; Satellite Number = * ,表示全部卫星; Satellite Constraint = Y ,表示卫星约束可用。 卫星可逐个约束,也可利用下面形式对所有卫星使用相同约束 all a e i node arg per M rad1 rad2 rad3 rad4 rad5 rad6 rad7 rad8 rad9 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 上述约束值对六个轨道根数单位为1×10-6,而对九个光压参数单位为初值的百分比。 2、 数据解算模式控制 对GAMIT软件,利用设置“Type of Analysis”及“Choice of Experiment”参数值,可指定解算模式。其中“Type of Analysis”参数共有六种备选值分别表示参数解算叠代次数及自动剔除周跳叠代次数。而“Choice of Experiment”共有三种备选值分别表示求解形式即Baseline(仅求基线解)、Relax(同时解算轨道及基线)和Orbit(仅解算轨道)。 3、 涉及数据量选用的参数 本类参数确定数据处理时可选的数据量其中: 参数“Choice of Observable”共有六种备选值,分别表示数据处理时采用的观测值为单频、双频、无电离层观测量及是否使用伪距观测量。 参数“Elevation cutoff”指定数据处理时选用卫星的截至高度角。 参数“Decimation Factor”及“Quick-pre decimation factor”分别指定解算时数据筛选因子。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 4、 使用的潮汐模型控制 参数“Tide Model”确定数据处理时使用的潮汐改正,包含固体潮、极潮和海潮。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 §4.2.2数据处理步骤 1、 GAMIT模块结构及各模块功能 GAMIT软件由多个功能模块构成,这些模块分别存放于/gamit目录下的14个程序子目录及一个库文件目录及一个头文件目录,各目录基本有特定功能,依目录简要介绍如下: /arc:轨道数值积分模块,依据初始根数产生标准轨道; /cfmrg:数据融合模块,确定最终解算数据及参数组织方式; /clean:人工周调剔除模块; /ctox:将二进制C文件转化为文本形式X文件; /fixfrv:生成批处理文件; /hi:天线高改正相关模块; /makex:生成X文件; /makexp:预处理程序,生成后续处理输入文件; /model:生成OMC文件; /orbits:一些特殊用途轨道分析模块集,如轨道比较、轨道转化等; /solve:最小二乘解算模块; /tform:一些坐标转化程序集; /utils:一些常用数据分析工具集; /lib:库文件; /include:头文件。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 2、 数据处理步骤 1、 将共用表文件复制或链接到数据目录中; 2、 利用测站XYZ坐标生成L文件(BLH),生成方法以2000年001天为例,原始XYZ坐标文件为vg_in,命令如下: gapr_to_l vg_in lxism0.001 '' 00 001 3、 运行makexp程序,生成输入文件 4、 运行sh_sp3fit脚本,生成轨道初始根数; 5、 运行sh_check_sess脚本,检查卫星一致性; 6、 运行makej程序,生成卫星钟差文件; 7、 运行sh_check_sess,检查卫星一致性; 8、 运行makex程序,生成X文件; 9、 运行fixdrv程序,生成批处理文件; 10运行fixdrv生成的批处理文件,以bxism0.bat为例: csh bxism0.bat 以上即为GAMIT软件运行过程。 §4.3 GLOBK数据处理步骤 GLOBK实际上是一个基线解的网平差软件,它将GAMIT的H-文件作为输入文件,采用卡尔曼滤波算法估计测站坐标、速度,卫星轨道参数以及EOP参数。它的主要功能包括:测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 将单天解合并为多天解。对GPS解而言,可将轨道参数设为随机参数,用于轨道参数的短弧或长弧解。 将多天解合并为多年解,并估计测站速度。 估计测站坐标重复性,进而评价多天观测解的精度。 尽管GLOBK的功能很强大,但由于它采用的是线性模型,因此,如果对测站或卫星轨道的改进值过大(测站大于10m,卫星大于100m),GLOBK不能工作;除此之外,GLOBK还不能修正由于周跳、坏的数据以及对流层延迟误差模型造成的相位数据异常;GLOBK也不能估计相位整周模糊度。GLOBK软件的主要功能模块包括htoglb、glred、globk、glorg,各自的功能如下: htoglb:将GAMIT的H-文件转为GLOBK认可的二进制的h文件。 glred:计算单天解的重复性。 globk:估计测站坐标和速度。 glorg:加约束的联合解。 为了方便地使用GLOBK软件的帮助文件,在安装软件时,在登陆文件.login或.cshrc中需设置以下两个环境变量: % setenv HELP_DIR /mydir/help % setenv INSTITUTE snpl /mydir指存放GAMIT软件的目录。 GLOBK处理步骤如下: 1、在用户目录下建立GLOBK数据目录 ~/globk/glbf ~/globk/hfiles ~/globk/soln ~/globk/tables测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 2、数据文件准备 将需要计算的H-文件复制到~/globk/hfiles目录下。 将先验坐标文件vg_in(或ITRF00.apr)和稳定点文件stab_site_global复制到~/globk/tables目录下。 在~/globk/soln目录下建立globk.cmd和glorg_rep.cmd开关控制文件。 3、运行htoglb将GAMIT的H-文件转换为GLOBK认可的二进制的h-文件 % htoglb [dir] [ephemeris] [dir]为二进制h-文件存放的目录,为~/globk/glbf [ephemeris]为输出的卫星星历的名称,该星历输出后一般放在~/globk/tables目录下。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 为输入的H-文件,可用文件的通配符表示。 如:% htoglb ../glbf ../tables/svs_myexp.svs h* h文件的命名规则为:hyymmddhhmm_xxxx.[ext] GAMIT常包括四种解,GLOBK通过改变扩展名来区分它们,即用户指定约束下的模糊度实数解gcr、用户指定约束下的模糊度整数解gcx、松散约束下的模糊度实数解glr以及松散约束下的模糊度整数解glx。目前,GAMIT的SOLVE模块缺省选项只输出glr和glx解,对短基线而言,建议采用模糊度整数解glx,对于数千公里边长的解,可采用glr解。测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 执行glred或globk之前,需将二进制的h-文件列入一个扩展名为.gdl的文件中,如 % ls ../glbf/h*.glx > myexp.gdl 4、运行glred进行重复性精度评价 glred [std out] [print file] [log file] [list file] [command file] 5、运行globk、glorg进行网平差 globk [std out] [print file] [log file] [list file] [command file] [std out] 屏幕输出文件编号 [print file] 输出结果文件 [log file] 程序运行日志文件 [list file] 列表文件 [command file] 命令文件 附录A GAMIT软件中文件的命名规则 A-文件:ASCII码的T文件。 B-文件:控制批处理的数据文件。 C-文件:残差(O-C)和偏导数文件。 D-文件:时段和接收机开关文件。 E-文件:广播星历文件或RINEX的导航文件。 G-文件:初始轨道状态向量和光压参数值文件。 H-文件:GAMIT解输出的方差协方差文件,是GLOBK的输入文件。 I-文件:接收机多项式钟差文件。 J-文件:卫星多项式钟差系数文件。 K-文件:从伪距得到的接收机钟差文件。 L-文件:测站坐标文件。 M-文件:控制C-文件和SOLVE模块和编辑模块的文件。 N-文件:autcln.sum.posfit生成的数据加权文件。 O-文件:用于事后分析的解文件(强约束)。 P-文件:MODEL运行过程记录文件。 Q-文件:分析结果文件。 S-文件:测站坐标和天线文件(已不使用)。 T-文件:表格化的星历文件。 U-文件:测站海潮文件。 V-文件:SINCLN,DBLCLN和SCANRMS的编辑输出文件。 W-文件:气象数据文件。 X-文件:预处理后的观测数据文件。 Y-文件:卫星YAW偏航文件。 Z-文件:水汽辐射计数据文件。 测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 附录B三级GPS网GAMIT参数设置 sestbl Session Table for regional + global analysis Processing Agency = XSM Station Number = * Station Constraint = Y Satellite Number = * Satellite Constraint = Y ; Y/N all a e i n w M rad1 rad2 rad3 rad4 rad5 rad6 rad7 rad8 rad9 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 .01 .01 .01 .01 .01 .01 .01 Type of Analysis = 0-ITER ; 0-ITER/1-ITER/2-ITER/1-CLEAN/2-CLEAN/3-CLEAN Data Status = RAW ; CLN/RAW Choice of Observable = LC_HELP ; L1_SINGLE/L1&L2/L1_ONLY/L2_ONLY/LC_ONLY/ ; L1,L2_INDEPEND./LC_HELP Choice of Experiment = RELAX. ; BASELINE/RELAX./ORBIT Ionospheric Constraints = 0.0 mm + 8.00 ppm ; Set for mid-solar max Zenith Delay Estimation = YES ; YES/NO Number Zen = 13 ; number of zenith-delay parameters Zenith Constraints = 0.50 ; zenith-delay a priori constraint in meters (default 0.5) Zenith Model = PWL ; PWL (piecewise linear)/CON (step) Zenith Variation = 0.02 100. ; zenith-delay variation, tau in meters/sqrt(hr), hrs Elevation cutoff = 10. ; Elevation angle cutoff for postfit solution Atmospheric gradients = YES ;YES/NO (default no) Gradient Constraints = 0.01 ; gradient at 10 deg elevation in meters Station Constraint = Y ; Y/N Ambiguity resolution WL = 0.15 0.15 1000. 99. 1000. ; Increased chi-square ratio to stop searched Ambiguity resolution NL = 0.15 0.15 1000. 99. 1000. ; values from being used. Geodetic Datum = GEOCENTRIC ; GEOCENTRIC/WGS84/NAD82/WGS72 Reference System for ARC = IGS92 ; WGS84/WGS72/MERIT/IGS92(default) Initial ARC = YES ; YES/NO default = NO for BASELINE/KIINEMATIC, YES for RELAX/ORBIT Update T/L files = L_ONLY ; T_AND_L (default), T_ONLY, L_ONLY, NONE Final ARC = NO Yaw Model = YES ; YES/NO default = YES Delete eclipse data = NO ; ALL/NO/POST (Default = NO); 30 mins post shadow removal is ; hardwired for ALL/POST AUTCLN Command File = autcln.cmd ; Filename; default none (use default options) AUTCLN Postfit = R ; Run autcln for postfit run; R causes repeat run. Use N-file = Y ; Y/N (default no): automatic procedure to reweight by station Delete AUTCLN input C-files = YES ; YES/NO default = NO ; I -- Intermediate keep (stops) second model Earth Rotation = 7 ; Diurnal/Semidirunal terms: Binary coded: 1=pole 2=UT1 default=7 Estimate EOP = 15 ; Binary coded: 1 wob 2 ut1 4 wob rate 8 ut1 rate Wobble Con = 0.01 0.01 ; default = 3. 0.3 arcsec arcsec/day UT1 Con = 0.00001 0.01 ; default = .2 0.02 sec sec/day Tide Model = 7 ; Binary coded: 1 earth 2 freq-dep 4 pole 8 ocean default=1 Antenna Model = ELEV ; NONE/ELEV/AZEL default = NONE Radiation Model for ARC = BERNE ; SPHRC/BERNE/SRDYB/SVBDY default = BERNE Inertial frame = J2000 ; J2000/B1950 SCANDD control = NONE ; YES/NONE Decimation Factor = 4 ; Decimation factor in solve Quick-pre observable = LC_ONLY ; For 1st iter or autcln pre, default same as Choice of observable Quick-pre decimation factor = 10 ; 1st iter or autcln pre, default same as Decimation Factor Station Error = ELEVATION 10. 0.0001 ; 1-way L1 , a**2 + b**2/sin(elev)**2 in mm, default = 4.3 7.0 sittbl SITE FIX WFILE --COORD.CONSTR.-- --EPOCH-- CUTOFF APHS CLK KLOCK CLKFT DZEN WZEN DMAP WMAP ---MET. VALUE---- NZEN ZCNSTR ZENVAR ZENTAU ALL NNN NONE 10.00 10.00 10.00 001- * 10.0 ELEV NNN 3 SAAS SAAS NMFH NMFW 1013.25 20.0 50.0 13 0.500 0.0200 100.0 GUAM GUAM NNN NONE 0.006 0.006 0.006 001- * 10.0 ELEV NNN 3 SAAS SAAS NMFH NMFW 1013.25 20.0 50.0 13 0.500 0.0200 100.0 IISC IISC NNN NONE 0.009 0.006 0.015 001- * 10.0 ELEV NNN 3 SAAS SAAS NMFH NMFW 1013.25 20.0 50.0 13 0.500 0.0200 100.0 IRKT IRKT NNN NONE 0.006 0.006 0.006 001- * 10.0 ELEV NNN 3 SAAS SAAS NMFH NMFW 1013.25 20.0 50.0 13 0.500 0.0200 100.0 KIT3 KIT3 NNN NONE 0.006 0.006 0.006 001- * 10.0 ELEV NNN 3 SAAS SAAS NMFH NMFW 1013.25 20.0 50.0 13 0.500 0.0200 100.0 LHAS Lhasa, Tibet NNN NONE 0.006 0.006 0.006 001- * 10.0 ELEV NNN 3 SAAS SAAS NMFH NMFW 1013.25 20.0 50.0 13 0.500 0.0200 100.0 POL2 POL2 NNN NONE 0.006 0.009 0.009 001- * 10.0 ELEV NNN 3 SAAS SAAS NMFH NMFW 1013.25 20.0 50.0 13 0.500 0.0200 100.0 SELE SELE NNN NONE 0.027 0.030 0.030 001- * 10.0 ELEV NNN 3 SAAS SAAS NMFH NMFW 1013.25 20.0 50.0 13 0.500 0.0200 100.0 SHAO Shanghai NNN NONE 0.006 0.006 0.006 001- * 10.0 ELEV NNN 3 SAAS SAAS NMFH NMFW 1013.25 20.0 50.0 13 0.500 0.0200 100.0 TSKB TSKB NNN NONE 0.006 0.006 0.006 001- * 10.0 ELEV NNN 3 SAAS SAAS NMFH NMFW 1013.25 20.0 50.0 13 0.500 0.0200 100.0 USUD USUD NNN NONE 0.006 0.006 0.006 001- * 10.0 ELEV NNN 3 SAAS SAAS NMFH NMFW 1013.25 20.0 50.0 13 0.500 0.0200 100.0 WUHN Wuhan, China NNN NONE 1.000 1.000 1.000 001- * 10.0 ELEV NNN 3 SAAS SAAS NMFH NMFW 1013.25 20.0 50.0 13 0.500 0.0200 100.0 XIAN Xian, China NNN NONE 0.009 0.015 0.015 001- * 10.0 ELEV NNN 3 SAAS SAAS NMFH NMFW 1013.25 20.0 50.0 13 0.500 0.0200 100.0 附录C三级GPS网GLOBK参数设置 globk.cmd测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 * * Globk file for repeatabilities using glred with glorg stabilization * make_svs ../tables/sat1.apr com_file globk_rep.com srt_file glb.srt sol_file globk_rep.sol # apr site file(s) apr_file ../templates/itrf97.apr # (1) Max chi**2, (2) Max prefit diff, (3) Max rotation; defaults are 100 10000 10000 max_chi 50 10 2000.0 * Apply the pole tide whenever not applied in GAMIT app_ptid ALL # Allow the network to be loose since using glorg for stabilization apr_neu all 10 10 10 0 0 0 # Satellites are loose if combining with global SOPAC H-files # X Y Z XDOT YDOT ZDOT DRAD YRAD ZRAD BRAD XRAD DCOS DSIN YCOS YSIN BCOS BSIN apr_svs all 100 100 100 10 10 10 1 1 .02 .02 .02 . 02 .02 . 02 . 02 .02 . 02 # tight if not combining with global data x apr_svs all .05 .05 .05 .005 .005 .005 .01 .01 F F F F F F F F F F F F F F F # Keep EOP loose apr_wob 100. 100. 10. 10.0 0.0 0.0 0.0 0.0 apr_ut1 100. 10. 0.0 0.0 0.0 0.0 # unless not using global data x apr_wob .25 .25 .001 .001 0 0 0 0 x apr_ut1 .25 .25 .001 .001 0 0 # Set minimal globk print options since using GLORG output prt_opt cmds gdlf 测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 # Invoke glorg for stabilization org_cmd glorg_rep.cmd org_opt cmds psum gldf org_out globk_rep.org glorg.cmd * * Glorg file for repeatabilities * # apr site file(s) # ITRF96 for global stabilization # NNR frame apr_file ../tables/itrf97.apr 测绘信息网http://www.othermap.com网友提供 # Define the stabilization frame source ../tables/stab_site.global x source ../tables/stab_site.regional # Set parameters to estimate in stabilization pos_org xrot yrot zrot xtran ytran ztran x no rotation if regional stabilzation x pos_org xtran ytran ztran # Set height ratios x cnd_hgtv 1000 1000 2.0 2.0 x loosen height tolerance cnd_hgtv 1000 1000 2.0 10.0 # Iterations and editing stab_ite 4 0.8 4.

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