董洪波

Bernese軟件是由瑞士伯爾尼大學(xué)天文研究所研究開(kāi)發(fā)的GNSS數(shù)據(jù)(包括 GLONASS數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、SLR數(shù)據(jù))處理軟件。1999年11月發(fā)布的版本4.2增加了處理GLONASS數(shù)據(jù)、SLR數(shù)據(jù)的功能并更新了法方程平差結(jié)算模塊(ADDNEQ)。2004年12月推出的5.0版本，其界面更加友好，模塊條理更為清晰，并且對(duì)非差模型作了較大改動(dòng)，更新了BPE模塊，使其精度更高。Bernese GPS軟件既采用雙差模型，也采用非差模型，所以它既可用非差方法進(jìn)行單點(diǎn)定位，又可用雙差方法進(jìn)行整網(wǎng)平差。

1 Bernese解算長(zhǎng)基線常見(jiàn)的誤差

1)與衛(wèi)星有關(guān)的誤差:衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、相位纏繞改正、相對(duì)論效應(yīng)等，采用精密星歷，同步觀測(cè)值求差，制造衛(wèi)星鐘時(shí)預(yù)先把頻率減小約0.004 57 Hz可以有效解決。2)與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差:電離層延遲誤差、對(duì)流層延遲誤差、多路徑效應(yīng)等，采用雙頻觀測(cè)值和電離層模型、對(duì)流層模型并引入附加代估參數(shù)可以有效解決。3)與接收機(jī)有關(guān)的誤差:接收機(jī)鐘誤差、接收機(jī)位置誤差、天線相位中心位置偏差。4)其他誤差:地球自轉(zhuǎn)的影響、地球潮汐改正，引入?yún)?shù)改正文件可以有效解決。

2 Bernese軟件的程序結(jié)構(gòu)

Bernese軟件主要包括手工處理部分和批處理部分(BPE)部分，手工處理部分分為5個(gè)部分的內(nèi)容，分別為:格式轉(zhuǎn)換部分(Transfer/Conversion Part)、軌道部分(Orbit Part)、數(shù)據(jù)處理部分(Processing Part)、模擬部分(Simulation Part)和常用工具部分(Service Part)。

3 Bernese軟件的數(shù)據(jù)處理步驟

具體步驟如圖1所示。

1)數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備。包括準(zhǔn)備觀測(cè)文件、星歷文件，以及更新數(shù)據(jù)處理所需的表文件。具體包括:原始觀測(cè)文件Rinex、大地基準(zhǔn)面文件(DATUM)、相位中心改正表(PHASE.01)、地球重力場(chǎng)模型(JGM3./GEMq3.)、極偏差系數(shù)文件(POLOFF.)、衛(wèi)星參數(shù)(SATELLIT.TT T)、常數(shù)(CONST.)、接收機(jī)信息文件(RECEIVER.)、天線定義文件(.TRN)、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)信息文件(C4_2009.ERP)、跳秒文件(GPSUTC)、衛(wèi)星問(wèn)題文件(SAT_2009.CRX)、測(cè)站問(wèn)題文件(STACRUX.)、測(cè)站文件(.CRD)、測(cè)站名轉(zhuǎn)化表文件(.STA)、精密星歷文件(.SP3)。

2)項(xiàng)目設(shè)置。通過(guò)項(xiàng)目(campaign)來(lái)管理所有數(shù)據(jù)，在開(kāi)始處理數(shù)據(jù)之前，必須先設(shè)置好項(xiàng)目，包括定義項(xiàng)目、創(chuàng)建項(xiàng)目目錄，相關(guān)數(shù)據(jù)需拷貝進(jìn)子目錄，然后設(shè)定好與項(xiàng)目相關(guān)的基本信息等。

3)時(shí)段定義。時(shí)段是覆蓋所有需要被計(jì)算的觀測(cè)數(shù)據(jù)的某個(gè)時(shí)間間隔段，一個(gè)項(xiàng)目存在一個(gè)或多個(gè)時(shí)段。由于Bernese軟件使用的是按時(shí)段進(jìn)行計(jì)算的方法，必須在每個(gè)項(xiàng)目中定義時(shí)段信息表。只有在時(shí)段信息表中定義的時(shí)段才能被使用，每個(gè)時(shí)段被定義為在時(shí)間間隔上單獨(dú)分開(kāi)，彼此間不重合。

4)觀測(cè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。首先進(jìn)行Rinex數(shù)據(jù)的平滑，將觀測(cè)數(shù)據(jù).09o的格式轉(zhuǎn)換成.SM T格式;然后把RINEX格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成Bernese二進(jìn)制格式文件，目的為加速數(shù)據(jù)讀取速率。觀測(cè)文件轉(zhuǎn)換成Bernese格式有如下4種格式，它們分別為:*.PZH(相位非差頭文件)*.PZO(相位非差觀測(cè)文件)*.CZH(碼非差頭文件)*.CZO(碼非差觀測(cè)文件)，在原始文件由Rinex格式轉(zhuǎn)換成Bernese格式過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出錯(cuò)，認(rèn)為該接收機(jī)類型與PHASE.O1文件不匹配，造成轉(zhuǎn)換不成功。其主要問(wèn)題是Rinex格式的原始文件中可能存在非法字符，該問(wèn)題通?？梢酝ㄟ^(guò)檢查原始文件是否有非法字符或用數(shù)據(jù)管理軟件TEQC使其標(biāo)準(zhǔn)化。

5)生成軌道數(shù)據(jù)文件。其又稱為衛(wèi)星軌道標(biāo)準(zhǔn)化，在計(jì)算衛(wèi)星軌道時(shí)，除了需要精密星歷文件外，還需要相應(yīng)的地球自轉(zhuǎn)參數(shù)文件。Bernese軟件在軌道部分有兩個(gè)主要程序，第一個(gè)程序?yàn)镻RETAB，其主要工作是把精密星歷由地球參考框架轉(zhuǎn)換為天球參考框架，同時(shí)該程序也提取衛(wèi)星的鐘差，生成一個(gè)軌道列表文件(.TAB)。第二個(gè)程序?yàn)樾l(wèi)星軌道標(biāo)準(zhǔn)化，其工作利用之前生成的.TAB文件里的衛(wèi)星位置作為偽觀測(cè)值對(duì)軌道作一次最小二乘平差，由軌道表文件產(chǎn)生弧段的標(biāo)準(zhǔn)軌道。通常會(huì)對(duì)每一個(gè)時(shí)段(通常為1 d)產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)軌道文件。

6)數(shù)據(jù)預(yù)處理。第一步實(shí)現(xiàn)接收機(jī)鐘同步，計(jì)算接收機(jī)時(shí)鐘差改正量δk的程序是CODSPP。得到的時(shí)鐘改正量?jī)?chǔ)存在相位和偽距觀測(cè)文件中。輸出文件提供后驗(yàn)均方根誤差值 RMS，RMS作為觀測(cè)值的一個(gè)指標(biāo)，在有SA效應(yīng)時(shí)約為20 m～30 m，在沒(méi)有 SA效應(yīng)時(shí)約為 3 m;第二步形成基線文件，程序是SNGDIF，根據(jù)選定的準(zhǔn)則在整個(gè)處理網(wǎng)中形成獨(dú)立的基線單差文件，選用最大觀測(cè)值準(zhǔn)則(OBSMAX)，即兩測(cè)站間共同觀測(cè)量為最多者組成基線，也可用人工方式或其他標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義基線;第三步基線預(yù)處理，程序是MAUPRP，主要任務(wù)是周跳探測(cè)與修復(fù)。MAUPRP的輸出結(jié)果有很多信息，最重要的應(yīng)查看三差解的結(jié)果，成功的基線預(yù)處理RMS值應(yīng)小于2 cm。

7)參數(shù)估計(jì):基線解算。a.對(duì)流層建模，程序用GPSEST主要任務(wù)求解基線的最小二乘解，不過(guò)最好的方式是先對(duì)整個(gè)時(shí)段使用的GPSEST求得一個(gè)初始解，也就是我們常說(shuō)的整周模糊度，通過(guò)分析解算的殘差以檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，剔除粗差觀測(cè)值，產(chǎn)生一個(gè)整周模糊度浮動(dòng)解;b.確定整周模糊度，程序仍用GPSEST，一般采用QIF(Quasi-Ionosphere-Free)方式求解模糊度，并且忽略基線的相關(guān)性，逐條基線求解的方式;c.基線最終解，程序仍用GPSEST，當(dāng)對(duì)所有基線進(jìn)行了整周模糊度解算后，接下來(lái)使用GPSEST對(duì)整個(gè)時(shí)段求基線最終解，并生成法方程文件;d.利用幾個(gè)時(shí)段的法方程，使用程序ADDNEQ，將所得各時(shí)段的全部基線解算作為偽觀測(cè)值再進(jìn)行平差，以求得更精確的參數(shù)解。

4 應(yīng)用實(shí)例

對(duì)杭長(zhǎng)客運(yùn)專線7個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行了4次觀測(cè)，每次觀測(cè)6 h。GPS解算選擇了WHUN(武漢)、SHAO(上海)作為已知點(diǎn)進(jìn)行解算，其中WHUN(武漢)作為參考站。解算得到的各點(diǎn)坐標(biāo)中標(biāo)準(zhǔn)差 1.5 mm≤σ≤2.1 mm，這完全滿足GPS B級(jí)網(wǎng)的精度要求?？刂泣c(diǎn)解算結(jié)果如表1所示。

表1 控制點(diǎn)解算結(jié)果表

5 結(jié)語(yǔ)

Bernese軟件作為高精度、高要求、高靈活的GPS定位解算軟件，既能進(jìn)行精密單點(diǎn)定位又能進(jìn)行基線解算，具有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型、詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程和參數(shù)控制、強(qiáng)大的自動(dòng)化批處理、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性、模塊化設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，對(duì)于鐵路客運(yùn)專線基礎(chǔ)控制網(wǎng)的長(zhǎng)基線解算來(lái)說(shuō)，具有運(yùn)算快、成果可靠的特點(diǎn)。

[1] 肖永飛.鄭西客運(yùn)專線無(wú)碴軌道精密控制網(wǎng)測(cè)量方案[J].山西建筑，2008，34(24):354-355.