付愛華

(福建省測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站,福建福州 443002)

GAMIT批處理解算高精度GPS控制網(wǎng)及質(zhì)量檢查

付愛華?

(福建省測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站,福建福州 443002)

GAMIT軟件是目前國際上較成熟的GPS高精度定位定軌軟件,該軟件不但應(yīng)用在高精度長基線數(shù)據(jù)處理上,而且還經(jīng)常應(yīng)用在工程控制網(wǎng)中。由于一些控制網(wǎng)數(shù)據(jù)量較大,利用GAMIT分步解算比較麻煩,因此本文重點(diǎn)介紹了如何利用GAMIT批處理解算高精度GPS控制網(wǎng),同時(shí)針對(duì)解算后的控制網(wǎng)數(shù)據(jù)如何進(jìn)行質(zhì)量檢查進(jìn)行了介紹。

GAMIT;批處理;質(zhì)量檢查;高精度

1 引 言

GAMIT軟件是美國麻省理工學(xué)院(MIT)與圣迭哥海洋研究所(Scirpps)共同研制的高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件。該軟件不但應(yīng)用在高精度長基線數(shù)據(jù)處理上,而且還經(jīng)常應(yīng)用在工程控制網(wǎng)中,以其處理精度高、速度快、人工干預(yù)少而著名。GAMIT軟件的分步處理在國內(nèi)很多文獻(xiàn)中都介紹了,但是通常在城市CORS網(wǎng)、區(qū)域CORS網(wǎng)等日常數(shù)據(jù)處理中,這些網(wǎng)的數(shù)據(jù)量比較大,分步處理起來比較麻煩,因此,本文主要介紹了如何利用GAIMIT軟件對(duì)大數(shù)據(jù)量進(jìn)行批處理以及如何對(duì)處理后的GPS控制網(wǎng)進(jìn)行質(zhì)量檢查。

GAMIT軟件進(jìn)行基線處理主要有幾個(gè)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)處理模塊:sh_makexp,該模塊主要是將標(biāo)準(zhǔn)的RINEX文件轉(zhuǎn)換成GAMIT數(shù)據(jù)處理所需要的觀測(cè)值X文件; sh_sp3fit,該模塊主要是從IGS站下載的精密星歷SP3文件中獲取軌道系數(shù),且存儲(chǔ)在衛(wèi)星軌道文件G文件和T文件中;makej,主要是利用廣播星歷文件n文件生成接收機(jī)鐘差文件,最后GAIMIT通過SOVE函數(shù)進(jìn)行解算得到o文件和q文件。對(duì)q文件進(jìn)行質(zhì)量分析后,可以利用COSA平差軟件對(duì)q文件進(jìn)行網(wǎng)平差,從而獲得地方坐標(biāo)系。整個(gè)數(shù)據(jù)處理過程不但可以采用分步進(jìn)行解算,也可以采用批處理進(jìn)行解算。

2 GAMIT單時(shí)段解算

GAMIT軟件采用FORTRAN語言在linux下進(jìn)行設(shè)計(jì),因此其突出特點(diǎn)就是人工干預(yù)較少,且能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行批處理。本文將重點(diǎn)介紹如何利用GAMIT進(jìn)行批處理。

(1)文件夾準(zhǔn)備工作:在GAMIT安裝后,在root文件夾下自動(dòng)生成了gg文件夾,如圖1所示?？梢栽趃g文件夾下任意建立工程文件夾,如圖1中的文件夾2013,所有的相關(guān)目錄都建立該目錄下。在工程文件夾2013目錄下,一般需要新建的主要有年積日文件夾,用來處理當(dāng)天的文件,如圖中的文件夾300;brdc文件夾,主要用來存放廣播星歷文件n文件;igs文件夾,主要用來存放精密星歷文件sp3文件;rinex文件夾,主要用來存放觀測(cè)文件o文件;tables文件夾,主要用來存放各種表文件。

圖1 文件夾結(jié)構(gòu)

(2)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作:GAMIT進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,涉及文件比較多,在批處理過程中,需要準(zhǔn)備的文件主要有tables、rinex、igs和brdc中的文件。

①tables文件夾中主要用來存放表文件,常用的表文件主要有3種,第一種是不需要經(jīng)常更新的文件,第二種是需要經(jīng)常更新的文件,前面兩種文件主要通過網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行下載即可,人工干預(yù)較少;第三種是需要自己編輯的文件。

第一種文件主要有:天線高及相位中心偏移模式參數(shù)文件antmod.dat;硬件延遲文件dcb.dat;橢球參數(shù)文件gdetic.dat;天線高量取方式文件hi.dat;初始坐標(biāo)文件itrf05.apr;接收機(jī)及天線類型信息rcvant.dat;潮汐改正文件otl.grid和潮汐改正模型文件otlcmc.dat。這幾個(gè)文件可以通過在網(wǎng)站ftp://garner.ucsd.edu/archive/garner/gamit/tables進(jìn)行下載獲得。

第二種文件主要有:跳秒表leap.sec;月歷文件luntab.;章動(dòng)文件nutabl.;極移文件pole.;太陽歷文件soltab.;衛(wèi)星狀態(tài)文件svnav.dat和ut1.文件等,這些文件需要經(jīng)常進(jìn)行更新,也是在上述的網(wǎng)址中進(jìn)行下載更新即可。

第三種文件主要是先驗(yàn)信息和控制文件,主要有station.info、lfile.apr、sestbl.和sittbl.。在進(jìn)行批處理的時(shí)候,lfile.apr文件不需要單獨(dú)準(zhǔn)備。station.info可以通過批處理命令sh_upd_stnfo-files../rinex/?3000.13o-expt emed-orbt pgga獲得,該命令的執(zhí)行應(yīng)該在tables目錄進(jìn)行,同時(shí)tables下還需要下載guess_rcant.dat文件。該命令運(yùn)行完后,需要對(duì)station.info進(jìn)行檢查,主要檢查接收機(jī)和天線的類型是否可以識(shí)別出來,如果無法識(shí)別,需要人工進(jìn)行編輯。sestbl.文件主要是進(jìn)行高精度數(shù)據(jù)處理的參數(shù)設(shè)置,主要包含了處理模式、觀測(cè)值的選擇、對(duì)流層模型、ARC參考框架和慣性框架等信息,一般在高精度數(shù)據(jù)處理的時(shí)候,該文件不需要進(jìn)行特別的修改,可以直接從網(wǎng)站上獲取該文件。sittbl.文件是測(cè)站的先驗(yàn)精度信息,GAMIT默認(rèn)的測(cè)站坐標(biāo)先驗(yàn)精度為100 m范圍內(nèi),如果先驗(yàn)坐標(biāo)超出該精度范圍,就會(huì)出現(xiàn)如圖1中的錯(cuò)誤情況。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)和筆者實(shí)際操作的研究發(fā)現(xiàn),初始坐標(biāo)的精度對(duì)基線解算的結(jié)果具有較大的影響。

②rinex文件夾中只存放標(biāo)準(zhǔn)的觀測(cè)o文件,由于GAMIT采用FORTRAN進(jìn)行編寫,因此對(duì)文件名的大小寫比較敏感,o文件名應(yīng)該使用小寫,否則在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候,該測(cè)站的o文件不進(jìn)行運(yùn)算。

③brdc文件夾中只存放廣播星歷n文件,當(dāng)天所有測(cè)站的n文件可以只使用一個(gè)廣播星歷即可,ftp:// cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily/2013/300/ 13n/下載brdc3000.13n。

④igs文件夾除了存放從IGS站下載的精密星歷sp3文件,在批處理中,還需要存放跳秒文件leap.sec、月歷文件luntab.、章動(dòng)文件nutabl.、極移文件pole.、太陽歷文件soltab.、衛(wèi)星狀態(tài)文件svnav.dat、潮汐改正模型文件otlcmc.dat和ut1.文件。

(3)數(shù)據(jù)處理:在以上的文件準(zhǔn)備完成以后,在2013目錄下輸入以下命令即可自動(dòng)完成基線的批處理工作:sh_gamit-expt p300-d 2013 300-orbit IGSF,該條命令就處理了年積日300當(dāng)天的數(shù)據(jù),對(duì)相關(guān)的參數(shù)可以查詢GAMIT的幫助系統(tǒng)來尋求答案。

(4)常見的問題處理:在批處理過程中,通常出現(xiàn)的錯(cuò)誤主要是找不到相關(guān)的文件,用戶一般可以通過提示在相應(yīng)的目錄下補(bǔ)充相關(guān)文件即可以輕易地完成整個(gè)批處理過程。

3 GAMIT解算的結(jié)果質(zhì)量分析

GAMIT解算完基線后,會(huì)自動(dòng)生成q文件,提供給用戶進(jìn)行平差或者使用GLOBK進(jìn)行平差。但是在這之前需要對(duì)q文件進(jìn)行質(zhì)量檢查,主要檢查的內(nèi)容見下文。本文以具體的工程實(shí)例對(duì)GAMIT解算的結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量分析,工程網(wǎng)的具體分布圖如圖2所示。該工程共有6個(gè)測(cè)站,采樣率15 s,其中SSS1～SSS5為已知點(diǎn),5 700為未知點(diǎn)。對(duì)該工程網(wǎng)按照基本設(shè)置采用GAMIT進(jìn)行批處理后進(jìn)行質(zhì)量分析。

圖2 工程網(wǎng)分布圖

(1)檢查網(wǎng)內(nèi)的測(cè)站是否都參與了解算,如圖3所示。圖3為q文件中的一部分,圖中的測(cè)站坐標(biāo)進(jìn)行了部分屏蔽。圖3中測(cè)站SSS3的平差值均為0,表明該測(cè)站未參與解算。通常,這種情況是由于測(cè)站SSS3的初始坐標(biāo)和先驗(yàn)精度信息不匹配造成的,需要重新進(jìn)行設(shè)置。

圖3 未參與解算實(shí)例

(2)標(biāo)準(zhǔn)化均方差nrms:標(biāo)準(zhǔn)化均方差Post_nrms是衡量GAMIT基線單天解質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,同時(shí)也是評(píng)價(jià)同步環(huán)解算的重要指標(biāo),該值也在q文件中可以查詢到,如圖4所示。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗(yàn),nrms的值一般應(yīng)小于0.5,不能大于1.0,一般在城市CORS網(wǎng)中,該值一般小于0.3。如果nrms超出限制,那么說明在數(shù)據(jù)處理過程中,有的周跳不能得到完全修復(fù)。此時(shí)可以查看autcln.sum文件,通過判斷其中的埃倫標(biāo)準(zhǔn)方差A(yù)llan SD(Allan Standard deviation),如果該值大于50ppb,則說明接收機(jī)時(shí)鐘的穩(wěn)定性較差,頻漂偏大。

圖4 nrms實(shí)例

(3)GAMIT參數(shù)的改正量不能大于其約束量的2倍。GAMIT坐標(biāo)約束量的設(shè)置主要在sittbl.文件中,其他各種參數(shù)的約束量的設(shè)置主要在sestbl.文件中。如圖3種各種坐標(biāo)約束量的平差值在Adjust序列中,先驗(yàn)的約束量可以從q文件中查看,如圖5所示。該工程中的坐標(biāo)改正量均小于約束量的2倍。

圖5 坐標(biāo)約束量

(4)坐標(biāo)結(jié)果的評(píng)價(jià)指標(biāo)一般以坐標(biāo)的重復(fù)性來作為衡量坐標(biāo)解算結(jié)果的指標(biāo),以Xij,Yij,Zij表示j點(diǎn)在i測(cè)段(i=1,2,…n為測(cè)段數(shù))算得的坐標(biāo),則點(diǎn)坐標(biāo)分量重復(fù)性如式(1)[1]。σxj,σyj,σzj分別為點(diǎn)的坐標(biāo)分量重復(fù)性,Pxi,Pyi,Pzi為i測(cè)段解得坐標(biāo)分量的中誤差平方倒數(shù),ˉXj,ˉYj,ˉZj為坐標(biāo)分量加權(quán)平均值,可分別由式(2)求得。

(5)基線的重復(fù)性:基線的重復(fù)性是相對(duì)于多個(gè)時(shí)段解算的基線而言,同時(shí),它反映了基線的內(nèi)符合性。GAMIT批處理完后所有的基線向量的重復(fù)性可以用式(3)獲得,相對(duì)重復(fù)性可以用式(4)獲得,可以利用自編小程序進(jìn)行檢查。基線的重復(fù)性應(yīng)該小于相應(yīng)等級(jí)規(guī)定精度的2倍,如圖6所示。

式中:Rl為基線向量的重復(fù)性,Rr為基線向量的相對(duì)重復(fù)性,n為基線測(cè)段數(shù),Li為i時(shí)段的基線分量, ˉL為各時(shí)段的加權(quán)平均值,其公式如式(5)。

Rk=a+bLk(5)

圖6 基線的重復(fù)性計(jì)算

4 結(jié) 論

在實(shí)際工程中,讀者可以根據(jù)本文的批處理步驟對(duì)工程網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,利用批處理處理,人工干預(yù)更少,出現(xiàn)錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)明顯減少。在數(shù)據(jù)處理過程中,由于GAMIT對(duì)初始坐標(biāo)的精度要求比較高,因此建議可以通過單點(diǎn)定位的方法獲取20 m左右精度的坐標(biāo)進(jìn)行循環(huán)解算,從而獲得較高精度的基線解。獲取q文件后,通過本文介紹的方法對(duì)q文件的質(zhì)量進(jìn)行分析后,判斷q文件合格后,采用COSA平差獲取地方坐標(biāo)系下的成果。否則,需要重新對(duì)工程網(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解算。

[1] 鄂棟臣,詹必偉,姜衛(wèi)平等.應(yīng)用GAMIT/GLOBK軟件進(jìn)行高精度GPS數(shù)據(jù)處理[J].極地研究,2005(3):173～182.

[2] 謝繼香,張洪銀,童嚴(yán)文等.Gamit基線解算結(jié)果分析[J].青海科技,2011(4).

[3] 魏二虎,王中平,龔真春等.TEQC軟件用于GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)的研究[J].測(cè)繪通報(bào),2008(9):44～45.

[4] 徐杰,任超,孟黎.使用GAMIT進(jìn)行高精度基線向量解算的方法與實(shí)踐[J].海洋測(cè)繪,2007(6):29～32.

[5] 曹云昌,方宗義,夏青.地空基GPS探測(cè)應(yīng)用研究進(jìn)展[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),2004(4):565～572.

Using GAMIT to Compute High Accuracy GPS Control Network and Quality Analysis

Fu Aihua
(Fujian Provincial Station for Quality Control and Inspection Sim Products of Surveying and Mapping,Fuzhou 443002, China)

GAMIT is one of the most used GPS software in precise positioning and orbit determination.It is not only applied in high precision long baseline data processing,but also often used in the construction control network.Because of the large amount of data,using GAMIT step-by-step solution is more troublesome.So this article mainly introduces how to use GAMIT in batch processing and how to carry out quality analysis.

GAMIT;batch processing;quality analysis;precise positioning

2014—06—27

付愛華(1982—),女,工程師,主要從事測(cè)繪成果的質(zhì)檢工作。

國家自然科學(xué)基金(41004010)