尹茂國,陳 義,2

(1.同濟(jì)大學(xué)測繪與地理信息學(xué)院,上海200092;2.現(xiàn)代工程測量國家測繪局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200092)

0 引 言

電離層是高度約為60～1000 km范圍內(nèi)的離子化的大氣層。它作為一種傳播介質(zhì)使電波在電離層中被折射、反射、散射和吸收而損失部分能量。電離層對電波傳播的影響與人類活動密切相關(guān),如無線電通信、廣播、無線電導(dǎo)航、雷達(dá)定位[1]。因此,對電離層活動進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)報,對于揭示太陽和電離層活動的規(guī)律性,進(jìn)而對人們了解地球磁場及大氣圈層變化有重要意義。

GPS系統(tǒng)建成后,基于GPS的電離層監(jiān)測已成為國內(nèi)外電離層研究領(lǐng)域的主要方向之一。用GPS測量TEC是目前精度最高的TEC測量手段[1]。目前針對電離層建模主要是通過計算TEC模型參數(shù)實(shí)現(xiàn)的。

國內(nèi)已經(jīng)有很多關(guān)于Bernese在定位及基線解算等方面應(yīng)用的研究,并對其進(jìn)行了一定程度的二次開發(fā)[2-7]。Bernese自身的IONEST及GPSEST程序模塊分別提供了電離層多項式模型和球諧函數(shù)模型的計算功能,利用這兩個功能進(jìn)行電離層參數(shù)估計。

1 Bernese功能介紹

由瑞士伯爾尼大學(xué)天文研究所開發(fā)的BER-NESE GPS SOFTWARE是目前國際上應(yīng)用比較廣泛的高精度數(shù)據(jù)處理軟件之一,能夠快速處理中小型GPS觀測網(wǎng),實(shí)現(xiàn)高精度定位;自動處理大型乃至全球的GPS永久跟蹤網(wǎng)觀測數(shù)據(jù);組合處理GPS和GLONASS觀測數(shù)據(jù)等功能[8]。軟件的BPE模塊是基于TCP/IP協(xié)議,采用C/S模式[3],主要由FORTRAN編寫的功能程序,PERL編寫的腳本和控制文件(主要定義了按一定順序的執(zhí)行腳本)等組成[1]。其中利用PPP.PCF和RNX2SNX.PCF兩個控制文件可以得到mm級坐標(biāo)[9]。軟件中IONEST和GPSEST功能用到的輸入文件均是上述兩個控制文件運(yùn)行的結(jié)果。

1.1 IONEST模塊

模塊中,Bernese中局部電離層模型采用多項式函數(shù)模型,并用IONEST進(jìn)行估計。在估計之前,應(yīng)確保RXOBV3和CODSPP這兩個模塊成功運(yùn)行[8]。所用到的函數(shù)模型為

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式中: (β,s)為穿刺點(diǎn)的太陽-地磁緯度和經(jīng)度;n、m為二維泰勒級數(shù)展開的最大階數(shù); (β0,s0)為展開中心的太陽-地磁緯度和經(jīng)度;Eij為需要估計的泰勒級數(shù)展開的系數(shù)。

IONEST對非差L4組合觀測值,采用最小二乘估計方法,得到相應(yīng)電離層參數(shù)[8]。

1.2 GPSEST模塊

Bernese的設(shè)計初衷是處理長時間全球各IGS臺站大量數(shù)據(jù)。因此在電離層模型建立方面,針對全球的TEC,它的GPSEST功能模塊采用球諧函數(shù)模型,對模型參數(shù)利用最小二乘方法進(jìn)行估計。函數(shù)模型為

(2)

2 實(shí)例分析

2.1 數(shù)據(jù)說明

利用1個IGS站shao及上海10個CORS站在2013年1月8日的雙頻觀測數(shù)據(jù)。軟件處理數(shù)據(jù)前,需要下載精密星歷(SP3)、鐘差文件(CLK)、碼偏差(DCB)、極移信息(ERP)等準(zhǔn)備文件,需要編寫測站信息文件(STA)及地殼板塊文件(PLD)。本文使用迅雷下載相應(yīng)的數(shù)據(jù),具體步驟是:將預(yù)編輯好的FTP地址,存入txt文檔,然后導(dǎo)入迅雷下載即可。以shao站RINEX數(shù)據(jù)獲取為例,按下面所示編輯好文本后,打開迅雷即可快速下載shao站從2013.1.1-2013.1.8的數(shù)據(jù)。

ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily/2013/001/13o/shao0010.13o.Z

ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily/2013/002/13o/shao0020.13o.Z

ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily/2013/003/13o/shao0030.13o.Z

ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily/2013/004/13o/shao0040.13o.Z

ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily/2013/005/13o/shao0050.13o.Z

ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily/2013/006/13o/shao0060.13o.Z

ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily/2013/007/13o/shao0070.13o.Z

ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily/2013/008/13o/shao0080.13o.Z

2.2 數(shù)據(jù)處理步驟及結(jié)果展示

將所需數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢后,運(yùn)行MENU>BPE>Start BPE process,分別運(yùn)行完P(guān)PP.PCF及RNX2SNX.PCF之后,得到最終坐標(biāo)文件F1_130080.CRD及標(biāo)準(zhǔn)軌道文件IGS130080.STD[9],具體過程見參考文獻(xiàn)[9]。

2.2.1 IONEST模塊步驟

利用之前得到的結(jié)果文件,運(yùn)行MENU>Service>Ionospheretools>Local Ionosphere-model-estimation,如圖1,2,3所示。

圖1 IONEST模塊

圖2 IONEST輸入選項

圖3 IONEST操作選項

如果想在每個時段得到多個電離層模型,只需要運(yùn)行Bernese自帶的分割模塊(Menu>Service>Bernese observation files>Split observation files),再運(yùn)行IONEST即可得到多組系數(shù)。不過此時需要自己手動將得到的各個電離層模型文件組合到一個共同的文件[8]。

2.2.2 GPSEST模塊步驟

運(yùn)行MENU>Processing>Parameter estimation。此處既可以選擇對非差數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,也可以對雙差數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,如圖4所示。

圖4 GPSEST輸入選項

2.2.3 結(jié)果展示

以GPSEST計算的結(jié)果為例,可以得到如圖5所示的電離層相關(guān)文件。

圖5 生成文件

1)ION130080.ION(各個測站的5×5階球諧函數(shù))

2)RIM130080.ION(區(qū)域5×5階球諧函數(shù)模型的參數(shù))

3)RIM130080.INX(IONEX格式的數(shù)據(jù))

部分片段如圖6所示。

圖6 RIM130080.INX

3 結(jié)束語

利用Bernese自帶的兩個程序模塊(IONEST、GPSEST),分別計算了多項式模型及球諧函數(shù)模型的系數(shù),并由各測站DCB的結(jié)果可以說明求解步驟是正確的。但是在處理過程中,手動操作的過程較多,會增加了工作量和出錯的幾率,因此在計算過程的自動化程度上還需要進(jìn)一步提高。

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