不同類型GPS 數(shù)據(jù)處理軟件的比較分析

楊久東 李建剛

(河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北唐山 063009)

0 引言

GPS數(shù)據(jù)處理是GPS研究的一個重要內(nèi)容。目前市場上常用的GPS數(shù)據(jù)處理軟件有三種類型:商用型、精密型和接收機自帶的軟件。盡管不同軟件在數(shù)據(jù)處理方法上各有其特點，但它們的總體結(jié)構(gòu)基本上是一致的，即由數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、軌道計算、模型改正、數(shù)據(jù)編輯和參數(shù)估計5部分組成。

本文選取商用型Bernese軟件，精密型GAMIT/GLOBK軟件和接收機自帶的，國內(nèi)比較常用的HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件包。用這三種軟件，分別對同一組GPS觀測數(shù)據(jù)進行處理，比較分析它們處理的結(jié)果，我們得出這些軟件各自的優(yōu)點和不足，為以后實際的應(yīng)用中，根據(jù)工程的目的和要求，選取合適的處理軟件提供了參考。

1 GPS數(shù)據(jù)處理軟件的類型

1.1 精密型:GAMIT/GLOBK軟件

GAMIT由美國麻省理工學(xué)院(MIT)和美國加利福尼亞大學(xué)Scripps海洋研究所(SIO)研制的綜合分析軟件包，可以估計衛(wèi)星軌道和地面測站的三維相對位置。

該軟件由多個功能不同并可獨立運行的程序模塊組成，具有處理結(jié)果準(zhǔn)確、運算速度快、版本更新周期短以及精度允許范圍內(nèi)自動化處理程度高的特點，利用GAMIT可以確定地面站的三維坐標(biāo)和對空中飛行物的定軌，在有精密星歷和高精度起算點的情況下，基線的相對精度可以達到10－9左右，短基線的精度可以達到1 mm～3 mm。GAMIT/GLOBK軟件采用雙差模型，不能用于精密單點定位(PPP)。GLOBK是一個卡爾曼濾波器，可以聯(lián)合解算空間大地測量和地面觀測數(shù)據(jù)，處理的數(shù)據(jù)是原始觀測值獲得的測站坐標(biāo)、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)、軌道參數(shù)和目標(biāo)位置等信息的估值及其協(xié)方差矩陣。作為科研軟件，GAMIT供研究和教育部門無償使用，只需通過正式途徑注冊得到使用許可證就可使用。GAMIT在我國應(yīng)用的比較廣泛，我國的A，B級GPS網(wǎng)的基線解算就是用這種軟件完成的。

1.2 商用型:Bernese軟件

瑞士BERNE大學(xué)研制的Bernese軟件包由數(shù)十個獨立的程序組成，各個程序通過文件被有機的結(jié)合起來。該軟件的功能非常強大，定位、定軌、估計地球自轉(zhuǎn)參數(shù)，對各種有效改善定位/定軌精度的方法廣泛吸納。Bernese為非自由軟件，它的每一次升級都是功能方面的一次大的提高或完善，自1988年推出以來，陸續(xù)不斷升級，功能也日益完善，尤其是1999年11月的4.2版本增加了處理GLONASS數(shù)據(jù)，到2004年已經(jīng)升級到了5.0版，目前的最新版本是5.5(本文中的算例是用5.0版本進行處理的)。

Bernese既能處理GPS雙差數(shù)據(jù)，進行整體網(wǎng)平差;也能處理GPS非差數(shù)據(jù)，進行精密單點定位。用戶可以在其官網(wǎng)下載申請表格，填寫后經(jīng)軟件研發(fā)組審核，交納一定費用即可獲得，具有商業(yè)的性質(zhì)。

1.3 通用型:HDS2003軟件

HDS2003是由國內(nèi)GPS生產(chǎn)商開發(fā)的，用來處理靜態(tài)GPS數(shù)據(jù)的軟件，也是我們平常處理小范圍GPS控制網(wǎng)最常用的軟件之一。中海達GPS數(shù)據(jù)處理軟件由衛(wèi)星預(yù)報、野外動靜態(tài)采集、數(shù)據(jù)傳輸、項目管理、靜態(tài)基線處理、動態(tài)路線處理、閉合差搜索、網(wǎng)平差、成果輸出、坐標(biāo)系管理及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等模塊組成?？梢蕴幚淼狞c、線數(shù)僅受制于所使用計算機的內(nèi)存。

2 對同一組觀測數(shù)據(jù)進行處理的結(jié)果

GAMIT只能處理雙差觀測值，HDS2003只能處理靜態(tài)的數(shù)據(jù)，所以我們選取靜態(tài)雙頻接收機連續(xù)24 h的觀測數(shù)據(jù)作為實驗值。基線結(jié)果隨機選取一條(HDAO-HSYA)來查看(其他基線:HDAO→QYLU，HDAO→XIAO，HSYA→QYLU，HSYA→XIAO，QYLU→XIAO因篇幅有限省略)，點位坐標(biāo)選取HDAO和HSYA兩點列出比較，見表1～表6。

表1 GAMIT最終基線報告

表3 GAMIT/GLOBK平差后最終點位坐標(biāo)

Max(rms_X)=0.01 cm;Max(rms_Y)=0.01 cm;Max(rms_Z)=0.02 cm。

表4 GAMIT/GLOBK平差后經(jīng)緯度坐標(biāo)

表5 HDS2003平差后最終點位坐標(biāo)

表6 Bernese精密單點定位最終解算坐標(biāo)

3 比較分析

本次實驗采用了IGS精密星歷，所以GAMIT基線的精度達到了2 mm左右，這也是有精密星歷或者是有高精度起算數(shù)據(jù)時，GAMIT的預(yù)期結(jié)果精度。HDS2003的結(jié)果和GAMIT比較，無論是基線的三維方向，還是在長L上，GAMIT解算的中誤差都要小，結(jié)果優(yōu)于HDS2003。HDS2003點位中誤差在毫米級，而GAMIT卻能達到亞毫米級，這就體現(xiàn)出精密軟件在精確定點上的優(yōu)勢;Bernese軟件在這次試驗中因為沒有更高級的精確的起算數(shù)據(jù)，所以采用非差模式，點位結(jié)果坐標(biāo)與HDS2003自由網(wǎng)平差坐標(biāo)的結(jié)果十分的相近，與GAMIT相比，差別在厘米級，符合國際上精密單點解算精度要求。

4 結(jié)語

從這次實驗，我們可以看出，關(guān)于GPS數(shù)據(jù)處理軟件，無論是精密軟件、商用軟件還是普通的接收機自帶的軟件，都有各自的特點:以HDS2003為代表的普通軟件處理小范圍的控制網(wǎng)，速度快，精確度比較低，一般能滿足我們普通的工程需要，操作界面是可視化的，比較容易實現(xiàn);以GAMIT為代表的精密軟件，結(jié)果精度高，可以用來做高精度控制網(wǎng)或者處理中長基線。缺點是只能處理雙頻數(shù)據(jù)，而且操作比較復(fù)雜;Bernese準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型、詳細(xì)的計算過程參數(shù)控制、強大的自動化批處理、國際標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性和模塊化設(shè)計，確定了它在GPS軟件領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，發(fā)展前景廣闊。缺點是它的操作更加困難，雖然與GAMIT相比，操作界面轉(zhuǎn)為可視化，可是Bernese有兩種處理模式，支持多種觀測量，所以其結(jié)構(gòu)較GAMIT更為復(fù)雜，以至于很難給出一個詳盡的數(shù)據(jù)處理流程。

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