GAMIT批處理解算高精度GPS控制網及質量檢查

付愛華

(福建省測繪產品質量監督檢驗站,福建福州 443002)

GAMIT批處理解算高精度GPS控制網及質量檢查

付愛華?

(福建省測繪產品質量監督檢驗站,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,該軟件不但應用在高精度長基線數據處理上,而且還經常應用在工程控制網中。由于一些控制網數據量較大,利用GAMIT分步解算比較麻煩,因此本文重點介紹了如何利用GAMIT批處理解算高精度GPS控制網,同時針對解算后的控制網數據如何進行質量檢查進行了介紹。

GAMIT;批處理;質量檢查;高精度

1 引 言

GAMIT軟件是美國麻省理工學院(MIT)與圣迭哥海洋研究所(Scirpps)共同研制的高精度GPS數據處理軟件。該軟件不但應用在高精度長基線數據處理上,而且還經常應用在工程控制網中,以其處理精度高、速度快、人工干預少而著名。GAMIT軟件的分步處理在國內很多文獻中都介紹了,但是通常在城市CORS網、區域CORS網等日常數據處理中,這些網的數據量比較大,分步處理起來比較麻煩,因此,本文主要介紹了如何利用GAIMIT軟件對大數據量進行批處理以及如何對處理后的GPS控制網進行質量檢查。

GAMIT軟件進行基線處理主要有幾個關鍵的數據處理模塊:sh_makexp,該模塊主要是將標準的RINEX文件轉換成GAMIT數據處理所需要的觀測值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,且存儲在衛星軌道文件G文件和T文件中;makej,主要是利用廣播星歷文件n文件生成接收機鐘差文件,最后GAIMIT通過SOVE函數進行解算得到o文件和q文件。對q文件進行質量分析后,可以利用COSA平差軟件對q文件進行網平差,從而獲得地方坐標系。整個數據處理過程不但可以采用分步進行解算,也可以采用批處理進行解算。

2 GAMIT單時段解算

GAMIT軟件采用FORTRAN語言在linux下進行設計,因此其突出特點就是人工干預較少,且能夠對數據進行批處理。本文將重點介紹如何利用GAMIT進行批處理。

(1)文件夾準備工作:在GAMIT安裝后,在root文件夾下自動生成了gg文件夾,如圖1所示。可以在gg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 文件夾結構

(2)數據準備工作:GAMIT進行數據處理,涉及文件比較多,在批處理過程中,需要準備的文件主要有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,第一種是不需要經常更新的文件,第二種是需要經常更新的文件,前面兩種文件主要通過網絡上進行下載即可,人工干預較少;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文件antmod.dat;硬件延遲文件dcb.dat;橢球參數文件gdetic.dat;天線高量取方式文件hi.dat;初始坐標文件itrf05.apr;接收機及天線類型信息rcvant.dat;潮汐改正文件otl.grid和潮汐改正模型文件otlcmc.dat。這幾個文件可以通過在網站ftp://garner.ucsd.edu/archive/garner/gamit/tables進行下載獲得。

第二種文件主要有:跳秒表leap.sec;月歷文件luntab.;章動文件nutabl.;極移文件pole.;太陽歷文件soltab.;衛星狀態文件svnav.dat和ut1.文件等,這些文件需要經常進行更新,也是在上述的網址中進行下載更新即可。

第三種文件主要是先驗信息和控制文件,主要有station.info、lfile.apr、sestbl.和sittbl.。在進行批處理的時候,lfile.apr文件不需要單獨準備。station.info可以通過批處理命令sh_upd_stnfo-files../rinex/?3000.13o-expt emed-orbt pgga獲得,該命令的執行應該在tables目錄進行,同時tables下還需要下載guess_rcant.dat文件。該命令運行完后,需要對station.info進行檢查,主要檢查接收機和天線的類型是否可以識別出來,如果無法識別,需要人工進行編輯。sestbl.文件主要是進行高精度數據處理的參數設置,主要包含了處理模式、觀測值的選擇、對流層模型、ARC參考框架和慣性框架等信息,一般在高精度數據處理的時候,該文件不需要進行特別的修改,可以直接從網站上獲取該文件。sittbl.文件是測站的先驗精度信息,GAMIT默認的測站坐標先驗精度為100 m范圍內,如果先驗坐標超出該精度范圍,就會出現如圖1中的錯誤情況。根據有關文獻和筆者實際操作的研究發現,初始坐標的精度對基線解算的結果具有較大的影響。

②rinex文件夾中只存放標準的觀測o文件,由于GAMIT采用FORTRAN進行編寫,因此對文件名的大小寫比較敏感,o文件名應該使用小寫,否則在進行計算的時候,該測站的o文件不進行運算。

③brdc文件夾中只存放廣播星歷n文件,當天所有測站的n文件可以只使用一個廣播星歷即可,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.、章動文件nutabl.、極移文件pole.、太陽歷文件soltab.、衛星狀態文件svnav.dat、潮汐改正模型文件otlcmc.dat和ut1.文件。

(3)數據處理:在以上的文件準備完成以后,在2013目錄下輸入以下命令即可自動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當天的數據,對相關的參數可以查詢GAMIT的幫助系統來尋求答案。

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

3 GAMIT解算的結果質量分析

GAMIT解算完基線后,會自動生成q文件,提供給用戶進行平差或者使用GLOBK進行平差。但是在這之前需要對q文件進行質量檢查,主要檢查的內容見下文。本文以具體的工程實例對GAMIT解算的結果進行質量分析,工程網的具體分布圖如圖2所示。該工程共有6個測站,采樣率15 s,其中SSS1～SSS5為已知點,5 700為未知點。對該工程網按照基本設置采用GAMIT進行批處理后進行質量分析。

圖2 工程網分布圖

(1)檢查網內的測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,圖中的測站坐標進行了部分屏蔽。圖3中測站SSS3的平差值均為0,表明該測站未參與解算。通常,這種情況是由于測站SSS3的初始坐標和先驗精度信息不匹配造成的,需要重新進行設置。

圖3 未參與解算實例

(2)標準化均方差nrms:標準化均方差Post_nrms是衡量GAMIT基線單天解質量的重要指標之一,同時也是評價同步環解算的重要指標,該值也在q文件中可以查詢到,如圖4所示。根據相關數據處理經驗,nrms的值一般應小于0.5,不能大于1.0,一般在城市CORS網中,該值一般小于0.3。如果nrms超出限制,那么說明在數據處理過程中,有的周跳不能得到完全修復。此時可以查看autcln.sum文件,通過判斷其中的埃倫標準方差Allan SD(Allan Standard deviation),如果該值大于50ppb,則說明接收機時鐘的穩定性較差,頻漂偏大。

圖4 nrms實例

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

圖5 坐標約束量

(4)坐標結果的評價指標一般以坐標的重復性來作為衡量坐標解算結果的指標,以Xij,Yij,Zij表示j點在i測段(i=1,2,…n為測段數)算得的坐標,則點坐標分量重復性如式(1)[1]。σxj,σyj,σzj分別為點的坐標分量重復性,Pxi,Pyi,Pzi為i測段解得坐標分量的中誤差平方倒數,ˉXj,ˉYj,ˉZj為坐標分量加權平均值,可分別由式(2)求得。

(5)基線的重復性:基線的重復性是相對于多個時段解算的基線而言,同時,它反映了基線的內符合性。GAMIT批處理完后所有的基線向量的重復性可以用式(3)獲得,相對重復性可以用式(4)獲得,可以利用自編小程序進行檢查。基線的重復性應該小于相應等級規定精度的2倍,如圖6所示。

式中:Rl為基線向量的重復性,Rr為基線向量的相對重復性,n為基線測段數,Li為i時段的基線分量, ˉL為各時段的加權平均值,其公式如式(5)。

Rk=a+bLk(5)

圖6 基線的重復性計算

4 結 論

在實際工程中,讀者可以根據本文的批處理步驟對工程網數據進行處理,利用批處理處理,人工干預更少,出現錯誤的機會明顯減少。在數據處理過程中,由于GAMIT對初始坐標的精度要求比較高,因此建議可以通過單點定位的方法獲取20 m左右精度的坐標進行循環解算,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q文件的質量進行分析后,判斷q文件合格后,采用COSA平差獲取地方坐標系下的成果。否則,需要重新對工程網的數據進行解算。

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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,主要從事測繪成果的質檢工作。

國家自然科學基金(41004010)