高校畢業生專業優勢在JLCORS網絡解算中的應用

李 旸，劉俊清

（1. 長春大學，吉林 長春 130022；2.吉林省地震局，吉林 長春 130117）

高校畢業生專業優勢在JLCORS網絡解算中的應用

李 旸1，劉俊清2

（1. 長春大學，吉林 長春 130022；2.吉林省地震局，吉林 長春 130117）

應用GNSS后處理軟件GAMIT/GLOBK對JLCORS網絡參考站坐標進行解算。選擇周邊IGS站作為控制點，采用衛星軌道、站點松弛解策略。最終獲得41個站近3年的單天解時間序列，東西向坐標NRMS值平均為1.35，WRMS值平均為2.50。同時對GAMIT處理單天解流程以及處理過程中應注意的有關問題做了較詳細的討論，對區域級CORS系統的高精度數據處理和分析具有重要參考價值。

GNSS；GAMIT；時間序列；ITRF08

P315.69

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.04.019

1674-8565（2017）04-0105-04

2017-07-07

2017-10-10

李旸（1988-），男，吉林省長春市人，畢業于長春工業大學，碩士，助教，現主要從事高校學生就業創業等方面的工作。E-mail: 1070911808@qq.com

0 引言

GNSS數據處理分為預處理與后處理，前者通常使用TEQC軟件[1]把接收機輸出的二進制格式數據轉換為標準的RINEX格式，然后對站觀測數據歷元、周跳、多路徑效應等進行檢查與評估。數據預處理之后，可以輸入后處理程序進行嚴格的去粗差、平差處理，獲得測站坐標、測站運動速度及網邊長等。目前主流的高精度后處理軟件有GAMIT/GLOBK、GIPSY、BERNESE。

GAMIT/GLOBK軟件[2]是目前全球三大高精度GNSS后處理軟件之一，80年代由MIT（麻省理工學院）與加州理工學院的海洋研究所（SIO）聯合開發，在UNIX操作系統的服務器上運行。GAMIT部分處理載波相位的雙差觀測量，參數估計方法使用最小二乘算法進行，GLOBK部分采用卡爾曼濾波算法，可以綜合其它大地測量數據進行整體平差，使用精密星歷及IGS站作為控制點，對于長基線的解算結果，公認的相對精度最高可達10-9[3,4]，較短基線的解算結果精度為毫米級。經過幾代GNSS科學家的不懈努力，后處理程序的功能得到不斷增強，目前是10.5版本，未來計劃增加俄羅斯GLONASS系統及中國BEIDOU系統的數據后處理功能。這一軟件是目前國內各大高校和研究機構使用的GNSS處理軟件，大多用于教學及地球動力學研究。本文使用GAMIT/GLOBK軟件進行JLCORS網絡參考站后處理，詳細介紹了處理方案。

1 GAMIT/GLOBK軟件使用方法

GAMIT/GLOBK使用FORTRAN語言編寫，由許多功能模塊組成，這些模塊均可以獨立地運行。按其程序使用方法可分成兩個大的部分，即數據準備和數據處理。另外，開發者開發了大量的linux shell腳本[5-7]，組織各個模塊的運行。GLOBK軟件實際上是卡爾曼濾波器(卡爾曼濾波理論是一種對動態系統進行數據處理的有效方法，它利用觀測向量來估計隨時間不斷變化的狀態向量)，他的主要功能是聯合多種測量數據進行動態平差。GLOBK的主要輸入是經GAMIT處理后的h-file和近似坐標，當然，它亦已成功地應用于綜合處理其它的GPS軟件（如Bemese和GIPSY）產生的數據以及其它大地測量和SLR觀測數據。GLOBK的結果主要包括：測站平均坐標、測站時間序列、測站速度以及不同時段GNSS衛星的軌道參數，GLOBK的功能還包括有效地檢驗各種約束條件對結果的影響，通常在后處理中用非常寬松的約束條件，這是為了在GLOBK處理過程中可以根據不同需要進行相應參數的強約束。GAMIT在數據處理階段有5個核心模塊，其結構圖如圖1所示。

圖1 GAMIT部分模塊組成示意圖Fig.1 The schematic diagram of GAMIT modules

圖中，ARC對衛星軌道進行積分，衛星軌道的確定是用衛星運動方程進行數值積分的；MODEL模塊是對觀測方程求偏導數；AUTCLN自動修復周跳，周跳修復模塊還包括：SINCLN(單站自動修復周跳)、DBLCLN (雙站自動修復周跳)、CVIEW (人工修復周跳)；CFMRG的功能是為最后一個模塊創建觀測方程文件(M-file)，選擇和定義相關參數；SOLVE模塊是使用最小二乘法獲得觀測方程的最優解。還有一些輔助模塊：MAKEXP是一個shell腳本，組織數據準備部分各個程序；MAKEJ用來生成GNSS衛星的鐘差文件；MAKEX是標準化輸入文件，其功能是把原始觀測數據的格式（RINEX）轉換成GAMIT的標準文件格式；BCTOT（NGS．TOT）將星歷格式（RINEX、SP3、SP1）轉換成GAMIT所需的文件格式；FIXDRV為在數據處理的最后階段組織各個批處理腳本。

在GNSS數據后處理中的輸入數據準備部分是非常重要的，也是工作量比較大的一個步驟，GAMIT部分處理過程大致可歸結為兩大部分，即輸入數據準備和數據處理。

（1）輸入數據準備部分：首先是JLCORS所有參考站30秒采樣率的RINEX文件，然后測站先驗坐標文件及測站觀測信息文件的編輯，下載更新各種表文件及衛星軌道文件等。選擇幾個測站的觀測數據進行解算，用來估計觀測數據的質量，還可以在后面的處理中有目標的修改解算方案。

（2）數據處理部分：這部分主要執行一個程序（FIXDRV）生成批處理文件，這個過程中需要調用GAMIT部分的5大模塊來完成。這些模塊可以單獨運行，如果出現錯誤以及結果不符合要求，需要單獨運行相應的模塊重新計算。

評定GPS測站坐標精度的一個重要指標是坐標重復率，在幾個時段處理中使用，是觀測網內符合精度的指標，它的值越小，坐標的內符合精度就越高，坐標質量就越好，反之，內符合精度越低，質量就越差。坐標重復率的計算公式[7]如下：

式中，n表示同一參考站同步觀測時段數，Ci表示一個時段某一坐標分量或基線長度，為各時段的加權平均值，為該時段對于分量Ci的方差。

2 吉林省連續運行GNSS參考站系統（JLCORS）介紹

CORS系統理論源于上世紀八十年代，加拿大首先提出了一個“主動控制系統（Active Control System）”的概念。經過多年的發展，現在連續運行參考站系統（CORS）能夠常年連續不斷地運行。服務于地球動力學、地震監測、變形監測、高精度中短期天氣狀況的數值預報等。它不僅滿足各種測繪、基準需求，還滿足地震地殼形變監測需求[8-10]。目前，很多國家建立了國家級、區域級的CORS網絡，吉林省連續運行參考站網絡（Jilin Continuously Operating Reference Station，JLCORS）由吉林省測繪局建設（圖1），圖中黑色正三角表示設計參考站。是我國地區（省）級的連續運行的參考站網絡系統，它通過在全省范圍內建立的永久性參考站，通過網絡互聯，構成新一代的網絡化的大地測量系統，把全球定位系統（GNSS）這一高新技術綜合應用于吉林省的大地測量、工程測量、氣象監測、地震監測、地面沉降監測以及城市地理信息系統等領域，2014年12月已經建成49個站并投入運行[11]。

圖2 JLCORS基準站分布圖Fig.2 The distribution map of JLCORS reference station

3 時間序列結果

GAMIT部分是處理GNSS觀測的差分觀測量，這種方法需要很多次迭代過程，計算時間較長。而且處理時間根據觀測網內的觀測站數量呈指數，一般40～50個站的網比較合適，如果測站數量大于這個數，需要分成多個網來處理。在單天解處理過程結束后，GAMI會同時給出待估計參數的緊約束和無約束結果。在JLCORS坐標時間序列研究中，需要單天無約束松弛解。需要指出的是，在處理過程中我們對衛星軌道和測站坐標均施加了一定的約束，其中部分測站予以水平向 5cm，垂向 10cm 的約束。單天松弛解在測量學中稱為無基準解，還需要把單天解融入到一個無基準區域網，做坐標七參數相似變換將其轉入ITRF2008參考框架，部分結果如表1所示。

表1 JLCORS參考站(EDAO)坐標時間序列

4 結論

GAMIT/GLOBK程序作為高精度GNSS后處理軟件，適合處理40～50個站的中等規模的CORS網，對于網端基線需要引入對流層改正模型，可以設定每2小時計算一個改正數，對于網內相鄰點，具有較短的基線長度，可以不考慮對流層折射影響。由于JLCORS網絡參考站為連續觀測站，數據量巨大，采用30s采樣率參與計算，這樣就可以剔除一些多路徑影響嚴重的時段，提高解算精度。對于控制點的選擇，可以搜索周邊觀測質量好的ISG站或者陸態網站，需要4個以上的基站就能滿足精度要求。

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Application of Professional Advantages of College Graduates in JLCORS Network Solution

LI Yang1, LIU Jun-qing2

(1. Changchun University, Jilin Changchun 130022, China;2. Jilin Earthquake Agency, Jilin Changchun 130117, China)

We use the professional advantages of college graduates, and combine production organization to expand the practice and application. GNSS post-processing software GAMIT/GLOBK, the JLCORS network reference station to carry out the solution. Select the peripheral IGS station as a control point, using the satellite orbital relaxation solution strategy. Finally one day nearly 3 years of the 41 station sequence, something to coordinate NRMS for an average of 1.35, with an average of 2.50 WRMS. Should pay attention to the problem of GAMIT treatment process and single day solution treatment process is discussed in detail, the CORS system of high precision data processing and analysis has important reference value

GNSS; GAMIT; Time series; ITRF08