基于GAMIT软件的对流层延迟量解算分析
2013-06-26潘元进何美琳
贾 伟，潘元进，何美琳，覃 辉
（1.中交四航工程研究院有限公司，广东 广州 510230；2.桂林理工大学 测绘地理信息学院，广西 桂林 541004； 3. 广东科学技术职业学院, 广东 珠海 519090）
1 GAMIT软件
1.1 GAMIT软件简介
GAMIT/GLOBK软件是MIT和SIO研制的GPS综合分析软件包，可以解算卫星轨道和地面测站的三维相对位置及对流层、电离层等参数。作为开源数据处理软件，数据处理人员不仅可以全面地了解数据处理的流程及技巧，还可以对软件的源码进行编译，依据不同要求和环境建立适合科研的数学模型，这也在一定程度上促进了GAMIT/GLOBK软件的不断更新[1]。
1.2 软件解算原理
GAMIT软件处理可以通过双差改正模型，采用最小二乘算法对参数进行估计。采用双差改正模型的优点是可以消除或减弱钟差的影响（GPS钟和接收机钟），同时也可以明显减弱诸如星历误差、大气折射误差等系统性误差的影响。
本文的重点就是用GAMIT估计对流层天顶延迟参数和大气水平梯度参数，通常采用线性分段模型，根据观测时间和区域自主确定参数个数。如果测站间隔较近，估计得到的参数间的相关性会非常大，由此降低了其可靠性[2]。
2 软件解算的关键技术[1-3]
2.1 数据文件的准备
在利用GAMIT软件进行高精度GPS数据处理前，首先要进行相应数据文件的准备，其中包括相关tables文件的更新、IGS观测站数据下载和星历下载，这些文件可以根据用户的需求应用GAMIT软件进行批量下载或到相应的网站手动下载和更新。
2.2 参数文件的修改和设置
由于GAMIT软件提供的是集成运行，在运行过程中，如果相关的参数设置没做好，那么软件就会自动退出程序，所以在运行前设置好文件的参数对于本次的数据处理至关重要。参数的设置主要有如下3个文件：
1）测段信息控制文件sestbl.。它主要是对GAMIT软件进行参数设置。该文件中有解的类型(松弛、基线)及其迭代次数、卫星高度角、观测量类型、海潮改正模型、天顶延迟参数个数、对流层误差模型等参数,可通过修改不同的设置组合达到解算目的。
2）测站信息控制文件sittbl.。检查该文件是否包括每个选用测站的信息,根据实际情况补全测站信息,并对每一个站设置先验约束。
3）测站信息文件sites.defaults。指定将使用哪些本地或IGS国际跟踪站站点,并指定其元数据的处理方式。在文件prosess.defaults中对解算过程的命令进行设置，可根据个人需要对其中的命令进行更换及设置。
2.3 成果文件的输出
如果成果文件正常输出，并且成果文件都符合限差要求，则本次运行的成果就是合格的。如果解算失败，则还要进行数据检查和修正，再次进行解算。解算得出主要结果如下：
1）O文件 。该文件是基线解算结果，其中天顶方向延迟量解算结果就在该文件中，可以根据基线的解算结果来判断解算的精度。特别需要注意的是，该文件中对流层延迟量有2组，其中以R值为Relax值即松弛解，X值为Fix值即固定解。
2）q
3）H文件。该文件是通过GAMIT基线解算获得的文件，它起了承前启后的作用，因为其是在GAMIT解算时获得的十进制文件，在GLOBK网平差时需要利用它来生成卡尔曼滤波所识别的二进制文件。
3 实例分析
本文通过GAMIT软件对国内IGS参考站包括北京站、上海站、武汉站、西安站及广西CORS站进行了解算，得出了一些解算结果，为下一步大气水汽含量的反演奠定了基础。
3.1 解算结果及精度分析
由于GAMIT软件采用合网解的方式解算基线向量，所以同步环闭合差在基线处理完成时已经进行了分配（同步环闭合差恒为零）。因此，可以将时段基线解算精度指标标准化均方根误差NRMS值作为同步环优劣检核的指标[4]。一般认为，NRMS值在0.12～0.5内是合理的。根据国内GPS数据处理经验，NRMS值在0.25左右为最优。本文解算所得出的NRMS值如表1所示。
表1 解算得到的NRMS值汇总表
由表1可以看出，GPS基线解算的8个同步时段的标准化验后均方差NRMS在0.15～0.22之间，表明基线解算精度满足要求。
3.2 天顶方向延迟量解算
本文使用GAMIT解算GPS观测数据的主要目的是获得其天顶方向对流层延迟量，用以反演大气水汽含量，通过解算得出广西CORS站JZ01对流层延迟量如表2、图1所示。
图1 JZ01 天顶方向总的延迟量
表2中是在控制文件sestbl.中进行对流层参数估计得出的结果，其中设置每1 h估计1个值，这有利于提供参数值的分辨率。由图1可以看出，JZ01天顶方向对流层延迟量在该时段内变化明显，且连续性较好，可以很好地作为参数的数据源来进行一些技术研究，如气象学研究、参数模型研究及GPS导航定位研究等。
4 结 语
GAMIT软件是高精度GPS数据解算的科学应用软件，其解算功能非常强大。由于该软件是开源的，且该软件的安装包可以从相应的网站下载，所以在国外已经得到了广泛的应用。该软件数据解算过程非常复杂，很注重观测数据的准备及参数文件的设置，所以在解算时需要对其解算过程进行深入的研究。本文通过对GAMIT关键技术的研究，联合解算了广西CORS及国内IGS站数据，得出了GX-CORS站JZ01天顶方向对流层延迟量，且基线解算精度满足要求。
[1]李征航,张小红.卫星导航定位技术及高精度数据处理方法[M].武汉：武汉大学出版社，2009
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