GAMIT批处理解算高精度GPS控制网及质量检查

付爱华

(福建省测绘产品质量监督检验站,福建福州 443002)

GAMIT批处理解算高精度GPS控制网及质量检查

付爱华∗

(福建省测绘产品质量监督检验站,福建福州 443002)

GAMIT软件是目前国际上较成熟的GPS高精度定位定轨软件,该软件不但应用在高精度长基线数据处理上,而且还经常应用在工程控制网中。由于一些控制网数据量较大,利用GAMIT分步解算比较麻烦,因此本文重点介绍了如何利用GAMIT批处理解算高精度GPS控制网,同时针对解算后的控制网数据如何进行质量检查进行了介绍。

GAMIT;批处理;质量检查;高精度

1 引 言

GAMIT软件是美国麻省理工学院(MIT)与圣迭哥海洋研究所(Scirpps)共同研制的高精度GPS数据处理软件。该软件不但应用在高精度长基线数据处理上,而且还经常应用在工程控制网中,以其处理精度高、速度快、人工干预少而著名。GAMIT软件的分步处理在国内很多文献中都介绍了,但是通常在城市CORS网、区域CORS网等日常数据处理中,这些网的数据量比较大,分步处理起来比较麻烦,因此,本文主要介绍了如何利用GAIMIT软件对大数据量进行批处理以及如何对处理后的GPS控制网进行质量检查。

GAMIT软件进行基线处理主要有几个关键的数据处理模块:sh_makexp,该模块主要是将标准的RINEX文件转换成GAMIT数据处理所需要的观测值X文件; sh_sp3fit,该模块主要是从IGS站下载的精密星历SP3文件中获取轨道系数,且存储在卫星轨道文件G文件和T文件中;makej,主要是利用广播星历文件n文件生成接收机钟差文件,最后GAIMIT通过SOVE函数进行解算得到o文件和q文件。对q文件进行质量分析后,可以利用COSA平差软件对q文件进行网平差,从而获得地方坐标系。整个数据处理过程不但可以采用分步进行解算,也可以采用批处理进行解算。

2 GAMIT单时段解算

GAMIT软件采用FORTRAN语言在linux下进行设计,因此其突出特点就是人工干预较少,且能够对数据进行批处理。本文将重点介绍如何利用GAMIT进行批处理。

(1)文件夹准备工作:在GAMIT安装后,在root文件夹下自动生成了gg文件夹,如图1所示。可以在gg文件夹下任意建立工程文件夹,如图1中的文件夹2013,所有的相关目录都建立该目录下。在工程文件夹2013目录下,一般需要新建的主要有年积日文件夹,用来处理当天的文件,如图中的文件夹300;brdc文件夹,主要用来存放广播星历文件n文件;igs文件夹,主要用来存放精密星历文件sp3文件;rinex文件夹,主要用来存放观测文件o文件;tables文件夹,主要用来存放各种表文件。

图1 文件夹结构

(2)数据准备工作:GAMIT进行数据处理,涉及文件比较多,在批处理过程中,需要准备的文件主要有tables、rinex、igs和brdc中的文件。

①tables文件夹中主要用来存放表文件,常用的表文件主要有3种,第一种是不需要经常更新的文件,第二种是需要经常更新的文件,前面两种文件主要通过网络上进行下载即可,人工干预较少;第三种是需要自己编辑的文件。

第一种文件主要有:天线高及相位中心偏移模式参数文件antmod.dat;硬件延迟文件dcb.dat;椭球参数文件gdetic.dat;天线高量取方式文件hi.dat;初始坐标文件itrf05.apr;接收机及天线类型信息rcvant.dat;潮汐改正文件otl.grid和潮汐改正模型文件otlcmc.dat。这几个文件可以通过在网站ftp://garner.ucsd.edu/archive/garner/gamit/tables进行下载获得。

第二种文件主要有:跳秒表leap.sec;月历文件luntab.;章动文件nutabl.;极移文件pole.;太阳历文件soltab.;卫星状态文件svnav.dat和ut1.文件等,这些文件需要经常进行更新,也是在上述的网址中进行下载更新即可。

第三种文件主要是先验信息和控制文件,主要有station.info、lfile.apr、sestbl.和sittbl.。在进行批处理的时候,lfile.apr文件不需要单独准备。station.info可以通过批处理命令sh_upd_stnfo-files../rinex/∗3000.13o-expt emed-orbt pgga获得,该命令的执行应该在tables目录进行,同时tables下还需要下载guess_rcant.dat文件。该命令运行完后,需要对station.info进行检查,主要检查接收机和天线的类型是否可以识别出来,如果无法识别,需要人工进行编辑。sestbl.文件主要是进行高精度数据处理的参数设置,主要包含了处理模式、观测值的选择、对流层模型、ARC参考框架和惯性框架等信息,一般在高精度数据处理的时候,该文件不需要进行特别的修改,可以直接从网站上获取该文件。sittbl.文件是测站的先验精度信息,GAMIT默认的测站坐标先验精度为100 m范围内,如果先验坐标超出该精度范围,就会出现如图1中的错误情况。根据有关文献和笔者实际操作的研究发现,初始坐标的精度对基线解算的结果具有较大的影响。

②rinex文件夹中只存放标准的观测o文件,由于GAMIT采用FORTRAN进行编写,因此对文件名的大小写比较敏感,o文件名应该使用小写,否则在进行计算的时候,该测站的o文件不进行运算。

③brdc文件夹中只存放广播星历n文件,当天所有测站的n文件可以只使用一个广播星历即可,ftp:// cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily/2013/300/ 13n/下载brdc3000.13n。

④igs文件夹除了存放从IGS站下载的精密星历sp3文件,在批处理中,还需要存放跳秒文件leap.sec、月历文件luntab.、章动文件nutabl.、极移文件pole.、太阳历文件soltab.、卫星状态文件svnav.dat、潮汐改正模型文件otlcmc.dat和ut1.文件。

(3)数据处理:在以上的文件准备完成以后,在2013目录下输入以下命令即可自动完成基线的批处理工作:sh_gamit-expt p300-d 2013 300-orbit IGSF,该条命令就处理了年积日300当天的数据,对相关的参数可以查询GAMIT的帮助系统来寻求答案。

(4)常见的问题处理:在批处理过程中,通常出现的错误主要是找不到相关的文件,用户一般可以通过提示在相应的目录下补充相关文件即可以轻易地完成整个批处理过程。

3 GAMIT解算的结果质量分析

GAMIT解算完基线后,会自动生成q文件,提供给用户进行平差或者使用GLOBK进行平差。但是在这之前需要对q文件进行质量检查,主要检查的内容见下文。本文以具体的工程实例对GAMIT解算的结果进行质量分析,工程网的具体分布图如图2所示。该工程共有6个测站,采样率15 s,其中SSS1～SSS5为已知点,5 700为未知点。对该工程网按照基本设置采用GAMIT进行批处理后进行质量分析。

图2 工程网分布图

(1)检查网内的测站是否都参与了解算,如图3所示。图3为q文件中的一部分,图中的测站坐标进行了部分屏蔽。图3中测站SSS3的平差值均为0,表明该测站未参与解算。通常,这种情况是由于测站SSS3的初始坐标和先验精度信息不匹配造成的,需要重新进行设置。

图3 未参与解算实例

(2)标准化均方差nrms:标准化均方差Post_nrms是衡量GAMIT基线单天解质量的重要指标之一,同时也是评价同步环解算的重要指标,该值也在q文件中可以查询到,如图4所示。根据相关数据处理经验,nrms的值一般应小于0.5,不能大于1.0,一般在城市CORS网中,该值一般小于0.3。如果nrms超出限制,那么说明在数据处理过程中,有的周跳不能得到完全修复。此时可以查看autcln.sum文件,通过判断其中的埃伦标准方差Allan SD(Allan Standard deviation),如果该值大于50ppb,则说明接收机时钟的稳定性较差,频漂偏大。

图4 nrms实例

(3)GAMIT参数的改正量不能大于其约束量的2倍。GAMIT坐标约束量的设置主要在sittbl.文件中,其他各种参数的约束量的设置主要在sestbl.文件中。如图3种各种坐标约束量的平差值在Adjust序列中,先验的约束量可以从q文件中查看,如图5所示。该工程中的坐标改正量均小于约束量的2倍。

图5 坐标约束量

(4)坐标结果的评价指标一般以坐标的重复性来作为衡量坐标解算结果的指标,以Xij,Yij,Zij表示j点在i测段(i=1,2,…n为测段数)算得的坐标,则点坐标分量重复性如式(1)[1]。σxj,σyj,σzj分别为点的坐标分量重复性,Pxi,Pyi,Pzi为i测段解得坐标分量的中误差平方倒数,¯Xj,¯Yj,¯Zj为坐标分量加权平均值,可分别由式(2)求得。

(5)基线的重复性:基线的重复性是相对于多个时段解算的基线而言,同时,它反映了基线的内符合性。GAMIT批处理完后所有的基线向量的重复性可以用式(3)获得,相对重复性可以用式(4)获得,可以利用自编小程序进行检查。基线的重复性应该小于相应等级规定精度的2倍,如图6所示。

式中:Rl为基线向量的重复性,Rr为基线向量的相对重复性,n为基线测段数,Li为i时段的基线分量, ¯L为各时段的加权平均值,其公式如式(5)。

Rk=a+bLk(5)

图6 基线的重复性计算

4 结 论

在实际工程中,读者可以根据本文的批处理步骤对工程网数据进行处理,利用批处理处理,人工干预更少,出现错误的机会明显减少。在数据处理过程中,由于GAMIT对初始坐标的精度要求比较高,因此建议可以通过单点定位的方法获取20 m左右精度的坐标进行循环解算,从而获得较高精度的基线解。获取q文件后,通过本文介绍的方法对q文件的质量进行分析后,判断q文件合格后,采用COSA平差获取地方坐标系下的成果。否则,需要重新对工程网的数据进行解算。

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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

付爱华(1982—),女,工程师,主要从事测绘成果的质检工作。

国家自然科学基金(41004010)