IGS快速精密星历与事后精密星历解算精度分析

□ 李 哲陈 洋王春阳于建龙

（1.黑龙江第三测绘工程院，黑龙江 哈尔滨 150025；2.黑龙江省测桦南县光正测绘有限公司，黑龙江 桦南 154400）

0.引言

GPS（GlobalPositioning System（全球定位系统））是由美国国防部研究并开发建立的一种全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，它不仅大大提高了地理信息系统的信息化水平，同时促进了数字经济的发展。现在随着精密工程测量学、地球动力学、GPS气象学等领域对数据处理的精度要求越来越高，国内外研制出了很多高精度的GPS数据处理软件，有4个比较有名的GPS高精度处理分析软件，即美国麻省理工学院（MIT）和美国加利福尼亚大学SCRIPPS海洋研究所（SIO）共同开发的GAMIT软件；美国喷漆动力实验室（JPL）的GIPSY软件；瑞士伯尔尼大学研制的Bernese软件；德国GFZ的EPOS软件。除此之外，由我国武汉大学卫星导航定位技术研究中心自主研制的PANDA软件。他们都是ISG数据分析处理中心采用的软件，但由于各自设计的出发点不同，所以有着各种的应用特点。其中，GAMIT软件的特点有计算速度快，算法简单易懂，结果清晰准确，版本更新快和自动化程度高等特点。采用精密星历和高精度起算点时，GAMIT软件解算长基线的相对精度能达到10-9量级，解算短基线的精度能优于1毫米，是世界上最优秀的GPS数据处理软件之一。

利用GAMIT进行GPS高精度基线解算一般需要很多的准备文件，比如GPS观测数据文件、广播星历文件、精密星历轨道文件以及极移表、章动表、跳秒表等[2-3]。这里面的卫星轨道精度是影响基线解算结果的重要因素之一[1]，因此，使用GAMIT进行高精度基线解算时，一般下载使用IGS数据处理中心给出的事后IGS最终的精密星历，其公布的时间一般是7-18天。对于很多生产项目中需要较短的时间内解算得到基线结果的特殊项目，IGS最终星历无法满足生产需求。针对以上这个问题，本文对快速星历IGR和超快精密星历IGU进行GAMIT长基线解算的精度进行分析，验证其精度结果与事后精密星历计算结果的精度对比分析。

1.利用GAMIT软件进行GPS基线解算的流程

1.1 数据准备

在根目录下新建项目文件夹，文件夹内新建brdc、igs、rinex、table 四个文件夹，分别存放需要处理年积日的广播星历文件、精密星历文件、观测值文件和进程控制文件。

1.2 解算步骤

上述准备文件准备完成之后，在Linux系统下使用GAMIT软件进行解算，可按下述较为简单的步骤进行。

1.2.1 执行grep POSITION*.12O＞life命令，根据O文件提取所有点位坐标，生成life.apr。

1.2.2 执行rx2apr life.apr 2017 123 命令，求出近似坐标。

1.2.3 执行gapr_to_l lfile.apr lfile. " "2017 123，转换成球面坐标。

1.2.4 执行makexp命令,根据提示输入相关信息，包括：项目名称、年积日、概略坐标文件、导航文件，一级数据采样间隔、计算起始时间、历元数。

正常的话软件安装正确、准备文件没有问题并且上述命令执行正确的话，GAMIT会自动进行批处理工作，并得到最终的解算结果。解算结果可以查看O文件，这里面的单时段解算出的标准化均方根残差（NRMS值）是衡量GAMIT解算结果质量的一个重要指标。一般情况，NRMS值越小，基线精度就越高，反之，则精度较低。一般情况下比较理想的值应该是小于0.3，如果该值大于1.0就意味着处理过程中未除去大的周跳或者某个参数的解算存在很大的问题，又或者解算模型设定有误[5]。

2.IGS星历产品

IGS下属 7个分析中心,有 NRCan、GFZ、JPL、CODE、ESA、SIO和 NGS，分析中心对来自全球数据中心的数据经过计算分析处理后，生成卫星轨道参数、地球自传参数和测站位置解等其他产品[6]。IGS对7个分析中心的卫星轨道参数进行计算得到5种IGS星历产品（如表1所示）。

从表1可以看出，星历产品的精度与实践延迟是成正比的，精度越高，实践延迟越长。这里事后精密星历的精度最高，但是需要的时间延迟最长，12-18天，快速精密星历的精度与事后相当，且时间较短，为17-41h，GAMIT默认识别的星历是IGS最终精密星历，但IGR和IGU星历同样为SP3格式文件，文件格式相同，只在文件名前面有些区别。对于GAMIT来说，两者均可以直接使用。IGU星历每天公布4次，所以对于当天解算可以使用IGU星历5个不同时间更新的精密星历。

IGR和IGU星历的使用可以根据实际项目生产具体情况进行选择。同时由于IGU具有完全24h预测部分，理论上可以满足在观测数据获取后任意时间内使用GAMIT进行解算。

3.案例分析

本文采用2016年2月27日的黑龙江省肇东地区的8个C级网观测数据进行GAMIT解算实验，采样率为15s，观测时长4小时2个时段。

实验方法：采用GAMIT软件，将快速精密星历、事后精密星历分别进行基线解算，然后用CosaGPS软件进行平差处理，。

比较项目：

3.1 将解算结果与测站已知坐标进行比较，以国家2000大地坐标系为基准，以IGS参考站为约束点，进行控制网整体三维约束平差[4]。再解算基线时加入了6个IGS连续运行基准站数据分 别 是 ：YAKT、ULAB、BJFS、DAEJ、CHAN、YSSK，平差后得到X、Y、Z三个方向的外符合精度（如表2所示）。

表2 IGR和IGS解算结果与已知坐标的外符合精度对比值 单位m

从点位精度信息的对比结果来看，不同精密星历的解算精度相当，都在毫米级的水平。

3.2 不同星历解算的基线网平差对比分析

不同精密星历解算的基线平差之后各项精度指标的对比（如表3所示）。

表3 IGR与IGS内符合精度对比值 单位m

3.3 再有GAMIT解算基线结果的好坏可以用验后均方根误差nrms的值来体现，在解算方案相同的前提下采用不同精密星历解算结果的验后均方根误差nrms值（如表4所示）。

表4 不同时段不同星历的nrms值

从以上分析可以看出：IGS精密星历和IGR快速星历解算的精度相当，采用IGU星历解算的结果与采用IGS精密星历的结果差异在毫米级，因此在缺乏IGS事后精密星历的情况下，可以采用IGR或者IGU快速精密星历来代替。但为了保险起见，建议采用IGR快速精密星历，对基线解算结果的精度影像可以忽略不计，平差精度完成能够满足一般生产项目要求。

4.结束语

本文在介绍GAMIT基线解算软件的特点及使用方法的基础上，提出了使用IGR、IGU与IGS星历作为轨道文件进行GAMIT基线解算的方法，通过一组基线数据进行解算，并分别平差处理，通过对比分析基线解算结果和平差处理结果最终得出以下结论：

分别采用超快速精密星历（IGU）、快速精密星历（IGR）、事后精密星历（IGS）进行基线解算的精度都在毫米级的水平，采用IGS精密星历解算的精度略高，在无法及时获取事后精密星历（IGS）的情况下，可以采用快速精密星历（IGR）代替事后精密星历（IGS）进行基线解算，能满足一般项目精度要求。