用Bernese軟件進行客運專線GPS控制網長基線解算

董洪波

Bernese軟件是由瑞士伯爾尼大學天文研究所研究開發的GNSS數據(包括 GLONASS數據、GPS數據、SLR數據)處理軟件。1999年11月發布的版本4.2增加了處理GLONASS數據、SLR數據的功能并更新了法方程平差結算模塊(ADDNEQ)。2004年12月推出的5.0版本，其界面更加友好，模塊條理更為清晰，并且對非差模型作了較大改動，更新了BPE模塊，使其精度更高。Bernese GPS軟件既采用雙差模型，也采用非差模型，所以它既可用非差方法進行單點定位，又可用雙差方法進行整網平差。

1 Bernese解算長基線常見的誤差

1)與衛星有關的誤差:衛星軌道誤差、衛星鐘差、相位纏繞改正、相對論效應等，采用精密星歷，同步觀測值求差，制造衛星鐘時預先把頻率減小約0.004 57 Hz可以有效解決。2)與信號傳播有關的誤差:電離層延遲誤差、對流層延遲誤差、多路徑效應等，采用雙頻觀測值和電離層模型、對流層模型并引入附加代估參數可以有效解決。3)與接收機有關的誤差:接收機鐘誤差、接收機位置誤差、天線相位中心位置偏差。4)其他誤差:地球自轉的影響、地球潮汐改正，引入參數改正文件可以有效解決。

2 Bernese軟件的程序結構

Bernese軟件主要包括手工處理部分和批處理部分(BPE)部分，手工處理部分分為5個部分的內容，分別為:格式轉換部分(Transfer/Conversion Part)、軌道部分(Orbit Part)、數據處理部分(Processing Part)、模擬部分(Simulation Part)和常用工具部分(Service Part)。

3 Bernese軟件的數據處理步驟

具體步驟如圖1所示。

1)數據文件的準備。包括準備觀測文件、星歷文件，以及更新數據處理所需的表文件。具體包括:原始觀測文件Rinex、大地基準面文件(DATUM)、相位中心改正表(PHASE.01)、地球重力場模型(JGM3./GEMq3.)、極偏差系數文件(POLOFF.)、衛星參數(SATELLIT.TT T)、常數(CONST.)、接收機信息文件(RECEIVER.)、天線定義文件(.TRN)、地球自轉參數信息文件(C4_2009.ERP)、跳秒文件(GPSUTC)、衛星問題文件(SAT_2009.CRX)、測站問題文件(STACRUX.)、測站文件(.CRD)、測站名轉化表文件(.STA)、精密星歷文件(.SP3)。

2)項目設置。通過項目(campaign)來管理所有數據，在開始處理數據之前，必須先設置好項目，包括定義項目、創建項目目錄，相關數據需拷貝進子目錄，然后設定好與項目相關的基本信息等。

3)時段定義。時段是覆蓋所有需要被計算的觀測數據的某個時間間隔段，一個項目存在一個或多個時段。由于Bernese軟件使用的是按時段進行計算的方法，必須在每個項目中定義時段信息表。只有在時段信息表中定義的時段才能被使用，每個時段被定義為在時間間隔上單獨分開，彼此間不重合。

4)觀測數據的轉化。首先進行Rinex數據的平滑，將觀測數據.09o的格式轉換成.SM T格式;然后把RINEX格式的數據轉化成Bernese二進制格式文件，目的為加速數據讀取速率。觀測文件轉換成Bernese格式有如下4種格式，它們分別為:*.PZH(相位非差頭文件)*.PZO(相位非差觀測文件)*.CZH(碼非差頭文件)*.CZO(碼非差觀測文件)，在原始文件由Rinex格式轉換成Bernese格式過程中，有時會出錯，認為該接收機類型與PHASE.O1文件不匹配，造成轉換不成功。其主要問題是Rinex格式的原始文件中可能存在非法字符，該問題通?？梢酝ㄟ^檢查原始文件是否有非法字符或用數據管理軟件TEQC使其標準化。

5)生成軌道數據文件。其又稱為衛星軌道標準化，在計算衛星軌道時，除了需要精密星歷文件外，還需要相應的地球自轉參數文件。Bernese軟件在軌道部分有兩個主要程序，第一個程序為PRETAB，其主要工作是把精密星歷由地球參考框架轉換為天球參考框架，同時該程序也提取衛星的鐘差，生成一個軌道列表文件(.TAB)。第二個程序為衛星軌道標準化，其工作利用之前生成的.TAB文件里的衛星位置作為偽觀測值對軌道作一次最小二乘平差，由軌道表文件產生弧段的標準軌道。通常會對每一個時段(通常為1 d)產生一個標準軌道文件。

6)數據預處理。第一步實現接收機鐘同步，計算接收機時鐘差改正量δk的程序是CODSPP。得到的時鐘改正量儲存在相位和偽距觀測文件中。輸出文件提供后驗均方根誤差值 RMS，RMS作為觀測值的一個指標，在有SA效應時約為20 m～30 m，在沒有 SA效應時約為 3 m;第二步形成基線文件，程序是SNGDIF，根據選定的準則在整個處理網中形成獨立的基線單差文件，選用最大觀測值準則(OBSMAX)，即兩測站間共同觀測量為最多者組成基線，也可用人工方式或其他標準來定義基線;第三步基線預處理，程序是MAUPRP，主要任務是周跳探測與修復。MAUPRP的輸出結果有很多信息，最重要的應查看三差解的結果，成功的基線預處理RMS值應小于2 cm。

7)參數估計:基線解算。a.對流層建模，程序用GPSEST主要任務求解基線的最小二乘解，不過最好的方式是先對整個時段使用的GPSEST求得一個初始解，也就是我們常說的整周模糊度，通過分析解算的殘差以檢查數據質量，剔除粗差觀測值，產生一個整周模糊度浮動解;b.確定整周模糊度，程序仍用GPSEST，一般采用QIF(Quasi-Ionosphere-Free)方式求解模糊度，并且忽略基線的相關性，逐條基線求解的方式;c.基線最終解，程序仍用GPSEST，當對所有基線進行了整周模糊度解算后，接下來使用GPSEST對整個時段求基線最終解，并生成法方程文件;d.利用幾個時段的法方程，使用程序ADDNEQ，將所得各時段的全部基線解算作為偽觀測值再進行平差，以求得更精確的參數解。

4 應用實例

對杭長客運專線7個控制點進行了4次觀測，每次觀測6 h。GPS解算選擇了WHUN(武漢)、SHAO(上海)作為已知點進行解算，其中WHUN(武漢)作為參考站。解算得到的各點坐標中標準差 1.5 mm≤σ≤2.1 mm，這完全滿足GPS B級網的精度要求?？刂泣c解算結果如表1所示。

表1 控制點解算結果表

5 結語

Bernese軟件作為高精度、高要求、高靈活的GPS定位解算軟件，既能進行精密單點定位又能進行基線解算，具有準確的數學模型、詳細的計算過程和參數控制、強大的自動化批處理、國際標準適應性、模塊化設計等特點，對于鐵路客運專線基礎控制網的長基線解算來說，具有運算快、成果可靠的特點。

[1] 肖永飛.鄭西客運專線無碴軌道精密控制網測量方案[J].山西建筑，2008，34(24):354-355.