Bernese 5.0軟件的安裝與使用①

占 偉,劉志廣,孟憲剛

(中國地震局第一監測中心,天津30018)

0 引 言

目前,國際上廣泛使用的GPS定位軟件有:美國麻省理工學院(MIT)和加州大學圣地亞哥分校Scripps海洋研究所(SIO)研制的 GAMIT/GLOBK軟件,美國噴氣推進實驗室(JPL)研制的GIPSY/OASIS軟件和瑞士伯爾尼(BERNE)大學研制的Bernese軟件[1]。GAMIT/GLOBK軟件采用雙差模型,不能用于精密單點定位(PPP)。GIPSY軟件直接處理載波非差觀測量,具有單點精密定位功能。但該軟件只提供可執行代碼,不提供源代碼,所以用戶不能對其進行二次開發。Bernese軟件既能處理GPS雙差數據,也能處理GPS非差數據,而且該軟件雖具有商業性質,能提供源代碼,適合用戶進行二次開發[2-6]。與GAMIT/GLOBK軟件較為復雜的安裝過程相比[7],BERNESE軟件能在Window s各系統(98/2000/XP)和UINX系統等軟件平臺上安裝使用,操作界面為圖形界面,使用更為方便。

同時,隨著高頻記錄和快速實時定位的觀測設備(例如20 Hz采樣率的GPS接收機已經成為當前高精度GPS接收機的主流產品)的不斷改進和更新,精密單點定位技術將會在地球動力學、衛星重力測量、大氣研究、地震監測等領域發揮越來越重要的作用,Bernese軟件將得到更為廣泛的使用[8-10]。

詳細介紹了Bernese GPS數據處理軟件的最新版本Bernese 5.0在Windows XP下的安裝方法,并介紹了程序結構、主要功能及技術特色。

1 Bernese 5.0軟件的安裝

Bernese 5.0軟件適用于 Windows各系統(98/2000/XP)和 UINX系統等軟件平臺,目前Windows系統使用范圍仍比UNIX系統廣泛,以常用的Windows XP操作系統為例介紹安裝步驟。

Bernese 5.0軟件需要申請獲得,用戶可以在http://www.bernese.unibe.ch/order.html此地址下載申請表格,填寫后經軟件研發組審核后交納一定費用即可獲得[10]。

1.1 安裝要求

Bernese 5.0的硬件要求內存至少為128 Mb,安裝過程需要至少2.3 G的硬盤空間。該軟件運行還需要perl軟件支持。

1.2 安裝步驟

(1)Bernese 5.0軟件安裝

依次安裝光盤中的BSW50.EXE、GPSDATA.EXE、GPSUSER.EXE執行文件,安裝完成后可在桌面上看到Bernese 5.0的快捷方式,而此時Bernese 5.0還不能運行;

(2)perl軟件安裝

從http://www.activestate.com/activeperl/地址下載Active Perl-5.10.0.1005-MSWin32-x86-290470.msi文件,進行安裝;

(3)運行win9Xadd.pl文件

上述兩步進行完畢,雙擊Bernese 5.0桌面快捷方式,如果只是一閃而過,則還需要用perl(默認安裝為c:perlin目錄下的perl5.10.0.exe文件)打開安裝包內win9Xadd.pl文件;

(4)確認安裝

Bernese 5.0軟件安裝完畢后會建立一些環境變量,代表Bernese 5.0軟件運行時常用的路徑,例如＄{U}代表默認的用戶數據目錄的絕對路徑,這里為E:BERN50GPS。如不建立這些環境變量,則在計算時會出現“a string is too long”等提示字符。

(5)軟件升級

Bernese軟件始終由研究團體不斷開發和維護,因此該軟件得以不斷完善,軟件安裝后也需要不斷升級,以保證軟件為最新版本。用戶可通過獲取升級CD盤或者通過網絡下載升級包升級。網絡升級的方法為:用perl目錄下的(默認安裝為c:perlin目錄下)perl5.10.0.exe執行文件打開bsw50updater.pm文件,獲取下載的賬號及密碼,下載相關升級包,根據bsw50updater.pm文件的提示信息進行升級[12-13]。

2 Bernese 5.0程序結構

與4.2版本相比,Bernese 5.0版本的改進主要體現在以下幾個方面:

*安裝更為方便,Windows系統下的安裝文件擴展名為exe形式,雙擊即可安裝;

*增加了可以在 UNIX/Linux和Windows平臺上使用的用戶圖形界面(GUI),以下拉菜單式為主,界面更加友好;

*幫助文件現為html格式;

*增加了許多更為詳細的BPE基本應用方面的算例;

*更為精確的GNSS和LEO衛星定軌能力;

*更為精密的對流層模型;

*支持GNSS衛星天線PCV模型。

Bernese 5.0軟件由1200個單元組成,程序源代碼超過300,000行。Bernese5.0軟件可分為三大部分。第一部分為Bernese的處理程序,共有90多個程序,這些程序用來轉換、編輯及處理數據,又可分為格式轉換部分(Menu＞RINEX)、數據轉換部分(Menu＞Conversion)、數據處理部分(Menu＞Processing)、衛星軌道部分(Menu＞Orbits/EOP)、數據仿真部分(Menu＞Service＞Generate simulated observation data)、輔助部分(Menu＞Service)共6個子部分:

*格式轉換部分主要功能為將原始觀測文件、導航文件和氣象文件由RINEX格式轉換成的Bernese格式;

*數據轉換部分主要功能是從外部文件提取計算所需的信息,例如從ITRF的SINEX文件提取測站坐標和速度(ANTEX程序);

*數據處理部分主要功能包括碼處理(單點定位)、雙頻碼、相位預處理以及基于GPS、GLONASS觀測(程序GPSEST)和基于法方程系統(ADDNEQ2)的參數估計;

*衛星軌道部分主要功能為由精密或廣播星歷計算標準軌道,比較不同的衛星軌道以評價軌道精度等。衛星軌道部分有兩個主要程序,一個為PRETAB,其主要功能是把精密星歷從地心地固坐標框架轉換為慣性坐標框架。另外一個為ORBGEN,其主要功能為由軌道表文件產生標準軌道。

*數據仿真部分主要功能為根據觀測值的統計信息(觀測值的RMS、偏差和周跳)生成模擬的GPS觀測值。

*輔助部分主要功能是編輯及瀏覽二進制數據文件,比較坐標,顯示殘差等。

第二部分是Bernese的菜單程序,這些程序用以控制程序的執行和準備處理程序所用的文檔,以及管理所有的處理程序、數據文件和程序輸出。菜單程序在使用者與Bernese處理程序間提供了一個方便的互動接口,這個接口把程序因人為疏忽或格式出錯的機會減到最低。Bernese 5.0用 QT編程語言實現了全新的窗口式操作界面,在視覺和功能上都是以往的版本不能比擬的。

第三部分是 Bernese批處理引擎(Bernese Processing Engine,BPE)。BPE是一個功能強大的自動化處理工具。主要包括批處理控制文件,執行數據處理的腳本,以及提供參數設置的輸入文件。這部分在處理大量數據時有著十分重要的作用。

圖1 Bernese 5.0軟件處理程序結構圖

3 Bernese 5.0軟件結構

Bernese 5.0軟件計算所需的文件和在計算過程中生成的文件大致可以分為通用文件、衛星相關文件、觀測文件、測站相關文件、大氣層相關文件及其它共6類,其中:

*通用文件與用戶和數據處理時段無關,包括大地基準面文件(DAT UM)、常數文件(CONST)、接收機信息(RECEIVER)、相位中心改正表(PHAS COD.I01)、地球重力場模型(JGM3)、極偏差系數文件(POLOFF)等;

*衛星相關文件包括衛星廣播星歷(BRD)、IGS精密星歷(PRE)、標準軌道(STD)、列表式軌道文件(TAB)、衛星鐘系數(CLK)、衛星和接收機碼差表(DCB)等;

*測站相關文件包括測段表(SES)、測站縮寫文件(ABB)、測站信息文件(STA)、測站問題文件(CRX)、測站坐標(CRD)、測站速度(VEL)等;

*大氣層文件包括對流層參數文件(T RP)、大氣層SINEX文件(TRO)、水蒸汽文件(MET)、電離層模型(ION);

*其它文件包括鐘差改正文件(CLK)、方差-協方差文件(COV)、二進制結果文件(RES)、ASCII制結果文件(FRS)、程序輸出文件(OUT)、程序出錯信息文件(MSG)。

4 結 論

Bernese 5.0軟件是一個大型復雜的GPS數據處理軟件,在實際應用過程中會遇到各種各樣的問題,需要不斷嘗試,多讀程序的源代碼會有一定幫助。在軟件的學習過程中,需要多動手、用一些例子反復試算,這樣能夠更加深入地理解各種參數的設置,以便進行使用和二次開發。

致謝:真摯感謝瑞士伯爾尼大學天文研究所Pierre Fridez教授對本文所提供的指導和幫助!

[1] 賴錫安,黃立人,徐菊生,等.中國大陸現今地殼運動[M].北京:地震出版社,2004.

[2] 郭 英.基于BERNESE V4.2軟件的GPS動態定位研究[M].青島:山東科技大學碩士論文,2004.

[3] 孟 黎,徐 杰,任 超.Bernese GPS4.2版本數據處理軟件的使用及常見錯誤分析[J].全球定位系統,2007,32(3):42—46.

[4] 張彩紅,朱 波,張 黎.應用Bernese軟件進行高精度GPS定位解算[J].測繪信息與工程,2006,31(33):8—9.

[5] 鄭作亞.Bernese GPS4.2版本數據處理軟件的介紹與探討[J].中國科學院上海天文臺刊,2003,24:143—149.

[6] 周 利,匡翠林.Bernese高精度GPS數據處理軟件介紹及其應用實例[J].測繪與空間地理信息,2007,30(5),110—113.

[7] 劉志廣,占 偉,孟憲剛.Ubuntu系統平臺的GAMIT/GLOBK 10.35安裝詳解[J].全球定位系統,2009,34(5):52-56.

[8] Zumberge J F,Heflin M B,Jefferson DC,et al..Precise Point Positioning for the Efficient and Robust A-nalysis of GPS Data from Large Networks[J].J.Geophys.Res.,1997,102(B3):5005-5017.

[9] 陳 義.精密點定位的基本原理和應用[J].同濟大學學報(自然科學版),2006,34(7):919-923.

[10] 劉經南,葉世榕.GPS非差相位精密單點定位技術探討[J].武漢大學學報(信息科學版),2002,27(3):234-240.

[11] Rolf Dach,Urs Hugentobler,Pierre Fridez,et al.The Bernese GPS Software Version 5.0.[M].Astronomical Institute,University of Bern,January,2007.

[12] Urs Hugentobler,Rolf Dach,Pierre Fridez.The Bernese GPS Software Version 5.0 DRAFT[M].Printing Office of the University of Bern,February,2005.

[13] Rolf Dach,Urs Hugentobler,Peter Walser.The tutorial for Bernese GPS Software Version 5.0[M].Astronomical Institute,University of Bern,June,2009.