Bernese 5.0軟件介紹及常見問題分析

蔣欠欠,郭英,戚憲東

(山東科技大學測繪 科學與工程學院,山東 青島 266590)

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Bernese 5.0軟件介紹及常見問題分析

蔣欠欠,郭英,戚憲東

(山東科技大學測繪 科學與工程學院,山東 青島 266590)

介紹了Bernese5.0軟件數據處理的準備工作、手工處理內容、BPE中控制文件的組成,并通過自動批處理PPP.PCF處理GPS數據,分析遇到的問題及解決的方法。

Bernese5.0;BPE;數據處理;問題分析

0 引 言

目前在GPS高精度定位中,廣泛使用的數據處理軟件有美國麻省理工學院和美國加利福尼亞大學海洋研究所共同研發的采用雙差方法進行數據處理的GAMIT軟件,美國噴氣動力實驗室研發的以非差方法進行數據處理的GIPSY軟件[1-2],瑞士伯爾尼大學研發的Bernese軟件。升級后的Bernese5.0軟件既能以非差方式進行單點定位,又可以用雙差方法進行整網平差[3-4],可以手工處理或批處理(BPE)GPS數據和GLONASS數據,以及處理SLR數據、永久GPS跟蹤站觀測網或混合不同類型接收機的觀測網,還可用于處理精密定軌、估計地球自轉和電離層等多種中間產品數據。Bernese軟件具有高精度、高效率的特點,適用于科學研究、實踐教學,也適用于測繪單位的數據產品計算,學習Bernese軟件具有一定的現實意義[5]。

但是,利用Bernese軟件進行數據處理時,各部分的步驟需要緊密銜接,若某一操作步驟出現問題,軟件將無法正常運行。因此,解決操作過程出現的問題十分關鍵。

本文通過PPP.PCF(Precise Point Positioning.Process Control File)處理2015年第121天LHAZ測站的GPS數據,分析并解決在處理過程遇到的問題。

1 Bernese 5.0的結構和主要功能模塊

Bernese5.0軟件根據數據處理功能可分為手工處理和BPE兩大部分[6]。手工處理數據和BPE處理數據之前,都需要進行數據文件的準備,其數據處理流程如圖1所示。

圖1 Bernese5.0數據處理流程圖

1.1 手工處理部分

手工處理部分主要有格式轉換部分、軌道部分、數據處理部分、模擬部分和常用工具部分五塊內容[7]。

1) 格式轉換部分

將RINEX格式的原始觀測文件、原始導航文件、原始氣象文件轉換為二進制的Bernese格式。

注意檢查數據類型、RINEX文件頭信息等,觀測文件轉換為*.PZO、*.PZO、*.CZH和*.CZO四種Bernese格式,在自己新建項目下的RAW中檢查格式轉換是否正確完成。

2) 軌道部分

運用精密星歷文件、地球自轉參數文件生成軌道列表文件,進而生成標準軌道。注意廣播星歷與精密星歷生成標準軌道參數設置的區別,在OUT目錄下檢查衛星軌道精度。

3) 數據處理部分

這是軟件的重要部分,包括數據預處理(接收機鐘差改正、生成基線、周跳探測與修復等)、基于法方程的參數估計。注意各參數的設置,由于生成的文件較多,在OUT目錄下檢查各文件中的精度。

4) 模擬部分

根據統計數據信息(觀測值的RMS、偏差和周跳)產生模擬的GPS和GLONASS觀測量(碼或相位)。

5) 常用工具部分

進行檢查、編輯轉換成Bernese格式的數據文件,進行坐標的顯示、比較,殘差的瀏覽、檢核,輸出文件的處理等。

1.2 批處理部分

BPE則由程序、腳本文件、控制文件等組成,其中控制文件是BPE的核心,主要的控制文件有PPP.PCF、RNX2SNX.PCF、CLKDET.PCF和BASTST.PCF。

1) PPP.PCF

非差數據批處理,主要運用到的程序模塊有:RNXSMT(數據預處理),RXOBV3(RINEX數據格式轉換為Bernese格式),POLUPD、PRETAB、ORBGEN(軌道計算),CODSPP、GPSEST、RESRMS、SATMRK(數據預處理及參數設置),GPSEST(基線法方程文件),ADDNEQ2(基于法方程得多時段解)。

2) RNX2SNX.PCF

求差數據批處理,與非差數據批處理所用到的程序模塊類似,在數據預處理階段用到的程序有:CODSPP、GPSEST、RESRMS、SATMRK、MAUPRP、SNGDIF。從而可求出測站點位速率、對流層等參數,解算的結果以SINEX的格式輸出。

3) CLKDET.PCF

根據網內的觀測數據,計算接收機鐘差和衛星鐘差,生成一個獨立的鐘文件。若觀測文件中存在較大的殘差或缺少觀測數據將不會被計算。

4) BASTST.PCF

基線解算,它所用到的數據從PPP.PCF、RNX2SNX.PCF,CLKDET.PCF生成的文件中獲取。

1.3 數據文件準備

數據文件的準備工作包括下載RINEX格式的原始觀測數據(*.O文件)存放到ORX和RAW目錄下,將對應的精密星歷文件(*.SP3)、鐘差文件(*.CLK)、地球自轉參數文件(*.ERP)、該月的兩個碼偏差文件(*.DCB)下載并存放在ORB目錄下,下載電離層文件(*.ION)存放到ATM目錄下,將測站坐標文件(*.CRD)、測站所在板塊文件(*.PLD)、測站速度場文件(*.VEL)、海潮文件(*.BLQ)下載并復制到STA目錄下,鐘差文件存放到OUT目錄中。更新GEN文件,主要更新衛星問題文件(*.CRX),衛星參數文件(*.ION),地球自轉參數文件(*.ERP),相位中心改正文件等。數據文件的下載地址為: ftp://ftp.unibe.ch/aiub/BSWUSER50/ ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/gps/.

2 數據處理所遇問題及解決方法

通過BPE中PPP.PCF運行2015年第121天LHAZ測站的GPS數據,其中所遇到的問題及解決方法如圖所示。

1) 文件類型問題,如圖2所示。

圖2 文件類型問題

問題一:是由精密星歷文件的格式沒有被Bernese識別引起的。將其*.PRE格式改為Bernese能識別的*.SP3格式。

問題二:是由地球自轉參數文件文件沒有被Bernese識別引起的,將IGS18427.ERP的后綴名改為Bernese能運行的*.IEP格式。

2) 數據格式轉換問題,如圖3所示。

圖3 數據格式問題

問題一:是由RNXGRA程序中*.STA命名不正確引起的。將選項station information file重新命名為15-121.STA即可。一般情況下,將station information file內容清空,默認STA目錄下的.STA文件名。

問題二:是由STA目錄中命名為15-121.STA的文件與RAW目錄下的lhaz1210.SMT中的測站名沒保持一致引起的。兩者測站名需保持一致且 OLD STATION NAME要正確命名,一般為:測站名+*。

問題三:是由觀測數據與其它的衛星系統相拒引起的。在程序SMTBV3中,將SATELLITE SYSTEM SELSETION選項由GPS改為ALL即可。

3) 生成軌道文件時出現的問題,如圖4所示。

圖4 生成軌道文件時出現的問題

問題一:是由GEN中缺少2015年的壞衛星文件引起的。下載2015年的壞衛星文件并拷貝到GEN目錄中,這可以通過及時更新GEN文件實現。

問題二:是由于衛星文件中有太多衛星而衛星最大數量為200引起的。通過刪除部分SATELLIT.I08中的衛星使其衛星數小于200來解決此問題。

4) 數據預處理時出現的問題,如圖5所示。

圖5 數據預處理時出現的問題

此問題是由缺少IGS151210.CLK文件引起的。打開程序CODSPP接收機時鐘同步計算,在INPUT ORBITS選項中Satellite clocks找不到IGS151210.CLK文件,通過檢查CODSPP之前的程序,在PRETAB生成軌道列表文件中將RESULT FILES的Satellite clock file正確命名并保存即可生成CODSPP運行所需的*.CLK文件。

5) 數據不完整問題,如圖6所示。

圖6 數據不完整問題

問題一:是由OUT目錄中沒有IGS18425.CLK文件引起的。下載的IGS18425.CLK鐘差文件既要拷貝到ORB中也要復制到OUT目錄下,數據處理用到OUT目錄下的鐘差文件。

問題二:是由天線類型找不到引起的。通過編輯.CRX文件,按照提示添加天線類型解決此類型問題。

3 結束語

Bernese軟件能高效的處理GPS高精度數據,尤其使用BPE過程,軟件運行出現錯誤中斷時,一般通過BPE目錄查找出現問題的文件,找到并分析錯誤,進而解決問題。本文PPP.PCF處理GPS數據時根據錯誤所在的程序模塊將錯誤分為以下5種類型:

1) 文件類型問題,2) 數據格式轉換問題,3) 生成軌道文件時出現的問題,4) 數據預處理時出現的問題,5) 數據不完整問題，并給出相應解決錯誤的方法。

[1] 李征航,張小紅.衛星導航定位新技術及高精度數據處理方法[M].武昌:武漢大學出版社,2009:172-174.

[2] CHENG Mengfei，WANG Hua CHENG Yingyan ,etal.The trend of the APRGP velocity Field and plates movement derived from GPS data[J].Springer Journal, 2010,53(4):767-772.

[3] DACH R,HUGENTOBLER U,FRIDEZ P,etal.Bernese GPS Software Version 5.0 [M].Astronomical Institute of Bern,2007.

[4] 曲超.GPS數據處理軟件Bernese5.0應用[J].中國科技信息,2015(9):56-58.

[5] 呂浩,張友陽,呂志平，等.基于Bernese非差的GNSS大網分布式解算[J].測繪科學技術學報,2015,32(5):69-72.

[6] 孟黎,徐杰,任超.Bernese GPS4.2版本數據處理軟件的使用與常見錯誤分析[J].全球定位系統,2007,33(3):42-46.

[7] 邰賀,付研.應用Bernese5.0軟件進行精密單點定位計算[J].中國學術期刊電子出版社,2011(2):74-75.

The Introduction of Bernese 5.0 Software and the Analysis of Common Problems

JIANG Qianqian,GUO Ying,QI Xiandong

(CollegeofGeodesyandGeomatics,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266590,China)

Introduces the data processing preparation, manual processing content, the control file composition of BPE in Bernese5.0 software and through the PPP process of automatic BPE deal with the GPS data, analyzing problems and Putting forward the method to solve the problem.

Bernese5.0; BPE; data processing; problem analysis

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.02.027

2016-09-19

地理空間信息工程國家測繪地理信息局重點實驗(編號：201305)； 海島(礁)測繪技術國家測繪地理局重點實驗室(編號：2014B01)

P228.4

A

1008-9268(2017)02-0117-04

蔣欠欠 (1992-),女，山東濟寧人,碩士生,主要從事GNSS定位研究。

郭英 (1973-),女，山東臨沂人,博士、副教授、碩士生導師,主要從事GNSS定位技術及其完備性、電離層層析理論與應用、基于GNSS和多傳感器的室內高精度定位研究。

聯系人: 蔣欠欠E-mail:jiangqian0326@163.com