基于BERNESE的高精度GPS定位解算

陳飛虎

【摘 要】隨著GPS測量技術的發展，教學、科研及相關測量事業對GPS測量的精度提出了更高的要求，GPS高精度解算軟件也越來越受到重視和發展。本文利用BERNESE軟件進行高精度GPS的定位解算，得到軟件對高精度GPS解算軟件解算流程、注意事項、解算原理等問題，并且得到高精度的解算值。

【關鍵詞】高精度；BERNESE軟件；解算

GPS技術發展迅速，如今已深入到了生活的很多方面 [1]。隨著社會的發展，對GPS測量的精度提出了更高的要求，于是GPS數據的精密處理技術也有了更高的要求。

目前世界上有4個廣泛用于科研及其生產實際的高精GPS數據處理軟件，分別是： GAMIT軟件、 GIPSY軟件、BERNESE軟件、EPOS軟件[2]。其中比較常用的兩個為BERNESE軟件和GAMIT軟件。本文利用IGS網中8個GPS跟蹤站的數據，應用BERNESE軟件對其進行解算，進而得到軟件對高精度GPS解算軟件解算流程、注意事項、解算原理等問題，得到高精度的解算值。

1 BERNESE軟件概述

BERNESE軟件是瑞士伯爾尼大學人文研究所研究開發的高精度GPS數據處理軟件， 該軟件同時還能處理GLONASS ， SLR數據[3]。BERNESE軟件功能主要有：估計衛星狀態矢量（衛星的坐標和速度），即可進行精密定軌；估計地球自轉參數；估計太陽光壓參數；利用非差進行精密單點定位和星鐘及站鐘參數估計；進行大氣和氣象應用和研究，估計對流層天頂延遲；同時處理GPS數據和GLONASS數據，還可以處理SLR數據；進行Y方向偏差估計；測站坐標的確定等。BERNESE軟件以最穩定的測站作主差，可以單獨進行精密軌道的生成并可以轉化成標準軌道 ，可以估計9個太陽光壓參數、 估計對流層天頂延遲 ，可以處理GPS數據、GLONASS 數據、GPS 和GLONASS 混合數據、SLR數據[4]。

2 BERNESE軟件解算步驟

2.1 數據介紹

BERNESE軟件示例項目中的數據為IGS網中8個GPS跟蹤站的數據。 其中有三個站（MATE， ONSA， VILL）是IGS的核心站。相鄰測站間距離在300和1200公里之間，但是有兩個測站相距非常近（ZIMM和ZIMJ都位于Zimmer Wald，相距14m）。

每個測站有四天的數據。分別是2015年年積日為143和144的兩天，2016年年積日為138和139的兩天。

2.2 項目設置

在BERNESE軟件中，通過項目（campaign）來管理所有的數據。每個項目都有自己的目錄和子目錄，子目錄存放著跟項目有關的不同類型數據。除此之外，還有一個${X}/GEN目錄，下面存放的數據對于所有的項目是共有的。

在開始處理數據之前，先設置好項目，包括定義項目，創建項目子目錄，相關數據需拷貝進子目錄，然后設定好跟項目有關的基本信息等等。

2.3 輸入觀測數據

設置好項目和準備好需要的文件后，第一步計算就是將觀測數據由RINEX格式轉換為Bernese二進制格式。程序會在目錄${P}/INTRO/RAW中生成結果輸出文件RXO02143.OUT，文件里輸出了很多信息，最主要的就是檢查每個數據文件轉換后的歷元數從而判斷格式轉換是否正確完成了。

2.4 生成軌道數據文件

在計算軌道時，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。IGS服務組織提供了以天為單位的星歷和以周為單位的地球自轉參數。利用BERNESE軟件計算時，需要先將IERS/IGS標準格式的地球自轉參數文件。

在ORBGEN輸出結果文件中，最重要的信息就是每顆衛星的RMS值。如果計算時使用的精密星歷和地球自轉參數是協調一致的，它們應該不超過1～2厘米。實際上，RMS值跟使用的星歷精度，星歷和EOP信息的一致性，計算時選用的軌道模型都有關系。

2.5 數據預處理

2.5.1 接收機鐘同步

數據預處理的第一個程序是CODSPP，它的主要任務是計算接收機鐘差改正，同時，CODSPP還可以用偽距觀測值估計坐標。

2.5.2 生成基線

第二個程序是SNGDIF，通過它從而創建單差文件。需注意的是，在BERNESE軟件中，除非手工選擇生成基線，由軟件根據一定原則自動生成的單差基線相互間都是獨立的。我們選擇以觀測數最多（OBS-MAX）為原則來生成單差相位觀測值文件。SNGDIF的輸出結果會列出所有的非差文件以及創建的單差文件。

2.5.3 基線預處理

第三個程序是MAUPRP，它的主要任務是周跳探測與修復。MAUPRP的輸出結果有很多信息，最重要的一條是應查看三差解的結果。

2.6 參數估計

2.6.1 初始基線解

程序GPSEST的主要任務就是求基線的最小二乘解。不過最好的方式是，先對整個時段使用GPSEST求得一個初始解，也就是常說的整周模糊度浮動解。雖然不把這個解當作最終的結果，但是可以通過分析解的殘差以檢查數據質量，剔除粗差觀測值。在GPSEST的輸出結果中，會回顧所有選擇的參數，對輸入數據作簡單統計，并給出參數估計結果。最重要的信息就是驗后RMS值。

2.6.2 剔除粗差觀測值

根據得到的二進制殘差文件，利用程序RESRMS對殘差作一個自動處理。RESRMS會對數據進行質量過濾，生成很重要的一個文件——編輯信息文件，然后再根據這個文件利用程序SATMRK將粗差觀測值標記出來。

2.6.3 求浮動解

當剔除了粗差觀測值后，我們可以先使用消去電離層影響的觀測值（L3）先產生一個整周模糊度浮動解。

2.6.4 確定整周模糊度

接下來我們使用QIF方法來對每條基線求解其整周模糊度。一般是每條基線運行GPSEST一次，因為在每條基線的解算過程中，要求解的參數特別多。

2.6.5 基線最終解

當對所有基線進行了整周模糊度解算這一步后，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。

2.7 多時段綜合解

對年積日為144的時段，按照前面的解算過程都運行了一遍之后，在目錄中將相應得到2個法方程文件：FIX02143.NQ0，FIX02144.NQ0利用這四個時段的法方程，使用程序ADDNEQ2可以先對2016年的兩個時段解求出一個最終解。

3 結束語

BERNESE軟件作為高精度GPS的解算軟件，特別適用于科研機構進行科學研究，高校進行教學工作和各測量相關單位實施高精度GPS測量， 處理GPS連續跟蹤運行網數據等。這個軟件的連續性比較強，如果中間的某一步出現了錯誤，那么接下來的步驟將無法進行。另外，該軟件對于數據的要求比較高，一些不合格的數據將無法導入。如果項目里的數據格式不是很規范或者文件頭信息和測站信息文件不是很吻合，程序會出現警告甚至錯誤信息。在進行基線解算時，一般是每條基線運行GPSEST一次，因為在每條基線的解算過程中，要求解的參數特別多。如果是整個時段所有基線一起解算，那么對機器的CPU和內存則要求很高。

【參考文獻】

[1]徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢大學出版社，2001.

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

[3]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）：110-116.

[5]陳憲東. GPS精密定位軟件的設計與開發[D].西安科技大學，2007.

[責任編輯：張濤]