多系统精密星历下载与分析

• 概述

精密星历是由若干卫星跟踪站的观测数据，经事后处理算得的供卫星精密定位等使用的卫星轨道信息。

IGS精密星历采用sp3格式，其存储方式为ASCII文本文件，内容包括表头信息以及文件体，文件体中每隔15 min给出1个卫星的位置，有时还给出卫星的速度。它的特点就是提供卫星精确的轨道位置。采样率为15分钟，实际解算中可以进行精密钟差的估计或内插，以提高其可使用的历元数。

IGS多系统精密星历下载地址：ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/products/mgex/

文件根据GPS周分为很多文件夹，计算GPS周可以通过以下小程序：

https://download.csdn.net/download/gou_hailong/11739153

 

• 命名规则

用的sp3格式的命名规则为：tttwwwwd．sp3
其中：ttt表示精密星历的管理机构名称，包括{wum(武汉大学)、tum(慕尼黑大学)}wwww表示GPS周；d表示星期，0表示星期日，1～6表示星期一至星期六。文件名如：igs20121．sp3，其中igs为计算单位名，2012为GPS周，1为星期一。

• 文件格式

文件可以分为文件头与文件正文两部分，其中文件头格式如下：

第一行：文件版本 年 月 日 时 分 秒  历元数量 数据类型  协调系统 轨道类型  管理机构

第二行：GPS周 第一个历元周内秒 历元间隔 约化儒略历整数 约化儒略历小数

第三至十二行：卫星数量 卫星序号

第十三至二十二行：卫星序号对应的卫星精度

第二十三至二十四行：未使用

。。。。。。

文件正文格式如下：

‘P’表示‘卫星位置’，‘V’表示‘卫星速度’，‘G’表示‘GPS卫星’，‘R’表示'GLONASS卫星'，‘E’表示‘伽利略卫星’，‘C’表示‘北斗卫星’

第一列：位置速度选项 系统类型 卫星序号

第二列：x坐标

第三列：y坐标

第四列：z坐标

第五列：钟差

文件读取程序如下：

%读取精密星历文件夹中的数据
global SP3_data
folders = dir('C:\Users\zhupf\Desktop\IGS数据\SP3\DATA\mix\解压后');
folders = {folders.name};
folders = setdiff(folders,{'.','..'})';
num = length(folders);
t=1;
for j = 1:num
    tline = folders{j};
    fid=fopen(['C:\Users\zhupf\Desktop\IGS数据\SP3\DATA\mix\解压后\' tline ],'rt');
Head_data=struct;
SP3_data =struct;
if(fid==-1)
   msgbox('输入的文件或者路径不正确,无法正确打开sp3文件','警告信息');
   return;
end
% 读取文件头，并将其存入Head_data结构数组中
Head=[];
for i=1:31 %制度文件头的前16行
    line=fgetl(fid);
    Head=[Head;line];%将sp3文件的文件头以字符的形式显示出来，切记此处要保证sp3文件中的头文件的每行字符数是相同的，否则读取将失败
end
line=fgetl(fid);
%提取文件头第一行的数据
Head_data.Version=Head(1,1:2);
Head_data.P_or_V=Head(1,3);
Head_data.start_year=str2num(Head(1,4:7));
Head_data.start_month=str2num(Head(1,9:10));
Head_data.start_day=str2num(Head(1,12:13));
Head_data.start_hour=str2num(Head(1,15:16));
Head_data.start_minute=str2num(Head(1,18:19));
Head_data.start_second=str2num(Head(1,21:31));
Head_data.EpochNum=str2num(Head(1,33:39));
Head_data.data_type=Head(1,41:45);
Head_data.Coordinate_system=Head(1,47:51);
Head_data.Orbit_type=Head(1,53:55);
Head_data.Institution=Head(1,57:60);
%第二行
Head_data.GPS_week=str2num(Head(2,4:7));
Head_data.FirstEpoch_weeksecond=str2num(Head(2,9:23));
Head_data.Epoch_interval=str2num(Head(2,25:38));
Head_data.MJD_zhengshu=str2num(Head(2,40:44));
Head_data.MJD_xiaoshu=str2num(Head(2,46:60));
%第三 至 七行-------提取观测卫星的PRN编号
Head_data.SatNum=str2num(Head(3,5:6));
PRN=strcat(Head(3,10:60),Head(4,10:60),Head(5,10:60),Head(6,10:60),Head(7,10:60));
L=length(PRN)/3;
SP3_PRN=[];
for i=1:L
    Sp3_PRN=str2num(PRN((3*i-1):3*i));
    if Sp3_PRN==0
        continue;
    end
    SP3_PRN=[SP3_PRN Sp3_PRN];
end
Head_data.SP3_PRN=SP3_PRN;
%第十三 至 十七行-----提取相应卫星的精度
SatAccu=strcat(Head(13,10:60),Head(14,10:60),Head(15,10:60),Head(16,10:60),Head(17,10:60));
L=length(SP3_PRN);
SP3_SatAccu=[];
for i=1:L
    Sp3_SatAccu=str2num(SatAccu((3*i-1):3*i));
    if Sp3_SatAccu==0
        continue;
    end
    SP3_SatAccu=[SP3_SatAccu Sp3_SatAccu];
end
Head_data.SP3_SatAccu=SP3_SatAccu;
%第二十五，二十六行-----读取标准差的浮点基数
Head_data.pos_jishu=str2num(Head(25,4:13));
Head_data.Satclock_jishu=str2num(Head(25,15:26));
%--------------------End of the reading of the Fileheader------------------

%--------------------读取卫星坐标及卫星钟钟差--------------------------------
%读取的卫星的三维坐标的单位为km，卫星钟差的单位为us

while 1 
    line=fgetl(fid);
    result=findstr(line,'EOF');
    if(isempty(result))
        SP3_data(t).year=str2num(line(4:7));
        SP3_data(t).month=str2num(line(9:10));
        SP3_data(t).day=str2num(line(12:13));
        SP3_data(t).hour=str2num(line(15:16));
        SP3_data(t).minute=str2num(line(18:19));
        SP3_data(t).second=str2num(line(21:22));
        SP3_data(t).mm=SP3_data(t).hour*60+SP3_data(t).minute+ SP3_data(t).second/60;%将该历元的时分秒化为分钟，方便后面和观测历元比较
        for j=1:Head_data.SatNum
            line=fgetl(fid);
            SP3_data(t).PRN(j)=str2num(line(3:4));%将每个历元的卫星编号保存在一个数组中
            SP3_data(t).x(j)=str2num(line(5:18)); %提取卫星的三维坐标，单位为km
            SP3_data(t).y(j)=str2num(line(19:32));
            SP3_data(t).z(j)=str2num(line(33:46));
            SP3_data(t).Clock_corr(j)=str2num(line(47:60));%提取卫星钟差，单位为us
            %判断是否有坏的或空缺的位置值
            if(SP3_data(t).x(j)==0||SP3_data(t).y(j)==0||SP3_data(t).z(j)==0)
                fprintf('注意：星历文件中的第%g个历元的%g号卫星的位置值是坏的或空缺的！\n',t,SP3_data(t).PRN(j))
            end
            %判断是否为坏的或空缺的钟差值
            if(SP3_data(t).Clock_corr(j)==999999.999999)
                fprintf('注意：星历文件中的第%g个历元的%g号卫星的钟差值是坏的或空缺的！\n',t,SP3_data(t).PRN(j))
            end
            %判断X的标准差是否为未知，若是将其置为0
            if(length(line)>=73 && isempty(str2num(line(62:63))))
                SP3_data(t).X_mi(j)=0;
            elseif(length(line)>=73 && ~isempty(str2num(line(62:63))))
                SP3_data(t).X_mi(j)=str2num(line(62:63));
            end
            %判断Y的标准差是否为未知，若是将其置为0
            if(length(line)>=73 && isempty(str2num(line(65:66))))
                SP3_data(t).Y_mi(j)=0;
            elseif(length(line)>=73 && ~isempty(str2num(line(65:66))))
                SP3_data(t).Y_mi(j)=str2num(line(65:66));
            end
            %判断Z的标准差是否为未知，若是将其置为0
            if(length(line)>=73 && isempty(str2num(line(68:69))));
                SP3_data(t).Z_mi(j)=0;
            elseif(length(line)>=73 && ~isempty(str2num(line(68:69))))
                SP3_data(t).Z_mi(j)=str2num(line(68:69));
            end
            %判断卫星钟差的标准差是否为未知，若是将其置为0
            if(length(line)>=73 && isempty(str2num(line(71:73))))
                SP3_data(t).Clock_mi(j)=0;
            elseif(length(line)>=73 && ~isempty(str2num(line(71:73))))
                SP3_data(t).Clock_mi(j)=str2num(line(71:73));
            end
            %查看某个卫星坐标和星站距离变化
            if PRN(3*j-2:3*j) == 'G01' %选择需要查看的卫星序号
                x(t) = SP3_data(t).x(j);
                y(t) = SP3_data(t).y(j);
                z(t) = SP3_data(t).z(j);
                if t== 96*7
                    QD = [-2665073.9893,4556123.9737,3776821.7794];  %测站坐标
                    d = sqrt((x*1000-QD(1)).^2+(y*1000-QD(2)).^2+(z*1000-QD(3)).^2);
                    figure(1);
                    plot(x,'r','LineWidth',2.5);
                    ylabel('x坐标');
                    xlabel('时间');
                    title('GPS 1号卫星x坐标');
                    set(gca,'Xtick',[0 96 192 288 384 480 576]);
                    set(gca,'Xticklabel',{'星期日','星期一','星期二','星期三','星期四','星期五','星期六'});

                    figure(2);
                    plot(y,'r','LineWidth',2.5);
                    ylabel('y坐标');
                    xlabel('时间');
                    title('GPS 1号卫星y坐标');
                    set(gca,'Xtick',[0 96 192 288 384 480 576]);
                    set(gca,'Xticklabel',{'星期日','星期一','星期二','星期三','星期四','星期五','星期六'});

                    figure(3);
                    plot(z,'r','LineWidth',2.5);
                    ylabel('z坐标');
                    xlabel('时间');
                    title('GPS 1号卫星z坐标');
                    set(gca,'Xtick',[0 96 192 288 384 480 576]);
                    set(gca,'Xticklabel',{'星期日','星期一','星期二','星期三','星期四','星期五','星期六'});

                    figure(4);
                    plot(d,'r','LineWidth',2.5);
                    ylabel('星站距离');
                    xlabel('时间');
                    title('GPS 1号卫星与测站距离');
%                     legend('星站距离');
                    set(gca,'Xtick',[0 96 192 288 384 480 576]);
                    set(gca,'Xticklabel',{'星期日','星期一','星期二','星期三','星期四','星期五','星期六'});
                end
            end
        end
    elseif(~isempty(result))
        break;%判断读到文件的末尾，到达文件尾则退出
    end
    t=t+1;%记录文件体的行数
end
fclose(fid);
end

程序运行结果：