Bernese的数据处理方法

BERNese的数据处理方法

转自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_5d2058ca010126gc.html  原作者：虎子

BERN的数据处理方法。基本上可以分为下面几个步骤：

一、处理数据的准备

此步骤包括准备观测文件、星历文件，以及更新数据处理所需的表文件，然后把RINEX格式的数据转化成Bernese二进制格式文件，目的为加速数 据读取速率。
RINEX格式的文件分别为观测文件(ssssdddf．yyo)、导航文件(ssssdddf．yyN，ssssdddf．yyG)和气象文件 (ssssdddf．yyM)。观测文件转换成BERNESE格式有如下四种格式，它们分别为：
*.PZH(相位非差头文件)
*.PZO(相位非差观测文件)
*.CZH(码非差头文件)
*.CZO(码非差观测文件)
导航文件和气象文件的转换与此相似。在原始文件由RINEX格式转换成BERNESE格式过程中，有时会出错，认为该接收机类型与Phas_igs．O1 文件不匹配，造成转换不成功。其主要问题是RINEX格式的原始文件中可能存在非法字符，该问题通常可以通过检查原始文件是否有非法字符或用数据管理软件 teqc使其标准化，该软件可以从www.unavco.ucar.edu下 载。
在运行该软件前，首先要准备好所必须的文件，具体包括：
(1)原始文件(%%o、%%n、%%m) 有原始观测文件、原始导航文件和原始气象文件。主要是原始观测文件；
(2)大地基准面文件(DATUM) 包括了目前所用的大地基准面模型。除非添加新的大地基准面模型，一般无须更改；
(3)相位中心改正表(PHASE__IGS.01) 包括大部分常用的天线和接收机以及它们的参数；
(4)地球重力场模型(JGM3.,GEMq3.) 手工用GEMq3.,BPE运算用JGM3.,无须更改；
(5)极偏差系数文件(POLOFF.) 一般不用更改；
(6)卫星参数(SATELLIT.EX1) 应该改成SATELLIT.TTT；
(7)常数(CONST．) 包括光速、L1、L2频率、地球半径、正常光压加速度等；一般不更改；
(8)接收机信息文件(RECEIVER．) 主要包括接收机的类型、单双频情况、观测码和接收机相位中心改正等，如果有新的接收机类型，可以在此文件中按规定格式添加；
(9)地球自转参数信息文件(C04一$JJ2.ERP) $JJ2为具体的年份，我们将其改成2002等，应该下载与观测值时间相符的相关文件；
(10)跳秒文件(GPSUTC) GPS跳秒情况；
(11)卫星问题文件(SAT一$JJ2.CRX) 包括坏卫星和它们的观测值。$JJ2为具体年份，我们将其改成2002等形式的年份；
(12)测站问题文件(STACRUX.) 测站的天线高，中心改正等一些情况的记录文件。

上述这些文件中,(2)一(12)都可从ftp://ftp.unibe.ch/aiub/BSWUSER/下 载,一般情况下,(2)、(4)、(5)、(7)、(8)、(10)、(12)都无须更改,(3)、(6)、(9)、(11)应该经常更新,另外,还要准 备天线高表文件、天线和接收机转换表文件、初始坐标文件和精密星历文件,其中,精密星历文件要将从IGS上下载的轨道格式sp3文件改成PRE文件 (sp3文件格式已于2002年9月5日更新为sp3一c格式),也可以从菜单Menu2.0.21中下载,如:igs10765.sp3改成 IGS10765.PRE(BERNESE42软件中的所有文件名中字母必须大写),天线高表文件、天线和接收机转换表文件(值得注意的是在生成天线和接 收机转换表的过程中,已经转换为RINEX格式观测文件中文件头里的接收机和天线类型要大写,否则会出错)、初始坐标文件必须手工生成,必须注意初始坐标 文件中坐标输人的格式,否则容易出错,数据或文件的更新可经由网站ftp://ftp.unibe,ch/aiub/BSWUSER ,ftp://ftp.unibe,ch/aiub/CODE或www.aiub.unibe.ch/download来 进行。

二、卫星轨道标准化

卫星星历可选择精密星历或广播星历。Bernese软件在轨道部分有两个主要程序，第一个程序为PRET．AB，其主要工作是把精密星历从地心地固 坐标框架转换为惯性坐标框架，同时该程序也提取卫星的钟差。第二个程序为ORBGEN，其工作为由轨道表文件产生标准轨道。通常会对每一个时段(通常为一 天)产生一个标准轨道文件。如果利用的是精密星历，则经ORBGEN产生的标准轨道的均方根误差(RMS)一般小于3 cm。ORBGEN还有一个重要功能就是对解算的轨道元素积分以产生精密轨道。

三、计算接收机时钟改正量

计算接收机时钟改正量的程序是CODSPP。计算出的时钟改正量会储存在相位和伪距观测文件中。此程序的输出文件中会提供后验的均方根误差值。

四、形成基线文件

SNGDIF根据选定的准则在整个处理网中形成独立的基线单差文件。一般选用最大观测值准则(OBSMAX)，也就是两测站间共同观测量为最多者组 成基线。也可用人工方式或其他标准来定义基线。

五、相位观测值预处理

要进行高精度定位，干净的相位观测值是一个先决条件。我们知道Bernese软件中有多种数据预处理方式。但预处理相位观测值的核心程序是 MAUPRP(Manual and AUtomatic PRe―Processing)。它既能处理非差数据也能处理单差数据。

六、参数估计

Bernese中参数估计有两个主程序，一个是GP．SEST，基于原观测值来求解参数；另一个是ADDNEQ2(4．2版本是ADDNEQ)，基 于伪观测值(法方程或者SINEX文件)求解参数。GPSEST把预处理的相位观测量组成二次差观测值以求解坐标参数。在具体求解时根据不同情况有很多不 同的设置和技巧，尤其是对模糊度参数和历元参数(动态坐标和接收机钟差)。一般来说采用QIF(Quasi―Ionosphere―Free)方式求解模 糊度，并且忽略基线的相关性，用逐条基线求解的方式。历元参数一般先预消除，然后在法方程层次上回代求解。值得强调的是观测值预处理和参数估计是一个迭代 过程。干净的观测值能得到更精确的参数解，更精确的参数解又反过来帮助获得更干净的观测值。

七、多时段综合解

此部分程序为ADDNEQ 2，将步骤6)所得各时段的全部基线解作为伪观测值再进行平差，以求得更精确的参数解，或者反演一些其他参数，例如测站速度、地球自转参数等。
具体来讲步骤如下：

1)项目安装

2)拷贝或者下载GEN相关文件、ATM、STA文件夹到项目文件夹下

3)检查气象文件*.ATM，GEN通用文件(CONST.(所有本软件使用的常量)-DATUM.(投影面定义)-RECEIVER.(接收机信 息)-PHAS COD.I01(相位中心改正表)-RADOME CODES-SATALLIT.I01(卫星信息文件)-SAT $Y+0.CRX(卫星问题文件)-GPSUTC.(由IERS发布的跳秒文件)-IAU2000.NUT(章动模型参数文 件)-IERS2000.SUB(半日极移模型参数)-POLOFF.(极偏差系数)-JGM3.(地球重力场模型)-CSRC.TID(潮汐参 数)-SINEX.TRO-SINXE.PPP-SINEX.RNX2SNX-IONEX.-IONEX.PPP)，轨道文件*.PRE和地球自转参数文 件(极移信息文件每周提供一次)*.IEP

4)Rinex文件(时钟的RINEX文件位于OUT子目录，这些文件连同IGS轨道数据和ERP数据存放于ORB子目录中,这些文件包含测站和卫 星时钟钟差改正，钟差改正的采样间隔率为5分钟)

5)测站文件*.STA（在ITRF2000叁考框架下，使用IGS中心提供的数据，可以得到测站先验坐标，先验坐标存在文件IGS 00.CRD之中。它是使用批处理PPP程序、按2002年第143天生成实例中的测站坐标。它包含所有的IGS核心站（从IGS 00 R.CRD文件中拷贝而来―IGS当时的叁考框架为ITRF2000）坐标，其余测站的先验坐标为批处理程序PPP的解算结果。坐标历元是2000年01 月01日。与测站坐标文件相对应的速度场文件为IGS 00.VEL，IGS 00.VEL文件中包含了核心站速度(从文件IGS 00 R.VEL中拷贝而来)，核心站的速度是通过其他站的NNR-NUVEL1 A 速度计算而来的。在文件Example.PLD中提供了测站被分布在不同板块上的情况。在文件IGS 00. FIX中包含所有IGS核心站的列表。当估计测站坐标的时候 ,定义地球坐标系基准是非常有用的。确认在Bernese软件处理数据中的测站信息正确性 (测站名称、接收机类型、天线类型、天线高度，等等) ，文件Example.STA是用来验证RINEX文件的头文件信息。必须使用这个文件的理由是：在实际中，RINEX文件中会出现一些天线高度或者接收 机/天线类型不正确，基于不同天线叁考点的天线高可能没有被正确测量。同样地，在RINEX文件中测站名称的命名可能与我们想要处理的那些测站名称不一 致。接收机天线类型必须与文件PHASCOD.I01那些定义相吻合，其原因是接收机天线相位中心的偏移量和变化量将被使用。接收机类型必须定义在 receiver.file中，在文件中正确地应用DCB进行修正。在本节中提到的最后一个文件是Example.BLQ。它提供、装载给要处理测站的海 洋潮汐系数。它一般在最终运行程序（GPSEST）进行参数估计时被使用)

6)外推法生成先验坐标*.CRD(在通过批处理程序BPE中PPP程序得到先验坐标之前，参考历元应当被设定为2000年01月01日)

7)导入RINEX数据转换

8)准备极移信息文件
在ORB子目录中提供了：连同精密轨道文件（PRE）在内的、一组固定的地球方位定向信息。然而精密轨道文件由IGS中心从最终数据系列中公布，更新频率 为每周一次，这可以作为在同一周之内使用的轨道文件EOPs。必须将这些以IERS/IGS标准格式定义的信息文件（在Bernese中的文件扩展名 为*.IEP）转换为以Bernese的内部EOP格式定义的信息文件（在Bernese中的文件扩展名为*.ERP）。

9)生成列表式的轨道文件(TAB)和卫星时钟文件(CLK），如果没有广播星历轨道文件使用，运行程序CODSPP运行时将调用时钟文件

10)生成标准轨道文件*.STD
在输出文件中包含有每颗卫星的RMS（均方根）误差的重要信息，如果使用的精密轨道数据和EOP文件中的信息一致（真实的RMS（均方根）误差依赖于精密 轨道文件的质量和极移文件，极移文件实现在ITRF参考框架和ICRF参考框架之间的转换；还有在运行程序ORBGEN选择的轨道模型选项），那么每颗卫 星的RMS（均方根）误差不应大于1～2厘米.比较第2次迭代完成后和第2次迭代完成后的RMS（均方根）误差，可以得出经过2次迭代之后的结果已经足够 可以为GNSS卫星生成精密的标准轨道数据了。

11)接收机时钟同步计算(CODSPP)
在输出文件中，最重要的信息是：CLOCK OFFSETS STORED IN CODE+PHASE OBSERVATION FILES（储存于码+相位的观测值文件中的钟差值），它将显示出通过运行程序CODSPP计算出的接收机钟差值δk同时被保存在码、相位观测值文件中。 通过这一步计算，在示例数据进一步处理过程中不再使用码观测值文件。在程序CODSPP运行结束后的输出文件中，可以检查到（每个处理后的非差（zero difference）文件）后验均方根误差（posteriori RMS error）。

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PS：

bernese处理GPS数据过程中，会遇到种种意想不到的错误和警告，即使你已经用了几年，对每一步的操作都熟记于心，但是如果不看透这个软件的厚厚一本说明书，是很难掌握精髓的。