（大地测量学与测量工程专业论文）gps精密单点定位理论研究与软件设计.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 传统g p s 单点定位是利用测码伪距观测值以及由广播星历所提供的卫星轨道参数和卫 星钟改正数进行的，其优点是数据采集和处理较为方便、自由、简单，用户在任一时刻只 需用台g p s 接收机就能获得w g s 一8 4 坐标系下的三维坐标。但由于伪距观测值的精度一 般为数分米至数米，用广播星历所求得的卫星位置的误差可达数米至数十米，卫星钟改正 数的误差为士2 0n s 左右，只能用于导航及资源调查、勘探等一些低精度的领域中。 精密单点定位( p p p ) 是利用国际g p s 服务机构i g s 提供的或自己计算的g p s 精密星 历和精密钟差文件，以无电离层影响的载波相位和伪距组合观测值为观测资料，对测站的 位置、接收机钟差、对流层天顶延迟以及组合后的相位模糊度等参数进行估计。用户通过 一台含双频双p 码g p s 接收机就可以实现在数千平方公里乃至全球范围内的高精度定位。 它的特点在于各站的解算相互独立，计算量远远小于一般的相对定位，显示出其一定的优 势。精密单点定位与相对定位相比有以下等优点： ( 1 ) 不需要架设基准站 ( 2 ) 单台接收机实现高精度静态和动态定位 ( 3 ) 作业机动灵活、成本低、效率高 ( 4 ) 直接得到最新i t i 珂框架下的三维地心坐标( 1 1 靴2 0 0 0 ) 本文系统阐述了精密单点定位的理论，针对g p s 观测数据文件，数据预处理中：周跳 的探测与修复、整周模糊度的解算、粗差的剔除、伪距平滑、数学处理模型等问题展开研 究，论文主要贡献有以下几点： l 、对标准r i n e x 格式的观测文件、广播星历文件；间隔1 5 分钟s p 3 格式的精密星历 文件和间隔5 分钟c l k 格式的精密卫星钟差文件进行了研究，并实现上述四种文件 的计算机读取与保存。 2 、精密星历卫星轨道的计算是精密单点定位中的一个重要计算步骤，本文运用勒让德 和切比雪夫正交多项式对精密星历卫星轨道进行了拟合，并通过实例讨论了拟合精 度与拟合阶数之间的关系，实现了毫米级的高精度卫星坐标的计算。运用切比雪夫 多项式拟合的方法可标准化卫星轨道，拟合后将多项式系数保存在计算机内存中， 以备以后计算卫星坐标时调用，这样大大缩短了计算高精度卫星坐标的时间。 3 、分析了精密单点定位中各种误差改正模型的公式，着重讨论了对流层对精密单点定 位的影响，由于测站气象参数不容易得到，本文程序设计时采用的方法是设置对流 层参数对对流层偏差进行估计。 桂林工学院硕士学位论文 4 、研究了精密单点定位中周跳的探测方法。对于整周模糊度的确定，在未发生周跳的 情况下，整周未知数当作常数处理，在发生周跳的情况下，整周未知数当作一个新 的常数参数进行处理。单历元数据可以采用最小二乘法解算得到最后结果，静态条 件下多个历元数据采用序贯最小二乘法法进行解算。 5 、精密单点定位程序的实现，其中包括计算流程、主程序界面设计、快捷菜单以及常 用工具菜单，如坐标转换，数值内插等工具。并验证了静态条件下精密单点定位软 件的可靠性。 6 、对论文做了总结，指出本文和程序设计中，精密单点定位下一步需要解决的问题。 关键词：精密单点定位；伪距；载波相位：卫星钟差；整周模糊度：周跳；相位平滑 伪距；最小二乘；程序 l i 桂林工学院硕士学位论文 a b s t r a c t t r a d i t i o i 瑚g p ss i n g l ep o s i t i o n i n gm a k e sl l s eo fp s e u d o 啪g ea l o n g 谢t l lt j i 玲s a t e l l 沁s o 帕i t a lp 缸缸眯舾s 锄db e l lc o r r e c t i o n ，w kc _ ha r ep r o v i d e db ya l m a n a c 乏k a i th 缌m e a d | v 锄协g e ss u c h 嬲廿l e 讹a c q u i s i t i o na i l dp r o c e s s i n gm o r ec o i 咖e n t ，自a r l ds i i n p l e t h e l l s c rc 锄g c t 吐l ec 0 0 r d i n a ：t e so ft l l ew g s 8 4u n d e rt h et i l 】r e e 埘m e n s i o n a lc o o r d i 彻：t e so l l l yb y l l s i n gar _ e c e i v e r b u tp s e u d 【0 r 眦g eo b s e a t i o i l sa c c u r a c yi sa f e wm e t e r st 0s e v 眦ld e c i m e t c 璐 t h es a _ t c l l i t ep o s i t i o n a le 啪rm a ti sc a l c u l a t e db yb r o a d c a s t i n ge p h e m e r i si saf b wm e t e r st 0t e i i r 鹏觚t h eb e l lc 0 n e c t i o no f 明o ri sa b o u t 士2 0i l s nc 趾o l l l yb eu s e df o ri 擒v i g a t i o i l r e s o u r c e s s u e y ，e x p l o r a t i o n ，a n do m e ra r e 弱o f l o wp r e c i s i o na r e a s p r e c i s ep o 硫p o s i t i o l l i n gw ea j s oc a l lp p pu s e sg p sp r e c i s ee p h 锄e r i sa n dp r e c i s eb c l l d o c 啪e n tt l l a ta r cp r 0 v i d e db yn l ei n t e m a t i o i l a lg p ss e r v i c e so rc o m p 眦e db yo u r s e l v e s a c c o r d i n gt 0t l l eo b s e r v a t i o n a ld a ：t a 、i t h o u tt h ei o n o s p h e r eo fc a 仃i e rp h a s e 觚dp s e u d o r 觚g e c o m b i n a t i o no b s e a t i o n ，w ee s t i m a t et l l el o c a t i o no fs t a t i o n ，r e c e i v e rb e l l ，t r o p o s p h e r i cd e 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i n a t e s ( i t i 强2 0 0 0 ) t h i sp a p e re l a b o r a t e st 王1 e 协e o 拶a b o u tp r e c i s ep o i n tp o s i t i o i l i n g w r es t u d y 跹dl 锄s o m e q u e s t i o n ss u c h 弱g p sd a 协f i l e s ，t h ep r e 骶a 衄e n ta | b o u tc y c l e s l i pd e t e c t i n g 锄dr e p a 访n g ，m e c y c l ea l i l b i g u i t yc a l c u l a t i n g ，e x c l u d i n gt h eg r 0 s se m r ，s m o o t l l i n gp s e u d o r a i 玛e ，m a m e m a t i c a i p r o c e s s i n gm o d e l 锄ds oo n t h ea r t i c l eh a st h ef o l l o w i n gc o n t r i b u t i o n s 1 w es t u d yt h cs t a n d a r df 0 m l a to fr i n e xo b s e r v a t i o n ，b r o a d c 嬲t i n ge p h e m e r i sd 0 c u m e n t s ， m ei n t e r v a l15m i i n n e ss p 3f o m l a tp r e c i s e 印h e m e r i sd o c u i n e n t 粕ds p a c i n go f5m i i l u t c sc l k f b m l a tp r e c i s es a l 汜l l i t eb e l lf i l e a t l a s tw eu s ec o m p u t e rt or e a d 锄dp r e s e r v em ef o l l rd o c u m e n t s 2 c a l c u l a t i n gm e o r b i t so fs a t e i l i t ei sa 1 1i m p o r t a n ts t 印i np p p t 1 1 i sp 印e ru s e sl e g e n d r e ，a n d c h e b y s h e vp o l y n o m i a l so m l o g o n a li no r d e rt 0g e tt l l ep r e c i s ee p h e m e r i ss a t e l l i t eo r b i t 1 l 娜o u g l l i i i 桂林工学院硕士学位论文 趾懿卸1 p l e ，i ti n d i c a t e s 廿l a tm ef i t t i n ga c c u m c yc 觚b e l l i c v e dm i l l i m e t 盯a i l di td s od i s c u s s e s 廿：伦r e l a t i o 璐h i pb e t 、) v nn 圮f i t t i n ga c c u r y 锄dt h ef i t t i n go r d e lb y 峭i n g 廿地f i t t i n go f c h e b y s h e vp o l y i l o i i l i 2 l l so n l l 0 9 0 n a lw ec 趾咖d a r d st h eo r b i to fs a t e l l i t e 1 1 1 ep o l y i l 0 i i l i a l c o e 丘i c i 髓t sw i l lb es t o r e di nc o m p u t e rm 唧。碍s ot 1 1 a tc a nb ec 烈l e dw h e nc 越c u l a t i n gn l e s a c e l l i t ec o o r d 岫t c s 1 1 1 i sh 弱g r e a t l ys h o r t e n e dt l l et i l i l eo fc a l c u l a t i o no fl l i g h l ) r e c i s i o ns a t e l l i t e c o o r d i n a t e s 3 1 1 1 ea n i c l ea n a l y s e s 也ee 啪rs o u l 优so f p p pi tf o c u s e so nt l l e 们p o s p h c r ei l l f l 呦c et 0 恤 p 托c i s ep o i n tp o s i t i o i l i n g 。b u tm ea v a i l a b l em e t e o r o l o g i c a lp a r 锄1 e t e r sa r eg o t t e ne a s i l y s ow es e t p a 舳e t c r st 0e s t i m a t em e 饥) p o s p h e r ed e v i a t i o ni nt h ep r o g r a md e s i g n 4 1 l l i sd i s s e r t a t i o nm l d i e ss o m em 甜l o d so fc y c l e - s l i pd e t e c t i n g 1 ka r n b i g u 蚵i sd i s p o s a l e d 器c o n s 址t sw 王l e n 廿1 e r ei sn oc y c l e - s l i p w h e nc y c l e s l i p 王l a p p e n si ti sd i s p o s e d 鹤an e wc o n s k m t w eu s ct t l el e a s ts q i 塌r em 如dt 0c a l c u l a t e 恤s i n 出ee p o c hd a t a u n d e rs t a t i cc o n d i t i o n sw e c o u n tt h e s ed a 舾a c c o r d i n gt ot h es e q u e n t i a lm e t h o do fl e a s ts q u 盯e s 5 t h ep p pp r o 掣锄m ei sr e a l i z c d 沁l u d i n gt h ec a l c u l a t i o np r o c e s s ，恤m 咖p r o g r a m m e i i l 钯嘲c ed e s i g n ，q u i c km 豇m 锄dm em e 删c o m m o n l yu s e dt o o l s t h e s et o o l si i l c l u d et l l e c o o r d i n a t ec o n v e r s i o na i l dt h ei n t e 印o l a t i o no fn u m e r i c a lv a l u e w ev a l i i l a t et h ep p ps o 行愀 r e l i a b i l i t ) ，a 1 1 dp r a c t i c a l 时t h r o u g l lm e d a t a 6 f i i l a l l y ，m i sa r t i c l em a k e ss o m es 蝴a r i z a t i o n s 锄dp o i r i t so u tt h ep r o b l e m st h a tt h en e x t s t 印廿l i sp r o 伊煳n e e dt 0b er c s o l v e d l 匆w o r d s ：p i c c i s ep o i n tp o s i t i o n i n g ；p s e u d o r a n g e ；c a r r i e rp h a s e ；c l o c ke r i o r ；t h ec y c l e a m b i g u 时；呵c l e 。s l i p ； c a r r i e rp h a s es m o o t h e dp s e u d o r a n g e ；i e a s ts q u a ： p m g r a m m e i v 桂林工学院硕士学位论文 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权说明 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是我个人在 盈塑垫圈塾教授指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林工学院或其它教育机构的学位或证书而 使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并致以了 谢意。 学位论文作者( 签字) ： 签字日期： 版权使用授权说明 本人完全了解桂林工学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求 提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目 录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文：在不以 赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。( 保密论文在解密后遵守此规定) ，学位论文作者( 签字) ： 指导教师签字： 签字日期： 三 桂林工学院硕士学位论文 1 1g p s 卫星定位系统简介 第一章前言 g p s ( g l o b a lp o s i t i o l l i n gs y s t e m ) 是利用卫星的测时和测距进行导航，以构成全球定位 系统。g p s 可以在全球范围内向用户提供全天候、连续的、实时的三维导航定位、速度和 时间信息。g p s 整个实施计划从1 9 7 3 年开始到1 9 9 4 年，经历了方案论证、工程研制和实 测试验后，整个系统于1 9 9 5 年正式投入运行。g p s 包括g p s 卫星( 空间部分) 、地面支撑 系统( 地面监控部分) 、g p s 接收机( 用户部分) 三大部分。其中空间部分由均匀分布在6 个近圆轨道上的2 4 颗卫星组成，轨道高度为2 0 2 0 0 公里，轨道倾角为5 5 。，升交点赤经互 隔6 0 。，卫星以双频发射导航信号：厶为1 5 7 5 4 2 朋勉，厶为1 2 2 7 6 0 搋，卫星运行的周 期为1 1 小时5 8 分，因此同一位置每天出现的卫星分布图形相同。由于g p s 卫星较多并且 分布合理，使得地球上任一点在任一时刻都能保证4 颗以上的可见卫星。地面支撑系统包 括1 个主控站、3 个注入站和5 个监测站。主控站主要完成数据采集、编辑导航电文、诊 断和调整卫星的功能，主控站将编辑的导航电文传送到3 个注入站，然后由注入站定时将 这些信息注入各卫星。监测站的主要任务是对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数 据( 刘基余，2 0 0 3 ) 。 g p s 定位，是接收g p s 卫星发送的定位信号，并以g p s 卫星作为动态已知点，实时 地测定动态载体的在航位置，进而完成动态定位工作。1 9 5 7 年l o 月第一颗人造地球卫星 入轨后，卫星应用领域不断拓宽。1 9 9 4 年3 月，第二代卫星导航系统一g p s 卫星全球 定位系统”的全面建成，不仅导致无线电导航一场深刻的技术革命，而且为大地测量学、地 球动力学、地球物理学、天体力学、载人航天学、全球海洋学和全球气象学等领域提供了 一种高精度和全天候的测量新技术。今天，g p s 已成为名符其实的跨学科、跨行业、广用 途、高效益的综合性高新技术( 周忠谟等，1 9 9 7 ) 。 g p s 的迅速发展，引起了各国军事部门和广大民用部门的普遍关注。g p s 定位技术的 高度自动化及其所达到的高精度和具有的巨大潜力，为测绘领域带来了一场深刻的变革。 特别是近十年来，由于在理论研究、新的应用领域的开拓、软件和硬件的开发等方面的迅 速发展，已使g p s 定位技术广泛地渗透到经济建设和科学技术的诸多领域，尤其是对经典 大地测量学的各个方面都产生了极其深刻的影响。精密单点定位在大地测量学及其相关学 科领域，如海洋大地测量学、天文学、地球物理勘探、资源勘察、航空与卫星遥感、工程 变形监测、运动目标的测速以及精密时间传递等方面的广泛应用，充分显示了这一卫星定 位技术的高精度与高效益。 桂林工学院硕士学位论文 1 2g p s 精密单点定位研究现状 精密单点定位( p r e c i s ep o i n tp o s i t i o n i n g ，简称p p p ) 是利用国际g p s 服务机构i g s 提 供或自己计算的g p s 精密星历和精密卫星钟差文件，以无电离层影响的载波相位和伪距组 合观测值为观测资料，对测站的位置、接收机钟差、对流层天顶延迟以及组合后的相位模 糊度等参数进行估计。p p p 定位时对部分参数误差项必须采用精细的模型加以改正和用辅 助参数进行估计，比如卫星天线相位中心偏差改正、固体潮改正、海洋负荷改正等( 刘经 南，2 0 0 2 ) 。用户通过一台含双频双- p 码g p s 接收机就可以实现在数千平方公里乃至全球 范围内的高精度定位，它的特点在于各站的解算相互独立，计算量远远小于一般的相对定 位。 经过众多科学家不断探索和开拓，精密单点定位的理论得到了长足进展。国际g p s 服 务i g s 是国际大地测量协会i a g 于1 9 9 3 年创建的一个为g p s 提供应用服务的国际组织。 目前i g s 所提供的精密星历的精度已优于5 册，卫星钟改正数的精度已达0 1 珊o 2 脚。随 着g p s 接收机性能的不断改善，载波相位测量的精度也在不断提高，不少接收机的载波相 位测量噪声已小于l 聊肌。大气延迟改正模型和改正方法也在不断的深入研究。这些都为精 密单点定位技术的出现奠定了基础。 1 9 9 7 年z 眦b e g e rjf 等人提出利用高精度的g p s 卫星星历和卫星钟钟差，以及双频载波 相位观测值，采用非差模型进行精密单点定位的方法，其单天解的精度为：水平方向l 册， 高程2 册( z 毗n b e r g ejf ，1 9 9 7 ) 。国外其他一些学者，如n r c 觚的h e r o u ) 【，加拿大c a l g a 口 大学的g a oj 等人也对精密单点定位方法进行了研究( ( 2 1 0y ，2 0 0 1 ) 。j p l 的m u e l l e r s c h o e n 等人则提出利用双频载波相位观测值，在初始化后进行单历元精密单点定位，以实现全球 范围内的实时动态定位，试验结果表明平面位置的定位精度为士( 1 0 2 0 ) c m 。h a t c h 则提 出利用四l 实时定轨软件实现全球i 玎k 的计划，其目标是平面坐标精度士l oc m 。著名的g p s 数据处理软件b e r l l e s e 在4 2 版本中也增加了用载波相位观测值进行精密单点定位的功能。同 期国内学者也对精密单点定位技术进行了深入研究。武汉大学经过数年对精密单点定位理 论与方法的深入研究，在国内率先成功研制了高精度的p p p 数据处理软件t r i p 。利用p p p 进 行g p s 数据处理，需在数据采集两周后进行，即需要在i g s 网站上下载精密星历数据后，才 能进行数据处理，上述结果与国际上同类研究成果基本上是相当的( 叶世榕，2 0 0 2 ) 。 通过精密单点定位方法解算的g p s 天线相位中心动态坐标数据，剔除系统误差后可以 达到同差分方法结果相当的精度。武汉大学博士研究生叶世榕利用自己提出的改进模型及 自行研制的定位软件进行了试算。单天解的精度为：b 方向优于1 c m ，l 方向优于2c m ，h 方面优于3 锄。利用单点定位技术进行动态定位时，初始化时间约为15m i l l ，此后单历元 解的精度为：b 、l 、h 方向均优于2 0c m ，大部分解的精度优于1 0c m 。利用g p s 的精 密预报星历和实时估计的卫星钟差进行实时动态定位的精度为4 0c m 左右( 李征航，2 0 0 2 ) 。 2 桂林工学院硕士学位论文 对于精密单点定位的研究，要达到较好的精度，仍然存在一些问题，这些问题主要集 中表现在： 1 ) 数据采集问题：观测数据质量的好坏直接决定精密单点定位数据预处理的工作，进 而影响到定位结果。 2 ) 系统误差改正问题：如大气折射改正，大气折射是g p s 测量中主要的误差源之一， 精密单点定位只有一个测站的数据可用，不能组成单差、双差和三差观测值以消除大气折 射的影响，加上我们对大气的瞬间分布特性及变化规律还缺乏准确的了解，所以无法找到 比较准确的大气折射误差模型。 3 ) 卫星位置计算：卫星轨道的拟合与插值计算方法及其计算精度，计算过程中涉及到 的拟合阶数或插值次数，也是影响定位精度的一个重要因素。 4 ) 模型问题：精密单点定位采用的数学模型是影响定位精度的一个主要因素。 1 3 本文研究的主要内容和意义 本文在精密单点定位理论及软件设计方面主要研究了如下内容： 1 ) 叙述了精密单点定位在g p s 定位中的地位和存在的不足，回顾了精密单点定位的发 展历程和应用现状，并阐述了研究精密单点定位的重要意义，列出了全文主要研究内容。 2 ) 精密单点定位所需的几种数据格式文件：观测文件、广播星历文件、精密星历文件 以及精密卫星钟差数据文件。 3 ) 对于精密单点定位中卫星坐标的计算，研究了运用广播星历计算卫星坐标的方法， 探讨了运用勒让德和切比雪夫正交多项式对精密星历轨道进行拟合的方法，并讨论了拟合 精度与拟合阶数之间的关系，通过实例表明拟合精度可达毫米级。 4 ) 对精密单点定位的误差源进行了系统阐述，分析了各种改正模型的公式、符号和量 级。在对流层偏差改正中，由于测站气象参数不容易得到，在软件设计时我们采用对其设 置参数进行估计的方法。 5 ) 分析了精密单点定位数据预处理中周跳的探测、粗差观测值的剔除、整周模糊度的 确定、用相位平滑伪距以获得较精确的伪距观测值等方法。 6 ) 运用v c + + 6 0 工具实现了精密单点定位工作，在对数据处理过程中，本文处理了 一组静态模式下的数据，验证了精密单点定位理论的可靠性，及程序实现的可行性。 7 ) 对本文工作做了简单总结，指出本文和软件所存在的一些问题，并明确下一步研究 工作和方向。 用户通过一台含双频双p 码g p s 接收机就可以实现数千平方公里乃至全球范围内的高 精度定位。精密单点定位的特点在于各站的解算相互独立，计算量远远小于一般的相对定 位。在众多领域的应用中，如利用精密单点定位，可以直接建立大地控制网；静态条件下 3 桂林工学院硕士学位论文 精密单点定位结果可以作为相对定位的参考站或为基准站提供精密的起始坐标；它还可以 用于勘探等目的。精密单点定位这一技术在军事上也具有及其重要的意义，它不仅可以节 省些人力、物力和财力，而且在特殊军事工程中都有重要的应用价值。正是因为精密单 点定位有其自身的优势，对于精密单点定位的研究很有必要，也是目前许多学者正在展开 的项研究课题，国内外的研究已经取得了一定的成果。 4 桂林工学院硕士学位论文 第二章g p s 文件数据格式 为了将不同型号接收机收集的数据进行统一处理，必须建立g p s 通用数据交换格式， 现在采用的砌n e x 就是这样一种数据交换格式。1 9 8 9 年，瑞士伯尔尼大学天文研究所为 用于e i 瓜e f 计划，提出啪x ( r e c e i v * i n d e p e n d e n te x c h 觚g e ) 格式草案，以建立全欧 高精度大地测量控制网，最后一次定稿是1 9 9 3 年3 月在瑞士伯尔尼举行的i g s 地球动力学 学术讨论会上通过的。此后，又经历多次修改，m n e x 格式就成为各厂商、学校、研究单 位在编制软件时所采用的标准输入格式( 李洪涛，1 9 9 9 ) 。 啪x 格式是纯a s c i i 码文本文件。共包含4 个文件： ( 1 ) 观测数据文件：s s s s d d d y y 0 ( 2 ) 导航文件：s s s s d d d y ) ，i l ( 3 ) 气象数据文件：s s s s d d d y y m ( 4 ) g l o n a s s 数据文件：s s s s d d d ) r ) ，g 其中：s s s s 一为测站名： d d d 一第一组数据的年积日； f 一当天的观测期序： y y 一年份。 气象数据在绝大多数工作中都不需要这一文件，因为在数据处理时，只需要简单输入 气象参数即可，这里只对观测和导航数据文件加以叙述，其它格式文件的说明，请参考相 应文献。 2 1r ln e x 数据格式 导航电文是用户用来定位和导航的基础数据，它包括卫星星历、工作状态、时钟改正、 电离层时延改正、大气折射改正以及c a 码捕获p 码等导航信息，它是由卫星信号解调出 来的数据码d ( t ) ( 张勤，2 0 0 1 ；徐绍铨，2 0 0 2 ) 。 2 1 1 观测数据文件 所有的g p s 数据格式分为两大类：n a e a0 1 8 3 和原始观测量。对于所有的g p s 接收 机，其n a e a0 1 8 3 的格式是相同的，均为a s c i i 码。原始观测量包括位置、伪距、相位和 星历等，大多数采用二进制格式。为了使编写的程序通用化，一般首先都是将所使用的g p s 5 桂林工学院硕士学位论文 接收机数据格式转换为啪x 通用格式，然后利用r i n e x 格式编制所需要的软件。 观测数据文件包含字头块和数据块。表2 1 ，2 2 分别列出了此文件的字头块数据说明 和数据块说明( 李洪涛，1 9 9 9 ) 。 表2 1 现测数据文件字头块说明 字头名称 说明 格式 ( 6 1 8 0 列) 格式版本( 2 )1 6 ，1 4 x 文件类型o 观测数据a l ，1 9 x r i n e xv e r si o n t y p e 定位系统p g p sa l ，1 9 x r 七l o n a s s 1 m i x e d 文件纲要名称a 2 0 p g m r u nb y d a t e文件名称机构a 2 0a 2 0 文件建立日期a 2 0 c 咖n t建议a 6 0 m a r k e rn a 肛 测量点名称 a 6 0 m a r k e rn 帅e r测量点编号a 2 0 o b s e r v e r a g e n c y 观测员姓名机构 a 2 0 ，a 4 0 r e c 抖t y p e v e r s 接收机编号，型号和软件版本 3 2 0 a n t 抖t y p e 天线编号，型号 2 a 2 0 a p p r o xp o s i t l 0 nx y z测量点概略坐标x y z3 f 1 4 4 a n t e n n a ：d e l th e n 天线高h 3 f 1 4 4 天线向东偏心e 天线向西偏心n w a v e l e n g t hf a c tl l 2l 1 和1 2 的波长因子2 1 6 1 ：整周模糊度 2 ：半周模糊度 0 ：l 1 单频 跟踪卫星数( 最大为7 颗，超过7 颗重复记录)1 6 p r n 卫星编号 7 ( 3 x ，a l ，1 2 ) 6 桂林工学院硕士学位论文 # t y p eo f0 b s e r v 文件中不同观测类型数 1 6 观铡类型定义： 9 ( 4 x ，a 2 ) l 1 ，l 2 ：l 1 ，l 2 相位观测量( c y c l e ) c l ：l l 的c a 伪码观测量( 的 p 1 ，p 2 ：l 1 ，l 2p 码伪距观测量( 蜢) d l ，d 2 ：l 1 ，l 2 的多普勒伪距观测量( h z ) t 1 ，t 2 ：子午仪积分多普勒观测量( c y c l e ) 实施a s 后。改变l 2 和p 2 i n t e r v a l 观测间隔( s ) 1 6 t i m ed ff i r s t0 b s 观测开始时间( 年，月，日，时，分，秒) 5 1 6 ，f 1 2 6 时间系统：g p s = g p s 时间系统 6 x 。a 3 u t c = u t c 时间系统 g p s g l o n a s s 中的缺省值：g p s = 纯g p s 文件 g l 0 = 纯g l o n a s s 文件 t i m eo fl a s to b s观测结束时间( 年，月，日，时，分，秒)5 1 6 ，f 1 2 6 时间系统：g p s = g p s 时间系统 6 x ，a 3 u t c = u t c 时间系统 g p s g l o n a s s 中的缺省值：g p s = 纯g p s 文件 g l o = 纯g l o n a s s 文件 l e a ps e c o n d s 在g p s g l o n a s s 中，自1 9 8 0 年1 月6 日的跳秒 1 6 # 0 fs a t e l l i t e s 包含在文件中的卫星观测数目 1 6 p r n 抖o fo b s卫星编号3 x ，a 1 ，1 2 ，9 1 6 如果多于9 种观测量，则重复记录 6 x ，9 1 6 e n do fh e a d e r 字头块结束符 6 0 x 表2 2 观测数据文件数据块说明 e p o c h s a t历元：年，月，日，时，分，秒5 1 3 ，f 1 1 7 o r 历元标志：0 ：正常 1 3 e v e n tf l a g 1 ：历元中断 1 ：特征标志 7 桂林工学院硕士学位论文 当前历元中卫星数目 1 3 当前历元中卫星编号。如果超过1 2 颗，则另起一行( a 1 ，1 2 ( a 1 ，1 2 ) 1 2 )f 1 2 9 接收机钟差( s )3 2 x ，1 2 ( a l ，1 2 ) 如果超过1 2 颗卫星，应用连续记录 如果特征标志e p o c hf i a g 1 ：则特征标志： 2 ：开始移动天线 3 ：安置在新点位，移动结束 4 ：字头信息 5 ：异常( 历元太大) 6 ：跳周记录 标志2 ，5 中都记录卫星编号 o b s 职v a t i o n s观测量m ( f 1 4 3 ，1 1 ，1 1 ) l l l 信号强度 在e p o c h s a t 中记录了每一颗卫星的上述数据。如果超 过5 个观测( 8 0b y t e ) ，继续下一个记录 观测量： 相位：以整周计 伪距：以米计 表示观测量丢失 l l l ：表示卫星锁定状态( 0 7 ) 正常 缺省值 有 s 存在 信号强度： 1 ：信号强度最小 2 ：信号强度适中 3 ：信号强度最大 o ：不考虑 8 桂林工学院硕士学位论文 2 1 2 导航数据文件 卫星星历是取自卫星的广播导航电文，它是地面位置计算的基础数据。在导航电文中， 包含有卫星的轨道参数，卫星钟参数等。为了使地面位置计算工作速度更快，卫星广播导 航电文每一秒一次，而广播导航电文每小时更新一次。所以每一次观测只需要记录一组广 播导航电文( 王解先，1 9 9 5 ) 。表2 3 、2 4 分别列出了导航文件字头块说明和导航文件数据 块说明。 表2 3 导航文件字头块说明 字头名称( 6 1 8 0 列)说明格式 r i n e xv e r s i o n t y p e 格式版本( 2 ) 1 6 ，1 4 x ， 文件类型( “n ”一导航数据) a l 。1 9 x p g m i t u nb y d a t e文件纲要名称 a 2 0 文件机构名称a 2 0 文件建立日期 a 2 0 c o 删e n t建议a 6 0 t o na u ) h a 电离层参数a o _ _ a 3 2 x ，4 d 1 2 4 i o nb e t a 电离层参数b 0 一b 3 2 x ，4 d 1 2 4 d e l t a u t c ：a 0 ，a l ，t ，w 计算u t c 时间的历书参数 a o ，a 1 ：计算时间改正参数3 x ，2 d 1 9 1 2 t ：u t c 数据的参考时间2 1 9 w ：u t c 参考星期数 l e a ps e c o n d s 由于跳秒引起的时间变化 1 6 e n do fh e a d e r 字符块结束符 6 0 x 表2 4 导航文件数据记录决说明 观测记录说明格式 p r n e f i o c h s vc l kp r n 卫星编号1 2 历元：t 0 c 一时钟时间( 年( 两位数字) 、月、日、 5 1 3 时、分、秒) f 5 1 卫星时钟偏差( s ) 3 d 1 9 1 2 卫星时钟漂移( s s ) 9 桂林工学院硕士学位论文 卫星时钟漂移率( s s 2 ) 隙饼i i ) c a s to r b i t 一1i o d e 星历数据有效期 3 x ，4 d 1 9 1 2 c r s( m ) n( r a d s ) m 0( r a d ) b r o a d c a s t0 r b i t 一2c u c( r a d )3 x ，4 d 1 9 1 2 e 扁率 c u s( r a d ) 打 舔0 a d c a s t0 船i t 3t o e 星历参考时间( g p ss )3 x ，4 d 1 9 1 2 c i c( r a d ) (rad) c i s( r a d ) b r o a d c a s to r b i t 一4z( r a d )3 x ，4 d 1 9 1 2 c r c ( m ) 毋 ( r a d 蚴 r a d m ) 职o a d c a s to r b i t 5 i d o t( r a d s )3 x ，4 d 1 9 1 2 l 2 g p s 星期数( t o e ) l 2p 数据标志 b r o a d ( ：a s t0 r b i t 一6卫星精度( m )3 x ，4 d 1 9 1 2 卫星健康( m s b ) t g d ( s ) 1 0 d c 时钟数据有效期 b r 0 d c a s to r b i t 一7电文发送时间( g p s 星期秒一由字h o w 的z 一3 x 4 d 1 9 1 2 计数算起) 空 空 空 1 0 桂林工学院硕士学位论文 2 2g p s 精密星历文件 精密卫星星历和钟差是精密单点定位的基础。目前，能够提供精密卫星星历和钟差的 主要有两个机构：美国地球空间局( n g a n a t i o n a lg e o s p a t i a l - i n t e l l i g e n c e a g e n c y ) 和国际 g p s 服务组织i g s ，其中i g s 是使用最多、精度最高、最有权威的数据发布机构。i g s 精 密星历采用s p 3 格式给出1 5m i n 、5 m i n 或3 0s 等时间间隔点上的卫星坐标和卫星钟差改正 数据，坐标参考基准属于i t i 疆参考框架。目前，i g s 事后精密卫星星历的精度已优于5 锄， 精密卫星钟差的精度已达o 1 璐。i g s 事后精密卫星星历和卫星钟差产品包括：超快速产品 ( u l t r a - r a p i d ) 、快速产品( r a p i d ) 和最终产品( f i i l a l ) 三种，它们在精度、时延、更新 率和采样率方面是不同的( 高成发，2 0 0 6 ；i g sc e n t c rb u r e a uw e b s i t e ) 。 2 2 1s p 3 格式精密星历数据文件 1 9 9 1 年正式公布的s p 3 格式的精密星历最终产品，每隔1 5 分钟给出所有可用卫星的位 置( 坐标分量单位为k m ) 和钟差( 单位为n s ) ，有时还给出卫星