GAMIT在LINUX操作系统上的安装和使用.doc

GAMIT在LINUX操作系统上的安装和使用王留朋1 过静珺1 金慧华1 吴 宪 1 （清华大学土木工程系地球空间信息研究所，北京，100084）GAMIT SOFTWARE INSTALLING AND RUNNING ON LINUX OPERATION SYSTEM WANG Liupeng Guo Jingjun JIN Huihua WU Xian（Department of Civil，Tsinghua University，Beijing 100084，China）摘要: GAMIT是目前国际上通用的GPS定位定轨的优秀软件之一，但其安装和使用在不同的UNIX/LINUX系统平台上存在着差异,不易为初学者掌握,本文结合实例介绍了GAMIT在LINUX操作系统上的安装和使用,希望能为将要使用GAMIT软件的用户提供一些有益的参考。Abstract: The GAMIT is one of the excellent software for positioning and orbiting by GPS(Global Positioning System) data，but its not easy to master，for the installing and running have the difference between the UNIX/LINUX OS(Operation System) platforms，we wish what we have done would benefit for those who want to use the GAMIT on Linux OS.关键词: GAMIT GPS LINUX 一、引言 随着GPS技术的发展和广泛应用,大地测量已发生了革命性的变化，并在地球动力学、GPS气象学等研究中得以广泛应用,精密解算GPS观测数据的软件也得以重视和发展，本文介绍的GAMIT就是其中的代表之一。GAMIT是美国麻省理工学院(MIT)与斯克里普斯海洋研究所(SIO)研制的GPS数据后处理与分析软件。其特点是运算速度快、版本更新周期短以及在精度许可范围内自动化处理程度高等,且其具有开源性，用户可以根据需要对源程序修改，便于科研工作,因此在国内外应用相当广泛,尤其是在免费开源的LINUX操作系统上。 二、GAMIT简介GAMIT可以解算卫星轨道、测站坐标、钟差、大气延迟、整周模糊度等,主要由以下几个程序构成: ARC (轨道积分)、MODEL (组成观测方程)、SINCLN (单差自动修复周)、DBCLN (双差自动修复周跳)、CVIEW (人工交互式修复周跳)、CFMRG(用于创建SOLVE 所需的M文件)，SOLVE(利用双差观测按最小二乘法求解参数的程序)。解算过程实际上是一个迭代过程,平差时所采用的观测值主要是双差观测值,分为三个阶段:首先进行初始平差,解算出整周未知数参数和基线向量的实数解；再将整周未知数固定成整数；最后是将确定的整周未知数做为已知值,仅将待定的测站坐标作为未知参数,再次平差解算,解出基线向量的最终解整数解固定解。GAMIT软件采用RINEX格式的数据,可以使用各种不同型号的GPS接收机的观测数据,对于Compact Rinex 格式的文件,可以用GAMIT自带的crx2rnx命令进行转换。它支持大多数的UNIX/LINUX系统平台，如SUN,Redhat,HP,SGI等平台，本文以GAMIT10.06和RedHat linux 9.0为例进行介绍。 三、安装与配置 1. 更新Linux系统的C和Fortran编译器系统 Linux编译系统的默认文件选项中MAXUNIT为99,而GAMIT软件源代码中则要求MAXUNIT为9999。如果直接进行编译安装,则会产生非常多的警告性错误,造成安装后无法正常运行。用户需要从Linux的相关网站上找到gcc/g77编译器2.95.2以上版本的源代码,一般是后缀为tar.gz的压缩包文件, 用tar xvzf命令将其在当前工作目录下解压后，找到位于目录gcc2.95.2(或其更高版本号的目录)/libf2c/libI77的fio.h文件,将其中包含“#define MAXUNIT 100”的行更改为“#define MAXUNIT 10000”，再重新编译和安装gcc/g77。 2.安装GAMIT系统 在Redhat Linux 9.0 下使用root的超级权限,运行useradd和passwd命令,新建gamit用户,并设置登陆口令。LINUX操作系统下的文件都有用户和组的属性，这种特性有利于使用gamit用户组对数据进行统一管理，同时也方便用telnet、ssh 等工具在相同用户下,实现远程登陆对数据进行协作处理。 gamit用户创建成功后,即可从麻省理工学院的服务器(:/./)下载GAMIT软件包,其中包括软件的源代码和安装包,然后再将安装包目录/source下的文件拷贝至该用户目录/home/gamit中,其中有安装批处理文件install_software和几个压缩文件,以10.06版为例,分别为:install_software 安装批处理文件com.10.06.tar.Z 组件压缩包gamit.10.06.tar.Z gamit软件压缩包help.10.06.tar.Z 帮助系统压缩包kf.10.06.tar.Z kf软件压缩包libraries.10.06.tar.Z 库文件压缩包可选的还有:templates.10.06.tar.Z 数据模板压缩包maps.10.06.tar.Z 地图数据压缩包在开始安装前,需要对GAMIT安装配置文件Makefile.config进行与操作系统、数据处理等相关的配置修改。因为GAMIT发行版兼顾了各种不同Unix/Linux版本,不同的版本的相关系统路径的设置也不同，在Redhat Linux 9.0 下的路径应设置为:X11LIBPATH /usr/lib/X11R6/lib X11INCPATH /usr/lib/X11R6/include/X11与GPS数据处理相关的重要参数有：MAXSIT 测站数 默认值 45MAXSAT 卫星数 默认值 28MAXATM天顶延迟参数 默认值 13MAXEPC 历元数 默认值 2880这些参数可以根据需要进行修改，建议设置为较大值。比如，要做与对流层相关的研究,对流层天顶延迟估算参数个数相对要求较多,就可以将上述文件中的MAXATM项值由13改为你所需要的数值。接下来就可以开始安装了,首先确保该目录下的install_software文件具可执行属性,然后在当前目录下键入“./install_software”,再依屏幕提示给予回应即可,安装程序将调用Linux系统的系统编译器连接GAMIT源程序生成可执行程序,依机器配置不同，该安装过程需要等待相当长的时间。3.设置GAMIT的系统工作环境安装完以后,还需要给Linux系统的用户配置文件里加上GAMIT软件的工作路径指示。具体配置因系统平台和用户使用的shell及用户级别的不同,设置的文件和内容也有所差别。对于本例Redhat Linux 9.0 下的gamit用户,使用的是bash shell,只须进行如下设定：3.1 在用户目录下执行：ln -s /home/gamit gg；3.2 修改用户目录下.bash_profile文件,设置如下环境变量：HELP_DIR=/home/gamit/help/ PATH=/home/gamit/com:/home/gmait/gamit/bin:/home/gamit/kf/bn export HELP_DIR export PATH至此,GAMIT的安装设置已结束,重新以gamit用户登陆系统以后，即可使用该软件强大的GPS数据处理功能。 四、实例运行 本文选取了2005年，年积日为100 的北京(BJFS)、武汉(WUHN)、上海(SHAO)、拉萨(LHAS)、昆明(KUMN)五个国内的IGS(INTERNATIOANL GPS SERVICE)站的GPS观测数据(数据来源/pub/)，采用轨道松驰解处理模式，对基线解算的精度与可靠性给出了简单的判定依据和方法。 1数据准备 GAMIT是大型高精度的GPS数据处理软件, 在基线解算时需要考虑多种误差影响, 例如钟差改正、电离层折射改正、对流层折射的大气参数模型改正以及光压模型改正等。因此，在数据处理前，不仅需要组织和存放好GPS原始观测数据，更重要的是,还要配置好各项参数表文件，而且解算结果的精度还依赖与这些表文件里的参数配置。首先在用户目录下建立目录名2005，其绝对路径应为/home/gamit/2005,在此目录中再以年积日100为目录名建立子目录,同时在这一级建立/tables目录，然后按如下步骤进行： 1.1 把以下原始观测数据文件放入100子目录: RINEX格式的观测数据文件:BJFS1000.05O WUHN1000.05O SHAO1000.05O LHAS1000.O5O KUMN1000.05O； FICA格式E文件：epgga5.100（ 或导航文件:BJFS1000.05N）； 轨道G文件: gpgga5.100（或由sh-sp3fit程序读取精密星历sp3文件 来生成G文件）。 1.2 从IGS网站上找到对应年和时段的各种参数表文件放入tables目录中,包括:pole. 极移参数；ut1. UT1(国际时间系统)表；luntab. 月球星历表；soltab. 太阳星历表；leap.sec 从1982年1月1日年以来的TAITUC值的跳秒值；gdetic.dat 大地水准面参数表；antmod.dat 天线高及相位中心偏移模式参数；svnav.dat 卫星数目、编号等信息；rcvant.dat 接收机及天线类型信息。nutabl. 摄动历表；1.3 建立测站的初始坐标文件lfile文件包含所用测站的坐标，只支持大地坐标和球坐标两种格式，初始坐标可为近似坐标，但其精度对基线解算影响较大，如果要进行对流延迟的研究，要求初始坐标为已知的精确坐标,该文件的填写格式可参考GAMIT自带的模板进行修改 。 1.4 设置观测信息和控制表格文件,以下文件均可参考模板进行修改: 记录测段中各测站信息文件及定义工程名称； sittbl.各站使用的钟和大气模型及先验坐标约束等； 此文件包含年、年积日、采样间隔、历元数、起始时间以及卫星号,可以手工填写,也可用makexp创建。 sestbl.为数据处理方案的核心控制文件,其中本例要修改的参数有: 处理模式 RELEX 观测量的选取 LC_HELP 批处理迭代方案 0-ITER 对流层误差模型 SAASTAMONINEN 天顶延迟参数个数 25 光压模型 BERNE 数据筛选 AUTCLN ARC 参考系统 IGS92 惯性框架 J2000 L文件坐标更新0.001m 其它参数使用了模板提供的缺省值。 2. 数据处理上述文件准备和配置完毕后，进入子目录100内,开始处理GPS数据:2.1 执行links.day 2005 100 expt 命令,链接./tables内的表文件，其中expt为本例设定的解算工程名称；2.2 执行makexp程序建立所有准备文件的输出及一些模块的输入文件；2.3 执行makej epgga5.100 jpggar.100命令，得到用于分析的卫星时钟文件文件；2.4 执行makex expt.makex.batch命令，生成接收机时钟文件文件和观测文件文件；2.5 建立与执行批处理:执行fixdrv dexpt5.100命令产生批处理文件bexpt5.bat,批处理工作由ARC,MODEL,AUTCLN,CFFMG和SOLVE组成；2.6 执行bexpt5.bat批命令，该批处理过程一般无需人工干预,其中AUTCLN程序可对相位观测的周跳(CYCLESLIP)和粗差(OUTLIER)进行自动剔除，SOLVE程序完成最小二乘法的解析,并将结果打印输出到文件中。 3.解算精度与可靠性简析： 3.1 查看平差结果Q文件，在该文件中有对解算精度和可靠性进行评估的指标,其中均方根残差nrms是衡量单天解质量的重要指标之一,通常比较理想的值应小于0.25,本例中nrms = 0.21,如果该值大于0.5,就意味着处理过程中未除去在大的周跳或某一参数的解算存在很大偏差,或者解算模型设定有误,具体原因可进一步在autcln.sum 中查找,也可利用CVIEW程序进行更详细的分析处理。 3.2 尽管nrms是合限的,还是建议仔细查看一下autcln.sum文件,进一步确定观测站数据和卫星数据有无异常情况,其中最重要的内容之一是对接收机时钟的稳定性统计情况,如本例autcln.sum文件中给出的以下容: Clock and Range noise statistics at iteration 3 Site/PRN Allan SD100 # Range rms # sec (ppb) (mm) BJFS 0.029542 1894 872.3 14567 ASH KUNM 0.086462 2702 1307.8 16078 TRB LHAS 0.073662 1669 345.0 11891 TRB SHAO 0.160029 2538 1274.0 16745 TRB WUHN 0.042005 2876 1200.9 22303 ASH 在正常的测量环境下, 埃伦标准方差Allan SD（Allan standard deviation ）如果大于50ppb,通常说明该接收机的时钟工作频率已很不稳定,频漂偏大，不难判定在本实例中各站接收机的时钟均无异常。3.3 基线边解算精度的统计: 基线边 基线长(m) 精度(m) 相对精度 BJFS-KUNM2020153.521 0.010 4.9010-9BJFS-LHAS2499817.549 0.008 3.2710-9BJFS-SHAO1058437.317 0.005 4.9410-9BJFS-WUHN1015585.545 0.005 4.6610-9KUNM-LHAS1263183.459 0