1、GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理測(cè)量與數(shù)據(jù)處理第七講第七講河南工程學(xué)院土木工程系測(cè)繪教研室GPS測(cè)量常用數(shù)據(jù)格式測(cè)量常用數(shù)據(jù)格式GPS時(shí)間：時(shí)間：nUTC時(shí)間的年、月、日、時(shí)、分、秒時(shí)間的年、月、日、時(shí)、分、秒n年積日年積日nGPS周和周和GPS周秒周秒p1980年年1月月6日日0時(shí)時(shí)0分分0秒（秒（UTC）第）第0周第周第0 0秒秒p一天一天243600 86400秒秒p一周一周7天天86400604800秒秒nGPST+19s - - TAI-Leap Seconds - - UTC本機(jī)格式（Native Format）定義n接收機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的格式接收機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的格式存儲(chǔ)方式n二進(jìn)制二進(jìn)制內(nèi)容觀

2、測(cè)值n廣播星歷廣播星歷n電離層信息電離層信息n氣象元素氣象元素n本機(jī)格式（Native Format）n特點(diǎn)特點(diǎn)p不同廠家接收機(jī)的本機(jī)格式各不相同不同廠家接收機(jī)的本機(jī)格式各不相同p與接收機(jī)配套的數(shù)據(jù)處理軟件（隨機(jī)軟件與接收機(jī)配套的數(shù)據(jù)處理軟件（隨機(jī)軟件/商用軟件）一般可商用軟件）一般可以直接讀取自身本機(jī)格式的數(shù)據(jù)，而不能讀取其它廠家本機(jī)格以直接讀取自身本機(jī)格式的數(shù)據(jù)，而不能讀取其它廠家本機(jī)格式的數(shù)據(jù)式的數(shù)據(jù)p數(shù)據(jù)存儲(chǔ)緊湊，含有一些專有信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)緊湊，含有一些專有信息p不利于多種型號(hào)的接收機(jī)聯(lián)合作業(yè)不利于多種型號(hào)的接收機(jī)聯(lián)合作業(yè)RINEX格式格式定義n與接收機(jī)無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)交換格式與接收機(jī)無(wú)關(guān)的數(shù)

3、據(jù)交換格式/Receiver Independent Exchange歷史n1989年由年由Astronomical Institute，University of Berne的的Werner Gurtner提出了第一個(gè)版本，當(dāng)時(shí)的目的是處理提出了第一個(gè)版本，當(dāng)時(shí)的目的是處理EUREF 89數(shù)據(jù)，現(xiàn)在通用為數(shù)據(jù)，現(xiàn)在通用為2.10版版存儲(chǔ)方式nASCII/文本文件文本文件RINEX格式格式內(nèi)容n觀測(cè)值觀測(cè)值n星歷（導(dǎo)航信息）星歷（導(dǎo)航信息）n氣象數(shù)據(jù)氣象數(shù)據(jù)n鐘數(shù)據(jù)鐘數(shù)據(jù)n特點(diǎn)n通用性強(qiáng)，已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)通用性強(qiáng)，已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)n利于多種型號(hào)的接收機(jī)聯(lián)合作業(yè)利于多種型號(hào)的接收機(jī)聯(lián)合作業(yè)n

4、大多數(shù)軟件能夠處理大多數(shù)軟件能夠處理文件類型文件類型n1.觀測(cè)數(shù)據(jù)文件：觀測(cè)數(shù)據(jù)文件：GPS觀測(cè)值觀測(cè)值n2.導(dǎo)航電文文件：導(dǎo)航電文文件：GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文衛(wèi)星導(dǎo)航電文n3.氣象數(shù)據(jù)文件：在測(cè)站處所測(cè)定的氣象數(shù)據(jù)氣象數(shù)據(jù)文件：在測(cè)站處所測(cè)定的氣象數(shù)據(jù)n4.GLONASS導(dǎo)航電文文件：導(dǎo)航電文文件：GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航電文衛(wèi)星導(dǎo)航電文n5.GEO導(dǎo)航電文文件：增強(qiáng)系統(tǒng)中搭載有類導(dǎo)航電文文件：增強(qiáng)系統(tǒng)中搭載有類GPS信號(hào)信號(hào)發(fā)生器的地球同步衛(wèi)星（發(fā)生器的地球同步衛(wèi)星（GEO）的導(dǎo)航電文）的導(dǎo)航電文n6.衛(wèi)星和接收機(jī)鐘文件：衛(wèi)星和接收機(jī)時(shí)鐘信息的衛(wèi)星和接收機(jī)鐘文件：衛(wèi)星和接收機(jī)時(shí)鐘信息的命名規(guī)則命

5、名規(guī)則命名方法：命名方法：8+3文件名文件名命名規(guī)則：命名規(guī)則： s s s s d d d f. y y t例：例：wh022931.02o，wh022293.02n文件結(jié)構(gòu)文件結(jié)構(gòu)組織形式n按節(jié)、記錄（行）、字段和列按節(jié)、記錄（行）、字段和列n所有文件均分為兩節(jié)：文件頭和數(shù)據(jù)記錄所有文件均分為兩節(jié)：文件頭和數(shù)據(jù)記錄n每一節(jié)中含有若干記錄每一節(jié)中含有若干記錄n每個(gè)記錄占一行，由如干字段組成每個(gè)記錄占一行，由如干字段組成n每行不超過(guò)每行不超過(guò)80列寬，當(dāng)一個(gè)記錄的內(nèi)容超過(guò)列寬，當(dāng)一個(gè)記錄的內(nèi)容超過(guò)80個(gè)字符時(shí)，可以續(xù)行個(gè)字符時(shí)，可以續(xù)行n字段在行中所處的位置及寬度由嚴(yán)格規(guī)定，不能錯(cuò)位字段在行中

6、所處的位置及寬度由嚴(yán)格規(guī)定，不能錯(cuò)位n文件頭中每個(gè)記錄的第文件頭中每個(gè)記錄的第6180列為標(biāo)簽，說(shuō)明記錄內(nèi)容列為標(biāo)簽，說(shuō)明記錄內(nèi)容觀測(cè)值文件結(jié)構(gòu)GPS導(dǎo)航電文文件結(jié)構(gòu)RINEX觀測(cè)值文件的內(nèi)容觀測(cè)值文件的內(nèi)容2.10 OBSERVATION DATA M (MIXED) RINEX VERSION / TYPEBLANK OR G = GPS, R = GLONASS, T = TRANSIT, M = MIXED COMMENTXXRINEXO V9.9 AIUB 24-MAR-01 14:43 PGM / RUN BY / DATEEXAMPLE OF A MIXED RINEX FILE

7、 COMMENTA 9080 MARKER NAME9080.1.34 MARKER NUMBERBILL SMITH ABC INSTITUTE OBSERVER / AGENCYX1234A123 XX ZZZ REC # / TYPE / VERS234 YY ANT # / TYPE 4375274. 587466. 4589095. APPROX POSITION XYZ .9030 .0000 .0000 ANTENNA: DELTA H/E/N 1 1 WAVELENGTH FACT L1/2 1 2 6 G14 G15 G16 G17 G18 G19 WAVELENGTH FA

8、CT L1/2 0 RCV CLOCK OFFS APPL 4 P1 L1 L2 P2 # / TYPES OF OBSERV 18.000 INTERVAL 2001 3 24 13 10 36.0000000 TIME OF FIRST OBS END OF HEADER 01 3 24 13 10 36.0000000 0 3G12G 9G 6 -.123456789 23629347.915 .300 8 -.353 23629364.158 20891534.648 -.120 9 -.358 20891541.292 20607600.189 -.430 9 .394 206076

9、05.848 01 3 24 13 10 50.0000000 4 4 1 2 2 G 9 G12 WAVELENGTH FACT L1/2 * WAVELENGTH FACTOR CHANGED FOR 2 SATELLITES * COMMENT NOW 8 SATELLITES HAVE WL FACT 1 AND 2! COMMENT COMMENT 01 3 24 13 10 54.0000000 0 5G12G 9G 6R21R22 -.123456789 23619095.450 -53875.632 8 -41981.375 23619112.008 20886075.667

10、-28688.027 9 -22354.535 20886082.101 20611072.689 18247.789 9 14219.770 20611078.410 21345678.576 12345.567 5 22123456.789 23456.789 5 文件頭文件頭文件體文件體RINEX版版本號(hào)本號(hào)數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型觀測(cè)值類觀測(cè)值類型型文件頭內(nèi)文件頭內(nèi)容容文件頭標(biāo)文件頭標(biāo)簽簽點(diǎn)名點(diǎn)名點(diǎn)號(hào)點(diǎn)號(hào)接收機(jī)編接收機(jī)編號(hào)、類型、號(hào)、類型、版本版本天線編號(hào)、天線編號(hào)、類型類型近似坐標(biāo)近似坐標(biāo)天線偏心天線偏心缺省的波缺省的波長(zhǎng)因子長(zhǎng)因子與缺省情與缺省情況不同的況不同的波長(zhǎng)因子波長(zhǎng)因子觀測(cè)值類觀測(cè)

11、值類型及排列型及排列順序順序歷元間隔歷元間隔一個(gè)歷元一個(gè)歷元的觀測(cè)數(shù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)據(jù)歷元時(shí)刻歷元時(shí)刻衛(wèi)星數(shù)及衛(wèi)星數(shù)及衛(wèi)星列表衛(wèi)星列表接收機(jī)鐘接收機(jī)鐘差差各衛(wèi)星的各衛(wèi)星的觀測(cè)值觀測(cè)值氣象數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu)氣象數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu) RINEX星歷文件的內(nèi)容星歷文件的內(nèi)容2.10 N: GPS NAV DATA RINEX VERSION / TYPEXXRINEXN V2.10 AIUB 3-SEP-99 15:22 PGM / RUN BY / DATEEXAMPLE OF VERSION 2.10 FORMAT COMMENT .1676D-07 .2235D-07 -.1192D-06 -.1192D-06

12、ION ALPHA .1208D+06 .1310D+06 -.1310D+06 -.1966D+06 ION BETA .133179128170D-06 .107469588780D-12 552960 1025 DELTA-UTC: A0,A1,T,W 13 LEAP SECONDS END OF HEADER 6 99 9 2 17 51 44.0 -.839701388031D-03 -.165982783074D-10 .000000000000D+00 .910000000000D+02 .934062500000D+02 .116040547840D-08 .162092304

13、801D+00 .484101474285D-05 .626740418375D-02 .652112066746D-05 .515365489006D+04 .409904000000D+06 -.242143869400D-07 .329237003460D+00 -.596046447754D-07 .111541663136D+01 .326593750000D+03 .206958726335D+01 -.638312302555D-08 .307155651409D-09 .000000000000D+00 .102500000000D+04 .000000000000D+00 .

14、000000000000D+00 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .910000000000D+02 .406800000000D+06 .000000000000D+0013 99 9 2 19 0 0.0 .490025617182D-03 .204636307899D-11 .000000000000D+00 .133000000000D+03 -.963125000000D+02 .146970407622D-08 .292961152146D+01 -.498816370964D-05 .200239347760D-02 .9281560778

15、62D-05 .515328476143D+04 .414000000000D+06 -.279396772385D-07 .243031939942D+01 -.558793544769D-07 .110192796930D+01 .271187500000D+03 -.232757915425D+01 -.619632953057D-08 -.785747015231D-11 .000000000000D+00 .102500000000D+04 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .000000000000D+00

16、.389000000000D+03 .410400000000D+06 .000000000000D+00文件頭文件頭文件體文件體衛(wèi)星衛(wèi)星PRN號(hào)號(hào)歷元時(shí)刻歷元時(shí)刻某衛(wèi)星某某衛(wèi)星某歷元的星歷元的星歷數(shù)據(jù)歷數(shù)據(jù) RINEX氣象數(shù)據(jù)文件的內(nèi)容氣象數(shù)據(jù)文件的內(nèi)容 2.10 METEOROLOGICAL DATA RINEX VERSION / TYPEXXRINEXM V9.9 AIUB 3-APR-96 00:10 PGM / RUN BY / DATEEXAMPLE OF A MET DATA FILE COMMENTA 9080 MARKER NAME 3 PR TD HR # / TYPES

17、 OF OBSERVPAROSCIENTIFIC 740-16B 0.2 PR SENSOR MOD/TYPE/ACCHAENNI 0.1 TD SENSOR MOD/TYPE/ACCROTRONIC I-240W 5.0 HR SENSOR MOD/TYPE/ACC 0.0 0.0 0.0 1234.5678 PR SENSOR POS XYZ/H END OF HEADER 96 4 1 0 0 15 987.1 10.6 89.5 96 4 1 0 0 30 987.2 10.9 90.0 96 4 1 0 0 45 987.1 11.6 89.0文件頭文件頭文件體文件體氣象數(shù)據(jù)氣象數(shù)據(jù)

18、類型數(shù)及類型數(shù)及排列順序排列順序一個(gè)歷元一個(gè)歷元的數(shù)據(jù)記的數(shù)據(jù)記錄錄RINEX氣象數(shù)據(jù)文件的內(nèi)容氣象數(shù)據(jù)文件的內(nèi)容GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件Teqctoolkitn用于各類型接收機(jī)文件、氣象文件的編輯，時(shí)間窗口和用于各類型接收機(jī)文件、氣象文件的編輯，時(shí)間窗口和歷元分割的編輯，質(zhì)量檢驗(yàn)分析。歷元分割的編輯，質(zhì)量檢驗(yàn)分析。n/software/teqc/teqc.htmlGPSTknThe goal of the GPSTkproject is to provide a world class, open source computing

19、suite to the satellite navigation community.n用于電離層建模，殘差分析（計(jì)算偽距觀測(cè)值殘差，比用于電離層建模，殘差分析（計(jì)算偽距觀測(cè)值殘差，比較精密星歷和廣播星歷），較精密星歷和廣播星歷），RINEX文件操作（差分，合文件操作（差分，合并，分割并，分割RINEX文件），交互分析文件），交互分析nhttp:/ Product #3n一種精密星歷格式，一種精密星歷格式，IGS精密星歷采用此格式精密星歷采用此格式歷史n1985年美國(guó)年美國(guó)NGS（National Geodetic Survey）公布公布SP1、ECF1、SP2、ECF2n1989年加入年加

20、入EF13n以上格式均未考慮衛(wèi)星鐘信息以上格式均未考慮衛(wèi)星鐘信息n1989年提出年提出SP3、ECF3和和EF18，1991年正式發(fā)布年正式發(fā)布精密星歷數(shù)據(jù)格式精密星歷數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)方式nASCII內(nèi)容n精密星歷（每隔精密星歷（每隔15分鐘給出分鐘給出1個(gè)衛(wèi)星的位置、鐘差（個(gè)衛(wèi)星的位置、鐘差（P型），有時(shí)還給出衛(wèi)星的速度、鐘漂（型），有時(shí)還給出衛(wèi)星的速度、鐘漂（V型）型）特點(diǎn)n提供精密星歷提供精密星歷nIGS星歷的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)格式星歷的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)格式每15分鐘給出所有衛(wèi)星的在ITRF框架下的三維空間直角坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘鐘差n進(jìn)行高精度和到等級(jí)進(jìn)行高精度和到等級(jí)GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理時(shí)最好使用精網(wǎng)的數(shù)

21、據(jù)處理時(shí)最好使用精密星歷密星歷命名規(guī)則命名規(guī)則命名方法：8+3文件名命名規(guī)則例：igs11065.sp3(.Z)，igr11065.sp3(.Z)文件結(jié)構(gòu)文件結(jié)構(gòu)組織形式n按節(jié)、記錄（行）、字段和列按節(jié)、記錄（行）、字段和列n所有文件均分為兩節(jié)所有文件均分為兩節(jié)n文件頭：前文件頭：前20行行n數(shù)據(jù)記錄：數(shù)據(jù)記錄：20行之后行之后n每個(gè)記錄占一行，不超過(guò)每個(gè)記錄占一行，不超過(guò)60列寬列寬SP3精密星歷內(nèi)容精密星歷內(nèi)容#aP2001 3 18 0 0 0.00000000 96 ORBIT IGS97 HLM IGS# 1106 0.00000000 900.00000000 51986 0.00

22、00000000000+ 28 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 17 18 19 20+ 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 0 0 0 0 0 0+ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+ 4 5 5 5 4 5 5 4 5 4 5 5 5 5 5 5 4+ 5 5 5 4 4 4 4 7 5 4 4 0 0 0 0 0 0+ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

23、0 0 0 0 0 0 0+ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0%c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc%c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc%f 0.0000000 0.000000000 0.00000000000 0.000000000000000%f 0.0000000 0.000000000 0.00000000000 0.

24、000000000000000%i 0 0 0 0 0 0 0 0 0%i 0 0 0 0 0 0 0 0 0/* RAPID ORBIT COMBINATION FROM WEIGHTED AVERAGE OF: /* cod emr esa gfz igu jpl ngs sio usn /* REFERENCED TO GPS CLOCK AND TO WEIGHTED MEAN POLE: /* CLK ANT Z-OFFSET (M): II/IIA 1.023; IIR 0.000 * 2001 3 18 0 0 0.00000000P 1 1137.662333 24450.41

25、9935 10434.025839 168.957503P 2 22554.164846 6701.404774 -12156.548088 -354.131603P 3 -12835.803249 19823.526060 12033.738279 12.655252P 4 26036.203647 -5147.508988 -2778.935922 693.981565P 5 -8981.105708 -20915.047563 -13823.748269 291.406843P 6 -7243.996679 -19828.275194 16147.726225 -0.315725P 7

26、15634.362803 -542.356344 -21103.968489 578.771698文件頭文件頭文件體文件體文件文件類型類型衛(wèi)星數(shù)衛(wèi)星數(shù)衛(wèi)星衛(wèi)星鐘差鐘差坐標(biāo)框架坐標(biāo)框架衛(wèi)星衛(wèi)星坐標(biāo)坐標(biāo)衛(wèi)星號(hào)衛(wèi)星號(hào)首歷元首歷元?dú)v元?dú)v元軌道內(nèi)插軌道內(nèi)插常用內(nèi)插方法n拉格朗日多項(xiàng)式內(nèi)插（拉格朗日多項(xiàng)式內(nèi)插（Lagrange PolynomialInterpolation）n切比雪夫多項(xiàng)式內(nèi)插切比雪夫多項(xiàng)式內(nèi)插（Tshebyshev PolynomialInterpolation）n內(nèi)維爾插值法（內(nèi)維爾插值法（Neville Interpolation）n三次樣條內(nèi)插（三次樣條內(nèi)插（Cubic Spli

27、ne Interpolation）n三角多項(xiàng)式內(nèi)插（三角多項(xiàng)式內(nèi)插（Trigonometric PolynomialInterpolation）拉格朗日多項(xiàng)式內(nèi)插拉格朗日多項(xiàng)式內(nèi)插算法算法利用式利用式(1)(1)分別對(duì)衛(wèi)星的分別對(duì)衛(wèi)星的3 3個(gè)坐標(biāo)分量個(gè)坐標(biāo)分量X、Y、Z以及衛(wèi)星鐘差以及衛(wèi)星鐘差進(jìn)行插值，得到觀測(cè)時(shí)刻衛(wèi)星的位置和鐘差。進(jìn)行插值，得到觀測(cè)時(shí)刻衛(wèi)星的位置和鐘差。內(nèi)插精度內(nèi)插精度n采用采用11階多項(xiàng)式，精度可優(yōu)于階多項(xiàng)式，精度可優(yōu)于5mm( )xf t若已知衛(wèi)星坐標(biāo)函數(shù)若已知衛(wèi)星坐標(biāo)函數(shù) 的的n+1個(gè)節(jié)點(diǎn)個(gè)節(jié)點(diǎn) 及其對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星坐標(biāo)為及其對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星坐標(biāo)為 ，對(duì)于插值區(qū)間內(nèi)，對(duì)于插值區(qū)間

28、內(nèi)任意觀測(cè)時(shí)間任意觀測(cè)時(shí)間, ,則可以用拉格朗日多項(xiàng)式來(lái)計(jì)算衛(wèi)星坐標(biāo)：則可以用拉格朗日多項(xiàng)式來(lái)計(jì)算衛(wèi)星坐標(biāo)：012,nxxxx012,ntttt， ， ，100( )()nnkkikiikttf txtt 切比雪夫多項(xiàng)式擬合法切比雪夫多項(xiàng)式擬合法 以切比雪夫多項(xiàng)式為基函數(shù)擬合構(gòu)成的衛(wèi)星位置函數(shù)為：00 ,t tt0( )( )nxxiiif ta T t0( )( )nyyiiifta T t0( )( )nzziiif ta T t假設(shè)需要在時(shí)間間隔假設(shè)需要在時(shí)間間隔 ，計(jì)算，計(jì)算n階切比雪夫多階切比雪夫多項(xiàng)式系數(shù)。項(xiàng)式系數(shù)。其中其中 為起始時(shí)刻，為起始時(shí)刻， 為擬合時(shí)間區(qū)間的長(zhǎng)度。首先將為擬合時(shí)間區(qū)間的長(zhǎng)度。首先將變量變量 變換為變換為 ，則，則0t00 ,tt tt 1,1 0002() 1, ,tttt tttt切比雪夫多項(xiàng)式擬合法切比雪夫多項(xiàng)式擬合法則衛(wèi)星坐標(biāo)X、Y、Z的切比雪夫多項(xiàng)式為：0( )( )nyy