Transcript GPS测量数据处理

GPS测量与数据处理
黄劲松
武汉大学 测绘学院
©2005~2012. 黄劲松 武汉大学 1
测绘学院
第五章 GPS测量中的数据格式
©2005~2012. 黄劲松 武汉大学 2
测绘学院
本章内容
• RINEX格式
• SP3精密星历数据格式
3
1. RINEX格式
©2005~2012. 黄劲松 武汉大学 4
测绘学院
接收机专有格式①
• 定义
– 接收机内部存储数据的格式
• 存储方式
– 二进制
• 内容
–
–
–
–
–
观测值
广播星历
电离层信息
气象元素
…
5
接收机专有格式②
• 特点
– 不同厂家接收机的本机格式各不相同
– 与接收机配套的数据处理软件（随机软件/商用
软件）一般可以直接读取自身本机格式的数据，
而不能读取其它厂家本机格式的数据
– 数据存储紧凑，含有一些专有信息
– 不利于多种型号的接收机联合作业
6
RINEX格式概况①
• 定义
– 与接收机无关的数据交换格式/Receiver INdependent
Exchange
• 历史
– 1989年由Astronomical Institute， University of Berne
的Werner Gurtner提出了第一个版本，当时的目的是处
理EUREF 89数据，现已发展至3.00版
• 存储方式
– ASCII/文本文件
7
RINEX格式概况②
• 内容
–
–
–
–
–
观测值
星历（导航信息）
气象数据
钟数据
…
• 特点
– 通用性强，已成为GPS测量领域事实上的标准
– 大多数软件能够直接处理
– 利于多种型号的接收机联合作业
8
文件类型
1.
2.
3.
4.
观测数据文件：GPS观测值
导航电文文件：GPS卫星导航电文
气象数据文件：在测站处所测定的气象数据
GLONASS导航电文文件：GLONASS卫星导航电
文
5. GEO导航电文文件：增强系统中搭载有类GPS信号
发生器的地球同步卫星（GEO）的导航电文
6. 卫星和接收机钟文件：卫星和接收机时钟信息的
9
命名规则
• 命名方法：8+3文件名
• 命名规则 ssssdddf.yyt
4字符测站名
年积日
一天内的文件序
号（时段号），
为0~9，A~Z。
若为0，则表示
文件包含当天的
所有观测数据
两位年号
98：1998
00：2000
11：2011
文件类型
O：观测值
N：星历
M：气象数据
G：GLONASS星历
H：同步卫星GPS载
荷的导航电文
C：钟文件
• 例：wh022931.02o，wh022293.02n
10
文件结构
• 组织形式
– 按节、记录（行）、字段和列
– 所有文件均分为两节：文件头和数据记录
– 每个记录占一行，不超过80列宽
– 文件头中每个记录的第61~80列为标签，说明
记录内容
11
文件结构
• 观测值文件结构
12
文件结构
• GPS导航电文文件结构
13
文件结构
• 气象数据文件结构
14
文件格式说明
• 格式说明符
15
文件格式说明
RINEX版
文件头内
本号
容
数据类型
• RINEX观测值文件的内容
文
件
头
观测值类
型
2.10
OBSERVATION DATA
M (MIXED)
点名
BLANK OR G = GPS, R = GLONASS, T = TRANSIT, M = MIXED
点号
XXRINEXO V9.9
AIUB
24-MAR-01 14:43
EXAMPLE OF A MIXED RINEX FILE
接收机编
A 9080 天线编号、
9080.1.34号、类型、
近似坐标
类型
版本
BILL SMITH
ABC INSTITUTE
天线偏心
X1234A123缺省的波
XX
ZZZ
234
YY
长因子
与缺省情 587466.
4375274.
4589095.
况不同的
.9030
.0000
.0000
观测值类
1 波长因子
1
历元间隔
1 型及排列
2
6
G14
G15
G16
G17
G18
G19
0 顺序
4 历元时刻
P1
L1
L2
P2
卫星数及
一个历元
18.000
卫星列表
的观测数
2001 各卫星的
3
24
13
10
36.0000000
RINEX VERSION / TYPE
COMMENT
PGM / RUN BY / DATE
COMMENT
MARKER NAME
MARKER NUMBER
OBSERVER / AGENCY
REC # / TYPE / VERS
ANT # / TYPE
APPROX POSITION XYZ
ANTENNA: DELTA H/E/N
WAVELENGTH FACT L1/2
WAVELENGTH FACT L1/2
RCV CLOCK OFFS APPL
# / TYPES OF OBSERV
接收机钟
INTERVAL
差
TIME OF FIRST OBS
END OF HEADER
-.123456789
23629364.158
20891541.292
20607605.848
观测值
据
文
件
体
文件头标
签
01 3 24 13 10 36.0000000 0 3G12G 9G 6
23629347.915
.300 8
-.353
20891534.648
-.120 9
-.358
20607600.189
-.430 9
.394
01 3 24 13 10 50.0000000 4 4
1
2
2
G 9
G12
*** WAVELENGTH FACTOR CHANGED FOR 2 SATELLITES ***
NOW 8 SATELLITES HAVE WL FACT 1 AND 2!
01 3 24 13 10 54.0000000 0
23619095.450
-53875.632
20886075.667
-28688.027
20611072.689
18247.789
21345678.576
12345.567
22123456.789
23456.789
5G12G 9G 6R21R22
8
-41981.375
9
-22354.535
9
14219.770
5
5
WAVELENGTH FACT L1/2
COMMENT
COMMENT
COMMENT
-.123456789
23619112.008
20886082.101
20611078.410
16
文件格式说明
• RINEX星历文件的内容
文
件
头
2.10
N: GPS NAV DATA
XXRINEXN V2.10
AIUB
3-SEP-99 15:22
EXAMPLE OF VERSION 2.10 FORMAT
.1676D-07
.2235D-07 -.1192D-06 -.1192D-06
.1208D+06
.1310D+06 -.1310D+06 -.1966D+06
卫星PRN
历元时刻
某卫星某
.133179128170D-06 .107469588780D-12
552960
1025
号
13 历元的星
历数据
6 99
文
件
体
9 2 17 51 44.0
.910000000000D+02
.484101474285D-05
.409904000000D+06
.111541663136D+01
.307155651409D-09
.000000000000D+00
.406800000000D+06
13 99 9 2 19 0 0.0
.133000000000D+03
-.498816370964D-05
.414000000000D+06
.110192796930D+01
-.785747015231D-11
.000000000000D+00
.410400000000D+06
RINEX VERSION / TYPE
PGM / RUN BY / DATE
COMMENT
ION ALPHA
ION BETA
DELTA-UTC: A0,A1,T,W
LEAP SECONDS
END OF HEADER
-.165982783074D-10 .000000000000D+00
.116040547840D-08 .162092304801D+00
.652112066746D-05 .515365489006D+04
.329237003460D+00 -.596046447754D-07
.206958726335D+01 -.638312302555D-08
.102500000000D+04 .000000000000D+00
.000000000000D+00 .910000000000D+02
-.839701388031D-03
.934062500000D+02
.626740418375D-02
-.242143869400D-07
.326593750000D+03
.000000000000D+00
.000000000000D+00
.000000000000D+00
.490025617182D-03 .204636307899D-11 .000000000000D+00
-.963125000000D+02 .146970407622D-08 .292961152146D+01
.200239347760D-02 .928156077862D-05 .515328476143D+04
-.279396772385D-07 .243031939942D+01 -.558793544769D-07
.271187500000D+03 -.232757915425D+01 -.619632953057D-08
.000000000000D+00 .102500000000D+04 .000000000000D+00
.000000000000D+00 .000000000000D+00 .389000000000D+03
.000000000000D+00
17
文件格式说明
• RINEX气象数据文件的内容
文
件
头
文
件
体
2.10
气象数据METEOROLOGICAL DATA
XXRINEXM V9.9
AIUB
类型数及
EXAMPLE OF
A MET DATA FILE
A 9080 排列顺序
3
PR
TD
HR
PAROSCIENTIFIC
740-16B
HAENNI 一个历元
ROTRONIC
I-240W
的数据记
0.0
0.0
0.0
录
96
96
96
4
4
4
1
1
1
0
0
0
0 15
0 30
0 45
987.1
987.2
987.1
10.6
10.9
11.6
RINEX VERSION / TYPE
PGM / RUN BY / DATE
COMMENT
MARKER NAME
# / TYPES OF OBSERV
0.2
PR SENSOR MOD/TYPE/ACC
0.1
TD SENSOR MOD/TYPE/ACC
5.0
HR SENSOR MOD/TYPE/ACC
1234.5678 PR SENSOR POS XYZ/H
END OF HEADER
3-APR-96 00:10
89.5
90.0
89.0
18
2. SP3格式
19测绘学院
©2005~2012. 黄劲松 武汉大学
概述
• 定义
– Standard Product #3
– 一种精密星历格式，IGS精密星历采用此格式
• 历史
– 1985年美国NGS（National Geodetic Survey）
公布SP1、ECF1、SP2、ECF2
– 1989年加入EF13
– 以上格式均未考虑卫星钟信息
– 1989年提出SP3、ECF3和EF18，1991年正式
发布
20
概述
• 存储方式
– ASCII
• 内容
– 精密星历（每隔15分钟给出1个卫星的位置、
钟差（P型），有时还给出卫星的速度、钟漂
（V型））
• 特点
– 提供精密星历
21
命名规则
• 命名方法： 8+3文件名
• 命名规则
tttwwwwd.sp3
精密星历的
类型
GPS周
总为sp3
星期
0：星期日
1~6：星期一 ~ 星期六
• 例：igs11065.sp3(.Z)，igr11065.sp3(.Z)
22
文件结构
• 组织形式
– 按节、记录（行）、字段和列
– 所有文件均分为两节
• 文件头：前20行
• 数据记录：20行之后
– 每个记录占一行，不超过60列宽
23
文件格式说明
• 内容
文
件
头
文
件
体
总历元数
轨道类型
发布机构
首历元的
所采用数
坐标参照
文件类型
GPS周内 时刻历元间隔
据的类型
系
首历元
首历元的约化
说明符：
卫星总数
卫
星列表
GPS周
的秒数
儒略日的整数
“P”或
(PRN列表)
和小数部分
“V”
3 18 0 0 0.00000000
96 ORBIT IGS97
HLM IGS
#aP2001
## 1106
0.00000000
900.00000000 51986 0.0000000000000
+
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 卫星轨道
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
+
0 0 0 数据的精
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
+
0 0 0 度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 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 0.000000000000000
%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:
历元时刻
一个历元
/* cod emr
esa gfz igu jpl ngs sio usn
卫星PRN
轨道数据
卫星坐标，
卫星钟差，
/* REFERENCED
TO GPS CLOCK AND TO WEIGHTED MEAN POLE:
的卫星轨
号Z-OFFSET
单位km (M): II/IIA 1.023; IIR 0.000
单位10-6s
类型标示
/* CLK ANT
道数据
* 2001 符3 18 0 0 0.00000000
P 1
1137.662333 24450.419935 10434.025839
168.957503
P 2 22554.164846
6701.404774 -12156.548088
-354.131603
P 3 -12835.803249 19823.526060 12033.738279
12.655252
P 4 26036.203647 -5147.508988 -2778.935922
693.981565
P 5 -8981.105708 -20915.047563 -13823.748269
291.406843
P 6 -7243.996679 -19828.275194 16147.726225
-0.315725
P 7 15634.362803
-542.356344 -21103.968489
578.771698
24
文件格式说明
• P型文件
#aP1994 12 17 0 0 0.00000000
96
d ITR92 FIT NGS
## 779 518400.00000000 900.00000000 49703 0.0000000000000
+ 25
1 2 4 5 6 7 9 12 14 15 16 17 18 19 20 21 22
+
23 24 25 26 27 28 29 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 0 0 0
++
7 6 5 5 5 5 5 5 5 6 5 5 5 5 6 5 5
++
5 5 6 5 5 5 5 5 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 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 0.000000000000000
%i
0
0
0
0
0
0
0
0
0
%i
0
0
0
0
0
0
0
0
0
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
* 1994 12 17 0 0 0.00000000
P 1 16258.524750 -3529.015750 -20611.427050
-62.540600
P 2 -21998.652100 -8922.093550 -12229.824050
-131.326200
P 4 -26019.547600 4809.810900 -2508.578200
3.544600
P 5 7014.950200 21130.960300 -14387.334650
79.692800
*
*
*
P 28 13204.937750 -20485.533400 10794.787000
55.200800
P 29 -1638.431050 -24391.479200 10455.312650
3.690300
P 31 6265.255800 -25687.986950
-753.359000
70.830800
* 1994 12 17 0 15 0.00000000
P 1 15716.820135 -1169.850490 -21281.578766
-62.542746
P 2 -22813.261065 -9927.616864 -9816.490189
-131.328686
25
文件格式说明
• V型文件
#AV1994 12 17 0 0 0.00000000
96
D ITR92 FIT NGS
## 779 518400.00000000 900.00000000 49703 0.0000000000000
+ 25
1 2 4 5 6 7 9 12 14 15 16 17 18 19 20 21 22
+
23 24 25 26 27 28 29 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 0 0 0
++
7 6 5 5 5 5 5 5 5 6 5 5 5 5 6 5 5
++
5 5 6 5 5 5 5 5 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 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 0.000000000000000
%i
0
0
0
0
0
0
0
0
0
%i
0
0
0
0
0
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0
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
* 1994 12 17 0 0 0.00000000
P 1 16258.524750 -3529.015750 -20611.427050
-62.540600
V 1 -6560.373522 25605.954994 -9460.427179
-0.024236
P 2 -21998.652100 -8922.093550 -12229.824050
-131.326200
V 2 -9852.750736 -12435.176313 25738.634180
-0.029422
P 4 -26019.547600 4809.810900 -2508.578200
3.544600
V 4 2559.038002 -3340.527442 -31621.490838
0.016744
*
*
*
P 29 -1638.431050 -24391.479200 10455.312650
3.690300
V 29 5754.005457 -12065.761570 -27707.056273
0.003537
P 31 6265.255800 -25687.986950
-753.359000
70.830800
V 31 3053.344058
-63.091750 31910.454757
0.033749
26
轨道内插
• 常用内插方法
– 拉格朗日多项式内插（Lagrange Polynomial
Interpolation）
– 三次样条内插（Cubic Spline Interpolation）
– 三角多项式内插（Trigonometric Polynomial
Interpolation）
– 切比雪夫多项式内插（Tshebyshev Polynomial
Interpolation）
27
轨道内插
(☆ )
• 拉格朗日多项式内插
– 算法
– 内插精度
• 采用17阶多项式，精度可优于5mm
28
轨道内插
• 拉格朗日多项式内插（续）
– 注意事项：
• 要对某一时段的轨道进行内插，精密轨道数据应完
全覆盖该时段，并且前后各有至少9个历元的延伸
• 下载数据时，需要观测当天及前后各一天的数据
29