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GPS测量应用中常用数据格式

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GPS测量应用中常用数据格式GPS测量应用中常用数据格式 第九章 GPS测量应用中常用数据格式 ?9.1 RINEX 格式 9.1. 1 概述 GPS数据处理时所采用的观测数据来自进行野外观的GPS接收机。接收机在野外进行观测时,通常将所采集的数据记录在接收机的内部存储器或可移动的存储介质中。在完成观测后,需要将数据传输到计算机中,以便进行处理分析。这一过程通常是利用GPS接收机厂商所提供的数据传输软件来进行。传输到计算机中的数据一般采用GPS接收机厂商所定义的专有格式以二进制文件的形式进行存储。一般说来,不同GPS接收机厂商所定义的...

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GPS测量应用中常用数据格式 第九章 GPS测量应用中常用数据格式 ?9.1 RINEX 格式 9.1. 1 概述 GPS数据处理时所采用的观测数据来自进行野外观的GPS接收机。接收机在野外进行观测时,通常将所采集的数据记录在接收机的内部存储器或可移动的存储介质中。在完成观测后,需要将数据传输到计算机中,以便进行处理分析。这一过程通常是利用GPS接收机厂商所提供的数据传输软件来进行。传输到计算机中的数据一般采用GPS接收机厂商所定义的专有格式以二进制文件的形式进行存储。一般说来,不同GPS接收机厂商所定义的专有格式各不相同,有时甚至同一厂商不同型号仪器的专有格式也不相同。专有格式具有存储效率高,各类信息齐全的特点,但在某些情况下,如在一个项目中采用了不同接收机进行观测时,却不方便进行数据处理分析,因为数据处理分析软件能够识别的格式是有限的。 RINEX(Receiver Independent Exchange Format/与接收机无关的交换格式)是一种在GPS测量应用中普遍采用的标准数据格式。该格式采用文本文件形式存储数据,数据记录格式与接收机的制造厂商和具体型号无关。 RINEX格式由伯尔尼大学天文学院的Werner Curtner 于1989年提出。当时提出该数据格式是为了能够综合处理在EUREF89(欧洲一项大规模的GPS联测项目)中所采集的GPS数据。该项目采用了来自4个不同厂商共60多台GPS接收机。 现在,RINEX格式已经成为了GPS测量应用等的标准数据格式,几乎所有测量型GPS接收机厂商都提供将其专有格式文件转换为RINEX格式文件的工具,而且几乎所有的数据分析处理软件都能够直接读取RINEX格式的数据。这意味着在实际观测作业中可以采用不同厂商不同型号的接收机进行混合编队,而数据处理则可采用某一特定软件进行。 经过多年不断修订完善,目前应用最为普遍的是RENEX格式的第2版。该版本能够用于包括静态和动态GPS测量在内的不同观测模式数据。下面所介绍的内容主要是针对这一版本的。 9.1. 2 文件类型 在RENEX格式的第2版中定义了6种不同类型的数据文件,分别用于存放不同类型的数据,它们分别是观测值文件(用于存放GPS观测值)、导航电文件(用于存放GPS卫星导航电文)、气象数据文件(用于存放测站处所测定的气象数据)、GLONASS导航电文文件(用于存放GLONASS卫星导航电文)、GEO导航电文文件(用于存放在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)及卫星和接收机钟文件(用于存放卫星和接收机时钟信息)。对于大多数GPS测量应用的用户来说,RENEX格式的观测数据、导航电文和气象数据文件最为常见,前两类数据在进行数据处理分析时通常是必需的,而其他类型的数据则是可选的,特别是GLONASS导航电文文件和GEO导航电文文件平时并不多见。 9.1.3 命名规则 RINEX格式对数据文件的命名有着特殊规定,以便用户能够仅通过文件名就能很容易的区分数据文件的归属、类型和所记录数据的时间。根据规定,RINEX格式的数据文件采用?8.3的命名方式,完整的文件名由用于表示文件归属的8字符长度文件名和用于表示文件类型的3位字符长度扩展名两部分组成,具体形式如下: ssssddf. yyt 其中: ssss: 4字符长度的测站代号。 Ddd: 文件中第一个记录所对应的年积日。 f: 一天内的文件序号,有时也称时段号,取值为0,9,A,Z,当为0时表示文件包含了当天所有的数据。注意,文件序号的编列是以整个项目在一天内的同步观测时段为基础,而不是以某台接收机在一天内的观测时段为基础。例如,在某一天,某个项目共采用4台接收机进行观测:第1个时段,所有4台接收机均参与观测,在该时段中这4台接收机所对应的数据文件序号就为1;第2个时段,只有3台接收机参与观测,在该时段中这3台接收机所对应的数据文件序号就为2;第3个时段,又是所有4台接受机参与观测,在该时段中包括那台在第2时段中未进行观测的接收机在内的4台接收机所对应的数据文件序号均为3。 yy: 年份。 t: 文件类型,为下列字母中的一个: O—观测值文件; N—GPS导航电文文件; M—气象数据文件; G—GLONASS导航电文文件; H—GEO导航电文文件; C—钟文件。 例如:文件名为WHN11410.040的RINEX格式数据文件,为点WHN1在2004年5月20日(年积日为141)整天的观测数据文件;而文件名WHN11410.04N的RINEX格式数据文件,则相应为在该点上进行观测的接收机所记录的导航电文文件。 9.1.4 文件结构及特点 RINEX格式的数据文件采用文本形式进行存储,可以使用任何标准文本编辑器进行查阅编辑。 RINEX格式文件的结构是节、记录、字段和列为单位逐级组织的。所有类型的RINEX格式文件,都由文件头和数据记录两节所组成。每一节中所含有若干记录,每一记录通常为一行,由若干字段所组成,每行最大字符数为80。当一个记录的内容超过80个字符时,可以续行,字段在行中所处位置及宽度(即起始列和列宽)有严格规定,不能错位。 RINEX格式文件的文件头用于存放与整个文件有关的全局性信息,位于每个文件的最前部,其最后一个记录为“END OF HEADER”。在文件头中,每一记录的61,80列为该行记录的标签,用于说明相应行上第1,60列中所表示的内容。观测值文件的文件头存放有文件的创建日期、单位名、测站名、天线信息、测站近似坐标、观测值数量级类型、观测历元间隔等信息。导航电文的文件头存放有文件创建日期、单位名及其他一些相关信息,另外,还有可能会包含电离层模型的参数以及说明GPS时与UTC间关系的参数和跳秒等。气象数据文件的文件头则存放有文件创建日期、观测值类型、传感器信息和气象传感器的近似位置及其他一些相关信息。、 RINEX格式文件的记录数据仅跟在文件头的后面,随文件类型的不同,所存放数据的内容和具体格式也不相同。在观测值文件中存放的是观测过程中每一观测历元所观测到的卫星及载波相位、伪距和多普勒等类型的观测值数据等,所包含的实际观测值类型与接受机所记录的类型及格式转换时的参数设置有关。在导航电文文件中存放的是所观测卫星的钟差改 正模型参数及卫星轨道数据等。由于广播星历每2h更新一次,因此,在导航电文文件中可能会出现某颗卫星具有多个不同参考时刻钟差模型改正参数和轨道数据的情况。在气象数据文件中,存放的是观测过程中每隔一段时间在测站天线附近所测定的干温、相对湿度和气压等数据。 图9-1至图9-3分别给出了RINEX格式的观测值文件、GPS导航电文文件和气象数据文件的结构说明。 每一个观测值文件或气象数据文件,通常仅包括一个测站在一个观测时段中所获得的数据,不过在快速静态和动态测量应用中,流动接收机通过一次设站所采集的多个测站的数据可以被包含在一个数据文件中。 在观测值文件中,所记录载波相位数据的单位为周,伪距数据的单位为m。观测值所对应的时标(即观测时刻)是依据接收机钟的读数所生成的,而不是标准的GPS时,因而在该时标中含有接收机的钟差。 除了根据文件名外,使用者还可通过文件头中相应的字段来区分观测数据、导航电文和气象数据文件。 9.1.5 RINEX 2.10格式说明及文件实例 1. 格式说明方法 现将采用 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 的形式详细介绍RINEX 2.10的内容。在这里,首先介绍一下表格中各栏 的内容以及在进行说明时所采用符号的具体含义。 1) 文件头说明表格 ? 文件头标签:在这一栏中,将直接给出出现在文件头中某行上“标签部分“(第61, 80列)的内容。在RINEX文件中,他们通常用简明的英文全称或缩略语表示。若在这 样行中存放有多种内容,则在标签中用“/”分隔。 ? 说明:在这一栏中,将对于前面文件头标签同处一行的第1,60列所存放数据的内 容进行说明。若在某一行上存放有多个内容,则将在多个列表中进行说明。 ? 格式:在这一栏中,将对于前面文件头标签同处一行的第1,60列所存放数据的格 式进行说明。由于在RINEX格式中,对文件格式的定义非常严格,数据必须根据定义 存放在相应的列上,不允许有任何的错位,因而在使用时必须特别注意。在这里,格 式说明采用的是Fortran程序设计语言中的格式说明方式,一个格式说明项通常具有如 下形式: [r]fw.[m] 其中: r:重复因子,表示后面的内容将重复的次数,该部分是可选的; f:数据类型符,在RINEX格式的说明中,用到了如下数据类型: X,空格 A,字符型 I,整型 F,单精度浮点型 D,双精度浮点型 w:字段宽度; m:在字段中最少的数字或字符数,当数据类型为单精度浮点型或双精度浮点型时,表示小数位数,该部分是可选的。 例如:格式说明符“F9.2,11X,A1,19X”表示这一行的内容从第一列开始依次 是宽度为9位、小数点后有2为的单精度浮点数,11个空格、宽度为1的字符串和19个空格;格式说明符“3F14.4”表示这一行内容从第1列开始依次是3个宽度为14、小数点后有4位的单精度浮点数;而格式说明符“7(3X,A1,I2)”则表示这一行内容从第1列开始,将3格空格、宽度为1的字符串和宽度为2的整型这些内容重复7次。 2) 数据记录说明表格 ? 观测值记录:本栏列出了在数据记录节的每一记录中所包含字段。在RINEX格式 的文件中,通常每个记录占一行,但记录中的字段较多而无法存放在一行中时, 一个记录可以占用多行。 ? 说明:本栏对数据记录节的每一记录所包含字段的内容进行说明。 ? 格式:本栏对数据记录节的每一记录所包含字段的格式进行说明。 3) 2位数字年号 在RINEX 1 和2.x x版中,有时用2位数来表示年号,这时,80,99表示1980,1999 年,00,79表示2000,2079 年。 2(RINEX格式GPS观测值文件 1)文件头格式 表9-1为RINEX格式GPS观测数据文件的文件头节格式说明。 表9-1 GPS观测数据文件的文件头节格式说明 文件头标签 说 明 格 式 (第61-80列) RINEX VERSION - RINEX格式的版本号(在本版本号中为2.0) F9.2,11X /TYPE - 文件类型(在本文件中为“0”) A1,19X - 观测数据所属卫星系统:(空格或G为GPS,R为A1,19X GLONASS,S为地球同步卫星类GPS信号发生器有 效载荷,T为NNSS子午卫星,M为混合系统) PGM/RUN BY/DATE - 创建本数据文件所应用程序的名称 A20 - 创建本数据文件单位的名称 A20 - 创建本数据文件的日期 A20 COMMENT 注释行 A60 MARKER NAME 天线标志的名称(点号) A60 MAEKER NUMBER 天线标志的编号(点号) A20 OBSERVER/AGENCY 观测员姓名/观测单位名称 A20,A40 REC#/TYPE/VERS 接收机序列号,类型和版本号(接收机内部软件的版3A20 本号) ANT#TYPE 天线序列号及类型 2A20 APPROX POSTTION 标志的近似位置(WGS84) 3F14.4 XYZ ANTENNA:DELTA - 天线高:高于标志的天线下表面高度 3F14.4 H/E/N - 天线中心相当于标志在东向和北向上的偏心 WAVELENGTH FACT 2I6 - 缺省的L和L载波的波长因子(1表示为全波,212L1/2 表示为半波(载波为平方法测定),0(位于L的位置2 上)表示所用接收机为单频仪器) - 0或空格 I6 说明:在缺省情况下,需要有该波长因子记录,而且此记录必须位于所有与特定卫星有关的记录之前. WAVELENGTH FACT 2I6 - L和L载波的波长因子(1表示模糊度为完整周12L1/2 数,2表示模糊度为半周数(载波为平方法测定),0 (L中)表示所用接受机为单频仪器) 2 I6 - 后面所列出的具有有效波长因子的卫星数 7(3X,- PRN列表(带有系统表示符的卫星号) A1,I2) 说明: 可分别说明各颗卫星的L和L载波观测值的12 因子。如果某卫星的L和/或L波长因子与上面的12 缺省值不同,则可以通过该记录来加以说明,本记录是可选的。如果需要,可以有多个本记录。 #/TYPES OF OBSERV - 在本数据文件中所存储不同观测值类型的数量 - 观测值类型列表 - 如果超过9种观测值类型,则使用续行 I6 说明: 9(4X,A2) 在RINEX 2.10中,定义了下列观测值类型: 6X,9(4X,A2) L,L:L和L上的相位观测值; 2211 C:采用L上C/A码所测定的伪距; 11 P,P:采用L、L上的P码所测定的伪距; 1212 D,D:L和L上的多普勒频率; 1212 T,T:子午卫星的150(T)和400MHz(T)1212信号上的多普勒积分; S,S:接收机所给出的L、L相位观测值1212 的原始信号强度或SNR值。 在反欺骗(AS)之下所采集的观测值将被转换为“T”或“P”,并将失所指示符(见表9-2)的22 第二位置1。 观测值的单位:载波相位为周,伪距为m,多普勒为Hz,子午线为周,SNR等则与接收机有关。 INTERVAL 观测值的(历元)间隔 ,单位为s F10.3 TIME OF FIRST OBS , 数据文件中第一个观测记录的时刻(4数字年,5I6,F13.7 月,日,时,分,秒) , 时间系统:GPS表示为GPS时,GLO表示为,5X,A3 ,, 说明: 在GPS,GLONASS混合文件中必须具有本时 间系统字段,对于纯GPS文件缺省为GPS,对于纯 GLONASS文件缺省为GLO。 TIME OF LAST OBS —数据文件中最后一个观测记录的时刻(4数字年,5I6,F13.7 月,日,时,分,秒) SX,A3 —时间系统:与TIME OF FIRST OBS记录相同 RCV CLOCK OFFS —历元时标。码伪距和载波相位是否使用实时确定出 APPL 的接收机钟偏差进行了改正:1=是,0=否;缺省值:I6 0=否 说明: 如果在:“历元/卫星”记录中给出了接收机的时 钟偏差,则需要具有该记录。 LEAP SECONDS 自1980年1月6日以来的跳秒数,在GPS,I6 GLONASS混合文件中通常需要列出此记录 # OFSATELLITES 在文件中存储有观测值的卫星数量 I6 PRN/ # OF OBS —在“#TYPE OF OBSERVed”记录中所指出的每一3X,A1,I2, 观测值类型所涉及PRN(卫星号)及其观测值的数9I6 量 —如果观测值类型超过了9个,则使用续行 6X,9I6 说明: 对于出现在数据文件中的每一颗卫星,均有一项记 录。 END OF HEADER 文件头节的最后一个记录 60X 注:阴影部分为可选的记录项。 2)数据记录格式 在RINEX格式GPS观测值文件的数据记录节中,为按历元依次存放观测数据或在观测过程中所发生事件的信息。每个历元的数据包含两部分:第一部分为“历元/卫星或事件标志”,用于存放该观测历元时刻的时标和在该历元所观测到卫星的数量及其列表或表明事件性质的标志,这一部分通常为该历元数据的第一行;第二部分为“观测值”,用于存放在该历元所采集到的所有观测值,这一部分紧接在“历元/卫星或事件标志”之后,所占行数与在该历元中所观测卫星的数量有关。表9-2为GPS观测数据文件数据记录节的历元/卫星或事件标志格式说明,表9-3为GPS观测数据文件数据记录节的观测值格式说明。 表9-2 GPS观测数据文件数据记录节的历元/卫星或事件标志格式说明 观测值记录 说明 格式 历元/卫星 - 观测历元时刻: 或 - 年(2位数字,如果需要,则前面补零) 事件标志 - 月,日,时,分 1X,I2,2 - 历元标志:0表示正常,1表示在前一历元与当前历元 4(1X,I2) 之间发生了电源故障,大于1为事件标志 F11.7 - 当前历元所观测到的卫星数 2X,I1 - 当前历元所观测到卫星的PRN列表(带卫星系统标志 符的卫星号,参见表9-1) I3 - 接收机时钟的偏差(单位为s,为可选项) 12(A1,I2) - 如果卫星超过12颗,则使用续行 F12.9 - 如果历元标记为2,5,则: 32X - 事件标志:2表示天线开始移动;3表示新设站(动 12(A1,I2) 态数据结束)(后面至少需要跟上MARKER NAME记 录);4表示后面紧跟着的是类似于文件头的信息,用于 [2X,I1] 说明观测过程中所发生的一些特殊情况;5表示外部事件 (历元时刻与观测值时标属于相同的时间框架) - “当前历元的卫星数”被用来说明紧跟在后面的记录数, 即后面共有几行用于事件的描述。最大记录数位999 [I3] - 对于没有明确历元时刻的事件,历元字段可以为空 说明: 如果历元标记为6,则表示后面为描述所探测出并已 被修复周跳的记录(格式与OBSERVATIONS记录相同, 不过,用周跳替代了观测值,LLI和信号强度为空格或0)。 此项为可选项。 表9-3 GPS观测数据文件数据记录节的观测值格式说明 观测值记录 说明 格式 观测值 - 观测值 M(F14,3,I1,I1) - LLI(Loss of Lock Indicator/失锁标识符) - 强度信号 说明: LLI的范围是0—7或空格表示正常或未知;bit 0置1 表示在前一历元与当前历元之间发生了失锁,可能有周 跳;bit 1 置1表示该卫星的波长因子与前面 WAVELENGTH FACT L1/2记录中的定义相反,仅对当前 历元有效;bit 2置1表示为反欺骗(AS)下的观测值(可 能会受到噪声增加的影响)。其中bit 0和bit 1仅用于相位。 在RINEX格式中,用1—9表示信号强度;1表示可 能的最小信号强度,5表示良好S/N比的阈值,9表示可 能的最大信号强度,0或空表示未知或未给出。 对表9-3的几点说明: (1) 观测值格式说明中的m为观测值类型数。对于在文件头节的“OBSERV”记录中 所列出的每一观测值类型,都将按该记录所给出的排列顺序出现在本记录中。 (2) 由于5个观测值将占用80个字符,因此,如果观测值类型超过5个,则超出的观 测值类型可续行列在下一记录中。 (3) 本记录按“历元/卫星”记录中所给出的卫星排列顺序依次列出所有卫星的观测值。 (4) 载波相位观测值以载波的整周数位单位,码伪距的单位为m。当某项观测值缺失 时,可用0.0或空格表示。 (5) 如果相位观测值的数值超出了固定格式F14.3所能表示的范围,则需要将其截短到 9一个合理的范围内(如加上火减去10),并设置LLI标识符。 3(RINEX格式GPS导航电文文件 1)文件头格式 表9-4为RINEX格式GPS导航电文文件的文件头节格式说明。 表9-4 GPS导航电文文件的文件头节格式说明 文件头标签 说明 格式 (第61-80列) RINEX VERTION/TYPE -RINEX格式的版本号(在本版本中为2.10) F9.2,11X - 文件类型(在本文件中位“N”) A1,19X PGM/RUN BY /DATE - 创建本数据文件所采用程序的名称 A20 - 创建本数据文件单位的名称 A20 - 创建本数据文件的日期 A20 COMMENT 注释行 A60 ION ALPHA 历 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 中的电离层参数A0—A30(第4子帧的第2X,4D12.4 18页) ION BETA 历书中的电离层参数B0—B3 2X,4D12.4 DELTA-UTC:A0,A1,T,W 用于计算UTC时间的历书参数(第4子帧的第 18页) 3X,2D19.12 - A0,A1:多项式系数 I9 - T:UTC数据的参考时刻 I9 - W:UTC参考周期,为连续计数, 不是1024的余数 LEAP SECONDS 由于跳秒而造成的时间差 I6 END OF HEADER 文件头节的最后一个记录 60X 注:阴影部分为可选的记录项 2)数据记录格式 RINEX格式GPS导航电文文件数据记录节中的内容为按卫星和参考时刻存放的各颗卫 星的时钟和轨道数据。每颗卫星一个参考时刻的数据占8行,第1行为卫星的PRN号和 该卫星时钟的参考时刻及其改正模型参数,第2—8行为该卫星的广播轨道数据。由于 导航电文通常每2h就更新一次,因此,某些卫星可能会有多个不同参考时刻的数据。 表9-5为RINEX格式GPS导航电文文件数据记录节的格式说明。 表9-, GPS导航电文文件的数据记录格式说明 观测值记录 说明 格式 PRN号/历元/- 卫星的PRN号 I2 卫星 - 历元:TOC(卫星钟的参考时刻) 年(2个数据,如果需要可补0) 1X,I2.2 月,日,时,分 4(1X,I2) 秒 F5.1 - 卫星钟的偏差(s) 3D19.12 - 卫星钟的漂移(s/s) 2- 卫星钟的漂移速度(s/s) 广播轨道—1 - IODE(Issue of Data,Ephemeris/数据、卫星发布时间) 3X,4D19.2 - C(rad) rs - ?n (rad/s) - M (rad) 0 广播轨道—2 3X,4D19.2 - C(rad) uc - e轨道偏心率 - C(radians) us 1/2-sqrt (A) (m) 广播轨道—3 - TOE星历的参考时刻(GPS周内的秒数) 3X,4D19.2 - C(rad) ic ,- (rad)(OMEGA) - C(rad) is 广播轨道—4 3X,4D19.2 - i(rad) 0 - C(m) rc - (rad) , ,- (rad/s)(OMEGA DOT) 广播轨道—5 - i(rad/s)(IDOT) 3X,4D19.2 - L上的码 2 - GPS周数(与TOE一同表示时间)。为连续计数,不 是1024的余数 - L码数据标记 2 广播轨道—6 - 卫星精度(m) 3X,4D19.2 - 卫星健康状态(第1子帧第3字第17—22位) - TGD(sec) - IODC钟的数据龄期 广播轨道—7 - 电文发送时刻(单位为GPS周的秒通过交接字(HOW)3X,4D19.2 中的Z计数得出) - 拟合区间(h),如未知则为零 - 备用 - 备用 4.RINEX格式气象数据文件 1)文件头格式 表9-6为气象数据文件的文件头节格式说明。 表9-6 气象数据文件的文件头节格式说明 文件头标签 说明 格式 (第61-80列) RINEX - RINEX格式的版本号(在本版本中为2.10) F9.2,11X VERTION/TYPE - 文件类型(在本文件中位“M”) A1,39X PGM/RUN BY /DATE - 创建本数据文件所采用程序的名称 A20 - 创建本数据文件单位的名称 A20 - 创建本数据文件的日期 A20 COMMENT 注释行 A60 MARKER NAME 点名(宜与相应观测值文件中的MARKER A60 NAME同名) MARKER NUMBER 点号(宜与相应观测值文件中的MARKER A20 NUMBER同名) # /TYPE OF OBSERV - 在本数据文件中所存储的不同观测值类型的 数量 I6 - 观测值类型列表 9X(4X,A2) 下面是RINEX版本2中所定义的气象观测值的 类型: PR:气压(mbar) 0TD:干温(C) HR:相对湿度(%) ZW:天顶湿延迟(mm)(对于WVR数据) ZD:天顶延迟的干分量(mm) ZT:总天顶延迟(mm) 说明: 本记录中观测值类型在列表中的排列顺序 与后面数据记录节中相应观测值的排列顺序一 致;如果所存储观测值的类型超过9个,则可续 行,格式为(6X,9(4X,A2))。 SENSOR MOD/TYPE/ 气象传感器说明: ACC - 型号(厂商) A20 - 类型 A20,6X - 精度(与观测值的单位相同) F7.1,4X - 观测值类型 A2,1X 本记录将按上面“#/TYPE OF OBSERV”记录中 所列出的每一观测值类型进行重复。 SENSOR POS XYZ/H 气象传感器在ITRF或WGS-84下的近似坐标 - 地心坐标X,Y,Z 3F14.4 - 椭球高H 1F14.4 - 观测值类型 1X,A2,1X 说明: 如果传感器的位置未知,则将X、Y、Z设为零 ;气压计需要使用该记录建议其他传感器也使用 该记录 END OF HEADER 文件头节的最后一个记录 60X 注:阴影部分为可选的记录项。 2)数据记录格式 表9-7为气象数据记录节格式说明。 表9-7 气象数据文件的数据记录节格式说明 观测值记录 说明 格式 历元/气象数据 - 历元时刻(为GPS时,不是地方时) 1X,I2.2 年(2位数字,如果需要前面补0) 5(1X,I2) 月,日,时,分,秒 - 与文件头中给出观测值类型时排列顺序一致的气象 mF7.1 数据当气象数据的类型超过8种时,使用续行 4X,10F7.1,3X 5.RINEX格式GLONASS导航电文文件 1)文件头格式 表9-8 为GLONASS导航电文文件的文件头节格式说明。 表9-8 GLONASS导航电文文件的文件头节格式说明 文件头标签 说明 格式 (第61-80列) RINEX - RINEX格式的版本号(在本版本中为2.10) F9.2,11X VERTION/TYPE - 文件类型(在本文件中 “G”,表示GLONASSA1,39X 导航电文文件) PGM/RUN BY - 创建本塑胶文件所采用程序的名称 A20 /DATE - 创建本塑胶文件单位的名称 A20 - 创建本塑胶文件的日期(dd-mm-yy hh:mm) A20 COMMENT 注释行 A60 CORR TO SYSTEM - 系统时间修正的参考时刻(年,月,日) 3I6 TIME - 对系统时间尺度的改正(s)。用于将GLONASS 3X,D19.12 系统时间改正到UTC(SU)(-TauC) LEAP SECONDS 从1980年1月6日起的跳秒数 I6 END OF HEADER 文件头节的最后一个记录 60X 注:阴影部分为可选的记录项。 2)数据记录格式 表9-9为GLONASS导航电文文件的数据记录节格式说明。 表9-9 GLONASS导航电文文件的数据记录节格式说明 观测值记录 说明 格式 PRN号/历元/卫星钟 - 卫星的历书号 I2 - 星历的历元(UTC) - 年(2位数,如果需要可补0) 1X,I2.2 -月,日,时,分 4(1X,I2) - 秒 F5.1 - 卫星钟偏差(s)(-TauN) D19.12 - 卫星相对频率偏差(+GammaN) D19.12 D19.12 - 电文帧时间(t) k (0 < t<86400 UTC天的秒) k 广播轨道—1 - 卫星位置X(km) 3X,4D19.12 - 卫星速度X(X dot )(km/s) 2- 卫星X方向的加速度(km/s) - 卫星健康状态(0=OK)(Bn) 广播轨道—2 - 卫星位置Y(km) 3X,4D19.12 - 卫星速度Y(X dot )(km/s) 2- 卫星Y方向的加速度(km/s) - 卫星的频率数(1~24) 广播轨道—3 - 卫星位置Z(km) 3X,4D19.12 - 卫星速度Z(X dot )(km/s) 2- 卫星Z方向的加速度(km/s) - 运行年限(天)(E) 6.RINEX格式地球同步卫星导航电文文件 1)文件头格式 表9-10为地球同步卫星导航电文文件文件头的格式说明。 表9-10 地球同步卫星导航电文文件文件头的格式说明 文件头标签 说明 格式 (第61-80列) RINEX - RINEX格式的版本号(在本版本中为2.10) F9.2,11X VERTION/TYPE - 文件类型(在本文件中 “H”,表示GEO导航A1,39X 电文文件) PGM/RUN BY - 创建本塑胶文件所采用程序的名称 A20 /DATE - 创建本塑胶文件单位的名称 A20 - 创建本塑胶文件的日期(dd-mm-yy hh:mm) A20 COMMENT 注释行 A60 CORR TO SYSTEM - 系统时间修正的参考时刻(年,月,日) 3I6 TIME - 将GEO系统时间转换到UTC的改正(WO) 3X,D19.12 LEAP SECONDS 从1980年1月6日起的跳秒数 I6 END OF HEADER 文件头节的最后一个记录 60X 注:阴影部分为可选的记录项。 2)数据记录格式 -11 地球同步卫星导航电文文件的数据记录节格式说明。 表9 表9-11 地球同步卫星导航电文文件的数据记录节格式说明 观测值记录 说明 格式 PRN号/历元/卫星钟 - 卫星的历书号 I2 - 星历的历元(GPS)(TOE) - 年(2位数,如果需要可补0) 1X,I2.2 -月,日,时,分 4(1X,I2) - 秒 F5.1 - 卫星钟偏差(s)(aGf0) D19.12 - 卫星相对频率偏差(aGf1) D19.12 - 电文帧时间(GPS天的秒) D19.12 广播轨道—1 - 卫星位置X(km) 3X,4D19.12 - 卫星速度X(X dot )(km/s) 2- 卫星X方向的加速度(km/s) - 卫星健康状态(0=正常) 广播轨道—2 - 卫星位置Y(km) 3X,4D19.12 - 卫星速度Y(X dot )(km/s) 2- 卫星Y方向的加速度(km/s) - 精度码(m)(URA) 广播轨道—3 - 卫星位置Z(km) 3X,4D19.12 - 卫星速度Z(X dot )(km/s) 2- 卫星Z方向的加速度(km/s) - 备用字段 ?9.2 SP3精密星历数据格式 9(2(1 概述 SP3精密星历数据格式的全称是标准产品第3号(Standard Product #3),它是一种在卫星大地测量中广泛采用的数据格式由美国国家大地测量委员会(NGS-National Geodetic Survey)提出,专门用于存储GPS卫星的精密轨道数据。 才1982年起,NGS和美国国家海洋和大气局(NOAA—National Oceanic and Atmospheric Administration)就一直在考虑改进表示全球定位系统轨道数据的方法。1985年,NGS公布了它的第一代轨道格式。虽然当时仅公布了2种格式(即 Standard Product #1(标准产品第1号)和SP2—Standard Product #2(标准产SP1— 品第2号),但实际上,当初提出了4中格式(即SP1、ECF1、SP2、ECF2)。1989年,NGS又加入了第5种格式(EF13)。以上5种格式构成了NGS的第一代卫星轨道数据格式。 在NGS的第一代卫星轨道数据格式中,SP1和SP2为文本文件,而ECF1、ECF2和EF13则为二进制文件。在SP1格式的文件中,既包含位置数据也包含速度数据,而在SP2格式的文件中则包含位置数据。ECF2是与SP2相对应的二进制文件,EF13则是ECF2的一个高校存储版本,其存储效率非常高,时间跨度1周、历元间隔40min的24颗卫星轨道数据,仅需要78728字节的存储空间。 不过,NGS的第一代卫星轨道数据格式也存在一些问题。例如,由于当时人们主要关心的是相对定位模式,因而在这些NGS轨道数据格式中并未包含卫星钟的改正信息。现在,人们已认识到,标准格式需要为更广泛的领域服务,其中,既包括那些采用相对定位模式进行工作的领域也包括那些采用单接收机绝对定位模式进行工作的领域。对于后者,如果能够同时得到精密轨道数据及相应的卫星钟改正,那么就能获得非常精确的处理结果。 经过几年的使用,人们觉得有必要对NGS的第一代卫星轨道数据格式进行修订,具体内容包括在数据文件中加入了轨道类型、坐标参照系及星历文件中首个历元的GPS周数等信息。 1989年,NGS开始对其卫星轨道数据格式进行重新审议,除了加入前面所提及的EF13外,又提出了3种新轨道数据格式,分别为SP3,ECF3和EF18。随后,又根据所收到的反馈意见,对这些格式进行了一下小的修订,并于1991年正式发布。新发布的格式和早先的格式内容非常相似,但包含进了卫星钟改正信息,并进行了其他的一些改进,使其具有更强的适应性。 SP3格式文件时文本文件,其基本内容是卫星位置和卫星钟记录,另外,还可以包含卫星的运行速度和钟的变率。若在SP3格式文件第一行中有位置记录标记“V”,则表示在文件中,对每一个历元,每一颗卫星均已计算出了卫星的速度和钟的变率。不过需要指出的是,实际上,利用卫星的位置数据,就可以以提高的精度计算出卫星的运行速度。这就是在现代精密卫星轨道数据中,通常未包含卫星速度数据的主要原因。当然,如果用户需要,也可以将轨道数据文件从一种格式转换成另一种格式。另外,除了GPS卫星,SP3格式同样也可用于表示其他卫星的轨道信息。ECF3格式和EF18格式是与SP3格式相对应的二进制文件格式。 在SP3格式文件的第一行中,还有一个专门用来表示轨道数据所属坐标参照系的字段。在通常情况下,SP3轨道的计算和分发都是在一个国际地球参照框架下进行的,如IERS德ITRF。由于ITRF与WGS-84间的差异小于1/100000000至2/100000000,因而在这一水平上,也可以将ITRF下的轨道数据当做是WGS-84 下的轨道数据。 在SP3格式中,所涉及的时间均为GPS时,即使对采用格里高利历或约化儒略日所标示的时间也是如此。因此,在SP3格式中,未包含用于将GPS时转换为UTC的信息。 9.2.2 SP3格式文件实例 在这里,首先给出两个SP3格式文件的实例。 实例1 是一个P类型的SP3格式精密轨道数据实例。在该类型的文件中,仅有卫星的位置和钟差信息,而没有卫星的速度和钟漂信息。 实例2 是一个V类型的SP3格式精密轨道数据实例。在该类型的文件中,既有卫星的位置和钟信息,也有卫星的速度和钟漂信息。 9.2.3 SP3格式定义 与RINEX格式文件一样,SP3格式文件也是以字节、记录、字段和列为单位逐级组织的,并且同样分为文件头和数据记录两节,每一节由若干记录所组成。不同的是,SP3格式文件的记录长度被严格限定为60列,而不是RINEX格式文件的80列。 SP3格式文件的文件头节有20行,第一行含有文件版本号、轨道数据首历元的时间、数据历元间隔、文件中具有数据的卫星PRN号、数据的精度指数及注释。SP3格式文件的数据记录节则是由按一定历元间隔所给出的卫星位置和卫星钟差等信息所组成。 对SP3格式文件的每一个记录(行)的详细说明见表9-12~9-29 表9-12为SP3格式文件的第1行格式说明。 表9-12 SP3格式文件的第1行格式说明 列 内 容 列 子 1~2 版本标识符 # a 3 位置(P)或位置/速度(V)标识符 P 4~7 轨道数据首历元的年 1999 8 未使用 9~10 轨道数据首历元的月 1 11 未使用 12~13 轨道数据首历元的日 6 14 未使用 15~16 轨道数据首历元的时 17 17 未使用 18~19 轨道数据首历元的分 15 20 未使用 21~31 轨道数据首历元的秒 .00000000 32 未使用 33~39 本数据文件的总历元数 151 40 未使用 41~45 数据处理所采用数据的类型 D 46 未使用 47~51 轨道数据所属坐标参照系 ITRF 52 未使用 53~55 轨道类型 FIT 56 未使用 57~60 发布轨道的机构 NOAA 表9-13 为SP3格式文件的第2行格式说明。 -13 SP3格式文件的第2行格式说明 表9 列 内 容 例 子 1~2 符号 ## 3 未使用 4~7 轨道数据首历元的GPS周 0991 8 未使用 9~23 轨道数据历元的一周内的秒 321300.00000000 24 未使用 25~38 历元间隔,单位为s 900.00000000 39 未使用 40~44 轨道数据首历元约化儒略日的整数部分 51184 45 未使用 46~60 轨道数据首历元儒略日的小数部分 表9-14 为SP3格式文件的第3行格式说明。 表9-14 SP3格式文件的第2行格式说明。 列 内 容 例 子 1~2 符号 + 3~4 未使用 5~6 轨道数据所涉及卫星的数量 27 7~9 未使用 10~12 第1颗卫星的PRN号(SV1) 1 13~15 第2颗卫星的PRN号(SV2) 2 。 58~60 第17颗卫星的PRN号(SV19) 17 表9-15 为SP3格式文件的第3行格式说明。 表9-15 SP3格式文件的第4行格式说明。 列 内 容 例 子 1~2 符号 + 3~9 未使用 10~12 第18颗卫星的PRN(SV21) 21 。 。 。 37~39 第27颗卫星的PRN(SV31) 31 表9-16 为SP3格式文件的第5~7行格式说明。 表9-16 SP3格式文件的第5~7 行格式说明。 列 内 容 例 子 如果需要这些行将用于列出其他卫星的PRN号 表9-17 为SP3格式文件的第8行格式说明。 表9-17 SP3格式文件的第8行格式说明 列 内 容 例 子 1~2 符号 + + 3~9 未使用 10~12 第17颗卫星的精度 -- -- 5 13~15 第17颗卫星的精度 -- -- 5 。 58~60 第17颗卫星的精度 -- -- 5 表9-18 为SP3格式文件的第9行格式说明。 表9-18 SP3格式文件的第9行格式说明 列 内 容 例 子 1~2 符号 + + 3~9 未使用 ------ 10~12 第18颗卫星的精度 -- -- 5 13~15 第19颗卫星的精度 -- -- 5 。 58~60 第34颗卫星的精度 -- -- 0 表9-19 为SP3格式文件的第10行格式说明。 表9-19 SP3格式文件的第10行格式说明 列 内 容 例 子 1~2 符号 + + 3~9 未使用 ------ 10~12 第35颗卫星的精度 -- -- 0 13~15 第36颗卫星的精度 -- -- 0 。 58~60 第51颗卫星的精度 -- -- 0 表9-20 为SP3格式文件的第11行格式说明。 表9-20 SP3格式文件的第11行格式说明 列 内 容 例 子 1~2 符号 + + 3~9 未使用 ------ 10~12 第52颗卫星的精度 -- -- 0 13~15 第53颗卫星的精度 -- -- 0 。 58~60 第68颗卫星的精度 -- -- 0 -21 为SP3格式文件的第12行格式说明。 表9 表9-21 SP3格式文件的第12行格式说明 列 内 容 例 子 1~2 符号 + + 3~9 未使用 ------ 10~12 第69颗卫星的精度 -- -- 0 13~15 第70颗卫星的精度 -- -- 0 。 58~60 第85颗卫星的精度 -- -- 0 注:卫星的精度:1表示“极佳”,99表示“不要使用”,0表示“未知”。 表9-22 为SP3格式文件的第13~14行格式说明。 表9-22 SP3格式文件的第13~14行格式说明 列 内 容 例 子 1~2 符号 %c 3 未使用 - 4~5 2个字符 cc 6 未使用 - 7~8 2个字符 cc 9 未使用 - 10~12 3个字符 ccc 13 未使用 - 14~16 3个字符 ccc 17 未使用 - 18~21 4个字符 cccc 22 未使用 - 23~26 4个字符 cccc 27 未使用 - 28~31 4个字符 cccc 32 未使用 - 33~36 4个字符 cccc 37 未使用 - 38~42 5个字符 ccccc 43 未使用 - 44~48 5个字符 ccccc 49 未使用 - 50~54 5个字符 ccccc 55 未使用 - 56~60 5个字符 ccccc 注:以上这些行是字符域 表9-23 为SP3格式文件的第15~16行格式说明。 表9-23 SP3格式文件的第15~16行格式说明 列 内 容 例 子 1~2 符号 %f 3 未使用 - 4~13 10字符宽实数 _0.0000000 14 未使用 - 15~26 12字符宽实数 _0.0000000 27 未使用 - 28~41 14字符宽实数 _0.0000000 42 未使用 - 43~60 18字符宽实数 _0.0000000 注:以上这些行是实数域。 表9-24 为SP3格式文件的第17~18行格式说明。 表9-24 SP3格式文件的第17~18行格式说明 列 内 容 例 子 1~2 符号 %i 3 未使用 - 4~7 4字符宽整数 _ _ _0 8 未使用 - 9~12 4字符宽整数 _ _ _0 13 未使用 - 14~17 4字符宽整数 _ _ _0 18 未使用 - 19~22 4字符宽整数 _ _ _0 23 未使用 - 24~29 6字符宽整数 _ _ _ _ _0 30 未使用 - 31~36 6字符宽整数 _ _ _ _ _0 37 未使用 - 38~43 6字符宽整数 _ _ _ _ _0 44 未使用 - 45~50 6字符宽整数 _ _ _ _ _0 51 未使用 - 52~60 9字符宽整数 _ _ _ _ _ _ _ _0 注:以上这些行是整数域。 表9-25 为SP3格式文件的第19~22行格式说明。 表9-25 SP3格式文件的第19~22行格式说明 列 内 容 例 子 1~2 符 号 /* 3 未使用 4~60 注释 CC„„CC 表9-26 为SP3格式文件的第23行格式说明。 表9-26 SP3格式文件的第23行格式说明 列 内 容 例 子 1~2 符号 *- 3 未使用 4~7 历元时刻的年 1999 8 未使用 9~10 历元时刻的月 1 11 未使用 12~13 历元时刻的日 6 14 未使用 15~16 历元时刻的日 17 17 未使用 18~19 历元时刻的分 15 20 未使用 21~22 历元时刻的秒 .00000000 表9-27 为SP3格式文件的第24行格式说明。 表9-27 SP3格式文件的第24行格式说明 列 内 容 例 子 1 位置(P)或速度(V) P 2~4 卫星标识 1 5~18 x-坐标(km) 20104.806030 19~32 y-坐标(km) -13217.390413 33~46 z-坐标(km) -11082.789292 47~60 钟改正(ms) 70.501167 -4 另外,可以在位置和钟记录后面使用和钟的变率纪录,钟的变率的单位为10ms/s。SP3格式文件的第25行格式说明见表9-28。 表9-28 SP3格式文件的第25行格式说明 列 内 容 例 子 1 符号 V 2~4 卫星标识 --1 5~18 x速度(dm/s) --16258.524750 19~32 y速度(dm/s) ---3529.015750 33~46 z速度(dm/s) --20611.427050 47~60 钟的变率 -----62.540600 此行后为所有卫星在所有历元的轨道和钟改正和/或钟变率数据,见表9-29。 表9-29 SP3格式文件的第22 + 历元数*(卫星数+1)+1行(即最后一行) 列 内 容 例 子 1~3 符号 EOF 9. 2 .4 SP3格式说明* 第1行第2个字符为版本标识符。最初发布的版本为“a”,后续的版本将采用按字母表序排列的小写字母。第1行由采用格里高利历所标示的首个历元的轨道数据时间、星历文件中的历元数、进行数据处理时所采用数据类型的描述符、轨道类型描述符和轨道发布机构描述符所组成。为了便于将多轨道解与单机解区分开来,文件中包含了所采用数据类型的描述符,它主要用于区分同一机构所发布的多种轨道解,下面列出了一些可能的情况: u:非差载波相位; du:u随时间的变化; s:2台接收机/1颗卫星的载波相位(单差载波相位); ds : 随时间的变化; d:2台接收机/2颗卫星的载波相位(双差载波相位); dd:d随时间的变化; U:非差码相位; dU:U随时间的变化; S:2台接收机/1颗卫星的码相位(单差载波相位); dS:S随时间的变化; D:2台接收机/2颗卫星的码相位(双差载波相位); dD: D随时间的变化; + : 类型分隔符。 对于所采用数据类型的描述符,还可能会有“—u+U“这样的组合,如果观测值采用标准类型的复杂组合,则可以采用“mixed(混合)”作为标示符,而“mixed”的具体含义可能会在注释行中有解释。 轨道类型用3个字符宽度的描述符来表示,目前仅定义了3种类型,姐FIT(拟合的)、EXT(外推或预报的)和BCT(广播的),实际上还可以有其它类型。轨道发布机构描述符可以由4个字符所组成(如-NGS)。 第2行所包含的内容有轨道数据首个历元的GPS周及GPS周以内的秒数(0.0 ?周内的秒数,604800.0)、以秒为单位的历元间隔(0.0,历元间隔,100.00)、约化儒略日的整数部分及小数部分。 第3~7行为卫星的PRN号。这些标识符为连续的字段,在列出了所有的PRN号后,剩下的位置用零填充。虽然卫星的PRN号可以按任何顺序列出,但为了方便查看包含在轨道文件中的卫星,通常按数字顺序排列。 第8~12行为卫星轨道精度指数,若为0,则表示精度未知。卫星轨道精度指数在第8~12行中的排列顺序与第3~7行上卫星的PRN号的排列顺序相同。由精度指数n计算实际精度 n13σ的方法为:σ=2mm.例如,如果精度指数为13,则精度为2mm(约为8m)。所给出的轨道误差表示1倍中误差,且为各颗卫星在整个文件中的轨道误差。当将多个轨道文件进行合并时,可能会产生一些差异。 第13,18行可用来对SP3格式的文件进行一些扩充,在文件中添加一些附加信息。 第19,22行可为任意内容的注释。 第23行为历元的日期和时间。 第24行为卫星的位置(或速度)和钟差(或钟漂)。当第1个字符为“P”时,表示该行中的值为卫星的位置和钟差。位置为单位为km,并精确到1mm.如果采用四舍五入的方法,可以达到1.5mm的精度,即所显示出来的值与计算机值的差值不超过0.5mm。与钟有关的值的单位为ms,并且精确到1ps。当与位置有关的值为0.000000,或与钟有关的值为999999.9999(整数部分必须要有6个9,而小数部分中的9可有可无)时,则表明相应值--- 精度很低或未知。当第1行钟位置/速度模式的标志被设置为V时,则在每一个给定卫星的位置纪录后面,都将紧跟着一个速度纪录,速度记录的第1个字符为“V”。速度分量的单位 -4-7-16为dm/s,可精确到10mm。速度记录的最后几列为钟漂,单位为10,可以精确到10。 9 . 2 .5 轨道的内插* 由于SP3格式精密轨道数据是以离散的位置和速度的形式给出的,因而用户需要采用内插的方法来得到所需历元时刻的卫星位置。内插的方法有很多,如拉格朗日多项式内插(La-grange Polynomial Interpolation),三次样条内插(Cubic Spline Interpolation)、三角多项式内插(Trigonometric Polynomial Interpolation)和切比雪夫多项式内插(Tshebyshev Polynomial Interpolation)等。其中,比较经典的方法是拉格朗日多项式内插。 拉格朗日多项式内插的方法为:若已知函数y=f(x)的n+1个节点x,x,x„„,x及其对应的函数值y,y,y,„„,y对于插值区间内任一点,可用012n012n 下面的拉格拉日插值多项式来计算函数值: nn,xxi , f(x)()y,,k,xx,0,0kiki,iik 虽然,多项式内插有一些缺点,但是,根据每15min所能给出的卫星位置向量采用多项式进行内插,仍可以达到非常高的精度。当采用17阶多项式进行内插时,精度可优于5mm,内插的不确定性要远比轨道数据自身的误差小得多(IGS 精密轨道约0.5,3.0dm)。 由于采用高阶多项式作为逼近函数进行内插可能产生一些问题,特别是高阶多项式在给定点所定义的区间边界处有摆动的趋势,因而要避免进行外推。另外,在给定点间的“振荡”还可能降低多项式逼近的整体精确性。如果采用对称内插的方法,即内插位于数据 点的中央,则可保证最佳的内插结果。对于18结点内插来讲,这意味着SP3文件要直接给出9个位于内插历元之前的卫星位置和9个位于该内插点时刻后的卫星位置。这也是为何在处理某一天内的数据时,需要当天和前后各一天精密轨道数据的原因。
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