Diseño geodésico 1 I ciclo, 2014 José Francisco Valverde Calderón

1. Diseño geodésico 1 I ciclo, 2014 José Francisco Valverde Calderón Email: jose.valverde.calderon@una.cr Sitio web: www.jfvc.wordpress.com Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

2. Procesamiento de datos GPS con el software Bernese Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

3. Generalidades • El software Bernese GNSS es un software desarrollado para el procesamiento de datos multi-GNSS, de alta precisión, para aplicaciones científicas, desarrollado en el Instituto Astronómico de la Universidad de Berna. • Es usado por el Centro para la Determinación de Orbitas en Europa (CODE) así como para el procesamiento de la red Europea (EUREF/EPN) • La actual versión del software en la versión 5.2, la cual fue liberada el 18 de julio de 2013 Usuarios de Bernese en el mundo Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

4. Generalidades • Algunas de las características de Bernese son: • Modelado de acuerdo al estado del arte • Control detallado sobre todas las opciones relevantes del procesamiento • Poderosas herramientas para la automatización (BPE) • Características y highlights • Disponible para Linux, Mac y Windows • GUI amigable y ayuda basado en HTML • Procesamiento paralelo multi-sesión para actividades de reprocesamiento • Ejemplo para el uso del BPE • Programa para el análisis automatizado de series temporales (FODITS) • Resolución de ambigüedades para GPS/GLONASS • Flexible manejo de parametros al nivel de ecuaciones normales • Modelo troposfericos modernos (VMF1, GMF/GPT) • Modelado ionosferico, incluyendo correcciones de orden superior • Cumplimiento de las convenciones del IERS y del IGS Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

5. Generalidades • Aplicaciones típicas • Procesamiento rápido de redes pequeñas (L1, L1+L2) • Procesamiento automatizado de redes permanentes • Procesamiento de datos para un gran numero de estaciones • Procesamiento combinado de datos GPS+GLONASS • Monitoreo de la troposfera y la ionosfera • Estimación de relojes y transferencia de tiempo • Determinación de orbitas para GNSS y satélites de orbitas bajas, junto con los EOP • Validación de orbitas SLR • Usuarios típicos • Científicos para investigación y educación • Agencias responsables de redes GNSS de alta precisión • Agencias responsables del mantenimiento de redes de estaciones permanentes • Usuarios comerciales con aplicaciones complejas que demandan alta exactitud, confiabilidad y alta productividad Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

6. Formatos aceptados por Bernese, Tomado del manual del programa Bernese Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

7. Estructura de una campaña en Bernese 5.0 (personalizable) C:/GPSDATA/CAMPAING ATM OBS ORB OUT BPE OUT0 RAW SOL STA .ABB .BLQ .CRD .SES .STA .VEL • Efemérides precisas, parámetros de orientación de la Tierra • (.SP3, .IRP (.ERP); IGS) • Datos RINEX crudos: • En Hatanaka (.YYd) o en RINEX observación (.Yyo) Modelo ionosférico (.ION; CODE) Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

8. Estructura de una campaña en Bernese 5.2 (personalizable) C:/ GPSDATA/CAPAIGN52/ ATM BPE RAW ORB OBS OUT OUT0 SOL STA GRD .ABB .CRD .VEL .BLQ .ATL .STA .SES Mallas globales diarias con los coeficientes de entrada para VMF (.GRD; VTU) • Efemérides precisas, parámetros de orientación de la Tierra • (.SP3, .IRP (.ERP); IGS) • Datos RINEX crudos: • En Hatanaka (.YYd) o en RINEX observación (.Yyo) Modelo ionosférico (.ION; CODE) Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

9. Estándares de procesamiento SIRGAS 1. Intervalo de muestreo: 30 segundos 2. Máscara de elevación: 3° 3. Ponderación de las observaciones: asignar peso a las observaciones en función de la elevación, a menor elevación, menor peso 4. Cálculos y presentación de resultados deben efectuarse en tiempo GPS 5. En caso de que alguna etapa del procesamiento requiera el uso de un modelo global de gravedad, usar el EGM2008 6. Introducir como parámetros conocidos en el ajuste, las órbitas y las correcciones a los relojes de los satélites y los EOP (soluciones finales del IGS) 7. Utilizar los últimos valores absolutos de las correcciones PCV de las antenas GNSS publicados por el IGS, incluyendo los valores dependientes de la elevación y azimut de entrada de la señal en la antena 8. Utilizar los valores de calibración para la componente Z de los satélites GNSS (ver archivo del IGS que contiene los valores absolutos de las correcciones a las PCV de las antenas GNSS) Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

10. Estándares de procesamiento SIRGAS • 9. Efectos de carga oceánica: Debe corregirse el movimiento periódico de las estaciones generado por las mareas oceánicas en tierra firme (respuesta elástica de la corteza terrestre a las mareas oceánicas). • Dichas correcciones deben estimarse con el modelo de mareas oceánicas FES2004 • 10. Efectos atmosféricos de origen mareal: representan la respuesta elástica de la corteza terrestre a la distribución variable de la presión atmosférica. • En el procesamiento SIRGAS solamente se reducen los efectos generados por los cambios de presión causados por la atracción gravitacional directa (i.e. mareas) del Sol y de la Luna sobre las masas atmosféricas, especificamente las componentes mareales S1 y S2, según el modelo van Dam and Rey (2010). • 11. En general los efectos causados por fenómenos diferentes a las mareas no deben reducirse en el cálculo Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

11. 12. Refracción troposférica (en la versión 5.2 de Bernese): el retardo de la señal en el cenit de la estación causado por la refracción troposférica (parte húmeda) debe calcularse simultáneamente con las coordenadas de la red a un intervalo de dos horas. • Para el cálculo de esta reducción debe utilizarse el modelo ViennaMappingFunction (VMF) el cual incluye un modelo para la componente a priori (parte seca de la atmósfera) y una función de interpolación para la estimación de los parámetros trosposféricos adicionales (parte húmeda de la atmósfera). • 13. Para generar la solución final, se recomienda hacer que las ambigüedades de fase correspondan con un número entero; Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

12. Directorio STA (5.2, estándares SIRGAS) • *.ATL = coeficientes para el modelado de la carga atmosférica • *.BLQ = coeficientes para el modelado de la carga oceánica • *.STA = información de las estacione (a partir de la información que se debe mantener actualizada en los log files) • *.ABB = abreviaciones (arbitrarias) • *.CRD = coordenadas de las estaciones • *.VEL = velocidades de las estaciones (para actualizar las coordenadas) Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

13. Archivo .ATL Fuente: http://holt.oso.chalmers.se/loading/loadingprimer.html, 2014 Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

14. Archivo .BLQ Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

15. Archivo .STA Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

16. Archivo .ABB Archivo .CRD Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

17. Archivo .VEL Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

18. Archivo .PCF Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

19. PCF usado por el CNPDG (versión 5.0)

20. Secuencia de procesamiento, insumo para BPE Tomado del manual del programa Bernese Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

21. Descripción del procesamiento efectuado en el CNPDG • COOVEL • POLUPD • PRETAB • ORBGEN • RXOBV3 • CODSPP • MAUPRP • GPSEDT (GPSEST) • GPSEDT (RESRMS) • GPSEDT (SATMRK) • GPSEDT (GPSEST) • GPSQIF (BASLST) • GPSQIF (GPSEST) • GPSEST • GPSXTR • ADDNEQ2 Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

22. Preparación de EOP, orbitas y relojes para el procesamiento Tomado del manual del programa Bernese Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

23. Preparación de EOP, orbitas y relojes para el procesamiento Tomado del manual del programa Bernese Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

24. Orbitas: • SP3c = ASCII, producidas por el IGS. Provee la información de las orbitas de los satélites, en coordenadas geocéntricas cartesianas (en Km) e información de los relojes de los satélites. Están referidas al “EarthFixed Frame”. • Órbitas tabulares: archivo interno de Bernese en formato ASCII. La extensión por defecto es *.TAB. Provee la información de las orbitas de los satélites, en coordenadas geocéntricas cartesianas (en Km) referidas al marco inercial. • Órbitas estándar: archivo usado por Bernese para el procesamiento. Es binario y la extensión es *.STD. Especifica la posición del satélite en términos de una representación polinómica y son el resultados de la integración numérica de la ecuaciones del movimiento. Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

25. COOVEL:actualización de las coordenadas de referencia a la época de medición • RXOBV3: conversión de formato RINEX a formato Bernese. Resultado: Mediciones de código (CZH, .CZO)y de fase (PZH, .PZO)en formato Bernese. • POLUPD: conversión del archivo con los parámetros de orientación terrestre (EOP) del formato IGS al formato Bernese. • PRETAB:transformación de las efemérides del IGS al sistema quasi-inercial ICRF • ORBGEN:integración de las órbitas en el sistema quasi-inercial (polinomio) • CODSPP: Sincronización de los relojes de los receptores. Se obtiene observaciones de codigo y fase corregidas por los offset de los relojes de los receptores • MAUPRP: detección de mediciones defectuosas y saltos de ciclo Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

26. GPSEST: Ajuste por mínimos cuadrados de las observaciones correspondientes a cada línea de base para generar residuales y poder confirmar la detección de las mediciones defectuosas y saltos de ciclo detectados por el MAUPRP. En este ajuste las ambigüedades se manejan como números reales (floatsolution) • RESRMS: Evaluación estadística de los residuales generados por GPSEST • SATMRK: Marcación/eliminación de las observaciones defectuosas en los archivos que contienen las mediciones. • GPSEST: Estimación, mediante ajuste por mínimos cuadrados, de las ambigüedades detectadas en cada línea de base • GPSEST: Ajuste por mínimos cuadrados de la red diaria y estimación de parámetros troposféricos. Las coordenadas de todas las estaciones tienen una restricción de 1,0 m. Con ello la solución es semilibre. • ADDNEQ2: Combinación de las soluciones diarias en una semanal. Las coordenadas de todas las estaciones tienen una restricción de 1,0 m. Con ello la solución es semilibre Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

27. Archivo GPSUTC. Contiene las diferencias entre el tiempo GPS y el UTC. Es necesario para correr el programa POLUPD Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

28. Ejemplo de la estimación de las corrección a los relojes de los satélites. El archivo es extensión *.CLK y esta en la carpeta ORB Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

29. Archivos en la carpeta OBS .PSH, .PSO, .CZH, .CZO, Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

30. Procesamiento de datos GPS en el programa Bernese 5.0 • Detalle de las consideraciones para la preparación de los datos para el procesamiento, ver documento: • 1_PREPARACION DE LOS DATOS PARA EL PROCESAMIENTO • Detalle de los archivos usados para el procesamiento y otros archivos, ver documento: • 2_ARCHIVOS UTILIZADOS EN EL PROCESAMIENTO • Detalle de las operaciones para efectuar el procesamiento de los datos: • 3_PROCESAMIENTO CON BERNESE (CORRER LA CAMPAÑA) • Todos en la categoría “Seminario Mantenimiento Marcos de Referencia” • Entrada “PROCESAMIENTO DE DATOS CON BERNESE 5.0” Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

31. Evaluación de la calidad del procesamiento • Ir al archivo UNAWWWW7.OUT y revisar la siguiente información: • 1. Que en la combinación, se hayan combinado siete ecuaciones normales • 2. Que el valor Chi**2/DOF sea menor a 1 Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

32. Evaluación de la calidad del procesamiento • 3. Que no hayan correcciones mayores a 5 cm. Si las hay, pero son menores a 10 cm, se corrige el archivo para el procesamiento de la semana siguiente. Si alguna estacion tiene correcciones mayores a 10 cm, se debe corregir y volver a procesar la semana en cuestión. Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

33. Evaluación de la calidad del procesamiento • 4. Que no hayan outliers. Si los hay, se deben eliminar los archivos “problemáticos” y volver a corre la campaña. • Los archivos que se deben eliminar son: • Los archivos RINEX de la(s) estación(es) que presenten outliers • En la carpeta “OBS”, todas las observaciones asociados a la(s) estación(es) con problema, para el día(s) en cuestión. Campaña sin problemas por outliers Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

34. Evaluación de la calidad del procesamiento Campaña con problemas por outliers Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

35. Evaluación de la calidad del procesamiento Outiler en la combinación Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

36. Evaluación de la calidad del procesamiento Algunos errores (1) Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

37. Evaluación de la calidad del procesamiento En caso de que se vaya el fluido eléctrico, se abre el archivo BPE.OUT para determinar donde se interrumpió el procesamiento. Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014