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GPS 测量与数据处理

GPS 测量与数据处理. 黄劲松 武汉大学 测绘学院. 第五章 GPS 测量中的数据格式. 本章内容. RINEX 格式 SP3 精密星历数据格式. 1. RINEX 格式. 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 …. 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

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  1. GPS测量与数据处理 黄劲松 武汉大学 测绘学院

  2. 第五章 GPS测量中的数据格式

  3. 本章内容 • RINEX格式 • SP3精密星历数据格式

  4. 1. RINEX格式

  5. 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 • …

  6. 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

  7. 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

  8. 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

  9. 文件类型 • 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 • 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 • 卫星和接收机钟文件：卫星和接收机时钟信息的

  10. ssssdddf.yyt 4字符测站名 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 年积日 两位年号 98：1998 00：2000 11：2011 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 命名规则 • 命名方法：8+3文件名 • 命名规则 • 例：wh022931.02o，wh022293.02n

  11. 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

  12. 文件结构 • 观测值文件结构

  13. 文件结构 • GPS导航电文文件结构

  14. 文件结构 • 气象数据文件结构

  15. 文件格式说明 • 格式说明符

  16. RINEX版本号 文件头内容 数据类型 观测值类型 点名 文件头标签 点号 缺省的波长因子 天线偏心 近似坐标 天线编号、类型 接收机编号、类型、版本 与缺省情况不同的波长因子 观测值类型及排列顺序 历元间隔 历元时刻 卫星数及卫星列表 接收机钟差 一个历元的观测数据 各卫星的观测值 文件格式说明 2.10 OBSERVATION DATA M (MIXED) RINEX VERSION / TYPE BLANK OR G = GPS, R = GLONASS, T = TRANSIT, M = MIXED COMMENT XXRINEXO V9.9 AIUB 24-MAR-01 14:43 PGM / RUN BY / DATE EXAMPLE OF A MIXED RINEX FILE COMMENT A 9080 MARKER NAME 9080.1.34 MARKER NUMBER BILL SMITH ABC INSTITUTE OBSERVER / AGENCY X1234A123 XX ZZZ REC # / TYPE / VERS 234 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 FACT 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 20607605.848 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 -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 • RINEX观测值文件的内容 文件头 文件体

  17. 某卫星某历元的星历数据 卫星PRN号 历元时刻 文件格式说明 • RINEX星历文件的内容 2.10 N: GPS NAV DATA RINEX VERSION / TYPE XXRINEXN V2.10 AIUB 3-SEP-99 15:22 PGM / RUN BY / DATE EXAMPLE OF VERSION 2.10 FORMAT COMMENT .1676D-07 .2235D-07 -.1192D-06 -.1192D-06 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 .162092304801D+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 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .910000000000D+02 .406800000000D+06 .000000000000D+00 13 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 .928156077862D-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 .389000000000D+03 .410400000000D+06 .000000000000D+00 文件头 文件体

  18. 气象数据类型数及排列顺序 一个历元的数据记录 文件格式说明 • RINEX气象数据文件的内容 2.10 METEOROLOGICAL DATA RINEX VERSION / TYPE XXRINEXM V9.9 AIUB 3-APR-96 00:10 PGM / RUN BY / DATE EXAMPLE OF A MET DATA FILE COMMENT A 9080 MARKER NAME 3 PR TD HR # / TYPES OF OBSERV PAROSCIENTIFIC 740-16B 0.2 PR SENSOR MOD/TYPE/ACC HAENNI 0.1 TD SENSOR MOD/TYPE/ACC ROTRONIC 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 文件头 文件体

  19. 2. SP3格式

  20. 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

  21. 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

  22. tttwwwwd.sp3 精密星历的类型 总为sp3 星期 0：星期日 1~6：星期一 ~ 星期六 GPS周 命名规则 • 命名方法： 8+3文件名 • 命名规则 • 例：igs11065.sp3(.Z)，igr11065.sp3(.Z)

  23. 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

  24. 首历元的时刻 总历元数 坐标参照系 轨道类型 所采用数据的类型 发布机构 文件类型说明符：“P”或“V” 卫星总数 首历元GPS周 GPS周内的秒数 历元间隔 首历元的约化儒略日的整数和小数部分 卫星轨道数据的精度 卫星列表 (PRN列表) 历元时刻 一个历元的卫星轨道数据 轨道数据类型标示符 卫星PRN号 卫星坐标，单位km 卫星钟差，单位10-6s 文件格式说明 • 内容 #aP2001 3 18 0 0 0.00000000 96 ORBIT IGS97 HLM IGS ## 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 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 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: /* 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 0.00000000 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 文件头 文件体

  25. 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

  26. 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 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 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

  27. 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）

  28. 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

  29. 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

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