基于GAMIT的高精度基线向量解算

摘要：GAMIT是国际通用的定位定轨软件，本文以Fedora14为例，介绍了GAMIT在该系统下的安装及使用方法。通过对相关IGS站观测文件的解算说明，利用GAMIT软件进行高精度基线向量解算是可行的。

关键词： GAMIT；高精度；基线解算

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

随着GPS技术的日趋成熟，GPS在导航、定位、授时等方面应用越来广泛。同时，用户对GPS的精度要求也越来越高。对于GPS高等级测量，例如，地壳运动和地质灾害监测，精密大地测量等，如何选择一个合适的处理软件进行GPS数据处理，来获得高精度结果，显得尤为重要。目前国内外使用较为普遍的GPS数据处理软件有三种：瑞士Bernese大学天文研究所开发的Bernese软件，美国宇航局下属的喷气推进实验室（JPL）开发的GIPSY软件，美国麻省理工学院（MIT）与SCRIPPS海洋研究所（SIO）联合开发的GAMIT/GLOBK软件。

GAMIT使用最小二乘算法来估计测站的相对位置、轨道和地球自转参数以及天顶延迟，并通过使用载波相位观测值进行双差解算整周模糊度[1]。GLOBK是一个基线解的网平差软件，它将GAMIT的H文件作为输入文件，采用卡尔曼滤波算法估计测站坐标、速度，卫星轨道参数以及EOP参数。GAMIT/GLOBK可以估计卫星状态矢量（坐标和速度），可得到站坐标的时间序列，从而研究板块运动和地壳形变以及其它物理现象[2]。由于GAMIT/GLOBK是完全公开源码的免费软件，所以更适合进行研究和开发。

1基线解算平台的建立

GAMIT/GLOBK软件需在linux/unix系统下进行安装。本次作业使用GAMIT的最新版本即GAMIT/GLOBK10.4在Fedora14上进行安装。执行过程如下:

（1）使用Fedora14的安装光盘安装该系统

（2）从网上下载GAMIT/GLOBK的安装包到Fedora14系统中，并解压。

（3）在主文件夹下新建一个gamit文件夹，将GAMIT安装文件中的source文件夹内容复制到gamit文件夹。

（4）通过终端进入gamit文件夹，执行./install_software命令进行软件安装

（5）修改相关配置文件

1）在安装的过程中，因为Fedora14中没有提供静态共享库libX11.a。因此需要在GAMIT安装前将安装包中source目录下的install_software中的libX11.a改为Fedora14含有的动态共享库libX11.so，以便于GAMIT安装过程中调用该库文件，使其安装成功。

2）同时在source/libraries中修改配置文件Makefile.config，将系统中X11相关路径添加进去：X11LIBPATH /usr/lib

X11NCPATH/usr/include/X11

（6）安装完成后，打开.bash_profile文件，将GAMIT的工作路径添加进去。重启系统，GAMIT即可使用了。

2基线解算

使用GAMIT软件进行基线解算前，需要对相关数据进行编辑处理，需要从GPS观测文件、GPS观测天线、测站坐标及约束、星历文件及共用表等方面准备，并根据不同的解算要求设置解算参数[3]。以下是具体步骤。

2.1建立工程目录

在主文件下建立一个工程目录，并在里面建立rinex、brdc、igs、tables四个文件夹。分别用来存放观测文件、广播星历、精密星历、表文件。用sh_setup命令将相应的表文件从GAMIT安装目录中链接到tables目录下。

2.2观测文件和星历文件准备

观测文件为RINEX格式的O文件，星历文件包括广播星历和精密星历。广播星历可到ftp://garner.ucsd.edu/pub/rinex下载，精密星历可到ftp://garner.ucsd.edu/pub/products下载。

2.3表文件准备

GAMIT的表文件包含日月星历、章动、极移、地球自转等及其它一些参数设置文件。其中日月星历、章动、极移、地球自转需要依据处理日期随时更新。主要文件可简单介绍如下：

antmod.dat：天线相位中心参数文件；

rcant.dat：接收机及天线名称对照表；

gdetic.dat：各种大地坐标系参数；

ut1： 地球自转参数；

pole：极移参数；

leap.sec：跳秒表；

soltab：太阳星历；

luntab：月亮星力；

nutabl：章动参数表；

svs_exclude.dat：需要剔除的坏卫星列表；

sestbl：数据处理参数设置表；

sittbl：测站约束表；

station.info：测站信息表；

可到sopac.ucsd.edu/processing/gamit/ 更新所需表文件。

2.4数据处理控制文件的准备

GAMIT表文件中的sestbl文件提供了包括电离层改正、对流层改正、海潮改正等各种误差模型改正，针对不同的观测值和精度要求，可以使用不同的观测值组合和解算模式进行基线解算[4]。以下是相关设置。

（1）数据解算模式控制

对于GAMIT软件，利用设置“Type of Analysis”及“Choice of Experiment”参数值，可指定解算模式。其中“Type of Analysis”参数共有六种备选值分别表示参数解算叠代次数及自动剔除周跳叠代次数。而“Choice of Experiment”共有三种备选值分别表示求解形式即Baseline（仅求基线解）、Relax（同时解算轨道及基线）和Orbit（仅解算轨道）。

（2）涉及数据量选用的参数

本类参数确定数据处理时可选的数据量其中：

参数“Choice of Observable”共有六种备选值，分别表示数据处理时采用的观测值为单频、双频、无电离层观测量及是否使用伪距观测量。

参数“Elevation cutoff”指定数据处理时选用卫星的截至高度角。

参数“Decimation Factor”及“Quick-pre decimation factor”分别指定解算时数据筛选因子。

2.5测站相关文件准备

测站相关文件通常和其它表文件一起存放于tables文件夹中，包含测站概略坐标文件（lfile）及测站信息文件（station.info）及测站约束文件（sittbl）。

在GAMIT解算前，需要将测站的近似坐标添加到lfile文件中。GAMIT提供三种sh-rx2apr命令可通过单点定位或差分来解算测站的初始坐标。

测站信息文件存放测站天线高、接收机代码、天线代码、天线高量测方式及观测时间范围等。

测站约束文件有两种格式，一种包含测站先验约束和对测站是否固定两种选项。另一种则还含有对流层模型、对流层解算时段、计算截至高度角及拟合钟差多项式阶数等十多种选项。

2.6数据处理步骤

在GAMIT中，可使用makexp或sh_gamit命令解基线。本文以makexp命令为例，具体解算步骤如下：

进入工程目录，将brdc、igs和tables中的文件链接到rinex中，

进入rinex目录，执行makexp命令，根据终端上的提示输入相应的解算信息，生成测段信息文件session.info。

执行sh_sp3fit命令，生成轨道初始根数。

执行sh_check_sess命令，检查卫星一致性

执行makej命令，生成卫星钟差文件J文件

执行sh_check_sess命令，检查卫星一致性

执行makex命令，生成测站时钟K文件和观测值X文件。

执行fixdrv命令，生成批处理文件B文件

运行批处理文件，完成整个处理过程。生成四个结果文件，即H文件、O文件、Q文件和result文件。其中H文件用于进行GLOBK平差，O文件就是所得到的基线文件。

3 基线解算算例

3.1解算方案

本文选取2011年6月5日的北京（BJFS）、上海(SHAO)、昆明(KUNM)、拉萨(LHAZ)4个IGS站的观测数据进行分析处理，相关解算设置如下

Choice of Experiment = BASELINE

Choice of Observable = LC_HELP

Elevation Cutoff = 15

Number Zen = 2

Zenith Delay Estimation = Y

Radiation Model for ARC = BERNE

Inertial frame = J2000

Antenna Model = AZEL.

SV antenna model = ELEV

3.2数据解算及精度评定

表1基线解算精度统计表

均方根残差(nrms)是衡量基线解算的主要指标之一。nrms的理论值为1，但一般要求小于0.3，如果大于0.5，则说明还有残余的周跳没有剔除，还需要查看自动清除周跳的总结文件autcln.sum或者使用CVIEW进行人工剔除。本例的nrms=0.172，满足一般要求。此外，从表1可知，基线长度的相对精度均达到10-9，完全满足现行的地壳运动监测及地球动力学方面10-7的要求。故利用GAMIT进行高精度的基线解算是可行的。

4 结束语

在实际过程中，一般只是利用GAMIT解算基线，而不是直接获得测站的最终坐标。还需要利用GLOBK或其它平差软件，对其基线文件和协方差矩阵文件进行解算，才能获得最终的测站坐标和其它测站信息。

参考文献：

[1] 李征航,黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2005

[2] 葛茂荣,刘经南.PC-GAMIT 软件及其应用[J].测绘通报,1997(2).

[3] Documentation for GAMIT GPS Analysis Software Release10.2[M].Department of Earth,Atmospheric,and Planetary Sciences Massachusetts Institute of Technology, Scripps Institution of Oceanography University of Califomia at San Diego,2003.

[4] 徐杰,任超.使用GAMIT进行高精度基线向量解算的方法与实际[J].海洋测绘,2007(11).

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