GPS测量与数据处理 黄劲松 武汉大学 测绘学院.

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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 历史 存储方式 与接收机无关的数据交换格式/Receiver INdependent Exchange
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 特点 观测值 星历（导航信息） 气象数据 钟数据 … 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 命名规则 命名方法：8+3文件名 命名规则 例：wh022931.02o，wh022293.02n 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

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 文件格式说明 RINEX观测值文件的内容 文件头 文件体 RINEX版本号 文件头内容 数据类型 观测值类型 文件头标签 点名 点号
OBSERVATION DATA M (MIXED) RINEX VERSION / TYPE BLANK OR G = GPS, R = GLONASS, T = TRANSIT, M = MIXED COMMENT XXRINEXO V AIUB MAR-01 14: PGM / RUN BY / DATE EXAMPLE OF A MIXED RINEX FILE COMMENT A MARKER NAME MARKER NUMBER BILL SMITH ABC INSTITUTE OBSERVER / AGENCY X1234A XX ZZZ REC # / TYPE / VERS YY ANT # / TYPE APPROX POSITION XYZ ANTENNA: DELTA H/E/N WAVELENGTH FACT L1/2 G14 G15 G16 G17 G18 G WAVELENGTH FACT L1/2 RCV CLOCK OFFS APPL 4 P1 L1 L2 P # / TYPES OF OBSERV INTERVAL TIME OF FIRST OBS END OF HEADER G12G 9G G 9 G WAVELENGTH FACT L1/2 *** WAVELENGTH FACTOR CHANGED FOR 2 SATELLITES *** COMMENT NOW 8 SATELLITES HAVE WL FACT 1 AND 2! COMMENT COMMENT G12G 9G 6R21R 点号 接收机编号、类型、版本 天线编号、类型 近似坐标 天线偏心 文件头 缺省的波长因子 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 文件体

17 文件格式说明 RINEX星历文件的内容 文件头 文件体 某卫星某历元的星历数据 卫星PRN号 历元时刻
N: GPS NAV DATA RINEX VERSION / TYPE XXRINEXN V AIUB SEP-99 15: PGM / RUN BY / DATE EXAMPLE OF VERSION 2.10 FORMAT COMMENT .1676D D D D ION ALPHA .1208D D D D ION BETA D D DELTA-UTC: A0,A1,T,W LEAP SECONDS END OF HEADER D D D+00 D D D D+00 D D D D+04 D D D D-07 D D D D-08 D D D D+00 D D D D+02 D D+00 D D D+00 D D D D+01 D D D D+04 D D D D-07 D D D D-08 D D D D+00 D D D D+03 D D+00 文件头 某卫星某历元的星历数据 卫星PRN号 历元时刻 文件体

18 文件格式说明 RINEX气象数据文件的内容 文件头 文件体 气象数据类型数及排列顺序 一个历元的数据记录
METEOROLOGICAL DATA RINEX VERSION / TYPE XXRINEXM V AIUB APR-96 00: PGM / RUN BY / DATE EXAMPLE OF A MET DATA FILE COMMENT A MARKER NAME 3 PR TD HR # / TYPES OF OBSERV PAROSCIENTIFIC B PR SENSOR MOD/TYPE/ACC HAENNI TD SENSOR MOD/TYPE/ACC ROTRONIC I-240W HR SENSOR MOD/TYPE/ACC PR SENSOR POS XYZ/H END OF HEADER 文件头 一个历元的数据记录 文件体

19 2. SP3格式

20 概述 定义 历史 Standard Product #3 一种精密星历格式，IGS精密星历采用此格式
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 内容 特点 ASCII 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））
提供精密星历

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

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 文件格式说明 内容 文件头 文件体 文件类型说明符：“P”或“V” 首历元的时刻 总历元数 所采用数据的类型 坐标参照系 轨道类型 发布机构
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 内容 卫星总数 卫星列表 (PRN列表) #aP ORBIT IGS97 HLM IGS ## %c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc %f %i /* 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 * P P P P P P P 卫星轨道数据的精度 文件头 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 文件体

25 文件格式说明 P型文件 #aP1994 12 17 0 0 0.00000000 96 d ITR92 FIT NGS
## %c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc %f %i /* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC * P P P P * P P P * P P

26 文件格式说明 V型文件 #AV1994 12 17 0 0 0.00000000 96 D ITR92 FIT NGS
## %c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc %f %i /* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC * P V P V P V * P V P V

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