基于DSP的GPS定位解算算法研究与实现
陈飞虎
【摘 要】随着GPS测量技术的发展，教学、科研及相关测量事业对GPS测量的精度提出了更高的要求，GPS高精度解算软件也越来越受到重视和发展。本文利用BERNESE软件进行高精度GPS的定位解算，得到软件对高精度GPS解算软件解算流程、注意事项、解算原理等问题，并且得到高精度的解算值。
【关键词】高精度；BERNESE软件；解算
GPS技术发展迅速，如今已深入到了生活的很多方面 [1]。随着社会的发展，对GPS测量的精度提出了更高的要求，于是GPS数据的精密处理技术也有了更高的要求。
目前世界上有4个广泛用于科研及其生产实际的高精GPS数据处理软件，分别是： GAMIT软件、 GIPSY软件、BERNESE软件、EPOS软件[2]。其中比较常用的两个为BERNESE软件和GAMIT软件。本文利用IGS网中8个GPS跟踪站的数据，应用BERNESE软件对其进行解算，进而得到软件对高精度GPS解算软件解算流程、注意事项、解算原理等问题，得到高精度的解算值。
1 BERNESE软件概述
BERNESE软件是瑞士伯尔尼大学人文研究所研究开发的高精度GPS数据处理软件， 该软件同时还能处理GLONASS ， SLR数据[3]。BERNESE软件功能主要有：估计卫星状态矢量（卫星的坐标和速度），即可进行精密定轨；估计地球自转参数；估计太阳光压参数；利用非差进行精密单点定位和星钟及站钟参数估计；进行大气和气象应用和研究，估计对流层天顶延迟；同时处理GPS数据和GLONASS数据，还可以处理SLR数据；进行Y方向偏差估计；测站坐标的确定等。BERNESE软件以最稳定的测站作主差，可以单独进行精密轨道的生成并可以转化成标准轨道 ，可以估计9个太阳光压参数、 估计对流层天顶延迟 ，可以处理GPS数据、GLONASS 数据、GPS 和GLONASS 混合数据、SLR数据[4]。
2 BERNESE软件解算步骤
2.1 数据介绍
BERNESE软件示例项目中的数据为IGS网中8个GPS跟踪站的数据。 其中有三个站（MATE， ONSA， VILL）是IGS的核心站。相邻测站间距离在300和1200公里之间，但是有两个测站相距非常近（ZIMM和ZIMJ都位于Zimmer Wald，相距14m）。
每个测站有四天的数据。分别是2015年年积日为143和144的两天，2016年年积日为138和139的两天。
2.2 项目设置
在BERNESE软件中，通过项目（campaign）来管理所有的数据。每个项目都有自己的目录和子目录，子目录存放着跟项目有关的不同类型数据。除此之外，还有一个${X}/GEN目录，下面存放的数据对于所有的项目是共有的。
在开始处理数据之前，先设置好项目，包括定义项目，创建项目子目录，相关数据需拷贝进子目录，然后设定好跟项目有关的基本信息等等。
2.3 输入观测数据
设置好项目和准备好需要的文件后，第一步计算就是将观测数据由RINEX格式转换为Bernese二进制格式。程序会在目录${P}/INTRO/RAW中生成结果输出文件RXO02143.OUT，文件里输出了很多信息，最主要的就是检查每个数据文件转换后的历元数从而判断格式转换是否正确完成了。
2.4 生成轨道数据文件
在计算轨道时，除了需要精密星历文件外，还需要相应的地球自转参数文件。IGS服务组织提供了以天为单位的星历和以周为单位的地球自转参数。利用BERNESE软件计算时，需要先将IERS/IGS标准格式的地球自转参数文件。
在ORBGEN输出结果文件中，最重要的信息就是每颗卫星的RMS值。如果计算时使用的精密星历和地球自转参数是协调一致的，它们应该不超过1～2厘米。实际上，RMS值跟使用的星历精度，星历和EOP信息的一致性，计算时选用的轨道模型都有关系。
2.5 数据预处理
2.5.1 接收机钟同步
数据预处理的第一个程序是CODSPP，它的主要任务是计算接收机钟差改正，同时，CODSPP还可以用伪距观测值估计坐标。
2.5.2 生成基线
第二个程序是SNGDIF，通过它从而创建单差文件。需注意的是，在BERNESE软件中，除非手工选择生成基线，由软件根据一定原则自动生成的单差基线相互间都是独立的。我们选择以观测数最多（OBS-MAX）为原则来生成单差相位观测值文件。SNGDIF的输出结果会列出所有的非差文件以及创建的单差文件。
2.5.3 基线预处理
第三个程序是MAUPRP，它的主要任务是周跳探测与修复。MAUPRP的输出结果有很多信息，最重要的一条是应查看三差解的结果。
2.6 参数估计
2.6.1 初始基线解
程序GPSEST的主要任务就是求基线的最小二乘解。不过最好的方式是，先对整个时段使用GPSEST求得一个初始解，也就是常说的整周模糊度浮动解。虽然不把这个解当作最终的结果，但是可以通过分析解的残差以检查数据质量，剔除粗差观测值。在GPSEST的输出结果中，会回顾所有选择的参数，对输入数据作简单统计，并给出参数估计结果。最重要的信息就是验后RMS值。
2.6.2 剔除粗差观测值
根据得到的二进制残差文件，利用程序RESRMS对残差作一个自动处理。RESRMS会对数据进行质量过滤，生成很重要的一个文件——编辑信息文件，然后再根据这个文件利用程序SATMRK将粗差观测值标记出来。
2.6.3 求浮动解
当剔除了粗差观测值后，我们可以先使用消去电离层影响的观测值（L3）先产生一个整周模糊度浮动解。
2.6.4 确定整周模糊度
接下来我们使用QIF方法来对每条基线求解其整周模糊度。一般是每条基线运行GPSEST一次，因为在每条基线的解算过程中，要求解的参数特别多。
2.6.5 基线最终解
当对所有基线进行了整周模糊度解算这一步后，接下来使用GPSEST对整个时段求基线最终解，并生成法方程文件。
2.7 多时段综合解
对年积日为144的时段，按照前面的解算过程都运行了一遍之后，在目录中将相应得到2个法方程文件：FIX02143.NQ0，FIX02144.NQ0利用这四个时段的法方程，使用程序ADDNEQ2可以先对2016年的两个时段解求出一个最终解。
3 结束语
BERNESE软件作为高精度GPS的解算软件，特别适用于科研机构进行科学研究，高校进行教学工作和各测量相关单位实施高精度GPS测量， 处理GPS连续跟踪运行网数据等。这个软件的连续性比较强，如果中间的某一步出现了错误，那么接下来的步骤将无法进行。另外，该软件对于数据的要求比较高，一些不合格的数据将无法导入。如果项目里的数据格式不是很规范或者文件头信息和测站信息文件不是很吻合，程序会出现警告甚至错误信息。在进行基线解算时，一般是每条基线运行GPSEST一次，因为在每条基线的解算过程中，要求解的參数特别多。如果是整个时段所有基线一起解算，那么对机器的CPU和内存则要求很高。
【参考文献】
[1]徐绍铨，张华海，杨志强，等.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2001.
[2]郭英.基于BERNESE V4.2软件的GPS 动态定位研究[D].青岛：山东科技大学硕士论文，2004.
[3]周利，匡翠林.Bernese高精度GPS数据处理软件介绍及其应用实例[J].测绘与空间地理信息，2007，30（5）：110-116.
[5]陈宪东. GPS精密定位软件的设计与开发[D].西安科技大学，2007.
[责任编辑：张涛]
