GAMIT使用手册.doc

GAMIT/GLOBK软件使用手册
一 软解介绍
GAMIT软件最初由美国麻省理工学院研制, 后与美国SCRIPPS海洋研究所共同开发改进。该软件是世界上最优秀的GSP定位和定轨软件之一, 采用精密星历和高精度起算点时, 其解算长基线的相对精度能达到10-9量级, 解算短基线的精度能优于1mm, 特点是运算速度快、版木更新周期短以及在精度许可范围内自动化处理程度高等, 因此应用相当广泛。
GAMIT软件由许多不同功能的模块组成, 这些模块可以独立地运行。按其功能可分成两个部分: 数据准备和数据处理。此外, 该软件还带有功能强大的shell程序。
目前，比较著名的GPS数据处理软件主要有美国麻省理工学院（MIT）和海洋研究所（SIO）联合研制的GAMIT/GLOBK软件、瑞士伯尔尼大学研制的BERNESE软件、美国喷气推进实验室（JPL）研制的GIPSY软件等。GAMIT/GLOBK和BERNESE软件采用相位双差数据作为基本解算数据，GIPSY软件采用非差相位数据作为基本解算数据，在精度方面，三个软件没有明显的差异，都可得到厘米级的点位坐标精度。相比较而言，GIPSY软件为美国军方研制的软件，国内只能得到它的执行程序，在国内，它的用户并不多，BERNESE软件需要购买，它的用户稍微多一点，GAMIT/GLOBK软件接近于自由软件，在国内拥有大量用户。
GLOBK软件核心思想是卡尔曼滤波（卡尔曼滤波理论是一种对动态系统进行数据处理的有效方法, 它利用观测向量来估计随时间不断变化的状态向量），其主要目的是综合处理多元测量数据。GLOBK的主要输人是经GAMIT处理后的h-file和近似坐标, 当然,它亦己成功地应用于综合处理其它的GPS软件（如Bernese和GIPSY）产生的数据以及其它大地测量和SLR观测数据。GLOBK的主要输出有测站坐标的时间序列、测站平均坐标、测站速度和多时段轨道参数，GLOBK可以有效地检验不同约束条件下的影响, 因为单时段分析使用了非常宽松的约束条件，所以在GLOBK中就可以对任一参数强化约束。
GAMIT/GLOBK和BERNESE采用双差作为数据分析的基本观测量，它们的缺陷是不能直接解算钟差参数，只能给出测站的基线结果，除测站坐标参数之外，这些软件还可以解算的参数有：卫星轨道参数、卫星天线偏差、光压参数、地球自转参数、地球质量中心变化、测站对流层延迟参数、电离层改正参数等，这使这些软件的应用从大地测量学已逐渐延伸到地球动力学、卫星动力学、气象学以及地球物理学等领域，并取得了很多成果。
GAMIT软件的运行平台是UNIX操作系统，目前，它可在Sun、HP、IBM/RISC、DEC、LINUX等基于intel处理器的工作站上运行。软件可处理的最大测站和卫星数目可在编译时设定。它的基本输出文件是H-文件，可作为GLOBK软件的输入文件，进而估计测站坐标与速度、卫星轨道参数和地球定向参数。数据处理前，用户需准备所需要的文件，如测站先验坐标文件（L-文件和vg-in文件）、广播星历文件、观测数据文件以及其他辅助文件等。GAMIT每个时段观测数据要求的周期最长为1个UTC天，即从UTC的0点到24点（北京时间8:00~24:00），原则上不要跨天作业。
GAMIT软件的组成结构见图1.1，它由不同功能模块组成，主要包括数据准备、生成参考轨道、计算残差和偏导数、周跳检测与修复、最小二乘平差等模块，这些模块即可以单独运行，也可以用批处理命令联在一起运行，最大限度地减少人为操作，提高运算效率。软件的执行程序放在/com、/kf/bin和/gamit/bin三个目录下。
图1.1 GAMIT/GLOBK软件组成结构图
二 批处理实例
确认GAMIT/GLOBK软件安装成功之后，为了能正确处理数据和绘图，还需要做两件事情。第一，更新表文件。在ftp服务器上下载最新的tables表文件（ftp://garner.ucsd.edu/pub/gamit/tables/），然后复制到安装目录下的tables中，遇到相同文件选择覆盖即可；第二，安装并配置好绘图工具GMT（The Generic Mapping Tools）。
下面的实例中，处理的数据为2010年第56到60共5天的3个IGS站（BJFS、和WUHN、KUNM）和2个待求站（chdu、pixi）的数据。

一、处理前的准备
1、在主文件夹内新建test项目文件夹，项目内新建brdc、igs、rinex三个文件夹，分别存放当天的广播星历、精密星历和观测值文件。
注意：如果文件采用.z压缩格式，则应当使用gunzip命令进行解压；如果解压出的观测值文件仍采用.d的压缩格式，则应使用crx2rnx命令将其转化为.o的标准RINEX格式（sh_crx2rnx -f *.*d可用于.d到.o文件的批量转换）。
2、终端进入test项目文件夹内链接tables，运行：
   sh_setup -yr 2010
3、生成station.info文件。将test/tables下的station.info文件拷贝到rinex文件夹下，打开并编辑，仅保留以#或*开头的前几行，保存并关闭。
打开终端并进入rinex文件夹，运行
   sh_upd_stnfo -files *.10o
运行成功以后station.info文件便存放了此项目内的开始、结束时间，站名和接收机、天线类型等信息。
4、建立lfile.文件。lfile.是测站的先验坐标文件。打开终端并进入rinex文件夹，用批处理的方式生成lfile.文件可以分为三步：
a）提取观测值.o文件的先验XYZ坐标
   grep POSITION *.10o > lfile.rnx
b）将.rnx文件转化为.apr文件
   rx2apr lfile.rnx 2010 056
c）由.apr文件生成lfile.文件
   gapr_to_l lfile.rnx.apr lfile. 2010 056
将station.info和lfile.两个文件拷贝到test/tables文件夹，覆盖原文件。
5、sestbl.的配置。test/tables下的sestbl.文件是测段分析策略文件，该文件内部有详细的说明。一般来说采用默认配置即可，通常需要修改的三个地方是：
   Choiceof Experiment       选择处理方式
   Choice of Observable      选择观测值类型和模糊度解算
   Use otl.grid              选择是否使用潮汐文件
对于Choice of Experiment，选择BASELINE时将固定轨道并在GAMIT处理中和输出h-文件时忽略轨道参数；选择RELAX时将采用松弛解，合并全球IGS h-文件时需要。要想点位置精度高用RELAX；若目的是求基线后面平差则用BASELINE。在此实例中采用默认的BASELINE。
对于Choice of Observable，选择LC_AUTCLN为采用宽巷模糊度值并用伪距在autcln中解算；对于小于几公里的基线，用L1和L2独立载波相位观测值（L1,L2_INDEPENDENT）或者仅用LI（L1_ONLY），相比用无电离层组合（LC_HELP）可以减少噪声水平。
对于Use otl.grid，由于这里已在ftp上更新tables，有了最新的otl.grid文件，所以这里选择Y。
6、sittbl.的配置。test/tables下的sittbl.文件对各个测站的先验坐标（或钟差、大气模型等）进行约束。对高精度的已知坐标采取强约束，而对待求点采用松弛约束。如IGS站的坐标分量约束在较小的1～75px，对未知点的约束可以到5～10m。
7、sites.defaults和process.defaults的配置。
sites.defaults文件用来控制需要参与解算的测站。在文档末尾可以根据提示编辑，来给定那些不参与解算的测站或是测站的某些天。
process.defaults文件用来控制处理过程中的很多细节，比如sampling interval, number of epochs, start time for processing，default globk .apr file等等，根据需求和提示进行编辑。
在这里均使用它们的默认值。
二、利用GAMIT解算基线
用终端进入test的项目文件夹，输入批处理命令进行解算：  
   sh_gamit -expt test -s 2010 056 060 -noftp -dopt D ao c x >& sh_gamit.log
参数说明：
   -expt：指定四个字符的项目名称
   -d：指定需要处理的指定日期，例如-d 2010 56 60，指的是处理2010年第56和60天。
   -s：指定需要处理的时间序列，例如-s 2010 56 60，指的是处理2010年第56到60天。
   -orbit：卫星轨道类型。
   -yrext：给日目录前添加年前缀，例如2010_006。
   -noftp：处理过程中不连接ftp下载数据。
   -copt：数据处理完成后待压缩的文件类型，例如-copt o q m k x。
   -dopt：数据处理完成后待删除的文件类型，例如-dopt D ao c x。
结果文件将存放在名称为年积日的文件夹内，此例中，可供参考的结果文件为：
   sh_gamit_2010_006.summary        解算总结
   qtesta.006                       解算记录
   otesta.006                       解算记录的简略版，一般关注此文件
   htesta.10006                     协防差矩阵、参数平差值
在上述文件中，可根据描述来判断解算结果是否符合相应的需求。其中，基线解算结果（O文件，即这里的otesta.006）中的postfit_nrms项优于0.3左右时最佳；如果大于1.0,则表示此解存在问题。
三、利用GLOBK进行平差处理
用终端进入test的项目文件夹内，运行：
   sh_glred -expt test -s 2010 050 2010 065 -yrext -opt H G E >& sh_glred.log
参数说明：
   H：运行htoglb，把文件转换为二进制文件
   G：运行glred，合并文件
   E：绘图
运行成功后，进入gslon文件夹，以psbase开头的文件即为各个站三维坐标时间序列的图形表示。
用终端进入gsoln目录下，依次运行：
   ls../glbf/h*glx > test.gdl
   glred6 globk_comb.prt globk_comb.log test.gdl globk_comb.cmd
生成的globk_comb.org文件中就包含了解算点的三维坐标和相关参数。
至此，利用GAMIT-GLOBK解算GPS基线并进行平差的实例叙述完毕。
三 分布处理实例
1. 在桌面上新建一个test的文件夹，在test中新建 名称为 brdc（广播星历）、igs（存放精密星历）、rinex（下载的观测值文件和自己要解算的观测值文件）。
2. 用doy在test的终端里测试，比如输入：doy 2013 02 01 查看要解算的是GPS第几周，第几天，以便下载数据用。

3. 在终端输入gftp，下载相关的文件，一定要选对自己解算需要的数据。一般下载*.d.z文件（比较小，好下载）。下载完所需要的数据后，要解压 ：语句：gunzip*.Z
4. 新建一个文件夹，比如：名字为032，把要解算的测站o文件和n文件，以及精密星历文件放进来。把032和test进行如下链接。

5. 打开rinex文件，输入下面的语句，会产生一个lfile.rnx文件：

查看lfile.rnx文件中各点的坐标是否正确：不能出现坐标值为0。

6. 输入rx2apr lfile.rnx 2013 032,会多出来一个名为：lfile.rnx.apr的文件，
接着输入：gapr_l lfile.rnx.apr lfile. “’ 2013 032 生成一个用纬度和精度来表示点的坐标的文件（lfile.）,并把它复制到tables文件夹。
7. 在tables文件夹中新建一个文件 sitelist，在里面输入参考站点的名称，每行的第一列是空格，从第二行开始输。

8. 在tabie文件夹启动一个终端，输入：sh_upd_stnfo -l sitelist 。

9. 会生成一个station.info.new文件，把它给成station.info 保存后，再输入：
sh_upd_stnfo -files ../rinex/*13o
10. 在032文件中查看station.info的链接是否正确，然后做一个l文件的链接，打开终端输入： ln -s ../tables/lfile ../ 到此准备工作完成。
11. 在032文件打开终端，输入：makexp 然后按照以下输入。

12. 按照提示输入：历元间隔这里是30s，开始时间，如果从00 00开始一天正好是2880个历元。

精密星历
13 接下来按照提示输入：sh_sp3fit -f igs 17255.sp3 o igsf t 利用 sp3 精密星历生成 g 文件（上面已经下载好了） ，并且同时生产 t-和 u-文件

14. sh_check_sess –sess 32 –type gfile -file gigsf3.032
下载的导航文件的名称
3指的是年的最后一位数字，032是新建的文件名称
检查 g-文件
15. makej auto0320.13n jauto3.032 利用导航文件生成 j-文件

16. sh_check_sess –sess 32 –type jfile –file jauto3.032
检查 j-文件

17. makex test.makex.batch 生产 x-文件
建立的文件名称

18. fixdrv dtest3.032 生成批处理文件
19. csh btest3.bat 执行批处理脚本，得到 q-文件，即解算结果。

四 精度评估
（1）GPS常用评价站坐标精度的指标是多时段基线重复性和多时段坐标重复性。
基线重复性计算模型：
（5.1）
上式中为观测时段，为基线s的重复性统计值，为第时段基线s的中误差，为第时段基线解算结果，为总的时段数为基线结果的加权平均值。有
（5.2）
基线结果的评价还以基线长度与误差的关系来衡量，有两种形式：
（5.3）
（5.4）
这里的a、b、c、d四个参数可以根据基线长度和它的重复性统计值拟合出来。也有以基线的三个分量分别检验它的重复性的，这三个分量是南北分量、东西分量和高程分量。计算公式与基线重复性的公式（5.1）相同，只是用基线分量代替基线长度而已。
坐标分量重复性计算模型也与（5.1）相同，只是用坐标分量和坐标分量中误差代替基线长度和基线长度中误差计算而已。
（2）通过天空图评定精度
如上图：同一个地点在各个的时间段有高残差预示着存在多路径效应。

如上图：同一个地点在特定的时间段有高残差预示着存在水波折射。
（3）通过相位与高度角评定精度

如上图，错误：整体趋势线在有的高角度离开蓝色线，表明错误引用了天线相位模型，或卫星信号受到了电磁干扰。

如上图，正常情况下：红色整体趋势线平顺，在蓝色线上下均匀波动。
（4）查看qexpta文件：qexpta.doy-Adjust

正常Adjust 不等于0，若等于0，则该测点未参与计算。
（5）通过基线标准差、相关系数评定精度

正常NE < 1cm ,U<2cm，如果N E U > 3cm ,则数据质量有问题。
（6）通过qexpta.doy-nrms评定精度

标准均方根nrms解算结果为0.25左右；
若是nrms大于0.5，表明处理结果是有问题的（例如：周跳没有修复；测站的起算点坐标有问题等）；
若是nrms小于0.5，则认为成功解算，否则需要检查原因，重新处理。