用Bernese软件进行客运专线GPS控制网长基线解算

董洪波

Bernese软件是由瑞士伯尔尼大学天文研究所研究开发的GNSS数据(包括 GLONASS数据、GPS数据、SLR数据)处理软件。1999年11月发布的版本4.2增加了处理GLONASS数据、SLR数据的功能并更新了法方程平差结算模块(ADDNEQ)。2004年12月推出的5.0版本，其界面更加友好，模块条理更为清晰，并且对非差模型作了较大改动，更新了BPE模块，使其精度更高。Bernese GPS软件既采用双差模型，也采用非差模型，所以它既可用非差方法进行单点定位，又可用双差方法进行整网平差。

1 Bernese解算长基线常见的误差

1)与卫星有关的误差:卫星轨道误差、卫星钟差、相位缠绕改正、相对论效应等，采用精密星历，同步观测值求差，制造卫星钟时预先把频率减小约0.004 57 Hz可以有效解决。2)与信号传播有关的误差:电离层延迟误差、对流层延迟误差、多路径效应等，采用双频观测值和电离层模型、对流层模型并引入附加代估参数可以有效解决。3)与接收机有关的误差:接收机钟误差、接收机位置误差、天线相位中心位置偏差。4)其他误差:地球自转的影响、地球潮汐改正，引入参数改正文件可以有效解决。

2 Bernese软件的程序结构

Bernese软件主要包括手工处理部分和批处理部分(BPE)部分，手工处理部分分为5个部分的内容，分别为:格式转换部分(Transfer/Conversion Part)、轨道部分(Orbit Part)、数据处理部分(Processing Part)、模拟部分(Simulation Part)和常用工具部分(Service Part)。

3 Bernese软件的数据处理步骤

具体步骤如图1所示。

1)数据文件的准备。包括准备观测文件、星历文件，以及更新数据处理所需的表文件。具体包括:原始观测文件Rinex、大地基准面文件(DATUM)、相位中心改正表(PHASE.01)、地球重力场模型(JGM3./GEMq3.)、极偏差系数文件(POLOFF.)、卫星参数(SATELLIT.TT T)、常数(CONST.)、接收机信息文件(RECEIVER.)、天线定义文件(.TRN)、地球自转参数信息文件(C4_2009.ERP)、跳秒文件(GPSUTC)、卫星问题文件(SAT_2009.CRX)、测站问题文件(STACRUX.)、测站文件(.CRD)、测站名转化表文件(.STA)、精密星历文件(.SP3)。

2)项目设置。通过项目(campaign)来管理所有数据，在开始处理数据之前，必须先设置好项目，包括定义项目、创建项目目录，相关数据需拷贝进子目录，然后设定好与项目相关的基本信息等。

3)时段定义。时段是覆盖所有需要被计算的观测数据的某个时间间隔段，一个项目存在一个或多个时段。由于Bernese软件使用的是按时段进行计算的方法，必须在每个项目中定义时段信息表。只有在时段信息表中定义的时段才能被使用，每个时段被定义为在时间间隔上单独分开，彼此间不重合。

4)观测数据的转化。首先进行Rinex数据的平滑，将观测数据.09o的格式转换成.SM T格式;然后把RINEX格式的数据转化成Bernese二进制格式文件，目的为加速数据读取速率。观测文件转换成Bernese格式有如下4种格式，它们分别为:*.PZH(相位非差头文件)*.PZO(相位非差观测文件)*.CZH(码非差头文件)*.CZO(码非差观测文件)，在原始文件由Rinex格式转换成Bernese格式过程中，有时会出错，认为该接收机类型与PHASE.O1文件不匹配，造成转换不成功。其主要问题是Rinex格式的原始文件中可能存在非法字符，该问题通常可以通过检查原始文件是否有非法字符或用数据管理软件TEQC使其标准化。

5)生成轨道数据文件。其又称为卫星轨道标准化，在计算卫星轨道时，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。Bernese软件在轨道部分有两个主要程序，第一个程序为PRETAB，其主要工作是把精密星历由地球参考框架转换为天球参考框架，同时该程序也提取卫星的钟差，生成一个轨道列表文件(.TAB)。第二个程序为卫星轨道标准化，其工作利用之前生成的.TAB文件里的卫星位置作为伪观测值对轨道作一次最小二乘平差，由轨道表文件产生弧段的标准轨道。通常会对每一个时段(通常为1 d)产生一个标准轨道文件。

6)数据预处理。第一步实现接收机钟同步，计算接收机时钟差改正量δk的程序是CODSPP。得到的时钟改正量储存在相位和伪距观测文件中。输出文件提供后验均方根误差值 RMS，RMS作为观测值的一个指标，在有SA效应时约为20 m～30 m，在没有 SA效应时约为 3 m;第二步形成基线文件，程序是SNGDIF，根据选定的准则在整个处理网中形成独立的基线单差文件，选用最大观测值准则(OBSMAX)，即两测站间共同观测量为最多者组成基线，也可用人工方式或其他标准来定义基线;第三步基线预处理，程序是MAUPRP，主要任务是周跳探测与修复。MAUPRP的输出结果有很多信息，最重要的应查看三差解的结果，成功的基线预处理RMS值应小于2 cm。

7)参数估计:基线解算。a.对流层建模，程序用GPSEST主要任务求解基线的最小二乘解，不过最好的方式是先对整个时段使用的GPSEST求得一个初始解，也就是我们常说的整周模糊度，通过分析解算的残差以检查数据质量，剔除粗差观测值，产生一个整周模糊度浮动解;b.确定整周模糊度，程序仍用GPSEST，一般采用QIF(Quasi-Ionosphere-Free)方式求解模糊度，并且忽略基线的相关性，逐条基线求解的方式;c.基线最终解，程序仍用GPSEST，当对所有基线进行了整周模糊度解算后，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;d.利用几个时段的法方程，使用程序ADDNEQ，将所得各时段的全部基线解算作为伪观测值再进行平差，以求得更精确的参数解。

4 应用实例

对杭长客运专线7个控制点进行了4次观测，每次观测6 h。GPS解算选择了WHUN(武汉)、SHAO(上海)作为已知点进行解算，其中WHUN(武汉)作为参考站。解算得到的各点坐标中标准差 1.5 mm≤σ≤2.1 mm，这完全满足GPS B级网的精度要求。控制点解算结果如表1所示。

表1 控制点解算结果表

5 结语

Bernese软件作为高精度、高要求、高灵活的GPS定位解算软件，既能进行精密单点定位又能进行基线解算，具有准确的数学模型、详细的计算过程和参数控制、强大的自动化批处理、国际标准适应性、模块化设计等特点，对于铁路客运专线基础控制网的长基线解算来说，具有运算快、成果可靠的特点。

[1] 肖永飞.郑西客运专线无碴轨道精密控制网测量方案[J].山西建筑，2008，34(24):354-355.