Bernese软件简介.pdf-资料库

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§7.2 Bernese软件简介 §7.2.1 发展历史 Bernese软件是由瑞士伯尔尼大学天文研究所研究开发的GNSS数据处理软件(包括GPS数据、GLONASS数据、SLR数据)。自1988年3月推出成熟版本3.0，1988年至1995年陆续发布从3.1 到3.5的升级版。1996年9月发布的新版本4.0，开始具有批处理模块BPE，尤其适合于大批量大范围GPS跟踪站阵列和网的自动化和高效的数据处理。1999年11月发布的版本4.2，主要增加了处理GLONASS数据、SLR数据的功能和更新了法方程平差解算模块(ADDNEQ)。2004年4月发布新一代版本5.0（这一版本目前更新到最新版本号为5.5），内嵌了新的用户友好的图形界面,操作使用更方便。同时更新了BPE模块和完善了其它许多模块的功能。 §7.2.2 软件的主要功能和特点 Bernese软件作为一款能满足高要求、高精度、高灵活性的GNSS数据后处理软件，从开发至今，一直保持了自己传统的特色：准确的数学模型、详细的计算过程参数控制、强大的自动化批处理、国际标准适应性、模块化设计带来的内在灵活性等。 Bernese软件面向的主要用户有：  大学和研究所的教育、科研人员  进行高精度GNSS测量的测绘机构  负责维持永久GPS跟踪站观测网的机构  工程项目要求高精度、高可靠性、高效率的商业用户 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。下面是V5.0版本的主要功能和适用领域:  小型单/双频仪器观测的GPS网的快速数据处理  永久GPS跟踪站观测网的自动处理  超大数量接收机组成的观测网的数据处理  混合不同类型接收机的观测网和需要考虑接收机和卫星天线的相位中心参数变化  同时处理GPS 数据和GLONASS 数据,还可以处理SLR 数据;  长距离基线的模糊度解算（2000公里或更远距离）  获得最小约束的网平差解  估计对流层天顶延迟,进行大气和气象应用和研究;  站钟及星钟参数估计和时间传递;  精密定轨和估计地球自转参数; §7.2.3 程序结构和主要内容根据操作系统的不同,Bernese软件又可分为PC/DOS、UNIX/LINUX和VAX/VMS三种版本。整个Bernese软件大约由100多个由下拉菜单驱动的数据处理程序组成,包括1200多个模块和子程序,源代码有300 000行左右。程序语言是用FORTRAN 77,FORTRAN 90编写。软件结构和流程图 Bernese软件主要包括手工处理部分和批处理(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（Simulation Part）。软件结构流程图见图7-2-1 。 1

图7-2-1 BERNESE 5.0软件运行流程图 Fig.7-2-1 BERNESE 5.0 flow chart 格式转换部分：Transfer Part – "Menu>RINEX" and Conversion Part – "Menu>Conversion" 格式转换部分主要是将原始观测文件、导航文件和气象文件由RINEX格式转换成BERNESE 格式的码观测和相位观测、BERNESE广播文件和BERNESE气象文件；同时从某些文件中提取计算所需要的外部信息，例如从SINEX格式文件中提取ITRF下的坐标、速度等信息。其中还包括对RINEX格式的数据文件进行分割、合并等操作。轨道部分：Orbit Part – "Menu>Orbits/EOP" 该部分的源代码与其他部分相对独立,主要任务是生成标准轨道、轨道更新、生成精密轨道、轨道的比较等；BERNESE软件中轨道由15 个参数描述,分别为初始时刻的6 个轨道根数和9 个光压模型参数,其详细说明见文献[4 ] 。对地球自转参数的相关处理工具也包括在其中。数据处理部分：Processing Part – "Menu>Processing" 此部分包括码处理(单点定位)、单/双频码和相位预处理、对GPS和GLONASS观测值进行初始坐标的参数估计(程序GPSEST)和基于法方程系统的进一步坐标参数估计(程序ADDNEQ 和ADDNEQ2)。其中，预处理则包括:坏的观测值的标记、周跳的探测与修复、粗差的删除和观测文件相位模糊度的更新；而程序GPSEST和程序ADDNEQ 、ADDNEQ2部分则是BERNESE数据处理整个过程的核心。模拟部分：Simulation Part – "Menu>Service>_Generate simulated observation data" 根据统计信息(给出观测值的RMS、偏差和周跳等) 生成模拟的GPS观测和GLONASS 观测 2

文件或者GPS/ GLONASS 混合观测文件。需要一个ASCII 编辑器先准备好GPSSIMI. INP、 GPSSIMN. INP 和GPSSIMF. INP等文件,然后通过菜单操作生成模拟观测,包括码观测、相位观测和气象观测文件。常用工具部分：Service Part – "Menu>Service" 是常用工具的集合：主要有编辑和浏览BERNESE格式的二进制数据文件、坐标值的比较、残差显示等。还包括文件格式从二进制到ASCII的转换的一系列工具。批处理(BPE)部分：Bernese Processing Engine ("Menu>BPE") BPE是一个凌驾于前面手工处理部分中各个程序之上的工具，特别适合于建立自动化的处理过程，例如象永久网的日常数据分析等。我们只需要一次建立好处理策略，从对RINEX 格式的数据处理到最后的结果的所有中间程序，然后让它执行就可以。甚至有可能可以在不同的计算机上运行并行的数据处理。 §7.2.4 软件界面介绍 Bernese软件在新一代版本5.0中，采用了新的跟当前windows环境下常用软件一致的图形界面，相比以前的界面，用户使用操作更友好、方便、简单、快捷。软件界面见图7-2-2。菜单栏状态栏软件窗口标题栏输入参数面板窗口命令按钮栏图7-2-2 Bernese V5.0版软件界面说明图 §7.2.5 数据处理流程概述 Bernese GPS 软件有双差处理和非差处理两种方式,下面的表7-2-1和表7-2-2给出了使用Bernese软件V5.0版本进行双差处理和非差处理两种分析方法的主要计算步骤。表7-2-1 使用Bernese软件V5.0版本进行双差处理的主要计算步骤步骤标号计算过程简介 1 2 3 传输、拷贝数据至项目中使用批处理PPP得到未知点的初始坐标、速度（如果需要）使用的程序 ftp BPE(PPP.PCF) 将数据转换为Bernese格式 RXOBV3 3

4 5 6 7 8 9 轨道计算数据预处理过程得到第一次基线解求解整周未知数解算得到基线解法方程文件基于法方程解得多时段解 POLUPD,PRETAB,ORBGEN CODSPP,SNGDIF,MAUPRP, GPSEST,RESRMS,SATMRK GPSEST GPSEST GPSEST ADDNEQ2 表7-2-2 使用Bernese软件V5.0版本进行非差处理的主要计算步骤步骤标号计算过程简介 1 2 3 4 5 6 7 8 传输、拷贝数据至项目中使用批处理PPP得到未知点的初始坐标、速度（如果需要）数据预处理1 将数据转换为Bernese格式轨道计算数据预处理2 解算得到基线解法方程文件基于法方程解得多时段解使用的程序 ftp BPE(PPP.PCF) RNXSMT RXOBV3 POLUPD,PRETAB,ORBGEN CODSPP,GPSEST,RESRMS, SATMRK GPSEST ADDNEQ2 限于篇幅，下面结合Bernese软件V5.0版本和它自带的示例项目数据，介绍双差处理方式的具体过程。 §7.2.6 BERNESE软件数据处理 §7.2.6.1 示例数据简介 Bernese软件中的示例项目中的数据为欧洲IGS网中8个GPS跟踪站的数据。测站位置见图7-2-3。其中有三个站(MATE, ONSA, VILL)是IGS的核心站。它们是包括在参与ITRF2000框架具体实现的95 个IGS跟踪站中的。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 Zimmerwald，相距14m）。每个测站有四天的数据。分别是 2002年年积日为143和144的两天， 2003年年积日为138和139的两天。每个测站的相关信息见表7-2-3。图7-2-3 示例项目测站位置分布图 4

表7-2-3 示例数据中测站相关信息测站名所在地接收机、天线类型天线高 §7.2.6.2 项目设置在Bernese软件中，我们是通过项目（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${X}/GEN 目录，下面存放的数据对于所有的项目是共有的。在开始处理数据之前，必须先设置好项目，包括定义项目，创建项目目录，相关数据需拷贝进子目录，然后设定好跟项目有关的基本信息等等。（一）创建新的项目首先在"Menu>Campaign>Edit list of campaigns"定义新项目的名字，包括新项目所在目录的路径。将新项目的名字（例如，示例项目名${P}/INTRO）加入项目列表中。图7-2-4 创建新的项目 5

在"Menu>Campaign>Select active campaign"的输入面板中选择新项目${P}/INTRO作为当前使用的项目。图7-2-5 选择新的项目的作为当前使用项目这时应该可以看到，你的新项目名字会显示在窗口最下方的状态行上。同时也许你会收到一个警告信息，说新项目中没有时段信息表。不需要担心这点，时段信息表会在下面的步骤中产生。接下来为当前使用项目创建项目相关的子目录。选择"Menu>>Campaign>Create new campaign"。图7-2-6 创建项目相关的子目录 6

缺省情况下会创建下列子目录。 ${P}/ INTRO/ATM /BPE /OBS /ORB 存放项目相关的大气层文件（例如，电离层文件ION，对流层文件TRP） BPE批处理时生成的文件存放Bernese的观测值文件存放跟轨道相关的文件（轨道文件、地球自转参数文件、卫星钟差文件等）存放原始RINEX文件存放输出文件存放可以用于计算的RINEX文件存放结果文件（例如，法方程文件SINEX）存放项目相关的坐标和坐标信息文件等，项目时段信息表也在这里 /ORX /OUT /RAW /SOL /STA 除此之外，同时还会拷贝一个缺省的时段信息表至本项目下（${P}/INTRO/STA/SESSIONS.SES）。你可以使用菜单"Menu>Configure>Set session/compute date" 查看检查该时段对话框里跟时段号有关的内容。（二）时段定义一个时段就是覆盖了所有需要一起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，你必须在每个项目中定义时段信息表。时段标记是用4个字符组成如dddf，其中ddd代表数据开始时刻所在的年积日，f是一个英文字符用以区别这一天里的第几个时段。对于整天的数据时段这个字符通常是0，对于以小时为单位的时段，用字符A到X代表从00小时到23小时。只有在时段信息表中定义的时段才能被使用。每个时段被设定为在时间间隔上单独分开的，彼此间不重合，然后在Bernese软件中计算的数据也是对应于某个确定的时间段。在前面建立项目子目录时会拷贝一个缺省的时段信息表至新项目下（${P}/INTRO/STA/SESSIONS.SES）。可以通过菜单"Men>Campaign>Edit session table"检查和修改相应内容。缺省的设置是适用于24小时的计算方式。其实上存在两种类型的时段信息表：  固定格式的时段表，明确清晰地定义每个计算时段的内容，例如： SESSION IDENTIFIER 2420 2430 2440 2510 2520 START EPOCH END EPOCH yyyy mm dd hh mm ss 2003 08 30 00 00 00 2003 08 31 00 00 00 2003 09 01 00 00 00 2003 09 08 00 00 00 2003 09 09 00 00 00 yyyy mm dd hh mm ss 2003 08 30 23 59 59 2003 08 31 23 59 59 2003 09 01 23 59 59 2003 09 08 23 59 59 2003 09 09 23 59 59  开放格式的时段表，使用通配符(???)来自动替换当前时段的年积日。时段表中每一行对应一天中的每个时段。例如：用于整天解计算的时段表： SESSION START EPOCH END EPOCH IDENTIFIER ???0 yyyy mm dd hh mm ss 00 00 00 yyyy mm dd hh mm ss 23 59 59 7

用于每隔一小时的计算： SESSION START EPOCH END EPOCH IDENTIFIER ???A ???B ???C ... ???W ???X yyyy mm dd hh mm ss 00 00 00 01 00 00 02 00 00 yyyy mm dd hh mm ss 00 59 59 01 59 59 02 59 59 22 00 00 23 00 00 22 59 59 23 59 59 两种类型的时段表不能混合使用。一般建议使用开放格式的时段表。同时通过使用对话框（选择菜单"Menu>Configure>Set session/compute date"）来选择时段表中某个时段作为当前要被计算的时段。选择好之后，正确的时段号会在软件窗口最下端的状态栏中显示出来。对于示例项目，时段表使用整天解计算的时段表，同时设定最初计算时段为 2002年年积日143的时段。图7-2-7 设定时段表图7-2-8 设定时段号 8

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