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GAMIT、GIPSY和BERNESE软件解算结果的比较研究
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你可能喜欢ＧＡＭＩＴ、ＧＩＰＳＹ和ＢＥＲＮＥＳＥ软件；解算结果的比较研究；军，高咏梅；（中国科学院，测量与地球物理研究所动力大地测量学；摘要：采用东亚地区１３个ＧＰＳ点２００２年８４天；ＢＥＲＮＥＳＥ以及ＧＩＰＳＹ三种软件进行解算，并；差异；关键词：ＧＰＳ；东亚地区；ＧＡＭＩＴ；ＧＩＰＳＹ；文献标志码：Ａ；文章编号：１００８－９２６８（２０１０）０３一０；采用ＧＡＭＩ
ＧＡＭＩＴ、ＧＩＰＳＹ和ＢＥＲＮＥＳＥ软件
解算结果的比较研究
军，高咏梅
（中国科学院，测量与地球物理研究所动力大地测量学重点实验室，湖北武汉４３００７７）
摘要：采用东亚地区１３个ＧＰＳ点２００２年８４天的观测资料，分剐利用ＧＡＭＩＴ、
ＢＥＲＮＥＳＥ以及ＧＩＰＳＹ三种软件进行解算，并对这三种结果进行了比较分析。结果显示：在解算方案一致的情况下，三种软件的坐标结果分别存在着厘米和毫米级的差异。导致毫米级差异的原因是算法本身的有些不同，而导致厘米级的差异则是因为实现统一参考框架方法的
关键词：ＧＰＳ；东亚地区；ＧＡＭＩＴ；ＧＩＰＳＹ；ＢＥＲＮＥＳＥ中图分类号：Ｐ２２８．４
文献标志码：Ａ
文章编号：１００８－９２６８（２０１０）０３一０００５一０５
采用ＧＡＭＩＴ／ＧＬＯＢＫ以及ＢＥＲＮＥＳＥ软件。三方对相同时段的观测资料进行处理，得到统一参考框架下的解算结果。通过对处理方案以及处理结果的分析，研究差异性的原因，并探讨得到一致的处理结果的合理方案。
准确、可靠的地壳运动速度场的获得是地壳运动及动力学研究的基础，而ＧＰＳ资料的解算主要依赖三大主力软件，即ＧＡＭＩＴ、Ｂｅｒｎｅｓｅ和ＧＩＰ－ＳＹ。很多研究表明：采用不同的软件、不同的解算方案，不同的作者处理同样的ＧＰＳ资料往往得到不同的解算结果。中国地壳运动观测网络１９９８～２０００年ＧＰＳ观测资料计算的几个结果显示：不同研究机构采取不同的处理软件和方案得到的速度场的差异绝对值平均为２～３ｍｍ／ａ［１］。弄清这些差异产生的原因，并采用相应的解决处理方案对我们获得一致的、可靠的地壳运动速度场至关重要。
目前，中国科学院测量与地球物理研究所与日本东京大学地震研究所和韩国天文及空间科学研究院正在开展东亚地区地壳运动的合作研究。根据合作研究计划，中日韩三方分别采用ＧＡＭＩＴ、Ｂｅｒｎｅｓｅ和ＧＩＳＰＹ软件独立处理相同的ＧＰＳ观测资料，这为我们探讨三种软件处理结果差异提供了一个良好的机会［２］。
采用东亚地区的ＧＰＳ观测资料进行三种软件数据处理的对比研究，日本东京大学采用ＧＩＰＳＹ软件，韩国天文研究院采用ＢＥＲＮＥＳＥ软件，而我们则
收稿日期：２０１０―０４―０７
１数据及处理方案
此次对比研究，我们选取了东亚地区１３个ＧＰＳ站点，包括中国的３个站点，ＢＪＦＳ（北京）、ＷＵＨＮ（武汉）、ＳＨＡＯ（上海）；韩国的２个站点，ＳＵＷＮ和ＤＡＥＪ；日本的８个站点：００９４、０２０２、０２５２、０６０３、０７２９、０７６７、ＵＳＵＤ、ＴＳＫＢ。资料的时间段为２００２年中每个月第一个星期的数据，共８４天。在处理过程中，为了能客观地比较三种软件的处理结果，我们尽量采用相同的处理参数，如相同的参考框架（ＩＴＲＦ２０００），相同的惯性系（Ｊ２０００．Ｏ），相同的卫星截止角（１５。）以及相同的精密卫星星历。
ＧＡＭＩＴ／ＧＬＯＢＫ
ＧＡＭＩＴ／ＧＬＯＢＫ是由ＭＩＴ和ＳＩＯ共同研制的ＧＰＳ综合分析软件［３］。我们分三个步骤采用ＧＡＭＩＴ／ＧＬＯＢＫ进行资料处理。首先，利用伪距和载波相位观测资料的双差组合求得台站坐标和
基金项目：国家自然科学基金项目（４０５７４０１１。４０２７４０３７）；中国科学院国际合作重点项目（ＧＪＨＺ０５３４）和地球空间环境
与大地襁５量教育部重点实验室开放基金资助项目（０４―０１―０８）
２０１０．３／全球定位系统
卫星轨道的单日松弛解。此步计算中，ＧＰＳ卫星的轨道和测站坐标都不在一个稳定的参考框架里，整个ＧＰＳ网作为一个刚体在平移和旋转。其次，利用ＧＬＯＢＫ将每天的单日松弛解和圣地亚哥海洋研究所轨道中心（Ｓ（）ＰＡＣ）所计算出的全球ＩＧＳ跟踪站的多个单日松弛解合并，得到一个包含全球ＧＰＳ测站的合并松弛解。最后，对一系列的单日解进行卡尔曼滤波，估算出测站的位置和速度。在估算位置和速度时，通过对全球ＩＧＳ核心站的约束来进行参考框架的定义和７参数转换，从而得到ＩＴＲＦ２０００参考架下的测站的坐标和速度［４］。
ＧＩＰＳＹ
ＧＩＰＳＹ是由美国喷气推进实验室（ＪＰＬ）研制的ＧＰＳ数据处理软件，它和ＧＡＭＩＴ以及ＢＥＲＮＥＳＥ的最大区别在于直接处理载波非差观测量［５］。ＧＩＰ－ＳＹ处理的方案是首先解算出测站的三维坐标，并给出坐标的方差一协方差，形成单日时段解。然后，将所有的单日时段解转换到统一的坐标框架下。同样，我们利用全球的ＩＧＳ核心站进行７参数转换，将所有单日时段解作整网平差，平差过程中对所有站都不给约束，最后得到ＩＴＲＦ２０００参考框架下测站的坐标和速度。
ＢＥＲＮＥＳＥ
ＢＥＲＮＥＳＥ是由瑞士ＢＥＲＮＥ大学开发研制的ＧＰＳ及ＧＬＯＮＡＳＳ资料处理软件［６］。我们利用ＢＥＲＮＥＳＥ处理东亚ＧＰＳ资料的步骤和方案是，利用双差数据进行最小二乘参数估计，解算出各时段的基线和模糊度，然后，对同步测区各时段的观测进行整体平差，最后，利用法方程堆积方法对非同步观测结果进行综合序贯平差。我们在运用ＢＥＲＮＥＳＥ做网平差的时候采取两种方案，一种是固定网内精度比较高的ＩＧＳ站来进行方差估计及位移速度解算，得到ＩＴＲＦ２０００参考架下测站的坐标和速度；另外～种方法就是不固定任何站而对整个观测网进行方差估计以及位移速度解算，得到ＩＴＲＦ２０００参考框架下测站的坐标和速度。
２计算结果和分析
依照上面的方案步骤，三个单位分别用三种处理软件包对东亚１３个ＧＰＳ站点２００２年８４天的观测资料进行了解算，并对解算的结果进行了分析。首先，分析ＢＥＲＮＥＳＥ按第一种方案（也就是固定某几个参考站来定义参考框架）处理的结果。这里，我们引进ＩＧＳ处理的结果来作为参考值，由
于ＩＧＳ中心分析了各个分处理中心的结果，并进行加权平均，坐标的精度和可靠性都非常高，所以，我们采用他们提供的坐标值来作为参考值。表ｌ列出了这三种软件的结果统计，我们将每个台站每天的ＩＴＲＦ２０００参考架下的坐标值分别与ＩＧＳ公布的相同历元相同参考架下的坐标值之差计算出来，分别对三种软件得到的１３个台站８４天的残差求平均，按Ｘ，ｙ，Ｚ三个方向列出来。按照上面介绍的方案，ＢＥＲＮＥＳＥ软件处理的结果与ＩＧＳ的结果差在三个方向上分别为０．０７１
ｍ，０．０１９
０．０２５
ｒｒｌ，都差到厘米级。ＧＩＰＳＹ的结果在Ｘ，ｙ
方向差为７ｍｍ和２ｍｍ，Ｚ方向也达到了１．２个ｃｍ。而ＧＡＭＩＴ的结果显示差都在４个ｍｍ以
三种软件计算结果统计
在图１中，我们列出了其中一个代表台站ＴＳＫＢ的坐标序列图，依次为坐标的三个方向Ｘ、ｙ、Ｚ，每个序列图的横坐标为时间，纵坐标则是三种软件解算出来的测站坐标与ＩＧＳ公布的差，其中符合“＋”表示是ＢＥＲＮＥＳＥ处理的结果，符号“▲”表示的是ＧＡＭＩＴ处理的结果，而符号“ｏ”则代表ＧＩＰＳＹ处理的结果。
从图中可以看出，ＢＥＲＮＥＳＥ方案存在着一个比较明显的系统误差，这也可以从上面的统计看出，而ＧＩＰＳＹ方案和ＧＡＭＩＴ方案则吻合得比较好，其中，ＧＡＭＩＴ方案更与ＩＧＳ吻合。我们认为，之所以ＢＥＲＮＥＳＥ方案出现这个系统误差，主要原因是在实现ＩＴＲＦ２０００参考框架统一的时候引起的，由于本研究中ＢＥＲＮＥＳＥ方案采取的是利用网内的ＩＧＳ站的约束来进行参考架的７参数转换，而ＧＩＰＳＹ和ＧＡＭＩＴ方案均是利用全球均匀分布的ＩＧＳ核心站做为约束来进行参考架的７参数转换［７］，ＩＴＲＦ参考框架是全球范围的参考框架，仅仅依靠少量的几个ＩＧＳ站的约束得到的参考框架肯定是不稳定和不可信的，这些站的资料质量不好引起的误差都很容易影响到定义的参考架。相对ＢＥＲＮＥＳＥ方案，ＧＩＰＳＹ方案和ＧＡＭＩＴ方案的参考架的统一更合理些，但它们之间也存在着毫米级的差别，这个是可以接受的，毕竟首先两种
ＷｏｒｌｄｏｆＣｈｉ舳／２０１０．３
软件本身采取的是不同的算法结构，另外，在参考框架定义的时候，虽然都选取全球分布的１ＧＳ站
做约束，但可能选的具体站稍有差别，所以存在４～５个ｍｒｎ的差别是可以接受的。
图１三种软件下ＴＳＫＢ站坐标图
Ｅ、ＸｕＩ
图２三种软件下ＴＳＫＢ站坐标图
我们在统一了参考框架定义的情况下，发现ＢＥＲＮＥＳＥ的结果有了很大的改善，见图２，以ＴＳＫＢ站为例，在三种软件统一了参考框架定义的情况下，全部采用不固定任何参考站，和全球的ＩＧＳ站一起进行方差平差，并定义参考框架ＩＴＲＦ２０００，从图中可以看出，三个方向上三种软件的结果吻合得非常好，误差都在４～５ｍｍ以内。
２０１０．３／全球定位系统
其中ＢＥＲＮＥＳＥ和ＧＡＭＩＴ的结果更接近，这也说明了在参考框架以及处理方案完全一致的情况下，不同软件得到的结果的差异和软件处理的算法有关系，因为ＢＥＲＮＥＳＥ和ＧＡＭＩＴ均是采用双差模糊度解算，而ＧＩＰＳＹ采用的是直接处理非差载波相位观测量。
虽然处理的资料的时间尺度才一年，我们还是
求出了一个大致的速度，我们列出了ＢＥＲＮＥＳＥ方案和ＧＡＭＩＴ方案得到的速度场，图３列出了东亚地区１３个测站在ＩＴＲＦ２０００框架下的速度场，其中红色的代表ＢＥＲＮＥＳＥ方案的结果，蓝色的则是ＧＡＭＩＴ的结果。从图中可以看出，ＢＥＲＮＥＳＥ与ＧＡＭＩＴ的结果大致上是吻合的，由
于用来求速度的资料时间跨度才一年，很多季节性的影响都无法消除［８］，两者速度上的差异是可以接受的，这说明了ＢＥＲＮＥＳＥ方案虽然得到的绝对坐标有很大的系统差，但在求速度场的时候影响不
图３ＧＡＭＩＴ和ＢＥＲＮＥＳＥ速度比较图
Ｔｅｒｕｙｕｋｉ
Ｋａｔｏ教授提供韩国和日本的ＧＰＳ观测
ＧＰＳ数据处理在一定程度上是一项复杂且个性化的工作，即使是同一软件，在数据的取舍，参考框架的约束，处理方案的制定，不同的操作人员之间都有细微的差别，从而会导致结果不同。然而，同一软件之间的相互比较只能说明处理方案一致的情况下，软件的计算过程的稳定性，不同软件之前的比较，则能比较客观的评价不同处理结果。通过这次研究，客观地比较了利用三种软件制定的三种处理方案的处理结果，确定了一个合理的固定参考框架的方案，采用此方案，ＧＡＭＩＴ和ＧＩＰＳＹ的结果是吻合的，验证了方案的合理性。导致结果存在差异的最主要的因素还是参考架框架的归算引起的，由于在ＧＰＳ数据处理中，还没有一个严格统一的参考框架的定义办法，所以，不同的研究单位在处理ＧＰＳ数据时，所采取的参考框架的定义也会有细微的差别，从而导致结果的差别。下一步，我们将考虑如何对三种软件的合理结果进行融合，以便得到一个更加可靠稳定的计算结果。
谢：感谢韩国国立天文与空闻科学研究
院Ｐｉｌ―ＨｏＰａｒｋ博士和日本东京大学地震研究所
［６］［５］
［１］赖锡安，黄立人．中国大陆现今地壳运动ＥＭ］．北京：
地震出版社．２００４．［２］许厚泽。熊
熊．东北亚大陆地壳运动的ＧＰＳ研究
［Ｊ］．大地测量与地球动力学，２００４，２４（４）：１－６．［３］ＫＩＮＧ
Ｗ，ＢＯＣＫ
Ｙ．Ｄｏｃｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｆｏｒｔｈｅ
ＧＡＭＩＴＧＰＳＡｎａｌｙｓｉｓＳｏｆｔｗａｒｅ［Ｍ］．Ａｍｅｒｉｃａ：Ｍａｓｓ
ＩｎｓｔｏｆＴｅｃｈｎ０１．。Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ
Ｍａｓｓ，２００２．
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｆ
［４］ＥＲＩＣＣ。ＭＡＴＨＩＬＤＥ
ｃｒｕｓｔａｌ
ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｖ．ＧＰＳｔｈｅ
Ｂａｉｋａｌ－Ｍｏｎｇｏｌｉａ
（１９９４―２００２）［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ
２００３（８）：１４－１；１４－１３．
ｏｆＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈ。
Ｈ，ｚｕＭＢＥＲＧＪＦ．Ａｎｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ＧＩＰＳＹ／ＯＡＳＩＳ２ＩＩｐｒｅｃｉｓｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｆｏｒａｎａｌｙｓｉｓｏｆ
ｄａｔａｆｒｏｍＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ［Ｍ－］．Ａｍｅｒｉｃａ，
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ
ＪｅｔＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。１９９３．
ＨＵＧＥＮＴＯＢＬＥＲＵ，ＳＣＨＡＥＲＳ，ＦＲＯＤＥＺＰ，ｅｔａ１．ＤｏｃｕｍｅｎｔａｔｉｏｎｆｏｒＢｅｒｎｅｓｅＧＰＳＳｏｆｔｗａｒｅｓｉｏｎ
４．２［Ｍ］．Ｇｅｒｍａｎ．２００１．
Ｇ，ＢＯＵＣＨＥＲＣ，ＤＡＶＩＥＳＰＢＨ，ｅｔａ１．
［７］ＢＬＥＷＩＴＴ
Ｗｏｒｌｄｏｆ
Ｃｈｉｎａ／２０１０．３
ＩＴＲＦＤｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｂｙｔｈｅＩＧＳ
（１９７４一），男，助理研究员，１９９６年
ＪＲ］．Ｒｉｏ
Ｊａｎｅｉｒｏ。ＩＡＧ９７．１９９７．
［８３陈俊平，王解先．中国境内ＩＧＳ站数据处理及地壳运
动研究ＥＪ３．同济大学学报，２００５。３３（１０）：１４１４―１４１７．
进入中国科学院测量与地球物理研究所工作，主要从事ＧＰＳ数据处理及其应用、高频ＧＰＳ在地震研究中的作用等方面的研究。
ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎＳｔｕｄｙｏｆＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｂｙＧＡＭＩＴ，ＧＩＰＳＹ
ａｎｄＢＥＲＮＥＳＥ
ＬＩＪａｎ．ＧＡＯＹｏｎｇ－ｍｅｉ
（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｄｅｓｙａｎｄＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＤｙｎａｍｉｃ
Ｇｅｏｄｅｓｙ。ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙ
ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００７７?Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｏｆ１３ｐｏｉｎｔｓｉｎｔｈｅｄｉｓｔｒｉｃｔｏｆｔｈｅＥａｓｔＡｓｉａｕｓｉｎｇＧＡＭＩＴ、ＢＥＲＮＥＳＥａｎｄＧＩＰＳＹａｎｄｔｈｅｉｒｒｅｓｕｌｔｓ
ｃａｔｅｓ
ｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙ
ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｉｎｄｉ―
ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｃｍ－ｌｅｖｅｌａｎｄｒａｍ－ｌｅｖｅｌｅｘｉｓｔｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｉｒｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ
ｅｒｒｏｒｓ
ｒｅａｓｏｎｓ
ｉｎｄｕｃｅｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｍａｙｂｅｔｈｅｄｉｓｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｓａｎｄｔｈｅ
ｄｕｅｔｏｕｎｉｆｙｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧＰＳ；Ｅａｓｔ―Ａｓｉａ；ＧＡＭＩＴ；ＧＩＰＳＹ；ＢＥＲＮＥＳＥ
我国成功发射第四颗北斗导航卫星
２０１０年６月２日２３时５３分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭成功将第四颗北斗导航卫星载入太空预定轨道，这标志着我国北斗卫星导航系统组网建设又迈出重要的一步。
据中国卫星导航系统专项管理办公室负责人介绍，我国北斗卫星导航系统（ＣＯＭＰＡＳＳ，中文音译名称ＢｅｉＤｏｕ），正按照“三步走”发展战略稳步推进。第一步已实现，从２０００年到２００３年，我国成功发射了３颗北斗导航试验卫星，建立起完善的北斗导航试验系统，成为世界上继美国、俄罗斯之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。第二步于２０１２年前，北斗卫星导航系统将首先提供覆盖亚太地区的定位、导航、授时和短报文通信服务能力。目前，已成功发射了三颗北斗导航卫星，并进入卫星密集发射组网阶段。第三步于２０２０年左右，建成由５颗静止轨道卫星和３０颗非静止轨道卫星组成的覆盖全球的北斗卫星导航系统。
目前，我国北斗卫星导航系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和国家安全等诸多领域，产生了显著的经济效益和社会效益。特别是在四川汶川、青海玉树抗震救灾中发挥了非常重要的作用。
２０１０．３／全球定位系统
包含各类专业文献、行业资料、各类资格考试、生活休闲娱乐、外语学习资料、文学作品欣赏、应用写作文书、GAMIT、GIPSY和BERNESE软件解算结果的比较研究_图文87等内容。　
　Scripps海洋研究所(SIO)研制的GAMIT/GLOBK,美国喷气...的GIPSY/OASIS软件和瑞士BERNE大学研制的Bernese软件...也可以在等权解算结果的基础上, 利用 AUTCLN 通过... 　和大小并修复,最后将周跳改正后的数据序列参与解算...目前已有多种常 用的周跳探测与修复方法,GAMIT、GIPSY―OASIS (简称GIPSY)和BERNESE 软件中也提出了... 　?11 4.2 解算结果及精度评定? ???...尔尼大学天文研究所研制的BERNESE软件, 美国宇航局(NASA)喷 ...的GIPSY /OASIS 软件,以及本文将要用到 的GAMIT/... 　研发的 GIPSY-OASIS 软件, 以及瑞士伯尔尼大学天文研究所研制的 BERNESE 软件等...本文 主要介绍 GAMIT 软件,其最主要的特点是其解算精度高,且免费开放源代码,... 　目前国际上比较成熟的 GPS 数据处理软件有瑞士 Bernese 大学的 Bernese 软件、 美国 MIT/SIO 的 GAMIT/GLOBK 软件、德国 GFZ 的 EPOS 和美国 JPL 的 GIPSY 等... 　存放可用于计算的 RINEX 文件 SOL:存放结果文件(例如法方程文件,SINEX 文件) ...PANDA和BERNESE软件的PP... 暂无评价 6页 ¥3.00 GAMIT、GIPSY和BERNESE软.... 　这是 Bernese 在卫星轨道部分与 GAMIT 的两个不同...位移速率解算)的功能 3.GIPSY 软件: GIPSY 可以...存在周跳比较直观、简单,很容易判别不佳结果的原因... 　解算软件,主要有 GAMIT、BERNESE、 GIPSY 等; 网平差应采用国家或铁道部主管...? 复测与原测成果的对比分析。 需说明的问题及复测结论。 幻灯片 36 第六... 　作为科研软件,GAMIT/GLOB K 供研究和教育部门无偿...也可以在等权解 算结果的基础上,利用 AUTCLN ...数据处理软件如 GIPSY 和 Bernese 产出的结果及经典... 上传我的文档
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