李桂榮，李　杰，王曉強，劉代芹，艾力夏提·玉山，陳　麗，阿卜杜塔伊爾·亞森

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆　烏魯木齊　830011)

·技術(shù)交流·

PANDA軟件在新疆GNSS數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

李桂榮，李杰，王曉強，劉代芹，艾力夏提·玉山，陳麗，阿卜杜塔伊爾·亞森

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆烏魯木齊830011)

摘要：應(yīng)用PANDA軟件，結(jié)合IGS中心發(fā)布的精密星歷、精密鐘差，對新疆GNSS數(shù)據(jù)進行精密單點定位處理。研究發(fā)現(xiàn)，PANDA解算結(jié)果的平均重復(fù)精度東西向為2.4 mm，北南向為1.3 mm，垂直向為4.0 mm。得出，PANDA軟件的應(yīng)用具有較高的實用價值和推廣價值。

關(guān)鍵詞：PANDA軟件；GNSS數(shù)據(jù)處理；應(yīng)用

0引言

PANDA(Position And Navigation Data Analysis)軟件是武漢大學(xué)自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)綜合處理軟件[1]，可以在WINDOWS和UNIX(Linux/Solaris)操作系統(tǒng)下運行。目前，解算GNSS數(shù)據(jù)的主流軟件為GAMIT/GLOBK，GIPSY，BERNESE，由國外研究機構(gòu)編寫，基本都在UNIX操作系統(tǒng)下運行，而PANDA軟件則是首個國內(nèi)自主研發(fā)的高精度導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)處理分析軟件，且有跨平臺運行的優(yōu)勢，是立足于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)的綜合分析平臺，不但可以滿足多類相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究的需求，而且還可為我國即將實施的衛(wèi)星應(yīng)用項目提供服務(wù)[1]。

GPS數(shù)據(jù)解算通常有兩種模式，一種是如GAMIT/GLOBK的雙差定位，一種是如GIPSY的精密單點定位(Precise Point Positioning，PPP)。雙差定位方法精度高，但需要基準站，且多一個測站，其解算工作量就會相應(yīng)的增加一個數(shù)量級，數(shù)據(jù)解算時間也會大幅增加，因此，GAMIT/GLOBK軟件在解時需要設(shè)置站點數(shù)最大值，而PPP方法采用單臺接收機獨立作業(yè)，解決了差分GPS相對定位受觀測時間、觀測距離限制，基準站不可或缺等缺點，是GPS定位發(fā)展中的一個重要方向，有著極大的應(yīng)用潛力[2]。PANDA軟件與GIPSY一樣基于慣性系，采用PPP的處理模式。

精密單點定位能否獲得高精度的定位結(jié)果，主要取決于獲取的GPS衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差、誤差改正模型是否精確，關(guān)鍵技術(shù)又在于獲取與GPS衛(wèi)星軌道相匹配的衛(wèi)星鐘差。PANDA軟件作為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)的綜合分析平臺，可以滿足多類相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究的需求。PANDA軟件本身也可以定軌，進而實現(xiàn)高精度精密單點定位[3]。

PANDA軟件從讀取GPS標準格式RINEX格式開始，軟件的數(shù)據(jù)編輯模塊采取與“Blemitt(1990)”一致的單站數(shù)據(jù)自動編輯算法，盡可能地發(fā)現(xiàn)和修復(fù)周跳并剔除異常觀測值。參數(shù)估計模塊利用新的模糊度參數(shù)估計被探測到但未被修復(fù)的周跳，未發(fā)現(xiàn)的周跳則在估計模塊的質(zhì)量控制部分進行處理[4]。

雖然PANDA軟件界面是可視化的，操作起來較為容易，但數(shù)據(jù)處理過程中的注意事項較多，對于初學(xué)者而言，順利地完成1個年積日的數(shù)據(jù)解算還有一定的難度。因此，筆者在Windows操作系統(tǒng)下安裝了PANDA軟件，結(jié)合實例，詳細介紹軟件的使用方法和處理流程。

1PANDA軟件數(shù)據(jù)處理流程

1.1　PANDA軟件的安裝與配置

通常情況下，PANDA軟件無需安裝，只需拷貝至電腦硬盤就可使用，如不能正常運行，則可能缺少python插件，安裝python即可運行，目前所使用的插件版本為3.1.2。

1.2　軟件的使用步驟

1.2.1數(shù)據(jù)準備

數(shù)據(jù)準備階段工作一定要細致、全面，存在任何問題，數(shù)據(jù)處理過程都無法完成。以2014年231日為例，進行單日精密單點定位計算，首先將數(shù)據(jù)按分類進行整理。

(1) tables文件的更新。從武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心下載每天按時發(fā)布的tables文件進行更新，下載地址為ftp://ics.gnsslab.cn。必須要更新的文件有eopc04_extended.dat，gpsrapid.out，gpsrapid.daily，finals2000A.daily，finals2000A.all，eopc04，poleut1，有時還需對svnav.dat，igs08.atx進行更新，其余tables可能一年更新一次，下載的文件直接覆蓋軟件文件夾tables下的相應(yīng)文件。

(2) rinex文件的整理。觀測文件的文件名必須為標準文件名(如xjwu2310.14o：其中xjwu為4位字母或數(shù)字的站點代碼，通常用SSSS代表；231為3位數(shù)年積日，通常用DDD代表；0為時段號，通常用0表示1個整日的觀測數(shù)據(jù)；14為2014年的2位數(shù)表示，通常用YY表示；o即表示該文件為觀測文件)，并將每天的所有測站文件按照年積日(DDD)的方式進行存儲，所有年積日文件夾存放在rinex文件夾中。

(3) 廣播星歷的下載。廣播星歷只需下載解算對應(yīng)年積日的brdc2310.14n.Z(n表示該文件為廣播星歷文件)文件，并解壓，存放在brdc文件夾中。

(4) 精密星歷的下載。與精密星歷同時發(fā)布的還有精密鐘差，PANDA軟件解算時，為提高解算精度，要求下載精密鐘差及30 s精密鐘差。在GPS周文件夾下可找到igs18062.sp3.Z(igs表示事后精密星歷；1806為GPS周，通常用WWWW代表；2表示一周內(nèi)的第2天，從0開始計數(shù)，為0，1，2，…，6，通常用D代表；sp3表示星歷類型)，igs18062.clk.Z(clk表示鐘差文件)和igs18062.clk_30s.Z(clk_30s表示30秒采樣率的鐘差文件)文件；在解算單天GNSS數(shù)據(jù)時，還需下載18061及18063日的事后精密星歷、精密鐘差、30 s精密鐘差文件，完成解壓，存放在igs文件夾內(nèi)。

(5) PANDA軟件還提供數(shù)據(jù)下載模塊，點擊“工具-數(shù)據(jù)下載”就出現(xiàn)對話框，設(shè)置本地路徑，確定下載文件的起始、終止時間，選擇需要下載的數(shù)據(jù)類型，指定數(shù)據(jù)下載的FTP站點，其余參數(shù)軟件均已設(shè)置，用戶可直接進行數(shù)據(jù)下載。

所有的數(shù)據(jù)文件最好存儲在以字母或數(shù)字命名的文件夾下，中文文件夾名有可能會出錯。

1.2.2數(shù)據(jù)導(dǎo)入

(1) 打開PANDA軟件，點擊“文件-新建-新建工作空間”，在彈出的對話框中，依次輸入工作空間名稱、工作空間路徑。工作空間名稱以字母或數(shù)字命名，且不含有“-”“/”等特殊符號。

(2) 點擊“下一步”，在彈出的對話框中，選擇模式一或模式二均可，選擇解算日期“2014/8/19”，點擊設(shè)置，則其他日期的表示方法均相應(yīng)的發(fā)生改變，也可在年積日選項后直接輸入“2014年231日”，點擊其后的設(shè)置，其他的3種時間表示方法也會相應(yīng)的改變，計算時長86 400秒，表示一天的數(shù)據(jù)。

(3) 點擊“下一步”，在彈出的對話框中，依次為表文件、觀測數(shù)據(jù)、廣播星歷、精密星歷/鐘差。表文件的目錄已經(jīng)默認，直接點擊“瀏覽”，找到觀測數(shù)據(jù)存放目錄，也可以直接輸入觀測數(shù)據(jù)的路徑，如果解算多天數(shù)據(jù)，可在rinex路徑后加上“DDD-”，軟件會自動識別該年積日的數(shù)據(jù)文件。若解算單天數(shù)據(jù)，也可以用這種路徑表示法。

在此對話框中，還需要點擊使用外部指定的Gnss.sit，該文件通常存放在軟件目錄下，點擊完成就可進入數(shù)據(jù)解算階段。

1.2.3數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)處理能否順利進行，預(yù)處理這一步非常重要。在此階段，需要通過“數(shù)據(jù)質(zhì)量分析-數(shù)據(jù)預(yù)處理”完成3個步驟。一是更新GNSS.SIT。這一步主要是檢查各測站坐標、接收機等先驗信息，對缺少先驗信息的測站，從該站頭文件中自動提取，或根據(jù)單點定位的方式計算先驗坐標，并將該站的站點坐標、天線類型等信息加入到GNSS.SIT文件中；二是天線類型檢查。檢查各測站數(shù)據(jù)頭文件的天線類型和GNSS.SIT文件中的測站先驗信息天線類型是否一致，若更換天線、調(diào)整天線高度，都需要將新的天線信息添加到GNSS.SIT文件中；三是數(shù)據(jù)清理。可以利用默認的參數(shù)設(shè)置，如果使用高頻數(shù)據(jù)進行解算則要修改數(shù)據(jù)采樣間隔。

以上三步是精密單點定位最重要的工作。如果rinex文件沒有按照規(guī)范要求命名，就無法啟動解算。如果天線類型檢查處理失敗，就表明觀測文件的頭文件與GNSS.SIT中的天線類型不匹配，要將GNSS.SIT的天線類型、天線高更改為觀測文件中的頭文件信息，還有可能是antnam表文件中型號不全，亦或是igs.atx中缺失天線信息，此時，除要確認是否更新table中的表文件外，還可將缺失天線信息直接加到文件里面。修改完畢，再次啟動天線類型檢查，直至控制臺內(nèi)顯示“天線類型檢查完畢”。數(shù)據(jù)清理完成后，會出現(xiàn)一個數(shù)據(jù)分析對話框，里面含有每個測站數(shù)據(jù)清理的log文件，點擊“總處理結(jié)果”可以看到直觀的圖形(見第35頁圖1)，顯示所有觀測文件的數(shù)據(jù)質(zhì)量情況。

從圖1可以看出，231這一天只有29個基準站有數(shù)據(jù)，2個基準站數(shù)據(jù)斷記，分別是烏拉斯臺(XJWL)和葉城(XJYC)基準站。有效性和完好率整體較高，只有伊寧基準站數(shù)據(jù)有效性最低為68.8%，完好率也是最低為80.7%。說明伊寧基準站數(shù)據(jù)質(zhì)量不佳，需要盡快維護，或?qū)υ摶鶞收緮?shù)據(jù)情況進行核實，找出數(shù)據(jù)質(zhì)量不佳的原因，并對其進行整改或升級，以期獲得更加真實有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1.2.4精密單點定位

數(shù)據(jù)預(yù)處理完成后，就可進行解算。對于單日解，軟件有單步執(zhí)行模式和批處理模式兩種，在這里主要介紹批處理模式。點擊“數(shù)據(jù)處理-參數(shù)設(shè)置-定位默認參數(shù)”，再點擊“數(shù)據(jù)處理-定位處理”，當提示“是否設(shè)置默認參數(shù)？”時，點擊“是”，軟件自動運行合并SP3文件、生成慣性系軌道、參數(shù)估計、殘差編輯、鐘差提取、坐標更新、ZTD參數(shù)提取、輸出產(chǎn)品等步驟，以及需要進行多次迭代的步驟。

圖1　總體預(yù)處理結(jié)果圖Fig.1　Overall preprocessing results

數(shù)據(jù)處理過程中可能會出現(xiàn)運行中斷的提示信息，只需按照提示對參數(shù)進行修改，然后再重新進行定位處理即可。231這天最可能出現(xiàn)的錯誤提示應(yīng)該是satellite lost G03 56888 0.00？這是因為該天沒有G03衛(wèi)星(G03號衛(wèi)星出現(xiàn)故障)，只需在星座視圖里將G03衛(wèi)星禁用即可。數(shù)據(jù)處理完成后，就可以得到一系列精度統(tǒng)計的數(shù)據(jù)與圖形。可分別點擊“統(tǒng)計分析”菜單下的“衛(wèi)星殘差RMS統(tǒng)計”“站點殘差RMS統(tǒng)計”“衛(wèi)星觀測歷元數(shù)統(tǒng)計”“站點觀測歷元數(shù)統(tǒng)計”“衛(wèi)星測站統(tǒng)計”“衛(wèi)星觀測殘差序列統(tǒng)計”來查看數(shù)據(jù)成果的優(yōu)劣。如想保存圖形，則點擊“文件-另存為”，選定文件存儲路徑并給定存儲文件名，點擊“保存”即可。

按照上述方法，可以計算每日的單點定位結(jié)果。事實上，軟件還提供了計算多天數(shù)據(jù)的批處理程序。在一個工作空間內(nèi)，通常會計算多天的數(shù)據(jù)，可能是7天(精密星歷每7天發(fā)布最新結(jié)果)，可以直接點擊“工程管理-批處理模式”，再點擊“數(shù)據(jù)處理-參數(shù)設(shè)置-定位默認參數(shù)”和“數(shù)據(jù)處理-定位處理”，當提示“是否設(shè)置默認參數(shù)？”時，點擊“是”，會彈出“工程選擇”對話框，每個單日前都有一個復(fù)選框，如需計算所有數(shù)據(jù)，可點擊“全選”，反之則“全不選”，或按要求手動選擇需要計算的數(shù)據(jù)。復(fù)選框內(nèi)為空，表示不計算；復(fù)選框內(nèi)顯示“√”，表示將被計算，選擇完成，即可點擊“確定”，進行多日數(shù)據(jù)的解算了。如果需要計算連續(xù)100天的數(shù)據(jù)，選擇批處理模式，可以節(jié)約時間。

1.2.5重復(fù)觀測精度

對新疆“陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)”2014年232日GNSS數(shù)據(jù)進行解算，得到232日的cgs18062.snx文件，通過重復(fù)觀測精度計算命令將兩日的cgsWWWWD.snx文件進行比較，可以得到軟件解算出的單日解重復(fù)觀測精度。在輸入命令框中輸入以下命令：“helm F:201422820142342014231cgs18062.snx F:201422820142342014232cgs18063.snxyyyyyyynnn”，點擊“執(zhí)行”，即可得到：“nstation,: 29rms: 0.0030 0.0016 0.0084”，此結(jié)果說明這兩天的觀測數(shù)據(jù)有29個公共站，數(shù)據(jù)在東西分量的RMS為0.003 0 m，北南分量的RMS為0.001 6 m和高程分量的RMS為0.008 4 m，即重復(fù)精度為東西向3 mm，北南向1.6 mm，垂直向8.4 mm。

筆者計算出2011年1月4日至2014年10月31日新疆“陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)”31個基準站的數(shù)據(jù)，通過計算每日的重復(fù)精度，得到每天的數(shù)據(jù)計算重復(fù)精度。經(jīng)統(tǒng)計，結(jié)果如第36頁表1所示。由表1看出，除粗差外，最大的RMS值為東西向6.8 mm、北南向4.7 mm、垂直向8.4 mm，最小的RMS值為東西向0.8 mm、北南向0.4 mm、垂直向1.3 mm。剔除粗差，經(jīng)計算，可得到平均重復(fù)精度東西向為2.4 mm、北南向為1.3 mm、垂直向為4.0 mm。重復(fù)精度較高，均在毫米級，精度優(yōu)于平均值的東西向占55.9%，北南向占51.1%，垂直向占55.1%，成果優(yōu)良率均在50%以上。

表1　數(shù)據(jù)計算重復(fù)精度統(tǒng)計表

將“陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)”位移三分量精度分別進行統(tǒng)計并繪制成圖(見圖2)，可以看出，用PPP模式計算的GNSS數(shù)據(jù)精度較高，東西向精度的優(yōu)勢區(qū)間在0.8~4.8 mm，北南向的優(yōu)勢區(qū)間在0.4~2.7 mm，垂直向略差一點，其優(yōu)勢區(qū)間在1.5~7.2 mm。與很多學(xué)者認為的PPP解算精度在厘米量級上[3]有所不同，筆者認為PPP的事后星歷計算結(jié)果在毫米量級上，甚至優(yōu)于毫米級，是一款可以應(yīng)用于高精度地殼運動變化觀測網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)計算的軟件。

圖2　“陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)”基準站位移三分量數(shù)據(jù)計算重復(fù)精度統(tǒng)計圖Fig.2　Repeatability of data calculation of displacement three components in tectonic environment monitoring network reference station

1.2.6實例分析

利用PANDA軟件計算的數(shù)據(jù)，可以直接得到位移三分量時間序列，為方便31個基準站數(shù)據(jù)的比較，筆者將解算結(jié)果轉(zhuǎn)換為MAPSIS軟件可以識別的位移三分量數(shù)據(jù)文件，并將各基準站的東西、北南及垂直分量繪制成圖(見圖3)。

圖3　“陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)”位移三分量數(shù)據(jù)計算重復(fù)精度統(tǒng)計圖Fig.3　Repeatability of data calculation of displacement three components in tectonic environment monitoring network

從圖中可以看到，基準站各分量位移時間序列呈現(xiàn)較為規(guī)律的趨勢變化：東西分量變化量大體一致，沒有明顯的區(qū)別；北南分量的變化略有差異，主要為由南向北，由西向東，呈現(xiàn)遞減變化；垂直分量變化一致性較好，存在較為明顯的年變規(guī)律。各基準站位移變化均較為平穩(wěn)。

2結(jié)論與討論

從以上數(shù)據(jù)處理、重復(fù)精度統(tǒng)計、位移時間序列分析等結(jié)果看出，PANDA軟件處理GNSS數(shù)據(jù)具有友好的可視化界面，方便用戶掌握操作過程；數(shù)據(jù)處理結(jié)果精度較高，平均精度東西向、北南向、垂直向分別為2.4 mm、1.3 mm、4.0 mm，可以滿足地殼運動形變監(jiān)測的需要；位移三分量時間序列是PANDA軟件處理結(jié)果最直觀的成果，這一成果已經(jīng)在地殼運動變化與地震趨勢判定方面進行一定的嘗試，有一定的映震效果[4]。推廣并應(yīng)用該軟件可以較好地服務(wù)于地震監(jiān)測與趨勢預(yù)測，更能推動國產(chǎn)軟件的發(fā)展。

參考文獻：

[1]趙齊樂，劉經(jīng)南，葛茂榮，等.用PANDA對GPS和CHAMP衛(wèi)星精密定軌[J].大地測量與地球動力學(xué)，2005，25(2)：113-116.

[2]耿濤，趙齊樂，劉經(jīng)南，等.基于PANDA軟件的實時精密單點定位研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報：信息科學(xué)版,2007，32(4)：312-315.

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[4]李桂榮，艾力夏提·玉山，王曉強，等.甘肅岷縣漳縣MS6.6地震前“陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)”基準站東西分量時序曲線異常特征研究[J].地震工程學(xué)報，2013，35(3)：542-548.

Application of PANDA Software in GNSS Data Processing in Xinjiang

LI Gui-rong, LI Jie, WANG Xiao-qiang, LIU Dai-qin, Eli Natsu TeoYushan, CHEN Li, Abdul TayoM Sen

(Earthquake Administration of Xinjiang Uygur Autonomous Region, Urumqi, Xinjiang 830011, China)

Abstract:According to the precise ephemeris and clock error released by IGS, GNSS Data of Xinjiang are processed for precise point positioning by using PANDA software. Research shows the average repeatability 2.4 mm in east-west direction, 1.3 mm in north-south direction and 4.0 mm in vertical. So application of PANDA software has high practical value and popularization value.

Key words:PANDA software; GNSS data processing; Application

作者簡介：第一李桂榮(1980—)，女，新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市人。2008年畢業(yè)于新疆大學(xué)，碩士研究生，工程師。

基金項目：新疆地震科學(xué)基金資助課題(201410、201411、201412)，地震科技星火計劃(XH14054Y)，國家自然科學(xué)基金(41374016、41374030、41474016、41374036)，中國地震局地震預(yù)測研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(2012IES0308)聯(lián)合資助。

收稿日期：2015-03-01

中圖分類號：TP317

文獻標志碼：A

文章編號：1000-6265(2015)03-0033-05