IGS精密星历Word文档格式.docx

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1.1.4综合分析中心-1-

1.1.5中心局-2-

1.2IGS的现状与产品发展-2-

1.2.1IGS产品概述-2-

1.2.2IGS服务-2-

1.2.3IGS精密星历和钟差产品-2-

二、GPS精密星历文件-4-

2.1SP3格式精密星历数据文件-4-

2.2clk格式精密卫星钟差文件-9-

三、精密星历内插方法-10-

3.1数学模型-11-

3.1.1拉格朗日插值-11-

3.1.2牛顿插值-11-

一、IGS机构概述

1.1国际GPS服务（IGS）机构的由来与演变

国际大地测量协会（IAG）为了加强国际间GPS地学研究合作应用，于1993年成立了国际GPS服务（IGS）机构（下称IGS），于1994年1月正式运作。

成立之初的英文全名为InternationalGPSserviceforGeodynamics（国际地球动力学服务机构），缩写为IGS。

其目的是为全球科研机构及时提供GPS数据和高精度的星历，以支持世界范围内的地球物理学研究。

IGS的组织机构包括：

跟踪网站、数据中心、分析中心、综合分析中心、中心局等几部分。

1.1.1全球跟踪站网（Trackingstations）

全球跟踪站网由全球24小时全天候观测的GPS跟踪站站网组成。

跟踪站大都装备了

精密大地测量型接收机，所有的观测站以连续跟踪方式，并通过专门线路、网络或卫星信

道传送数据，以保证每日观测数据快速地自动传送到数据中心。

2000年底IGS的GPS卫星跟踪网中有248个跟踪站。

其中有92个站为“全球级跟踪站”，至少有3个数据分析中心对它们的观测资料进行长期连续的分析计算。

建立连续观测跟踪站网的目的是计算卫星

轨道，确定地球参考框架及地球自转参数等。

1.1.2数据中心

数据中心分为三类:

全球数据中心（GlobalDataCenier）、区域数据中心（RegionalDataCenter）和地方数据中心（LoealDataCenter）。

操作中心与跟踪站直接相连，他们的任务是对数据进行格式转换、压缩数据、备份数据及把数据传输至地区中心。

地区中心的目的是负责收集规定区域内的GPS观测资料，满足本地区的需求，减少数据传输流量，然后将数据传输至全球数据中心。

全球数据中心的主要任务是负责收集全球各GPS跟踪站的观测资料以及分析中心所生产的GPS产品。

1.1.3分析中心

分析中心的任务是接收和处理GPS跟踪站的数据，独立的进行计算以生成GPS卫星星历、地球自转参数、卫星钟差、跟踪站的站坐标、站坐标的变率以及接收机钟差等IGS产品。

分析中心共七个：

CODE：

瑞士伯尔尼大学的欧洲定轨中心

NRCAN：

加拿大自然资源部的大地资源部

GFZ：

德国地球科学研究所

ESA：

欧洲空间工作中心

NGS：

位于马里兰州的美国国家大地测量局

JPL：

位于美国加州的喷气推进实验室

SIO：

位于美国加州的斯克里普斯海洋研究所

1.1.4综合分析中心

综合分析中心的任务是对分析中心的产品进行评价和质量分析，根据7个分析中心独立给出的结果取加权平均值，求的最终的IGS产品。

再将这些产品传送给全球资料中心和

中心局的信息中心，免费的、公开的供用户使用。

1.1.5中心局

中心局主要负责IGS日常工作，包括组织会议、制定标准及出版相关出版物等。

发布中心则负责发布IGS产品及相关出版物等。

1.2IGS的现状与产品发展

1.2.1IGS产品概述

在过去的几年里，随着研究的深入及研究领域的扩大，IGS取得了很大的进展。

IGS全球跟踪站也发展到了300多个，站的分布也得到了很大的改善，其站的坐标精度也提高到2～3cm。

所示为全球IGS的跟踪站分布图

图1.1全球IGS跟踪站分布图

1.2.2IGS服务

IGS目前提供的服务有：

①高精度的GPS卫星星历；

②地球自转参数；

③IGS跟踪站在ITF下的坐标和速率；

④卫星和GPS跟踪站的时钟信息；

⑤电离层数据；

⑥对流层数据；

⑦所有GPS卫星的高质量轨道（以优于5cm的精度）和预测轨道（~25cm）；

⑧以RINEX格式提供每个IGS跟踪站的日和/或小时相位和伪距观测。

1.2.3IGS精密星历和钟差产品

目前，IGS事后精密星历的精度已优于5cm，精密卫星钟差的精度已经达到0.1ns。

其提供的精密卫星星历和卫星钟差产品包括：

超快速产品（Ultra-Rapid）、快速产品（Rapid）和最终产品（Final）3种，它们在精度、时延、跟新和采样方面是不同的，如表1.1所示：

表1-1GPS精密卫星星历和卫星钟差产品质量指标

IGS提供的另一个重要的信息是IGS跟踪站的坐标、相应的参考框架、参考历元和跟踪站坐标变化速度。

IGS跟踪站坐标目前所采用的坐标参考基准属于ITRF2000参考框架。

IGS提供超过130个跟踪站的地心坐标及其变化速度，其精度和更新情况，如表1.2所示：

表1-2GPS跟踪站的地心坐标、变化速度以及它们的精度

二、GPS精密星历文件

精密卫星星历和钟差是精密单点定位的基础。

目前，能够提供精密卫星星历和钟差的主要有美国地球空间局（NGA-NationalGeospatial-IntelligenceAgency）、亥姆霍兹波茨坦中心，德国地学中心（GFZ-Helmholtz-CentrePotsdam-GermanResearchCentreforGeosciences）、国际GPS服务组织IGS、美国国家大地测量委员会（NGS—NationalGeodeticSurvey）等。

IGS精密星历采用SP3格式给出15min、5min或30s等时间间隔点上的卫星坐标和卫星钟差改正数据，坐标参考基准属于ITF参考框架。

2.1SP3格式精密星历数据文件

SP3精密星历数据格式的全称是标准产品第3号（StandardProduct#3）,它是一种在卫星大地测量中广泛采用的数据格式，由美国国家大地测量委员会（NGS-NationalGeodeticSurvey）提出，专门用于存储GPS卫星的精密轨道数据。

SP3格式的精密星历于1991年正式公布，其文件格式是文本格式，在此格式中给出所

有可用卫星的位置都是每隔15min给出（坐标分量单位为km）和钟差（钟差单位为ns）

和卫星钟改正信息有时还给出卫星的速度和钟的变率。

在SP3中文件第一行中有P表示文件中未含有卫星的运行速度，若文件的第一行中含有V则表示文件中有卫星的运行速度和钟的变率。

如果需要也可以将轨道数据文件从一种格式转换成另外一种格式，除了GPS

卫星SP3还可以表示其他卫星的轨道信息。

表1-3SP3文件中第一行格式说明

表1-4SP3文件中第二行格式说明

表1-5SP3文件中第三行格式说明

表1-6SP3文件中第四行格式说明

表1-7SP3文件中第五--七行格式说明

表1-8SP3文件中第八行格式说明

表1-9SP3文件中第九行格式说明

表1-10SP3文件中第10行格式说明

表1-11SP3文件中第11~12行格式说明

表1-12SP3文件中第23行格式说明

表1-13SP3文件中第24行格式说明

表1-14SP3文件中第25行格式说明

2.2clk格式精密卫星钟差文件

怎样应用IGS所提供的精密卫星钟差参数是精密单点定位基础，由于IGS及数据分析中心仅提供15min和5min和30s间隔的精密卫星钟差参数，而在实际定位中，GPS接收机的采样率一般为30s、15s，甚至更密。

因此，必须采取一定的措施对精密卫星钟差进行内插。

下表列出了5分钟间隔的精密卫星钟差数据文件块说明：

表1-155min钟差的格式说明

三、精密星历内插方法

精密单点定位是利用全球IGS及其他的数据中心计算出精密卫星轨道参数和卫星钟差，再利用所求得的卫星轨道参数和卫星钟差，对单台接收机采集的非差相位数据进行定位解算，得到高精度的待测点在ITRF框架下的坐标。

由此可知，确定卫星轨道参数和卫星钟差是精密单点定位的首要任务。

当卫星钟差达到lns时，同时由误差所引起的距离误差可以达到

300km，所以我们怎样能获得精确的卫星钟差值在GPS精密单点定位中是很重要的。

目前IGS及其他数据分析中心所提供的精密星历为15min或者5min，而精密卫星钟差为15min、

5min，有的提供30s间隔的钟差。

而在实际定位中，接收机一般采用30s、15s甚至1s以内的采样率进行定位，因此我们需要采用合理的数学模型计算所需历元的坐标和钟差。

目前，国内外较常用的方法是插值或者拟合来获得高精度的卫星坐标，其中最常用的方法为拉格朗日插值、Neville插值、牛顿插值、切比雪夫拟合等，对于而对于卫星钟差，可以通过参数估计的方法或内插或拟合得到。

3.1数学模型

3.1.1拉格朗日插值

设有n+1个插值时间节点t0,t1，...,tn对应的精密星历坐标分量为y0，y1,..,yn,

利用公式可以对X、Y、Z三个方向上分别插值计算出坐标。

该数学模型简单，计算效率高，是经典的插值方法，而其缺点是在增加或者删除一个插值节点我们必须需要重新构造多项式，并且当阶数过高时有可能会出现“龙格”现象，因而影响插值精度。

3.1.2牛顿插值

为了解决上述拉格朗日插值的增加或者删除一个插值节点要重新构造多项式的缺点，我们引入牛顿插值。

设有n个插值时间节点t0,t1，...,tn,对应的精密星历坐标分量为：

f（t1）,f（t2），...,f（tn）,那么在任意时刻t的精密星历的坐标可以表示为：

牛顿法通过构造差商表，解决了动态添加节点的问题。

高阶差商是对第一阶差商的再次差

商，定义：

实际计算中我们可以把各阶差商保存为一个差商表，当增加节点时只需要在差商表的最下面增加一行就可以了。

计算插值点的结果时只要把差商表中对角线上的元素带入牛顿多项式就可以了。