GNSS 精密星历 (轨道钟差) 产品内容解读

大家好，欢迎来到IT知识分享网。

Part.I Introduction

精密轨道钟差产品是 GNSS 精密单点定位 PPP 的先决条件，如果想要编程实现 PPP 的话，有必要对其文件组织方式进行详尽的了解。本文以官网格式说明为蓝本，结合笔者的经验和一个示例，详细地介绍了精密轨道钟差产品的文件内容和格式组织形式。由于笔者水平有限，以下内容仅供参考，不当之处还望批评指正。

Chap.I 预备知识

关于文件命名方式

• 短文件命名很简单：tttwwwwd.fmt
• • ttt：三个字符的分析中心
• • wwwwd：GPS 周 + 周内天，共五个字符
• • fmt：文件后缀名，表征该文件存储的是什么
• 长文件命名方式可参看：IGS 产品长文件命名方式简介

关于本文所用示例

• 本文所用的示例：2022 年 12 月 4 日（GPSW-D = 2238-0 / MJD = 59917 ） COD 的精密轨道钟差产品
• • 下载方式：FTP 匿名连接 igs.gnsswhu.cn（武大的 FTP）
• • 路径：/pub/gps/products/2239
• • 注意：武大 FTP 在 GPS 周 2238 以及以后，把其他机构（cod, gfz 等） 的产品放在了 /pub/gps/products/wwww (wwww>= 2238) 目录下，2238 以前的还在 /pub/gps/products/mgex/wwww (wwww<2238)目录下。

关于钟差

钟差的数据类型有

• CR calibration data 校准数据，GPS 接收机和一些外部参考点（如当地主钟 local master clock）的时间延迟。
• DR discontinuity data 不连续数据，一个相位跟踪的 GPS 接收机（如 AOA TurboRogue）会保持一个内部时钟，有时会自我重置；原则上，可能有方法监测这种变化，然后可以记录时钟的相对变化。
• AR analysis data for a network of station/receiver clocks，估计得到的测站网络的钟差；
• AS analysis data for a network of satellite clocks，估计得到的卫星网络的钟差；
• MS monitor data for satellite clocks as compared with a laboratory standard via monitor receivers (usually timing receivers)

文件命名方式：

• ssssdddf.yyC：对于 CR 和 DR 数据而言
• cccwwwwd.clk：对于 Ax 和 MS 数据而言

单位与精度：

• 钟差 clock offset：sec
• 钟漂 clock drift：sec/sec
• 钟的漂移速度 rate of clock drift：sec/sec2
• 它们的精度都保留小数点后 12 位

实际上，sp3文件里面也有卫星钟差，它的采样率为 5min，小数点后位数为 6 位；而clk 文件中的钟差采样率为 5s，小数点后位数为12 位。

比如对于 G01 在2022-12-04 00:00:00 时：

• sp3 文件中显示的它的钟差为 242. $\mu s$
• clk 文件中显示它的钟差为 0.0E-03 $s$

钟差一般建模为白噪声，它不像轨道可以通过内插得到，因此在进行高精度高频率定位时，需要使得钟差的频率也要足够高。

Chap.II 分析中心

常用的分析中心有：

Part.II 精密轨道 SP3

格式说明文档：https://files.igs.org/pub/data/format/sp3c.txt

下面的示例是 cod 机构发布的2022年DOY为338的最终轨道产品，文件名为 COD0OPSFIN__01D_05M_ORB.SP3

Chap.I 文件头

下面是一个文件头的示例：

#dP2022 12 4 0 0 0.00000000 289 d+D IGS20 FIT AIUB  2239 0.00000000 300.00000000 59917 0.0000000000000 + 76 G01G02G03G04G05G06G07G08G09G10G11G12G13G14G15G16G17 + G18G19G20G21G22G23G24G25G26G27G29G30G31G32R01R02R03 + R04R05R07R08R09R11R12R13R14R15R17R18R19R20R21R24E01 + E02E03E04E05E07E08E09E10E11E12E13E14E15E18E19E21E24 + E25E26E27E30E31E33E34E36 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ++ 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 6 4 6 4 5 4 ++ 4 4 6 4 4 4 4 6 5 4 4 4 4 4 5 4 4 ++ 4 4 5 4 6 4 4 4 4 4 4 4 5 6 4 4 6 ++ 6 4 4 4 4 4 4 4 4 5 4 4 4 4 4 6 5 ++ 6 4 6 5 6 4 4 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 %c M cc GPS ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc %c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc %f 1. 1.0 0.00000000000 0.000000000000000 %f 0.0000000 0.000000000 0.00000000000 0.000000000000000 %i 0 0 0 0 0 0 0 0 0 %i 0 0 0 0 0 0 0 0 0 /* Center for Orbit Determination in Europe (CODE) /* Final GNSS orbits and clocks for year-day 2022-3380 /* Middle day of a 3-day long-arc GRE solution /* Product reference - DOI 10.7892/boris.75876.4 /* PCV:IGS20 OL/AL:FES2014b NONE YN ORB:CoN CLK:CoN 

文件头所包含的信息很多，具体看官方说明文档，下面挑几个进行说明

• No.1 行：版本号为 #d；P表示卫星位置（POS，V表示速度 VEL）；时间为2022-12- 4；289 = 12 * 24 + 1 个历元；坐标框架是 IGS20
• No.2 行：GPS 周为 2239 ；历元间隔 300 s；儒列日 59917
• No.3~No.7 行（带一个 + 的行）：卫星数 76；卫星 PRN
• No.8~No.12 行（带两个 + 的行）：各个卫星的位置精度等级。0表示精度信息未知，比如G01的精度等级为4，那么它的实际精度为 $2^{4}mm=16mm$。精度等级为 13 的话，实际精度差不多就是 8 m！($2^{13}=8192$)
• No.15 行：4~13列表示用于计算卫星位置和速度分量的标准差的浮点基数。而不是像头文件 8-12 行那样使用 $2^n$，使用像1.25 这样的数字可以获得更好的分辨率。位置和速度的单位分别为mm和 $10^{-4}$ mm /sec。同样，15-26 列表示用于计算时钟校正的标准偏差和时钟校正的变化率的浮点基数。同样，我们可以用数字代替 $2^n$。
• 最后一行：对应的天线 PCV 改正文件为 igs20.atx

Chap.II 数据块

下面是一个数据块的示例：

* 2022 12 4 0 0 0.00000000 PG01 13291. -22124. -5744. 242. PG02 -9333. 23841. 8080.033743 -634. ... PR01 1343. 14735. 20772. 18. ... PE01 -29346. 297. -3804. -575. ... PE36 11800. 11062.000591 24798. -470. 

下面进行一些解释说明：

• 第一行：年月日时分秒
• 第二行：
• • PG01 表示 G01 的位置；
• • 13291.：x 坐标，单位为 km
• • -22124.：y 坐标，单位为 km
• • -5744.：z 坐标，单位为 km
• • 242.：卫星钟差，单位为 microsecond，微秒（$1\mu s=10^{-6}s$）

Part.III 精密钟差 CLK

格式说明文档：https://files.igs.org/pub/data/format/rinex_clock300.txt

下面的示例是 cod 机构发布的2022年DOY为338的最终钟差产品，文件名为 COD0OPSFIN__01D_05S_CLK.CLK

Chap.I 文件头

文件头比较长，其描述也很长，下面是一个示例

3.04 C M RINEX VERSION / TYPE CCRNXC V5.5 AIUB 10-DEC-22 18:06 PGM / RUN BY / DATE Center for Orbit Determination in Europe (CODE) COMMENT Final GNSS clock information for year-day 2022-338 COMMENT Clock information consistent with phase and C1W/C2W code data COMMENT Satellite/receiver clock values at intervals of 5/300 sec COMMENT High-rate (5 sec) clock interpolation based on phase data COMMENT Product reference: DOI 10.7892/boris.75876.4 COMMENT GPS TIME SYSTEM ID 18 LEAP SECONDS GNSS E CLKEST V5.5 IGS20 SYS / PCVS APPLIED G CLKEST V5.5 IGS20 SYS / PCVS APPLIED R CLKEST V5.5 IGS20 SYS / PCVS APPLIED E CLKEST V5.5 CODE.BIA @ ftp.aiub.unibe.ch/CODE/ SYS / DCBS APPLIED G CLKEST V5.5 CODE.BIA @ ftp.aiub.unibe.ch/CODE/ SYS / DCBS APPLIED R CLKEST V5.5 CODE.BIA @ ftp.aiub.unibe.ch/CODE/ SYS / DCBS APPLIED 2 AR AS # / TYPES OF DATA  COD Center for Orbit Determination in Europe ANALYSIS CENTER 1 # OF CLK REF  USUD00JPN 21729S007 0.000000000000E+00 ANALYSIS CLK REF 323 IGS20 # OF SOLN STA / TRF  USUD00JPN 21729S007 -  SOLN STA NAME / NUM ABMF00GLP 97103M001  - SOLN STA NAME / NUM ...  此处删去了一些测站  ZIM300CHE 14001M008   SOLN STA NAME / NUM ZIMM00CHE 14001M004   SOLN STA NAME / NUM 76 # OF SOLN SATS  E01 E02 E03 E04 E05 E07 E08 E09 E10 E11 E12 E13 E14 E15 E18 E19 PRN LIST E21 E24 E25 E26 E27 E30 E31 E33 E34 E36 G01 G02 G03 G04 G05 G06 PRN LIST G07 G08 G09 G10 G11 G12 G13 G14 G15 G16 G17 G18 G19 G20 G21 G22 PRN LIST G23 G24 G25 G26 G27 G29 G30 G31 G32 R01 R02 R03 R04 R05 R07 R08 PRN LIST R09 R11 R12 R13 R14 R15 R17 R18 R19 R20 R21 R24 PRN LIST END OF HEADER 

具体看格式说明的大表格，这里挑几个比较重要的列一下：

• SYS / # / OBS TYPES：观测数据类型
• TIME SYSTEM ID：所用时间系统
• LEAP SECONDS：跳秒数
• SYS / DCBS APPLIED：所采用的 DCB 产品
• SYS / PCVS APPLIED ：所采用的 PCV 产品
• # / TYPES OF DATA：数据类型
• STATION NAME / NUM：测站名
• STATION CLK REF：基准测站
• ANALYSIS CENTER：分析中心
• # OF CLK REF：基准钟数目
• PRN LIST：卫星 PRN 列表

Chap.II 数据块

数据块的格式表格如下：

 +----------------------------------------------------------------------------+ | TABLE A16 | | CLOCK DATA FILE - DATA RECORD DESCRIPTION | +-------------+-------------------------------------------------+------------+ | OBS. RECORD | DESCRIPTION | FORMAT | +-------------+-------------------------------------------------+------------+ |TYP/EPOCH/CLK| - Clock data type (AR, AS, CR, DR, MS) | A2,1X, | | | | | | | - Receiver or satellite name | A4,1X, | | | - Receiver name is the IGS 4-character | | | | designator | | | | - Satellite name is a 3-character string: | | | | - "Gnn" where nn is the PRN number | | | | for GPS satellite | | | | - "Rnn" where nn is the almanac number | | | | for GLONASS satellite | | | | | | | | - Epoch in GPS time (not local time!): | | | | year (4 digits),month,day,hour,min, | I4,4I3, | | | second | F10.6, | | | - Number of data values to follow | I3,3X, | | | - Clock data in the following sequence: | | | | - Clock bias (seconds) | E19.12,X | | | - Clock bias sigma [optional] (seconds) | E19.12 | +-------------+-------------------------------------------------+------------+ |TYP/EPOCH/CLK| - Clock rate [optional] (dimensionless) | E19.12,X, | | (CONT) | - Clock rate sigma [optional] (dimensionless)| E19.12,X, | | | - Clock acceleration [optional] (per second) | E19.12,X, | | | - Clock acceleration sigma [optional] | E19.12 | | | (per second) | | | | | | | | The continuation line is necessary for more | | | | than 2 data values | | | | | | | | NB: For data types "Ax", "CR", and "MS", | | | | clock data are in the sense of | | | | reported station/satellite clock | | | | *minus* reference clock value. | | | | For data type "DR", clock data are | | | | the sense of clock value after | | | | discontinuity *minus* before. | | | | | | | | Clock data apart from bias values are | | | | optional. However, if any optional values | | | | are included, then all lower order values | | | | must be supplied even if optional (although | | | | zero values may be given) | | | | | | +-------------+-------------------------------------------------+------------+ 

注意：[optional] 表示可选

下面看个示例（测站钟差）

AR USUD00JPN 2022 12 04 00 00 0.000000 2 0.8E-03 0.9E-10 

• AR：测站的分析数据
• USUD00JPN：4位测站名 + 2位接收机的编号 + 3位 ISO-3166-1 标准的国家和地区代码
• 2022 12 04 00 00 0.000000：GPST 年月日时分秒
• 2：后面有两个数据
• 0.8E-03：钟差，单位为 sec
• 0.9E-10：钟漂，单位为 sec/sec

卫星钟差

AS E01 2022 12 04 00 00 0.000000 2 -0.4E-03 0.6E-11 

• AS：卫星的分析数据
• E01：卫星 PRN
• 2022 12 04 00 00 0.000000：GPST 年月日时分秒
• 2：后面有两个数据
• -0.4E-03：钟差，单位为 sec
• 0.6E-11：钟漂，单位为 sec/sec

Reference

1. CDDIS网站下 GNSS 相关的数据产品下载+命名方式解读+文件格式说明文件下载地址
2. CDDIS 官方指导文档
3. SP3 格式说明文档
4. CLK 格式说明文档
5. IGS 产品长文件命名方式简介