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北斗分析之众神之战

已有 3297 次阅读 2020-5-27 11:17 |个人分类:G-NUT/ANUBIS|系统分类:科研笔记| 北斗分析


众神之战–阿努比斯

– G-NUT/ANUBIS 对北斗地面站数据的分析

anubis介绍

      “阿努比斯（古希腊语：Ἄνουβις）是埃及神话中一位与木乃伊制作与死后生活有关的胡狼头神。阿努比斯其实是个古希腊语的名字[1]，而根据阿马尔奈文书中的阿卡德语译文，他的名字在埃及语的发音更接近“Anapa”[2]。在埃及神话中，他是奈芙蒂斯与欧西里斯之子，也有记述说是奈芙蒂斯与赛特之子。目前所知有关阿努比斯最早的记述是在古王国时期的金字塔文本，文中他与法老的葬礼有所关联[3]在这个时期，阿努比斯是最重要的死亡之神，但到了中王国时期他的地位便被欧西里斯所取代[4]。”----自由的百科全书
image

G-NUT/ANUBIS

      该软件是由捷克捷克共和国大地观测台Pecny（GOP）开发的G-Nut核心库实现的，一款用于对所有可用GNSS星座中的现代数据进行质量检查的开源程序，这款开源程序可通过GNSS观测文件/导航文件或SP3轨道产品支持来提供对GNSS数据全面的定量和定性控制：
　　*观测统计（观测，信号，频带，GPS卫星，GLONASS，伽利略，北斗，SBAS，QZSS，IRNSS的计数）
　　*标准点定位　　
　　*预处理，包括时钟跳变和周跳检测以及所有星座图，频率和信号上的其他中断
　　*卫星标高和方位角（如果受特定星座导航消息或SP3产品支持）
　　*特定于海拔的直方图，地平线的卫星上升/下降时间和用户海拔截止
　　*伪距多径和噪声
　　*载波相位信噪比
　　*数据缺口和小数据
　　*以特定的XTR和简约的标准XML格式输出
　　*其他有用的列表和统计信息（卫星导航数据可用性，卫星健康状态等）----pecny

众神之战

tools TEQC gfzrnx BNC G-NUT/ANUBIS
出处 unavco GFZ BKG PECNY
官网 unavco GFZ BKG anubis
3.x 格式 否 是 是 是
是否质检 是 否 是 是
是否绘图 是 否 是 是
是否开源 否 否 是 是
操作友好 √ √ √ ×

（注：仅对软件）
      从上面的列表可以看出anubis不管在何种状况下都存在着明显的优势，以及它在spp中的优秀可控性，对足以让我们让选择它作为质检程序。

北斗归位

image

      北斗卫星导航系统第41颗卫星（地球静止轨道卫星）、第49颗卫星（倾斜地球同步轨道卫星）、第50颗卫星（中圆轨道卫星）和第51颗卫星（中圆轨道卫星）已完成在轨测试、入网评估等工作，于近日正式入网工作。其中，第41和49颗卫星由中国空间技术研究院研制，分别于2018年11月1日和2019年11月5日在西昌卫星发射中心发射；第50和51颗卫星由中国科学院微小卫星创新研究院研制，于2019年11月23日在西昌卫星发射中心发射。北斗办
      上述文字是北斗网在2月15日发布的消息，这则消息的发布标识着北斗3再次加血，北斗家族也更加强大。全球服务性能更加完善。
      我们从官方发布来了解一下北斗卫星的在轨情况：

星下点轨迹是卫星运动轨迹垂直向下在地球表面的投影　　星下点轨迹是卫星运动轨迹垂直向下在地球表面的投影(2020 001) 　　
可见性　　　从可见卫星数目图中可以了解北斗系统基本的覆盖区域(2020 001)
位置几何精度因子（PDOP）　　　PDOP是表征卫星与用户相对位置关系几何强度的参数，在用户测距误差一定的情况下，PDOP越大定位精度越差，PDOP越小定位精度越高。
空间信号精度　　　空间信号测距误差（SISRE）是UERE主要构成部分,SISRE反映卫星播发的导航电文偏差对用户测距的影响。
用户定位精度定位服务性能描述北斗卫星导航标准单点定位精度
北斗卫星健康情况　　　北斗卫星健康状态图

北斗地面站

数据介绍

      上面我们对北斗卫星的性能及其健康状态我们有了一个初步的认识，为了探究一下国内IGS站点对北斗卫星的接受情况。

国内IGS站分布

      数据来源于科学网*李鸿斌

site network city country agency lat long last rinex2 last rinex3 sat system site
BJFS00CHN IGS Fangshan China CASM 39.61 115.89 2020/2/19 n/a GPS+GLO BJFS00CHN
BJNM00CHN IGS Beijing China NIM 40.25 116.22 2020/2/18 n/a GPS+GLO BJNM00CHN
CHAN00CHN IGS CHANGCHUN China CHO 43.79 125.44 2020/2/19 n/a GPS CHAN00CHN
GUAO00CHN IGS URUMQI China JPL 43.47 87.18 2016/3/14 n/a GPS GUAO00CHN
HKSL00HKG IGS Tuen Mun China HKLD 22.37 113.93 2020/2/19 2020/2/19 GPS+GLO+GAL+BDS+QZSS HKSL00HKG
HKWS00HKG IGS Wong Shek China HKLD 22.43 114.34 2020/2/19 2020/2/19 GPS+GLO+GAL+BDS+QZSS+SBAS HKWS00HKG
JFNG00CHN IGS Jiufeng China CNES 30.52 114.49 2020/2/19 2020/2/19 GPS+GLO+GAL+BDS+QZSS+SBAS JFNG00CHN
LHAZ00CHN IGS Lhasa China BKG 29.66 91.10 2020/2/19 2020/2/19 GPS+GLO+GAL+BDS+SBAS LHAZ00CHN
SHAO00CHN IGS Sheshan China JPL 31.10 121.20 2019/3/19 n/a GPS SHAO00CHN
URUM00CHN IGS Urumqi China GFZ 43.81 87.60 2018/12/16 2020/2/19 GPS+GLO+GAL+BDS+QZSS+IRNSS+SBAS URUM00CHN
WUH200CHN IGS Wuhan City China GFZ 30.53 114.36 2018/12/16 2020/2/19 GPS+GLO+GAL+BDS+QZSS+IRNSS+SBAS WUH200CHN
WUHN00CHN IGS Wuhan China WHU 30.53 114.36 2016/9/26 2020/2/8 GPS+GLO+BDS WUHN00CHN
TNML00TWN IGS Hsinchu China NML 24.80 120.99 2019/3/28 n/a GPS TNML00TWN
KMNM00TWN IGS Kinmen China NLSC 24.46 118.39 2020/2/19 2020/2/19 GPS+GLO+GAL+BDS+QZSS+SBAS KMNM00TWN
CKSV00TWN IGS Tainan China NLSC 23.00 120.22 2020/2/19 2020/2/19 GPS+GLO+GAL+BDS+QZSS+SBAS CKSV00TWN
TCMS00TWN IGS Hsinchu China NML 24.80 120.99 2020/2/19 n/a GPS TCMS00TWN
TWTF00TWN IGS Taoyuan China TL 24.95 121.16 2020/2/19 2020/2/19 GPS+GLO+QZSS+SBAS TWTF00TWN
NCKU00TWN IGS Tainan China JAXA 23.00 120.22 n/a 2020/2/19 GPS+GLO+GAL+BDS+QZSS NCKU00TWN

数据来源MGEX

      从上面表中的数据中可以看到内地可以接受北斗数据的地面站有JFNG00CHN、LHAZ00CHN、URUM00CHN、WUH200CHN、WUHN00CHN，海峡两岸可以接受北斗卫星数据的站点有HKSL00HKG、HKWS00HKG、KMNM00TWN、CKSV00TWN、NCKU00TWN（在此强烈申明一个中国原则，也对IGS这样的国际组织表示强烈的谴责，在官方列表中将台湾省几个所属站点国家所在列列为台湾）
##数据下载
我们选择2020年1月1日（2020001）的数据乌鲁木齐站（urum）作为案列来进行下载，

数据准备

  • 数据下载URUM00CHN_R_20200010000_01D_30S_MO.crx.gz``````gfz20863.sp3.z``````brdm0010.20p.Z

  • 进行数据解压 gunzip URUM00CHN_R_20200010000_01D_30S_MO.crx.gz ``````uncompress *.Z

  • 数据格式转换 sh_rename_rinex3 URUM00CHN_R_20200010000_01D_30S_MO.crx ./urum0010.20o

数据处理

  • 建立文件夹mkdir rinex brdc igs

  • 将数据分别移动至文件夹 mv urum0010.20o rinex ``````mv brdm0010.20p brdc``````mv gfz20863.sp3

  • 获得配置文件 anubis -X 2> anubis -X 2> urum001.xml

  • 对配置文件进行配置 

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="yes" ?> 
<!DOCTYPE config>

<config>

<gen>
  <beg> "2020-01-01 00:00:00" </beg>
  <end> "2020-01-01 23:59:59" </end>
  <sys>  GPS GAL GLO BDS QZS SBS </sys>
  <rec> urum                </rec>
  <int>30</int>
</gen>
   <!-- general description:
    beg    .. beg time          (default: all)
    end    .. end time          (default: all)
    int    .. data sampling     (default: 30s)
    sys    .. GNSS system(s)    (default: all)
    rec    .. GNSS receiver(s)  (rec active list, e.g.: GOPE ONSA WTZR ... )
    -->

<qc 
  sec_sum="9" 
  sec_hdr="1" 
  sec_obs="9" 
  sec_est="9" 
  sec_gap="9" 
  sec_bnd="9" 
  sec_pre="9" 
  sec_ele="9" 
  sec_mpx="9" 
  sec_snr="9" 
  sec_sat="9" 
  int_stp="900" 
  int_gap="600" 
  int_pcs="1800" 
  col_sat="36" 
  mpx_nep="15" 
  mpx_lim="5" 
  pos_kin="0" 
  pos_int="900" 
  pos_cut="5" 
  ele_cut="10" 
  sat_rec="0" 
  use_health="3" 
  dV_lim="5" 
  dH_lim="5" 
  dG_lim="6" 
/>
   <!-- quality check description:
    sec_sum     [0-9]    .. summary statistics
    sec_hdr     [0-9]    .. header metadata check
    sec_est     [0-9]    .. estimated values
    sec_obs     [0-9]    .. observation statistics
    sec_gap     [0-9]    .. gap & pieces
    sec_bnd     [0-9]    .. observation bands
    sec_pre     [0-9]    .. cycle-slip, clock-jumps
    sec_ele     [0-9]    .. azimuth/elevation (if navigation)
    sec_mpx     [0-9]    .. multipath calculation

sec_snr     [0-9]    .. signal-to-noise ratio

sec_sat     [0-9]    .. satellite information
    int_stp     int[s]   .. interval for time-spacing
    int_gap     int[s]   .. interval for gap identification
    int_pcs     int[s]   .. interval for smalle pieces identification
    col_sat     int[#]   .. number of columns for sat-specific reporting
    mpx_nep     int[#]   .. number of epochs for multipath calculation
    mpx_lim     double   .. sigma-multiplicator for MP cycle-slip & outlier detection
    pos_kin     bool     .. kinematic receiver (true = kinematic)
    pos_int     int      .. positioning interval
    pos_cut     double   .. positioning elevation angle cut-off (degrees)
    ele_cut     double   .. user elevation cut-off (only for expt/have, degrees)
    sat_rec     bool     .. expected satellite (all | receiver tracking)
    use_health  enum     .. using method of satellite healhy status (position|statistics|all)
    dV_lim      double   .. vertical limit position 
    dH_lim      double   .. horizontal limit position 
    dG_lim      doubel   .. GDOP limit position 
    -->

<inputs>
  <rinexo> file://rinex/urum0010.20o</rinexo> 		 <!-- obs RINEX decoder -->
  <rinexn> file://brdc/brdm0010.20p </rinexn> 		 <!-- nav RINEX decoder -->
  <sp3>    file://igs/gfz20863.sp3 </sp3>
</inputs>
   <!-- inputs description:
    <decoder> path1 path2 path3  </decoder>
    ... 
    where path(i) contains [file,tcp,ntrip]:// depending on the application
    -->

<outputs append="0" verb="0" >
  <xtr> $(rec)20200520.xtr </xtr>    		 <!-- filter output encoder -->
  <xml> $(rec)20200520.xml</xml>
  <log> 20200520.log</log>
</outputs>
   <!-- outputs description:
    <encoder> path </encoder>
    ... 
    where path contains [file,tcp,ntrip]:// depending on the application
    -->

<gps>            		  <!-- any GNSS constellation: GPS GLO GAL BDS SBS QZS -->
  <sat>  </sat>  		  <!-- list of GPS satellites: G01 G02 .. or empty(ALL) -->
  <type> </type> 		  <!-- list of GPS  obs types: C L D S P or empty(ALL)  -->
  <band> </band> 		  <!-- list of GPS  obs bands: 1 2 5 or empty(ALL) -->
  <attr> </attr> 		  <!-- list of PGS attributes: A B C D I L M N P Q S W X Y Z or empty(ALL) -->
</gps>

<glo>            		  <!-- any GNSS constellation: GPS GLO GAL BDS SBS QZS -->
  <sat>  </sat>  		  <!-- list of GPS satellites: R01 R02 .. or empty(ALL) -->
  <type> </type> 		  <!-- list of GPS  obs types: C L D S P or empty(ALL)  -->
  <band> </band> 		  <!-- list of GPS  obs bands: 1 2 3 or empty(ALL) -->
  <attr> </attr> 		  <!-- list of PGS attributes: A B C D I L M N P Q S W X Y Z or empty(ALL) -->
</glo>

<bds>            		  <!-- any GNSS constellation: GPS GLO GAL BDS SBS QZS -->
  <sat>  </sat>  		  <!-- list of GPS satellites: C01 C02 .. or empty(ALL) -->
  <type> </type> 		  <!-- list of GPS  obs types: C L D S P or empty(ALL)  -->
  <band> </band> 		  <!-- list of GPS  obs bands: 1 2 3 or empty(ALL) -->
  <attr> </attr> 		  <!-- list of PGS attributes: A B C D I L M N P Q S W X Y Z or empty(ALL) -->
</bds>
   
<gal>            		  <!-- any GNSS constellation: GPS GLO GAL BDS SBS QZS -->
  <sat>  </sat>  		  <!-- list of GPS satellites: E01 E02 .. or empty(ALL) -->
  <type> </type> 		  <!-- list of GPS  obs types: C L D S P or empty(ALL)  -->
  <band> </band> 		  <!-- list of GPS  obs bands: 1 2 3 or empty(ALL) -->
  <attr> </attr> 		  <!-- list of PGS attributes: A B C D I L M N P Q S W X Y Z or empty(ALL) -->
</gal>
   


</config>

  • 数据质检 生产需要的质检数据文件 anubis -x urum001.xml -v 9 依次来生成详细的质量检查文件在此数字9表示最详细，其范围取值为{0-9}

绘图处理

      anubis官方提供两种绘图，分别是基于pyton的Anubis的Anubisplot.py,还有就是基于perl库的plot_Anubis-2.2-2018-08-01，2.2这是官方所能提供的最新的版本，本次文章之前，查阅了一些文献，在python绘图的时候出现一些不可逆的问题，所以本次我们选择官方给出的plot_Anubis来进行绘图
官方也给出了绘图的命令 plot_Anubis.pl --ifile URUM20200520.xtr --plot="urum.png" --all --all --title="urum [2020:001]"

  • 图形展示
          在此我们以eps为格式矢量图，我们利用gmt 自带的转换模块 psconvert 将矢量的eps转化为高清的gmt图，此处来利用了新浪图床来存放我们的图片。最后获得的可视化图如下：
    image
    image









          我们可以看到urum站可接受到的北斗卫星最高为C36,其中多数卫星为北斗2代，所以北斗的整体质量不如GPS，这在多路径、单点定位 、信噪比等各项质量指标上都呈现一个下的趋势，随着北3的不断升空，我们不久会看到一个良性的结果，当然这也是笔者仅仅从质量角度来定量分析北斗卫星，我们还可以从各个角度来价定北斗卫星的性能。

致谢

  • 感谢 GFZ-波茨坦-李盼博士的热情指导

  • 感谢 西安刘光明研究员的热情指导

  • 感谢 IGS 数据中心 MGEX 提供观测数据

  • 感谢 GFZ 数据中心 提供精密星历

  • 感谢 北斗办 提供北斗参数

  • 感谢 中国卫星导航系统管理办公室测试评估研究中心 提供卫星健康状态

  • 感谢 GMT 中文社区

  • 感谢 G-Nut/Anubis 提供开源软件与绘图程序

  • 感谢 GNSS HELP

  • 感谢 陈秀德 贾小林 等 《一种多GNSS的数据质量检测工具–Anubis》




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