RINEX数据格式(一)

由于GPS 接收机类型多种多样, GPS 原始数据的数据处理是非常繁重而复杂的。RINEX 是英文“Receiver Independent Exchange Format”(接收机通用数据交换格式) 的缩写形式。为使GPS数据处理软件通用化, 同时验证所用算法的可行性, GPS数据需要首先转换为RINEX标准格式, 然后再设计与编制所需软件。在这种方式下, 一种软件能处理多种类型的GPS接收机所采集的数据。
美国德克萨斯大学应用研究实验室早期提出了一种标准的FICA文档格式,它的设计原则是尽可能保持接收机所收集数据的原始特征, 只将该数据的二进制码逐个转换为计算机的ASCII 码, 对数据本身不作任何处理。显然, 这种格式对数据库是理想的, 但对大量信息的存储和调用是繁杂的。此格式曾经用于CIGNET计划中。此后, 美国大地测量局开发了ARGO格式。它将不同型号接收机收集的数据重新进行格式化, 完全符合CIGNET计划的应用。但这种格式固定不变, 很难插入其它信息。

 1989 年, 瑞士伯尔尼大学天文研究所为用于EUREF 计划, 提出了RINEX 格式草案。1989年3月, 在美国新墨西哥州举行的第五届国际卫星定位大地测量学术讨论会上, 成立了GPS交换格式的专题研究机构, 讨论了各种数据交换格式的差异。经过讨论决定, 形成了RINEX (版本1.0) 数据交换格式。1989 年8月在英国爱丁堡举行的国际大地测量协会上, RINEX格式被推荐为通用的测量GPS数据的标准交换格式。在随后一年半的应用中, RINEX 被证明为GPS数据交换的一种有效途径。

1990年9月5日, 在加拿大渥太华举行的第二届国际GPS精密定位学术讨论会上, 提出了RINEX 格式(版本2.0) 的建议。最后一次定稿是1993年3月在瑞士伯尔尼举行的IGS地球动力学学术讨论会上通过的。现在的RINEX格式经过多次的补充和修订, 已经成为GPS数据处理软件的一种标准输入格式。

通常的RINEX文件包括四种类型的ASCII码文件,它保证了不同计算机系统之间很容易地进行数据交换。这四种类型的文件分别是观测数据文件、导航数据文件、气象数据文件和GLONASS导航文件。每个文件都由一个字头块(HEADER SECTION)和一个包含实际数据的主体部分(DATA SECTION)组成。字头块中每行的第61~80列为字头标识符,这些标识符具有强制性,有关说明和例子中必须正确显示。这种格式通过在字头部分指示要存储的观测类型得到优化,以满足最小空间的需求。它与某一特定的接收机的不同观测类型无关,区最大程度是每个记录80个字节。

RINEX为纯ASCII码文本文件,其文件名有规定的命名方式:

ssssdddf.yyt

其中:ssss是以4个字母表示的测站名;

ddd为第一个观测历元的年积日(如1月1日为001);

f为一天内文件的序号数,若f为0则表示当前日所有数据的观测数据文件;

yy是以两位数表示的年份,80~99表示1980~1999年,00~79表示2000~2076年;

t为文件类型,O为观测数据文件;

N为导航数据文件;

M为地面气象数据文件;

G为GLONASS导航数据文件。

应注意:在RINEX2.0以后版本的GPS数据文件中,时间均是以GPST(GPS时)计,而不是UTC时,也就是说GPS时与UTC时之间要差一个整数跳秒数。

另外,在RINEX2.0以后版本中不仅包含GPS观测数据,还包含有GLONASS或其他卫星系统的观测数据,因此定义“snn”来区分不同卫星系统的卫星:

s:卫星系统标识符,G或空白:GPS

R:GLONASS

T:Transit

M:Mixed GPS/GLONASS

nn:伪随即噪声吗(GPS),历书号(GLONASS),2位的运载卫星号(Transit)。

由于气象数据文件在绝大多数场合下并不通用,而GLONASS导航信息与GPS信息在内容上有很大不同,并且只能由GPS/GLONASS接收机获得,因此这里主要讨论观测数据文件和导航数据文件。
RINEX(Receiver Independent Exchange Format)是种标准化的数据格式,广泛用于全球导航卫系统(GNSS)接收机观测数据的存储与交换。它支持多种类型的GNSS数据,包括GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou等系统的观测数据导航电文信息。RINEX的设计目标是实现不同品牌接收机之间的数据兼容性,使得各种处理软件可以统解析并使用这些数据。 ### 文件结构概述 RINEX文件常由两大部分组成:**文件头(Header)部分** **数据记录(Data Records)部分**。其中,文件头提供对整个文件内容的描述,而数据记录则包含具体的观测值或导航参数。 #### 文件头(Header) 文件头位于RINEX文件的最开始部分,其作用是对后续数据进行说明。根据引用[^1][^2],文件头中包含了多个标签字段,每个标签代表个特定的信息类别。例如: - `RINEX VERSION / TYPE`:标识当前文件所使用的RINEX版本以及文件类型(如O为观测数据,N为导航数据)。 - `PGM / RUN BY / DATE`:记录生成该文件的程序名称、运行者及创建时间。 - `COMMENT`:允许添加任意注释,但不参与实际数据处理。 - `MARKER NAME`:标记点名称,用于标识观测站点。 - `ANT # / TYPE` `REC # / TYPE`:分别指定天线型号接收机型号。 - `TIME OF FIRST OBS`:指示第个观测历元的时间戳。 - `SYS / PHASE SHIFTS`:表示不同系统信号相位偏移情况。 - `END OF HEADER`:标志着文件头结束,接下来是数据段。 文件头中的每行都有固定的列宽要求,并遵循类似Fortran语言风格的格式化规则来保证数据排列的致性准确性[^3]。 #### 数据记录(Data Records) 旦完成文件头定义后,接下来就是数据记录区域。这部分的内容依据文件类型有所不同,主要包括以下几种形式: ##### 观测数据(Observation Data) 对于以`.O`结尾的观测数据文件来说,每条记录对应个观测历元(Epoch),即某时刻所有可见卫的观测结果。条典型的观测记录可能包含如下字段: - **历元时间**:精确到秒的小数点后三位,用年月日时分秒表示; - **观测数量**:指明本历元内接收到的卫数目; - **观测标志**:用来区分是否包含电离层自由组合(LC)或其他特殊处理过的数据; - **卫标识符列表**:按照PRN编号列出参与本次观测的所有卫; - **各频段观测值**:针对每个卫,依次给出伪距(Pseudorange)、载波相位(Carrier Phase)、信噪比(Signal Strength)等测量值及其质量指标。 ##### 导航数据(Navigation Message) 而对于`.N`类型的导航文件,则主要保存了卫轨道参数、钟差模型以及其他必要的广播历信息。这类数据常是基于每颗卫单独组织起来的,且更新频率较低(比如每小时次)。每个导航子块般会携带以下几个方面的内容: - **卫PRN号** - **健康状态** - **开普勒六参数** - **改正系数** - **参考时间日期** ### 格式规范与注意事项 由于RINEX格式极其严格地规定了数据在文本行中的位置分布[^3],因此在编写或者解析此类文件时必须格外小心。任何轻微的位置错位都可能导致读取失败甚至计算错误。此外,在将原始二进制接收机数据换为RINEX格式的过程中,需要正确填充文件头信息并对观测数据进行适当的单位校正操作[^2]。 下面是个简化版的RINEX观测文件示例片段: ```plaintext 3.03 OBSDATA GPS RINEX VERSION / TYPE RTKLIB 2.4.2 CONV TIME 20230715 12:00:00 UTC PGM / RUN BY / DATE This is a sample comment line COMMENT MARKER NAME TRIMBLE NETR9 .A001 TRIMBLE SPS8 ANT # / TYPE LEICA VIVA GS15 .B001 LEICA AR25.N REC # / TYPE 2023 7 15 12 00 0.0000000 TIME OF FIRST OBS ... ``` 过以上详解可以看出,RINEX不仅提供了详尽的数据描述机制,还确保了跨平台的数据互操作能力,这使其成为现代GNSS数据处理不可或缺的基础之
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