TRACK 模块的配置与使用

TRACK

TRACK 是 GAMIT/GLOBK 程序的重要组成部分，该模块使用卡尔曼滤波算法，提供基于差分相位观测量的动态后处理定位功能。随着针对如飞行器、车辆、船舶或浮标等运动设备的 GPS 动态定位技术需求的不断增加，TRACK 模块凭借较高的数据处理精度，已成为该领域最受重视的程序工具之一。

本文将介绍 TRACK 模块的使用和配置过程。

使用方法

TRACK 模块目前还只能处理针对 GPS 卫星的观测数据。该模块进行数据处理时，其所有的配置参数都是通过控制文件来输入的，因此控制文件的编辑是该模块的使用过程中最重要的部分。编写好配置文件之后，你可以用以下方式启动 TRACK 程序：

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$ track -f <cmd-file> -a <amb-file> -d <day> -w <week> -s <strings>

参数释义：

  • -f <cmd-file>：输入的控制文件
  • -a <amb-file>：输入的模糊度文件；
  • -d <day>：数据观测的年积日；
  • -w <week>：数据观测的 GPS 周；
  • -s <strings>：字符串组。

在这些参数中，只有控制文件是必要的。这里的 -d <day>、-w <week>、-s <strings> 实际上是为了编写控制文件模板而设置的变量。在编辑控制文件时，你可以使用 <day> 来代替年积日，使用 <week> 来代替 GPS 周，然后在运行 TRACK 时通过命令行参数来设置它们的值。

控制文件

TRACK 模块的控制文件通常是一个 .cmd 文件，MIT 在其网站上给出了一个控制文件示例。在控制文件中，每一行作为一个控制命令，有效的控制命令必须以至少一个空白字符开始，否则将被当作注释。此外，有些控制命令可能需要多个输入项（例如观测数据），对于这样的命令，其后紧跟的非注释行都将被作为其子项，直到遇到一个空行。

在控制文件中，第一个控制命令必须是输入的观测数据，其后控制命令的顺序可以是任意的。接下来将对最主要的几个控制命令做详细介绍。

观测数据

观测数据的输入使用 obs_file 命令，其后的每一行输入一个观测文件。因此其格式为：

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obs_file
    <site>  <RINEX_file>  <type>
    ...

其中的 <site> 表示站名，<RINEX_file> 为站点对应的观测文件，最后的 <type> 代表站点的活动状态（即静止或运动）。静止的站点使用 “F” 来标记，运动的站点使用 “K” 标记。

示例，输入两个站于 2018 年第 045 日的观测文件，其中 STAT 站为静态站，FLOT 为动态站。你可以这样设置：

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obs_file
    stat  stat0450.18o  F
    flot  flot0450.18o  K

星历数据

导航卫星的星历数据使用 nav_file 输入。TRACK 程序既可以接收 RINEX 格式的广播星历数据，也可以接收 SP3 格式的精密星历数据。其输入格式为：

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nav_file  <NAVI_file>  <type>

这里的 <NAVI_file> 表示星历文件名，<type> 星历的数据类型标记。广播星历使用 NAV 标记，精密星历使用 <SP3> 标记。需注意的是，对于一个时段的解算，目前 TRACK 只能接受一个星历文件。因此如果要处理跨天的数据，你需要手动将星历数据拼接成一个文件。

示例，对应于上文的观测文件，以下命令输入精密星历数据：

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nav_file  igr19883.sp3  SP3

解算模式

实际的数据处理中，根据观测环境和状态的不同，通常需要采取不同的解算策略。TRACK 提供了许多参数，给予你对解算过程最自由的控制权。为了简化配置过程，TRACK 同样提供了针对不同情况的快速设置。根据动态站载体或动态站和静态站之间的距离，你可以通过 mode 参数来对解算过程进行快速设置。解算模式的控制命令格式为：

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mode <type>

可用的解算模式有：

  • AIR：动态站位于飞行器上；
  • SHORT：站点之间的基线长度在 1km 内；
  • LONG：站点之间的基线长度大于 1km。

示例，要使用 SHORT 模式，只需进行如下配置：

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mode SHORT

概略坐标

在默认情况下，TRACK 使用 RINEX 观测数据文件头中的概略坐标。但某些时候，观测文件中的概略坐标可能不正确，这将导致解算出错。此时你可以将正确的站点概略坐标写入到控制文件中。输入概略坐标的控制命令格式为：

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site_pos
    <site>  <X>  <Y>  <Z>

这里，<site> 为站名，<X>、<Y>、<Z> 分别为站点在空间直角坐标系下的坐标分量。

示例，对应于上文的观测站，输入其概略坐标：

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site_pos
    stat  -2592743.6008  4468222.8317  3728304.5354
    flot  -2605480.4172  4455888.3716  3734143.3193

参考点坐标

在默认情况下，TRACK 的解算结果将以所输入的第一个参考站的站心坐标系（即 NEU）的形式输出。当然，你也可以手动配置输出成果的参考点。参考点坐标的输入方式为：

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ref_neu  <X>  <Y>  <Z>

这里的 <X>、<Y>、<Z> 分别为站点在空间直角坐标系下的坐标分量。

示例，配置参考点坐标：

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ref_neu  -2606241.4364  4454156.4228  3735667.9585

成果输出形式

TRACK 程序的数据处理成果默认以 NEU 坐标输出，但你也可以添加其他的成果输出形式。配置成果输出的控制命令为：

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out_type <type>

这里的 <type> 即成果的输出形式，它可以是以下一种或几种：

  • GEOD：大地坐标系；
  • NEU：站心坐标系；
  • DHU：解算结果与初始坐标的差异；
  • XYZ：空间直角（笛卡尔）坐标系；
  • DUMP：输出 L1/L2 伪距和相位组合的残差，如果输入了 IONEX 文件，还可以同时输出 TEC（总电子含量）。

以上选项可以自由组合，例如，配置同时输出 NEU 和大地坐标系（BLH）的坐标：

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out_type GEOD+NEU

解算间隔

数据处理时选择合适的解算间隔也是很重要的，间隔太稠密将大大延长数据处理所需的时间。默认的数据处理间隔同观测文件一致，但你也可以用以下形式来配置：

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interval <num>

这里的 <num> 以秒作为单位。因此要将数据解算的间隔设置为 30 秒，你可以如下配置：

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interval 30

成果文件

TRACK 程序的解算结果主要保存在 SUM 文件中，你可以使用 sum_file 命令来配置结果输出文件：

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sum_file <filename>

这里的 <filename> 即 SUM 文件的文件名。例如，对于上文的解算任务，可以如下配置：

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sum_file TRACK18_045.sum

任务示例

MIT 在其网站上给出了一个使用 TRACK 进行数据处理的示例，你可以在页面上查看其数据处理成果，也可以下载其完整的输入文件在自己的计算机上重新运行。

下载并解压输入文件包之后，使用 cd 命令进入输入文件目录，然后使用如下命令启动 TRACK:

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$ track -f track.cmd -d 356_19 -w 12501 | tee TRAK_356_19.out

TRACK 程序的帮助信息非常详尽，可说是巨细无遗，不加任何参数运行 track 即可看到。MIT 还准备了一份在线的帮助信息供你随时随地查看。