介绍一款GNSS预处理软件-Anubis

作者：乐于水

全球卫星导航系统发展迅猛，继美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）和欧洲的伽利略卫星导航系统（Galileo）之后，我国北斗三号基本系统已于2018年12月27日完成建设并开始提供全球服务，北斗系统也日益表现出卓越得定位、导航功能。高精度位置信息的获取必然依赖GNSS数据预处理，数据质量检查提供的信息不仅有利于数据后处理，还有益于高质量观测数据的收集、存储。上述多种系统、信号、频率的出现给GNSS数据预处理带来了新的挑战。RINEX3.X格式已经包容了上述提到的所有系统、所有频段的数据。

目前常用的GNSS数据预处理软件有BNC（BKC ntrip client）及TEQC，但只有BNC是开源的，且支持RINEX3.X格式，但其操作相对复杂，且TEQC只能检核GPS和GLONASS双系统数据不支持BDS数据。本文介绍一种新兴GNSS预处理软件Anubis，由捷克国家大地测量、地形与地图制图研究所开发，支持 GPS, GLONASS, BDS, Galileo, QZSS,SBAS各频点数据的质量检核与分析，且支持Rinex3.X格式，具体功能包括数据缺失和小数据块检测、观测值可用频带统计、周跳和钟跳检测、多路径效应影响估计、计算信噪比等，若同时提供导航数据还可以进行标准单点定位、方位角和高度角计算。

Anubis软件免费开源，支持Windows、Linux和MacOS等常见操作系统。类似于TEQC，该软件也在命令行窗口运行。通过预设好的配置文件，Anubis一次可对多个Rinex文件进行并行预处理操作，此举可简化处理流程，提高效率。Anubis的第一版于2013年发布，目前最新版本是Anubis2.2.3。下载网址为

http://www.pecny.cz/sw/anubis/

1 安装配置

1.1 Windows 操作系统

首先从程序的下载页面获取文件名中带有 “win” 字样的适用于 Windows 操作系统的程序文件。例如，下载的文件为：anubis-2.2.3-win-static-64b，下载完成后将该文件重命名为“anubis.exe”。打开“命令提示符”窗口，使用 cd命令进入程序所在目录，执行 anubis 命令即可使用该程序。如果希望在任何目录都能使用该程序，可以考虑将程序所在目录添加到系统的“PATH”环境变量，或直接将anubis.exe 移动至“C:\Windows\System32” 文件夹内。

需要注意的是，如使用 Windows7 或者更早的操作系统，可能会遭遇缺失某些动态链接库（.dll文件）的错误。这种情况下，对于能够连接互联网的计算机，可以为系统安装最新的更新；对于无法连接网络的计算机，可以尝试安装微软 VC++2015 套件，或者将所缺失的 dll 文件放置到 anubis 程序所在的文件夹来解决。

1.2 Linux 操作系统

对于 UNIX/Linux 操作系统，下载文件名中含有 “lin” 字样的程序文件，注意程序的适用环境（32 或 64 位系统）。下载完成后将其重命名为 “anubis”，在终端中进入程序所在目录，使用如下命令为其添加执行权限：$ chmod +x anubis

之后就可以通过命令 anubis 使用程序了，但是每次使用前需要切换工作目录。如果希望在任何目录下都可以使用此程序，可以将其移动到“/usr/bin” 目录下。

2 程序使用

2.1 数据获取

采用IGS数据进行处理。IGS数据获取网站有CDDIS（ftp://cddis.gsfc.nasa.gov）、SOPAC（ftp://garner.ucsd.edu/）、IGN（ftp://igs.ensg.ign.fr/）。另国内可访问武汉大学IGS数据中心（ftp://igs.gnsswhu.cn/、http://www.igs.gnsswhu.cn/）。

本次采用BJFS站2019年1月12日RINEX观测数据和导航数据，2.2.3版本Anubis。

2.2 Anubis参数

输入anubis –h显示Anubis可接收参数各项。如图

参数释义：

· -x <xml>：输入的配置文件；

· -l <log>：输出的日志文件；

· -v <int>；日志文件详细度；

· -X：输出默认的配置文件；

· -V：显示程序的版本信息；

· -h -help：显示帮助信息。

配置文件以 XML格式编写。其中-l <log>项较少用到，因为程序在运行时都会自动生成log日志文件。日志文件详细度也可在配置文件中进行设置。

详细命令如anubis -x <xml> -l <log> -v <int> -X -V –h

实际解算操作可直接：anubis -x BJFS012.xml

2.3 配置文件

使用下面的命令可以输出一个包含默认项的配置文件：

anubis -X2> anubis_defaults.xml(注意此处-X为大写的X)

配置文件设置一般在默认配置文件基础上进行修改。下面以配置文件为范例进行讲解。

程序的参数配置放在配置文件的 config 元素中，该元素包含以下子项：

· gen：全局配置项，包含采样间隔、卫星系统、站点等；

· qc：数据质量分析检查的配置项；

· input：输入文件配置，包括观测文件与星历文件；

· output：输出文件配置，包括输出数据、质量分析结果、操作日志等。

· gnss：卫星系统配置项，如对卫星和观测量、频段等的筛选；

· rec：接收机描述项，如站点名称、编号，接受机型号和天线型号，以及年代变化。

对于和 GNSS 卫星系统相关的配置，使用卫星系统的 3 个字符简称，它们的对应关系为：

· GPS：GPS；

· GLONASS：GLO；

· Galileo：GAL；

· BeiDou：BDS；

· SBAS：SBS；

· QZSS：QZS

2.3.1 全局配置项gen

包含的子元素有：

· beg：开始处理的时刻；

· end：结束处理的时刻；

· int：数据的采样间隔；

· sys：要处理的卫星系统；

· rec：要处理的站点列表。

示例如下：

<gen>

   <beg>"2019-01-12 00:00:00" </beg>

   <end>"2019-01-12 23:59:59" </end>

   <sys>  GPS GAL GLO BDS -QZS -SBS </sys>

   <rec> GOPEWTZR POTS                </rec>

  <int>30</int>

 </gen>

在上例中，将要处理的时间间隔设置为 2019 年 01月 12 日 0 点 0 分 0 秒至 23 点 59 分 59 秒，数据的采样间隔为 30 秒，要处理的观测站的列表为 GOPE、 WTZR 和POTS；并指定了要处理的和不要处理的卫星系统，不处理的卫星系统前添加“-”号作为标记。

2.3.2 质量检查配置项qc 

属性有：

· sec_sum：总结报告信息的详细度；

· sec_hdr：观测信息检查报告的详细度；

· sec_obs：观测量统计报告的详细度；

· sec_est：定位解算（SPP）报告的详细度；

· sec_gap：观测值跳变报告的详细度；

· sec_bnd：观测频段统计报告的详细度；

· sec_pre：周跳和失锁等预处理报告的详细度；

· sec_ele：卫星方位角和高度角报告的详细度；

· sec_mpx：多路径效应影响报告的详细度；

· sec_snr：信噪比统计报告的详细度；

· sec_sat：卫星信息报告的详细度；

· int_stp：预处理时的数据取样间隔；

· int_gap：探测观测跳变时的阈值；

· int_pcs：探测观测缺失时的阈值；

· col_sat：与卫星相关的报告的列数；

· mpx_nep：探测多路径系统误差时使用的历元数；

· mpx_lim：探测多路径误差时使用的阈值；

· pos_kin：接收机是否为运动状态。

· pos_int： int positioning interval

· pos_cut：positioningelevation angle cut-off (degrees)

· ele_cut：设置的截至高度角；

· sat_rec：bool expected satellite (all | receivertracking)

· 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 limitposition

在以上的属性中，以“sec”作为前缀的项，其取值范围为 0 到 9。以“int”作为前缀的项，以秒作为单位，截至高度角以度作为单位。而 pos_kin 的取值范围只有 true 或 false。

示例如下

 <qc

  sec_sum="1"

  sec_hdr="1"

  sec_obs="1"

  sec_est="1"

  sec_gap="1"

  sec_bnd="1"

  sec_pre="1"

  sec_ele="1"

  sec_mpx="1"

  sec_snr="1"

  sec_sat="1"

  int_stp="900"

  int_gap="600"

  int_pcs="1800"

  col_sat="35"

  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"

 />

2.3.3 输入数据配置项input 

其中的元素有：

·  rinexo：输入的 RINEX 观测数据文件，多个文件使用空白分隔；

· rinexn：输入的 RINEX 广播星历文件，多个文件使用空白分隔（GPS导航电文文件）；

· sp3：输入的精密星历文件，多个文件使用空白分隔。示例如下：

<inputs>

    <rinexo>

    rinex/bjfs0120.19o

    rinex/wuhn0120.19o

    </rinexo>

    <rinexn>brdc/brdm0120.19n </rinexn>

    <sp3> igs/igs20356.sp3</sp3>

</inputs>

2.3.4 输出数据配置项output 

其中的元素有：

· xtr：文本格式的处理报告文件，较繁复，后续报告内容的可视化以xtr文件为基础；

· xml：XML 格式的处理报告文件，较简洁；

· log：处理日志文件，文本格式。

<outputs append="0" verb="0" >

<xtr>$(rec)20190112.xtr </xtr>

<xml>$(rec)20190112.xml </xml>

</outputs>

Anubis 将为每个输入的观测数据输出一个报告文件。示例在配置报告文件的输出路径时，使用了 $(rec) 这个变量，它代表输入的观测数据的测站名。默认配置文件中<flt>元素不适用。

2.3.5 卫星系统配置项GNSS

卫星系统配置项可以对每个卫星系统做单独的设置，通常用于过滤卫星、频段和观测类型等。其中的卫星系统名采用上述提到的 3 个字符的简写方式。每个卫星系统可设置如下参数：

· sat：要处理的卫星编号（默认为所有卫星）；

· type：要处理的观测类型（默认为所有类型）；

· band：要处理的频段（默认为所有频段）；

· attr：要处理的观测值属性（默认为所有属性）。

其中的 attr 项目针对 RINEX 3 标准。在 RINEX 3 中，观测类型由以前的 2 个字符改为 3 个字符。新增的第 3 个字符表示观测值属性，该属性与产生观测值的接收机通道有关。

一个对 GLONASS 系统的示例配置如下：

<glo>

<sat> R01R02 R04 </sat>

<type> C LD S P </type>

<band> 1 23 </band>

<attr> A BC D I L M N P Q S W X Y Z</attr>

</glo>

2.3.6 接收机描述项rec

该项可选填，对于IGS站点可填写站点名、编号，以及历年天线和接受型号变化，具体信息可从ftp://ftp.igs.org/pub/station/log/网站获取。

3 可视化

官方提供了配套的绘图工具, 包括Perl与python两版, 该工具通过读取xtr 文件即可输出分析结果图像。在Windows环境下亲试以python方式进行可视化。

官网提供python可视化化源码文件，下载地址：http://www.westernexplorers.us/GNSSplotters/anubisplot.py

运行环境要求安装python2.x并安装numpy 1.5和matplotlib1.3第三方库。实测运行环境（python2.7+ numpy 1.16+matplotlib 1.5）。numpy和matplotlib通过pip安装（pipinstall  numpy==1.16）。

可视化命令：

python  anubisplot.py    +skyplot  BJFS20190112.xtr

python  anubisplot.py    +azelplot   BJFS20190112.xtr

python  anubisplot.py    +timeelplot    BJFS20190112.xtr