Introdução ao GG (GAMIT/GLOBK): Processamento de dados GNSS (GPS) e

combinação de soluções geodésicas

João Carlos Chaves

29/novembro/2013

UNESP/FCT/GEGE

Presidente Prudente/SP/Brasil

Título: Introdução ao GG (Gamit.Glock): Processamento

de dados GNSS (GPS) e combinação de soluções

geodésicas Palestrante: Prof. Dr. João Carlos Chaves

• Descrição: Dentre os programas científicos reconhecidos

internacionalmente para fins de processamento de dados GNSS (GPS),

tem-se o software (GAMIT) desenvolvido pelo MIT (Massachussetts

Institute of Technology). Coordenadas de estações GNSS (GPS), órbitas

dos satélites GNSS (GPS), parâmetros de orientação da Terra e atrasos

atmosféricos são estimados. Soluções diárias são combinadas com o

programa GLOBK, gerando soluções semanais, injuncionadas fracamente

ou com base na "estabilização" (jargão do GLOBK). As experiências

desenvolvidas com estes programas científicos, associadas com as

orientações do SIRGAS aos seus Centros de Processamento e

Combinação, podem nos proporcionar soluções semanais das estações

pertencentes à RBMC/IBGE e à Rede GNSS-SP/FAPESP, auxiliando nas

pesquisas vinculadas ao Departamento de Cartografia e ao Programa de

Pós-Graduação em Ciências Cartográfica (PPGCC) da Faculdade de

Ciências e Tecnologia (FCT) da UNESP, Campus de Presidente Prudente.

GAMIT/GLOBK

• Desenvolvido por:

– Massachussetts Institute of Technology (MIT)

• Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences

– Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA)

– University of California (San Diego)

• Scripps Institution of Oceanography (SIO)

• Mantido por:

– T.A. Herring; R.W. King; S.C. McClusky

• Site:

– http://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/

http://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/http://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/http://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/

• GAMIT/GLOBK é conjunto de programas

para estimar:

– coordenadas e velocidades de estações,

– atrasos atmosférico,

– órbitas dos satélites,

– parâmetros de orientação da Terra.

• O programa é projetado para rodar no sistema operacional UNIX e utiliza C-shell scripts para o processamento.

• GAMIT/GLOBK pode ser utilizado, sem custos, por pesquisadores, universidades e órgãos governamentais, para propósitos não comerciais.

• Para obter password para download, contactar Dr. Robert W. King (rwk@chandler.mit.edu).

mailto:rwk@chandler.mit.edumailto:rwk@chandler.mit.edumailto:rwk@chandler.mit.edumailto:rwk@chandler.mit.edumailto:rwk@chandler.mit.edu

• GAMIT é um conjunto de programas para

análise de dados GPS para estimar:

– posições tridimensionais

• estações terrestre

• órbitas dos satélites

– atrasos zenitais atmosférico,

– parâmetros de orientação da Terra.

• GLOBK é um filtro de Kalman com

propósito de combinar várias soluções

geodésicas, tais como GPS, VLBI e SLR.

• Versão atual de GAMIT/GLOBK é 10.5 de

24/set/2013: – http://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/down.htm

http://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/down.htmhttp://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/down.htmhttp://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/down.htmhttp://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/down.htmhttp://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/down.htmhttp://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/down.htmhttp://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/down.htmhttp://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/down.htmhttp://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/down.htmhttp://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/down.htmhttp://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/down.htm

GAMIT

• Conjunto de programas que analisa dados

GPS para estimar:

– posições das estações,

– órbitas dos satélites,

– parâmetros de orientação da Terra,

– parâmetros do atraso atmosférico,

– ambigüidade da fase da portadora.

Programas/módulos do GAMIT

• ARC: integra órbitas dos satélites GPS.

• MODEL: calcula as fases e suas

derivadas parciais com relação aos

parâmetros.

• AUTCLN: limpa os dados GPS e repara

cycle slips.

• SOLVE: estima os parâmetros via MMQ.

• Embora os módulos do GAMIT possam

ser executados individualmente, eles

estão ligados por meio de um fluxo de

dados, p.ex. convenções de nomes de

arquivos, de maneira que a maioria dos

processamentos é realizado com shell

scripts e uma seqüência de batch files

para modelar, editar e estimar.

• GLOBK também trabalha com programas distintos que podem ser executados com um único comando ou rodados separadamente.

• GLOBK combina “quase-observações” (arquivos do GAMIT ou formato SINEX) de várias redes e/ou épocas (glred ou globk), e impõe nesta solução um reference frame apropriado para o objetivo científico (glorg).

• glred lê os dados de cada dia para gerar série temporal.

• globk reúne várias épocas para obter uma posição média e/ou velocidade.

• Na prática, a solução GAMIT não é utilizada

diretamente para obter a estimativa final da

posição da estação.

• GAMIT produz uma estimativa e uma matriz

covariância (‘quase-observações’) da posição

da estação e, opcionalmente, outros parâmetros

(orbital e rotação da Terra) como entrada para o

GLOBK combinar estes dados com de outras

redes e estimar posições e velocidades.

• GLOBK usa um filtro de Kalman que se

utiliza das matrizes covariância do que

das equações normais.

• Para não influenciar na combinação,

GAMIT gera a solução usada pelo GLOBK

com “loose constraints” nos parâmetros.

Criar os diretórios de trabalho

• /expt

– /dia1

– /dia2

– /rinex

– /brdc

– /igs

– /tables

– /gsoln

– /glbf

Preparar os dados

• Copiar os arquivos de observação RINEX

(SSSSDDDO.YYo) em /rinex.

• Copiar os arquivos de navegação RINEX

(brdcDDD0.YYn) em /brdc.

• Copiar os arquivos de efemérides IGS

SP3 (igsWWWWD.sp3) em /igs.

“Links”

• No diretório /tables, executar o script links.tables.

• No diretório /dia, executar o script links.day.

• No diretório /rinex, executar o script sh_link_rinex1.

• No diretório /dia, “link” os arquivos de navegação

com o comando ln –s ../brdc/brdc2440.07n.

• No diretório /dia, “link” os arquivos de SP3 com o

comando ln –s ../igs/igs14426.sp3.

Tipos de arquivos

• Específico sobre a ocupação da estação: – RINEX, X-file, C-file, K-file, P-file, Z-file.

• Específico sobre a sessão ou o levantamento/experimento: – Arquivos de controle:

• Process.defaults, sites.defaults, sestbl., sittbl., session.info, D-file, B-file.

– Arquivos usados para modelar as observações: • Station.info, RINEX nav, G-file, I-file, J-file, L-file, T-file, A-file, U-file, Y-file.

– Arquivos usados na edição dos dados: • Autcln.out, autcln.pref.sum, autcln.post.sum, V-file.

– Arquivos usados na estimação: • M-file, N-file, Q-file, O-file, H-file.

• Global: – Rcvant.dat, autmod.dat, svnav.dat, gdetic.dat, ut1., pole., leap.sec, nutabl.,

luntab., soltab., otl.grid, atl.grid, map.grid.

Sumário dos arquivos

Sumário dos arquivos

Arquivos “globais”

Arquivos de controle

• process.defaults

• sestbl.

• sittbl.

• autclm.cmd

• sites.defaults

Arquivos de dados e de solução

Processamento automático

GAMIT

SÉRIE TEMPORAL

GAMIT Overview (HERRING, 2012)

• Discuss the setup, operation and options for GAMIT processing with sh_gamit

• Areas:

– Directory structures

– Main functions in gamit: Programs called that run the gamit processing.

– Files that are important in processing

– Summary files

– Residual plots

– Problems that can happen and suggestions.

01/09/12 GAMIT Processing 38

Basics (HERRING, 2012)

• The scripts that control gamit and globk all have built in help which can be evoked by typing name. (~/gg/com contains all of the scripts used; ~/gg/gamit/bin and ~/gg/kf/bin contain the program executables; kf programs also have help output. (gg is a link in your home directory that points to the directory with the gamit/globk software installed).

• Once the software is installed; user selects data to be processed over some interval of time and uses sh_gamit for the processing. Globk is used after the daily processing to combine results and set the reference frame.

01/09/12 GAMIT Processing 39

Overview of sh_gamit: Getting started (HERRING, 2012)

• To start sh_setup will create /tables, /rinex, /gsoln directories and then local specifics can be set. – in ./tables, process.defaults and sites.default are the two main

files that need to be edited; sittbl. may also need editing to ensure some constrained stations in the network to be processed; sestbl. is edited if non-standard processing.

– In ./tables, apriori coordinate file created (name in process.defaults). Additional coordinates are put into ./tables/lfile.

– in ./rinex, local rinex files need to be copied in; rinex data in archives will automatically be downloaded

• sh_gamit -expt [expt-name] -s [yr] [start-doy] [stop-doy]

01/09/12 GAMIT Processing 40

01/09/12 GAMIT Processing 41

Directory Structure (HERRING, 2012)

• Top level: global tables and survey directories

• Within each survey directory:

/tables /rinex /igs /gfiles /brdc /gsoln /glbf

/day1 /day2 (these directories are created as needed) …

• Generally 50-60 sites is the largest network processed in GAMIT; larger numbers of stations require sub-netting of sites (see netsel, global_sel and sh_network_sel).

• Tables are linked from day directories to experiment /tables and then to gg/tables

• GAMIT processing occurs in the day directories

• GLOBK processing occurs in /gsoln

01/09/12 GAMIT Processing 42

sh_gamit internal operation:

The following programs are run by the script. (HERRING, 2012)

• makexp and makex prepare the data

• fixdrv prepares the batch control files

• arc integrates GPS satellite orbits

• model calculates theoretical (modeled) phase and partial

derivatives of phase with respect to parameters

• autcln repairs cycle slips, removes phase outliers, and

resolves the wide-lane ambiguities

• solve estimates parameters via least squares, resolving the

narrow-lane ambiguities and creating an h-file for globk (user

constraints are removed in the h-file to allow reference frame

definition)

Files you need to worry about (HERRING, 2012)

RINEX files – local plus list in sites.defaults

Control files

process.defaults – minor edits for each survey

sites.defaults – sites to include/omit; source of metadata

sestbl. – unchanged for most processing

sittbl. – sites constrained for ambiguity resolution

globk_comb.cmd – use_site, apr_neu, apr_svs, apr_wob, apr_ut1, sig_neu, mar_neu

glorg_comb.cmd – apr_file, pos_org, stab_site

A priori coordinates ( apr-file, l-file )

Meta-data (station.info)

Differential code biases (dcb.dat) – download current values 1/month

Satellite characteristics (svnav.dat) – download current w/ each new launch

01/09/12 GAMIT Processing 43

Files provided or created automatically

(HERRING, 2012) • Satellite orbits

• IGS sp3-files (tabular) and/or g-files (ICs for GAMIT)

• ARC integrates to get t-files (tabular)

• Earth Orientation Parameters ( ut1., wob.) - downloaded if needed for current day

• Leap-second file -- linked to gg/tables (update ~yearly or when leap second)

• Satellite clock (j-) files – from RINEX navigation (brdc) file

• Rcvr/ant characteristics (rcvant.dat, hi.dat) – linked to gg/tables

• Differential code biases (dcb.dat)—update ~monthly

• Antenna phase center models (antmod.dat) – linked to gg/tables (also needs to be updated when new antennas added).

• Luni-solar ephemerides and nutation (soltab., luntab., nutabl.) linked to gg/tables (need to update yearly)

• Ocean tide grid (optional) – linked to gg/tables

• Atmospheric loading grid (optional) – need to update yearly

• Mapping function grid (optional) – need to update yearly

01/09/12 GAMIT Processing 44

Avaliando os resultados

• “Três critérios para determinar se o

processamento da fase produziu bom

resultado:

– Todos os dados esperados foram incluídos.

– Os dados ajustam o modelo num nível

esperado.

– As incertezas são aceitavelmente pequenas.”

• Ver o arquivo sh_gamit_ddd.summary.

sh_gamit_244.summary

Verificar se todos os

dados foram utilizados.

01/09/12 GAMIT Processing 47

sh_gamit_ddd.summary (email)

(HERRING, 2012) • Contents (Purple is output): Input options -d 2002 30 31 32 33 -expt ncar -pres ELEV -yrext -netext a

Processing 2002 031 GPS week 1151 4 Raw 2

/data51/tah/SENH02/glob02/suomi/2002_031a

Disk Usage: 12678.4 Free 76447.4 Mbyte. Used 15%

Summary Statistics ( from autcln ) Number of stations used 4 Total xfiles 4

Postfit RMS rms, to and by satellite

RMS IT Site All 01 02 03 04 05 06 07 08 09 …

RMS 20 ALL 4.8 4 5 6 5 5 4 5 4 5 …

Best and Worst two sites:

RMS 20 TMGO 3.2 3 3 4 4 4 3 3 3 4 …

RMS 20 SA09 4.6 4 4 5 4 5 4 4 4 5 …

RMS 20 PLTC 5.4 4 5 5 6 5 4 5 5 6 …

RMS 20 SA13 5.5 5 5 6 5 5 5 5 5 6 …

01/09/12 GAMIT Processing 48

sh_gamit_ddd.summary (email)

(HERRING, 2012)

• Solution statistics from solve Double difference statistics

Prefit nrms: 0.31280E+03 Postfit nrms: 0.21324E+00 Constrained free

Prefit nrms: 0.31185E+03 Postfit nrms: 0.21818E+00 Constrained fixed

Prefit nrms: 0.31272E+03 Postfit nrms: 0.20470E+00 Loose free

Prefit nrms: 0.31185E+03 Postfit nrms: 0.20756E+00 Loose fixed

Number of double differences: 12447

Numbers of WL and NL biases 120 Perscent fixed 95% WL 85% NL

Any large adjustments to positions (>0.3 m)

Things to note:

– Number of stations matches expectation

– Site postfit RMS values 3-10 mm

– No stations with RMS = 0 ( implies no data retained by autcln )

– Postfit nrms from solve ~0.2 for constrained and loose solutions

– “Most” ambiguities resolved (70-85% for noisy days, > 90% for best)

Arquivo base_stats_psbase_set0

Trecho do arquivo hset0a.07244

Trecho do arquivo qset0a.244

GLOBK

• Combina as soluções GPS, SLR e VLBI

para estimar:

– Velocidades das estações.

– Ajustar órbitas dos satélites.

– Parâmetros de orientação da Terra.

– Outros parâmetros, p.ex., deslocamentos co-

sísmicos.

Trecho do arquivo gigsf7.244

Trecho do arquivo globk_set0_07244.org

Série temporal para BRAZ

Série temporal para BRAZ

Série temporal para BRAZ

Série temporal para PPTE

Série temporal para PPTE

Série temporal para PPTE

• Experiências FCT/UNESP:

– FAPESP:

• Auxílios à Pesquisa Regular

– SIRGAS-CON-D (RMBC)

– Rede GNSS/SP

– Mestrado:

• Franciane, Emerson

– IC/ISB:

• Fernando, Lara/Raissa, Alex, Dionatas, Thais,

Wesley, Caio

• Obrigado pela atenção!

• Questões?