IGS的現(xiàn)狀與最新進展

張國安1崔秋文2劉靜英11中國地震局地震研究所，武漢，430071;2中國地震局地震信息中心，北京，100045摘要介紹了國際GPS服務(wù)（IGS）機構(gòu)的宗旨、現(xiàn)狀和已取得的成果及最新進展。國際GPS服務(wù)的數(shù)據(jù)和成果主要用于全球范圍內(nèi)多學科的科學研究與前沿性的重要研究項目。建議我國地震科學研究機構(gòu)加強與國際GPS服務(wù)機構(gòu)在內(nèi)的國際科學研究機構(gòu)的交流與合作，促進我國地震監(jiān)測預報和減災科學的研究對國際GPS服務(wù)機構(gòu)成果的利用。1、國際GPS服務(wù)（IGS）機構(gòu)的由來與演變國際GPS服務(wù)（IGS）機構(gòu)（下稱IGS）是由國際大地測量協(xié)會（IAG）協(xié)調(diào)的一個永久性GPS服務(wù)機構(gòu),成立于1992年。成立之初的英文全名為InternationalGPSserviceforGeodynamics（國際地球動力學服務(wù)機構(gòu)），縮寫為IGS。其目的是為全球科研機構(gòu)及時提供GPS數(shù)據(jù)和高精度的星歷，以支持世界范圍內(nèi)的地球物理學研究。IGS正式運行于1994年1月。隨著IGS的服務(wù)范圍不斷拓寬和支持多學科的科學研究與發(fā)展的需要，于1999年1月1日將國際GPS地球動力學服務(wù)機構(gòu)更名為國際GPS服務(wù)（InternationalGPSService）機構(gòu)，刪去了原名中的限定詞“地球動力學"（Geodynamics）。更名后的英文縮寫仍為IGS。IGS的組織機構(gòu)包括：管理委員會、中央局（含中央局信息系統(tǒng)CBIS）、跟蹤網(wǎng)站、數(shù)據(jù)中心（分別為：運行中心、區(qū)域中心和全球中心）、分析中心和分析協(xié)調(diào)機構(gòu)6個部分?，F(xiàn)將各機構(gòu)的組成與職能分述如下。1.1管理委員會IGS管理委員會由其100多個成員單位中選出的16位科學家組成，每屆任期2年。管委會負責IGS的全面管理和改進所有服務(wù)機構(gòu)的工作，以保證IGS的有效運行和IGS科技活動的領(lǐng)先性和合理性。1.2中央局中央局設(shè)在美國加州帕薩迪納噴氣推進實驗室（JPL）內(nèi)，負責IGS日常工作的管理。中央局與其它機構(gòu)的通信聯(lián)系主要以電子郵件進行。中央局還建有CBIS（中央局信息系統(tǒng)），負責傳遞IGS所有成員單位及有關(guān)機構(gòu)的信息，通過互聯(lián)網(wǎng)實施全球網(wǎng)上服務(wù)。CBIS提供的信息包括：（1）IGS機構(gòu)與運行情況；（2）全球GPS跟蹤網(wǎng)站；（3）GPS接收機和天線的全部說明；（4）IGS數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)收集信息和存儲資料總覽；（5）GPS數(shù)據(jù)流的描述；（6）最新數(shù)據(jù)與成果利用率圖表；（7）GPS系統(tǒng)現(xiàn)狀；（8）IGS郵件與報告文件；（9）通用軟件（適用于各種平臺和UNIX兼容的壓縮/解壓縮程序）；（10）IGS聯(lián)合軌道成果文件。1.3跟蹤網(wǎng)站全球GPS跟蹤網(wǎng)站大都裝備了精密型雙頻P碼接收，采樣率為30秒。直至目前為止，支持IGS的全球網(wǎng)觀測基準站從開始的不足100個已經(jīng)超過250個，由全球網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)和局部網(wǎng)構(gòu)成。所有觀測站以連續(xù)跟蹤方式，并通過專門線路、網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星通信傳送數(shù)據(jù)，以保證每日觀測數(shù)據(jù)快速地自動傳送到數(shù)據(jù)中心。（參見1.4）。全球網(wǎng)測站的數(shù)據(jù)至少由設(shè)在兩個不同國家的IGS分析中心進行分析并用于每天的衛(wèi)星軌道、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)、測站位置與速度的估算。全球網(wǎng)測站數(shù)據(jù)可以在全球一級的數(shù)據(jù)中心獲得。區(qū)域網(wǎng)的數(shù)據(jù)可以在區(qū)域一級的數(shù)據(jù)中心獲得。局部網(wǎng)觀測站主要用來補充全球網(wǎng)和區(qū)域網(wǎng)，可以是加密的永久性局部觀測網(wǎng)的一部分，這些數(shù)據(jù)可通過局部一級的數(shù)據(jù)中心獲得。全球網(wǎng)的GPS數(shù)據(jù)由以單臺接收機交換（RINEX）格式生成的日觀測和導航數(shù)據(jù)文件組成，這些數(shù)據(jù)經(jīng)UNIX壓縮后傳送到相應(yīng)的數(shù)據(jù)中心。每個測站的日數(shù)據(jù)量約為0.6兆字節(jié)，由此可知，一個由80個測站組成的網(wǎng)約有50兆字節(jié)的數(shù)據(jù)/日。數(shù)據(jù)文件以ssssdddO.yyt-Z命名。文件名中的ssss為GPS測站名，ddd表示一年中的某日，yy表示年份，t為文件類型，0表示觀測，N表示導航，Z表示已壓縮。在UNIX系統(tǒng)上，“-Z”通常用第二級擴展文件名“？Z”來替代。連續(xù)廣播星歷文件以BRDCdddO.yyN-Z命名，由全球數(shù)據(jù)中心生成，用戶可在全球數(shù)據(jù)中心獲得。1.4數(shù)據(jù)中心IGS已建成運行、區(qū)域和全球三級數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)（表1）。運行數(shù)據(jù)中心直接與每臺接收機聯(lián)機和與遙測站的聯(lián)控，負責每日采集數(shù)據(jù)并將每臺接收機的原始數(shù)據(jù)歸檔。負責檢查觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，注明觀測數(shù)據(jù)的顆數(shù)、日期及觀測的起止時間，然后將原始數(shù)據(jù)從接收機格式轉(zhuǎn)換為通用格式（RINEX），并壓縮后傳送到區(qū)域或全球數(shù)據(jù)中心。根據(jù)要求，于每日觀測完后一小時內(nèi)傳送。區(qū)域數(shù)據(jù)中心負責轄區(qū)內(nèi)各運行數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)集中，除存儲本地區(qū)用戶關(guān)注的測站數(shù)據(jù)外，將集中的數(shù)據(jù)傳送到全球數(shù)據(jù)中心。全球數(shù)據(jù)中心將所有的數(shù)據(jù)提供給IGS分析中心，IGS分析中心利用這些在線數(shù)據(jù)經(jīng)分析后生產(chǎn)出大量的產(chǎn)品，隨后傳送到CBIS和全球數(shù)據(jù)中心，供用戶下載和使用。全球數(shù)據(jù)中心全部以RINEX格式提供數(shù)據(jù)（GPS觀測文件、導航文件和不完整的氣象文件）。全球數(shù)據(jù)中心的任務(wù)是以通用數(shù)據(jù)格式提供至少150天的GPS數(shù)據(jù)在線檔案，包括全球網(wǎng)的測站數(shù)據(jù)，同時還提供處理加工過的在線產(chǎn)品。用戶可以連續(xù)從3個數(shù)據(jù)中心訪問以天為基本單位的數(shù)據(jù)。表1：1998年支持IGS的數(shù)據(jù)中心運行數(shù)據(jù)中心ASIAUSLIGAWICNESDUTESOCGFZGSIISR意大利空間局澳大利亞測量與土地信息組德國阿爾弗里德威格納極地與海洋研究所法國國家空間研究中心荷蘭代爾夫特技術(shù)大學歐洲空間局（ESA）空間運行中心，德國德國波茨坦地球動力學中心日本國土地理院澳大利亞空間研究院

JPLKAONGINIMANMANOAANRCanRDAACSIOUNAVCOUSGS美國噴氣推進實驗室，加州理工學院韓國天文觀象臺韓國國家地理院美國國防部測繪局挪威制圖局美國海洋與大氣管理局加拿大國有資源局俄羅斯數(shù)據(jù)分析與歸檔中心美國斯克里普斯海洋地理研究所美國NAVSTAR聯(lián)合大學美國地調(diào)局區(qū)域性數(shù)據(jù)中心AUSLIGBKGJPLNOAANRCan澳大利亞測量與國土信息組德國測繪局美國加利福尼亞理工學院，噴氣推進實驗室美國國家海洋與大氣管理局加拿大國有資源局全球數(shù)據(jù)中心CDDISIGNSIO美國NASA戈達德空間飛行中心地殼動力學數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)法國國家地理研究所美國斯克里普斯海洋地理研究所1.5分析中心IGS的7個分析中心對來自全球數(shù)據(jù)中心的每日跟蹤數(shù)據(jù)經(jīng)計算分析處理后，生成每日的軌道參數(shù)、每周地球自轉(zhuǎn)參數(shù)和測站位置解。然后將這些解附以詳細的數(shù)據(jù)處理方法、測站和衛(wèi)星資料說明文件，于每一觀測周結(jié)束后的10天內(nèi)提供給CBIS和全球數(shù)據(jù)中心。每日軌道文件采用SP3格式，每周測站位置文件采用通用的SINEX格式。1?6分析中心協(xié)調(diào)機構(gòu)分析中心協(xié)調(diào)機構(gòu)最初設(shè)在加拿大國有資源局（NR.Can），后改設(shè)于瑞士伯爾尼大學天文學研究所。該機構(gòu)負責對各分析中心提供的產(chǎn)品進行驗收把關(guān)，并將各分析中心提供的結(jié)果經(jīng)加權(quán)平均后，獲得最終的IGS軌道成果，以最快的時間保證CBIS和全球數(shù)據(jù)中心在觀測周結(jié)束后的兩周內(nèi)獲得聯(lián)合軌道。2、IGS的現(xiàn)狀與最新進展2.1IGS服務(wù)IGS目前提供的服務(wù)有：（1）高精度的GPS衛(wèi)星星歷；（2）地球自轉(zhuǎn)參數(shù)；（3）IGS跟蹤站的坐標和速率；（4）GPS跟蹤站的時鐘信息；（5）電離層數(shù)據(jù)；（6）對流層數(shù)據(jù)；（7）所有GPS衛(wèi)星的高質(zhì)量軌道（以優(yōu)于5cm的精度）和預測軌道（~25cm）；（8）以RINEX格式提供每個IGS跟蹤站的日和/或小時相位和偽距觀測。IGS取得的上述成果為全球范圍內(nèi)當今許多重大科學項目和課題的研究提供了數(shù)據(jù)支持。如：國際地球參考架（ITRF）的實施和改進、固體地球形變的監(jiān)測、地球自轉(zhuǎn)的監(jiān)測、監(jiān)測水圈（海平面、冰層等）的變化、科學衛(wèi)星的定軌、電離層監(jiān)測、對流層效應(yīng)以及氣候?qū)W研究和異常惡劣天氣的預報等。2.2最新進展經(jīng)過近10年的努力，許多觀測站將歸檔到IGS數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)增加了15%,有200多個測站根據(jù)IGS要求完成了點位日志，有近350多個測站向斯克里普斯（Scripps）海洋地球研究所（SI0）歸檔了以天為單位的數(shù)據(jù)，為IGS和其它區(qū)域或全球研究活動提供服務(wù)，向國家地理院（IGN，法國）歸檔的測站數(shù)超過160個，向戈達德空間飛行中心地殼動力學數(shù)據(jù)信息交流（CDDIS）歸檔數(shù)據(jù)的超過160個測站。通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)中心的用戶直線上升，每天從該中心新的UNIX計算機系統(tǒng)下載的數(shù)據(jù)及產(chǎn)品文件量超過7K。1998年起實現(xiàn)了快速傳輸，以小時和30秒采樣率進行數(shù)據(jù)歸檔。數(shù)據(jù)到達全球數(shù)據(jù)中心的平均等待時間得到改善，近40%的日數(shù)據(jù)文件在1小時內(nèi)傳輸?shù)饺驍?shù)據(jù)中心，60%的在3小時內(nèi)傳到。數(shù)據(jù)中心于1999年開始在每小時一次的文件中實施1s數(shù)據(jù)傳輸,這些數(shù)據(jù)來自IGS全球網(wǎng)中約30個子網(wǎng)，主要用來支持諸如用于地球物理研究與應(yīng)用目的的CHAMP衛(wèi)星和重力恢復與氣候試驗的GRACE衛(wèi)星等具有重要科學意義的低軌道人造衛(wèi)星。由IGS聯(lián)合發(fā)起，于1998年底至1999年初開展了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GLONASS）國際會測的活動（IGEX98），主要是實施大地測量與地球動力學應(yīng)用為目的的首次全球GLONASS會測。這種形式的會測活動將繼續(xù)不定期地舉行，已成為IGS今后的一項經(jīng)常性的活動。IGS管理委員會于1998年在德國達姆施達特（Darmstadt）會議上成立了“對流層估算結(jié)合試驗”的專門工作組，同年5月又成立了“IGS電離層”專門工作組。對流層估算結(jié)合試驗專門工作組（德國波茨坦地球動力學研究中心）已經(jīng)完成組合天頂路徑延遲（ZPD）的估算，采用2h取樣率組合，獲得近150個IGS觀測站的每周ZPD文件。IGS電離層專門工作組已經(jīng)開發(fā)出命名為IONEX，用于電離層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的正式格式，并通過驗收和批準后用于電離層數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。在1999年低軌道人造衛(wèi)星定軌專門工作組會議上，建議開發(fā)新的快速分析產(chǎn)品，其中包括軌道、時鐘、地球定向元素（EOP）和預估。該項試驗性項目已于1999年夏開始實施。3、建議筆者介紹國際GPS服務(wù)的現(xiàn)狀與最近進展,其目的是促進我國地震科學研究與國際科學研究機構(gòu)和科技界的交流和合作，促進我國地震監(jiān)測預報和減災科學的研究對國際GPS服務(wù)機構(gòu)現(xiàn)有成果的利用，加速我國地震監(jiān)測預報和防災系統(tǒng)