IGS的现状与最新进展

张国安1崔秋文2刘静英11中国地震局地震研究所，武汉，430071;2中国地震局地震信息中心，北京，100045摘要介绍了国际GPS服务（IGS）机构的宗旨、现状和已取得的成果及最新进展。国际GPS服务的数据和成果主要用于全球范围内多学科的科学研究与前沿性的重要研究项目。建议我国地震科学研究机构加强与国际GPS服务机构在内的国际科学研究机构的交流与合作，促进我国地震监测预报和减灾科学的研究对国际GPS服务机构成果的利用。1、国际GPS服务（IGS）机构的由来与演变国际GPS服务（IGS）机构（下称IGS）是由国际大地测量协会（IAG）协调的一个永久性GPS服务机构,成立于1992年。成立之初的英文全名为InternationalGPSserviceforGeodynamics（国际地球动力学服务机构），缩写为IGS。其目的是为全球科研机构及时提供GPS数据和高精度的星历，以支持世界范围内的地球物理学研究。IGS正式运行于1994年1月。随着IGS的服务范围不断拓宽和支持多学科的科学研究与发展的需要，于1999年1月1日将国际GPS地球动力学服务机构更名为国际GPS服务（InternationalGPSService）机构，删去了原名中的限定词“地球动力学"（Geodynamics）。更名后的英文缩写仍为IGS。IGS的组织机构包括：管理委员会、中央局（含中央局信息系统CBIS）、跟踪网站、数据中心（分别为：运行中心、区域中心和全球中心）、分析中心和分析协调机构6个部分。现将各机构的组成与职能分述如下。1.1管理委员会IGS管理委员会由其100多个成员单位中选出的16位科学家组成，每届任期2年。管委会负责IGS的全面管理和改进所有服务机构的工作，以保证IGS的有效运行和IGS科技活动的领先性和合理性。1.2中央局中央局设在美国加州帕萨迪纳喷气推进实验室（JPL）内，负责IGS日常工作的管理。中央局与其它机构的通信联系主要以电子邮件进行。中央局还建有CBIS（中央局信息系统），负责传递IGS所有成员单位及有关机构的信息，通过互联网实施全球网上服务。CBIS提供的信息包括：（1）IGS机构与运行情况；（2）全球GPS跟踪网站；（3）GPS接收机和天线的全部说明；（4）IGS数据中心的数据收集信息和存储资料总览；（5）GPS数据流的描述；（6）最新数据与成果利用率图表；（7）GPS系统现状；（8）IGS邮件与报告文件；（9）通用软件（适用于各种平台和UNIX兼容的压缩/解压缩程序）；（10）IGS联合轨道成果文件。1.3跟踪网站全球GPS跟踪网站大都装备了精密型双频P码接收，采样率为30秒。直至目前为止，支持IGS的全球网观测基准站从开始的不足100个已经超过250个，由全球网、区域网和局部网构成。所有观测站以连续跟踪方式，并通过专门线路、网络或卫星通信传送数据，以保证每日观测数据快速地自动传送到数据中心。（参见1.4）。全球网测站的数据至少由设在两个不同国家的IGS分析中心进行分析并用于每天的卫星轨道、地球自转参数、测站位置与速度的估算。全球网测站数据可以在全球一级的数据中心获得。区域网的数据可以在区域一级的数据中心获得。局部网观测站主要用来补充全球网和区域网，可以是加密的永久性局部观测网的一部分，这些数据可通过局部一级的数据中心获得。全球网的GPS数据由以单台接收机交换（RINEX）格式生成的日观测和导航数据文件组成，这些数据经UNIX压缩后传送到相应的数据中心。每个测站的日数据量约为0.6兆字节，由此可知，一个由80个测站组成的网约有50兆字节的数据/日。数据文件以ssssdddO.yyt-Z命名。文件名中的ssss为GPS测站名，ddd表示一年中的某日，yy表示年份，t为文件类型，0表示观测，N表示导航，Z表示已压缩。在UNIX系统上，“-Z”通常用第二级扩展文件名“？Z”来替代。连续广播星历文件以BRDCdddO.yyN-Z命名，由全球数据中心生成，用户可在全球数据中心获得。1.4数据中心IGS已建成运行、区域和全球三级数据中心系统（表1）。运行数据中心直接与每台接收机联机和与遥测站的联控，负责每日采集数据并将每台接收机的原始数据归档。负责检查观测数据的质量，注明观测数据的颗数、日期及观测的起止时间，然后将原始数据从接收机格式转换为通用格式（RINEX），并压缩后传送到区域或全球数据中心。根据要求，于每日观测完后一小时内传送。区域数据中心负责辖区内各运行数据中心的数据集中，除存储本地区用户关注的测站数据外，将集中的数据传送到全球数据中心。全球数据中心将所有的数据提供给IGS分析中心，IGS分析中心利用这些在线数据经分析后生产出大量的产品，随后传送到CBIS和全球数据中心，供用户下载和使用。全球数据中心全部以RINEX格式提供数据（GPS观测文件、导航文件和不完整的气象文件）。全球数据中心的任务是以通用数据格式提供至少150天的GPS数据在线档案，包括全球网的测站数据，同时还提供处理加工过的在线产品。用户可以连续从3个数据中心访问以天为基本单位的数据。表1：1998年支持IGS的数据中心运行数据中心ASIAUSLIGAWICNESDUTESOCGFZGSIISR意大利空间局澳大利亚测量与土地信息组德国阿尔弗里德威格纳极地与海洋研究所法国国家空间研究中心荷兰代尔夫特技术大学欧洲空间局（ESA）空间运行中心，德国德国波茨坦地球动力学中心日本国土地理院澳大利亚空间研究院

JPLKAONGINIMANMANOAANRCanRDAACSIOUNAVCOUSGS美国喷气推进实验室，加州理工学院韩国天文观象台韩国国家地理院美国国防部测绘局挪威制图局美国海洋与大气管理局加拿大国有资源局俄罗斯数据分析与归档中心美国斯克里普斯海洋地理研究所美国NAVSTAR联合大学美国地调局区域性数据中心AUSLIGBKGJPLNOAANRCan澳大利亚测量与国土信息组德国测绘局美国加利福尼亚理工学院，喷气推进实验室美国国家海洋与大气管理局加拿大国有资源局全球数据中心CDDISIGNSIO美国NASA戈达德空间飞行中心地壳动力学数据信息系统法国国家地理研究所美国斯克里普斯海洋地理研究所1.5分析中心IGS的7个分析中心对来自全球数据中心的每日跟踪数据经计算分析处理后，生成每日的轨道参数、每周地球自转参数和测站位置解。然后将这些解附以详细的数据处理方法、测站和卫星资料说明文件，于每一观测周结束后的10天内提供给CBIS和全球数据中心。每日轨道文件采用SP3格式，每周测站位置文件采用通用的SINEX格式。1・6分析中心协调机构分析中心协调机构最初设在加拿大国有资源局（NR.Can），后改设于瑞士伯尔尼大学天文学研究所。该机构负责对各分析中心提供的产品进行验收把关，并将各分析中心提供的结果经加权平均后，获得最终的IGS轨道成果，以最快的时间保证CBIS和全球数据中心在观测周结束后的两周内获得联合轨道。2、IGS的现状与最新进展2.1IGS服务IGS目前提供的服务有：（1）高精度的GPS卫星星历；（2）地球自转参数；（3）IGS跟踪站的坐标和速率；（4）GPS跟踪站的时钟信息；（5）电离层数据；（6）对流层数据；（7）所有GPS卫星的高质量轨道（以优于5cm的精度）和预测轨道（~25cm）；（8）以RINEX格式提供每个IGS跟踪站的日和/或小时相位和伪距观测。IGS取得的上述成果为全球范围内当今许多重大科学项目和课题的研究提供了数据支持。如：国际地球参考架（ITRF）的实施和改进、固体地球形变的监测、地球自转的监测、监测水圈（海平面、冰层等）的变化、科学卫星的定轨、电离层监测、对流层效应以及气候学研究和异常恶劣天气的预报等。2.2最新进展经过近10年的努力，许多观测站将归档到IGS数据中心的数据增加了15%,有200多个测站根据IGS要求完成了点位日志，有近350多个测站向斯克里普斯（Scripps）海洋地球研究所（SI0）归档了以天为单位的数据，为IGS和其它区域或全球研究活动提供服务，向国家地理院（IGN，法国）归档的测站数超过160个，向戈达德空间飞行中心地壳动力学数据信息交流（CDDIS）归档数据的超过160个测站。通过网络访问数据中心的用户直线上升，每天从该中心新的UNIX计算机系统下载的数据及产品文件量超过7K。1998年起实现了快速传输，以小时和30秒采样率进行数据归档。数据到达全球数据中心的平均等待时间得到改善，近40%的日数据文件在1小时内传输到全球数据中心，60%的在3小时内传到。数据中心于1999年开始在每小时一次的文件中实施1s数据传输,这些数据来自IGS全球网中约30个子网，主要用来支持诸如用于地球物理研究与应用目的的CHAMP卫星和重力恢复与气候试验的GRACE卫星等具有重要科学意义的低轨道人造卫星。由IGS联合发起，于1998年底至1999年初开展了全球导航卫星系统（GLONASS）国际会测的活动（IGEX98），主要是实施大地测量与地球动力学应用为目的的首次全球GLONASS会测。这种形式的会测活动将继续不定期地举行，已成为IGS今后的一项经常性的活动。IGS管理委员会于1998年在德国达姆施达特（Darmstadt）会议上成立了“对流层估算结合试验”的专门工作组，同年5月又成立了“IGS电离层”专门工作组。对流层估算结合试验专门工作组（德国波茨坦地球动力学研究中心）已经完成组合天顶路径延迟（ZPD）的估算，采用2h取样率组合，获得近150个IGS观测站的每周ZPD文件。IGS电离层专门工作组已经开发出命名为IONEX，用于电离层数据转换的正式格式，并通过验收和批准后用于电离层数据的转换。在1999年低轨道人造卫星定轨专门工作组会议上，建议开发新的快速分析产品，其中包括轨道、时钟、地球定向元素（EOP）和预估。该项试验性项目已于1999年夏开始实施。3、建议笔者介绍国际GPS服务的现状与最近进展,其目的是促进我国地震科学研究与国际科学研究机构和科技界的交流和合作，促进我国地震监测预报和减灾科学的研究对国际GPS服务机构现有成果的利用，加速我国地震监测预报和防灾系统