فرمت راینکس (RINEX)

چکیده

RINEX مخفف عبارت Receiver Independent Exchange، از مهم‌ترین فرمت‌های داده در تعیین موقعیت ماهواره‌ای است. از فرمت راینکس (RINEX) در پس‌پردازش داده‌های خام GNSS استفاده می‌شود. داده‌های خام ذخیره شده در هر گیرنده با فرمت خاصی ذخیره می‌شود که متفاوت از گیرنده‌های دیگر است. به منظور جلوگیری از معرفی فرمت‌های مختلف به نرم‌افزارهای پردازش داده‌های GNSS، فرمت استاندارد RINEX برای پس‌پردازش این داده‌ها تعریف گردید. این فرمت داده شامل سه نوع فایل ASCII مشاهدات (o.)، اطلاعات ناوبری (n.) و اطلاعات اتمسفری و هواشناسی (m.) است. با توجه به پیشرفت و توسعه سیستم‌های تعیین موقعیت، نسخه‌های مختلفی از فرمت RINEX نیز ارائه گردیده است.

کلمات کلیدی: فرمت راینکس (RINEX)، پردازش داده‌های جی‌پی‌اس (GPS) و جی‌ان‌اس‌اس (GNSS)، مشاهدات شبه فاصله، فاز موج حامل، اطلاعات ناوبری مداری ماهواره‌های GNSS، داده‌های خام GNSS

1- فرمت RINEX

داده‌های ارسالی از ماهواره‌ها نظیر مشاهدات کد، فاز موج حامل، اطلاعات مداری ماهواره‌ها و … به صورت داده‌های خام در گیرنده ذخیره شده و جهت دستیابی به موقعیت دقیق، نیاز به پس‌پردازش دارند. اما هر گیرنده داده‌های خام را در فرمت خاصی ذخیره می‌کند که متفاوت از دیگر گیرنده‌هاست. برای مثال، پارامتر زمان می‌تواند زمان دریافت اطلاعات توسط گیرنده و یا زمان ارسال اطلاعات توسط ماهواره باشد. در اندازه‌گیری فاز، ممکن است همه سیکل‌ها در نظر گرفته شود و یا فقط خرده فاز اندازه‌گیری گردد. فاز و کد ممکن است زمان یکسان و یا متفاوت داشته باشند، برای مثال، از یک گیرنده در اِپک‌های متفاوت به یک ماهواره‌ مشاهده انجام شده و یا در یک اِپک به چندین ماهواره مشاهده صورت پذیرد. پس داده‌های گیرنده‌های مختلف، می‌تواند متفاوت باشد. برای حل این دست از ابهامات و به منظور جلوگیری از تعریف فرمت‌های متعدد در نرم‌افزارهای پس‌پردازش داده‌های جی‌پی‌اس (GPS) و جی‌ان‌اس‌اس (GNSS)، ایده تعریف یک فرمت استاندارد بین همه انواع گیرنده‌های ژئودتیک و همه نرم‌افزار‌های پس‌پردازش مطرح شد.
از این جهت، فرمت استاندارد راینکس (RINEX) برای پس‌پردازش داده‌های جی‌پی‌اس (GPS) و جی‌ان‌اس‌اس (GNSS) به طور کلی داده‌های ماهواره‌ای GNSS تعریف گردید. برای مثال داده‌های ایستگاه‌های IGS به عنوان یک نمونه از شبکه‌های CORS، در فرمت راینکس (RINEX) موجود است.

2- انواع فایل‌های راینکس (RINEX)

فرمت RINEXشامل سه نوع فایل ASCII به شرح زیر است:

• فایل مشاهدات شبه فاصله کد و فاز موج حامل (o.)
• فایل شامل اطلاعات ناوبری مداری ماهواره‌ها (n.)
• فایل شامل اطلاعات اتمسفری و هواشناسی مانند فشار، دما و رطوبت (m.) [2]

1-2- فایل مشاهدات (Observation File)

هر فایل مشاهداتی راینکس (RINEX) شامل دو قسمت Header و Data است. در شکل 1، یک نمونه فایل مشاهداتی راینکس (RINEX) نسخه 2.10 مشاهده می‌شود.

شکل 1: بخش Header و Data فایل RINEX

1-1-2- بخش Header:

در بخش Header اطلاعاتی همچون فرمت فایل، نوع فایل، نام شرکت تولید کننده، تاریخ مشاهدات، نوع و تعداد آنتن‌ها، نوع گیرنده، مختصات تقریبی ایستگاه، تعداد و نوع مشاهدات، زمان ثبت اولین و آخرین مشاهده وجود دارد. پایان این بخش با عبارت END OF HEADER مشخص شده است.

شکل 2: بخش Header فایل RINEX نسخه 2.10

2-1-2- بخش Data:

در بخش Data فایل مشاهدات RINEXسه مقدار اصلی در مشاهدات GNSS وجود دارد[4]:

• مشاهده زمان
• مشاهده شبه فاصله کد
• مشاهده فاز موج حامل

در ابتدای بخش Data تاریخ و زمان هر اِپک و تعداد ماهواره‌ها ثبت شده است. اگر این تعداد از 12 بیشتر باشد نام ماهواره‌ها در دو خط نوشته شده، در غیر اینصورت در یک خط نوشته می شوند. بعد از آن برای هر ماهواره، مشاهدات در دو خط ثبت می‌گردند.

شکل 3: بخش Data فایل RINEX نسخه 2.10

2-2- فایل ناوبری (Navigation File)

همان‌طور که اشاره شد فایل ناوبری شامل اطلاعات مداری ماهواره‌ها است. اِلمان‌های کپلری در هر اِپک، جهت محاسبه مختصات ماهواره‌ها، در این فایل موجود است. بخش Header نوع نسخه فایل RINEX، شامل ساعت و تاریخ و آفست ساعت و همچنین پارامتر‌های ION ALPHA و ION BETA به منظور محاسبه خطای یونسفر است. جهت محاسبه خطای ساعت ماهواره از سه ضریب ذکر شده در سطر اول هر اِپک (پس از پارامترهای تاریخ و ساعت)، بعد از تاریخ و زمان آن، استفاده می‌شود.

شکل 4: فایل ناوبری راینکس (RINEX)نسخه 2.10

3-2- فایل هواشناسی (Meteorological File)

در این فایل برخی پارامترهای اتمسفری و هواشناسی از جمله فشار، دمای خشک، رطوبت نسبی، تأخیر مسیر قائم تَر، تأخیر مسیر قائم خشک و تأخیر مسیر قائم کلی وجود دارد [5].

شکل 5: فایل هواشناسی فایل RINEX نسخه 2.10

3- نسخه‌های مختلف فرمت راینکس (RINEX)

با پیشرفت و توسعه سیستم‌های تعیین موقعیت ماهواره‌ای، نسخه‌های به روز شده فرمت راینکس (RINEX) نیز ارائه گردید. البته به دلیل استفاده کاربران از گیرنده‌ها و آنتن‌های قدیمی، نسخه‌های قبلی همچنان به قوت خود باقی است و مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله به طور خلاصه به برخی از این نسخه‌ها و تغییرات به وجود آمده در آنها اشاره می‌شود.

نسخه 2.10 RINEXشامل مشاهدات جی‌پی‌اس (GPS) و گلوناس (GLONASS)، اطلاعات هواشناسی و ناوبری است.
در نسخه RINEX2.11 مشاهدات ماهواره گالیله (GALILEO) اضافه شد و مشاهده شبه فاصله کد C2 و L2C/L5 ماهواره گالیله معرفی گردید. در این نسخه علاوه بر اطلاعات موجود در نسخه 2.10 RINEX، نشان می‌دهد که آیا خطای ساعت گیرنده به مشاهدات اعمال شده است یا خیر. اگر RCV CLOCK OFFS APPL، برابر با ۱ باشد، به معنای اعمال این مقدار است.
در RINEX2.10 و RINEX2.11 در هر سطر حداکثر 80 کاراکتر ذخیره می‌شود ولی در نسخه 3.00 محدودیتی در این زمینه وجود ندارد [1].
در نسخه RINEX3.00، اطلاعات مربوط به مشاهدات حاصل از سیستم تعیین موقعیت و ناوبری ماهواره‌ای GNSS که شامل ماهواره‌های جی‌پی‌اس (GPS)، گلوناس (GLONASS)، گالیله (GALILEO)، بیدو (BEIDOU)، QZSS و همچنین SBAS وجود دارد. در بخش Header اطلاعات بیشتری در مورد آنتن و ایستگاه گیرنده در اختیار کاربران قرار گرفته است. همانند فاصله از مرکز آنتن، موقعیت آنتن، آزیموت و جهت آنتن، مرکز جرم ماهواره و … .
در نسخه RINEX3.01، مقدار SYS/PHASE SHIFT، شیفت فاز کد‌های مشاهداتی را نشان می‌دهد، سیستم ماهواره‌ای Compass و مشاهده کد L1C برای ماهواره GPS اضافه گردید [3].
در نسخه RINEX3.02 در قسمت Header، عبارت code-phase bias برای ماهواره GLONASS اضافه شده است.
در نسخه RINEX3.03، در بخش Header در قسمت SYS / # / OBS TYPES، نوع مشاهدات GNSS (مشاهدات کد شامل سه بخش n ،t و a) مشخص شده است.
برای مثال L1C معرف شبه فاصله کد C/A حاصل از فاز موج حامل L1 است.
در نسخه RINEX3.04 مشاهدات سیستم تعیین موقعیت ماهواره‌ای IRNSS نیز اضافه گردید[4].

4- منابع

موضوع مقاله: معرفی فرمت استاندارد RINEX در تعیین موقعیت ماهواره‌ای
تهیه و تنظیم: مروارید آرین نسب،محراب یوسفی، کارشناس ارشد ژئودزی
تاریخ نگارش: 16 آذر 1399

سایر مقالات را می توانید در این قسمت ببینید.