RINEX格式介紹

RINEX格式介紹

概述

RINEX 是 Receiver Independent Exchange Format 的縮寫，顧名思義，其是一種與接收機無關的數據交換格式。這種格式在GNSS領域中普遍採用，是一種標準數據格式。

RINEX 格式採用文本文件（ASCII碼）存儲數據，數據記錄格式與接收機的製造廠商和具體型號無關，這樣可以方便數據的傳遞，使數據儘可能多被使用。

目前 RINEX 數據格式的官方文檔最新版本是3.04，可以點擊 rinex3.04 下載。

RINEX 分三種類型的文件：

1. Observation data file（觀測數據）
2. Navigation message file（導航信息如星曆等）
3. Meteorological data file（氣象數據）

數據文件可以從 ftp://cddis.nasa.gov/gnss/data/ 下載。該路徑下有 daily 和 hourly 兩個路徑，分別是按天的數據和按小時的數據。再進入下一層，則是按年份建立的目錄。再下一層，是按一年的第多少天（Day of Year）爲目錄名建立的目錄。比如想找2020年3月15日的數據按天的數據，經過計算知道那一天是2020年的第75天，所以進入ftp://cddis.nasa.gov/gnss/data/daily/2020/075目錄下去尋找下載相應數據。

文件名

RINEX 文件名很重要，從文件名就可以知道這個文件的很多信息。
RINEX 文件名分8個部分。前6個部分之間用下劃線 “_” 作爲分隔符，其餘用 “.” 作爲分隔符。8個部分的定義如下表：

名稱	Name	S	Start Time	Period	Data Freq.	Content	Format	Compression
字符數	9	1	11	3	3	2	3	2-3
內容含義	站點信息	數據來源	開始時間	數據持續時間	數據更新頻率	數據類型	文件格式	壓縮格式

• 站點信息9個字符的格式爲 XXXXMRCCC：其中 XXXX 爲 IGS 站點名；M 爲該站點的 Monument 號或記號數（marker number），範圍（0-9），現在已經沒啥用了，因爲現在 IGS 要求4字符的站點名與 monument一一對應，如果站點搬地方了，需要重新申請一個4字符的站點名；R 爲該 Monument 的接收機號，範圍（0-9）；CCC 爲 ISO 國家碼（Country code）。

• 數據來源是一個字符，爲 R 表示來源是接收機，爲 S 表示來源是數據流，爲 U 表示未知來源。

• 開始時間用年日時分來表示，格式爲：YYYYDDDHHMM。其中 YYYY 是年，DDD 是一年的第幾天（Day of Year），HH 是小時，MM 是分鐘。

• 數據持續時間3個字符格式爲：DDU。其中 DD 是時間，U是單位。單位可以爲 M（分鐘）、H（小時）、D（天）、Y（年）、U（未指定）。

• 數據更新頻率3個字符格式爲：DDU。其中 DD 是頻率或時間，U是單位。單位可以爲 C（100Hz）、Z（Hz）、S（秒）、M（分鐘）、H（小時）、D（天）、U（未指定）。注意此部分對導航信息文件不是必須的。

• 數據類型2個字符格式爲：DD。第一個字符表示不同的導航系統，可以爲 G（GPS）、R（GLONASS）、E（Galileo）、J（QZSS）、C（北斗）、I（IRNSS）、S（SBAS）、M（多個系統混合，Mixed）。第二個字符表示文件類型，可以爲 O（觀測數據）、N（導航信息）、M（氣象數據）。

• 文件格式3個字符，一般爲 rnx（表示RINEX格式） 或 crx（表示Hatanaka壓縮的RINEX格式，此格式需要用 crx2rnx.exe 來解壓，需要的同學可以點擊 crx2rnx 下載。）。

• 壓縮格式爲2-3個字符，不是必須的，常見的如 gz、bz2、zip。

下面舉例說明：

1. 文件 WUH200CHN_R_20200750000_01D_30S_MO.crx.gz 表示CHN（中國）的WUH2（武漢）這個站點，通過接收機所獲取的多個系統混合在一起的觀測數據。數據從2020年第75天（即3月15日）0時0分開始，持續一天（01D），數據的更新頻率是30秒。數據是crx格式，並經過gzip格式壓縮。
2. 文件 WUH200CHN_R_20200751000_01H_05M_MM.rnx.gz 表示CHN（中國）的WUH2（武漢）這個站點，通過接收機所獲取的氣象數據。數據從2020年第75天（即3月15日）10時0分開始，持續一小時（01H），數據的更新頻率是5分鐘。數據是rnx格式，並經過gzip格式壓縮。

文件結構

前面說了 RINEX 分三種類型的文件：觀測數據文件、導航信息文件以及氣象數據文件，從文件名即可區分不同類型。不管哪一種文件類型，都是由一個文件頭（Header section）和數據（Data section）組成的。文件頭位於文件的開頭，包含了整個文件的全局信息。而數據則根據文件頭的信息不同有不同的格式與佈局。

文件頭

顧名思義，文件頭是文件的開頭部分，一行一行組成。每一行都有一個文件頭標籤（header label），表明這一行的內容是什麼。文件頭標籤在每一行的 61-80 列。文件頭標籤是必須的，而且只能是格式描述中給定的那些選擇。文件頭以文件頭標籤“END OF HEADER”來表示結束，其後就是數據了。格式描述可以參考 RINEX 標準中的 APPENDIX。

數據

數據格式每種文件都不一樣，請參照以下文件實例解析，詳細描述可以參考 RINEX 標準中的APPENDIX。

觀測數據文件實例解析

下面是 WUH200CHN_R_20200750000_01D_30S_MO.rnx 文件的文件頭（有部分省略），由文件名可知其爲多個GNSS系統的觀測文件，從文件頭的第一行也能看出。文件頭中的很多信息都很明顯，“APPROX POSITION XYZ”行記錄了站點的位置， “ANTENNA: DELTA H/E/N”行是相對站點位置的天線偏移，由這兩行可以算出天線的位置座標。“SYS / # / OBS TYPES”行記錄了此文件中所有的觀測類型。“# OF SATELLITES”是觀測的衛星數量，在此文件中是138顆。“PRN / # OF OBS”是每顆衛星對應於“SYS / # / OBS TYPES”中的所有觀測類型的觀測值的數量，如C01這一行的第一個2880表示北斗系統的C01這顆衛星的C2I類型的觀測值在這個文件中有2880個，按30秒一次觀測值，1個小時正好2880個值。“TIME OF FIRST OBS”和“TIME OF LAST OBS”分別是此觀測數據中的第一次和最後一次觀測的時間，分別是2020年3月15日的0時0分0秒和2020年3月15日的23時59分30秒，即一共1天時間。“INTERVAL”表示觀測的間隔時間，爲30秒。

     3.04           OBSERVATION DATA    M (MIXED)           RINEX VERSION / TYPE
JPS2RIN v.2.0.191   GFZ ODC             20200315 001552 UTC PGM / RUN BY / DATE
gfzrnx-3078         FILE MERGE          20200316 000351 UTC COMMENT
WUH200CHN                                                   MARKER NAME
21602M007                                                   MARKER NUMBER
[email protected] WHU/GFZ                                 OBSERVER / AGENCY
1480954             JAVAD TRE_3         3.7.6               REC # / TYPE / VERS
3354C               JAVRINGANT_G5T  NONE                    ANT # / TYPE
        0.1206        0.0000        0.0000                  ANTENNA: DELTA H/E/N
 -2267749.0000  5009154.0000  3221290.0000                  APPROX POSITION XYZ
C   28 C1X C2I C5X C6I C7I C7Z C8X D1X D2I D5X D6I D7I D7Z  SYS / # / OBS TYPES
       D8X L1X L2I L5X L6I L7I L7Z L8X S1X S2I S5X S6I S7I  SYS / # / OBS TYPES
       S7Z S8X                                              SYS / # / OBS TYPES
E   20 C1X C5X C6X C7X C8X D1X D5X D6X D7X D8X L1X L5X L6X  SYS / # / OBS TYPES
       L7X L8X S1X S5X S6X S7X S8X                          SYS / # / OBS TYPES
G   24 C1C C1W C1X C2W C2X C5X D1C D1W D1X D2W D2X D5X L1C  SYS / # / OBS TYPES
       L1W L1X L2W L2X L5X S1C S1W S1X S2W S2X S5X          SYS / # / OBS TYPES
I    4 C5A D5A L5A S5A                                      SYS / # / OBS TYPES
J   20 C1C C1X C2X C5X C6X D1C D1X D2X D5X D6X L1C L1X L2X  SYS / # / OBS TYPES
       L5X L6X S1C S1X S2X S5X S6X                          SYS / # / OBS TYPES
R   20 C1C C1P C2C C2P C3X D1C D1P D2C D2P D3X L1C L1P L2C  SYS / # / OBS TYPES
       L2P L3X S1C S1P S2C S2P S3X                          SYS / # / OBS TYPES
S    8 C1C C5I D1C D5I L1C L5I S1C S5I                      SYS / # / OBS TYPES
25 R01  1 R02 -4 R03  5 R04  6 R05  1 R06 -4 R07  5 R08  6 GLONASS SLOT / FRQ #
   R09 -2 R10 -7 R11  0 R12 -1 R13 -2 R14 -7 R15  0 R16 -1 GLONASS SLOT / FRQ #
   R17  4 R18 -3 R19  3 R20  2 R21  4 R22 -3 R23  3 R24  2 GLONASS SLOT / FRQ #
   R26 -6                                                  GLONASS SLOT / FRQ #
C1C    0.000 C1P    0.000 C2C    0.000 C2P    0.000        GLONASS COD/PHS/BIS
C L1X  0.00000  18 C19 C20 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28  SYS / PHASE SHIFT
                   C29 C30 C32 C33 C34 C35 C36 C37          SYS / PHASE SHIFT
C L2I  0.00000  33 C01 C02 C03 C04 C05 C06 C07 C08 C09 C10  SYS / PHASE SHIFT
                   C11 C12 C13 C14 C16 C19 C20 C21 C22 C23  SYS / PHASE SHIFT
                   C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 C32 C33 C34  SYS / PHASE SHIFT
                   C35 C36 C37                              SYS / PHASE SHIFT
... ...
R L3X  0.25000   8 R05 R09 R11 R13 R15 R17 R21 R26          SYS / PHASE SHIFT
S L1C  0.00000   7 S26 S27 S28 S29 S30 S37 S40              SYS / PHASE SHIFT
S L5I  0.25000   2 S27 S28                                  SYS / PHASE SHIFT
    18                                                      LEAP SECONDS
JPS2RIN v.2.0.191   JAVAD GNSS          20200315 001552 UTC COMMENT
JPS2RIN v.2.0.191   JAVAD GNSS          20200315 003052 UTC COMMENT
... ...
JPS2RIN v.2.0.191   JAVAD GNSS          20200315 231655 UTC COMMENT
JPS2RIN v.2.0.191   JAVAD GNSS          20200315 233103 UTC COMMENT
JPS2RIN v.2.0.191   JAVAD GNSS          20200315 234603 UTC COMMENT
JPS2RIN v.2.0.191   JAVAD GNSS          20200316 000234 UTC COMMENT
GFZRNX.NUM_EPOCHS: 2880                                     COMMENT
   138                                                      # OF SATELLITES
   C01        2880        2880  2880                    2880PRN / # OF OBS
              2880  2880                    2880        2880PRN / # OF OBS
        2880                    2880        2880  2880      PRN / # OF OBS
                                                            PRN / # OF OBS
   C02        2880        2880  2880                    2880PRN / # OF OBS
              2880  2880                    2880        2880PRN / # OF OBS
        2880                    2880        2880  2880      PRN / # OF OBS
                                                            PRN / # OF OBS
   C03        2880        2880  2880                    2880PRN / # OF OBS
              2879  2880                    2880        2880PRN / # OF OBS
        2880                    2880        2880  2880      PRN / # OF OBS
                                                            PRN / # OF OBS
... ...
   S30  2880        2880        2880        2880            PRN / # OF OBS
   S37  2880        2880        2880        2880            PRN / # OF OBS
   S40  2880        2880        2880        2880            PRN / # OF OBS
    30.000                                                  INTERVAL
  2020     3    15     0     0    0.0000000     GPS         TIME OF FIRST OBS
  2020     3    15    23    59   30.0000000     GPS         TIME OF LAST OBS
                                                            END OF HEADER

下面截取了該文件的數據部分的一些內容。數據部分按觀測時間分成N組，用>開頭，每組分別記錄了每顆衛星的觀測數據。此文件中第一組是2020年3月15日0時0分0秒的47顆衛星的觀測值，接收機鐘差爲0.000000001398秒。此文件中第二組是2020年3月15日0時0分30秒的47顆衛星的觀測值，接收機鐘差爲0.000000000048秒。每組數據中的每一行表示一顆衛星的觀測值。比如C01這一行表示C01衛星的觀測值，觀測值的順序與文件頭中“SYS / # / OBS TYPES”記錄的觀測類型順序一致，沒有則留空白。比如第一組數據中的37420158.559表示的是北斗C01衛星C2I類型的觀測值。

> 2020 03 15 00 00 00.0000000  0 47        .000000001398
C01                  37420158.559                    37420149.449    37420146.919                                                          14.304                          11.616          11.035                                                   194856586.512 7                 158336908.010 7 150675428.892 8                                                        45.324                          45.063          48.777
C02                  37500011.302                    37500006.472    37500003.132                                                         -33.310                         -27.032         -25.709                                                   195272686.806 6                 158674816.816 6 150996972.860 7                                                        40.680                          40.070          46.016
C03                  36893508.819                    36893503.769    36893502.229                                                         -15.309                         -12.416         -11.764                                                   192114195.429 7                 156108500.961 7 148554844.920 8                                                        46.242                          44.828          48.676
C04                  38778918.230                    38778913.320    38778911.650                                                          -1.454                          -1.047           -.991                                                   201931991.269 6                 164086254.110 7 156146373.001 7                                                        39.906                          42.059          44.598
C05                  39487920.234                    39487914.494    39487911.964                                                         -34.276                         -27.747         -26.605                                                   205623984.728 5                 167086329.826 5 159001513.480 6                                                        35.266                          34.668          36.559
... ...
> 2020 03 15 00 00 30.0000000  0 47        .000000000048
C01                  37420075.439                    37420066.579    37420064.629                                                          14.172                          11.626          10.955                                                   194856155.186 7                 158336557.509 7 150675095.358 8                                                        45.168                          44.852          48.672
C02                  37500203.433                    37500197.513    37500194.643                                                         -33.499                         -27.082         -25.786                                                   195273683.485 6                 158675626.696 6 150997743.538 7                                                        40.383                          39.723          45.520
C03                  36893596.509                    36893591.509    36893589.639                                                         -15.401                         -12.430         -11.856                                                   192114651.569 7                 156108871.603 7 148555197.632 8                                                        46.168                          45.031          48.953
C04                  38778925.544                    38778920.694    38778919.094                                                          -1.455                          -1.324          -1.149                                                   201932030.581 6                 164086286.091 7 156146403.414 7                                                        40.191                          41.875          45.520
C05                  39488116.652                    39488111.362    39488109.062                                                         -34.368                         -27.428         -26.433                                                   205625009.550 5                 167087162.521 5 159002305.912 6                                                        35.148                          34.492          36.480
... ...

導航信息文件實例解析

下面是 ABPO00MDG_R_20192741000_01H_GN.rnx 文件的內容（後面部分省略），由文件名可知其爲多個GPS系統的導航信息文件，從文件頭的第一行也能看出。文件頭中“IONOSPHERIC CORR”表示的是電離層的8個校正參數（可參考博文 電離層延時）。

數據部分是按衛星分組的，一組表示一顆衛星的導航信息。比如第一組衛星是G04，後面4個數據分別是Toc（2019 10 01 08 00 00）、衛星鐘差（2.451241016388E-06）、衛星鐘漂（-4.649791662814E-11）、衛星鐘漂變化率（0.000000000000E+00）；第二行4個數據分別是IODE（3.400000000000E+01）、Crs（-1.155625000000E+02）、$\Delta n$（4.599120143243E-09）和 $M_0$（1.699075304872E+00）。其他幾行數據也都對應着相應參數的值，具體可以參考 RINEX 標準的附錄 A 6 GNSS Navigation Message File – GPS Data Record Description。我曾用這一組數據解算過這顆GPS衛星的位置，可以參考博文 GPS衛星位置解算。對於參數的含義若不清楚可以參考博文 GPS導航電文。

     3.03           N: GNSS NAV DATA    G: GPS              RINEX VERSION / TYPE
sbf2rin-13.0.0x                         20191001 110833 UTC PGM / RUN BY / DATE
GPSA   1.0245E-08  7.4506E-09 -5.9605E-08 -5.9605E-08       IONOSPHERIC CORR    
GPSB   8.8064E+04  0.0000E+00 -1.9661E+05 -6.5536E+04       IONOSPHERIC CORR    
                                                            COMMENT             
                                                            COMMENT             
ABPO                                    MARKER NAME         COMMENT
33302M001                               MARKER NUMBER       COMMENT
  4097216.5539  4429119.1897 -2065771.1988                  COMMENT
                                                            END OF HEADER       
G04 2019 10 01 08 00 00 2.451241016388E-06-4.649791662814E-11 0.000000000000E+00
     3.400000000000E+01-1.155625000000E+02 4.599120143243E-09 1.699075304872E+00
    -5.902722477913E-06 1.475233526435E-02 9.264796972275E-06 5.153681812286E+03
     2.016000000000E+05-3.259629011154E-07-1.091936976129E-01 5.774199962616E-08
     9.590228562257E-01 2.046875000000E+02 6.837269280624E-01-8.244629136182E-09
    -3.957307694893E-10 1.000000000000E+00 2.073000000000E+03 0.000000000000E+00
     2.000000000000E+00 6.300000000000E+01-5.587935447693E-09 3.400000000000E+01
     1.993680000000E+05 4.000000000000E+00
G04 2019 10 01 10 00 00 2.117361873388E-06-4.638422979042E-11 0.000000000000E+00
     3.500000000000E+01-1.241562500000E+02 4.496615873529E-09 2.749239364763E+00
    -6.437301635742E-06 1.475311303511E-02 9.318813681602E-06 5.153681180954E+03
     2.088000000000E+05-5.215406417847E-08-1.092523694054E-01-1.750886440277E-07
     9.590217253900E-01 1.979062500000E+02 6.837385407061E-01-7.920329913532E-09
    -3.303709041314E-10 1.000000000000E+00 2.073000000000E+03 0.000000000000E+00
     2.000000000000E+00 6.300000000000E+01-5.587935447693E-09 3.500000000000E+01
     2.016180000000E+05 4.000000000000E+00
G08 2019 10 01 10 00 00-8.379574865103E-06-1.250555214938E-12 0.000000000000E+00
     4.400000000000E+01-1.126250000000E+02 4.276249551530E-09 2.828310353199E+00
    -5.677342414856E-06 4.480408970267E-03 9.693205356598E-06 5.153567115784E+03
     2.088000000000E+05-3.911554813385E-08-1.798904865323E-02 4.470348358154E-08
     9.705628982405E-01 1.979062500000E+02-2.308498758468E-01-7.935330538369E-09
    -2.603679882289E-10 1.000000000000E+00 2.073000000000E+03 0.000000000000E+00
     2.000000000000E+00 0.000000000000E+00 5.122274160385E-09 4.400000000000E+01
     2.065020000000E+05 4.000000000000E+00
... ...

氣象數據文件實例解析

下面是 WUH200CHN_R_20200751000_01H_05M_MM.rnx 文件的內容。由文件名可知其爲中國WUH2站點2020年3月15日10點的氣象數據。從文件內容第一行也能看出是氣象文件，第四行能看出地點。文件頭中“# / TYPES OF OBSERV”這一行表示的本文件中有7個觀測類型。觀測類型的具體含義可參考 RINEX 標準的附錄 A 20 Meteorological Data File -Header Section Description。“SENSOR POS XYZ/H”這一行指定了傳感器所在的位置，“SENSOR MOD/TYPE/ACC”這些行指定了傳感器的廠商、類型和精度。

數據部分是按時間順序，每一個觀測時間，採樣“# / TYPES OF OBSERV”這一行對應的觀測類型的數據值。比如數據的第一行表示2020年3月15日10點的氣象數據，按順序分別表示沒有冰雹、相對溼度爲26.3%，氣壓值爲1013.5 mbar、從上次測量到現在沒有累積降雨、幹溫度爲20.7°、風向角327.4°、風速 0.2m/s。

     3.04           METEOROLOGICAL DATA                     RINEX VERSION / TYPE
meteo_read 1.5.1    GFZ ODC             15-Mar-2020 10:02   PGM / RUN BY / DATE
gfzrnx-3078         FILE MERGE          20200315 105747 UTC COMMENT             
WUH200CHN                                                   MARKER NAME         
21602M007                                                   MARKER NUMBER       
     7    HI    HR    PR    RI    TD    WD    WS            # / TYPES OF OBSERV
        0.0000        0.0000        0.0000       25.1262 PR SENSOR POS XYZ/H    
Vaisala             wxt520                        0.3    TD SENSOR MOD/TYPE/ACC
Vaisala             wxt520                        0.5    PR SENSOR MOD/TYPE/ACC
Vaisala             wxt520                        3.0    HR SENSOR MOD/TYPE/ACC
Vaisala             wxt520                        3.0    WD SENSOR MOD/TYPE/ACC
Vaisala             wxt520                        0.3    WS SENSOR MOD/TYPE/ACC
Vaisala             wxt520                        5.0    RI SENSOR MOD/TYPE/ACC
Vaisala             wxt520                        0.1    HI SENSOR MOD/TYPE/ACC
[email protected] WHU/GFZ                                 OBSERVER / AGENCY   
INITIAL_RINEX_VERSION: 2.1                                  COMMENT             
meteo_read 1.5.1    GFZ Potsdam         15-Mar-2020 10:02   COMMENT             
                           Sensor ID: G4540043              COMMENT             
Warning: the value -999.9 indicates no measurement at all   COMMENT             
Info   : Rain as increment of 1/10 mm                       COMMENT             
meteo_read 1.5.1    GFZ Potsdam         15-Mar-2020 10:17   COMMENT             
meteo_read 1.5.1    GFZ Potsdam         15-Mar-2020 10:32   COMMENT             
meteo_read 1.5.1    GFZ Potsdam         15-Mar-2020 10:47   COMMENT             
                                                            END OF HEADER      
 2020 03 15 10 00 00    0.0   26.3 1013.5    0.0   20.7  327.4    0.2
 2020 03 15 10 05 00    0.0   26.7 1013.6    0.0   20.6  304.5    0.1
 2020 03 15 10 10 00    0.0   27.6 1013.6    0.0   20.4  147.4    0.1
 2020 03 15 10 15 00    0.0   27.8 1013.6    0.0   20.2  330.8    0.1
 2020 03 15 10 20 00    0.0   27.8 1013.7    0.0   20.0  350.2    0.2
 2020 03 15 10 25 00    0.0   29.2 1013.7    0.0   19.7  184.4    0.2
 2020 03 15 10 30 00    0.0   29.2 1013.7    0.0   19.4  177.7    0.2
 2020 03 15 10 35 00    0.0   29.4 1013.7    0.0   19.2  168.7    0.1
 2020 03 15 10 40 00    0.0   30.0 1013.8    0.0   19.0  104.8    0.1
 2020 03 15 10 45 00    0.0   30.5 1013.8    0.0   18.7  144.6    0.1
 2020 03 15 10 50 00    0.0   31.1 1013.9    0.0   18.6  345.0    0.1
 2020 03 15 10 55 00    0.0   32.7 1013.9    0.0   18.4  223.2    0.1