精密单点定位之.BIA产品文件说明

GNSS Bias-SINEX .BIA 偏差文件内容说明

.BIA 文件是 GNSS 精密数据处理中常见的偏差产品文件，通常采用 Bias-SINEX 格式，用于存储不同卫星、接收机和观测信号对应的码偏差与载波相位偏差。该类文件广泛应用于精密单点定位 PPP、PPP-AR 以及非差非组合模糊度固定处理中。

本文以 CODE 发布的 COM20863.BIA 文件为例，对 .BIA 文件的结构、字段和实际用途进行说明。

1. 文件基本信息

该文件首行为：

%=BIA 1.00 COD 2020:010:34318 MGX 2020:001:00000 2020:002:00000 A 00006900

各字段含义如下：

• BIA：表示该文件为 Bias-SINEX 偏差文件；

• 1.00：Bias-SINEX 格式版本；

• COD：产品生成机构为 CODE；

• MGX：表示该产品属于 IGS MGEX 多系统 GNSS 产品；

• 2020:001:00000：产品起始时间为 2020 年第 001 天 00:00:00；

• 2020:002:00000：产品结束时间为 2020 年第 002 天 00:00:00；

• A：表示采用 Absolute OSB，即绝对观测量偏差模式。

因此，该文件对应 2020 年 1 月 1 日全天的多系统 GNSS 码偏差和相位偏差产品。

文件名中的：

COM20863.BIA

可以理解为：

• COM：CODE 多系统偏差产品；

• 2086：GPS 周 2086；

• 3：GPS 周内第 3 天；

• .BIA：偏差产品文件。

2. 文件主要用途

该 .BIA 文件主要用于提供：

在 PPP 解算中，码偏差主要用于改正伪距观测值；在 PPP-AR 解算中，相位偏差用于恢复载波相位模糊度的整数特性，从而实现模糊度固定。

与传统 FCB 文件不同，.BIA 文件通常不是直接给出宽巷 WL 和窄巷 NL 偏差，而是给出每个具体观测信号的单信号 OSB。

例如：

C1C
C1W
C2W
L1C
L1W
L2W

程序需要先改正原始码和相位观测值，再构造无电离层组合、Melbourne-Wübbena 组合以及宽巷和窄巷模糊度。

3. 文件结构

Bias-SINEX 文件主要包括以下数据块：

+FILE/REFERENCE
-FILE/REFERENCE

+FILE/COMMENT
-FILE/COMMENT

+INPUT/ACKNOWLEDGMENTS
-INPUT/ACKNOWLEDGMENTS

+BIAS/DESCRIPTION
-BIAS/DESCRIPTION

+BIAS/SOLUTION
-BIAS/SOLUTION

3.1 FILE/REFERENCE

该部分记录产品生成机构、软件和产品说明，例如：

DESCRIPTION CODE, Astronomical Institute, University of Bern
SOFTWARE Bernese GNSS Software Version 5.3
OUTPUT CODE IGS 1-day MGEX bias solution

说明该偏差产品由伯尔尼大学 CODE 分析中心使用 Bernese GNSS Software 生成。

3.2 FILE/COMMENT

该部分记录产品生成过程中的说明、信号转换方法以及特殊处理方式。

例如，部分 GPS 码偏差可能不是直接估计得到，而是通过其他码偏差或 DCB 产品换算得到。

3.3 BIAS/DESCRIPTION

该部分给出偏差产品的基本设置，例如：

OBSERVATION_SAMPLING 300
PARAMETER_SPACING 86400
DETERMINATION_METHOD CLOCK_ANALYSIS
BIAS_MODE ABSOLUTE
TIME_SYSTEM G

其含义为：

• OBSERVATION_SAMPLING 300：产品估计使用约 300 秒采样间隔的观测数据；

• PARAMETER_SPACING 86400：偏差参数有效间隔为 86400 秒，即一天；

• CLOCK_ANALYSIS：偏差通过精密钟差分析方法估计；

• ABSOLUTE：采用绝对 OSB 表达形式；

• TIME_SYSTEM G：时间系统为 GPS 时间。

因此，该文件中的大多数 OSB 参数在当天范围内作为常数使用。

4. 卫星钟差参考信号

文件中还会给出不同 GNSS 系统的卫星钟差参考观测量，例如：

G C1W C2W
E C1C C5Q
C C2I C7I
J C1C C2L

对应关系为：

这些参考信号的偏差通常已经被吸收到精密卫星钟差中，因此其码 OSB 数值往往接近零。

需要注意，接近零并不代表该信号不存在硬件延迟，而是表示其被选作卫星钟差的参考基准。

5. BIAS/SOLUTION 数据区

文件中真正的偏差数据存放在：

+BIAS/SOLUTION

和：

-BIAS/SOLUTION

之间。

典型数据行为：

OSB G063 G01 C1C 2020:001:00000 2020:002:00000 ns -1.3620 0.0041

各字段含义如下：

6. 卫星端偏差与接收机端偏差

判断偏差属于卫星端还是接收机端，主要看 STATION 字段。

6.1 卫星端偏差

例如：

OSB G063 G01 C1C …

其中测站字段为空，表示：

GPS G01 卫星的 C1C 码观测偏差。

在普通 PPP 和 PPP-AR 用户端处理中，主要使用的就是这类卫星端 OSB。

6.2 接收机端偏差

例如：

OSB G G LHAZ C1C …

其中出现测站名 LHAZ，表示：

LHAZ 测站接收机端的 GPS C1C 码偏差。

这类记录不能作为某颗卫星的偏差直接逐星改正。接收机端偏差通常由接收机钟差、系统间偏差或其他待估参数吸收。

7. 码偏差与相位偏差的区分

判断记录是码偏差还是相位偏差，可以根据观测类型首字母区分。

7.1 码偏差

以 C 开头，例如：

C1C
C1W
C2C
C2W
C5Q
C7I

这些记录对应伪距观测值的码硬件偏差。

7.2 相位偏差

以 L 开头，例如：

L1C
L1W
L2C
L2W
L2X
L5Q
L5X

这些记录对应载波相位观测值的相位 OSB，是 PPP-AR 模糊度整数恢复中的关键数据。

例如：

OSB G063 G01 L1C … -0.36215 ns
OSB G063 G01 L2W … -0.52096 ns

分别表示 G01 卫星 L1C 和 L2W 信号的载波相位 OSB。

8. 不同 GNSS 系统的数据内容

该文件为多系统 Bias-SINEX 产品，但不同系统包含的偏差类型并不完全相同。

8.1 GPS

GPS 一般同时包含码 OSB 和相位 OSB，例如：

C1C、C1W、C2C、C2W
L1C、L1W、L2C、L2W、L2X

因此，该文件可用于 GPS 码观测改正和载波相位模糊度固定。

8.2 Galileo

Galileo 也同时包含码偏差和相位偏差，例如：

C1C、C1X、C5Q、C5X
L1C、L1X、L5Q、L5X

可用于 Galileo E1/E5a 双频 PPP-AR。

8.3 BDS

BDS 在该文件中主要包含：

C2I
C7I

等码偏差，卫星端相位 OSB 相对不完整。

因此，仅依靠该文件通常不能完成完整的 BDS 相位模糊度固定。

8.4 QZSS

QZSS 主要包含：

C1C、C1X、C2L、C2S、C2X

等码偏差，相位偏差数据相对有限。

8.5 GLONASS

GLONASS 采用 FDMA 体制，不同卫星具有不同载波频率，因此接收机硬件偏差还与卫星频率通道有关。

文件中常出现：

卫星 + 接收机 + 观测类型

形式的 GLONASS 偏差记录。

这类偏差不能简单处理为纯卫星端 OSB，需要同时考虑接收机频间偏差。

9. 偏差单位转换

该文件中的偏差单位通常为纳秒，即：

ns

9.1 纳秒转换为米

码或相位偏差转换为距离可使用：

[
b^{m}=b^{ns}\\times10^{-9}\\times c
]

其中光速为：

[
c=299792458\\ \\mathrm{m/s}
]

因此：

[
1\\ \\mathrm{ns}\\approx0.299792458\\ \\mathrm{m}
]

例如，G01 的 C1C 码偏差为：

[
-1.3620\\ \\mathrm{ns}
]

转换为距离约为：

[
-1.3620\\times0.299792458
\\approx-0.4083\\ \\mathrm{m}
]

9.2 相位偏差转换为周

相位 OSB 转换为周数可使用：

[
b_i^{cycle}=b_i^{ns}\\times10^{-9}\\times f_i
]

其中 (f_i) 为对应载波频率。

例如，GPS L1 频率为：

[
f_1=1575.42\\ \\mathrm{MHz}
]

若 G01 L1 相位 OSB 为：

[
-0.36215\\ \\mathrm{ns}
]

则转换结果约为：

[
-0.36215\\times10^{-9}\\times1575.42\\times10^6
\\approx-0.57054\\ \\mathrm{cycle}
]

10. .BIA 文件是否直接包含 WL 和 NL

.BIA 文件通常不直接提供：

WL G01
NL G01

这样的宽巷和窄巷组合偏差。

它提供的是每个原始信号的码和相位 OSB，例如：

C1W
C2W
L1W
L2W

因此，使用 .BIA 文件时的处理流程一般为：

读取卫星端码OSB和相位OSB
↓
按照观测类型匹配RINEX信号
↓
将ns转换为米或周
↓
改正原始码和相位观测值
↓
构造无电离层组合和MW组合
↓
估计宽巷和窄巷模糊度
↓
进行PPP-AR整数模糊度固定

而传统 FCB 文件一般直接给出 WL FCB 和 NL FCB，在组合模糊度域中进行改正。

11. 在 PPP-AR 中使用时的注意事项

使用 .BIA 文件进行 PPP-AR 解算时，应重点注意以下问题。

第一，.BIA 文件必须与对应机构的精密轨道和精密钟差产品配套使用。例如 CODE 的 BIA 产品应尽量配套 CODE 的精密轨道和 ambiguity-fixed 钟差。

第二，程序必须根据完整的 RINEX 观测类型匹配 OSB。不能只看到 L1 或 L2 频率就直接使用偏差，因为 L1C、L1W、L1X 对应不同信号。

第三，需要正确处理单位。Bias-SINEX 文件中通常使用 ns，而程序内部可能使用米或 cycle。

第四，需要确认偏差改正的正负号。不同软件观测方程的定义可能不同，不能直接凭经验决定加号或减号。

第五，使用 BIA 相位 OSB 后，不应再次使用其他 FCB 文件对相同相位偏差进行重复改正。

第六，文件中相位 OSB 的标准差若为零，通常不代表其完全无误差，可能只是产品没有提供有效标准差或使用零作为占位值。

12. 总结

.BIA 文件是一种采用 Bias-SINEX 标准格式表达 GNSS 码偏差和载波相位偏差的产品文件。

其主要特点包括：

• 同时支持多种 GNSS 系统；

• 按具体观测信号提供 OSB；

• 同时包含卫星端和部分接收机端偏差；

• 码偏差和相位偏差通常以 ns 为单位；

• GPS 和 Galileo 一般具有较完整的相位 OSB；

• BDS、QZSS 和 GLONASS 的相位偏差可能不完整；

• 不直接提供 WL 和 NL，需要先改正原始观测值；

• 适合非差非组合 PPP-AR 和多频多系统精密定位；

• 必须与相应精密钟轨产品保持一致。

简而言之，.BIA 文件并不是单纯的码偏差文件，而是能够同时描述码观测和载波相位观测硬件偏差的标准化产品。对于 PPP-AR 而言，其中卫星端相位 OSB 是恢复模糊度整数特性的关键数据。