RINEX : le langage universel des données GNSS

RINEX (Receiver Independent Exchange Format) est un format de données normalisé dans le domaine du GNSS, conçu pour unifier les données d'observation provenant de récepteurs de différentes marques. Développé conjointement par des organisations internationales, il prend en charge les systèmes satellitaires mondiaux tels que GPS, GLONASS et BDS, et est compatible avec la quasi-totalité des appareils topographiques et logiciels d'analyse.

Dans cet article, nous présenterons en détail ce format essentiel : définition, conventions de nommage et structure des fichiers, ainsi que leurs applications concrètes. À l'aide d'illustrations et d'exemples, nous expliquerons également la logique fondamentale de RINEX.

1. Types de fichiers RINEX

Les fichiers RINEX couramment utilisés sont principalement classés selon les types suivants :

1.1 Fichier d'observation

Généralement doté de l'extension « .o » ou « .obs », le fichier d'observation contient les données de mesure GNSS enregistrées par le récepteur, telles que la pseudodistance, la phase de la porteuse et le rapport signal/bruit. Ces données sont acquises au moment où les signaux satellites sont mesurés par le récepteur et servent de base au positionnement et à l'analyse des données de haute précision.

1.2 Fichier de navigation

Généralement doté de l'extension « .n » ou « .nav », le fichier de navigation contient des informations de navigation par satellite, telles que les éphémérides et les décalages d'horloge. Ces informations sont essentielles au calcul de la position et de la synchronisation des satellites, et sont cruciales pour les solutions de positionnement.

1.3 Fichier météorologique

Généralement doté de l'extension « .m » ou « .met », le fichier météorologique contient les données météorologiques collectées à proximité du site d'observation, telles que la température, l'humidité et la pression atmosphérique. Ces données peuvent être utilisées pour corriger les erreurs atmosphériques et améliorer la précision du positionnement.

2. Conventions de nommage des fichiers RINEX

Les fichiers RINEX suivent des conventions de nommage strictes qui fournissent des informations sur l'origine, le type et la période d'enregistrement des données. Ces règles varient légèrement selon les versions de RINEX, ce qui sera expliqué séparément ci-dessous.

2.1 Version RINEX 2.x

Le format du nom de fichier est ssssdddf.yyt, où :

ssss : code de station à 4 caractères ;

ddd : jour de l’année (DOY) correspondant au premier enregistrement du fichier (c’est-à-dire le nombre de jours écoulés depuis le 1er janvier de l’année en question) ;

f : numéro de séquence du fichier dans la journée, compris entre 0 et 9 ou entre A et Z. À 0, le fichier contient toutes les données de la journée ;

yy : deux derniers chiffres de l’année ;

t : type de fichier, généralement O (fichier d’observation), N (fichier de messages de navigation GPS), M (fichier de données météorologiques), G (fichier de messages de navigation GLONASS), etc.

Par exemple, le fichier nommé hksc137a.21o représente un fichier d’observation pour la station de Hong Kong « hksc », contenant les données du premier segment du 137e jour de l’année 2021.

2.2 Version RINEX 3.x

Le nouveau format RINEX abandonne la pratique précédente consistant à inclure l'année d'observation dans l'extension de fichier et n'utilise que deux extensions : .rnx pour les fichiers RINEX standard et .crx pour les fichiers RINEX compacts compressés.

Le format du nom de fichier est :

<SITE><RN><CRC>_<S>_<YEARDOYHRMN>_<LEN>_<FRQ>_<ST>.<FMT>, où :

<SITE> : nom de la station d'observation à quatre caractères ;

<RN> : numéro du récepteur ;

<CRC> : code pays ou région ISO 3166-1 à trois caractères, indiquant l'emplacement de la station ;

<S> : source des données, provenant du récepteur (R) ou du flux de données (S) ;

<YEARDOYHRMN> : heure de début de l'observation au format : année, jour de l'année, heure, minute ;

<LEN> : durée de la période d'observation ;

<FRQ> : intervalle ou fréquence d'échantillonnage pendant l'observation (non inclus dans les fichiers de navigation) ; <ST> : Système satellite et type de données, où le premier caractère indique le système satellite (M, G, R, C, E, J, I) et le deuxième caractère indique le type de données : fichier d'observation (O), fichier de navigation (N) ou fichier météorologique (M) ;

<FMT> : Extension de fichier, rnx ou crx.

For example, ALGO00CAN_R_20170420000_01D_30S_MO.rnx represents multi-system mixed observation data from receiver number 0 at the ALGO station in Canada, starting at midnight on the 42nd day of 2017, with a duration of 1 day and a sampling interval of 30 seconds.

3. Format de données des fichiers RINEX

Les fichiers RINEX utilisent des fichiers texte (format ASCII) pour stocker les données, et le format d'enregistrement des données est indépendant du fabricant du récepteur et du modèle. Chaque fichier RINEX se compose de deux parties : l'en-tête et les enregistrements de données.

3.1 Fichier de données d'observation

L'en-tête du fichier se trouve au début et contient des informations générales sur l'ensemble du fichier, telles que la version RINEX, le type de fichier, les informations sur la station, les détails du récepteur, les informations sur l'antenne, l'heure d'observation, etc. Chaque ligne de l'en-tête comporte un libellé, situé dans les colonnes 61 à 80, qui indique son contenu. L'en-tête se termine par le libellé « FIN D'EN-TÊTE », après lequel les enregistrements de données commencent.

Voici un exemple d'en-tête d'un fichier de données d'observation RINEX 3.05 :

Figure 1. Example of Observation File Header and Explanation of Key Fields

Dans cet exemple, la première ligne indique que la version RINEX est 3.05 et que le fichier est un fichier de données d'observation, ce qui signifie que les données d'observation peuvent contenir différents types d'observations. Les lignes suivantes sont des en-têtes facultatifs pouvant inclure des informations supplémentaires sur la station d'observation, les instruments de mesure, etc. La partie gauche de chaque ligne contient des informations spécifiques, tandis que la partie droite fournit une description de ces informations. La dernière ligne, « FIN DE L'EN-TÊTE », marque la fin de l'en-tête.

La section des enregistrements de données suit immédiatement l'en-tête, et le contenu et le format des données stockées varient selon le type de fichier.

Les fichiers de données d'observation stockent les enregistrements par ordre chronologique, généralement segmentés par secondes. Chaque point temporel enregistre les données d'observation des signaux satellites à cet instant, notamment la pseudodistance, la phase de la porteuse, le décalage Doppler et la qualité du signal. Voici un exemple d'enregistrements de données dans un fichier de données d'observation :

Figure 2. Example of Observation File Data Section and Explanation of Key Fields

Dans cet exemple, les données d'observation concernent deux points temporels. La première ligne contient des informations telles que l'heure de l'époque d'observation, le drapeau d'époque et le nombre total de satellites. Les lignes suivantes enregistrent les données d'observation de chaque satellite (tels que G06, E11, etc.) à cet instant précis. Les données d'observation de chaque satellite incluent plusieurs valeurs, telles que la pseudodistance, la phase de la porteuse, etc. Les types d'informations spécifiques inclus sont indiqués dans la section « TYPE D'OBS » de l'en-tête.

3.2 Fichier de navigation

Les enregistrements de données d'un fichier de navigation contiennent principalement les paramètres du modèle de correction d'horloge satellite et les données orbitales des satellites. Vous trouverez ci-dessous un exemple de fichier de navigation RINEX, qui nous permettra de mieux comprendre sa structure.

Figure 3. Example of Navigation File and Explanation of Key Fields

L'en-tête du fichier de navigation contient principalement des informations telles que le type de fichier, les paramètres de correction ionosphérique, les paramètres du système horaire et les secondes intercalaires. La section « Données » inclut des informations telles que l'époque de l'horloge, le biais et la dérive de l'horloge satellite.

Pour plus d'informations, consultez la documentation officielle de l'IGS sur les fichiers RINEX.

4. How to Obtain and Process RINEX Files Using SinoGNSS Products

4.1 Obtention des fichiers RINEX

Veuillez vous référer au blog "Logging Raw Observation Data for GNSS Devices" ou stocker des données brutes GNSS à l'aide des cartes GNSS de la série K8.

4.2 Conversion du format de fichier RINEX

Veuillez vous référer au blog ‘A Quick Method for Calculating Precise Coordinates (1 cm Accuracy) Anywhere in the World’ fpour convertir des données brutes au format RINEX à l'aide du logiciel CRU.

4.3 Analyse des données du fichier RINEX

Les fichiers RINEX peuvent être traités et analysés à l'aide de logiciels professionnels ou d'outils de programmation. Parmi les logiciels les plus répandus, on trouve RTKLIB et TEQC. Notre logiciel propriétaire, Compass Solution, permet également le traitement et l'analyse des données des fichiers RINEX :

• Intégrité des données : Vérifie la continuité de la période d'observation et l'absence d'interruptions de données.

• Effets des trajets multiples : Analyse du rapport signal/bruit (SNR) et des résidus pour évaluer les erreurs de trajets multiples.

• Détection des glissements de cycle : Détecte les glissements de cycle dans les observations de phase de la porteuse.

• Visibilité des satellites : Statistiques sur la durée d'observation et la puissance du signal pour chaque satellite.

Le graphique suivant présente les résultats de l'analyse de la qualité des données effectuée sur un fichier RINEX à l'aide de notre logiciel Compass Solution.

Figure 4. Example of Data Quality Check Results from Compass Solution Software