GPS數據處理是GPS研究的一個重要內容。目前，國際上廣泛使用的GPS相對定位軟件有：美國麻省理工學院（MIT）和加州大學圣地亞哥分校Scripps海洋研究所（SIO）研制的GAMIT/GLOBK，美國噴氣推進實驗室（JPL）研制的GIPSY/OASIS軟件和瑞士BERNE大學研制的Bernese軟件。選用一種好的數據處理方法和軟件對GPS數據結果影響很大。在GPS靜態定位領域中，幾十公里以下的定位應用已經比較成熟，接收機的隨機附帶軟件已經能夠滿足大多數的應用需要。但是在GPS衛星定軌以及長距離、大面積的定位應用中，如洲際板塊運動監測及會戰聯測中，這些隨機附帶軟件就遠遠不能達到要求。

     近年來，GPS定位理論和軟件科學的發展促進了GPS定位軟件的研發，一批滿足不同應用需求的GPS定位軟件亦已面世。盡管不同軟件在數據處理方法上各有其特點，但它們的總體結構基本上是一致的，即由數據準備、軌道計算、模型改正、數據編輯和參數估計5部分組成。

     數據準備：RINREX格式的數據轉換為軟件特有的數據格式；剔除一些不正常的觀測值（如缺偽距或某個相位數據）；根據測站的先驗坐標、星歷和偽距數據確定站鐘偏差的先驗值或站鐘偏差多項式擬合系數的先驗值。

     軌道計算：將廣播星歷或精密星歷改成標準軌道；如果需要改進軌道，則進行軌道積分，將衛星坐標及坐標對初始條件和其他待估參數的偏導寫成列表形式。

     模型改正：對觀測值進行各種誤差模型改正（對流層折射、潮汐、自轉等）得到理論值及一階偏導，從觀測值中扣除這些理論值得到相應的驗前觀測殘差。

數據編輯：修正相位觀測值的周跳，剔除粗差。

參數估計：采用最小二乘或卡爾曼濾波估計，由編輯干凈的非差觀測值或雙差觀測值求解測站坐標、相位模糊度、（如果采用定軌或軌道松弛）衛星軌道改正值、地球自轉和對流層濕分量天頂延遲等參數。

     GAMIT/GLOBK
     GAMIT/GLOBK軟件是MIT和SIO研制的GPS綜合分析軟件包，可以估計衛星軌道和地面測站的三維相對位置。軟件設計基于支持X－Windows的UNIX系統，現在的版本適用于Sun（OS/4，Solaris 2）、HP、IBM/RISC、DEC和基于、Intel工作站的LINUX操作系統。作為科研軟件，GAMIT/GLOBK供研究和教育部門無償使用，只需通過正式途徑得到使用許可證。完全的開放性使用戶可以對軟件的工作原理、數據處理流程及技巧有全面的了解，這也在一定程度上促進了GAMIT/GLOBK的不斷更新。

     GAMIT軟件處理雙差觀測量，采用最小二乘算法進行參數估計。采用雙差觀測量的優點是可以完全消除衛星鐘差和接收機鐘差的影響，同時也可以明顯減弱諸如軌道誤差、大氣折射誤差等系統性誤差的影響。GAMIT軟件主要功能和特點如下：

（1） 衛星軌道和地球自轉參數估計；
（2） 地面測站的相對定位計算；
（3） 用模型改正各種地球物理效應（極移、歲差、章動、潮汐等）；
（4） 對流層天頂延遲參數和大氣水平梯度參數估計；
（5） 支持接收機天線相位中心的ELEV（隨衛星高度角變化）模型改正；
（6） 可選觀測值等權、反比于基線長度或隨高度角定權；
（7） 同時提供載波相位整周模糊度分別為實數和整數的約束解及松弛解；
（8） 數據編輯可人工干預（CVIEW），也可自動處理（AUTCLN）。

     用GAMIT估計對流層天頂延遲參數和大氣水平梯度參數，通常采用線性分段模型，根據觀測時間和區域自主確定參數個數。如果測站間隔較近，估計得到的參數間的相關性會非常大，由此降低了應用于氣象學研究的可靠性。這是所有相對定位軟件的共同局限。

     關于觀測值定權，軟件推薦的是隨高度角定權的方法，關系式表示為rms＝a*a＋b*b/(elev*elev) （mm），具體操作中a和b可采用缺省設置，也可以在等權解算結果的基礎上，利用AUTCLN通過對觀測值的殘差分析擬合得到。很顯然，通過殘差擬合a和b是以增加計算時間為代價的。可以通過處理少數幾天的觀測數據，獲取每個站a和b的平均值作為這個站的缺省值，潮汐模型中最復雜的是海潮部分，其模型改正直接在GPS數據處理軟件中完成非常困難。GAMIT采用的方法是直接從文件station.oct中讀取或通過全球范圍的柵格表grid.oct內插得到測站分潮波的振幅和相位即海潮系數。隨GAMIT軟件包發布的station.oct文件包含了全球465個跟蹤站（GPS/SLR/VLBI）的海潮系數，它們主要是采用CRS4.0全球海潮模型得到的，個別站也輔以CRS3.0或其他模型。在具體操作中，測站如果距station.oct中某個跟蹤站的距離小于10km，則測站的海潮系數就直接取用這個跟蹤站的，否則就需要通過grid.oct內插。但一些實際的數據處理結果表明，直接利用隨GAMIT軟件包發布的station.oct對中國大陸的測站進行海潮改正的效果并不理想。這可能是由海潮模型及station.oct文件中跟蹤站分布的局限性造成的。

     GAMIT軟件處理GPS數據的過程非常復雜，但就近幾年的衛星狀況和接收機的狀況，數據篩選和編輯完全可由數據自動編輯模塊AUTCLN完成。FIXDRV模塊將數據處理部分的工作集為一體，使數據處理變得簡單易行。從2000年起隨軟件包一起提供的一個由C－shell寫成的程序sh－gamit更是將繁瑣的數據準備和處理工作集成化，只要在RINEX格式的觀測文件中給定正確的相關信息即可。

     GLOBK是一個卡爾曼濾波器，其主要目的是綜合空間大地測量和經典大地測量的初步處理結果完成數據的后處理。因此它的輸入一般是一些準觀測量如測站坐標、地球自轉參數、衛星軌道及它們的方差－協方差。雖然最初發展GLOBK是作為GAMIT和CALC/SOLVE（VLBI的數據處理軟件）結合的一個界面，但現已可以接受其他GPS數據處理軟件如GIPSY和Bernese產出的結果及經典大地測量和SLR觀測數據。GLOBK三個主要的應用是：

（1） 結合一個觀測作業期內不同時段（例如不同天）的初步處理結果，獲取該觀測作業期的測站坐標最佳估值。對GPS分析，軌道參數可作隨機參數處理；
（2） 結合不同年份獲取的測站坐標結果估計測站的速度；
（3） 將測站坐標作為隨機參數，生成每個時段或每個觀測作業期的坐標結果以評估觀測質量；
GLOBK是一個復雜且又非常靈活的應用軟件，包含又許多控制命令，每個命令完成一個功能，不同的命令組合實現不同的應用。 
     GIPSY

     GIPSY軟件是美國JPL研制的GPS數據處理軟件。無疑，JPL在空間技術的許多方面，當然也包括在GPS整個系統與軟件技術方面均有不可比擬的條件和領先性。GIPSY用FORTRAN與C語言等編寫而成，目前主要有UNIX和LINUX版本。GIPSY主要通過腳本程序實現程序的自動化處理，很多情況下可通過簡單的窗口操作運行。GIPSY軟件是有限制的自由軟件，但不包括源代碼。

     GIPSY軟件是基于VLBI數據分析軟件而開發的，在數據分析中，不取載波相位數據的雙差，而是直接處理載波非差觀測量，這是GIPSY的一大特色。在非差處理模式中，衛星鐘差和接收機鐘差被視為具有白噪聲性質的平穩隨機過程直接估算。非差處理模式不僅使精密的單點定位成為可能，而且觀測值的個數較雙差多，這對于現在我們一般施測的高密度區域來說并沒有什么顯著影響，但對大且測點稀疏的GPS網則意義重大。但采用非差觀測量也存在著明顯的不利之處：1. 因為非差觀測量不能像雙差觀測量那樣消除或減弱許多共同誤差源的影響，特別是星鐘和站鐘，從而使可靠及自動地探測粗差和周跳變得非常困難；2. 增加了待估參數（衛星鐘差和接收機鐘差）。

     Blewitt（1991）提出了Turbo－Edit算法用于編輯非差數據，但Turbo－Edit算法需要利用雙頻的碼觀測和相位觀測，而且數據編輯的質量在很大程度上取決于碼觀測的質量。GIPSY軟件在數據編輯方面采取的策略是在Turbo－Edit算法之外，又引入了主要依賴相位數據的Phase－Edit算法，以彌補Turbo－Edit算法的不足。

     GIPSY的另一個特色是參數估計采用卡爾曼濾波的方法，其核心是一個均方根信號濾波的序貫估計算法。該算法對數據有過濾作用，能進一步剔除被污染的數據，保證了最終結果的可靠性。此外，卡爾曼濾波的參數估計法還具有數值運算穩定，隨機量設置靈活的特點，但CPU的占用時間較最小二乘算法多2～3倍。

GIPSY采用的處理模式和參數估計方法雖然完全不同于GAMIT，但在功能上具有可比性：

（1） 用白噪聲模擬時鐘鐘差，提供精密單點定位；
（2） 多點聯合處理，估計測站在全球坐標系下的位置，生成無基準解；
（3） 兩種軌道計算模式；固定軌道和松弛軌道；
（4） 模擬改正所有已知的地球物理效應，包括極移、歲差、章動及各種潮汐；
（5） 采用顧及光線彎曲和地球曲率的對流層延遲模型，將天頂延遲和大氣梯度作為漫步式的隨機過程加以估計；
（6） 求解相位整周模糊度。

     雖然GIPSY采用非差模式用相位觀測量作單點精密定位，但在解算整周模糊度時仍需要采用雙差，因此也需要多點，至少2個點聯合處理。此外，鐘差模擬估計也需要一個高精度的站鐘做參考鐘。

     與GAMIT軟件相比，GIPSY軟件的優勢，除上面提到的非差處理模式的優勢外，還體現在1. 數據處理時間只隨觀測點數線性增長
；2. 檢查驗后殘差中是否存在周跳比較直觀、簡單，很容易判別不佳結果的原因所在。

     Bernese
     瑞士BERNE大學研制的Bernese軟件包由數十個獨立的程序組成，各個程序通過文件被有機的結合起來。主體源程序由FORTRAN寫成，適用于多種計算平臺。Bernese為非自由軟件，它的每一次升級都是功能方面的一次大的提高或完善。
Bernese軟件的功能非常強大，定位、定軌、估計地球自轉參數，對各種有效改善定位/定軌精度的方法廣泛吸納。Bernese 4.2版基于1996年發布的4.0版，改進了對流層模型及隨機參數估計，提供了觀測值依高度角定權的選擇。在雙差處理模式的基礎上增加了非差處理模式，進一步完善了一些工具模塊。可以說，Bernese軟件4.2版集GAMIT和GIPSY的功能與特點于一體，是目前功能最完善的GPS定位軟件。

此外，Bernese還具有下列獨特的功能：

（1） 處理衛星的SLR觀測數據；
（2） 處理GLONASS衛星數據；
（3） 估計接收機天線的相位中心偏差及變化。

      目前已有多種可以同時接收GPS衛星和GLONASS衛星信號的接收機投入市場，例如Ashtech公司的GG24和Z18，TSP公司的Javad Legacy GGD等。但由于GLONASS系統在軌衛星有限，且用于精密定位并不比GPS系統更具優越性，因此并沒有得到廣泛的實際應用。Bernese納入GLONASS觀測處理，主要是為了研究不同衛星信號、不同參考框架和不同時間尺度的數據處理的方法，積累同時應用兩種不同衛星導航系統的經驗。

     利用GPS數據估計接收機天線相位中心的偏差及變化，較在實驗室內標定工序簡單，但其缺點是只能估計不同天線類型間的相對值，因此，至少需要一個已知相位中心偏差及變化的天線作為參考天線。

由于Bernese有兩種處理模式，支持多種觀測量，所以其結構較GAMIT和GIPSY更為復雜，很難給出一個詳盡的數據處理流程。此外，尚需要說明的是：

（1） Bernese采用的參數估計方法是最小二乘法；
（2） Bernese在軌道模型和軌道解算方面極富特色，BERNE大學Beutler等1994年發展的9參數的光壓模型至今仍是許多GPS相對定位軟件的主打模型，包括GAMIT軟件。但目前Bernese采用的光壓模型是9參數的ROCK4/42改良模型，并對9參數都考慮掩星效應。這是Bernese在衛星軌道部分與GAMIT的兩個不同之處；
（3） 由于非差處理模式在探測粗差和周跳方面存在著不足，Bernese推薦的處理模式是雙差處理模式；
（4） Bernese具有對非同步觀測結果進行綜合分析（方差估計、位移速率解算）的功能。