基于TEQC的數(shù)據(jù)預(yù)處理分析

趙傳華，秘金鐘，黨亞民

（1.山東科技大學(xué)，山東 青島 266510；2.中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院，北京 100830）

1 引言

參考站連續(xù)正常運(yùn)行是整個(gè)CORS系統(tǒng)能否充分發(fā)揮效用最為關(guān)鍵的部分，更清楚地了解已建站周邊環(huán)境是否存在對(duì)參考站的干擾、能否引起多路徑效應(yīng)的反射物、以及對(duì)流層和電離層的影響情況，對(duì)確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義［1］。TEQC （Translation，Editing and Quality Checking）是一款由UNAVCO組織開發(fā)的以GPS/GLONASS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核為核心，并具有數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)編輯功能的優(yōu)秀軟件［2］。本文利用該軟件對(duì)河北省CORS網(wǎng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，并得出了一些有益的結(jié)論。

2 TEQC軟件簡(jiǎn)介

TEQC軟件是一款功能強(qiáng)大的 GPS/GLONASS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件，主要包含3個(gè)模塊：①數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊；②RINEX數(shù)據(jù)編輯模塊；③數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核模塊，用于檢查雙頻GPS接收機(jī)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，是TEQC軟件的核心［3-5］。

2.1 格式轉(zhuǎn)換

下面用例子來說明格式轉(zhuǎn)換功能的實(shí)現(xiàn)，二進(jìn)制文件格式轉(zhuǎn)換為RINEX格式的命令。

TEQC是一個(gè)命令行運(yùn)行軟件，在DOS/Windows DOS環(huán)境下運(yùn)行，以Trimble的＊.dat文件為例；命令為：＞teqc－tr do－week1250＋nav bjfs0180.01n＋bjfs0180.dat＞bjfs0180.01o

其中：－tr指接收機(jī)的類型為trimble；do指明輸入文件為dat文件、輸出為RINEX觀測(cè)數(shù)據(jù)文件 （o－文件）；－week1250（可選）指對(duì)應(yīng)的GPS周數(shù)，或以年/月/日方式表示；＋nav指明同時(shí)輸出RINEX導(dǎo)航數(shù)據(jù)文件；轉(zhuǎn)換結(jié)果文件為bjfs0180.01o和bjfs0180.01n。

2.2 數(shù)據(jù)編輯

該部分主要由以下五項(xiàng)內(nèi)容：①RINEX文件頭部分編輯；②RINEX文件的分割；③RINEX文件的合并；④衛(wèi)星系統(tǒng)的選擇及特定衛(wèi)星的禁用；⑤設(shè)置衛(wèi)星高度角。

（1）RINEX文件頭部分編輯例如更改RINEX文件中的站名可使用命令：

teqc－0.mo HBWH hbwh0150.10o＞/result/hbwh0150.100

（2）RINEX文件的分割

如提取上述RINEX觀測(cè)數(shù)據(jù)文件hbwh0150.02o前20min的觀測(cè)數(shù)據(jù)，可使用命令：

teqc＋dm 20bwh0150.10o＞ hbwh0150a.10o

（3）RINEX文件的合并

TEQC也可用于RINEX文件的合并，如需要將各時(shí)段數(shù)據(jù)合并為單日文件，可使用：

teqc hbwh138？.10o＞hbwh1380.10.o

（4）衛(wèi)星系統(tǒng)的選擇及特定衛(wèi)星的禁用

有的接收機(jī)可同時(shí)接收GPS和GLONASS兩種數(shù)據(jù)，如果只需要單系統(tǒng)數(shù)據(jù)，就可利用TEQC軟件進(jìn)行分割，命令為：

teqc－R source.＊＊o＞ GPS.＊＊o；teqc－G source.＊＊o＞GLONASS.＊＊o

（5）設(shè)置衛(wèi)星高度角［7］

用如下指令設(shè)置衛(wèi)星高度角限值為5°：＞teqc－set＿mask 5輸入文件 ＞ 輸出文件

2.3 質(zhì)量檢查

該模塊是TEQC的核心，主要是利用偽距觀測(cè)值和載波相位觀測(cè)值的線性組合對(duì)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)雙頻GPS和GLONASS數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。有2種模式：lite模式和full模式。

Lite模式只需要o文件，命令為：teqc＋qc source.＊＊o，生成7個(gè)文件：＊.＊＊S，＊.iod，＊ .ion， ＊ .mp1， ＊ .mp2， ＊ .sn1，＊.sn2。

Full模式需要o文件和n文件，命令為：teqc＋qc－nav source.＊＊n source.＊＊o，若o文件和n文件在同一目錄下，也可寫為：teqc＋qc source.＊＊o，此時(shí)TEQC會(huì)自動(dòng)尋找n文件。此模式下產(chǎn)生9個(gè)文件，除上面提到的7個(gè)文件還增添了衛(wèi)星和接收機(jī)天線的位置信息以及＊.azi，＊.ele兩個(gè)文件。

其中，＊.＊＊S分析結(jié)果匯總文件；＊.ion L1/L2電離層延遲；＊.iod電離層延遲的變化率；＊.mp1L1載波上的C/A碼或P碼多路徑觀測(cè)誤差；＊.mp2L2載波上的P碼多路徑觀測(cè)誤差；＊.sn1L1觀測(cè)值的信噪比；＊.sn2L2觀測(cè)值的信噪比；＊.ele衛(wèi)星高度角；＊.azi衛(wèi)星方位角。

參考站的數(shù)據(jù)質(zhì)量分析主要由四部分組成：多路徑誤差分析 （MP1、MP2）、數(shù)據(jù)完整性、信噪比 （SN1、SN2）、觀 測(cè) 值 和 周 跳 比 值 （o/slps）。數(shù)據(jù)完整性為 Possible obs/Complete obs的比值，即：預(yù)期歷元數(shù)與實(shí)際歷元數(shù)比值；o/slps為實(shí)際歷元數(shù)與周跳數(shù)的比值，有時(shí)也用CRS＝1 000/o/slps表示；多路徑誤差直接反映了站點(diǎn)周圍的環(huán)境質(zhì)量，S文件中對(duì)多路徑誤差分析較為詳細(xì)［8］。

TEQC處理后結(jié)果文件中的MP1、MP2分別表示L1、L2載波上的多路徑效應(yīng)對(duì)偽距和相位影響的綜合指標(biāo)，其結(jié)果以均方差RMS表示，計(jì)算公式分別為［9］

式中，p1、p2分別是雙頻偽距觀測(cè)值，φ1、φ2為相位觀測(cè)值；α為L(zhǎng)1、L2波段的頻率值之比的平方。

結(jié)果文件＊.ion、＊.iod分別是觀測(cè)時(shí)段的電離層延遲與變率，＊.sn1、＊.sn2分別是L1、L2的信噪比。

如果iod變化速率大于400cm/min，一般認(rèn)為存在相位周跳。

其中λ1、λ2是波長(zhǎng)，L1、L2是雙頻載波相位觀測(cè)值，n1、n2是整周模糊度，m1、m2是雙頻載波相位觀測(cè)值的多路徑效應(yīng)。

3 算例分析

本文利用河北省CORS網(wǎng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析和驗(yàn)證。由于數(shù)據(jù)有限，實(shí)驗(yàn)中采用TEQC軟件只處理了2010年年積日為第119天、121天、302天，00：00：00～23：59：30的數(shù)據(jù)，采樣率為30s?，F(xiàn)將第121天數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如表1。

表1 2010年第121天TEQC軟件質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì) （截止高度角為10°）

從上表可看出數(shù)據(jù)完整性最大為100%，最小為98.8%；無效觀測(cè)值最大為0.69%，最小為0.00%；MP1最大值為0.31，最小值為0.28；MP2最大值為0.37，最小值為0.32；CSR最大值為0.707，最小值為0.287。根據(jù)數(shù)據(jù)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)值：MP1＜0.35，MP2＜0.45，數(shù)據(jù)完整性＞95%，無效觀測(cè)值比例應(yīng)小于5%［10］，SN1＞6，SN2＞4，1/2的CSR值小于5，可見本次用的6個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量均滿足上述要求。CZNP、HSZQ、SJZX 3個(gè)站的數(shù)據(jù)完整性達(dá)到了100%，觀測(cè)能力較強(qiáng)，SJJZ站最低，但數(shù)據(jù)完整性也達(dá)到了98.8%，也滿足要求。

對(duì)6個(gè)站的第121天的理論觀測(cè)數(shù)和實(shí)際觀測(cè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖1。從圖中可看出6個(gè)站的理論觀測(cè)數(shù)和實(shí)際觀測(cè)數(shù)都很接近，SJJZ站雖有差距但數(shù)據(jù)完整性也達(dá)到98.8%，結(jié)論與表一所呈現(xiàn)的結(jié)果一致。

圖2顯示了觀測(cè)歷元和周跳比的情況，從圖2可看出除SJZX站外其余5個(gè)站上第119天的觀測(cè)歷元和周跳比總體上要大于第121天和第302天的值。除BDMC站、SJZX站外其余4個(gè)站第302天的值要大于第121天的值。CZNP站3天觀測(cè)歷元和周跳比的值總體上要大于其他站，說明CZNP站在這些天的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量最高，周跳最少，觀測(cè)站受遮擋情況較輕，其他站的質(zhì)量稍差但也都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1 6個(gè)站的理論觀測(cè)數(shù)和實(shí)際觀測(cè)數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖2 觀測(cè)歷元數(shù)/周跳統(tǒng)計(jì)

利用TEQCPLOT提供的程序還可以畫出L1、L2、SN1、SN2的直觀圖，本文畫出了第121天BDMC站L1、L2的多路徑效應(yīng)，如圖3、圖4。從圖3、圖4可看出基本上每個(gè)時(shí)段的可見衛(wèi)星數(shù)都達(dá)到9顆，且MP1的值普遍小于0.35，MP2的值普遍小于0.45，均滿足經(jīng)驗(yàn)要求。

圖3 BDMC站L1的多路徑效應(yīng)影響

圖4 BDMC站L2的多路徑效應(yīng)影響

圖5、圖6是6個(gè)站上L1、L2的信噪比情況，從圖中可看出當(dāng)衛(wèi)星高度角為0時(shí)，信噪比也為0，隨著衛(wèi)星高度角的增大信噪比逐漸增大，并趨近于平緩。從圖中也可看出6個(gè)站上的信噪比非常接近，相差不大，而且L1的信噪比要大于L2的信噪比，信噪比越大，誤差越小。

圖5 L1信噪比

4 結(jié)論

圖6 L2信噪比

通過利用TEQC軟件對(duì)河北省CORS網(wǎng)6個(gè)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并從數(shù)據(jù)完整性、無效觀測(cè)值比例、多路徑效應(yīng)、周跳等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合分析，結(jié)果表明6個(gè)站的點(diǎn)位附近沒有大型的反射平面，多路徑效應(yīng)較小，觀測(cè)環(huán)境較為理想，數(shù)據(jù)質(zhì)量均滿足經(jīng)驗(yàn)要求，數(shù)據(jù)質(zhì)量高，可被充分利用。

［1］陳中新，奚長(zhǎng)元，范占永，等.應(yīng)用 TEQC對(duì) GPS連續(xù)參考站數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析［J］.全球定位系統(tǒng)，2007（3）：35－37.

［2］余文坤，戴吾蛟，楊 哲.基于TEQC的GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析及預(yù)處理軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2010，30（5）：81－85.

［3］UNAVCO Facility.TEQC—The Toolkit for GPS/GLONASS/Galileo/SBAS Data［EB/OL］.（2011－07－31）［2012－12－26］.http：//facility.unavco.org/software/teqc/teqc.html.

［4］聶桂根，王 院.TEQC軟件對(duì)GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)定及軟件界面的開發(fā)［J］.全球定位系統(tǒng)，2003（4）：32－38.

［5］武軍酈.一個(gè)用于 GPS數(shù)據(jù)操作的實(shí)用軟件［J］.全球定位系統(tǒng)，2004（2）：48－50.

［6］田云鋒.TEQC在 GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理中的應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)，2008（12）：63－66.

［7］范士杰，郭際明，彭秀英.TEQC在 GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理中的應(yīng)用與分析［J］.測(cè)繪信息與工程，2004，29（2）：33－35.

［8］李洪玉，王耀強(qiáng)，陳 雷，等.利用 TEQC對(duì) GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量的分析［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2009，32（2）：80－82.

［9］林淑冰，占 惠，王海清.TEQC檢驗(yàn)在福建省GPS連續(xù)觀測(cè)基準(zhǔn)站勘選中的應(yīng)用［J］.華北地震科學(xué)，2009，27（3）：35－40.

［10］吳文壇，張現(xiàn)禮，史進(jìn)志.TEQC在河北 CORS系統(tǒng)站點(diǎn)環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.地理空間信息，2009，7（6）：81－84.