基于TEQC對鄭州地區(qū)CORS站數(shù)據(jù)質(zhì)量的分析

王夢茹，楊 力，張洛愷

（1.解放軍信息工程大學(xué)，河南鄭州450000；2.61287部隊(duì)，四川成都610036）

基于TEQC對鄭州地區(qū)CORS站數(shù)據(jù)質(zhì)量的分析

王夢茹1，楊 力1，張洛愷2

（1.解放軍信息工程大學(xué)，河南鄭州450000；2.61287部隊(duì)，四川成都610036）

TEQC是由美國UNAVCO開發(fā)的數(shù)據(jù)預(yù)處理工具軟件，主要用于數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)編輯和數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核。本文介紹了TEQC的主要功能及其在GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析中的應(yīng)用。并通過利用TEQC的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核模塊，從數(shù)據(jù)完整性，多路徑效應(yīng)及信噪比等多個(gè)方面對鄭州地區(qū)CORS站的GPS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了質(zhì)量分析，對今后基于TEQC對CORS站數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢核具有參考意義。

TEQC；GPS；數(shù)據(jù)預(yù)處理；質(zhì)量檢核

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，信息社會(huì)已逐步健全。GNSS系統(tǒng)，包括美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟GALILEO以及中國的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，都能為用戶提供海量的信息[1］。但這些信息需要經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理才能成為合理實(shí)用的成果。預(yù)處理的主要目的是對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、加工與整理，分流出各種專用的信息文件，為下一步的平差計(jì)算做準(zhǔn)備。

TEQC軟件是一款功能強(qiáng)的GPS、GLONASS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件。它的功能主要有：格式轉(zhuǎn)換（Translate）、數(shù)據(jù)編輯（Edit）、質(zhì)量檢查（Quality Check）和單點(diǎn)定位（Coordinate）[2］。格式轉(zhuǎn)換功能（Translate）可將多個(gè)不同廠家的GPS接收機(jī)觀測文件（二進(jìn)制）轉(zhuǎn)換為RINEX文件，也可以是RINEX文件的不同格式間的轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)編輯功能（Edit）可用于RINEX文件的字頭塊部分，也可進(jìn)行數(shù)據(jù)文件的任意切割與合并、觀測值類型的刪減、衛(wèi)星系統(tǒng)的選擇及特定衛(wèi)星的禁用；質(zhì)量檢查功能（Quality Check）可用于檢查雙頻GPS接收機(jī)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，可以反映出GNSS數(shù)據(jù)的可用性、電離層延遲、多路徑影響、接收機(jī)周跳、衛(wèi)星信號信噪比等信息[3］。本文將基于鄭州地區(qū)CORS站數(shù)據(jù)，介紹TEQC軟件最核心的質(zhì)量檢查功能。

1 TEQC在數(shù)據(jù)處理中的功能

1.1 TEQC用于GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查時(shí)的常用功能

一般情況下，利用TEQC對GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，需要利用DOS窗口進(jìn)行操作[4］。利用TEQC進(jìn)行文件合并時(shí)，需要先進(jìn)入指定的文件夾，將TEQC軟件復(fù)制到其目錄下，再對相應(yīng)的文件進(jìn)行指定的操作。

1.2 格式轉(zhuǎn)換

常見的一般有三種數(shù)據(jù)：OBS RINEX觀測數(shù)據(jù)文件（簡寫OBS）、NAV RINEX導(dǎo)航信息文件（簡寫NAV）和MET RINEX氣象數(shù)據(jù)文件（簡寫MET）。

這三種數(shù)據(jù)類型目前都以RINEX格式進(jìn)行存儲。在TEQC的開發(fā)過程中，眾多GPS接收機(jī)廠商提供相關(guān)的各自原始數(shù)據(jù)格式的信息，使TEQC能夠?qū)⒍喾N接收機(jī)記錄的原始二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RINEX格式。

1.3 數(shù)據(jù)編輯

TEQC在數(shù)據(jù)編輯中主要有以下幾個(gè)內(nèi)容：RINEX文件頭部分的編輯，RINEX文件分割，RINEX文件合并，衛(wèi)星系統(tǒng)的選擇及特定衛(wèi)星的禁用以及設(shè)置衛(wèi)星高度角。

1.3.1 RINEX文件的分割

利用DOS窗口可以對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行任意切割。

提取觀測文件bjfs0990.10o自觀測歷元起前30min的觀測數(shù)據(jù)并保存為bjfs0990－s30min.10o，可運(yùn)行命令：

teqc＋dm 30bjfs0990.10o＞bjfs0990＿s30min.10o

提取觀測文件bjfs0990.10o自觀測歷元起前1h的觀測數(shù)據(jù)并保存為bjfs0990＿s1h.10o，可運(yùn)行命令：

teqc＋dh 1bjfs0990.10o＞bjfs0990＿s1h.10o

提取觀測文件bjfs0990.10o文件從5點(diǎn)開始后3h（5：00－8：00）的觀測數(shù)據(jù)，并保存為bjfs09901.10o，可運(yùn)行命令：

teqc－st 05：00：00＋dh 3bjfs0990.10o＞bjfs09901.10o

1.3.2 RINEX文件的合并

對RINEX文件進(jìn)行合并時(shí)，運(yùn)行：＞teqc file1file2…＞result.o，即可把file1file2…合并為一個(gè)result.o的RINEX文件。同時(shí)注意file1 file2…等RINEX文件必須是時(shí)間上連續(xù)的，且在相鄰文件的合并處會(huì)有注釋行：RINEX FILE SPLICECOMMENT.

1.3.3 衛(wèi)星系統(tǒng)的選擇

對于GPS/GLONASS雙星接收機(jī)，可以使用TEQC進(jìn)行衛(wèi)星的選用。

例如：

去掉GLONASS衛(wèi)星數(shù)據(jù)的指令是：

＞teqc－R bjfs0990.10o＞bjfs0990A.10o

禁用某個(gè)GPS衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)指令是：

＞teqc－G bjfs0990.10o＞result1.o；

teqc－G01－G03bjfs0990.10o＞bjfs0990＿G01＿G03.10o.

1.4 數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

TEQC的核心功能是對GPS等觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢核。它根據(jù)偽距觀測值和載波相位觀測值的線性組合進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)中的誤差估計(jì)，可以反映出GPS觀測數(shù)據(jù)的衛(wèi)星方位角、衛(wèi)星高度角、電離層延遲、多路徑影響、周跳、衛(wèi)星信號信噪比等，并且通過繪圖軟件QCVIEW對生成的質(zhì)量分析文件進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)可視化[5］。

該模塊是TEQC的核心，主要是利用偽距觀測值和載波相位觀測值的線性組合對靜態(tài)或動(dòng)態(tài)雙頻GPS和GLONASS數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。根據(jù)是否利用導(dǎo)航文件信息，TEQC分為qc－lite（無導(dǎo)航文件）和qc－full兩種檢核方式。

TEQC對文件bjfs0990.10o在qc－lite方式下進(jìn)行質(zhì)量檢核。質(zhì)量檢核的結(jié)果會(huì)生成報(bào)告文件bjfs0990.10s和數(shù)據(jù)文件bjfs0990.ion（L1載波的電離層延遲）、bjfs0990.iod（電離層延遲的變化率）、bjfs0990.mp1（L1載波C/A碼或P碼偽距的多路徑影響）、bjfs0990.mp2（L2載波P碼偽距的多路徑影響）、bjfs0990.sn1（L1載波的信噪比）、bjfs0990.sn2（L2載波的信噪比）。并結(jié)合QCVIEW的視圖查看等功能，可以得到直觀的結(jié)論[3］。

運(yùn)行命令如下：

＞teqc＋qc bjfs0990.10o；

TEQC對文件bjfs0990.10o在qc－full方式下進(jìn)行質(zhì)量檢核，需要同時(shí)輸入RINEX觀測數(shù)據(jù)文件和導(dǎo)航數(shù)據(jù)文件，檢核的結(jié)果除qc－lite方式下的報(bào)告文件和數(shù)據(jù)文件外，還增加了衛(wèi)星和接收機(jī)天線的位置信息和兩個(gè)數(shù)據(jù)文件bjfs0990.azi（方位角），bjfs0990.ele（高度角）。

運(yùn)行命令如下：

＞teqc＋qc nav bjfs0990.10nbjfs0990.10o；當(dāng)觀測文件和導(dǎo)航文件在同一目錄下時(shí)，也可以運(yùn)行＞teqc＋qc bjfs0990.10o程序會(huì)自己找到相應(yīng)的導(dǎo)航文件。

2 利用TEQC進(jìn)行質(zhì)量檢核

利用TEQC對鄭州地區(qū)CORS站連續(xù)數(shù)天的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢核。參考站的數(shù)據(jù)質(zhì)量分析主要由四部分組成：

a）多路徑誤差分析MP1、MP2，直接反映了站點(diǎn)周圍的環(huán)境質(zhì)量；

b）數(shù)據(jù)完整性，即預(yù)期歷元數(shù)與實(shí)際歷元數(shù)比值；

c）信噪比SN1、SN2；

d）觀測歷元數(shù)與周跳數(shù)的比值o/slps；

這里結(jié)合兩種質(zhì)量檢核方式來檢查其影響。

其中，

B1＝－[1＋2/（α－1）］n1λ1＋2/（α－1）n2λ2

B2＝－2α/（α－1）n1λ1＋[2α/（α－1）－1］n2λ2，

利用河南省CORS網(wǎng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析和驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)中采用軟件處理了年積日為第123天、第124天、第125天、第126天，00：00：00－23：59：30的數(shù)據(jù)，采樣率為30s.現(xiàn)將第123天數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以鄭州地區(qū)CORS站數(shù)據(jù)為例，利用TEQC進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核。本次試驗(yàn)采用的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 2013年5月3日（doy＝123）在鄭州地區(qū)4個(gè)CORS站的測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值

表中，doy是年積日；hrs為觀測時(shí)間長度；dt表示數(shù)據(jù)采樣率；＃have是實(shí)際采集數(shù)據(jù)量；mp1是L1載波多路徑影響；mp2是L2載波多路徑影響；o/slps為觀測值和周跳數(shù)的比值。從表中可以看出mp1最大值為0.35，最小值為0.29；mp2的最大值為0.40，最小值為0.29.根據(jù)數(shù)據(jù)檢測經(jīng)驗(yàn)值mp1＜0.35，mp2＜0.45可見本次用的4個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量均滿足上述要求[6］，且ZZZM（中牟）站的數(shù)據(jù)明顯優(yōu)于其他站點(diǎn)。

2.1 觀測歷元和周跳比

圖1示出了連續(xù)4天測得的不同站臺觀測歷元和周跳比的情況，從圖中可看出4個(gè)站上第123天的觀測歷元和周跳比總體上要小于第124天、第125天和第126天的值，ZZZM（中牟）站4天觀測歷元和周跳比的值總體上要大于其他站，說明觀測站ZZZM（中牟）在這些天的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量最高，周跳最少，觀測站受遮擋情況較輕；ZZGY（鞏義）的觀測歷元和周跳的比值要小于其他臺站的值；ZZXZ（新鄭）和ZZZX（中心）的觀測歷元和周跳比的比值處于中等。由圖1可以看出，ZZZM觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量最高，周跳最少；其他臺站的觀測質(zhì)量也較好。

2.2 L1、L2的信噪比

圖2、圖3示出4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L1的信噪比要大于L2的信噪比。信噪比越大，誤差越小[6］。

從信噪比統(tǒng)計(jì)來看，如圖2所示，可以看出L1通道ZZZM、ZZZX的性能較穩(wěn)定，另外兩個(gè)站ZZGY和ZZXZ的接收機(jī)對衛(wèi)星高度角比較敏感。

圖1 觀測歷元數(shù)/周跳（o/slps）統(tǒng)計(jì)

圖2 L1信噪比統(tǒng)計(jì)

圖3 L2信噪比統(tǒng)計(jì)

圖4 第15、18、22、31號衛(wèi)星L1多路徑誤差

圖5 第12、15、18、23號衛(wèi)星L2多路徑誤差

圖6 電離層延遲變化率

2.3 多路徑距離誤差

如圖4所示ZZZM（中牟）站年積日第123天的多路徑距離誤差情況，由圖中可以看出15號衛(wèi)星在14 000～18 000歷元階段，衛(wèi)星的L1多路徑誤差在－0.25～0.20m，有一定的波動(dòng)；第18顆衛(wèi)星在0～4 000歷元階段，衛(wèi)星的L1多路徑誤差在－0.18～0.22m，有一定的波動(dòng)；第22號衛(wèi)星在0～4 000歷元階段，衛(wèi)星的L1多路徑誤差在－0.40～0.20m，且在4 000歷元時(shí)刻多路徑誤差達(dá)到3m，波動(dòng)較大；第31顆衛(wèi)星在2 000～7 000歷元階段，衛(wèi)星的L1多路徑誤差在－0.80～0.60 m，有一定的波動(dòng)。圖5所示為ZZZM（中牟）站年積日第123天12、15、18、23號衛(wèi)星L2多路徑誤差，從圖中可以看出，18號衛(wèi)星在0～4 000歷元階段，L2多路徑誤差在－0.15～0.20m，波動(dòng)比較小。

2.4 電離層延遲變化率

如圖6所示，第15顆衛(wèi)星在整個(gè)觀測歷元階段，衛(wèi)星的電離層延遲誤差在－0.35～0.10m；第21顆衛(wèi)星在整個(gè)觀測歷元階段，衛(wèi)星的電離層延遲誤差在－0.55～0.00m；第24顆衛(wèi)星在整個(gè)觀測歷元階段，衛(wèi)星的電離層延遲誤差在－0.10～0.05m；第29顆衛(wèi)星在整個(gè)觀測歷元階段，衛(wèi)星的電離層延遲誤差在－0.10～0.20m.

3 結(jié)束語

利用TEQC能夠幫助我們方便地分析GPS觀測數(shù)據(jù)受到的各種因素的影響。此外，它也是一個(gè)非常實(shí)用的數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、修改、分割和合并等多種復(fù)雜操作，在GPS數(shù)據(jù)中心軟件系統(tǒng)中能夠起著重要的作用。

本次通過利用TEQC軟件對鄭州地區(qū)4個(gè)CORS站的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并從數(shù)據(jù)完整性，多路徑效應(yīng)及信噪比等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合分析。結(jié)果表明4個(gè)站的多路徑效應(yīng)，觀測環(huán)境較為理想，數(shù)據(jù)質(zhì)量均滿足經(jīng)驗(yàn)要求且數(shù)據(jù)質(zhì)量較高。

[1]夏金偉，趙東保.TEQC數(shù)據(jù)質(zhì)量分析[J］.地理空間信息，2012.10（4）：58－60.

[2]田云峰.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（2）：63－66.

[3]陳中新，奚長元，范占永等.應(yīng)用TEQC對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)，2007，33（3）：35－37.

[4]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］.測繪信息與工程，2004，29（2）：33－35.

[5]王建軍，吳北平，馮 健，等.TEQC和QCVIEW32在GPS觀測數(shù)據(jù)預(yù)處理中的應(yīng)用[J］.工程地球物理學(xué)報(bào)，2010，7（5）：634－638.

[6]趙傳華，秘金鐘，黨亞民，等.基于TEQC的數(shù)據(jù)預(yù)處理分析[J］.導(dǎo)航定位學(xué)報(bào)，2013，1（1）：84－88.

作者簡介

王夢茹（1991－），女，碩士生，主要從事高精度GPS數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)質(zhì)量分析的研究。

楊 力（1965－），男，教授，主要從事衛(wèi)星導(dǎo)航定位等教學(xué)研究。

張洛愷（1989－），男，碩士，主要從事高精度GPS數(shù)據(jù)處理和GNSS氣象學(xué)研究。

歐洲：重啟伽利略衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃，明年有望提供初步服務(wù)

2015年1月28日，歐洲委員會(huì)批準(zhǔn)重新啟動(dòng)伽利略衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃，搭載聯(lián)盟號火箭的新衛(wèi)星將于3月從法屬圭亞那庫魯航天中心發(fā)射升空。伽利略定位系統(tǒng)有望在2016年前開始提供初步定位服務(wù)。

伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)將由30顆衛(wèi)星組成，其中27顆工作星，3顆備份星，預(yù)計(jì)總投資達(dá)80億美元。首批兩顆衛(wèi)星于2011年10月成功發(fā)射入軌。2012年10月，第二批兩顆衛(wèi)星成功發(fā)射，4顆伽利略系統(tǒng)衛(wèi)星組成初步網(wǎng)絡(luò)。

但2014年8月，搭載俄羅斯聯(lián)盟號VS09型火箭從法屬圭亞那發(fā)射升空的第三批兩枚伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星未能進(jìn)入預(yù)定軌道，使得資金緊張的伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃受到影響并陷入停頓。

2014年衛(wèi)星入軌失敗原因已經(jīng)查明，俄羅斯聯(lián)盟號火箭存在缺陷，上節(jié)火箭噴灌發(fā)生燃料凍結(jié)導(dǎo)致衛(wèi)星未能準(zhǔn)確并入軌道。目前，該故障已經(jīng)得到修正，新的發(fā)射計(jì)劃仍將繼續(xù)使用俄羅斯聯(lián)盟號火箭，而可一次搭載4顆衛(wèi)星的阿麗亞娜5 E2型火箭仍在調(diào)試之中。阿麗亞娜空間公司總裁史蒂芬·伊茲瑞爾表示，公司已經(jīng)做好準(zhǔn)備于3月26日發(fā)射衛(wèi)星。

歐盟委員會(huì)為伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)重開綠燈，希望該系統(tǒng)最晚于2016年開始提供初步定位服務(wù)，到2020年完成全部衛(wèi)星入軌并提供全面的高精度定位服務(wù)。如進(jìn)展順利，歐盟委員會(huì)計(jì)劃今年至少發(fā)射6顆伽利略衛(wèi)星。

（來源科技日報(bào)）

Quality Analysis of CORS Station Based on TEQC

WANG Mengru1，YANG Li1，ZHANG Luokai2
（1.The PLA Information Engineering University，Zhengzhou450000，China；2.Unit 61287，Chengdu610036，China）

TEQC is a software tool for data preprocessing developed by USA UNAVCO.It is mainly used for data format conversion，editing and quality checking.This paper introduces the main function of TEQC and its application in the quality analysis of GPS data.And in this paper，through the use of data quality checking module of TEQC，We conducted the quality analysis of observation data of GPS in Zhengzhou area CORS by data integrity，multi path effect and signal to noise ratio etc.It has reference significance for data quality checking of CORS station based on TEQC in the future.

TEQC；GPS；data preprocessing；quality checkin g

P228.4

A

1008－9268（2015）01－0046－06

10.13442/j.gnss.1008－9268.2015.01.010

2014－11－20

地理信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)基金課題

聯(lián)系人：王夢茹E－mail：m13629845756＿1＠163.com