TEQC軟件下的GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

胡玉坤，劉根友，沙文東

(1. 寧波市測繪設計研究院，浙江 寧波 315042； 2. 中國科學院測量與地球物理研究所，湖北 武漢 430077；3. 武漢市測繪設計研究院，湖北 武漢 430022)

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TEQC軟件下的GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

胡玉坤1，劉根友2，沙文東3

(1. 寧波市測繪設計研究院，浙江 寧波 315042； 2. 中國科學院測量與地球物理研究所，湖北 武漢 430077；3. 武漢市測繪設計研究院，湖北 武漢 430022)

利用基于Matlab二次開發(fā)的SPEC模塊在Windows下對TEQC質(zhì)量檢核生成的繪圖文件進行直觀顯示，便于了解測站觀測環(huán)境以剔除不良時間段和衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)。對剔除前后的數(shù)據(jù)利用自編軟件進行基線解算，試驗表明，利用TEQC處理后的基線精度有了一定程度的提高。

Matlab二次開發(fā)；SPEC模塊；TEQC質(zhì)量檢核；基線解算

GPS定位精度取決于原始觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量和算法的選擇，因此在進行數(shù)據(jù)預處理之前，應當對GPS數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查。通常評定觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量有兩種方法：一是根據(jù)商業(yè)軟件的基線解算結(jié)果進行分析；二是采用專業(yè)的質(zhì)量評定軟件TEQC[1]。TEQC(Translate/Edit/Quality Check/Coordinate)是由UNAVCO Facility 研制的為地學研究GPS監(jiān)測站數(shù)據(jù)管理服務的公開免費軟件，主要功能有格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)編輯和質(zhì)量檢核,可用于檢查雙頻GPS接收機的動態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)質(zhì)量。其簡短的幾條命令便可對觀測數(shù)據(jù)的信噪比、周跳、多路徑呈現(xiàn)出一個直觀的顯示，極大地方便了觀測數(shù)據(jù)中粗差的剔除[2-5]。本文主要利用基于Matlab開發(fā)的SPEC模塊對TEQC處理文件直觀顯示，并利用自編軟件對處理前后的基線進行解算來驗證處理前后數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

一、TEQC質(zhì)量檢核原理與可視化分析

1. TEQC質(zhì)量檢核原理

TEQC的質(zhì)量檢核是通過偽距和載波觀測值的線性組合來計算L1偽距C/A碼或P碼的多路徑、L2偽距P碼多路徑、電離層延遲和電離層延遲的變化率，以及接收機的鐘漂和信噪比等信息。根據(jù)是否使用導航電文，可以分為qc-lite和qc-full模式。在qc-full模式下可以生成1個質(zhì)量匯總文件和8個繪圖文件。

雙頻測相偽距和碼偽距[6]如下

(1)

L1-L2=(α-1)I+λ1n1-λ2n2+m1-m2

(2)

由式(2)中的第一式與第三式可求得電電離層延遲I

I=(P1-L1+λ1n1+m1-M1)/2

(3)

將式(3)代入式(2)可得

(4)

記式(4)左邊為mp1,右邊忽略相位多路徑可得

(5)

(6)

(7)

對于質(zhì)量匯總文件，幾個數(shù)據(jù)質(zhì)量的關鍵性指標(多路徑、數(shù)據(jù)完整性、周跳比及信噪比)都在其中。mp1和mp2是隨著時間變化的，與Mi相比mi幾乎可以忽略。可將mp1和mp2直接視為偽距多路徑的影響，習慣將其在一定時間窗口內(nèi)的均方根作為反映觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的指標。IGS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測表明，mp1平均值小于0.5，mp2平均值小于0.75。因此本文對于mp1和mp2的閾值分別取0.5和0.75?？偟膩碚f，mp1和mp2越小，說明抗多路徑效應的能力越強，數(shù)據(jù)質(zhì)量越好。數(shù)據(jù)完整性為預期歷元數(shù)與實際觀測歷元數(shù)的比值，O/Slips為觀測值個數(shù)與周跳的比值，也可用CSR=1000/O/Slips表示。信噪比(SNR值)是指接收機載波信號強度與噪聲強度的比值。信噪比值越高，觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量越好。文件中以5°為區(qū)間列出了10°—90°高度角范圍內(nèi)所有歷元信噪比的平均值。

2. 繪圖工具及其二次開發(fā)

目前能夠繪制TEQC生成的繪圖文件的軟件大都是基于DOS的，人機交互性差。包括QCVIEW32、QC2SKY和CF2PS等[7-9]，可以顯示單個衛(wèi)星或分色顯示所有衛(wèi)星的數(shù)據(jù)隨時間變化的曲線圖。本文利用Matlab軟件，通過二次開發(fā)的SPEC程序模塊，可以實現(xiàn)在Windows界面下直接打開TEQC并直觀地顯示其繪圖文件，根據(jù)用戶需求的不同，采用零相位數(shù)字濾波對多路徑效應進行濾波，繪制多路徑天空圖[10-13]。

二、GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

對處于樓頂開闊視野下的一條短基線進行24 h連續(xù)觀測(如圖1所示)，為了便于橫向?qū)Ρ龋蓪山邮諜C分別安裝不同的天線(TRIM59800.00和安騰科技公司生產(chǎn)的天線)。用TEQC處理觀測數(shù)據(jù)，通過上文所設定的標準剔除觀測質(zhì)量較差的時間段及衛(wèi)星數(shù)據(jù)。在剔除的過程中會用到TEQC的數(shù)據(jù)編輯功能，如RINEX文件的切割、特定衛(wèi)星的禁用等。為了更好地對比TEQC處理前后GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量的變化。對TEQC處理前后的數(shù)據(jù)采用自編軟件解算[14]。

圖1　現(xiàn)場基線布設圖

采用2015年6月5日至6月6日的觀測數(shù)據(jù)，觀測文件分別為Trim.15o、Anteng.15o。在IGS網(wǎng)站上下載相應的廣播星歷，qc-full模式下即可得到質(zhì)量匯總文件*.15S和8個繪圖文件*.azi、*.ele、*.iod、*.ion、*.mp1、*.mp2、*.sn1、*.sn2。打開Trim.15S和Anteng.15S可以看到觀測時段、多路徑效應、信噪比、周跳比及衛(wèi)星高度角的變化等詳細信息。

由表1可以看出，由于觀測時間較長且觀測環(huán)境較好，因此多路徑效應和周跳比皆小于選取的閾值。由于是短基線(10m)，故可視A、B兩點處于同等觀測條件，B點的多路徑效應比A點的大，周跳比A點較B點的大，說明了A點觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量優(yōu)于B點。

表1　mp1、mp2、O/Slips統(tǒng)計值

運用基于Matlab開發(fā)的SPEC程序模塊繪制多路徑效應隨時間的變化圖及信噪比隨高度角的變化圖，檢測出質(zhì)量較差的衛(wèi)星數(shù)據(jù)及其對應時段。圖2為原始觀測數(shù)據(jù)每顆衛(wèi)星L1與L2載波的多路徑效應隨時間變化圖，圖3為原始觀測數(shù)據(jù)L1與L2載波的信噪比隨高度角的變化圖。

圖2　觀測時段內(nèi)每顆衛(wèi)星的多路徑效應

圖3　信噪比隨高度角的變化

從圖2可以看出，PRN04、PRN07的多路徑效應比較顯著，15:24至16：10和1：12至3.30時間段的多路徑效應比較大。從圖3可以看出，L1的信噪比要明顯優(yōu)于L2的信噪比，并且隨著高度角的增加，信噪比逐漸增大。利用TEQC中的數(shù)據(jù)編輯功能對上述衛(wèi)星及觀測時段的數(shù)據(jù)進行剔除。輸入指令：>teqc-G04,07 Anteng.15o>Anteng1.15o可得到剔除PRN04、PRN07衛(wèi)星的觀測文件Anteng1.15o。對異常時間段的剔除可以分段處理，輸入指令：>teqc-st 20150605080000-e 20150605152400 Anteng1.15o>Anteng2.15o可得到起始時刻至15：24的觀測文件Anteng2.15o，同理可以獲得16：10 至次日1：12的觀測文件Anteng3.15o和3：30至終止時刻的觀測文件Anteng4.15o。利用TEQC對上述3個文件進行質(zhì)量檢核，其mp1、mp2及周跳比見表2。

表2　mp1、mp2、O/Slips統(tǒng)計值

從表2可以看出，相對于表1中Anteng.15o文件的mp1、mp2及O/Slips，剔除后3個觀測時段文件皆有提高。其中mp1、mp2平均提高了10%左右，O/Slips提高了120%左右。說明在多路徑效應比較顯著的地方，周跳現(xiàn)象比較嚴重，這為后續(xù)聯(lián)合多路徑消除周跳工作開拓了思路。

利用自編軟件對原始短基線和處理后形成的3個時段的短基線進行解算，為了進一步分析mp1、mp2對解算精度的影響，可以分別采用L1模式、L2模式及LC模式解算。自編基線解算軟件界面如圖4所示。解算精度見表3。

圖4　自編基線解算軟件界面

基線L1模式L2模式LC模式原始0．00410．00470．0087時段10．00370．00350．0068時段20．00390．00410．0076時段30．00380．00330．0069

從表3可以看出，無論是L1模式、L2模式還是LC模式，基線的解算精度都有所提高。說明利用TEQC軟件對觀測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量分析，并剔除不良觀測時段與衛(wèi)星，可在一定程度上提高基線結(jié)算的精度。

三、結(jié)束語

利用TEQC軟件對GPS觀測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢核，操作簡單，能夠快速生成反映GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量的一系列文件，通過基于Matlab二次開發(fā)的SPEC模塊可以在Windows下直觀地顯示GPS觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，以便于用戶了解周邊的觀測環(huán)境并剔除不良觀測時段及衛(wèi)星數(shù)據(jù)。試驗表明，對剔除前后的基線利用自編軟件解算后，其精度有了一定程度的提高，這對利用TEQC軟件處理GPS數(shù)據(jù)具有重要的實踐意義。

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GPS Data Quality Control Based on TEQC

HU Yukun,LIU Genyou,SHA Wendong

胡玉坤，劉根友，沙文東.TEQC軟件下的GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量控制[J].測繪通報，2016(10)：51-53.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0327.

2015-11-13；

2016-05-18

國家自然科學基金(41321063)；大地測量與地球動力學國家重點實驗室基金(SKLGED2013-4-1-Z)

胡玉坤(1990—)，男，碩士，研究方向為GNSS衛(wèi)星導航與定位。E-mail：huyukun0608@163.com

P228.4

B

0494-0911(2016)10-0051-03