昆明周邊IGS跟蹤站數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)與評(píng)估

楊勇喜，王 媛，聞 平，吳弦駿

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，昆明 650051)

昆明周邊IGS跟蹤站數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)與評(píng)估

楊勇喜，王 媛，聞 平，吳弦駿

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，昆明 650051)

為了在高精度GNSS網(wǎng)解算時(shí)更有效地選取IGS跟蹤站，提出對(duì)IGS跟蹤站的GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和評(píng)估。采用TEQC軟件對(duì)2016年昆明周邊21個(gè)IGS跟蹤站的GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，結(jié)果表明：KUNM和XIAN跟蹤站無(wú)可用數(shù)據(jù)，16個(gè)IGS跟蹤站的數(shù)據(jù)天數(shù)在200 d以上；PIMO跟蹤站數(shù)據(jù)有效率最低，為83 %，數(shù)據(jù)有效率95 %以上的跟蹤站共有11個(gè)；TCMS跟蹤站受多路徑效應(yīng)影響最小，IISC、PIMO、SHAO和ULAB 4個(gè)IGS跟蹤站受多路徑效應(yīng)影響較大；PIMO和SUWN跟蹤站觀測(cè)數(shù)據(jù)周跳嚴(yán)重，CSR值在5.5以上。

IGS跟蹤站；TEQC軟件；數(shù)據(jù)有效率；多路徑效應(yīng)；CSR值

0 引言

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(global navigation satellite system，GNSS)已被廣泛應(yīng)用于地學(xué)研究領(lǐng)域。國(guó)際GNSS服務(wù)(International GNSS Service，IGS)是由國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)(International Association of Geodesy，IAG)于1994年成立的國(guó)際協(xié)作組織，旨在為地球參考框架、地球旋轉(zhuǎn)、地球觀測(cè)，以及定位、導(dǎo)航、授時(shí)(positioning，navigation and timing，PNT)以及其他應(yīng)用領(lǐng)域提供高質(zhì)量的GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品[1]。大型水利水電工程中，高精度的GNSS控制網(wǎng)成果需要聯(lián)測(cè)IGS跟蹤站，從而納入國(guó)際地球參考框架(international terrestrial reference frame，ITRF)[2]。

滇中引水工程作為一項(xiàng)特大型跨流域調(diào)水工程，需要可靠的高精度測(cè)量控制網(wǎng)提供保障。為滿(mǎn)足工程建設(shè)、竣工驗(yàn)收和安全運(yùn)行等階段的需求，擬建立一等和二等平面控制網(wǎng)，其中，一等平面控制網(wǎng)按B級(jí)GNSS網(wǎng)的技術(shù)要求建立。根據(jù)規(guī)范要求，B級(jí)GNSS網(wǎng)應(yīng)該以適當(dāng)數(shù)量和分布均勻的A級(jí)GNSS網(wǎng)點(diǎn)或IGS跟蹤站的坐標(biāo)和原始觀測(cè)數(shù)據(jù)為起算數(shù)據(jù)[3]。IGS跟蹤站24 h連續(xù)觀測(cè)，數(shù)據(jù)提供公開(kāi)下載，而且其坐標(biāo)值更新及時(shí)；為將測(cè)量控制網(wǎng)納入ITRF框架，聯(lián)測(cè)IGS跟蹤站更具優(yōu)勢(shì)。

為滿(mǎn)足滇中引水工程B級(jí)GNSS網(wǎng)的解算需要，本文對(duì)昆明周邊IGS跟蹤站的數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和評(píng)估，以利于解算過(guò)程中IGS跟蹤站的選取。

1 軟件和質(zhì)量指標(biāo)

TEQC(translate，edit，quality check)是一個(gè)操作相對(duì)簡(jiǎn)單、功能較為強(qiáng)大的GNSS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件[4]，廣泛應(yīng)用于GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢查和分析中[5-10]。TEQC軟件是通過(guò)輸入命令行參數(shù)運(yùn)行的，其主要的功能有：1)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，將不同型號(hào)儀器的原始數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式；2)接收機(jī)自主交換格式(receiver independent exchange format，RINEX)數(shù)據(jù)編輯，可以修改文件頭部分，也可以對(duì)rinex數(shù)據(jù)根據(jù)需要進(jìn)行分割與合并、觀測(cè)值類(lèi)型的刪減、衛(wèi)星系統(tǒng)的選擇、數(shù)據(jù)采樣率的設(shè)置、衛(wèi)星高度角的設(shè)置等；3)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查，用于檢查雙頻GNSS接收機(jī)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)的質(zhì)量[4]。本文采用的TEQC版本號(hào)為“2016Nov7”。

TEQC的質(zhì)量檢查功能是基于偽距觀測(cè)值和載波相位觀測(cè)值的線(xiàn)性組合，計(jì)算出相應(yīng)的指標(biāo)，同時(shí)生成結(jié)果文件。主要的質(zhì)量指標(biāo)位于S文件中，以BJFS跟蹤站為例，S文件中典型的匯總信息如表1所示。

表1 S文件匯總信息

表1中：hrs表示持續(xù)觀測(cè)時(shí)間(單位：h)；dt表示觀測(cè)值的時(shí)間間隔(單位：s)；#expt、#have分別表示理論觀測(cè)值個(gè)數(shù)與實(shí)際觀測(cè)值個(gè)數(shù)；%表示數(shù)據(jù)有效率，是#expt和#have的比值；o/slps表示觀測(cè)值和周跳的比值，反映GNSS數(shù)據(jù)的周跳情況；mp1、mp2分別表示L1、L2載波的多路徑效應(yīng)(單位：m)，其計(jì)算公式[9]為：

(1)

(2)

式中：P1、P2分別為L(zhǎng)1、L2波段上的偽距觀測(cè)量；Φ1、Φ2分別為L(zhǎng)1、L2波段上的載波相位觀測(cè)量；α為L(zhǎng)1、L2波段的頻率f1、f2之比的平方和。

本文采用周跳率(cycle slip rate，CSR)作為周跳情況的評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而更加直觀地反映周跳情況，其定義為

(3)

式中：R為o/slps值；CSR的含義是1 000個(gè)有效觀測(cè)值含有的周跳個(gè)數(shù)。

本文對(duì)昆明周邊IGS跟蹤站數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量統(tǒng)計(jì)和評(píng)估采用的指標(biāo)主要包括觀測(cè)數(shù)據(jù)的天數(shù)、數(shù)據(jù)有效率、多路徑效應(yīng)、CSR。

2 質(zhì)量檢查和評(píng)估

昆明的概略坐標(biāo)為25°N、102°E，采用就近原則，擬以周邊的IGS跟蹤站作為聯(lián)測(cè)點(diǎn)。在0°N—50°N、70°E—130°E范圍內(nèi)，昆明處于中間位置，包含的IGS跟蹤站共有55個(gè)，能夠滿(mǎn)足聯(lián)測(cè)的需要；因此選擇該范圍內(nèi)的IGS跟蹤站作為研究對(duì)象。由于部分IGS跟蹤站沒(méi)有可用的坐標(biāo)值，聯(lián)測(cè)這些IGS跟蹤站是沒(méi)有意義的。剔除無(wú)可用坐標(biāo)的IGS跟蹤站，選定BJFS、CHAN、CHUM、DAEJ、GUAO、HYDE、IISC、KUNM、LHAZ、NTUS、PIMO、POL2、SHAO、SUWN、TCMS、TNML、TWTF、ULAB、URUM、WUHN和XIAN等21個(gè)IGS跟蹤站的GNSS數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查和評(píng)估。圖1給出部分IGS跟蹤站的分布情況，位置相近的IGS跟蹤站僅保留一個(gè)。

圖1 昆明周邊IGS跟蹤站位置

下載2016年21個(gè)IGS跟蹤站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，圖2給出各個(gè)IGS跟蹤站觀測(cè)數(shù)據(jù)的總天數(shù)。結(jié)果顯示，KUNM和XIAN 2個(gè)跟蹤站全年無(wú)數(shù)據(jù)，GUAO和NTUS 2個(gè)跟蹤站數(shù)據(jù)天數(shù)不足50 d，WUHN跟蹤站數(shù)據(jù)天數(shù)不足200 d，其他16個(gè)IGS跟蹤站數(shù)據(jù)天數(shù)都在200 d以上，其中300 d以上的跟蹤站有13個(gè)。

圖2 IGS跟蹤站觀測(cè)數(shù)據(jù)天數(shù)統(tǒng)計(jì)

由于KUNM和XIAN跟蹤站無(wú)數(shù)據(jù)，以下統(tǒng)計(jì)計(jì)算不再考慮這2個(gè)跟蹤站。圖3給出19個(gè)IGS跟蹤站觀測(cè)數(shù)據(jù)的有效率統(tǒng)計(jì)情況，同時(shí)給出數(shù)據(jù)有效率和一年內(nèi)數(shù)據(jù)有效率的中誤差。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：PIMO跟蹤站數(shù)據(jù)有效率最低，為83 %；URUM、IISC和WUHN 3個(gè)跟蹤站的數(shù)據(jù)有效率也都在90 %以下；數(shù)據(jù)有效率95 %以上的跟蹤站共有11個(gè)。NTUS和WUHN跟蹤站有效率中誤差在10 %以上，經(jīng)分析，是由某些天觀測(cè)數(shù)據(jù)有效率過(guò)低引起的，例如對(duì)于WUHN跟蹤站第146天，有效率為14 %。在聯(lián)測(cè)IGS跟蹤站時(shí)，應(yīng)剔除有效率較低的數(shù)據(jù)。

圖3 IGS跟蹤站觀測(cè)數(shù)據(jù)有效率統(tǒng)計(jì)

對(duì)19個(gè)IGS跟蹤站的mp1和mp2分別統(tǒng)計(jì)，如圖4所示。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，IISC、PIMO、SHAO和ULAB 4個(gè)IGS跟蹤站的mp1、mp2值都在0.5 m以上，說(shuō)明跟蹤站受多路徑效應(yīng)影響較大。13個(gè)IGS跟蹤站的mp1值小于0.5 m，14個(gè)IGS跟蹤站的mp2值小于0.5 m。TCMS跟蹤站受多路徑效應(yīng)影響最小。需要注意的是，CHAN跟蹤站mp1、mp2值從第342天的0.27、0.27突增到0.46、0.47 m，并保持穩(wěn)定，其原因有待進(jìn)一步研究。ULAB跟蹤站第235和236天的mp1、mp2值達(dá)到1 m以上。

反映IGS跟蹤站觀測(cè)數(shù)據(jù)周跳情況的CSR指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如圖5所示。結(jié)果顯示，LHAZ、HYDE、SUWN和PIMO 4個(gè)跟蹤站的CSR值大于2，SUWN和PIMO 2個(gè)跟蹤站的CSR值更大，都在5.5以上。CHAN跟蹤站的中誤差最大，為4.3，經(jīng)分析是由第195和196天周跳嚴(yán)重引起的。綜合考慮，PIMO和SUWN跟蹤站周跳情況較為嚴(yán)重，在聯(lián)測(cè)這2個(gè)IGS跟蹤站時(shí)一定要謹(jǐn)慎。

圖4 IGS跟蹤站多路徑效應(yīng)統(tǒng)計(jì)

圖5 IGS跟蹤站CSR統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)2016年昆明周邊21個(gè)IGS跟蹤站的GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查和評(píng)估，對(duì)于聯(lián)測(cè)過(guò)程中IGS跟蹤站的選取具有一定的參考價(jià)值，研究得到的主要結(jié)論如下：

1)KUNM和XIAN跟蹤站無(wú)可用數(shù)據(jù)，16個(gè)IGS跟蹤站的數(shù)據(jù)天數(shù)在200 d以上。

2)PIMO跟蹤站數(shù)據(jù)有效率最低，為83 %，數(shù)據(jù)有效率95 %以上的跟蹤站共有11個(gè)。

3)TCMS跟蹤站受多路徑效應(yīng)影響最小，IISC、PIMO、SHAO和ULAB 4個(gè)IGS跟蹤站受多路徑效應(yīng)影響較大。

4)PIMO和SUWN跟蹤站觀測(cè)數(shù)據(jù)周跳嚴(yán)重，CSR值在5.5以上。

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GNSSdataqualitystatisticsandevaluationofIGSstationaroundKunmingcity

YANGYongxi，WANGYuan，WENPing，WUXianjun

(PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited，Kunming 650051，China)

In order to effectively select IGS stations in the solution of high-accurate GNSS network，the paper proposed to statistically analyze and evaluate the data quality of GNSS for IGS stations.The quality of GNSS data from 21 IGS stations around Kunming City in 2016 were statistically studied with TEQC software.Result showed that there was no available data for KUNM and XIAN stations，and there were more than 200 days available for 16 IGS stations；the ratio of data availability of PIMO station was the lowest，only 83 %，while those of 11 IGS stations were more than 95 %；the multipath effect on TCMS station was the weakest，while that on IISC，PIMO，SHAO and ULAB stations were significantly；the cycle slips of PIMO and SUWN stations were serious with CSR value above 5.5.

IGS；TEQC；ratio of data availability；multipath effect；CSR value

2017-02-27

楊勇喜(1989—)，男，河南周口人，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)镚NSS數(shù)據(jù)處理與分析。

楊勇喜，王媛，聞平，等.昆明周邊IGS跟蹤站數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)與評(píng)估[J].導(dǎo)航定位學(xué)報(bào)，2017，5(4)：119-122.(YANG Yongxi，WANG Yuan，WEN Ping，et al.GNSS data quality statistics and evaluation of IGS station around Kunming city[J].Journal of Navigation and Positioning，2017，5(4)：119-122.)

10.16547/j.cnki.10-1096.20170422.

P228

A

2095-4999(2017)04-0119-04