基于TEQC軟件的GNSS接收機實測數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗

葛濤

（四川省第一測繪工程院 四川省成都市 610100）

近年來，空間定位技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得GNSS 定位已成為測繪領(lǐng)域中確定空間點位坐標(biāo)的主要方法，與此同時，連續(xù)運行參考系統(tǒng)CORS 也逐漸起到舉足輕重的作用。而對于CORS 基準(zhǔn)站上的GNSS 接收機，是保障CORS 系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。為了保障CORS 基準(zhǔn)站日常數(shù)據(jù)的采集，四川省CORS 中心新購置了5臺TRIMBLE 公司生產(chǎn)的NETR9 型接收機，在新購接收機投入使用之前，必須遵循《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》(GB/T 18314-2009)、《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量型接收機檢定規(guī)程》(CH 8016-95)、《SCCORS儀器檢驗實施細(xì)則》等技術(shù)要求，對其進行質(zhì)量檢驗，以保證接收機的正常工作。

GNSS 接收機的質(zhì)量檢驗，分為一般檢驗和實測數(shù)據(jù)檢驗。一般檢驗主要對接收機進行外部檢測和內(nèi)部檢測，包括各部件和附件的齊全完好性檢查、開關(guān)機是否正常、接收衛(wèi)星信號是否正常等檢測。實測數(shù)據(jù)檢驗是檢測接收機在不同測量狀態(tài)下的數(shù)據(jù)質(zhì)量情況。針對實測數(shù)據(jù)，本文利用TEQC 軟件，對數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換與編輯處理，通過可視化的方式來展示處理的數(shù)據(jù)結(jié)果，并對各項質(zhì)量指標(biāo)數(shù)值加以合理地分析，進而給出數(shù)據(jù)質(zhì)量評定結(jié)論，為四川省CORS 系統(tǒng)基準(zhǔn)站的建設(shè)和使用提供準(zhǔn)確而又科學(xué)的依據(jù)。

1 TEQC軟件簡介

由美國UNAVCO 公司設(shè)計開發(fā)的TEQC 軟件是為研究GPS 監(jiān)測站點的數(shù)據(jù)管理與服務(wù)而研制的公開免費軟件，具有使用環(huán)境比較廣、對系統(tǒng)要求比較低等特點，被廣泛應(yīng)用于城市、大型工程控制網(wǎng)的GPS 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換與編輯、質(zhì)量檢查等工作，有助于觀測誤差的分析，提高測量成果的精度。TEQC 的格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)編輯功能主要包含：能夠?qū)⒉煌瑥S家來源、不同產(chǎn)品型號的GNSS 接收機獲取的觀測值文件轉(zhuǎn)換為通用的RINEX 文件，或者是在RINEX文件的不同格式之間進行相互轉(zhuǎn)換；通過編輯RINEX 文件的字頭塊部分，進行觀測數(shù)據(jù)文件的分割與整合；對空間衛(wèi)星定位系統(tǒng)種類的選擇以及對特定衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)的禁用、觀測值類型的刪減、部分冗余數(shù)據(jù)的編輯處理等功能。TEQC 的質(zhì)量檢核功能主要是檢查反映數(shù)據(jù)質(zhì)量的多路徑效應(yīng)、衛(wèi)星信號信噪比、接收機整周跳變、接收機鐘漂率、電離層時延等數(shù)據(jù)信息，并將檢測質(zhì)量結(jié)果生成相應(yīng)的文件。在其結(jié)果摘要文件中，列出了觀測歷元、觀測值統(tǒng)計、觀測失鎖統(tǒng)計、觀測值刪除統(tǒng)計，以及比較重要的結(jié)果參數(shù)鐘漂率、o／slps、MP1、MP2 等數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)值。其中，o／slps 表示觀測值的周跳比，能直接反映出接收機觀測數(shù)據(jù)存在的周跳情況；MP1、MP2 則分別表示L1 載波、L2 載波上產(chǎn)生的多路徑效應(yīng)對偽距和相位導(dǎo)致的綜合性指標(biāo)影響。

表1：觀測值有效率

圖1：多路徑誤差

圖2：周跳比CSR 值

2 觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)檢驗

2.1 觀測值有效率

觀測值有效率是完好觀測值總數(shù)與預(yù)計觀測值總數(shù)的比值，可以反映觀測數(shù)據(jù)的完整性，檢測安放的接收機附近是否有建筑物、山體等形成的遮擋，是否存在反射物引起多路徑誤差等影響，在本次接收機檢驗中，要求觀測數(shù)據(jù)有效率高于95%。五臺接收機的觀測值有效率數(shù)據(jù)見表1，從表中可以看出各接收機的觀測值有效率均達(dá)到99.8%，大于95%，符合規(guī)范要求，反映出接收機安放環(huán)境正常，數(shù)據(jù)接收性能良好。

圖3：信噪比隨高度角的變化

2.2 鐘漂率

頻率漂移即為振蕩器在工作過程中的實際振蕩頻率與理論標(biāo)稱頻率之間發(fā)生的偏移現(xiàn)象，這種GNSS 接收機內(nèi)部發(fā)生的時鐘頻率漂移情況在各種類型的接收機中都有所存在。作為GNSS 的基本觀測量偽距，其接收機內(nèi)部出現(xiàn)時鐘偏差是影響偽距精度的主要因素，會給系統(tǒng)的基本觀測數(shù)據(jù)帶來較大的誤差影響，如果影響嚴(yán)重可能造成接收機無法正常工作。為了保障GNSS 接收機在CORS 系統(tǒng)中的正常使用，要求鐘漂率(ms/hr)小于1×10-8，五臺接收機的鐘漂率均為0，小于限差要求。

2.3 多路徑效應(yīng)

如果GNSS 接收機周圍存在強電磁干擾，存在高層建筑物、山體、大面積平靜水面等反射物，這些反射物所反射的衛(wèi)星信號一旦進入接收機天線，將會和直接來自衛(wèi)星的信號產(chǎn)生干涉反應(yīng)，使得GNSS 接收機獲取的觀測值偏離真實值而導(dǎo)致多路徑誤差。這種由于來自多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應(yīng)即為多路徑效應(yīng)。在分析GNSS 觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量時，多路徑效應(yīng)作為GNSS 測量中一種重要的誤差來源，會在一定程度上損害GNSS 測量值的精度，降低觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，嚴(yán)重時甚至引起信號的失鎖。在本次檢測中，五臺接收機對應(yīng)于L1 載波和L2 載波，檢測數(shù)據(jù)如圖1 多路徑誤差折線圖所示，橫坐標(biāo)表示GNSS 接收機號碼，縱坐標(biāo)表示多路徑誤差值大小，可以看出各接收機的多路徑誤差均比較小，其中MP2 整體略高于MP1，但是總體而言，最大值也只有0.4m，因此都在0.5m的誤差限定范圍以內(nèi)，符合質(zhì)量要求。

2.4 周跳比

CORS 系統(tǒng)需要為用戶提供高精度的空間定位信息，獲取高精度的位置信息，毫無疑問必須采用載波相位測量。而對于載波相位測量，在任意歷元的載波相位測量實際值都是由兩部分所構(gòu)成。其中一部分是不足一整周的相位差小數(shù)部分，而還有一部分則是整周計數(shù)的整數(shù)部分。周跳，也叫整周跳變，就是指GNSS 接收機在進行載波相位測量接收衛(wèi)星發(fā)射過來的載波數(shù)據(jù)的過程中，由于受無線電信號干擾、或者是有障礙物遮擋住了衛(wèi)星發(fā)射的電磁波信號等原因，致使接收機對衛(wèi)星信號臨時失鎖，造成所接收的載波相位觀測值當(dāng)中很重要的整周計數(shù)部分出現(xiàn)了不連續(xù)，使得整周計數(shù)產(chǎn)生系統(tǒng)性的偏差，但是不足一周的相位差小數(shù)部分依然無損進而能夠保持正確的現(xiàn)象。在利用TEQC 軟件對數(shù)據(jù)的處理中，我們可以使用相應(yīng)的方法來探測與評定周跳，采用o／slps 來表示觀測值的周跳比，將處理后的結(jié)果信息保存于結(jié)果摘要文件中。但是實際運用中，往往以CSR 的形式來反映實際觀測數(shù)據(jù)發(fā)生的周跳的數(shù)量多少情況，同時它也能反映接收機本身對周跳的自我修復(fù)能力。CSR定義為1000 與o／slps 的比值，其值越小越好。五臺接收機的周跳情況如圖2 柱狀圖所示，橫坐標(biāo)代表GNSS 接收機號碼，縱坐標(biāo)代表CSR 值大小，可以看出這些接收機的CSR 值都遠(yuǎn)小于1，反映出觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量都比較穩(wěn)定。

2.5 信噪比

GNSS 接收機接收的載波信號強度與噪聲強度的比值即為信噪比。信噪比能夠反映接收的載波信號質(zhì)量情況，信噪比越高，則誤差越小，觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量越好。本文以5 度區(qū)間大小列出了5-90度范圍內(nèi)高度角所有歷元平均信噪比值。圖3 以0720 接收機為例，橫坐標(biāo)代表高度角范圍，縱坐標(biāo)代表信噪比值大小，用柱狀圖展示原始觀測數(shù)據(jù)L1 載波與L2 載波的平均信噪比隨高度角的變化情況，其中，SN1 為L1 載波的平均信噪比，SN2 為L2 載波的平均信噪比。從圖中可以看出，L1 載波的信噪比要明顯優(yōu)于L2 載波的信噪比，并且其值隨著高度角的增加而逐漸增大。高度角過小時，如5-10 度，信噪比較低，這部分?jǐn)?shù)據(jù)可以進行剔除，從而保證觀測載波數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

3 結(jié)語

本文對新購的GNSS 接收機獲取的觀測數(shù)據(jù)，在TEQC 軟件的支撐下處理與檢測數(shù)據(jù)，從觀測數(shù)據(jù)有效率、接收機鐘漂率、多路徑效應(yīng)引起的誤差、周跳的探測、衛(wèi)星信號信噪比等多個質(zhì)量指標(biāo)進行了數(shù)據(jù)分析，驗證了五臺接收機的實測數(shù)據(jù)質(zhì)量均符合要求，反映出這批接收機性能比較穩(wěn)定，可以投入CORS 基準(zhǔn)站點的使用，為四川省CORS 系統(tǒng)的正常運行提供必要的基礎(chǔ)保障。