IGS 昆明站数据质量评估分析*

2014-04-14杨忠祥周玉萍

地矿测绘 2014年1期

杨忠祥，周玉萍

(1．云南旅游职业学院国土资源工程系，云南昆明 650221;2．云南旅游职业学院评估建设办公室，云南昆明 650221)

0 引言

1998 年6 月中国科学院云南天文台与美国宇航局(NASA)喷气推进实验室合作建成了昆明(KUNM)IGS GPS 卫星观测站。截止2012 年11 月，该站已连续观测运转了14 年，取得大量具有科学价值的观测资料，每天的观测资料都按IGA 观测网的要求于UTC 1∶00 前发送至位于JPL 的UNAVCO 数据中心存档，供全世界的大地测量和地球物理研究者们调用，资料用于GPS 卫星定轨，大地测量学和地壳运动监测等方面的研究。本站历年观测数据在IGS 官方网站上供全世界相关领域的研究者们使用。该站是南中国大陆较为重要的GPS 站，研究中国南部大陆的地壳运动及其可能的地球动力学机制非常重要，近年来被国际重要机构国际GPS 服务组织IGS 以及亚太地区空间地球动力学委员会(IPSG)联测计划所采用［1］。

1 IGS 昆明(KUNM)站观测数据来源及成功天数统计

所有观测数据均来International GPS Service。昆明(IGS)站自建站以来实时连续观测，并以天为单位进行统计，每个观测日包含24 h观测资料，采样间隔为30 s，一天共2 880个历元。接收机型号为:Rogue SNR 8000。

2 数据分析统计软件

本次数据评估分析统计所采用的软件为自主开发获取批量数据的程序、MATLAB 以及TEQC。TEQC 软件由UNAVCO Facility(美国卫星导航系统与地壳形变观测研究大学联合体)研制的为地学研究GPS 监测站数据管理服务的公开免费软件［2］，主要功能有格式转换、编辑和质量检核。TEQC 应用软件的基本功能分为3 类:数据格式转换(translate)，RINEX 数据编辑(edit)和数据质量检核(quality check)。其中，格式转换可将许多不同厂家、不同型号接收机采集的GPS 原始观测文件(二进制)转换为GPS 数据处理标准的RINEX 文件;TEQC 具有强大的编辑功能，可以对已生产的RINEX 文件进行编辑，也可以在原始格式数据转换为RINEX 过程中进行编辑。根据不同编辑内容可以分为4 类，即:确认已有的RINEX 文件是否符合标准格式;检查和编辑(增加、删除)RINEX 文件头重要信息;合并多个RINEX 文件;按要求对RINEX 文件进行数据分割［3］。

TEQC 中的质量检核部分对GPS/GLONASS 伪距和相位观测量，以线性组合的方式分析L1、L2的多路径效应，电离层对L1载波的相位影响，电离层延迟的变化，L1、L2的信噪比以及接收机的钟漂和周跳等。

在其结果摘要文件(* ．00s)中，列出了历元、观测值统计、观测失锁统计、观测值删除统计以及比较重要的结果参数MP1、MP2、o/slps 值。其中MP1、MP2分别表示L1、L2载波上的多路径效应对伪距和相位影响的综合指标，o/slps 表示观测值和周跳比［4］，能直接反映出数据的周跳情况。MP1、MP2计算公式为:

式中:p1、p2分别是双频伪距观测值;φ1、φ2为相位观测值。观测值和周跳比以另外一种形式CSR 来表示:

结果文件* ．ion、* ． iod 分别是观测时段的电离层延迟与变率。则:

式中:λ1、λ2表示波长;L1、L2为双频载波相位观测值;n1、n2为整周模糊度;m1、m2为双频载波相位观测值的多路径效应;α 为L1、L2的频率的平方比(α = f21/f2

2 )。GPS 观测站点的观测环境、观测数据的质量反映在MP1、MP2、CSR 值上。其中，质量检核可以反映出GPS 数据的电离层延迟、多路径影响、接收机周跳、卫星信号信噪比等信息。

3 IGS 昆明(KUNM)站数据质量分析

电离层延迟、多路径效应、接收机噪声是影响数据质量的主要因素［5］，以下将对这些影响因子加以说明:

数据收集起始时间为2011 年1 月～2012 年5 月，共16 个月。图1 中不同线型分别表示IGS 昆明站每天采集得到的总数据量和实际有效采集的数据，X 轴表示时间。图1 中数据起伏较大主要原因是2011 年8 月26 日数据采集总量为82 772，2012年4 月27 日为89 249，而实际有效数据仅为12 964和12 732，较其它单天数据有较大出入，经分析原因是2011 年8 月26 日及2012 年4 月27 日这两天部分数据采集缺失，利用TEQC 软件无法提取分析。图2 显示IGS 昆明站数据的有效使用率，从中不难看出该站有效数据使用整体平稳，9 月份前并无较大异常。经分析得知部分数据采集缺失的这两天数据质量整体偏差，周跳及多路径影响较为严重。图3 为IGS 昆明站的有效观测值与发生周跳次数的比值，该值越大说明数据质量越好。经统计分析，o/slps 值在2011 年成正玄波图像显示，即1 月份周跳偏大，2 月至3 月份周跳较少，数据质量相对较好。3 月末至6 月上旬，周跳成偏大的趋势，7，8 月份数据质量整体较好，之后数据质量有明显下滑的趋势。图4 为昆明站多路径效应统计分析图，图中MP1、MP2则分别表示L1、L2波段上的多路径效应对伪距和相位影响的综合指标。自2011 年1 月～2012 年5 月以来多路径效RMS 变化相对平稳，其中，3、4、5 月份MP1，MP2值起伏较大。

就单天时段而言，图5 为01 号卫星MP1及MP2多路径误差，从图中可以得知MP1＜3 m，个别大于3 m。MP2＜8 m，此颗卫星的多路径影响较大。图6 为接受信号的信噪比，其值在33～60 m之间。图7 是01 号卫星的电离层延迟误差及电离层延迟变化，在1 800个历元有一个“I”标记。

4 结论

本文分析统计了2011 年1 月～2012 年5 月IGS 昆明站所采集的数据，从统计结果来看:每月交替期间数据采集量出现较大的波动;2011 年4 ～6 月、8 ～10 月等季节交替期间数据质量出现较大波动。因此建议联测IGS 昆明站进行高精度测量时，尽量选在每年9 月至次年的2 月，因为该时段数据质量稳定可靠。就单天时段而言，各种误差影响与卫星高度角有很大关系，起始观测时段的数据应尽量避免参与计算。同时，考虑到地处IGS 昆明(KUNM)站上空为中低纬度，双驼峰区电离层及对流层对GPS 信号延迟的影响［6］，尽量避免在中午12 点至下午3点前后活动高峰期进行观测。