BDS/GPS/GLONASS兼容的CORS站观测数据质量分析与评定

黄颖

摘 要：随着北斗导航定位系统（BDS）的逐步建立和发展，我国的CORS站点需要逐步升级兼容BDS系统，升级后需要对CORS站观测数据进行质量分析和评定。本文分析了BDS/GPS/GLONASS兼容的CORS站观测数据并对数据质量进行了综合评定。详细介绍了多星座观测数据多路径计算方法，并以长沙CORS中大瑶、花明楼两个多星座基准站为例，利用TEQC软件对原始观测数据进行分析，对单GPS及GPS加BDS双系统观测数据质量进行综合评定。结果表明，大瑶站与花明楼站的多系统观测数据的多路径效应比单系统的减小了35%-55%，最大为0.054m，可见卫星数增加了一倍多，双系统观测数据的DOP值可以稳定保持在1～2，数据利用率为100%，观测数据质量较高。升级后兼容BDS的多系统基准站观测数据具有较高的质量以及稳定性。

关键词：长沙CORS；TEQC；北斗；质量分析

0 引言

长沙市统一连续运行参考站系统（ChangSha Continuously Operating Reference Stations， CSCORS）是长沙市国土资源的重要空间基础设施，是支撑土地调查、构建国土资源基础数据实时动态更新机制、土地利用变更调查、土地开发整理、基本农田保护、土地利用执法检查、地质灾害预报预警等业务顺利开展的重要技术手段，可分别为用户提供米级、分米级、厘米级服务。该系统与土地批、供、用、补、查等日常管理业务建立有机衔接关系，实现了用地、管地业务自动化，从技术上降低或杜绝了土地管理上人为因素导致的违法、违规行为，为长沙市土地资源利用和经济可持续发展提供了一种有利保障，社会效益显著。

随着北斗导航定位系统（Beidou Navigation System， BDS）的逐步建立和完善，北斗兼容GPS/GLONASS的多頻多模技术大大提高了CORS的实时性、安全性、空间可用性、时间可用性和可靠性等性能指标。长沙市在一期连续运行参考站系统的基础上，对大瑶（Dayao）以及花明楼（Huaminglou）两台基准站设备进行升级改造，升级后的基准站设备支持北斗、GPS以及GLONASS。

本文详细介绍了TEQC中多路径效应的计算方法，并选取CSCORS中大瑶和花明楼两个站点的实际观测数据，利用TEQC软件来分析和对比升级前后站点数据的一些性能指标，论证并给出CSCORS基准站升级后的总体数据质量情况，对提高北斗导航定位系统在长沙市的工程化应用水平具有重要意义[ 1-2 ]。

1 分析评价内容及方法

根据有关规范及CORS系统服务的实际要求，CORS站观测数据质量指标主要包括导航卫星时空可用性、数据完好性、多路径（MP1/MP2）、信噪比和数据利用率。通常采用TEQC软件进行分析，其中多路径是重点分析内容。

1.1 TEQC软件简介

TEQC（Translation，Editing and Quality Checking）软件是一款简单易用、功能强大的GNSS数据预处理软件，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，可对GNSS数据进行格式转换、文件编辑和质量检核，本文所用的版本日期为2013年3月15号[ 3-6 ]。

TEQC是一个命令行运行软件，在DOS/Windows DOS环境下运行。对于接收到的原始数据，首先通过自编的解码软件分别解出单GPS的观测文件（O文件）、导航文件（N文件）和GPS+BDS的观测文件（O文件）、导航文件（N文件、C文件），再分别用TEQC进行质量检核。

TEQC质量检核有2种模式：lite模式和full模式。Lite模式只需要O文件，以TEQC.exe软件和文件都放在电脑D盘根目录下为例，命令为：

D：

cd D：＼

teqc +qc D：＼HMIN2480.13o

上面每行结束后都需要敲回车键，且其中的标点都是英文状态下的，且需要有空格的地方不能缺少空格。

运行结束后将生成7个文件x.yearS，x.ion，x.iod，x.mp1，x.mp2，x.sn1，x.sn2。其中x为文件名，year是表示文件的年份。

full模式需要O文件和导航文件。若O文件和导航文件在同一目录下，命令和lite模式下的命令一样，此时TEQC会自动寻找导航文件。此模式下将生成9个文件，除上面提到的7个文件还增加了卫星和接收机天线的位置信息以及x.azi，x.ele这两个文件。

其中x.yearS是分析结果汇总文件；x.ion是L1/L2电离层延迟；x.iod是电离层延迟的变化率；x.mp1是L1载波上的C/A码或P码的多路径观测误差；x.mp2是L2载波上的P码多路径观测误差；x.sn1是L1观测值的信噪比；x.sn2是L2观测值的信噪比；x.azi是卫星方位角；x.ele是卫星高度角。

参考站的数据质量分析主要由四部分组成：多路径误差分析（MP1、MP2）、数据利用率、信噪比（SN1、SN2）、观测值和周跳比值（o/slps）。数据利用率为Possible/Complete obs的比值，即预期历元数与实际历元数比值；o/slps为实际历元数与周跳数的比值，有时也用CRS=1000/o/slps表示；多路径误差直接反映了站点周围的环境质量，S文件中对多路径误差分析较为详细。其中，数据利用率只有在full模式下才可以计算得出。

1.2 多路径误差计算方法

两个频率上的伪距观测值多路径效应通常可以通过伪距和载波相位观测值的线性组合分别求得，其计算公式如下[7-8]：

上式中，、分别表示北斗、波段上的伪距和载波相位观测值的多路径效应组合；为伪距观测值；为载波相位观测值（单位m）；为观测噪声；为伪距观测值的多路径效应；为载波相位观测值的多路径效应；为整周模糊度；，为载波相位观测值的频率；为载波相位观测值的波长。

如果没有周跳发生，则是常量，因为、远远小于、，所以、主要反映了伪距多路径效应的影响。伪距多路径效应可以通过对和求标准差（STD）来进行统计。

多路径效应值是通过各历元的、值减去、均值得到的，而、均值是通过5min内各历元的、值求平均获得的。但当有周跳发生时、均值要从发生周跳的历元重新开始计算[9-10]。

2 实测数据质量分析

在升级后的CSCORS系统中选取了大瑶和花明楼两个CORS站点，分别接收了一整天的数据，采样率为1s的原始数据，采用自编的解码软件解出单GPS观测文件，GPS+BDS观测文件，导航文件。

比较花明楼站点单天卫星数变化，详情见下图：

从图1可以看出，花明楼站的观测环境较优，大部分时间内GPS卫星数都在7颗以上，BDS卫星数都在8颗以上，同时由于BDS系统本身星座结构，其卫星数变化较为缓慢，相比较GPS和BDS系统，GLONASS其卫星数部分时段仅为5颗。

DOP值直观反映了所观测的卫星的几何位置与空间分布情况。通过计算其DOP值，来反应各星座的构型，对各星座DOP值进行比较，结果如下：

从图2花明楼站DOP值图可以看出，单GPS系统的DOP值在3-6之间；单BDS系统的DOP值在两个时刻发生了突跳，是由于BDS卫星都分布在北半球，造成卫星星空图结构不佳，且当时没有观测到GEO卫星，从而DOP值突跳。但GPS+BDS双系统结合后的DOP值都在2以下，可见在单GPS系统的基础上加入BDS系统后可观测的卫星数增多，从而改善了星空图分布，减小了DOP值。

采用TEQC软件的full模式分析解码软件解出的数据，结果如表1和表2。

从表1和表2的TEQC分析结果中可以得到以下结论：

（1）MP1/MP2表征了L1和L2頻段多路径误差的影响。一般来说，MP1和MP2分别小于0.35和0.45时，多路径效应带来的误差不会对系统的稳定运行产生影响。两个站升级后的MP1分别为0.054和0.050，MP2分别为0.037和0.042，结果表明CSCORS基准站的观测环境较好，升级后多系统的多路径效应对系统整体运行影响较小。

（2）SN1/SN2表示L1和L2观测值的信噪比，设备/数据的信噪比越高表明它产生的噪声越少。一般来说，信噪比越大，信号受外界噪声因素影响较低。在CSCORS多星座基准站点中，信噪比SN1>40，是SN2>35，达到基准站建设要求。

（3）观测值与周跳比值（obs/slip）表征了基准站数据的稳定性，其值越大，说明周跳越少。上述数据结果表明CSCORS基准站的数据接收较稳定，受到卫星失锁、信号中断等情况的影响较小。；

（4）数据利用率表征了基准站有效观测值的多少，利用率越高，说明基准站观测环境越好，数据质量越高。CSCORS多星座基准站数据利用率均为100%，有效观测值多，观测环境好，数据质量高，无数据丢失现象。

综上所述，可见CSCORS一期站点附近没有大型的反射平面，多路径效应较小，观测环境较为理想，观测到卫星数较多，数据质量均达到设计要求，数据质量高，可被充分利用。在进行基站设备二期升级，加入BDS系统后，可见卫星数增多了一倍有余，DOP值保持在1～2之间，多路径效应影响较小，数据利用率高，对由于观测环境（如遮挡、信号干扰等）造成的可用卫星过少造成的无法精确定位问题进行了有效改善，时效性、安全性定位精度以及可靠性将大大提高。

3 结论

本文详细介绍了TEQC软件的使用及其多路径效应计算方法。通过利用TEQC软件对CSCORS升级后的两个站点的实测数据进行了单GPS系统数据和GPS+BDS数据的质量分析，从分析结果可以看出CSCORS站点的各项指标均满足当初设计CORS网的要求，在高度角在10°以上的观测量中有效观测量均为100%，伪距观测质量MP1和MP2均小于0.1m，信噪比较大，受到卫星失锁、信号中断等情况很少，周跳很少，卫星数据质量高。CSCORS二期工程升级加入BDS系统这些指标有进一步的提高，多路径值减小了35%-55%，最大为0.054m，可见卫星数增了一倍多，DOP值减小到2以下。可以预见，长沙三系统多模多频CORS网将为长沙市陆态网络提供了稳定、连续、高质量的观测数据。

参考文献

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