TEQC软件下的GPS数据质量控制

胡玉坤，刘根友，沙文东

(1. 宁波市测绘设计研究院，浙江 宁波 315042； 2. 中国科学院测量与地球物理研究所，湖北 武汉 430077；3. 武汉市测绘设计研究院，湖北 武汉 430022)



TEQC软件下的GPS数据质量控制

胡玉坤1，刘根友2，沙文东3

(1. 宁波市测绘设计研究院，浙江 宁波 315042； 2. 中国科学院测量与地球物理研究所，湖北 武汉 430077；3. 武汉市测绘设计研究院，湖北 武汉 430022)

利用基于Matlab二次开发的SPEC模块在Windows下对TEQC质量检核生成的绘图文件进行直观显示，便于了解测站观测环境以剔除不良时间段和卫星的观测数据。对剔除前后的数据利用自编软件进行基线解算，试验表明，利用TEQC处理后的基线精度有了一定程度的提高。

Matlab二次开发；SPEC模块；TEQC质量检核；基线解算

GPS定位精度取决于原始观测数据的质量和算法的选择，因此在进行数据预处理之前，应当对GPS数据进行质量检查。通常评定观测数据的质量有两种方法：一是根据商业软件的基线解算结果进行分析；二是采用专业的质量评定软件TEQC[1]。TEQC(Translate/Edit/Quality Check/Coordinate)是由UNAVCO Facility 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，主要功能有格式转换、数据编辑和质量检核,可用于检查双频GPS接收机的动态和静态数据质量。其简短的几条命令便可对观测数据的信噪比、周跳、多路径呈现出一个直观的显示，极大地方便了观测数据中粗差的剔除[2-5]。本文主要利用基于Matlab开发的SPEC模块对TEQC处理文件直观显示，并利用自编软件对处理前后的基线进行解算来验证处理前后数据的质量。

一、TEQC质量检核原理与可视化分析

1. TEQC质量检核原理

TEQC的质量检核是通过伪距和载波观测值的线性组合来计算L1伪距C/A码或P码的多路径、L2伪距P码多路径、电离层延迟和电离层延迟的变化率，以及接收机的钟漂和信噪比等信息。根据是否使用导航电文，可以分为qc-lite和qc-full模式。在qc-full模式下可以生成1个质量汇总文件和8个绘图文件。

双频测相伪距和码伪距[6]如下

(1)

L1-L2=(α-1)I+λ1n1-λ2n2+m1-m2

(2)

由式(2)中的第一式与第三式可求得电电离层延迟I

I=(P1-L1+λ1n1+m1-M1)/2

(3)

将式(3)代入式(2)可得

(4)

记式(4)左边为mp1,右边忽略相位多路径可得

(5)

(6)

(7)

对于质量汇总文件，几个数据质量的关键性指标(多路径、数据完整性、周跳比及信噪比)都在其中。mp1和mp2是随着时间变化的，与Mi相比mi几乎可以忽略。可将mp1和mp2直接视为伪距多路径的影响，习惯将其在一定时间窗口内的均方根作为反映观测数据质量的指标。IGS数据质量检测表明，mp1平均值小于0.5，mp2平均值小于0.75。因此本文对于mp1和mp2的阈值分别取0.5和0.75。总的来说，mp1和mp2越小，说明抗多路径效应的能力越强，数据质量越好。数据完整性为预期历元数与实际观测历元数的比值，O/Slips为观测值个数与周跳的比值，也可用CSR=1000/O/Slips表示。信噪比(SNR值)是指接收机载波信号强度与噪声强度的比值。信噪比值越高，观测数据的质量越好。文件中以5°为区间列出了10°—90°高度角范围内所有历元信噪比的平均值。

2. 绘图工具及其二次开发

目前能够绘制TEQC生成的绘图文件的软件大都是基于DOS的，人机交互性差。包括QCVIEW32、QC2SKY和CF2PS等[7-9]，可以显示单个卫星或分色显示所有卫星的数据随时间变化的曲线图。本文利用Matlab软件，通过二次开发的SPEC程序模块，可以实现在Windows界面下直接打开TEQC并直观地显示其绘图文件，根据用户需求的不同，采用零相位数字滤波对多路径效应进行滤波，绘制多路径天空图[10-13]。

二、GPS数据质量分析

对处于楼顶开阔视野下的一条短基线进行24 h连续观测(如图1所示)，为了便于横向对比，可将两接收机分别安装不同的天线(TRIM59800.00和安腾科技公司生产的天线)。用TEQC处理观测数据，通过上文所设定的标准剔除观测质量较差的时间段及卫星数据。在剔除的过程中会用到TEQC的数据编辑功能，如RINEX文件的切割、特定卫星的禁用等。为了更好地对比TEQC处理前后GPS数据质量的变化。对TEQC处理前后的数据采用自编软件解算[14]。

图1　现场基线布设图

采用2015年6月5日至6月6日的观测数据，观测文件分别为Trim.15o、Anteng.15o。在IGS网站上下载相应的广播星历，qc-full模式下即可得到质量汇总文件*.15S和8个绘图文件*.azi、*.ele、*.iod、*.ion、*.mp1、*.mp2、*.sn1、*.sn2。打开Trim.15S和Anteng.15S可以看到观测时段、多路径效应、信噪比、周跳比及卫星高度角的变化等详细信息。

由表1可以看出，由于观测时间较长且观测环境较好，因此多路径效应和周跳比皆小于选取的阈值。由于是短基线(10m)，故可视A、B两点处于同等观测条件，B点的多路径效应比A点的大，周跳比A点较B点的大，说明了A点观测数据的质量优于B点。

表1　mp1、mp2、O/Slips统计值

运用基于Matlab开发的SPEC程序模块绘制多路径效应随时间的变化图及信噪比随高度角的变化图，检测出质量较差的卫星数据及其对应时段。图2为原始观测数据每颗卫星L1与L2载波的多路径效应随时间变化图，图3为原始观测数据L1与L2载波的信噪比随高度角的变化图。

图2　观测时段内每颗卫星的多路径效应

图3　信噪比随高度角的变化

从图2可以看出，PRN04、PRN07的多路径效应比较显著，15:24至16：10和1：12至3.30时间段的多路径效应比较大。从图3可以看出，L1的信噪比要明显优于L2的信噪比，并且随着高度角的增加，信噪比逐渐增大。利用TEQC中的数据编辑功能对上述卫星及观测时段的数据进行剔除。输入指令：>teqc-G04,07 Anteng.15o>Anteng1.15o可得到剔除PRN04、PRN07卫星的观测文件Anteng1.15o。对异常时间段的剔除可以分段处理，输入指令：>teqc-st 20150605080000-e 20150605152400 Anteng1.15o>Anteng2.15o可得到起始时刻至15：24的观测文件Anteng2.15o，同理可以获得16：10 至次日1：12的观测文件Anteng3.15o和3：30至终止时刻的观测文件Anteng4.15o。利用TEQC对上述3个文件进行质量检核，其mp1、mp2及周跳比见表2。

表2　mp1、mp2、O/Slips统计值

从表2可以看出，相对于表1中Anteng.15o文件的mp1、mp2及O/Slips，剔除后3个观测时段文件皆有提高。其中mp1、mp2平均提高了10%左右，O/Slips提高了120%左右。说明在多路径效应比较显著的地方，周跳现象比较严重，这为后续联合多路径消除周跳工作开拓了思路。

利用自编软件对原始短基线和处理后形成的3个时段的短基线进行解算，为了进一步分析mp1、mp2对解算精度的影响，可以分别采用L1模式、L2模式及LC模式解算。自编基线解算软件界面如图4所示。解算精度见表3。

图4　自编基线解算软件界面

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

从表3可以看出，无论是L1模式、L2模式还是LC模式，基线的解算精度都有所提高。说明利用TEQC软件对观测数据进行质量分析，并剔除不良观测时段与卫星，可在一定程度上提高基线结算的精度。

三、结束语

利用TEQC软件对GPS观测数据进行质量检核，操作简单，能够快速生成反映GPS数据质量的一系列文件，通过基于Matlab二次开发的SPEC模块可以在Windows下直观地显示GPS观测数据的质量，以便于用户了解周边的观测环境并剔除不良观测时段及卫星数据。试验表明，对剔除前后的基线利用自编软件解算后，其精度有了一定程度的提高，这对利用TEQC软件处理GPS数据具有重要的实践意义。

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GPS Data Quality Control Based on TEQC

HU Yukun,LIU Genyou,SHA Wendong

胡玉坤，刘根友，沙文东.TEQC软件下的GPS数据质量控制[J].测绘通报，2016(10)：51-53.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0327.

2015-11-13；

2016-05-18

国家自然科学基金(41321063)；大地测量与地球动力学国家重点实验室基金(SKLGED2013-4-1-Z)

胡玉坤(1990—)，男，硕士，研究方向为GNSS卫星导航与定位。E-mail：huyukun0608@163.com

P228.4

B

0494-0911(2016)10-0051-03