黨金濤，李建文，黃 海，羅 璠

(解放軍信息工程大學(xué)導(dǎo)航與空天目標(biāo)工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

0 引 言

TEQC是由UNAVCO Facility研制的GPS/GLONASS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件，目前在Rinex 2.11擴(kuò)展格式中已經(jīng)加入了對BDS觀測數(shù)據(jù)的支持。利用TEQC可以實(shí)現(xiàn)RINEX格式數(shù)據(jù)的頭文件信息編輯、質(zhì)量檢查、周跳的探測與修復(fù)以及點(diǎn)位概略坐標(biāo)計(jì)算等。CF2PS基于GMT繪圖軟件，可以對TEQC產(chǎn)生的結(jié)果文件進(jìn)行繪圖，其源代碼是開放的，生成的PS格式繪圖文件可以轉(zhuǎn)換成其他格式，便于圖形的查看和操作。利用TEQC+CF2PS對BDS觀測數(shù)據(jù)預(yù)處理，具有占用空間小，對硬件系統(tǒng)要求低，跨系統(tǒng)平臺等優(yōu)點(diǎn)。但是兩者都基于DOS環(huán)境，人機(jī)交互性差，手動操作慢，給外業(yè)觀測工作帶來了不必要的麻煩[1]，因此，結(jié)合這些軟件及BDS，需要開發(fā)一個(gè)具有圖形可視化和可以批處理的BDS數(shù)據(jù)預(yù)處理程序，具有明顯的現(xiàn)實(shí)意義。

1 TEQC與CF2PS 簡介

1.1 TEQC

數(shù)據(jù)編輯:

1)剔除觀測條件不好的衛(wèi)星

如剔除BDS第5號衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，命令為：

>teqc-C5 inputfile >outputfile

2)RINEX文件的切割

利用時(shí)間窗口可以對RINEX文件進(jìn)行任意切割，對提取RINEX數(shù)據(jù)的提取相當(dāng)容易。經(jīng)常使用的參數(shù)如下：

-stYYMMddhhmmss表示提取從該時(shí)刻直到結(jié)束觀測的時(shí)間段數(shù)據(jù)；

-e YYMMddhhmmss表示提取從開始觀測直到該時(shí)刻的時(shí)間段數(shù)據(jù)；

+d[h/m/s]，表示默認(rèn)從開始觀測起，向后提取一定的時(shí)間間隔數(shù)據(jù)；

-d[h/m/s]，表示默認(rèn)從結(jié)束觀測起，向前提取一定的時(shí)間間隔數(shù)據(jù)；

如提取從開始觀測到1 h后的時(shí)間段數(shù)據(jù)，命令為：

>teqc +dh 1 inputfile >outputfil.

3)RINEX文件的合并

TEQC可以將時(shí)間上連續(xù)的幾個(gè)RINEX文件合并成一個(gè)，命令為

>teqc filel file2...>outputfile

質(zhì)量檢核:

TEQC質(zhì)量檢核的基本原理是通過偽距和相位觀測量的線性組合來計(jì)算多路徑效應(yīng)、電離層延遲、電離層延遲變化率、周跳數(shù)以及接收機(jī)噪聲等。

根據(jù)是否使用導(dǎo)航文件，TEQC質(zhì)量檢核分為qc-lite和qc-full兩種模式。運(yùn)用TEQC軟件對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查的常用命令如下：

>teqc +qc [-nav N-file]O-file

TEQC在qc-lite模式下運(yùn)行(本文以BDS觀測數(shù)據(jù)的B1頻點(diǎn)、B2頻點(diǎn)為例進(jìn)行闡述)，會產(chǎn)生7個(gè)結(jié)果文件。分別為*.yys(報(bào)告總結(jié))、*.ion(電離層對B1載波相位的影響)、*.iod(電離層延遲的變化率)、*.mp1、*.mp2(B1、B2載波上的多路徑效應(yīng))、*.sn1、*.sn2(B1、B2信號的信噪比)。qc-full模式會產(chǎn)生另外兩個(gè)結(jié)果文件：*.azi(衛(wèi)星方位角)、*.ele(衛(wèi)星高度角)。其中，*.yys文件記錄了幾個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)MP1，MP2，o/slps.MP1，MP2分別表示B1、B2載波上多路徑效應(yīng)對偽距和相位影響的綜合指標(biāo)，其結(jié)果以均方根RMS表示。o/slps表示觀測數(shù)據(jù)歷元數(shù)與周跳數(shù)之比，其中，周跳數(shù)指多路徑效應(yīng)周跳數(shù)與電離層延遲周跳數(shù)之和。通過這幾個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)，可以看出觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞。

1.2 CF2PS繪圖

CF2PS的繪圖操作非常簡單，常用的命令參數(shù)：-i 用來指定輸入文件；-o 用來指定輸出文件；-s 用來選取用來繪圖的衛(wèi)星列表；-d 用來指定不繪圖的衛(wèi)星列表。如選取用來繪圖的BDS衛(wèi)星包括5號，10號，14號，其命令：>cf2ps -i inputfile [-o outputfile]-s "05 10 14"，其中，默認(rèn)輸出文件名與輸入文件名一樣，不指定衛(wèi)星列表時(shí)，默認(rèn)對觀測數(shù)據(jù)中的所有衛(wèi)星繪圖。

由于CF2PS產(chǎn)生的繪圖文件為PS格式，需要專門的PS閱讀軟件打開才能查看(如GSview).但是其源代碼是開放的，經(jīng)作者修改后，可以直接生成PNG的圖片格式，其轉(zhuǎn)換命令為：

>ps2raster psfile -A -P -Tg

同時(shí)，修改后的CF2PS充分利用GMT優(yōu)秀的專業(yè)繪圖功能，可以獲得更好的繪圖效果，更便于圖形的查看和分析。

2 BDS數(shù)據(jù)預(yù)處理程序設(shè)計(jì)

針對TEQC和CF2PS人機(jī)交互性差和手動操作慢的缺點(diǎn)，作者編寫了BDS觀測數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件，實(shí)現(xiàn)了批處理和圖形可視化的功能。整個(gè)數(shù)據(jù)預(yù)處理程序設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 BDS數(shù)據(jù)預(yù)處理程序設(shè)計(jì)流程

隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多元化發(fā)展，產(chǎn)生了能夠滿足多系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)的Rinex 3.01格式。因此，該程序以Rinex 3.01格式的觀測數(shù)據(jù)為輸入，進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，以得到TEQC能夠處理的2.11格式。該程序在利用TEQC質(zhì)量檢核和CF2PS批量成圖后，對于需要數(shù)據(jù)編輯的觀測數(shù)據(jù)，可以選取衛(wèi)星進(jìn)行詳細(xì)的查看和分析，以確定數(shù)據(jù)編輯方案。在數(shù)據(jù)編輯完成后，選取預(yù)處理后的觀測數(shù)據(jù)，再次利用TEQC和CF2PS進(jìn)行批處理，以檢核預(yù)處理后的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

BDS數(shù)據(jù)預(yù)處理程序的界面如圖2所示。其中，“TEQC批處理”按鈕能夠?qū)崿F(xiàn)qc-lite和qc-full兩種模式的質(zhì)量檢核，可以對多站多天的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行批處理；“TEQC數(shù)據(jù)編輯”按鈕集成了常用的命令模板，可以在下拉列表中選擇合適的命令，然后修改相應(yīng)的參數(shù)，即可得到所需的數(shù)據(jù)編輯命令。

圖 2 BDS數(shù)據(jù)預(yù)處理程序界面

3 BDS數(shù)據(jù)預(yù)處理實(shí)例分析

采用全球連續(xù)監(jiān)測評估系統(tǒng)(iGMAS)的3.01格式的觀測數(shù)據(jù)。目前iGMAS國內(nèi)的BDS/GPS/GLONASS/Galileo四系統(tǒng)跟蹤站已開始運(yùn)行，并利用這些跟蹤站數(shù)據(jù)對各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了初步的評估，而一個(gè)全球范圍的跟蹤站網(wǎng)絡(luò)也正在建設(shè)之中。本文實(shí)例分析了2013年09月18日至2013年09月24日一周的觀測數(shù)據(jù)，共包括五個(gè)站點(diǎn):北京站(BJF2)、桂林站(GUA1)、上海站(SHA1)、拉薩站(LHA1)和昆明站(KUN1)。目前，國際GNSS服務(wù)組織(IGS)的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測表明， 2/3的IGS站的MP1平均值小于0.5，2/3的MP2平均值小于0.75，超過半數(shù)的o/slps年平均值大于200.但是由于iGMAS系統(tǒng)初步建成，不能直接采用IGS的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量作為參考標(biāo)準(zhǔn)，BDS的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量需要進(jìn)一步分析和評定。

對五個(gè)站的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢核，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 各測站觀測數(shù)據(jù)MP1、MP2統(tǒng)計(jì) (單位：m)

從表1中可以看出：1)BJF2站、GUA1站的多路徑效應(yīng)周平均值很小，說明BJF2站、GUA1站的數(shù)據(jù)質(zhì)量很好，可能是因?yàn)闇y站的星地觀測幾何和觀測環(huán)境都比較好，不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；2)其他測站B1頻點(diǎn)的多路徑誤差整體要比B2頻點(diǎn)大(SHA1站除外)。為了確定數(shù)據(jù)檢核的參考標(biāo)準(zhǔn)，對這五個(gè)站的周平均值MP1，MP2取平均值，MP1為0.726 7,MP2為0.688 0，o/slps視各測站具體情況而定。以此為參考標(biāo)準(zhǔn)，可以看出，SHA1站點(diǎn)的MP2周平均值偏大，KUN1站點(diǎn)的MP1周平均值偏大。兩個(gè)測站在年積日267天的多路徑值都比較大，下面以SHA1站第267天的觀測數(shù)據(jù)為例，說明數(shù)據(jù)預(yù)處理過程。

SHA1站預(yù)處理前：MP1為0.728 0,MP2為0.782 0，o/slps為84.其中，電離層延遲跳變數(shù)為122，多路徑效應(yīng)跳變數(shù)為233,可見SHA1站跳變嚴(yán)重，觀測環(huán)境比較差。SHA1站的多路徑效應(yīng)如圖3所示。

圖3 B1、B2頻點(diǎn)預(yù)處理前的多路徑效應(yīng) (a)B1;(b)B2

把圖3放大后，可以看出5號星雙頻的多路徑效應(yīng)都比較大，超過10 m，需要剔除5號星的觀測數(shù)據(jù)。輸入指令：>teqc- G05 SHA12670.13O >SHA12670_1.13O.

剔除5號星后，重新進(jìn)行檢核SHA12670_1.13O，得到第一次預(yù)處理后的多路徑效應(yīng)，MP1為0.631 4,MP2為0.691 1，o/slps為114，如圖4所示。其中，電離層延遲跳變數(shù)為25，多路徑效應(yīng)跳變數(shù)為211.結(jié)合圖4可以看出，所有衛(wèi)星的多路徑效應(yīng)跳變都分散在全天，并且多數(shù)為小周跳，說明SHA1站周圍的觀測環(huán)境不穩(wěn)定，導(dǎo)致多路徑效應(yīng)產(chǎn)生小范圍的頻繁抖動，因此預(yù)處理后的多路徑效應(yīng)跳變數(shù)不能明顯減少。

圖4 B1、B2頻點(diǎn)第一次預(yù)處理后的多路徑效應(yīng)(a)B1;(b)B2

第一次預(yù)處理后的電離層延遲如圖5(a)所示，放大后可以看出,從12 h 10 min到13 h 40 min的時(shí)間段，所有衛(wèi)星電離層延遲都發(fā)生了較大跳變，超過50 m，需要?jiǎng)h除這個(gè)時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)。依次輸入指令：

>teqc -e 20130924121000 SHA12670_1.13O >SHA12670_2.13O

>teqc -st 20130924134000 SHA12670_1.13O >SHA12670_3.13O

>teqc SHA12670_2.13O SHA12670_3.13O >SHA12670_4.13O

再對觀測數(shù)據(jù)文件SHA12670_4.13O重新進(jìn)行檢核，得到第二次預(yù)處理后的電離層延遲，MP1為0.6187,MP2為0.6798，o/slps為132，如圖5(b)所示。其中，電離層延遲跳變數(shù)為2，多路徑效應(yīng)跳變數(shù)為190，可見電離層延遲跳變得到明顯改善，而多路徑效應(yīng)跳變改善不大。

圖5 第二次預(yù)處理前后的電離層延遲(a)第一次；(b)第三次

第二次預(yù)處理后的數(shù)據(jù)質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到參考標(biāo)準(zhǔn)。雖然多路徑效應(yīng)跳變數(shù)偏大，但綜合考慮數(shù)據(jù)的完整性以及數(shù)據(jù)質(zhì)量要求，SHA1站的觀測數(shù)據(jù)不必再做進(jìn)一步處理。

同樣地，可對KUN1站第267天的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行類似的預(yù)處理。預(yù)處理前后，KUN1站的MP1值減少了15.4%，MP2值減少了13.2%，o/slps提高了57.36%，從而達(dá)到了BDS數(shù)據(jù)預(yù)處理的目的。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合TEQC和CF2PS的優(yōu)點(diǎn)，編寫了BDS的數(shù)據(jù)預(yù)處理程序，實(shí)現(xiàn)了批處理和圖形可視化，克服了兩者基于DOS環(huán)境，人機(jī)交互性差，手動操作慢的缺點(diǎn)。

結(jié)合IGS數(shù)據(jù)質(zhì)量的參考標(biāo)準(zhǔn)，通過實(shí)例，分析了BDS數(shù)據(jù)質(zhì)量的參考標(biāo)準(zhǔn)，對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理和質(zhì)量評定，使預(yù)處理后觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量得到了明顯的改善。

致謝：信息工程大學(xué)iGMAS分析中心提供的數(shù)據(jù)支持。

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