劉海鋒，任 超，鄭中天，蔣園園，梁月吉

（1.桂林理工大學(xué) 測繪地理信息學(xué)院，廣西 桂林541004；2. 廣西空間信息與測繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林541004）

TEQC與QCVIEW32在GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理中的應(yīng)用

劉海鋒1,2，任 超1,2，鄭中天1,2，蔣園園1,2，梁月吉1,2

（1.桂林理工大學(xué) 測繪地理信息學(xué)院，廣西 桂林541004；2. 廣西空間信息與測繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林541004）

TEQC是GPS數(shù)據(jù)預(yù)理中常用的工具，可對數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、編輯和質(zhì)量檢查；繪圖工具QCVIEW32能對TEQC質(zhì)量檢查的繪圖文件進(jìn)行可視化處理。將TEQC與QCVIEW32相結(jié)合，對GPS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理。結(jié)果表明，采用該方法能有效地進(jìn)行可視化分析和誤差剔除，進(jìn)一步減小電離層延遲、周跳、多路徑等誤差對數(shù)據(jù)的影響，預(yù)處理后的GPS觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量較好。

GPS；預(yù)處理；可視化；多路徑；電離層延遲；周跳

盡管在GPS外業(yè)測量中，已盡可能地選擇較好的站址來削弱多路徑誤差的影響，但是數(shù)據(jù)質(zhì)量仍受衛(wèi)星健康情況、接收機(jī)以及信號傳播過程中出現(xiàn)的不可預(yù)測的電離層延遲、多路徑誤差、周跳和信噪比等綜合因素的影響[1-2]。為了提高數(shù)據(jù)后處理結(jié)果的精度，需對GPS野外觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除質(zhì)量較差的數(shù)據(jù)。目前，在GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件方面，除了專門用來預(yù)處理數(shù)據(jù)的TEQC軟件外，還有許多軟件集成了數(shù)據(jù)預(yù)處理功能。Bernese軟件、GAMIT軟件等都集成了數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，但側(cè)重點(diǎn)不同，具有一定的局限性，沒有TEQC預(yù)處理的功能齊全[3-6]。本文采用TEQC與QCVIEW32繪圖工具相結(jié)合的方法，對rinex格式的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證和分析。

1 TEQC+QCVIEW32模型

利用TEQC和QCVIEW32能夠完成數(shù)據(jù)預(yù)處理的基本工作。此外，TEQC和QCVIEW32具有使用環(huán)境廣、對系統(tǒng)要求低等特點(diǎn)；其缺點(diǎn)是這兩款工具均要在DOS或Unix計(jì)算機(jī)環(huán)境下運(yùn)行，需要使用指令操作，交互性較差[7]。

1.1 TEQC數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

在測量中利用不同品牌接收機(jī)下載的數(shù)據(jù)格式往往互不相同，給數(shù)據(jù)處理帶來了困難。TEQC具有將不同格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)rinex格式的功能。以天寶接收機(jī)下載的bjfs0010．dat數(shù)據(jù)文件為例，將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)rinex格式，其指令為：

teqc –tr –week 1825 +nav bjfs0010．15n bjfs0010．dat＞bjfs0010．10o

其中，-tr代表接收機(jī)類型為trimble；do指明輸入的文件類型為dat文件，輸出為rinex觀測數(shù)據(jù)文件；- week是觀測日期對應(yīng)的GPS周，觀測日期可由年積日計(jì)算，年積日是001，日期是2015-01-01，計(jì)算得到GPS周是1 825；+nav表明希望同時輸出rinex導(dǎo)航數(shù)據(jù)文件，轉(zhuǎn)換的結(jié)果文件為bjfs0010．15n和bjfs0010．15o文件。

1.2 TEQC數(shù)據(jù)編輯

GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理的一個主要內(nèi)容是剔除質(zhì)量不好的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)中的野值、周跳、多路徑效應(yīng)、電離層效應(yīng)、信噪比等）；可通過TEQC軟件，在DOS界面輸入相應(yīng)的指令來截取衛(wèi)星高度角、禁用相應(yīng)衛(wèi)星、剪裁觀測時段等，從而剔除這些數(shù)據(jù)[8]。以bjfs0010．15o文件為例，假設(shè)需要剔除該文件2 h后的數(shù)據(jù)，其指令為：

teqc +dh 2 bjfs0010．15o＞temp0010．15o

其中，dh2為提取文件前2 h的數(shù)據(jù)；temp0010．15o為切割后生成的文件。

1.3 TEQC質(zhì)量檢查

質(zhì)量檢查是TEQC的主要功能，能對原始數(shù)據(jù)的觀測誤差、觀測時間、數(shù)據(jù)采集情況等進(jìn)行綜合的檢查，檢查結(jié)果是1個質(zhì)量匯總文件和8個繪圖文件（多路徑效應(yīng)值、電離層延遲及其變率值、周跳、衛(wèi)星信噪比等）。以bjfs0010．15o文件為例，對該數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，其指令為teqc +qc bjfs0010．15o。

1.4 QCVIEW32簡介

QCVIEW32[9]是由UNAVCO開發(fā)研制的，可將TEQC生成的8個質(zhì)量檢查繪圖文件以圖形的形式顯示在屏幕上，也可將圖片保存為ps格式文件。QCVIEW32跟TEQC軟件的運(yùn)行環(huán)境一樣，可在Unix或DOS環(huán)境下運(yùn)行，對于32位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，需要DOS4GW．exe支持。QCVIEW32可分色顯示一顆或所有觀測衛(wèi)星的電離層延遲、多路徑誤差等隨時間變化的曲線圖。

2 精度評定

評定GPS觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的指標(biāo)有：數(shù)據(jù)有效率，mp1、mp2值，周跳，電離層延遲，信噪比和o/slps。一般規(guī)定有效率不低于80%，根據(jù)IGS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查結(jié)果，對于2/3的IGS觀測站，其mp1平均值小于0.5，mp2平均值小于0.7。因此本文選取mp1=0.5，mp2=0．7作為參考值，小于參考值則說明數(shù)據(jù)受多路徑效應(yīng)影響較小，反之則影響較大。一般來說o/slps值越大，說明數(shù)據(jù)質(zhì)量越好[10]。

2.1 多路徑效應(yīng)

多路徑效應(yīng)是由障礙物反射GPS衛(wèi)星信號進(jìn)入接收機(jī)天線與直接來自衛(wèi)星的信號產(chǎn)生干涉造成的，是影響觀測質(zhì)量的因素之一，特別是在短基線測量中，其影響較大。多路徑效應(yīng)的計(jì)算公式為[1]：

式中，P1、P2為雙頻偽距觀測值；L1、L2為雙頻載波相位觀測值；M1、M2為雙頻偽距的多路徑效應(yīng)；m1、m2為雙頻載波相位觀測值的多路徑效應(yīng)；n1、n2為整周模糊度；f1、f2為頻率；λ1、λ2為波長。

2.2 電離層延遲

GPS衛(wèi)星信號在傳播過程中，受到電離層折射的影響，使其本來是直線傳播的路徑發(fā)生了彎曲，給觀測值帶來了誤差，這種影響叫做電離層延遲。電離層延遲主要是影響偽距法觀測，因?yàn)殡婋x層對偽距的影響較大。電離層延遲的計(jì)算公式為[11]：

3 算例分析

為了探討TEQC在GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查中的應(yīng)用效果，選取2015-01-01的IGS跟蹤站bjfs站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。將數(shù)據(jù)bjfs0010．15o和bjfs0010．15n以及TEQC軟件放到同一個文件夾，運(yùn)行DOS輸入指令得到一個質(zhì)量檢查匯總文件和8個繪圖文件。匯總文件（S文件）的關(guān)鍵指標(biāo)為：first epoch 15 1 1 00:00；last epoch 15 1 1 23．59；hrs 23．99；dt 30；#expt 24 675；#have 24 641；% 100；mp10．27；mp20．27；o/slps 12 321。其中，first epoch為開始觀測時間；last epoch為結(jié)束觀測時間；hrs為整個觀測時間長度；dt為采樣間隔；#expt為理論觀測歷元數(shù)；#have為實(shí)際觀測歷元數(shù)；%為采樣率；mp1、mp2分別是L1、L2載波上的多路徑效應(yīng)值；o/slps為觀測值與周跳的比值。由此可知，該數(shù)據(jù)是2015-01-01零時開始采集的，歷時24 h結(jié)束。數(shù)據(jù)采樣率高，由于百分?jǐn)?shù)分子取整，四舍五入后采樣率為100%。多路徑效應(yīng)均小于IGS觀測站的平均值。一般來說，這樣的數(shù)據(jù)質(zhì)量已經(jīng)很好了，利用TEQC和QCVIEW32分析數(shù)據(jù)質(zhì)量，科學(xué)地剔除誤差，仍可對數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行提升。

運(yùn)用QCVIEW32，對TEQC質(zhì)量檢查文件進(jìn)行可視化分析，結(jié)果如圖1所示（本文僅以電離層和多路徑為例）。

圖1 處理前數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)圖

由圖1可看出，觀測值的電離層延遲及其變化率、mp1、mp2值都較大，且在第1 100歷元之前的電離層變化和多路徑效應(yīng)波動較大，利用TEQC截取命令，截取觀測歷元1 100之后的數(shù)據(jù)，即觀測9 h后的數(shù)據(jù)，指令為：teqc –st 20150101090000 bjfs0010．15o＞temp0010．15o。對temp0010．15o文件進(jìn)行質(zhì)量檢查得到匯總文件的關(guān)鍵指標(biāo)為：first epoch 15 1 1 09:00；last epoch 15 1 1 23．59；hrs 14．99；dt 30；#expt 15 531；#have 15 512；% 100；mp1 0．27；mp2 0．26；o/slps 15 512。由此可知，觀測開始時間和歷時發(fā)生變化，預(yù)處理后數(shù)據(jù)的L2載波上多路徑效應(yīng)值減少了0．01%，o/slps值增大了3 191，說明數(shù)據(jù)質(zhì)量得到提高。

此外，對temp0010．15o文件質(zhì)量檢查的繪圖文件進(jìn)行可視化處理，見圖2。

對比圖1和圖2可見，采用TEQC與QCVIEW32相結(jié)合的方法對GPS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，電離層延遲及其變化率和多路徑效應(yīng)的整體值均有所減小。特別是mp2值的變化，其處理前縱坐標(biāo)的最大值為3，處理后最大值為1.5，說明本次剔除的數(shù)據(jù)對mp2的提升較大。對比圖1a、b與圖2a、b，顯然處理后的波形比較穩(wěn)定，從而證明了TEQC數(shù)據(jù)編輯的實(shí)用性和質(zhì)量檢查的可靠性。同時，對預(yù)處理前后的周跳情況進(jìn)行對比，如表1所示。

圖2 處理后數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)圖

表1 預(yù)處理前后數(shù)據(jù)的周跳對比

從表1可以看出，通過預(yù)處理后的數(shù)據(jù)在低衛(wèi)星高度角出現(xiàn)的周跳次數(shù)降低約1/2，再次驗(yàn)證GPS觀測數(shù)據(jù)預(yù)處理的意義。同時，也說明TEQC與QCVIEW32相結(jié)合的方法對GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理的有效性。

4 結(jié) 語

本文利用TEQC數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件及QCVIEW32繪圖工具實(shí)現(xiàn)了對GPS觀測數(shù)據(jù)的預(yù)處理和可視化分析，通過數(shù)據(jù)對比驗(yàn)證了預(yù)處理能在一定程度上降低多路徑效應(yīng)、電離層延遲和周跳的影響；采用TEQC與QCVIEW32相結(jié)合的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，其結(jié)果可靠性高，精度得到進(jìn)一步提高。由于采用的數(shù)據(jù)質(zhì)量本身較好，單次預(yù)處理對多路徑效應(yīng)值消減較小，可對質(zhì)量不好的數(shù)據(jù)進(jìn)行多次重復(fù)科學(xué)地剔除，進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)質(zhì)量。但是，本文在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能方面涉及較少，且在數(shù)據(jù)編輯方面僅使用了通過時間節(jié)點(diǎn)切割文件的功能，在禁用衛(wèi)星、更改采樣率或截止高度角方面沒有進(jìn)行嘗試，可嘗試?yán)眠@些功能對數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，進(jìn)一步提高觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量。

[1] 古偉洪,田鵬波,王振輝．運(yùn)用TEQC軟件對GPS數(shù)據(jù)的預(yù)處理與質(zhì)量評定[J]．地理空間信息,2008,6(6):37-39

[2] 牛海敏,許本意．TEQC在GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)預(yù)處理中的應(yīng)用[J]．地理空間信息,2012,10(3):81-83

[3] 鄭作亞．GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理和星載GPS運(yùn)動學(xué)定軌研究及其軟件實(shí)現(xiàn)[J]．測繪學(xué)報(bào),2006,35(4):409

[4] 賴育網(wǎng),谷德峰,姚靜,等．基于先驗(yàn)動力學(xué)軌道的星載雙頻GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理[J]．宇航學(xué)報(bào),2011,32(12):2 510-2 517

[5] 趙斌．基于小波分析的 RINEX級GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理方法研究及其軟件開發(fā)[D]．武漢:中國地質(zhì)大學(xué),2007

[6] 賴育網(wǎng)．星載雙頻 GPS 數(shù)據(jù)預(yù)處理方法研究及軟件實(shí)現(xiàn)[D]．長沙:國防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2009

[7] 廖文兵,余紅舉,王斌,等．TEQC 軟件的應(yīng)用與數(shù)據(jù)分析[J]．地理空間信息,2012,10(4):76-78

[8] 紀(jì)冬華．基于TEQC的GPS觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量分析[J]．全球定位系統(tǒng),2014,39(3):71-73

[9] 趙紅強(qiáng),郭際明,李宗華,等．繪圖工具QCVIEW在GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理中的應(yīng)用[J]．測繪通報(bào),2008(11):44-46

[10] 賈瑩媛,黃張?jiān)?楊富春,等．基于Matlab的TEQC在GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理中的應(yīng)用[J]．海洋測繪,2012,32(2):52-54

[11] 劉剛,李征航,于曉歆．TEQC與CF2PS在GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理中的應(yīng)用[J]．地理空間信息,2010,8(5):146-148,151

P228.4

B

1672-4623（2017）01-0056-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.01.017

劉海鋒，碩士研究生，主要從事GPS數(shù)據(jù)處理研究。

2015-10-23。

項(xiàng)目來源：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41461089）；廣西自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2014GXNSFAA118288）；廣西空間信息與測繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題資助項(xiàng)目（130511407）；大地測量與地球動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目（SKLGED2014-3-8-E）；廣西“八桂學(xué)者”崗位專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目。