黃剛 郭貝

[摘? ? 要]分析校內(nèi)單基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)質(zhì)量，可以檢測(cè)校內(nèi)基準(zhǔn)站運(yùn)行性能。利用TEQC及RTKLIB軟件對(duì)學(xué)院CORS站觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)有效利用率、信噪比、多路徑效應(yīng)影響等指標(biāo)評(píng)定數(shù)據(jù)質(zhì)量，為今后基準(zhǔn)站建設(shè)位置選址提供依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]TEQC;RTKLIB;數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估;單基站

[中圖分類號(hào)]P228.4 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）04–00–03

Analysis of Single Base Station CORS Data Quality based on TEQC?and RTKLIB Software

Hu Jin-yu，Wu Lu-lu

[Abstract]By analyzing the data quality of a single base station in the school， the operation performance of the base station in the school can be detected. Use TEQC and RTKLIB software to process and analyze the observation data of CORS station in our school， and evaluate the data quality according to several indicators such as the effective utilization rate of observation data， signal-to-noise ratio， and multi-path effect， so as to provide a basis for future reference station construction location selection.

[Keywords]TEQC; RTKLIB; data quality assessment; single base station

隨著我國(guó)自主研制北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）已經(jīng)正式運(yùn)行，使我國(guó)成為全球第3個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，目前全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)主要有以下幾大系統(tǒng)：①以美國(guó)主導(dǎo)的GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng);②俄羅斯主導(dǎo)的GLONASS導(dǎo)航定位系統(tǒng);③歐盟正在研制的Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，隨著各個(gè)國(guó)家發(fā)射大量的衛(wèi)星，在野外能夠接受到的衛(wèi)星數(shù)量也越來越多，為空間位置定位服務(wù)提供了提供了新的技術(shù)支持。地面連續(xù)運(yùn)行參考站（continuously operating reference stations，CORS）作為獲取數(shù)據(jù)的重要途徑，對(duì)小區(qū)域范圍內(nèi)提供高精度坐標(biāo)具有重要意義。GNSS接收機(jī)獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)定位精度和成果可靠性提供了保障，數(shù)據(jù)的質(zhì)量也與很多因素有關(guān)聯(lián)，如儀器自身性能、衛(wèi)星在軌的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、外部環(huán)境條件等[1-2]。

張濤，秘金鐘等基于Anubis軟件進(jìn)行重新編譯，新增了BDS導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)了兼容四大衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查[3-4]。褚建春等在CORS基站建設(shè)中，利用TEQC軟件對(duì)接收的GNSS數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量預(yù)處理，并對(duì)該數(shù)據(jù)評(píng)定和分析，為蘇州市CORS站建設(shè)奠定了一定基礎(chǔ) [5]。吳丹，王利開發(fā)了與TEQC軟件功能相近的軟件QC，能為新一代RINEX格式的GNSS數(shù)據(jù)提供質(zhì)量檢測(cè)，并對(duì)驗(yàn)證其軟件的正確性[6]。余文坤等以VisualBasic.NET為基礎(chǔ)，對(duì)TEQC軟件進(jìn)行封裝，使其具有可視化操作性。

文章利用TEQC和RTKLIB軟件對(duì)校內(nèi)建設(shè)的基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查，并分析其數(shù)據(jù)精度，為今后在新校區(qū)基準(zhǔn)站建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 軟件介紹

本實(shí)驗(yàn)將通過兩款軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：①利用TEQC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)生成的文件QCVIEW32繪圖;②利用RTKLIB直接分析數(shù)據(jù)質(zhì)量并通過matlab繪制數(shù)據(jù)質(zhì)量差異性。

2 GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)

觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)有：周跳、多路徑效應(yīng)、數(shù)據(jù)利用率、信噪比等。

2.1 數(shù)據(jù)利用率

數(shù)據(jù)利用率是指觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)際能夠使用到歷元數(shù)與理論歷元數(shù)之比，其定義為：

（1）

它在一定程度上能夠反映觀測(cè)數(shù)據(jù)的可用性與完好性，是作為評(píng)判數(shù)據(jù)質(zhì)量很重要的一個(gè)指標(biāo)。在數(shù)據(jù)出來過程中，當(dāng)數(shù)據(jù)利用率較低時(shí)，會(huì)對(duì)點(diǎn)位的空間位置有較大的影響，通常要求連續(xù)運(yùn)行參考站的觀測(cè)數(shù)據(jù)利用率在85 %以上。

2.2 多路徑誤差

在GNSS測(cè)量過程中，如果測(cè)站周圍的存在湖泊、高大建筑等反射物，可將GNSS信號(hào)反射后進(jìn)入接收機(jī)天線，從而延長(zhǎng)了傳播路徑，研究表明，多路徑對(duì)L1載波相位觀測(cè)量的影響最大可達(dá)5 cm。多路徑效應(yīng)也是GNSS測(cè)量中的主要誤差源之一。

2.3 信噪比

信噪比指載波信號(hào)強(qiáng)度與噪聲強(qiáng)度的比值，該項(xiàng)指標(biāo)反映接收機(jī)質(zhì)量、偽距及相位觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，信噪比越大，信號(hào)受到的影響越小。根據(jù)研究表明，連續(xù)運(yùn)行參考站中，L1載波的信噪比SN1>4，L2載波的信噪比SN>6。

2.4 周跳

當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)被障礙物遮擋或者無線電干擾時(shí)，會(huì)發(fā)生短時(shí)間內(nèi)失鎖，導(dǎo)致載波相位觀測(cè)值中的整周計(jì)數(shù)發(fā)生突變的，這種現(xiàn)象稱為周跳。周跳探測(cè)的方法很多，有多項(xiàng)式擬合法、卡爾曼濾波法、小波分析法，TEQC采用電離層殘差法探測(cè)和評(píng)定周跳，周跳比能夠在一定程度上能夠反映載波相位觀測(cè)值的跳變情況，其值越大，說明該數(shù)據(jù)在觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)的周跳越少，數(shù)據(jù)質(zhì)量越好。一般情況下，周跳比大于1000，說明該組數(shù)據(jù)相對(duì)較好。E86016DB-1FC8-4E44-8A04-087AD115D804

2.5 電離層延遲及電離層延遲變化率

電離層是高度在60～1000 m的大氣層。由于受到太陽輻射，該層被電離出大量的電子和正離子，當(dāng)衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)穿過電離層時(shí)，其傳播速度將發(fā)生改變，從而導(dǎo)致傳播路徑延長(zhǎng)，電離層的影響會(huì)隨頻率而變化，可通過在雙頻載波（L1和L2）線性組合消除或減弱電離層造成的影響。

以校內(nèi)基站2020年6月7日和7月8日兩天觀測(cè)數(shù)據(jù)為例，利用TEQC及RTKLIB軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理分析，其原理對(duì)偽距和載波（L1和L2）相位的線性組合方法，分別計(jì)算多路徑效應(yīng)、電離層的影響、以及周跳對(duì)于數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響。用到如下命令：

TEQC+qc–navtemp1580.20ntemp1580.20o，將會(huì)生成一個(gè)匯總文件及8個(gè)圖形的文件。質(zhì)量匯總文件分為兩部分，分別是信息總結(jié)和長(zhǎng)報(bào)告。信息總結(jié)給出了一個(gè)匯總（summary）列表;長(zhǎng)報(bào)告涵蓋了在數(shù)據(jù)出來中系統(tǒng)基本參數(shù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)質(zhì)量的具體分析。

3 算例分析

選取校內(nèi)基準(zhǔn)站2020年7月8日（大暴雨）和6月7日（雷陣雨）的兩天的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。原始數(shù)據(jù)觀測(cè)時(shí)間為48 h;采樣間隔為1 s;衛(wèi)星截止高度角為10°，數(shù)據(jù)的預(yù)處理如下。

根據(jù)以上采集的數(shù)據(jù)，對(duì)RTKLIB軟件數(shù)據(jù)預(yù)處理做如下策略，將采樣間隔設(shè)置為5 s;衛(wèi)星截止高度角設(shè)置為10°;時(shí)段為2020年6月7日和7月8日兩天觀測(cè)數(shù)據(jù)。通過圖表可分析該兩天數(shù)據(jù)質(zhì)量，可見性、天空視圖可看出能夠接收到的衛(wèi)星數(shù)量及觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短，DOP值可判斷GNSS定位精度，其值越大，誤差也越大以及多路徑效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的影響。

通過對(duì)CORS站2020年7月8日（大暴雨）和6月7日（雷陣雨）的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析評(píng)定數(shù)據(jù)的精度。

從起止觀測(cè)時(shí)間，數(shù)據(jù)的有效率，L1、L2多路徑效應(yīng)的影響，以及周跳信息等分析。發(fā)現(xiàn)2020年6月7日和7月8日兩天觀測(cè)數(shù)據(jù)有效率較為平穩(wěn)，根據(jù)TEQC評(píng)價(jià)指標(biāo)，6月7日的觀測(cè)數(shù)據(jù)利用率為86 %，周跳比16 546，本文數(shù)據(jù)采集長(zhǎng)度為1 d，采樣間隔為5 s，共有17 280歷元;7月8日的觀測(cè)數(shù)據(jù)利用率為85 %，周跳比19 546。根據(jù)IGS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查精度要求，所建設(shè)的基準(zhǔn)站其MP1平均值小于0.5，MP2平均值小于0.7（數(shù)值越小，說明其觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量越精確）。以此作為參考值，查看數(shù)據(jù)質(zhì)量報(bào)告，Moving average MP1=0.335 m，Moving average MP2= 0.582 m。筆者單位建設(shè)的基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)的多路徑效應(yīng)均小于指標(biāo)值，說明該基準(zhǔn)站能夠適用于筆者單位的教學(xué)工作。

衛(wèi)星L1、L2載波對(duì)應(yīng)的多路徑誤差如圖1所示。圖1（a）、（b）表示2020年6月7日載波L1、L2對(duì)應(yīng)的多路徑誤差MP1、MP2，圖2（a）、（b）表示2020年7月8日L1、L2載波對(duì)應(yīng)的多路徑誤差MP1、MP2。6月7日為晴轉(zhuǎn)多云天氣，7月8日為大暴雨。通過對(duì)L1、L2載波的多路徑誤差MP1、MP2數(shù)據(jù)精度分析發(fā)現(xiàn)，6月7日L1、L2載波的多路徑誤差整體相差不大在0.3 m的誤差范圍內(nèi)，而7月8日L1、L2載波的多路徑誤差較之前數(shù)據(jù)要偏大一些，在±0.4 m的誤差范圍內(nèi)。整體影響比較穩(wěn)定。

這說明筆者學(xué)校的基準(zhǔn)站的站址周邊影響GNSS信號(hào)因素較少，整體來說，多路徑效應(yīng)干擾較小，能夠滿足校內(nèi)CORS站建設(shè)需求。

4 結(jié)束語

通過對(duì)校園內(nèi)單基站CORS兩天的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在觀測(cè)值有效率、該基準(zhǔn)站在觀測(cè)數(shù)據(jù)有效率、多路徑誤差等質(zhì)量指標(biāo)中，基本驗(yàn)證筆者單位建設(shè)的基準(zhǔn)站符合規(guī)范的精度要求。但在7月8日下雨天，對(duì)于數(shù)據(jù)的質(zhì)量會(huì)有一定影響，這考慮到由于該基準(zhǔn)站建設(shè)有了一定年限（只能接收雙星衛(wèi)星信號(hào)）。隨著多衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，特別是我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的已經(jīng)全面開始應(yīng)用，文章研究結(jié)果對(duì)將來新校區(qū)基準(zhǔn)站的應(yīng)用和探索具有指導(dǎo)意義。

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