TEQC與CF2PS在BDS數據預處理中的應用

黨金濤，李建文，黃 海，羅 璠

(解放軍信息工程大學導航與空天目標工程學院，河南 鄭州 450001)

0 引 言

TEQC是由UNAVCO Facility研制的GPS/GLONASS數據預處理軟件，目前在Rinex 2.11擴展格式中已經加入了對BDS觀測數據的支持。利用TEQC可以實現RINEX格式數據的頭文件信息編輯、質量檢查、周跳的探測與修復以及點位概略坐標計算等。CF2PS基于GMT繪圖軟件，可以對TEQC產生的結果文件進行繪圖，其源代碼是開放的，生成的PS格式繪圖文件可以轉換成其他格式，便于圖形的查看和操作。利用TEQC+CF2PS對BDS觀測數據預處理，具有占用空間小，對硬件系統要求低，跨系統平臺等優點。但是兩者都基于DOS環境，人機交互性差，手動操作慢，給外業觀測工作帶來了不必要的麻煩[1]，因此，結合這些軟件及BDS，需要開發一個具有圖形可視化和可以批處理的BDS數據預處理程序，具有明顯的現實意義。

1 TEQC與CF2PS 簡介

1.1 TEQC

數據編輯:

1)剔除觀測條件不好的衛星

如剔除BDS第5號衛星的觀測數據，命令為：

>teqc-C5 inputfile >outputfile

2)RINEX文件的切割

利用時間窗口可以對RINEX文件進行任意切割，對提取RINEX數據的提取相當容易。經常使用的參數如下：

-stYYMMddhhmmss表示提取從該時刻直到結束觀測的時間段數據；

-e YYMMddhhmmss表示提取從開始觀測直到該時刻的時間段數據；

+d[h/m/s]，表示默認從開始觀測起，向后提取一定的時間間隔數據；

-d[h/m/s]，表示默認從結束觀測起，向前提取一定的時間間隔數據；

如提取從開始觀測到1 h后的時間段數據，命令為：

>teqc +dh 1 inputfile >outputfil.

3)RINEX文件的合并

TEQC可以將時間上連續的幾個RINEX文件合并成一個，命令為

>teqc filel file2...>outputfile

質量檢核:

TEQC質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算多路徑效應、電離層延遲、電離層延遲變化率、周跳數以及接收機噪聲等。

根據是否使用導航文件，TEQC質量檢核分為qc-lite和qc-full兩種模式。運用TEQC軟件對觀測數據進行質量檢查的常用命令如下：

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

TEQC在qc-lite模式下運行(本文以BDS觀測數據的B1頻點、B2頻點為例進行闡述)，會產生7個結果文件。分別為*.yys(報告總結)、*.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)、*.sn1、*.sn2(B1、B2信號的信噪比)。qc-full模式會產生另外兩個結果文件：*.azi(衛星方位角)、*.ele(衛星高度角)。其中，*.yys文件記錄了幾個關鍵性指標MP1，MP2，o/slps.MP1，MP2分別表示B1、B2載波上多路徑效應對偽距和相位影響的綜合指標，其結果以均方根RMS表示。o/slps表示觀測數據歷元數與周跳數之比，其中，周跳數指多路徑效應周跳數與電離層延遲周跳數之和。通過這幾個關鍵性指標，可以看出觀測數據質量的好壞。

1.2 CF2PS繪圖

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

由于CF2PS產生的繪圖文件為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，經作者修改后，可以直接生成PNG的圖片格式，其轉換命令為：

>ps2raster psfile -A -P -Tg

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

2 BDS數據預處理程序設計

針對TEQC和CF2PS人機交互性差和手動操作慢的缺點，作者編寫了BDS觀測數據預處理軟件，實現了批處理和圖形可視化的功能。整個數據預處理程序設計流程如圖1所示。

圖1 BDS數據預處理程序設計流程

隨著衛星導航系統的多元化發展，產生了能夠滿足多系統觀測數據的Rinex 3.01格式。因此，該程序以Rinex 3.01格式的觀測數據為輸入，進行格式轉換，以得到TEQC能夠處理的2.11格式。該程序在利用TEQC質量檢核和CF2PS批量成圖后，對于需要數據編輯的觀測數據，可以選取衛星進行詳細的查看和分析，以確定數據編輯方案。在數據編輯完成后，選取預處理后的觀測數據，再次利用TEQC和CF2PS進行批處理，以檢核預處理后的數據質量。

BDS數據預處理程序的界面如圖2所示。其中，“TEQC批處理”按鈕能夠實現qc-lite和qc-full兩種模式的質量檢核，可以對多站多天的觀測數據進行批處理；“TEQC數據編輯”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，然后修改相應的參數，即可得到所需的數據編輯命令。

圖 2 BDS數據預處理程序界面

3 BDS數據預處理實例分析

采用全球連續監測評估系統(iGMAS)的3.01格式的觀測數據。目前iGMAS國內的BDS/GPS/GLONASS/Galileo四系統跟蹤站已開始運行，并利用這些跟蹤站數據對各衛星導航系統進行了初步的評估，而一個全球范圍的跟蹤站網絡也正在建設之中。本文實例分析了2013年09月18日至2013年09月24日一周的觀測數據，共包括五個站點: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服務組織(IGS)的數據質量檢測表明， 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，超過半數的o/slps年平均值大于200.但是由于iGMAS系統初步建成，不能直接采用IGS的觀測數據質量作為參考標準，BDS的觀測數據質量需要進一步分析和評定。

對五個站的觀測數據進行質量檢核，其統計結果如表1所示。

表1 各測站觀測數據MP1、MP2統計 (單位：m)

從表1中可以看出：1)BJF2站、GUA1站的多路徑效應周平均值很小，說明BJF2站、GUA1站的數據質量很好，可能是因為測站的星地觀測幾何和觀測環境都比較好，不需要進行數據預處理；2)其他測站B1頻點的多路徑誤差整體要比B2頻點大(SHA1站除外)。為了確定數據檢核的參考標準，對這五個站的周平均值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。以此為參考標準，可以看出，SHA1站點的MP2周平均值偏大，KUN1站點的MP1周平均值偏大。兩個測站在年積日267天的多路徑值都比較大，下面以SHA1站第267天的觀測數據為例，說明數據預處理過程。

SHA1站預處理前：MP1為0.728 0,MP2為0.782 0，o/slps為84.其中，電離層延遲跳變數為122，多路徑效應跳變數為233,可見SHA1站跳變嚴重，觀測環境比較差。SHA1站的多路徑效應如圖3所示。

圖3 B1、B2頻點預處理前的多路徑效應 (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都比較大，超過10 m，需要剔除5號星的觀測數據。輸入指令：>teqc- G05 SHA12670.13O >SHA12670_1.13O.

剔除5號星后，重新進行檢核SHA12670_1.13O，得到第一次預處理后的多路徑效應，MP1為0.631 4,MP2為0.691 1，o/slps為114，如圖4所示。其中，電離層延遲跳變數為25，多路徑效應跳變數為211.結合圖4可以看出，所有衛星的多路徑效應跳變都分散在全天，并且多數為小周跳，說明SHA1站周圍的觀測環境不穩定，導致多路徑效應產生小范圍的頻繁抖動，因此預處理后的多路徑效應跳變數不能明顯減少。

圖4 B1、B2頻點第一次預處理后的多路徑效應(a)B1;(b)B2

第一次預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的時間段，所有衛星電離層延遲都發生了較大跳變，超過50 m，需要刪除這個時間段內的數據。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

再對觀測數據文件SHA12670_4.13O重新進行檢核，得到第二次預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，電離層延遲跳變數為2，多路徑效應跳變數為190，可見電離層延遲跳變得到明顯改善，而多路徑效應跳變改善不大。

圖5 第二次預處理前后的電離層延遲(a)第一次；(b)第三次

第二次預處理后的數據質量已經達到參考標準。雖然多路徑效應跳變數偏大，但綜合考慮數據的完整性以及數據質量要求，SHA1站的觀測數據不必再做進一步處理。

同樣地，可對KUN1站第267天的觀測數據進行類似的預處理。預處理前后，KUN1站的MP1值減少了15.4%，MP2值減少了13.2%，o/slps提高了57.36%，從而達到了BDS數據預處理的目的。

4 結束語

本文結合TEQC和CF2PS的優點，編寫了BDS的數據預處理程序，實現了批處理和圖形可視化，克服了兩者基于DOS環境，人機交互性差，手動操作慢的缺點。

結合IGS數據質量的參考標準，通過實例，分析了BDS數據質量的參考標準，對觀測數據進行了預處理和質量評定，使預處理后觀測數據的質量得到了明顯的改善。

致謝：信息工程大學iGMAS分析中心提供的數據支持。

[1]林 爽,周宗君.TEQC 數據質量檢查和界面開發[J].地理空間信息,2009,7(4):162-164.

[2]田云鋒.TEQC 在 GPS 數據預處理中的應用[J].計算機與信息技術,2008(12):25-29.

[3]劉 剛,李征航,于曉歆.TEQC 與 CF2PS 在 GPS 數據預處理中的應用[J].地理空間信息,2010 (5):146-148.

[4]古偉洪,田鵬波,王振輝.運用 TEQC 軟件對 GPS 數據的預處理與質量評定 [J].地理空間信息,2008,6(6):37-39.

[5]李 沖,何鑫星,劉云青.TEQC 在 GPS 數據質量檢查中的常見問題及解決方案[J].全球定位系統,2010,35(5):48-50.