TEQC與QCVIEW32在GPS數據預處理中的應用

劉海鋒，任 超，鄭中天，蔣園園，梁月吉

（1.桂林理工大學 測繪地理信息學院，廣西 桂林541004；2. 廣西空間信息與測繪重點實驗室，廣西 桂林541004）

TEQC與QCVIEW32在GPS數據預處理中的應用

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 測繪地理信息學院，廣西 桂林541004；2. 廣西空間信息與測繪重點實驗室，廣西 桂林541004）

TEQC是GPS數據預理中常用的工具，可對數據進行格式轉換、編輯和質量檢查；繪圖工具QCVIEW32能對TEQC質量檢查的繪圖文件進行可視化處理。將TEQC與QCVIEW32相結合，對GPS觀測數據進行了預處理。結果表明，采用該方法能有效地進行可視化分析和誤差剔除，進一步減小電離層延遲、周跳、多路徑等誤差對數據的影響，預處理后的GPS觀測數據質量較好。

GPS；預處理；可視化；多路徑；電離層延遲；周跳

盡管在GPS外業測量中，已盡可能地選擇較好的站址來削弱多路徑誤差的影響，但是數據質量仍受衛星健康情況、接收機以及信號傳播過程中出現的不可預測的電離層延遲、多路徑誤差、周跳和信噪比等綜合因素的影響[1-2]。為了提高數據后處理結果的精度，需對GPS野外觀測數據進行預處理，剔除質量較差的數據。目前，在GPS數據預處理軟件方面，除了專門用來預處理數據的TEQC軟件外，還有許多軟件集成了數據預處理功能。Bernese軟件、GAMIT軟件等都集成了數據預處理模塊，但側重點不同，具有一定的局限性，沒有TEQC預處理的功能齊全[3-6]。本文采用TEQC與QCVIEW32繪圖工具相結合的方法，對rinex格式的GPS數據進行預處理，并結合實驗數據進行了驗證和分析。

1 TEQC+QCVIEW32模型

利用TEQC和QCVIEW32能夠完成數據預處理的基本工作。此外，TEQC和QCVIEW32具有使用環境廣、對系統要求低等特點；其缺點是這兩款工具均要在DOS或Unix計算機環境下運行，需要使用指令操作，交互性較差[7]。

1.1 TEQC數據格式轉換

在測量中利用不同品牌接收機下載的數據格式往往互不相同，給數據處理帶來了困難。TEQC具有將不同格式數據轉換為標準rinex格式的功能。以天寶接收機下載的bjfs0010．dat數據文件為例，將其轉換為標準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觀測數據文件；- week是觀測日期對應的GPS周，觀測日期可由年積日計算，年積日是001，日期是2015-01-01，計算得到GPS周是1 825；+nav表明希望同時輸出rinex導航數據文件，轉換的結果文件為bjfs0010．15n和bjfs0010．15o文件。

1.2 TEQC數據編輯

GPS數據預處理的一個主要內容是剔除質量不好的數據（數據中的野值、周跳、多路徑效應、電離層效應、信噪比等）；可通過TEQC軟件，在DOS界面輸入相應的指令來截取衛星高度角、禁用相應衛星、剪裁觀測時段等，從而剔除這些數據[8]。以bjfs0010．15o文件為例，假設需要剔除該文件2 h后的數據，其指令為：

teqc +dh 2 bjfs0010．15o＞temp0010．15o

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

1.3 TEQC質量檢查

質量檢查是TEQC的主要功能，能對原始數據的觀測誤差、觀測時間、數據采集情況等進行綜合的檢查，檢查結果是1個質量匯總文件和8個繪圖文件（多路徑效應值、電離層延遲及其變率值、周跳、衛星信噪比等）。以bjfs0010．15o文件為例，對該數據進行質量檢查，其指令為teqc +qc bjfs0010．15o。

1.4 QCVIEW32簡介

QCVIEW32[9]是由UNAVCO開發研制的，可將TEQC生成的8個質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軟件的運行環境一樣，可在Unix或DOS環境下運行，對于32位計算機系統，需要DOS4GW．exe支持。QCVIEW32可分色顯示一顆或所有觀測衛星的電離層延遲、多路徑誤差等隨時間變化的曲線圖。

2 精度評定

評定GPS觀測數據質量的指標有：數據有效率，mp1、mp2值，周跳，電離層延遲，信噪比和o/slps。一般規定有效率不低于80%，根據IGS數據質量檢查結果，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據受多路徑效應影響較小，反之則影響較大。一般來說o/slps值越大，說明數據質量越好[10]。

2.1 多路徑效應

多路徑效應是由障礙物反射GPS衛星信號進入接收機天線與直接來自衛星的信號產生干涉造成的，是影響觀測質量的因素之一，特別是在短基線測量中，其影響較大。多路徑效應的計算公式為[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；m1、m2為雙頻載波相位觀測值的多路徑效應；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，因為電離層對偽距的影響較大。電離層延遲的計算公式為[11]：

3 算例分析

為了探討TEQC在GPS數據質量檢查中的應用效果，選取2015-01-01的IGS跟蹤站bjfs站點數據進行分析。將數據bjfs0010．15o和bjfs0010．15n以及TEQC軟件放到同一個文件夾，運行DOS輸入指令得到一個質量檢查匯總文件和8個繪圖文件。匯總文件（S文件）的關鍵指標為：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；#have為實際觀測歷元數；%為采樣率；mp1、mp2分別是L1、L2載波上的多路徑效應值；o/slps為觀測值與周跳的比值。由此可知，該數據是2015-01-01零時開始采集的，歷時24 h結束。數據采樣率高，由于百分數分子取整，四舍五入后采樣率為100%。多路徑效應均小于IGS觀測站的平均值。一般來說，這樣的數據質量已經很好了，利用TEQC和QCVIEW32分析數據質量，科學地剔除誤差，仍可對數據質量進行提升。

運用QCVIEW32，對TEQC質量檢查文件進行可視化分析，結果如圖1所示（本文僅以電離層和多路徑為例）。

圖1 處理前數據質量指標圖

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波動較大，利用TEQC截取命令，截取觀測歷元1 100之后的數據，即觀測9 h后的數據，指令為：teqc –st 20150101090000 bjfs0010．15o＞temp0010．15o。對temp0010．15o文件進行質量檢查得到匯總文件的關鍵指標為：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生變化，預處理后數據的L2載波上多路徑效應值減少了0．01%，o/slps值增大了3 191，說明數據質量得到提高。

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

對比圖1和圖2可見，采用TEQC與QCVIEW32相結合的方法對GPS觀測數據進行預處理，電離層延遲及其變化率和多路徑效應的整體值均有所減小。特別是mp2值的變化，其處理前縱坐標的最大值為3，處理后最大值為1.5，說明本次剔除的數據對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定，從而證明了TEQC數據編輯的實用性和質量檢查的可靠性。同時，對預處理前后的周跳情況進行對比，如表1所示。

圖2 處理后數據質量指標圖

表1 預處理前后數據的周跳對比

從表1可以看出，通過預處理后的數據在低衛星高度角出現的周跳次數降低約1/2，再次驗證GPS觀測數據預處理的意義。同時，也說明TEQC與QCVIEW32相結合的方法對GPS數據預處理的有效性。

4 結 語

本文利用TEQC數據預處理軟件及QCVIEW32繪圖工具實現了對GPS觀測數據的預處理和可視化分析，通過數據對比驗證了預處理能在一定程度上降低多路徑效應、電離層延遲和周跳的影響；采用TEQC與QCVIEW32相結合的方法進行數據預處理，其結果可靠性高，精度得到進一步提高。由于采用的數據質量本身較好，單次預處理對多路徑效應值消減較小，可對質量不好的數據進行多次重復科學地剔除，進一步提升數據質量。但是，本文在數據轉換功能方面涉及較少，且在數據編輯方面僅使用了通過時間節點切割文件的功能，在禁用衛星、更改采樣率或截止高度角方面沒有進行嘗試，可嘗試利用這些功能對數據進行編輯，進一步提高觀測數據質量。

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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數據處理研究。

2015-10-23。

項目來源：國家自然科學基金資助項目（41461089）；廣西自然科學基金資助項目（2014GXNSFAA118288）；廣西空間信息與測繪重點實驗室課題資助項目（130511407）；大地測量與地球動力學國家重點實驗室開放基金資助項目（SKLGED2014-3-8-E）；廣西“八桂學者”崗位專項經費資助項目。