葛 帥,劉 立,邱健狀

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué),山東 泰安271018;2.中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院,北京100039)

0 引 言

GPS定位精度取決于原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和處理算法的選擇,控制GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量主要包括:原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的有效性和數(shù)據(jù)質(zhì)量,以及所選隨機(jī)模型的精確性。原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制包括:數(shù)據(jù)的完整性,探測(cè)和修復(fù)周跳的能力,探測(cè)接收機(jī)鐘跳,隨機(jī)模型對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量描述。GPS原始測(cè)量數(shù)據(jù)中不可預(yù)測(cè)的電離層延遲和多路徑誤差仍然會(huì)影響數(shù)據(jù)后處理結(jié)果的精度。因此,合理地對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,可使數(shù)據(jù)后處理結(jié)果的精度有所提高。T EQCPLOT可以把經(jīng)TEQC(Translation Editing and Quality Checking)生成的數(shù)據(jù)的繪成圖形,直觀顯示各個(gè)衛(wèi)星的多路徑誤差隨時(shí)間的變化,進(jìn)而通過(guò)T EQC的編輯功能對(duì)較大誤差的時(shí)間段或衛(wèi)星進(jìn)行剔除,改善數(shù)據(jù)質(zhì)量。

由于GPS接收機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式并不是標(biāo)準(zhǔn)Rinex格式,還有多種可能的原因使觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量不符合要求,例如,儀器故障、儀器老化、測(cè)站多路徑效應(yīng)過(guò)高、測(cè)站附近電磁干擾嚴(yán)重、或信號(hào)中斷,都有可能使數(shù)據(jù)質(zhì)量下降。因此,在數(shù)據(jù)處理前,要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式和數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)。對(duì)于大多數(shù)GPS/GLONASS原始觀測(cè)數(shù)據(jù),一個(gè)免費(fèi)的TEQC軟件允許使用者在數(shù)據(jù)預(yù)處理把許多不同廠家、不同型號(hào)接收機(jī)采集的原始觀測(cè)文件轉(zhuǎn)換為GPS數(shù)據(jù)處理中標(biāo)準(zhǔn)的Rinex格式,并且對(duì)其編輯和數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。TEQC是功能強(qiáng)大且簡(jiǎn)單易用的GPS/GLONASS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件,是由UNAVCO facility研制的,可以公開免費(fèi)下載(http://www.unavco.ucar.edu/software/teqc)。目前,IGS數(shù)據(jù)中心通常采用該軟件對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢核和控制[1-3]。

1 多路徑在TEQC中的質(zhì)量控制

在數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查中,偽距和載波相位觀測(cè)值的線性組合可用來(lái)計(jì)算L1偽距C/A或P碼觀測(cè)的多路徑、L2 P碼偽距觀測(cè)多路徑、電離層的影響和電離層延遲的改變率、接收機(jī)鐘跳的信息,接收機(jī)周跳、站路徑、衛(wèi)星高度角和方位角、接收機(jī)鐘漂、接收機(jī)信噪比[4]。

T EQC中基本的質(zhì)量檢查算法偽距和相位觀測(cè)方程為

式中:Li=頻率i的相位觀測(cè)值(L1或L2);Pi=頻率i的偽距觀測(cè)值(P1或P2);R=站與衛(wèi)星之間的距離;c=光速;dtr=接收機(jī)鐘誤差;dts=衛(wèi)星鐘誤差;Ii=頻率i電離層距離誤差;N=對(duì)流層延遲;mi=頻率i的相位多路徑;Mi=頻率i的偽距多路徑;ni=頻率i的相位觀測(cè)整周模糊度;λi=頻率i的波長(zhǎng)。

為了得到多路徑方程,可以使用Pi-Li代替I1或I2,并假設(shè)兩個(gè)頻率通過(guò)大氣的路徑大致相同,則MP1和MP2的線性組合為

而誤差項(xiàng):

由相位模糊度引起的,QC對(duì)MP1和MP2進(jìn)行計(jì)算和控制,而MP1和MP2是隨時(shí)間變化的,主要取決于Mi和Bi。假定在沒(méi)有周跳時(shí)偏差項(xiàng)是一個(gè)常數(shù),可根據(jù)線性組合均方根的變化量進(jìn)行判斷。相位多路徑還有一個(gè)額外的效應(yīng),但在數(shù)值上,這個(gè)組合的多路徑要比P碼的多路徑小很多,如果沒(méi)有 P1偽距觀測(cè)值,可以用C/A碼偽距(RINEX C1)來(lái)代替。

2 TEQC軟件的功能概述

TEQC軟件的功能分為三部分:數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,Rinex數(shù)據(jù)文件的編輯和數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核。TEQC是一個(gè)命令行軟件,在DOS/Windows DOS環(huán)境下運(yùn)行[5]。

下面是TEQC常用功能命令舉例。

1)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

＞teqc-tr do+nav abpo0200.09n abpo0200.dat＞abpo0200.09o

該命令為數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換.其中,-tr是指接收機(jī)的種類為trimble;do指明輸入文件是dat文件,輸出為Rinex觀測(cè)文件(o文件);+nav指明同時(shí)輸出Rinex導(dǎo)航文件;轉(zhuǎn)化結(jié)果為:abpo0200.09o和abpo0200.09n文件,＞指明新產(chǎn)生的文件名。

2)數(shù)據(jù)編輯

TEQC有四種基本的編輯類型:文件頭部分的編輯、時(shí)間窗、Rinex文件的合并、衛(wèi)星系統(tǒng)的選擇。

時(shí)間窗可以指定開始時(shí)間,時(shí)間段或結(jié)束時(shí)間得到想要的組合數(shù)據(jù)文件。例如,假如你想要從開始時(shí)間03:00:00后的4 h的數(shù)據(jù)命令:

＞teqc-st 03∶00∶00+dh 4 abpo0200.09o＞abpo0201.09o

這里的年月日和開始?xì)v元的年月日一樣,dh(hours),ds(seconds),dm(minutes),dd(days)。假如有24個(gè)一小時(shí)的Rinex觀測(cè)文件abpo020a.09o-abpo020x.09o文件

Teqc abpo020*.09o＞abpo0200.09o

運(yùn)行此命令會(huì)生成一個(gè)24 h的Rinex觀測(cè)文件abpo0200.09。

T EQC可以把GPS/GLONASS混合數(shù)據(jù)文件分為純GPS文件或純GLONASS文件,命令為

Teqc-R godz0540.990＞godz054G.99o

Teqc-G godz0540.990＞godz054R.99o

會(huì)生成 godz054G.99o GPS Rinex觀測(cè)文件和godz054R.99o GLONASS Rinex觀測(cè)文件。-R是刪除所有的GLONASS衛(wèi)星,-G是刪除所有的GPS衛(wèi)星。也可以刪除指定的衛(wèi)星teqc-R10,16 godz0540.99o＞godz054M.99o刪除 GLONASS 10和16號(hào)衛(wèi)星。

3)T EQC軟件的Quality check部分可以對(duì)GPS/GLONASS靜態(tài)和動(dòng)態(tài)雙頻接收機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核和評(píng)估。

＞teqc+qc+eepx abpo0200.09o＞result.xyz

該命令計(jì)算在空間直角坐標(biāo)系下各個(gè)歷元偽距單點(diǎn)的位置,要求當(dāng)前目錄下有相應(yīng)的導(dǎo)航文件。

＞teqc+qc abpo0200.09o abpo0200.09n

對(duì)觀測(cè)文件進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查,生成文件有:abpo0200.09s(檢核報(bào)告匯總)、abpo0200.ion(電離層延遲)、abpo0200.iod(電離層延遲變化率)、abpo0200.mp1(L1載波C/A或P碼偽距的多路徑)、abpo0200..mp2(L2載波P碼偽距的多路徑)、abpo0200.sn1(L1載波的信噪比)、abpo0200.sn2(L2載波的信噪比)、abpo0200.azi(衛(wèi)星方位角)、abpo0200.ele(衛(wèi)星高度角)。

3 求解實(shí)例分析

利用 TEQC軟件對(duì) abpo0200.09o和 abpo0200.09n文件,進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量分析,TEQC通過(guò)對(duì)最近20 min的觀測(cè)數(shù)據(jù)求得MP1和MP2的平均值,再減去該平均值作為多路徑效應(yīng)的波動(dòng)結(jié)果(有正有負(fù)),可以有TEQCPLOT對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量結(jié)果生成的各個(gè)視圖文件中的單顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)波動(dòng)進(jìn)行分析。圖1、2是用TEQC生成的多路徑數(shù)據(jù)生成的多路徑的變化情況,圖3、4是模擬T EQC繪制多路徑的情況。

根據(jù)T EQCPLOT繪制的多路徑的圖像可以看出,多路徑隨時(shí)間的變化而變化,其值基本上在0.8之內(nèi),有其mp1和mp2的均值,可以判斷出該站是否有多路徑的效應(yīng)。

圖3、4是自編程序模擬TEQC軟件生成的mp1和mp2并用T EQCPLOT生成圖像,從圖3、4可以看出用自編程序生成的多路徑基本上符合T EQC軟件的要求。

圖4 多路徑mp2

4 結(jié) 論

T EQC軟件可以對(duì)原始的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制,根據(jù)mp1和mp2可以判斷測(cè)站是否有多路徑影響,多路徑的值越大表明接收機(jī)對(duì)多路徑效應(yīng)越敏感。信噪比也可以作為評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)質(zhì)量的指標(biāo)。

[1] 范士杰,郭際明,彭秀英.TEQC在GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理中的應(yīng)用與分析[J].測(cè)繪信息與工程,2004,29(2):33-35.

[2] 聶桂根,王 院.TEQC軟件對(duì)GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)定及軟件界面的開發(fā)[J].全球定位系統(tǒng),2003,28(4):31-38.

[3] 陳中新,奚長(zhǎng)元,范占永,蔣 華.應(yīng)用 TEQC對(duì)GPS連續(xù)參考站數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析[J].全球定位系統(tǒng),2007,32(3):35-37.

[4] Estey L H,Meertens C M.TEQC:The M uti-purpose Toolkit for GPS/GLONASS Data[J].GPS Solutions,1999,3(1):42-49.

[5] UNAVCO Facility.TEQC[EB/OL].http://facility.unavco.org/software/teqc/teqc.htm.l.