GPS觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析與應(yīng)用

袁 偉，鄧盛東，何為聰

(1.中國水電顧問集團昆明勘測設(shè)計研究院，云南昆明650041;2.江蘇南京地質(zhì)工程勘察院蘇州分院，江蘇蘇州215000)

隨著空間定位技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，GPS定位以其精度高、速度快、全天候，且不受天氣的干擾等優(yōu)點已成為測繪領(lǐng)域中確定地面坐標(biāo)的主要作業(yè)方法之一。由其定位方式可知，GPS在實現(xiàn)定位的過程中不可避免地受到多種誤差的影響，如:電離層延遲，對流層延遲，儀器故障、老化，測站的多路徑效應(yīng)過高，測站附近電磁場干擾過強和暫時性的信息遮蔽等。在實現(xiàn)高精度定位的過程中，必須最大限度地減弱或消除各種因素對定位結(jié)果的影響。因此，有必要在GPS解算前對GPS觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量進行檢核，對影響定位結(jié)果較大的觀測值應(yīng)舍棄或者返工，這對觀測誤差的分析和精度的提高是有意義的。目前，評定觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法主要有兩種，一種是根據(jù)商業(yè)軟件的基線解算結(jié)果分析;一種是使用專門的觀測值質(zhì)量分析軟件。

1 工具及方法介紹

TEQC(Translation Editing and Quality Checking)是功能強大且簡單易用的GPS/GLONASS/SBAS數(shù)據(jù)預(yù)處理及質(zhì)量分析軟件。它的主要功能有格式轉(zhuǎn)換、編輯及質(zhì)量檢核。本文中主要使用的是TEQC的質(zhì)量檢核功能。

對TEQC檢核生成的文件實現(xiàn)可視化主要有兩種方式，一種是曲線視圖;一種是全星空視圖。曲線視圖查看的方式在UNAVCO網(wǎng)站上提供了與TEQC相輔助的工具，如:QCVIEW、gt、TEQCPLOT等。全星空視圖查看的方式目前主要使用QC2SKY。

1.1 TEQC質(zhì)量檢核的原理

電離層延遲、多路徑效應(yīng)、接收機噪聲是影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的主要因素，其中尤以多路徑效應(yīng)最為復(fù)雜，最為明顯。TEQC中電離層延遲、電離層延遲變化率分別采用式(1)和式(2)來計算，文獻[1]中詳細闡明了多路徑效應(yīng)采用式(3)和式(4)的組合量來檢核其影響。

式中:P1，P2是雙頻偽距觀測值，L1，L2是雙頻載波相位觀測值，M1，M2是雙頻偽距多路徑效應(yīng)，m1，m2是雙頻載波相位觀測值的多路徑效應(yīng)，n1，n2是整周模糊度，f1，f2是頻率，λ1，λ2是波長。

1.2 TEQC質(zhì)量檢核的方式

根據(jù)有無導(dǎo)航文件，TEQC的質(zhì)量檢核分為qc－lite和qc－full兩種模式。

(1)qc－lite(無導(dǎo)航文件)。

運行teqc+qc*.＊＊o，TEQC對文件*.＊＊o在qc－lite方式下進行質(zhì)量檢核。質(zhì)量檢核的結(jié)果會生成報告文件*.＊＊S和數(shù)據(jù)文件*.ion(L1載波的電離層延遲)、*.iod(電離層延遲的變化率)、*.mp1(L1載波C/A碼或P碼偽距的多路徑效應(yīng)影響)、*.mp2(L2載波P碼偽距的多路徑效應(yīng)影響)、*.sn1(L1載波的信噪比)、*.sn2(L2載波的信噪比)。

(2)qc－full(輸入導(dǎo)航文件或同一目錄下有對應(yīng)的N文件)。

同時輸入O文件和N文件，運行teqc+qc－nav*.＊＊n*.＊＊o;或N文件和O文件在同一目錄下，TEQC會自動搜索N文件，無需用－nav指定，運行teqc+qc*.＊＊o，TEQC對文件*.＊＊o在qc－full方式下進行質(zhì)量檢核。檢核的結(jié)果除qc－lite方式下的報告文件和數(shù)據(jù)文件外，還增加了衛(wèi)星和接收機天線的位置信息及兩個數(shù)據(jù)文件*.azi(衛(wèi)星方位角)，* .ele(衛(wèi)星高度角)。

需要說明的是使用teqc中的參數(shù)++sym可以得到一個所有可能出現(xiàn)的標(biāo)記符號及其注釋內(nèi)容說明。其常用命令格式為:Teqc+qc++sym－nav* .＊＊n* .＊＊o。

1.3 TEQC質(zhì)量檢核結(jié)果查看

數(shù)據(jù)質(zhì)量評價的主要內(nèi)容有:L1載波上的C/A碼或P碼的多路徑觀測誤差;L2載波上的P碼多路徑觀測誤差;電離層影響誤差;電離層延遲變化率。此外還包括接收機信號的抖動，L1、L2載波的失鎖(周跳)，點位多路徑誤差平均值，衛(wèi)星高度角和方位角，接收機時鐘漂移，信噪比和其它有關(guān)的參數(shù)。全星空圖查看使用QC2SKY軟件進行，其命令格式為:qc2sky+filename cutoff linewidth background。其 中:filename是TEQC的輸出文件，不帶擴展名;cutoff是截止高度角，單位是度;linewidth是線寬，數(shù)值從1至9;background是背景顏色。曲線圖的查看直接運行TEQCPLOT，選擇相應(yīng)的文件即可。

2 應(yīng)用分析

實測數(shù)據(jù)選擇某一滑坡監(jiān)測GPS控制網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)進行預(yù)處理與后處理，并與未經(jīng)預(yù)處理模式下的結(jié)果進行比較。該GPS控制網(wǎng)由12個點組成，網(wǎng)形如圖1所示。

圖1 GPS控制網(wǎng)

S文件中衛(wèi)星記錄情況見圖2。

圖2 衛(wèi)星記錄情況

圖2 中:－dn行表示理論上可觀測到的衛(wèi)星數(shù)和實際觀測到的衛(wèi)星的最小差值;+dn行表示理論上可觀測到的衛(wèi)星數(shù)和實際觀測到的衛(wèi)星的最大差值;+10行表示高度角在10°以上時理論上可觀測到的衛(wèi)星數(shù);pos行表示定位情況;clk行表示接收機鐘差設(shè)置情況。

控制網(wǎng)中部分質(zhì)量檢核結(jié)果視圖見圖3、圖4。

圖3的下邊緣為0°，每一格為10°。如果圖中出現(xiàn)綠色圓圈，則表示在該歷元有周跳發(fā)生。

圖3 JC04的全星空視圖

圖4 JC04的L1載波多路徑效應(yīng)圖

分析質(zhì)量檢核的結(jié)果，刪除觀測信號不好的時段及衛(wèi)星。數(shù)據(jù)處理采用兩種方案進行。一種是對未經(jīng)相關(guān)處理的數(shù)據(jù)進行基線解算和網(wǎng)平差;一種是對相關(guān)處理后的數(shù)據(jù)進行基線解算和網(wǎng)平差。兩種處理方案的設(shè)置完全一致，基線解算及網(wǎng)平差的軟件均使用TGO1.63版。

通過計算，未經(jīng)相關(guān)處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)平差后，最弱點的點位中誤差為±3.1 mm，相關(guān)處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)平差后，最弱點的點位中誤差為±2.4 mm。

采用兩種不同方案處理后各點的點位誤差變化見圖5～圖7。

圖5 X方向點位精度比較

圖6 Y方向點位精度比較

圖7 各點點位精度比較

由實例分析可見，經(jīng)過質(zhì)量檢核和相關(guān)處理后，平面點位精度較未經(jīng)相關(guān)處理的點位精度有一定程度的提高，它彌補了使用常規(guī)商業(yè)軟件解算GPS測量數(shù)據(jù)時僅能通過基線解算后才能分析觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的方式。

3 結(jié)論

TEQC工具包功能強大、應(yīng)用靈活，其相關(guān)的輔助軟件QC2SKY和TEQCPLOT可以有效地幫助用戶對質(zhì)量檢查后的文件繪圖，從而對數(shù)據(jù)質(zhì)量分析的結(jié)果進行直觀地查看，最大限度地避免了錯誤的發(fā)生，這無疑將會提高工作效率，減少資源浪費。

[1]http://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/data/format/rinex210.txt[OL]

[2]http://www.unavcao.ucar.edu/software/teqc[OL]

[3]李洪玉，王耀強.利用TEQC對GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量的分析[J].測繪與空間地理信息，2009(4):80－42

[4]古偉洪，田鵬波.運用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(12):37－39