基于改進TEQC的區域CORS站點質量檢核

劉智敏，楊婷婷，黃　超，張海平，馮彥同

(1.山東科技大學 測繪學院，山東 青島，266590；2.山東省高校海洋測繪重點實驗室，山東 青島，266590；3.山東省國土測繪院，山東 濟南 250102)

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基于改進TEQC的區域CORS站點質量檢核

劉智敏1,2，楊婷婷1，黃超1，張海平3，馮彥同3

(1.山東科技大學 測繪學院，山東 青島，266590；2.山東省高校海洋測繪重點實驗室，山東 青島，266590；3.山東省國土測繪院，山東 濟南 250102)

摘要：TEQC能對GNSS數據進行質量檢核，編輯并改善GNSS數據質量，但該軟件運行于DOS環境，成果不能圖形可視化，存在人機交互性差等不足。文中通過VisualC#編程對TEQC和QCVIEW進行可視化封裝，實現基于WINDOWS界面的質量檢核與可視化表達，選用5個質量評價指標對CORS站點數據進行質量檢核。最后結合實例驗證改進軟件的可行性，并通過BERNESE軟件分別求單天解驗證選用的5個質量指標能夠對觀測數據作準確的質量評估。

關鍵詞：TEQC；CORS站點；質量檢核

GPS技術的應用，帶動了數據質量分析軟件的更新與發展。TEQC (Translate，Edit，and Quality Check，譯為數據轉換、編輯、質量檢核)是目前國際上公認的最好的數據預處理軟件之一，TEQC是由UNAVCO Facility研制的為地學研究服務的公開免費的GPS/GLONASS數據預處理軟件，具有數據格式轉換，編輯，質量檢核的功能[1]。其核心功能為質量檢核，主要是利用偽距觀測值和載波相位觀測值的線性組合對靜態或動態雙頻GPS和GLONASS數據進行檢核[2]。該軟件運行于DOS環境，成果不能圖形可視化，存在人機交互性差等不足。

參考站連續正常運行是整個CORS系統能否充分發揮效用最為關鍵的部分，更清楚地了解已建站周邊環境對參考站的干擾程度、以及對流層和電離層的影響情況，并對質量較差的觀測站數據進行預處理對后期實現測站高精度定位以及區域坐標框架的維護都具有重要的意義[3]。TEQC的質量檢核功能所生成的結果文件能夠反映L1載波上的C/A碼或者P碼多路徑觀測誤差、L2載波上的P碼多路徑觀測誤差、L1、L2電離層影響誤差、電離層變化率。另外還有接收機信號的抖動、L1和L2載波的周跳、點位多路徑誤差平均值、衛星的高度角和方位角、接收機時鐘漂移、信噪比和其他有關參數等[4]。這些參數能夠充分快速評定CORS站點的數據質量。GPS數據質量指標的種類很多，過多的指標并不能給GPS高精度定位提供有效的信息。因此，要綜合大量的質量指標并按照對CORS站數據定位精度的影響選取重要的指標。

本文針對TEQC軟件人機交互性差的缺點，用C#編程使其可以在windows界面下操作；對CORS站點原始數據通過改進的TEQC軟件進行質量檢核并修復；最后用BERNESE軟件對預處理前后的數據分別進行基線解算與網平差，通過對比測站三維坐標的精度驗證了該方法的有效性。

1質量評價指標

現有的數據質量指標一般分為3類：反映觀測數據完整程度的指標、直接反映誤差影響情況的指標、與衛星位置有關的指標[5]。反映觀測數據完整程度的指標主要包括：理論觀測歷元數與實際觀測歷元數、具有完整觀測值的歷元數、觀測衛星個數和缺失衛星個數等。直接反映誤差影響情況的指標主要有：多路徑效應指標、每周跳觀測值個數(O/SLPS)、接收機鐘差、信噪比(SNR)等。與衛星位置有關的指標主要包括：衛星高度角、衛星方位角、衛星幾何分布情況等。針對GPS數據質量評價存在的問題，綜合大量文獻，參考站的質量指標可以選用以下指標進行評定：L1偽距多路徑效應(mp1)、L2偽距多路徑效應(mp2)、L1載波的信噪比(sn1)、L2載波的信噪比(sn2)、o/slps(每周跳觀測數據個數)。

1)多路徑效應影響分析。多路徑效應是在發射GPS信號的衛星、接收機天線及天線附近物體間構成的某種相對空間關系的環境下產生的合成信號相對于直達接收機天線信號的一種延遲現象[6]。多路徑效應是反映GPS觀測數據質量的重要指標。多路徑效應分為偽距多路徑效應和相位多路徑效應，由于相位多路徑效應數值較小，習慣用偽距多路徑效應反映觀測數據的質量[7]。TEQC處理后結果文件中的MP1，MP2計算式為[8-11]

(1)

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2)信噪比SNR(Signal-to-Noise Ratio)主要受天線增益參數、接收機中相關器的狀態、多路徑效應3個方面的影響。衛星觀測值的方差大小由歷元觀測值的SNR和GPS接收機的帶寬有關，因此SNR可充分反映接收機品質、偽距和相位觀測數據質量[13]。SNR是反映相位觀測數據質量的重要指標，可用來生成GPS觀測量的隨機模型[14]。另外，利用其與多路徑效應的關系還可以消除多路徑效應的影響。根據international GNSS Service(IGS)的數據檢測經驗值設定L1載波的信噪比的大小為SN1>4，設定L2載波的信噪比的大小為SN2>6。

3)周跳是由于衛星信號的失鎖或其他軟硬件和環境原因而使載波相位差觀測值中的整周計數所發生的突變，它是反映相位觀測數據質量一個的重要指標[16]。TEQC中采用電離層殘差法進行周跳的探測與評定，信號電離層延遲隨時間變化率的導數得出

(3)

(4)

為了探測L1或L2載波的周跳，需要利用上面的電離層變化率公式進行逐個歷元計算和監控，TEQC中電離層變化率最小允許值為400 cm/minute，大于此值得觀測歷元將被視為發生周跳。TEQC處理結果文件中以(O/SLPS)值表示觀測值和周跳比，同樣根據IGS的數據檢測經驗值，設定其閾值為O/SLPS>670，大于此值表示不會對系統的穩定運行產生影響。

2對TEQC和QCVIEW的改進

TEQC運行于DOS環境，每次運行都要打開DOS窗，人機交互性差并且通過該軟件進行質量檢核后，生成的分析文件多，一些有用的信息不能集中到一起；對于QCVIEW，因為windows7下的顯卡驅動均不支持DOS下的全屏模式，而QCVIEW成圖必須在DOS的全屏模式下成圖[16-17]。

針對上述不足進行改進：安裝一個DOS的模擬器，并通過C#編程，將TEQC和QCVIEW界面化，用戶只需在WINDOWS下就可完成質量檢核與成圖，使用靈活方便。并且質量檢核完成后自動將5個質量指標匯總到一起，方便查看，實現質量檢核的自動化。

整體的界面分為質量檢核、質量分析可視化、文件切割、幫助4個菜單項。點擊質量檢核菜單，出現質量檢核界面，選擇需要進行質量檢核的文件，點擊確定按鈕，即可調用TEQC軟件進行數據處理。質量檢核分為qcfull方式和qclite方式[12]，其基本語句為：teqc+qc bjfs2990.13o。當有導航n文件時，以qc2full方式進行質量檢核，生成9個分析文件，如表1所示；當沒有n文件時，采用qclite方式進行質量檢核，生成7個分析文件，沒有方位角文件.azi和高度角文件.ele。處理完成后，對.s匯總文件中的5個質量指標自動提取到excel表格中保存。

表1　質量檢核后的9個分析文件

點擊質量分析可視化菜單，選擇質量分析可視化后的8個分析文件(除.s匯總文件)，調用QCVIEW軟件成圖，基本命令：qcview bjfs2990.mp1-all。成圖后，用戶可隨意調節成圖界面的大小，解決之前存在的只能全屏看圖無法進行其他操作的弊端。通過鍵盤，鍵盤字母A為顯示所有衛星的效果圖，鍵盤字母N為下一顆衛星的效果圖，鍵盤字母P為上一顆衛星的效果圖，鍵盤字母F為第一顆衛星的效果圖，鍵盤字母L為最后一顆衛星的效果圖，按右上角鍵盤上的“×”即可關閉成圖界面。

點擊文件切割菜單，用戶可以對多路徑效應嚴重，出現周跳等觀測質量不好的歷元、衛星進行刪除與禁用。

3TEQC+QCVIEW數據預處理實例分析

為了驗證TEQC+QCVIEW的數據預處理模式能夠改善區域CORS站觀測數據，實現區域CORS站的高精度定位，本文采用2012年1月1日全天的山東省CORS站點數據，設計兩種方案進行比對說明。方案一用BERNESE軟件直接對山東省的CORS站點基線解算與網平差，得到站點的RMS值，方案二對山東省CORS站點進行TEQC+QCVIEW模式預處理，并用5個數據質量指標進行初步質量檢核，最后通過BERNESE軟件進行基線解算與網平差，求得站點的RMS值與方案一的站點RMS進行對比，步驟如下：

第一步，對CORS站點用改進的TEQC軟件進行質量檢核，生成log日志文件，從日志文件提取5個數據質量指標值分析，如表2所示，BOSH、CAOX和CJJR這3個測站5個指標均在閾值范圍內，ANQI站和DEZH站的信噪比SN1和SN2，每周跳觀測值o/slps都符合閾值要求，而ANQI的MP1為0.38 m，超出閾值0.35 m，DEZH站的MP2為0.47 m也超出閾值0.45 m。

第二步，針對數據不合格的兩個測站處理，其中對ANQI測站的MP1分析文件進行可視化找出多路徑效應較為嚴重的歷元、衛星，如圖1和圖2中(a)所示，可以看出，3號衛星1 950到2 000歷元，2 550到2 650歷元多路徑效應嚴重，已超過2 m；7號衛星650到800歷元多路徑效應非常嚴重，最大值達到2.8 m，2 700到2 850歷元多路徑效應也較為嚴重，達到1.5 m。通過文件切割功能，將3號衛星、7號衛星多路徑效應嚴重的歷元刪除后可視化，如圖1和圖2中(b)所示，質量得到明顯改善；同樣對DEZH測站的MP2文件可視化，可以發現2號衛星在900到1 000歷元多路徑效應嚴重，最大已達到3.5 m，9號衛星在950歷元附近多路徑相當嚴重，最大值達到4.2 m，如圖3和圖4中(a)所示，用同樣方法進行修復后，效果如圖3和圖4中(b)所示。

圖1　ANQI測站3號衛星MP1

圖2　ANQI測站7號衛星MP1

圖3　DEZH測站2號衛星MP2

圖4　DEZH測站9號衛星MP2

第三步，查看修復后的匯總文件如表2所示，可以看到通過修復，ANQI，DEZH兩個測站的MP1、MP2都達到了閾值要求，而且信噪比、每周跳觀測值也得到改善。通過視圖分析可以快速、準確地查看各種誤差對數據的影響，評定數據質量的好壞。

第四步，用BERNESE軟件對沒有經過預處理的CORS測站觀測數據和經過改進軟件預處理后的CORS測站觀測數據分別進行單天解算，具體包括精密單點定位PPP和基線解算網平差RNX2NX.PCF，最后在輸出文件OUT中提取站點的RMS值，如表3所示。

通過對比看到，經過預處理的各個測站的點位精度整體高于方案一中直接進行解算的測站點位精度。由此證實：該預處理方法是有效的，且選取的5個質量評價指標是正確的。

4結束語

本文在分析TEQC軟件優缺點的基礎上，為方便GNSS數據的質量分析與編輯，運用Visual C#對TEQC和QCVIEW進行WINDOWS可視化界面封裝，實現了基于WINDOWS界面的質量檢核與可視化表達。通過實例表明：改進后的軟件界面友好，質量檢核結果可視圖形美觀、易于分析，通過改進后的TEQC進行區域CORS站點數據預處理是一種有效的數據處理方法，而且通過BERNESE軟件對預處理前后數據分別進行基線解算與網平差，驗證了選用的5個質量指標能夠對觀測數據作準確的質量評估，對實現區域CORS站點數據質量檢核和用于高精度定位都具有重要意義。

表2　預處理前后的數據質量對比

表3　預處理前后測站點位RMS值對比　m

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[責任編輯：李銘娜]

Quality checking of regional CORS station based on TEQCLIU Zhimin1,2，YANG Tingting1,HUANG Chao1，ZHANG Haiping3，FENG Yantong3

(1.Geomatics College，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590,China；2.Key Laboratory of Geomatics and Digital Technology，Shandong Qingdao,Qingdao 266590,China；3.Shandong Provincial Institute of Land Surveying and Mapping，Jinan 250102，China)

Abstract：TEQC can carry out the quality inspection of GNSS data，edit and improve the quality of GNSS data，but this software runs in the DOS environment，of which the results cannot be visualized and have the shortage of human machine interactivity difference.On one hand，the visual encapsulation of QCVIEW is made and TEQC by Visual C# programming，as a result of which has achieved the expression of quality inspection and visualization based on WINDOWS interface.On the other hand，five indexes of data quality checking of CORS station are selected.In the end，the feasibility of the improved software is verified by the examples，and five quality indicators selected can be used to evaluate the quality of the observed data through solving the single-day-solution respectively by BERNESE.

Key words：TEQC；CORS station；quality checking

中圖分類號：P228

文獻標識碼：A

文章編號：1006-7949(2016)05-0001-05

作者簡介：劉智敏(1975-)女，副教授，博士.

基金項目：國家自然科學基金資助項目(41374009)；山東省高校海洋測繪重點實驗室開放基金(2013B04)

收稿日期：2015-06-05；修回日期：2015-07-29