昆明周邊IGS跟蹤站數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計與評估

楊勇喜，王 媛，聞 平，吳弦駿

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，昆明 650051)

昆明周邊IGS跟蹤站數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計與評估

楊勇喜，王 媛，聞 平，吳弦駿

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，昆明 650051)

為了在高精度GNSS網(wǎng)解算時更有效地選取IGS跟蹤站，提出對IGS跟蹤站的GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量進行統(tǒng)計和評估。采用TEQC軟件對2016年昆明周邊21個IGS跟蹤站的GNSS觀測數(shù)據(jù)進行研究，結(jié)果表明：KUNM和XIAN跟蹤站無可用數(shù)據(jù)，16個IGS跟蹤站的數(shù)據(jù)天數(shù)在200 d以上；PIMO跟蹤站數(shù)據(jù)有效率最低，為83 %，數(shù)據(jù)有效率95 %以上的跟蹤站共有11個；TCMS跟蹤站受多路徑效應影響最小，IISC、PIMO、SHAO和ULAB 4個IGS跟蹤站受多路徑效應影響較大；PIMO和SUWN跟蹤站觀測數(shù)據(jù)周跳嚴重，CSR值在5.5以上。

IGS跟蹤站；TEQC軟件；數(shù)據(jù)有效率；多路徑效應；CSR值

0 引言

全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(global navigation satellite system，GNSS)已被廣泛應用于地學研究領(lǐng)域。國際GNSS服務(International GNSS Service，IGS)是由國際大地測量協(xié)會(International Association of Geodesy，IAG)于1994年成立的國際協(xié)作組織，旨在為地球參考框架、地球旋轉(zhuǎn)、地球觀測，以及定位、導航、授時(positioning，navigation and timing，PNT)以及其他應用領(lǐng)域提供高質(zhì)量的GNSS觀測數(shù)據(jù)和產(chǎn)品[1]。大型水利水電工程中，高精度的GNSS控制網(wǎng)成果需要聯(lián)測IGS跟蹤站，從而納入國際地球參考框架(international terrestrial reference frame，ITRF)[2]。

滇中引水工程作為一項特大型跨流域調(diào)水工程，需要可靠的高精度測量控制網(wǎng)提供保障。為滿足工程建設、竣工驗收和安全運行等階段的需求，擬建立一等和二等平面控制網(wǎng)，其中，一等平面控制網(wǎng)按B級GNSS網(wǎng)的技術(shù)要求建立。根據(jù)規(guī)范要求，B級GNSS網(wǎng)應該以適當數(shù)量和分布均勻的A級GNSS網(wǎng)點或IGS跟蹤站的坐標和原始觀測數(shù)據(jù)為起算數(shù)據(jù)[3]。IGS跟蹤站24 h連續(xù)觀測，數(shù)據(jù)提供公開下載，而且其坐標值更新及時；為將測量控制網(wǎng)納入ITRF框架，聯(lián)測IGS跟蹤站更具優(yōu)勢。

為滿足滇中引水工程B級GNSS網(wǎng)的解算需要，本文對昆明周邊IGS跟蹤站的數(shù)據(jù)質(zhì)量進行統(tǒng)計和評估，以利于解算過程中IGS跟蹤站的選取。

1 軟件和質(zhì)量指標

TEQC(translate，edit，quality check)是一個操作相對簡單、功能較為強大的GNSS數(shù)據(jù)預處理軟件[4]，廣泛應用于GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢查和分析中[5-10]。TEQC軟件是通過輸入命令行參數(shù)運行的，其主要的功能有：1)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，將不同型號儀器的原始數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為標準數(shù)據(jù)格式；2)接收機自主交換格式(receiver independent exchange format，RINEX)數(shù)據(jù)編輯，可以修改文件頭部分，也可以對rinex數(shù)據(jù)根據(jù)需要進行分割與合并、觀測值類型的刪減、衛(wèi)星系統(tǒng)的選擇、數(shù)據(jù)采樣率的設置、衛(wèi)星高度角的設置等；3)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查，用于檢查雙頻GNSS接收機動態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)的質(zhì)量[4]。本文采用的TEQC版本號為“2016Nov7”。

TEQC的質(zhì)量檢查功能是基于偽距觀測值和載波相位觀測值的線性組合，計算出相應的指標，同時生成結(jié)果文件。主要的質(zhì)量指標位于S文件中，以BJFS跟蹤站為例，S文件中典型的匯總信息如表1所示。

表1 S文件匯總信息

表1中：hrs表示持續(xù)觀測時間(單位：h)；dt表示觀測值的時間間隔(單位：s)；#expt、#have分別表示理論觀測值個數(shù)與實際觀測值個數(shù)；%表示數(shù)據(jù)有效率，是#expt和#have的比值；o/slps表示觀測值和周跳的比值，反映GNSS數(shù)據(jù)的周跳情況；mp1、mp2分別表示L1、L2載波的多路徑效應(單位：m)，其計算公式[9]為：

(1)

(2)

式中：P1、P2分別為L1、L2波段上的偽距觀測量；Φ1、Φ2分別為L1、L2波段上的載波相位觀測量；α為L1、L2波段的頻率f1、f2之比的平方和。

本文采用周跳率(cycle slip rate，CSR)作為周跳情況的評價指標，從而更加直觀地反映周跳情況，其定義為

(3)

式中：R為o/slps值；CSR的含義是1 000個有效觀測值含有的周跳個數(shù)。

本文對昆明周邊IGS跟蹤站數(shù)據(jù)進行質(zhì)量統(tǒng)計和評估采用的指標主要包括觀測數(shù)據(jù)的天數(shù)、數(shù)據(jù)有效率、多路徑效應、CSR。

2 質(zhì)量檢查和評估

昆明的概略坐標為25°N、102°E，采用就近原則，擬以周邊的IGS跟蹤站作為聯(lián)測點。在0°N—50°N、70°E—130°E范圍內(nèi)，昆明處于中間位置，包含的IGS跟蹤站共有55個，能夠滿足聯(lián)測的需要；因此選擇該范圍內(nèi)的IGS跟蹤站作為研究對象。由于部分IGS跟蹤站沒有可用的坐標值，聯(lián)測這些IGS跟蹤站是沒有意義的。剔除無可用坐標的IGS跟蹤站，選定BJFS、CHAN、CHUM、DAEJ、GUAO、HYDE、IISC、KUNM、LHAZ、NTUS、PIMO、POL2、SHAO、SUWN、TCMS、TNML、TWTF、ULAB、URUM、WUHN和XIAN等21個IGS跟蹤站的GNSS數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查和評估。圖1給出部分IGS跟蹤站的分布情況，位置相近的IGS跟蹤站僅保留一個。

圖1 昆明周邊IGS跟蹤站位置

下載2016年21個IGS跟蹤站的觀測數(shù)據(jù)，圖2給出各個IGS跟蹤站觀測數(shù)據(jù)的總天數(shù)。結(jié)果顯示，KUNM和XIAN 2個跟蹤站全年無數(shù)據(jù)，GUAO和NTUS 2個跟蹤站數(shù)據(jù)天數(shù)不足50 d，WUHN跟蹤站數(shù)據(jù)天數(shù)不足200 d，其他16個IGS跟蹤站數(shù)據(jù)天數(shù)都在200 d以上，其中300 d以上的跟蹤站有13個。

圖2 IGS跟蹤站觀測數(shù)據(jù)天數(shù)統(tǒng)計

由于KUNM和XIAN跟蹤站無數(shù)據(jù)，以下統(tǒng)計計算不再考慮這2個跟蹤站。圖3給出19個IGS跟蹤站觀測數(shù)據(jù)的有效率統(tǒng)計情況，同時給出數(shù)據(jù)有效率和一年內(nèi)數(shù)據(jù)有效率的中誤差。統(tǒng)計結(jié)果顯示：PIMO跟蹤站數(shù)據(jù)有效率最低，為83 %；URUM、IISC和WUHN 3個跟蹤站的數(shù)據(jù)有效率也都在90 %以下；數(shù)據(jù)有效率95 %以上的跟蹤站共有11個。NTUS和WUHN跟蹤站有效率中誤差在10 %以上，經(jīng)分析，是由某些天觀測數(shù)據(jù)有效率過低引起的，例如對于WUHN跟蹤站第146天，有效率為14 %。在聯(lián)測IGS跟蹤站時，應剔除有效率較低的數(shù)據(jù)。

圖3 IGS跟蹤站觀測數(shù)據(jù)有效率統(tǒng)計

對19個IGS跟蹤站的mp1和mp2分別統(tǒng)計，如圖4所示。統(tǒng)計結(jié)果顯示，IISC、PIMO、SHAO和ULAB 4個IGS跟蹤站的mp1、mp2值都在0.5 m以上，說明跟蹤站受多路徑效應影響較大。13個IGS跟蹤站的mp1值小于0.5 m，14個IGS跟蹤站的mp2值小于0.5 m。TCMS跟蹤站受多路徑效應影響最小。需要注意的是，CHAN跟蹤站mp1、mp2值從第342天的0.27、0.27突增到0.46、0.47 m，并保持穩(wěn)定，其原因有待進一步研究。ULAB跟蹤站第235和236天的mp1、mp2值達到1 m以上。

反映IGS跟蹤站觀測數(shù)據(jù)周跳情況的CSR指標統(tǒng)計如圖5所示。結(jié)果顯示，LHAZ、HYDE、SUWN和PIMO 4個跟蹤站的CSR值大于2，SUWN和PIMO 2個跟蹤站的CSR值更大，都在5.5以上。CHAN跟蹤站的中誤差最大，為4.3，經(jīng)分析是由第195和196天周跳嚴重引起的。綜合考慮，PIMO和SUWN跟蹤站周跳情況較為嚴重，在聯(lián)測這2個IGS跟蹤站時一定要謹慎。

圖4 IGS跟蹤站多路徑效應統(tǒng)計

圖5 IGS跟蹤站CSR統(tǒng)計

3 結(jié)束語

本文對2016年昆明周邊21個IGS跟蹤站的GNSS觀測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查和評估，對于聯(lián)測過程中IGS跟蹤站的選取具有一定的參考價值，研究得到的主要結(jié)論如下：

1)KUNM和XIAN跟蹤站無可用數(shù)據(jù)，16個IGS跟蹤站的數(shù)據(jù)天數(shù)在200 d以上。

2)PIMO跟蹤站數(shù)據(jù)有效率最低，為83 %，數(shù)據(jù)有效率95 %以上的跟蹤站共有11個。

3)TCMS跟蹤站受多路徑效應影響最小，IISC、PIMO、SHAO和ULAB 4個IGS跟蹤站受多路徑效應影響較大。

4)PIMO和SUWN跟蹤站觀測數(shù)據(jù)周跳嚴重，CSR值在5.5以上。

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GNSSdataqualitystatisticsandevaluationofIGSstationaroundKunmingcity

YANGYongxi，WANGYuan，WENPing，WUXianjun

(PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited，Kunming 650051，China)

In order to effectively select IGS stations in the solution of high-accurate GNSS network，the paper proposed to statistically analyze and evaluate the data quality of GNSS for IGS stations.The quality of GNSS data from 21 IGS stations around Kunming City in 2016 were statistically studied with TEQC software.Result showed that there was no available data for KUNM and XIAN stations，and there were more than 200 days available for 16 IGS stations；the ratio of data availability of PIMO station was the lowest，only 83 %，while those of 11 IGS stations were more than 95 %；the multipath effect on TCMS station was the weakest，while that on IISC，PIMO，SHAO and ULAB stations were significantly；the cycle slips of PIMO and SUWN stations were serious with CSR value above 5.5.

IGS；TEQC；ratio of data availability；multipath effect；CSR value

2017-02-27

楊勇喜(1989—)，男，河南周口人，碩士，助理工程師，研究方向為GNSS數(shù)據(jù)處理與分析。

楊勇喜，王媛，聞平，等.昆明周邊IGS跟蹤站數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計與評估[J].導航定位學報，2017，5(4)：119-122.(YANG Yongxi，WANG Yuan，WEN Ping，et al.GNSS data quality statistics and evaluation of IGS station around Kunming city[J].Journal of Navigation and Positioning，2017，5(4)：119-122.)

10.16547/j.cnki.10-1096.20170422.

P228

A

2095-4999(2017)04-0119-04