基于TEQC的深圳市連續運行參考站數據質量分析

楊凡敏 張遠

摘 要：本文利用TEQC軟件從多方面對深圳市連續運行參考站（SZCORS）全部5個參考站連續半年的觀測數據進行質量檢核與分析。分析結果表明：SZCORS各參考站總體運行良好，能為廣大SZCORS系統用戶提供較好的GNSS觀測數據；數據完好率、周跳比和信噪比指標均達到IGS站標準，其中南山站數據完好率及龍崗站周跳比值略高于規范標準，且南山站多路徑效應誤差較大。

關鍵詞：SZCORS；TEQC；數據質量分析；質量檢核

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）07-0031-04

Data Quality Analysis of Shenzhen Continuous Operation

Reference Station Based on TEQC

YANG Fanmin ZHANG Yuan

（School of Architecture and Surveying & Mapping Engineering， Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou Jiangxi 341000）

Abstract： In this paper， we used TEQC software to check and analyze the data from all 5 reference stations of Shenzhen continuous operation reference station （SZCORS） for six consecutive months. The analysis results showed that the overall good operation of each SZCORS base station， GNSS data could provide better SZCORS for the majority of users of the system； data intact rate， cycle slip ratio and signal-to-noise ratio indicators have reached the standard of IGS station， which Nanshan station and Longgang station data integrity rate jumps were higher than standard， and Nanshan station the effect of the error path.

Keywords： SZCORS；TEQC；data quality analysis；quality check

1 研究背景

連續運行參考站系統（Continuously Operating Reference Stations，CORS）是當代GNSS技術發展的熱點之一，是多功能、多用途的綜合服務定位網絡，是城市數字化建設的基礎工程。

深圳市連續運行參考站系統（Shenzhen Continuously Operating Reference Stations，SZCORS）是我國建立的第一個實用性的實時動態CORS系統，于2003年正式運行。SZCORS在全市范圍內共設有5個參考站，分別為大鵬站（SZDP）、建藝站（SZJY）、龍崗站（SZLG）、南山站（SZNS）和石巖站（SZSY），從而形成一個高精度、高時空分辨率、高效率和高覆蓋率的全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System，GNSS），各參考站的分布如圖1所示。SZCORS自建成以來，所提供的各項實時及事后服務被廣泛應用于各級測繪部門的日常生產，為各類建設項目提供了堅實可靠的支持，同時在國土等部門中也得到了普及應用，產生了良好的社會和經濟效益。

參考站連續正常運行是CORS系統充分發揮作用的關鍵。但是，參考站在運行過程中難免會受到自身及一些外界因素的干擾，從而導致觀測數據質量受影響。而觀測數據質量好壞不僅直接影響用戶使用，而且對后續提供高精度解算數據和實現區域坐標框架的維護及整個CORS系統正常穩定運行也會產生影響。因此，對深圳市連續運行參考站觀測數據質量進行分析尤為必要。

鑒于SZCORS運行年限較長且近年來對其觀測數據質量分析較少，本文通過對SZCORS系統全部5個參考站2017年7至12月半年的觀測數據進行質量分析，以便更好地了解系統，進而更好地提供服務。

2 數據質量評價指標

對SZCORS各參考站獲取的觀測數據進行質量分析，以檢核各參考站是否能輸出質量好的GNSS觀測數據。所使用的觀測數據質量檢核軟件為TEQC。TEQC（Translation， Editing， and Quality Checking）是UNAVCO研制的GPS/GLONASS數據預處理軟件，主要功能包括：格式轉換、編輯和質量檢核。TEQC的主要原理是利用偽距觀測值和載波相位觀測值的線性組合來進行GNSS數據中的誤差估計，可以反映出GNSS數據的完整性、多路徑效應、接收機周跳和衛星信號信噪比等信息，能快速且準確地評定GNSS數據質量。本文通過完好性觀測值、多路徑效應、周跳比和信噪比指標來評定各參考站觀測數據質量情況。

2.1 數據完好率

數據完好率是指完好觀測值總數與預計的觀測總數的比值，可以反映出參考站附近的遮擋、多路徑效應等綜合影響。當有效數據率低于85%時，參考站需要變更站址。

2.2 多路徑效應

參考站周邊電磁環境的干擾、高大建筑物的折射及如樹木等障礙物的遮擋均會產生多路徑效應[1]。TEQC中反映L1和L2波段多路徑效應的是MP1和MP2數值：

[MP1=P1-1+2α-1φ1+2α-1φ2] （1）

[MP2=P2-2αα-1φ1+2αα-1-1φ2] （2）

式中：[P1]和[P2]分別是L1、L2波段測碼偽距觀測值；[φ1]和[φ2]為L1、L2波段載波相位觀測值；[α]為L1、L2波段的頻率值之比的平方。從IGS跟蹤站的數據統計可知，2/3的IGS站[MP1]<0.5，[MP2]<0.75。

2.3 周跳比

周跳是指在GPS接收機載波跟蹤中由于臨時失鎖，導致載波相位觀測中整周計數出現不連續的現象。TEQC中采用電離層殘差方法進行周跳的探測與評定，處理結果文件中以o/slps值來表示觀測值周跳比。由IGS跟蹤站的數據統計可知，o/slps>100。

2.4 信噪比

信噪比（SNR）是指接收的載波信號強度與噪聲強度的比值，大多數的接收機將SNR表示成C/N0，單位為dB/Hz。SNR主要受天線增益參數、接收機中相關器的狀態和多路徑效應三方面的影響，GPS載波的信噪比可以反映載波的信號質量問題。信噪比越大、信號質量越好。根據IGS的數據檢測經驗值，L1的信噪比大于4dB/Hz，L2的信噪比大于6dB/Hz。

3 數據質量分析

本文設計了一種數據預處理方案，對SZCORS的5個參考站2017年7月至12月共6個月的觀測數據進行質量分析。首先對各個站每天的數據進行篩查，由于各種因素（接收機故障、網絡故障和斷電等）導致的一天觀測數據不足24h，按以下原則處理：將觀測時段不足0.75d（18h）的數據文件予以剔除。圖2為TEQC數據預處理設計流程圖。

3.1 數據來源

本文所用參考站觀測數據來自深圳市地籍測繪大隊數據控制中心；廣播星歷文件數據則可以從IGS全球數據中心CDDIS（ftp：//cddis.gsfc.nasa.gov/gps/data/daily）下載得到。

3.2 數據質量結果分析

3.2.1 數據完好率分析。完好率平均值統計結果如表1所示。

完好率指標可以反映出參考站附近的遮擋、多路徑效應和無線電干擾等綜合影響，可以看出大鵬、建藝、龍崗和石巖4個參考站的完好性全年均值整體高于85%，南山站略高于85%，均符合數據規范要求；而龍崗站和南山站有部分天數的數據完整度小于限值85%，與其余三個參考站存在一定的差距。分析原因主要是：龍崗站由于數據完整度波動較大，初步歸因于信號干擾；而南山站則由于所在樓層較矮，東南方向受新建高樓的遮擋較為嚴重，導致數據質量完好率相對較差。大鵬站與建藝站各有一天（年積日分別為230、207）完好率異常（完好率分別為51%、50%）。經調查可知，大鵬站當天有一段時間處于設備故障期；建藝站則是因為期間更換設備操作，這與工作日志記錄相一致。

3.2.2 多路徑效應分析。SZCORS各參考站的L1多路徑誤差MP1和L2多路徑誤差MP2半年變化情況統計分別如圖3和圖4所示，圖中橫坐標為年積日，縱坐標為各參考站MP1和MP2值；各參考站MP1和MP2平均值統計結果分別如表2、3所示。

從圖6至圖10可以看出，SZCORS各參考站L1和L2信噪比值比較穩定。無論是L1還是L2，信噪比值均隨高度角呈現一致的規律變化：先是隨著高度角上升而增大，而后達到峰值再下降。SNR1基本上大于SNR2，SNR1值的范圍為30～50dB/Hz，SNR2值的范圍為15～40dB/Hz，符合規范要求。

4 結語

本文基于TEQC軟件對SZCORS系統5個參考站2017年7至12月的連續觀測數據進行質量分析，從數據完好率、多路徑效應、周跳比和信噪比等指標來評定各參考站觀測數據質量情況。分析得出：數據完好率質量都較為良好，達到IGS站標準；各參考站的觀測環境基本良好，其中南山站多路徑誤差偏大；各參考站能為廣大CORS系統用戶提供較好的GNSS觀測數據。其中，南山站數據質量雖仍符合要求，數據完好性比例僅略大于閾值要求，相較其他4站數據完好性差距較大，也會對實時差分改正信息精度產生影響，建議對該站點進行遷移；對于龍崗站信號波動較大情況，建議更換新的接收機。

參考文獻：

[1]羅和平，吳巍，邱蕾，等.深圳連續運行參考站（SZCORS）的觀測數據質量檢測與分析[J].測繪與空間地理信息，2011（1）：78-80，83.