南京CORS數據質量評估方法研究

高奮生，劉 穎，賈 涼，鄧曉紅，許超鈐，劉 晨

（1.南京市城市規劃編制研究中心，南京 210029；2.南京市規劃和自然資源局，南京 210029；3.南京市城市地下管線數字化管理中心，南京 210029；4.武漢大學測繪學院，湖北 武漢430072）

目前，全球導航衛星系統（GNSS）包括中國北斗系統、美國GPS系統和俄羅斯GLONASS系統，以及正在建設中的歐盟Galileo系統。研究表明GPS、GLONASS、Galileo、BDS組合下的多頻多模的衛星導航定位技術將可以大幅提高CORS服務的性能[1]。

南京市規劃和自然資源局現有CORS站23個，其中原國土CORS于2007年建成，共包括14個CORS站點，原規劃CORS于2009年建成，共有9個CORS站點。

1 實驗數據

本文采集了2019年1月至11月共計11個月的數據，每個月前三日的觀測數據用于測試評估。為滿足23個站點共同組網的需要，本項目同時采集原規劃相應日期的觀測數據，并且將相應日期的廣播星歷文件和精密星歷文件一并收集。原規劃9個基準站和原國土14個基準站均提供1s采樣率的觀測數據，為橫向對比20個基準站的觀測質量，統一采用采樣間隔為1s的歷史觀測數據。

2 數據質量評估方法

本文采用TEQC軟件對實驗數據進行質量分析，主要指標涉及數據完整率、多路徑效應、信噪比和周跳。針對上述指標用于評估基準站的可靠性[2-6]。

2.1 數據完整率

數據完整率計算公式如下：

在指定截止高度角后，在當前測站利用廣播星歷計算的可見衛星的應收觀測值個數為應接收的理論數據；而實際接收數據按接收機的實際個數統計。該指標可以描述接收機在不同高度截止角范圍內的信號跟蹤情況。

2.2 多路徑效應

隨著GNSS理論和應用的不斷深入，許多影響信號觀測的誤差源（例如電離層誤差、對流程誤差、天線相位中心誤差等）正在減少，剩下的多路徑和遮擋成為重要的，有時甚至是支配性的誤差源。在理想情況下，GNSS接收機只接收來自衛星發射的直接信號，而在現實的觀測條件下，除了接收來自衛星直接發射的信號外，還會接收到同一信號經接收機周圍物體的反射而產生多個路徑的反射回來的信號，實際量測到的GNSS信號將是直接接收到的信號與反射回來的信號的迭加結果，這一現象叫多路徑效應。

多路徑具有周期性。多路徑的周期性主要受觀測環境的影響，即與多路徑的反射角度、反射物距離等有關。載波多路徑和偽距多路徑的影響量級不同，載波多路徑為cm級甚至mm級，而偽距多路徑影響相對較大，所以下式主要反映偽距多路徑的誤差大小。以BDS的B1和B2為例：

對于B1頻點：

對于B2頻點：

式中，MP1、MP2分別為B1和B2頻點的多路徑；P1、P2、B1、B2、f1和f2分別為偽距、載波觀測值和對應的頻率。

2.3 觀測值噪聲

信噪比（SNR）是衡量GNSS系統整體性能的一個重要指標，反映載波信號和噪聲信號的比重，不同的傳輸頻率有不同的信噪比， GPS系統中L1、L2兩個載波上的信噪比分別為SN1、SN2，值越大，信號質量越好。計算公式如下：

式中，S1、S2和N1、N2分別為GPS系統的信號功率和噪聲功率。

2.2 周 跳

周跳（cycle slips）是指在載波相位測量中，由于衛星信號失鎖而導致的整周計數跳變或中斷現象。周跳的發生主要與觀測環境、電離層與多路徑誤差、電磁干擾等能夠引起衛星信號中斷的因素有關，是反映載波相位觀測數據質量的重要指標之一。在TEQC數據質量分析軟件中采用觀測值和周跳的比值來反映觀測值周跳是否嚴重，其計算公式如下：

式中，o/slps為周跳比；num_all表示觀測值數量；num_skip表示周跳數量。由上式可知，o/slps越小，則周跳越明顯。一般情況下，o/slps應大于2 000。

3 南京CORS數據質量實際分析

利用NJCORS系統的23個站2019年1月至11月共計11個月的觀測數據進行數據質量分析，測試結果如圖1～9所示，涉及數據完整率、多路徑誤差等指標。為保證圖片輸出的直觀清晰，對采樣時間進行了優化，使時間間隔一致，時間軸不嚴格具體到采樣日期。

如圖1所示，NJCORS各測站的數據完整率均在97%以上，均滿足要求。由圖2和圖3可知，NJCORS各基準站的MP1和MP2均滿足要求。同樣，圖4和圖5可反映NJCORS各基準站的SN1和SN2均滿足要求。圖6是NJCORS各測站的周跳比情況，由圖6a可知，測站BTLU周跳比最高，即周跳現象最少。同理，圖6b反映出NJGC周跳現象最少。由圖6c、6d可知，NJHS，NJMJ，NJTS和NJXG周跳現象相對于其他測站較少測站NJLH存在10%的觀測數據不達標的情況。

圖2 NJCORS各基準站的MP1

圖5 NJCORS各基準站的SN2

圖6 NJCORS各基準站的周跳比

圖7 NJCORS各基準站周跳比超過2 000的觀測日期占總采樣日期的百分比

圖8 NJCORS各基準站周跳比超過2 000的觀測日期占總采樣日期的百分比

圖9 NJCORS各基準站周跳比超過2 000的觀測日期占總采樣日期的百分比

4 結 語

為實現全市位置服務的實時化、精準化、便捷化，推動管理體制機制完善，打破信息孤島，共享信息資源，創新服務模式，加強行業監管。對于NJCORS各基準站2019年的歷史觀測數據，從各項指標來看，絕大多數測站均滿足要求。但是，測站NJJH的觀測數據存在明顯的周跳現象。因此，為了保證NJCORS整體觀測數據的可靠性，應全面檢查NJJH周圍環境，重新評估該地址建站的合理性。