基于TEQC的深圳市連續(xù)運(yùn)行參考站數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

楊凡敏 張遠(yuǎn)

摘 要：本文利用TEQC軟件從多方面對深圳市連續(xù)運(yùn)行參考站（SZCORS）全部5個參考站連續(xù)半年的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢核與分析。分析結(jié)果表明：SZCORS各參考站總體運(yùn)行良好，能為廣大SZCORS系統(tǒng)用戶提供較好的GNSS觀測數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)完好率、周跳比和信噪比指標(biāo)均達(dá)到IGS站標(biāo)準(zhǔn)，其中南山站數(shù)據(jù)完好率及龍崗站周跳比值略高于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，且南山站多路徑效應(yīng)誤差較大。

關(guān)鍵詞：SZCORS；TEQC；數(shù)據(jù)質(zhì)量分析；質(zhì)量檢核

中圖分類號：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)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(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（Continuously Operating Reference Stations，CORS）是當(dāng)代GNSS技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，是多功能、多用途的綜合服務(wù)定位網(wǎng)絡(luò)，是城市數(shù)字化建設(shè)的基礎(chǔ)工程。

深圳市連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（Shenzhen Continuously Operating Reference Stations，SZCORS）是我國建立的第一個實用性的實時動態(tài)CORS系統(tǒng)，于2003年正式運(yùn)行。SZCORS在全市范圍內(nèi)共設(shè)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?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（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(wù)被廣泛應(yīng)用于各級測繪部門的日常生產(chǎn)，為各類建設(shè)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(yīng)用，產(chǎn)生了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

參考站連續(xù)正常運(yùn)行是CORS系統(tǒng)充分發(fā)揮作用的關(guān)鍵。但是，參考站在運(yùn)行過程中難免會受到自身及一些外界因素的干擾，從而導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量受影響。而觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量好壞不僅直接影響用戶使用，而且對后續(xù)提供高精度解算數(shù)據(jù)和實現(xiàn)區(qū)域坐標(biāo)框架的維護(hù)及整個CORS系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行也會產(chǎn)生影響。因此，對深圳市連續(xù)運(yùn)行參考站觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行分析尤為必要。

鑒于SZCORS運(yùn)行年限較長且近年來對其觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量分析較少，本文通過對SZCORS系統(tǒng)全部5個參考站2017年7至12月半年的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析，以便更好地了解系統(tǒng)，進(jìn)而更好地提供服務(wù)。

2 數(shù)據(jù)質(zhì)量評價指標(biāo)

對SZCORS各參考站獲取的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析，以檢核各參考站是否能輸出質(zhì)量好的GNSS觀測數(shù)據(jù)。所使用的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核軟件為TEQC。TEQC（Translation， Editing， and Quality Checking）是UNAVCO研制的GPS/GLONASS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件，主要功能包括：格式轉(zhuǎn)換、編輯和質(zhì)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(jìn)行GNSS數(shù)據(jù)中的誤差估計，可以反映出GNSS數(shù)據(jù)的完整性、多路徑效應(yīng)、接收機(jī)周跳和衛(wèi)星信號信噪比等信息，能快速且準(zhǔn)確地評定GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量。本文通過完好性觀測值、多路徑效應(yīng)、周跳比和信噪比指標(biāo)來評定各參考站觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量情況。

2.1 數(shù)據(jù)完好率

數(shù)據(jù)完好率是指完好觀測值總數(shù)與預(yù)計的觀測總數(shù)的比值，可以反映出參考站附近的遮擋、多路徑效應(yīng)等綜合影響。當(dāng)有效數(shù)據(jù)率低于85%時，參考站需要變更站址。

2.2 多路徑效應(yīng)

參考站周邊電磁環(huán)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(chǎn)生多路徑效應(yīng)[1]。TEQC中反映L1和L2波段多路徑效應(yīng)的是MP1和MP2數(shù)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(shù)據(jù)統(tǒng)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(jī)載波跟蹤中由于臨時失鎖，導(dǎo)致載波相位觀測中整周計數(shù)出現(xiàn)不連續(xù)的現(xiàn)象。TEQC中采用電離層殘差方法進(jìn)行周跳的探測與評定，處理結(jié)果文件中以o/slps值來表示觀測值周跳比。由IGS跟蹤站的數(shù)據(jù)統(tǒng)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(qiáng)度與噪聲強(qiáng)度的比值，大多數(shù)的接收機(jī)將SNR表示成C/N0，單位為dB/Hz。SNR主要受天線增益參數(shù)、接收機(jī)中相關(guān)器的狀態(tài)和多路徑效應(yīng)三方面的影響，GPS載波的信噪比可以反映載波的信號質(zhì)量問題。信噪比越大、信號質(zhì)量越好。根據(jù)IGS的數(shù)據(jù)檢測經(jīng)驗值，L1的信噪比大于4dB/Hz，L2的信噪比大于6dB/Hz。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

本文設(shè)計了一種數(shù)據(jù)預(yù)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(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析。首先對各個站每天的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩查，由于各種因素（接收機(jī)故障、網(wǎng)絡(luò)故障和斷電等）導(dǎo)致的一天觀測數(shù)據(jù)不足24h，按以下原則處理：將觀測時段不足0.75d（18h）的數(shù)據(jù)文件予以剔除。圖2為TEQC數(shù)據(jù)預(yù)處理設(shè)計流程圖。

3.1 數(shù)據(jù)來源

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

3.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量結(jié)果分析

3.2.1 數(shù)據(jù)完好率分析。完好率平均值統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

完好率指標(biāo)可以反映出參考站附近的遮擋、多路徑效應(yīng)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(shù)據(jù)規(guī)范要求；而龍崗站和南山站有部分天數(shù)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(yán)重，導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)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(jīng)調(diào)查可知，大鵬站當(dāng)天有一段時間處于設(shè)備故障期；建藝站則是因為期間更換設(shè)備操作，這與工作日志記錄相一致。

3.2.2 多路徑效應(yīng)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(tǒng)計分別如圖3和圖4所示，圖中橫坐標(biāo)為年積日，縱坐標(biāo)為各參考站MP1和MP2值；各參考站MP1和MP2平均值統(tǒng)計結(jié)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(wěn)定。無論是L1還是L2，信噪比值均隨高度角呈現(xiàn)一致的規(guī)律變化：先是隨著高度角上升而增大，而后達(dá)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(guī)范要求。

4 結(jié)語

本文基于TEQC軟件對SZCORS系統(tǒng)5個參考站2017年7至12月的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析，從數(shù)據(jù)完好率、多路徑效應(yīng)、周跳比和信噪比等指標(biāo)來評定各參考站觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量情況。分析得出：數(shù)據(jù)完好率質(zhì)量都較為良好，達(dá)到IGS站標(biāo)準(zhǔn)；各參考站的觀測環(huán)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(tǒng)用戶提供較好的GNSS觀測數(shù)據(jù)。其中，南山站數(shù)據(jù)質(zhì)量雖仍符合要求，數(shù)據(jù)完好性比例僅略大于閾值要求，相較其他4站數(shù)據(jù)完好性差距較大，也會對實時差分改正信息精度產(chǎn)生影響，建議對該站點(diǎn)進(jìn)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(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅和平，吳巍，邱蕾，等.深圳連續(xù)運(yùn)行參考站（SZCORS）的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測與分析[J].測繪與空間地理信息，2011（1）：78-80，83.