TEQC求解多路径的应用与分析

葛 帅,刘 立,邱健状

(1.山东农业大学,山东 泰安271018;2.中国测绘科学研究院,北京100039)

0 引 言

GPS定位精度取决于原始观测数据的质量和处理算法的选择,控制GPS观测数据的质量主要包括:原始观测数据的有效性和数据质量,以及所选随机模型的精确性。原始观测数据的质量控制包括:数据的完整性,探测和修复周跳的能力,探测接收机钟跳,随机模型对原始观测数据的质量描述。GPS原始测量数据中不可预测的电离层延迟和多路径误差仍然会影响数据后处理结果的精度。因此,合理地对GPS数据进行预处理,可使数据后处理结果的精度有所提高。T EQCPLOT可以把经TEQC(Translation Editing and Quality Checking)生成的数据的绘成图形,直观显示各个卫星的多路径误差随时间的变化,进而通过T EQC的编辑功能对较大误差的时间段或卫星进行剔除,改善数据质量。

由于GPS接收机的数据存储格式并不是标准Rinex格式,还有多种可能的原因使观测数据的质量不符合要求,例如,仪器故障、仪器老化、测站多路径效应过高、测站附近电磁干扰严重、或信号中断,都有可能使数据质量下降。因此,在数据处理前,要对原始数据进行转换为统一格式和数据质量检验。对于大多数GPS/GLONASS原始观测数据,一个免费的TEQC软件允许使用者在数据预处理把许多不同厂家、不同型号接收机采集的原始观测文件转换为GPS数据处理中标准的Rinex格式,并且对其编辑和数据质量检查。TEQC是功能强大且简单易用的GPS/GLONASS数据预处理软件,是由UNAVCO facility研制的,可以公开免费下载(http://www.unavco.ucar.edu/software/teqc)。目前,IGS数据中心通常采用该软件对观测数据进行质量检核和控制[1-3]。

1 多路径在TEQC中的质量控制

在数据质量检查中,伪距和载波相位观测值的线性组合可用来计算L1伪距C/A或P码观测的多路径、L2 P码伪距观测多路径、电离层的影响和电离层延迟的改变率、接收机钟跳的信息,接收机周跳、站路径、卫星高度角和方位角、接收机钟漂、接收机信噪比[4]。

T EQC中基本的质量检查算法伪距和相位观测方程为

式中:Li=频率i的相位观测值(L1或L2);Pi=频率i的伪距观测值(P1或P2);R=站与卫星之间的距离;c=光速;dtr=接收机钟误差;dts=卫星钟误差;Ii=频率i电离层距离误差;N=对流层延迟;mi=频率i的相位多路径;Mi=频率i的伪距多路径;ni=频率i的相位观测整周模糊度;λi=频率i的波长。

为了得到多路径方程,可以使用Pi-Li代替I1或I2,并假设两个频率通过大气的路径大致相同,则MP1和MP2的线性组合为

而误差项:

由相位模糊度引起的,QC对MP1和MP2进行计算和控制,而MP1和MP2是随时间变化的,主要取决于Mi和Bi。假定在没有周跳时偏差项是一个常数,可根据线性组合均方根的变化量进行判断。相位多路径还有一个额外的效应,但在数值上,这个组合的多路径要比P码的多路径小很多,如果没有 P1伪距观测值,可以用C/A码伪距(RINEX C1)来代替。

2 TEQC软件的功能概述

TEQC软件的功能分为三部分:数据格式转换,Rinex数据文件的编辑和数据质量检核。TEQC是一个命令行软件,在DOS/Windows DOS环境下运行[5]。

下面是TEQC常用功能命令举例。

1)数据格式转换

＞teqc-tr do+nav abpo0200.09n abpo0200.dat＞abpo0200.09o

该命令为数据格式转换.其中,-tr是指接收机的种类为trimble;do指明输入文件是dat文件,输出为Rinex观测文件(o文件);+nav指明同时输出Rinex导航文件;转化结果为:abpo0200.09o和abpo0200.09n文件,＞指明新产生的文件名。

2)数据编辑

TEQC有四种基本的编辑类型:文件头部分的编辑、时间窗、Rinex文件的合并、卫星系统的选择。

时间窗可以指定开始时间,时间段或结束时间得到想要的组合数据文件。例如,假如你想要从开始时间03:00:00后的4 h的数据命令:

＞teqc-st 03∶00∶00+dh 4 abpo0200.09o＞abpo0201.09o

这里的年月日和开始历元的年月日一样,dh(hours),ds(seconds),dm(minutes),dd(days)。假如有24个一小时的Rinex观测文件abpo020a.09o-abpo020x.09o文件

Teqc abpo020*.09o＞abpo0200.09o

运行此命令会生成一个24 h的Rinex观测文件abpo0200.09。

T EQC可以把GPS/GLONASS混合数据文件分为纯GPS文件或纯GLONASS文件,命令为

Teqc-R godz0540.990＞godz054G.99o

Teqc-G godz0540.990＞godz054R.99o

会生成 godz054G.99o GPS Rinex观测文件和godz054R.99o GLONASS Rinex观测文件。-R是删除所有的GLONASS卫星,-G是删除所有的GPS卫星。也可以删除指定的卫星teqc-R10,16 godz0540.99o＞godz054M.99o删除 GLONASS 10和16号卫星。

3)T EQC软件的Quality check部分可以对GPS/GLONASS静态和动态双频接收机进行数据质量检核和评估。

＞teqc+qc+eepx abpo0200.09o＞result.xyz

该命令计算在空间直角坐标系下各个历元伪距单点的位置,要求当前目录下有相应的导航文件。

＞teqc+qc abpo0200.09o abpo0200.09n

对观测文件进行数据质量检查,生成文件有:abpo0200.09s(检核报告汇总)、abpo0200.ion(电离层延迟)、abpo0200.iod(电离层延迟变化率)、abpo0200.mp1(L1载波C/A或P码伪距的多路径)、abpo0200..mp2(L2载波P码伪距的多路径)、abpo0200.sn1(L1载波的信噪比)、abpo0200.sn2(L2载波的信噪比)、abpo0200.azi(卫星方位角)、abpo0200.ele(卫星高度角)。

3 求解实例分析

利用 TEQC软件对 abpo0200.09o和 abpo0200.09n文件,进行数据质量分析,TEQC通过对最近20 min的观测数据求得MP1和MP2的平均值,再减去该平均值作为多路径效应的波动结果(有正有负),可以有TEQCPLOT对数据质量结果生成的各个视图文件中的单颗卫星的数据波动进行分析。图1、2是用TEQC生成的多路径数据生成的多路径的变化情况,图3、4是模拟T EQC绘制多路径的情况。

根据T EQCPLOT绘制的多路径的图像可以看出,多路径随时间的变化而变化,其值基本上在0.8之内,有其mp1和mp2的均值,可以判断出该站是否有多路径的效应。

图3、4是自编程序模拟TEQC软件生成的mp1和mp2并用T EQCPLOT生成图像,从图3、4可以看出用自编程序生成的多路径基本上符合T EQC软件的要求。

图4 多路径mp2

4 结 论

T EQC软件可以对原始的观测数据进行数据质量控制,根据mp1和mp2可以判断测站是否有多路径影响,多路径的值越大表明接收机对多路径效应越敏感。信噪比也可以作为评价数据质量的指标。

[1] 范士杰,郭际明,彭秀英.TEQC在GPS数据预处理中的应用与分析[J].测绘信息与工程,2004,29(2):33-35.

[2] 聂桂根,王 院.TEQC软件对GPS数据质量的评定及软件界面的开发[J].全球定位系统,2003,28(4):31-38.

[3] 陈中新,奚长元,范占永,蒋 华.应用 TEQC对GPS连续参考站数据进行质量分析[J].全球定位系统,2007,32(3):35-37.

[4] Estey L H,Meertens C M.TEQC:The M uti-purpose Toolkit for GPS/GLONASS Data[J].GPS Solutions,1999,3(1):42-49.

[5] UNAVCO Facility.TEQC[EB/OL].http://facility.unavco.org/software/teqc/teqc.htm.l.