运用TEQC软件进行GPS数据质量分析及其在高速铁路框架网选址中的应用

王世君

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西西安 710043)

高速铁路框架网(CP0)是勘测、施工及运营维护过程中的平面控制起算基准。框架网建设涵盖了铁路建设及运营的整个生命周期,其成果质量至关重要。

数据质量是决定GPS基线解算精度的根本因素,在采用GAMIT/Bernese等软件进行基线解算前,对原始观测数据进行数据质量分析及数据编辑是获取可靠成果的重要保障。由于卫星信号传播误差是基线解算的一个重要误差来源,因此在高速铁路框架网建设中如何选择合适的站点,避免电磁干扰及多路径效应影响就显得尤为重要。

1 TEQC功能分析

TEQC是由UNAVCO (University NAVSTAR Consortium)开发研制的一套GPS/GLONASS数据预处理软件,向全世界公开。该软件在GPS原始数据质量检测及CORS选址中得到了广泛的应用。TEQC是一个操作简单但功能强大的GPS数据预处理软件,主要包含数据格式转换、数据编辑和数据质量检测三个功能模块。

数据格式转换模块可将来自于不同厂家、不同型号接收机采集的GPS原始观测数据转换为标准的R INEX格式GPS数据文件。

TEQC具有强大的数据编辑功能,主要包括头文件编辑、数据切割、数据合并、卫星系统的选择和卫星系统的禁用、设置卫星截止高度角及观测值类型。对于GPS、GLONASS双星接收机,可以用TEQC软件禁用GLONASS卫星,并且可以禁用任意一颗GPS卫星。

本文将重点讨论TEQC数据质量分析原理及其在高速铁路框架网CP0点选址中的应用。

2 TEQC数据质量分析原理

TEQC软件主要利用伪距观测值和相位观测值的线性组合进行GPS/GLONASS数据误差分析,通过计算观测数据的电离层延迟、多路径影响、周跳、卫星信噪比以及钟漂移来反映观测数据的质量,并可采用QCVIEW软件进行直观图形显示。

TEQC软件有两种数据检核方式,分别为qc-lite、qc-full,默认情况下,如果具备导航文件则采用qc-full方式,否则采用-qc-lite方式。进行数据质量检核后,将生成如下几个文件：

******.ion L2电离层观测值

******.iod L2电离层观测值变率

******.mp1 P1多路径观测值(包括接收机噪声)

******.mp2 P2多路径观测值(包括接收机噪声)

******.sn1 L1频率上的信噪比

******.sn2 L2频率上的信噪比

******.azi 卫星方位角 (在广播星历和观测数据同时使用时产生)

******.ele 卫星高度角 (在广播星历和观测数据同时使用时产生)

******.**S 质量检查摘要文件

其中******.**s是质量检查统计的结果文件,是TEQC软件的核心部分,主要用于对观测数据的质量评定,一般情况下观测人员主要是对该文件进行检查,从而确定观测数据的质量。其他几个文件主要用于作图,从而可直观的对每一颗或全部卫星的单项质量进行检查。

检查结果文件中的多路径效应影响的均方差(RMS)、观测值与周跳的个数比值，能够较好的反应观测数据的总体质量,在数据质量检查评定时具有重要的意愿。

设Mp1、Mp2分别表示为L1、L2载波上的多路径效应对伪距和相位影响的综合指标,其结果以均方差形式表述如下

Mp1=p1-[1+2/(α-1)]Φ1+[2/(α-1)]Φ2

Mp2=p2-[2α/(α-1)]Φ1+[2α/(α-1)]Φ2

式中,p1、p2分别是双频伪距观测值,Φ1、Φ2为双频相位观测值。

观测值与周跳的个数比值以o/slps形式在质量检查结果文件中直接给出,这里不在赘述。

3 在框架网选址中的应用

框架网存在于高速铁路整个生命周期,为铁路勘察、设计、施工、运营各个阶段提供统一的平面控制基准。因此，其点位选择要求比其他几级精密测量控制网显得更为严格。高速铁路框架网控制点位在具备良好的稳定基础之上,必须具备良好的观测环境,譬如无电磁波干扰、无大面积光滑的反射区、视野开阔等。

综合以上原因,在高速铁路框架网建站之前,很有必要采用双频GPS 接收机在初步选定的站址上进行实地24 h的测试,以验证该点位是否适合作为CP0点。

在某高速铁路框架网建设中,共设计建立11个CPO点,采用这11个站点的24 h的连续观测数据,运用TEQC软件进行数据质量分析以判定初步选择的站点是否满足选址的要求。质量分析统计结果如表1所示。

从表1可以看出,除HD03站点之外,其他各站点数据质量较好,完全能够满足高速铁路框架网站点选址的需要。下面重点对HD03站点进行分析。

HD03站点在L1、L2载波上多路径效应的影响值的均方差偏大,观测值与周跳的个数比值(o/slps)过低,在数据质量检核结果文件中，该站点上观测卫星情况如图1所示。

表1 多路径影响值及观测值与周跳比

通过对图1的卫星观测情况分析,发现该站点主要存在以下问题：①在观测过程中发生大量钟跳变,且各颗星的变化量不同,变化量为整毫秒；②相位中的电离层观测值发生大量跳变；③PN03、PN018、PN024、PN029卫星均发生卫星锁定失锁现象；④P1的多路径影响发生了跳变。

为了更直观的反映L1、L2上多路径效应影响值,采用UNAVCO研制的QCVIEW软件,利用TEQC进行数据质量检核生成的*.mp1、*.mp2文件了进行了数据质量分析。

图2、图3分别是L1上所有卫星的多路径效应影响值的综合显示以及影响最大的SV20卫星的直观图形显示。

图2 HD03站点L1上所有卫星多路径效应综合影响

图3 HD03站点L1上多路径效应综合影响最显著的SV20卫星的影响

图4是L2上所有卫星的多路径效应影响的综合显示。

图4 HD03站点L2上所有卫星多路径效应综合影响

通过对图2～图4的分析,多路径效应的影响值在L1、L2上均偏大,且L1上多路径效应综合影响更大于L2上多路径效应的综合影响。

综合以上分析,运用TEQC软件很好的评定了该框架网的数据质量,认为HD03站点的初步选址并不理想,该位置并不适合作为高速铁路框架网CP0点,有必要选择新的站点。

4 结束语

运用TEQC软件进行GPS数据质量检验,能够更好的了解GPS数据质量,为根据实际情况采取必要的措施来保证基线解算精度提供了重要的参考价值。通过对某高速铁路框架网进行GPS数据质量检验及实例分析,验证了其在高速铁路框架网站点选址中的重要意义。

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