TEQC与CF2PS在BDS数据预处理中的应用

党金涛，李建文，黄 海，罗 璠

(解放军信息工程大学导航与空天目标工程学院，河南 郑州 450001)

0 引 言

TEQC是由UNAVCO Facility研制的GPS/GLONASS数据预处理软件，目前在Rinex 2.11扩展格式中已经加入了对BDS观测数据的支持。利用TEQC可以实现RINEX格式数据的头文件信息编辑、质量检查、周跳的探测与修复以及点位概略坐标计算等。CF2PS基于GMT绘图软件，可以对TEQC产生的结果文件进行绘图，其源代码是开放的，生成的PS格式绘图文件可以转换成其他格式，便于图形的查看和操作。利用TEQC+CF2PS对BDS观测数据预处理，具有占用空间小，对硬件系统要求低，跨系统平台等优点。但是两者都基于DOS环境，人机交互性差，手动操作慢，给外业观测工作带来了不必要的麻烦[1]，因此，结合这些软件及BDS，需要开发一个具有图形可视化和可以批处理的BDS数据预处理程序，具有明显的现实意义。

1 TEQC与CF2PS 简介

1.1 TEQC

数据编辑:

1)剔除观测条件不好的卫星

如剔除BDS第5号卫星的观测数据，命令为：

>teqc-C5 inputfile >outputfile

2)RINEX文件的切割

利用时间窗口可以对RINEX文件进行任意切割，对提取RINEX数据的提取相当容易。经常使用的参数如下：

-stYYMMddhhmmss表示提取从该时刻直到结束观测的时间段数据；

-e YYMMddhhmmss表示提取从开始观测直到该时刻的时间段数据；

+d[h/m/s]，表示默认从开始观测起，向后提取一定的时间间隔数据；

-d[h/m/s]，表示默认从结束观测起，向前提取一定的时间间隔数据；

如提取从开始观测到1 h后的时间段数据，命令为：

>teqc +dh 1 inputfile >outputfil.

3)RINEX文件的合并

TEQC可以将时间上连续的几个RINEX文件合并成一个，命令为

>teqc filel file2...>outputfile

质量检核:

TEQC质量检核的基本原理是通过伪距和相位观测量的线性组合来计算多路径效应、电离层延迟、电离层延迟变化率、周跳数以及接收机噪声等。

根据是否使用导航文件，TEQC质量检核分为qc-lite和qc-full两种模式。运用TEQC软件对观测数据进行质量检查的常用命令如下：

>teqc +qc [-nav N-file]O-file

TEQC在qc-lite模式下运行(本文以BDS观测数据的B1频点、B2频点为例进行阐述)，会产生7个结果文件。分别为*.yys(报告总结)、*.ion(电离层对B1载波相位的影响)、*.iod(电离层延迟的变化率)、*.mp1、*.mp2(B1、B2载波上的多路径效应)、*.sn1、*.sn2(B1、B2信号的信噪比)。qc-full模式会产生另外两个结果文件：*.azi(卫星方位角)、*.ele(卫星高度角)。其中，*.yys文件记录了几个关键性指标MP1，MP2，o/slps.MP1，MP2分别表示B1、B2载波上多路径效应对伪距和相位影响的综合指标，其结果以均方根RMS表示。o/slps表示观测数据历元数与周跳数之比，其中，周跳数指多路径效应周跳数与电离层延迟周跳数之和。通过这几个关键性指标，可以看出观测数据质量的好坏。

1.2 CF2PS绘图

CF2PS的绘图操作非常简单，常用的命令参数：-i 用来指定输入文件；-o 用来指定输出文件；-s 用来选取用来绘图的卫星列表；-d 用来指定不绘图的卫星列表。如选取用来绘图的BDS卫星包括5号，10号，14号，其命令：>cf2ps -i inputfile [-o outputfile]-s "05 10 14"，其中，默认输出文件名与输入文件名一样，不指定卫星列表时，默认对观测数据中的所有卫星绘图。

由于CF2PS产生的绘图文件为PS格式，需要专门的PS阅读软件打开才能查看(如GSview).但是其源代码是开放的，经作者修改后，可以直接生成PNG的图片格式，其转换命令为：

>ps2raster psfile -A -P -Tg

同时，修改后的CF2PS充分利用GMT优秀的专业绘图功能，可以获得更好的绘图效果，更便于图形的查看和分析。

2 BDS数据预处理程序设计

针对TEQC和CF2PS人机交互性差和手动操作慢的缺点，作者编写了BDS观测数据预处理软件，实现了批处理和图形可视化的功能。整个数据预处理程序设计流程如图1所示。

图1 BDS数据预处理程序设计流程

随着卫星导航系统的多元化发展，产生了能够满足多系统观测数据的Rinex 3.01格式。因此，该程序以Rinex 3.01格式的观测数据为输入，进行格式转换，以得到TEQC能够处理的2.11格式。该程序在利用TEQC质量检核和CF2PS批量成图后，对于需要数据编辑的观测数据，可以选取卫星进行详细的查看和分析，以确定数据编辑方案。在数据编辑完成后，选取预处理后的观测数据，再次利用TEQC和CF2PS进行批处理，以检核预处理后的数据质量。

BDS数据预处理程序的界面如图2所示。其中，“TEQC批处理”按钮能够实现qc-lite和qc-full两种模式的质量检核，可以对多站多天的观测数据进行批处理；“TEQC数据编辑”按钮集成了常用的命令模板，可以在下拉列表中选择合适的命令，然后修改相应的参数，即可得到所需的数据编辑命令。

图 2 BDS数据预处理程序界面

3 BDS数据预处理实例分析

采用全球连续监测评估系统(iGMAS)的3.01格式的观测数据。目前iGMAS国内的BDS/GPS/GLONASS/Galileo四系统跟踪站已开始运行，并利用这些跟踪站数据对各卫星导航系统进行了初步的评估，而一个全球范围的跟踪站网络也正在建设之中。本文实例分析了2013年09月18日至2013年09月24日一周的观测数据，共包括五个站点:北京站(BJF2)、桂林站(GUA1)、上海站(SHA1)、拉萨站(LHA1)和昆明站(KUN1)。目前，国际GNSS服务组织(IGS)的数据质量检测表明， 2/3的IGS站的MP1平均值小于0.5，2/3的MP2平均值小于0.75，超过半数的o/slps年平均值大于200.但是由于iGMAS系统初步建成，不能直接采用IGS的观测数据质量作为参考标准，BDS的观测数据质量需要进一步分析和评定。

对五个站的观测数据进行质量检核，其统计结果如表1所示。

表1 各测站观测数据MP1、MP2统计 (单位：m)

从表1中可以看出：1)BJF2站、GUA1站的多路径效应周平均值很小，说明BJF2站、GUA1站的数据质量很好，可能是因为测站的星地观测几何和观测环境都比较好，不需要进行数据预处理；2)其他测站B1频点的多路径误差整体要比B2频点大(SHA1站除外)。为了确定数据检核的参考标准，对这五个站的周平均值MP1，MP2取平均值，MP1为0.726 7,MP2为0.688 0，o/slps视各测站具体情况而定。以此为参考标准，可以看出，SHA1站点的MP2周平均值偏大，KUN1站点的MP1周平均值偏大。两个测站在年积日267天的多路径值都比较大，下面以SHA1站第267天的观测数据为例，说明数据预处理过程。

SHA1站预处理前：MP1为0.728 0,MP2为0.782 0，o/slps为84.其中，电离层延迟跳变数为122，多路径效应跳变数为233,可见SHA1站跳变严重，观测环境比较差。SHA1站的多路径效应如图3所示。

图3 B1、B2频点预处理前的多路径效应 (a)B1;(b)B2

把图3放大后，可以看出5号星双频的多路径效应都比较大，超过10 m，需要剔除5号星的观测数据。输入指令：>teqc- G05 SHA12670.13O >SHA12670_1.13O.

剔除5号星后，重新进行检核SHA12670_1.13O，得到第一次预处理后的多路径效应，MP1为0.631 4,MP2为0.691 1，o/slps为114，如图4所示。其中，电离层延迟跳变数为25，多路径效应跳变数为211.结合图4可以看出，所有卫星的多路径效应跳变都分散在全天，并且多数为小周跳，说明SHA1站周围的观测环境不稳定，导致多路径效应产生小范围的频繁抖动，因此预处理后的多路径效应跳变数不能明显减少。

图4 B1、B2频点第一次预处理后的多路径效应(a)B1;(b)B2

第一次预处理后的电离层延迟如图5(a)所示，放大后可以看出,从12 h 10 min到13 h 40 min的时间段，所有卫星电离层延迟都发生了较大跳变，超过50 m，需要删除这个时间段内的数据。依次输入指令：

>teqc -e 20130924121000 SHA12670_1.13O >SHA12670_2.13O

>teqc -st 20130924134000 SHA12670_1.13O >SHA12670_3.13O

>teqc SHA12670_2.13O SHA12670_3.13O >SHA12670_4.13O

再对观测数据文件SHA12670_4.13O重新进行检核，得到第二次预处理后的电离层延迟，MP1为0.6187,MP2为0.6798，o/slps为132，如图5(b)所示。其中，电离层延迟跳变数为2，多路径效应跳变数为190，可见电离层延迟跳变得到明显改善，而多路径效应跳变改善不大。

图5 第二次预处理前后的电离层延迟(a)第一次；(b)第三次

第二次预处理后的数据质量已经达到参考标准。虽然多路径效应跳变数偏大，但综合考虑数据的完整性以及数据质量要求，SHA1站的观测数据不必再做进一步处理。

同样地，可对KUN1站第267天的观测数据进行类似的预处理。预处理前后，KUN1站的MP1值减少了15.4%，MP2值减少了13.2%，o/slps提高了57.36%，从而达到了BDS数据预处理的目的。

4 结束语

本文结合TEQC和CF2PS的优点，编写了BDS的数据预处理程序，实现了批处理和图形可视化，克服了两者基于DOS环境，人机交互性差，手动操作慢的缺点。

结合IGS数据质量的参考标准，通过实例，分析了BDS数据质量的参考标准，对观测数据进行了预处理和质量评定，使预处理后观测数据的质量得到了明显的改善。

致谢：信息工程大学iGMAS分析中心提供的数据支持。

[1]林 爽,周宗君.TEQC 数据质量检查和界面开发[J].地理空间信息,2009,7(4):162-164.

[2]田云锋.TEQC 在 GPS 数据预处理中的应用[J].计算机与信息技术,2008(12):25-29.

[3]刘 刚,李征航,于晓歆.TEQC 与 CF2PS 在 GPS 数据预处理中的应用[J].地理空间信息,2010 (5):146-148.

[4]古伟洪,田鹏波,王振辉.运用 TEQC 软件对 GPS 数据的预处理与质量评定 [J].地理空间信息,2008,6(6):37-39.

[5]李 冲,何鑫星,刘云青.TEQC 在 GPS 数据质量检查中的常见问题及解决方案[J].全球定位系统,2010,35(5):48-50.