TEQC在GPS控制网检查中的应用

陈金林 付宁波

（江西省测绘成果质量监督检验测试中心 江西南昌 3300209）

TEQC在GPS控制网检查中的应用

陈金林 付宁波

（江西省测绘成果质量监督检验测试中心 江西南昌 3300209）

简述了TEQC检查和分析RINEX格式观测数据的基本原理，结合某D级GPS控制网工程实际，实地设站观测C级GPS起算点并对观测数据进行质量检核，以检查起算点观测环境和站址选择的合理性。

TEQC；控制网；起算点；质量检核

1 前言

按照GB/T18314《全球定位系统(GPS)测量规范》要求，GPS测量按照精度和用途分为A、B、C、D、E级共五个等级。用于中小城市、城镇以及测图、地籍、土地信息、房产、物探、勘探、建筑施工等控制测量的GPS测量，应满足D、E级GPS测量的精度要求。B、C、D、E级网布设时，测区内高于施测级别的GPS网点均应作为本级别GPS网的控制点，并在观测时纳入相应级别的GPS网中一并施测。对于D、E级GPS控制网，规范要求GPS接收机为双频或单频。工程实践中，在既满足规范要求又降低成本的条件下，GPS控制网施测是大部分采用的是单频GPS接收机。相比双频而言，单频GPS接收机观测的数据类型要少，反映整个观测质量和测站观测环境的有效信息也不全，且多数GPS数据预处理软件处理的对象是双频GPS观测数据。布设GPS控制网时，联测起算控制点的选择至关重要，对选起算点的选点质量、埋石质量、观测环境、观测质量和平面精度等要求比较高。对于GPS控制网检查而言，通常采用高一级精度检查原则，多采用双频GPS接收机进行实地设站观测，野外主要是检查起算控制点的选点质量、埋石质量、站址周围的观测环境和观测数据的质量是否满足要求。对于双频GPS接收机观测数据，通常是采用GPS数据预处理软件TEQC来进行检查和分析多路径效应、观测噪声、数据有效率、卫星状况、电离层活动性等情况，以初步确定起算控制点站址的合理性和观测质量。

2 TEQC分析GPS观测数据原理

TEQC(Translation、Editing、andQualityChecking)是由UNAVCOFacility为研究GPS监测站数据管理服务研制的公开免费软件，被广泛应用于GPS数据预处理，有助于对观测误差的分析，特别是提高测量成果的精度。TEQC主要功能有数据格式转换、编辑和质量检核。

TEQC数据检核主要采用GPS观测数据及其广播星历信息，利用伪距和载波相位观测值的线性组合方法来计算数据质量评定的各种指标。由于该软件是基于DOS程序界面，与用户的交互需通过为命令实现，只要在DOS界面下输入相应的命令，就能生成各种质量检核文件。

在DOS界面下输入：＞teqc+qcGPS．10OGPS．10N

该命令是以对观测文件进行数据质量检核，将生成以下九个文件：

GPS．09S：检核报告汇总文件，列出了高度截止角、采样率、观测卫星数、测站近似坐标、观测历元、观测值统计、观测值删除统计以及比较重要的平均多路径误差MP1、MP2、o／slips值等信息，是TEQC软件检查结果的核心信息。

GPS．azi：卫星方位角，GPS．ele：卫星高度角

GPS．ion：L1载波的电离层延迟观测值，GPS．iod：电离层延迟变化率

GPS．mp1：L1载波上C／A码或P码伪距多路径影响

GPS．mp2：L2载波上的P码伪距多路径影响

GPS．sn1：L1载波的信噪比，GPS．sn2：L2载波的信噪比

GPS观测站点的观测环境、观测数据的质量主要反映在：观测的有效率、SN1、SN2、MP1、MP2、CSR这几个量上。MP1、MP2分别表示L1、L2载波上的多路径效应对伪距和相位影响的综合指标。其公式推导如下：

载波相位和伪距观测方程：

上述公式中：i=1、2；m、M分别为测相和测码伪距多路径误差，λ表示波长，N表示整周模糊度，Ne表示局部电子密度。我们假设两个频率穿过大气的路径是相同的，因此我们得到：

我们定义电离层延迟的变化率：

P1，P2分别为双频伪距观测值，L1，L2分别为相位观测值。观测值和周跳比以另外一种形式CSR来表示：

若无周跳发生，则B1，B2为常量，m1，m2远小于M1，M2，因此，MP1和MP2主要为伪距的多路径效应影响，可用来衡量多路径效应的程度。测码伪距和测相伪距都受到多路径效应的影响，在一定反射条件下，对测码伪距的影响可达米级，而对测相测码伪距的影响也可达厘米级；载波相位值的多路径误差对点位坐标的影响，一般条件为±（1～5）cm，在较高反射环境下可达到±19cm。在解算模糊值时，如果采用码/载波相位值综合技术解算模糊值时，码信号的多路径误差将变得特别严重。因此，在实际的GPS测量工作，无论采用合种测量方法都要考虑多路径误差的影响并采取避免或减弱多路径效应误差的措施。

对于TEQC检查结果，有下列几种情况：

(1)当TEQC软件给的信噪比指标，SN1＜4．5，SN2＜5．5时应该考虑更换点位

(2)当TEQC软件给的多路径指标，MP1＞0．35，MP2＞0．45时应该考虑更换点位

(3)有效率＝实际观测值个数/期望观测值个数，一般要求大于85%比较好，否则该站需要变考虑更换站址，观测数据作为选点的有效依据并进行保存。

(4)1/2的CRS值小于0．5。

3 TEQC数据质量分析实例

测区位于某县城区及城区西北方向，测区地势为丘陵和山地，平均海拔约380米。范围在东径115° 19′～115°25′，北纬25°06′～25°11′之间。测区内水网较丰富，濂江自东南向西北穿过测区；S223省道从南向北穿境而过，交通较为便利。测区县城中心房屋密级，丘陵地以种植脐橙为主，山地上树木茂盛，给测量工作带来很多困难。本测区布设的首级控制网为D级GPS网，采用南方9600型GPS单频接收机进行静态同步观测，解算时以江西省C级GPS点V525、V526和V518作为起算点。控制网检查时，按相关规定抽取5个未知点并联测V525。为了检验起算点的观测环境和观测质量，我们采用中海达V8双频GPS接收机进行实地观测。观测前设置采样间隔为20秒，卫星高度截止角10度，观测后及时下载原始数据并转换为RINEX格式，运用TEQC软件对RINEX格式观测数据进行质量分析，S文件中的一些主要指标如下：

从上面可以看出，本次观测时间为2010年11月3日，时段长为3．161小时，采样间隔为20秒，数据有效率为99%，MP1为0．22，MP2为0．26，CSR= 1000/4545=0．22。MP1反映的是伪距多路径效应，MP2反映的是伪距多路径效应和接收机噪声的强度，其值越大表明接收机对多路径效应越明显。通过以上数据分析表明V525站对多路径效应的反应不太明显，且比较MP1和MP2(图1和图2)发现，MP2的值总体上大于MP1的值。

图1 :MP1

图1 :MP2

为了研究多路径效应、信噪比、电离层延迟和电离层延迟微分与卫星高度角变化之间的关系，我们选择10号卫星(PRN10)来进行实例分析。PRN10在整个观测时段中一直处于观测状态，且卫星经历了从升起至最高点，再下降的过程，具有典型代表性(如图：3)。

图3 :PRN10卫星高度角

图4 :PRN10卫星MP1

图5 :PRN10卫星MP2

图6 :PRN10卫星SN1

图7 :PRN10卫星SN2

图8 :PRN10卫星IOD

图9 :PRN10卫星ION

由图可知，10号卫星高度角解在整个观测时段内的变化范围约为：26～82度。由图4和图5可知：在卫星锁定的初始5分钟左右，MP1和MP2变化比较小；当随着卫星逐渐上升，高度角不断增大，MP1和MP2变化幅度逐渐增大，卫星受多路径效应影响较明显；当卫星高度角在60度以上时，与之前相比，MP1和MP2变化较为规律和平缓，说明角度越高，卫星受多路径影响较小。通过对整个观测时段统计分析：MP1值在［-0.4m，0.4m］范围之内，平均值为-0.061，标准差为0.131；MP2值绝大部分在［-0.4m，0.4m］范围之内，只有很少一部分在［-0.7m，-0.4m］范围之内，最大值约为-0.68左右，平均值为-0.086，标准差为0.161。MP2值总体上大于MP1，说明L2通道受多路径效应影响比L1通道明显。

由图6和图7可知：在卫星锁定的初始阶段，SN1在6～7之间变化，SN2在5～6之间变化；随着卫星高度角逐渐增大，SN1和SN2变化逐渐趋于稳定，当卫星高度角大于50度时 （约07:15时），SN1和SN2保持为一个常数值，分别为8和7，L1和L2观测质量受卫星高度角变化影响很小。通过信噪比统计分析：SN1平均值为7.699，标准差为0.478；SN2平均值为6.773，标准差为0.427。统计表明，SN1大于SN2，L1通道比L2通道的性能稳定，对低高度角卫星信号的跟踪能力较强。

由图8和图9可知：在低卫星高度角，特别是卫星被锁定的初始阶段，电离层延迟变化率值较大，最大超过300cm/min。随着卫星高度角增大IOD的值逐渐减小，当卫星高度角在55度(约07:30时)左右时，IOD的值约为100cm/min；当卫星高度角达最大时 (约82度，08:35时左右)，IOD的值在零左右；随后卫星下降，卫星高度角开始逐渐减小，IOD的值也随着减小，但总体上变化趋于稳定，其值在零附近有规律变化，直至观测时段结束。TEQC生成的S文件中，IOD的阀值为 400cm/min，如果IOD值大于400cm/min，一般认为存在相位周跳。

对于ION而言，在低高度度时，ION值较小，此时L1电离层延迟观测值增幅较大 (曲线斜率大)，随着卫星不断上升，ION的值不断增大，但ION增幅逐渐减小；当卫星上升到最高时，ION的值仍不断增大，但ION增幅趋于稳定，直至观测时段结束。整个观测时段中，IOD的平均值为0.079，标准差0.069，ION平均值为10.957，标准差4.169。

4 结论

本文对某D级GPS控制网采用的江西省C级GPS起算点V525进行实地设站观测，利用GPS数据预处理软件TEQC及自编Matlab程序对RINEX观测数据进行了检查和分析，经研究分析表明：

4.1 V525测站的MP1和MP2值均小于工程实践经验值，测站对多路径效应不明显，或者说受多路径效应影响较小；数据有效率为99%(远大于85%)，GPS观测数据量有充分保证；CSR的值为0.22，在允许范围之内，说明观测值中的周跳情况不明显；这些重要指标表明，V525测站受观测环境影响较小，观测数据质量很好且观测数据可靠，因此，V525满足D级GPS控制网起算点的各项要求。

4.2 本文为细致探讨卫星高度角与MP1、MP2、SN1、SN2、IOD和ION之间的联系，选择了具有代表性的PRN10卫星做为研究对象，分析表明：刚跟踪和锁定卫星的几个历元卫星信噪比较小，卫星信号质量不佳，所以，在数据处理中可考虑剔除；随着卫星高度角的降低，GPS观测数据信噪比也会降低，多路径效应、电离层影响都比较明显，从而影响定位成果。本观测时段中PRN10卫星的MP1、MP2、SN1、SN2、IOD和ION均在有效值范围之内，观测质量较好。

4.3 利用GPS数据预处理软件TEQC对测站RINEX格式观测数据进行质量检核，能快速、准确和有效判断各种误差的影响，评定观测数据质量，从而确定GPS观测站周围的观测环境和观测质量如何，对于GPS控制网选址和选用起算点具有重要的参考价值。

［1］UNAVCOFacility．TEQC［EB／OL］．http：／／www．unavco．ucar．edu／software／teqc／teqc．html，2009-07-16．

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［3］党亚民，秘金钟，成英燕．全球导航卫星系统原理与应用［M］．北京：测绘出版社，2007．

［4］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．

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