TEQC与QCVIEW32在GPS数据预处理中的应用

刘海锋，任 超，郑中天，蒋园园，梁月吉

（1.桂林理工大学 测绘地理信息学院，广西 桂林541004；2. 广西空间信息与测绘重点实验室，广西 桂林541004）

TEQC与QCVIEW32在GPS数据预处理中的应用

刘海锋1,2，任 超1,2，郑中天1,2，蒋园园1,2，梁月吉1,2

（1.桂林理工大学 测绘地理信息学院，广西 桂林541004；2. 广西空间信息与测绘重点实验室，广西 桂林541004）

TEQC是GPS数据预理中常用的工具，可对数据进行格式转换、编辑和质量检查；绘图工具QCVIEW32能对TEQC质量检查的绘图文件进行可视化处理。将TEQC与QCVIEW32相结合，对GPS观测数据进行了预处理。结果表明，采用该方法能有效地进行可视化分析和误差剔除，进一步减小电离层延迟、周跳、多路径等误差对数据的影响，预处理后的GPS观测数据质量较好。

GPS；预处理；可视化；多路径；电离层延迟；周跳

尽管在GPS外业测量中，已尽可能地选择较好的站址来削弱多路径误差的影响，但是数据质量仍受卫星健康情况、接收机以及信号传播过程中出现的不可预测的电离层延迟、多路径误差、周跳和信噪比等综合因素的影响[1-2]。为了提高数据后处理结果的精度，需对GPS野外观测数据进行预处理，剔除质量较差的数据。目前，在GPS数据预处理软件方面，除了专门用来预处理数据的TEQC软件外，还有许多软件集成了数据预处理功能。Bernese软件、GAMIT软件等都集成了数据预处理模块，但侧重点不同，具有一定的局限性，没有TEQC预处理的功能齐全[3-6]。本文采用TEQC与QCVIEW32绘图工具相结合的方法，对rinex格式的GPS数据进行预处理，并结合实验数据进行了验证和分析。

1 TEQC+QCVIEW32模型

利用TEQC和QCVIEW32能够完成数据预处理的基本工作。此外，TEQC和QCVIEW32具有使用环境广、对系统要求低等特点；其缺点是这两款工具均要在DOS或Unix计算机环境下运行，需要使用指令操作，交互性较差[7]。

1.1 TEQC数据格式转换

在测量中利用不同品牌接收机下载的数据格式往往互不相同，给数据处理带来了困难。TEQC具有将不同格式数据转换为标准rinex格式的功能。以天宝接收机下载的bjfs0010．dat数据文件为例，将其转换为标准rinex格式，其指令为：

teqc –tr –week 1825 +nav bjfs0010．15n bjfs0010．dat＞bjfs0010．10o

其中，-tr代表接收机类型为trimble；do指明输入的文件类型为dat文件，输出为rinex观测数据文件；- week是观测日期对应的GPS周，观测日期可由年积日计算，年积日是001，日期是2015-01-01，计算得到GPS周是1 825；+nav表明希望同时输出rinex导航数据文件，转换的结果文件为bjfs0010．15n和bjfs0010．15o文件。

1.2 TEQC数据编辑

GPS数据预处理的一个主要内容是剔除质量不好的数据（数据中的野值、周跳、多路径效应、电离层效应、信噪比等）；可通过TEQC软件，在DOS界面输入相应的指令来截取卫星高度角、禁用相应卫星、剪裁观测时段等，从而剔除这些数据[8]。以bjfs0010．15o文件为例，假设需要剔除该文件2 h后的数据，其指令为：

teqc +dh 2 bjfs0010．15o＞temp0010．15o

其中，dh2为提取文件前2 h的数据；temp0010．15o为切割后生成的文件。

1.3 TEQC质量检查

质量检查是TEQC的主要功能，能对原始数据的观测误差、观测时间、数据采集情况等进行综合的检查，检查结果是1个质量汇总文件和8个绘图文件（多路径效应值、电离层延迟及其变率值、周跳、卫星信噪比等）。以bjfs0010．15o文件为例，对该数据进行质量检查，其指令为teqc +qc bjfs0010．15o。

1.4 QCVIEW32简介

QCVIEW32[9]是由UNAVCO开发研制的，可将TEQC生成的8个质量检查绘图文件以图形的形式显示在屏幕上，也可将图片保存为ps格式文件。QCVIEW32跟TEQC软件的运行环境一样，可在Unix或DOS环境下运行，对于32位计算机系统，需要DOS4GW．exe支持。QCVIEW32可分色显示一颗或所有观测卫星的电离层延迟、多路径误差等随时间变化的曲线图。

2 精度评定

评定GPS观测数据质量的指标有：数据有效率，mp1、mp2值，周跳，电离层延迟，信噪比和o/slps。一般规定有效率不低于80%，根据IGS数据质量检查结果，对于2/3的IGS观测站，其mp1平均值小于0.5，mp2平均值小于0.7。因此本文选取mp1=0.5，mp2=0．7作为参考值，小于参考值则说明数据受多路径效应影响较小，反之则影响较大。一般来说o/slps值越大，说明数据质量越好[10]。

2.1 多路径效应

多路径效应是由障碍物反射GPS卫星信号进入接收机天线与直接来自卫星的信号产生干涉造成的，是影响观测质量的因素之一，特别是在短基线测量中，其影响较大。多路径效应的计算公式为[1]：

式中，P1、P2为双频伪距观测值；L1、L2为双频载波相位观测值；M1、M2为双频伪距的多路径效应；m1、m2为双频载波相位观测值的多路径效应；n1、n2为整周模糊度；f1、f2为频率；λ1、λ2为波长。

2.2 电离层延迟

GPS卫星信号在传播过程中，受到电离层折射的影响，使其本来是直线传播的路径发生了弯曲，给观测值带来了误差，这种影响叫做电离层延迟。电离层延迟主要是影响伪距法观测，因为电离层对伪距的影响较大。电离层延迟的计算公式为[11]：

3 算例分析

为了探讨TEQC在GPS数据质量检查中的应用效果，选取2015-01-01的IGS跟踪站bjfs站点数据进行分析。将数据bjfs0010．15o和bjfs0010．15n以及TEQC软件放到同一个文件夹，运行DOS输入指令得到一个质量检查汇总文件和8个绘图文件。汇总文件（S文件）的关键指标为：first epoch 15 1 1 00:00；last epoch 15 1 1 23．59；hrs 23．99；dt 30；#expt 24 675；#have 24 641；% 100；mp10．27；mp20．27；o/slps 12 321。其中，first epoch为开始观测时间；last epoch为结束观测时间；hrs为整个观测时间长度；dt为采样间隔；#expt为理论观测历元数；#have为实际观测历元数；%为采样率；mp1、mp2分别是L1、L2载波上的多路径效应值；o/slps为观测值与周跳的比值。由此可知，该数据是2015-01-01零时开始采集的，历时24 h结束。数据采样率高，由于百分数分子取整，四舍五入后采样率为100%。多路径效应均小于IGS观测站的平均值。一般来说，这样的数据质量已经很好了，利用TEQC和QCVIEW32分析数据质量，科学地剔除误差，仍可对数据质量进行提升。

运用QCVIEW32，对TEQC质量检查文件进行可视化分析，结果如图1所示（本文仅以电离层和多路径为例）。

图1 处理前数据质量指标图

由图1可看出，观测值的电离层延迟及其变化率、mp1、mp2值都较大，且在第1 100历元之前的电离层变化和多路径效应波动较大，利用TEQC截取命令，截取观测历元1 100之后的数据，即观测9 h后的数据，指令为：teqc –st 20150101090000 bjfs0010．15o＞temp0010．15o。对temp0010．15o文件进行质量检查得到汇总文件的关键指标为：first epoch 15 1 1 09:00；last epoch 15 1 1 23．59；hrs 14．99；dt 30；#expt 15 531；#have 15 512；% 100；mp1 0．27；mp2 0．26；o/slps 15 512。由此可知，观测开始时间和历时发生变化，预处理后数据的L2载波上多路径效应值减少了0．01%，o/slps值增大了3 191，说明数据质量得到提高。

此外，对temp0010．15o文件质量检查的绘图文件进行可视化处理，见图2。

对比图1和图2可见，采用TEQC与QCVIEW32相结合的方法对GPS观测数据进行预处理，电离层延迟及其变化率和多路径效应的整体值均有所减小。特别是mp2值的变化，其处理前纵坐标的最大值为3，处理后最大值为1.5，说明本次剔除的数据对mp2的提升较大。对比图1a、b与图2a、b，显然处理后的波形比较稳定，从而证明了TEQC数据编辑的实用性和质量检查的可靠性。同时，对预处理前后的周跳情况进行对比，如表1所示。

图2 处理后数据质量指标图

表1 预处理前后数据的周跳对比

从表1可以看出，通过预处理后的数据在低卫星高度角出现的周跳次数降低约1/2，再次验证GPS观测数据预处理的意义。同时，也说明TEQC与QCVIEW32相结合的方法对GPS数据预处理的有效性。

4 结 语

本文利用TEQC数据预处理软件及QCVIEW32绘图工具实现了对GPS观测数据的预处理和可视化分析，通过数据对比验证了预处理能在一定程度上降低多路径效应、电离层延迟和周跳的影响；采用TEQC与QCVIEW32相结合的方法进行数据预处理，其结果可靠性高，精度得到进一步提高。由于采用的数据质量本身较好，单次预处理对多路径效应值消减较小，可对质量不好的数据进行多次重复科学地剔除，进一步提升数据质量。但是，本文在数据转换功能方面涉及较少，且在数据编辑方面仅使用了通过时间节点切割文件的功能，在禁用卫星、更改采样率或截止高度角方面没有进行尝试，可尝试利用这些功能对数据进行编辑，进一步提高观测数据质量。

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P228.4

B

1672-4623（2017）01-0056-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.01.017

刘海锋，硕士研究生，主要从事GPS数据处理研究。

2015-10-23。

项目来源：国家自然科学基金资助项目（41461089）；广西自然科学基金资助项目（2014GXNSFAA118288）；广西空间信息与测绘重点实验室课题资助项目（130511407）；大地测量与地球动力学国家重点实验室开放基金资助项目（SKLGED2014-3-8-E）；广西“八桂学者”岗位专项经费资助项目。