TEQC在GNSS数据质量分析中的应用及改进

贾鹏志，杨 力，朱恩慧

(信息工程大学 导航与空天目标工程学院，郑州 450001)

TEQC在GNSS数据质量分析中的应用及改进

贾鹏志，杨 力，朱恩慧

(信息工程大学 导航与空天目标工程学院，郑州 450001)

针对GNSS数据处理软件TEQC运行于DOS环境，存在操作不便，不能实现很好的可视化，人机交互性差等不足，探讨应用及改进该软件的方法。首先利用TEQC软件得到关键性指标多路径误差、信噪比、数据利用率等信息，然后分别运用QCVIEW32、MATLAB对得到的结果文件进行绘图，并提出利用RTKLIB软件对原始观测文件进行质量分析和绘图。实验结果表明，利用TEQC结合MATLAB或者结合RTKLIB可以达到操作简单方便的要求，同时还可以更直观、更全面地对相关指标进行分析。

TEQC；MATLAB；RTKLIB；质量分析；可视化

0 引言

随着全球卫星导航系统(global navigation satellite system，GNSS)的广泛应用和发展，用户对GNSS服务质量的要求也逐渐提高。观测数据的质量将直接影响GNSS的定位精度和可靠性[1]。通过对GNSS观测数据的多路径效应、信噪比、精度因子(dilution of precision，DOP)、数据利用率等方面的分析，可以比较全面地反映卫星的可用性、测站周围环境以及接收机的性能等各个方面对数据质量的影响。也只有对原始数据进行分析才能确保GNSS解算精度以及观测环境等满足要求[2]。

目前，国内外对GNSS数据质量的分析大多是建立在TEQC(translation，editing and quality checking)软件基础上的[3]。但是TEQC存在以下问题：1)必须在DOS界面下运行，操作不方便、界面不友好，而且需要DOS4GW.EXE、QCVIEW32.EXE等程序才可实现绘图功能，可视化功能不强，操作繁琐；2)数据质量指标以及误差项分析不全面，比如不能分析DOP值以及多路径与高度角的关系等；3)仅能够对Rinex2.xx格式的美国全球定位系统(global positioning system，GPS)和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(global navigation satellite system，GLONASS)数据进行质量分析，不能分析Rinex3.xx格式的数据，更重要的是不能分析评估中国北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system，BDS)的数据质量。

本文利用国际GNSS服务(The International GNSS Service，IGS)网站提供的北京房山站2014年第95天的bjfs0950.14o文件和bjfs1950.14n文件通过事后分析验证TEQC的质量检核功能并改进其应用方式。

1 TEQC软件

目前应用广泛的TEQC软件是由美国卫星导航系统与地球形变观测研究大学联合体(The University Navstar Consortium Facility，UNAVCO Facility)研发的一款公开免费软件。TEQC的主要功能有格式转换、数据编辑和质量检核。格式转换能够将不同厂家的接收机观测文件转换为标准的Rinex文件；数据编辑主要是对观测文件中的内容进行操作，不仅能够对Rinex文件头块进行编辑而且能够对数据文件部分进行操作[4]；质量检核是TEQC软件的核心，不仅可计算出数据利用率、电离层延迟、多路径、周跳比、信噪比等指标值并生成结果文件，而且能够利用QCVIEW等软件进行绘图从而实现可视化。本文主要对TEQC质量检核功能进行研究。

1.1 TEQC质量检核

TEQC的质量检测分为2种模式，第一种是只对o文件进行检测的qc2lite模式，另一种是利用n文件来配合o文件共同检测的qc2full模式。本文采取第二种检核方式。将bjfs0950.14o文件和bjfs0950.14n文件放在同一个文件夹下，然后在DOS界面运行如下命令：>teqc +qc bjfs0950.14o，即可得到9个结果文件。如表1所示。

其中bjfs0950.14S是质量检查统计的摘要文件，是结果文件的核心部分，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。通过对该文件进行分析，可以得到如表2所示的重要统计值。其他几个文件主要用于做图可视化，从而可直观地对每一颗卫星的单项质量进行检查。

表1 TEQC质量检查生成的视图文件后缀及其含义

表2 S文件中观测数据统计值

数据利用率，在一定程度上能够反映数据的可用性与完好性，是衡量数据质量的重要指标；周跳比在一定程度上能够反映载波相位观测值的跳变情况，如果周跳比越大，说明该组GNSS数据在观测时间段内出现的周跳越少，数据质量越好。一般情况下，周跳比大于1 000，说明该组数据相对较好[5]。

1.2 结果文件可视化

由于TEQC没有可视化界面，绘图需要借助DOS4GW.EXE、QCVIEW32.EXE等程序，而且QCVIEW32.EXE不是一个在WINDOWS下执行的程序，qcview32命令只能在DOS命令行使用[6]，画图命令为：qcview32 bjfs0950.**。该软件虽然可实现绘图功能，但可视化结果不是很好[7]；因此本文利用MATLAB编写teqcplot.m程序对结果文件进行绘图。结果对比如下：

1)卫星高度角和方位角。对bjfs0950.azi和bjfs0950.ele这2个文件分别利用QCVIEW32.EXE和MATLAB进行绘图。结果如图1和图2所示。通过分析卫星高度角及方位角的变化可以帮助用户分析单个卫星在观测时段的位置情况，也可以清楚判断哪颗卫星处于较低仰角，进而判断是否剔除该星的数据，从而保证解算时使用较好的观测数据。通过对图1(a)、图1(b)和图2(a)、图2(b)进行对比可以发现：利用MATLAB绘制的图可以很清楚地判断出任意时刻哪颗卫星是可见的，还可知道任意卫星的方位角和高度角变化情况；界面更直观、友好，操作更方便。

2)多路径误差分析。多路径效应主要受到测站周边环境的影响[8]，对多路径误差进行分析，可以准确判断测站周边的情况是否满足要求。多路径误差分为伪距多路径和载波相位多路径误差，伪距多路径误差最大可达0.5个码元宽度，而载波相位观测值的多路径误差一般不超过1/4波长；因此主要考虑伪距多路径误差。伪距多路径误差可表示为：

(1)

(2)

(3)

(4)

对bjfs0950.mp1和bjfs0950.mp2这2个文件分别进行绘图。从图3和图4可以看出L1载波和L2载波的多路径变化情况。通过对比可知，由MATLAB绘制的图可以很清楚地判断出任意卫星在哪个时间段的多路径误差比较大。例如从图3(b)可以得出第22颗卫星在第100个历元左右处多路径误差最大，用户就可以考虑在定位解算时是否删除该星的数据。

3)电离层延迟误差。电离层延迟对定位精度有很大影响，对电离层延迟进行研究分析很有必要性。2个不同频率f1、f2的电离层延迟之间有

(5)

式中：f1、f2代表频率；I1、I2代表电离层延迟。

假设这2个频率的载波在电离层中传播路径相同，同时忽略双频载波观测量相减后剩余的载波模糊度参数影响之后，L1、L2载波上的电离层延迟可表示为：

(6)

(7)

电离层延迟变化率反映了电离层延迟的变化情况。TEQC软件中计算电离层延迟变化率的公式为：

(L1-L2)j-1]/(tj-tj-1)；

(8)

(L2-L1)j-1]/(tj-tj-1)。

(9)

4)信噪比。信噪比是载波信号强度与噪声强度的比值，它主要受到天线增益参数、接收机中相关器的状态以及多路径效应3个方面的影响，是反应载波相位观测质量的指标之一[9]。根据IGS的数据检测经验值设定L1的信噪比大于4 dB Hz，L2的信噪比大于6 dB Hz。从图7和图8可以分析得知信噪比大部分都在5～10 dB Hz之间，说明各个卫星的信号强度比较高，数据质量还是比较好的。

2 RTKLIB软件

RTKLIB是日本东京海洋大学开发的一个用于GNSS精确定位的开源程序包[10]。本文利用RTKLIB进行数据质量分析而且通过绘图功能对原始观测数据的卫星可见性、卫星天空视图、DOP值、多路径及卫星高度角等指标进行图形显示，为质量分析提供可视化条件[11]。结合TEQC软件综合给出数据质量指标，方便用户对数据质量进行更全面的分析。本文利用RTKLIB对IGS网站提供的北京房山站2014年第95天的bjfs0950.14o文件进行数据质量分析。

1)卫星可见性及卫星天空视图。通过图9和图10可清楚地看出任意时刻的可见卫星以及可见卫星在天空中的视图。分析可知在任意时刻该测站都满足有4颗卫星可见的条件，最多时可达到13颗卫星可见，说明该站当天的数据质量比较好。上述中TEQC结果文件卫星高度角的变化图也可在一定程度上反映出卫星的可见性。

2)DOP值分析。在GNSS导航和定位中，使用几何精度因子DOP来衡量观测卫星的空间几何分布对定位精度的影响。DOP分为：三维位置的几何精度因子PDOP (position dilution of precision)、垂直(高程)几何精度因子VDOP(vertical dilution of precision)、二维水平位置几何精度因子HDOP(horizontal dilution of precision)和总几何精度因子GDOP(geometric dilution of precision)。利用RTKLIB可以分析出每一时刻各个精度因子的值，精度因子值越小，定位精度越高。从图11可以看出该站当天的DOP值变化，总结可知该站当天数据质量比较好。

3)多路径与高度角分析。利用RTKLIB不仅可以分析出任意时刻的多路径误差和高度角变化，还可以给出多路径误差和高度角的关系。从图12可以看出：该站当天的多路径影响比较小，说明数据质量比较好。从图13可以分析出随着高度角的增加，多路径误差逐渐变小，这也是在GNSS导航定位中一般优先选取高仰角的原因。

3 结束语

本文利用TEQC软件从多方面对数据质量进行了具体分析，同时利用MATLAB软件对结果文件进行绘图，操作简单方便，可以很直观地对所有卫星进行质量分析，并判断出任意时刻任意卫星的状况信息。另外通过结合RTKLIB软件进行数据质量分析，发现其具有很好的绘图功能，并且可以分析DOP值等数据质量指标。2个软件不仅可以互相检验，还可以综合起来更全面地对数据质量进行分析。

随着北斗系统的发展，针对现有的不同数据质量分析软件功能不全和质量评估指标不完善等问题，后续工作可以从两方面进行研究[12]：一方面需要对数据质量分析中各种指标的计算方法进行研究，比如加入对流层影响、周跳探测以及误差项分析等；另一方面需要对现有软件和指标进行汇总，从而建立一套数据质量评估体系，能够对Rinex3.xx格式的数据以及四大导航系统的数据都进行全面质量分析。开发一款界面友好、功能齐全、操作简单以及开源可扩展的数据质量分析软件是未来数据质量分析的发展趋势。

[1] 余文坤，戴吾蛟，杨哲.基于TEQC的GNSS数据质量分析及预处理软件的设计与实现[J].大地测量与地球动力学，2010，30(5)：81-85.

[2] ESTEY L H，MEERTENS C M.TEQC：The multi-purpose toolkit for GPS/GLONASS data[J].GPS Solutions，1999，3(1)：42-49.

[3] 杨剑，王海军，王红光.基于TEQC的GPS数据质量检查技术与对策研究[J].科技创新导报，2012(3)：41-42.

[4] 张显云，姚黔贵，张鹏飞，等.基于TEQC的GNSS数据质量可视化表达与分析[J].测绘通报，2014(4)：26-29.

[5] OGAJA C，HEDFORS J.TEQC multipath metrics in MATLAB[J].GPS Solutions，2007，11(3)：215-222.

[6] QUAN Y，LAU L，ROBERTS G W.Measurement signal quality assessment on all available and new signals of multi-GNSS(GPS，GLONASS，Galileo，BDS，and QZSS)with real data[J].Journal of Navigation，2015，1(2)：313-334.

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[9] 廖文兵，余红举，王斌.TEQC软件的应用与数据分析[J].地理空间信息，2012，10(4)：76-78.

[10]TAKASU T，YASUDA A.Development of the low-cost RTK-GPS receiver with an open source program package RTKLIB[EB/OL].(2009-10-03)[2016-08-16].http：//gpspp.sakura.ne.jp/paper2005/isgps_2009_rtklib_revA.pdf.

[11]陈佳清.利用TEQC及RTKLIB软件分析GPS数据质量[J].导航定位学报，2016，4(1)：126-130.

[12]吴丹.GNSS观测数据预处理及质量评估[D].西安：长安大学，2015：63-66.

Application and improvement of TEQC in GNSS data quality analysis

JIAPengzhi，YANGLi，ZHUEnhui

(School of Navigation and Aerospace Engineering，Information Engineering University School of Navigation and Aerospace Engineering，Zhengzhou 450001，China)

For the GNSS data processing software TEQC running in the DOS environment, there are some problems such as inconvenient operation, can not achieve a good visualization, poor human-computer interaction and so on.The paper explored the application and improved the method of the software.Firstly, the TEQC software is used to obtain the information of multi-path error, signal-to-noise ratio, data utilization and so on.Then, the result file is plotted by QCVIEW32 and MATLAB respectively, and the quality of the original observation file is analyzed and plotted by RTKLIB software.The experimental results show that the combination of TEQC and MATLAB or RTKLIB can meet the requirements of simple and convenient operation.Meanwhile, the related indexes can be analyzed more intuitively and comprehensively.

TEQC；MATLAB；RTKLIB；quality analysis；visualization

2016-11-21

贾鹏志(1992—)，男，河北石家庄人，硕士研究生，研究方向为卫星定位性能评估。

贾鹏志，杨力，朱恩慧.TEQC在GNSS数据质量分析中的应用及改进[J].导航定位学报，2017，5(3)：77-83.(JIA Pengzhi，YANG Li，ZHU Enhui.Application and improvement of TEQC in GNSS data quality analysis[J].Journal of Navigation and Positioning，2017，5(3)：77-83.)

10.16547/j.cnki.10-1096.20170316.

P228

A

2095-4999(2017)03-0077-07