南京CORS数据质量评估方法研究

高奋生，刘 颖，贾 凉，邓晓红，许超钤，刘 晨

（1.南京市城市规划编制研究中心，南京 210029；2.南京市规划和自然资源局，南京 210029；3.南京市城市地下管线数字化管理中心，南京 210029；4.武汉大学测绘学院，湖北 武汉430072）

目前，全球导航卫星系统（GNSS）包括中国北斗系统、美国GPS系统和俄罗斯GLONASS系统，以及正在建设中的欧盟Galileo系统。研究表明GPS、GLONASS、Galileo、BDS组合下的多频多模的卫星导航定位技术将可以大幅提高CORS服务的性能[1]。

南京市规划和自然资源局现有CORS站23个，其中原国土CORS于2007年建成，共包括14个CORS站点，原规划CORS于2009年建成，共有9个CORS站点。

1 实验数据

本文采集了2019年1月至11月共计11个月的数据，每个月前三日的观测数据用于测试评估。为满足23个站点共同组网的需要，本项目同时采集原规划相应日期的观测数据，并且将相应日期的广播星历文件和精密星历文件一并收集。原规划9个基准站和原国土14个基准站均提供1s采样率的观测数据，为横向对比20个基准站的观测质量，统一采用采样间隔为1s的历史观测数据。

2 数据质量评估方法

本文采用TEQC软件对实验数据进行质量分析，主要指标涉及数据完整率、多路径效应、信噪比和周跳。针对上述指标用于评估基准站的可靠性[2-6]。

2.1 数据完整率

数据完整率计算公式如下：

在指定截止高度角后，在当前测站利用广播星历计算的可见卫星的应收观测值个数为应接收的理论数据；而实际接收数据按接收机的实际个数统计。该指标可以描述接收机在不同高度截止角范围内的信号跟踪情况。

2.2 多路径效应

随着GNSS理论和应用的不断深入，许多影响信号观测的误差源（例如电离层误差、对流程误差、天线相位中心误差等）正在减少，剩下的多路径和遮挡成为重要的，有时甚至是支配性的误差源。在理想情况下，GNSS接收机只接收来自卫星发射的直接信号，而在现实的观测条件下，除了接收来自卫星直接发射的信号外，还会接收到同一信号经接收机周围物体的反射而产生多个路径的反射回来的信号，实际量测到的GNSS信号将是直接接收到的信号与反射回来的信号的迭加结果，这一现象叫多路径效应。

多路径具有周期性。多路径的周期性主要受观测环境的影响，即与多路径的反射角度、反射物距离等有关。载波多路径和伪距多路径的影响量级不同，载波多路径为cm级甚至mm级，而伪距多路径影响相对较大，所以下式主要反映伪距多路径的误差大小。以BDS的B1和B2为例：

对于B1频点：

对于B2频点：

式中，MP1、MP2分别为B1和B2频点的多路径；P1、P2、B1、B2、f1和f2分别为伪距、载波观测值和对应的频率。

2.3 观测值噪声

信噪比（SNR）是衡量GNSS系统整体性能的一个重要指标，反映载波信号和噪声信号的比重，不同的传输频率有不同的信噪比， GPS系统中L1、L2两个载波上的信噪比分别为SN1、SN2，值越大，信号质量越好。计算公式如下：

式中，S1、S2和N1、N2分别为GPS系统的信号功率和噪声功率。

2.2 周 跳

周跳（cycle slips）是指在载波相位测量中，由于卫星信号失锁而导致的整周计数跳变或中断现象。周跳的发生主要与观测环境、电离层与多路径误差、电磁干扰等能够引起卫星信号中断的因素有关，是反映载波相位观测数据质量的重要指标之一。在TEQC数据质量分析软件中采用观测值和周跳的比值来反映观测值周跳是否严重，其计算公式如下：

式中，o/slps为周跳比；num_all表示观测值数量；num_skip表示周跳数量。由上式可知，o/slps越小，则周跳越明显。一般情况下，o/slps应大于2 000。

3 南京CORS数据质量实际分析

利用NJCORS系统的23个站2019年1月至11月共计11个月的观测数据进行数据质量分析，测试结果如图1～9所示，涉及数据完整率、多路径误差等指标。为保证图片输出的直观清晰，对采样时间进行了优化，使时间间隔一致，时间轴不严格具体到采样日期。

如图1所示，NJCORS各测站的数据完整率均在97%以上，均满足要求。由图2和图3可知，NJCORS各基准站的MP1和MP2均满足要求。同样，图4和图5可反映NJCORS各基准站的SN1和SN2均满足要求。图6是NJCORS各测站的周跳比情况，由图6a可知，测站BTLU周跳比最高，即周跳现象最少。同理，图6b反映出NJGC周跳现象最少。由图6c、6d可知，NJHS，NJMJ，NJTS和NJXG周跳现象相对于其他测站较少测站NJLH存在10%的观测数据不达标的情况。

图2 NJCORS各基准站的MP1

图5 NJCORS各基准站的SN2

图6 NJCORS各基准站的周跳比

图7 NJCORS各基准站周跳比超过2 000的观测日期占总采样日期的百分比

图8 NJCORS各基准站周跳比超过2 000的观测日期占总采样日期的百分比

图9 NJCORS各基准站周跳比超过2 000的观测日期占总采样日期的百分比

4 结 语

为实现全市位置服务的实时化、精准化、便捷化，推动管理体制机制完善，打破信息孤岛，共享信息资源，创新服务模式，加强行业监管。对于NJCORS各基准站2019年的历史观测数据，从各项指标来看，绝大多数测站均满足要求。但是，测站NJJH的观测数据存在明显的周跳现象。因此，为了保证NJCORS整体观测数据的可靠性，应全面检查NJJH周围环境，重新评估该地址建站的合理性。