基于Anubis 的北斗/GNSS 数据质量分析

岳金广

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西 西安)

引言

北斗卫星导航系统（BDS）是中国自主研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS 之后第三个成熟的全球卫星导航系统。中国北斗卫星导航系统和美国GPS、俄罗斯 GLONASS、欧盟 GALILEO，是联合国卫星导航委员会认定的四家卫星定位服务供应商。北斗系统不仅具有定位与导航、授时（PNT）功能，还具备独特的短报文通信功能，使得一问世就引起了巨大的关注[1]。

北斗的应用已经出现在众多产业升级之中，智能汽车、高速铁路、能源开发、智慧物流、移动互联网等领域的头部企业，已经主动融入北斗的发展，拓展了企业发展的新模式，进而促进了我国卫星导航领域的极大发展[2]。

实现北斗/GNSS 广泛应用的前提是能够获取高质量的观测值数据，而这就需要进行数据预处理和数据质量分析。目前，通用的数据预处理/质量分析软件是TEQC ( Translation , Editing and Quality Checking)[3]，通过命令行操作，实现观测值文件的编辑和可视化操作。但由于TEQC 软件已停止更新，最新版本不能兼容RINEX3.0x 之后的版本, 也不能很好的兼容BDS-3 系统的新频点，基于上述原因，本文引入Anubis 处理北斗/GNSS 观测数据，通过实际案例分析数据完整率、多路径效应、信噪比等数据质量分析指标，得出一些有用的结论。

1 Anubis 使用简介

Anubis 是由捷克国家大地测量、地形与地图制图研究所开发的一个GNSS 数据预处理软件，可以实现对GPS、GLONASS、伽利略、北斗、SBAS、QZSS、IRNSS等卫星系统的观测值进行质量检核和分析，并将检核和分析结果绘制成图。Anubis 是开源免费软件，最新版本是3.6，软件提供了包括Windows、Linux、macOS等多种操作系统的版本。和TEQC 软件类似，该软件可以通过命令行运行[4]。

软件的使用方法如下，首先在软件官网下载适配于系统的程序文件。此处以Linux 系统为例，下载的文件为：anubis-3.6-lin-static-64b。将下载后的程序文件名改为“Anubis.exe”。进入程序所在目录，打开终端，执行anubis 命令即可使用该程序。

Anubis 使用可扩展标记语言（XML）格式定义配置文件名的参数，下面的命令可以输出一个包含默认项的配置文件：

anubis -X 2>anubis_defaults.xml

配置文件的主要参数设置见表1。

表1 配置文件主要参数

文件配置完成后，使用配置文件启动Anubis 软件，在终端输入

anubis -x config.xml -l process.log上面的命令是从当前目录的config.xml 文件加载配置信息，然后进行处理，数据处理日志将记录在process.log 文件中。程序执行成功后，一般会生成三个结果文件，其中*.log 文件是日志文件；*.xml 文件存储处理结果的简要信息；*.xtr 文件存储处理结果的详细信息。安装绘图脚本后可使用*.xtr 文件实现结果数据的可视化。具体操作如下：在结果文件目录下，启动终端，输入

SITE 表示处理的测站名称，YEAR 表示年份，DOY 表示文件数据采集日期对应的年积日。

2 案例分析

基于上述操作，现在使用Anubis 处理北斗/GNSS多系统观测数据，案例观测值数据来自某工程实测数据，采样时间为2023 年2 月23 日，持续时间24 h，采样间隔为15 s，站点名称命名为TEST。经过处理得到两个结果文件，TEST.xml 和TEST.xtr。

2.1 数据完整率

数据完整率是表征接收机性能及卫星系统的一个重要指标，在进行数据预处理时，数据完整率是首先需要考虑的指标。它能够反映接收机在采集数据时数据丢失的情况。如图1 所示，在观测文件的某一数据块中，由于某种原因，导致部分数据缺失，其中标红位置是出现数据缺失的地方。

图1 数据缺失情况

在处理过程中，Anubis 首先读取观测文件中头文件的观测值类型、间隔和采样时间计算出当前观测值文件中理论上的观测值数量，然后统计出观测值的实际数量，两者的比值即为该观测值文件的数据完整率。该指标的计算公式如下所示：

其中，Intergrity为数据完整率，Obs_r为实际观测值数量，Obs_t为理论观测值数量。表2 为四个系统的数据完整率统计表。

表2 数据完整率统计表

从表2 可知，Exp>15 为截止高度角大于15°时的理论观测值数量，Hav>15 为观测文件中实际存在的观测值数量。四个卫星系统相比，BDS 和GPS 数据完整率最高，Galieo 稍低，GLONASS 系统数据完整率最低。

2.2 多路径效应

信号从多个路径传播至接收机处引起的干涉延迟效应称之为多路径效应。多路径效应与测站周边的环境密切相关，通过多路径效应这一指标能够评估接收机质量以及测站周边环境的优劣。图2 是多路径效应产生的示意图。

图2 多路径误差信号的产生

多径效应影响了GNSS 基本的观测量，即伪距和载波相位，但前者的影响要更大，并且在接收机类型之间变化较大。

Anubis 在计算多路径误差时采用了一个新的计算公式，该公式将伪距和载波相位进行组合，实现对所有频点的伪距多路径的计算。

计算公式如下[5]

图3（M1C、M2W、M5Q、M1C、M2C、M1P、M2I、M5P、M6I、M7I 分别代表不同卫星系统，不同频点的伪距多路径误差，从图3 中可以看出BDS M5P 对应观测值的多路径误差最大，BDS M7I 对应的值最小。

图3 各系统观测值多路径误差统计

2.3 信噪比

信噪比（signal-noise ratio,SNR）时指卫星信号强度和环境噪声强度的比值[6]，其主要和接收机天线、接收机状态以及多路径效应有关，是反映载波相位观测质量的重要指标之一。信噪比越大则代表信号强度越高。

从图4（S1C、S2W、S5Q、S1I、S2C、S1C、S5Q、S7Q、S1PW、S2I、S5P、S6I、S7I 为相应相位观测值的信噪比）可看出测站四个系统中，观测数据信噪比相差不大，基本均处于45 dBHz 左右,数据质量较好。

图4 各系统观测值信噪比统计

3 结论

本文提出了一种新的北斗/GNSS 卫星数据质量分析的方法来弥补TEQC 软件的不足之处。通过引入Anubis 这一软件，简要介绍了软件的使用方法。然后通过实测数据，对观测数据的数据完整率、多路径效应以及信噪比三个重要的指标进行了分析，结果表明，Anubis 软件能够很好地兼容四大卫星系统（GPS、GLONASS、Galieo、BDS）及各频点。通过计算表明，在数据完整率方面，BDS 和GPS 数据完整率最高，Galieo稍低，GLONASS 系统数据完整率最低。在多路径方面BDS M5P 对应观测值的多路径效应最严重，BDS M7I对应的值最小。在信噪比方面，各系统观测数据相差不大，稳定在45 dBHz 左右。