GNSS连续运行参考站勘选数据质量分析

 时间:2015-01-29 21:09:56 贡献者:天夺壮士心

导读:GNSS 连续运行参考站勘选数据质量分析许大力 (辽宁省基础测绘院,辽宁 锦州,121003)【摘要】 数据质量分析是 GNSS 连续运行参考站站址勘选的一项必要工作, 对勘选的观测数据进行必要

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GNSS 连续运行参考站勘选数据质量分析许大力 (辽宁省基础测绘院,辽宁 锦州,121003)【摘要】 数据质量分析是 GNSS 连续运行参考站站址勘选的一项必要工作, 对勘选的观测数据进行必要的质量分析, 对确保系统建设质量具有重要意义。

本文应用 TEQC 数据预处理软件辽宁省朝阳、大连等 GNSS 连续运行参考站站 址勘选的数据进行了分析,获取了数据质量、GPS 接收机和天线性能等指标,对于今后 GPS 连续观测站的建设具有指 导意义。

【关键词】 GNSS 连续运行参考站;TEQC;数据质量分析GNSS Continuously Operating Reference Station location choice of data quality analysis Xu Da-li (The Basis Surveying and Mapping Imstitute of Liaoning Province,Liaoning Jinzhou,121003,China) Abstract: Data quality analysis is a necessary work on selection of station of Continuously Operating Reference Station (CORS) of Global Navigation Satellite System (GNSS), which is important for the system construction quality. In this paper, after analysis of the survey station location data of GNSS CORS of Chaoyang, Dalian and other city with data pre-processing software TEQC, data quality, GPS receiver and antenna performance and other indexes are received ,which is a good reference for constructing CORS of GPS. Key word: GNSS Continuous Operating Reference Station;TEQC;Data quality analysis1引言GNSS 连续运行参考站的建立包括站址的选择、观测墩的设计与建造、网络的布设等工作,在 没有对参考站勘选的观测数据进行品质分析的情况下,参考站系统也可以建立,往往运行得也非常 有效,即使是某一参考站的观测质量或者是某一时段观测质量的不稳定,对于市域级的参考站系统, 均能自动剔除和修复一些观测的粗差或者周跳,对处理的结果没有明显的影响。

但是为了确保 GPS 的解算质量以及省域级或更大区域连续参考系统的运行, 在站址勘选的时候, 对 GPS 接收机的观测数据进行必要的质量分析,从而更清楚地了解拟建站点周边的环境是否存在对 参考站的干扰、有否引起多路径效应的反射物、以及电离层对流层的影响情况,对确保系统建设质 量具有重要意义。

测绘信息网 http://www.othermap.com/ TEQC 是由 UNAVCO Facility 为研究 GPS 监测站数据管理服务而研制的公开免费软件,其前身 QC(Quality Check)程序是用 Fortran 编写的,移植性较差,后来 UNAVCO 用 C 语言重写了全部代 码,目前仅免费提供可执行程序。

TEQC 被广泛应用在城市、大型工程控制网的 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。

本文就 TEQC 的主要功能作简单介绍,并通过对辽宁朝阳、大连等 7 个GNSS连续运行参考站 勘选的连续观测数据的质量检测和分析,对连续运行参考站址勘选对的周边环境的要求有了更清晰 的认识,积累了经验,为其他地区或省域在参考站选址时提供了参考的依据。

2TEQC 对 GPS 数据分析原理【1】TEQC 简单易用功能强大,它包括数据格式转换、编辑和质量检核三大功能。

TEQC 中的质量检核部分对 GPS/GLONASS 伪距和相位观测量,以线性组合的方式分析 L1、L2

的多路径效应,电离层对 L1 载波的相位影响,电离层延迟的变化,L1、L2 的信噪比以及接收机的 钟漂和周跳等。

在其结果摘要文件(*.00s)中,列出了历元、观测值统计、观测失锁统计、观测值删除统计以 及比较重要的结果参数 MP1、MP2、o/slps 值。

其中 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,o/slps 表示观测值和周跳比,能直接反映出数据的周跳情况。

2    2  MP 1    2 1  p1  1    1   1(1) 2   2  MP2  p 2    1 2 1     1   1  (2)其中 p1 、 p 2 分别是双频伪距观测值,  1 、 2 为相位观测值。

观测值和周跳比以另外一种形式 CSR 来表示:CSR 1000 o/slps(3)结果文件*.ion、 *.iod 分别是观测时段的电离层延迟与变率, *.sn1、 *.sn2 分别是 L1、 L2 信噪比。

ion 1 n11  n2 2  m1  m2   1 L1  L2   1  1 ( 4)iod  L1  L2  j  L1  L2  j 1 / t j  t j 1   12 2其中 1 、 2 是波长,L1、L2 是双频载波相位观测值, n1 、 n2 是整周模糊度, m1 、 m2 是双频 载波相位观测值的多路径效应,  是 L1、L2 的频率的平方比(   f1 / f 2 ) 。

GPS 观测站点的观测环境、观测数据的质量反映在 MP1、MP2、CSR 值上。

33.1观测数据格式转换常用的 GPS 数据存储格式常见的一般有三种数据:观测数据(OBServation data,简写 OBS,为接收机记录的伪距、相位 观测值)、导航数据(NAVavigation data,简写 NAV,记录卫星实时发布的广播星历)和气象数据 (METerological data,简写 MET,记录气象仪器观测的温、压、湿度状况)。

目前各类数据都以 RINEX 格式存储。

3.2 利用 TEQC 进行格式转换在 TEQC 的开发过程中,众多 GPS 接收机厂商提供了有关各自原始数据格式的信息,使得 TEQC 能够将多种接收机记录的原始二进制数据转换为 RINEX 格式。

TEQC目前主要支持以下型号接收机数据格式: • Trimble 下载数据格式 (DAT, MES, ION, EPH 文件) • Trimble RT17 and RT27 格式RS-232 实时数据流文件格式 • Trimble 4700 R7, 5700, NetRS BINEX 格式 • Ashtech 下载文件格式 ("Version 3" B-, E-, S-, and D-文件) • Ashtech MBEN/PBEN 和DBEN 格式RS-232 实时数据流文件格式 • Ashtech Z-12 CGRS R-文件格式

• Ashtech micro-Z CGRS U-文件格式 • TurboRogue/TurboStar 和Benchmark ACT 接收机数据格式ConanBinary • Rogue/TurboRogue/TurboStar 和Benchmark ACT 接收机数据格式TurboBinary • Leica System 500 和1200 MDB 数据格式 • Leica System 500 和1200 LB2 数据格式 • Leica MC1000/SR9600 LB2 数据格式 • Topcon TPS/Javad JPS *2 数据格式 • Rockwell Zodiac 数据格式 • Texas 设备TI-4100 GESAR & BEPP/CORE 数据格式等 对应不同型号接收机和不同类型数据格式,转换命令行方式也不同。

例如转换Ashtech 接收机 数据: 下载文件为标准RINEX 文件方法如下: teqc -ash d -0.obs L1+l2+ca+p2+p1 BBJFSA03.250 > BJFS2500.03O 输入文件为BBJFSA03.250,输出文件为BJFS2500.03O。

TEQC 的缺省输出格式为 RINEX version 2.XX (2.10),其它格式可以在运行时指定。

4数据编辑利用TEQC 软件我们可以编辑标准的RINEX 文件。

主要有: • 确认已有的RINEX 文件是否符合标准格式 • 检查和编辑(增加、删除)RINEX 头文件中重要信息 • 合并多个RINEX 文件 • 按照要求对RINEX 文件进行数据分流 可以事先设置或编辑一配置文件,将需要改动和增加的条文添加到配置文件中,就可简单的完 成RINEX 头文件编辑工作,如果在命令行中选择多种“开关”,也可完成数据的合并以及分流任务。

5 质量检查TEQC 可用于观测文件的质量检查,其语法为: teqc +qc -nav n文件 o文件 其中,n文件为标准的RINEX导航星历文件;o文件为标准的RINEX原始数据文件 运行后将生成多个结果文件,其中质量检查小结在后缀为“.YYS”的文件中,在此文件中,可 以查看数据的采集时间长度、数据采样率、观测期间多路径影响(MP1、MP2)、周跳、信噪比、观 测能力等。

参数如下(表 1): 表 1 设置参数表参数名称 含义 推荐值 Receiver tracking capability 接收机跟踪能力 12 Maximum ionospheric rate (L1) 最大电离层变化率 400.00 cm/min Expected rms level of P1 multipath P1多路径 50cm Expected rms level of P2 multipath P2多路径 65cm Orbit path spline fitsample time 轨道样条拟合采样时间 10 min Elevation mask (cutoff) 卫星截至高度角 10度 „„ Do multipath observables Tolerance for 1-ms clock slips „„ YES 1.00e-002 ms1-ms钟漂容许值

„„„„„„结果文件中,可以简单地直接查看下列标记行数据: first epoch last epoch hrs dt #expt #have % mp1 mp2 o/slps SUM 09 5 6 00:41 09 5 6 11:12 10.52 15 23426 22955 98 0.25 0.24 2551 具体含义如下(表2): 表2 参数含义表first epoch last epoch hrs dt #exp #have % mp1 mp2 o/slps开始历元时刻 结束历元时刻 观测时间长度 数据采样率 应采集数据量 实际采集数据量 数据利用率 L1多路径影响 L2多路径影响 观测数据周跳个数6 GNSS 连续运行参考站的数据质量分析6.1 本次 GNSS 连续运行参考站勘选站址说明本次勘选的 GNSS 连续运行参考站有 7 个固定站组成,基本覆盖全省行政管辖区域。

堪选站址 全部采用 ASHTECH UZ-12 双频大地型 GPS 接收机进行观测,要求卫星截止高度角为 0 度,数据采样 率为 30 秒,连续测试时间不低于 24 小时,测试要求有效观测量不低于 85%,数据观测质量 MP1 和 MP2 不大于 0.5m。

6.2 观测数据质量分析我们就以本次勘选 GNSS 连续运行参考站的数据为例, 介绍在 GNSS 连续运行参考站站址勘选中 用 TEQC 进行数据质量分析的情况。

本次试验采用的数据列于表 3 中,包括 LNCY(辽宁朝阳)、LNXM (辽宁新民)和 LNDL(辽宁大连)等 7 个参考站。

图 1 和表 4 列出了各站实际观测历元数与理论值的比较, 其中 LNCY、LNXM、LNDL 和 LNFC 的实测数占到了理论值的 99%以上,而 LNHR、LNQY 和 LNZH 站略低,结果表明这 7 个勘选站址的观 测能力都很强。

图 2 表示了各站址观测数据的周跳数多少, LNCY、 LNFC 和 LNZH 的周跳最少, 而 LNHR 的周跳数最多。

27500 27000 26500 26000 25500 25000 24500 24000 LNCY LNXM LNDL LNFC LNHR LNQY LNZH #expt #have图1理论观测历元数(#expt)和实际观测数(#have)统计图30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 LNCY LNXM LNDL LNFC LNHR LNQY LNZH图2每周跳观测历元数(obs/slip)统计图表 3 勘选观测数据列表代码 LNCY LNXM LNDL LNFC LNHR LNQY LNZH所在地 朝阳 新民 大连 凤城 桓仁 清原 庄河接收机 ASHTECH UZ-12 ASHTECH UZ-12 ASHTECH UZ-12 ASHTECH UZ-12 ASHTECH UZ-12 ASHTECH UZ-12 ASHTECH UZ-12天线 701975-01-GP 701975-01-GP 701975-01-GP 701975-01-GP 701975-01-GP 701975-01-GP 701975-01-GP观测时间(2009 年:Doy) 219 215 226 230 232 234 228表 4 勘选测量数据统计值(截至高度角为 0°)测站 LNCY LNXM LNDL LNFC LNHR LNQY LNZHdoy 219 215 226 230 232 234 228hrs 25.46 24.81 25.05 24.87 25.17 25.48 24.77dt 30 30 30 30 30 30 30#expt 26607 25687 26068 25856 26091 27304 25800#have 26554 25365 25822 25742 25679 26671 25362% 100 99 99 100 98 98 98mp1 0.15 0.27 0.28 0.16 0.39 0.28 0.27mp2 0.14 0.27 0.27 0.14 0.36 0.23 0.23o/slps 26554 6341 2869 25742 951 3334 25362所有连续运行参考站勘选观测数据的有效观测量均大于 85%(表 4),观测数据的 MP1 与 MP 均 小于 0.5 m(图 3)。

分析表明 LNCY、LNFC 站的多路径效应的影响较小,而 LNHR 站则相对较大;但 都符合选址要求。

从信噪比统计来看(图 4),随着卫星高度角的降低,信噪比也会降低。

0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 LNCY LNXM LNDL LNFC LNHR LNQY LNZH MP1 MP2图39 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 20 40 高度角 60 80多路径效应影响分析图8 7LNCY LNXM LNDL LNFC LNHR LNQY LNZH 1006L2-SNRL1-SNR5 4 3 2 1 0 0 20 40 高度角 60 80LNCY LNXM LNDL LNFC LNHR LNQY LNZH 100图4信噪比统计图7 结束语对 GNSS 连续运行参考站勘选数据利用 TEQC 软件进行质量分析,从得到的结果看,数据质量 都非常稳定,基本符合 GNSS 连续运行参考站勘选标准,各站址的观测环境良好。

通过对数据质量检测分析不仅帮助了解预选 GNSS 连续运行参考站周边观测环境的好坏以及是 否存在观测条件较大的变动,比如站附近电磁干扰,或暂时性的遮蔽造成 GPS 信号中断等;而且积 累了相关工作经验,为其他地区或省域在参考站选址时提供了参考的依据。

同时对其他利用 GPS 进 行的测绘工作的数据质量分析提供了很好的参考。

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(原创论文于中国勘测联合网:www.chinaunsv.com 技术 百科发表,作者版权所有,转载请保留作者信息)

 
 

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