基于TEQC 的HBCORS GNSS 數據質量評估方法與影響因素分析

唐曉霏，張士柱，厲芳婷，趙 鵬，魏以寬

（1.湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

GNSS觀測數據由衛星導航定位基準站通過連續觀測生成[1-2]，觀測過程中會受到誤差源干擾，導致數據質量變差，直接影響成果解算精度，因此對原始觀測數據質量進行檢測是實際生產中不可缺少的環節[3-4]。GNSS數據質量分析受到相關學者的密切關注，李軍[5]等對東北亞地區52個GPS臺站4年的觀測資料進行了質量檢測，并統計分析了檢測結果；聶兆生[6]等對HBCORS系統數據進行了質量評估；徐夢林[7]等研究了樹木遮蔽對GNSS 基準站觀測的影響；丁超[8]等分析了我國沿海GNSS業務化觀測系統東部海區91個GPS觀測站2009—2015年連續觀測數據的質量，探究了觀測數據的多路徑效應與周跳比、信噪比的相關性，并分析了觀測數據質量對解算結果精度的影響；劉志敏[9]等采用L1偽距、L2偽距多路徑效應，L1載波、L2載波信噪比和周跳比5個評價指標對CORS站點數據進行了質量檢核。

多路徑誤差是高精度GNSS 測量中必須考慮的誤差源[10]。HBCORS已連續運行10多年，基準站原始觀測數據質量缺乏相應評估，因此本文對數據質量進行了檢測評估，并進一步分析了多路徑等相關指標對數據質量的影響。

1 數據來源與預處理

本文收集了2022年3月91個HBCORS基準站接收機的GNSS 連續觀測原始數據。原始數據起止時間為UTC 時 間2022-03-01 00:00 （ 年 積 日60） —2022-03-31 23:59（年積日90）；觀測時段為00:01—23:59，時段長不少于23.5 h，觀測內容為GNSS衛星的偽距（C/A碼、P碼）和各頻率載波相位（L1、L2）。

利用GNSS 接收機提供的數據轉換工具進行格式轉換，默認生成RINEX版本為2.11 或2.10 的標準o 文件，基準站觀測數據文件以年積日為單位，每天形成一個標準RINEX格式觀測數據文件，數據采樣間隔為30 s。觀測數據文件命名方式為四字符站編號+年積日+時段號.年度o，四字符站編號應唯一，如XXXX0600.22o。

2 數據評價方法

GNSS 原始數據質量檢測普遍采用UNAVCO 開發的TEQC軟件包。TEQC是一個操作簡單但功能強大的GNSS 數據預處理軟件，主要包含數據格式轉換、數據編輯和數據質量檢測3個功能[11]。本文通過數據有效率（DAR）、L1 波段多路徑效應（MP1）、L2 波段多路徑效應（MP2）3 個指標評價GNSS 基準站的數據質量，其中DAR 可反映接收機接收信號的穩定性，MP1、MP2可反映L1 和L2 載波上的偽距和相位綜合多路徑影響。根據參考文獻[5]，各指標的計算公式為：

式中，N1為觀測時間內有效數據的歷元數；N為觀測時間內觀測數據總歷元數；P1、P2分別為L1、L2碼偽距觀測量；φ1、φ2分別為L1、L2 載波相位觀測量；α為頻率f1和f2之比的平方；TEQC結果文件給出的為MP1、MP2的均方差值。

3 實驗結果分析

3.1 實驗區域

HBCORS已連續運行10多年，基準站原始數據的多路徑效應呈逐年遞增趨勢。為了解GNSS 基準站觀測環境以及接收機等設備老化對數據質量的影響，本文對2022 年3 月91 個HBCORS 基準站GNSS 連續觀測數據進行質量檢測，并分析評估多路徑等相關指標對數據質量的影響。

3.2 質量評估結果

利用TEQC 對2022 年3 月91 個HBCORS 基準站每天的GPS 和GLONASS 觀測數據進行質量檢測，計算得到每天的MP1、MP2和DAR 等結果。由于篇幅所限，表1 僅列出了部分基準站31 d 數據DAR、MP1、MP2的平均值。2011年HBCORS參考站工程報告中選址環境測試數據結果表明，所有站點的DAR、MP1、MP2均100%滿足設計要求。參考文獻[6]利用TEQC統計了76 個HBCORS 臺站2011-07-01—2012-09-30 全部基準站觀測數據（4 個臺站數據因網絡通信等問題未獲取全部數據），計算得到每天的MP1、MP2和DAR等結果，并生成各臺站每天的質量檢測報告。結果表明，HBCORS 的DAR 優于85%的占97.3%，HB?CORS 的MP1、MP2值低于0.5 的分別占98.7%、99.74%。選取2017-08-31 和2018-01-20 的24 h 原始觀測數據進行質量分析，結果表明，HBCORS的DAR優于85%的占98.75%，HBCORS 的MP1、MP2值低于0.5的分別占78.75%、73.75%。

表1 基準站數據質量統計

3.3 分析討論

3.3.1 質量統計分析

1）基準站原始數據的DAR 總體穩定，DAR 均值除8個站點在80%～85%外（占比8.79%），其余各站均在85%以上，且各站點DAR日均值變化不大，接收機信號較穩定，滿足國家標準[12-14]中的技術要求。

2）基準站多路徑效應較穩定，MP1均值除35個站點大于0.5外（占比38.46%），其余各站均小于等于0.5；MP2均值除33 個站點大于0.5 外（占比36.26%），其余各站均小于等于0.5。

3）將2010 年建站選址的環境測試結果、參考文獻[6]的數據結論與2018年24 h原始觀測數據進行質量對比，再結合表1進行分析，結果表明，隨著觀測年限的增加，少部分站點DAR逐年降低，超過總站點數1/3的站點MP1、MP2均值呈逐年增加趨勢，說明基準站多路徑效應影響明顯、觀測數據質量逐漸變差。

3.3.2 影響因素分析與建議

GNSS 觀測要求視野開闊、無明顯遮擋，但隨著時間變遷和經濟社會的快速發展，GNSS 基準站的觀測環境可能受到各種因素的干擾與影響，因此在進行基準站觀測環境評估時，DAR、MP1、MP2可較準確地反映基準站周邊環境的變化，站點維護人員除加強站點實地巡檢以外，還可考慮更換接收機、天線和電纜等設備來改善站點數據質量。

為了解多路徑效應逐年上升的原因，參考文獻[8]對比分析了兩個站點更換接收機前后的各項數據質量檢測指標；為進一步分析HBCORS天線和電纜對數據質量可能存在的影響，2021年9月對JZ02更換了天線和電纜（更換前天線型號：TRM59800.00，更換后天線型號：TRM115000.00），分析更換前后各項數據質量檢測指標發現，更換前MP1、MP2分別維持在0.60 m、0.58 m；而更換后MP1、MP2分別維持在0.52 m、0.56 m，說明更換新天線后多路徑效應有所下降。

針對5 個DAR、MP1、MP2等指標均不滿足國家標準要求的站點，經實地巡檢發現站點周邊環境發生了重大變化，主要是房屋等建筑或高大樹木遮擋，結合基礎測繪“十四五”規劃要求，建議后期盡快對上述站點重新選址進行遷建。針對21 個DAR、MP1、MP2等3項中有兩項指標不滿足國家標準要求的站點，經實地巡檢發現站點周邊環境發生了較大變化，主要是城市建設擴張或高大樹木遮擋，建議有條件的站點結合當地氣象臺站或地震臺站搬遷計劃將站點隨遷，或通過更換配置抑徑板的新型天線和接收機設備來改善數據質量。針對19 個DAR、MP1、MP2等3項中有一項指標不滿足國家標準要求的站點，經實地巡檢發現站點周邊環境未發生明顯變化，建議可通過更換配置抑徑板的新型天線和接收機設備來改善數據質量。

4 結 語

本文利用TEQC 軟件對2022 年3 月91 個HBCORS基準站的GNSS 連續觀測數據進行質量檢測，并分析了DAR、多路徑效應等對GNSS 數據質量的影響。結果表明，受觀測環境變化、設備性能老化等因素影響，觀測數據質量整體呈下降趨勢，部分站點的數據質量不符合國家標準規范要求；根據本文分析結果，結合站點實際情況，通過基準站遷建、更換接收機設備或天線等措施可改善站點數據質量。由于時間關系，本文未對包含BDS 衛星的觀測數據進行質量分析，后期可通過相關研究來進一步的驗證評估。研究結果對于后期GNSS 基準站勘選、觀測環境評估和相關標準更新具有一定的參考價值。