２０２０年８月第４期
城㊀市㊀勘㊀测
ＵｒｂａｎＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ＆Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ
Ａｕｇ.２０２０Ｎｏ.４
引文格式：窦邵华ꎬ何骞ꎬ程铭宇等.多ＧＮＳＳ数据质量全流程分析软件设计与实现[Ｊ].城市勘测ꎬ２０２０(４):９４－９６.文章编号:１６７２－８２６２(２０２０)０４－９４－０４
中图分类号:Ｐ２２８
文献标识码:Ｂ
多ＧＮＳＳ数据质量全流程分析软件设计与实现
窦邵华∗ꎬ何骞ꎬ程铭宇ꎬ刁锦通
∗㊀收稿日期:２０２０ ０３ １４
作者简介：窦邵华(１９９０ )ꎬ男ꎬ硕士ꎬ助理工程师ꎬ主要从事ＧＮＳＳ数据处理与ＧＮＳＳ遥感等技术工作ꎮ
(广州市城市规划勘测设计研究院ꎬ广东广州㊀５１００６０)
摘㊀要:ＧＮＳＳ数据质量的好坏直接影响着定位的精度和可靠性ꎮ针对目前ＧＮＳＳ数据质量分析的主流软件大多操作复杂ꎬ需要有一定科研基础ꎬ并且每个软件有自己的侧重点ꎬ有的不支持四系统ꎬ有的不支持可视化ꎮ从实际出发ꎬ设计并实现了一套多ＧＮＳＳ数据质量全流程分析软件ꎬ可以满足从卫星端㊁传播路径到接收机端的多ＧＮＳＳ数据质量分析要求ꎮ关键词：多ＧＮＳＳꎻ数据质量分析ꎻ广播星历误差ꎻ伪距多路径ꎻ接收机噪声ꎻ零基线
１㊀引㊀言
ＧＮＳＳ数据质量的好坏直接影响着用户定位的精
度和可靠性[１~３]ꎬ对多ＧＮＳＳ数据质量和导航性能进行分析可以让用户在进行位置解算之前对原始观测数据进行质量检测㊁可以为用户选择卫星导航系统㊁各卫星系统的发展提供㊁接收机产商提升接收机的性能㊁多系统数据的融合处理以及测站的选址提供参考[４ꎬ５]ꎮ
目前ＧＮＳＳ数据质量分析软件层出不穷ꎬ比较有
名的有ＵＮＡＶＣＯＦａｃｉｌｉｔｙ研发的ＴＥＱＣ[６]㊁德国法兰克福联邦测绘局研发的ＢＮＣ㊁徕卡研发的ＳｐｉｄｅｒＱＣ㊁捷克共和国的ＧＯＰ研发的Ａｎｕｂｉｓ[７]ꎬ日本东京海洋大学开发的ＲＴＫｌｉｂ[８]等ꎮ这些软件的算法设计较好ꎬ但是大多操作复杂ꎬ需要有一定科研基础ꎬ并且每个软件有自己的侧重点ꎬ有的不支持四系统ꎬ有的不支持可视化ꎬ因此有必要设计研发一套可以对多ＧＮＳＳ数据质量进行全流程分析的软件ꎮ
２㊀设计思路
作为一款可以对多ＧＮＳＳ数据质量进行全流程分
析的软件ꎬ首先应该具备多系统数据读取㊁数据处理㊁结果展示和归档的功能ꎬ其次应该体现 全面 的特ꎬ即可以对卫星广播星历精度㊁信号传播误差㊁接收机噪声[９ꎬ１０]㊁导航定位精度等进行分析评估ꎮ并且要求软件操作简单㊁具备自动化批量处理的功能ꎮ本文研究的多ＧＮＳＳ数据质量全流程分析软件的主要处理流程如图１所示ꎮ为了充分发挥各种编程语言的优势ꎬ本研究采用了Ｐｅｒｌ语言用于工程管理和成果归档ꎬＣ＋＋语言用于数据处理ꎬＭａｔｌａｂ语言用于成果的可
视化展示
ꎮ
图１㊀主要流程
考虑到影响ＧＮＳＳ数据质量的误差源主要有：与卫星有关的卫星星历误差㊁卫星钟的钟误差㊁相对论效应ꎻ与卫星信号传播路径有关的对流层延迟㊁电离层延迟㊁多路径效应ꎻ与用户接收机有关的接收机位置误差㊁接收机钟的钟误差㊁接收机的测量噪声等ꎮ图２~图５表示了多ＧＮＳＳ数据质量全流程分析软件在处理各个阶段误差时所采用的关键方法
ꎮ
图２㊀广播星历精度评估
第４期窦邵华等 多ＧＮＳＳ
数据质量全流程分析软件设计与实现
图３㊀ＧＮＳＳ
信号数据质量分析模块设计
图４㊀ＧＮＳＳ
接收机内部噪声评估模块设计
图５㊀ＧＮＳＳ导航性能评估模块设计
３㊀算例
为了验证软件算法的正确性和可靠性ꎬ本文对
２０１５年~２０１７年的卫星数据进行了处理ꎬ限于篇幅ꎬ仅对部分时段的部分成果进行展示ꎬ图６为广播星历误差部分ꎬ包括ＧＮＳＳ四系统轨道误差在径向Ｒ㊁切向Ｔ和法向Ｎ三个方向的分量ꎬ钟差误差ＣＬＫ㊁空间信号测距误差ＳＩＳＲＥ以及用户测距误差ＵＲＥ的统计对比ꎬ表１为２０１７年第３０５天ＪＦＮＧ站北斗系统ＢＤＳ各频
段数据完整率和周跳比ꎬ图７为ＢＤＳ某一天的电离层延迟变化率与卫星天空视图ꎬ图８为多ＧＮＳＳ系统各频段一天的平均伪距多路径误差对比ꎬ表２为ＧＮＳＳ系统各类卫星ＴｒｉｍｂｌｅＮｅｔＲ９接收机的伪距观测值接收机噪声水平ꎬ图９为２０１６年第４１天~第５０天ｉＧ￣ＭＡＳ和ＭＧＥＸ部分观测站的伪距单点定位精度统计ꎮ
图６㊀ＧＮＳＳ广播星历精度评估指标对比
ＢＤＳ
各频段数据完整率和周跳比㊀㊀㊀㊀
㊀㊀表１
系统
频段预期观测历元实际观测历元周跳数数据完整率/％周跳比ＢＤＳ
Ｃ１Ｉ
３１９３０２７８７７－８７.３１－Ｃ６Ｉ３１９３０２７８６３－８７.２６－Ｃ７Ｉ３１９３０２７８７３－
８７.２９
－
Ｌ１Ｉ３１９３０２７７９４９５８７.０５３.４２Ｌ６Ｉ３１９３０２７８６１９０８７.２６３.２３Ｌ７Ｉ
３１９３０
２７８７１
spider软件
９１８７.２９３.２７图７㊀ＢＤＳ系统电离层延迟率与卫星天空视图
图８㊀ＪＦＮＧ站ＧＮＳＳ卫星多路径均值
５
９
城㊀市㊀勘㊀测
２０２０年８月
伪距观测值接收机噪声水平(ＲＭＳ)(单位/ｍ)㊀㊀㊀表２卫星类型
Ｌ１/Ｂ１/Ｅ１Ｌ２/Ｂ２Ｌ５/Ｂ３/Ｅ５ａ
ＧＰＳＢｌｏｃｋＩＩＲ
０.３７６０.３５０ ＢｌｏｃｋＩＩＲＭ０.３２５０.３２７
ＢｌｏｃｋＩＩＦ０.３７２０.３４１０.２６３ＢＤＳ
ＧＥＯ０.３４８０.２６７０.１９５ＩＧＳＯ０.３６２０.２７００.１９３ＭＥＯ０.３４３０.２７５０.１９４ＧＬＯＮＡＳＳＧＬＯＮＡＳＳ－Ｍ０.５２１０.６０９ ＧＬＯＮＡＳＳ－Ｋ
０.５５７０.６４３ Ｇａｌｉｌｅｏ
ＩＯＶ０.２０７ ０.１４４ＦＯＣ０.１８１
０.１３７图９㊀ｉＧＭＡＳ和ＭＧＥＸ测站伪距单点定位残差ＲＭＳ值
４㊀结㊀语
本文针对现有软件的不足ꎬ对在各个阶段影响多
ＧＮＳＳ数据质量的误差进行了分析ꎬ形成了一套多ＧＮＳＳ数据质量全流程分析软件ꎬ成功实现了对各个ＲＩＮＥＸ版本观测数据和多频多模ＧＮＳＳ数据的综合处理㊁成果可视化显示以及生成分析报告ꎮ实验验证结果表明ꎬ成果种类丰富ꎬ图形报表清晰明了ꎬ功能齐全ꎬ
可以满足对多ＧＮＳＳ数据质量的全流程分析ꎮ
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ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＷｈｏｌｅＰｒｏｃｅｓｓＡｎａｌｙｓｉｓ
ＳｏｆｔｗａｒｅＦｏｒＭｕｌｔｉ－ＧＮＳＳＤａｔａＱｕａｌｉｔｙ
ＤｏｕＳｈａｏｈｕａꎬＨｅＱｉａｎꎬＣｈｅｎｇＭｉｎｇｙｕꎬＤｉａｏＪｉｎｔｏｎｇ
(ＧｕａｎｇｚｈｏｕＵｒｂａｎＰｌａｎｎｉｎｇＳｕｒｖｅｙＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＧｕａｎｇｚｈｏｕ５１００６０ꎬＣｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＴｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆＧＮＳＳｄａｔａｄｉｒｅｃｔｌｙａｆｆｅｃｔｓｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ.Ａｔｐｒｅｓｅｎｔꎬｍｏｓｔｏｆｔｈｅ
ｍａｉｎｓｔｒｅａｍｓｏｆｔｗａｒｅｏｆＧＮＳＳｄａｔａｑｕａｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｉｓｃｏｍｐｌｅｘａｎｄｎｅｅｄｓｓｏｍｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｕｎｄａｔｉｏｎꎬａｎｄｅａｃｈｓｏｆｔｗａｒｅｈａｓｉｔｓｏｗｎｆｏｃｕｓꎬｓｏｍｅｄｏｎｏｔｓｕｐｐ
ｏｒｔｆｏｕｒｓｙｓｔｅｍｓꎬｓｏｍｅｄｏｎｏｔｓｕｐｐｏｒｔｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ.Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｗｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｍｕｌｔｉ－ＧＮＳＳｄａｔａｑｕａｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅꎬｗｈｉｃｈｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｍｕｌｔｉ－ＧＮＳＳｄａｔａｑｕａｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｆｒｏｍｓａｔｅｌｌｉｔｅꎬｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｐａｔｈｔｏｒｅｃｅｉｖｅｒ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍｕｌｔｉ－ＧＮＳＳꎻａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄａｔａｑｕａｌｉｔｙꎻｂｒｏａｄｃａｓｔｅｐｈｅｍｅｒｉｓｅｒｒｏｒꎻｐｓｅｕｄｏｒａｎｇｅｍｕｌｔｉｐａｔｈꎻｒｅｃｅｉｖｅｒ
ｎｏｉｓｅꎻｚｅｒｏｂａｓｅｌｉｎｅ
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