第40卷第4期
2020年11月桂林理工大学学报
Journal of Guilin University of Technology Vol.40No.4 Nov.㊀2020
文章编号:1674-9057(2020)04-0762-08㊀㊀㊀㊀㊀doi:10.3969/j.issn.1674-9057.2020.04.014 Anubis与TEQC软件在多模GNSS数据质量
检查中的应用与对比分析
肖㊀燕1，周㊀飞2，唐诗华1，刘海锋3，蒲㊀伦1
(1.桂林理工大学a.测绘地理信息学院;b.广西空间信息与测绘重点实验室，广西桂林㊀541006;
2.广西壮族自治区基础地理信息中心，南宁㊀530023;
3.武汉大学测绘学院，武汉㊀430079)
摘㊀要：以桂林GLLG CORS基准站的观测数据为例，采用Anubis与TEQC两款软件对GPS㊁GLONASS㊁BDS和Galileo等多导航卫星系统的观测数据进行质量检查分析，通过比较，分析了观测数据的质量和An
u-bis与TEQC软件数据质量检查的能力㊂在此基础上，对Anubis的质量检查指标进行了可视化分析㊂结果表明：数据质量指标符合IGS经验值，两款软件检查结果相当，且具有各自的优势㊂但在多模数据质量检查可视化方面，相比TEQC软件,Anubis方法具有更多优点，可作为TEQC等质量检查分析软件的补充和扩展㊂关键词：数据质量;TEQC;Anubis；可视化
中图分类号:P228.4㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A
随着导航卫星系统的发展，用户已可获得GPS㊁GLONASS㊁BDS和Galileo等多模GNSS观测数据，测量精度要求也不断提高㊂目前常用的GNSS数据质量检查软件有TEQC㊁BNC(BKG Ntrip Client)及gfzrnx等㊂其中,TEQC软件可以对RINEX2格式的数据进行格式转换㊁数据编辑和质量检核等操作，但随着软件的维护更新，可视化文件由COM-PACT1升级为COMPACT3格式，从而导致传统的TEQC可视化的工具可能不再适用；与TEQC相比, BNC支持RINEX3格式，是基于Qt开发框架的开源软件，但是目前主要对传统信号㊁频点的数据质量进行分析，尚不支持对BDS的数据质量分析[1]; gfzrnx软件可以同时支持RINEX2和RINEX3格式，但软件不开源，且无法进行可视化分析[2]㊂
由于各卫星系统的不断发展和完善，以及用户对精度的需求不断提高，解决多模数据质量检查及可视化分析的问题逐渐成为当今研究的热点㊂Anu-bis是由捷克共和国的Geodetic Observatory Pecny (GOP)研究机构基于G-Nut核心库开发的一款开源的命令行工具，可对所有可用GNSS星座的观测数据进行质量
检查和可视化分析[3-4]㊂陈秀德等[5]利用Anubis对MGEX站数据进行检测，介绍并验证了Anubis的数据检查和可视化的主要功能㊂陈佳清等[6]利用G-Nut/Anubis软件对某市CORS观测数据质量进行检核，实现了GNSS数据质量检核可视化一键命令式解决，提供了丰富的数据质量检核指标㊂刘智强等[7]利用Anubis对JFNG站和HUEG站的实测GNSS数据进行质量分析，证实了Anubis用于GNSS数据质量分析具有操作简单㊁评价内容丰富㊁图形化好㊁代码开源等优点㊂康朝虎等[8]利用Anubis对多系统GNSS观测数据进行预处理，并对其单点定位精度㊁多路径误差㊁信噪比进行了可视化分析㊂鉴于此，本文首先介绍了质量检查的关键指标，在此基础上利用Anubis对CORS
㊀收稿日期:2019-07-30
㊀基金项目：国家自然科学基金项目(41864002)；广西自然科学基金项目(2018GXNSFAA281279)；广西空间信息与测绘重点实验室开放基金项目(15-140-07-05;16-380-25-13)；广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(KY2016YB823)㊀作者简介：肖㊀燕(1993 )，女，硕士，研究方向：数据预处理及平差,yan@glut.edu㊂
㊀通讯作者：唐诗华，博士，教授,58650875@qq㊂
㊀引文格式：肖燕，周飞，唐诗华，等.Anubis与TEQC软件在多模GNSS数据质量检查中的应用与对比分析[J].桂林理工大学学报,2020,40(4):762-769.
基准站GNSS 观测数据进行质量检查，将结果与TEQC 软件对比分析，研究了两款软件的差异㊂此外，对Anubis 的可视化分析研究表明,Anubis 可实现对多模GNSS 数据的质量检查，并且可提供丰富的可视化分析手段，对于CORS 站等多模数据质量检查和控制具有一定的参考价值㊂
1㊀质量检查指标
观测数据质量是确保GNSS 定位精度的前提，而GNSS 观测数据的质量可从数据有效率㊁周跳㊁多路径效应㊁电离层延迟变化率以及信噪比等指标反映出来㊂
数据有效率是表征基准站有效观测值和评估数据完整性的指标，根据观测时设置的卫星截止高度角及相应时段的卫星星历，可计算理论上能接收的卫星观测值个数N 0，然而实际上由于观测环境和接收设备的影响，在该时段接收到的观测个数N 1与理论值不相等[9]，该差异可通过数据有效率R 衡量
㊀㊀㊀㊀㊀㊀R =N 1/N 0㊂
(1)
多路径效应是在发射导航信号的卫星㊁接收机天线及天线附近物体之间构成的某种相对空间关系的环境下产生的合成信号相对于直达接收机天线信号的一种延迟现象
[10]
㊂这种延迟信号由于
其对波长的依赖性而导致每种类型的GNSS 信号具有不同的测量误差，且直接反映了基准站周围的环境质量，因此是衡量GNSS 观测数据质量的重要指标之一㊂计算L 1㊁L 2载波多路径效应[11]:
㊀MP 1=P 1-1+2α-1()φ1λ1+2
α-1()φ2λ2
;
(2)㊀MP 2=P 2
-2αα-1()φ1
λ1
+2α
α-1
-1()φ2
λ2
㊂(3)
其中:MP 1㊁MP 2分别表示L 1和L 2载波上的多路径效应对伪距和相位影响的综合指标;P 1㊁P 2分别表示L 1㊁L 2两波段上的伪距观测值;φ1㊁φ2分别表示L 1㊁L 2载波相位观测值;λ1㊁λ2分别代表L 1㊁L 2载波的波长;α表示L 1㊁L 2两波段频率f 1和f 2之比的平方，即α=(f 1/f 2)2㊂
周跳是指接收机在跟踪卫星过程中，由于某种
原因发生信号失锁，导致载波相位观测中整周计数不连续，进而使相关观测值较正常值出现一个整数
周的跳跃，可用o /slps 值或CSR 来表示周跳情况[14]
㊀㊀㊀㊀㊀周跳=o /slps ,
(4)㊀㊀㊀㊀㊀CSR =
1000
o /slps
,(5)
式中:o 为观测值个数;slps 为周跳次数㊂
本文对CORS 站数据质量的评价主要选取了数据有效率㊁多路径效应㊁周跳等3项指标㊂数据有效率应保持在90%以上[12]，如果低于一定比例，则说明数据的完整性不足，有必要系统地分析外部环境因素㊂国际GNSS 服务组织(IGS)的数据质量检测分析显示，对于多路径效应而言,2/3的IGS 站的MP 1和MP 2平均值分别小于0.5和0.75m [13-14]㊂
此外，超过半数的IGS 站的每千历元的周跳CSR 平均值小于5，观测值与周跳o /slps 的值大于200,2/3
以上的CSR 平均值是在10以下㊂根据IGS 的经验标准以及具体的工程要求，若某一指标超限或者多个指标均接近限值，则可认为该数据的质量不佳，可根据实际需要对其进行剔除或降权㊂
2㊀算例分析
2.1㊀TEQC 与Anubis 质量检查
为了进行两款软件的质量检查对比分析，一致采用广西桂林市GLLG CORS 基准站的2019年1
月1 7日共7d 的全天观测数据进行质量检查对比，数据采样间隔为15s(采样间隔可根据实际要求进行设置)，根据高度角设置原则[15]，本次将卫星截止高度角设为10ʎ，接收机型号为TRIMBLE NETR9，天线类型为扼流圈天线㊂
TEQC 质量检查命令为:teqc ㊀+qc ㊀+plot㊀-nav GLLG ∗∗∗∗.19n ㊀GLLG ∗∗∗∗.19o㊂Anubis 质量检查命令为:Anubis ㊀-x anub-2.1.2.
cfg-l ㊀process.log㊂
其中,anub-2.1.2.cfg 为配置文件，与TEQC 的默认配置不同,Anubis 提供了可文本编辑的配置文件,
且在使用前需要对其设置质量检查的数据文件名和生成的质量检查报告名㊂
表1列出了2019.2.25版本的TEQC 以及2.2.4版本的Anubis 质量检查生成的文件㊂在质量检查时,TEQC 步骤简单，可以直接输入命令进行质量检查,TEQC 分别从卫星仰角㊁方位角㊁多径效应㊁电离层延迟误差㊁电离层延迟率和信噪比等因
3
67第4期㊀㊀㊀㊀㊀肖㊀燕等:Anubis 与TEQC 软件在多模GNSS 数据质量检查中的应用与对比分析
表1㊀TEQC 和Anubis 质量检查生成的文件
Table 1㊀Files of quality inspection by TEQC and Anubis
文件说明文件名后缀TEQC Anubis
质量检查报告文件∗.S 卫星方位角文件∗.azi 电离层延迟变化∗.d12卫星高度角文件
∗.ele ∗.xtr L 1~L 2电离层延迟∗.i12∗.xqc
L 1载波的多路径效应∗.m12L 2载波的多路径效应
∗.m21L 1观测值的信噪比文件∗.sn1L 2观测值的信噪比文件∗.sn2
素全方位分析GNSS 观测数据的质量㊂与TEQC 相比,Anubis 在进行质量检查时，需要配置默认文
件，但同样可以进行多方面的数据质量分析，其质量检查报告的所有指标包含在.xtr 和.xqc 两个文件中㊂
以2019年第1天为例，图1展示了两款软件的质量检查报告文件的部分摘要内容㊂两款软件一致列出了观测数据各项质量指标：数据观测的开始时间为00:00:00，结束时间为23:59:45，采样间隔为15s，采样时
长为24h㊂对于实际采样
数,TEQC 和Anubis 计算的实际观测数据相差较小
,
图1㊀质量检查报告文件摘要内容对比
Fig.1㊀Comparison of summary content of quality
inspection report files
分别为85504和88214，然而由于两款软件的期
望采样数不一样(分别是88429和111442)，因此其报告的数据有效率相差较大，分别为97%和
74%㊂两款软件报告的周跳o /slps 也相差较大，分
别为42752和1116㊂Vaclavovic 等[4]研究表明，导致这些结果的原因是软件设置的期望值和计算方法不一样㊂此外，从多路径来看，由于在本次实验中,TEQC 没有分开计算GPS 和GLONASS 等不
同星座的多路径值,MP 1㊁MP 2分别为0.39㊁0.40
m；而Anubis 则默认对不同星座进行了分别计算,GPS 的MP 1㊁MP 2分别为28.9㊁29.4cm,GLO-NASS 的为46.2和39.3cm㊂
为了进一步对比研究Anubis 与TEQC 的质量
检查精度，本文以TEQC 的采样期望值为标准，采用式(1)和式(4)，在Anubis 报告文件的基础上，分别重新计算了数据有效率Ratio 和周跳o /slps ㊂此外，将Anubis 软件计算的不同星座的多路径值取平均值代表这次观测的多路径值，结果见表2㊂
可以看出,TEQC 和Anubis 两款软件计算的质量检查指标几乎一致，但是，对于数据有效率和周跳两个指标,Anubis 的计算值均比TEQC 的大，而对于剩下的其他指标(CSR 和多路径指标),Anubis 的计算值均比TEQC 的小，说明在质量检查方面，如果按TEQC 的期望采样率计算,Anubis
质量检查指标相比TEQC 宽松 ，且两者的检查仍相差不大㊂
2.2㊀Anubis 可视化分析
TEQC 和Anubis 都可对质量检查结果进行可视化分析，其中TEQC 需借助第三方软件(如QC-VIEW 等)对质量检查文件进行可视化㊂Anubis 相比TQEC 更为便捷，且可从更多角度对质量检查结果进行可视化，可视化命令为:plot_Anubis.pl -ifile
表2㊀TEQC 与重新计算的Anubis 质量检查结果统计对比
Table 2㊀Statistical comparison between TEQC and recalculated Anubis quality inspection
Day Ratio /%
TEQC Anubis o /slps
TEQC
Anubis
CSR
TEQC Anubis MP 1/m
TEQC Anubis MP 2/m
TEQC Anubis 2019-01-01979942752
44107
0.020.020.390.380.400.342019-01-02969910498109650.100.090.390.380.400.342019-01-0395*******
12540
0.080.080.390.380.400.352019-01-0496995671
5877
0.180.170.400.380.400.342019-01-0596994066
4210
0.250.240.400.380.410.352019-01-0696992638
2747
0.380.360.410.370.420.342019-01-07
96
99
42372
44016
0.02
0.02
0.39
0.38
0.40
0.35
4
67桂㊀林㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2020年
< -plot = anubis.png  -all -all -title =
SITE [YEAR:DOY] ㊂其中,plot_Anubis.pl 为A-
nubis 开发的可视化工具, 为Anubis 生成的质量检查报告，命令后半部分为一系列可设置的绘图参数㊂本文选取2019年第27天GLLG 站
24h 的数据对Anubis 可视化进行研究㊂
图2统计了各星座对应时刻的可见卫星数,BDS
和GPS 的全天时刻可见卫星数均相比GLONASS 和Galileo 多㊂结合图3可看出，该接收机对北斗系统仅接收到BDS-2的卫星，未接收到BDS-3的卫星，其中横轴为卫星编号，竖轴为卫星可用的码或相位频段数㊂图4为各星座的天球轨迹图，横轴为卫星方位角，竖轴为高度角㊂BDS㊁Galileo㊁GLONASS㊁GPS 四大星座的高度截止角均为10ʎ㊂由于GPS 和GLONASS 发展较早，建设已完善，天球轨迹全球分布较为均匀，而BDS 首先面向亚太地区提供服务，逐渐扩展到全球，在2019年系统还未完全建成，因此BDS 和卫星数较少的Galileo 星座的天球轨迹示意图分布较稀疏和不均匀，但因CORS 位于国内，属于目前BDS 的主要服务区，因此图2中BDS 对应时刻的可见卫星数仍比GPS 略多㊂
由图3可知，本次观测到的BDS 星座的卫星
总数为15颗，结合图2分析,CORS 站每小时平均
能观测到BDS 卫星数为11~12颗；而观测到GPS
星座的卫星总数为31颗,CORS 站每小时平均观测到的GPS 卫星数为8~9颗㊂由此可见，在国内BDS 同一颗卫星的利用率相比其他星座更高㊂图
5a 展示了各星座对应波段观测到的卫星数，图5b 图3㊀各星座的卫星统计
Fig.3㊀Satellite statistics for each
constellation
图2㊀各星座的多频(彩)/单频(灰)可见卫星柱状图
Fig.2㊀Multi /single frequency visible satellite histograms for each constellation
5
67第4期㊀㊀㊀㊀㊀肖㊀燕等:Anubis 与TEQC 软件在多模GNSS 数据质量检查中的应用与对比分析
图4㊀星座天球轨迹示意图Fig.4㊀Illustration of constellation celestial trajectory
为用户选定的高度角下和水平高度角下可观测的
卫星个数占比，其中彩标定的是用户设定高度
查成绩app
角下的可观测卫星个数占总体该频段下理论观测
个数的比值，黑标记用户设定高度角为水平时
的可观测卫星个数占总体该频段下理论观测个数
的比值，该图展示了不同测距码和载波频段对应
的设定高度角下与不设定高度角下所能观测到卫
星个数占整体个数的情况㊂可见不管是卫星数还
是观测角,GPS的C1㊁C2码㊁L1㊁L2载波以及S1㊁S2波段观测到的卫星数量相比GPS其他波段的多，观测高度角范围则比其他波段的更大，而
其他星座的各波段的观测情况相当㊂图5c展示了
不同高度角下的可见卫星数占比㊂
图6给出了各卫星星座的数据质量统计汇总
信息，主要包括数据可用率㊁数据剔除比率㊁剔除
的单频观测数，以及由历元㊁卫星失锁和信号扰动
导致的周跳数量以及多路径效应㊂从图6a可看出, GLLG站当天的观测完整历元数达到100%，为了确保观测数据的质量,Anubis对单频观测值进行了剔除并且统计；图6b结合图2可知该卫星星座某些时刻可见卫星为单频卫星，由此导致Anubis 删除了约1900个GLONASS的单频观测数据，删除率较高；图6c可知,GPS㊁Galileo和BDS均出现了较少的信号中断丢失，这反映了观测环境变差，此外,GLONASS卫星数据还出现了周跳和失锁的现象；图6d展示了选定频段的多路径值，在本次观测中的Galileo㊁BDS和GPS的多路径值相当，而GLONASS的多路径值略大㊂
从质量检查结果图7a多路径RMS
统计结果来
图5㊀观测卫星数统计图
Fig.5㊀Statistics of satellites observation
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