随着对地观测技术的发展，全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)已在地壳形变、大地测量等领域得到广泛应用，人们对定位精度的要求有越来越高，而信号质量的好坏严重影响着定位精度^[1]。在GNSS的误差源中，电离层、对流层误差等可通过差分的方式来消除或减弱，但对于与GNSS接收机周围环境有关的多路径误差而言，差分的方式不能很好地消除，这就使得观测环境对信号质量的影响逐渐明显^[2-3]。为了保障数据观测质量，全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314-2009)和地壳运动监测技术规程等对各等级GNSS点位选建均提出了一定的要求，以减小多路径效应和周跳等引起的误差。随着观测环境的不断变化和观测数据的逐年积累，快速、常态化的区域站环境质量分析与管理，能够为GNSS资料的后续分析应用提供质量保障。

目前使用最广泛的GNSS环境质量分析软件是UNAVCO Facility研发的TEQC(translation editing and quality checking)。TEQC利用伪距观测值和载波相位观测值的线形组合来进行GNSS数据的误差估计。然而它是基于命令式软件，人机交互性差，可视化分析需借助第三方软件(如Qc View软件)^[4-5]。大多数研究只在TEQC基础上实现GNSS数据质量可视化表达与分析，缺少对各观测站数据质量及观测环境变化情况随时间的动态管理。本文根据软件工程的思想，基于多路径效应与伪距的关系，利用Visual C++设计开发GNSS区域站环境质量动态管理系统，并应用于中国大陆构造环境监测网络(简称“陆态网络”)大华北660个GNSS区域站10期数据的质量检测与管理。

1 软件设计与实现

本软件设计开发主要是利用伪距观测值和载波相位观测值的线性组合，对GNSS数据计算多路径效应、接收机周跳、卫星信号信噪比等信息，让用户通过可交互式的界面了解基准站环境信息，为用户提供判定和管理GNSS测站环境质量的有效依据。根据现有GNSS观测质量分析软件的不足和实际测量分析要求，本软件具备以下功能，限于篇幅，本文仅列出部分关键代码。

1) GNSS原始数据质量检查。多路径效应主要受观测环境的影响，伪距的多路径误差最大可达0.5个码元宽度，而载波相位观测值的多路径误差一般不超过四分之一波长。因此主要考虑伪距多路径的影响^[6-7]。在GNSS检查摘要文件(*.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^[6-8]。

TEQC的QC部分是检测双频GPS/GLONSS接收机的静态和动态数据质量。根据是否利用导航文件，TEQC质量检查分为qc-lite和qc-full两种检核方式。在缺省状态下，qc-lite方式会生成质量检查摘要文件(*.00s)、电离层延迟误差(*. ion)、电离层延迟变化率(*.iod)、L₁和L₂载波上P码伪距的多路径效应(*. mp1和*. mp2)、L₁和L₂载波的信噪比(*. sn1和*. sn2)。如使用了导航电文，则采用qc-full方式进行质量检查，它除生成qc-lite方式下的所有文件外，还将产生卫星和接收机天线的位置信息以及方位角(*. azi)和高度角(*. ele)两个数据文件^[9-10]。

因此要在Windows环境及可视化界面下，基于TEQC编程实现GNSS原始观测文件批检查，MP1、MP2、o/slps等参数的自动提取和计算，并根据预先设定数据质量指标的限值筛选差点。o/slps一般用另一种较为直观的值CSR(每千历元的周跳数)来表示:

$ {\rm{CSR}} = \frac{{1000}}{{{\rm{o/slps}}}} $

2) GNSS质量成图分析。数据检核的目的是为了评价观测值文件的质量，以便对其进行编辑、筛选和剔除。为了便捷、直观地分析观测值的质量，需将各种检核结果文件绘制成图像。但TEQC软件输出的质量分析结果全部以文本文件的形式输出，没有结果的可视化和统计报表等功能。对此，也有一些第三方软件(如TEQCSPEC、TEQCPlot、QCVIEW等), 然而这些软件都是用Matlab编写或仍然在DOS环境下使用的。

因此要根据TEQC质量检核的结果文件或差点筛选文件，基于Excel编程实现MP1、MP2、o/slps柱状图自动生成。

3) GNSS环境质量管理。以便进一步分析GNSS差点的超限原因，落实站址周围环境对数据质量的影响，及时了解站址周围环境变化，更好的指导后续观测及分析工作。针对目前数据质量文件(*.00s)和实地考察资料(点之记，环境照片等)存储零散，分析人员获取耗时，需要规范管理GNSS环境质量文件。

4) 软件整体框架。GNSS区域站环境质量动态管理系统框架设计如图 1所示，初始输入数据为双频观测文件和对应的导航文件，根据不同数据类型需求，本系统实现了不同名同年积日导航文件自动匹配计算，通过TEQC数据检核功能完成观测数据质量预处理，产生质量检核结果文件(*.00s)，提取质量检核文件中的环境质量参数(MP1，MP2，o/slps)，根据IGS标准筛选差点，并基于Excel实现MP1/MP2和CSR变化的可视化表达，最后结合实地考察资料，整理入库对比分析，实现区域站环境质量的动态管理。

2 软件测试应用

为了监测地壳水平运动变化特征，陆态网络等项目在大华北地区布设了比较密集的GNSS观测台网，从1999年观测以来，每隔一年实施一次观测，目前已积累10期资料。由于站址已建成十多年，观测环境发生了较大的变化，如公民建房、树木成长、信号塔等原因，造成GNSS观测质量差异很大。本文利用所开发的软件对陆态网络大华北地区660余个GNSS区域站10期期观测资料(20 321个文件)环境质量分析及管理。

1) 利用“质量检查”功能，对660余个站址累积的原始数据进行qc-full检查，得到每个站址的检查摘要文件(*.00s)，提取并计算每个站址的MP1、MP2、CSR数据的年平均值。结果表明，大部分站址的MP1和MP2变化都比较平稳，部分台站的CSR变化比较剧烈。根据IGS经验(MP1≥0.5，MP2≥0.75，CSR≥10为差)筛选出50个站址(389个文件)超限。

2) 利用“成图分析”功能，对50个超限站址进行可视化表达。由于篇幅原因，图 2仅列出了有代表性的超限GNSS站址的MP1/MP2的年变化。

3) 利用“整理入库”功能，对660个GNSS检查摘要文件(*.00s)进行一键归档。在每个站址命名的文件夹下，按照时间顺序分类存放数据(*.00s)、点之记、环境照片。并对50个超限站址环境，一一对比实地考察文件，根据不同环境影响，分类统计如表 1。在GNSS区域站观测数据质量检测过程中，应重点考虑环境因素。

3 结束语

为了得到全面准确的GNSS观测数据，必须对测站周围环境质量作出快速、准确的评价，并实现对观测环境变化情况随时间的动态管理，这样才能有效地利用资源。本文在分析了GNSS区域站环境质量分析及管理现状的基础上，采用Visual C++，设计开发了GNSS区域站环境质量分析及管理系统。利用该系统对陆态网络大华北地区660余个GNSS区域站10期期观测资料进行环境质量分析，方便快捷地得到每个站址的检查摘要文件(*.00s)，提取并计算每个站址的MP1、MP2、CSR数据的年平均值，根据IGS经验，筛选出50个差点，并整理入库，一键对比实地考察资料(点之记、环境照片)，形成了统计报告。系统的测试结果表明, 数据质量检查、成图分析及整理入库3个功能规模适当，封装性好，操作方便，让用户通过可交互式的界面判定和管理GNSS测站环境质量信息，为进一步GNSS数据分析提供有效依据，也可为建立GNSS区域站观测与运维系统提供参考。