本研究採用了五項觀測資料品質指標，以探討觀測資料品質與定 位精度的相關性。為求獲得高精確度的分析結果，特選定於新竹工業 技術研究院(以下簡稱工研院) 量測技術發展中心頂樓進行外業觀測 作業，所使用的儀器共包含AOA BenchMark、Leica SR9500、Leica SR530、Javad Odyssey、NovAtel 502、Ashtech Z-Surveyor等五個廠牌 六種型號的接收儀。
在本章中，將針對本研究之試驗場說明、實驗步驟、待測GPS接 收儀型式及GPS處理軟體等實驗要項加以詳細說明之。
3-1 試驗場地說明
本研究實驗場地位於工研院量測中心頂樓的國家GPS校正場，此 試驗場採用固定式鋼架樁，並裝置工研院量測中心李瓊武博士所設計 之強制定心樁(如圖3-1所示)，以減少每次觀測的定心誤差，增加儀器 的穩定度。各個測站通視良好且週遭無遮蔽之建築物，將可減少多路 徑效應的影響。於此試驗場進行觀測其優點有：
1. 測量作業時，穩定度高。
2. 強制定心及定心板皆已事先調平，故整置儀器迅速，並可減少人 為誤差。
3. 強制定心精度為±0.03mm，優於傳統光學定心精度±0.2mm。
圖3-1 強制定心樁的定平機制
3-2 實驗步驟說明
一、選定工研院量測中心頂樓的GPS短距離基線校正場(平面示意圖 如圖3-2所示)，於NML3至NML7上基點上整置GPS衛星測量接收 儀，TNML為工研院所架設之衛星固定站。
圖 3-2 國家 GPS 校正場平面示意圖
二、將五部儀器同時整置在GPS校正基樁上，於2004年1月5日至8日 連續72小時同步接收資料，測試儀器廠牌型式及整置樁位如表 3-1所示，測試所採用的儀器如圖3-3所示，外業觀測情形如圖3-4 所示，並藉由儀器廠商所提供之轉換程式，將各廠牌的原始觀測 資料轉換成Rinex共通格式，以方便後續的資料處理。
表 3-1 測試儀器廠牌型式及整置樁位一覽表
整置樁位 接收儀廠牌型式 天線盤型式 觀測時數 借用單位
TNML AOA BenchMark AOAD/M_T 72 小時 工研院 NML3 Ashtech Z-Surveyor ASH700936E 72 小時 工研院 NML4 NovAtel 502 502 72 小時 土測局 NML5 Javad Odyssey ODYSSEY_I 72 小時 土測局 NML6 Leica SR530 LEIAT502 72 小時 土測局 NML7 Leica SR9500 LEIAT302-GP 72 小時 國防大學
圖 3-3 測試所採用的儀器
圖 3-4 外業觀測情形
三、探討觀測資料品質與長、中、短距離基線相對定位精度的相關性，
為求獲得高精確度的分析結果，故連續進行GPS靜態測量72小 時，取樣間隔設定為30秒，觀測衛星之最低仰角設定為15度。
四、將接收時間切割為每4小時為一期，總共分成18期。以每4小時解 算的成果進行坐標重現性分析，計算N、E、h三軸坐標標準差合 成量作為定位精度指標。
五、以UNAVCO所研發的Teqc軟體解算MP1（L1載波的多路徑效應）、 MP2（L2載波的多路徑效應）、o/slps（每n 個觀測量會產生一個 週波脫落）這三項觀測資料品質指標。
六、使用瑞士伯恩大學天文所所研發出來的GPS研究軟體Bernese 4.2 版進行解算接收器內部時鐘與GPS時鐘的平均偏差量及接收儀 內部時鐘的穩定度這兩項觀測資料品質指標，並以其進行短、
中、長不同距離基線相對定位精度指標計算。
七、將X、Y、Z坐標系統，轉換為台灣2度分帶N、E、H坐標系統，
以方便針對平面及高程方向的精度做更進一步的探討。
八、利用五項觀測資料品質指標來分析相對定位精度指標，以了解 GPS觀測資料品質與基線解算精度之相關性。
3-3 資料處理
在本研究中，觀測資料品質指標由Teqc及Bernese 4.2版學術用軟 體進行解算；而相對定位精度指標，則採用Bernese 4.2版學術用軟體 來進行解算，現分述如下：
3-3-1 Teqc 使用簡介
Teqc為Translate/Edit/Quality Check之縮寫，是由UNAVCO所提供 之免費使用軟體，針對單站之GPS 觀測量進行處理。本程式相關文 獻可由下列相關網站取得。Teqc之Quality Check部分可產生繪圖的資 料檔案，可配合Qcview軟體展示及產生postscript格式之圖籍。Qcview 亦可由UNAVCO網站獲得【17】。
http://www.unavco.ucar.edu/software/teqc 其主要功能如下：
1. 格式轉換：由各廠商提供之格式轉入標準格式RINEX。
2. 數據編輯：對RINEX檔案進行編修，擷取等操作。
3. 品質檢核：計算GPS 接收訊號之雜訊比，多路徑效應，電離層延 遲等相關之指標。
本研究主要使用Teqc的品質檢核部分。其品質檢核的部分，是源 自UNAVCO早期之格式QC，乃使用單測站之觀測量，以線性組合的 方式對以下部分進行分析：
1. L1虛擬距離之多路徑效應 2. L2虛擬距離之多路徑效應 3. 電離層對L1載波之相位影響 4. 電離層延遲之變化
5. L1、L2之訊號雜訊比
並輸出一摘要報告，包含鐘錶漂移量等。使用時之基本指令形式 如下：
teqc +qc TNML005.04o
經 由 Teqc 軟 體 檢 測 ， 將 產 生 TNML005.mp1, TNML005.mp2, TNML005.ion, TNML005.iod, TNML005.sn1, TNML005.sn2, TNML005.04s等七個檔案，其中.04s為摘要文字檔，MP1為L1多路徑 效應指標，MP2為L2多路徑效應指標，sn1為L1雜訊比，sn2為L2雜訊 比，ion與iod則分別為電離層遲延值及變率。
經由Teqc對GPS單站之觀測量進行初步之檢核，由MP1及MP2多 路徑偏離值，可以研判是否該測站有多路徑效應之問題。而經由o/slps (每多少個觀測數產生一個週波脫落)可判斷該測站受到週波脫落的 影響【6】。
3-3-2 Bernese 4.2版軟體介紹及計算流程
在本研究中，相對定位精度指標的解算，是採用由瑞士伯恩大學 天文研究所（Institute of Astronomy, University of Berne）所研發的 Bernese 4.2 版GPS資料處理軟體。3.0版於1988年3月撰寫而成，並於 1988年至1995年間經過五次重大的改版，分別是1988年12月的3.1 版、1990年4月的3.2版、1991年5月的3.3版、1993年5月的3.4版以及 1995年2月的3.5版。而Bernese 4.0版於1996年9月完成改寫，並於2000 年8月再度發表現行的Bernese 4.2版。
Bernese軟體是屬於研究型軟體，以Fortran語言撰寫而成，並附 有原始程式，可依實際需求而進行修改，亦可自行加入新的模式。該 軟體除了一般性GPS資料處理功能外，另有BPE（Bernese Processing Engine）可自動化處理GPS資料、計算軌道參數、極運動（Polar Motion）
參數、地球轉動（Earth Rotation）參數、推求區域性及全球性之電離
層模式、對流層折射附加參數與模擬GPS資料之功能。Bernese軟體的 特性如下所示：
1. 對於單頻及雙頻的觀測資料，計算較為快速。
2. 可以長期自動的處理GPS聯測網的資料，自動計算坐標。
3. 如果使用IGS精密星曆，可以解算出超過2000 km長基線的載波相 位未定值。
4. 軟體中可針對電離層及對流層延遲效應進行修正，並提供最新的 模式供使用者選擇。
5. 可進行天線盤相位中心修正，即使採用不同型號的GPS接收器及 天線盤，亦可進行計算。
6. 可以模擬GPS及GLONASS衛星雙頻的觀測資料。
7. 可計算衛星軌道，並可以求取地球自轉參數。
8. 可進行自由網解算，計算測站坐標。
9. 提供程式原始碼，可自行加入新的模式。
目前該軟體普遍應用於地體動力學、板塊運動、極運動、地殼變 形等方面之計算，且常使用在大地測量的資料處理上，此外，亦可進 行動態計算及全自動的資料處理，可每天自動處理GPS連續觀測網的 衛星追蹤資料【18】。
GPS衛星測量資料計算處理流程，如圖3-5所示，其概略流程如 下【6】：
1. 首先將同時段之原始觀測資料轉換為IGS所定義之標準交換格式 (Receiver Independent Exchange Format，簡稱RINEX)，再將之轉 換成Bernese資料格式。
2. 自IGS精密星曆檔中讀取各衛星之時錶資訊以供後級處理之用。
3. 將精密星曆( Precise Ephemeris )轉成表列格式( Tabular Orbit )，再
組成Bernese格式軌道，作為資料編修與後處理之用。
4. 進行電碼資料之檢查( Code Check )，剔除錯誤之觀測量。
5. 配合精密星曆( IGS )之軌道資料以進行單點定位( Single Point Positioning )，計算測站坐標及接收儀的時錶改正量。
6. 再組成一次差相位觀測量( Single Difference )，即將所有測站組成 線性獨立的一次差觀測量。
7. 進一步利用三次差成果以雙站式之L1及L2進行週波脫落( Cycle Slip )之偵測與補償。
8. 以此觀測量組成二次差進行各種參數估算。
而在處理的過程中，所採用的改正模式略述如下【12】：
1. 軌道部份：採用IGS精密星曆。因精密星曆的軌道精度約可達5 公 分，因此所有軌道參數視為已知，固定而不加以求解。
2. 對流層折射修正：採用Saastamoinen 對流層修正模式，以海平面 標準氣象資料，推求各測點的對流層起始改正值。
3. 極運動改正：採用IERS（International Earth Rotation Service）
Bulletin B所公佈之值，將UTC與UT1之差值加以修正，並將坐標 值由瞬間極之坐標系修正至J2000坐標系上，以作為軌道計算及坐 標轉換之用。
4. 引力位模式：採用GEM-T3（Goddard Earth Model T3），以作為 軌道計算及坐標轉換之用。
5. 相位未定值求解之過程：先以寬巷觀測量求解整數週波未定值，
再將解得寬巷之未定值帶入無電離層效應L3之觀測方程式中，分 別求解L1及L2未定值，此時測站坐標與未定值是一併求解，每一 次累算只固定一個未定值成整數，直到不再有未定值可固定成整 數為止。
圖3-5 Bernese4.2版處理GPS衛星資料的計算流程【6】
將標準交換格式 Rinex format 資料轉成
Bernese 4.2 format
檢查電碼資料品質