[学习]RTKLib详解:pntpos.c与postpos.c
文章目录
- RTKLib详解:pntpos.c与postpos.c
- Part A: `pntpos.c`
- 一、概述
- 二、整体工作流程
- 三、主要函数说明
- 1. `pntpos()`
- 2. `satposs()`
- 3. `estpos()`
- 4. `rescode()`
- 5. `prange()`
- 6. `ionocorr()`
- 7. `tropcorr()`
- 8. `valsol()`
- 9. `raim_fde()`
- 10. `estvel()`
- 四、函数调用关系图(Mermaid)
- 五、数学推导补充
- 1 伪距观测方程
- 2 最小二乘解
- Part B: `postpos.c`
- 一、整体作用
- 二、工作流程
- 三、关键函数分析
- 1. postpos
- 2. execses_b
- 3. execses_r
- 4. execses
- 5. procpos
- 6. combres
- 7. inputobs
- 8. readobsnav
- 9. antpos
- 10. setpcv
- 四、函数调用关系
- 五、数学原理补充
- 1. 坐标系转换
- 2. 改正数组合
- 3. 时间同步
- 4. 野值剔除
- 六、内存管理
- 七、特殊处理机制
RTKLib详解:pntpos.c与postpos.c
Part A: pntpos.c
一、概述
pntpos.c
是 RTKLIB 中的一个核心模块,用于实现单点定位(Single Point Positioning, SPP)。其主要功能是根据 GNSS 观测数据(伪距和多普勒观测值)和导航星历数据,估计接收机的位置、速度和时钟偏差(PVT)。该模块实现了完整的单点定位功能,涵盖了从卫星轨道计算到接收机位置/速度估计的全过程。其核心是基于伪距观测和多普勒观测的最小二乘估计,并结合电离层、对流层延迟改正及RAIM机制提高解的精度和可靠性,支持多种卫星系统(GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou、QZSS 和 SBAS),并实现了包括电离层改正、对流层改正、周跳检测、RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)等功能。
二、整体工作流程
pntpos.c
的主函数是 pntpos()
,它负责调用其他子函数完成整个定位过程。以下是整体的工作流程:
- 初始化参数:
- 设置处理选项(如是否使用广播电离层模型等)。
- 计算卫星位置、速度、钟差:
- 调用
satposs()
函数获取所有可见卫星的轨道信息。
- 调用
- 估计接收机位置:
- 调用
estpos()
函数,通过最小二乘法迭代求解接收机坐标和钟差。
- 调用
- 残差计算与设计矩阵构建:
- 在
rescode()
函数中计算伪距残差,并构建观测方程的设计矩阵。
- 在
- 误差建模:
- 包括电离层延迟 (
ionocorr()
)、对流层延迟 (tropcorr()
)、伪距测量噪声 (varerr()
) 等。
- 包括电离层延迟 (
- 质量控制与验证:
- 使用
valsol()
进行解的质量检验(GDOP、残差卡方检验)。
- 使用
- RAIM(接收机自主完好性监测):
- 如果启用 RAIM-FDE(Failure Detection and Exclusion),则调用
raim_fde()
排除异常卫星。
- 如果启用 RAIM-FDE(Failure Detection and Exclusion),则调用
- 估计接收机速度:
- 利用多普勒观测值,在
estvel()
中进行速度估计。
- 利用多普勒观测值,在
三、主要函数说明
1. pntpos()
- 功能:主函数,协调整个定位流程。
- 输入参数:
obs
: 观测数据数组n
: 观测数据数量nav
: 导航数据结构opt
: 处理选项结构体
- 输出参数:
sol
: 解算结果(位置、速度、时间)azel
: 卫星方位角和仰角ssat
: 卫星状态信息msg
: 错误信息
- 调用关系:
satposs()
estpos()
raim_fde()
estvel()
2. satposs()
- 功能:计算卫星在地心坐标系中的位置、速度、钟差。
- 数学原理:
- 根据星历数据(广播星历或精密星历)和当前时间,利用开普勒轨道模型或数值积分方法计算卫星轨道。
- 调用关系:
- 内部调用
ephpos()
或peph2pos()
等函数。
- 内部调用
3. estpos()
- 功能:估计接收机位置和钟差,采用迭代最小二乘法。
- 数学原理:
- 建立伪距观测方程:
P i = ρ i + c ( δ t r − δ t s ) + I i + T i + ε i P_i = \rho_i + c(\delta t_r - \delta t^s) + I_i + T_i + \varepsilon_i Pi=ρi+c(δtr−δts)+Ii+Ti+εi
其中:- $ \rho_i $: 几何距离
- $ c $: 光速
- $ \delta t_r, \delta t^s $: 接收机和卫星钟差
- $ I_i, T_i $: 电离层和对流层延迟
- $ \varepsilon_i $: 测量误差
- 建立伪距观测方程:
- 调用关系:
rescode()
lsq()
(最小二乘求解)valsol()
(解质量评估)
4. rescode()
- 功能:计算伪距残差及其对应的观测矩阵。
- 关键步骤:
- 计算几何距离、方位角、仰角
- 电离层改正 (
ionocorr()
) - 对流层改正 (
tropcorr()
) - 构建观测方程设计矩阵
- 输出:
v
: 残差向量H
: 设计矩阵var
: 每个观测的方差
5. prange()
- 功能:计算经过码偏差修正后的伪距值。
- 关键步骤:
- 双频数据:电离层自由组合(IFLC)
- 单频数据:使用广播电离层模型或TGD改正
- 调用关系:
testsnr()
(信噪比掩码检查)gettgd()
(获取TGD参数)
6. ionocorr()
- 功能:计算电离层延迟(L1频率上的值)。
- 支持模型:
- 广播模型 (
IONOOPT_BRDC
) - SBAS模型 (
IONOOPT_SBAS
) - IONEX TEC模型 (
IONOOPT_TEC
)
- 广播模型 (
- 输出:
ion
: L1上的电离层延迟var
: 方差
7. tropcorr()
- 功能:计算对流层延迟。
- 支持模型:
- Saastamoinen模型 (
TROPOPT_SAAS
) - SBAS模型 (
TROPOPT_SBAS
)
- Saastamoinen模型 (
- 输出:
trp
: 对流层延迟var
: 方差
8. valsol()
- 功能:解的质量评估。
- 评估内容:
- GDOP(几何精度因子)是否过大
- 残差平方和是否符合卡方分布
- 输出:
msg
: 错误信息
9. raim_fde()
- 功能:RAIM(接收机自主完好性监测)的FDE算法,用于排除故障卫星。
- 逻辑:
- 逐颗剔除一颗卫星,重新解算位置
- 比较不同剔除情况下的RMS残差
- 选择RMS最小的情况作为最终解
- 调用关系:
estpos()
(多次调用以剔除不同卫星)
10. estvel()
- 功能:利用多普勒观测值估计接收机速度。
- 数学原理:
- 多普勒观测方程:
f D = − 1 λ ( v ⃗ s − v ⃗ r ) ⋅ e ⃗ f_D = -\frac{1}{\lambda} (\vec{v}_s - \vec{v}_r) \cdot \vec{e} fD=−λ1(vs−vr)⋅e
其中:- $ f_D $: 多普勒频移
- $ \lambda $: 波长
- $ \vec{v}_s, \vec{v}_r $: 卫星和接收机速度
- $ \vec{e} $: 卫星到接收机的视线方向单位向量
- 多普勒观测方程:
- 调用关系:
resdop()
(计算多普勒残差)
四、函数调用关系图(Mermaid)
五、数学推导补充
1 伪距观测方程
伪距观测值 $ P_i $ 可表示为:
P i = ρ i + c ( δ t r − δ t s ) + I i + T i + ε i P_i = \rho_i + c(\delta t_r - \delta t^s) + I_i + T_i + \varepsilon_i Pi=ρi+c(δtr−δts)+Ii+Ti+εi
其中:
- $ \rho_i $: 卫星与接收机之间的几何距离
- $ c $: 光速
- $ \delta t_r $: 接收机钟差
- $ \delta t^s $: 卫星钟差
- $ I_i $: 电离层延迟
- $ T_i $: 对流层延迟
- $ \varepsilon_i $: 测量噪声
2 最小二乘解
定义残差向量 $ \mathbf{v} $ 和设计矩阵 $ \mathbf{H} $,最小二乘解为:
x ^ = ( H T W H ) − 1 H T W v \hat{\mathbf{x}} = (\mathbf{H}^T \mathbf{W} \mathbf{H})^{-1} \mathbf{H}^T \mathbf{W} \mathbf{v} x^=(HTWH)−1HTWv
其中 $ \mathbf{W} $ 是权矩阵(由各观测的方差决定)。
Part B: postpos.c
一、整体作用
postpos.c 是 RTKLIB 的后处理定位核心模块,实现多模式 GNSS 数据后处理定位功能,支持以下特性:
- 支持单点定位(SPP)、差分定位(DGPS)、实时动态定位(RTK)、精密单点定位(PPP)等多种定位模式
- 支持前向/反向/组合处理模式
- 支持多频多系统观测数据处理
- 集成SBAS/PPP-RTK/SSR等增强系统改正数处理
- 提供多种坐标格式输出
注意
该模块通过模块化设计实现了复杂GNSS数据处理功能,但全局变量的使用可能影响多线程处理能力。
二、工作流程
三、关键函数分析
1. postpos
功能: 主处理函数,协调整个后处理流程
输入参数:
- ts/te: 处理起止时间
- ti/tu: 时间间隔和单位
- popt/sopt/fopt: 各类处理选项
- infile/n: 输入文件列表及数量
- rov/base: 流动站/基准站列表
输出参数: 处理状态码
2. execses_b
功能: 基准站循环处理入口
输入参数:
- ts/te: 当前时段起止时间
- popt/sopt/fopt: 处理选项
- flag: 控制标志
- infile/index/n: 文件信息
- rov/base: 站点列表
输出参数: 处理状态码
3. execses_r
功能: 流动站循环处理入口
输入参数:
- ts/te: 当前时段起止时间
- popt/sopt/fopt: 处理选项
- flag: 控制标志
- infile/index/n: 文件信息
- outfile: 输出文件
输出参数: 处理状态码
4. execses
功能: 核心处理会话执行
关键处理步骤:
- 初始化观测/导航数据
- 设置天线参数
- 读取潮汐参数
- 定位解算
- 结果输出
5. procpos
功能: 单次定位解算核心
数学原理:
- 使用RTK滤波算法进行状态估计
- 支持前向/反向处理模式
- 动态模式下实时更新SBAS/LEX/RTCM改正数
6. combres
功能: 组合解算结果
数学原理:
- 卡尔曼平滑器组合正反向解
- 质量检验公式:
d r [ i ] 2 ≤ 16 × ( var f [ i ] + var b [ i ] ) dr[i]^2 \leq 16 \times (\text{var}_f[i] + \text{var}_b[i]) dr[i]2≤16×(varf[i]+varb[i])
其中 d r [ i ] dr[i] dr[i] 为位置差, var f [ i ] \text{var}_f[i] varf[i] 和 var b [ i ] \text{var}_b[i] varb[i] 为前向/反向解的方差。
7. inputobs
功能: 输入观测数据及改正数
关键处理:
- 双站观测数据同步
- SBAS/LEX/RTCM改正数更新
- 支持前向/反向数据处理模式
8. readobsnav
功能: 读取观测和导航数据
处理流程:
- 解析RINEX文件
- 排序观测数据
- 去除重复星历
- 设置时间窗口
9. antpos
功能: 天线位置计算
坐标转换公式:
Δ r = R ( ϕ , λ ) ⋅ δ \Delta \mathbf{r} = \mathbf{R}(\phi, \lambda) \cdot \delta Δr=R(ϕ,λ)⋅δ
其中:
- R ( ϕ , λ ) \mathbf{R}(\phi, \lambda) R(ϕ,λ) 为坐标旋转矩阵
- ϕ , λ \phi, \lambda ϕ,λ 为地理经纬度
- δ \delta δ 为局部ENU偏移
10. setpcv
功能: 设置天线相位中心参数
处理流程:
- 加载卫星天线参数
- 计算接收机天线相位中心修正
- 更新处理选项中的天线参数
四、函数调用关系
五、数学原理补充
1. 坐标系转换
- ECEF到LLH转换迭代算法:
a = semi-major axis e 2 = 1 − ( b a ) 2 V = a 1 − e 2 sin 2 ϕ \begin{aligned} a &= \text{semi-major axis} \\ e^2 &= 1 - \left(\frac{b}{a}\right)^2 \\ V &= \frac{a}{\sqrt{1 - e^2 \sin^2 \phi}} \end{aligned} ae2V=semi-major axis=1−(ab)2=1−e2sin2ϕa - ENU坐标计算:
R = [ − sin ϕ cos λ − sin λ cos ϕ cos λ − sin ϕ sin λ cos λ cos ϕ sin λ cos ϕ 0 sin ϕ ] \mathbf{R} = \begin{bmatrix} -\sin\phi\cos\lambda & -\sin\lambda & \cos\phi\cos\lambda \\ -\sin\phi\sin\lambda & \cos\lambda & \cos\phi\sin\lambda \\ \cos\phi & 0 & \sin\phi \end{bmatrix} R= −sinϕcosλ−sinϕsinλcosϕ−sinλcosλ0cosϕcosλcosϕsinλsinϕ
2. 改正数组合
组合解算使用加权最小二乘:
x ^ = ( P f − 1 + P b − 1 ) − 1 ( P f − 1 x f + P b − 1 x b ) P ^ = ( P f − 1 + P b − 1 ) − 1 \begin{aligned} \hat{\mathbf{x}} &= (\mathbf{P}_f^{-1} + \mathbf{P}_b^{-1})^{-1} (\mathbf{P}_f^{-1} \mathbf{x}_f + \mathbf{P}_b^{-1} \mathbf{x}_b) \\ \hat{\mathbf{P}} &= (\mathbf{P}_f^{-1} + \mathbf{P}_b^{-1})^{-1} \end{aligned} x^P^=(Pf−1+Pb−1)−1(Pf−1xf+Pb−1xb)=(Pf−1+Pb−1)−1
3. 时间同步
采用GPST时间系统,时间转换关系:
GPST = UTC + leap_seconds UTC = GPST − leap_seconds \begin{aligned} \text{GPST} &= \text{UTC} + \text{leap\_seconds} \\ \text{UTC} &= \text{GPST} - \text{leap\_seconds} \end{aligned} GPSTUTC=UTC+leap_seconds=GPST−leap_seconds
4. 野值剔除
通过QF值质量检验:
QF = 残差 2 方差阈值 \text{QF} = \frac{\text{残差}^2}{\text{方差阈值}} QF=方差阈值残差2
六、内存管理
- 观测数据使用动态数组管理
- 解算结果采用双缓冲技术
- 注意全局变量(obss, navs等)的生命周期控制
七、特殊处理机制
- 野值剔除: 通过QF值质量检验
- 多路径抑制: 使用历元间差分检测
- 周跳修复: 在rtkpos中实现LAMBDA方法
- 电离层延迟: 双频组合消除一阶项
研究学习不易,点赞易。
工作生活不易,收藏易,点收藏不迷茫 :)
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一、引言 随着信息技术的飞速发展,智慧社区建设已成为提升居民生活质量、优化社区管理的重要趋势。智能分析网关作为智慧社区的核心技术支撑之一,凭借其强大的数据处理和智能分析能力,在社区的安防监控、人员车辆管理、环境卫生检测等多个…...
ShardingJdbc-水平分表
ShardingJdbc-水平分表 水平分表 表结构相同表数据记录不同多张分表记录数和才是总的记录数通常根据主键ID进行分表,这里采用奇偶策略 案例 建立库 sharding-demo建立表 user_1、user_2 表结构相同id 为主键,bigint 类型分表规则 id 为偶数的记录存储…...
AI应用爆发或将进入临界点
在科技发展的长河中,总有一些时刻如惊雷般震撼世界,预示着新时代的到来。如今,AI应用似乎正站在这样一个关键节点上,一场前所未有的变革风暴或许即将席卷而来,AI应用的爆发或将进入临界点。 当我们回顾科技发展的历程,不难发现每一次重大的技术突破都曾引发社会的巨大变…...
Javase 基础加强 —— 05 Map集合
本系列为笔者学习Javase的课堂笔记,视频资源为B站黑马程序员出品的《黑马程序员JavaAI智能辅助编程全套视频教程,java零基础入门到大牛一套通关》,章节分布参考视频教程,为同样学习Javase系列课程的同学们提供参考。 01 概述 Ma…...
LINUX——例行性工作
单一执行的例行性工作 仅处理一次的工作,可用于在特定时间执行工作 at命令的工作过程: at命令使用时的权限控制:通过两个文件/etc/at.allow和/etc/at.deny来控制哪些用户可以使用at命令。如果这两个文件都不存在,那么只有root用户…...
天线测试报告解读学习
提示:文章写完后,目录可以自动生成,如何生成可参考右边的帮助文档 文章目录 前言一、无源测试和有源测试二、无源测试报告1.驻波2.回损3.史密斯圆图4.效率5.增益6.天线方向图7.天线隔离度8.无源测试总结 三、有源测试报告1.TRP与TIS2.测试指标…...
Kotlin Android开发过渡指南
为了帮助Java开发者顺利过渡到Kotlin进行Android开发,以下是一本指南的详细大纲设计,涵盖关键知识点、迁移策略和实践案例: 《Kotlin for Android开发:从Java到Kotlin的平滑过渡指南》大纲 第一部分:为什么选择Kotlin? Kotlin的优势 简洁性、安全性、与Java的互操作性Go…...
Hadoop架构再探讨
文章目录 1.Hadoop的优化与发展1.1Hadoop的局限与不足1.2针对Hadoop的改进与提升 2.HDFS2.0新特性2.1HDFS HA1.HDFS 1.0 组件及功能回顾2. HDFS 1.0 的单点故障问题3. HDFS HA(高可用)解决方案 2.2HDFS Federation1.HDFS1.0中存在的问题2.HDFS Fed…...
ffmpeg录音测试
ffmpeg ffmpeg 是一个强大的多媒体处理工具,可以用于录音、音频处理、视频录制等多种功能。以下是使用 ffmpeg 进行录音的详细指令和参数说明。 基本录音指令 以下是一个简单的 ffmpeg 录音命令,将音频录制为 WAV 格式文件: ffmpeg -f …...
Kotlin-解构声明
我们在使用对象时可能需要访问它们内部的一些属性: class Student(var name: String, var age: Int) fun main() {val student Student("小明", 18)println(student.name)println(student.age) }这样看起来不太优雅,我们可以像下面这样编写: class Student(var na…...
【MCP Node.js SDK 全栈进阶指南】专家篇(2):MCP多模型支持架构
引言 在实际应用中,单一模型往往难以满足所有业务需求,这就需要一种灵活的架构来支持多模型集成和智能调度。Model Context Protocol (MCP) 作为连接应用与AI模型的标准协议,为多模型支持提供了理想的基础架构。 本文作将深入探讨如何基于MCP构建多模型支持架构,包括多LL…...