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[学习]RTKLib详解：convkml.c、convrnx.c与geoid.c

news 来源：原创 2025/7/27 21:24:28

本文是 RTKLlib详解 系列文章的一篇，目前该系列文章还在持续总结写作中，以发表的如下，有兴趣的可以翻阅。

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文章目录

- Part A: convkml.c 文件解析
- - 一、文件整体说明
  - 二、执行流程与函数调用关系
  - 三、主要函数说明
  - - 3.1 `main`
    - 3.2 `readcmdline`
    - 3.3 `readobsfile`
    - 3.4 `convkml`
    - 3.5 `writekmlhead`
    - 3.6 `writekmlbody`
    - 3.7 `writekmltail`
  - 四、关键算法数学原理与推导
  - - 地理坐标系到 ECEF 的转换
- Part B: convrnx.c 文件解析
- - 一、文件整体说明
  - 二、执行流程与函数调用关系
  - 三、主要函数说明
  - - 3.1 `main`
    - 3.2 `readcmdline`
    - 3.3 `initrnx`
    - 3.4 `openfiles`
    - 3.5 `convertrnx`
    - 3.6 `readrawdata`
    - 3.7 `outputrnx`
    - 3.8 `closefiles`
  - 四、关键算法数学原理与推导
  - - 时间系统转换
- Part C: geoid.c 文件解析
- - 一、文件整体说明
  - 二、执行流程与函数调用关系
  - 三、主要函数说明
  - - 3.1 `geoid_hgt`
    - 3.2 `load_geoid`
    - 3.3 `interp_geoid`
    - 3.4 `bilin_interp`
  - 四、关键算法数学原理与推导
  - - 双线性插值

Part A: convkml.c 文件解析

一、文件整体说明

convkml.c 是 RTKLIB 中用于将 GNSS 数据转换为 KML（Keyhole Markup Language）格式的工具，便于在 Google Earth 等地理可视化软件中展示轨迹、观测点等信息。该文件主要实现了从 RINEX 或 RTKLIB 内部数据结构到 KML 标记语言的转换。

主要功能：

将 GNSS 观测数据转换为 KML 格式。
支持多种显示样式，如路径、标记点、高度剖面图等。
可选输出模式包括静态点、动态路径等。

主要特色：

支持多频段和多系统数据。
提供灵活的样式配置选项。
可导出不同时间分辨率的数据点。

二、执行流程与函数调用关系

程序执行流程如下：

初始化参数设置。
读取输入数据（如 RINEX 文件）。
处理数据并提取位置信息。
生成 KML 文件内容。
写入 KML 文件并关闭资源。

函数调用关系如下所示：

其中：

readcmdline: 解析命令行参数。
initopt: 初始化输出选项。
readobsfile: 读取观测文件（RINEX等）。
convkml: 主要转换逻辑入口。
writekml* 函数负责生成 KML 的各个部分。

三、主要函数说明

3.1 `main`

int main(int argc, char *argv[])

功能：
主函数，负责接收命令行参数并调度各模块完成 KML 转换。

输入参数：

argc: 命令行参数个数。
argv[]: 命令行参数数组。

输出参数：

返回状态码（0 表示成功，非零表示错误）。

3.2 `readcmdline`

void readcmdline(int argc, char *argv[], opt_t *opt)

功能：
解析命令行参数并填充配置结构体 opt。

输入参数：

argc, argv[]: 命令行参数。
opt: 输出参数，包含所有配置选项。

3.3 `readobsfile`

int readobsfile(const char *file, obs_t *obs, nav_t *nav, opt_t *opt)

功能：
读取观测文件（如 RINEX），并将数据存储到 obs 和 nav 结构体中。

输入参数：

file: 输入文件路径。
obs: 存储观测数据的结构体指针。
nav: 存储导航数据的结构体指针。
opt: 配置选项。

返回值：

成功返回 1，失败返回 0。

3.4 `convkml`

int convkml(FILE *fp, const obs_t *obs, const nav_t *nav, const opt_t *opt)

功能：
核心转换函数，将 GNSS 数据转换为 KML 格式并写入文件。

输入参数：

fp: 文件指针。
obs, nav, opt: 输入数据与配置。

返回值：

成功返回 1，失败返回 0。

3.5 `writekmlhead`

void writekmlhead(FILE *fp, const opt_t *opt)

功能：
写入 KML 文件头部信息，包括文档声明、命名空间等。

输入参数：

fp: 文件指针。
opt: 配置信息。

3.6 `writekmlbody`

void writekmlbody(FILE *fp, const obs_t *obs, const nav_t *nav, const opt_t *opt)

功能：
写入 KML 主体内容，包括路径、标记点等。

输入参数：

fp, obs, nav, opt: 同上。

3.7 `writekmltail`

void writekmltail(FILE *fp)

功能：
写入 KML 文件尾部标签，结束文档。

输入参数：

fp: 文件指针。

四、关键算法数学原理与推导

地理坐标系到 ECEF 的转换

GNSS 接收机通常输出经纬度和高度（LLH），但 KML 使用的是地心坐标系（ECEF）。因此需要进行 LLH 到 ECEF 的转换。

公式如下：

$\begin{aligned} &N = \frac{a}{\sqrt{1 - e^2 \sin^2(\phi)}} \\ &x = (N + h)\cos(\phi)\cos(\lambda) \\ &y = (N + h)\cos(\phi)\sin(\lambda) \\ &z = \left[N(1 - e^2) + h\right]\sin(\phi) \end{aligned}$

其中：

$\phi$ : 纬度（弧度）
$\lambda$ : 经度（弧度）
$h$ : 椭球高
$a$ : WGS84 长半轴
$e^2 = 1 - \frac{b^2}{a^2}$ : 第一偏心率平方

这个转换是绘制轨迹的基础。

Part B: convrnx.c 文件解析

一、文件整体说明

convrnx.c 是 RTKLIB 中用于将各种原始观测数据（如 BINEX、UBX、RTCM 等）转换为 RINEX 格式的工具。RINEX 是 GNSS 数据的标准格式，广泛用于后处理和分析。

主要功能：

多种原始数据格式转 RINEX。
支持多频段、多系统。
自动识别输入数据格式。

主要特色：

支持自动探测输入数据类型。
提供灵活的时间过滤与输出选项。
可以输出压缩的 RINEX（.crx/.gz）。

二、执行流程与函数调用关系

程序执行流程如下：

解析命令行参数。
打开输入/输出文件。
读取并解析原始数据流。
转换为 RINEX 格式并写入文件。
清理资源并退出。

函数调用关系如下：

三、主要函数说明

3.1 `main`

int main(int argc, char *argv[])

功能：
主函数，解析命令行参数并控制整个转换流程。

输入输出：

同前文。

3.2 `readcmdline`

void readcmdline(int argc, char *argv[], rnxopt_t *opt)

功能：
解析命令行参数并填充 rnxopt_t 结构体。

输入输出：

同前文。

3.3 `initrnx`

int initrnx(rnxopt_t *opt)

功能：
根据用户配置初始化 RINEX 转换参数。

输入参数：

opt: 转换配置结构体。

3.4 `openfiles`

int openfiles(const char *infile, const char *outfile, FILE **fpin, FILE **fpout, rnxopt_t *opt)

功能：
打开输入和输出文件，支持压缩格式。

输入参数：

infile, outfile: 文件路径。
fpin, fpout: 文件指针地址。
opt: 配置。

3.5 `convertrnx`

int convertrnx(FILE *fpin, FILE *fpout, rnxopt_t *opt)

功能：
主转换循环，读取原始数据并写入 RINEX。

输入输出：

同上。

3.6 `readrawdata`

int readrawdata(FILE *fp, unsigned char *buff, int nmax, int format, raw_t *raw)

功能：
读取原始观测数据并解析为内部结构。

输入参数：

fp: 输入文件指针。
buff: 缓冲区。
nmax: 最大读取长度。
format: 数据格式（如 RTCM3, UBX 等）。
raw: 输出解析后的数据。

返回值：

成功返回字节数，失败返回负值。

3.7 `outputrnx`

int outputrnx(FILE *fp, const raw_t *raw, const rnxopt_t *opt)

功能：
将解析后的数据按 RINEX 格式写入输出文件。

输入参数：

fp, raw, opt: 同上。

3.8 `closefiles`

void closefiles(FILE *fpin, FILE *fpout)

功能：
关闭输入输出文件句柄。

四、关键算法数学原理与推导

时间系统转换

原始数据中的时间戳可能使用 GPS 时间、UTC、本地时间等，而 RINEX 要求使用 GPS 时间或 UTC。因此需要进行时间系统转换。

GPS 时间与 UTC 的关系为：

$t_{GPS} = t_{UTC} + \Delta t_{leap}$

其中 $\Delta t_{leap}$ 是闰秒修正值，需通过星历或头文件获取。

Part C: geoid.c 文件解析

一、文件整体说明

geoid.c 实现了大地高与正常高的相互转换，依赖于大地水准面模型（如 EGM96、EGM2008）。它提供了基于插值方法的大地高与正高之间的转换功能。

主要功能：

计算某一点的大地水准面高（N）。
支持多种大地水准面模型。
提供双线性插值功能。

主要特色：

支持网格化模型数据。
可扩展性强，易于添加新模型。
高效的插值算法。

二、执行流程与函数调用关系

程序执行流程如下：

加载大地水准面模型文件。
对给定的地理坐标进行插值计算。
输出大地水准面高。

函数调用关系如下：

三、主要函数说明

3.1 `geoid_hgt`

double geoid_hgt(double lat, double lon, const char *model)

功能：
对外接口，输入经纬度和模型名，返回大地水准面高。

输入参数：

lat, lon: 地理纬度和经度（十进制度）。
model: 模型名称（如 “egm96_15”）。

返回值：

大地水准面高 N（米）。

3.2 `load_geoid`

int load_geoid(const char *model, geoid_t *geoid)

功能：
加载指定模型的网格数据到内存。

输入参数：

model: 模型名。
geoid: 存储模型数据的结构体。

返回值：

成功返回 1，失败返回 0。

3.3 `interp_geoid`

double interp_geoid(double lat, double lon, const geoid_t *geoid)

功能：
调用双线性插值函数计算某点的大地水准面高。

输入参数：

lat, lon: 插值点坐标。
geoid: 模型数据结构体。

返回值：

插值结果（米）。

3.4 `bilin_interp`

double bilin_interp(double x, double y, double *v, int nx, int ny)

功能：
实现双线性插值算法。

输入参数：

x, y: 插值点坐标。
v: 网格数据数组。
nx, ny: 网格尺寸。

返回值：

插值结果。

四、关键算法数学原理与推导

双线性插值

设四个角点分别为：

$f(x_1, y_1)$
$f(x_2, y_1)$
$f(x_1, y_2)$
$f(x_2, y_2)$

目标点 $(x, y)$ 在矩形区域内，则插值公式为：

$\frac{(x_2 - x)(y_2 - y)}{\Delta x \Delta y} f(x_1,y_1) + \frac{(x - x_1)(y_2 - y)}{\Delta x \Delta y} f(x_2,y_1) + \frac{(x_2 - x)(y - y_1)}{\Delta x \Delta y} f(x_1,y_2) + \frac{(x - x_1)(y - y_1)}{\Delta x \Delta y} f(x_2,y_2)$

其中 $\Delta x = x_2 - x_1$ , $\Delta y = y_2 - y_1$ 。

此方法用于大地水准面模型的离散数据插值。

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文章目录

Part A: convkml.c 文件解析

一、文件整体说明

二、执行流程与函数调用关系

三、主要函数说明

3.1 main

3.2 readcmdline

3.3 readobsfile

3.4 convkml

3.5 writekmlhead

3.6 writekmlbody

3.7 writekmltail

四、关键算法数学原理与推导

地理坐标系到 ECEF 的转换

Part B: convrnx.c 文件解析

一、文件整体说明

二、执行流程与函数调用关系

三、主要函数说明

3.1 main

3.2 readcmdline

3.3 initrnx

3.4 openfiles

3.5 convertrnx

3.6 readrawdata

3.7 outputrnx

3.8 closefiles

四、关键算法数学原理与推导

时间系统转换

Part C: geoid.c 文件解析

一、文件整体说明

二、执行流程与函数调用关系

三、主要函数说明

3.1 geoid_hgt

3.2 load_geoid

3.3 interp_geoid

3.4 bilin_interp

四、关键算法数学原理与推导

双线性插值

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3.1 `main`

3.2 `readcmdline`

3.3 `readobsfile`

3.4 `convkml`

3.5 `writekmlhead`

3.6 `writekmlbody`

3.7 `writekmltail`

3.1 `main`

3.2 `readcmdline`

3.3 `initrnx`

3.4 `openfiles`

3.5 `convertrnx`

3.6 `readrawdata`

3.7 `outputrnx`

3.8 `closefiles`

3.1 `geoid_hgt`

3.2 `load_geoid`

3.3 `interp_geoid`

3.4 `bilin_interp`