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[学习] RTKLib详解：rtcm2.c、rtcm3.c、rtcm3e与rtcmn.c

news 来源：原创 2025/7/2 2:54:21

RTKLib详解：`rtcm2.c`、`rtcm3.c`、`rtcm3e`与`rtcmn.c`

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

RTKLib详解：`rtcm2.c`、`rtcm3.c`、`rtcm3e`与`rtcmn.c`
- Part A: rtcm2.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 `rtcm2_init`
    - 3.2 `rtcm2_read_frame`
    - 3.3 `rtcm2_decode_header`
    - 3.4 `rtcm2_decode_msg`
    - 3.5 `rtcm2_apply_corr`
  - 四、关键算法数学原理与推导
  - - RTCM2 Type 1 伪距校正公式
- Part B: rtcm3.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 `rtcm3_init`
    - 3.2 `rtcm3_read_frame`
    - 3.3 `rtcm3_decode_header`
    - 3.4 `rtcm3_decode_msm`
    - 3.5 `rtcm3_apply_corr`
  - 四、关键算法数学原理与推导
  - - MSM 消息压缩编码
- Part C: rtcm3e.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 `rtcm3e_register`
    - 3.2 `rtcm3e_decode`
    - 3.3 `rtcm3e_handler`
  - 四、关键算法数学原理与推导
- Part D: rtcmn.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 `crc24q`
    - 3.2 `time2gpst`
    - 3.3 `xyz2pos`
  - 四、关键算法数学原理与推导
  - - 地理坐标转换公式

Part A: rtcm2.c 文件解析

一、文件整体说明

rtcm2.c 是 RTKLIB 中用于解析 RTCM 2.x 格式差分数据的核心模块。该文件实现了对 RTCM SC-104 Version 2.x 消息的解码，支持 GPS 差分校正数据的提取，包括伪距、载波相位修正和基准站坐标等信息。

主要功能：

解析 RTCM 2.x 消息帧。
支持 Type 1/2/3/9/16 等主流消息类型。
提供校正数据与接收机状态同步。

主要特色：

支持实时流与文件模式。
自动处理消息分段与 CRC 校验。
可扩展至多基准站数据。

二、执行流程与函数调用关系

程序执行流程如下：

初始化 RTCM2 解析器。
逐帧读取原始数据并提取消息头。
解码消息体并校验 CRC。
提取校正数据并更新状态。

函数调用关系如下：

三、主要函数说明

3.1 `rtcm2_init`

int rtcm2_init(rtcm_t *rtcm)

功能：
初始化 RTCM2 解析器，清空缓冲区和状态变量。

输入参数：

rtcm: RTCM 解析器结构体指针。

返回值：

成功返回 1，失败返回 0。

3.2 `rtcm2_read_frame`

int rtcm2_read_frame(FILE *fp, unsigned char *buff, int *len)

功能：
从文件或流中读取 RTCM2 帧数据，识别帧起始标志。

输入参数：

fp: 文件指针。
buff: 缓冲区。
len: 输出读取长度。

返回值：

成功返回字节数，失败返回负值。

3.3 `rtcm2_decode_header`

int rtcm2_decode_header(const unsigned char *buff, int *msg_type, int *length)

功能：
解码 RTCM2 帧头部，获取消息类型和长度。

输入参数：

buff: 数据缓冲区。
msg_type: 输出消息类型。
length: 输出消息体长度。

返回值：

成功返回 1，失败返回 0。

3.4 `rtcm2_decode_msg`

int rtcm2_decode_msg(rtcm_t *rtcm, const unsigned char *buff)

功能：
根据消息类型解码具体数据内容（如 Type 1/3 校正数据）。

输入参数：

rtcm: 解析器结构体。
buff: 消息体数据缓冲区。

返回值：

成功返回 1，失败返回 0。

3.5 `rtcm2_apply_corr`

int rtcm2_apply_corr(rtcm_t *rtcm, obs_t *obs)

功能：
将解码后的校正数据应用到观测值结构体。

输入参数：

rtcm: 解析器结构体。
obs: 观测值结构体指针。

返回值：

成功返回 1，失败返回 0。

四、关键算法数学原理与推导

RTCM2 Type 1 伪距校正公式

伪距修正量 $\Delta P$ 由基准站差分残差计算：

$\Delta P = P_{ref} - \rho_{ref}$

其中：

$P_{ref}$ : 基准站伪距观测值。
$\rho_{ref}$ : 基准站几何距离（由星历和基准站坐标计算）。

接收机应用修正后伪距为：

$P_{corr} = P_{raw} - \Delta P$

Part B: rtcm3.c 文件解析

一、文件整体说明

rtcm3.c 是 RTKLIB 中用于解析 RTCM 3.x 格式差分数据的核心模块。该文件支持多系统（GPS/GLONASS/Galileo/BDS）、多频段校正数据的解码，兼容 RTCM SC-104 Version 3.x 标准。

主要功能：

解析 RTCM3 消息帧。
支持 MSM（Multiple Signal Messages）系列多频校正消息。
提供电离层延迟和硬件偏差修正。

主要特色：

支持多 GNSS 系统。
高效的 MSM 消息压缩解码。
支持网络 RTK（NTRIP）协议。

二、执行流程与函数调用关系

程序执行流程如下：

初始化 RTCM3 解析器。
读取并同步消息帧头。
解码消息类型与长度。
处理 MSM 格式校正数据。

函数调用关系如下：

三、主要函数说明

3.1 `rtcm3_init`

int rtcm3_init(rtcm_t *rtcm)

功能：
初始化 RTCM3 解析器，设置默认参数。

输入参数：

rtcm: 解析器结构体。

返回值：

成功返回 1，失败返回 0。

3.2 `rtcm3_read_frame`

int rtcm3_read_frame(FILE *fp, unsigned char *buff, int *len)

功能：
从流中读取 RTCM3 帧数据并同步帧头。

输入参数：

fp, buff, len: 同上。

返回值：

成功返回字节数，失败返回负值。

3.3 `rtcm3_decode_header`

int rtcm3_decode_header(const unsigned char *buff, int *msg_type, int *length)

功能：
解码 RTCM3 帧头部，获取消息类型和长度。

输入参数：

buff: 数据缓冲区。
msg_type, length: 输出参数。

返回值：

成功返回 1，失败返回 0。

3.4 `rtcm3_decode_msm`

int rtcm3_decode_msm(rtcm_t *rtcm, const unsigned char *buff)

功能：
解码 MSM 格式校正数据，提取伪距、载波相位和信号强度。

输入参数：

rtcm, buff: 同上。

返回值：

成功返回 1，失败返回 0。

3.5 `rtcm3_apply_corr`

int rtcm3_apply_corr(rtcm_t *rtcm, obs_t *obs)

功能：
将 MSM 数据应用到观测值结构体。

输入参数：

rtcm, obs: 同上。

返回值：

成功返回 1，失败返回 0。

四、关键算法数学原理与推导

MSM 消息压缩编码

MSM 消息采用差分编码压缩多个卫星的观测值。对于第 $i$ 颗卫星，伪距差分修正量为：

$\Delta P_i = P_i - P_{ref}$

其中 $P_{ref}$ 为参考卫星的伪距。通过差分编码减少冗余数据，提升传输效率。

Part C: rtcm3e.c 文件解析

一、文件整体说明

rtcm3e.c 是 RTKLIB 中用于扩展 RTCM3 协议支持的模块，主要用于兼容厂商自定义消息格式（如 Trimble、Leica 的私有扩展）。该文件增强了 RTKLIB 对非标准 RTCM3 消息的解析能力。

主要功能：

解析厂商扩展 RTCM3 消息。
支持自定义校正数据与设备状态信息。
提供扩展消息注册机制。

主要特色：

模块化扩展接口。
兼容主流厂商私有协议。
动态注册扩展消息处理器。

二、执行流程与函数调用关系

程序执行流程如下：

注册扩展消息处理器。
识别扩展消息类型。
调用对应解析函数。

函数调用关系如下：

三、主要函数说明

3.1 `rtcm3e_register`

int rtcm3e_register(int msg_type, void (*handler)(rtcm_t *))

功能：
注册特定类型扩展消息的解析函数。

输入参数：

msg_type: 扩展消息类型。
handler: 解析函数指针。

返回值：

成功返回 1，失败返回 0。

3.2 `rtcm3e_decode`

int rtcm3e_decode(rtcm_t *rtcm, const unsigned char *buff)

功能：
识别扩展消息类型并调用对应解析函数。

输入参数：

rtcm, buff: 同上。

返回值：

成功返回 1，失败返回 0。

3.3 `rtcm3e_handler`

void rtcm3e_handler(rtcm_t *rtcm)

功能：
示例扩展消息处理函数，提取厂商自定义数据。

输入参数：

rtcm: 解析器结构体。

四、关键算法数学原理与推导

无直接数学推导，但涉及位操作与变长编码技术。例如，厂商扩展消息可能使用 TLV（Type-Length-Value）结构编码数据。

Part D: rtcmn.c 文件解析

一、文件整体说明

rtcmn.c 是 RTKLIB 中 RTCM 协议的通用工具模块，提供跨版本（2.x/3.x）的共享函数，如 CRC 校验、时间戳转换和坐标系变换。

主要功能：

提供 CRC-24Q、CRC-16 校验算法。
实现 GNSS 时间系统转换。
支持坐标系转换（ECEF <-> LLH）。

主要特色：

高复用性工具函数。
精度优化的数学计算。
跨平台兼容性。

二、执行流程与函数调用关系

程序执行流程如下：

调用通用 CRC 校验函数。
转换时间戳与坐标。

函数调用关系如下：

三、主要函数说明

3.1 `crc24q`

unsigned int crc24q(const unsigned char *buff, int len)

功能：
计算 RTCM3 消息的 CRC-24Q 校验码。

输入参数：

buff: 数据缓冲区。
len: 数据长度。

返回值：

CRC 校验结果。

3.2 `time2gpst`

double time2gpst(gtime_t t, int *week)

功能：
将通用时间结构体转换为 GPS 周数与周秒。

输入参数：

t: 时间结构体。
week: 输出 GPS 周数。

返回值：

GPS 周秒。

3.3 `xyz2pos`

void xyz2pos(const double *xyz, double *pos)

功能：
将 ECEF 坐标转换为地理坐标（LLH）。

输入参数：

xyz: ECEF 坐标（3D 向量）。
pos: 输出 LLH 坐标（纬度、经度、高度）。

四、关键算法数学原理与推导

地理坐标转换公式

ECEF 到 LLH 的迭代解法：

$\begin{aligned} \phi_{n+1} &= \arctan\left( \frac{z + e'^2 b \sin^3 \theta}{p - e^2 a \cos^3 \theta} \right) \\ h &= \frac{p}{\cos \phi} - N \end{aligned}$

其中：

$\sqrt{x^2 + y^2}$
$\theta = \arctan\left( \frac{z}{p} \right)$
$\frac{a}{\sqrt{1 - e^2 \sin^2 \phi}}$

研究学习不易，点赞易。
工作生活不易，收藏易，点收藏不迷茫：）

RTKLib详解：rtcm2.c、rtcm3.c、rtcm3e与rtcmn.c

文章目录

Part A: rtcm2.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 rtcm2_init

3.2 rtcm2_read_frame

3.3 rtcm2_decode_header

3.4 rtcm2_decode_msg

3.5 rtcm2_apply_corr

四、关键算法数学原理与推导

RTCM2 Type 1 伪距校正公式

Part B: rtcm3.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 rtcm3_init

3.2 rtcm3_read_frame

3.3 rtcm3_decode_header

3.4 rtcm3_decode_msm

3.5 rtcm3_apply_corr

四、关键算法数学原理与推导

MSM 消息压缩编码

Part C: rtcm3e.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 rtcm3e_register

3.2 rtcm3e_decode

3.3 rtcm3e_handler

四、关键算法数学原理与推导

Part D: rtcmn.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 crc24q

3.2 time2gpst

3.3 xyz2pos

四、关键算法数学原理与推导

地理坐标转换公式

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3.2 `rtcm2_read_frame`

3.3 `rtcm2_decode_header`

3.4 `rtcm2_decode_msg`

3.5 `rtcm2_apply_corr`

3.1 `rtcm3_init`

3.2 `rtcm3_read_frame`

3.3 `rtcm3_decode_header`

3.4 `rtcm3_decode_msm`

3.5 `rtcm3_apply_corr`

3.1 `rtcm3e_register`

3.2 `rtcm3e_decode`

3.3 `rtcm3e_handler`

3.1 `crc24q`

3.2 `time2gpst`

3.3 `xyz2pos`