RTKLib詳解：qzslex.c、rcvraw.c與solution.c

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本文是 RTKLlib詳解 系列文章的一篇，目前該系列文章還在持續總結寫作中，以發表的如下，有興趣的可以翻閱。

[學習] RTKlib詳解：功能、工具與源碼結構解析
[學習]RTKLib詳解：pntpos.c與postpos.c
[學習]RTKLib詳解：rtkcmn.c與rtkpos.c
[學習]RTKLib詳解：ppp.c與ppp_ar.c
[學習]RTKLib詳解：ephemeris.c與rinex.c
[學習]RTKLib詳解：sbas.c與rtcm.c
[學習]RTKLib詳解：rtksvr.c與streamsvr.c
[學習]RTKLib詳解：convkml.c、convrnx.c與geoid.c
[學習]RTKLib詳解：datum.c、download.c與lambda.c
[學習]RTKLib詳解：ionex.c、options.c與preceph.c
[學習] RTKLib詳解：qzslex.c、rcvraw.c與solution.c
[學習] RTKLib詳解：rtcm2.c、rtcm3.c、rtcm3e與rtcmn.c

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Part A: qzslex.c 文件解析

一、文件整體說明

qzslex.c 是 RTKLIB 中用于解析 QZSS（Quasi-Zenith Satellite System）LEX（L-band EXperimental）信號的模塊。該文件實現了從原始信號數據中提取導航電文、星歷信息和時鐘校正參數的功能，支持日本準天頂衛星系統（QZSS）的高精度定位。

主要功能：

• 解析 QZSS LEX 信號電文。
• 提取星歷參數、時鐘偏差和電離層校正信息。
• 支持 LEX 數據 CRC 校驗與幀同步。

主要特色：

• 支持 QZSS 多頻段信號（L1/L2/L5/LEX）。
• 高效的位操作與電文解碼算法。
• 可擴展至未來新型 GNSS 信號。

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二、執行流程與函數調用關系

程序執行流程如下：

1. 初始化 LEX 信號解析器。
2. 逐幀讀取原始信號數據。
3. 執行 CRC 校驗與幀同步。
4. 解碼電文內容并提取參數。

函數調用關系如下：

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三、主要函數說明

3.1 lex_init

int lex_init(lex_t *lex)

功能：
初始化 LEX 信號解析器，設置默認參數。

輸入參數：

• lex: LEX 數據結構體指針。

返回值：

• 成功返回 1，失敗返回 0。

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3.2 lex_read_frame

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

功能：
從文件或流中讀取 LEX 信號幀數據。

輸入參數：

• fp: 文件指針。
• buff: 緩沖區。
• len: 輸出讀取長度。

返回值：

• 成功返回字節數，失敗返回負值。

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3.3 lex_check_crc

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

功能：
驗證 LEX 幀的 CRC 校驗碼。

輸入參數：

• buff: 數據緩沖區。
• len: 數據長度。

返回值：

• 校驗成功返回 1，失敗返回 0。

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3.4 lex_decode_frame

int lex_decode_frame(const unsigned char *buff, lex_data_t *data)

功能：
解碼 LEX 幀電文，提取星歷、時鐘等參數。

輸入參數：

• buff: 解析后的幀數據。
• data: 輸出參數存儲結構體。

返回值：

• 成功返回 1，失敗返回 0。

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四、關鍵算法數學原理與推導

LEX 信號電文結構

LEX 信號采用前向糾錯編碼（FEC）和交織技術，電文結構包含：

• 幀頭（8 bit）: 標識幀起始。
• 數據域（N bit）: 星歷參數、時鐘校正等。
• CRC 校驗（24 bit）: 使用多項式 $x^{24}+x^{23}+x^{18}+x^{17}+x^{14}+x^{11}+x^{10}+x^6+x^5+x^4+x^3+x+1$。

CRC 校驗公式為：

$$\text{CRC}(D)=\left(D?x^{24}\right)\mathrm{mod}G(x)$$

其中 $G(x)$ 為上述多項式。

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Part B: rcvraw.c 文件解析

一、文件整體說明

rcvraw.c 是 RTKLIB 中用于解析接收機原始觀測數據的核心模塊。它支持多種接收機格式（如 UBX、RTCM、BINEX），將原始二進制數據轉換為內部觀測結構，為后續處理提供基礎。

主要功能：

• 解析接收機原始數據流。
• 支持多頻段、多系統觀測值提取。
• 提供時間戳同步與數據校驗。

主要特色：

• 自動探測輸入數據格式。
• 支持實時流與文件模式。
• 高效的數據緩存與解析機制。

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二、執行流程與函數調用關系

程序執行流程如下：

1. 讀取原始數據流并識別格式。
2. 解析觀測值、星歷和校正信息。
3. 將數據轉換為 RTKLIB 內部結構。
4. 輸出觀測數據與狀態信息。

函數調用關系如下：

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三、主要函數說明

3.1 raw_init

int raw_init(raw_t *raw, int format)

功能：
初始化接收機原始數據解析器，指定數據格式。

輸入參數：

• raw: 原始數據結構體。
• format: 數據格式（如 FORMAT_UBX）。

返回值：

• 成功返回 1，失敗返回 0。

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3.2 raw_read

int raw_read(FILE *fp, unsigned char *buff, int nmax)

功能：
從文件或流中讀取原始數據。

輸入參數：

• fp: 文件指針。
• buff: 緩沖區。
• nmax: 最大讀取長度。

返回值：

• 成功返回字節數，失敗返回負值。

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3.3 raw_parse

int raw_parse(raw_t *raw, int type, const unsigned char *buff, int len)

功能：
解析原始數據，識別消息類型并填充結構體。

輸入參數：

• raw: 解析器結構體。
• type: 消息類型（如 MSG_NAV_PVT）。
• buff: 數據緩沖區。
• len: 數據長度。

返回值：

• 成功返回 1，失敗返回 0。

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3.4 raw_output

int raw_output(raw_t *raw, FILE *fp)

功能：
將解析后的觀測數據寫入輸出文件或流。

輸入參數：

• raw: 解析器結構體。
• fp: 輸出文件指針。

返回值：

• 成功返回 1，失敗返回 0。

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四、關鍵算法數學原理與推導

觀測值時間戳同步

接收機時間戳 $t_{recv}$ 與 GPS 時間 $t_{GPS}$ 的關系為：

$$t_{GPS}=t_{recv}+\Delta t_{utc}$$

其中 $\Delta t_{utc}$ 是 UTC 與 GPS 時間的閏秒修正值，需通過星歷或頭文件獲取。

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Part C: solution.c 文件解析

一、文件整體說明

solution.c 是 RTKLIB 中用于 GNSS 定位解算的核心模塊。它實現了從觀測數據到最終位置、速度、時間（PVT）的求解過程，支持單點定位（SPP）、差分定位（DGPS）和實時動態定位（RTK）等多種模式。

主要功能：

• 計算衛星位置與鐘差。
• 實現觀測方程與參數估計。
• 支持多種解算模式（SPP/DGPS/RTK）。

主要特色：

• 支持多頻段、多系統聯合解算。
• 高精度卡爾曼濾波器實現。
• 可視化解算狀態與質量指標。

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二、執行流程與函數調用關系

程序執行流程如下：

1. 初始化解算器與狀態向量。
2. 加載觀測數據與星歷信息。
3. 構建觀測方程并更新卡爾曼濾波器。
4. 輸出解算結果與協方差矩陣。

函數調用關系如下：

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三、主要函數說明

3.1 sol_init

int sol_init(sol_t *sol, int mode)

功能：
初始化解算器，設置解算模式（SPP/RTK）。

輸入參數：

• sol: 解算器結構體。
• mode: 解算模式（如 SOL_MODE_RTK）。

返回值：

• 成功返回 1，失敗返回 0。

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3.2 sol_load_obs

int sol_load_obs(const obs_t *obs, const nav_t *nav, sol_t *sol)

功能：
加載觀測數據與導航數據到解算器。

輸入參數：

• obs, nav: 觀測與導航數據。
• sol: 解算器結構體。

返回值：

• 成功返回 1，失敗返回 0。

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3.3 sol_update

int sol_update(sol_t *sol)

功能：
執行一次解算迭代，更新狀態向量與協方差矩陣。

輸入參數：

• sol: 解算器結構體。

返回值：

• 成功返回 1，失敗返回 0。

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3.4 sol_output

int sol_output(const sol_t *sol, FILE *fp)

功能：
將解算結果（位置、速度、狀態）寫入文件。

輸入參數：

• sol: 解算器結構體。
• fp: 輸出文件指針。

返回值：

• 成功返回 1，失敗返回 0。

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四、關鍵算法數學原理與推導

卡爾曼濾波觀測方程

觀測方程為：

$$\mathbf{y}=\mathbf{Hx}+\mathbf{v}$$

其中：

• $\mathbf{y}$: 觀測向量（偽距、載波相位等）。
• $\mathbf{H}$: 設計矩陣（幾何距離對狀態變量的偏導數）。
• $\mathbf{x}$: 狀態向量（位置、速度、模糊度等）。
• $\mathbf{v}$: 觀測噪聲。

卡爾曼增益更新公式為：

$$\mathbf{K}=\mathbf{P}{\mathbf{H}}^T{\left(\mathbf{HP}{\mathbf{H}}^T+\mathbf{R}\right)}^{?1}$$

其中 $\mathbf{P}$ 為狀態協方差矩陣，$\mathbf{R}$ 為觀測噪聲協方差矩陣。

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研究學習不易，點贊易。
工作生活不易，收藏易，點收藏不迷茫 ：）

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