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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

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Part A: convkml.c 文件解析

一、文件整體說明

convkml.c 是 RTKLIB 中用于將 GNSS 數據轉換為 KML（Keyhole Markup Language）格式的工具，便于在 Google Earth 等地理可視化軟件中展示軌跡、觀測點等信息。該文件主要實現了從 RINEX 或 RTKLIB 內部數據結構到 KML 標記語言的轉換。

主要功能：

• 將 GNSS 觀測數據轉換為 KML 格式。
• 支持多種顯示樣式，如路徑、標記點、高度剖面圖等。
• 可選輸出模式包括靜態點、動態路徑等。

主要特色：

• 支持多頻段和多系統數據。
• 提供靈活的樣式配置選項。
• 可導出不同時間分辨率的數據點。

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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. 初始化參數設置。
2. 讀取輸入數據（如 RINEX 文件）。
3. 處理數據并提取位置信息。
4. 生成 KML 文件內容。
5. 寫入 KML 文件并關閉資源。

函數調用關系如下所示：

其中：

• readcmdline: 解析命令行參數。
• initopt: 初始化輸出選項。
• readobsfile: 讀取觀測文件（RINEX等）。
• convkml: 主要轉換邏輯入口。
• writekml* 函數負責生成 KML 的各個部分。

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三、主要函數說明

3.1 main

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

功能：
主函數，負責接收命令行參數并調度各模塊完成 KML 轉換。

輸入參數：

• argc: 命令行參數個數。
• argv[]: 命令行參數數組。

輸出參數：

• 返回狀態碼（0 表示成功，非零表示錯誤）。

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3.2 readcmdline

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

功能：
解析命令行參數并填充配置結構體 opt。

輸入參數：

• argc, argv[]: 命令行參數。
• opt: 輸出參數，包含所有配置選項。

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3.3 readobsfile

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

功能：
讀取觀測文件（如 RINEX），并將數據存儲到 obs 和 nav 結構體中。

輸入參數：

• file: 輸入文件路徑。
• obs: 存儲觀測數據的結構體指針。
• nav: 存儲導航數據的結構體指針。
• opt: 配置選項。

返回值：

• 成功返回 1，失敗返回 0。

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3.4 convkml

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

功能：
核心轉換函數，將 GNSS 數據轉換為 KML 格式并寫入文件。

輸入參數：

• fp: 文件指針。
• obs, nav, opt: 輸入數據與配置。

返回值：

• 成功返回 1，失敗返回 0。

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3.5 writekmlhead

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

功能：
寫入 KML 文件頭部信息，包括文檔聲明、命名空間等。

輸入參數：

• fp: 文件指針。
• opt: 配置信息。

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3.6 writekmlbody

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

功能：
寫入 KML 主體內容，包括路徑、標記點等。

輸入參數：

• fp, obs, nav, opt: 同上。

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3.7 writekmltail

void writekmltail(FILE *fp)

功能：
寫入 KML 文件尾部標簽，結束文檔。

輸入參數：

• fp: 文件指針。

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四、關鍵算法數學原理與推導

地理坐標系到 ECEF 的轉換

GNSS 接收機通常輸出經緯度和高度（LLH），但 KML 使用的是地心坐標系（ECEF）。因此需要進行 LLH 到 ECEF 的轉換。

公式如下：

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

其中：

• $?$: 緯度（弧度）
• $\lambda$: 經度（弧度）
• $h$: 橢球高
• $a$: WGS84 長半軸
• $e^2=1?\frac{b^2}{a^2}$: 第一偏心率平方

這個轉換是繪制軌跡的基礎。

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Part B: convrnx.c 文件解析

一、文件整體說明

convrnx.c 是 RTKLIB 中用于將各種原始觀測數據（如 BINEX、UBX、RTCM 等）轉換為 RINEX 格式的工具。RINEX 是 GNSS 數據的標準格式，廣泛用于后處理和分析。

主要功能：

• 多種原始數據格式轉 RINEX。
• 支持多頻段、多系統。
• 自動識別輸入數據格式。

主要特色：

• 支持自動探測輸入數據類型。
• 提供靈活的時間過濾與輸出選項。
• 可以輸出壓縮的 RINEX（.crx/.gz）。

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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. 解析命令行參數。
2. 打開輸入/輸出文件。
3. 讀取并解析原始數據流。
4. 轉換為 RINEX 格式并寫入文件。
5. 清理資源并退出。

函數調用關系如下：

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三、主要函數說明

3.1 main

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

功能：
主函數，解析命令行參數并控制整個轉換流程。

輸入輸出：

• 同前文。

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3.2 readcmdline

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

功能：
解析命令行參數并填充 rnxopt_t 結構體。

輸入輸出：

• 同前文。

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3.3 initrnx

int initrnx(rnxopt_t *opt)

功能：
根據用戶配置初始化 RINEX 轉換參數。

輸入參數：

• opt: 轉換配置結構體。

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3.4 openfiles

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

功能：
打開輸入和輸出文件，支持壓縮格式。

輸入參數：

• infile, outfile: 文件路徑。
• fpin, fpout: 文件指針地址。
• opt: 配置。

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3.5 convertrnx

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

功能：
主轉換循環，讀取原始數據并寫入 RINEX。

輸入輸出：

• 同上。

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3.6 readrawdata

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

功能：
讀取原始觀測數據并解析為內部結構。

輸入參數：

• fp: 輸入文件指針。
• buff: 緩沖區。
• nmax: 最大讀取長度。
• format: 數據格式（如 RTCM3, UBX 等）。
• raw: 輸出解析后的數據。

返回值：

• 成功返回字節數，失敗返回負值。

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3.7 outputrnx

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

功能：
將解析后的數據按 RINEX 格式寫入輸出文件。

輸入參數：

• fp, raw, opt: 同上。

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3.8 closefiles

void closefiles(FILE *fpin, FILE *fpout)

功能：
關閉輸入輸出文件句柄。

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四、關鍵算法數學原理與推導

時間系統轉換

原始數據中的時間戳可能使用 GPS 時間、UTC、本地時間等，而 RINEX 要求使用 GPS 時間或 UTC。因此需要進行時間系統轉換。

GPS 時間與 UTC 的關系為：

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

其中 $\Delta t_{leap}$ 是閏秒修正值，需通過星歷或頭文件獲取。

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Part C: geoid.c 文件解析

一、文件整體說明

geoid.c 實現了大地高與正常高的相互轉換，依賴于大地水準面模型（如 EGM96、EGM2008）。它提供了基于插值方法的大地高與正高之間的轉換功能。

主要功能：

• 計算某一點的大地水準面高（N）。
• 支持多種大地水準面模型。
• 提供雙線性插值功能。

主要特色：

• 支持網格化模型數據。
• 可擴展性強，易于添加新模型。
• 高效的插值算法。

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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. 加載大地水準面模型文件。
2. 對給定的地理坐標進行插值計算。
3. 輸出大地水準面高。

函數調用關系如下：

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三、主要函數說明

3.1 geoid_hgt

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

功能：
對外接口，輸入經緯度和模型名，返回大地水準面高。

輸入參數：

• lat, lon: 地理緯度和經度（十進制度）。
• model: 模型名稱（如 “egm96_15”）。

返回值：

• 大地水準面高 N（米）。

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3.2 load_geoid

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

功能：
加載指定模型的網格數據到內存。

輸入參數：

• model: 模型名。
• geoid: 存儲模型數據的結構體。

返回值：

• 成功返回 1，失敗返回 0。

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3.3 interp_geoid

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

功能：
調用雙線性插值函數計算某點的大地水準面高。

輸入參數：

• lat, lon: 插值點坐標。
• geoid: 模型數據結構體。

返回值：

• 插值結果（米）。

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3.4 bilin_interp

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

功能：
實現雙線性插值算法。

輸入參數：

• x, y: 插值點坐標。
• v: 網格數據數組。
• nx, ny: 網格尺寸。

返回值：

• 插值結果。

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四、關鍵算法數學原理與推導

雙線性插值

設四個角點分別為：

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

目標點 $(x,y)$ 在矩形區域內，則插值公式為：

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

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

此方法用于大地水準面模型的離散數據插值。

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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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