9.1 主要数据类型
9.1.1 概述
1. 主要关系
图9.1-1 rtkpos() 简略输入输出
如果比较简单地理解 rtkpos() 函数的输入输出，我们可以认为：
- 输入：原始观测数据
obs, 星历相关数据nav和配置选项opt。 - 输出：定位结果与过程数据
rtk。
其中 rtkpos() 内部包含的 relpos() 则是本章节我们需要重点关注的内容。实际上整个过程会更加复杂，例如 rtk_t 结构体中的数据既可能作为输入，也会同时作为输出，因为 rtk_t 中存储了很多过程数据，它们会作为滤波器下一轮迭代的初值，而 opt 配置选项其实也包含于 rtk_t 结构体中。
- 后处理时：postpos.c 中的
procpos()函数循环中，调用inputobs()每次取一个历元的观测数据用rtkpos()处理； - 实时定位时：rtkrcv.c 中的 rtksvrthread() 函数循环调用 strread 读取原始观测数据流，再利用 decoderaw 函数解码为
obs_t和nav_t结构体，最后调用rtkpos()处理。
注意对于以上内容仅保留一个初略的印象即可，实际上 rtkpos() 函数的执行流程远比上述过程复杂得多。算法的解析、理解或优化并不会因为梳理完整个流程就能通透，而是需要解决一些有针对性的问题，用以满足研究或工程的需求。
9.1.2 obs_t：原始观测数据结构体
obs_t 结构体实际上维护了一个由原始观测数据所组成的数组 obsd_t *data。
c
/* observation data */
typedef struct {
int n,nmax; /* 观测数据数目/最大存储数量（与申请内存空间相关） */
obsd_t *data; /* 观测数据（数组） */
} obs_t;obsd_t 组成：
data字段是obsd_t数组。n字段表示存着的obsd_t数目。nmax字段表示目前data内存空间最大能存的obsd_t数目。
c
/* observation data record */
typedef struct {
gtime_t time; /* 接收机信号采样时间 (GPST) */
uint8_t sat,rcv; /* 卫星/接收机编号 */
uint16_t SNR[NFREQ+NEXOBS]; /* SNR，准确来说是C/N0 (0.001 dBHz) */
uint8_t LLI[NFREQ+NEXOBS]; /* 周跳标识（来自于接收机，而非算法探测） */
uint8_t code[NFREQ+NEXOBS]; /* 信号码标识 (CODE_???)，用以识别信号频点类型 */
double L[NFREQ+NEXOBS]; /* 载波相位（cycle） */
double P[NFREQ+NEXOBS]; /* 伪距（m） */
float D[NFREQ+NEXOBS]; /* 多普勒频率（Hz） */
} obsd_t;对于观测数据的解析过程，可以以后处理为例（rinex.c）：
addobsdata()函数执行向obs->data[]中添加obs观测值数据的操作，先检验nmax值，不够再realloc()动态申请更多内存；readobsnav()函数中读取完obs数据后，会调用sortobs()根据time, rcv, sat，对obs->data的元素进行排序、去重，得到历元数nepoch，调用uniqnav()，进行星历数据的排序去重；
9.1.3 nav_t：导航电文信息结构体
nav_t 用以存储星历数据、历书数据、精密星历、TEC格网、广播星历电离层参数、DGPS和SSR改正信息，存储 eph、geph、seph、peph、pclk、alm、erp的方式与 obs_t 存 obs 的方式类似。
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c
typedef struct { /* navigation data type */
int n,nmax; /* number of broadcast ephemeris */
int ng,ngmax; /* number of glonass ephemeris */
int ns,nsmax; /* number of sbas ephemeris */
int ne,nemax; /* number of precise ephemeris */
int nc,ncmax; /* number of precise clock */
int na,namax; /* number of almanac data */
int nt,ntmax; /* number of tec grid data */
eph_t *eph; /* GPS/QZS/GAL/BDS/IRN ephemeris */
geph_t *geph; /* GLONASS ephemeris */
seph_t *seph; /* SBAS ephemeris */
peph_t *peph; /* precise ephemeris */
pclk_t *pclk; /* precise clock */
alm_t *alm; /* almanac data */
tec_t *tec; /* tec grid data */
erp_t erp; /* earth rotation parameters */
double utc_gps[8]; /* GPS delta-UTC parameters {A0,A1,Tot,WNt,dt_LS,WN_LSF,DN,dt_LSF} */
double utc_glo[8]; /* GLONASS UTC time parameters {tau_C,tau_GPS} */
double utc_gal[8]; /* Galileo UTC parameters */
double utc_qzs[8]; /* QZS UTC parameters */
double utc_cmp[8]; /* BeiDou UTC parameters */
double utc_irn[9]; /* IRNSS UTC parameters {A0,A1,Tot,...,dt_LSF,A2} */
double utc_sbs[4]; /* SBAS UTC parameters */
double ion_gps[8]; /* GPS iono model parameters {a0,a1,a2,a3,b0,b1,b2,b3} */
double ion_gal[4]; /* Galileo iono model parameters {ai0,ai1,ai2,0} */
double ion_qzs[8]; /* QZSS iono model parameters {a0,a1,a2,a3,b0,b1,b2,b3} */
double ion_cmp[8]; /* BeiDou iono model parameters {a0,a1,a2,a3,b0,b1,b2,b3} */
double ion_irn[8]; /* IRNSS iono model parameters {a0,a1,a2,a3,b0,b1,b2,b3} */
int glo_fcn[32]; /* GLONASS FCN + 8 */
double cbias[MAXSAT][3]; /* satellite DCB (0:P1-P2,1:P1-C1,2:P2-C2) (m) */
double rbias[MAXRCV][2][3]; /* receiver DCB (0:P1-P2,1:P1-C1,2:P2-C2) (m) */
pcv_t pcvs[MAXSAT]; /* satellite antenna pcv */
sbssat_t sbssat; /* SBAS satellite corrections */
sbsion_t sbsion[MAXBAND+1]; /* SBAS ionosphere corrections */
dgps_t dgps[MAXSAT]; /* DGPS corrections */
ssr_t ssr[MAXSAT]; /* SSR corrections */
} nav_t;其中：
- 多系统支持：包含 GPS、GLONASS、Galileo 等星历（eph, geph, seph），需区分格式和更新频率。
- PPP 数据：
peph和pclk用于 PPP。 - UTC：历书（或概略星历）参数，目前基本不用，
utc_*为与系统相关参数，从导航电文更新。 - 电离层参数：klobuchar 模型参数，
ion_*为与系统相关参数，需从导航电文更新。 - GLONASS FCN：
glo_fcn需正确初始化，否则会影响频率计算。 - DCB 和 PCV：
cbias,rbias,pcvs用于高精度校正，需从外部文件加载。 - 增强数据：
sbssat,sbsion,dgps,ssr支持差分和增强。 - ERP：
erp影响高精度坐标转换，需加载有效数据。
关于 GLONASS FCN：
由于 GLONASS 采用 FDMA，其每颗卫星频段都不同，因此在实际使用时，需要根据观测数据中的卫星槽号（PRN）到星历数据中找对应的频段号（FCN），才能解析出信号频率，并应用到算法执行过程中。更多内容可以参考 附录 B.5 差分数据中 GLO 卫星无法投入计算。
关于 ERP：
对于其中的 erp，它在 zdres 函数（rtkpos.c）中调用，其作用是提供地球自转参数（极移 xp, yp 和 UT1-UTC 差 ut1_utc），用于计算极潮校正，提供位置精度：
- 当
opt->tidecorr = 2（Solid/OTL），tidedisp使用nav->erp计算极潮位移（disp），校正接收机位置，影响几何距离和残差计算。 需从 ERP 文件加载数据，缺失可能导致厘米级误差。 - 对 PPP 和长基线 RTK 影响显著，短基线 RTK 可忽略。
- 配置需确保
tidecorr和 ERP 文件匹配，nav->utc_gps正确以支持时间转换。
9.1.4 rtk_t：rtk 控制结构体
rtk_t 结构体是 RTKLIB 定位状态的核心，主要用于存储定位结果和一些过程数据。
c
sol_t sol; // 解算结果结构体
double rb[6]; // 基站位置、速度
int nx,na; // na为除模糊度外参数数，nx为加上模糊度参数数
double tt; // 当前历元与先前历元时间差
double *x, *P; // 浮点解及其误差协方差
double *xa,*Pa; // 固定解及其误差协方差
int nfix; // 持续固定的历元计数
ambc_t ambc[MAXSAT]; // 模糊度控制结构体数组
ssat_t ssat[MAXSAT]; // 卫星状态控制结构体数组
int neb; // 错误信息的缓冲区长度
char errbuf[MAXERRMSG]; // 错误信息缓冲区
prcopt_t opt; // 算法处理配置选项其中：
sol：存储解算结果（位置、速度、状态），需检查sol.stat和sol.qr评估解算质量。rb：基站位置/速度，由于 RTK 算法计算的是基线向量，因此需要通过基站的位置推算出流动站的位置。nx,na：状态向量维度。tt：时间差，滤波器更新时使用。x,P：浮点解和协方差。xa,Pa,nfix：固定解相关，nfix 会 hold 状态提供依据。ambc,ssat：管理模糊度和卫星状态，需关注周跳（slip）和锁定（lock）。neb,errbuf：调试错误信息。opt：配置选项。
9.1.5 prcopt_t：算法处理选项结构体
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c
typedef struct { /* processing options type */
int mode; /* positioning mode (PMODE_???) */
int soltype; /* solution type (0:forward,1:backward,2:combined) */
int nf; /* number of frequencies (1:L1,2:L1+L2,3:L1+L2+L5) */
int navsys; /* navigation system */
double elmin; /* elevation mask angle (rad) */
snrmask_t snrmask; /* SNR mask */
int sateph; /* satellite ephemeris/clock (EPHOPT_???) */
int modear; /* AR mode (0:off,1:continuous,2:instantaneous,3:fix and hold,4:ppp-ar) */
int glomodear; /* GLONASS AR mode (0:off,1:on,2:auto cal,3:ext cal) */
int bdsmodear; /* BeiDou AR mode (0:off,1:on) */
int maxout; /* obs outage count to reset bias */
int minlock; /* min lock count to fix ambiguity */
int minfix; /* min fix count to hold ambiguity */
int armaxiter; /* max iteration to resolve ambiguity */
int ionoopt; /* ionosphere option (IONOOPT_???) */
int tropopt; /* troposphere option (TROPOPT_???) */
int dynamics; /* dynamics model (0:none,1:velociy,2:accel) */
int tidecorr; /* earth tide correction (0:off,1:solid,2:solid+otl+pole) */
int niter; /* number of filter iteration */
int codesmooth; /* code smoothing window size (0:none) */
int intpref; /* interpolate reference obs (for post mission) */
int sbascorr; /* SBAS correction options */
int sbassatsel; /* SBAS satellite selection (0:all) */
int rovpos; /* rover position for fixed mode */
int refpos; /* base position for relative mode */
/* (0:pos in prcopt, 1:average of single pos, */
/* 2:read from file, 3:rinex header, 4:rtcm pos) */
double eratio[NFREQ]; /* code/phase error ratio */
double err[5]; /* measurement error factor */
/* [0]:reserved */
/* [1-3]:error factor a/b/c of phase (m) */
/* [4]:doppler frequency (hz) */
double std[3]; /* initial-state std [0]bias,[1]iono [2]trop */
double prn[6]; /* process-noise std [0]bias,[1]iono [2]trop [3]acch [4]accv [5] pos */
double sclkstab; /* satellite clock stability (sec/sec) */
double thresar[8]; /* AR validation threshold */
double elmaskar; /* elevation mask of AR for rising satellite (deg) */
double elmaskhold; /* elevation mask to hold ambiguity (deg) */
double thresslip; /* slip threshold of geometry-free phase (m) */
double maxtdiff; /* max difference of time (sec) */
double maxinno; /* reject threshold of innovation (m) */
double maxgdop; /* reject threshold of gdop */
double baseline[2]; /* baseline length constraint {const,sigma} (m) */
double ru[3]; /* rover position for fixed mode {x,y,z} (ecef) (m) */
double rb[3]; /* base position for relative mode {x,y,z} (ecef) (m) */
char anttype[2][MAXANT]; /* antenna types {rover,base} */
double antdel[2][3]; /* antenna delta {{rov_e,rov_n,rov_u},{ref_e,ref_n,ref_u}} */
pcv_t pcvr[2]; /* receiver antenna parameters {rov,base} */
uint8_t exsats[MAXSAT]; /* excluded satellites (1:excluded,2:included) */
int maxaveep; /* max averaging epoches */
int initrst; /* initialize by restart */
int outsingle; /* output single by dgps/float/fix/ppp outage */
char rnxopt[2][256]; /* rinex options {rover,base} */
int posopt[6]; /* positioning options */
int syncsol; /* solution sync mode (0:off,1:on) */
double odisp[2][6*11]; /* ocean tide loading parameters {rov,base} */
int freqopt; /* disable L2-AR */
char pppopt[256]; /* ppp option */
} prcopt_t;更多关于配置参数的分析，可以查看附录C: 配置参数解析。
9.1.6 sol_t：结果结构体
c
gtime_t time; // GPST时间
double rr[6]; // 位置、速度结果 (m|m/s)
/* {x,y,z,vx,vy,vz} or {e,n,u,ve,vn,vu} */
float qr[6]; // 位置估计协方差阵 (m^2)
/* {c_xx,c_yy,c_zz,c_xy,c_yz,c_zx} or */
/* {c_ee,c_nn,c_uu,c_en,c_nu,c_ue} */
float qv[6]; // 速度估计协方差阵 (m^2/s^2)
double dtr[6]; // 接收机钟差 (s)
uint8_t type; // 坐标系类型 (0:xyz-ecef,1:enu-baseline)
uint8_t stat; // 定位结果状态 (SOLQ_???)
uint8_t ns; // 有效卫星数
float age; // 差分龄期
float ratio; // 模糊度固定Ratio值
float thres; // 模糊度固定的Ratio阈值其中的解状态类型 stat：
c
#define SOLQ_NONE 0 /* solution status: no solution */
#define SOLQ_FIX 1 /* solution status: fix */
#define SOLQ_FLOAT 2 /* solution status: float */
#define SOLQ_SBAS 3 /* solution status: SBAS */
#define SOLQ_DGPS 4 /* solution status: DGPS/DGNSS */
#define SOLQ_SINGLE 5 /* solution status: single */
#define SOLQ_PPP 6 /* solution status: PPP */
#define SOLQ_DR 7 /* solution status: dead reconing */
#define MAXSOLQ 7 /* max number of solution status */SOLQ_DR 状态并没有用到。
9.1.7 ambc_t：模糊度固定控制结构体
c
/* ambiguity control type */
typedef struct {
gtime_t epoch[4]; /* last epoch */
int n[4]; /* number of epochs */
double LC [4]; /* linear combination average */
double LCv[4]; /* linear combination variance */
int fixcnt; /* fix count */
char flags[MAXSAT]; /* fix flags */
} ambc_t;该结构体似乎在 PPP 算法中才会被使用。
9.1.8 ssat_t：卫星状态控制结构体
c
typedef struct {
uint8_t sys; // 卫星系统
uint8_t vs; // 卫星有效性标志
double azel[2]; // 方位角，高度角
double resp[NFREQ]; // 伪距残差
double resc[NFREQ]; // 载波相位残差
uint8_t vsat[NFREQ]; // 卫星频段有效性标志
uint16_t snr[NFREQ]; // C/N0（dB/Hz）
uint8_t fix [NFREQ]; // 模糊度固定状态（1：float；2：fix；3：hold）
uint8_t slip[NFREQ]; /* 周跳标识 */
uint8_t half[NFREQ]; /* 半周跳有效性标识 */
int lock [NFREQ]; /* 相位锁定计数 */
uint32_t outc [NFREQ]; // 载波中断计数
uint32_t slipc[NFREQ]; /* 周跳计数 */
uint32_t rejc [NFREQ]; /* 拒绝计数 */
double gf[NFREQ-1]; /* gf（几何无关）相位观测 (m) */
double mw[NFREQ-1]; /* MW 组合 (m) */
double phw; /* 相位缠绕 (cycle) */
gtime_t pt[2][NFREQ]; /* 上一历元载波相位时间 */
double ph[2][NFREQ]; /* 上一历元载波相位观测值 (cycle) */
} ssat_t;ssat_t 结构体用于跟踪每颗卫星的状态。
1. 观测质量相关成员：
fix：模糊度固定状态，0：初始化状态；1：float；2：fix；3：hold。slip：周跳标识。除了来自接收机的 LLI 状态，也包含算法自身的周跳探测。half：主要来自接收机的 LLI 状态。lock：锁定计数（从时间的维度来看载波观测的可靠性，如卫星在10个历元无法周跳或粗差）。- 记录该频率相位观测的连续锁定时间（正值表示连续历元数，负值表示需重新锁定）。
- 用于判断模糊度稳定性，lock[f] >= opt->minlock 表示可靠。
- 高 lock[f] 增加固定成功率，低值可能导致浮点解。
outc：中断计数。源码中并非在检测到观测异常之后才对outc进行累加，而是一直在udbias中累加，在认为观测没有问题的时候再将其置 0。源码中包含的 2 次置 0 调用条件：udbias（rtkpos.c）：存在单差模糊度数据，则进行置 0 操作；relpos（rtkpos.c）：卫星频点数据有效（rtk->ssat[sat[i]-1].vsat[f]），同时解算出了浮点解或伪距差分解，并能通过valpos检验（该过程位于上述udbias之后）。
slipc：周跳计数，除了来自接收机的 LLI 状态，也包含算法自身的周跳探测。该值只会进行输出查看，不会影响算法的逻辑。rejc：拒绝计数（双差残差较大，则视为粗差），在ddres中被赋值，另外：rejc在udbias函数中下会起作用，当rejc>=2会重置模糊度，此时rejc也会重新计数。
2. 周跳探测相关成员：
多频组合有关博客备忘：https://blog.csdn.net/hyisoe/article/details/114385269
gf：几何无关组合相位差（L1-L2 或 L1-L5，m）。- 用于周跳检测
detslp_gf（rtkpos.c）。 gf变化超阈值（opt->thresslip）触发slip[f] = 1。
- 用于周跳检测
mw：Melbourne-Wübbena 线性组合（MW-LC，单位：m）。- 存储 MW 组合（宽巷模糊度），用于周跳检测
detslp_mw（ppp.c）; - MW 组合对电离层和几何距离不敏感，适合宽巷模糊度估计。
- 存储 MW 组合（宽巷模糊度），用于周跳检测
phw：相位缠绕（Phase Windup，单位：cycle）。- 记录卫星和接收机天线相位缠绕效应引起的相位偏差；
- 由
model_phw函数计算，主要再 ppp 中使用。
pt：上一历元载波相位时间，与detslp_dop有关。ph：上一历元载波相位观测值 (cycle)，与detslp_dop有关。
对于观测数据的线性组合，若不加任何限制,可组成无数的线性组合观测值。而我们关心的仅仅是那些对 GPS 测量有实际价值和意义的线性组合观测值, 因此这些观测值至少应符合下列标准之一[19]:
- 整数特性：组合观测应能保持模糊度的整数特性，以利于正确确定整数模糊度度；
- 波长特性：组合观测应具有适当的波长；
- 大气层误差：组合观测应不受或基本不受电离层折射的影响；
- 噪声水平：组合观测应具有较小的测量噪声。
9.1.9 rtkpos.c 中的宏定义
RTKLIB 中常用比较长的一维数组存储数据，为方便查找对应数据的数组下标，rtkpos.c 定义了一些宏函数：
| 宏 | 定义 | 说明 |
|---|---|---|
| NF | define NF(opt) ((opt)->ionoopt==IONOOPT_IFLC?1:(opt)->nf) | 频段数，电离层与双频的线性组合时为 1，否则为设置的频率数 |
| NP | define NP(opt) ((opt)->dynamics==0?3:9) | 位置参数数量，默认为 3，dynamics 动态模式为 9 |
| NI | define NI(opt) ((opt)->ionoopt!=IONOOPT_EST?0:MAXSAT) | Estimate STEC 估算斜电子含量时为最大卫星数，否则为 0 |
| NT | define NT(opt) ((opt)->tropopt<TROPOPT_EST?0:((opt)->tropopt<TROPOPT_ESTG?2:6)) | 对流层参数，不估计时为 0，TROPOPT_EST时为 2，TROPOPT_ESTG时为 6 |
| NL | define NL(opt) ((opt)->glomodear!=2?0:NFREQGLO) | GLONASS AR 模式，auto cal 为 0，其它为 GLONASS 的载波频率数 2 |
| NB | define NB(opt) ((opt)->mode<=PMODE_DGPS?0:MAXSAT*NF(opt)) | 模糊度参数，DGPS 和单点定位模式为 0，其它模式为最大卫星数 MAXSAT 乘频段数 NF(opt) |
| NR | define NR(opt) (NP(opt)+NI(opt)+NT(opt)+NL(opt)) | 非模糊度参数 = 位置参数 NP(opt) + 电离层估计参数 NI(opt) + 对流层参数 NT(opt)+GLONASS AR 参数 NL(opt) |
| NX | define NX(opt) (NR(opt)+NB(opt)) | 总参数 = 非模糊度参数 NR + 模糊度参数 NB |
| II | define II(s,opt) (NP(opt)+(s)-1) | 电离层参数下标 (s 是卫星编号) |
| IT | define IT(r,opt) (NP(opt)+NI(opt)+NT(opt)/2*(r)) | 对流层参数下标 (流动站是 0、基准站是 1) |
| IL | define IL(f,opt) (NP(opt)+NI(opt)+NT(opt)+(f)) | GLONASS 接收机 h/w 延迟 |
| IB | define IB(s,f,opt) (NR(opt)+MAXSAT*(f)+(s)-1) | 整周模糊度参数下标，(s 是卫星编号，f 是频率编号) |