RTKLIB开发文档.docx

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RTKLIB开发文档

软件开发文档

软件名称

RTKPOST

项目组成员

王会、刘琦

起止日期

2017年6月20日至2017年8月15日

1.项目论证

目标任务

根据比赛要求，经过小组讨论，我们选择了RTKLIB进行二次开发。

RKTLIB是全球导航卫星系统GNSS的标准&精密定位开源程序包，RKTLIB由日本东京海洋大学的高须知二开发。

RTKLIB主要功能有：

（1）支持多个GNSS系统的标准和精密定位算法，包括GPS，GLONASS，Beidou，Galileo，QZSS和SBAS。

（2）支持多种GNSS实时和后处理定位模式：

单点定位、DGPS/DGNSS,动态RTK、静态RTK、移动基站、PPP。

（3）支持多种GNSS标准格式和协议：

RINEX2.10、RINEX2.11、RINEX2.12、RINEX3.00、RINEX3.01、RINEX3.02、RTCM2.3、RTCM3.1、RTCM3.2、BINEX、NTRIP、NMEA0183、SP3、ANTEX1.4、IONEX1.0、NGSPCV、EMS2.0。

（4）支持多种GNSS接收机专有数据协议格式：

NovAtel:

OEM4/V/6，OEM3,OEMStar、SuperstarII、Hemisphere、Crescent、u‐blox:

LEA-4T/5T/6T、SkyTraq、JAVAD、GW10-II/III和NVS。

（5）支持外部通信：

Serial、TCP/IP、NTRIP、本地日志文件（记录和播发）和FTP/HTTP。

（6）提供许多函数库和API（applicationprograminterfaces）：

卫星和导航系统函数、矩阵和向量函数，时间和字符串函数、坐标的转换，输入和输出函数、调试跟踪函数、平台依赖函数、定位模型、大气模型、天线模型、地球潮汐模型、大地水准面模型、基准转换、RINEX函数、星历和时钟函数、精密星历和时钟、接收机原始数据函数、RTCM函数，解算函数、流数据输入和输出函数、整周模糊度解算、标准定位、精密定位、后处理定位（解算）。

RTKLIB同样也有一些缺陷，RTKLIB在数据预处理（粗差探测），周跳探测方面的算法有些问题，RTKLIB的源代码并不支持北斗系统的解算。

同时，RTKLIB的框架过于过时，它的GUI是用的早期BorlandC++设计，无法满足跨平台需求，基于这些问题，我们小组经过讨论，决定对这些问题进行修复，改进单频解算算法，同时基于Qt5对GUI层进行重新设计。

项目背景及必要性

中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统。

是继美国GPS、俄罗斯GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。

目前北斗系统已具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力，预计2020年建成覆盖全球的北斗导航系统。

目前多数接收机并不存在单纯的使用GPS进行卫星定位，而是在支持GPS的基础上还加入了GLONASS以及北斗系统。

接收机在定位时可以同时使用这两大卫星定位系统，这样就可以在某个卫星定位发生问题时，使用另外一个系统进行定位。

或者在使用GPS进行定位的同时，再使用GLONASS或者北斗来进行辅助，以此来增强定位的速度及准确率。

另外，众多的个人或行业应用中，定位都成为一种必不可少的基础功能，个人用户的社交信息、行程足迹；行业中的车辆管理、物流监控等无不需要卫星定位功能。

RTK定位是北斗导航系统应用的一个重要方面，基于GPS的RTK算法已经十分成熟，

各种商业软件的推出也推动了GPSRTK算法的完善和发展。

此外由于北斗导航系统现在

已经有十几颗可用卫星，基于北斗系统的应用和研究也已经在全国乃至世界范围内展开，

所以在研究RTK的算法时，有必要考虑将BDS加入算法中去，基于BDS／GPS的RTK定

位算法研究及软件编制显得十分必要。

计划进展

表1.1计划进展

日期

说明

6月15日

明确任务以及了解整个比赛进度安排

6月16日至30日

在RTKLIB上加入DCB改正

7月01日至20日

在RTKLIB上加入单频周跳探测

7月21日至8月01日

在RTKLIB上加入数据预处理，修正周跳探测、添加载波平滑伪据、粗差探测

7月02日至8月05日

在RTKLIB上加入北斗系统，修正RTKLIB一些现存问题

8月06日至10日

对RTKLIB的GUI进行重写，并在Windows和Ubuntu上进行测试

8月11日至15日

数据测试，编写数据精度报告

2.需求分析

软件描述

表2.1软件模块

序号

功能名称

功能需求标识

简要描述

01

RTK解算

rtkpost

单频rtk解算

02

RTK成图

rtkplot

对解算结果成图

03

RTK查看

rtkview

查看解算结果

04

RTK平滑

rtksmooth

对基准站进行平滑

运行环境及外部接口需求

（1）硬件要求

程序硬件要求：

1）具有InterI3处理器且满足以下要求的计算机：

2）最低512MB内存、最小1GB硬盘、鼠标、键盘

（2）软件要求

操作系统：

Windows7Windows8Windows10Ubuntu16.04

（3）用户接口

1）采用Qt通用图形界面，用户友好。

2）界面具有一致性，界面规范遵循软件界面的规范。

3）提供错误信息。

4）遵循国家关于计算机方面词汇的标准，用词正确、准确、无歧义。

5）本系统的用户一般需要通过中断进行操作，进行主界面后点击相应的窗口，分别进入相对应的界面（如，输入界面、输出界面）。

3.软件设计

软件体系结构

图3.1软件体系结构

软件解算流程

图3.2结算流程图

软件设计模块

软件主要包括四个模块：

读取文件、伪距单点定位、数据预处理、RTK定位解算、结果输出。

（1）读取文件

其中RINEX观测文件RTKLIB已经有现成模块，但是RTKLIB，我们在RTKLIB基础上通过修改频率优先级增加了读取北斗观测文件功能。

同时，基于比赛广播星历数据，我们特地针对北斗星历增加了读取北斗广播星历函数。

（2）伪据单点定位

先进行伪据单点定位，求取平均值作为基站近似坐标，同时得到卫星坐标以及钟差信息，以便组成双差观测方程。

（3）数据预处理

数据预处理阶段，我们着重做了一下三个工作：

粗差探测、周跳探测、载波平滑伪距。

经过我们测试，RTKLIB中的周跳探测并不完善，因此我们在解算前再加入一次周跳探测。

首先由

、

相位观测方程可得到GF组合（消去了与频率无关的几何距离和钟差等），由于相邻历元电离层变化很小，因此可忽略相邻历元差后的电离层残差。

同时，在组成MW组合，对MW组合观测值做历元差分，以3倍中误差为限，与GF组合联合，通过求解方程组得到精确周跳。

RTKLIB中并没有单频周跳探测功能，于是我们增加了基于流动站的单频周跳探测功能。

对每个历元k，卫星s，进行探测：

若数据缺失超过阈值，标记周跳。

若没有超过，则逐个计算伪距与载波之差：

若

则标记周跳。

在修复完周跳后，我们进行了粗差探测以及载波平滑伪据。

在GPS定位时，利用码观测值得到的结果精度较低，可以利用载波相位的变化来平滑伪据，从而取出伪距粗差，提高伪据观测定位精度。

（4）RTK定位解算

在解算过程中，我们基于RTKLIB添加了DCB改正。

GPS广播星历中卫星钟差参数是由L1P（Y）和L2P（Y）消电离层组合计算得到的，该参数中含有L1P（Y）和L2P（Y）在卫星端的硬件延迟影响。

为扣除这一偏差对导航用户的影响，GPS引入了TGD参数扣除。

GPS卫星在发射前都会在地面对卫星TGD参数进行提前标定。

1999年4月后，GPS开始播发由JPL基于IGS基准站数据处理得到的TGD参数，且每四个月左右更新一次。

2005年起发射的GPSBlockIIR-M卫星在L2频率上增加了L2C民用信号，2010年起发射的GPSBlockIIF卫星新增了L5频率以及L5I5、L5Q5两种民用信号。

与之对应，GPS在L1C/A、L2C、L5I5及L5Q5民用信号上相对于L1P（Y）分别定义了一个ISC参数，即ISCC/A、ISCL2C、ISCL5I及ISCL5Q。

ISC参数本质上也是DCB参数，其中ISCC/A是L1P（Y）与L1C/A信号间的频内偏差参数，ISCL2C、ISCL5I及ISCL5Q分别是L1P（Y）与L2C、L5I5、L5Q5信号间的频间偏差参数。

TGD也可以看作是L2P（Y）信号上的ISC参数，不过要乘一个与频率有关的常数进行转换。

考虑到广播的TGD及ISC参数与DCB参数之间的转换关系，GPS单双频用户也可以

利用后处理的DCB参数改正硬件延迟误差后进行定位。

（5）结果输出

基于RTKLIB增加了卫星系统输出，以及参考框架。

最终输出还包括时间，状态，三维坐标，精度指标等内容。

软件功能描述

表3.1POST模块

功能项

解算

标识

POST

功能描述

对输入的观测文件进行解算

使用角色

用户

主要事件流程

用户操作

系统响应事件

单击Option按钮

设置解算参数

单击View按钮

查看解算结果

单击Plot按钮

绘制波动图或定轨图

单击Exec按钮

开始解算

单击Exit按钮

退出

前置条件

用户需要设置Option参数，以及选择相应文件

后置条件

生成解算文件（*.pos）

接口说明

输入

输出

调用关系

调用模块

rtkpos.cpprinex.cppSatPass.cppDCPass.cpp

被调用模块

rtkwork.cpp

表3.2View模块

功能项

查看

标识

View

功能描述

对输入的观测文件进行查看

使用角色

用户

主要事件流程

用户操作

系统响应事件

单击Refresh按钮

重新加载解算文件

单击Read按钮

重新选择解算文件

单击Exit按钮

退出

前置条件

后置条件

接口说明

输入

输出

调用关系

调用模块

plotwindow.cpp

被调用模块

post

表3.3Plot模块

功能项

绘图

标识

Plot

功能描述

对输入的观测文件进行成图

使用角色

用户

主要事件流程

用户操作

系统响应事件

单击Open按钮

选择解算结果文件

单击Refresh按钮

重新绘制

单击Position按钮

绘制波动图

单击GndTrk按钮

绘制轨迹图

单击Save按钮

保存

单击Exit按钮

退出

前置条件

用户需要选择解算结果，并选择绘图类型

后置条件

接口说明

输入

输出

调用关系

调用模块

qcustomplot.cpp

被调用模块

rtkwork.cpp

表3.4Option模块

功能项

选项

标识

Option

功能描述

设置解算策略

使用角色

用户

主要事件流程

用户操作

系统响应事件

单击OK按钮

设置并保存解算参数

单击Cancel按钮

退出

前置条件

用户需要设置Option参数，以及选择相应文件

后置条件

生成解算文件（*.pos）

接口说明

输入

输出

调用关系

调用模块

optiondlg.cppcontrolplus.cpp

被调用模块

post

表3.5Smooth模块

功能项

平滑

标识

Smooth

功能描述

数据预处理

使用角色

用户

主要事件流程

用户操作

系统响应事件

前置条件

-infile-outfile-dt