RINEX观测值文件读取（O文件）

因为不同生产厂家的接收机的观测量输出格式不一致，为了便于数据交换，制定了一个统一的标准格式，称为RINEX格式（Receiver Independent Exchange,RINEX）。

本文首先对RINEX2.1.1版本的观测值文件进行格式介绍，然后基于C语言，以程序设计的角度讲解如何读取数据，每行代码皆有详细注释和讲解，希望可以为测绘学子们带来帮助。

目录

观测值文件（Observation）

O文件头

O文件数据块 

读取O文件程序设计

结构体声明 

O文件读取

获取O文件历元数(get_epochnum)

字符串转换成浮点数(strtonum)

O文件头读取

O文件数据块读取

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N文件读取中讲解了如何下载观测值文件数据 ，这里不再进行赘述。

观测值文件（Observation）

观测值文件由表头和数据块构成：

表头包括：RINEX版本号、接收机天线号、测站名、点号、观测值类型、采样间隔、开始时间、结束时间等等。

观测数据块包括：观测时刻、每颗卫星的伪距观测值和相位观测量，有的接收机还输出多普勒、信噪比值等。 

O文件头

示例：

 以上是2.11版本的GPS观测值文件，红框标注部分是本次伪距定位部分读取的主要数据。（当然考虑到程序的可移植性，其实应该将所有内容全部读取），将下来将对头文件进行讲解。

• 第一行：rinex的版本，观测值的类型，观测数据所属卫星系统
• 第二行：文件所采用程序的名称，文件单位的名称，文件的日期
• 第三行、四行：注释：针对所选系统进行解释
• 第五行：天线标志的名称（点名）
• 第六行：点名的编号
• 第七行：观测员姓名，观测单位名称
• 第八行：接收机序列号、接收机类型、接收机版本号
• 第九行：天线序列号、天线类型
• 第十行：测站的近似位置X、Y、Z
• 第十一行：天线高、天线中心相对于测站标志在东向偏移量、北向偏移量
• 第十二行：缺省的L1和L2载波的波长因子
• 第十三行：观测值类型的数量、观测值的类型
• 第十四行：观测值的历元间隔
• 第十五行到第二十五行：注释
• 第二十六行：观测起始时间、系统
• 第二十七行：文件头结束标注

O文件数据块 

示例：

历元信息：

数据块的第一行记录了该历元的UTC时刻，年、月、日、时分秒，紧跟着一个整型单位的历元标志，记录了该历元的状况（0表示正常），然后是该历元观测到的卫星数量，以及各个卫星的PRN号。

当观测到的卫星数>12时，一行的信息存储不下会自动换行，如下图所示：

当观测到的卫星数>24时，再次换行，并且卫星的PRN号与前一行对其。

上述两个情况是从多系统中截取到的，对于单系统而言，每个历元的卫星观测数>10就是优质观测。所以只需要考虑卫星数>12的情况即可，当然为了程序的可移植性，将其写完善也没问题。

数据块信息：

历元信息往下一行就是记录观测值的数据块，以每颗卫星为单位，依照头文件中的观测值类型及顺序，从左到右依次排列，每行记录5个观测值，一行不够时转下行。当所有卫星数据记录完后，转到下一个历元。

读取O文件程序设计

结构体声明 

O文件结构体的创建分为三个部分：O文件头结构体、历元信息结构体和数据块结构体。

为了之后调用方便，在创建结构体时，最好用typedef对结构体进行重命名。

用typedef重命名后，在创建结构体变量或结构体指针时，用下列等式右边的即可： 

• struct obs_head  =  obs_head
• sturct obs_head* =  pobs_head

时间系统中，年、月、日、时、分都以整数形式记录，秒用小数记录。 

O文件头结构体：

//观测值头文件
typedef struct obs_head
{
	double ver;//RINEX文件版本号
	char type[30];//文件类型
	double apX;//测站近似位置XYZ（WGS84）
	double apY;
	double apZ;
	double ANTH;//天线高
	double ANTdeltaE;//天线中心对于测站标志在东方向上的偏移量
	double ANTdeltaN;//天线中心对于测站标志在北方向上的偏移量
	int WAFL1;//缺省的L1载波的波长因子
	int WAFL2;//缺省的L2载波的波长因子
	int WAFflag;
	int obstypenum;//观测值类型数量
	char obstype[15];//rinex2.0观测值类型列表
	double interval;//观测值的历元间隔
	int f_y;//第一个观测记录的时刻
	int f_m;
	int f_d;
	int f_h;
	int f_min;
	double f_sec;
	char tsys[5];//时间系统
}obs_head,*pobs_head;

O文件历元信息结构体 

//观测值历元数据结构体
typedef struct obs_epoch
{
	//观测历元时刻
	int y;
	int m;
	int d;
	int h;
	int min;
	double sec;
	int p_flag;//历元标志
	int sat_num;//当前历元所观测到的卫星数量
	int sPRN[24];//当前历元所能观测到的卫星的PRN列表
}obs_epoch,*pobs_epoch;

 O文件数据块结构体

//观测值数据结构体
typedef struct obs_body
{
	double obs[24][15];//观测值
}obs_body,*pobs_body;

这里的24对应同时观测到的最大卫星数，15对应着15种类型的观测值，对于单系统而言，这是非常安全的数字，不会出现溢出的现象。

O文件读取

文件读取的思路是：

• 创建文件指针，打开文件
• 从数据块开始，读取O文件由多少个历元
• 分别创建O文件头和O文件数据块的指针，并为其开辟内存。
• 将数据依次按行进行读取
• 关闭文件

 具体代码如下：

//数据读取
FILE* fp_obs = NULL;//观测值文件指针
pobs_head obs_h = NULL;
pobs_epoch obs_e = NULL;
pobs_body obs_b = NULL;//创建结构体指针，并将其初始化为空
//O文件读取
	fp_obs = fopen("abpo0480.15o", "r");//以只读的方式打开O文件
	int o_epochnum = get_epochnum(fp_obs);//获取O文件历元数
	rewind(fp_obs);
	obs_h = (pobs_head)malloc(sizeof(obs_head));//给O文件头开辟空间
	obs_e = (pobs_epoch)malloc(sizeof(obs_epoch) * o_epochnum);
	obs_b = (pobs_body)malloc(sizeof(obs_body) * o_epochnum);
	if (obs_h && obs_e && obs_b)
	{
		read_h(fp_obs, obs_h);//读取O文件头
		read_b(fp_obs, obs_e, obs_b, obs_h->obstypenum);//读取O文件数据块
	}
	fclose(fp_obs);//关闭O文件

上述代码种，get_epochnum为自行创建的函数，获取O文件的历元数，read_h和read_b也是创建的函数，分别是读取文件头和读取数据块。

获取O文件历元数(get_epochnum)

用fgets函数逐行对文件进行读取：

fegts函数需要包含头文件，使用方法如下：

• char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );
• 输入一个char*类型的指针（用来存放读取的数据），读取的个数，文件指针，其返回类型为char* 也就是读取后的新位置。

//获取O文件历元数
extern int get_epochnum(FILE* fp_obs)
{
	int n = 0;//记录历元数
	int satnum = 0;//记录每个历元的卫星数
	char flag;//存放卫星标志符号'G'
	char buff[MAXRINEX];//存放读取的字符串
	while (fgets(buff, MAXRINEX, fp_obs))
	{
		satnum = (int)strtonum(buff, 30, 2);
		strncpy(&flag, buff + 32, 1);
		if (flag == 'G')
		{
			n++;
		}
		//当卫星数超过12个时，一行存不下会转到下下一行，并且与上一行对齐
        //所以当出现这种情况时，要减1
		if (flag == 'G' && satnum > 12)
		{
			n--;
		}
	}
	return n;
}

上述代码中：

• n为记录的历元数，也是最后的返回值
• satnum是每个历元的卫星个数，用来判断是否有超过12颗卫星的情况，有换行情况结果需要减1
• buff用来临时存储fgets读取到的数据
• falg用来存放第32个字符，也就是第一个卫星的'G'字符，如果该行的第32个字符是'G' ，则表明该行是历元的开始，以此结果计数
   

字符串转换成浮点数(strtonum)

在用fgets函数读取数据时，我们是创建了一个buff的字符串接收的，对于正好是字符串类型的信息，例如观测类型tpye，我们可以利用strncpy函数，对字符串进行拷贝，拷贝到我们创建的结构体变量中。

先介绍一下strncpy函数：

• char * strncpy ( char * destination, const char * source, size_t num );
• strncpy和strcpy都是C语言库函数中拷贝字符串的，而strncpy加上了对拷贝字符个数的限制，更加安全
• 输入三个参数，目标地址，源头地址，拷贝字符个数
• 返回值为目标的地址
• 需包含头文件

但是很多参数是int、double类型的，那么我们需要先将其从char类型转换成double类型的，再对结构体成员进行赋值。

stronum的讲解在N文件读取中有详细解释，这里只放代码，代码中有详细注释。

//将字符串转换为浮点数,i起始位置，n输入多少个字符
static double strtonum(const char* buff, int i, int n)
{
	double value = 0.0;
	char str[256] = { 0 };
	char* p = str;
	/************************************
	* 当出现以下三种情况报错，返回0.0
	* 1.起始位置<0
	* 2.读取字符串个数= 0; buff++)
	{
		//三目操作符：D和d为文件中科学计数法部分，将其转换成二进制能读懂的e
		*p++ = ((*buff == 'D' || *buff == 'd') ? 'e' : *buff);
	}
	*p = '\0';
	//三目操作符，将str中存放的数以格式化读取到value中。
	return sscanf(str, "%lf", &value) == 1 ? value : 0.0;
}

O文件头读取

当前期的准备工作完成后，后期的读取工作则非常简单了，主要思想如下：

• 按每个历元为单位，f进行循环读取
• 每个数据块利用switch语句按行进行读取
• 读取的时需要对标O文件，找到数据对应的格式

//读取O文件数据头
extern void read_h(FILE* fp_obs, pobs_head obs_h)
{
	char buff[MAXRINEX] = { 0 };
	char* lable = buff + 60;
	int i = 0;
	int j = 0;
	while (fgets(buff, MAXRINEX, fp_obs))
	{
		if (strstr(lable, "RINEX VERSION / TYPE"))
		{
			obs_h->ver = strtonum(buff, 0, 9);
			strncpy(obs_h->type, buff + 20, 30);
			continue;
		}
		else if (strstr(lable, "APPROX POSITION XYZ"))
		{
			obs_h->apX = strtonum(buff, 0, 14);
			obs_h->apY = strtonum(buff, 0 + 14, 14);
			obs_h->apZ = strtonum(buff, 0 + 14 + 14, 14);
			continue;
		}
		else if (strstr(lable, "ANTENNA: DELTA H/E/N"))
		{
			obs_h->ANTH = strtonum(buff, 0, 14);
			obs_h->ANTdeltaE = strtonum(buff, 14, 14);
			obs_h->ANTdeltaN = strtonum(buff, 14 + 14, 14);
			continue;
		}
		else if (strstr(lable, "WAVELENGTH FACT L1/2"))
		{
			obs_h->WAFL1 = (int)strtonum(buff, 0, 6);
			obs_h->WAFL2 = (int)strtonum(buff, 6, 6);
			obs_h->WAFflag = (int)strtonum(buff, 6 + 6, 6);
			continue;
		}
		else if (strstr(lable, "# / TYPES OF OBSERV"))
		{
			obs_h->obstypenum = (int)strtonum(buff, 0, 6);
			if (obs_h->obstypenum <= 9)
			{
				for (i = 0; i < obs_h->obstypenum; i++)
				{
					strncpy(&(obs_h->obstype[i]), buff + 10 * i, 2);
				}
			}
			else if (obs_h->obstypenum > 9)
			{
				for (i = 0; i < 9; i++)
				{
					strncpy(&(obs_h->obstype[i]), buff + 10 * i, 2);
				}
				fgets(buff, MAXRINEX, fp_obs);
				for (i = 0; i < obs_h->obstypenum - 9; i++)
				{
					strncpy(&(obs_h->obstype[i + 9]), buff + 10 * i, 2);
				}
			}
			continue;
		}
		else if (strstr(lable, "INTERVAL"))
		{
			obs_h->interval = strtonum(buff, 0, 11);
			continue;
		}
		else if (strstr(lable, "TIME OF FIRST OBS"))
		{
			obs_h->f_y = (int)strtonum(buff, 0, 6);
			obs_h->f_m = (int)strtonum(buff, 6, 6);
			obs_h->f_d = (int)strtonum(buff, 6 + 6, 6);
			obs_h->f_h = (int)strtonum(buff, 6 + 6 + 6, 6);
			obs_h->f_min = (int)strtonum(buff, 6 + 6 + 6 + 6, 6);
			obs_h->f_sec = strtonum(buff, 6 + 6 + 6 + 6 + 6, 6);
			strncpy(obs_h->tsys, buff + 6 + 6 + 6 + 6 + 6 + 18, 3);
			continue;
		}
		else if (strstr(lable, "END OF HEADER"))
			break;
	}
}

上述代码中，char* lable +60用来定位到文件头的标签位置。通过strstr（需要包含）来查找相匹配的字符串。

在观测值类型那一行，需要注意同样的问题，即：观测值类型过多时会转到下一行，这里需要判断一下最左侧的数字是否>9。

其他位置则是对应O文件，输入特定的格式即可。

O文件数据块读取

主要思想：

• 按每个历元进行读取（大循环）
• 每个历元中，按每颗卫星进行读取（中循环）
• 每颗卫星中，按行进行读取（有几行取决于观测值类型的数量）（小循环）

//读取O文件数据块
extern void read_b(FILE* fp_obs, pobs_epoch obs_e, pobs_body obs_b, int type)
{
	int n = 0;//历元数
	int i = 0;//第i颗卫星
	int j = 0;//第i颗卫星的第j行观测值
	int k = 0;//第j行第k个观测值
	char buff[MAXRINEX] = { 0 };
	char flag = { 0 };//判断符号
	while (fgets(buff, MAXRINEX, fp_obs))
	{
		//按照格式将历元参考时间依次存入，年需+2000
		//除秒以外，均转换成整型
		obs_e[n].y = (int)strtonum(buff, 1, 2) + 2000;
		obs_e[n].m = (int)strtonum(buff, 4, 2);
		obs_e[n].d = (int)strtonum(buff, 7, 2);
		obs_e[n].h = (int)strtonum(buff, 10, 2);
		obs_e[n].min = (int)strtonum(buff, 13, 2);
		obs_e[n].sec = strtonum(buff, 15, 11);
		obs_e[n].p_flag = (int)strtonum(buff, 28, 1);
		//输入卫星数
		obs_e[n].sat_num = strtonum(buff, 29, 3);
		strncpy(&flag, buff + 32, 1);
		//判断卫星数是否超过12，分类处理
		if (obs_e[n].sat_num <= 12 && flag == 'G')
		{
			for (i = 0; i < obs_e[n].sat_num; i++)
			{
				//将卫星编号存储到第n个历元中，第i个PRN位置（只读数字，不读'G'）
				//两个卫星编号的间隔为3个字符
				obs_e[n].sPRN[i] = strtonum(buff, 33 + 3 * i, 2);
			}
		}
		//如果卫星数超过12个，则下一行继续执行读取卫星数
		else if (obs_e[n].sat_num >= 12 && flag == 'G')
		{
			for (i = 0; i < 12; i++)
			{
				obs_e[n].sPRN[i] = strtonum(buff, 33 + 3 * i, 2);
			}
			fgets(buff, MAXRINEX, fp_obs);
			for (i = 0; i < obs_e[n].sat_num - 12; i++)
			{
				obs_e[n].sPRN[i + 12] = strtonum(buff, 33 + 3 * i, 2);
			}
		}
		//对一块历元中的i个卫星进行数据读取
		for (i = 0; i < obs_e[n].sat_num; i++)
		{
			//根据头文件读取的观测值类型判断每一颗卫星循环几行
			for (j = 0; j < (int)ceil(type / 5.0); j++)//ceil（X），返回比X大的最小整数
			{
				int count = type / 5;//计数
				fgets(buff, MAXRINEX, fp_obs);
				//依次读取一行中的观测值
				//这里加个三目操作符判断一下，是不是到了最后一行，如果到了最后一行则不进行整行读取
				for (k = 0; j == count ? k < type % 5 : k < 5; k++)
				{
					obs_b[n].obs[i][k + 5 * j] = strtonum(buff, 16 * k, 16);
				}
			}
		}
		n++;
	}
}

上述代码中，需要注意： 

• 除了需要传入文件指针、结构体指针外，还需要将头文件中读取到的观测值类型的数量传入其中，便于数据读取处的判断。
• 在读取时间时，年需要加2000，秒是double类型的
• 卫星数>12和卫星数<12需要分开考虑
• for (k = 0; j == count ? k < type % 5 : k < 5; k++)，其中j == count ? k < type % 5 : k < 5为三目操作符，用来判断该行是否还需要整行读取。

不同版本的观测值文件格式会有差异，但是大体思路都是一致的，历元——卫星——观测值，以上，便是观测值文件读取的全部内容了，