[学习]RTKLib详解：tle.c（系列终章）

---

本文是 RTKLlib详解 系列文章的一篇，目前该系列文章还在持续总结写作中，以发表的如下，有兴趣的可以翻阅。

[学习] RTKlib详解：功能、工具与源码结构解析
[学习]RTKLib详解：pntpos.c与postpos.c
[学习]RTKLib详解：rtkcmn.c与rtkpos.c
[学习]RTKLib详解：ppp.c与ppp_ar.c
[学习]RTKLib详解：ephemeris.c与rinex.c
[学习]RTKLib详解：sbas.c与rtcm.c
[学习]RTKLib详解：rtksvr.c与streamsvr.c
[学习]RTKLib详解：convkml.c、convrnx.c与geoid.c
[学习]RTKLib详解：datum.c、download.c与lambda.c
[学习]RTKLib详解：ionex.c、options.c与preceph.c
[学习] RTKLib详解：qzslex.c、rcvraw.c与solution.c

---

---

RTKLib详解：tle.c

---

一、文件整体说明

tle.c 是 RTKLIB 中用于处理 TLE（Two-Line Element）卫星轨道数据的核心模块。TLE 是描述卫星轨道状态的标准格式，广泛应用于近地轨道（LEO）和地球同步轨道（GEO）卫星的轨道预测。该文件实现了 TLE 数据的读取、解析、轨道传播及卫星位置计算功能。

主要功能：

• 解析 TLE 格式文件（两行轨道参数）。
• 支持 SGP4/SDP4 模型进行轨道传播。
• 计算任意时刻的卫星位置与速度（ECEF 坐标）。

主要特色：

• 兼容标准 TLE 格式（如 NORAD 提供的数据）。
• 支持多卫星批量处理。
• 高精度轨道预测（适用于 LEO/GEO 卫星）。

---

二、执行流程与函数调用关系

程序执行流程如下：

1. 初始化 TLE 结构体。
2. 读取并解析 TLE 文件内容。
3. 设置目标时间并执行轨道传播。
4. 输出卫星位置与速度。

函数调用关系如下：

---

三、主要函数说明

3.1 tle_init

int tle_init(tle_t *tle)

功能：
初始化 TLE 结构体，清空轨道参数与状态变量。

输入参数：

• tle: TLE 数据结构体指针。

返回值：

• 成功返回 1，失败返回 0。

---

3.2 tle_read_file

int tle_read_file(FILE *fp, tle_t *tle)

功能：
从文件中读取 TLE 数据并解析为内部结构（支持多卫星 TLE 文件）。

输入参数：

• fp: 文件指针。
• tle: 存储解析结果的结构体。

返回值：

• 成功返回 1，失败返回 0。

---

3.3 tle_propagate

int tle_propagate(tle_t *tle, double target_time)

功能：
基于 SGP4/SDP4 模型，将轨道参数传播到目标时间。

输入参数：

• tle: TLE 数据结构体。
• target_time: 目标时间（相对于 TLE 历元的时间差，单位：分钟）。

返回值：

• 成功返回 1，失败返回 0。

---

3.4 tle_get_position

int tle_get_position(const tle_t *tle, double *pos, double *vel)

功能：
获取传播后卫星的位置与速度（ECEF 坐标系）。

输入参数：

• tle: TLE 数据结构体。
• pos: 输出位置向量（3D，单位：km）。
• vel: 输出速度向量（3D，单位：km/min）。

返回值：

• 成功返回 1，失败返回 0。

---

四、关键算法数学原理与推导

SGP4 轨道传播模型

SGP4（Simplified General Perturbations Model 4）是 TLE 数据的标准轨道传播模型，适用于低轨道卫星（高度 < 5000 km）。其核心公式如下：

1. 初始轨道参数转换

从 TLE 中提取以下参数：

• 平均运动半长轴 $a_0$（归一化单位）
• 偏心率 $e_0$
• 平近点角 $M_0$
• 轨道倾角 $i_0$
• 升交点赤经 ${\Omega }_0$
• 近地点幅角 ${\omega }_0$

2. 开普勒方程求解

通过迭代法求解开普勒方程：
$$M=E-e\sin E$$
其中 $M$ 为平近点角，$E$ 为偏近点角，$e$ 为偏心率。

3. 真近点角计算

$$\tan \left(\frac{\nu }{2}\right)=\sqrt{\frac{1+e}{1-e}}\tan \left(\frac{E}{2}\right)$$

4. 位置与速度计算

在轨道坐标系下：
$$r=\frac{a(1-e^2)}{1+e\cos \nu }$$
$$v=\sqrt{\mu \left(\frac{2}{r}-\frac{1}{a}\right)}$$
其中 $\mu =398600.4418{\text{km}}^3/{\text{s}}^2$ 为地球引力常数。

5. 坐标系转换

通过欧拉角旋转将轨道坐标系转换为 ECEF 坐标系：
$${\mathbf{r}}_{ECEF}=R_3(-\Omega )R_1(-i)R_3(-\omega )\cdot {\mathbf{r}}_{orbit}$$
其中 $R_1$、$R_3$ 分别为绕第一轴与第三轴的旋转矩阵。

---

五、终章

到此为止，RTKLib/SRC目录下所有代码都已经解读介绍完整，这是RTKLib的技术核心，涵盖了GNSS卫星导航接收集方方面面的技术，包括信号处理、信息处理、定位解算、卡尔曼滤波、RTK高精度定位、区域增强定位、星基增强等等方方面面的知识，是学习和研究GNSS卫星导航技术的非常完美的一套开源代码。通过这些代码的研读，可以对整个卫星导航的了解十之八九，希望这系列文章，能够对大家研究RTKLib、研究GNSS卫星导航定位技术能够有所裨益，就不枉付出了。

剩下未详细介绍的代码主要是RTKLib/SRC/RCV目录下所有的代码为目前市面上各种GNSS接收机的控制管理以及数据解析文件，RTKLib/APP/目录下则为RTKLib提供的各种实用小工具，大部分工具都有可视化界面。这些工具为我们研究导航定位、进行数据分析提供了极大便利，但是因为已经不是导航定位的核心部分，就不再进行详细介绍了。

---

研究学习不易，点赞易。
工作生活不易，收藏易，点收藏不迷茫 ：）

---