一文读懂 NMEA-0183 协议数据

Posted 2023-01-22 阿基米东

NMEA 是 National Marine Electronics Association 的缩写，是美国国家海洋电子协会的简称，现在是 GPS 导航设备统一的 RTCM 标准协议。NMEA-0183 协议是目前 GPS 接收机上使用最广泛的协议，大多数常见的 GPS 接收机、GPS 数据处理软件、导航软件都遵守或者至少兼容这个协议。

如果你使用过 GPS 传感器，那么可能对从串口中冒出了大量以 GPGGA、GPGSA、GPRMC 等开头的数据有印象，它们就是 NMEA-0183 协议数据。

$GPGGA,121252.000,3937.3032,N,11611.6046,E,1,05,2.0,45.9,M,-5.7,M,,0000*77
$GPRMC,121252.000,A,3958.3032,N,11629.6046,E,15.15,359.95,070306,,,A*54
$GPVTG,359.95,T,,M,15.15,N,28.0,K,A*04
$GPGGA,121253.000,3937.3090,N,11611.6057,E,1,06,1.2,44.6,M,-5.7,M,,0000*72
$GPGSA,A,3,14,15,05,22,18,26,,,,,,,2.1,1.2,1.7*3D
$GPGSV,3,1,10,18,84,067,23,09,67,067,27,22,49,312,28,15,47,231,30*70
$GPGSV,3,2,10,21,32,199,23,14,25,272,24,05,21,140,32,26,14,070,20*7E
$GPGSV,3,3,10,29,07,074,,30,07,163,28*7D

在这些数据中，包含了位置、速度、时间等信息，通过解析这数据，就可以实时获取物体的位置信息，或者实现时间同步。

协议格式

NMEA 0183 通讯协议是以 ASCII 码为基础的，一般格式如下：

$aaaaa,df1,df2,....[CR][LF]

格式说明：

• $ 为起始标志；
• , 为域分隔符；
• * 为校验和识别符，其后两位数为校验和，代表了 $和 * 之间所有字符的按位异或值（不包括这两个字符）；
• \\r\\n 为终止符（不可见），所有的语句必须以来结束，也就是 ASCII 字符的“回车”（十六进制的 0D）和“换行”（十六进制的 0A）。

NMEA-0183 协议定义的语句非常多，但是常用的或者说兼容性最广的语句只有 GPGGA、GPGSA、GPGSV、GPRMC、GPVTG、GPGLL 等。下面给出这些常用 NMEA 0183 语句的字段定义解释。

GPGSA

GPS DOP and Active Satellites（GSA）当前卫星信息

$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,,,,,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>

各字段描述如下：

• <1> 模式 ：M = 手动， A = 自动。
• <2> 定位型式 1 = 未定位， 2 = 二维定位， 3 = 三维定位。
• <3> PRN 数字：01 至 32 表天空使用中的卫星编号，最多可接收 12 颗卫星信息。
• <4> PDOP 位置精度因子（0.5~99.9）
• <5> HDOP 水平精度因子（0.5~99.9）
• <6> VDOP 垂直精度因子（0.5~99.9）
• <7> Checksum（检查位）

GPGSV

GPS Satellites in View（GSV）可见卫星信息

$GPGSV, <1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,?<4>,<5>,<6>,<7>,<8>

各字段描述如下：

• <1> GSV语句的总数
• <2> 本句GSV的编号
• <3> 可见卫星的总数，00 至 12。
• <4> 卫星编号， 01 至 32。
• <5> 卫星仰角， 00 至 90 度。
• <6> 卫星方位角， 000 至 359 度。实际值。
• <7> 讯号噪声比（C/No）， 00 至 99 dB；无表未接收到讯号。
• <8> Checksum（检查位）

注意：第 <4>,<5>,<6>,<7> 项个别卫星会重复出现，每行最多有四颗卫星。其余卫星信息会于次一行出现，若未使用，这些字段会空白。

GPGGA

Global Positioning System Fix Data（GGA）GPS定位信息

$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh

各字段描述如下：

• <1> UTC 时间，hhmmss（时分秒）格式
• <2> 纬度 ddmm.mmmm（度分）格式（前面的 0 也将被传输）
• <3> 纬度半球 N（北纬）或 S（南纬）
• <4> 经度 dddmm.mmmm（度分）格式（前面的 0 也将被传输）
• <5> 经度半球 E（东经）或 W（西经）
• <6> GPS 状态：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算
• <7> 正在使用解算位置的卫星数量（00~12）（前面的 0 也将被传输）
• <8> HDOP 水平精度因子（0.5~99.9）
• <9> 海拔高度（-9999.9~99999.9）
• <10> 地球椭球面相对大地水准面的高度
• <11> 差分时间（从最近一次接收到差分信号开始的秒数，如果不是差分定位将为空）
• <12> 差分站 ID 号 0000~1023（前面的 0 也将被传输，如果不是差分定位将为空）

GPRMC

Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推荐定位信息

$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh

各字段描述如下：

• <1> UTC 时间，格式 hhmmss.ssss，代表时分秒.毫秒
• <2> 定位状态，A=有效定位，V=无效定位
• <3> 纬度 ddmm.mmmm（度分）格式（前面的 0 也将被传输）
• <4> 纬度半球 N（北纬）或 S（南纬）
• <5> 经度 dddmm.mmmm（度分）格式（前面的 0 也将被传输）
• <6> 经度半球 E（东经）或 W（西经）
• <7> 地面速率（000.0~999.9 节，前面的 0 也将被传输）
• <8> 地面航向（方位角），等效于二维罗盘（000.0~359.9 度，以真北为参考基准，前面的 0 也将被传输）
• <9> UTC 日期，DDMMYY（日月年）格式
• <10> 磁偏角（000.0~180.0 度，前面的 0 也将被传输）
• <11> 磁偏角方向，E（东）或 W（西）
• <12> 模式指示（仅 NMEA0183 3.0 版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效）
• 最后两个字节是校验和

注意：

• 如果字段 4 的值等于 N，则字段 3 的值等于 ddmm.mmmmmm
• 如果字段 4 的值等于 S，则字段 3 的值等于 -ddmm.mmmmmm
• 如果字段 6 的值等于 E，则字段 5 的值等于 ddmm.mmmmmm
• 如果字段 6 的值等于 W，则字段 5 的值等于 -ddmm.mmmmmm
• 十进制北纬度数 = dd + mm.mmmmmm/60
• 十进制南纬度数 = -(dd + mm.mmmmmm/60)
• 十进制东经度数 = ddd + mm.mmmmmm/60
• 十进制西经度数 = -(ddd + mm.mmmmmm/60)

GPVTG

Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息

$GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh

各字段描述如下：

• <1> 以真北为参考基准的地面航向（000~359 度，前面的 0 也将被传输）
• <2> 以磁北为参考基准的地面航向（000~359 度，前面的 0 也将被传输）
• <3> 地面速率（000.0~999.9 节，前面的 0 也将被传输）
• <4> 地面速率（0000.0~1851.8 公里/小时，前面的0也将被传输）
• <5> 模式指示（仅 NMEA 0183 3.0 版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效）