GPS通讯 数据包解析

Posted 2020-11-30 wt88

全球时区的划分：

　　每个时区跨15°经度。以0°经线为界向东向西各划出7.5°经度，作为0时区。即0时区的经度范围是7.5°W——7.5°E。从7.5°E与7.5°W分别向东、向西每15°经度划分为一个时区，直到东11区和西11区。东11区最东部的经度是172.5°E，由172.5°E——180°之间就是东12区。西11区最西部的经度是172.5°W，由172.5°W——180°之间就是西12区。东、西12区各占经度7.5°，合成一个完整的时区，即全球总共划分为24个时区。东、西12区钟点相同，日期相差1天，因此180°称为理论上的国际日期变更线。
　　由于地球的自转运动，不同地区有不同的地方时间，为了解决时间混乱的问题，采取了划分时区的办法。每个时区中央经线所在地的地方时间就是这个时区共用的时间，称为区时。在实际应用中各国不完全按照区时来定时间，许多国家制定一个法定时，作为该国统一使用的时间，例如我国使用120°E的地方时间，称为北京时间。

　　GPS 上电后，每隔一定的时间就会返回一定格式的数据，数据格式为：
$信息类型，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x每行开头的字符都是‘$‘，接着是信息类型，后面是数据，以逗号分隔开。
一行完整的数据如下：
$GPRMC,080655.00,A,4546.40891,N,12639.65641,E,1.045,328.42,170809,,,A*60

GPS信息类型：

GPGSV：可见卫星信息
GPGLL：地理定位信息
GPRMC：推荐最小定位信息
GPVTG：地面速度信息
GPGGA：GPS定位信息
GPGSA：当前卫星信息
GPRMC 最小定位信息：

数据详解：$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh
　　<1> UTC 时间，hhmmss(时分秒)格式
　　<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(北半球)或S(南半球)
　　<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(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NMEA01833.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效)

解析内容：

1.时间，这个是格林威治时间，是世界时间（UTC），我们需要把它转换成北京时间（BTC），BTC和UTC差了8个小时，要在这个时间基础上加8个小时。
2. 定位状态，在接收到有效数据前，这个位是‘V’，后面的数据都为空，接到有效数据后，这个位是‘A’，后面才开始有数据。
3. 纬度，我们需要把它转换成度分秒的格式，计算方法：如接收到的纬度是：4546.40891
　　4546.40891/100=45.4640891可以直接读出45度, 4546.40891–45*100=46.40891, 可以直接读出46分
　　46.40891–46 =0.40891*60=24.5346读出24秒, 所以纬度是：45度46分24秒。
4. 南北纬，这个位有两种值‘N’（北纬）和‘S’（南纬）
5. 经度的计算方法和纬度的计算方法一样
6. 东西经，这个位有两种值‘E’（东经）和‘W’（西经）
7.速率，这个速率值是海里/时，单位是节，要把它转换成千米/时，根据：1海里=1.85公里，把得到的速率乘以1.85。
8. 航向，指的是偏离正北的角度
9. 日期，这个日期是准确的，不需要转换

GPGGA GPS定位数据

数据详解：$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx<CR><LF>
$GPGGA：起始引导符及语句格式说明(本句为GPS定位数据)；
　　<1> UTC 时间，格式为hhmmss.sss；
　　<2> 纬度，格式为ddmm.mmmm(第一位是零也将传送)；
　　<3> 纬度半球，N 或S(北纬或南纬)
　　<4> 经度，格式为dddmm.mmmm(第一位零也将传送)；
　　<5> 经度半球，E 或W(东经或西经)
　　<6> 定位质量指示，0=定位无效，1=定位有效；
　　<7>使用卫星数量，从00到12(第一个零也将传送)
　　<8>水平精确度，0.5到99.9
　　<9>天线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米M指单位米
　　<10>大地水准面高度，-9999.9到9999.9米M指单位米
　　<11>差分GPS数据期限(RTCMSC-104)，最后设立RTCM传送的秒数量
　　<12>差分参考基站标号，从0000到1023(首位0也将传送)。

解析内容：

　　第9，10 个字段，海平面高度和大地水准面高度，单位是米

GPVTG 地面速度信息 　　

$GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh
　　<1> 以正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NMEA0183 3.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效

GPGSV 可视卫星状态

　　例：$GPGSV，2，1，08，06，33，240，45，10，36，074，47，16，21，078，44，17，36，313，42*78
　　标准格式： $GPGSV，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，…(4),(5)，(6)，(7)*hh(CR)(LF)　
各部分含义为：
　　(1)总的GSV语句电文数；2;
　　(2)当前GSV语句号:1;
　　(3)可视卫星总数:08;
　　(4)PRN码（伪随机噪声码）　也可以认为是卫星编号
　　(5)仰角(00～90度):33度;
　　(6)方位角(000～359度):240度;
　　(7)信噪比(00～99dB):45dB(后面依次为第10，16，17号卫星的信息); 　　*总和校验域；　 　　hh 总和校验数:78; 　　(CR)(LF)回车，换行。 　　
注：每条语句最多包括四颗卫星的信息，每颗卫星的信息有四个数据项，即：
　 　　(4)－卫星号，(5)－仰角，(6)－方位角，(7)－信噪比。 　　
例：
　　$GPGSV,3,1,10,24,82,023,40,05,62,285,32,01,62,123,00,17,59,229,28*70
　　每条语句包含四部分内容，例如：第一部分是“24,82,023,40”，第二部分是“05,62,285,32”等等。
每部分的第一个词为PRC，第二个词为卫星高程，跟着为方位角和信号强度。
　　这个语句里最重要的指标应该算是“信号躁声比（signal-to-noise ratio）”（以下简称为SNR）。
这个数值标示卫星信号的接收率。我们知道，卫星是以相同的强度发射信号，但是传播过程中难免会遇到诸如树和墙之类的 障碍物，这样就影响了信号的识别。
典型的SNR值在0到50之间，其中50表示非常好的信号。（SNR可以达到99）。

GPGSA 当前卫星信息

　　例：$GPGSA,A,3,01,20,19,13,,,,,,,,,40.4,24.4,32.2*0A
　
字段0：$GPGSA，语句ID，表明该语句为GPS DOP and Active Satellites（GSA）当前卫星信息 　　
字段1：定位模式，A=自动手动2D/3D，M=手动2D/3D 　　
字段2：定位类型，1=未定位，2=2D定位，3=3D定位 　　
字段3：PRN码（伪随机噪声码），第1信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0） 　　
字段4：PRN码（伪随机噪声码），第2信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0） 　　
字段5：PRN码（伪随机噪声码），第3信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0） 　　
字段6：PRN码（伪随机噪声码），第4信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0） 　　
字段7：PRN码（伪随机噪声码），第5信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0） 　　
字段8：PRN码（伪随机噪声码），第6信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0） 　　
字段9：PRN码（伪随机噪声码），第7信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0） 　　
字段10：PRN码（伪随机噪声码），第8信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0） 　　
字段11：PRN码（伪随机噪声码），第9信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0） 　　
字段12：PRN码（伪随机噪声码），第10信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0） 　　
字段13：PRN码（伪随机噪声码），第11信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0） 　　
字段14：PRN码（伪随机噪声码），第12信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0） 　　
字段15：PDOP综合位置精度因子（0.5 - 99.9） 　　
字段16：HDOP水平精度因子（0.5 - 99.9） 　　
字段17：VDOP垂直精度因子（0.5 - 99.9） 　　
字段18：校验值

以MTK平台主机获取到的数据为例：

$GPRMC,092927.000,A,2235.9058,N,11400.0518,E,0.000,74.11,151216,,D*49
$GPVTG,74.11,T,,M,0.000,N,0.000,K,D*0B
$GPGGA,092927.000,2235.9058,N,11400.0518,E,2,9,1.03,53.1,M,-2.4,M,0.0,0*6B
$GPGSA,A,3,29,18,12,25,10,193,32,14,31,,,,1.34,1.03,0.85*31
$GPGSV,3,1,12,10,77,192,17,25,59,077,42,32,51,359,39,193,49,157,36*48
$GPGSV,3,2,12,31,47,274,25,50,46,122,37,18,45,158,37,14,36,326,18*70
$GPGSV,3,3,12,12,24,045,45,26,17,200,18,29,07,128,38,21,02,174,*79
1
2
3
4
5
6
7
GPRMC的信息以上格式可以解析为：

09h29m27s，有效定位，维度2235.9058（海里/时，单位是节），北半球，经度11400.0518，东经，地面速率0.000，地面航向74.11（偏离正北的角度），UTC日期15日12月16年，磁偏角，磁偏角方向，

GPS的数据解析

需要定义重要的结构体来表示时间和GPS信息

typedef struct{
　　int year;
　　int month;
　　int day;
　　int hour;
　　int minute;
　　int second;
}date_time;

typedef struct{
　　date_time D; //时间
　　char status; //接收状态
　　double latitude; //纬度
　　double longitude; //经度
　　char NS; //南北半球
　　char EW; //东西半球
　　double speed; //速度
　　double high; //海拔高度
}GPS_INFO;

//得到指定序号的逗号位置
static int GetComma(int num,char *str) //获取逗号信息
{
int i,j=0;
int len=strlen(str);
for(i=0;i<len;i++)
{
if(str[i]==‘,‘)
j++;
if(j==num)
return i+1;
}
return 0;
}

static double get_double_number(char *s) //将数据转化为double类型的数据
{
char buf[128];
int i;
double rev;
i=GetComma(1,s);
strncpy(buf,s,i);
buf[i]=0;
rev=atof(buf);

return rev;

}
static void UTC2BTC(date_time *GPS) //将UTC时间转化为北京时间
{

GPS->second++;
if(GPS->second>59){
GPS->second=0;
GPS->minute++;
if(GPS->minute>59){
GPS->minute=0;
GPS->hour++;
}
}

GPS->hour+=8;
if(GPS->hour>23)
{
GPS->hour-=24;
GPS->day+=1;
if(GPS->month==2 ||
GPS->month==4 ||
GPS->month==6 ||
GPS->month==9 ||
GPS->month==11 ){
if(GPS->day>30){
GPS->day=1;
GPS->month++;
}
}
else{
if(GPS->day>31){
GPS->day=1;
GPS->month++;
}
}
if(GPS->year % 4 == 0 ){
if(GPS->day > 29 && GPS->month ==2){
GPS->day=1;
GPS->month++;
}
}
else{
if(GPS->day>28 &&GPS->month ==2){
GPS->day=1;
GPS->month++;
}
}
if(GPS->month>12){
GPS->month-=12;
GPS->year++;
}
}
}
unsigned char Data_CalcFCS(char *msg_ptr, unsigned char len)
{
unsigned char x;
unsigned char xorResult;

xorResult = 0;

for ( x = 0; x < len; x++, msg_ptr++ )
xorResult = xorResult ^ *msg_ptr;

return ( xorResult );
}

void gps_parse(char *line,GPS_INFO *GPS) //解析GPRMC格式的数据
{
int tmp;
unsigned char status, fcs = 0;
char *ptr = NULL;
char *buf=line;



if(strncmp(buf+3,"RMC",3)==0||strncmp(buf+3,"GGA",3)==0)
{

//printf("GPRMC founded! ");
if(strncmp(buf+3,"RMC",3)==0)
{
status =buf[GetComma(2,buf)];
if(status == ‘A‘)
{
GPS->D.hour =(buf[ 7]-‘0‘)*10+(buf[ 8]-‘0‘);
GPS->D.minute =(buf[ 9]-‘0‘)*10+(buf[10]-‘0‘);
GPS->D.second =(buf[11]-‘0‘)*10+(buf[12]-‘0‘);
tmp = GetComma(9,buf);
GPS->D.day =(buf[tmp+0]-‘0‘)*10+(buf[tmp+1]-‘0‘);
GPS->D.month =(buf[tmp+2]-‘0‘)*10+(buf[tmp+3]-‘0‘);
GPS->D.year =(buf[tmp+4]-‘0‘)*10+(buf[tmp+5]-‘0‘)+2000;

GPS->status =buf[GetComma(2,buf)];
GPS->latitude =get_double_number(&buf[GetComma(3,buf)]);
GPS->NS =buf[GetComma(4,buf)];
GPS->longitude=get_double_number(&buf[GetComma(5,buf)]);
GPS->EW =buf[GetComma(6,buf)];
}
}

if(strncmp(buf+3,"GGA",3)==0)
{
ptr = strchr(buf,‘*‘);
if(ptr!=NULL){
fcs = strtoul(ptr + 1,NULL,16);
if(fcs == Data_CalcFCS(buf+1,(unsigned char)(ptr-buf-1)))
{
GPS->D.hour =(buf[ 7]-‘0‘)*10+(buf[ 8]-‘0‘);
GPS->D.minute =(buf[ 9]-‘0‘)*10+(buf[10]-‘0‘);
GPS->D.second =(buf[11]-‘0‘)*10+(buf[12]-‘0‘);

GPS->latitude =get_double_number(&buf[GetComma(2,buf)]);
GPS->NS =buf[GetComma(3,buf)];
GPS->longitude=get_double_number(&buf[GetComma(4,buf)]);
GPS->EW =buf[GetComma(5,buf)];
GPS->high = get_double_number(&buf[GetComma(9,buf)]);
}
}
}
#ifdef USE_BEIJING_TIMEZONE
UTC2BTC(&GPS->D);
#endif
}
}