GPS NEMA 0183协议

Posted 2020-09-26 llguanli

GPS NEMA 0183协议

 

一、 NMEA0183标准语句(GPS经常使用语句)
$GPGGA
例：$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,19.7,M,,,,0000*1F
字段0：$GPGGA。语句ID。表明该语句为Global Positioning System Fix Data（GGA）GPS定位信息
字段1：UTC 时间。hhmmss.sss。时分秒格式
字段2：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）
字段3：纬度N（北纬）或S（南纬）
字段4：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）
字段5：经度E（东经）或W（西经）
字段6：GPS状态。0=未定位。1=非差分定位，2=差分定位。3=无效PPS，6=正在估算
字段7：正在使用的卫星数量（00 - 12）（前导位数不足则补0）
字段8：HDOP水平精度因子（0.5 - 99.9）
字段9：海拔高度（-9999.9 - 99999.9）
字段10：地球椭球面相对大地水准面的高度
字段11：差分时间（从近期一次接收到差分信号開始的秒数。假设不是差分定位将为空）
字段12：差分站ID号0000 - 1023（前导位数不足则补0，假设不是差分定位将为空）
字段13：校验值

$GPGLL
例：$GPGLL,4250.5589,S,14718.5084,E,092204.999,A*2D
字段0：$GPGLL，语句ID，表明该语句为Geographic Position（GLL）地理定位信息
字段1：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）
字段2：纬度N（北纬）或S（南纬）
字段3：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）
字段4：经度E（东经）或W（西经）
字段5：UTC时间。hhmmss.sss格式
字段6：状态。A=定位，V=未定位
字段7：校验值

$GPGSA
例：$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=自己主动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

$GPGSV
例：$GPGSV,3,1,10,20,78,331,45,01,59,235,47,22,41,069,,13,32,252,45*70
字段0：$GPGSV。语句ID，表明该语句为GPS Satellites in View（GSV）可见卫星信息
字段1：本次GSV语句的总数目（1 - 3）
字段2：本条GSV语句是本次GSV语句的第几条（1 - 3）
字段3：当前可见卫星总数（00 - 12）（前导位数不足则补0）
字段4：PRN 码（伪随机噪声码）（01 - 32）（前导位数不足则补0）
字段5：卫星仰角（00 - 90）度（前导位数不足则补0）
字段6：卫星方位角（00 - 359）度（前导位数不足则补0）
字段7：信噪比（00－99）dbHz
字段8：PRN 码（伪随机噪声码）（01 - 32）（前导位数不足则补0）
字段9：卫星仰角（00 - 90）度（前导位数不足则补0）
字段10：卫星方位角（00 - 359）度（前导位数不足则补0）
字段11：信噪比（00－99）dbHz
字段12：PRN 码（伪随机噪声码）（01 - 32）（前导位数不足则补0）
字段13：卫星仰角（00 - 90）度（前导位数不足则补0）
字段14：卫星方位角（00 - 359）度（前导位数不足则补0）
字段15：信噪比（00－99）dbHz
字段16：校验值

$GPRMC
例：$GPRMC,024813.640,A,3158.4608,N,11848.3737,E,10.05,324.27,150706,,,A*50
字段0：$GPRMC。语句ID，表明该语句为Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推荐最小定位信息
字段1：UTC时间，hhmmss.sss格式
字段2：状态，A=定位。V=未定位
字段3：纬度ddmm.mmmm。度分格式（前导位数不足则补0）
字段4：纬度N（北纬）或S（南纬）
字段5：经度dddmm.mmmm。度分格式（前导位数不足则补0）
字段6：经度E（东经）或W（西经）
字段7：速度。节，Knots
字段8：方位角，度
字段9：UTC日期，DDMMYY格式
字段10：磁偏角。（000 - 180）度（前导位数不足则补0）
字段11：磁偏角方向。E=东W=西
字段16：校验值

$GPVTG
例：$GPVTG,89.68,T,,M,0.00,N,0.0,K*5F
字段0：$GPVTG。语句ID，表明该语句为Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息
字段1：运动角度，000 - 359，（前导位数不足则补0）
字段2：T=真北參照系
字段3：运动角度，000 - 359。（前导位数不足则补0）
字段4：M=磁北參照系
字段5：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）
字段6：N=节，Knots
字段7：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）
字段8：K=公里/时，km/h
字段9：校验值

Data and time (ZDA) 时间和日期信息
$GPZDA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>*hh<CR><LF>
<1> UTC时间，hhmmss（时分秒）格式
<2> UTC日期，日
<3> UTC日期。月
<4> UTC日期，年<5>时区

Datum (DTM) 大地坐标系信息
$GPDTM,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>*hh<CR><LF>
<1>本地坐标系代码 W84
<2>坐标系子代码 空
<3>纬度偏移量
<4>纬度半球N（北半球）或S（南半球）
<5>经度偏移量
<6>经度半球E（东经）或W（西经）
<7>高度偏移量
<8>坐标系代码 W84

二、 GARMIN定义的语句
1、 Estimated Error Information（PGRME）预计误差信息
$PGRME,<1>,M,<2>,M,<3>,M*hh<CR><LF>
<1> HPE（水平预计误差），0.0~999.9米
<2> VPE（垂直预计误差）。0.0~999.9米
<3> EPE（位置预计误差）。0.0~999.9米
2、 GPS Fix Data Sentence（PGRMF）GPS定位信息
$PGRMF,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>,<13>,<14>,<15>*hh<CR><LF

>
<1> GPS周数（0~1023）
<2> GPS秒数（0~604799）
<3> UTC日期。ddmmyy（日月年）格式
<4> UTC时间，hhmmss（时分秒）格式
<5> GPS跳秒数
<6> 纬度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输）
<7> 纬度半球N（北半球）或S（南半球）
<8> 经度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输）
<9> 经度半球E（东经）或W（西经）
<10> 模式，M=手动。A=自己主动
<11> 定位类型，0=没有定位，1=2D定位，2=3D定位
<12> 地面速率（0~1851公里/小时）
<13> 地面航向（000~359度。以真北为參考基准）
<14> PDOP位置精度因子（0~9，四舍五入取整）
<15> TDOP时间精度因子（0~9。四舍五入取整）
3、 Map Datum（PGRMM）坐标系统信息
$PGRMM,<1>*hh<CR><LF>
<1> 当前使用的坐标系名称（数据长度可变，如“WGS 84”）
注：该信息在与MapSource进行实时连接的时候使用。
4、 Sensor Status Information（PGRMT）工作状态信息
$PGRMT,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>*hh<CR><LF>
<1> 产品型号和软件版本号（数据长度可变，如“GPS 15L/15H VER 2.05”）
<2> ROM校验測试。P=通过。F=失败
<3> 接收机不连续故障，P=通过，F=失败
<4> 存储的数据，R=保持，L=丢失
<5> 时钟的信息。R=保持。L=丢失
<6> 振荡器不连续漂移。P=通过。F=检測到过度漂移
<7> 数据不连续採集，C=正在採集，假设没有採集则为空
<8> GPS接收机温度。单位为摄氏度
<9> GPS接收机配置数据，R=保持。L=丢失
注：本语句每分钟发送一次，与所选择的波特率无关。

5、 3D velocity Information（PGRMV）三维速度信息
$PGRMV,<1>,<2>,<3>*hh<CR><LF>
<1> 东向速度，514.4~514.4米/秒
<2> 北向速度，514.4~514.4米/秒
<3> 上向速度，999.9~9999.9米/秒
6、 DGPS Beacon Information（PGRMB）信标差分信息
$PGRMB,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,K,<6>,<7>,<8>*hh<CR><LF>
<1> 信标站频率（0.0。283.5~325.0kHz，间隔为0.5kHz）
<2> 信标比特率（0，25。50。100或200bps）
<3> SNR信标信号信噪比（0~31）
<4> 信标数据质量（0~100）
<5> 与信标站的距离，单位为公里
<6> 信标接收机的通讯状态，0=检查接线，1=无信号。2=正在调谐，3=正在接收，4=正在扫描
<7> 差分源。R=RTCM，W=WAAS，N=非差分定位
<8> 差分状态，A=自己主动。W=仅为WAAS，R=仅为RTCM。N=不接收差分信号

三、TEXT文本格式说明:

区域描写叙述: 长度: 凝视:
----------------------- ------- ------------------------
句头起始符 1 始终为 \'@\'
----------------------- ------- ------------------------
/年 2 UTC年的最后两位数字
| ----------------------- ------- ------------------------
| 月 2 UTC月, "01".."12"
T | ----------------------- ------- ------------------------
i | 日 2 UTC日, "01".."31"
m | ----------------------- ------- ------------------------
e | 时 2 UTC时, "00".."23"
| ----------------------- ------- ------------------------
| 分 2 UTC分, "00".."59"
| ----------------------- ------- ------------------------
\\秒 2 UTC秒, "00".."59"
----------------------- ------- ------------------------
/纬度半球 1 \'N\' 或 \'S\'
| ----------------------- ------- ------------------------
| 纬度坐标 7 WGS84坐标系统。坐标格式ddmmmmm,
| 在第4位数字后省略了一个小数点。

| ----------------------- ------- ------------------------
| 经度半球 1 \'E\' 或 \'W\'
| ----------------------- ------- ------------------------
| 经度坐标 8 WGS84坐标系统，坐标格式dddmmmmm,
P | 在第5位数字后省略了一个小数点。
o | ----------------------- ------- ------------------------
s | 定位状态 1 \'d\' 2维差分定位
i | \'D\' 3维差分定位
t | \'g\' 2维定位
i | \'G\' 3维定位
o | \'S\' 模拟状态
n | \'_\' 无效
| ----------------------- ------- ------------------------
| 水平定位误差 3 单位为“米”
| ----------------------- ------- ------------------------
| 高度符号 1 \'+\' 或 \'-\'
| ----------------------- ------- ------------------------
\\高度 5 海拔高。单位为“米”
----------------------- ------- ------------------------
/东/西速度方向 1 \'E\' 或 \'W\'
| ----------------------- ------- ------------------------
| 东/西速度 4 单位是“米/秒”。在第三位后省略了一个小数点。
| ("1234" = 123.4 m/s)
V | ----------------------- ------- ------------------------
e | 南/北速度方向 1 \'S\' 或 \'N\'
l |
o | ----------------------- ------- ------------------------
c | 南/北速度 4 单位是“米/秒”，在第三位后省略了一个小数点。
i | ("1234" = 123.4 m/s)
t | ----------------------- ------- ------------------------
y | 垂直速度方向 1 \'U\' (上) 或 \'D\' (下)
| ----------------------- ------- ------------------------
| 垂直速度 4 单位是“米/秒”，在第二位后省略了一个小数点。
\\ ("1234" = 12.34 m/s)
----------------------- ------- ------------------------
句尾结束符 2 回车, \'0x0D\', 和换行\'0x0A\'

实际使用中在软件中须要实现的经常使用功能

在眼下手持项目中。正常的定位或导航系统，基本主要完毕例如以下的功能：

读取当前坐标
使用报文：Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推荐定位信息

读取速度
使用报文：Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息

读取方向
使用报文：Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息
－－注：速度和方向的计算这块，有一点须要注意，就是GPS接收机并不是简单的将两次坐标相减进行计算。而是採用的多普勒效应进行处理，所以在实际应用中，速度和方向的计算会稍后一点延迟，由于信号是1秒接收一次，并且方向的计算还要依据前几秒的方向进行加权平均。

读取卫星数及状态
使用报文：GPS Satellites in View（GSV）可见卫星信息
GPS DOP and Active Satellites（GSA）当前卫星信息

GPS的误差

有非常多种因素会影响到GPS的准确率，下面是一个GPS误差引入简表：
卫星时钟误差：0-1.5米
卫星轨道误差：1-5米
电离层引入的误差：0-30米
大气层引入的误差：0-30米
接收机本身的噪音：0-10米
多路反射：0-1米
总定位误差：大约28米

上述的简表。并不表示一定会存在这么大的误差，这是给出的最好及最差的范围。当然最好情况不能同一时候发生。最差的情况也不能同一时候发生。

实际在卫星的导航电文中。已经包括了大气层的修正參数，可以消除50%到70%的误差。并且这两年出的GPS的误差大致范围是10米或以内。

在现有情况下，民用级单台GPS接收机要想达到1m以内的精度是不可能实现的，原因除GPS本身精度外，还包含地图、定位点測绘、嵌入式设备的执行速度等，所以过度追求定位精度对于民用产品来说已无实际的意义。

GPS的漂移

漂移是GPS导航时须要处理的问题之中的一个，漂移主要有两个方面。第一。速度过快，以至于GPS的响应时间短于当前执行速度。出现漂移。第二。在高大建筑密集或天气情况不好的地方，由于GPS信号经过多次的折、反射。造成信号误差，出现漂移。

解决GPS漂移主要从双方面入手：
一、主系统的设计主要降低在近距离内对GPS信号的干扰。

二、软件处理。

软件处理主要集中在导航软件处完毕，导航软件会将坐标定位在道路之内，假设GPS接收到的信号超出道路的半径范围将自己主动过滤这个数据。并依据上次的速度及方向推算出当前点的位置。

对于静态漂移，也有建议做软件推断：
1.检測到的状态为精巧时，强制速度为0；
2.速度为0时，强制方向为0。
3.数据中的速度值为0时。就不去更新地图上的经纬度。
4.通过比較上次定位数据的经纬度差的绝对值（同一时候包含时间）再来判定是否有慢速移动。

另外有些GPS模块（UBLOX）可设置精巧模式、行走模式、汽车模式、海上模式、飞行模式。通过设置这些參数来解决漂移问题。