GPS通讯协议(NMEA0183)协议解析_台积电回应芯片巨头撤离

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GPS NEMA 0183协议

一、 NMEA0183标准语句(GPS常用语句)
$GPGGA
例：$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GlobalPositioning 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）
字段12：差分站ID号0000 – 1023（前导位数不足则补0，如果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GeographicPosition（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GPSDOP and Active Satellites（GSA）当前卫星信息
字段1：定位模式，A=自动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GPSSatellites 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RecommendedMinimum 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TrackMade 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=真北参照系
字段3：运动角度，000 -359，（前导位数不足则补0）
字段4：M=磁北参照系
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）估计误差信息
$PGRME,<1>,M,<2>,M,<3>,M*hh<CR><LF>
<1> HPE（水平估计误差），0.0~999.9米
<2> VPE（垂直估计误差），0.0~999.9米
<3> EPE（位置估计误差），0.0~999.9米

2、 GPSFix 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，以真北为参考基准）
<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、 MapDatum（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“WGS84”）
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（数据长度可变，如“GPS15L/15H VER 2.05”）
<2> ROM校验测试，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=检测到过度漂移
<7> 数据不连续采集，C=正在采集，如果没有采集则为空
<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、 3Dvelocity 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、 DGPSBeacon 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:

区域描述: 长度: 注释:
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句头起始符 1 始终为 ‘@’
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/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需要实现的常用功能

在目前手持项目中，正常的定位或导航系统，基本主要完成如下的功能：

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

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

读取方向
使用报文：TrackMade Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息
－－注：速度和方向的计算这块，有一点需要注意，就是GPS接收机并非简单的将两次坐标相减进行计算，而是采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，因为信号是1秒接收一次，而且方向的计算还要根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：GPSSatellites 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

有很多种因素会影响到GPS的准确率，以下是一个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时发生，最差的情况也不能同时发生。
实际在卫星的导航电文中，已经包含了大气层的修正参数，能够消除50%到70%的误差，而且这两年出的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，还包括地图、定位点测绘、嵌入式设备的运行速度等，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导航时需要处理的问题之一，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运行速度，出现漂移；第二，在高大建筑密集或天气情况不好的地方，因为GPS信号经过多次的折、反射，造成信号误差，出现漂移。

解决GPS漂移主要从两方面入手：
一、主系统的设计主要减少在近距离内对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成，导航软件会将坐标定位在道路之内，如果GPS接收到的信号超出道路的半径范围将自动过滤这个数据，并根据上次的速度及方向推算出当前点的位置。

对于静态漂移，也有建议做软件判断：
1.检测到的状态为静止时，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.通过比较上次定位数据的经纬度差的绝对值（同时包括时间）再来判定是否有慢速移动；

另外有些GPS模块（UBLOX）可设置静止模式、行走模式、汽车模式、海上模式、飞行模式，通过设置这些参数来解决漂移问题。