C解析GPS数据
最近用C撸了个解析GPS数据的代码，放在GitHub上了：
https://github.com/iE-zhi/NMEA_GPS_parse
- 一个函数就可以解析全部的GPS数据，支持标准的NMEA协议
- 可以设置需要解析的字段
- 支持多种字段ID
在项目中直接引入gps.c和gps.h就能用了。
科普
GPS语句含义
- 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：
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12：模式，A=自动，D=差分，E=估测，N=数据无效（3.0协议内容）
字段13：校验值（$与*之间的数异或后的值）
GPGGA GPS定位数据
例：$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,12.2,M,19.7,M,,0000*1F
字段0：$GPGGA，语句ID，表明该语句为Global Positioning System Fix Data（GGA）GPS定位信息
字段1：UTC 时间，hhmmss.sss，时分秒格式
字段2：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）
字段3：纬度N（北纬）或S（南纬）
字段4：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）
字段5：经度E（东经）或W（西经）
字段6：GPS状态，0=不可用(FIX NOT valid)，1=单点定位(GPS FIX)，2=差分定位(DGPS)，3=无效PPS，4=实时差分定位（RTK FIX），5=RTK FLOAT，6=正在估算
字段7：正在使用的卫星数量（00 - 12）（前导位数不足则补0）
字段8：HDOP水平精度因子（0.5 - 99.9）
字段9：海拔高度（-9999.9 - 99999.9）
字段10：单位：M（米）
字段11：地球椭球面相对大地水准面的高度 WGS84水准面划分
字段12：WGS84水准面划分单位：M（米）
字段13：差分时间（从接收到差分信号开始的秒数，如果不是差分定位将为空）
字段14：差分站ID号0000 - 1023（前导位数不足则补0，如果不是差分定位将为空）
字段15：校验值（$与*之间的数异或后的值）
GPVTG 地面速度信息
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（$与*之间的数异或后的值）
GPGSV 可视卫星状态
例：$GPGSV,3,1,10,20,78,331,45,01,59,235,47,22,41,069,,13,32,252,45*70
字段0：$GPGSV，语句ID，表明该语句为GPS Satellites in View（GSV）可见卫星信息
字段1：本次GSV语句的总数目（1 - 3）
字段2：本条GSV语句是本次GSV语句的第几条（1 - 3）
字段3：当前可见卫星总数（00 - 12）（前导位数不足则补0）
字段4：PRN 码（伪随机噪声码）（01 - 32）（前导位数不足则补0）
字段5：卫星仰角（00 - 90）度（前导位数不足则补0）
字段6：卫星方位角（00 - 359）度（前导位数不足则补0）
字段7：信噪比（00－99）dbHz
字段8：PRN 码（伪随机噪声码）（01 - 32）（前导位数不足则补0）
字段9：卫星仰角（00 - 90）度（前导位数不足则补0）
字段10：卫星方位角（00 - 359）度（前导位数不足则补0）
字段11：信噪比（00－99）dbHz
字段12：PRN 码（伪随机噪声码）（01 - 32）（前导位数不足则补0）
字段13：卫星仰角（00 - 90）度（前导位数不足则补0）
字段14：卫星方位角（00 - 359）度（前导位数不足则补0）
字段15：信噪比（00－99）dbHz
字段16：校验值（$与*之间的数异或后的值）
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(选择2D/3D)，A=自动选择，M=手动选择
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（$与*之间的数异或后的值）
代码分析
代码较多，这里只分析RMC、GSA和GSV三个语句的。
RMC解析
RMC结构体
//RMC数据结构体（推荐定位信息数据格式）
typedef struct
{
char utc[11]; // UTC时间，hhmmss.sss格式
unsigned char pos_status; // 状态，A=定位，V=未定位
double lat; // 纬度ddmm.mmmm，度分格式
char lat_dir; // 纬度N（北纬）或S（南纬）
double lon; // 经度dddmm.mmmm，度分格式
char lon_dir; // 经度E（东经）或W（西经）
double speed_Kn; // 速度
double track_true; // 方位角，度
char date[7]; // UTC日期，DDMMYY格式
double mag_var; // 磁偏角，（000 - 180）度
char var_dir; // 磁偏角方向，E=东W=西
char mode_ind; // 模式，A=自动，D=差分，E=估测，N=数据无效（3.0协议内容）
}RMC;RMC解析函数
// RMC数据解析
static RMC rmc_data_parse(char *rmc_data) // 定义RMC结构体函数
{
RMC rmc;
unsigned char times = 0;
char *p;
char *s = strdup(rmc_data); // 将传入的数据拷贝一份，否则分割函数会影响原始数据
// strtok遇到两个连续的分割符(,)时，无法正常切割，所以自己写了个函数，在源文件中
p = strsplit(&s, ","); // 开始分割，按','切分，p为切割出来的字段
while (p)
{
switch (times) // times记录当前切割的位置
{
case 1: // UTC
strcpy(rmc.utc, p);
break;
case 2: // pos status
rmc.pos_status = p[0];
break;
case 3: // lat
rmc.lat = strtod(p, NULL);
break;
case 4: // lat dir
rmc.lat_dir = p[0];
break;
case 5: // lon
rmc.lon = strtod(p, NULL);
break;
case 6: // lon dir
rmc.lon_dir = p[0];
break;
case 7: // speen Kn
rmc.speed_Kn = strtod(p, NULL);
break;
case 8: // track true
rmc.track_true = strtod(p, NULL);
break;
case 9: // date
strcpy(rmc.date, p);
break;
case 10: // mag var
rmc.mag_var = strtod(p, NULL);
break;
case 11: // var dir
rmc.var_dir = p[0];
break;
case 14: // mode ind
rmc.mode_ind = p[0];
break;
default:
break;
}
p = strsplit(&s, ","); // 继续切割
times++;
}
free(s);
return rmc;
}GSA解析
GSA结构体
#pragma pack(1) // 便于指针偏移取值
// 信道信息结构体
typedef struct
{
unsigned char total; // 总信道个数
unsigned char prn_ID; // prn信道
unsigned char prn; // PRN 码（伪随机噪声码）
}GSA_PRN;
#pragma pack()
//GPGSA数据结构体（当前卫星信息）
typedef struct
{
unsigned char mode_MA; // 定位模式(选择2D/3D)，A=自动选择，M=手动选择
unsigned char mode_123; // 定位类型，1=未定位，2=2D定位，3=3D定位
double pdop; // PDOP综合位置精度因子（0.5 - 99.9）
double hdop; // HDOP水平精度因子（0.5 - 99.9）
double vdop; // VDOP垂直精度因子（0.5 - 99.9）
GSA_PRN *gsa_prn; // 存放信道信息
}GSA;GSA解析函数
// 得到GSA数据中的信道信息,由于一帧GPS数据中，GSA语句的个数不一致，所以需要传入原始的GPS数据，找出所有的GSA字段
static GSA_PRN *get_prn_data(char *gps_data)
{
GSA_PRN *gsa_prn;
unsigned char times = 0;
unsigned char i;
unsigned char sentences_index = 0; // 累计找到gsa字段的个数
// 从语句中切割的字段
char *p;
// 存放拷贝的语句
char *s;
// 从原始数据中切割出来的字段
char *sentences;
// gsa语句的个数
int gsa_count;
// 统计GSA字段的个数
gsa_count = strstr_cnt(gps_data, PRE_GSA);
// 根据GSA语句的个数，动态分配内存
gsa_prn = (GSA_PRN *)malloc(sizeof(GSA_PRN) * (gsa_count * 12 + 1));
memset(gsa_prn, 0, sizeof(GSA_PRN) * (gsa_count * 12 + 1));
// 切割原始数据
sentences = strtok(gps_data, "\r\n");
while (sentences)
{
// 判断切割出来的语句是否是GSA语句
if (strstr(sentences, PRE_GSA))
{
// 每找到一条GSA语句，就加1
sentences_index++;
s = strdup(sentences);
// 开始切割语句
p = strsplit(&s, ",");
while (p)
{
if (times == 2)
{
// 每条GSA语句包含12个卫星信息
for (i=0; i<12; i++)
{
p = strsplit(&s, ",");
(gsa_prn+i+(sentences_index-1)*12)->total = (unsigned char)gsa_count * 12;
(gsa_prn+i+(sentences_index-1)*12)->prn_ID = i + (sentences_index - 1) * 12;
(gsa_prn+i+(sentences_index-1)*12)->prn = (unsigned char)strtol(p, NULL, 10);
}
}
// 继续下一次语句切割
p = strsplit(&s, ",");
times++;
}
times = 0;
}
// 继续下一次原始数据切割
sentences = strtok(NULL, "\r\n");
}
free(s);
return gsa_prn;
}
// GSA数据解析
//gsa_data: 传入的GSA语句
//gpsdata: 传入的原始GPS数据
static GSA gsa_data_parse(char *gsa_data, char *gpsdata)
{
GSA gsa;
unsigned char times = 0;
char *p;
char *end;
// GSA语句拷贝到s中，方便切割
char *s = strdup(gsa_data);
// 将原始数据拷贝一份
char *alldata = strdup(gpsdata);
p = strsplit(&s, ",");
while (p)
{
switch (times)
{
case 1: // mode_MA
gsa.mode_MA = p[0];
break;
case 2: // mode_123
gsa.mode_123 = p[0];
break;
case 3: // prn
// 获得所有GSA语句中的PRN信息，传入原始的GPS数据
gsa.gsa_prn = get_prn_data(alldata);
break;
case 15: // pdop
gsa.pdop = strtod(p, NULL);
break;
case 16: // hdop
gsa.hdop = strtod(p, NULL);
break;
case 17: // vdop
// 提取最后一个数据
end = (char *)malloc(sizeof(p));
strncpy(end, p, strlen(p)-3);
end[strlen(p)-3] = '\0';
gsa.vdop = strtod(end, NULL);
free(end);
default:
break;
}
p = strsplit(&s, ",");
times++;
}
free(s);
return gsa;
}GSV解析
GSV结构体
// 可见卫星信息结构体
typedef struct
{
unsigned char prn; // PRN 码（伪随机噪声码）
unsigned char elev; // 卫星仰角（00 - 90）度
unsigned short azimuth; // 卫星方位角（00 - 359）度
unsigned char SNR; // 信噪比
}SAT_INFO;
#pragma pack()
// GPGSV数据结构体(可见卫星信息)
typedef struct
{
unsigned char msgs; // 本次GSV语句的总数目（1 - 3）
unsigned char msg; // 本条GSV语句是本次GSV语句的第几条（1 - 3）
unsigned char sats; // 当前可见卫星总数（00 - 12）
SAT_INFO *sat_info; // 卫星信息
}GSV;GSV解析函数
/*
* function: 获取GSV字段中的GPS信息
* gps_data: 最原始的GPS字符串，用于找到所有的GSV语句
* stas: 卫星数量
* prefix: GSV信息字段前缀
*/
static SAT_INFO *get_sats_info(char *gps_data, unsigned char sats, char *prefix)
{
SAT_INFO *sats_info;
unsigned char times = 0;
// 保存GSV语句总数
unsigned char msgs = 0;
// 记录当前时第几条GSV语句
unsigned char msg = 0;
// 存放计算完的for循环次数
unsigned char for_times;
unsigned char i;
// 语句切割出来的字段
char *p;
// 拷贝一份语句便于切割
char *s;
// 从原始数据中切割出来的语句
char *sentences;
sats_info = (SAT_INFO *)malloc(sizeof(SAT_INFO) * (sats+1));
memset(sats_info, 0, sizeof(SAT_INFO) * (sats+1));
sentences = strtok(gps_data, "\r\n");
while (sentences)
{
if (strstr(sentences, prefix))
{
s = strdup(sentences);
p = strsplit(&s, ",");
while (p)
{
switch (times)
{
case 1: // msgs
msgs = (unsigned char) strtol(p, NULL, 10);
break;
case 2: // msg
msg = (unsigned char) strtol(p, NULL, 10);
break;
case 3: // sat info
// 计算当前GSV语句卫星信息的个数，也就是for循环的次数
for_times = (msgs == msg) ? ((sats % 4) ? sats % 4 : 4) : 4;
for (i = 0; i < for_times; i++)
{
// 从第4个字段开始，每4段代表一个卫星的信息
p = strsplit(&s, ",");
(sats_info+(msg-1)*4+i)->prn = (unsigned char) strtol(p, NULL, 10);
p = strsplit(&s, ",");
(sats_info+(msg-1)*4+i)->elev = (unsigned char) strtol(p, NULL, 10);
p = strsplit(&s, ",");
(sats_info+(msg-1)*4+i)->azimuth = (unsigned short) strtol(p, NULL, 10);
p = strsplit(&s, ",");
(sats_info+(msg-1)*4+i)->SNR = (unsigned char) strtol(p, NULL, 10);
}
break;
default:
break;
}
p = strsplit(&s, ",");
times++;
}
times = 0;
}
// 切割出下一个语句
sentences = strtok(NULL, "\r\n");
}
free(s);
return sats_info;
}
// GSV数据解析
// gsv_data: 传入的GSV语句，用于提取GSV语句总数和卫星总数
// gps_data: 原始的GPS数据，用于在函数get_sats_info中找到所有的GSV语句
// prefix： GSV语句的前缀，根据不同的定位组合方式，在一组GPS数据中可能包含GPGSV、GLGSV和GNGSV，根据需要传入
static GSV gsv_data_parse(char *gsv_data, char *gps_data, char *prefix)
{
GSV gsv;
unsigned char times = 0;
char *p;
char *s = strdup(gsv_data);
char *src_data = strdup(gps_data);
p = strsplit(&s, ",");
while (p)
{
switch (times)
{
case 1: // msgs
gsv.msgs = (unsigned char)strtol(p, NULL, 10);
break;
case 2: // msg
gsv.msg = (unsigned char)strtol(p, NULL, 10);
break;
case 3: // sats
gsv.sats = (unsigned char)strtol(p, NULL, 10);
// 获得所有GSV语句中的卫星信息。传入原始的GPS数据，卫星总数和GSV语句的ID
gsv.sat_info = get_sats_info(src_data, gsv.sats, prefix);
break;
default:
break;
}
p = strsplit(&s, ",");
times++;
}
free(s);
return gsv;
}