北斗模块学习之初

BD定义：

北斗卫星导航系统（BeiDou（COMPASS）NavigationSatellite System）是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。

 

北斗卫星定位原理：
我国已建成的北斗一代卫星定位导航系统采用三球相交原理。当用户需要进行定位服务时，提出申请服务项目并发射请求信号，经过俩颗卫星转发至地面中心，地面中心接到此信号，解调出用户发送的信息，测量出用户至俩颗卫星的距离，以俩颗卫星的已知坐标为圆心，各以测定的卫星到用户终端的距离为半径，形成俩个球面，用户接收机必然位于这俩个球面交线的圆弧上。地面中心站配置电子高程地图，它可以提供以地心为球心，以球心至地球表面的高度为半径的非均匀球面，已知目标在赤道面的侧面，求解圆弧线与地球表面交点既可或得用户位置，用户位置信息经过俩颗卫星中的一颗转发给用户，由地面中心站保存讯息，这样调度指挥和相关单位可以或得用户的所在位置。

 

北斗二号的工作原理：

  北斗2定位原理和GPS/GLONASS/GALILUE完全一样，无线电伪距定位。在太空中建立一个由多颗卫星所组成的卫星网络，通过对卫星轨道分布的合理化设计，用户在地球上任何一个位置都可以观测到至少三颗卫星，由于在某个具体时刻，某颗卫星的位置是确定的，因此用户只要测得与它们的距离，就可以解算出自身的坐标。

举例：比如接收机在1秒收到《东方红》的第1个音符，而根据标准乐谱，第一个音符是在0秒发出，就可以知道，接收机和卫星的距离就是无线电波在1秒钟通过的距离——30万公里。所以，接收机就在以卫星1的0秒位置为球心，30万公里为半径的球面上。

所以从理论上，只要同时接受3个卫星的信号，就可以得到三个已知球心坐标和半径的球面，求出三个球面的交点，就是接收机所在位置。

但是在实践中，由于接收机的数量太大，体积重量价格都受到限制，所以不能在接收机上安装高精度的原子钟，所以接收机无法和卫星做到时间上的同步。由于存在接收机的时间不同步，所以求出和接收机卫星距离是不准确，是假的，所以是“伪距”。这样，需要求出的数据不仅仅是三维坐标，还要包括时间，就是需要求一个含有四个未知数的方程组。因此，需要接受第四颗卫星的信号，才能实际使用。

精度：20米以内。

北斗模块之NMEA0183协议。

NMEA协议：

NMEA协议是为了在不同的GPS（全球定位系统）导航设备中建立统一的BTCM（海事无线电技术委员会）标准，由美国国家海洋电子协会（NMEA-The National Marine Electronics Associa-tion）制定的一套通讯协议。GPS接收机根据NMEA-0183协议的标准规范，将位置、速度等信息通过串口传送到PC机、PDA等设备。

NMEA-0183协议是GPS接收机应当遵守的标准协议，也是目前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。

不过，也有少数厂商的设备使用自行约定的协议比如GARMIN的GPS设备（部分GARMIN设备也可以输出兼容NMEA-0183协议的数据）。软件方面，我们熟知的Google Earth目前也不支持NMEA-0183协议，但Google Earth已经声明会尽快实现对NMEA-0183协议的兼容。呵呵，除非你确实强壮到可以和工业标准分庭抗礼，否则你就得服从工业标准。

 

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。

根据北斗收到的信息，可以看到关于北斗NMEA0183的5种输出协议：$GNGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GNRMC、$GPTXT。

 

$GNGGA,063018.000,2231.7034,N,11323.1382,E,1,7,1.40,38.7,M,-5.1,M,,*61

$GPGSA,A,3,15,29,02,193,26,13,05,,,,,,1.69,1.40,0.95*30

$BDGSA,A,3,,,,,,,,,,,,,1.69,1.40,0.95*14

$GPGSV,4,1,14,26,78,054,37,193,62,056,25,15,57,225,21,29,46,290,32*4F

$GPGSV,4,2,14,02,46,107,37,05,41,030,21,13,27,038,19,06,08,123,*72

$GPGSV,4,3,14,24,08,184,,21,03,313,,10,02,069,,12,01,203,*76

$GPGSV,4,4,14,25,01,237,,36,,,*49

$BDGSV,1,1,00*68

$GNRMC,063018.000,A,2231.7034,N,11323.1382,E,2.61,32.72,261114,,,A*44

$GPTXT,01,01,02,ANTSTATUS=OK*3B

BD：北斗二代卫星系统

GP：全球定位系统

GN：全球导航卫星系统

基于STM32芯片主控控制的北斗模块。

GPS系统

GPS定义：

GPS（Global Position System,全球定位系统），全称为NAVSTAR GPS（NAVigation Satellite Timing AndRanging Global Position System，导航星测时与测距全球定位系统）。GPS是一个由美国国防部开发的空基全天侯导航系统，它用以满足军方在地面或近地空间内获取在一个通用参照系中的位置、速度和时间信息的要求。

 

定位原理：

GPS是以三角测量定位原理来进行定位的。它采用多星高轨距题旨，以接收机至GPS卫星之间的距离作为基础作为基本观测量。当地面用户的GPS接收机同时接收到3颗以上卫星的信号后，通过使用伪距测量或载波相位测量，测算出卫星信号到接收机所需要的时间、距离，再结合各卫星所处的位置信息，将卫星至用户的多个等距离球面相交后，即可确定用户的三维（经度、纬度、高度）坐标位置以及速度、时间等相关参数。

 

假定卫星的位置已确定，而我们又能测定我们所在地点A至卫星之间的距离，那么A点一定是为于以卫星为中心，测得距离为半径的圆球上。同时，又测定点A至另一卫星的距离，A点目前处于两个圆相交的圆上。这样第三个卫星和点A测距，所以三个圆相交点上。进行定位。根据一些地理知识，可以排除不合理的位置。

精度：10米以内。

3.卫星导航系统

BD北斗导航系统，中国

GPS（全球定位系统），美国

GLONASS（全球轨道导航卫星系统），前苏联

Galileo-ENSS（欧洲导航卫星系统，即伽利略计划），欧盟