泰斗 GPS模块调试（1）

    泰斗 GPS :https://topsemic.com/wp-content/uploads/2019/02/GPS模块使用经验分享.pdf

   GPS+北斗 N303双模导航定位模块用户手册

   https://wenku.baidu.com/view/5a990a6a79563c1ec5da7186.html

  BCC校验(异或校验)在线计算：http://www.ip33.com/bcc.html

  日期/时间：  http://leapsecond.com/java/gpsclock.htm

• 本地时间是您的PC报告的日期/时间（通过网络浏览器查看）。如果您的PC时钟精确到一秒，则上面显示的其他时间刻度也将精确到一秒以内。
• UTC（协调世界时），通常称为GMT（格林威治标准时间）或Zulu时间。当地时间与UTC的时区时数不同。
• GPS，即全球定位系统时间，是由GPS地面控制站和GPS卫星本身中的原子钟实现的原子时标。GPS时间在1980年1月6日0时为零，由于不受leap秒干扰，因此GPS现在比UTC提前 18秒。
• Loran-C（远程导航时间）是由Loran-C链发射器站点中的原子钟实现的原子时间标度。Loran时间在1958年1月1日0h时为零，并且由于不受leap秒干扰，因此现在比UTC早 27秒。
• TAI，国际原子钟，是基于对SI秒的连续计数的国际原子钟。TAI目前比UTC领先 37秒。TAI总是比GPS领先19秒。

 

$BDGGA,144745.000,3906.1703,N,11720.8518,E,1,08,1.2,20.0,M,0.0,M,,*4B
$BDGLL,3906.1703,N,11720.8518,E,144745.000,A,A*47
$BDGSA,A,3,07,12,10,01,06,08,09,11,,,,,2.2,1.2,1.8*2A
$BDGSV,2,1,08,01,40,146,23,06,15,191,12,07,74,011,42,08,22,164,16*62
$BDGSV,2,2,08,09,32,213,24,10,58,303,41,11,60,115,31,12,27,045,47*62
$BDRMC,144745.000,A,3906.1703,N,11720.8518,E,0.00,354.69,251117,,,A*7C
$BDVTG,354.69,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*21
$BDZDA,144745.000,25,11,2017,00,00*43
$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35

3906.1703,N,11720.8518,E，北纬39度06分10.218秒，东经117度20分51.108秒

3906.1704,N,11720.8518,E，北纬39度06分10.224秒，东经117度20分51.108秒

经度不变，维度增加0.0001，即0.006秒，换算成距离约为0.2米

纬度不变，经度增加0.0001，即0.006秒，换算成距离约为0.1米

原理

地球的子午线总长度大约40008km。平均：
纬度1度 = 大约111km 
纬度1分 = 大约1.85km 
纬度1秒 = 大约30.9m 

假设地球为一半径为R的表面光滑圆球体，
表面上同一经线圈上相差1"两点间的距离为 2πR/360/3600
表面上同一纬线圈上相差1"两点间的距离为 2πR×cos(纬度)/360/3600

当R取半径平均值6371km时，
地球表面上同一经线圈上相差1"两点间的距离约为30.887m
地球表面上同一纬线圈上相差1"两点间的距离约为30.887m×cos(纬度)

北斗较gps信号质量差些，精度也是，天线一定要朝上，开阔无阻碍定位效果才好；gps要好一些

北斗支持短报文，不过北斗二代只有军方能用，北斗一代用的超少，成本高，覆盖范围小

 

卫星导航开源代码解析

一、RTKLIB
1、github：https://github.com/rtklibexplorer/RTKLIB

http://rtkexplorer.com/

2、RTKLIB源码之一：单点定位解析

https://www.zybuluo.com/taqikema/note/1101465#matmul

3、从零开始解读RTKLIB：

https://blog.csdn.net/sylvia0726/article/category/7517595

4、RTKLIB源码阅读笔记：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/78359579

二、GNSS-SDRLIB
1、GNSS-SDRLIB

https://github.com/taroz/GNSS-SDRLIB

2、

三、网络资源：
1、 开源的GNSS软件接收机工程汇总

https://blog.csdn.net/eaglesoars/article/details/80787465

 

/*以下的XX可能为以下三种情况
BD  北斗模式
GP  GPS模式
GN  双模模式
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
*/

/*推荐定位信息数据格式 $XXRMC
$GPRMC,030551.000,A,3906.2586,N,11720.3131,E,0.00,138.07,150718,,,A*6B

$XXRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh 
<1> 世界时间UTC时间，hhmmss（时分秒）格式 北京时间（BTC），BTC和UTC差了8个小时
<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NMEA0183 3.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效）

*/

/*
当前卫星信息 $XXGGA	//GPS定位数据

$GPGGA,030551.000,3906.2586,N,11720.3131,E,1,11,0.9,-6.7,M,0.0,M,,*4B

$XXGGA，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，(8)，(9)，M，(10)，M，(11)，(12)＊hh(CR)(LF) 　 
各部分所对应的含义为： 　　 
(1)定位UTC时间：05时09分01秒　　 
(2)纬度(格式ddmm.mmmm:即dd度，mm.mmmm分)；　　 
(3)N/S(北纬或南纬)：北纬39度31.4449分；　　 
(4)经度(格式dddmm.mmmm：即ddd度，mm.mmmm分)；　　 
(5)E/W(东经或西经)：东经116度43.5123分；　　 
(6)质量因子(0=没有定位，1=实时GPS，2=差分GPS)：1=实时GPS；　　 
(7)可使用的卫星数(0～8)：可使用的卫星数=07；　　 
(8)水平精度因子(1.0～99.9)；水平精度因子=1.4；　　 
(9)天线高程(海平面，－9999.9～99999.9，单位：m)；天线高程=76.2m); 　　 
(10)大地椭球面相对海平面的高度(－999.9～9999.9，单位：m):－7.0m; 　　 
(11)差分GPS数据年龄，实时GPS时无:无; 　//差分GPS数据期限(RTCMSC-104)，最后设立RTCM传送的秒数量　 
(12)差分基准站号(0000～1023)，实时GPS时无:无; 　　 
＊总和校验域；　　 
hh 总和校验数:65 　　 
(CR)(LF)回车，换行。
*/

/*
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
*/

/*
可见卫星信息 $XXGSV
$XXGSV,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,…<4>,<5>,<6>,<7>*hh 
<1> GSV语句的总数 //总的GSV语句电文数；2; 
<2> 本句GSV的编号 //当前GSV语句号:1;
<3> 可见卫星的总数（00~12，前面的0也将被传输） 
<4> PRN码（伪随机噪声码）（01~32，前面的0也将被传输） 
<5> 卫星仰角（00~90度，前面的0也将被传输） 
<6> 卫星方位角（000~359度，前面的0也将被传输） 
<7> 信噪比（00~99dB，没有跟踪到卫星时为空，前面的0也将被传输） 
注：<4>,<5>,<6>,<7>信息将按照每颗卫星进行循环显示，每条GSV语句最多可以显示4颗卫星的信息。其他卫星信息将在下一序列的NMEA0183语句中输出。
*/

/*
当前卫星信息 $XXGSA
$XXGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>*hh 
<1> 模式，M=手动，A=自动 
<2> 定位类型，1=没有定位，2=2D定位，3=3D定位 
<3> PRN码（伪随机噪声码），正在用于解算位置的卫星号（01~32，前面的0也将被传输）。 
<4> PDOP位置精度因子（0.5~99.9） 
<5> HDOP水平精度因子（0.5~99.9） 
<6> VDOP垂直精度因子（0.5~99.9）
字段17：VDOP垂直精度因子（0.5 - 99.9）
字段18：校验值
*/

/*
地理定位信息 $XXGLL

$GPGLL,3906.2586,N,11720.3131,E,030551.000,A,A*5B

$XXGLL,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>*hh 
<1> 纬度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输） 
<2> 纬度半球N（北半球）或S（南半球） 
<3> 经度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输） 
<4> 经度半球E（东经）或W（西经） 
<5> UTC时间，hhmmss（时分秒）格式 
<6> 定位状态，A=有效定位，V=无效定位 
<7> 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） 
*/

$GPGGA
例：$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

$GPGSV
例：$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

 

U-BLOX GPS 模块及GPRMC指令解析

https://www.cnblogs.com/pingwen/p/5225461.html

/*******************************************************************************
* Function Name  : 
* Description    : 对GPRMC数据包进行解析，找到经纬度数据
* Input          :  
* Output         :  
* Return         :  
*******************************************************************************/
uint8_t read_gps_data(uint8_t *gps_buf, uint8_t frame_len, uint8_t *weidu, uint8_t *jindu)
 {
     uint8_t *weidu_s = NULL;
     uint8_t *weidu_o = NULL;
     uint8_t *jingdu_o = NULL;
     uint8_t rtn =0;
     //GPRMC,133735.00,A,3949.63893,N,11616.48419,E,0.296,,120116,,,A*79
     weidu_s  = strstr(GPS_Frame_Buf, ",A,");
     weidu_o  = strstr(GPS_Frame_Buf, ",N,");
     jingdu_o = strstr(GPS_Frame_Buf, ",E,");
     if((weidu_s == NULL) || (weidu_o == NULL) ||(jingdu_o == NULL) )
     {
         rtn = FALSE;
     }
     else
     {
          memset(weidu_buf,0,sizeof(weidu_buf));
          memset(jindu_buf,0,sizeof(jindu_buf));
          memcpy(weidu_buf, weidu_s+3, (weidu_o-weidu_s-3));
          memcpy(jindu_buf, weidu_o+3, (jingdu_o-weidu_o-3));
          printf("\r\n---------------------------------------");
          printf("\r\nGet GPS Frame:\r\n%s\r\n", GPS_Frame_Buf);
          printf("\r\n---------------------------------------");
          rtn = TRUE;
     }
    return rtn;
}

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：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：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。