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GPS数据读取与处理

GPS模块简介

SiRF芯片在2004年发布的最新的第三代芯片SiRFstar III(GSW 3.0/3.1)，使得民用GPS芯片在性能方面登上了一个顶峰，灵敏度比以前的产品大为提升。这一芯片通过采用20万次/频率的相关器提高了灵敏度，冷开机/暖开机/热开机的时间分别达到42s/38s/8s，可以同时追踪20个卫星信道。是目前市场上应用最为广泛，同时性价比也非常高的一款芯片，因此在本设计中同样采用以此芯片为核心的GPS模块。

GPS模块的数据格式

对GPS模块的数据处理本质上还是串口通信程序设计，只是GPS模块的输出遵循固定的格式，通过字符串检索查找即可从模块发送的数据中找出需要的数据，常用的GPS模块大多采用NMEA-0183 协议。NMEA-0183 是美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association)所指定的标准规格，这一标准制订所有航海电子仪器间的通讯标准，其中包含传输资料的格式以及传输资料的通讯协议。

以下是一组正常的GPS 数据

$GPGGA,082006.000,3852.9276,N,11527.4283,E,1,08,1.0,20.6,M,,,,0000*35

$GPRMC,082006.000,A,3852.9276,N,11527.4283,E,0.00,0.0,261009,,*38

$GPVTG,0.0,T,,M,0.00,N,0.0,K*50

下面分别对每组数据的含义进行分析。

GPS 固定数据输出语句($GPGGA)，这是一帧GPS 定位的主要数据，也是使用最广的数据。为了便于理解，下面举例说明$GPGGA语句各部分的含义。

例：$GPGGA,082006.000,3852.9276,N,11527.4283,E,1,08,1.0,20.6,M,,,,0000*35

其标准格式为：

$GPGGA，(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：08 时20 分06 秒

(2) 纬度(格式ddmm.mmmm:即dd 度，mm.mmmm 分)；

(3) N/S(北纬或南纬)：北纬38 度52.9276 分；

(4) 经度(格式dddmm.mmmm：即ddd 度，mm.mmmm 分)；

(5) E/W(东经或西经)：东经115 度27.4283 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=08；

(8) 水平精度因子(1.0～99.9)；水平精度因子=1.0；

(9) 天线高程(海平面，－9999.9～99999.9，单位：m)；天线高程=20.6m);

(10) 大地椭球面相对海平面的高度(－999.9～9999.9，单位：m):无;

(11) 差分GPS 数据年龄，实时GPS 时无:无;

(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:35(CR)(LF)回车，换行。

GPRMC(建议使用最小GPS 数据格式)

$GPRMC,082006.000,A,3852.9276,N,11527.4283,E,0.00,0.0,261009,,*38

$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>

(1) 标准定位时间(UTC time)格式：时时分分秒秒.秒秒秒(hhmmss.sss)。

(2) 定位状态，A = 数据可用，V = 数据不可用。

(3) 纬度，格式：度度分分.分分分分(ddmm.mmmm)。

(4) 纬度区分，北半球(N)或南半球(S)。

(5) 经度，格式：度度分分.分分分分。

(6) 经度区分，东(E)半球或西(W)半球。

(7) 相对位移速度， 0.0 至1851.8 knots

(8) 相对位移方向，000.0 至359.9 度。实际值。

(9) 日期，格式：日日月月年年(ddmmyy)。

(10) 磁极变量，000.0 至180.0。

(11) 度数。

(12) Checksum.(检查位)

$GPVTG 地面速度信息

例：$GPVTG,0.0,T,,M,0.00,N,0.0,K*50

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

表 1 GPS模块主要参数GPS模块主要参数

GPS

芯片组 SiRF Star III 工作频率 L1, 1575.42 MHz

粗捕获码

(C/A)率 1.023 MHz chip rate 同时跟踪通道数 20

灵敏度 -159 dBm 定位精度 5m(2维均方根, 允许广域差分系统)

最小速度 0.1 m/s 时间精度 1μS(与GPS时间同步)

默认

坐标系 1984年世界大地坐标系(WGS-84) 重获时间 0.1S(平均值)

热启动 1S(平均值) 温启动 38S(平均值)

冷启动 42S(平均值) 最高工作海拔 18km(60000feet)

最大

移动速率 515m/S(1000knots) 最大加速度 4g

最大

急冲度 20m/S3 电源电压 5V±0.5V

整机电流 约60mA，不超过100mA 整板外形 61mm×49mm×17mm

GPS

芯片外形 27.9mm×20mm×2.9mm 波特率 9600bps

数据输出格式 SiRF二进制格式或NMEA 0183 GGA, GSA, GSV, RMC,VTG,GLL 数据输出电平 同时具备TTL电平和RS232电平

数据

输出接口 20pin插针(TTL电平)和DB9母座

(RS232电平) 天线类型 外置有源GPS天线(3.3V/5V电压可选，

默认为3.3V)

后备电池 CR1220锂电池，3V，不可充电 工作温度 -40ºC至+85ºC

GPS模块的应用程序设计

GPS模块的应用程序设计主要分为两部分，第一部分为串口的设置于数据读取，第二部分为数据的分析和需要数据的提取。

与其他的关于设备编程的方法一样，在Linux下，操作、控制串口也是通过操作起设备文件进行的。在Linux下，串口的设备文件是/dev/ttyS0或/dev/ttyS1等。因此要读写串口，我们首先要打开串口，然后根据GPS模块的配置参数对串口的波特率、校验、流控制等进行设置，这些参数设置均通过对termios结构中c_cflag的配置实现，串口配置部分函数如下：

int gps::set_opt(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, intnStop)

{structtermios newtio,oldtio;if ( tcgetattr( fd,&oldtio) != 0)

{

perror("SetupSerial 1");return -1;

}

bzero(&newtio, sizeof( newtio ) );

newtio.c_cflag|= CLOCAL |CREAD;

newtio.c_cflag&= ~CSIZE;switch( nBits )

{case 7:

newtio.c_cflag|=CS7;break;case 8:

newtio.c_cflag|=CS8;break;

}switch( nEvent )

{case 'O': //奇校验

newtio.c_cflag |=PARENB;

newtio.c_cflag|=PARODD;

newtio.c_iflag|= (INPCK |ISTRIP);break;case 'E': //偶校验

newtio.c_iflag |= (INPCK |ISTRIP);

newtio.c_cflag|=PARENB;

newtio.c_cflag&= ~PARODD;break;case 'N': //无校验

newtio.c_cflag &= ~PARENB;break;

}switch( nSpeed )

{case 2400:

cfsetispeed(&newtio, B2400);

cfsetospeed(&newtio, B2400);break;case 4800:

cfsetispeed(&newtio, B4800);

cfsetospeed(&newtio, B4800);break;case 9600:

cfsetispeed(&newtio, B9600);

cfsetospeed(&newtio, B9600);break;case 115200:

cfsetispeed(&newtio, B115200);

cfsetospeed(&newtio, B115200);break;default:

cfsetispeed(&newtio, B9600);

cfsetospeed(&newtio, B9600);break;

}if( nStop == 1)

{

newtio.c_cflag&= ~CSTOPB;

}else if ( nStop == 2)

{

newtio.c_cflag|=CSTOPB;

}

newtio.c_cc[VTIME]= 0;

newtio.c_cc[VMIN]= 0;

tcflush(fd,TCIFLUSH);if((tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio))!=0)

{

qDebug()<

}

qDebug()<

}

在GPS数据的处理上首先将窗口数据存入一个字符串，接着通过对字符串数据的判断来提取数据内容，判断分为两步，首先判断是什么类型的数据，在本程序的设计中需要读取$GPRMC和$GPGGA两组数据，因此首先判断字符串GPS_BUF[5]是C还是A，由于数据是通过符号“，”进行隔开，因此通过查找“，”来确定数据位置。在实现上将得到逗号位置函数单独封装调用，程序如下：

//得到指定序号的逗号位置

int gps::GetComma(int num,char *str)

{int i,j=0;int len=strlen(str);for(i=0;i

{if(str[i]==',')

{

j++;

}if(j==num)return i+1;

}return 0;

}

接下来根据数据格式，通过逗号位置，提取数据信息，程序如下：

voidgps::gps_parse()

{inttmp;charc;

c= GPS_BUF[5];if(c=='C')

{//"GPRMC"

GPS->D.hour =(GPS_BUF[ 7]-'0')*10+(GPS_BUF[ 8]-'0');

GPS->D.minute =(GPS_BUF[ 9]-'0')*10+(GPS_BUF[10]-'0');

GPS->D.second =(GPS_BUF[11]-'0')*10+(GPS_BUF[12]-'0');

tmp= GetComma(9,GPS_BUF);

GPS->D.day =(GPS_BUF[tmp+0]-'0')*10+(GPS_BUF[tmp+1]-'0');

GPS->D.month =(GPS_BUF[tmp+2]-'0')*10+(GPS_BUF[tmp+3]-'0');

GPS->D.year =(GPS_BUF[tmp+4]-'0')*10+(GPS_BUF[tmp+5]-'0')+2000;

GPS->status = GPS_BUF[GetComma(2,GPS_BUF)];

GPS->latitude = get_locate(get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(3,GPS_BUF)]));

GPS->NS = GPS_BUF[GetComma(4,GPS_BUF)];

GPS->longitude= get_locate(get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(5,GPS_BUF)]));

GPS->EW = GPS_BUF[GetComma(6,GPS_BUF)];

GPS->speed = get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(7,GPS_BUF)]);

UTC2BTC(&GPS->D);

}if(c=='A')

{//"$GPGGA"

GPS->high = get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(9,GPS_BUF)]);

}

}//将获取文本信息转换为double型

double gps::get_double_number(char *s)

{char buf[128];inti;doublerev;

i=GetComma(1,s);

strncpy(buf,s,i);

buf[i]=0;

rev=atof(buf);returnrev;

}double gps::get_locate(doubletemp)

{intm;doublen;

m=(int)temp/100;

n=(temp-m*100)/60;

n=n+m;returnn;

}