GPS数据格式的分析

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前言

GPS数据输出的格式很多，如图所示

一、数据格式解析

1、GPGGA

GPGGA是GPS数据输出格式语句，意思是一帧GPS定位的主要数据，是NMEA格式中使用最广的数据之一。该语句包括17个字段。

GPGGA 语句包括17个字段：
1语句标识头，2世界时间，3纬度，4纬度半球，5经度，6经度半球，7定位质量指示，8使用卫星数量，9HDOP-水平精度因子，10椭球高，11高度单位，12大地水准面高度异常差值，13高度单位，14差分GPS数据期限，15差分参考基站标号，16、17校验和结束标记(用回车符和换行符)，分别用14个逗号进行分隔。
格式示例：$GPGGA,014434.70,3817.13334637,N,12139.72994196,E,4,07,1.5,6.571,M,8.942,M,0.7,0016*79
该数据帧的结构及各字段释义如下：
$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx CR LF

$GPGGA：起始引导符及语句格式说明(本句为GPS定位数据)；
<1> UTC时间，格式为hhmmss.sss；
<2> 纬度，格式为ddmm.mmmm(第一位是零也将传送)；
<3> 纬度半球，N或S(北纬或南纬)
<4> 经度，格式为dddmm.mmmm(第一位零也将传送)；
<5> 经度半球，E或W(东经或西经)
<6> GPS状态， 0初始化， 1单点定位， 2码差分， 3无效PPS， 4固定解， 5浮点解， 6正在估算 7，人工输入固定值， 8模拟模式， 9WAAS差分
<7> 使用卫星数量，从00到12(第一个零也将传送)
<8> HDOP-水平精度因子，0.5到99.9，一般认为HDOP越小，质量越好。
<9> 海拔高度，-9999.9到9999.9米
M 指单位米
<10> 大地水准面高度异常差值，-9999.9到9999.9米
M 指单位米
<11> 差分GPS数据期限(RTCM SC-104)，最后设立RTCM传送的秒数量，如不是差分定位则为空
<12> 差分参考基站标号，从0000到1023(首位0也将传送)。

*语句结束标志符

xx 从$开始到*之间的所有ASCII码的异或校验
CR 回车符，结束标记
LF 换行符，结束标记

2、GPRMC

推荐定位信息(GPRMC)
$ GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh
<1> UTC时间，hhmmss.sss(时分秒.毫秒)格式
<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，以正北为参考基准，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)
*后hh为$到*所有字符的异或和

3、GPCHC

华测导航GPCHC协议
$GPCHC,GPSWeek,GPSTime,Heading,Pitch,Roll,gyro x,gyro y,gyro z,acc x,acc y,acc
z,Lattitude,Longitude,Altitude,Ve,Vn,Vu,Baseline,NSV1,NSV2,Status,Age,Warming,Cs,CR,LF

4、Kitti数据集oxts数据

以2011_10_03_drive_0034_extract/oxts为例
dataformat.txt文件如下所示：
lat：oxts-unit的纬度
lon：oxts-unit的经度
alt: oxts-unit的海拔高度（m）

滚转：滚转角（rad），0=水平，正=左侧向上，范围：-π ~ π
俯仰：俯仰角（rad），0=水平，正=前向下，范围：-π/2 ~ π/2
偏航：航向（rad），0=东，正=逆时针，范围：-π ~ π 东北天坐标系

vn：向北的速度（m/s）
ve：向东速度（m/s）
vf：向前速度，即平行于地球表面（m/s）
vl：向左的速度，即平行于地球表面的速度（m/s）
vu：向上速度，即垂直于地表的速度（m/s）

ax：x方向的加速度，即车辆前方方向的加速度（m/s ^2）
ay：y方向的加速度，即车辆左侧方向的加速度（m/s ^2）
ay：z方向的加速度，即车辆顶部方向的加速度（m/s ^2）

af：向前加速度（m/s ^2）
al：向左加速度（m/s ^2）
au：向上加速度（m/s ^2）

wx：x周围的角速率（rad/s）
wy：y周围的角速率（rad/s）
wz：z周围的角速率（rad/s）

wf：围绕前向轴的角速率（rad/s）
wl：围绕左轴的角速率（rad/s）
wu：围绕向上轴的角速率（rad/s）

pos_accurcy：速度精度（以米为单位的北/东）
vel_accurcy：速度精度（以m/s为单位的北/东）

navstat：导航状态（请参阅navstat_to_string）
numsats：主GPS接收机跟踪的卫星数量
posmode：主GPS接收器的位置模式（请参阅GPS_mode_to_string）
velmode：主GPS接收器的速度模式（请参阅GPS_mode_to_string）
orimode：主GPS接收器的定向模式（参见GPS_mode_to_string）

单帧数据为：
48.987561046718 8.4696952979239 121.09180450439 // 经纬高
-0.020584 -0.000149 0.9367463267949 // 姿态 以东北天坐标系（ENU）
12.185641878808 8.8969705123207 15.087834393646 -0.057134398032698 0.17450967757564 // 速度
-0.31633682509644 -0.15393105646804 9.6145580368715 // 加速度计量测
-0.32811003609922 0.038528529255041 9.6154003554783 // 前左上加速度
-0.009921332362868 0.018688044825555 0.0071581383104018 // 陀螺量测
-0.0099284648375718 0.018828223646961 0.0067743562588337 // 前左上角速度
0.15566630977832 0.021931712199461 // 精度
4 9 5 5 0 // 其他

二、驱动

1、功能包

1.1 解析GPGGA

wiki网址：https://wiki.ros.org/nmea_navsat_driver

1.2 华测GPCHC

官方已出demo，没有的留个邮箱发你。

2、ROS相关消息类型

2.1 sensor_msgs::NavSatFix

官方：sensor_msgs/NavSatFix
其中的子消息类型：sensor_msgs::NavSatStatus
官方：sensor_msgs/NavSatStatus

2.2 gps_common::GPSFix

官方：gps_common/GPSFix

2.3 sensor_msgs::Imu

官方：sensor_msgs/Imu

3、驱动思路

字段分割函数，把GPCHC数据流分割成一个一个的字段，然后进行相应的定义
代码如下（示例）：

void supersplit(const std::string& s, std::vector<std::string>& v, const std::string& c)
{
    std::string::size_type pos1, pos2;
    size_t len = s.length();
    pos2 = s.find(c);
    pos1 = 0;
    while(std::string::npos != pos2)
    {
        if("" == s.substr(pos1, pos2-pos1)){
            v.emplace_back("0");
        }
        else{
            v.emplace_back(s.substr(pos1, pos2-pos1));
        }
        pos1 = pos2 + c.size();
        pos2 = s.find(c, pos1);
    }
    if(pos1 != len)
        v.emplace_back(s.substr(pos1));
}

typedef enum GNSS_GPCHC_INDEX{

    GNSS_GPCHC_INDEX_HEADER = 0,
    GNSS_GPCHC_INDEX_GPSWEEK,
    GNSS_GPCHC_INDEX_GPSTime,
    GNSS_GPCHC_INDEX_HEADING,
    GNSS_GPCHC_INDEX_PICH,
    GNSS_GPCHC_INDEX_ROLL,
    GNSS_GPCHC_INDEX_GRRO_X,
    GNSS_GPCHC_INDEX_GRRO_Y,
    GNSS_GPCHC_INDEX_GRRO_Z,
    GNSS_GPCHC_INDEX_ACC_X,
    GNSS_GPCHC_INDEX_ACC_Y,
    GNSS_GPCHC_INDEX_ACC_Z,
    GNSS_GPCHC_INDEX_LAT,
    GNSS_GPCHC_INDEX_LON,
    GNSS_GPCHC_INDEX_ALT,
    GNSS_GPCHC_INDEX_VE,
    GNSS_GPCHC_INDEX_VN,
    GNSS_GPCHC_INDEX_VU,
    GNSS_GPCHC_INDEX_SPEED,
    GNSS_GPCHC_INDEX_NSV1,
    GNSS_GPCHC_INDEX_NSV2,
    GNSS_GPCHC_INDEX_STATUS,
    GNSS_GPCHC_INDEX_AGE,
    GNSS_GPCHC_INDEX_WARMING,
    GNSS_GPCHC_INDEX_MAX
}GNSS_GPCHC_INDEX;

定义五种格式：

sensor_msgs::NavSatFix message_NavSatFix;
gps_common::GPSFix message_gpsfix;
sensor_msgs::Imu message_imu;
geometry_msgs::PoseStamped angle_qua; //欧拉角和四元数
geometry_msgs::PoseStamped lla_qua; //经纬高和四元数

发布ROS话题

	imu_raw_pub = nh_.advertise<sensor_msgs::Imu>("/imu_raw", 500);
    nav_sat_fix_pub = nh_.advertise<sensor_msgs::NavSatFix>("/nav_sat_fix", 500);
    gps_fix_pub = nh_.advertise<gps_common::GPSFix>("/gps_fix", 500);
    angle_qua_pub = nh_.advertise<geometry_msgs::PoseStamped>("/angle_qua", 500);
    lla_qua_pub = nh_.advertise<geometry_msgs::PoseStamped>("/lla_qua", 500);

参考博文：https://blog.csdn.net/abanchao/article/details/129096713

三、时间

1、UTC时间

1、UTC是协调世界时，又称世界统一时间、世界标准时间、国际协调时间。

2、协调世界时是以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种时间计量系统。

3、国际原子时的准确度为每日数纳秒，而世界时的准确度为每日数毫秒。许多应用部门要求时间系统接近世界时UT，对于这种情况，一种称为协调世界时的折衷时标于1972年面世。为确保协调世界时与世界时相差不会超过0.9秒，在有需要的情况下会在协调世界时内加上正或负闰秒。

2、时间戳

时间戳是指格林威治时间1970年01月01日00时00分00秒(北京时间1970年01月01日08时00分00秒)起至现在的总秒数。Unix 时间戳是从1970年1月1日（UTC/GMT的午夜）开始所经过的秒数，不考虑闰秒。
　　1.自建时间戳：此类时间戳是通过时间接收设备(如GPS，CDMA，北斗卫星)来获取时间到时间戳服务器上，并通过时间戳服务器签发时间戳证书。此种时间戳可用来企业内部责任认定，在法庭认证时并不具备法律效力。因其在通过时间接收设备接收时间时存在被篡改的可能，故此不能做为法律依据。

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