GPS通讯协议1

GPS（Global Positioning System），即全球定位系统，利用24颗GPS的测距和测时功能进行全球定位，在许多系统中，如现代船载（或车载）导航系统、机场导航系统、江河流域的灾害信息管理和预测系统中，GPS得到了广泛的应用。
GPS主要有3大组成部分，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。其中空间星座部分、地面监控部分均为美国所控制。GPS的用户设备主要有接收机硬件和处理软件组成。用户通过用户设备接收GPS卫星信号，经信号处理而获得用户位置、速度等信息，最终实现GPS进行导航和定位的目的。

要实现GPS和导航系统的连接，必须要解决计算机和GPS接收机的串口通信问题。在计算机和GPS接收机的数据传输过程中，计算机的串口（COM）作为计算机CPU和串行设备间的编码转换器，提供了计算机与GPS接收机之间的数据传输通道。而GPS接收机作为数据终端设备，将采集到的导航定位数据通过计算机串口传输给计算机，并为导航系统使用。在Windows环境下可以通过Visual Basic编程语言及其提供的专门用于串口通信的MSComm控件，实现GPS接收机与计算机的串口通信。

• GPS NMEA-0183协议详解
  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。
  
  $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
  
  $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 
  
  $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

• sunnydl (2010-12-14 09:53:20)

  
  
  NMEA是National Marine Electronics Association（美国国家海事电子协会）的缩写。该协会是一家专门从事海洋电子设备方面研究的民间机构，它制定了关于GPS（全球定位系统）电子设备之间的通信接口和协议的NMEA标准。NMEA0183协议是目前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。
    GPS接收机与计算机之间传输的数据为NMEA0183标准格式，采用串口通信协议为波特率4800bps，8个数据位，1个停止位，无奇偶校验。GPS信号输出时间间隔通常在0～2s范围内。实际导航应用读取GPS的空间定位数据时，若实时性要求不是很高，则每隔1s采样一次就已足够。
    我们不需要了解NMEA0183通讯协议的全部内容，下面仅从协议中挑选出程序需要的那部分定位信息，采集程序将忽略其余的信息。
    下图描述了NMEA0183协议GPRMC定位语句的结构
  
  $GPRMC    ,123456    ,A    ,3444.1234,N    ,13521.4567,E    ,005.6
  Field#    1    2         3    4         5    6    7
  ,123.5    ,020197    ,001.0,W    ,A    ..07    CR LF
  8    9    10    11    12    13    
  
  其各字段含义如下：
  ⊙ $GPRMC：其中$字符为所有GPS语句的起始标志，GPRMC为地址域值，代表GPS推荐的最短数据。
  ⊙ 编号为1至12的字段都是数据字段，每个字段的起始都为一个逗号，表示分割。
  ⊙ 编号为1的字段代表UTC_TIME24h（24小时）制的标准时间，格式为“,HHMMSS”，HH表示小时值，MM表示分钟值，SS表示秒值。
  ⊙ 编号为2的字段表示通讯状态，值为A或者V，A表示数据“OK”，V表示一个警告。
  ⊙ 编号为3、4的字段表示纬度值，精确到小数点前4位，后4位。格式为“,XXYY.YYYY,Z”，XX表示度（°），YY.YYYY表示分（′），Z区分南纬或北纬，“N”表示北纬，”S“表示南纬。
  ⊙ 编号为5、6的字段表示经度值，精确到小数点前5位，后4位。格式为“,XXXYY.YYYY,Z“，XXX表示度（°），YY.YYYY表示分（′），Z区分东经或西经，”W”表示西经，“E”表示东经。
  ⊙ 编号为7的字段表示速度值，精确到小数点前3位，后1位。格式为“,XXX.X”，XXX.X即为速度值，单位为海里/小时。
  ⊙ 编号为8的字段表示真实航向，格式为“,XXX.X”，XXX.X即为航向值，单位为度。
  ⊙ 编号为9的字段表示UTC_DATE标准日期，格式为“.DDMMYY”。YY表示年度，MM表示月份，SS表示天。年份应该在1997～2040之间。
  ⊙ 编号为10、11的字段表示磁偏移，格式为“,XXX.X,Y”，XXX.X即为磁偏移量，单位为度。Y区分偏移方向，“W”表示西，“E”表示东。
  ⊙ 编号为12的字段表示系统定位模式。
  ⊙ 编号为13的字段为校验和域，格式为“..XX”,XX表示校验和。
  ⊙ GPRMC定位语句的最末是回车换行符（CR LF，即0x0d0x0a），为语句结束标志。
  如果与卫星的通信正常的话，可以接收到数据格式如下所示：
  $GPRMC,204700,A,3403.8683,N,11709.4323,W,001.9,336.9,170698,013.6,E,A..07 CR LF
  如果当前没有和卫星取得联系，那么字符串的格式可能如下所示：
  $GPRMC,204149,V,,,,,,,170698,,A,,CR LF