从NMEA0183到GNSS定位数据获取（一）原理篇

作者：良知犹存

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总述

GPS我们都知道，一种用来全球定位的系统，后来俄罗斯推出了格洛纳斯定位系统，中国推出了北斗定位，欧盟有伽利略，印度与日本也有有发展。所以后来把覆盖全球的自主地利空间定位的卫星系统成为GNSS。

现在卫星定位那么热，那么作为一个嵌入式人怎么获取这些数据为我们所用呢？下面就听作者一一道来。

通常GNSS定位的功能有：

精确定时：广泛应用在天文台、通信系统基站、电视台中

工程施工：道路、桥梁、隧道的施工中大量采用GPS设备进行工程测量

勘探测绘：野外勘探及城区规划中都有用到

导航：

武器导航：精确制导导弹、巡航导弹

车辆导航：车辆调度、监控系统

船舶导航：远洋导航、港口/内河引水

飞机导航：航线导航、进场着陆控制

星际导航：卫星轨道定位

个人导航：个人旅游及野外探险

定位：

车辆防盗系统

手机，PDA，PPC等通信移动设备防盗，电子地图，定位系统

儿童及特殊人群的防走失系统

精准农业：

农机具导航、自动驾驶，土地高精度平整

提供时间数据：用于给电信基站、电视发射站等提供精确同步时钟源

维基百科

从上面可知GNSS的功能相当丰富，那么作为一个嵌入式开发者怎么获得这些数据呢？

一、寻找合适模块

当然大家可以用各种渠道找到合适的模块，对于嵌入式端我们要选择哪种呢？我推荐了一下本篇所实际应用的模块——中移物联网的M6313模块，GSM与GNSS二合一模块（改天我介绍一下它的GSM功能）。

使用也比较方便，利用SOC的串口连接就可以

二、NMEA-0183协议

模块选好了，SOC也连接完毕，配置好模块，连接好GPS天线，这个时候GNSS模块的串口开始向SOC按照一定频率发送数据。并且猛的一看，我们可能看不懂，例如M6313的示例格式如下：

AT+QGNSSC=1 // 开启 GNSS 功能

OK

AT+QGNSSRD?

+QGNSSRD: 

$GNRMC,032220.291,V,,,,,0.00,0.00,140716,,,N*5D

$GNVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,N*2C

$GNGGA,032220.291,,,,,0,0,,,M,,M,,*5D

$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,,,*1E

$BDGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,,,*0F

$GPGSV,2,1,07,23,,,31,08,,,49,30,,,33,16,,,45*7E

$GPGSV,2,2,07,07,,,44,27,,,49,26,,,43*72

$BDGSV,1,1,03,10,,,47,04,,,40,07,,,48*62

$GNGLL,,,,,032220.291,V,N*6F

OK

除去模块的回应的数据，中间那些数据是什么，我们分辨不轻，这时候就要请NMEA-0183协议出场了。

NMEA-0183是美国国家海洋电子协会（National Marine Electronics Association）为海用电子设备制定的标准格式。目前业已成了GPS导航设备统一的RTCM（Radio Technical Commission for Maritime services ）标准协议。

由于美国GPS推出的时间很早，所以很多GNSS的标准都是依托美国一些协会制定好的准备。

上面看到的诸如$GNRMC打头数据每一个都代表不同的信息：

序号	命令	说明
1	$*GGA	卫星定位信息
2	$*GSA	卫星PRN数据
3	$*GSV	可视卫星信息
4	$*RMC	推荐定位信息
5	$*VTG	地面速度信息
6	$*GLL	地理定位信息
7	$*GPZDA	UTC时间和日期

注：* 美国的GPS标准中*代表GP，现在由于其他国家的定位系统，所以扩展到其他字符例如：

标识符	含义
BD	BDS,北斗二代卫星系统

GP	GPS
GL	GLONASS
GA	Galileo
GN	GNSS,全球导航卫星系统

协议帧总说明：

该协议采用ASCII码，其串行通信默认参数为：M6313的波特率默认为115200bps，数据位=8bit，开始位=1bit，停止位=1bit，无奇偶校验。

帧格式形如：$aaccc ,ddd ,ddd ,...... ,ddd*hh<CR><LF>

1、“$”——帧命令起始位

2、aaccc——地址域，前两位为识别符，后三位为语句名

3、ddd...ddd——数据

4、“*”——校验和前缀

5、hhh——校验和（check sum），$与*之间所有字符ASCII码的校验和（各字节做异或运算，得到校验和后，在转换16进制格式的ASCII字符。）

6、<CR><LF>——CR（Carriage  Return）+ LF （Line Feed）帧结束，回车换行。

1.Global Positioning Positioning Positioning Positioning System Fix Data（GGA）GPS 定位信息 

$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh

范例数据：

$GPGGA,065545.789,2109.9551,N,12023.4047,E,1,9,0.85,18.1,M,-2.2，M,8.0，，*5E 

名称	示例	单位	字节位置
消息 ID	$GPGGA	GGA
UTC	065545.789	hhmmss.sss	<1>
纬度	2109.9551	ddmm.mmmm	<2>
N/S 指示	N	N=北， S=南	<3>
经度	12023.4047	dddmm.mmmm	<4>
E/W 指示	E	W=西， E=东	<5>
定位指示	1	0:未定位 1:SPS 模式，定位有效 2:差分， SPS 模式，定位有效 3:PPS 模式，定位有效	<6>
星数目	9	范围 0 到 12	<7>
HDOP	0.85	水平精度（0.5~99.9）	<8>
MSL 幅度 （海拔）	18.1	米（-9999.9~99999.9）	<9>

单位	M	米
大地	-2.2	米	<10>
单位	M	-
差分时间	8.0	秒	<11>
差分 ID	0000		<12>
校验和	*5E
<CR><LF>	消息结束

2.GPS DOP and Active Satellites Satellites Satellites Satellites（GSA）当前卫星信息 

$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>*hh

范例数据：

$GPGSA,A,3,10,24,12,32,25,21,15,20,31,,,,1.25,0.85,0.91*04

名称	示例	单位	描述
消息 ID	$GPGSA	GSA
模式 1	A	M=手动， 强制在 2D 或 3D 模 式 A=自动
模式 2	3	1:定位无效 2:2D 定位 3:3D 定位
卫星使用	10	通道 1
卫星使用	24	通道 2
卫星使用	12	通道 3
卫星使用	32	通道 4
卫星使用	25	通道 5
卫星使用	21	通道 6
卫星使用	15	通道 7
卫星使用	20	通道 8

,,,	,,,	,,,	,,,
卫星使用	通道 12
PDOP	1.25	位置精度
HDOP	0.85	水平精度
VDOP	0.91	垂直精度
校验和	*04
<CR><LF>	消息结束

3. GPS Satellites Satellites Satellites Satellites in View（GSV）可见卫星信息 

$GPGSV,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,…<4>,<5>,<6>,<7>*hh

范例数据：

$GPGSV,3,1,12,14,75,001,31,32,67,111,38,31,57,331,33,26,47,221,20*73

名称	示例	单位	描述
消息 ID	$GPGSV	GSV
消息数目	3	范围 1 到 3
消息编号	1	范围 1 到 3
卫星数目	12
卫星 ID	14	范围 1 到 32
仰角	75	度	最大 90°
方位角	001	度	范围 0 到 359°
信噪比	31	dBHz	范围 0 到 99，没有跟踪时为 空
卫星 ID	32	范围 1 到 32
仰角	67	度	最大 90°
方位角	111	度	范围 0 到 359°
信噪比	38	dBHz	范围 0 到 99，没有跟踪时为 空
卫星 ID	31	范围 1 到 32

仰角	57	度	最大 90°
方位角	331	度	范围 0 到 359°
信噪比	33	dBHz	范围 0 到 99，没有跟踪时为 空
卫星 ID	26	范围 1 到 32
仰角	47	度	最大 90°
方位角	221	度	范围 0 到 359°
信噪比	20	dBHz	范围 0 到 99，没有跟踪时为 空
校验和	*73
<CR><LF>	消息结束

4. Recommended Recommended Recommended Recommended Minimum Minimum Minimum Minimum Specific Specific Specific Specific GPS/TRANSIT GPS/TRANSIT GPS/TRANSIT GPS/TRANSIT Data（RMC）推荐定位信息

$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh

范例数据：

$GPRMC,100646.000,A,3109.9704,N,12123.4219,E,0.257,335.62,291216,,,A*59

名称	示例	单位	描述
消息 ID	$GPRMC	RMC
UTC	100646.000	hhmmss.ss
状态	A	A=数据有效；V=数据无效
纬度	2109.9704	ddmm.mmmm
N/S 指示	N	N=北， S=南
经度	11123.4219	dddmm.mmmm
E/W 指示	E	W=西， E=
地面速度	0.257	Knot（节）
方位	335.62	度
日期	291216	ddmmyy
磁 量	-
校验和	*59
<CR><LF>	消息结束

5. Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息$GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh

范例数据：

$GPVTG,335.62,T,,M,0.257,N,0.477,K,A*38

名称	示例	单位	描述
消息 ID	$GPVTG	VTG
方位	335.62	度
参考	T	True
方位	335.62	度
参考	M	Magnetic
速度	0.257	Knot
单位	N
速度	0.477	公里/小时
单位	K	公里/小时
校验和	*10
<CR><LF>	消息结束

这就是我分享的第一篇NMEA-0183到GNSS数据的文章，里面数据是实践过的，下一篇分享代码实现。如果大家有什么更好的思路，欢迎分享交流哈。

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