GPS定位及通信协议解析

1.简介

上图为某公司的GPS定位模块，自己在使用其进行GPS定位过程中学习到的知识分享给大家。

主要参数如下

◆半双工 UART(3.3V_TTL 电平)/RS232/IIC/CAN 接口输出，更快速的应用；

◆采用 KDS 0.5PPM 高精度 TCXO；

◆丰富的数据输出速率：115200bps(默认) [可选: 9600/38400]；

◆输出语句：NMEA 0183 V3.0/UBX 协议；

◆支持可调的数据刷新率：1Hz-10Hz；

◆自主研发设计天线振子，保证相位中心与几何中心重合，将天线对测量误差的影响降低到最小； ◆支持选配 A-GPS 服务、地磁传感器、压力传感器；

◆GPS、BD、GLONASS 混合引擎可选；

◆采用无铅工艺制造，符合 RoHS 标准。

它支持两种协议：

NMEA 0183 通用协议 和 UBX通信协议

2. NMEA 0183 协议

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。NMEA0183 协议采用 ASCII 码来传递 GPS 定位信息，我们称之为帧。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（aa），后三位为语句名（ccc）

3. “ddd,ddd”：数据内容

4. “*”：校验和前缀（也可以作为语句数据结束的标志）

5. “hh”：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，再转换 16 进制格式的 ASCII 字符）

6. “(CR)(LF)”：帧结束，回车和换行符

主要命令：

序号命令说明最大帧长（Byte）

1 $GPRMC 推荐定位信息 70

2 $GPGGA GPS 定位信息 72

3 $GPVTG 地面速度信息 34

4 $RHXZ 地磁信息 24

5 $GPGSA 当前卫星信息 65

6 $GPGSV 可见卫星数 210

7 $GPGLL 大地坐标信息

指令解析：

1．$GPRMC(推荐定位信息，Recommended Minimum Specific GPS/Transit Data) $GPRMC 语句的基本格式如下： $GPRMC,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),(10),(11),(12)*hh(CR)(LF)

(1)UTC 时间，hhmmss（时分秒）

(2)定位状态，A=有效定位，V=无效定位

(3)纬度 ddmm.mmmmm 度分）

(4)纬度半球 N（北半球）或 S（南半球）

(5)经度 dddmm.mmmmm 度分）

(6)经度半球 E（东经）或 W（西经）

(7)地面速率（000.0~999.9 节）

(8)地面航向（000.0~359.9 度，以真北方为参考基准）

(9)UTC 日期，ddmmyy（日月年）

(10)磁偏角（000.0~180.0 度，前导位数不足则补 0）

(11)磁偏角方向，E（东）或 W（西） (12)模式指示（A=自主定位，D=差分，R=RTK，E=估算，N=数据无效）举例如下： $GPRMC,084103.00,A,2233.395441,N,11356.556656,E,0.035,,220618,,,A*7A

2．$GPGGA（GPS 定位信息，Global Positioning System Fix Data） $GPGGA 语句的基本格式如下（其中 M 指单位 M，下同）： $GPGGA,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),M,(10),M,(11),(12)*hh(CR)( LF)

(1)UTC 时间，格式为 hhmmss.ss；

(2)纬度，格式为 ddmm.mmmmmm 度分格式）；

(3)纬度半球，N 或 S（北纬或南纬）；

(4)经度，格式为 dddmm.mmmmmm 度分格式）；

(5)经度半球，E 或 W（东经或西经）；

(6)GPS 状态，0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位；

(7)正在使用的用于定位的卫星数量（00~12）

(8)HDOP 水平精确度因子（0.5~99.9）

(9)海拔高度（-9999.9 到 9999.9 米）

(10)大地水准面高度（-9999.9 到 9999.9 米）

(11)差分时间（从最近一次接收到差分信号开始的秒数，非差分定位，此项为空）

(12)差分参考基站标号（0000 到 1023，首位 0 也将传送，非差分定位，此项为空) 举例如下： $GPGGA,070343.90,2236.360900,N,11352.021690,E,1,04,68.82,-72.83,M,- 1.00,M,,*68

3．$GPVTG（地面速度信息，Track Made Good and Ground Speed） $GPVTG 语句的基本格式如下： $GPVTG,(1),T,(2),M,(3),N,(4),K,(5)*hh(CR)(LF)

(1)以真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（A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效）举例如下： $GPVTG,,T,,M,0.106,N,0.196,K,A*2A

4．$RHXZ（地磁传感器信息） $RHXZ 语句的基本格式如下： $RHXZ,(1),(2),(3) *hh(CR)(LF)

(1)地磁传感器 X 轴的 16 进制值（高位在前，如 0057 表示 0x0057，范围 0000~FFFF，前面的 0 也将被传输）

(2)地磁传感器 Y 轴的 16 进制值（高位在前，如 FE6E 表示 0xFE6E，范围 0000~FFFF，前面的 0 也将被传输）

(3)地磁传感器 Z 轴的 16 进制值（高位在前，如 0210 表示 0x0210，范围 0000~FFFF，前面的 0 也将被传输）举例如下： $RHXZ,0057,FE6E,0210*45

5．$GPGSA（当前卫星信息） $GPGSA 语句的基本格式如下： $GPGSA,(1),(2),(3),(3),(3),(3),(3),(3),(3),(3),(3),(3),(3),(3),(4),(5 ),(6)*hh(CR)(LF)

(1)模式，M = 手动，A = 自动。

(2)定位类型，1=未定位，2=2D 定位，3=3D 定位。

(3)正在用于定位的卫星号（01~32）

(4)PDOP 综合位置精度因子（0.5-99.9）

(5)HDOP 水平精度因子 1（0.5-99.9）

(6)VDOP 垂直精度因子（0.5-99.9）举例如下： $GPGSA,A,3,26,02,05,29,15,21,,,,,,,2.45,1.49,1.94*0E

6．$GPGSV（可见卫星数，GPS Satellites in View） $GPGSV 语句的基本格式如下： $GPGSV,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),...,(4),(5),(6),(7)*hh(CR)(LF)

(1)GSV 语句总数。

(2)本句 GSV 的编号。

(3)可见卫星的总数（00~12，前面的 0 也将被传输）。

(4)卫星编号（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）。

注：每条 GSV 语句最多包括四颗卫星的信息，其他卫星的信息将在下一条 $GPGSV 语句中输出。

举例如下： $GPGSV,3,1,12,02,39,117,25,04,02,127,,05,40,036,24,08,10,052,*7E $GPGSV,3,2,12,09,35,133,,10,01,073,,15,72,240,22,18,05,274,*7B $GPGSV,3,3,12,21,10,316,31,24,16,176,,26,65,035,42,29,46,277,18*7A

7．$GPGLL（定位地理信息，Geographic Position） $GPGLL 语句的基本格式如下： $GPGLL,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7)*hh(CR)(LF)

(1)纬度 ddmm.mmmmm（度分）

(2)纬度半球 N（北半球）或 S（南半球）

(3)经度 dddmm.mmmmm（度分）

(4)经度半球 E（东经）或 W（西经）

(5)UTC 时间：hhmmss（时分秒

(6)定位状态，A=有效定位，V=无效定位

(7)模式指示（A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效）

举例如下： $GPGLL,2308.28715,N,11322.09875,E,023543.00,A,A*6A

3. NMEA0183 协议校验参考程序

unsigned char Calc_GPS_Sum( const char* Buffer )
{
unsigned char i, j, k, sum;
sum = 0;
for ( i = 1; i < 255; i++ ) //i 从 1 开始是闪过$开始符
{
if ( ( Buffer[i] != '*' ) && ( Buffer[i] != 0x00 ) ) //判断结束符
{
sum ^= Buffer[i];//GPS 校验和算法为 XOR
}
else
{
break;
}
}
j = Buffer[i + 1];//取结束符后两位字符
k = Buffer[i + 2];
if ( isalpha( j ) ) //判断字符是否为英文字母，为英文字母时返回非零值，否则返回零
{
if ( isupper( j ) ) //判断字符为大写英文字母时，返回非零值，否则返回零
{
j -= 0x37;//强制转换为 16 进制
}
else
{
j -= 0x57;//强制转换为 16 进制
}
}
else
{
if ( ( j >= 0x30 ) && ( j <= 0x39 ) )
{
j -= 0x30;//强制转换为 16 进制
}
}
if ( isalpha( k ) ) //判断字符是否为英文字母，为英文字母时返回非零值，否则返回零
{
if ( isupper( k ) ) //判断字符为大写英文字母时，返回非零值，否则返回零
{
k -= 0x37;//强制转换为 16 进制
}
else
{
k -= 0x57;//强制转换为 16 进制
}
}
else
{
if ( ( k >= 0x30 ) && ( k <= 0x39 ) )
{
k -= 0x30;//强制转换为 16 进制
} }
j = ( j << 4 ) + k; //强制合并为 16 进制
// gps_sum = j;
if ( sum == j )
{
return Valid; //校验和正常
}
else
{
return Invalid; //校验和错误
} }