GPS資料包格式 資料解析

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世界時區的劃分圖

全球時區的劃分:

  每個時區跨15°經度。以0°經線為界向東向西各劃出7.5°經度,作為0時區。即0時區的經度範圍是7.5°W——7.5°E。從7.5°E與7.5°W分別向東、向西每15°經度劃分為一個時區,直到東11區和西11區。東11區最東部的經度是172.5°E,由172.5°E——180°之間就是東12區。西11區最西部的經度是172.5°W,由172.5°W——180°之間就是西12區。東、西12區各佔經度7.5°,合成一個完整的時區,即全球總共劃分為24個時區。東、西12區鐘點相同,日期相差1天,因此180°稱為理論上的國際日期變更線。
  由於地球的自轉運動,不同地區有不同的地方時間,為了解決時間混亂的問題,採取了劃分時區的辦法。每個時區中央經線所在地的地方時間就是這個時區共用的時間,稱為區時。在實際應用中各國不完全按照區時來定時間,許多國家制定一個法定時,作為該國統一使用的時間,例如我國使用120°E的地方時間,稱為北京時間。

  GPS 上電後,每隔一定的時間就會返回一定格式的資料,資料格式為:
$資訊型別,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x每行開頭的字元都是'$',接著是資訊型別,後面是資料,以逗號分隔開。
一行完整的資料如下:
$GPRMC,080655.00,A,4546.40891,N,12639.65641,E,1.045,328.42,170809,,,A*60

GPS資訊型別:

  • GPGSV:可見衛星資訊
  • GPGLL:地理定位資訊
  • GPRMC:推薦最小定位資訊
  • GPVTG:地面速度資訊
  • GPGGA:GPS定位資訊
  • GPGSA:當前衛星資訊

GPRMC 最小定位資訊:

資料詳解:$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh
  <1> UTC 時間,hhmmss(時分秒)格式
  <2> 定位狀態,A=有效定位,V=無效定位
  <3>緯度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也將被傳輸)
  <4> 緯度半球N(北半球)或S(南半球)
  <5>經度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也將被傳輸)
  <6> 經度半球E(東經)或W(西經)
  <7>地面速率(000.0~999.9節,前面的0也將被傳輸)
  <8>地面航向(000.0~359.9度,以真北為參考基準,前面的0也將被傳輸)
  <9> UTC 日期,ddmmyy(日月年)格式
  <10>磁偏角(000.0~180.0度,前面的0也將被傳輸)
  <11> 磁偏角方向,E(東)或W(西)
  <12>模式指示(僅NMEA01833.00版本輸出,A=自主定位,D=差分,E=估算,N=資料無效)

解析內容:

1.時間,這個是格林威治時間,是世界時間(UTC),我們需要把它轉換成北京時間(BTC),BTC和UTC差了8個小時,要在這個時間基礎上加8個小時。
2. 定位狀態,在接收到有效資料前,這個位是‘V’,後面的資料都為空,接到有效資料後,這個位是‘A’,後面才開始有資料。
3. 緯度,我們需要把它轉換成度分秒的格式,計算方法:如接收到的緯度是:4546.40891
  4546.40891/100=45.4640891可以直接讀出45度, 4546.40891–45*100=46.40891, 可以直接讀出46分
  46.40891–46 =0.40891*60=24.5346讀出24秒, 所以緯度是:45度46分24秒。
4. 南北緯,這個位有兩種值‘N’(北緯)和‘S’(南緯)
5. 經度的計算方法和緯度的計算方法一樣
6. 東西經,這個位有兩種值‘E’(東經)和‘W’(西經)
7.速率,這個速率值是海里/時,單位是節,要把它轉換成千米/時,根據:1海里=1.85公里,把得到的速率乘以1.85。
8. 航向,指的是偏離正北的角度
9. 日期,這個日期是準確的,不需要轉換

GPGGA GPS定位資料

資料詳解:$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx<CR><LF>
$GPGGA:起始引導符及語句格式說明(本句為GPS定位資料);
  <1> UTC 時間,格式為hhmmss.sss;
  <2> 緯度,格式為ddmm.mmmm(第一位是零也將傳送);
  <3> 緯度半球,N 或S(北緯或南緯)
  <4> 經度,格式為dddmm.mmmm(第一位零也將傳送);
  <5> 經度半球,E 或W(東經或西經)
  <6> 定位質量指示,0=定位無效,1=定位有效;
  <7>使用衛星數量,從00到12(第一個零也將傳送)
  <8>水平精確度,0.5到99.9
  <9>天線離海平面的高度,-9999.9到9999.9米M指單位米
  <10>大地水準面高度,-9999.9到9999.9米M指單位米
  <11>差分GPS資料期限(RTCMSC-104),最後設立RTCM傳送的秒數量
  <12>差分參考基站標號,從0000到1023(首位0也將傳送)。

解析內容:

  第9,10 個欄位,海平面高度和大地水準面高度,單位是米

GPVTG 地面速度資訊   

$GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh
  <1> 以正北為參考基準的地面航向(000~359度,前面的0也將被傳輸)
  <2> 以磁北為參考基準的地面航向(000~359度,前面的0也將被傳輸)
  <3> 地面速率(000.0~999.9節,前面的0也將被傳輸)
  <4> 地面速率(0000.0~1851.8公里/小時,前面的0也將被傳輸)
  <5> 模式指示(僅NMEA0183 3.00版本輸出,A=自主定位,D=差分,E=估算,N=資料無效

GPGSV 可視衛星狀態

  例:$GPGSV,2,1,08,06,33,240,45,10,36,074,47,16,21,078,44,17,36,313,42*78
  標準格式: $GPGSV,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),…(4),(5),(6),(7)*hh(CR)(LF) 
各部分含義為:
  (1)總的GSV語句電文數;2;
  (2)當前GSV語句號:1;
  (3)可視衛星總數:08;
  (4)PRN碼(偽隨機噪聲碼) 也可以認為是衛星編號
  (5)仰角(00~90度):33度;
  (6)方位角(000~359度):240度;
  (7)訊雜比(00~99dB):45dB(後面依次為第10,16,17號衛星的資訊);   *總和校驗域;    hh 總和校驗數:78;   (CR)(LF)回車,換行。   
注:每條語句最多包括四顆衛星的資訊,每顆衛星的資訊有四個資料項,即:
    (4)-衛星號,(5)-仰角,(6)-方位角,(7)-訊雜比。   
例:
  $GPGSV,3,1,10,24,82,023,40,05,62,285,32,01,62,123,00,17,59,229,28*70
  每條語句包含四部分內容,例如:第一部分是“24,82,023,40”,第二部分是“05,62,285,32”等等。
每部分的第一個詞為PRC,第二個詞為衛星高程,跟著為方位角和訊號強度。
  這個語句裡最重要的指標應該算是“訊號躁聲比(signal-to-noise ratio)”(以下簡稱為SNR)。
這個數值標示衛星訊號的接收率。我們知道,衛星是以相同的強度發射訊號,但是傳播過程中難免會遇到諸如樹和牆之類的 障礙物,這樣就影響了訊號的識別。
典型的SNR值在0到50之間,其中50表示非常好的訊號。(SNR可以達到99)。

GPGSA 當前衛星資訊

  例:$GPGSA,A,3,01,20,19,13,,,,,,,,,40.4,24.4,32.2*0A
 
欄位0:$GPGSA,語句ID,表明該語句為GPS DOP and Active Satellites(GSA)當前衛星資訊   
欄位1:定位模式,A=自動手動2D/3D,M=手動2D/3D   
欄位2:定位型別,1=未定位,2=2D定位,3=3D定位   
欄位3:PRN碼(偽隨機噪聲碼),第1通道正在使用的衛星PRN碼編號(00)(前導位數不足則補0)   
欄位4:PRN碼(偽隨機噪聲碼),第2通道正在使用的衛星PRN碼編號(00)(前導位數不足則補0)   
欄位5:PRN碼(偽隨機噪聲碼),第3通道正在使用的衛星PRN碼編號(00)(前導位數不足則補0)   
欄位6:PRN碼(偽隨機噪聲碼),第4通道正在使用的衛星PRN碼編號(00)(前導位數不足則補0)   
欄位7:PRN碼(偽隨機噪聲碼),第5通道正在使用的衛星PRN碼編號(00)(前導位數不足則補0)   
欄位8:PRN碼(偽隨機噪聲碼),第6通道正在使用的衛星PRN碼編號(00)(前導位數不足則補0)   
欄位9:PRN碼(偽隨機噪聲碼),第7通道正在使用的衛星PRN碼編號(00)(前導位數不足則補0)   
欄位10:PRN碼(偽隨機噪聲碼),第8通道正在使用的衛星PRN碼編號(00)(前導位數不足則補0)   
欄位11:PRN碼(偽隨機噪聲碼),第9通道正在使用的衛星PRN碼編號(00)(前導位數不足則補0)   
欄位12:PRN碼(偽隨機噪聲碼),第10通道正在使用的衛星PRN碼編號(00)(前導位數不足則補0)   
欄位13:PRN碼(偽隨機噪聲碼),第11通道正在使用的衛星PRN碼編號(00)(前導位數不足則補0)   
欄位14:PRN碼(偽隨機噪聲碼),第12通道正在使用的衛星PRN碼編號(00)(前導位數不足則補0)   
欄位15:PDOP綜合位置精度因子(0.5 – 99.9)   
欄位16:HDOP水平精度因子(0.5 – 99.9)   
欄位17:VDOP垂直精度因子(0.5 – 99.9)   
欄位18:校驗值

以MTK平臺主機獲取到的資料為例:

$GPRMC,092927.000,A,2235.9058,N,11400.0518,E,0.000,74.11,151216,,D*49
$GPVTG,74.11,T,,M,0.000,N,0.000,K,D*0B
$GPGGA,092927.000,2235.9058,N,11400.0518,E,2,9,1.03,53.1,M,-2.4,M,0.0,0*6B
$GPGSA,A,3,29,18,12,25,10,193,32,14,31,,,,1.34,1.03,0.85*31
$GPGSV,3,1,12,10,77,192,17,25,59,077,42,32,51,359,39,193,49,157,36*48
$GPGSV,3,2,12,31,47,274,25,50,46,122,37,18,45,158,37,14,36,326,18*70
$GPGSV,3,3,12,12,24,045,45,26,17,200,18,29,07,128,38,21,02,174,*79
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GPRMC的資訊以上格式可以解析為:

09h29m27s,有效定位,維度2235.9058(海里/時,單位是節),北半球,經度11400.0518,東經,地面速率0.000,地面航向74.11(偏離正北的角度),UTC日期15日12月16年,磁偏角,磁偏角方向,

部分解析程式碼

以下為網友提供的部分解析程式碼可供參考:
建立一個GPS資料結構體:

typedef data struct{
double latitude; //經度
double longitude; //緯度
int latitude_Degree;    //度
int        latitude_Cent;   //分
int     latitude_Second; //秒
int longitude_Degree;    //度
int        longitude_Cent;  //分
int     longitude_Second; //秒
float     speed; //速度
float     direction; //航向
float     height; //海拔高度
int satellite;
U8     NS;
U8     EW;
DATE_TIME D;
}GPS_INFO;
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時間結構體:

typedef struct{
int year; 
int month; 
int day;
int hour;
int minute;
int second;
}DATE_TIME;
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核心演算法就是解析GPRMC資料,得到經緯度,日期時間,速度,航向:

int GPS_RMC_Parse(char *line, GPS_INFO *GPS)
{
U8 ch, status, tmp;
float lati_cent_tmp, lati_second_tmp;
float long_cent_tmp, long_second_tmp;
float speed_tmp;
char *buf = line;
ch = buf[5];
status = buf[GetComma(2, buf)];
if (ch == 'C') //如果第五個字元是C,($GPRMC)
{
if (status == 'A') //如果資料有效,則分析
{
GPS->NS = buf[GetComma(4, buf)];
GPS->EW = buf[GetComma(6, buf)];
GPS->latitude = Get_Double_Number(&buf[GetComma(3, buf)]);
GPS->longitude = Get_Double_Number(&buf[GetComma(5, buf)]);
GPS->latitude_Degree = (int)GPS->latitude / 100; //分離緯度
lati_cent_tmp = (GPS->latitude - GPS->latitude_Degree * 100);
GPS->latitude_Cent = (int)lati_cent_tmp;
lati_second_tmp = (lati_cent_tmp - GPS->latitude_Cent) * 60;
GPS->latitude_Second = (int)lati_second_tmp;
GPS->longitude_Degree = (int)GPS->longitude / 100;    //分離經度
long_cent_tmp = (GPS->longitude - GPS->longitude_Degree * 100);
GPS->longitude_Cent = (int)long_cent_tmp; 
long_second_tmp = (long_cent_tmp - GPS->longitude_Cent) * 60;
GPS->longitude_Second = (int)long_second_tmp;
speed_tmp = Get_Float_Number(&buf[GetComma(7, buf)]); //速度(單位:海里/時)
GPS->speed = speed_tmp * 1.85; //1海里=1.85公里
GPS->direction = Get_Float_Number(&buf[GetComma(8, buf)]); //角度            
GPS->D.hour = (buf[7] - '0') * 10   (buf[8] - '0');        //時間
GPS->D.minute = (buf[9] - '0') * 10   (buf[10] - '0');
GPS->D.second = (buf[11] - '0') * 10   (buf[12] - '0');
tmp = GetComma(9, buf);
GPS->D.day = (buf[tmp   0] - '0') * 10   (buf[tmp   1] - '0'); //日期
GPS->D.month = (buf[tmp   2] - '0') * 10   (buf[tmp   3] - '0');
GPS->D.year = (buf[tmp   4] - '0') * 10   (buf[tmp   5] - '0')   2000;
UTC2BTC(&GPS->D);
return 1;
}        
}
return 0;
}
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line是串列埠接收的一行資料buf

GetComma函式作用是一行資料中第幾個逗號後面那個字元在這行資料中的位置

Get_Double_Number函式作用是把給定字串第一個逗號之前的字元轉化成雙精度型,在這裡就是把代表經度和緯度的字串轉換成數字,同樣的函式還有Get_Float_Number

UTC2BTC函式是將世界時間轉換成北京時間(相差8小時)

在LCD顯示程式中把GPS_INFO結構體的已經被賦值的變數顯示到屏上相應的位置即可

還有一個GPGGA資訊段可以提供海拔高度和衛星數量資訊

int GPS_GGA_Parse(char *line, GPS_INFO *GPS)
{
U8 ch, status;
char *buf = line;
ch = buf[4];
status = buf[GetComma(2, buf)];
if (ch == 'G') //$GPGGA
{
if (status != ',')
{
GPS->height = Get_Float_Number(&buf[GetComma(9, buf)]);
GPS->satellite = Get_Int_Number(&buf[GetComma(7, buf)]);
return 1;
}
}
return 0;
}