GPS NMEA 0183協議規格說明

NMEA 是 National Marine Electronics Association 的縮寫,是美國國家海洋電子協會的簡稱,現在是 GPS 導航設備統一的 RTCM 標準協議。NMEA-0183 協議是目前 GPS 接收機上使用最廣泛的協議,大多數常見的 GPS 接收機、GPS 數據處理軟件、導航軟件都遵守或者至少兼容這個協議。

 

如果你使用過 GPS 傳感器,那麼可能對從串口中冒出了大量以 GPGGA、GPGSA、GPRMC 等開頭的數據有印象,它們就是 NMEA-0183 協議數據。

 $GPGGA,121252.000,3937.3032,N,11611.6046,E,1,05,2.0,45.9,M,-5.7,M,,0000*77
 $GPRMC,121252.000,A,3958.3032,N,11629.6046,E,15.15,359.95,070306,,,A*54
 $GPVTG,359.95,T,,M,15.15,N,28.0,K,A*04
 $GPGGA,121253.000,3937.3090,N,11611.6057,E,1,06,1.2,44.6,M,-5.7,M,,0000*72
 $GPGSA,A,3,14,15,05,22,18,26,,,,,,,2.1,1.2,1.7*3D
 $GPGSV,3,1,10,18,84,067,23,09,67,067,27,22,49,312,28,15,47,231,30*70
 $GPGSV,3,2,10,21,32,199,23,14,25,272,24,05,21,140,32,26,14,070,20*7E
 $GPGSV,3,3,10,29,07,074,,30,07,163,28*7D

在這些數據中,包含了位置、速度、時間等信息,通過解析這數據,就可以實時獲取物體的位置信息,或者實現時間同步。

 

協議格式

NMEA 0183 通訊協議是以 ASCII 碼爲基礎的,一般格式如下:

 $aaaaa,df1,df2,....[CR][LF]

格式說明:

  • $ 爲起始標誌;
  • , 爲域分隔符;
  • * 爲校驗和識別符,其後兩位數爲校驗和,代表了 $和 * 之間所有字符的按位異或值(不包括這兩個字符);
  • \r\n 爲終止符(不可見),所有的語句必須以來結束,也就是 ASCII 字符的“回車”(十六進制的 0D)和“換行”(十六進制的 0A)。

NMEA-0183 協議定義的語句非常多,但是常用的或者說兼容性最廣的語句只有 GPGGA、GPGSA、GPGSV、GPRMC、GPVTG、GPGLL 等。下面給出這些常用 NMEA 0183 語句的字段定義解釋。

 

GPGSA

GPS DOP and Active Satellites(GSA)當前衛星信息

 $GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,,,,,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>

各字段描述如下:

  • <1> 模式 :M = 手動, A = 自動。
  • <2> 定位型式 1 = 未定位, 2 = 二維定位, 3 = 三維定位。
  • <3> PRN 數字:01 至 32 表天空使用中的衛星編號,最多可接收 12 顆衛星信息。
  • <4> PDOP 位置精度因子(0.5~99.9)
  • <5> HDOP 水平精度因子(0.5~99.9)
  • <6> VDOP 垂直精度因子(0.5~99.9)
  • <7> Checksum(檢查位)

 

GPGSV

GPS Satellites in View(GSV)可見衛星信息

 $GPGSV, <1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,?<4>,<5>,<6>,<7>,<8>

各字段描述如下:

  • <1> GSV語句的總數
  • <2> 本句GSV的編號
  • <3> 可見衛星的總數,00 至 12。
  • <4> 衛星編號, 01 至 32。
  • <5> 衛星仰角, 00 至 90 度。
  • <6> 衛星方位角, 000 至 359 度。實際值。
  • <7> 訊號噪聲比(C/No), 00 至 99 dB;無表未接收到訊號。
  • <8> Checksum(檢查位)

注意:第 <4>,<5>,<6>,<7> 項個別衛星會重複出現,每行最多有四顆衛星。其餘衛星信息會於次一行出現,若未使用,這些字段會空白。

 

GPGGA

Global 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

各字段描述如下:

  • <1> UTC 時間,hhmmss(時分秒)格式
  • <2> 緯度 ddmm.mmmm(度分)格式(前面的 0 也將被傳輸)
  • <3> 緯度半球 N(北緯)或 S(南緯)
  • <4> 經度 dddmm.mmmm(度分)格式(前面的 0 也將被傳輸)
  • <5> 經度半球 E(東經)或 W(西經)
  • <6> GPS 狀態:0=未定位,1=非差分定位,2=差分定位,6=正在估算
  • <7> 正在使用解算位置的衛星數量(00~12)(前面的 0 也將被傳輸)
  • <8> HDOP 水平精度因子(0.5~99.9)
  • <9> 海拔高度(-9999.9~99999.9)
  • <10> 地球橢球面相對大地水準面的高度
  • <11> 差分時間(從最近一次接收到差分信號開始的秒數,如果不是差分定位將爲空)
  • <12> 差分站 ID 號 0000~1023(前面的 0 也將被傳輸,如果不是差分定位將爲空)

 

GPRMC

Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data(RMC)推薦定位信息

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

各字段描述如下:

  • <1> UTC 時間,格式 hhmmss.ssss,代表時分秒.毫秒
  • <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(北緯)或 S(南緯)
  • <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(方位角),等效於二維羅盤(000.0~359.9 度,以真北爲參考基準,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 NMEA0183 3.0 版本輸出,A=自主定位,D=差分,E=估算,N=數據無效)
  • 最後兩個字節是校驗和

注意:

  • 如果字段 4 的值等於 N,則字段 3 的值等於 ddmm.mmmmmm
  • 如果字段 4 的值等於 S,則字段 3 的值等於 -ddmm.mmmmmm
  • 如果字段 6 的值等於 E,則字段 5 的值等於 ddmm.mmmmmm
  • 如果字段 6 的值等於 W,則字段 5 的值等於 -ddmm.mmmmmm
  • 十進制北緯度數 = dd + mm.mmmmmm/60
  • 十進制南緯度數 = -(dd + mm.mmmmmm/60)
  • 十進制東經度數 = ddd + mm.mmmmmm/60
  • 十進制西經度數 = -(ddd + mm.mmmmmm/60)

 

GPVTG

Track Made Good and Ground Speed(VTG)地面速度信息

 $GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh

各字段描述如下:

  • <1> 以真北爲參考基準的地面航向(000~359 度,前面的 0 也將被傳輸)
  • <2> 以磁北爲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 NMEA 0183 3.0 版本輸出,A=自主定位,D=差分,E=估算,N=數據無效)

NMEA-0183協議是目前GNSS接收機上使用最廣泛的協議,大多數常見的GNSS接收機、GNSS數據處理軟件、導航軟件都遵守或者至少兼容這個協議。

下面對其常用字段進行分析

一、 XXGGA
此字段主要表示時間、經緯度位置、解算狀態、衛星顆數等相關信息,XX因模式的不同而不同
(1)單GPS
$GPGGA,062938.00,3110.4700719,N,12123.2657056,E,1,25,0.6,58.9666,M,0.000,M,99,AAAA*50

(2)單BD
$BDGGA,062938.00,3110.4700719,N,12123.2657056,E,1,25,0.6,58.9666,M,0.000,M,99,AAAA*4

(3)單GLONASS
$GLGGA,062938.00,3110.4700719,N,12123.2657056,E,1,25,0.6,58.9666,M,0.000,M,99,AAAA*4

(4)多星聯合定位
$GNGGA,062938.00,3110.4700719,N,12123.2657056,E,1,25,0.6,58.9666,M,0.000,M,99,AAAA*4

 

 

二、 XXGSA
用於解算衛星信息。
(1) 單GPS
$GPGSA,M,3,25,14,15,18,31,27,09,21,22,12,1.5,0.9,1.3*30

(2) 單BD
$BDGSA,M,3,141,143,144,146,147,148,149,150,2.7,1.7,2.2*2B

(3) 單GLONASS
$GLGSA,M,3,47,58,55,46,53,57,56,1.7,1.1,1.3*2D

(4) 多星聯合定位
$GNGSA,M,3,27,03,16,21,06,19,31,13,23,1.0,0.6,0.8*22

$GNGSA,M,3,141,142,143,144,147,148,150,1.0,0.6,0.8*10

$GNGSA,M,3,47,56,55,46,53,44,57,1.0,0.6,0.829

 

 三、XXGSV
可見衛星信息
每條GSV語句最多可以顯示4個可見衛星的信息,其他的衛星都會在下一條語句中輸出顯示。每種衛星系統都會單獨顯示,如下:GPS有3條GSV報文,北斗有2條GSV報文,GLONASS有3條GSV報文。
$GPGSV,3,1,09,19,46,206,41,16,55,015,43,31,24,120,37,06,82,060,43
73

$GPGSV,3,2,09,27,82,183,45,21,15,061,33,23,47,268,43,03,72,228,44*72

$GPGSV,3,3,09,13,34,304,38,*49

$BDGSV,2,1,07,143,53,202,37,145,15,257,40,148,72,234,38,141,49,145,37*67

$BDGSV,2,2,07,151,24,048,41,150,70,327,38,147,77,113,39,*65

$GLGSV,3,1,09,47,07,193,46,43,46,101,50,59,28,309,45,49,28,305,43*68

$GLGSV,3,2,09,48,35,239,45,42,21,040,44,57,24,063,39,44,24,161,47*67

$GLGSV,3,3,09,58, 46,012,45,51

 

三、 XXRMC
位置、速度、時間等信息。
(1) 單GPS
$GPRMC,064457.90,A,3110.4691141,N,12123.2667676,E,0.157,63.0,300713,0.0,W,A05

(2) 單BDS
$BDRMC,064457.90,A,3110.4691241,N,12123.2667666,E,0.157,63.0,300713,0.0,W,A*05

(3) 單GLONASS
$GLRMC,064457.90,A,3110.4691141,N,12123.2667646,E,0.157,63.0,300713,0.0,W,A*05

(4) 雙星或多星聯合定位
$GNRMC,064401.65,A,3110.4706987,N,12123.2653375,E,0.604,243.2,300713,0.0,W,A*3E


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