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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