GPS NEMA 0183協議

一、 NMEA0183標準語句(GPS經常使用語句)
$GPGGA
例：$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,19.7,M,,,,0000*1F
字段0：$GPGGA。語句ID。表明該語句為Global Positioning System Fix Data（GGA）GPS定位信息
字段1：UTC 時間。hhmmss.sss。時分秒格式
字段2：緯度ddmm.mmmm，度分格式（前導位數不足則補0）
字段3：緯度N（北緯）或S（南緯）
字段4：經度dddmm.mmmm，度分格式（前導位數不足則補0）
字段5：經度E（東經）或W（西經）
字段6：GPS狀態。0=未定位。1=非差分定位，2=差分定位。3=無效PPS，6=正在估算
字段7：正在使用的衛星數量（00 - 12）（前導位數不足則補0）
字段8：HDOP水平精度因子（0.5 - 99.9）
字段9：海拔高度（-9999.9 - 99999.9）
字段10：地球橢球面相對大地水準面的高度
字段11：差分時間（從近期一次接收到差分信號開始的秒數。假設不是差分定位將為空）
字段12：差分站ID號0000 - 1023（前導位數不足則補0，假設不是差分定位將為空）
字段13：校驗值

$GPGLL
例：$GPGLL,4250.5589,S,14718.5084,E,092204.999,A*2D
字段0：$GPGLL，語句ID，表明該語句為Geographic Position（GLL）地理定位信息
字段1：緯度ddmm.mmmm，度分格式（前導位數不足則補0）
字段2：緯度N（北緯）或S（南緯）
字段3：經度dddmm.mmmm，度分格式（前導位數不足則補0）
字段4：經度E（東經）或W（西經）
字段5：UTC時間。hhmmss.sss格式
字段6：狀態。A=定位，V=未定位
字段7：校驗值

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

$GPGSV
例：$GPGSV,3,1,10,20,78,331,45,01,59,235,47,22,41,069,,13,32,252,45*70
字段0：$GPGSV。語句ID，表明該語句為GPS Satellites in View（GSV）可見衛星信息
字段1：本次GSV語句的總數目（1 - 3）
字段2：本條GSV語句是本次GSV語句的第幾條（1 - 3）
字段3：當前可見衛星總數（00 - 12）（前導位數不足則補0）
字段4：PRN 碼（偽隨機噪聲碼）（01 - 32）（前導位數不足則補0）
字段5：衛星仰角（00 - 90）度（前導位數不足則補0）
字段6：衛星方位角（00 - 359）度（前導位數不足則補0）
字段7：信噪比（00－99）dbHz
字段8：PRN 碼（偽隨機噪聲碼）（01 - 32）（前導位數不足則補0）
字段9：衛星仰角（00 - 90）度（前導位數不足則補0）
字段10：衛星方位角（00 - 359）度（前導位數不足則補0）
字段11：信噪比（00－99）dbHz
字段12：PRN 碼（偽隨機噪聲碼）（01 - 32）（前導位數不足則補0）
字段13：衛星仰角（00 - 90）度（前導位數不足則補0）
字段14：衛星方位角（00 - 359）度（前導位數不足則補0）
字段15：信噪比（00－99）dbHz
字段16：校驗值

$GPRMC
例：$GPRMC,024813.640,A,3158.4608,N,11848.3737,E,10.05,324.27,150706,,,A*50
字段0：$GPRMC。語句ID，表明該語句為Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推薦最小定位信息
字段1：UTC時間，hhmmss.sss格式
字段2：狀態，A=定位。V=未定位
字段3：緯度ddmm.mmmm。度分格式（前導位數不足則補0）
字段4：緯度N（北緯）或S（南緯）
字段5：經度dddmm.mmmm。度分格式（前導位數不足則補0）
字段6：經度E（東經）或W（西經）
字段7：速度。節，Knots
字段8：方位角，度
字段9：UTC日期，DDMMYY格式
字段10：磁偏角。（000 - 180）度（前導位數不足則補0）
字段11：磁偏角方向。E=東W=西
字段16：校驗值

$GPVTG
例：$GPVTG,89.68,T,,M,0.00,N,0.0,K*5F
字段0：$GPVTG。語句ID，表明該語句為Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息
字段1：運動角度，000 - 359，（前導位數不足則補0）
字段2：T=真北參照系
字段3：運動角度，000 - 359。（前導位數不足則補0）
字段4：M=磁北參照系
字段5：水平運動速度（0.00）（前導位數不足則補0）
字段6：N=節，Knots
字段7：水平運動速度（0.00）（前導位數不足則補0）
字段8：K=公裏/時，km/h
字段9：校驗值

Data and time (ZDA) 時間和日期信息
$GPZDA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>*hh<CR><LF>
<1> UTC時間，hhmmss（時分秒）格式
<2> UTC日期，日
<3> UTC日期。月
<4> UTC日期，年<5>時區

Datum (DTM) 大地坐標系信息
$GPDTM,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>*hh<CR><LF>
<1>本地坐標系代碼 W84
<2>坐標系子代碼 空
<3>緯度偏移量
<4>緯度半球N（北半球）或S（南半球）
<5>經度偏移量
<6>經度半球E（東經）或W（西經）
<7>高度偏移量
<8>坐標系代碼 W84

二、 GARMIN定義的語句
1、 Estimated Error Information（PGRME）預計誤差信息
$PGRME,<1>,M,<2>,M,<3>,M*hh<CR><LF>
<1> HPE（水平預計誤差），0.0~999.9米
<2> VPE（垂直預計誤差）。0.0~999.9米
<3> EPE（位置預計誤差）。0.0~999.9米
2、 GPS Fix Data Sentence（PGRMF）GPS定位信息
$PGRMF,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>,<13>,<14>,<15>*hh<CR><LF

>
<1> GPS周數（0~1023）
<2> GPS秒數（0~604799）
<3> UTC日期。ddmmyy（日月年）格式
<4> UTC時間，hhmmss（時分秒）格式
<5> GPS跳秒數
<6> 緯度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）
<7> 緯度半球N（北半球）或S（南半球）
<8> 經度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）
<9> 經度半球E（東經）或W（西經）
<10> 模式，M=手動。A=自己主動
<11> 定位類型，0=沒有定位，1=2D定位，2=3D定位
<12> 地面速率（0~1851公裏/小時）
<13> 地面航向（000~359度。以真北為參考基準）
<14> PDOP位置精度因子（0~9，四舍五入取整）
<15> TDOP時間精度因子（0~9。四舍五入取整）
3、 Map Datum（PGRMM）坐標系統信息
$PGRMM,<1>*hh<CR><LF>
<1> 當前使用的坐標系名稱（數據長度可變，如“WGS 84”）
註：該信息在與MapSource進行實時連接的時候使用。
4、 Sensor Status Information（PGRMT）工作狀態信息
$PGRMT,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>*hh<CR><LF>
<1> 產品型號和軟件版本號（數據長度可變，如“GPS 15L/15H VER 2.05”）
<2> ROM校驗測試。P=通過。F=失敗
<3> 接收機不連續故障，P=通過，F=失敗
<4> 存儲的數據，R=保持，L=丟失
<5> 時鐘的信息。R=保持。L=丟失
<6> 振蕩器不連續漂移。P=通過。F=檢測到過度漂移
<7> 數據不連續採集，C=正在採集，假設沒有採集則為空
<8> GPS接收機溫度。單位為攝氏度
<9> GPS接收機配置數據，R=保持。L=丟失
註：本語句每分鐘發送一次，與所選擇的波特率無關。

5、 3D velocity Information（PGRMV）三維速度信息
$PGRMV,<1>,<2>,<3>*hh<CR><LF>
<1> 東向速度，514.4~514.4米/秒
<2> 北向速度，514.4~514.4米/秒
<3> 上向速度，999.9~9999.9米/秒
6、 DGPS Beacon Information（PGRMB）信標差分信息
$PGRMB,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,K,<6>,<7>,<8>*hh<CR><LF>
<1> 信標站頻率（0.0。283.5~325.0kHz，間隔為0.5kHz）
<2> 信標比特率（0，25。50。100或200bps）
<3> SNR信標信號信噪比（0~31）
<4> 信標數據質量（0~100）
<5> 與信標站的距離，單位為公裏
<6> 信標接收機的通訊狀態，0=檢查接線，1=無信號。2=正在調諧，3=正在接收，4=正在掃描
<7> 差分源。R=RTCM，W=WAAS，N=非差分定位
<8> 差分狀態，A=自己主動。W=僅為WAAS，R=僅為RTCM。N=不接收差分信號

三、TEXT文本格式說明:

區域描寫敘述: 長度: 凝視:
----------------------- ------- ------------------------
句頭起始符 1 始終為 [email protected]
----------------------- ------- ------------------------
/年 2 UTC年的最後兩位數字
| ----------------------- ------- ------------------------
| 月 2 UTC月, "01".."12"
T | ----------------------- ------- ------------------------
i | 日 2 UTC日, "01".."31"
m | ----------------------- ------- ------------------------
e | 時 2 UTC時, "00".."23"
| ----------------------- ------- ------------------------
| 分 2 UTC分, "00".."59"
| ----------------------- ------- ------------------------
\秒 2 UTC秒, "00".."59"
----------------------- ------- ------------------------
/緯度半球 1 ‘N‘ 或 ‘S‘
| ----------------------- ------- ------------------------
| 緯度坐標 7 WGS84坐標系統。坐標格式ddmmmmm,
| 在第4位數字後省略了一個小數點。

| ----------------------- ------- ------------------------
| 經度半球 1 ‘E‘ 或 ‘W‘
| ----------------------- ------- ------------------------
| 經度坐標 8 WGS84坐標系統，坐標格式dddmmmmm,
P | 在第5位數字後省略了一個小數點。
o | ----------------------- ------- ------------------------
s | 定位狀態 1 ‘d‘ 2維差分定位
i | ‘D‘ 3維差分定位
t | ‘g‘ 2維定位
i | ‘G‘ 3維定位
o | ‘S‘ 模擬狀態
n | ‘_‘ 無效
| ----------------------- ------- ------------------------
| 水平定位誤差 3 單位為“米”
| ----------------------- ------- ------------------------
| 高度符號 1 ‘+‘ 或 ‘-‘
| ----------------------- ------- ------------------------
\高度 5 海拔高。單位為“米”
----------------------- ------- ------------------------
/東/西速度方向 1 ‘E‘ 或 ‘W‘
| ----------------------- ------- ------------------------
| 東/西速度 4 單位是“米/秒”。在第三位後省略了一個小數點。
| ("1234" = 123.4 m/s)
V | ----------------------- ------- ------------------------
e | 南/北速度方向 1 ‘S‘ 或 ‘N‘
l |
o | ----------------------- ------- ------------------------
c | 南/北速度 4 單位是“米/秒”，在第三位後省略了一個小數點。
i | ("1234" = 123.4 m/s)
t | ----------------------- ------- ------------------------
y | 垂直速度方向 1 ‘U‘ (上) 或 ‘D‘ (下)
| ----------------------- ------- ------------------------
| 垂直速度 4 單位是“米/秒”，在第二位後省略了一個小數點。
\ ("1234" = 12.34 m/s)
----------------------- ------- ------------------------
句尾結束符 2 回車, ‘0x0D‘, 和換行‘0x0A‘

實際使用中在軟件中須要實現的經常使用功能

在眼下手持項目中。正常的定位或導航系統，基本主要完畢例如以下的功能：

讀取當前坐標
使用報文：Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推薦定位信息

讀取速度
使用報文：Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息

讀取方向
使用報文：Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息
－－註：速度和方向的計算這塊，有一點須要註意，就是GPS接收機並不是簡單的將兩次坐標相減進行計算。而是採用的多普勒效應進行處理，所以在實際應用中，速度和方向的計算會稍後一點延遲，由於信號是1秒接收一次，並且方向的計算還要依據前幾秒的方向進行加權平均。

讀取衛星數及狀態
使用報文：GPS Satellites in View（GSV）可見衛星信息
GPS DOP and Active Satellites（GSA）當前衛星信息

GPS的誤差

有非常多種因素會影響到GPS的準確率，下面是一個GPS誤差引入簡表：
衛星時鐘誤差：0-1.5米
衛星軌道誤差：1-5米
電離層引入的誤差：0-30米
大氣層引入的誤差：0-30米
接收機本身的噪音：0-10米
多路反射：0-1米
總定位誤差：大約28米

上述的簡表。並不表示一定會存在這麽大的誤差，這是給出的最好及最差的範圍。當然最好情況不能同一時候發生。最差的情況也不能同一時候發生。

實際在衛星的導航電文中。已經包括了大氣層的修正參數，可以消除50%到70%的誤差。並且這兩年出的GPS的誤差大致範圍是10米或以內。

在現有情況下，民用級單臺GPS接收機要想達到1m以內的精度是不可能實現的，原因除GPS本身精度外，還包含地圖、定位點測繪、嵌入式設備的執行速度等，所以過度追求定位精度對於民用產品來說已無實際的意義。

GPS的漂移

漂移是GPS導航時須要處理的問題之中的一個，漂移主要有兩個方面。第一。速度過快，以至於GPS的響應時間短於當前執行速度。出現漂移。第二。在高大建築密集或天氣情況不好的地方，由於GPS信號經過多次的折、反射。造成信號誤差，出現漂移。

解決GPS漂移主要從雙方面入手：
一、主系統的設計主要降低在近距離內對GPS信號的幹擾。

二、軟件處理。

軟件處理主要集中在導航軟件處完畢，導航軟件會將坐標定位在道路之內，假設GPS接收到的信號超出道路的半徑範圍將自己主動過濾這個數據。並依據上次的速度及方向推算出當前點的位置。

對於靜態漂移，也有建議做軟件推斷：
1.檢測到的狀態為精巧時，強制速度為0；
2.速度為0時，強制方向為0。
3.數據中的速度值為0時。就不去更新地圖上的經緯度。
4.通過比較上次定位數據的經緯度差的絕對值（同一時候包含時間）再來判定是否有慢速移動。

另外有些GPS模塊（UBLOX）可設置精巧模式、行走模式、汽車模式、海上模式、飛行模式。通過設置這些參數來解決漂移問題。

GPS NEMA 0183協議