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GPS數據遵循NMEA-0183協議,該數據標准是由NMEA(National Marine Electronics Association,美國國家海事電子協會)於1983年制定的。統一標准格式NMEA-0183輸出采用ASCII 碼,其串行通信的參數為:波特率=4800bps,數據位=8bit,開始位=1bit,停止位=1bit,無奇偶校驗。
數據傳輸以“語句”的方式進行,每個語句均以“$”開頭,然后是兩個字母的“識別符”和三個字母的“語句名”,接着就是以逗號分割的數據體,語句末尾為校驗和,整條語句以回車換行符結束。
NMEA-0183的數據信息有十幾種,這些信息的作用分別是:$GPGGA:輸出GPS的定位信息;$GPGLL:輸出大地坐標信息;$GPZDA:輸 出UTC時間信息;$GPGSV:輸出可見的衛星信息;$GPGST:輸出定位標准差信息;$GPGSA:輸出衛星DOP值信息;$GPALM:輸出衛星 星歷信息;$GPRMC:輸出GPS推薦的最短數據信息等。
I. 輸出語句說明:
1,
$GPRMC語句(Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data-RMC,推薦定位信息1次/1秒)
對於一般的GPS動態定位應用,GPRMC語句完全滿足要求。該語句中包括經緯度、速度、時間和磁偏角等字段,這些數據為導航定位應用提供了充分的信息。下表詳細說明GPRMC語句中的各個字段:
$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,,<12>
字段 $GPRMC語句意義——取值范圍
<1> UTC時間:hhmmss.ss——000000.00~235959.99
<2> 狀態,有效性 ——A表示有效;V表示無效
<3> 緯度格式:ddmm.mmmm——0000.00000~8959.9999
<4> 南北半球——N北緯;S南緯
<5> 經度格式:dddmm.mmmm——00000.0000~17959.9999
<6> 東西半球——E表示東經;W表示西經
<7> 地面速度——000.00~999.999
<8> 速度方向——000.00~359.99
<9> 日期格式,月日年——010100~123199
<10> 磁偏角,單位:度——00.00~99.99
磁偏角方向——E表示東;W表示西
<12> 模式指示及校驗和—— A=自主定位,D=差分,E=估算,N=數據無效
例如:$GPRMC,074529.82,A,2429.6717,N,11804.6973,E,12.623,32.122,010806,,W,A*08
2,
$GPGGA語句(Global Positioning System Fix Data-GGA,GPS定位信息, 輸出1次/1秒)
GPS定位主要數據,該語句中包括經緯度、質量因子、HDOP、高程、基准站號等字段。下表詳細說明GPGGA語句中的各個字段:
$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,,<12>,,<14>
字段 $GPGGA語句意義——取值范圍
<1> UTC時間:hhmmss.ss——000000.00~235959.99
<2> 緯度,格式:ddmm.mmmm ——0000.00000~8959.9999
<3> 南北半球——N北緯;S南緯
<4> 經度格式:dddmm.mmmm ——00000.0000~17959.9999
<5> 東西半球——E表示東經;W表示西經
<6> 質量因子——0=未定位,1=GPS單點定位固定解,2=差分定位,3=PPS解;4=RTK固定解;5=RTK浮點解;6=估計值;7=手工輸入模式;8=模擬模式;
<7> 應用解算位置的衛星數——00~12
<8> HDOP,水平圖形強度因子——0.500~99.000 ;大於6不可用
<9> 天線高程(海平面)——-9999.9~99999.9
<10> 線線高程單位(m) ——m
大地水准面起伏——地球橢球面相對大地水准面的高度
<12> 大地水准面起伏單位(m) ——m
<13> 差分GPS數據期——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為空),不使用DGPS時為空
<14> 基准站號——0000~1023;不使用DGPS時為空
$GPGGA,074529.82,2429.6717,N,11804.6973,E,1,8,1.098,42.110,M,,M,,*76
3,
$GPGSV語句(GPS Satellites in View-GSV,可見衛星信息,1次/5秒)
GPS可見星的方位角、俯仰角、信噪比等每條語句最多包括四顆衛星的信息,每顆衛星的信息有四個數據項,即:(4)-衛星號,(5)-仰角,(6)-方位角,(7)-信噪比
$GPGSV,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>,<13>,<14>,<15>,<16>,<17>,<18>,<19>
字段 $GPGSV語句意義——取值范圍
<1> 總的GSV語句電文數——0~12
<2> 當前GSV語句號
<3> 可視衛星總數——0~32
<4> 衛星號——1~32
<5> 仰角——00~90
<6> 方位角——000~359
<7> 信噪比——00~99dB無表未接收到訊號
<8> 衛星號——1~32
<9> 仰角——00~90
<10> 方位角——000~359
信噪比——00~99dB無表未接收到訊號
<12> 衛星號——1~32
<13> 仰角——00~90
<14> 方位角——000~359
<15> 信噪比——00~99dB 無表示未接收到訊號
<16> 衛星號——1~32
<17> 仰角——00~90
<18> 方位角——000~359
<19> 效驗和,格式:*效驗和——檢查位
$GPGSV,3,1,11,1,83,54,32,3,19,192,28,6,26,57,36,7,51,140,37*7D
$GPGSV,3,2,11,14,40,136,34,16,64,266,36,20,21,293,,22,2,168,*4C
$GPGSV,3,3,11,23,10,321,,25,53,7,40,30,2,46,*48
4,
$GPVTG語句(Track Made Good and Ground Speed-VTG,地面速度信息)
格式:$GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh
字段 $GPVTG語句意義——取值范圍
<1> 以真北為參考基准的地面航向——000.000~359.999
<2> 以磁北為參考基准的地面航向——000.000~359.999
<3> 地面速率——000.000~999.999節
<4> 地面速率——0000.0~1851.8公里/小時
<5> 模式指示——A=自主定位,D=差分,E=估算,N=數據無效(僅NMEA0183 3.00版本輸出)
<6> hh 校檢位
$GPVTG,257.314,T,257.314,M,10.739,N,19.888,K,A*2F
5,$GPGSA語句(GPS DOP and Active Satellites-GSA,當前衛星信息,1次/1秒)
GSA : GNSS 的當前衛星和精度因子,包括可見衛星PRN號,以及PDOP、HDOP、VDOP。如:
<1> 模式 ——M = 手動, A = 自動。
<2> 定位類型——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。正在用於解算位置的衛星號(01~32,前面的0也將被傳輸)。
<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).
$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,,,,,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>
$GPGSA,A,3,19,11,03,23,27,13,16,,,,,,3.43,1.67,2.99*0E
6,$GPGLL語句(輸出大地坐標信息)
$GPGLL,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>*61
字段 $GPGLL語句意義——取值范圍
<1> 緯度:ddmm.mmmmm——0000.00000~8959.9999
<2> 南緯或北緯——北緯N,S南緯
<3> 經度:dddmm.mmmmm——0000.00000~17959.99999
<4> 東、西經 ——東經E,西經W
<5> UTC時間——hh:mm:ss
<6> 數據狀態——A有效,V無效
$GPGLL,2431.25310,N,11806.15429,E,081401.00,A,A*61
7,$GPZDA 語句(輸出UTC時間和日期信息)
$GPZDA, <1>,<2>,<3>,<4>,<5>*hh
字段 $GPZDA語句意義——取值范圍
<1> 時間:hhmmss.ss——0000000.00~235959.99
<2> 日——00~31
<3> 月——00~12
<4> 年——0000~9999
<5> 地方時與世界時之差
<6> 檢校位 *hh——*
$GPZDA,081401.00,14,09,2006,00,00*62
8,$GPGST 語句(GPS 偽距噪聲統計,包括了三維坐標的標准偏差信息)
字段——示例——說明
Sentence ID ——$GPGST
UTC Time——024603.00——UTC time of associated GGA fix
RMS deviation——3.2——Total RMS standard deviation of ranges inputs to the navigation solution
Semi-major deviation——6.6——Standard deviation (meters) of semi-major axis of error ellipse
Semi-minor deviation——4.7——Standard deviation (meters) of semi-minor axis of error ellipse
Semi-major orientation——47.3——Orientation of semi-major axis of error ellipse (true north degrees)
Latitude error deviation——5.8——Standard deviation (meters) of latitude error
Longitude error deviation——5.6——Standard deviation (meters) of longitude error
Altitude error deviation——22.0——Standard deviation (meters) of latitude error
Checksum—— *58
$GPGST,024603.00,3.2,6.6,4.7,47.3,5.8,5.6,22.0*58
9,$GPCN0語句
各顆用於解算的衛星信噪比:
$GPCN0,30,40,35,26,24,36,31,38
II. 輸出時間
說明:
GPGGA(1次/1秒)
GPGSA(1次/1秒)
GPGSV(1次/5秒)
GPRMC(1次/1秒)
另可選用GLL,VTG或SiRF二進制格式.
III. 座標系統WGS84
WGS-84坐標系(World Geodetic System)是一種國際上采用的地心坐標系。坐標原點為地球質心,其地心空間直角坐標系的Z軸指向國際時間局(BIH)1984.0定義的協議地極 (CTP)方向,X軸指向BIH1984.0的協議子午面和CTP赤道的交點,Y軸與Z軸、X軸垂直構成右手坐標系,稱為1984年世界大地坐標系。這是 一個國際協議地球參考系統(ITRS),是目前國際上統一采用的大地坐標系。GPS廣播星歷是以WGS-84坐標系為根據的。
WGS84坐標系,長軸6378137.000m,短軸6356752.314,扁率1/298.257223563。
DOP值有三種測量類型:
水平、垂直和說明(mean)。HDOP測量它和經緯度的關系作為精度,VDOP測量他和海拔的關系作為精度,PDOP,給出一個關於經緯度、海拔精度的完整等級。每個DOP值都是1到50之間數值,其中50 表示非常差的精度,1則表示很理想的精確度。
表2-1列出了划分的一份精確的PDOP值細目分類。PDOP分類描述:
PDOP值——評價——說明
1~2——理想——這是最高的信任級別,應用程序可以在任何時候獲取最高的精度
2~3——極好——值得信任的級別,位置的測量相當精確,可以應用於絕大多數應用程序,但是有些非常敏感的應用程序就不行了
4~6——好——這是用來做商業應用的最低等級。位置的測量可以用來做線路導航建議
7~8——中等——位置測量可以用來計算,但是質量還應該提高。推薦用語天空觀察
9~20——中下——信任級別很低。位置測量結果應該丟棄或者僅用於粗略估計當前位置
21~50——差——在這個級別的測量結果是不精確的,大概會有半個足球場大的誤差,應該丟棄