GPS數據包格式+數據解析

全球時區的劃分：

　　每個時區跨15°經度。以0°經線爲界向東向西各劃出7.5°經度，作爲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°經度劃分爲一個時區，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，即全球總共劃分爲24個時區。東、西12區鐘點相同，日期相差1天，因此180°稱爲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，爲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，稱爲區時。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，作爲該國統一使用的時間，例如我國使用120°E的地方時間，稱爲北京時間。

　　GPS 上電後，每隔一定的時間就會返回一定格式的數據，數據格式爲：
$信息類型，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x每行開頭的字符都是'$'，接着是信息類型，後面是數據，以逗號分隔開。
一行完整的數據如下：
$GPRMC,080655.00,A,4546.40891,N,12639.65641,E,1.045,328.42,170809,,,A*60

GPS信息類型：

• GPGSV：可見衛星信息
• GPGLL：地理定位信息
• GPRMC：推薦最小定位信息
• GPVTG：地面速度信息
• GPGGA：GPS定位信息
• GPGSA：當前衛星信息

GPRMC 最小定位信息：

數據詳解：$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NMEA01833.00版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數據無效)

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，在接收到有效數據前，這個位是‘V’，後面的數據都爲空，接到有效數據後，這個位是‘A’，後面纔開始有數據。
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定位數據

數據詳解：$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(本句爲GPS定位數據)；
　　<1> UTC 時間，格式爲hhmmss.sss；
　　<2> 緯度，格式爲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，格式爲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數據期限(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 個字段，海平面高度和大地水準面高度，單位是米

GPVTG 地面速度信息 　　

$GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh
　　<1> 以正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NMEA0183 3.00版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數據無效

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)　
各部分含義爲：
　　(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（僞隨機噪聲碼）　也可以認爲是衛星編號
　　(5)仰角(00～90度):33度;
　　(6)方位角(000～359度):240度;
　　(7)信噪比(00～99dB):45dB(後面依次爲第10，16，17號衛星的信息); 　　*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。 　　
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。
每部分的第一個詞爲PRC，第二個詞爲衛星高程，跟着爲方位角和信號強度。
　　這個語句裏最重要的指標應該算是“信號躁聲比（signal-to-noise ratio）”（以下簡稱爲SNR）。
這個數值標示衛星信號的接收率。我們知道，衛星是以相同的強度發射信號，但是傳播過程中難免會遇到諸如樹和牆之類的 障礙物，這樣就影響了信號的識別。
典型的SNR值在0到50之間，其中50表示非常好的信號。（SNR可以達到99）。

GPGSA 當前衛星信息

　　例：$GPGSA,A,3,01,20,19,13,,,,,,,,,40.4,24.4,32.2*0A
　
字段0：$GPGSA，語句ID，表明該語句爲GPS DOP and Active Satellites（GSA）當前衛星信息 　　
字段1：定位模式，A=自動手動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（僞隨機噪聲碼），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（僞隨機噪聲碼），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（僞隨機噪聲碼），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（僞隨機噪聲碼），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（僞隨機噪聲碼），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（僞隨機噪聲碼），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（僞隨機噪聲碼），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（僞隨機噪聲碼），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（僞隨機噪聲碼），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（僞隨機噪聲碼），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（僞隨機噪聲碼），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（僞隨機噪聲碼），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

以MTK平臺主機獲取到的數據爲例：

$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

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7

GPRMC的信息以上格式可以解析爲：

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，

部分解析代碼

以下爲網友提供的部分解析代碼可供參考：
創建一個GPS數據結構體：

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;

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• 17

時間結構體：

typedef struct{
    int year; 
    int month; 
    int day;
    int hour;
    int minute;
    int second;
}DATE_TIME;

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8

核心算法就是解析GPRMC數據，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') //如果第五個字符是C，($GPRMC)
    {
        if (status == 'A') //如果數據有效，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;
}

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• 17
• 18
• 19
• 20
• 21
• 22
• 23
• 24
• 25
• 26
• 27
• 28
• 29
• 30
• 31
• 32
• 33
• 34
• 35
• 36
• 37
• 38
• 39
• 40
• 41
• 42
• 43
• 44
• 45
• 46
• 47
• 48
• 49
• 50
• 51
• 52

line是串口接收的一行數據buf

GetComma函數作用是一行數據中第幾個逗號後面那個字符在這行數據中的位置

Get_Double_Number函數作用是把給定字符串第一個逗號之前的字符轉化成雙精度型，在這裏就是把代表經度和緯度的字符串轉換成數字，同樣的函數還有Get_Float_Number

UTC2BTC函數是將世界時間轉換成北京時間（相差8小時）

在LCD顯示程序中把GPS_INFO結構體的已經被賦值的變量顯示到屏上相應的位置即可

還有一個GPGGA信息段可以提供海拔高度和衛星數量信息

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;
}

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• 17
• 18
• 19
• 20

參考文獻：
1、http://www.cnblogs.com/csMapx/archive/2011/11/02/2232663.html
2、http://blog.chinaunix.net/uid-22030783-id-461988.html

閱讀全文

轉載: http://blog.csdn.net/jwq2011/article/details/