GPS卫星信号分析(修正版)
——基于SirfStar GPS上的NMEA0183协议及Sirf二进制协议之实现 (输出/输入)：
李海燕 2005.10
SirfStar GPS接收机可工作在NMEA0183协议和Sirf二进制协议两种协议上。工作协议可以切换，如在NMEA0183协议上工作时，可用$PSRF100输入消息来设置要使用的协议。
第一部分:NMEA0183协议部分 NMEA(National Marine Electronics Association) 0183协议简介
NMEA 0183是美国国家海洋电子协会为海用电子设备制定的标准格式，是一种航海、海运方面有关于数字信号传递的标准，此标准定义了电子信号所需要的传输协议，传输数据时间。这个协议是文本格式的。大致格式如下： Start Sequence (消息头) 格式：$XXyyy XX为设备标识 yyy为内容识别码 Payload (消息体) 具体数据和NMEA消息字相关，数据之间用逗号间隔。 如: 2243.4976,N,11414.7289,E,091828.819,A Checksum (校验和) 格式为*[16进制数],如 *2C.校验和是采用XOR的方法来计算 $ 和 * 之间的字符 End Sequence (消息尾) 回车换行
GP标识该信号是GPS信号，sss为信息内容识别码，df1,df2…是信息内容值，[CR]、[LF]分别表回车换行
各主要GPS消息内容识别码的含义如下：
GGA：时间、位置、定位数据
GLL：经纬度,UTC时间和定位状态
GSA：接收机模式和卫星工作数据,包括位置和水平/竖直稀释精度等。稀释精度（Dilution of Precision）是个地理定位
术语.一个接收器可以在同一时间得到许多颗卫星定位信息，但在精密定位上，只要四颗卫星讯号即已足够了 GSV：接收机能接收到的卫星信息，包括卫星ID，海拔，仰角，方位角，信噪比（SNR）等 RMC：日期，时间，位置，方向，速度数据。是最常用的一个消息 VTG：方位角与对地速度
MSS：信噪比(SNR),信号强度，频率，比特率 ZDA：时间和日期数据
注：GPS系统还含有一些未在此列出的其它信号，特定软硬件平台只能处理的特定的信号
与地理信息密切相关的消息及其所含主要内容如下，各消息之间的信息字段有出入也有重复，在一轮消息循环里，各消息相同的字段中包含相同的地理数据，可综合多个消息来获取完整的数据。 GGA GLL RMC VTG ZDA GSA MSS GSV
日期 时间 纬度 经度 仰角 高程 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 定位状态 √ √ √ √ 卫星数 √ √ 地面速度 方位角 √ √ √ √ √ 各信息内容识别码下的信号分析如下：
1. GGA(时间、位置、定位数据)
例样数据： $GPGGA,1661229.478,3723.2475,N,12158.3416,W,1,07,1.0,9.0,M,7.3,M, ,0000*18 名称 消息ID UTC时间 纬度 N/S指示 经度 E/W指示 定位指示 (质量因子) 样例 $GPGGA 161229.487 3723.2475 N 12158.3416 W 1 单位 描述 GGA协议头 hhmmss.sss ddmm.mmmm N为北，S为南 dddmm.mmmm W为西，E为东 0：未定位 1：实时GPS模式，定位有效 2：差分GPS模式，定位有效 3：PPS模式，定位有效 范围：0～12 水平精度，范围：1.0～99.9 范围：－9999.9～99999.9 高程（海拔高度），范围：－999.9～9999.9 当前没有DGPS（Differential Global Position System，差分全球定位系统），实时GPS时无效 差分基准站号 回车换行将消息结束 可用卫星数目 HDOP(水平精度因子) 07 1.0 9.0 M 7.3 M 0000 *18 米 米 米 米 秒 天线高程 单位 大地椭球面相对海平面的高度 单位 差分时间(差分GPS数据年龄) 差分ID(差分基准站号) 校验和
2. GLL(经纬度,UTC时间和定位状态)
例样数据：$GPGLL,3723.2475,N,12158.3416,W,161229.487,A*2C
名称 消息ID 纬度 N/S 指示 经度 E/W 指示 UTC时间 状态 校验和
样例 $GPGLL 3723.2475 N 12158.3416 W 161229.487 A *18 单位 描述 GLL 协议头 ddmm.mmmm N为北，S为南 dddmm.mmmm W为西，E为东 hhmmss.sss A=数据有效；V=数据无效 回车换行,结束消息 3. GSA(接收机模式和卫星工作数据,包括位置和水平/竖直稀释精度等) 例样数据：$GPGSA,A,3,07,02,26,27,09,04,15, , , , , ,1.8,1.0,1.5*33 名称 消息ID 模式1 模式2 样例 $GPGSA A 3 单位 描述 $GPGSA M=手动（强制操作在2D或3D模式）， A=自动 1：定位无效 2：2D定位 3：3D定位 通道7(PRN,伪随机噪声代码号，范围：1～32) 通道2 通道12 位置精度 水平精度 垂直精度 回车换行将消息结束 卫星使用通道 卫星使用通道 07 02 1.8 1.0 1.5 *33 …… 卫星使用通道 PDOP HDOP VDOP 校验和
$GPGSV,2,2,07,09,23,313,42,04,19,159,41,15,12,041,42*41
这两条语句描述一个完整的卫星信息（这里共描述7颗卫星，每颗卫星的描述部分已用不同颜色标出），每颗卫星用4个段来描述：卫星ID（又称随机伪代码，PRC）、卫星高程（仰角，卫星和接收点连线与水平面的夹角）、方位角（连线在水平面上的投影与正北方向的顺时针旋转夹角）、信噪比。
名称 消息ID 消息数目(总的GSV语句电文数) 消息编号(当前GSV语句号) 样例 $GPGSV 2 1 07 07 79 048 42 27 27 138 42 *33 单位 度 度 dBHz 度 度 dBHz 描述 GSV协议头 范围1到3 范围1到3 范围1到32 最大90，90表在天顶 0~359 范围0到99，没有跟踪时为空.典型值在0～50之间，SNR虽可达到99，但极罕见，50已是非常好的情况 范围1到32 最大90 范围0～359 范围0到99，没有跟踪时为空 回车换行，结束消息 可视卫星总数 卫星ID（PRC） 仰角（卫星高程） 方位角 信噪比（SNR） …… 卫星ID 仰角 方位角 信噪比（SNR） 校验和
5. MSS(信噪比(SNR),信号强度，频率，比特率) 例样数据：$GPMSS,55,27,318.0,100,*66 名称 消息ID 信号强度 信噪比 Beacon信标台频率 校验和
6. RMC(日期，时间，位置，方向，速度数据。是最常用的一个消息)
例样数据：$GPRMC,161229.487,A,3723.2475,N,12158.3416,W,0.13,309.62,120598, ,*10
这条语句基本上包含了GPS应用程序所需的全部数据：纬度、经度、速度、方向、卫星时间、状态以及磁场变量
名称 消息ID UTC时间 状态 纬度 N/S 指示 经度 E/W 指示 对地速度 方位角 日期 地磁角 校验和
7. VTG(方位角与对地速度)
例样数据：$GPVTG,309.62,T, ,M,0.13,N,0.2,K*6E 名称 消息ID 方位角 参考方向 方位角 参考方向 速度 单位 速度 单位 校验和
样例 $GPVTG 309.62 T M 0.13 N 0.2 K *10 单位 度 度 Knot(节) 公里/小时 描述 VTG 真北 地磁南极(地理北极附近) 节 公里/小时 回车换行，结束消息
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