GPS通信协议——最常用的NMEA0183协议

什么是GPS？

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS 。

主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%

的24颗GPS卫星星座己布设完成。在机械领域GPS则有另外一种含义：产品几何技术规范(Geometrical Product Specifications, 简称GPS)。另外一种含义为G/s（GB per second）。

GPS(Generalized Processor Sharing)广义为处理器分享，网络服务质量控制中的专用术语。

利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的应用典范，它极大地提高了地球社会的信息化水平，有力地推动了数字经济的发展。

NMEA协议

GPS(全球定位系统)接收机与手持机之间的数据交换格式一般都由生产厂商缺省定制，其定义内容普通用户很难知晓，且不同品牌、不同型号的GPS接收机所配置的控制应用程序也因生产厂家的不同而

不同。所以，对于通用GPS应用软件，需要一个统一格式的数据标准，以解决与任意一台GPS的接口问题。NMEA-0183数据标准就是解决这类问题的方案之一。NMEA协议是为了在不同的GPS导航设备中

建立统一的RTCM(海事无线电技术委员会)标准，它最初是由美国国家海洋电子协会(NMEA—The NationalMarine Electronics Association)制定的。NMEA协议有0180、0182和0183这3种，0183可

以认为是前两种的升级，也是目前使用最为广泛的一种

NMEA通讯协议所定义的标准通讯接口参数为：
波特率：4800bit/s；
数据位：8位；
停止位：1位；
奇偶校验：无；

NMEA-OI83语句解析
NMEA通讯协议所规定的通讯语句都已是以ASCII码为基础的，NMEA-0183协议语句的数据格式如下：

“$”为语句起始标志；

“，”为域分隔符；

“ *”为校验和识别符；

其后面的两位数为校验和，代表了“$”和“*”之间所有字符的按位异或值（不包括这两个字符）；“／”为终止符，所有的语句必须以“/”结束，也就是ASCII 字符的“回车”（十六进制的0D）和“换行”（十六进制的0A）。
典型的NMEA0183语句如下面的GPGGA语句。

当GPS正常工作时，语句如：
$GPGGA,053152,3957.7484,N,11626.7626,E,1,06,1.5,88.1,M,-8.0,M,,*64

该数据帧的结构及各字段释义如下：

$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx<CR><LF>

GPGGA是GPS数据输出格式语句，意思是一帧GPS定位的主要数据，是NMEA格式中使用最广的数据之一。该语句包括17个字段。

$GPGGA：起始引导符及语句格式说明(本句为GPS定位数据)；

<1> UTC时间，格式为hhmmss.sss；

<2> 纬度，格式为ddmm.mmmm(第一位是零也将传送)；

<3> 纬度半球，N或S(北纬或南纬)；

<4> 经度，格式为dddmm.mmmm(第一位零也将传送)；

<5> 经度半球，E或W(东经或西经)；

<6> GPS状态， 0初始化， 1单点定位， 2码差分， 3无效PPS， 4固定解， 5浮点解， 6正在估算 7，人工输入固定值， 8模拟模式， 9WAAS差分；

<7> 使用卫星数量，从00到12(第一个零也将传送)；

<8> HDOP-水平精度因子，0.5到99.9，一般认为HDOP越小，质量越好；

<9> 海拔高度，-9999.9到9999.9米；      M 指单位米

<10> 大地水准面高度异常差值，-9999.9到9999.9米；  M 指单位米

<11> 差分GPS数据期限(RTCM SC-104)，最后设立RTCM传送的秒数量，如不是差分定位则为空；

<12> 差分参考基站标号，从0000到1023(首位0也将传送)；

* 语句结束标志符

xx 从$开始到*之间的所有ASCII码的异或校验；

<CR> 回车符，结束标记；

<LF> 换行符，结束标记

当GPS收不到卫星信号时，GPGGA语句输出变为：
$GPGGA,053247,3957.7484,N,11626.7626,E,0,00,,,M,,M,,*46
除标准语句外，NMEAO183规范还允许个别厂商定义私有的语句格式，这些语句以“$P”开始，然后是三个字符长度的厂商识别号，跟着是厂商定义的数据，接下来的数据格式与标准格式相同。
如Garmin的PGRME私有格式如下：
$PGRME,8.9,M,6.1,M,10.8,M*11
其中，“P”代表私有格式，“GRM”是Garmin的代码，“E”表示语句类型。

NMEA数据处理中的注意事项
如果开发基于GPS的应用系统，就需要将GPS作为信息源，正确接收和解析GPS发送的NMEA一0183数据。此时，在编程实现时需要注意几个问题。
1、通讯端口的设置
虽然NMEA规范推荐的串行通讯参数为“波特率：4800；奇偶校验：无；数据位：8；停止位：1”，但也有厂商的产品允许用户将波特率设置的更高，此时需要注意设置计算机的接口参数与GPS设备一致。

2、 所需信息的正确提取
NMEA—O183是以语句形式发送数据的，接收机可能发送很多类型的语句，而我们需要的可能只是某些语句中的几个字段。因此就需要对接收到的数据进行解析，取得所需的信息。另外，可能会由于

小数点位数不同等原因，语句的长度是可变的，因而分离感兴趣的信息时，不能按照该信息在语句中所处的字符位置来查找，只能依据逗号分隔符，这一点在数据提取的过程中非常重要。笔者就经常遇

到一些应用软件工程师，在提取NMEA语句中的信息的时候按照字符的长度提取，这样编出来的程序，通用性差，而且经常会出现信息提取错误的问题。

以上都是我们在程序中需要注意的问题。为解决信息的正确提取问题，并提高程序的复用性，可以编写适当的函数，如一个函数用来分离语句（即通过$字符判断语句头，一直到换行回车结束一条语句）

一个函数用来判断语句中的字段数（通过“，”分隔符来提取语句字段），还有一个函数用来返回语句中指定字段的内容。有了这三个函数，就可以方便的提取所需的信息，此时的工作只是简单字符串比

较和显示格式的变换检验和的计算与比较

3、最后，为了确保所采集的GPS数据的可靠性，必须进行检验和的计算与比较。

检验和hh为“$”与“*”之间的所有字符按位异或的结果，并将其高4位和低4位各用一个十六进制数(字母大写)表示出来。

为此，需编写函数，从语句头识别符“*”开始，计算检验和，直至“*”到达为止，这时“*”号后面的两个字符就是检验码，将自己的计算结果同这两个检验码字符比较，若不同，按出错处理，并继续运行；

若相同，则说明通讯成功，数据接收正确，可以处理该语句，提取所需数据。