一、GPS数据格式介绍
GPS(全球定位系统)数据格式常见的是NMEA 0183格式,NMEA 0183格式是一种用于导航设备间传输数据的标准格式,定义了一套规范,使得不同厂商的设备可以通过串行通信接口(常见的是RS-232)进行数据交换。这个标准最初由美国航海电子协会(National Marine Electronics Association,简称NMEA)在1980年推出,并被广泛应用于全球的导航系统。
NMEA 0183格式的数据通常以ASCII字符流的形式传输,每条数据都以$开始,以回车符(\r)和换行符(\n)结束。数据被分为不同的消息类型,每个消息类型都有特定的字段和含义。
在导航中,最常见的NMEA 0183消息类型包括:
- GGA(Global Positioning System Fix Data):包含定位相关的信息,如纬度、经度、定位质量指示、使用卫星数量、水平定位精度因子等。
- GLL(Geographic Position – Latitude/Longitude):提供纬度、经度和时间信息。
- GSA(GNSS DOP and Active Satellites):包含定位模式、使用卫星编号和位置精度因子等信息。
- GSV(GNSS Satellites in View):提供可见卫星的信息,包括卫星编号、仰角、方位角和信噪比等。
- RMC(Recommended Minimum Specific GNSS Data):包含定位状态、纬度、经度、地面速度、地面航向等。
- VTG(Course Over Ground and Ground Speed):提供地面航向和速度信息。
- ZDA(Time and Date):包含UTC时间和日期信息。
这些消息类型涵盖了定位、导航和时间相关的数据,可以用于实时定位、航行导航以及时间同步等应用。
NMEA 0183格式的数据通常由GPS接收器、导航仪、自动驾驶系统等设备产生,并通过串口输出。其他设备可以通过读取串口数据,并按照NMEA 0183的规范解析数据。这样,不同设备之间就可以进行数据交换和共享,实现设备之间的互操作性。
随着技术的发展,新一代的GPS设备也开始采用更高级的数据格式,例如NMEA 2000。然而,由于广泛应用和兼容性的要求,NMEA 0183仍然被广泛支持,并被许多设备和导航系统所使用。
下面是支持NMEA 0183格式的GPS模块输出的定位数据:
$GNGGA,114955.000,2842.4158,N,11549.5439,E,1,05,3.8,54.8,M,0.0,M,,*4F
$GNGLL,2842.4158,N,11549.5439,E,114955.000,A,A*4D
$GPGSA,A,3,10,31,18,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*37
$BDGSA,A,3,07,10,,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*2A
$GPGSV,3,1,10,10,49,184,42,12,16,039,,14,54,341,,18,22,165,23*7B
$GPGSV,3,2,10,22,11,318,,25,51,055,,26,24,205,,29,13,110,*7C
$GPGSV,3,3,10,31,50,287,36,32,66,018,*7F
$BDGSV,1,1,04,03,,,07,05,,,29,07,79,246,33,10,52,232,19*62
$GNRMC,114955.000,A,2842.4158,N,11549.5439,E,0.00,44.25,061117,,,A*4D
$GNVTG,44.25,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*14
$GNZDA,114955.000,06,11,2017,00,00*47
$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35
二、GPS字段含义
这段GPS数据是NMEA 0183格式的数据,它包含了不同类型的GPS消息,每个消息都有特定的含义和字段。
(1)$GNGGA,114955.000,2842.4158,N,11549.5439,E,1,05,3.8,54.8,M,0.0,M,*4F 这是GGA(Global Positioning System Fix Data)消息,包含了以下关键信息:
- 时间:11时49分55秒(UTC时间)
- 纬度:28度42.4158分北纬
- 经度:115度49.5439分东经
- 定位质量指示:1(表示定位有效)
- 使用卫星数量:5颗卫星
- HDOP(Horizontal Dilution of Precision)水平定位精度因子:3.8
- 海拔高度:54.8米
- 大地水准面高度:0.0米
(2)$GNGLL,2842.4158,N,11549.5439,E,114955.000,A,A*4D 这是GLL(Geographic Position – Latitude/Longitude)消息,包含了以下关键信息:
- 纬度:28度42.4158分北纬
- 经度:115度49.5439分东经
- 时间:11时49分55秒(UTC时间)
- 定位状态:A(表示定位有效)
- 导航模式指示:A(自主定位导航)
(3)$GPGSA,A,3,10,31,18,5.7,3.8,4.2*37 这是GSA(GNSS DOP and Active Satellites)消息,包含了以下关键信息:
- 定位模式:自主定位模式
- 定位类型:三维定位
- 使用卫星编号:10、31、18
- PDOP(Position Dilution of Precision)位置精度因子:5.7
- HDOP(Horizontal Dilution of Precision)水平定位精度因子:3.8
- VDOP(Vertical Dilution of Precision)垂直定位精度因子:4.2
(4)$BDGSA,A,3,07,10,5.7,3.8,4.2*2A 这是BDGSA(Beidou GNSS DOP and Active Satellites)消息,与GPGSA消息类似,但使用的是北斗导航系统的数据。
- 消息序号:这组消息是一共分为3个消息,这是第1个消息
- 可见卫星总数:10颗卫星
- 卫星编号、仰角、方位角和信噪比等信息
(5)$BDGSV,1,1,04,03,07,05,29,07,79,246,33,10,52,232,19*62 这是BDGSV(Beidou GNSS Satellites in View)消息,与GPGSV消息类似,但使用的是北斗导航系统的数据。
(6)$GNRMC,114955.000,A,2842.4158,N,11549.5439,E,0.00,44.25,061117,A*4D 这是RMC(Recommended Minimum Specific GNSS Data)消息,包含了以下关键信息:
- 时间:11时49分55秒(UTC时间)
- 定位状态:A(表示定位有效)
- 纬度:28度42.4158分北纬
- 经度:115度49.5439分东经
- 地面速度:0.00节
- 地面航向:44.25度
- 日期:06日11月17年
(7)$GNVTG,44.25,T,M,0.00,N,0.00,K,A*14 这是VTG(Course Over Ground and Ground Speed)消息,包含了以下关键信息:
- 地面航向:44.25度(真北参考)
- 地面速度:0.00节(节与海里/小时是相同的)
- 地面速度:0.00千米/小时
- 模式指示:A(自主定位导航模式)
(8)$GNZDA,114955.000,06,11,2017,00,00*47 这是ZDA(Time and Date)消息,包含了以下关键信息:
- UTC时间:11时49分55秒
- 日期:06日11月17年
- 本地时区偏移:00小时00分钟
(9)$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35 这是TXT(Text Transmission)消息,包含了以下关键信息:
- 文本内容:ANTENNA OK(表示天线状态良好)
这些消息提供了GPS设备的时间、位置、定位质量、可见卫星数量等信息。其中涉及到的字段包括时间(UTC时间)、纬度、经度、定位质量指示、使用卫星编号、定位精度因子、海拔高度、速度等。根据不同的应用需求,可以从这些数据中提取出需要的信息来进行处理和分析。
三、C语言解析数据代码
3.1 解析每个字段数据
以下是使用C语言解析NMEA 0183数据字段并将其打印到串口:
#include <stdio.h>
#include <string.h>// 函数声明
void parseNMEA(const char* sentence);
void printField(const char* field);int main() {// NMEA数据const char* data[] = {"$GNGGA,114955.000,2842.4158,N,11549.5439,E,1,05,3.8,54.8,M,0.0,M,,*4F","$GNGLL,2842.4158,N,11549.5439,E,114955.000,A,A*4D","$GPGSA,A,3,10,31,18,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*37","$BDGSA,A,3,07,10,,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*2A","$GPGSV,3,1,10,10,49,184,42,12,16,039,,14,54,341,,18,22,165,23*7B","$GPGSV,3,2,10,22,11,318,,25,51,055,,26,24,205,,29,13,110,*7C","$GPGSV,3,3,10,31,50,287,36,32,66,018,*7F","$BDGSV,1,1,04,03,,,07,05,,,29,07,79,246,33,10,52,232,19*62","$GNRMC,114955.000,A,2842.4158,N,11549.5439,E,0.00,44.25,061117,,,A*4D","$GNVTG,44.25,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*14","$GNZDA,114955.000,06,11,2017,00,00*47","$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35"};int dataSize = sizeof(data) / sizeof(data[0]);// 解析并打印每个数据for (int i = 0; i < dataSize; i++) {parseNMEA(data[i]);}return 0;
}// 解析NMEA语句
void parseNMEA(const char* sentence) {const char* field;int count = 0;// 跳过$和逗号field = strchr(sentence, ',');if (field == NULL) {return;}field++;// 解析每个字段while (*field != '*') {printField(field);// 查找下一个逗号或结束符field = strchr(field, ',');if (field == NULL) {break;}field++;count++;}
}// 打印字段数据
void printField(const char* field) {char str[50];int len = 0;// 查找字段的长度while (field[len] != ',' && field[len] != '\0' && field[len] != '*') {len++;}// 复制字段数据到缓冲区strncpy(str, field, len);str[len] = '\0';// 打印字段数据到串口printf("%s\n", str);
}
3.2 解析定位数据
定义了一个名为GPSData
的结构体,并将解析后的定位数据存储在该结构体的各个变量中:
#include <stdio.h>
#include <string.h>// 定义结构体
typedef struct {char time[10];char latitude[10];char longitude[11];int fixStatus;int satellites;float hdop;float altitude;
} GPSData;// 函数声明
void parseNMEA(const char* sentence, GPSData* gpsData);
void printGPSData(const GPSData* gpsData);int main() {// NMEA数据const char* data[] = {"$GNGGA,114955.000,2842.4158,N,11549.5439,E,1,05,3.8,54.8,M,0.0,M,,*4F","$GNGLL,2842.4158,N,11549.5439,E,114955.000,A,A*4D","$GPGSA,A,3,10,31,18,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*37","$BDGSA,A,3,07,10,,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*2A","$GPGSV,3,1,10,10,49,184,42,12,16,039,,14,54,341,,18,22,165,23*7B","$GPGSV,3,2,10,22,11,318,,25,51,055,,26,24,205,,29,13,110,*7C","$GPGSV,3,3,10,31,50,287,36,32,66,018,*7F","$BDGSV,1,1,04,03,,,07,05,,,29,07,79,246,33,10,52,232,19*62","$GNRMC,114955.000,A,2842.4158,N,11549.5439,E,0.00,44.25,061117,,,A*4D","$GNVTG,44.25,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*14","$GNZDA,114955.000,06,11,2017,00,00*47","$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35"};int dataSize = sizeof(data) / sizeof(data[0]);// 解析并打印每个数据for (int i = 0; i < dataSize; i++) {GPSData gpsData;parseNMEA(data[i], &gpsData);printGPSData(&gpsData);}return 0;
}// 解析NMEA语句并存储到结构体中
void parseNMEA(const char* sentence, GPSData* gpsData) {const char* field;int count = 0;// 跳过$和逗号field = strchr(sentence, ',');if (field == NULL) {return;}field++;// 解析每个字段while (*field != '*') {switch (count) {case 0:strncpy(gpsData->time, field, 6);gpsData->time[6] = '\0';break;case 1:strncpy(gpsData->latitude, field, 9);gpsData->latitude[9] = '\0';break;case 2:strncpy(gpsData->longitude, field, 10);gpsData->longitude[10] = '\0';break;case 6:sscanf(field, "%d", &gpsData->fixStatus);break;case 7:sscanf(field, "%d", &gpsData->satellites);break;case 8:sscanf(field, "%f", &gpsData->hdop);break;case 9:sscanf(field, "%f", &gpsData->altitude);break;default:break;}// 查找下一个逗号或结束符field = strchr(field, ',');if (field == NULL) {break;}field++;count++;}
}// 打印GPS数据到串口
void printGPSData(const GPSData* gpsData) {printf("Time: %s\n", gpsData->time);printf("Latitude: %s\n", gpsData->latitude);printf("Longitude: %s\n", gpsData->longitude);printf("Fix Status: %d\n", gpsData->fixStatus);printf("Satellites: %d\n", gpsData->satellites);printf("HDOP: %.1f\n", gpsData->hdop);printf("Altitude: %.1f meters\n", gpsData->altitude);printf("\n");
}
这段代码会解析NMEA 0183格式的数据,并将解析的结果存储在GPSData
结构体的对应变量中。使用printGPSData
函数将数据打印到串口。