NEMA协议的由来

NMEA协议是为了在不同的GPS(全球定位系统)导航设备中建立统一的BTCM(海事无线电技术委员会)标准,由美国国家海洋电子协会(NMEA-The National Marine Electronics Associa-tion)制定的一套通讯协议。GPS接收机根据NMEA-0183协议的标准规范,将位置、速度等信息通过串口传送到PC机、PDA等设备。

NMEA-0183协议是GPS接收机应当遵守的标准协议,也是目前GPS接收机上使用最广泛的协议,大多数常见的GPS接收机、GPS数据处理软件、导航软件都遵守或者至少兼容这个协议。

不过,也有少数厂商的设备使用自行约定的协议比如GARMIN的GPS设备(部分GARMIN设备也可以输出兼容NMEA-0183协议的数据)。软件方面,我们熟知的Google Earth目前也不支持NMEA-0183协议,但Google Earth已经声明会尽快实现对NMEA-0183协议的兼容。呵呵,除非你确实强壮到可以和工业标准分庭抗礼,否则你就得服从工业标准。

NMEA-0183协议定义的语句非常多,但是常用的或者说兼容性最广的语句只有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等。下面给出这些常用NMEA-0183语句的字段定义解释。

$GPGGA

例:$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,19.7,M,,,,0000*1F

字段0:$GPGGA,语句ID,表明该语句为Global Positioning System Fix Data(GGA)GPS定位信息

字段1:UTC时间,hhmmss.sss,时分秒格式

字段2:纬度ddmm.mmmm,度分格式(前导位数不足则补0)

字段3:纬度N(北纬)或S(南纬)

字段4:经度dddmm.mmmm,度分格式(前导位数不足则补0)

字段5:经度E(东经)或W(西经)

字段6:GPS状态,0=未定位,1=非差分定位,2=差分定位,3=无效PPS,6=正在估算

字段7:正在使用的卫星数量(00 - 12)(前导位数不足则补0)

字段8:HDOP水平精度因子(0.5 - 99.9)

字段9:海拔高度(-9999.9 - 99999.9)

字段10:地球椭球面相对大地水准面的高度

字段11:差分时间(从最近一次接收到差分信号开始的秒数,如果不是差分定位将为空)

字段12:差分站ID号0000 - 1023(前导位数不足则补0,如果不是差分定位将为空)

字段13:校验值

$GPGSA

例:$GPGSA,A,3,01,20,19,13,,,,,,,,,40.4,24.4,32.2*0A

字段0:$GPGSA,语句ID,表明该语句为GPS DOP and Active Satellites(GSA)当前卫星信息

字段1:定位模式,A=自动手动2D/3D,M=手动2D/3D

字段2:定位类型,1=未定位,2=2D定位,3=3D定位

字段3:PRN码(伪随机噪声码),第1信道正在使用的卫星PRN码编号(00)(前导位数不足则补0)

字段4:PRN码(伪随机噪声码),第2信道正在使用的卫星PRN码编号(00)(前导位数不足则补0)

字段5:PRN码(伪随机噪声码),第3信道正在使用的卫星PRN码编号(00)(前导位数不足则补0)

字段6:PRN码(伪随机噪声码),第4信道正在使用的卫星PRN码编号(00)(前导位数不足则补0)

字段7:PRN码(伪随机噪声码),第5信道正在使用的卫星PRN码编号(00)(前导位数不足则补0)

字段8:PRN码(伪随机噪声码),第6信道正在使用的卫星PRN码编号(00)(前导位数不足则补0)

字段9:PRN码(伪随机噪声码),第7信道正在使用的卫星PRN码编号(00)(前导位数不足则补0)

字段10:PRN码(伪随机噪声码),第8信道正在使用的卫星PRN码编号(00)(前导位数不足则补0)

字段11:PRN码(伪随机噪声码),第9信道正在使用的卫星PRN码编号(00)(前导位数不足则补0)

字段12:PRN码(伪随机噪声码),第10信道正在使用的卫星PRN码编号(00)(前导位数不足则补0)

字段13:PRN码(伪随机噪声码),第11信道正在使用的卫星PRN码编号(00)(前导位数不足则补0)

字段14:PRN码(伪随机噪声码),第12信道正在使用的卫星PRN码编号(00)(前导位数不足则补0)

字段15:PDOP综合位置精度因子(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:校验值

$GPGSV

例:$GPGSV,3,1,10,20,78,331,45,01,59,235,47,22,41,069,,13,32,252,45*70

字段0:$GPGSV,语句ID,表明该语句为GPS Satellites in View(GSV)可见卫星信息

字段1:本次GSV语句的总数目(1 - 3)

字段2:本条GSV语句是本次GSV语句的第几条(1 - 3)

字段3:当前可见卫星总数(00 - 12)(前导位数不足则补0)

字段4:PRN码(伪随机噪声码)(01 - 32)(前导位数不足则补0)

字段5:卫星仰角(00 - 90)度(前导位数不足则补0)

字段6:卫星方位角(00 - 359)度(前导位数不足则补0)

字段7:信噪比(00-99)dbHz

字段8:PRN码(伪随机噪声码)(01 - 32)(前导位数不足则补0)

字段9:卫星仰角(00 - 90)度(前导位数不足则补0)

字段10:卫星方位角(00 - 359)度(前导位数不足则补0)

字段11:信噪比(00-99)dbHz

字段12:PRN码(伪随机噪声码)(01 - 32)(前导位数不足则补0)

字段13:卫星仰角(00 - 90)度(前导位数不足则补0)

字段14:卫星方位角(00 - 359)度(前导位数不足则补0)

字段15:信噪比(00-99)dbHz

字段16:校验值

NMEA0183标准语句另一种表达方式详解

1、Global Positioning System Fix Data(GGA)GPS定位信息

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

<1> UTC时间,hhmmss(时分秒)格式

<2>纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<3>纬度半球N(北半球)或S(南半球)

<4>经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<5>经度半球E(东经)或W(西经)<6> GPS状态:0=未定位,1=非差分定位,2=差分定位,

6=正在估算

<7>正在使用解算位置的卫星数量(00~12)(前面的0也将被传输)

<8> HDOP水平精度因子(0.5~99.9)

<9>海拔高度(-9999.9~99999.9)

<10>地球椭球面相对大地水准面的高度

<11>差分时间(从最近一次接收到差分信号开始的秒数,如果不是差分定位将为空)

<12>差分站ID号0000~1023(前面的0也将被传输,如果不是差分定位将为空)

2、GPS DOP and Active Satellites(GSA)当前卫星信息$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>*hh

<1>模式,M=手动,A=自动

<2>定位类型,1=没有定位,2=2D定位,3=3D定位

<3> PRN码(伪随机噪声码),正在用于解算位置的卫星号(01~32,前面的0也将被传输)。

<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)

3、GPS Satellites in View(GSV)可见卫星信息$GPGSV,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,…<4>,<5>,<6>,<7>*hh

<1> GSV语句的总数

<2>本句GSV的编号

<3>可见卫星的总数(00~12,前面的0也将被传输)<4> PRN码(伪随机噪声码)(01~32,前面的0也将被传输)

<5>卫星仰角(00~90度,前面的0也将被传输)

<6>卫星方位角(000~359度,前面的0也将被传输)<7>信噪比(00~99dB,没有跟踪到卫星时为空,前面的0也将被传输)

注:<4>,<5>,<6>,<7>信息将按照每颗卫星进行循环显示,每条GSV语句最多可以显示4颗卫星的信息。其他卫星信息将在下一序列的NMEA0183语句中输出。

4、Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data(RMC)推荐定位信息

$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh

<1> UTC时间,hhmmss(时分秒)格式

<2>定位状态,A=有效定位,V=无效定位

<3>纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<4>纬度半球N(北半球)或S(南半球)

<5>经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<6>经度半球E(东经)或W(西经)

<7>地面速率(000.0~999.9节,前面的0也将被传输)<8>地面航向(000.0~359.9度,以真北为参考基准,前面的0也将被传输)

<9> UTC日期,ddmmyy(日月年)格式

<10>磁偏角(000.0~180.0度,前面的0也将被传输)<11>磁偏角方向,E(东)或W(西)

<12>模式指示(仅NMEA0183 3.00版本输出,A=自主定位,D=差分,E=估算,N=数据无效)

5、Track Made Good and Ground Speed(VTG)地面速度信息

$GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh

<1>以真北为参考基准的地面航向(000~359度,前面的0也将被传输)

<2>以磁北为参考基准的地面航向(000~359度,前面的0也将被传输)

<3>地面速率(000.0~999.9节,前面的0也将被传输)<4>地面速率(0000.0~1851.8公里/小时,前面的0也将被传输)

<5>模式指示(仅NMEA0183 3.00版本输出,A=自主定位,D=差分,E=估算,N=数据无效)

6、Geographic Position(GLL)定位地理信息

$GPGLL,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>*hh

<1>纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<2>纬度半球N(北半球)或S(南半球)

<3>经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<4>经度半球E(东经)或W(西经)

<5> UTC时间,hhmmss(时分秒)格式

<6>定位状态,A=有效定位,V=无效定位

<7>模式指示(仅NMEA0183 3.00版本输出,A=自主定位,D=差分,E=估算,N=数据无效)

二、GARMIN定义的语句

7、Estimated Error Information(PGRME)估计误差信息

$PGRME,<1>,M,<2>,M,<3>,M*hh

<1> HPE(水平估计误差),0.0~999.9米

<2> VPE(垂直估计误差),0.0~999.9米

<3> EPE(位置估计误差),0.0~999.9米

8、GPS Fix Data Sentence(PGRMF)GPS定位信息$PGRMF,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>,<13>,<14>,<15>*hh

<1> GPS周数(0~1023)

<2> GPS秒数(0~604799)

<3> UTC日期,ddmmyy(日月年)格式

<4> UTC时间,hhmmss(时分秒)格式

<5> GPS跳秒数

<6>纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<7>纬度半球N(北半球)或S(南半球)

<8>经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<9>经度半球E(东经)或W(西经)

<10>模式,M=手动,A=自动

<11>定位类型,0=没有定位,1=2D定位,2=3D定位<12>地面速率(0~1851公里/小时)

<13>地面航向(000~359度,以真北为参考基准)

<14> PDOP位置精度因子(0~9,四舍五入取整)

<15> TDOP时间精度因子(0~9,四舍五入取整)

9、Map Datum(PGRMM)坐标系统信息$PGRMM,<1>*hh

<1>当前使用的坐标系名称(数据长度可变,如“WGS 84”)注:该信息在与MapSource进行实时连接的时候使用。

10、Sensor Status Information(PGRMT)工作状态信息

$PGRMT,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>*hh

<1>产品型号和软件版本(数据长度可变,如“GPS 15L/15H VER 2.05”)

<2> ROM校验测试,P=通过,F=失败

<3>接收机不连续故障,P=通过,F=失败

<4>存储的数据,R=保持,L=丢失

<5>时钟的信息,R=保持,L=丢失

<6>振荡器不连续漂移,P=通过,F=检测到过度漂移<7>数据不连续采集,C=正在采集,如果没有采集则为空

<8> GPS接收机温度,单位为摄氏度

<9> GPS接收机配置数据,R=保持,L=丢失

注:本语句每分钟发送一次,与所选择的波特率无关。11、3D velocity Information(PGRMV)三维速度信息$PGRMV,<1>,<2>,<3>*hh

<1>东向速度,514.4~514.4米/秒

<2>北向速度,514.4~514.4米/秒

<3>上向速度,999.9~9999.9米/秒

12、DGPS Beacon Information(PGRMB)信标差分信息$PGRMB,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,K,<6>,<7>,<8>*hh

<1>信标站频率(0.0,283.5~325.0kHz,间隔为0.5kHz)

<2>信标比特率(0,25,50,100或200bps)

<3> SNR信标信号信噪比(0~31)

<4>信标数据质量(0~100)

<5>与信标站的距离,单位为公里

<6>信标接收机的通讯状态,0=检查接线,1=无信号,2=正在调谐,3=正在接收,4=正在扫描

<7>差分源,R=RTCM,W=WAAS,N=非差分定位

<8>差分状态,A=自动,W=仅为WAAS,R=仅为RTCM,N=不接收差分信号

三、TEXT文本格式说明:

区域描述:长度:注释:

----------------------- ------- ------------------------

句头起始符1始终为'@'

----------------------- ------- ------------------------

/年                          2       UTC年的最后两位数字

| ----------------------- ------- ------------------------

|月2       UTC月, "01".."12"

T | ----------------------- ------- ------------------------

i |日                              2       UTC日, "01".."31"

m| ----------------------- ------- ------------------------

e |时                             2       UTC时, "00".."23"

| ----------------------- ------- ------------------------

|分                                2       UTC分, "00".."59"

| ----------------------- ------- ------------------------

\秒                                2       UTC秒, "00".."59"

----------------------- ------- ------------------------

/纬度半球                      1       'N'或'S'

| ----------------------- ------- ------------------------

|纬度坐标                       7       WGS84坐标系统,坐标格式ddmmmmm,

|                                在第4位数字后省略了一个小数点。

| ----------------------- ------- ------------------------

|经度半球                   1       'E'或'W'

| ----------------------- ------- ------------------------

|经度坐标                   8       WGS84坐标系统,坐标格式dddmmmmm,

P |                            在第5位数字后省略了一个小数点。o | ----------------------- ------- ------------------------

s |定位状态                1       'd' 2维差分定位

i  |                                 'D' 3维差分定位

t  |                                 'g' 2维定位

i  |                                 'G' 3维定位

o |                                 'S'模拟状态n |                                 '_'无效

| ----------------------- ------- ------------------------

|水平定位误差         3         单位为“米”

| ----------------------- ------- ------------------------

|高度符号                   1       '+'或'-'

| ----------------------- ------- ------------------------

\高度                      5       海拔高,单位为“米”

----------------------- ------- ------------------------

/东/西 速度方向        1              'E'或'W'

| ----------------------- ------- ------------------------

|东/西速度           4      单位是“米/秒”,在第三位后省略了一个小数点,

|                                 ("1234" = 123.4 m/s)

V | ----------------------- ------- ------------------------

e |南/北 速度方向           1       'S'或'N'

l  |

o | ----------------------- ------- ------------------------

c |南/北   速度             4     单位是“米/秒”,在第三位后省略了一个小数点,

i  |                                 ("1234" = 123.4 m/s)

t  | ----------------------- ------- ------------------------

y |垂直速度方向       1       'U' (上)或'D' (下)

| ----------------------- ------- ------------------------

|垂直速度               4单位是“米/秒”,在第二位后省略了一个小数点,

\                                ("1234" = 12.34 m/s)

----------------------- ------- ------------------------

句尾结束符            2          回车, '0x0D',和换行'0x0A'

----------------------- ------- ------------------------

如果某字段的数值没有达到所定义的长度,将在前面添加0。

任何无效的数字将以下划线来代替。

NMEA-0183数据实际举例:

NMEA-0183数据协议是一个比较复杂的多样的格式,这里有其中的几个例子

nmea数据如下:$GPGGA,121252.000,3937.3032,N,11611.6046,E,1,05,2.0,45.9,M,-5.7,M,,0000*77

$GPRMC,121252.000,A,3958.3032,N,11629.6046,E,15.15,359.95,070306,,,A*54

$GPVTG,359.95,T,,M,15.15,N,28.0,K,A*04

$GPGGA,121253.000,3937.3090,N,11611.6057,E,1,06,1.2,44.6,M,-5.7,M,,0000*72

$GPGSA,A,3,14,15,05,22,18,26,,,,,,,2.1,1.2,1.7*3D

$GPGSV,3,1,10,18,84,067,23,09,67,067,27,22,49,312,28,15,47,231,30*70

$GPGSV,3,2,10,21,32,199,23,14,25,272,24,05,21,140,32,26,14,070,20*7E

$GPGSV,3,3,10,29,07,074,,30,07,163,28*7D

说明:NMEA0183格式以“$”开始,主要语句有GPGGA,GPVTG,GPRMC等

1、GPS DOP and Active Satellites(GSA)当前卫星信息

$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,,,,,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>

<1>模式 :M =手动,A =自动。

<2>定位型式1 =未定位,2 =二维定位,3 =三维定位。<3>PRN数字:01至32表天空使用中的卫星编号,最多可接收12颗卫星信息。

<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.(检查位).

2、GPS Satellites in View(GSV)可见卫星信息$GPGSV, <1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,?<4>,<5>,<6>,<7>,<8>

<1> GSV语句的总数

<2>本句GSV的编号

<3>可见卫星的总数,00至12。

<4>卫星编号,01至32。

<5>卫星仰角,00至90度。

<6>卫星方位角,000至359度。实际值。

<7>讯号噪声比(C/No),00至99 dB;无表未接收到讯号。

<8>Checksum.(检查位).

第<4>,<5>,<6>,<7>项个别卫星会重复出现,每行最多有四颗卫星。其余卫星信息会于次一行出现,若未使用,这些字段会空白。

3、Global Positioning System Fix Data(GGA)GPS定位信息

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

<1> UTC时间,hhmmss(时分秒)格式

<2>纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<3>纬度半球N(北半球)或S(南半球)

<4>经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<5>经度半球E(东经)或W(西经)

<6> GPS状态:0=未定位,1=非差分定位,2=差分定位,6=正在估算

<7>正在使用解算位置的卫星数量(00~12)(前面的0也将被传输)

<8> HDOP水平精度因子(0.5~99.9)

<9>海拔高度(-9999.9~99999.9)

<10>地球椭球面相对大地水准面的高度

<11>差分时间(从最近一次接收到差分信号开始的秒数,如果不是差分定位将为空)

<12>差分站ID号0000~1023(前面的0也将被传输,如果不是差分定位将为空)

4、Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data(RMC)推荐定位信息

$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh

<1> UTC时间,hhmmss(时分秒)格式

<2>定位状态,A=有效定位,V=无效定位

<3>纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<4>纬度半球N(北半球)或S(南半球)

<5>经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<6>经度半球E(东经)或W(西经)

<7>地面速率(000.0~999.9节,前面的0也将被传输)<8>地面航向(000.0~359.9度,以真北为参考基准,前面的0也将被传输)

<9> UTC日期,ddmmyy(日月年)格式

<10>磁偏角(000.0~180.0度,前面的0也将被传输)<11>磁偏角方向,E(东)或W(西)

<12>模式指示(仅NMEA0183 3.00版本输出,A=自主定位,D=差分,E=估算,N=数据无效)

5、Track Made Good and Ground Speed(VTG)地面速度信息

$GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh

<1>以真北为参考基准的地面航向(000~359度,前面的0也将被传输)

<2>以磁北为参考基准的地面航向(000~359度,前面的0也将被传输)

<3>地面速率(000.0~999.9节,前面的0也将被传输)<4>地面速率(0000.0~1851.8公里/小时,前面的0也将被传输)

<5>模式指示(仅NMEA0183 3.00版本输出,A=自主定位,D=差分,E=估算,N=数据无效)

对于确定数据精确度和GPS稳定性,卫星的位置是非常重要的信息。既然GPS精确读将被详细地在这两部分介绍,那么这一部分将主要描述卫星位置和信号的强度。

卫星二十四小时在轨道上运转着,它们在任一时间、任一地点上都至少有六颗能被用户看到。卫星不断地监测地球,这样就避免出现一些盲点或者卫星无法看到的地方。就像在天空中找星星一样,卫星的位置被表示为一个方位角和高程。如前面所述,方位角为直接水平测量。高程测量则为一个与水平面的夹角,其中0°表示水 平,90°表示为“天顶”(或者说是头顶)。因此,如果设备说卫星的方位角为45°且高程为45°,那么卫星现在的位置就是处于水平的东北方向,高度为一半的位置。另外对于卫星位置,设备报告每个卫星的“随机伪代码”(简称PRC),这个数值用来唯一标示一个卫星。

这里有一个关于$GPGSV的语句:

$GPGSV,3,1,10,24,82,023,40,05,62,285,32,01,62,123,00,17,59,229,28*70

每条语句包含四部分内容,例如:第一部分是“24,82,023,40”,第二部分是“05,62,285,32”等等。每部分的第一个词为PRC,第二个词为卫星高程,跟着为方位角和信号强度。如果这个卫星信息用图来显示,那么就如图1-1。


(图1-1:$GPGSV语句的图形表示,中心点为当前位置,周边的圆标示水平面。)

这个语句里最重要的指标应该算是“信号躁声比(signal-to-noise ratio)”(以下简称为SNR)。这个数值标示卫星信号的接收率。我们知道,卫星是以相同的强度发射信号,但是传播过程中难免会遇到诸如树和墙之类的障碍物,这样就影响了信号的识别。典型的SNR值在0到50之间,其中50表示非常好的信号。(SNR可以达到99,但是我还从来没有见过50以上的数据哦。)。在图1-1里,绿色卫星表示强信号,然而黄色卫星则为中等(在第二部分,我将提供一个方法来实现信号强度的分类)。卫星#1的信号完全被阻挡了。

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