GPS卫星信号分析(修正版)

GPS卫星信号分析(修正版)——基于SirfStarGPS上的NMEA0183协议及Sirf二进制协议之实现(输出/输入)：SirfStarGPS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$PSRF100输入消息来设置要使用的协议。第一部分:NMEA0183协议部分NMEA(NationalMarineElectronicsAssociation)0183协议简介NMEA0183是美国国家海洋电子协会为海用电子设备制定的标准格式，是一种航海、海运方面有关于数字信号传递的标准，此标准定义了电子信号所需要的传输协议，传输数据时间。这个协议是文本格式的。大致格式如下：StartSequence(消息头)Payload(消息体)Checksum(校验和)EndSequence(消息尾)格式：$XXyyyXX为设备标识yyy为内容识别码具体数据和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$和*之间的字符回车换行CRLFNMEA0183消息输出格式：$GPsss,df1,df2,…[CR][LF]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（DilutionofPrecision）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。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GGA√√√√√√GLL√√√√RMC√√√√√√√VTG√√ZDA√√GSA√MSSGSV√√√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：$GPGGA,1661229.478,3723.2475,N,12158.3416,W,1,07,1.0,9.0,M,7.3,M,,0000*18名称样例单位描述消息ID$GPGGAGGA协议头UTC时间161229.487hhmmss.sss纬度3723.2475ddmm.mmmmN/S指示NN为北，S为南经度12158.3416dddmm.mmmmE/W指示WW为西，E为东定位指示(质量因子)10：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，定位有效可用卫星数目07范围：0～12HDOP(水平精度因子)1.0水平精度，范围：1.0～99.9天线高程9.0米范围：－9999.9～99999.9xxxxxx.xxx,M单位M米大地椭球面相对海平面的高度7.3米高程（海拔高度），范围：－999.9～9999.9单位M米差分时间(差分GPS数据年龄)秒当前没有DGPS（DifferentialGlobalPositionSystem，差分全球定位系统），实时GPS时无效差分ID(差分基准站号)0000差分基准站号校验和*18CRLF回车换行将消息结束2.GLL(经纬度,UTC时间和定位状态)例样数据：$GPGLL,3723.2475,N,12158.3416,W,161229.487,A*2C名称样例单位描述消息ID$GPGLLGLL协议头纬度3723.2475ddmm.mmmmN/S指示NN为北，S为南经度12158.3416dddmm.mmmmE/W指示WW为西，E为东UTC时间161229.487hhmmss.sss状态AA=数据有效；V=数据无效校验和*18CRLF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：$GPGSA,A,3,07,02,26,27,09,04,15,,,,,,1.8,1.0,1.5*33名称样例单位描述消息ID$GPGSA$GPGSA模式1AM=手动（强制操作在2D或3D模式），A=自动模式231：定位无效2：2D定位3：3D定位卫星使用通道07（此处为有效卫星）通道7(PRN,伪随机噪声代码号，范围：1～32)卫星使用通道02通道2……（15-3）最多可收到的卫星如果存在用2位表示卫星使用通道通道12PDOP1.8位置精度最多5位（50.0）或者0.1，1.7HDOP1.0水平精度(数值越小，信号越强。2.0认为强信号)VDOP1.5垂直精度校验和*33CRLF回车换行将消息结束4．GSV(接收机能接收到的卫星信息，包括卫星ID，仰角，方位角，信噪比（SNR）等)例样数据：$GPGSV,2,1,07,07,79,048,42,02,51,062,43,26,36,256,42,27,27,138,42*71$GPGSV,2,2,07,09,23,313,42,04,19,159,41,15,12,041,42*41这两条语句描述一个完整的卫星信息（这里共描述7颗卫星，每颗卫星的描述部分已用不同颜色标出），每颗卫星用4个段来描述：卫星ID（又称随机伪代码，PRC）、卫星高程（仰角，卫星和接收点连线与水平面的夹角）、方位角（连线在水平面上的投影与正北方向的顺时针旋转夹角）、信噪比。名称样例单位描述消息ID$GPGSVGSV协议头消息数目(总的GSV语句电文数)2范围1到3消息编号(当前GSV语句号)1范围1到3可视卫星总数07卫星ID（PRC）07范围1到32仰角（卫星高程）79度最大90，90表在天顶方位角048度0~359信噪比（SNR）42dBHz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……卫星ID27范围1到32仰角27度最大90方位角138度范围0～359信噪比（SNR）42dBHz范围0到99，没有跟踪时为空校验和*33CRLF回车换行，结束消息5.MSS(信噪比(SNR),信号强度，频率，比特率)例样数据：$GPMSS,55,27,318.0,100,*66名称样例单位描述消息ID$GPGSVGSV协议头信号强度55dB信噪比27dBBeacon信标台频率318.0kHzBeacon信标台位速率100bps校验和*66CRLF回车换行，结束消息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：$GPRMC,161229.487,A,3723.2475,N,12158.3416,W,0.13,309.62,120598,,*10这条语句基本上包含了GPS应用程序所需的全部数据：纬度、经度、速度、方向、卫星时间、状态以及磁场变量名称样例单位描述消息ID$GPRMCRMC协议头UTC时间161229.487hhmmss.sss状态AA=数据有效；V=数据无效纬度3723.2475ddmm.mmmmN/S指示NN为北，S为南经度12158.3416dddmm.mmmmE/W指示WW为西，E为东对地速度0.13Knot（节）1节=1852米/小时=1.852千米/小时xxxx.xx最多8位方位角309.62度xxx.xx日期120598ddmmyy(日日月月年年)地磁角用户忽略校验和*10CRLF回车换行，结束消息7.VTG(方位角与对地速度)例样数据：$GPVTG,309.62,T,,M,0.13,N,0.2,K*6E名称样例单位描述消息ID$GPVTGVTG方位角309.62度参考方向T真北方位角度参考方向M地磁南极(地理北极附近)速度0.13Knot(节)单位N节速度0.2公里/小时单位K公里/小时校验和*10CRLF回车换行，结束消息第二部分:Sirf协议部分（十六制数据）各信息内容识别码下的信号分析如下：1.0x02://导航消息(时间、位置、定位数据)例样数据：A0A2002902FFD533140047E75E003187B2000000000000041002014E01BF58BA041D07110500000000000000000788B0B3名称样例单位描述消息头A0A2开始消息数据数0029接收的数据数（16制表示）消息ID02导航消息16制表示纬度FFD53314获取16制经度0047E75E高度003187B2速度、方向000000000000有XYZ三方向的速度。（三速度的平方和开根号；方向也根据这3个值定的。）模式1（坐标模式）04Hdop（水平精度）10值=16/5.0水平精度模式2（定位模式）021：定位无效2：2D定位3：3D定位星期014E时间相关数据01BF58BA值=/100和星期一起获取UTC时间卫星数04定位有效卫星id个数卫星ID1D0711050000000000000000卫星ID校验0788消息尾B0B3结束消息2.0x04://卫星轨道消息(星历数据)例样数据：A0A200BC04014E01BF58BA0C0AB1690000000000000000000000001D7F2700BF272A29282829282828281EC1150000000000000000000000001B400F0000000000000000000000001A830D00BF2527262526262626262602057D00000000000000000000000004305E00000000000000000000000007693800BF2D2F2E2D2E2E2E2E2E2E0D1D3000000000000000000000000011651C00BF282A292929292929292905AE1C00BF24262524252524242324183F1600000000000000000000000015A0B0B3名称样例单位描述消息头A0A2开始消息数据数00BC接收的数据数（16制表示）消息ID04通道数0C12个通道数通道ID10A通道仰角B1通道方位角69状态0000信噪比0000000000000000000010位通道ID21D通道仰角7F通道方位角27状态00BF信噪比272A2928282928282828………………..……………….通道ID1218通道仰角3F通道方位角16状态0000信噪比00000000000000000000消息尾B0B3结束消息A0A200BC04014E01BF58BA0C0AB1690000000000000000000000001D7F2700BF272A29282829282828281EC1150000000000000000000000001B400F0000000000000000000000001A830D00BF2527262526262626262602057D00000000000000000000000004305E00000000000000000000000007693800BF2D2F2E2D2E2E2E2E2E2E0D1D3000000000000000000000000011651C00BF282A292929292929292905AE1C00BF242625