GPS卫星信号分析

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）李海燕

2022.10SirfStarGPS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$PSRF100输入消息来设置要使用的协议第一局部:NMEA0183协议局部|NMEA（NationalMarineElectronicsAssociation）0183协议简介NMEA0183是美国国家海洋电子协会为海用电子设备制定的标准格式，是一种航海、海运方面有关于数字信号传递的标准，此标准定义了电子信号所需要的传输协议，传输数据时间这个协议是文本格式的大致格式如下NMEA0183消息输出格式$GPsssdf1df2-［CR］［LF］GP标识该信号是GPS信号，sss为信息内容识别码，dfldf2…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很多颗卫星定位信息，但在周密定位上，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亲热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，各消息一样的字段中包含一样的地理数据，可综合多个消息来猎取完整的数据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/

661229.

4783723.2475N

12158.3416W』，07』Q

9.0M

7.3M0000*

182.GLL（经纬度UTC时间和定位状态）例样数据$GPGLL

3723.2475N

12158.3416W

161229.487A*2C

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$GPGSAA307022627090415……

1.

81.

01.5*

334.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，每颗卫星的描述局部已用不同颜色标出），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

5.MSS（信噪比（SNR）信号强度，频率，比特率）例样数据$GPMSS

5527318.0100*

666.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

161229.487A

3723.2475N

12158.3416W0J

3309.62120598*1（）这条语句根本上包含了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

7.VTG（方位角与对地速度）例样数据:SGPVTG

309.62TM

0.13N

0.2K*6E附录术语说明热启动〔HotStart）当前的位置、时钟偏移、GPS时间和星历都有效温启动（WarmStart）位置、时钟偏移、GPS时间由用户输入，其他数据无效冷启动［ColdStart）全部数据都无效节（Knot）航海上的用的速度单位，即海里/小时（1852米/小时）UTC（UniversalTimeCoordinated）国际协调时间，又称世界标准时间（旧称格林尼治时间）中国内地、香港、澳门、台湾、蒙古、加坡、马来西克、菲律宾、澳洲西部的时间与UTC的时差均为+8也就是UTC+8美国是UTC-5Beacon信标台为提升GPS的定位精度，所设立的非指向性播送电台，用以播送站台所在地之GPS虚拟距离校正资料，四周的一般GPS接收机，假设能接收及应用此资料，即能提高该接收机的定位精度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

2243.4976N

11414.7289E

091828.819A格式为*［16进制数］如*2C.校验和是承受XOR的方法来计算$和*之间的字符回车换行CRLF1日期时间纬度经度仰角高程定位状态卫星数地面速度方位角GGAVJVJJVGLLVJVVRMCVVJJJVVTGVZDAVJGSAVMSSGSVVV名称样消息ID$GPGGAGGA协议头UTC时间

161229.487hhmmss.sss纬度

3723.2475ddmm.mmmmN/S指力、NN为北，S为南经度

12158.3416dddmm.mmmmE/W指示WW为西，E为东定位指不（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3PPS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米范围一

9999.9~

99999.9xxxxxx.xxxM单位M米大地椭球面相对海平面的高度

7.3米高程1海拔高度），范围一

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差分基准站号校验利*18CRLF回车换行将消息完毕名称样例消息ID$GPGLLGLL协议头纬度

3723.2475ddmm.mmmmN/S指小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二数据有效；V二数据无效校验和*18CRLF回车换行，完毕消息名称样例单位描述消息ID$GPGSA$GPGSA模式1AM二手动〔强制操作在2D或3D模式），A二自动模式231定位无效22D定位33D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♦・・・・・U5-3）最多可收到的卫星假设存在用2位表示卫星使用通道通道12PDOP

1.8位置精度最多5位［

50.0）或者

0.

11.7HDOP

1.0水平精度（数值越小，信号越强＜

2.0认为强信号）VDOP

1.5垂直精度校验和*33CRLF回车换行将消息完毕名称样例单位描述消息ID$GPGSVGSV协议头消息数目（总的GSV语句电义数）2范围1到3消息编号（当前GSV语句号）1范围1到3可视卫星总数07卫星IDPRC07范围1到32仰角（卫星高程）79度最大9090表在天顶方位角048度0-359信噪比［SNR）42dBHz范围0到99没有跟踪时为空.典型值在0〜50之间SNR虽可到达99但极罕见，50已是格外好的状况卫星ID27范围1到32仰角27度最大90方位角138度范围0〜359信噪比（SNR）42dBHz范围0到99没有跟踪时为空校验和*33CRLF回车换行，完毕消息名称样例单位描述消息ID$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，完毕消息名称样例单位描述消息ID$GPRMCRMC协议头UTC时间

161229.487hhmmss.sss状态AA二数据有效；丫=数据无效纬度

3723.2475ddmm.mmmmN/S指力、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）地磁角用户无视校验和*10CRLF回车换行，完毕消息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（地理北极四周）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*1（）CRLF回车换行，完毕消息。