GPS卫星信号分析修正版word原版剖析.docx

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GPS卫星信号分析修正版word原版剖析

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2005.10

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：

$XXyyy

XX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

NMEA0183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

√

MSS

GSV

√

√

√

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

$GPGGA

GGA协议头

UTC时间

161229.487

hhmmss.sss

纬度

3723.2475

ddmm.mmmm

N/S指示

N

N为北，S为南

经度

12158.3416

dddmm.mmmm

E/W指示

W

W为西，E为东

定位指示

（质量因子）

1

0：

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：

0～12

HDOP（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：

－9999.9～99999.9

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

*18

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

$GPGLL

GLL协议头

纬度

3723.2475

ddmm.mmmm

N/S指示

N

N为北，S为南

经度

12158.3416

dddmm.mmmm

E/W指示

W

W为西，E为东

UTC时间

161229.487

hhmmss.sss

状态

A

A=数据有效；V=数据无效

校验和

*18

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1

A

M=手动（强制操作在2D或3D模式），

A=自动

模式2

3

1：

定位无效

2：

2D定位

3：

3D定位

卫星使用通道

07

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

……

卫星使用通道

通道12

PDOP

1.8

位置精度

HDOP

1.0

水平精度

VDOP

1.5

垂直精度

校验和

*33

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

$GPGSV

GSV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）

42

dBHz

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ID

27

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）

42

dBHz

范围0到99，没有跟踪时为空

校验和

*33

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

$GPGSV

GSV协议头

信号强度

55

dB

信噪比

27

dB

Beacon信标台频率

318.0

kHz

Beacon信标台位速率

100

bps

校验和

*66

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

$GPRMC

RMC协议头

UTC时间

161229.487

hhmmss.sss

状态

A

A=数据有效；V=数据无效

纬度

3723.2475

ddmm.mmmm

N/S指示

N

N为北，S为南

经度

12158.3416

dddmm.mmmm

E/W指示

W

W为西，E为东

对地速度

0.13

Knot（节）

1852米/小时

方位角

309.62

度

日期

120598

ddmmyy（日日月月年年）

地磁角

用户忽略

校验和

*10

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

$GPVTG

VTG

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

0.13

Knot（节）

单位

N

节

速度

0.2

公里/小时

单位

K

公里/小时

校验和

*10

回车换行，结束消息

NMEA0183消息输入格式：

协议头

数据

校验和

协议尾

$PSRF

要输入的数据

校验和

输入的消息有：

消息

ID

描述

设置串口

100

设置串口A的协议和参数

初始化导航信息

101

XYZ导航坐标初始化（按WGS84坐标系确定）

设置差分串口

102

设置串口B格式的参数

查询速率控制

103

设置和查询数据输出速率，可设置每个NMEA消息是否输出和输出速率

导航信息初始化

104

开始的经纬度、高度（WGS84）

开发调试数据开关

105

开发调试数据开关

MSK接收接口

MSK

设置MSK信号接收机参数

a.设置串口

例样数据：

$PSRF100,0,9600,8,1,0*0C

名称

样例

单位

描述

消息ID

$PSRF100

协议头

协议

0

0为SirfBin,1为NMEA0183

波特率

9600

4800,9600,19200,38400

数据位

8

8

停止位

1

0,1

校验

0

0：

无校验

1：

奇校验

2：

偶校验

校验和

*10

回车换行，消息结束

b.初始化导航信息

例样数据：

$PSRF101,-2686700,-4304200,3851624,96000,497260,921,12,3*1C

名称

样例

单位

描述

消息ID

$PSFR101

协议头

X

-2686700

米

Y

-4304200

米

Z

3851624

米

时钟偏移

96000

Hz

时间周

497260

秒

GPS时间周

通道数

12

复位标志

3

1：

热启动

2：

温启动（星历清除）

3：

温启动（星历清除，初始化数据载入）

4：

冷启动

8：

恢复出厂设置

校验和

*1C

回车换行，消息结束

c.设置差分串口

例样数据：

$PSRF102,9600,8,1,0*12

名称

样例

单位

描述

消息ID

$PSFR102

协议头

波特率

9600

4800,9600,19200,38400

数据位

8

8

停止位

1

0,1

校验

0

0为无校验、1为奇校验、2为偶校验

校验和

*12

回车换行，消息结束

d.查询速率控制

例样数据：

$PSRF103,00,01,00,01*25

名称

样例

单位

描述

消息ID

$PSRF103

协议头

消息

00

0：

GGA

1：

GLL

2：

GSA

3：

GSV

4：

RMC

5：

VTG

模式

01

0：

设置速率

1：

查询速率

速率

1

秒

0：

关闭

255为最大

校验值

01

0：

不使用校验和

1：

使用校验和

校验和

*25

回车换行，结束消息

d.导航信息初始化

例样数据：

$PSRF104,37.3875111,-121.97232,0,96000,237759,1946,12,1*07

名称

样例

单位

描述

消息ID

$PSRF104

协议头

纬度

37.3875111

90～-90

经度

-121.97232

180～-180

高度

0

时钟偏移

96000

时间周

237759

GPS时间周

周

1946

GPS周

通道数

12

复位标识

1

1：

热启动

2：

温启动（星历清除）

3：

温启动（星历清除，初始化数据载入）

4：

冷启动

8：

恢复出厂设置

校验和

*10

回车换行，结束消息

e.开发调试数据开关

例样数据：

$PSRF105,1*3E

名称

样例

单位

描述

消息ID

$PSRF105

协议头

调试

1

0：

调试信息关闭

1：

调试信息打开

校验和

*3E

消息结束

第二部分:

Sirf二进制协议部分

Sirf协议简介

Sirf协议是由Sirf公司制定的二进制协议，提供了对SirfStarGPS操作的更多接口，这一协议可使GPS更稳定，更高效，更容易的地操作。

其格式如下：

消息头

（StartSequence）

消息体长度

（PayloadLength）

消息体

（Payload）

校验码

（Checksum）

消息结束符

（EndSequence）

双字节：

0xA0

0xA2

双字节

（大端格式）

长度小于1023字节的数据

双字节

（大端格式）

双字节

0xB0

0xB3

Sirf二进制消息输出格式：

A0A2xxxxddd…dddyyyyB0B3

其中A0A2为协议头（2字节），xxxx为消息体长度（2字节），ddd…ddd为消息体（长度视具体消息而定），yyyy为校验和（2字节），B0B3为协议尾（2字节）。

在消息体内还含有区分不同消息的ID（位于消息体的开头第一个字节）等信息。

例样数据：

A0A2002902FFD6F78CFFBE536E003AC00400000003000104A00036B039780E30612190E160F0400000000000009BBB0B3

该消息是一个测试导航数据输出的消息，消息中各段已用颜色分隔，消息体是带底纹带边框的部分，消息体中各功能部分亦用颜色分隔，消息体开头部分02（十进制数2）是用十六进制表示的消息ID

各主要输出消息如下列表（用ID值表示）：

Hex

（十六进制值）

ASCII

（ASCII值）

Name

（名称）

Description

（描述）

方案支持程度（SiRFSoftwareOptions）

GSW2√

SIRFXTrac

SIRFLoc

0x01

1

ReferenceNavigationData

未实现之功能

不支持

不支持

0x02

2

MeasuredNavigationData

Position,velocity,andtime

0x03

3

TrueTrackerData

未实现之功能

不支持

不支持

不支持

0x04

4

MeasuredTrackingData

SatelliteandC/Noinformation

0x05

5

RawTrackData

NotsupportedbySiRFstarII

不支持

不支持

不支持

0x06

6

SWVersion

Receiversoftware

0x07

7

ClockStatus

Currentclockstatus

0x08

8

50BPSSubframeData

StandardICDformat

0x09

9

Throughput

Navigationcompletedata

0x0A

10

ErrorID

Errorcodingformessagefailure

0x0B

11

CommandAcknowledgment

Successfulrequest

0x0C

12

CommandNAcknowledgment

Unsuccessfulrequest

0x0D

13

VisibleList

AutoOutput

0x0E

14

AlmanacData

ResponsetoPoll

0x0F

15

EphemerisData

ResponsetoPoll

0x10

16

TestMode1

ForusewithSiRFtest（TestMode1）

不支持

不支持

0x11

17

DifferentialCorrections

ReceivedfromDGPSbroadcast

不支持

不支持

0x12

18

OkToSend

CPUON/OFF（TricklePower）

0x13

19

NavigationParameters

ResponsetoPoll

0x14

20

TestMode2/3/4

TestMode2,3,or4testdata

仅TestMode2

TextMode2/3/4

TextMode2/3/4

0x1C

28

Nav.Lib.MeasurementData

MeasurementData

不支持

不支持

0x1D

29

Nav.Lib.DGPSData

DifferentialGPSData

不支持

不支持

0x1E

30

Nav.Lib.SVStateData

SatelliteStateData

不支持

不支持

0x1F

31

Nav.Lib.InitializationData

InitializationData

不支持

不支持

0x29

41

GeodeticNavigationData

Geodeticnavigationinformation

includingerrorestimates

2.3或以上

不支持

不支持

0x2E

46

TestMode3

Additionaltestdata（TestMode3）

不支持

不支持

0x30

48

TestModeRawMeasurementData

RawGPSmeasurementdata

不支持

0x31

49

TestModeRawTrackingLoopData

Rawtrackingloopdata

不支持

0x32

50

SBASParameters

SBASoperatingparameters

2.3或以上

不支持

不支持

0xFF

255

DevelopmentData

Variousstatusmessages

注：

并不是所有这些消息能被所有SirfGPS方案支持

各个消息详表如下：

1.MeasureNavigationDataOut–消息ID：

2

输出频率：

1Hz

例样数据：

A0A2002902FFD6F78CFFBE536E003AC00400000003000104A00036B039780E30612190E160F0400000000000009BBB0B3

表1

注：

1.更多信息请见表2

2.DOP（位置精度）段仅含HDOP值（水平精度）

3.更多信息请见表3

表2

表3

2.MeasuredTrackerDataOut–消息ID：

4

输出频率：

1Hz

例样数据：

A0A200BC04036C0000937F0C0EAB46003F1A1E1D1D191D1A1A1D1F1D59423F1A1A.......B0B3

表4

注：

1.更多信息请见表5

表5

3.SoftwareVersionString（ResponsetoPoll）–消息ID：

6

输出频率：

响应检测的频率

例样数据：

A0A200150606312E322E30444B495431313920534D00000000000382B0B3

表6

注：

1.06312E322E30444B495431313920534D00