GPS卫星信号分析修正版word原版解析

1、GPS卫星信号分析(修正版)基于SirfStar GPS上的NMEA0183协议及Sirf二进制协议之实现 (输出/输入)：李海燕 2005.10SirfStar GPS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(National Marine Electronics Association) 0183协议简介NMEA 0183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

2、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：Start Sequence(消息头)Payload(消息体)Checksum(校验和)End Sequence(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 NMEA0183消息输出格式 ：$GPsss,df1,df2,CRLFGP标识该信号是GPS信号，sss为信息内容识别码

3、，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（Dilution of Precision）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

4、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GGAGLLRMCVTGZDAGSAMSSGSV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*

5、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：012HDOP(水平精度因子)1.0水平精度，范围：1.099.9天线高程9.0米范围：9999.999999.9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：999.99999.9单位M米差分时间(差分GP

6、S数据年龄)秒当前没有DGPS（Differential Global Position System，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：$GPGLL,3723.2475,N,12158.3416,W,161229.487,A*2C名称样例单位描述消息ID$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.ss

7、s状态AA=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通道7(PRN,伪随机噪声代码号，范围：132)卫星使用通道02通道2卫星使用通道通道12PDOP1.8位置精度HDOP1.0水平精度VDOP1.5垂直精度校验和*33回车换行将消

8、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

9、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0359信噪比（SNR）42dBHz范围0到99，没有跟踪时为空.典型值在050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0359信噪比（SNR）42dBHz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

10、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*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

11、RMC 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）1852米/小时方位角309.62度日期120598ddmmyy(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：$GPVTG,309.62,T, ,M,0.13,N,0.2,K*6E名称样例单位描述消息ID$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

12、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*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101XYZ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

13、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00为Sirf Bin,1为NMEA0183波特率96004800,9600,19200,38400数据位88停止位10,1校验00：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Z3851624米时钟偏移96000Hz时间周497260秒GPS时间

14、周通道数12复位标志31：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96004800,9600,19200,38400数据位88停止位10,1校验00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000：GGA1：GLL2：GSA3：GSV4：RMC5：V

15、TG模式010：设置速率1：查询速率速率1秒0：关闭255为最大校验值010：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37.387511190-90经度-121.97232180-180高度0时钟偏移96000时间周237759GPS时间周周1946GPS周通道数12复位标识11：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

16、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10：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SirfStar GPS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（Start Sequence）消息体长度（Payload Length）消息体（Payload）校验码（Checksum）消息结束符（End Sequence）双字节：0xA00xA2双字节（大端格式）长度小

17、于1023字节的数据双字节（大端格式）双字节0xB00xB3Sirf二进制消息输出格式：A0A2xxxxddddddyyyyB0B3其中A0A2为协议头(2字节)，xxxx为消息体长度(2字节)，dddddd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

18、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(SiRF Software Options)GSW2SIRFXTracSIRFLoc0x011Reference Navigation Data未实现之功能不支持不支持0x022Measured Navigation DataPosition, velocity, and time0x033True

19、Tracker Data未实现之功能不支持不支持不支持0x044Measured Tracking DataSatellite and C/No information0x055Raw Track DataNot supported by SiRFstarII不支持不支持不支持0x066SW VersionReceiver software0x077Clock StatusCurrent clock status0x08850 BPS Subframe DataStandard ICD format0x099ThroughputNavigation complete data0x0A10Err

20、or IDError coding for message failure0x0B11Command AcknowledgmentSuccessful request0x0C12Command NAcknowledgmentUnsuccessful request0x0D13Visible ListAuto Output0x0E14Almanac DataResponse to Poll0x0F15Ephemeris DataResponse to Poll0x1016Test Mode 1For use with SiRFtest (Test Mode 1)不支持不支持0x1117Diffe

21、rential CorrectionsReceived from DGPS broadcast不支持不支持0x1218OkToSendCPU ON / OFF (Trickle Power)0x1319Navigation ParametersResponse to Poll0x1420Test Mode 2/3/4Test Mode 2, 3, or 4 test data仅Test Mode 2Text Mode 2 /3 /4Text Mode 2 /3 /40x1C28Nav. Lib. Measurement DataMeasurement Data不支持不支持0x1D29Nav.

22、Lib. DGPS DataDifferential GPS Data不支持不支持0x1E30Nav. Lib. SV State DataSatellite State Data不支持不支持0x1F31Nav. Lib. Initialization DataInitialization Data不支持不支持0x2941Geodetic Navigation DataGeodetic navigation informationincluding error estimates2.3或以上不支持不支持0x2E46Test Mode 3Additional test data (Test Mo

23、de 3)不支持不支持0x3048Test Mode Raw Measurement DataRaw GPS measurement data不支持0x3149Test Mode Raw Tracking Loop DataRaw tracking loop data不支持0x3250SBAS ParametersSBAS operating parameters2.3或以上不支持不支持0xFF255Development DataVarious status messages注：并不是所有这些消息能被所有Sirf GPS方案支持各个消息详表如下：1. Measure Navigation D

24、ata Out 消息ID： 2输出频率：1Hz例样数据：A0A20029 02FFD6F78CFFBE536E003AC00400000003000104A00036B039780E30612190E160F0400000000000009BBB0B3表1注：1. 更多信息请见表22. 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32. Measured Tracker Data Out 消息ID： 4输出频率：1Hz例样数据：A0A200BC 04036C0000937F0C0EAB46003F1A1E1D1D191D1A1A1D1F1D59423F1A1A.

25、.B0B3表4注：1. 更多信息请见表5表53. Software Version String(Response to Poll) 消息ID： 6输出频率：响应检测的频率例样数据：A0A20015 0606312E322E30444B495431313920534D00000000000382B0B3表6注：1. 06312E322E30444B495431313920534D00000000002. 1.2.0DKit119 SM4. Response:Clock Status Data 消息ID： 7输出频率：1Hz或响应检测频率例样数据：A0A20014 0703BD021549240

26、800012231000472814D4DAEF0589B0B3表75. 50 BPS Data 消息ID： 8输出频率：As available (12.5 minute download time)例样数据：A0A2002B08001900C0342A9B688AB0113FDE2D714FA0A7FFFACC5540157EFFEEDFFFA80365A867FC67708BEB5860F415AAB0B3表86. CPU Throughput 消息ID： 9输出频率：1Hz例样数据：A0A20009 09003B0011001601E50151B0B3表97. Error ID Dat

27、a 消息ID： 10输出频率：按每一个度量周期（Full Power / Continuous: 1Hz）Error ID：2 代码定义名：ErrId_CS_SVParity Error ID描述：Satellite subframe # failed parity check例样数据：A0A2000D 0A0002000200000001000000020011B0B3表10表11注：错误消息有很多种，不便在本文档中一一列出，此例样数据是错误消息2（详细Error ID请见Sirf相关文档）8. Command Acknowledgment 消息ID： 11输出频率：响应成功输入消息例样数据

28、：A0A200020B92009DB0B3（这是一个成功的历书请求的例子）表129. Command NAcknowledgment 消息ID： 12输出频率：响应拒绝输入消息例样数据：A0A200020B92009EB0B3（这是一个不成功的历书请求的例子）表1310. Visible List 消息ID： 13输出频率：大约每2分钟更新一次例样数据：A0A2002A 0D081D002A00320F009C0032.B0B3这是一个可变长度的消息，报告可见卫星的数量表1411. Almanac Data 消息ID： 14历书数据输出频率：响应查询例样数据：A0A2001E 0E011101

29、4128FF630D51FD5900A10CC111B454B909098C6CE714.09E5B0B3表15注：1. Each satellite almanac entry is output in a single message2. 3. This checksum is not used for serial I/O data integrity. It is used internally for ensuring that almanac information is valid12. Ephemeris Data(响应查询) 消息ID： 15星历表数据13. Test Mod

30、e 1 消息ID： 16输出频率：变值，在定义150ID的消息时被设置例样数据：A0A20011 100015001E000588B800C81B580004000102D8B0B3表16：Test Mode 1数据表17：Text Mode 1数据细节描述14. Differential Corrections 消息ID： 17此消息提供从DGPS源接收的RTCM数据，数据基于RTCM SC104格式发送为Sirf二进制协议15. OkToSend 消息ID： 18输出频率：Trickle Power CPU 开关指示例样数据：A0A20002 100015001E000588B800C81

31、B58000400010012B0B3表18注：0意味着CPU将要关闭, OkToSend=NO；1 意味着CPU已经开启, OkToSend=YES16. Navigation Parameters(响应查询) 消息ID： 19输出频率：响应查询例样数据：A0A20018 130100000000011E3C0104001E004B1E00000500016400C8022DB0B3表1917. Text Mode 2/3/4 消息ID： 20此消息的定义是依赖于所使用的软件类型和版本的。在GSW2软件类型里，此消息仅被定义为Text Mode 2;在SirfLoc或SirfXTrac里，此

32、消息被定义为Text Mode 2或Text Mode 3或Text Mode 4输出频率：变值，在消息ID 150定义期间被设置Text Mode 2:这一模式被GSW2,SirfLoct和SirfXTrac支持，这一模式需要1.5分钟采集足够的可用数据例样数据：A0A20033140001001E00023F70001F0D2900000000000601C600051B0E000EB41A000000000000000000000000000000000000000000000316B0B3表20表21 Text Mode 2的细节描述注：其它几种模式不在此列出，详情请见Sirf相关文档

33、18. Navigation Library Measurement Data 消息ID： 28输出频率：依据每个测量周期（full power/continuous:1Hz）例样数据：A0A200381C00000660D015F143F62C4113F42F417B235CF3FBE95E468C6964B8FBC582415CF1C375301734.03E801F4000000001533B0B3表22:测量数据表23：同步标志区域表24：测量数据的细节描述19. Navigation Library Measurement Data 消息ID： 29输出频率：依据每个测量周期（ful

34、l power/continuous:1Hz）例样数据：A0A2001A1D000F00B501BFC97C673CAAAAAB3FBFFE1240A0000040A000000956B0B3表25注：0=无校正；1 = 用WAAS通道；2 = 用外部源； 3 =用内部信标；4 =设置DGPS校正20. Navigation Library SV State Data 消息ID： 30输出频率：依据每个测量周期（full power/continuous:1Hz）例样数据：A0A200531E15.2C64E99D01.408906C82360B0B3表26注：0 = 无效SV状态；1 = 来

35、自星历表计算的状态；2 = 来自历书计算的卫星状态21. Navigation LibraryInitialization Data 消息ID： 31输出频率：依据每个测量周期（full power/continuous:1Hz）例样数据：A0A200541F.00000000000001001E000F.00.000000000F.00.02.043402. .020E27B0B3表27Name Bytes Binary (Hex) Units ASCII (Decimal) Scale Example Scale Example Message I.D. 1 1F 31 Reserved

36、1 Altitude Mode1 1 00 0 Altitude Source 1 00 0 Altitude 4 00000000 m 0 Degraded Mode2 1 01 1 Degraded Timeout 2 001E sec 30 Dead-reckoning Timeout 2 000F sec 15 Reserved 2 Track Smoothing Mode3 1 00 0 Reserved 1 Reserved 2 Reserved 2 Reserved 2 DGPS Selection4 1 00 0 DGPS Timeout 2 0000 sec 0 Elevat

37、ion Nav. Mask 2 000F 15 Reserved 2 Reserved 1 Reserved 2 Reserved 1 Reserved 2 Static Nav. Mode5 1 00 0 Reserved 2 Position X 8 m Position Y 8 m Position Z 8 m Position Init. Source6 1 02 2 GPS Time 8 GPS Week 2 0434 1076 Time Init. Source7 1 02 2 Drift 8 Drift Init. Source8 1 02 2 注：1. 0 = Use last

38、 know altitude 1 = Use user input altitude 2 = Use dynamic input from external source 2. 0 = Use direction hold and then time hold 1 = Use time hold and then direction hold 2 = Only use direction hold 3 = Only use time hold 4 = Degraded mode is disabled 3. 0 = True 1 = False 4. 0 = Use DGPS if avail

39、able 1 = Only navigate if DGPS corrections are available 2 = Never use DGPS corrections 4. 0 = True 1 = False 5. 0 = ROM position 1 = User position 2 = SRAM position 3 = Network assisted position 6. 0 = ROM time 1 = User time 2 = SRAM time 3 = RTC time 4 = Network assisted time 7. 0 = ROM clock 1 =

40、User clock 2 = SRAM clock 3 = Calibration clock 4 = Network assisted clock 22. Geodetic Navigation Data 消息ID： 41输出频率：依据每个测量周期（full power/continuous:1Hz）例样数据：A0A2005B290000000000A719ECD0990000000000000000000000001438ED1BB971AA87FFFFFF7500000CC70000000000000000000000000000FB000001D80000000000000000000

41、00000000000000000000000000000000000000000F4FC010EF7B0B3表28Name Bytes Binary (Hex)Units ASCII (Decimal) Scale ExampleScale Example Message ID 1 29 41, Nav Valid 2 00 00 0 NAV Type 2 00 00 0 Extended Week Number 2 00 A7 week 167 TOW 4 19 EC D0 99 sec 43495029 7 UTC Year 2 00 00 year 0 UTC Month 1 00 month 0 UTC Day 2 00 00 day 0 UTC Hour 2 00 00 hr 0 UTC Minute 2 00 00 min 0 UTC Second 2 00 00 sec 0 Number of Satellites in Solution