GPS NMEA-0183协议详解

材料一：

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

$GPRMC

例：$GPRMC,024813.640,A,3158.4608,N,11848.3737,E,10.05,324.27,150706,,,A*50

字段0：$GPRMC，语句ID，表明该语句为Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推荐最小定位信息

字段1：UTC时间，hhmmss.sss格式

字段2：状态，A=定位，V=未定位

字段3：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）

字段4：纬度N（北纬）或S（南纬）

字段5：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）

字段6：经度E（东经）或W（西经）

字段7：速度，节，Knots

字段8：方位角，度

字段9：UTC日期，DDMMYY格式

字段10：磁偏角，（000 - 180）度（前导位数不足则补0）

字段11：磁偏角方向，E=东W=西

字段16：校验值

$GPVTG

例：$GPVTG,89.68,T,,M,0.00,N,0.0,K*5F

字段0：$GPVTG，语句ID，表明该语句为Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息

字段1：运动角度，000 - 359，（前导位数不足则补0）

字段2：T=真北参照系

字段3：运动角度，000 - 359，（前导位数不足则补0）

字段4：M=磁北参照系

字段5：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）

字段6：N=节，Knots

字段7：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）

字段8：K=公里/时，km/h

字段9：校验值

$GPGLL

例：$GPGLL,4250.5589,S,14718.5084,E,092204.999,A*2D

字段0：$GPGLL，语句ID，表明该语句为Geographic Position（GLL）地理定位信息

字段1：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）

字段2：纬度N（北纬）或S（南纬）

字段3：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）

字段4：经度E（东经）或W（西经）

字段5：UTC时间，hhmmss.sss格式

字段6：状态，A=定位，V=未定位

字段7：校验值

材料二：

NMEA-0183协议说明

V2.20 2004年1月

注：因本人水平有限，难免出现错，敬请修改。
1、NMEA输出报文

表1.1——NMEA输出报文

NMEA标记	说明
GGA	全球定位系统固定数据
GLL	地理信息——纬度/经度
GSA	GNSS DOP（定位点） 活动卫星
GSV	可见GNSS（定位）卫星
RMC	推荐的最小具体定位数据
VTG	对地航向和对地速度

A.GGA –全球定位系统固定数据

$GPGGA,161229.487,3723.2475,N,12158.3416,W,1,07,1.0,9.0,M,,,,0000*18

表1.2——GGA数据格式

名称	举例	单位	说明
报文ID Message ID	$GPGGA		GGA报文头
UTC坐标 UTC Position	161229.487		hhmmss.sss
纬度 Latitude	3727.2475		ddmm.mmmm
南北半球 N/S Indicator	N		N=north or S=south
经度 Longitude	12158.3416		dddmm.mmmm
东经西经 E/W Indicator	W		E=east or W=west
定位模式 Position fix indicator	1		见表 1.3
应用的卫星 Satellites used	07		范围0 to 12
HDOP	1.0		水平精确度 Horizontal Dilution of Precision
海拔(平均海平面)高度 MSL Altitude	9.0	meters
单位 Units	M	meters
大地水准面距离 Geoid Separation		meters
单位 Units	M	meters
误差修正 Age of Diff. Corr.		second	不用DGPS时=Null
误差参考ID Dif. Ref. Station ID
校验码 Checksum	*18
<CR><LF>			终止符

表1.3——定位模式

值	说明
0	无效定位模式
1	GPS SPS模式，有效定位模式
2	微分GPS SPS模式，有效定位模式
3	GPS SPS模式，有效定位模式

B.GLL –地理信息——纬度/经度

$GPGLL,3723.2475,N,12158.3416,W,161229.487,A*2C

表1.4——GLL数据格式

名称	举例	单位	说明
报文ID Message ID	$GPGLL		GLL 报文头
纬度 Latitude	3723.2475		ddmm.mmmm
南北半球 N/S Indicator	N		N=north or S=south
经度 Longitude	12158.3416		Dddmm.mmmm
东西半球 E/W indicator	W		E=east or W=west
UTC坐标 UTC position	161229.487		hhmmss.sss
状态 Status	A		A=数据有效 V=数据无效
校验 Checksum	*2C
<CR><LF>			终止符

C.GSA –GNSSDOP（定位点）活动卫星

$GPGSA,A,3,07,02,26,27,09,04,15,,,,,,1.8,1.0,1.5*33

表1.5——GSA数据格式

名称	举例	单位	说明
报文ID Message ID	$GPGSA		GSA 报文头
模式1 Mode 1	A		见表1.6
模式2 Mode 2	3		见表1.7
应用的卫星 Satellite used	07		应用通道1（？？） Sv on channel 1
应用的卫星 Sateliite used	02		通道2 Sv on channel 2
...
应用的卫星 Satellite used			应用通道12 Sv on channel 12
PDOP	1.8		位置精确度 Position dilution of precision
HDOP	1.0		水平精确度 Horizontal dilution of precision
VDOP	1.5		垂直精确度 Vertical dilution of precision
校验 Checksum	*33
<CR><LF>			终止符

表1.6——模式2

值	说明
M	手动——强制为2D或3D模式
A	自动——允许自动选择2D或3D

表1.7——模式1

值	说明
1	非法
2	2D
3	3D

（译者注：根据协议值，表1.6和表1.7应互换）

D. GSV –GNSS DOP（定位点） 活动卫星

$GPGSV,2,2,07,07,79,048,42,02,51,062,43,26,36,256,42,27,27,138,42*71

表1.8——GSV数据格式

名称	举例	单位	说明
报文ID Message ID	$GPGSV		GSV报文头
报文号？？ Number of messages	2		范围1 to 3
报文数？？ Message number	1		范围1 to 3
可见卫星 Satellites to view	07		可见卫星总数（00-12）
卫星ID Satellite ID	01		信道1 (Range 1 to 32)
海拔 Elevation	79	degrees	信道1 (最大90)
方位角 Azimuth	048	degrees	信道1 (True,范围0 to 359)
信噪比 SNR (C/No)	42	dBHz	范围0 to 99,无跟踪时=NULL
....
卫星ID Satellite ID	27		信道4 (范围 1 to 32)
海拔 Elevation	27	degreees	信道4 (最大 90)
方位角 Azimuth	138	degrees	信道4 (True,范围 0 to 359)
信噪比 SNR (C/No)	42	dBHz	范围0 to 99, 无跟踪时=NULL
校验 Checksum	*71
<CR><LF>			终止符

E. RMC –推荐的最小具体定位数据

$GPRMC,161229.487,A,3723.2475,N,12158.3416,W,0.13,309.62,120598,,*10

表1.9——RMC数据格式

名称	举例	单位	说明
报文ID Message ID	$GPRMC		RMC报文头
UTC坐标 UTC position	161229.487		hhmmss.sss
状态 Status	A		A=数据有效 V=数据无效
纬度 Latitude	3723.2475		ddmm.mmmm
南北半球 N/S Indicator	N		N=北半球 S=南半球
经度 Longitude	12158.3416		dddmm.mmmm
东西半球 E/W	W		E=东半球 W=西半球
对地速度 Speed Over Ground	0.13	Knots(节)
对地航向 Course Over Ground	309.62	degrees	True
日期 Date	120598		Ddmmyy
磁变 Magnetic Variation		degrees	E=east or W=west
Checksum	*10
<CR><LF>			终止符

F. VTG –对地航向和对地速度

$GPVTG,309.62,T,,M,0.13,N,0,2,K*6E

表1.10——VGT格式

名称	举例	单位	说明
报文ID Message ID	$GPVTG		VTG 报文头
航向 Course	309.62	degrees	测量标题？ Measured heading
参照 Reference	T		True
航向 Course		degrees	测量标题？ Measured heading
参照 Reference	M		地磁 Magnetic
速度 Speed	0.13	knots	水平速度测量 Measured horizontal speed
单位 Units	N		Knots
速度 Speed	0.2	km/hr	水平速度测量 Measured horizontal speed
单位 Units	K		kM/hr
校验 Checksum	*6E
<CR><LF>			终止符

2. NMEA 输入报文

NMEA输入报文提供了允许通过NMEA协议控制GPS的方法。

传输格式：

起始符	数据	校验码	终止符
$PSRF<MID>1	DATA2	*CKSUM3	<CR><LF>4

1.起始符包含3个字节，从MID100开始(Message identifier consisting ofthree numeric characters. Input messages begin at MID 100.)。??????

2.具体数据，特定的数据序列<data>…<date>。

3.NMEA定义的校验是2个HEX的字符，适用于所有输入报文。

4.所有输入报文都以回车符(CR)和换行符<LF>结束，即\r\n，十六进制码为0D0A。因为\r\n是不可打印的ASCII字符，是示例字符串，但必须发送强制其作为输入报文的终止符。

输入报文SiRF：

报文 Message	报文标识符(MID) Message Identifier(MID)	说 明 Description
设置串口 Set Serial Port	100	设置口A参数和协议 Set port A parameters and protocol
导航初始化 Navigation Initialization	101	适用于以X/Y/Z 开始的参数Parameters required for start using X/Y/Z
设置DGPS口 Set DGPS Port	102	设置口B的用于DGPS输入的参数 Set PORT B paramaters for DGPS input
查询/速率控制 Query/Rate Control	103	查询标准的NMEA报文和设置输出速率 Query standard NMEA message and/or set output rate
LLA 导航初始化 LLA Navigation Initialization	104	适用于以Lat/Lon/Alt(输入必须与WGS84相匹配) 开始的参数 Parameters required for start using Lat/Lon/Alt (input coordinates must be WGS84)
扩展数据开关 Development Data On/Off	105	扩展数据开关 Development Data messages On/Off

1、串口

这个命令用来设置通讯协议（SiRF或NMEA）和通讯参数（波特率、数据位、停止位、奇偶校验），每次接收到有效地设置，这些参数就存储在具有后备电池的SRAM中，GPS单元开始重启并应用这些参数。

表2.1——设置串口数据格式

名称	举例	单位	说明
报文ID Message ID	$PSRF100		PSRF100报文头 PSRF100 protocol header
协议 Protocol	0		0=RiRF二进制 1=NMEA 0=SiRF Binary 1=NMEA
波特率 Baud	9600		4800, 9600, 19200, 38400
数据位 Data bits	8		8, 7
停止位 Stop bits	1		0, 1
奇偶校验 Parity	0		0=无，1=偶校验，2=奇校验 0=None, 1=Odd, 2=Even
校验码 Checksum	*0C
<CR><LF>			终止符

2、导航初始化

这个命令用于根据当前位置（XYZ坐标）初始化暖启动模式、时钟修正和时间，使GPS单元能根据正确的信号参数搜索正确的卫星信号，正确的初始化参数能保证GPS单元迅速的搜索到信号。

$PSRF101,-2686700,-4304200,3851624,95000,497260,921,12,3*22

表2.2——导航初始化数据格式

名称	举例	单位	说明
报文ID Message ID	$PSRF101		PSRF101 protocol header
地心地固坐标X ECEF X	-2686700	meters	X坐标位置 X coordinate position
地心地固坐标Y ECEF Y	-4304200	meters	Y坐标位置 Y coordinate position
地心地固坐标Z ECEF Z	3851624	meters	Z坐标位置 Z coordinate position
时钟补偿 ClkOffset	95000	Hz	GPS单元的时钟补偿（如果用上次存储有效的值则=0，如果无效将=默认值96000。） Clock Offset of GPS unit (use 0 for last saved value if available.If this in unavailable, a default value of 96,000 will be used)
TimeOfWeek	497260	seconds	GPS Time Of Week
WeekNo	921		GPS Week Number
通道数 ChannelCount	12		范围1-12 Range 1 to 12
复位配置 ResetCfg	3		见表2.3 See table 2.3
校验 Checksum	*22
<CR><LF>			终止符

表2.3 – 复位配置

16进制	说明
0x01	数据有效——暖/热启动=1 Data Valid – Warm/Hot Starts=1
0x02	清除星历表——暖启动=1 Clear Ephemeris – Warm Start=1
0x04	清除存储器——冷启动=1 Clear Memory – Cold Start=1

3、设置DGPS口

这个命令控制串口B，串口B只能输入，用来接收RTCM差分修正，差分接收器根据差分修正参数能输出修正值，默认的口B差分通讯参数是9600波特率、8个数据位、1个停止位、无奇偶校验。如果DGPS接收器使用了差分通讯参数，这个命令将对数据进行正确的译码。每当接收到有效地报文，通讯参数将存储在具有后备电池的SRAM中，并且接收器重启以应用新参数。

$PSRF102,9600,8,1,0*3C

表2.4 –设置DGPS口数据格式

名称	举例	单位	说明
报文ID Message ID	$PSRF102		PSRF102报文头 PSRF102 protocol header
波特率 Baud	9600		4800, 9600, 19200, 38400
数据位 Data bits	8		8, 7
停止位 Stop bits	1		0, 1
奇偶校验 Parity	0		0=无，1=偶校验，2=奇校验 0=None, 1=Odd, 2=Even
校验码 Checksum	*3C
<CR><LF>			终止符

4、查询/速率控制

这个命令用来控制标准的NMEA报文GGA、GLL、GSA、GSV、RMC和VTG，使用这个命令NMEA标准报文将被戒掉一次或者设置成定期输出，校验码也将根据接收程序的需要置为有效或无效。NMEA报文设置将被存储在具有后备电池的存储器中

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

表 2.5 –查询/速率控制数据格式

名称	举例	单位	说明
报文ID MessageID	$PSRF103		PSRF103 报文头 PSRF103 protocol header
报文类型 Msg	00		见表2.6 See table 2.6
模式 Mode	01		0=设置速率，1=查询 0=SetRate, 1=Query
速率 Rate	00	seconds	输出——off=0，最大255 Output – off=0, max=255
校验有效性 CksumEnable	01		0=校验失效，1=校验有效 0=Disable Checksum, 1=Enable Checksum
校验Checksum	*25
<CR><LF>			终止符

表2.6 –报文类型

值	说明
0	GGA
1	GLL
2	GSA
3	GSV
4	RMC
5	VTG

5、LLA导航初始化

这个命令将根据当前位置（纬度、经度、高度）初始化暖启动模式、时钟修正和时间，根据正确的信号参数，能搜索到正确的卫星信号，正确地初始化参数能保证接收器迅速搜索到信号。

$PSRF104,37.3875111,-121.97232,0,95000,237759,922,12,3*3A

表2.7 – 导航初始化数据格式

名称	举例	单位	说明
报文ID Message ID	$PSRF104		PSRF104报文头 PSRF104 protocol header
纬度 Lat	37.3875111	degrees	纬度（90——-90） Latitude position (Range90 to –90)
经度 Lon	-121.97232	degrees	经度（180——-180） Longitude position(Range 180 to –180)
高度 Alt	0	meters	高度 Altitude position
时钟修正 ClkOffset	95000	Hz	GPS单元的时钟修正 Clock Offset of the GPS Unit
TimeOfWeek	237759	seconds	GPS Time Of Week
WeekNo	922		GPS Week Number
通道数 ChannelCount	12		范围1——12 Range 1 to 12
复位配置 ResetCfg	3		见表2.8 See table 2.8
校验码 Checksum	*3A
<CR><LF>			终止符

表2.8 –复位配置

16进制	说明
0x01	数据有效——暖/热启动=1 Data Valid – Warm/Hot Starts=1
0x02	清除星历表——暖启动=1 Clear Ephemeris – Warm Start=1
0x04	清除存储器——冷启动=1 Clear Memory – Cold Start=1

6、扩展开关

如果接受命令出现错误时，使用这个命令来获得扩展的数据信息，非法命令将产生错误信息，让用户确认命令失效的根源，通常输入命令失效原因在于非法的超出定义范围的校验码。

表2.9 –扩展数据开关报文格式

名称	举例	单位	说明
报文ID Message ID	$PSRF105		PSRF105的报文头 PSRF105 protocol header
错误开关 Debug	1		0=关闭，1=打开 0=Off, 1=On
校验码 Checksum	*3E
<CR><LF>			终止符