GPS应用开发设计文档

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摘要：本文介绍了利用GPS接收模块和GIS控制开发GPS/GIS应用软件的一些要点，不涉及复杂的地理信息理论，主要关注协议和接口的应用开发。

关键词：

GPS：，全球定位系统

NMEA：国家海洋电子协会

SiFR：u-blox 的 GPS 模块二进制数据协议

WGS 84：1984 年世界

LLA: //经度、纬度和海拔高度

简要描述;简介：

本文介绍了利用GPS接收模块和GIS控件开发GPS/GIS应用软件的一些要点，不涉及复杂的地理信息理论，主要是协议和接口的应用开发。

1：GPS模块应用

GPS（全球定位系统）接收硬件已实现模块化。 本次介绍主要是基于我使用过的u-blox TIM GPS（以下简称）。

模块如图（几乎1:1比例）：

该模块提供与GPS卫星通信的功能，并提供外部FFC20接口。 您可以为其添加电源、接口板和串口模块，以便通过串口与计算机连接。

如何开发串口程序本文不再介绍。 在/linux下开发串口程序非常简单。

对外提供标准的NMEA协议和厂商自己的SiRF二进制协议。

1.1 NMEA()0183协议

NMEA 0183 是导航和航运中数字信号传输的标准。 该标准定义了电子信号所需的传输协议和数据传输时间。 这个协议是文本格式的。大致如下

开始

结尾

消息头

报文正文，具体数据与NMEA报文字相关，数据之间用逗号（,）分隔。

2243.4976,N,11414.7289,E,.819,A

校验码，格式为*[十六进制数]如*2C

回车和换行

协议头，格式为：$GPxxx，xxx为输出消息字如GLL。 输入：$是输入消息字。

1.1.1NMEA协议输出和输入消息

NMEA 协议有以下输出消息

留言词

内容

GGA

时间、地点、定位数据

总胆管

纬度和经度、UTC 格式的时间、位置和状态数据

总务局

接收机模式和卫星运行数据，包括位置和水平/垂直稀释精度等。稀释精度（of）是一个地理定位术语。 接收机可以同时从多颗卫星获取定位信息，但要进行精确定位，只需四颗卫星信号就足够了。

GSV

接收机可以接收的卫星信息，包括卫星ID、高度、方位角、信噪比等。

MSS

信号比（SNR）、信号强度、频率、比特率

RMC

日期、时间、位置、方向、速度数据。是最常用的消息

VTG

相对于地面的方向和速度数据

ZDA

时间和日期数据。

与地理信息密切相关的消息如下。 每条消息中包含的信息字段不同且重复。 在一个消息周期中，每条消息中的相同字段包含相同的地理数据。 可以组合多个消息以获得完整的数据。

日期

时间

纬度

经度

高度

定位状态

卫星数量

地速

方向角

GGA

√

√

√

√

√

√

总胆管

√

√

√

√

RMC

√

√

√

√

√

√

√

VTG

√

√

ZDA

√

√

以下是 u-lox 制造商扩展的输出消息

OK-命令，表示进入省电模式工作状态

硬件状态报告

在 NMEA 模式下工作时，您可以看到以下输入消息。 输入消息通常用于控制GPS的操作。

留言词

内容

100

设置串口参数和协议

101

XYZ导航坐标初始化。输入参数根据WGS84坐标系确定

102

设置DGPS端口

103

设置或查询数据输出频率。可以设置是否输出各NMEA消息以及输出频率

104

输入当前的经纬度和海拔高度来初始化模块

105

开发调试数据开关

106

(u-blox)可以改变大地坐标系，默认是WGS-84坐标系

107

(u-blox) 配置省电模式

108

(u-blox) 进入下载模式并更新 Flash

MSK

设置MSK信号接收器参数

对于各个协议的具体格式，可以在线下载具体的NMEA协议。

摘要：本文介绍了利用GPS接收模块和GIS控制开发GPS/GIS应用软件的一些要点，不涉及复杂的地理信息理论，主要关注协议和接口的应用开发。

1.1.2 接收并解析NMEA消息

当接收器工作在NMEA协议时，会以一定的速率输出数据。

$GPGGA,.000,2232.2513,N,11401.6763,E,1,04,,20.3,M,,M,,0000*58

$GPGLL,2232.2513,N,11401.6763,E,.000,A*35

$GPRMC,.000,A,2232.2513,N,11401.6763,E,9.17,,,,*12

$GPVTG,,T,,M,9.17,N,17.0,K*47

$GPGGA,.000,2232.2654,N,11401.6738,E,1,04,,36.1,M,,M,,0000*5F

$GPGLL,2232.2654,N,11401.6738,E,.000,A*37

$GPRMC,.000,A,2232.2654,N,11401.6738,E,12.95,,,,*20

$GPVTG,,T,,M,12.95,N,24.0,K*77

最好将所有消息输出速率设置为相同的速率（使用输入命令103），或者根据具体情况打开或关闭一些不必要的消息。

消息中各个字段的格式并不复杂。 请注意以下事项：

l 经纬度的表示方式为ddmm.mmmm和方向指示。 以纬度为例：当纬度为9730.765，方向指示为N时，在北半球表示为97度30.765分。 某些地理信息组件在使用经度和纬度时不使用度、分和秒。 记数法，但是使用浮点数记数法，那么97度30.765分约等于97.5(97+30.765/60)度。

l 方向角为正北0度，正东90度，即按顺时针方向从0度增大到359度。

l 校验码是通过将消息包（包括消息头和消息体）中每个ASCII字符的值按顺序异或得到的。 算法（c++代码）如下

字符

字符c=0；

for(int o=1;o

char h = s[o];

c^=h;

C;

(,"*X",(数据));

对于一般的地理数据，只需获取RMC消息包即可。 如果还需要其他数据，比如当前卫星数量、卫星状态等，或者接收机本身已经关闭了RMC消息包，只输出其他消息包，那么就需要解析其他消息包。

应用程序逐行分析消息包。 我的做法是，首先按照逗号分隔原则将消息包解析成字符数组，然后根据包头指令字按照协议含义取出数组中的字符串。

（，大批））; //将一行消息解析成字符串数组Array

if (Array[0].("$GPRMC") ==0 ) //这是一个RMC消息

if(Array.size()!=12) //需要12个字段

-1;

//下面依次填写RMC数据结构

罗姆克

Rmc。 =数组[1]；

Rmc。 =（数组[2]）；

Rmc。 =数组[3]；

Rmc.. = (数组[4]);

Rmc。 =数组[5]；

Rmc.. = (数组[6]);

Rmc。 =（数组[7]）；

Rmc。 = (数组[8]);

Rmc.Date = Array[9];

房间[0] =（数组[10]）；

Rmc。 = (int)(数组[11]);

//检查，

（Rmc.，）；

构造以类似方式解析其他消息的函数。 群消息包将字段按顺序转换成字符串并连接起来，最后附加校验码。

1.2 SiFR协议。

SiFR协议是GPS模块制造商开发的二进制协议。 提供更多的GPS模块操作接口。 制造商声称这个协议（用于操作他们自己的模块）更稳定、更高效、更易于操作。

1.2.1协议格式

消息头

消息体长度

邮件正文

检查代码

消息终止符

双字节

0xA0

0xA2

双字节

数据长度小于1023字节

双字节

双字节

0xB0

0xB3

具体报文格式请参考厂家提供的协议文档（GPS.G2-X-01003-E.pdf）。

1.2.2 日志操作

SiFR包括读取地理数据、刷写Flash、配置GPS模块参数、读取/擦除日志等一系列操作，其中日志操作是最有用的。 可以脱离计算机运行，并将所到之处的地理信息保存在内存中，然后连接计算机获取地理信息日志，获取携带GPS的载体在一段时间内的轨迹时间。

读取Log的大致流程是：

读取Log信息，获取最小个数和最大个数，发出指令依次读取每个Log信息，解析转换为NMEA协议消息。

在擦除Log时，虽然u-blox提供了所有擦除指令，但在实际应用过程中发现该指令的成功率并不高。 还不如一一发出指令，一一抹去。

日志格式在制造商提供的 al(GPS.G2-SW-02015).pdf 中定义。

日志中包含的消息如下

留言号码

留言名称

字节数

内容

111

没有任何

没有数据

100

所有地理位置信息

100

地理位置信息、增量数据

000

地理位置信息，增量数据，比

110

地理位置信息，增量数据，使用更少的字节

101

GPIO (-/) 数据

011

GPIO数据、增量数据

001

不定

用于扩展

上述所有消息都是二进制编码并以位存储。 解析消息需要二进制位操作。

消息解析成功后，u-blox 建议按照以下逻辑处理这些消息

WHILE (Data) --读取新数据

--获取消息类型，根据消息类型获取对应消息的字节数

IF (Type = EMPTY) THEN -- 空数据，跳过

ELSE IF (Type = ) THEN - 保存时间信息，保存位置、速度等模式信息

ELSE IF ((类型 = ) OR (类型 = ) OR (类型 = )) THEN

-- 将时间和位置增量数据叠加到最新的定位记录上并保存速度数据

ELSE IF (Type = ) THEN -- 节省时间和 GPIO 数据

ELSE IF (Type = ) THEN -- 将时间叠加在最新 GPIO 数据的时间字段上，并保存 GPIO 数据

ELSE IF (Type = ) THEN --处理自定义数据

- 万一

结束时

摘要：本文介绍了利用GPS接收模块和GIS控制开发GPS/GIS应用软件的一些要点，不涉及复杂的地理信息理论，主要关注协议和接口的应用开发。

1.2.->LLA转换问题

在分析它的日志的过程中，我遇到了一个问题，就是二进制日志中保存的坐标数据是基于WGS84大地坐标系的。 大地坐标系的XYZ轴如下：

要获取纬度、经度和高度 (LLA://) 坐标，需要一些椭球体、基准面和地图投影方面的知识。

后来在网上找到了一个写的WGS84->GLL转换函数，将其转换为C/C++函数：

void (x, y, z, *lat, *lon, *alt)

圆周率 = 3。；

= ;

= 1/298。；

= (2-)*; // 还有 e^2

= 180/pi；

wlon,wlat,walt,,rho,,,,;

板条、克拉特、q、r_n、drdl、、aa、bb、cc、dd；

如果（（x==0.0）&（y==0.0））

wlon = 0.0;

别的

wlon = atan2(y, x)*;

if ((x == 0.0) & (y == 0.0) & (z == 0.0))

（“地球的 WGS xyz”）；

wlon = 360;

瓦特 = 360;

沃尔特 = ;

别的

= x*x + y*y;

ρ = sqrt();

= atan2(z, rho);

= sqrt(+ z*z) - ;

= 1000.0；

= 1000.0；

while ((Dabs() > 1e-6) | (Dabs() > 1e-6))

板条=罪（）；

克拉 = cos();

q = 1 - *板条*板条；

r_n = /sqrt(q);

drdl = r_n**slat*clat/q; // d(r_n)/d()

= (r_n + )*clat - rho;

= (r_n*(1 - ) + )*slat - z;

aa = drdl*clat - (r_n + )*slat;

bb = 克拉；

cc = (1 - )*(drdl*slat + r_n*clat);

dd = 板条；

= 1.0/(aa*dd - bb*cc);

= - *(+dd* -bb*);

= - *(-cc* +aa*);

沃特=*；

沃尔特 = ;

if(lon)*lon = wlon;

如果（纬度）*纬度 = 纬度；

if(alt)*alt = 沃尔特;

结论：开发GPS应用软件的关键是了解相关协议和接口，认真处理协议字段。