C语言实例_解析GPS源数据

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DS小龙哥 发表于 2023/09/07 08:57:30 2023/09/07
【摘要】 GPS（全球定位系统）数据格式常见的是NMEA 0183格式，NMEA 0183格式是一种用于导航设备间传输数据的标准格式，定义了一套规范，使得不同厂商的设备可以通过串行通信接口（常见的是RS-232）进行数据交换。这个标准最初由美国航海电子协会（National Marine Electronics Association，简称NMEA）在1980年推出，并被广泛应用于全球的导航系统。

一、GPS数据格式介绍

GPS（全球定位系统）数据格式常见的是NMEA 0183格式，NMEA 0183格式是一种用于导航设备间传输数据的标准格式，定义了一套规范，使得不同厂商的设备可以通过串行通信接口（常见的是RS-232）进行数据交换。这个标准最初由美国航海电子协会（National Marine Electronics Association，简称NMEA）在1980年推出，并被广泛应用于全球的导航系统。

NMEA 0183格式的数据通常以ASCII字符流的形式传输，每条数据都以$开始，以回车符（\r）和换行符（\n）结束。数据被分为不同的消息类型，每个消息类型都有特定的字段和含义。

在导航中，最常见的NMEA 0183消息类型包括：

  • GGA（Global Positioning System Fix Data）：包含定位相关的信息，如纬度、经度、定位质量指示、使用卫星数量、水平定位精度因子等。
  • GLL（Geographic Position – Latitude/Longitude）：提供纬度、经度和时间信息。
  • GSA（GNSS DOP and Active Satellites）：包含定位模式、使用卫星编号和位置精度因子等信息。
  • GSV（GNSS Satellites in View）：提供可见卫星的信息，包括卫星编号、仰角、方位角和信噪比等。
  • RMC（Recommended Minimum Specific GNSS Data）：包含定位状态、纬度、经度、地面速度、地面航向等。
  • VTG（Course Over Ground and Ground Speed）：提供地面航向和速度信息。
  • ZDA（Time and Date）：包含UTC时间和日期信息。

这些消息类型涵盖了定位、导航和时间相关的数据，可以用于实时定位、航行导航以及时间同步等应用。

NMEA 0183格式的数据通常由GPS接收器、导航仪、自动驾驶系统等设备产生，并通过串口输出。其他设备可以通过读取串口数据，并按照NMEA 0183的规范解析数据。这样，不同设备之间就可以进行数据交换和共享，实现设备之间的互操作性。

随着技术的发展，新一代的GPS设备也开始采用更高级的数据格式，例如NMEA 2000。然而，由于广泛应用和兼容性的要求，NMEA 0183仍然被广泛支持，并被许多设备和导航系统所使用。

image-20230627231319004

下面是支持NMEA 0183格式的GPS模块输出的定位数据：

$GNGGA,114955.000,2842.4158,N,11549.5439,E,1,05,3.8,54.8,M,0.0,M,,*4F
$GNGLL,2842.4158,N,11549.5439,E,114955.000,A,A*4D
$GPGSA,A,3,10,31,18,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*37
$BDGSA,A,3,07,10,,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*2A
$GPGSV,3,1,10,10,49,184,42,12,16,039,,14,54,341,,18,22,165,23*7B
$GPGSV,3,2,10,22,11,318,,25,51,055,,26,24,205,,29,13,110,*7C
$GPGSV,3,3,10,31,50,287,36,32,66,018,*7F
$BDGSV,1,1,04,03,,,07,05,,,29,07,79,246,33,10,52,232,19*62
$GNRMC,114955.000,A,2842.4158,N,11549.5439,E,0.00,44.25,061117,,,A*4D
$GNVTG,44.25,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*14
$GNZDA,114955.000,06,11,2017,00,00*47
$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35

二、GPS字段含义

这段GPS数据是NMEA 0183格式的数据，它包含了不同类型的GPS消息，每个消息都有特定的含义和字段。

（1）$GNGGA,114955.000,2842.4158,N,11549.5439,E,1,05,3.8,54.8,M,0.0,M,,*4F 这是GGA（Global Positioning System Fix Data）消息，包含了以下关键信息：

  • 时间：11时49分55秒（UTC时间）
  • 纬度：28度42.4158分北纬
  • 经度：115度49.5439分东经
  • 定位质量指示：1（表示定位有效）
  • 使用卫星数量：5颗卫星
  • HDOP（Horizontal Dilution of Precision）水平定位精度因子：3.8
  • 海拔高度：54.8米
  • 大地水准面高度：0.0米

（2）$GNGLL,2842.4158,N,11549.5439,E,114955.000,A,A*4D 这是GLL（Geographic Position – Latitude/Longitude）消息，包含了以下关键信息：

  • 纬度：28度42.4158分北纬
  • 经度：115度49.5439分东经
  • 时间：11时49分55秒（UTC时间）
  • 定位状态：A（表示定位有效）
  • 导航模式指示：A（自主定位导航）

（3）$GPGSA,A,3,10,31,18,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*37 这是GSA（GNSS DOP and Active Satellites）消息，包含了以下关键信息：

  • 定位模式：自主定位模式
  • 定位类型：三维定位
  • 使用卫星编号：10、31、18
  • PDOP（Position Dilution of Precision）位置精度因子：5.7
  • HDOP（Horizontal Dilution of Precision）水平定位精度因子：3.8
  • VDOP（Vertical Dilution of Precision）垂直定位精度因子：4.2

（4）$BDGSA,A,3,07,10,,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*2A 这是BDGSA（Beidou GNSS DOP and Active Satellites）消息，与GPGSA消息类似，但使用的是北斗导航系统的数据。

  • 消息序号：这组消息是一共分为3个消息，这是第1个消息
  • 可见卫星总数：10颗卫星
  • 卫星编号、仰角、方位角和信噪比等信息

（5）$BDGSV,1,1,04,03,,,07,05,,,29,07,79,246,33,10,52,232,19*62 这是BDGSV（Beidou GNSS Satellites in View）消息，与GPGSV消息类似，但使用的是北斗导航系统的数据。

（6）$GNRMC,114955.000,A,2842.4158,N,11549.5439,E,0.00,44.25,061117,,,A*4D 这是RMC（Recommended Minimum Specific GNSS Data）消息，包含了以下关键信息：

  • 时间：11时49分55秒（UTC时间）
  • 定位状态：A（表示定位有效）
  • 纬度：28度42.4158分北纬
  • 经度：115度49.5439分东经
  • 地面速度：0.00节
  • 地面航向：44.25度
  • 日期：06日11月17年

（7）$GNVTG,44.25,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*14 这是VTG（Course Over Ground and Ground Speed）消息，包含了以下关键信息：

  • 地面航向：44.25度（真北参考）
  • 地面速度：0.00节（节与海里/小时是相同的）
  • 地面速度：0.00千米/小时
  • 模式指示：A（自主定位导航模式）

（8）$GNZDA,114955.000,06,11,2017,00,00*47 这是ZDA（Time and Date）消息，包含了以下关键信息：

  • UTC时间：11时49分55秒
  • 日期：06日11月17年
  • 本地时区偏移：00小时00分钟

（9）$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35 这是TXT（Text Transmission）消息，包含了以下关键信息：

  • 文本内容：ANTENNA OK（表示天线状态良好）

这些消息提供了GPS设备的时间、位置、定位质量、可见卫星数量等信息。其中涉及到的字段包括时间（UTC时间）、纬度、经度、定位质量指示、使用卫星编号、定位精度因子、海拔高度、速度等。根据不同的应用需求，可以从这些数据中提取出需要的信息来进行处理和分析。

三、C语言解析数据代码

3.1 解析每个字段数据

以下是使用C语言解析NMEA 0183数据字段并将其打印到串口：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
​
// 函数声明
void parseNMEA(const char* sentence);
void printField(const char* field);
​
int main() {
    // NMEA数据
    const char* data[] = {
        "$GNGGA,114955.000,2842.4158,N,11549.5439,E,1,05,3.8,54.8,M,0.0,M,,*4F",
        "$GNGLL,2842.4158,N,11549.5439,E,114955.000,A,A*4D",
        "$GPGSA,A,3,10,31,18,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*37",
        "$BDGSA,A,3,07,10,,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*2A",
        "$GPGSV,3,1,10,10,49,184,42,12,16,039,,14,54,341,,18,22,165,23*7B",
        "$GPGSV,3,2,10,22,11,318,,25,51,055,,26,24,205,,29,13,110,*7C",
        "$GPGSV,3,3,10,31,50,287,36,32,66,018,*7F",
        "$BDGSV,1,1,04,03,,,07,05,,,29,07,79,246,33,10,52,232,19*62",
        "$GNRMC,114955.000,A,2842.4158,N,11549.5439,E,0.00,44.25,061117,,,A*4D",
        "$GNVTG,44.25,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*14",
        "$GNZDA,114955.000,06,11,2017,00,00*47",
        "$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35"
    };
​
    int dataSize = sizeof(data) / sizeof(data[0]);
​
    // 解析并打印每个数据
    for (int i = 0; i < dataSize; i++) {
        parseNMEA(data[i]);
    }
​
    return 0;
}
​
// 解析NMEA语句
void parseNMEA(const char* sentence) {
    const char* field;
    int count = 0;
​
    // 跳过$和逗号
    field = strchr(sentence, ',');
    if (field == NULL) {
        return;
    }
    field++;
​
    // 解析每个字段
    while (*field != '*') {
        printField(field);
​
        // 查找下一个逗号或结束符
        field = strchr(field, ',');
        if (field == NULL) {
            break;
        }
        field++;
        
        count++;
    }
}
​
// 打印字段数据
void printField(const char* field) {
    char str[50];
    int len = 0;
​
    // 查找字段的长度
    while (field[len] != ',' && field[len] != '\0' && field[len] != '*') {
        len++;
    }
​
    // 复制字段数据到缓冲区
    strncpy(str, field, len);
    str[len] = '\0';
​
    // 打印字段数据到串口
    printf("%s\n", str);
}

3.2 解析定位数据

定义了一个名为GPSData的结构体，并将解析后的定位数据存储在该结构体的各个变量中：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
​
// 定义结构体
typedef struct {
    char time[10];
    char latitude[10];
    char longitude[11];
    int fixStatus;
    int satellites;
    float hdop;
    float altitude;
} GPSData;
​
// 函数声明
void parseNMEA(const char* sentence, GPSData* gpsData);
void printGPSData(const GPSData* gpsData);
​
int main() {
    // NMEA数据
    const char* data[] = {
        "$GNGGA,114955.000,2842.4158,N,11549.5439,E,1,05,3.8,54.8,M,0.0,M,,*4F",
        "$GNGLL,2842.4158,N,11549.5439,E,114955.000,A,A*4D",
        "$GPGSA,A,3,10,31,18,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*37",
        "$BDGSA,A,3,07,10,,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*2A",
        "$GPGSV,3,1,10,10,49,184,42,12,16,039,,14,54,341,,18,22,165,23*7B",
        "$GPGSV,3,2,10,22,11,318,,25,51,055,,26,24,205,,29,13,110,*7C",
        "$GPGSV,3,3,10,31,50,287,36,32,66,018,*7F",
        "$BDGSV,1,1,04,03,,,07,05,,,29,07,79,246,33,10,52,232,19*62",
        "$GNRMC,114955.000,A,2842.4158,N,11549.5439,E,0.00,44.25,061117,,,A*4D",
        "$GNVTG,44.25,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*14",
        "$GNZDA,114955.000,06,11,2017,00,00*47",
        "$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35"
    };
​
    int dataSize = sizeof(data) / sizeof(data[0]);
​
    // 解析并打印每个数据
    for (int i = 0; i < dataSize; i++) {
        GPSData gpsData;
        parseNMEA(data[i], &gpsData);
        printGPSData(&gpsData);
    }
​
    return 0;
}
​
// 解析NMEA语句并存储到结构体中
void parseNMEA(const char* sentence, GPSData* gpsData) {
    const char* field;
    int count = 0;
​
    // 跳过$和逗号
    field = strchr(sentence, ',');
    if (field == NULL) {
        return;
    }
    field++;
​
    // 解析每个字段
    while (*field != '*') {
        switch (count) {
            case 0:
                strncpy(gpsData->time, field, 6);
                gpsData->time[6] = '\0';
                break;
            case 1:
                strncpy(gpsData->latitude, field, 9);
                gpsData->latitude[9] = '\0';
                break;
            case 2:
                strncpy(gpsData->longitude, field, 10);
                gpsData->longitude[10] = '\0';
                break;
            case 6:
                sscanf(field, "%d", &gpsData->fixStatus);
                break;
            case 7:
                sscanf(field, "%d", &gpsData->satellites);
                break;
            case 8:
                sscanf(field, "%f", &gpsData->hdop);
                break;
            case 9:
                sscanf(field, "%f", &gpsData->altitude);
                break;
            default:
                break;
        }
​
        // 查找下一个逗号或结束符
        field = strchr(field, ',');
        if (field == NULL) {
            break;
        }
        field++;
        
        count++;
    }
}
​
// 打印GPS数据到串口
void printGPSData(const GPSData* gpsData) {
    printf("Time: %s\n", gpsData->time);
    printf("Latitude: %s\n", gpsData->latitude);
    printf("Longitude: %s\n", gpsData->longitude);
    printf("Fix Status: %d\n", gpsData->fixStatus);
    printf("Satellites: %d\n", gpsData->satellites);
    printf("HDOP: %.1f\n", gpsData->hdop);
    printf("Altitude: %.1f meters\n", gpsData->altitude);
    printf("\n");
}

这段代码会解析NMEA 0183格式的数据，并将解析的结果存储在GPSData结构体的对应变量中。使用printGPSData函数将数据打印到串口。

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