NEMA協議的由來

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NMEA協議是為了在不同的GPS（全球定位系統）導航設備中建立統一的BTCM（海事無線電技術委員會）標準，由美國國家海洋電子協會（NMEA-The National Marine Electronics Associa-tion）制定的一套通訊協議。GPS接收機根據NMEA-0183協議的標準規範，將位置、速度等信息通過串口傳送到PC機、PDA等設備。

NMEA-0183協議是GPS接收機應當遵守的標準協議，也是目前GPS接收機上使用最廣泛的協議，大多數常見的GPS接收機、GPS數據處理軟體、導航軟體都遵守或者至少兼容這個協議。

不過，也有少數廠商的設備使用自行約定的協議比如GARMIN的GPS設備（部分GARMIN設備也可以輸出兼容NMEA-0183協議的數據）。軟體方面，我們熟知的Google Earth目前也不支持NMEA-0183協議，但Google Earth已經聲明會儘快實現對NMEA-0183協議的兼容。呵呵，除非你確實強壯到可以和工業標準分庭抗禮，否則你就得服從工業標準。

NMEA-0183協議定義的語句非常多，但是常用的或者說兼容性最廣的語句只有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等。下面給出這些常用NMEA-0183語句的欄位定義解釋。

$GPGGA

例：$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,19.7,M,,,,0000*1F

欄位0：$GPGGA，語句ID，表明該語句為Global Positioning System Fix Data（GGA）GPS定位信息

欄位1：UTC 時間，hhmmss.sss，時分秒格式

欄位2：緯度ddmm.mmmm，度分格式（前導位數不足則補0）

欄位3：緯度N（北緯）或S（南緯）

欄位4：經度dddmm.mmmm，度分格式（前導位數不足則補0）

欄位5：經度E（東經）或W（西經）

欄位6：GPS狀態，0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，3=無效PPS，6=正在估算

欄位7：正在使用的衛星數量（00 - 12）（前導位數不足則補0）

欄位8：HDOP水平精度因子（0.5 - 99.9）

欄位9：海拔高度（-9999.9 - 99999.9）

欄位10：地球橢球面相對大地水準面的高度

欄位11：差分時間（從最近一次接收到差分信號開始的秒數，如果不是差分定位將為空）

欄位12：差分站ID號0000 - 1023（前導位數不足則補0，如果不是差分定位將為空）

欄位13：校驗值

$GPGSA

例：$GPGSA,A,3,01,20,19,13,,,,,,,,,40.4,24.4,32.2*0A

欄位0：$GPGSA，語句ID，表明該語句為GPS DOP and Active Satellites（GSA）當前衛星信息

欄位1：定位模式，A=自動手動2D/3D，M=手動2D/3D

欄位2：定位類型，1=未定位，2=2D定位，3=3D定位

欄位3：PRN碼（偽隨機雜訊碼），第1信道正在使用的衛星PRN碼編號（00）（前導位數不足則補0）

欄位4：PRN碼（偽隨機雜訊碼），第2信道正在使用的衛星PRN碼編號（00）（前導位數不足則補0）

欄位5：PRN碼（偽隨機雜訊碼），第3信道正在使用的衛星PRN碼編號（00）（前導位數不足則補0）

欄位6：PRN碼（偽隨機雜訊碼），第4信道正在使用的衛星PRN碼編號（00）（前導位數不足則補0）

欄位7：PRN碼（偽隨機雜訊碼），第5信道正在使用的衛星PRN碼編號（00）（前導位數不足則補0）

欄位8：PRN碼（偽隨機雜訊碼），第6信道正在使用的衛星PRN碼編號（00）（前導位數不足則補0）

欄位9：PRN碼（偽隨機雜訊碼），第7信道正在使用的衛星PRN碼編號（00）（前導位數不足則補0）

欄位10：PRN碼（偽隨機雜訊碼），第8信道正在使用的衛星PRN碼編號（00）（前導位數不足則補0）

欄位11：PRN碼（偽隨機雜訊碼），第9信道正在使用的衛星PRN碼編號（00）（前導位數不足則補0）

欄位12：PRN碼（偽隨機雜訊碼），第10信道正在使用的衛星PRN碼編號（00）（前導位數不足則補0）

欄位13：PRN碼（偽隨機雜訊碼），第11信道正在使用的衛星PRN碼編號（00）（前導位數不足則補0）

欄位14：PRN碼（偽隨機雜訊碼），第12信道正在使用的衛星PRN碼編號（00）（前導位數不足則補0）

欄位15：PDOP綜合位置精度因子（0.5 - 99.9）

欄位16：HDOP水平精度因子（0.5 - 99.9）

欄位17：VDOP垂直精度因子（0.5 - 99.9）

欄位18：校驗值

$GPGSV

例：$GPGSV,3,1,10,20,78,331,45,01,59,235,47,22,41,069,,13,32,252,45*70

欄位0：$GPGSV，語句ID，表明該語句為GPS Satellites in View（GSV）可見衛星信息

欄位1：本次GSV語句的總數目（1 - 3）

欄位2：本條GSV語句是本次GSV語句的第幾條（1 - 3）

欄位3：當前可見衛星總數（00 - 12）（前導位數不足則補0）

欄位4：PRN 碼（偽隨機雜訊碼）（01 - 32）（前導位數不足則補0）

欄位5：衛星仰角（00 - 90）度（前導位數不足則補0）

欄位6：衛星方位角（00 - 359）度（前導位數不足則補0）

欄位7：信噪比（00－99）dbHz

欄位8：PRN 碼（偽隨機雜訊碼）（01 - 32）（前導位數不足則補0）

欄位9：衛星仰角（00 - 90）度（前導位數不足則補0）

欄位10：衛星方位角（00 - 359）度（前導位數不足則補0）

欄位11：信噪比（00－99）dbHz

欄位12：PRN 碼（偽隨機雜訊碼）（01 - 32）（前導位數不足則補0）

欄位13：衛星仰角（00 - 90）度（前導位數不足則補0）

欄位14：衛星方位角（00 - 359）度（前導位數不足則補0）

欄位15：信噪比（00－99）dbHz

欄位16：校驗值

NMEA0183標準語句另一種表達方式詳解

1、 Global Positioning System Fix Data（GGA）GPS定位信息 $GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh

<1> UTC時間，hhmmss（時分秒）格式

<2> 緯度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）

<3> 緯度半球N（北半球）或S（南半球）

<4> 經度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）

<5> 經度半球E（東經）或W（西經）

<6> GPS狀態：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算

<7> 正在使用解算位置的衛星數量（00~12）（前面的0也將被傳輸）

<8> HDOP水平精度因子（0.5~99.9）

<9> 海拔高度（-9999.9~99999.9）

<10> 地球橢球面相對大地水準面的高度

<11> 差分時間（從最近一次接收到差分信號開始的秒數，如果不是差分定位將為空）

<12> 差分站ID號0000~1023（前面的0也將被傳輸，如果不是差分定位將為空）

2、 GPS DOP and Active Satellites（GSA）當前衛星信息

$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>*hh <1> 模式，M=手動，A=自動

<2> 定位類型，1=沒有定位，2=2D定位，3=3D定位

<3> PRN碼（偽隨機雜訊碼），正在用於解算位置的衛星號（01~32，前面的0也將被傳輸）。

<4> PDOP位置精度因子（0.5~99.9）

<5> HDOP水平精度因子（0.5~99.9）

<6> VDOP垂直精度因子（0.5~99.9）

3、 GPS Satellites in View（GSV）可見衛星信息

$GPGSV,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,…<4>,<5>,<6>,<7>*hh

<1> GSV語句的總數

<2> 本句GSV的編號

<3> 可見衛星的總數（00~12，前面的0也將被傳輸）

<4> PRN碼（偽隨機雜訊碼）（01~32，前面的0也將被傳輸）

<5> 衛星仰角（00~90度，前面的0也將被傳輸）

<6> 衛星方位角（000~359度，前面的0也將被傳輸）

<7> 信噪比（00~99dB，沒有跟蹤到衛星時為空，前面的0也將被傳輸） 註：<4>,<5>,<6>,<7>信息將按照每顆衛星進行循環顯示，每條GSV語句最多可以顯示4顆衛星的信息。其他衛星信息將在下一序列的NMEA0183語句中輸出。

4、 Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推薦定位信息 $GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh

<1> UTC時間，hhmmss（時分秒）格式

<2> 定位狀態，A=有效定位，V=無效定位

<3> 緯度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）

<4> 緯度半球N（北半球）或S（南半球）

<5> 經度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）

<6> 經度半球E（東經）或W（西經）

<7> 地面速率（000.0~999.9節，前面的0也將被傳輸）

<8> 地面航向（000.0~359.9度，以真北為參考基準，前面的0也將被傳輸）

<9> UTC日期，ddmmyy（日月年）格式

<10> 磁偏角（000.0~180.0度，前面的0也將被傳輸）

<11> 磁偏角方向，E（東）或W（西）

<12> 模式指示（僅NMEA0183 3.00版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數據無效）

5、 Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息 $GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh

<1> 以真北為參考基準的地面航向（000~359度，前面的0也將被傳輸）

<2> 以磁北為參考基準的地面航向（000~359度，前面的0也將被傳輸）

<3> 地面速率（000.0~999.9節，前面的0也將被傳輸）

<4> 地面速率（0000.0~1851.8公里/小時，前面的0也將被傳輸）

<5> 模式指示（僅NMEA0183 3.00版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數據無效）

6、 Geographic Position（GLL）定位地理信息 $GPGLL,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>*hh <1> 緯度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）

<2> 緯度半球N（北半球）或S（南半球）

<3> 經度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）

<4> 經度半球E（東經）或W（西經）

<5> UTC時間，hhmmss（時分秒）格式

<6> 定位狀態，A=有效定位，V=無效定位

<7> 模式指示（僅NMEA0183 3.00版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數據無效）

二、 GARMIN定義的語句

7、 Estimated Error Information（PGRME）估計誤差信息 $PGRME,<1>,M,<2>,M,<3>,M*hh

<1> HPE（水平估計誤差），0.0~999.9米

<2> VPE（垂直估計誤差），0.0~999.9米

<3> EPE（位置估計誤差），0.0~999.9米

8、 GPS Fix Data Sentence（PGRMF）GPS定位信息 $PGRMF,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>,<13>,<14>,<15>*hh

<1> GPS周數（0~1023）

<2> GPS秒數（0~604799）

<3> UTC日期，ddmmyy（日月年）格式

<4> UTC時間，hhmmss（時分秒）格式

<5> GPS跳秒數

<6> 緯度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）

<7> 緯度半球N（北半球）或S（南半球）

<8> 經度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）

<9> 經度半球E（東經）或W（西經）

<10> 模式，M=手動，A=自動

<11> 定位類型，0=沒有定位，1=2D定位，2=3D定位

<12> 地面速率（0~1851公里/小時）

<13> 地面航向（000~359度，以真北為參考基準）

<14> PDOP位置精度因子（0~9，四捨五入取整）

<15> TDOP時間精度因子（0~9，四捨五入取整）

9、 Map Datum（PGRMM）坐標系統信息

$PGRMM,<1>*hh

<1> 當前使用的坐標系名稱（數據長度可變，如「WGS 84」）

註：該信息在與MapSource進行實時連接的時候使用。

10、 Sensor Status Information（PGRMT）工作狀態信息 $PGRMT,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>*hh

<1> 產品型號和軟體版本（數據長度可變，如「GPS 15L/15H VER 2.05」）

<2> ROM校驗測試，P=通過，F=失敗

<3> 接收機不連續故障，P=通過，F=失敗

<4> 存儲的數據，R=保持，L=丟失

<5> 時鐘的信息，R=保持，L=丟失

<6> 振蕩器不連續漂移，P=通過，F=檢測到過度漂移

<7> 數據不連續採集，C=正在採集，如果沒有採集則為空

<8> GPS接收機溫度，單位為攝氏度

<9> GPS接收機配置數據，R=保持，L=丟失 註：本語句每分鐘發送一次，與所選擇的波特率無關。

11、 3D velocity Information（PGRMV）三維速度信息 $PGRMV,<1>,<2>,<3>*hh

<1> 東向速度，514.4~514.4米/秒

<2> 北向速度，514.4~514.4米/秒

<3> 上向速度，999.9~9999.9米/秒

12、 DGPS Beacon Information（PGRMB）信標差分信息 $PGRMB,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,K,<6>,<7>,<8>*hh

<1> 信標站頻率（0.0，283.5~325.0kHz，間隔為0.5kHz）

<2> 信標比特率（0，25，50，100或200bps）

<3> SNR信標信號信噪比（0~31）

<4> 信標數據質量（0~100）

<5> 與信標站的距離，單位為公里

<6> 信標接收機的通訊狀態，0=檢查接線，1=無信號，2=正在調諧，3=正在接收，4=正在掃描

<7> 差分源，R=RTCM，W=WAAS，N=非差分定位

<8> 差分狀態，A=自動，W=僅為WAAS，R=僅為RTCM，N=不接收差分信號

三、TEXT文本格式說明:

區域描述: 長度: 注釋:

----------------------- ------- ------------------------

句頭起始符 1 始終為 @

----------------------- ------- ------------------------

/年 2 UTC年的最後兩位數字

| ----------------------- ------- ------------------------

| 月 2 UTC月, "01".."12"

T | ----------------------- ------- ------------------------

i | 日 2 UTC日, "01".."31"

m| ----------------------- ------- ------------------------

e | 時 2 UTC時, "00".."23"

| ----------------------- ------- ------------------------

| 分 2 UTC分, "00".."59"

| ----------------------- ------- ------------------------

秒 2 UTC秒, "00".."59"

----------------------- ------- ------------------------

/緯度半球 1 N 或 S

| ----------------------- ------- ------------------------

| 緯度坐標 7 WGS84坐標系統，坐標格式ddmmmmm,

| 在第4位數字後省略了一個小數點。

| ----------------------- ------- ------------------------

| 經度半球 1 E 或 W

| ----------------------- ------- ------------------------

| 經度坐標 8 WGS84坐標系統，坐標格式dddmmmmm,

P | 在第5位數字後省略了一個小數點。

o | ----------------------- ------- ------------------------

s | 定位狀態 1 d 2維差分定位

i | D 3維差分定位

t | g 2維定位

i | G 3維定位

o | S 模擬狀態

n | _ 無效

| ----------------------- ------- ------------------------

| 水平定位誤差 3 單位為「米」

| ----------------------- ------- ------------------------

| 高度符號 1 + 或 -

| ----------------------- ------- ------------------------

高度 5 海拔高，單位為「米」

----------------------- ------- ------------------------

/東/西 速度方向 1 E 或 W

| ----------------------- ------- ------------------------

| 東/西速度 4 單位是「米/秒」，在第三位後省略了一個小數點，

| ("1234" = 123.4 m/s)

V | ----------------------- ------- ------------------------

e | 南/北 速度方向 1 S 或 N l

| o | ----------------------- ------- ------------------------

c | 南/北 速度 4 單位是「米/秒」，在第三位後省略了一個小數點，

i | ("1234" = 123.4 m/s)

t | ----------------------- ------- ------------------------

y | 垂直速度方向 1 U (上) 或 D (下)

| ----------------------- ------- ------------------------

| 垂直速度 4 單位是「米/秒」，在第二位後省略了一個小數點，

("1234" = 12.34 m/s)

----------------------- ------- ------------------------

句尾結束符 2 回車, 0x0D, 和換行0x0A

----------------------- ------- ------------------------

如果某欄位的數值沒有達到所定義的長度，將在前面添加0。

任何無效的數字將以下劃線來代替。

NMEA-0183數據實際舉例:

NMEA-0183數據協議是一個比較複雜的多樣的格式，這裡有其中的幾個例子

nmea數據如下： $GPGGA,121252.000,3937.3032,N,11611.6046,E,1,05,2.0,45.9,M,-5.7,M,,0000*77 $GPRMC,121252.000,A,3958.3032,N,11629.6046,E,15.15,359.95,070306,,,A*54 $GPVTG,359.95,T,,M,15.15,N,28.0,K,A*04 $GPGGA,121253.000,3937.3090,N,11611.6057,E,1,06,1.2,44.6,M,-5.7,M,,0000*72 $GPGSA,A,3,14,15,05,22,18,26,,,,,,,2.1,1.2,1.7*3D $GPGSV,3,1,10,18,84,067,23,09,67,067,27,22,49,312,28,15,47,231,30*70 $GPGSV,3,2,10,21,32,199,23,14,25,272,24,05,21,140,32,26,14,070,20*7E $GPGSV,3,3,10,29,07,074,,30,07,163,28*7D

說明：NMEA0183格式以「$」開始，主要語句有GPGGA，GPVTG，GPRMC等

1、 GPS DOP and Active Satellites（GSA）當前衛星信息

$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,,,,,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>

<1>模式 ：M = 手動， A = 自動。 <2>定位型式 1 = 未定位， 2 = 二維定位， 3 = 三維定位。 <3>PRN 數字：01 至 32 表天空使用中的衛星編號，最多可接收12顆衛星信息。 <4> PDOP位置精度因子（0.5~99.9） <5> HDOP水平精度因子（0.5~99.9） <6> VDOP垂直精度因子（0.5~99.9） <7> Checksum.(檢查位).

2、 GPS Satellites in View（GSV）可見衛星信息 $GPGSV, <1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,?<4>,<5>,<6>,<7>,<8>

<1> GSV語句的總數 <2> 本句GSV的編號 <3> 可見衛星的總數，00 至 12。 <4> 衛星編號， 01 至 32。 <5>衛星仰角， 00 至 90 度。 <6>衛星方位角， 000 至 359 度。實際值。 <7>訊號雜訊比（C/No）， 00 至 99 dB；無表未接收到訊號。 <8>Checksum.(檢查位).

第<4>,<5>,<6>,<7>項個別衛星會重複出現，每行最多有四顆衛星。其餘衛星信息會於次一行出現，若未使用，這些欄位會空白。

3、Global Positioning System Fix Data（GGA）GPS定位信息

$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh

<1> UTC時間，hhmmss（時分秒）格式 <2> 緯度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸） <3> 緯度半球N（北半球）或S（南半球） <4> 經度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸） <5> 經度半球E（東經）或W（西經） <6> GPS狀態：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算 <7> 正在使用解算位置的衛星數量（00~12）（前面的0也將被傳輸） <8> HDOP水平精度因子（0.5~99.9） <9> 海拔高度（-9999.9~99999.9） <10> 地球橢球面相對大地水準面的高度 <11> 差分時間（從最近一次接收到差分信號開始的秒數，如果不是差分定位將為空） <12> 差分站ID號0000~1023（前面的0也將被傳輸，如果不是差分定位將為空）

4、Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推薦定位信息

$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh

<1> UTC時間，hhmmss（時分秒）格式

<2> 定位狀態，A=有效定位，V=無效定位

<3> 緯度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）

<4> 緯度半球N（北半球）或S（南半球）

<5> 經度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）

<6> 經度半球E（東經）或W（西經）

<7> 地面速率（000.0~999.9節，前面的0也將被傳輸）

<8> 地面航向（000.0~359.9度，以真北為參考基準，前面的0也將被傳輸）

<9> UTC日期，ddmmyy（日月年）格式

<10> 磁偏角（000.0~180.0度，前面的0也將被傳輸）

<11> 磁偏角方向，E（東）或W（西）

<12> 模式指示（僅NMEA0183 3.00版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數據無效）

5、 Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息

$GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh

<1> 以真北為參考基準的地面航向（000~359度，前面的0也將被傳輸）

<2> 以磁北為參考基準的地面航向（000~359度，前面的0也將被傳輸）

<3> 地面速率（000.0~999.9節，前面的0也將被傳輸）

<4> 地面速率（0000.0~1851.8公里/小時，前面的0也將被傳輸）

<5> 模式指示（僅NMEA0183 3.00版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數據無效）

對於確定數據精確度和GPS穩定性，衛星的位置是非常重要的信息。既然GPS精確讀將被詳細地在這兩部分介紹，那麼這一部分將主要描述衛星位置和信號的強度。

衛星二十四小時在軌道上運轉著，它們在任一時間、任一地點上都至少有六顆能被用戶看到。衛星不斷地監測地球，這樣就避免出現一些盲點或者衛星無法看到的地方。就像在天空中找星星一樣，衛星的位置被表示為一個方位角和高程。如前面所述，方位角為直接水平測量。高程測量則為一個與水平面的夾角，其中0°表示水 平，90°表示為「天頂」（或者說是頭頂）。因此，如果設備說衛星的方位角為45°且高程為45°，那麼衛星現在的位置就是處於水平的東北方向，高度為一半的位置。另外對於衛星位置，設備報告每個衛星的「隨機偽代碼」（簡稱PRC），這個數值用來唯一標示一個衛星。

這裡有一個關於 $GPGSV 的語句：

$GPGSV,3,1,10,24,82,023,40,05,62,285,32,01,62,123,00,17,59,229,28*70

每條語句包含四部分內容，例如：第一部分是「24,82,023,40」，第二部分是「05,62,285,32」等等。每部分的第一個詞為PRC，第二個詞為衛星高程，跟著為方位角和信號強度。如果這個衛星信息用圖來顯示，那麼就如圖 1-1。

（圖 1-1：$GPGSV語句的圖形表示，中心點為當前位置，周邊的圓標示水平面。）

這個語句里最重要的指標應該算是「信號躁聲比（signal-to-noise ratio）」（以下簡稱為SNR）。這個數值標示衛星信號的接收率。我們知道，衛星是以相同的強度發射信號，但是傳播過程中難免會遇到諸如樹和牆之類的障礙物，這樣就影響了信號的識別。典型的SNR值在0到50之間，其中50表示非常好的信號。（SNR可以達到99，但是我還從來沒有見過50以上的數據哦。）。在圖 1-1里，綠色衛星表示強信號，然而黃色衛星則為中等（在第二部分，我將提供一個方法來實現信號強度的分類）。衛星#1的信號完全被阻擋了。