О НАС НОВОСТИ ОТРАСЛИ ПРОДУКТЫ СТАТЬИ КОНТАКТЫ ФОРУМ КУПИТЬ

Геодезия Картография Строительство Геопространство Гидрография Инфраструктура OEM

Протокол NMEA-0183
О Нас > Статьи > Протокол NMEA-0183

ПРОТОКОЛ NMEA-0183

Введение

Национальная Ассоциация Морской Электроники (National Marine Electronics Association - NMEA) разработала специальный протокол для поддержания совместимости морского навигационного оборудования различных производителей. Этот NMEA протокол описывает не только данные, полученные с GPS приемников, но и измерения сонаров, радаров, электронных компасов, барометров и других навигационных устройств, использующихся на морских судах. Интерфейс обмена данными большинства портативных GPS приемников реализован в соответствии с NMEA спецификацией. Большинство навигационных программ, которые обеспечивают отображение данных в реальном времени, поддерживают и «понимают» NMEA протокол. Эти данные содержат полные навигационные измерения GPS приемника – позицию, скорость и время.

Все NMEA сообщения состоят из последовательного набора данных, разделенных запятыми. Каждое отдельное сообщение не зависит от других и является полностью «завершенным». NMEA cообщение включает заголовок, набор данных, представленных ASCII символами, и поле «чексуммы» для проверки достоверности переданной информации. Заголовок стандартных NMEA сообщений состоит из 5 символов, из которых два первых определяют тип сообщения, а оставшиеся три – его название. Например, все GPS NMEA сообщения имеют префикс «GP». Сообщения, которые не описаны в спецификации NMEA, но реализованы в GPS приемниках в соответствии с общими правилами, имеют префикс «Р», дополненный тремя символами, уникальными для каждой компании. Например, «собственные» NMEA сообщения Trimble имеют префикс «PGPPADV» Каждое NMEA сообщение начинается с «$», заканчивается «\n» ( «перевод строки») и не может быть длиннее 80-и символов. Все данные содержаться в одной строке и отделены друг от друга запятыми.

Информация представлена в виде ASCII текста и не требует специального декодирования. Если данные не умещаются в выделенные 80 символов, то они «разбиваются» на несколько NMEA сообщений. Такой формат позволяет не ограничивать точность и количество символов в отдельных полях данных. Например, дробная часть значения координат может быть представлена 3 или 4 знаками после запятой, но это никак не должно повлиять на работу программного обеспечения, которые выделяет нужные данные из сообщения по номеру поля. В конце каждого NMEA сообщения содержится поле «чексуммы», отделенное от данных символом «*». При необходимости оно может использоваться для проверки целостности и достоверности каждого принятого сообщения.

NMEA протокол поддерживает не только исходящие, но и входящие сообщения, с помощью которых, например, можно обновить или добавить путевые точки маршрута. Эти сообщения должны быть сформированы в строгом соответствии с форматом NMEA, в противном случае, они будут просто проигнорированы GPS приемником.

С момента создания, NMEA протокол претерпел несколько модификаций, связанных с добавлением новых полей и сообщений. Текущей версией, которую поддерживают большинство приемников, является версия 2.3, хотя уже опубликовано описание новой версии 3.0. Полная спецификация NMEA сообщений отсутствует в свободном доступе и ее нельзя официально скачать в электронном виде, Отдельные ее разделы, общее описание NMEA протокола и наиболее популярных сообщений можно найти в Интернете. Официально приобрести NMEA документацию можно на сайте http://www.nmea.org/.

Список сообщений

NMEA протокол описывает большой список различных сообщений, из которых можно выделить два десятка сообщений, активно использующихся в навигационной аппаратуре. В связи с большой популярностью и простой представления данных, NMEA протокол нашел применение не только морской аппаратурой, но и в геодезических, бытовых и авиационных GPS приемниках.

  • AAM – Прибытие в путевую точку
  • ALM – Данные альманаха
  • АPA – Данные автопилота «А»
  • APB – Данные автопилота «В»
  • BOD – Азимут на пункт назначения
  • DTM – Используемый датум
  • GGA – Информация о фиксированном решении
  • GLL – Данные широты и долготы
  • GSA – Общая информация о спутниках
  • GSV – Детальная информация о спутниках
  • MSK – Передача управлению базовому приемнику
  • MSS – Статус базового приемника
  • RMA – Рекомендованный набор данных системы «Loran»
  • RMB – Рекомендованный набор навигационных GPS данных
  • RMC – Рекомендованный минимальный набор GPS данных
  • RTE – Маршрутная информация
  • VTG – Вектор движения и скорости
  • WCV - Данные скорости вблизи путевой точки
  • WPL – Данные путевой точки
  • XTC – Ошибка отклонения от трека
  • XTE – Измеренная ошибка отклонения от трека
  • ZTG – UTC время и оставшееся время до прибытия в точку назначения
  • ZDA – Дата и время.

Некоторые из NMEA сообщений могут содержать одинаковые поля данных, либо полностью содержать данные других, меньших по размеру, NMEA сообщений.

Содержание NMEA сообщений

GGA - информация о фиксированном решении.

Самое популярное и наиболее используемое NMEA сообщение с информацией о текущем фиксированном решении – горизонтальные координаты, значение высоты, количество используемых спутников и тип решения.

$GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M,,*47

где:

  • GGA – NMEA Заголовок
  • 123519 –UTC время 12:35:19
  • 4807.038, N – Широта, 48 градусов 7.038 минуты северной широты
  • 01131.000, Е – Долгота, 11 градусов 31.000 минуты восточной долготы
  • 1 - тип решения: StandAlone решение
    • 0 – нет решения,
    • 1 – StandAlone,
    • 2 – DGPS,
    • 3 – PPS,
    • 4 – фиксированный RTK,
    • 5 – не фиксированный RTK,
    • 6 – использование данных инерциальных систем,
    • 7 – ручной режим,
    • 8 – режим симуляции
  • 08 – количество используемых спутников
  • 0.9 – геометрический фактор, HDOP
  • 545.4, М – высота над уровнем моря в метрах
  • 46.9, М – высота геоида над эллипсоидом WGS 84
  • [пустое поле] – время прошедшее с момента получения последней DGPS поправки. Заполняется при активизации DGPS режима
  • [пустое поле] – идентификационный номер базовой станции. Заполняется при активизации DGPS режима.

GSA – общая информация о спутниках.

Это NMEA сообщение содержит список спутников, используемых в подсчете позиции и значения геометрических факторов DOPs, определяющих точность подсчете позиции. Параметры DOP определяются геометрическим расположением спутников на небе. Чем лучше «распределены» на небе спутники, тем меньше DOP и тем лучше точность позиции. Минимальное значение PDOP (= 1) соответствует ситуации, когда один спутник находится строго над пользователем, а другие 3 равномерно распределены вокруг на уровне горизонта. Значение PDOP вычисляется, как квадратный корень из суммы квадратов HDOP и VDOP.

$GPGSA,A,3,04,05,,09,12,,,24,,,,,2.5,1.3,2.1*39

где:

  • GSA – NMEA заголовок
  • А – тип выбора между 2D и 3D решениями, Автоматический (A-auto, M-manual)
  • 3 – тип решения, 3D решение (1 – нет решения, 2 – 2D решение, 3 – 3D решение)
  • 04,05… - PRN коды используемых в подсчете позиции спутников (12 полей)
  • 2.5 – пространственный геометрический фактор, PDOP
  • 1.3 – горизонтальный геометрический фактор, HDOP
  • 2.1 – вертикальный геометрический фактор, VDOP

GSV - Детальная информация о спутниках

Это NMEA сообщение содержит детальную информацию для всех отслеживаемых навигатором GPS спутников. Исходя из ограничения в 80 символов в составе одного NMEA сообщения могут передаваться данные только для 4-х спутников. Соответственно для 12 спутников требуется 3 сообщения GSV. Поле SNR (Signal to Noise Ration) содержит значения уровней, принимаемых со спутников, навигационных сигналов. Теоретически его значение может варьироваться от 0 до 99 и измеряется в dB. Фактически уровень сигнала лежит в диапазоне 25 …35 dB. Здесь стоит отметить, что данный параметр не является абсолютным и не подходит для сравнения чувствительности приемников разных моделей и производителей. В GPS навигаторах могут использоваться различные алгоритмы вычисления уровня принимаемого сигнала, что приводит к разным результатам при равной степени чувствительности приемников. Для каждого видимого GPS спутника передается набор информации, включающий уровень сигнала, угол возвышения и азимут спутника. Количество этих «наборов» определяется общем количеством видимых спутников, значение которого передается в отдельном поле.

$GPGSV,2,1,08,01,40,083,46,02,17,308,41,12,07,344,39,14,22,228,45*75

где:

  • GSV – NMEA заголовок
  • 2 – количество сообщений GSV в пакете
  • 1 – номер сообщения в пакете (от 1 до 3)
  • 08 – количество видимых спутников
  • 01 – номер спутника
  • 40 – угол возвышения, в градусах
  • 083 – азимут в градусах
  • 46 – SNR, уровень сигнала

RMC - рекомендованный минимальный набор GPS данных

Это NMEA сообщение содержит весь наборы, так называемых «PVT» данных. «PVT» - общепринятое сокращение от «position, velocity, time» (позиция, скорость, время).

$GPRMC,123519,A,4807.038,N,01131.000,E,022.4,084.4,230394,003.1,W*6A

где:

  • RMC – NMEA заголовок
  • 123419 – UTC время, 12:34:59
  • А – статус (А- активный, V- игнорировать)
  • 4807.038,N – Широта, 48 градусов 07.038 минут северной широты
  • 01131.000,Е – Долгота, 11 градусов 31.000 минута восточной долготы
  • 022.4 – Скорость, в узлах
  • 084.4 – Направление движения, в градусах
  • 230394 – Дата, 23 марта 1994 года
  • 003.1,W – Магнитные вариации

GLL - данные широты и долготы

NMEA сообщение со значением координат широты и долготы, и времени когда было вычислено это решение.

$GPGLL,4916.45,N,12311.12,W,225444,A,*31

где:

  • GLL – NMEA заголовок
  • 4916.46,N – широта, 49 градусов 16.45 минут северной широты
  • 12311.12,W-долгота, 123 градуса 11.12 минут западной долготы
  • 225444 – Время фиксации в шкале времени UTC, 22:54:44
  • А – Тип данных, (А – активные, V - игнорировать)

ВOD - Азимут на пункт назначения

Это NMEA сообщение указывает азимут на точку назначения в режиме навигации.

$GPBOD,045.,T,023.,M,DEST,START*01

где:

  • BOD – NMEA заголовок
  • 045.,T – истинное направление на точку
  • 023.,M – магнитное направление на точку
  • DEST – идентификационный номер конечной точки
  • START – идентификационный номер начальной точки

RMB – рекомендованный набор навигационных GPS данных

NMEA сообщение содержит рекомендованный минимальный набор данных для навигации «по маршруту» или «на точку» в режиме «Goto».

$GPRMB,A,0.66,L,003,004,4917.24,N,12309.57,W,001.3,052.5,000.5,V*20

где:

  • RMB – NMEA заголовок
  • А – Тип данных, (А – активные, V - игнорировать)
  • 0.66,L – отклонение от трека. Параметра определен в морских милях. (L –влево, R-вправо)
  • 003 - идентификационный номер начальной точки
  • 004 - идентификационный номер конечной точки
  • 4917.24,N – значение широты конечной точки, 49 градусов 17.24 минуты северной широты
  • 12309.57,W – значение долготы конечной точки, 123 градуса 09.57 минут западной долготы
  • 001.3 – расстояние до точки, в морских милях 052.5 – направление на точку
  • 000.5 – скорость, в узлах
  • V – информация о прибытии ( А – прибытие, V – точка еще не достигнута)

RTE – Маршрутная информация

NMEA сообщение RTE выводит список путевых точек активного маршрута. Есть два типа сообщений RTE. В первом случае, отображаются все точки маршрута. Во втором, только список оставшихся точек, которые еще предстоит посетить при движении по маршруту. Учитывая, что в NMEA протоколе есть ограничение, по которому длина сообщение не должна превышать 80 символов, сообщение RTE может состоять из нескольких строк.

$GPRTE,2,1,c,0,W3IWI,DRIVWY,32CEDR,32-29,32BKLD,32-I95,32-US1,BW-32,BW-198*69

где:

  • RTE – NMEA заголовок
  • 2 – общее количество сообщений для отображения полного списка данных
  • 1 – номер сообщения из общего списка
  • с – тип RTE сообщения (с – полный список точек маршрута, w – список точек, которые еще предстоит посетить)
  • 0 – идентификатор маршрута
  • W3IWI,DRIVWY,.. - список путевых точек

Особенности Trimble

Список NMEA-сообщений, используемых компанией Trimble.

В качестве исходного материала использована статья с сайта "GPS portal"

TRIMBLE UAPOS ООО "ECOM" ООО "КМС" , © Copyright