C#接收GNSS NMEA0813协议数据

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本文介绍了GNSS相关知识，包括其定义及包含的系统，阐述了GPS信号结构、定位原理和DGPS技术。还介绍了NMEA - 0183协议，包括协议格式及不同语句含义。最后提及用C#解析协议，可使用模拟软件模拟GPS信号，重点在数据接收和解析。

一、GNSS

1、GNSS

GNSS是Global Navigation Satellite System的缩写。中文译名应为全球导航卫星系统。目前，GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的Compass(北斗)、欧盟的 Gali.

2、GPS信号

参考：https://blog.youkuaiyun.com/bit_kaki/article/details/81163371

(1)GPS信号结构

每个GPS卫星播发一组信号
每组信号包括两个不同频率的载波信号(L1和L2)、两个不同的测距码信号(C/A码调制在L1载波上，P码或Y码同时调制在L1及L2载波上)以及卫星的轨道信息

C/A码：粗码，提供给民用

P码：精码，军用。

（2）定位原理

卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。

3、DGPS(差分全球定位系统)

目前 GPS 系统提供的定位精度是优于 10 米，而为得到更高的定位精度，我们通常采用差分 GPS 技术：将一台 GPS 接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行 GPS 观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。

二、NMEA0813

1、NMEA0813

NMEA-0183是美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association )为海用电子设备制定的标准格式。目前也已形成了GPS/北斗导航设备统一的RTCM（Radio Technical Commission for Maritime services）标准协议。
2、协议格式

参考：https://blog.youkuaiyun.com/ddway12/article/details/52983627

NMEA-0183协议采用ASCII码来传递GPS定位信息，我们称之为帧。

（1）GPGGA

GPS定位信息，这是一帧GPS定位的主要数据，也是使用最广的数据。

帧格式如下：$aaccc,ddd,ddd,…,ddd*hh<CR><LF>

    “$”——帧命令起始位
    aaccc——地址域，前两位为识别符，后三位为语句名，常用的语句有GPGGA、GPGSA、GPGSV、GPRMC、GPGLL、GPVTG
    ddd…ddd——数据

“，”是域分隔符
    “*”——校验和前缀
    hh——校验和（check sum），$与*之间所有字符ASCII码的校验和（各字节做异或运算，得到校验和后，再转换16进制格式的ASCII字符。）
    <CR><LF>——CR（Carriage Return） + LF（Line Feed）帧结束，回车和换行

（2）GPGSA

当前卫星信息

格式：

（3）GPGSV

可见卫星信息，反映GPS可见星的方位角、俯仰角、信噪比等。

格式：

（4） GPRMC

推荐定位信息

格式：

（5）GPVTG

地面速度信息

格式：

（6）GPGLL

定位地理信息

格式：

三、C#解析协议

GNSS设备发送数据帧到计算机，编写计算机软件解析协议，提取有用信息。没有GNSS设备，可以用模拟软件模拟发出定位信息。

使用NemaStudio 1.27软件模拟GPS信号下载地址：http://www.onlinedown.net/soft/573835.htm

串口接收的程序省略，只写GPS数据的接收和解析部分

 //第一步：串口接收数据
    int n = portRTK.BytesToRead;  //获取接收缓冲区中的字节数
    byte[] buf = new byte[n];  //缓存串口数组
    portRTK.Read(buf, 0, n);      
// 第二步：数据转换成ASCII码，并分割出有用数据
            if (n > 0)
            {
                string rec_str = Encoding.ASCII.GetString(buf, 0, n);
                rec_txt_proc = rec_txt_proc + rec_str;
            }
            n = 0;
            string[] rec_cmd_array = rec_txt_proc.Split('$');//找到所有的数据帧
            if (rec_cmd_array.Length > 0)
            {
                //循环遍历所有的数据帧
                for (int i = 1; i < rec_cmd_array.Length; i++)
                {
                    string[] check_array = rec_cmd_array[i].Split('*');//分割有用数据
                    if (check_array.Length >1)
                     {
                         string[] rec_0183_cmd_array = check_array[0].Split(',');//继续分割数据
                         byte[] rec_check_bcd = Encoding.ASCII.GetBytes(check_array[1]);//获取校验和和帧尾
//第三步数据校验
                         if (rec_check_bcd.Length == 4)//判断校验和和帧尾是否是4个字节
                         {
                             //数据校验
                                if (rec_check_bcd[0] > 0x40)
                                      rec_check_bcd[0] = Convert.ToByte((rec_check_bcd[0] - 0x41 + 10) & 0xff);
                                else
                                      rec_check_bcd[0] = Convert.ToByte(rec_check_bcd[0] - 0x30);
                                if (rec_check_bcd[1] > 0x40)
                                      rec_check_bcd[1] = Convert.ToByte((rec_check_bcd[1] - 0x41 + 10) & 0xff);
                                else
                                      rec_check_bcd[1] = Convert.ToByte(rec_check_bcd[1] - 0x30);
                                int rec_check = rec_check_bcd[0] * 16 + rec_check_bcd[1];
                                byte[] check_byte = Encoding.ASCII.GetBytes(check_array[0]);
                               int crc = check_byte[0];

                               for (int j = 1; j < check_byte.Length; j++)
                                crc = crc ^ check_byte[j];

                                   if (crc == rec_check)
                                     {
//第四步：提取各种数据帧
                                         switch (rec_0183_cmd_array[0])//判断数据类型并显示
                                         {
                                             case "GPGGA": break;
                                             case "GPGSA": break;
                                             case "GPGSV": break;
                                             case "GPRMC": break;
                                             case "GPVTG": break;
                                             case "GPGLL": break;

                                         }
                                      }
                         }
                       }
                }
            }