環(huán)球今日報丨中國“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——定位模塊需求介紹

定位模塊

需求介紹定位衛(wèi)星GPS中國“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)俄羅斯GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)歐洲“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)日本準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng) 常用的定位模塊介紹 使用接線衛(wèi)星測試串口數(shù)據(jù)解析信息及使用解析定位信息標(biāo)識符具體信息 使用 后續(xù)

需求

(資料圖)

我們在平時的開發(fā)中，衛(wèi)星定位模塊是我們非常常用的一種模塊，比如無人機(jī)的定位、智能手表的定位和機(jī)器人的定位等。開發(fā)中往往將定位模塊和一些支持遠(yuǎn)距離傳輸?shù)耐ㄐ拍K共同使用，像NB-IOT這類遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)。而通常不使用WiFi和藍(lán)牙這類短距離無線通信技術(shù)。我們通常是將定位模塊和MCU通過串口連接，實時的檢測位置信息并發(fā)送到MCU上，MCU再對這些位置信息進(jìn)行相應(yīng)的使用。

介紹

定位衛(wèi)星

日常的智能硬件的開發(fā)中，往往衛(wèi)星多、頻點(diǎn)多、信號質(zhì)量好，那么定位效果就越好。目前使用的衛(wèi)星導(dǎo)航主要有中國北斗（BDS）、美國 GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟 Galileo 及日本準(zhǔn)天頂（QZSS）這 5 套衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的總計 16 個頻點(diǎn)。

GPS

GPS的空間部分是由24 顆工作衛(wèi)星組成，它位于距地表20 200km的上空，均勻分布在6 個軌道面上（每個軌道面4 顆），軌道傾角為55°。此外，還有4 顆有源備份衛(wèi)星在軌運(yùn)行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖象。這就提供了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰ΑPS 衛(wèi)星產(chǎn)生兩組電碼，一組稱為C/A 碼，一組稱為P 碼（Procise Code 10123MHz)，P 碼因頻率較高，不易受干擾，定位精度高，因此受美國軍方管制，并設(shè)有密碼，一般民間無法解讀，主要為美國軍方服務(wù)。C/A 碼人為采取措施而刻意降低精度后，主要開放給民間使用。

中國“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

衛(wèi)星數(shù)量：3顆衛(wèi)星組成，2顆為工作衛(wèi)星，1顆為備用衛(wèi)星；用途為軍民兩用。前兩顆衛(wèi)星分別于2000年和2003年發(fā)射成功。2012年12月27日，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式運(yùn)行。

俄羅斯GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

衛(wèi)星數(shù)量：24顆衛(wèi)星組成； 精度：10米左右； 用途：軍民兩用；

歐洲“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

衛(wèi)星數(shù)量：共由30顆中高度圓軌道衛(wèi)星組成，其中27顆為工作衛(wèi)星，3顆為候補(bǔ)。軌道高度為24126公里，位于3個傾角為56度的軌道平面內(nèi)，最高精度小于1米，主要為民用。

日本準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)

衛(wèi)星數(shù)量：以三顆人造衛(wèi)星透過時間轉(zhuǎn)移完成全球定位系統(tǒng)區(qū)域性功能的衛(wèi)星擴(kuò)增系統(tǒng)。

常用的定位模塊介紹

本文中進(jìn)行測試和使用的衛(wèi)星定位模塊是EVB_Air551G。 EVB_Air551G 是基于 Air551G 模塊的天線一體化模組，這是一款雙頻、高性能、高集成 度的多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航模塊。體積小、功耗低，可用于車載導(dǎo)航、智能穿戴、無人機(jī)等 GNSS 定位的應(yīng)用中。支持北斗三代/GPS/GLONASS/GALILEO/QZSS/SBAS 等衛(wèi)星定位系統(tǒng)，支持 L1/L5 兩個頻段同時定位，支持多系統(tǒng)聯(lián)合定位和單系統(tǒng)獨(dú)立定位。 我們在平時的開發(fā)中經(jīng)常會遇到接線正確，卻沒有衛(wèi)星信號的情況，這類問題絕大多數(shù)都是因為，使用者是在室內(nèi)進(jìn)行測試的，定位模塊的局限是只有在室外才能正常運(yùn)行，在室內(nèi)的衛(wèi)星信號就會很差。

本文主要使用此模塊進(jìn)行衛(wèi)星定位的測試。

使用

接線

首先是接線，因為常用的定位模塊都是通過串口的方式進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，所以接線一般也比較類似。

定位模塊引腳名稱描述

VCC供電電源，電壓輸入范圍常是 3.3V-5.5V

TXD串口數(shù)據(jù)輸出，連接到開發(fā)板的RXD

RXD串口數(shù)據(jù)輸入，連接到開發(fā)板的TXD

GND接地

衛(wèi)星測試

我們將衛(wèi)星定位模塊和USB轉(zhuǎn)TTL相連，使用NaviTrack進(jìn)行衛(wèi)星測試。

圖中是串口速率匹配區(qū)域，我們可以選擇相應(yīng)的串口號和波特率。 從這里可以看到模塊所處位置的衛(wèi)星強(qiáng)度，因為我是放在室內(nèi)進(jìn)行測試，所以衛(wèi)星強(qiáng)度并沒有很高。 圖中就可以看到G7、Q199、B26三顆衛(wèi)星的信號強(qiáng)度。 下圖可以看到模塊運(yùn)行時檢測到的衛(wèi)星方位。 從圖中可以看到衛(wèi)星定位的消息，比如現(xiàn)在的時間，經(jīng)緯度等，我們主要需要的信息就是在這里顯示。以下圖為例，此模塊的測試時間就是以世界統(tǒng)一時間為標(biāo)準(zhǔn)的2022年3月10日7點(diǎn)56分13秒。經(jīng)緯度為： 緯度：33.86884350N 經(jīng)度：115.47853917E 我們通過這個經(jīng)緯度就可以算出大概位置，比如上圖這個就可確定定位模塊所在位置為中國河南。

串口數(shù)據(jù)

我們要想使用定位的數(shù)據(jù)，當(dāng)然不可能像測試一樣，用電腦的上位機(jī)看定位的數(shù)據(jù)，而往往是通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到MCU上，之后查看數(shù)據(jù)或者對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并使用。 圖中就是定位模塊通過串口發(fā)送出來的數(shù)據(jù)。

解析信息及使用

解析定位信息

首先，我們從串口調(diào)試助手查看一下收到的數(shù)據(jù)。 我們可以看到每一行數(shù)據(jù)各不相同，但大制可以分為語句標(biāo)識符和具體信息，每條信息用$開頭。

標(biāo)識符

語句標(biāo)識符以可以拆分為兩部分，前兩位是第一部分，標(biāo)識是哪種衛(wèi)星發(fā)來的數(shù)據(jù)；后三位是第二部分，標(biāo)識后面的數(shù)據(jù)是那種類型的數(shù)據(jù)。

第一部分中，具體有五種類型的衛(wèi)星。

標(biāo)識符含 義

BDBDS,北斗三代/二代衛(wèi)星系統(tǒng)

GPGPS

GL俄羅斯GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

GAGalileo,歐洲“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

GNGNSS,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)

我們只需要根據(jù)標(biāo)識符的前兩位就可以判斷出數(shù)據(jù)來自哪種衛(wèi)星定位。 比如：$GNGGA,062904.094,3352.18877,N,11528.72841,E,0,1,,20.19,M,-8.76,M,,*77標(biāo)識符的前兩位為GN，既可以判斷出是收到的是GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）的信息。 2. 第二部分中，標(biāo)識數(shù)據(jù)類型主要也有五種。

標(biāo)識符含 義

GGA時間、位置、衛(wèi)星數(shù)量

GSAGPS 接收機(jī)操作模式，定位使用的衛(wèi)星，DOP 值，定位狀態(tài)

GSV可見 GPS 衛(wèi)星信息、仰角、方位角、信噪比

RMC時間、日期、位置、速度

VTG地面速度信息

我們只需要根據(jù)標(biāo)識符的后三位就可以判斷出數(shù)據(jù)是什么類型。 比如：$GNGGA,062904.094,3352.18877,N,11528.72841,E,0,1,,20.19,M,-8.76,M,,*77標(biāo)識符的后三位為GGA，即代表后面的具體數(shù)據(jù)為時間、位置和衛(wèi)星數(shù)量。

具體信息

我們現(xiàn)在來解析以下具體的數(shù)據(jù)。 我們根據(jù)標(biāo)識符對后面的信息進(jìn)行截取，比如 $GNGGA,063327.094,3352.18138,N,11528.75505,E,0,4,,20.21,M,-8.75,M,,*78我們可以根據(jù)GPS-GGA數(shù)據(jù)格式進(jìn)行解析這些數(shù)據(jù)。可分為具體17個字段： 標(biāo)識符，UTC時間，緯度，緯度半球，經(jīng)度，經(jīng)度半球，定位指示，衛(wèi)星數(shù)量，水平精確度，海拔高度，高度單位，大地水準(zhǔn)面高度，高度單位，差分GPS數(shù)據(jù)期限，差分參考基站標(biāo)號，校驗和，結(jié)束標(biāo)記(用回車符和換行符)，分別用14個逗號進(jìn)行分隔。 格式為 $–GGA,hhmmss.ss,llll.ll,a,yyyyy.yy,a,x,xx,x.x,x.x,M,x.x,M,x.x,xxxx*hh 下面來具體解析一些數(shù)據(jù)，方便大家進(jìn)行理解。

時間信息為：063327.094 時間格式為前兩位為小時，三四位是分鐘，后面是秒。所以這個數(shù)據(jù)可以解析為，UTC時間06：33：27.094位置信息為：3352.18138,N,11528.75505,E 時間格式為先是緯度，再是經(jīng)度，中間用逗號隔開并且用位置的首字母來區(qū)分是北緯還是南緯，東經(jīng)還是西經(jīng)，和經(jīng)緯度也用逗號隔開。經(jīng)緯度的具體度數(shù)的格式為小數(shù)點(diǎn)前兩位以前為度，后面為分 以這個數(shù)據(jù)可以解析為，位置，北緯33度52.18138分，東經(jīng)115度28.75505剩余信息根據(jù)手冊進(jìn)行使用，對日常的開發(fā)用處較少，下面將GGA的數(shù)據(jù)格式分享出來。 從這里我們可以看出，$GNGGA,063327.094,3352.18138,N,11528.75505,E,0,4,,20.21,M,-8.75,M,,*78中的衛(wèi)星數(shù)量是4，剩下的數(shù)據(jù)可以自行和表對照。

使用

我們使用這些數(shù)據(jù)，可以通過位數(shù)的值來使用。比如如果接收到一組數(shù)據(jù)data。那么如果data[1]= =‘B’ ， data[2]= =‘D’,那么就代表這個數(shù)據(jù)收到的是北斗導(dǎo)航的數(shù)據(jù)。 或者可以使用字符串匹配算法進(jìn)行使用，當(dāng)數(shù)據(jù)中有GAGSV，明顯這條數(shù)據(jù)就是Galileo衛(wèi)星后面是可見 GPS 衛(wèi)星信息、仰角、方位角、信噪比的數(shù)據(jù)。

后續(xù)

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編寫不易，感謝支持。