環球今日報丨中國“北斗”衛星導航系統——定位模塊需求介紹

定位模塊

需求介紹定位衛星GPS中國“北斗”衛星導航系統俄羅斯GLONASS衛星導航系統歐洲“伽利略”衛星導航系統日本準天頂衛星系統 常用的定位模塊介紹 使用接線衛星測試串口數據解析信息及使用解析定位信息標識符具體信息 使用 后續

需求

(資料圖)

我們在平時的開發中，衛星定位模塊是我們非常常用的一種模塊，比如無人機的定位、智能手表的定位和機器人的定位等。開發中往往將定位模塊和一些支持遠距離傳輸的通信模塊共同使用，像NB-IOT這類遠距離無線通信技術。而通常不使用WiFi和藍牙這類短距離無線通信技術。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送到MCU上，MCU再對這些位置信息進行相應的使用。

介紹

定位衛星

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

GPS

GPS的空間部分是由24 顆工作衛星組成，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 顆有源備份衛星在軌運行。衛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的全球導航能力。GPS 衛星產生兩組電碼，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，并設有密碼，一般民間無法解讀，主要為美國軍方服務。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”衛星導航系統

衛星數量：3顆衛星組成，2顆為工作衛星，1顆為備用衛星；用途為軍民兩用。前兩顆衛星分別于2000年和2003年發射成功。2012年12月27日，北斗衛星導航系統正式運行。

俄羅斯GLONASS衛星導航系統

衛星數量：24顆衛星組成； 精度：10米左右； 用途：軍民兩用；

歐洲“伽利略”衛星導航系統

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

日本準天頂衛星系統

衛星數量：以三顆人造衛星透過時間轉移完成全球定位系統區域性功能的衛星擴增系統。

常用的定位模塊介紹

本文中進行測試和使用的衛星定位模塊是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 度的多模衛星定位導航模塊。體積小、功耗低，可用于車載導航、智能穿戴、無人機等 GNSS 定位的應用中。支持北斗三代/GPS/GLONASS/GALILEO/QZSS/SBAS 等衛星定位系統，支持 L1/L5 兩個頻段同時定位，支持多系統聯合定位和單系統獨立定位。 我們在平時的開發中經常會遇到接線正確，卻沒有衛星信號的情況，這類問題絕大多數都是因為，使用者是在室內進行測試的，定位模塊的局限是只有在室外才能正常運行，在室內的衛星信號就會很差。

本文主要使用此模塊進行衛星定位的測試。

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行傳輸數據，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串口數據輸出，連接到開發板的RXD

RXD串口數據輸入，連接到開發板的TXD

GND接地

衛星測試

我們將衛星定位模塊和USB轉TTL相連，使用NaviTrack進行衛星測試。

圖中是串口速率匹配區域，我們可以選擇相應的串口號和波特率。 從這里可以看到模塊所處位置的衛星強度，因為我是放在室內進行測試，所以衛星強度并沒有很高。 圖中就可以看到G7、Q199、B26三顆衛星的信號強度。 下圖可以看到模塊運行時檢測到的衛星方位。 從圖中可以看到衛星定位的消息，比如現在的時間，經緯度等，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一時間為標準的2022年3月10日7點56分13秒。經緯度為： 緯度：33.86884350N 經度：115.47853917E 我們通過這個經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。

串口數據

我們要想使用定位的數據，當然不可能像測試一樣，用電腦的上位機看定位的數據，而往往是通過串口將數據發送到MCU上，之后查看數據或者對數據進行解析并使用。 圖中就是定位模塊通過串口發送出來的數據。

解析信息及使用

解析定位信息

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

標識符

語句標識符以可以拆分為兩部分，前兩位是第一部分，標識是哪種衛星發來的數據；后三位是第二部分，標識后面的數據是那種類型的數據。

第一部分中，具體有五種類型的衛星。

標識符含 義

BDBDS,北斗三代/二代衛星系統

GPGPS

GL俄羅斯GLONASS衛星導航系統

GAGalileo,歐洲“伽利略”衛星導航系統

GNGNSS,全球導航衛星系統

我們只需要根據標識符的前兩位就可以判斷出數據來自哪種衛星定位。 比如：$GNGGA,062904.094,3352.18877,N,11528.72841,E,0,1,,20.19,M,-8.76,M,,*77標識符的前兩位為GN，既可以判斷出是收到的是GNSS（全球導航衛星系統）的信息。 2. 第二部分中，標識數據類型主要也有五種。

標識符含 義

GGA時間、位置、衛星數量

GSAGPS 接收機操作模式，定位使用的衛星，DOP 值，定位狀態

GSV可見 GPS 衛星信息、仰角、方位角、信噪比

RMC時間、日期、位置、速度

VTG地面速度信息

我們只需要根據標識符的后三位就可以判斷出數據是什么類型。 比如：$GNGGA,062904.094,3352.18877,N,11528.72841,E,0,1,,20.19,M,-8.76,M,,*77標識符的后三位為GGA，即代表后面的具體數據為時間、位置和衛星數量。

具體信息

我們現在來解析以下具體的數據。 我們根據標識符對后面的信息進行截取，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GPS-GGA數據格式進行解析這些數據。可分為具體17個字段： 標識符，UTC時間，緯度，緯度半球，經度，經度半球，定位指示，衛星數量，水平精確度，海拔高度，高度單位，大地水準面高度，高度單位，差分GPS數據期限，差分參考基站標號，校驗和，結束標記(用回車符和換行符)，分別用14個逗號進行分隔。 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據，方便大家進行理解。

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。所以這個數據可以解析為，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，再是經度，中間用逗號隔開并且用位置的首字母來區分是北緯還是南緯，東經還是西經，和經緯度也用逗號隔開。經緯度的具體度數的格式為小數點前兩位以前為度，后面為分 以這個數據可以解析為，位置，北緯33度52.18138分，東經115度28.75505剩余信息根據手冊進行使用，對日常的開發用處較少，下面將GGA的數據格式分享出來。 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中的衛星數量是4，剩下的數據可以自行和表對照。

使用

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

后續

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編寫不易，感謝支持。