在 GNSS 导航、车载定位、无人机测绘等领域， NMEA 报文堪称设备互通的 “通用密码”。几乎所有 GNSS 厂商的设备，都默认支持这一协议标准。
但 NMEA 究竟是什么？为何它领域如此重要？让我们一同探究。
一、什么是NMEA
NMEA标准由美国海洋电子协会(National Marine Electronics Association)制定，最初在航海领域的电子设备（如导航仪、声纳系统）中统一通信格式，方便数据交流，后来随着GPS的发展，作为一种现成标准逐渐被GPS设备的厂商使用。
NMEA协议是用于在GNSS和其他导航设备和设备之间交换信息的标准协议。NMEA协议具备通用性与传递性、用于在导航设备和其他设备之间传输位置、时间、速度等相关信息，由于NMEA协议是一种标准协议，因此几乎所有GNSS设备和接收器都支持该协议，并且它通常被用于GNSS接收机与其他设备和计算机进行通信。NMEA最早是在海事行业应用，但随着GNSS技术发展，车辆导航系统与卫星定位系统的集成非常常见，许多汽车内置了GPS接收器，它们可以接收到类似NMEA的数据。这些数据被解析后，就可以在车载屏幕上显示实时的位置、路线指引等信息。所以，尽管NMEA起源于海事领域，但其标准化和易于理解的通信方式使其在汽车、无人机等行业中也找到了应用空间。
NMEA的名称来自于其定义组织——美国国家海洋电子协会（NMEA，National Marine Electronics Association），它是一个非营利组织，成立于1964年，NMEA的主要目标是促进航海和水运行业的电子设备标准化，特别是通过制定数据交换格式和通信协议来确保兼容性和互操作性。
NMEA分为NMEA 0183和NMEA 2000两个版本，后者兼容CAN总线通信，更为复杂。NMEA 0183协议采用基于ASCII码的文本格式，定义多种语句。NMEA 0183 定义了统一的报文语法和语义，任何GNSS接收设备厂商（u-blox、Quectel、MediaTek、Trimble等）生产的接收机，都能输出相同结构的 $GPGGA、$GPRMC 等语句，使得不同的上位机（如串口助手、导航软件、地图引擎）不必做额外适配。
二、NMEA有什么用
NMEA协议的主要作用包括：
1.实现设备之间的数据交换
NMEA协议定义了设备之间通信的数据格式和规则，使得不同类型的设备可以相互交换位置、速度、航向等信息。
2.支持导航和航海功能PP（混合GNSS）
通过NMEA协议，GNSS接收机、罗盘、深度表等设备可以共享位置、航向等数据，从而支持导航和航海功能。
3.提高设备互操作性
由于NMEA协议是一个通用标准，各种制造商生产的符合该标准的设备可以更容易地进行连接和交互，提高了设备之间的互操作性和兼容性。
NMEA协议具有通用性、简单易用、广泛应用、支持多种设备和良好的互操作性等优势：
● 通用性和标准化：NMEA协议是一个通用的标准，被广泛应用于海洋电子设备之间的通信。这意味着符合NMEA协议的设备可以轻松地进行连接和交互，无论其制造商是谁。
● 简单易用：NMEA协议定义了一套简单的数据格式和规则，使得设备之间的通信变得简单明了。这使得开发和维护符合NMEA协议的设备变得更加容易。
● 广泛应用：NMEA协议被广泛应用。无论是船只、车辆、无人机，都可以通过NMEA协议实现设备之间的数据交换和通信。
● 支持多种设备：NMEA协议不仅支持GNS接收机，还支持罗盘、自动驾驶仪等多种设备。这使得各种设备可以共享信息，从而提高航海与驾驶的安全性和效率。
● 良好的互操作性：由于NMEA协议是一个通用标准，各种符合该标准的设备可以更容易地进行连接和交互。这提高了设备之间的互操作性和兼容性，使得用户可以更加灵活地配置设备。
三、NMEA报文的规则
常见的NMEA协议版本包括：
● NMEA 0183：这是最早的NMEA协议版本，定义了一套串行数据格式和语法规则，用于GNSS接收机、自动驾驶仪、深度表等设备之间的通信。
● NMEA 2000：这是一种更现代化的NMEA协议版本，基于控制器区域网络（CAN）总线，提供了更高的数据传输速率和更多的设备连接能力。NMEA 2000协议通常用于网络通信和数据交换。
目前最常见的版本是NMEA 0183，以ASCII字符为基础，在串行通信接口（如RS-232或RS-422）上进行数据传输。
NMEA 0183 Message是基于NMEA标准的一种数据格式，用于在GNSS定位设备与其他电子设备间交换信息。
每个NMEA报文由特定的标识符(Preamble)、信息代码(Sentence Type)和详细数据组成，通常以美元符号（$）开头，后续是一组五位或者六位的数据标识符，然后是一串数字和字母，最后以星号（*）结束，如果数据长度超过16个字符，剩余部分则用两个十六进制数字替换，分别代表剩余字节的数量。
报文的一般结构
● Preamble（首句）：$字符，表明接下来的信息遵循NMEA规范
● Sentence Identifier(句柄标识符)：前五/六个字符，通常是描述数据类型的代码，比如”GGA”代表全球定位系统(GNSS)定位信息。我们针对定位导航信息的几个句柄做梳理：
● 前两位代表定位所用系统与星座：
– BD：BDS
– GP：GPS
– GL：GLONASS
– GA：Galileo
– GN：GNSS, 多星联合定位
● 后三位代表消息类型，常见消息类型有：
– GGA: Global Positioning System Fix Data（卫星定位信息）
– GLL: Geographic Position-Latitude/Longitude（地理位置信息-纬度/经度）
– GSA: GNSS DOP and Active Satellites（卫星PRN数据）
– GST: GNSS Pseudorange Error Statistics（卫星伪距误差统计）
– GSV: GNSS Satellites in View（可视卫星信息）
– RMC: Recommended Minimum Specific GNSS Data（推荐定位信息）
– VTG: Course Over Ground and Ground Speed（地面速度信息）
– ZDA: Time and Date（时间与日期）
● Data fields（数据字段）：后面跟着一串由逗号分隔的数据字段，每个字段可能包含不同的信息，如坐标、时间、速度等。
● Checksum（校验和）：最后两个字符，通常是计算出来的校验码，用于验证数据的准确性。
NMEA 0183标准的默认波特率是4800波特。
四、NMEA常见语句解读
NMEA报文通常为ASCII字符串，每条报文为一行，以回车换行符（CRLF）结尾。一条NMEA语句基本格式如下：
●Talker ID: 2字符的星座标识符。具体包含GP(GPS)、GB(BeiDou)、GA(Galileo)、GL(GLONASS)、GN(GNSS，多星座组合导航)；
● Message type: 3字符的NMEA语句的类型，包含GGA、RMC、VTG、GSV、GSA等语句；
● Data: 特定类型的语句对应的数据；
● Checksum: 2字符的校验和。校验方式为$之后，*之前的所有字符(不含$，*)逐字节进行异或操作，将得到的字节以两个16进制字符进行表示。
在NMEA语句中，$号为语句开始，*号为语句结束，后跟校验和、CRLF换行符，然后一条语句结束。NMEA语句数量繁多，常用的NMEA语句及其格式列举如下。
1.GGA语句
GGA语句包含了详细的定位信息，包括定位时间、定位经度、定位纬度、定位正高、参与定位的卫星数量等信息。GGA语句格式为:
其中，xx表示2字符的星座标识符。以上述GGA语句为例，下列表格中详细分析了该语句的每个字段代表的含义。
2.RMC语句
RMC语句主要用于移动中的物体定位或导航，包含了基本的定位信息（但不包括高度）以及速度信息、航向信息。RMC语句格式为:
其中，xx表示2字符的星座标识符。以上述RMC语句为例，下列表格中详细分析了该语句的每个字段代表的含义。
3.VTG语句
VTG语句包含了物体的参照系、航向、速度等信息。VTG语句为导航系统提供连续、简洁、实时的运动信息，是RMC语句的核心补充。
VTG语句格式为:
其中，xx表示2字符的星座标识符。以上述VTG语句为例，下列表格中详细分析了该语句的每个字段代表的含义。
4.GSV语句
GSV语句包含可见卫星的相关信息。GSV语句格式为:
其中，xx表示2字符的星座标识符。以上述GSV语句为例，下列表格中详细分析了该语句的每个字段代表的含义。
若有更多卫星，会连续输出多句：
某一批次的NMEA报文会完整输出该批次中所有的GSV语句。
GSV语句用于分析卫星分布、分析信号质量，在接收机的上位机软件中经常基于GSV语句进行图表分析。
● 查看接收机当前“可见”的卫星总数；
● 判断卫星分布情况（仰角、方位角）；
● 检查信号质量（SNR），评估天线状态；
● 用于绘制天空图（Sky Plot）；
● 可与GSA语句结合判断哪些卫星用于解算定位。
5.GSA语句
GSA语句包含使用定位的卫星相关信息。GSA语句格式为:
其中，xx表示2字符的星座标识符。以上述GSA语句为例，下列表格中详细分析了该语句的每个字段代表的含义。
End
从航海到车载、无人机，NMEA 凭标准化报文成为 GNSS 设备互通的核心协议。
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