NMEA-0183协议，全称为National Marine Electronics Association 0183。是由美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association)制定的一个标准格式，主要用于海用电子设备。该协议已成为GPS/北斗导航设备中统一的RTCM(Radio Technical Commission for Maritime services)标准协议。
NMEA-0183协议使用ASCII码来传递数据，这些数据以特定的语句格式发送。常见的数据类型包括GGA(全球定位系统定位数据)、RMC(推荐最小定位信息)和VTG(地面速度信息)等。这些数据通常包括时间、定位坐标、卫星ID、精度因子等关键信息，对于GPS接收机、GPS数据处理软件和导航软件来说，这些都是必需的信息。
NMEA-0183协议的帧格式如下：首先是“$”符号作为帧命令起始位，然后是地址域(aaccc)，其中前两位为识别符(aa)，后三位为语句名(ccc)。紧接着是数据部分(ddd…ddd)，最后是一个校验和前缀(*)，也可以作为语句数据结束的标志。
此外，NMEA-0183协议支持多种版本，如V3.01和V4.10.这些版本在talkerID和新增功能上有所差异。最新的版本为3.0及以上，提供了更多的数据查询命令和数据信息格式。
NMEA-0183协议是一个广泛应用于GPS接收机和相关软件中的标准协议，它通过ASCII字符传输关键的导航和定位信息，是实现实时定位和导航的基础技术之一。
一、 NMEA-0183协议的历史发展和版本演变是如何的?
NMEA-0183协议是由美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association)制定的，主要用于GPS导航设备中的数据传输标准。该协议最初在1983年3月发布，并随着技术的发展进行了多次更新。
NMEA-0183协议是一种纯数字的数据传输方法，使用二进制格式的“1”和“0”来传输所需信息，如深度、速度等。这种格式使得不同品牌和型号的GPS接收机能够实现互操作性。
从历史角度看，NMEA-0183协议是在早期的NMEA 0180和NMEA 0182标准的基础上发展而来的。这两个早期标准在波特率和传输参数上有所不同，因此NMEA-0183在保持一定兼容性的同时，也引入了新的技术规格以适应更广泛的应用需求。
到2015年，NMEA-0183已经发展到了V4.10版本，以及专为高速传输设计的NMEA 0183-HighSpeed V1.01版本。这表明NMEA-0183协议不仅在功能上不断进步，而且在处理速度和效率上也在不断优化。
总结来说，NMEA-0183协议自1983年首次发布以来，经历了多次版本更新，不断增强其在全球定位系统中的应用性能和互操作性。
二、 NMEA-0183协议在不同类型的海用电子设备中的应用案例有哪些?
NMEA-0183协议是一种专为海用电子设备设计的标准格式，由美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association)制定。该协议主要用于GPS导航设备中的数据传输，确保了不同设备之间的兼容性和数据的一致性。
在具体的应用案例中，NMEA-0183协议被广泛应用于各种海洋工程测量和导航定位任务。例如，K20高精度分体式RTK设备就是一个典型的应用实例。这种设备不仅支持NMEA-0183标准格式的定位数据输出，还具备内置电台和网络功能，使其能够在复杂的海底环境中进行精确的位置测量和导航。这些设备主要应用于挖泥、炸礁疏浚工程、海底电缆及管道铺设等领域。
此外，NMEA-0183协议还被应用于其他类型的海洋定位设备，如北斗海达RTK放样王TS2.这些设备同样支持NMEA-0183协议，能够提供高频率的定位输出，从而满足更为严苛的海洋测绘需求。
三、 如何实现NMEA-0183协议的数据解析和处理，特别是在GPS接收机中?
要实现NMEA-0183协议的数据解析和处理，特别是在GPS接收机中，可以遵循以下步骤：
- 理解NMEA-0183协议：首先，需要深入理解NMEA-0183协议的结构和内容。NMEA-0183是一种广泛使用的GPS数据传输标准，它定义了如何通过串口将GPS接收机的数据以文本形式发送到其他设备，如PC机或PDA 。
- 获取原始数据：使用GPS接收机捕获信号并根据NMEA-0183协议格式化输出数据。这通常涉及到从GPS接收机读取串口数据流，并将其转换为可解析的字符串格式 。
- 解析数据：解析这些字符串以提取有用的信息，如位置(经纬度)、速度、时间等。可以使用现有的库如PyNMEA2来简化这一过程，该库提供了对NMEA-0183协议的解析功能 。此外，也可以参考开源代码，如LeiOuYang/NMEA0183-C，这些代码提供了详细的解析逻辑和示例 。
- 数据处理：解析后的数据可以进一步处理以满足特定的应用需求。例如，可以计算位置、速度或进行时间同步。此外，还可以根据需要过滤或转换数据 。
- 错误处理和优化：在解析和处理过程中，需要注意错误处理和性能优化。由于可能存在数据类型大小不匹配或数据溢出的问题，应确保代码能够在不同的硬件平台上稳定运行 。
- 测试和验证：最后，通过实际的测试场景来验证解析和处理逻辑的正确性和效率。这包括在不同环境下测试数据的准确性和响应时间。
四、 NMEA-0183协议与其他导航协议(如GLONASS)相比有何优势和不足?
NMEA-0183协议与其他导航协议(如GLONASS)相比，具有其独特的优势和不足。
优势方面：
NMEA-0183协议支持GPS数据的标准化传输，这有助于提高数据的准确性和可靠性。由于NMEA-0183是由美国国家海事电子协会在1983年制定的，它已经被广泛接受并应用于多种设备中。
在紧急情况下，如遇到困难时，NMEA-0183协议允许通过以太网连接的设备进行数据流传输，从而自动共享GPS坐标。这一功能可以在救援人员快速定位船只位置时发挥关键作用，有可能挽救生命。
对于更新速度较慢的设备，NMEA-0183协议能够显著提升低速时的定位精度和稳定性。例如，GPS19x HVS(遵循NMEA 0183标准)的设备，在低于1 mph的速度时，其位置和航线信息的抖动和摇晃会大幅减少。
不足方面：
相比于GLONASS这样的全球导航卫星系统，NMEA-0183主要关注的是GPS数据的标准化传输，而不是提供全面的全球定位服务。GLONASS作为一个基于空间的全球导航卫星系统，提供连续的全球定位、导航和时间服务，对所有用户免费开放。
GLONASS系统不仅包括空间段，还包括增强系统和事后高精度卫星轨道及时间确定系统，这些都是NMEA-0183所不涵盖的。这些增强系统和高精度确定系统能够进一步提高导航的准确性和可靠性。
五、 针对NMEA-0183协议的安全性问题，目前有哪些解决方案或改进措施?
针对NMEA-0183协议的安全性问题，目前有几种解决方案或改进措施：
- 数据标准化：NMEA-0183协议作为一种统一的数据标准，旨在解决不同GPS设备之间接口的问题，从而提高通用GPS应用软件的兼容性和效率。这种标准化可以减少因格式不一致导致的错误和安全隐患。
- 网络接口改进：例如，NGW-1-ISO-AIS是NMEA 0183 AIS选项，它能够将NMEA 0183 AIS数据转换为NMEA 2000的等效数据。这提供了一个快速安装且无需配置的“开箱即用”解决方案，有助于提高系统的整体安全性和稳定性。
- 日志恢复技术：为了解决NMEA日志的恢复问题，可以采用文件雕复的思想，在不依赖于系统元信息的前提下恢复出日志的内容。通过观察和分析NMEA0183协议的格式以及日志的内部结构，可以有效地恢复丢失或损坏的数据，这对于维护数据完整性和安全性至关重要。
- 协议解析库的开发：开发高质量的NMEA-0183协议解析库，如minmea，可以帮助开发者更好地理解和处理NMEA-0183数据，从而减少因误解协议导致的安全风险。此外，这些解析库还可以提供错误处理和诊断功能，进一步增强系统的安全性。
