Руководство по GNSS протоколам: NMEA, UBX, PAIR/PQTM, Unicore

Все статьи

Сравнительная таблица протоколов

Параметр	NMEA 0183	UBX (u-blox)	PAIR/PQTM (Quectel)	Unicore (NovAtel)
Тип протокола	ASCII-текст	Бинарный	ASCII-текст	ASCII + бинарный (UNCB)
Человекочитаемость	Да	Нет (требует декодер)	Да	Смешанный
Размер пакета	Большой (200-500 байт)	Компактный (50-100 байт)	Средний (100-200 байт)	Средний/Большой
Скорость передачи	Ограничена объемом	Высокая	Средняя	Высокая (при бинарном)
Поддержка в ArduPilot	Полная	Полная + расширенные функции	Через NMEA	Через NMEA (ограниченно)
Конфигурация модуля	Ограничена	Полная	Зависит от версии	Полная (через утилиты)
Диагностика	Базовая	Расширенная	Средняя	Расширенная
Антиджамминг	Нет	AIC (автоматический)	Зависит от модели	Adaptive AIC + CRPA
RTK поддержка	Через RTCM	Нативная	Через RTCM	Нативная + многоконстелляционная
GPS Blending	Нет	Да	Нет	Через внешнюю логику
Совместимость	Универсальная	Только u-blox	Только Quectel/MTK	Только Unicore
LC29HAA	✅ Да	❌ Нет	✅ Да	❌ Нет
UM980	✅ Да	❌ Нет	Нет	✅ Да
u-blox F9P	✅ Да	✅ Да	❌ Нет	Нет

Поддерживаемые команды по модулям

Команда	Назначение	LC29HAA	UM980	u-blox F9P
$PQTMCFGRA,W,N*XX	Частота обновления	✅ 1/2/4 Гц	❌	❌
$PAIR050,N*XX	Частота (расширенная)	❌	❌	❌
$PAIR066,N*XX	Выбор созвездий	❌	❌	❌
$PAIR074,N*XX	Антиджамминг	❌	❌	❌
$PQTMSAVEPAR*5A	Сохранение в NVM	✅	❌	❌
CONFIG GNSS	Выбор созвездий	❌	✅	❌
CONFIG ANTJAM	Настройка антиджамминга	❌	✅	❌
UBX-CFG-RATE	Частота обновления	❌	❌	✅
UBX-CFG-MSG	Управление сообщениями	❌	❌	✅
SAVECONFIG	Сохранение настроек	❌	✅	❌

Что выбрать для европейской части РФ (без RTK)

Задача	Рекомендуемый модуль	Протокол	Причина
Бюджетный квадрокоптер	LC29HAA	NMEA + PQTM	Достаточно 2 Гц, низкая цена, простая интеграция
Дальнобойный/картографический	UM980	NMEA + Unicore	Многодиапазонный прием, лучше работа в условиях городской застройки
Помехозащищенный	UM982 + CRPA	Unicore	Адаптивный антиджамминг, работа в условиях РЭБ
Максимальная совместимость	u-blox F9P/F10	UBX	Полная поддержка ArduPilot, UBX-протокол, документация
Гоночный дрон	UM980 или F9P	Unicore/UBX	Высокая частота обновления (10-50 Гц)

⚠️ Важно: При использовании Quectel или Unicore с GPS_AUTO_CONFIG=0 убедитесь, что SERIALx_BAUD точно совпадает с настройками модуля — иначе ArduPilot не получит данные.

---

Содержание

1. NMEA 0183
2. UBX Protocol (u-blox)
3. PAIR/PQTM (Quectel)
4. Unicore Commands
5. Практические примеры для ArduPilot

---

1. NMEA 0183

Структура сообщения

$<TalkerID><Sentence>,<Data1>,<Data2>,...*<Checksum><CR><LF>

Поля:

• $ — начало сообщения
• TalkerID (2 символа):
• GP — GPS
• GL — GLONASS
• GN — Mixed (все системы)
• GB — BeiDou
• GA — Galileo
• Sentence (3 символа) — тип сообщения
• Data — данные через запятую
• *XX — контрольная сумма (XOR)
• — конец строки (0x0D 0x0A)

Основные сообщения

GGA — GPS Fix Data (основные данные)

Пример:

$GNGGA,123519.000,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M,,*6C

Расшифровка:

Поле	Значение	Описание
1	123519.000	Время UTC (12:35:19)
2	4807.038	Широта (48°07.038′)
3	N	Северная (N/S)
4	01131.000	Долгота (11°31.000′)
5	E	Восточная (E/W)
6	1	Качество: 1=GPS, 2=DGPS, 0=No Fix
7	08	Количество спутников
8	0.9	HDOP (горизонтальное ухудшение)
9	545.4	Высота над уровнем моря (м)
10	M	Единицы: метры
11	46.9	Высота геоида
12	M	Единицы геоида

Парсинг в Python:

def parse_gga(sentence):
    parts = sentence.split(',')
    return {
        'time': parts[1],
        'latitude': float(parts[2][:2]) + float(parts[2][2:])/60,
        'lat_dir': parts[3],
        'longitude': float(parts[4][:3]) + float(parts[4][3:])/60,
        'lon_dir': parts[5],
        'quality': int(parts[6]),
        'satellites': int(parts[7]),
        'hdop': float(parts[8]),
        'altitude': float(parts[9])
    }

RMC — Recommended Minimum Data

Пример:

$GNRMC,123519.000,A,4807.038,N,01131.000,E,0.00,237.6,140122,,,A*6B

Расшифровка:

Поле	Значение	Описание
1	123519.000	Время UTC
2	A	Статус: A=Active, V=Void
3	4807.038	Широта
4	N	Направление широты
5	01131.000	Долгота
6	E	Направление долготы
7	0.00	Скорость (узлы)
8	237.6	Курс (градусы)
9	140122	Дата (14.01.2022)
10		Магнитное склонение
11		Направление склонения
12	A	Режим: A=Autonomous, D=DGPS

GSV — Satellites in View (спутники в поле зрения)

Пример (4 сообщения):

$GPGSV,3,1,09,11,23,43,191,32,16,40,288,17,29,37,133,22,26,35,130,13*67
$GPGSV,3,2,09,12,54,321,25,15,67,089,31,18,12,045,28,21,78,234,19*65
$GPGSV,3,3,09,24,45,156,22*4D

Расшифровка:

Поле	Значение
1	3 — всего сообщений
2	1 — номер текущего
3	09 — всего спутников
4	11 — PRN спутника 1
5	23 — угол места (elevation)
6	43 — азимут
7	191 — SNR (сигнал/шум)

GSA — Active Satellites и DOP

Пример:

$GNGSA,A,3,04,05,06,16,18,22,24,10,12,14,15,,1.8,1.1,1.4*3E

Расшифровка:

Поле	Значение
1	A — Auto selection
2	3 — 3D fix
3-14	PRN активных спутников
15	1.8 — PDOP
16	1.1 — HDOP
17	1.4 — VDOP

Расчет контрольной суммы

def calculate_checksum(sentence):
    """Рассчитать XOR checksum для NMEA"""
    # Убрать $ и *XX
    if sentence.startswith('$'):
        sentence = sentence[1:]
    if '*' in sentence:
        sentence = sentence.split('*')[0]

    checksum = 0
    for char in sentence:
        checksum ^= ord(char)
    return f"{checksum:02X}"

# Пример
msg = "GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M"
print(f"${msg}*{calculate_checksum(msg)}")
# Результат: $GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M*XX

---

2. UBX Protocol (u-blox)

Структура пакета UBX

Поля заголовка:

• Sync Char 1: 0xB5 (181)
• Sync Char 2: 0x62 (98)
• Class: Класс сообщения (1 байт)
• ID: Идентификатор сообщения (1 байт)
• Length: Длина payload (2 байта, Little Endian)
• Payload: Данные (переменная длина)
• CK_A, CK_B: Checksum (2 байта)

Классы сообщений

Class	Hex	Описание
UBX-CFG	0x06	Configuration
UBX-NAV	0x01	Navigation
UBX-ACK	0x05	Acknowledge
UBX-MON	0x0A	Monitoring
UBX-RXM	0x02	Receiver Manager

Примеры сообщений

UBX-NAV-PVT — Position Velocity Time

Структура:

B5 62 01 07 58 00 ...payload 88 байт... CK_A CK_B

Payload (первые поля):

typedef struct {
    uint32_t iTOW;      // Time of week (ms)
    uint16_t year;      // Year
    uint8_t month;      // Month
    uint8_t day;        // Day
    uint8_t hour;       // Hour
    uint8_t min;        // Minute
    uint8_t sec;        // Second
    uint8_t valid;      // Validity flags
    uint32_t tAcc;      // Time accuracy estimate
    int32_t nano;       // Fraction of second
    // ... еще поля
} UBX_NAV_PVT;

Полный пример (hex):

B5 62 01 07 58 00 
14 1A 01 00           // iTOW = 69604 ms
E4 07                 // year = 2020
01                    // month = January
01                    // day = 1
00                    // hour = 0
00                    // min = 0
10                    // sec = 16
...                   // остальные поля
CK_A CK_B             // checksum

UBX-CFG-MSG — Configure Message Rate

Команда для включения NAV-PVT на 1 Гц:

Отправка:

B5 62 06 01 08 00 01 07 01 00 01 00 00 00 18 99

Расшифровка:

• B5 62 — Sync
• 06 — Class CFG
• 01 — ID MSG
• 08 00 — Length = 8 bytes
• 01 07 — msgClass=0x01 (NAV), msgID=0x07 (PVT)
• 01 — rate on UART1 = 1 Hz
• 00 00 00 — rates on other ports = 0
• 18 99 — Checksum

Python для расчета checksum UBX:

def ubx_checksum(payload):
    """Рассчитать checksum для UBX"""
    ck_a = 0
    ck_b = 0
    for byte in payload:
        ck_a = (ck_a + byte) & 0xFF
        ck_b = (ck_b + ck_a) & 0xFF
    return ck_a, ck_b

# Пример
msg = bytes([0x06, 0x01, 0x08, 0x00, 0x01, 0x07, 0x01, 0x00, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00])
ck_a, ck_b = ubx_checksum(msg)
print(f"Checksum: {ck_a:02X} {ck_b:02X}")  # 18 99

UBX-CFG-RATE — Configure Update Rate

Установить 5 Гц (200 мс):

B5 62 06 08 06 00 C8 00 01 00 01 00 DE 6A

Расшифровка:

• C8 00 — measRate = 200 ms (0x00C8)
• 01 00 — navRate = 1 (каждое измерение)
• 01 00 — timeRef = 1 (UTC)

---

3. PAIR/PQTM (Quectel)

PAIR команды (MTK chipset)

Структура:

$PAIR<ID>,<param1>,<param2>,...*<Checksum>

$PAIR050 — Update Rate

Примеры:

$PAIR050,1*26     // 1 Hz (по умолчанию)
$PAIR050,5*23     // 5 Hz
$PAIR050,10*28    // 10 Hz

⚠️ Важно: На LC29HAA эта команда НЕ РАБОТАЕТ! Используйте $PQTMCFGRA.

$PAIR066 — GNSS Constellation

$PAIR066,0*26     // GPS only
$PAIR066,1*25     // GPS + GLONASS
$PAIR066,3*27     // GPS + GLONASS + Galileo + BeiDou

⚠️ Важно: На LC29HAA НЕ РАБОТАЕТ!

$PAIR074 — Anti-Jamming

$PAIR074,0*24     // Disable
$PAIR074,1*25     // Enable

PQTM команды (Quectel proprietary)

$PQTMCFGRA — Configure Rate

Примеры для LC29HAA:

$PQTMCFGRA,W,1*2D    // 1 Hz
$PQTMCFGRA,W,2*2C    // 2 Hz ✅ РАБОТАЕТ
$PQTMCFGRA,W,4*2E    // 4 Hz

Структура:

• $PQTMCFGRA — команда
• W — Write
• N — частота (1/2/4)
• *XX — checksum

$PQTMSAVEPAR — Save Parameters

$PQTMSAVEPAR*5A

Сохраняет текущие настройки в NVM (неvolatile memory).

$PQTMSRR — Soft Reset

$PQTMSRR*4B

Перезагружает модуль.

Расчет checksum для PAIR/PQTM

def pair_checksum(sentence):
    """Рассчитать checksum для PAIR/PQTM команд"""
    # Убрать $ и *
    if sentence.startswith('$'):
        sentence = sentence[1:]

    checksum = 0
    for char in sentence:
        checksum ^= ord(char)

    return f"{checksum:02X}"

# Примеры
print(f"$PAIR050,1*{pair_checksum('PAIR050,1')}")    // $PAIR050,1*26
print(f"$PQTMCFGRA,W,2*{pair_checksum('PQTMCFGRA,W,2')}")  // $PQTMCFGRA,W,2*2C

---

4. Unicore Commands

Структура команд Unicore

Unicore использует два формата:

1. NMEA-like (ASCII): $<CMD>,<params>*<checksum>
2. UNCB (Binary): бинарный протокол

Основные команды

CONFIG GNSS — Выбор созвездий

CONFIG GNSS GPS GLONASS
CONFIG GNSS GPS GLONASS GALILEO BEIDOU
SAVECONFIG

CONFIG ANTJAM — Anti-Jamming

CONFIG ANTJAM MODE AUTO           // Адаптивный режим
CONFIG ANTJAM THRESHOLD -30       // Порог -30 dBm
CONFIG ANTJAM ENABLE
SAVECONFIG

LOG — Включение логирования

LOG GPGGA ONTIME 0.1    // GGA каждые 100 мс (10 Hz)
LOG GPRMC ONTIME 0.1
LOG RAWEPHEM ONCE       // Эфемериды один раз

SAVECONFIG — Сохранение

SAVECONFIG

Сохраняет все настройки в энергонезависимую память.

Примеры Unicore UM980

Настройка на 10 Hz с GPS+GLONASS:

# Через терминал (115200 8N1)
UNLOGALL                  // Отключить все логи
LOG GPGGA ONTIME 0.1      // 10 Hz
LOG GPGLL ONTIME 0.1
LOG GPRMC ONTIME 0.1
CONFIG GNSS GPS GLONASS
SAVECONFIG
RESET                     // Перезагрузка

---

5. Практические примеры для ArduPilot

Настройка LC29HAA для квадрокоптера

1. Подключение:

LC29HAA          Flight Controller
TX  -----------  RX (Serial5)
RX  -----------  TX (Serial5)
GND -----------  GND
5V  -----------  5V (или отдельное питание)

2. Отправка команд через QGNSS:

$PQTMCFGRA,W,2*2C      // 2 Hz (достаточно для стабилизации)
$PQTMSAVEPAR*5A        // Сохранить
$PQTMSRR*4B            // Перезагрузка

3. Параметры ArduPilot:

# В Mission Planner (Full Parameter List)
GPS_TYPE = 2              # NMEA
GPS_AUTO_CONFIG = 0       # ⚠️ Обязательно отключить!
SERIAL5_PROTOCOL = 5      # GPS
SERIAL5_BAUD = 115200     # Скорость
GPS_RATE_MS = 500         # 2 Гц (500 мс)
GPS_GNSS_MODE = 0         # Использовать настройки модуля
GPS_SAVE_CFG = 0          # Не сохранять через ArduPilot

Настройка u-blox F9P (UBX protocol)

1. Через u-center:

• Откройте u-center
• View → Configuration View
• Message Rates:
• NAV-PVT: 1 Hz (или выше)
• NAV-HPPOSLLH: 1 Hz (для RTK)
• GNSS: выбрать GPS+GLONASS
• Save to flash

2. Параметры ArduPilot:

GPS_TYPE = 5              # UBX
GPS_AUTO_CONFIG = 1       # ✅ Можно включить (ArduPilot сам настроит)
SERIAL5_PROTOCOL = 5
SERIAL5_BAUD = 115200
GPS_RATE_MS = 100         # 10 Гц для RTK
GPS_GNSS_MODE = 0

Настройка Unicore UM980

1. Через терминал:

UNLOGALL
LOG GPGGA ONTIME 0.1      # 10 Hz
LOG GPRMC ONTIME 0.1
LOG GPGSA ONTIME 1        # 1 Hz
CONFIG GNSS GPS GLONASS
CONFIG ANTJAM MODE AUTO
SAVECONFIG
RESET

2. Параметры ArduPilot:

GPS_TYPE = 2              # NMEA
GPS_AUTO_CONFIG = 0       # ⚠️ Отключить
SERIAL5_PROTOCOL = 5
SERIAL5_BAUD = 115200     # Или 230400 для высоких частот
GPS_RATE_MS = 100         # 10 Гц

Скрипт для автоматической настройки LC29HAA

Python скрипт:

import serial
import time

def configure_lc29h(port='COM5', baud=115200):
    ser = serial.Serial(port, baud, timeout=1)
    time.sleep(2)

    commands = [
        b'$PQTMCFGRA,W,2*2C\r\n',      # 2 Hz
        b'$PQTMSAVEPAR*5A\r\n',         # Сохранить
    ]

    for cmd in commands:
        print(f"Sending: {cmd.decode().strip()}")
        ser.write(cmd)
        time.sleep(0.5)
        response = ser.readline()
        print(f"Response: {response.decode().strip()}")
        time.sleep(0.5)

    # Перезагрузка
    ser.write(b'$PQTMSRR*4B\r\n')
    print("Module rebooting...")
    ser.close()

# Использование
configure_lc29h('COM5')

Отладка и диагностика

1. Проверка связи:

$PAIR000*32             # Версия прошивки (LC29H)

2. Мониторинг в реальном времени:

• Откройте Mission Planner
• Status → HUD
• Смотрите GPS status:
• GPS: OK — все хорошо
• GPS: No GPS — проверьте подключение
• GPS: 3D Fix — есть фикс

3. Логирование:

LOG_BITMASK = 65535     # Включить все логи
После полета: DataFlash Log → Download
Анализ: смотрите GPS статус и HDOP

---

📚 Источники

• Quectel LC29H Protocol Specification
• u-blox UBX Protocol
• ArduPilot GPS Parameters
• NMEA 0183 Standard
• Unicore Documentation

---

⚠️ Важно:

• Всегда сохраняйте настройки командой сохранения ($PQTMSAVEPAR, SAVECONFIG, etc.)
• После сохранения делайте перезагрузку модуля
• При использовании с ArduPilot устанавливайте GPS_AUTO_CONFIG=0 для модулей Quectel и Unicore
• Проверяйте контрольную сумму перед отправкой команд