CN109743679B - 一种用于卫星导航的差分定位系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于卫星导航的差分定位系统，包括基准站设备、云服务器以及移动站设备，所述基准站设备用于实时计算差分增强信息并接收移动站设备的差分增强服务申请，并验证服务申请的合法性；所述移动站设备向基准站设备申请服务，验证服务响应的合法性，并利用差分增强信息进行差分定位结算；云服务器负责基准站设备和移动站设备之间的数据传输。本装置中基准站设备和移动站设备均配备GPRS数据通信模块，两者之间利用移动通信网络经由云服务器进行信息交互，使得系统数据通信不再受视距传输的影响，大大降低了系统工作对环境的要求，并提高整个系统的安全性。
Description
技术领域
本发明属于卫星导航领域，具体地说涉及一种用于卫星导航的差分定位系统及其实现方法。
背景技术
人造卫星是按照预设的轨迹在闭合轨道做周期性运行的无人航天器。为人类的科学探究、通讯通话、以及气象预报和资源探测提供了强有力的数据监测。差分定位系统是利用，利用设置在坐标已知点(基准站设备)上测定的测量定位误差，来提高在一定范围内其它设备(移动站设备)的测量定位精度。利用基准站设备测定具有空间相关性的误差或其对测量定位结果的影响，移动站设备改正其观测值或定位结果。
GBAS系统(地基增强系统)就是通过差分定位系统来提高卫星导航系统的精度，并使精度能够达到米级甚至分米级，与传统导航定位系统相比有着诸多优势。GBAS系统的各组成部分如图1所示，该系统主要由基准站设备和移动站设备两部分组成，基准站设备又包括基准接收机及天线、VHF发射电台及天线、基准站综合处理机等，移动站设备又包括移动站接收机及天线、VHF接收电台及天线、移动站综合处理机等。其基本原理是：基准站综合处理机接收4台基准接收机输出的观测量等信息，进行差分修正及完好性处理并生成差分与完好性增强信息，通过VHF发射电台播发至移动站设备。移动站综合处理机收到VHF 接收电台转发的差分增强信息以及移动站接收机输出的观测量后，进行差分定位解算以及完好性告警处理。
同时GBAS系统存在诸多缺陷：首先若移动站设备在地面做滑行运动时， VHF数据链受视距传输的影响在建筑物密集或遮挡严重的位置会有数据丢失，导致移动站设备无法接收到差分增强信息；其次基准站设备的差分增强信息通过广播的方式进行传输，无法限制接受该服务的移动站设备，移动站设备也无法判断差分增强信息的正确性。
发明内容
针对现有技术的种种不足，本发明的目的在于提供一种用于卫星导航的差分定位系统及其实现方法，解决了现有技术中存在移动站设备无法接收到差分增强信息以及移动站设备也无法判断差分增强信息的正确性的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于卫星导航的差分定位系统，包括基准站设备、云服务器以及移动站设备，
所述基准站设备用于实时计算差分增强信息并接收移动站设备的差分增强服务申请，并验证服务申请的合法性；
所述移动站设备向基准站设备申请服务，验证服务响应的合法性，并利用差分增强信息进行差分定位结算；
云服务器负责基准站设备和移动站设备之间的数据传输。
进一步的，所述基准站设备包括处理器、定位模块及卫星导航天线、通信模块及GPRS天线、消费安全认证模块、存储模块；
定位模块通过卫星导航天线接收卫星信号同时生成观测量信息和导航电文，并发送给处理器；
处理器利用接收到的观测量信息和导航电文以及存储模块的配置参数中的天线坐标，实时生成差分增强信息，并将差分增强信息发送给消费安全认证模块进行加密；
处理器通过通信模块及GPRS天线接收移动站设备的服务申请，并对服务申请的ID信息的合法性进行判定，将加密后的差分增强信息发送至具有合法ID信息的移动站设备中。
进一步的，所述配置参数储存于存储模块中。
进一步的，所述配置参数包括基准站设备的卫星导航天线的精准坐标，以及合法移动站设备的ID信息。
进一步的，所述移动站设备包括处理器、定位模块及卫星导航天线、通信模块及GPRS天线、消费安全认证模块；
所述定位模块通过天线接收卫星信号同时生成观测量信息和导航电文，并发送给处理器；
所述处理器通过通信模块及天线向基准站设备发送服务申请，并接收服务相应中的差分增强信息，然后结合观测量和导航电文进行差分定位结算。
进一步的，所述基准站设备、移动站设备均配备的消费安全认证模块在使用前注入相同的密钥。
一种用于卫星导航的差分定位系统的实现方法，包括以下步骤：
S1：云服务器启动，与基准站设备和移动站设备建立连接；
S2：基准站设备利用定位模块输出的信号，实时计算并生成差分增强信息；
S3：移动站设备将自身的ID信息进行加密，并向云服务器发起服务申请；
S4：云服务器接收到移动站设备的服务申请后，转发至基准站设备；
S5：基准站设备接收云服务器的服务申请后，对服务申请中加密的ID信息进行解密；并将解密的移动站设备的ID信息与配置参数中存储的ID信息比较；若存在，则判定移动站设备合法，否则不响应；
S6：基准站设备对差分增强信息进行加密，并发送至云服务器；
S7：云服务器收到来自基准站设备的加密信息，转发至合法的移动站设备；
S8：合法的移动站设备接收到加密后的差分增强信息，并判断解密信息的合法性；若解密信息合法，则利用解密信息进行差分定位核算，否则丢弃。
进一步的，所述S4操作中，云服务器转发的服务申请中携带加密后的ID信息。
进一步的，所述S7操作中，所述合法的移动站设备为经过S5判定后的合法移动设备。
本发明的有益效果是：
1、本发明中基准站设备和移动站设备均配备GPRS数据通信模块，两者之间利用移动通信网络经由云服务器进行信息交互，使得系统数据通信不再受视距传输的影响，大大降低了系统工作对环境的要求。
2、基准站设备和移动站设备均配备安全认证模块，对交互的数据进行加解密，防止非法设备的数据伪造，提高了系统的安全性。
3、基准站设备和移动设备之间交互的数据通过安全认证模块验证合法性，其中包括基准站设备对移动站设备服务申请中的ID信息进行解密和验证其合法性，若ID信息合法则对申请者做出相应，否则不响应。移动站设备对基准站设备服务响应中的差分增强信息进行解密并验证合法性，若合法则用其进行差分定位计算，否则丢弃。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有的GBAS系统整体控制示意图；
图2是本发明实施例的系统流程图示意图；
图3是本发明实施例的整体连接结构示意图；
图4是本发明实施例的基准站设备硬件框架示意图；
图5是本发明实施例的移动站设备硬件框架示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供一种用于卫星导航的差分定位系统，如图2-3所示，包括基准站设备、云服务器以及移动站设备。
所述基准站设备用于实时计算差分增强信息并接收移动站设备的差分增强服务申请，并验证服务申请的合法性；
所述移动站设备向基准站设备申请服务，验证服务响应的合法性，并利用差分增强信息进行差分定位结算；
云服务器负责基准站设备和移动站设备之间的数据传输。
如图4所示，为基准站的主要连接方式，其中基准站设备包括： PowerPC-T1042处理器、PSAM消费安全认证模块、GBM-DD103(GPS/BDS)定位模块及卫星导航天线、MC8630(GPRS)通信模块及GPRS天线、ATMEL24C64 (EEPROM)存储模块。其中：GBM-DD103定位模块通过UART1异步收发传输器与PowerPC-T1042处理器连接，并通过卫星导航天线接收卫星信号；MC8630 通信模块通过UART2异步收发传输器与PowerPC-T1042处理器连接并通过GPRS天线收发数据；PSAM消费安全认证模块通过7816总线接口与PowerPC-T1042处理器连接，负责数据的加解密；ATMEL24C64存储模块通过IIC接口与 PowerPC-T1042处理器连接，用于存储配置参数。
使用时，上位机先通过RS232串口将配置参数写入到存储模块中，配置参数包括基准站设备的卫星导航天线的精准坐标，以及合法移动站设备的ID信息。定位模块通过卫星导航天线接收卫星信号并生成观测量信息和导航电文，通过 UART1接口发送给处理器。处理器利用接收到的观测量信息、导航电文以及配置参数中的天线坐标，实时生成差分增强信息，并将该信息发送给PSAM消费安全认证进行加密。处理器通过通信模块及GPRS天线接收移动站设备的服务申请，并对服务申请的ID信息的合法性进行判定，将加密后的差分增强信息发送至具有合法ID信息的移动站设备中。
如图5所示，为移动站设备内部主要组成及连接方式，移动站设备包括 PowerPC-T1042处理器、PSAM消费安全认证模块、GBM-DD103(GPS/BDS)定位模块及卫星导航天线、MC8630(GPRS)通信模块及GPRS天线。其中， GBM-DD103定位模块通过UART1异步收发传输器与PowerPC-T1042处理器连接并通过卫星导航天线接收卫星信号；MC8630通信模块通过UART2异步收发传输器与PowerPC-T1042处理器连接并通过天线收发数据；PSAM模块通过7816总线接口与PowerPC-T1042处理器连接，负责数据的加解密。
使用时，定位模块通过卫星导航天线接收卫星信号，并生成观测量信息和导航电文，通过UART1异步收发传输器接口发送给处理器；处理器通过通信模块及GPRS天线向基准站设备发送服务申请，并接收服务响应中的差分增量信息，然后结合观测量和导航电文进行差分定位结算。
一种用于用于卫星导航的差分定位系统的实现方法，包括以下步骤：
S1：云服务器通电启动，并同时与基准站设备和移动站设备建立连接。
S2：基准站设备利用定位模块输出的信号，结合存储模块中配置参数的卫星导航天线的坐标信息，实时计算并生成差分增强信息。
S3：移动站设备使用PSAM消费安全认证模块将自身的ID信息进行加密，并向云服务器发起服务申请(该服务申请中携带加密后的ID信息)。
S4：云服务器接收到移动站设备的服务申请后，携带加密后的ID信息转发至基准站设备。
S5：基准站设备接收云服务器的服务申请后，使用PSAM消费安全认证模块对服务申请中加密的ID信息进行解密，以获得移动站设备的ID信息；并将移动站设备的ID信息与配置参数中存储的ID信息比较；若存在，则判定移动站设备合法，否则不响应。
S6：基准站设备使用PSAM消费安全认证模块对差分增强信息进行加密，并将该加密的差分增强信息发送至云服务器。
S7：云服务器收到来自基准站设备的加密的差分增强信息，直接转发至对应的合法移动站设备。
S8：移动站设备接收到加密的差分增强信息，使用PSAM消费安全认证模块解密，并判断解密信息的合法性，若合法则利用该信息进行差分定位结算，否则丢弃。
同时配置参数包括基准站设备的卫星导航天线的坐标，以及合法的移动站设备ID信息。
系统工作前的准备：
1、基准站设备、移动站设备均配备PSAM安全认证模块，在使用前应向模块中注入相同密钥。
2、使用上位机对基准站设备进行参数配置，配置的参数包括基准站设备卫星导航天线的精确坐标、合法的移动站设备ID等。基准站设备接收到这些配置参数后，将其存储于存储模块中，用于备份。
本发明提供的一种用于卫星导航的差分定位系统及其实现方法，在基准站设备和移动设备上配置的装置均配备了用于数据传输的GPRS模块以及用于加解密的PSAM消费安全认证模块。该系统可以降低数据传输对于环境的依赖，并能够保证数据交互的安全性。
以上已将发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (4)
1.一种用于卫星导航的差分定位系统，包括基准站设备、云服务器以及移动站设备，其特征在于，所述基准站设备用于实时计算差分增强信息并接收移动站设备的差分增强服务申请，并验证服务申请的合法性；
所述移动站设备向基准站设备申请服务，验证服务响应的合法性，并利用差分增强信息进行差分定位结算；所述移动站设备将自身的ID信息进行加密；
云服务器负责基准站设备和移动站设备之间的数据传输；
所述基准站设备包括处理器、定位模块及卫星导航天线、通信模块及GPRS天线、消费安全认证模块、存储模块；所述基准站设备对服务申请中加密的ID信息进行解密；
定位模块通过卫星导航天线接收卫星信号同时生成观测量信息和导航电文，并发送给处理器；
处理器利用接收到的观测量信息和导航电文以及存储模块的配置参数中的天线坐标，实时生成差分增强信息，并将差分增强信息发送给消费安全认证模块进行加密；
处理器通过通信模块及GPRS天线接收移动站设备的服务申请，并对服务申请的ID信息的合法性进行判定，将加密后的差分增强信息发送至具有合法ID信息的移动站设备中；
所述配置参数储存于存储模块中；
所述配置参数包括基准站设备的卫星导航天线的精准坐标，以及合法移动站设备的ID信息；
所述移动站设备包括处理器、定位模块及卫星导航天线、通信模块及GPRS天线、消费安全认证模块；
所述定位模块通过天线接收卫星信号同时生成观测量信息和导航电文，并发送给处理器；
所述处理器通过通信模块及天线向基准站设备发送服务申请，并接收服务相应中的差分增强信息，然后结合观测量和导航电文进行差分定位结算；
所述基准站设备、移动站设备均配备的消费安全认证模块在使用前注入相同的密钥。
2.一种用于卫星导航的差分定位系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：云服务器启动，与基准站设备和移动站设备建立连接；
S2：基准站设备利用定位模块输出的信号，实时计算并生成差分增强信息；
S3：移动站设备将自身的ID信息进行加密，并向云服务器发起服务申请；
S4：云服务器接收到移动站设备的服务申请后，转发至基准站设备；
S5：基准站设备接收云服务器的服务申请后，对服务申请中加密的ID信息进行解密；并将解密的移动站设备的ID信息与配置参数中存储的ID信息比较；若存在，则判定移动站设备合法，否则不响应；
S6：基准站设备对差分增强信息进行加密，并发送至云服务器；
S7：云服务器收到来自基准站设备的加密信息，转发至合法的移动站设备；
S8：合法的移动站设备接收到加密后的差分增强信息，并判断解密信息的合法性；若解密信息合法，则利用解密信息进行差分定位核算，否则丢弃。
3.根据权利要求2所述的用于卫星导航的差分定位系统的实现方法，其特征在于，所述S4操作中，云服务器转发的服务申请中携带加密后的ID信息。
4.根据权利要求2所述的用于卫星导航的差分定位系统的实现方法，其特征在于，所述S7操作中，所述合法的移动站设备为经过S5判定后的合法移动设备。
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