CN113740888B - 一种vrs格网点零信任检核系统及方法 - Google Patents

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    • G01S19/396—Determining accuracy or reliability of position or pseudorange measurements

Abstract

本发明涉及一种VRS格网点零信任检核系统及方法，接收CORS计算系统生成的VRS格网点数据；对VRS格网点数据进行解码，拦截非法消息；检测解码后的VRS格网点数据剔除无法提供CORS服务的数据；剔除VRS格网点的观测数据与虚拟坐标的几何模型一致性不满足要求的数据；将VRS格网点数据编码后推送给对应的定位终端。本发明实现了对VRS数据的安全、快速校核，提高了数据的安全性和可靠性；剔除了精度误差不满足要求的卫星数据，保证数据精度和可靠性。本发明的粗差检核，快速有效，避免了大量占用计算资源。

Description

一种VRS格网点零信任检核系统及方法
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种VRS格网点零信任检核系统及方法。
背景技术
随着目前物联网、无人驾驶等技术的发展，实时定位的终端数目将会越来越多，CORS服务作为目前卫星导航方面成熟度和精度最高的技术之一，受到的需求越来越高。目前国内各个省都有提供基于VRS技术的CORS服务，也就是为接入的定位终端提供一个附近的虚拟参考站进行差份定位。
为了满足海量用户的需求，部分地区的CORS服务将采取提前生成格网化的VRS数据，保存在系统中，并进行实时秒级更新。在处理这些数据时，为了加强安全审核，需要进行零信任检查。零信任检查不仅仅是基于安全方面的考虑，也是对数据可靠性的保证。
然而尚未实现对于CORS服务的有效零信任检查，这就导致了VRS数据的安全性存在隐患。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种VRS格网点零信任检核系统及方法，满足用户高精度快速定位和实时服务需求，加强安全快速审核，实现零信任检查，保障VRS实时格网服务数据的安全性和可靠性。
为达到上述目的，本发明提供了一种VRS格网点零信任检核系统，包括接收模块、解码模块、最小服务标准检测模块、粗差检测模块以及输出模块；
所述接收模块，接收CORS计算系统生成的VRS格网点数据；
所述解码模块，对VRS格网点数据进行解码，拦截非法消息，并传送至所述最小服务标准检测模块；
所述最小服务标准检测模块，检测解码后的VRS格网点数据是否包括提供CORS服务所需的最小数据，如果包括则传送至所述粗差检测模块，否则舍弃；
所述粗差检测模块，判断VRS格网点的观测数据与虚拟坐标的几何模型一致性是否满足要求，如果满足，则传送至所述输出模块，否则舍弃；
所述输出模块，将所述粗差检测模块传送的VRS格网点数据编码后推送给对应的定位终端。
进一步地，所述解码模块，根据RTCM数据的安全字典，剔除不符合格式规范以及未定义在的安全字典里的VRS格网点数据。
进一步地，提供CORS服务所需的最小数据包括：卫星星历，卫星观测值以及VRS站坐标。
进一步地，判断VRS格网点的观测数据与虚拟坐标的几何模型是否一致，包括：由卫星星历和VRS格网点的坐标计算各个卫星到VRS格网点的第一距离，由VRS格网点的卫星观测值获得基于观测数据的各个卫星到测站的第二距离，对于每个卫星计算第一距离与第二距离之间的误差，如果误差的一致性满足要求，则该卫星数据满足一致性要求，剔除不满足一致性要求的卫星数据。
进一步地，基于虚拟坐标的第i个卫星到测站的第一距离Pi计算包括：
Figure BDA0003210227180000021
其中Xs,Ys,Zs是由VRS格网点数据中的卫星星历获得的卫星坐标，X,Y,Z为事先已知的VRS站坐标，dtR是测站接收机的钟差，dtS是由VRS格网点数据中的卫星星历获得的卫星的钟差，c是光速。
进一步地，测站接收机的钟差计算包括：在计算第一距离时，测站接收机的钟差设为0，所有卫星的第一距离会有一个基准偏差；计算所有卫星第一距离和第二距离之差di,然后计算di的平均值，该平均值作为基准偏差标准值，计算每个卫星基准偏差和基准偏差标准值的偏差，如果该偏差在设定范围内，则该卫星数据满足一致性要求。
另一方面提供一种VRS格网点零信任检核方法，包括：
(1)接收CORS计算系统生成的VRS格网点数据；
(2)对VRS格网点数据进行解码，拦截非法消息；
(3)检测解码后的VRS格网点数据是否包括提供CORS服务所需的最小数据，如果包括则进入步骤(4)，否则舍弃；
(4)判断VRS格网点的观测数据与虚拟坐标的几何模型一致性是否满足要求，如果满足，则进入步骤(5)，否则舍弃；
(5)将VRS格网点数据编码后推送给对应的定位终端。
进一步地，步骤(2)中解码包括：根据RTCM数据的安全字典，剔除不符合格式规范以及未定义在安全字典里的VRS格网点数据。
进一步地，提供CORS服务所需的最小数据包括：卫星星历，卫星观测值以及VRS格网点的坐标。
进一步地，判断VRS格网点的观测数据与虚拟坐标的几何模型是否一致，包括：由卫星星历和VRS格网点的坐标计算各个卫星到VRS格网点的第一距离，由VRS格网点的卫星观测值获得基于观测数据的各个卫星到测站的第二距离，对于每个卫星计算第一距离与第二距离之间的误差，如果误差的一致性满足要求，则该卫星数据满足一致性要求，剔除不满足一致性要求的卫星数据。
进一步地，基于虚拟坐标的第i个卫星到测站的第一距离Pi计算包括：
Figure BDA0003210227180000031
其中Xs,Ys,Zs是由VRS格网点数据中的卫星星历获得的卫星坐标，X,Y,Z为事先已知的VRS站坐标，dtR是测站接收机的钟差，dtS是由VRS格网点数据中的卫星星历获得的卫星的钟差，c是光速。
进一步地，测站接收机的钟差计算包括：在计算第一距离时，测站接收机的钟差设为0，所有卫星的第一距离会有一个基准偏差；计算所有卫星第一距离和第二距离之差di,然后计算di的平均值，该平均值作为基准偏差标准值，计算每个卫星基准偏差和基准偏差标准值的偏差，如果该偏差在设定范围内，则该卫星数据满足一致性要求。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明实现了对VRS数据的安全、快速校核，提高了数据的安全性和可靠性。通过层层的检核，避免敏感数据外泄。充分利用了了数据代表的几何特性，能够有效地阻止非法数据泄露。
(2)本发明剔除了精度误差不满足要求的卫星数据，保证数据精度和可靠性。
(3)本发明的粗差检核，快速有效，避免了大量占用计算资源。本发明的粗差检核方案避免了常规方法中的最小二乘，避免了矩阵运算，提高了检核效率。
(4)本发明保证了VRS数据的有效性，保证了CORS服务的稳定性，利用本发明的检核机制，可以进行CORS服务有效性评估，加入预警机制，即使反馈问题，提高CORS服务的稳定性。
附图说明
图1是VRS格网点零信任检核系统组成示意图；
图2是VRS格网点零信任检核系统工作示意图；
图3为是VRS格网点零信任检核流程图；
图4为基于RTCM数据的安全字典审核示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提供一种VRS格网点零信任检核系统，结合图1，包括接收模块、解码模块、最小服务标准检测模块、粗差检测模块以及输出模块；
所述接收模块，接收CORS计算系统生成的VRS格网点数据。
结合图2，当CORS计算系统生成VRS格网点之后，传入零信任检核系统，由接收模块接收，进行一系列的处理，保证数据的安全和可靠，再传出系统，到服务接入中心。
所述解码模块，对VRS格网点数据进行解码，拦截非法消息，并传送至所述最小服务标准检测模块。
结合图4，RTCM数据的安全字典中以RTCM标准中定义的消息ID为基础，加入定制的部分消息ID。安全字典由管理员进行控制。对VRS格网点数据进行解码，只允许在安全字典中的消息通过，拦截非法消息。按照标准进行解码，不符合规范的，拦截。RTCM属于国际标准，有官方定义的具体格式规范，检核时，按照格式规范进行一一检核。
所述最小服务标准检测模块，检测解码后的VRS格网点数据是否包括提供CORS服务所需的最小数据，如果包括则传送至所述粗差检测模块，否则舍弃。
RTCM定义了CORS VRS服务的最低消息标准，实时服务中必须包含这些消息，否则不具备服务能力。比如一个最小的CORS服务包含至少如下消息：卫星星历，卫星观测值，VRS站坐标。根据这个最低服务标准对格网数据进行检核，如果不具备服务能力，则丢弃数据。
所述粗差检测模块，判断VRS格网点的观测数据与虚拟坐标的几何模型一致性是否满足要求，如果满足，则传送至所述输出模块，否则舍弃。
所述粗差检测模块判断VRS格网点数据检测观测数据与虚拟坐标的几何模型是否一致，包括：由卫星星历和VRS格网点的坐标计算获得基于虚拟坐标各个卫星到VRS格网点的第一距离，由VRS格网点的卫星观测值获得基于观测数据的各个卫星到测站的第二距离，对于每个卫星计算第一距离与第二距离之间的误差，该误差还包含了接收机钟差，扣除所有卫星第一距离和第二距离差值的平均值之后，就可以认为是单个卫星距离的差值。如果单个卫星距离的差值的偏差在设定范围内，则该卫星数据满足一致性要求，剔除不满足一致性要求的卫星数据。。
基于虚拟坐标的第i个卫星到测站的第一距离Pi计算包括：
Figure BDA0003210227180000061
其中Xs,Ys,Zs是由VRS格网点数据中的卫星星历获得的卫星坐标，X,Y,Z为事先已知的VRS站坐标，dtR是测站接收机的钟差，dtS是由VRS格网点数据中的卫星星历获得的卫星的钟差，c是光速。
这其中只有测站接收机的钟差是未知值，但是该值对于所有卫星是一样的，在计算第一距离时，该值设为0，也就是所有卫星的第一距离会有一个基准偏差。该基准偏差求得方法如前面第4点所述，计算所有卫星第一距离和第二距离之差di,然后计算di的平均值，该平均值即可认为是基准偏差。如果某一卫星的第一距离与第二距离之间的误差与di的差值在设定范围内，表明满足一致性要求，否则为不满足一致性要求。剔除不满足一致性要求的卫星数据。
由虚拟格网点数据解码得到的各个卫星到测站的伪距，即第二距离。
对于一组完整的虚拟基准站数据，包括各颗卫星的伪距与载波相位观测数据，以及该虚拟基准站的虚拟坐标。理论上观测数据与虚拟坐标之间应该几何模型一致。可根据广播星历计算出的卫星坐标，及虚拟基准站坐标计算出星地近似距离，扣除卫星钟差、相对效应差等一些角度误差后，进行简单平均消去接收机钟差。并将残差与虚拟基准站观测数据进行比对，其理论误差应该在米级范围，对于远超合理阈值的观测数据可认为该数据非正常观测数据。
所述输出模块，将所述粗差检测模块传送的VRS格网点数据编码后推送给对应的定位终端。对于处理后，满足校核标准的受信任数据，重新编码为标准格式后向外发送，提供给用户使用。
另一方面提供一种，VRS格网点零信任检核方法，结合图3，包括：
(1)接收CORS计算系统生成的VRS格网点数据。
(2)对VRS格网点数据进行解码，拦截非法消息。进一步地，根据RTCM数据的安全字典，剔除不符合格式规范以及未定义在安全字典里的VRS格网点数据。
(3)检测解码后的VRS格网点数据是否包括提供CORS服务所需的最小数据，如果包括则进入步骤(4)，否则舍弃；提供CORS服务所需的最小数据包括：卫星星历，卫星观测值以及VRS站坐标。
(4)判断VRS格网点的观测数据与虚拟坐标的几何模型一致性是否满足要求，如果满足，则进入步骤(5)，否则舍弃。
判断VRS格网点数据检测观测数据与虚拟坐标的几何模型是否一致，包括：由卫星星历和VRS站坐标结算获得基于虚拟坐标各个卫星到测站的第一距离，由VRS格网数据直接解码得到各个卫星到测站的第二距离，对于每个卫星计算第一距离与第二距离之间的误差，扣掉接收机钟差这个基准偏差，如果在设定范围内，则该卫星数据满足一致性要求，剔除不满足一致性要求的卫星数据。
基于虚拟坐标的第i个卫星到测站的第一距离Pi计算包括：
Figure BDA0003210227180000071
其中Xs,Ys,Zs是由VRS格网点数据中的卫星星历获得的卫星坐标，X,Y,Z为事先已知的VRS站坐标，dtR是测站接收机的钟差，dtS是由VRS格网点数据中的卫星星历获得的卫星的钟差，c是光速。
这其中只有测站接收机的钟差是未知值，但是该值对于所有卫星是一样的，在计算第一距离时，该值设为0，也就是所有卫星的第一距离会有一个相同的基准偏差。该基准偏差求得方法如下：
首先计算所有卫星第一距离和第二距离之差di,然后计算di的平均值，该平均值即可认为是基准偏差。最后得到每颗卫星的粗差为：
Figure BDA0003210227180000072
其中di是第i颗卫星的第一距离和第二距离之差。
(5)将VRS格网点数据编码后推送给对应的定位终端。
综上所述，本发明涉及一种VRS格网点零信任检核系统及方法，接收CORS计算系统生成的VRS格网点数据；对VRS格网点数据进行解码，拦截非法消息；检测解码后的VRS格网点数据剔除无法提供CORS服务的数据；剔除VRS格网点的观测数据与虚拟坐标的几何模型一致性不满足要求的数据；将VRS格网点数据编码后推送给对应的定位终端。本发明实现了对VRS数据的安全、快速校核，提高了数据的安全性和可靠性；剔除了精度误差不满足要求的卫星数据，保证数据精度和可靠性。本发明的粗差检核，快速有效，避免了大量占用计算资源。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (12)

1.一种VRS格网点零信任检核系统，其特征在于，包括接收模块、解码模块、最小服务标准检测模块、粗差检测模块以及输出模块；
所述接收模块，接收CORS计算系统生成的VRS格网点数据；
所述解码模块，对VRS格网点数据进行解码，拦截非法消息，并传送至所述最小服务标准检测模块；
所述最小服务标准检测模块，检测解码后的VRS格网点数据是否包括提供CORS服务所需的最小数据，如果包括则传送至所述粗差检测模块，否则舍弃；
所述粗差检测模块，判断VRS格网点的观测数据与虚拟坐标的几何模型一致性是否满足要求，如果满足，则传送至所述输出模块，否则舍弃；
所述输出模块，将所述粗差检测模块传送的VRS格网点数据编码后推送给对应的定位终端。
2.根据权利要求1所述的VRS格网点零信任检核系统，其特征在于，所述解码模块，根据RTCM数据的安全字典，剔除不符合格式规范以及未定义在安全字典里的VRS格网点数据。
3.根据权利要求1或2所述的VRS格网点零信任检核系统，其特征在于，提供CORS服务所需的最小数据包括：卫星星历，卫星观测值以及VRS站坐标。
4.根据权利要求1或2所述的VRS格网点零信任检核系统，其特征在于，判断VRS格网点的观测数据与虚拟坐标的几何模型是否一致，包括：由卫星星历和VRS格网点的坐标计算各个卫星到VRS格网点的第一距离，由VRS格网点的卫星观测值获得基于观测数据的各个卫星到测站的第二距离，对于每个卫星计算第一距离与第二距离之间的误差，如果误差的一致性满足要求，则该观测数据满足一致性要求，剔除不满足一致性要求的观测数据。
5.根据权利要求4所述的VRS格网点零信任检核系统，其特征在于，
基于虚拟坐标的第i个卫星到测站的第一距离Pi计算包括：
Figure FDA0003515767770000021
其中Xs,Ys,Zs是由VRS格网点数据中的卫星星历获得的卫星坐标，X,Y,Z为事先已知的VRS站坐标，dtR是测站接收机的钟差，dts是由VRS格网点数据中的卫星星历获得的卫星的钟差，c是光速。
6.根据权利要求5所述的VRS格网点零信任检核系统，其特征在于，
测站接收机的钟差计算包括：在计算第一距离时，测站接收机的钟差设为0，所有卫星的第一距离会有一个基准偏差；计算所有卫星第一距离和第二距离之差di,然后计算di的平均值，该平均值作为基准偏差标准值，计算每个卫星基准偏差和基准偏差标准值的偏差，如果该偏差在设定范围内，则该观测数据满足一致性要求。
7.一种VRS格网点零信任检核方法，其特征在于，包括：
(1)接收CORS计算系统生成的VRS格网点数据；
(2)对VRS格网点数据进行解码，拦截非法消息；
(3)检测解码后的VRS格网点数据是否包括提供CORS服务所需的最小数据，如果包括则进入步骤(4)，否则舍弃；
(4)判断VRS格网点的观测数据与虚拟坐标的几何模型一致性是否满足要求，如果满足，则进入步骤(5)，否则舍弃；
(5)将VRS格网点数据编码后推送给对应的定位终端。
8.根据权利要求7所述的VRS格网点零信任检核系统，其特征在于，步骤(2)中解码包括：根据RTCM数据的安全字典，剔除不符合格式规范以及未定义在安全字典里的VRS格网点数据。
9.根据权利要求7或8所述的VRS格网点零信任检核方法，其特征在于，提供CORS服务所需的最小数据包括：卫星星历，卫星观测值以及VRS格网点的坐标。
10.根据权利要求7或8所述的VRS格网点零信任检核方法，其特征在于，判断VRS格网点的观测数据与虚拟坐标的几何模型是否一致，包括：由卫星星历和VRS格网点的坐标计算各个卫星到VRS格网点的第一距离，由VRS格网点的卫星观测值获得基于观测数据的各个卫星到测站的第二距离，对于每个卫星计算第一距离与第二距离之间的误差，如果误差的一致性满足要求，则该观测数据满足一致性要求，剔除不满足一致性要求的观测数据。
11.根据权利要求10所述的VRS格网点零信任检核方法，其特征在于，
基于虚拟坐标的第i个卫星到测站的第一距离Pi计算包括：
Figure FDA0003515767770000031
其中Xs,Ys,Zs是由VRS格网点数据中的卫星星历获得的卫星坐标，X,Y,Z为事先已知的VRS站坐标，dtR是测站接收机的钟差，dtS是由VRS格网点数据中的卫星星历获得的卫星的钟差，c是光速。
12.根据权利要求11所述的VRS格网点零信任检核方法，其特征在于，测站接收机的钟差计算包括：在计算第一距离时，测站接收机的钟差设为0，所有卫星的第一距离会有一个基准偏差；计算所有卫星第一距离和第二距离之差di,然后计算di的平均值，该平均值作为基准偏差标准值，计算每个卫星基准偏差和基准偏差标准值的偏差，如果该偏差在设定范围内，则该观测数据满足一致性要求。
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