CN113791431A - 基于p2p技术构建的对等安全卫星高精度增强网络方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络方法，包括以下方案：(1)NRTK服务模式下的单差方案；(2)NRTK服务模式下的非差方案；(3)PPP‑RTK服务模式下的技术方案。本发明解决各个单位基准站数据无法共享的瓶颈问题，解决不同单位位置服务的“接边问题”，实现全国“一张网”的基准统一、精度一致的高精度位置服务；本发明实现了全社会高精度定位一体化服务，解决并网服务的数据安全，解决各家数据基准统一，解决了基站建设冗余问题，具有巨大的经济和社会意义。

Description

基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络方法
技术领域
本发明涉及卫星系统，特别是基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络方法。
背景技术
(1)卫星差分技术背景
全球导航卫星系统连续运行基准站建设技术已经逐渐发展成熟，并且国内也已发布了相关的行业标准和国家标准。目前，国内绝大部分省、市、自治区的省级GNSS连续运行基准站网已建成，并在各行各业中广泛应用。GNSS连续运行基准站网将GNSS技术、计算机技术、网络信息技术、数据库、高精度数据处理和地理信息系统有机结合，集成各类设备和网络，形成包括基准站基础设施、数据传输网络、数据中心和用户服务系统的一个整体。
(2)基站站定位政策与数据安全背景
《中华人民共和国测绘法》明确规定，建设卫星导航定位基准站的，建设单位应当按照国家有关规定报国务院测绘地理信息主管部门或者省、自治区、直辖市人民政府测绘地理信息主管部门备案。国务院测绘地理信息主管部门应当汇总全国卫星导航定位基准站建设备案情况，并定期向军队测绘部门通报。本法所称卫星导航定位基准站，是指对卫星导航信号进行长期连续观测，并通过通信设施将观测数据实时或者定时传送至数据中心的地面固定观测站。
(3)现有技术的缺点：
各自建设的CORS系统，独立应用，无法覆盖全国；数据安全及政策，CORS基站数据无法对外提供；各个CORS系统基站无法统一，形成全国统一基准；无法完成并网，形成全国统一网络，形成统一播发服务。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络系统，从而解决各个单位的卫星导航定位基准站数据无法共享的瓶颈问题。
技术方案：本发明所述的一种基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络方法，包括以下方案：
(1)NRTK服务模式下的单差方案：基准站观测数据通过专网传输到各合作单位，合作单位通过与公共基准站数据做单差形成差分数据后，将单差数据播发给其它合作单位；每一个合作单位都可以采集到全网内所有基准站的差分数据，然后通过NRTK解算系统，形成各自的差分服务产品；
(2)NRTK服务模式下的非差方案：所有单位的技术路线皆相同；每一个单位收集到其基准站观测数据后形成非差误差改正数，将非差误差改正数通过网络播发给其它单位；所有基准站的非差误差改正数通过融合系统，形成统一的差分服务产品；
(3)PPP-RTK服务模式下的技术方案：基准站观测数据通过专网传输到各合作单位；每个单位通过PPP-AR解算获得的差分产品转发给其它合作单位，亦同时接收其它合作单位的差分产品，与自己的差分产品共同融合构建区域差分改正模型，再将用户需要的差分改正数据播发出去。
所述NRTK服务模式下的单差技术方案包括以下步骤：
(1)对所有单位的GNSS观测数据采用统一的模型和一致的数据处理策略进行同步解算，获得国家基准下的坐标成果，实现所有基准站的框架统一，以此来解决不同单位基准站坐标框架不一致引发的偏差问题。
(2)每个单位接收到其GNSS实时数据流后，与公共基准站数据做单差形成差分数据，并将单差数据发送给其它合作单位，以此解决基准站实时观测数据因涉密不能共享的问题。
(3)每个单位都可汇集到不同来源的合作单位基站单差数据，将所有的单差数据统一进行NRTK解算，以此来实现全国一张网、精度一致的高精度位置服务。
(4)NRTK解算模块根据数据质量对不同来源的单差数据合理定权，同时组成双差观测数据进行解算。
(5)基于解算后的数据进行区域建模，构建虚拟格网点VRS数据。
步骤(4)具体为：
(4.1)根据基准站数据质量对单差数据进行精度评定，准确的精度是定权的基础；
(4.2)根据精度评定结果，对单差数据进行权重匹配，质量好的数据给予较高权重，质量差的数据给予较低权重，以此来充分利用高质量观测数据，有效的降低低质量观测数据的作用；
(4.3)基于单差数据，根据确定的权重，组建双差观测方程，并进行NRTK误差解算。
所述NRTK服务模式下的非差技术方案包括以下步骤：
(1)各个合作单位的所有基准站通过统一的高精度数据处理，获取统一基准下的坐标成果。
(2)每个合作单位在接收到其基准站实时观测数据流后，通过基站组网并进行基线解算，得到基线双差模糊度；
(3)选取某一基站和某一颗卫星的非差模糊度为基准，恢复所有基站所有卫星的非差模糊度，同时得到各站点的非差误差改正数；
(4)各站点的非差误差改正数发送至其它合作单位，同时接收来自其它合作单位的非差误差改正数。
(5)对所有站点的非差误差改正数合理定权并统一进行平差处理，首先根据基准站数据质量对单差数据进行精度评定，再根据精度评定结果，对单差数据进行权重确定，据组建双差观测方程，并进行NRTK解算。
(6)对平差后得到的各站点非差改正数进行统一建模，构建虚拟格网点VRS数据。
所述PPP-RTK服务模式下的技术方案包括以下步骤：
(1)各合作单位将GNSS观测数据实时发送到本地的数据接入系统；
(2)各合作单位的数据接入系统对GNSS观测数据进行处理，形成无位置参数的定轨方程；然后将其发送给其它合作单位的数据接入系统，各合作单位使用所有共享的定轨方程，进行联合精密轨道解算，各自得到精密轨道结果；这样就保证了所有合作单位确定的精密轨道是一致的，也保障了所有基准站的框架一致。
(3)各合作单位的数据接入系统根据精密轨道，对GNSS观测数据进行处理，形成无位置参数的定钟方程；然后将其发送给其它合作单位的数据接入系统，各合作单位使用所有共享的定钟方程，进行联合精密钟差解算，各自得到精密钟差结果；
(4)各合作单位的数据接入系统使用精密轨道精密钟差数据，对GNSS观测数据进行处理，并各自进行UPD解算；然后将UPD解算结果发送给其它合作单位的数据接入系统，各合作单位使用所有共享的UPD结果进行平差处理，各自得到最终的UPD结果；
(5)各合作单位的数据接入系统使用精密轨道精密钟差以及UPD数据，对GNSS观测数据进行处理，并各自进行对流层和电离层解算；然后将对流层和电离层结果以及自身的概率位置发其他合作单位的数据接入系统，各合作单位进行对流层电离层的统一建模解算，各自得到最终大气建模结果。
一种基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络系统，所述系统包括以下模块：
数据采集模块：主要功能是基准站观测数据的采集以及接收来着其它合作单位的差分数据；
基准统一模块：实现所有基准站的基准统一；
解算模块：基于观测数据计算差分改正数；
差分播发模块：向用户播发VRS和向合作机构播发差分改正数；
格式规约模块：待播发数据的格式检查，确保播出的数据不涉密。
一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络系统。
一种计算机设备，包括储存器、处理器及存储在存储器上并可再处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络系统。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：(1)解决各个单位基准站数据无法共享的瓶颈问题，解决不同单位位置服务的“接边问题”，实现全国“一张网”的基准统一、精度一致的高精度位置服务；(2)实现了全社会高精度定位一体化服务，解决并网服务的数据安全，解决各家数据基准统一，解决了基站建设冗余问题，具有巨大的经济和社会意义。
附图说明
图1为本发明的技术路线图；
图2为本发明的NRTK服务模式下的单差方案的流程图；
图3为本发明的NRTK服务模式下的非差方案的流程图；
图4为本发明的PPP-RTK服务模式下的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明所述的一种基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络方法，包括以下方案：
(1)NRTK服务模式下的单差方案：基准站观测数据通过专网传输到各合作单位，合作单位通过与公共基准站数据做单差形成差分数据后，将单差数据播发给其它合作单位；每一个合作单位都可以采集到全网内所有基准站的差分数据，然后通过NRTK解算系统，形成各自的差分服务产品；
(2)NRTK服务模式下的非差方案：所有单位的技术路线皆相同；每一个单位收集到其基准站观测数据后形成非差误差改正数，将非差误差改正数通过网络播发给其它单位；所有基准站的非差误差改正数通过融合系统，形成统一的差分服务产品；
(3)PPP-RTK服务模式下的技术方案：基准站观测数据通过专网传输到各合作单位；每个单位通过PPP-AR解算获得的差分产品转发给其它合作单位，亦同时接收其它合作单位的差分产品，与自己的差分产品共同融合构建区域差分改正模型，再将用户需要的差分改正数据播发出去。
如图2所示，所述NRTK服务模式下的单差技术方案包括以下步骤：
(1)合作单位的所有基准站通过统一的解算，获得统一基准下的坐标成果。
(2)每个单位再接收到其GNSS实时观测数据后，与公共基准站数据做单差形成差分数据，并将单差数据发送给其它合作单位。
以两个基准站m,n为例，两站间共视卫星s的站间单差观测值为：
Figure BDA0003272388070000051
Figure BDA0003272388070000052
其中，
Figure BDA0003272388070000053
为数学模型改正后的站间单差载波相位和伪距观测值，
Figure BDA0003272388070000054
为站间单差几何距离相关项，c为信号传播速度，δtm、δtn为两测站的接收机钟差，
Figure BDA0003272388070000055
为站间单差对流层和电离层误差。
(3)汇集不同来源的合作单位单差数据，进入NRTK解算模块；
(4)依据基准站的数据质量，对单差数据做精度评定，从而对单差数据定权。质量好的数据给予较高权重，质量差的数据给予低权重，对定权后的单差数据组建双差观测方程，并进行NRTK解算。
(5)对解算后的数据进行区域建模，构建虚拟格网点VRS数据。
如图3所示，所述NRTK服务模式下的非差技术方案包括以下步骤：
(1)合作单位的所有基准站观测数据通过统一的高精度数据处理，获取国家框架下的坐标成果。
(2)每个合作单位在接收到其基准站实时观测数据流后，通过基站组网并进行基线解算，得到基线双差模糊度；
(3)选取某一基站和某一颗卫星的非差模糊度为基准，恢复所有基站所有卫星的非差模糊度，同时得到各站点的非差误差改正数；
(4)各站点的非差误差改正数发送至其它合作单位，同时接收来自其它合作单位的非差误差改正数。
(5)对所有站点的非差误差改正数合理定权并统一进行平差处理，首先根据基准站数据质量对单差数据进行精度评定，再根据精度评定结果，对单差数据进行权重确定，据组建双差观测方程，并进行NRTK解算。
(6)对平差后得到的各站点非差改正数进行统一建模，构建虚拟格网点VRS数据。
如图4所示，所述PPP-RTK服务模式下的技术方案包括以下步骤：
(1)各基站将GNSS观测数据实时发送到本地的数据接入系统；
(2)各基站的数据接入系统对GNSS观测数据进行处理，形成无位置参数的定轨方程；然后将其发送给综合解算平台，综合解算平台使用各站点的定轨方程，进行联合精密轨道解算，并将精密轨道结果返回给各个站点；
(3)各基站的数据接入系统使用精密轨道数据，对GNSS观测数据进行处理，形成无位置参数的定钟方程；然后将其发送给综合解算平台，综合解算平台使用各站点的定钟方程，进行联合精密钟差解算，并将精密钟差结果返回给各个站点；
(4)各基站的数据接入系统使用精密轨道精密钟差数据，对GNSS观测数据进行处理，并各自进行UPD解算；然后将UPD解算结果发送至综合解算平台，综合解算平台对各站点的UPD结果统一进行平差处理，并将最终结果返回给各个站点；
(5)各基站的数据接入系统使用精密轨道精密钟差以及UPD数据，对GNSS观测数据进行处理，并各自进行对流层和电离层解算；然后将对流层和电离层结果以及自身的粗略位置发送给综合解算平台，平台进行对流层电离层的统一建模，并将最终结果返回给各个站点。
一种基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络系统，所述系统包括以下模块：
数据采集模块：主要功能是基准站观测数据的采集以及接收来着其它合作单位的差分数据；
基准统一模块：实现所有基准站的基准统一；
解算模块：基于观测数据计算差分改正数；
差分播发模块：向用户播发VRS和向合作机构播发差分改正数；
格式规约模块：待播发数据的格式检查，确保播出的数据不涉密。
一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络系统。
一种计算机设备，包括储存器、处理器及存储在存储器上并可再处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络系统。

Claims (8)

1.一种基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络方法，其特征在于，包括以下方案：
(1)NRTK服务模式下的单差方案：基准站观测数据通过专网传输到各合作单位，合作单位通过与公共基准站数据做单差形成差分数据后，将单差数据播发给其它合作单位；每一个合作单位都可以采集到全网内所有基准站的差分数据，然后通过NRTK解算系统，形成各自的差分服务产品；
(2)NRTK服务模式下的非差方案：所有单位的技术路线皆相同；每一个单位收集到其基准站观测数据后形成非差误差改正数，将非差误差改正数通过网络播发给其它单位；所有基准站的非差误差改正数通过融合系统，形成统一的差分服务产品；
(3)PPP-RTK服务模式下的技术方案：基准站观测数据通过专网传输到各合作单位；每个单位通过PPP-AR解算获得的差分产品转发给其它合作单位，亦同时接收其它合作单位的差分产品，与自己的差分产品共同融合构建区域差分改正模型，再将用户需要的差分改正数据播发出去。
2.根据权利要求1所述的一种基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络方法，其特征在于，所述NRTK服务模式下的单差技术方案包括以下步骤：
(1)对所有单位的GNSS观测数据进行基准统一解算；
(2)每个单位接收到其GNSS观测数据后，与公共基准站数据做单差形成差分数据，并将单差数据发送给其它合作单位。
(3)每个单位汇集到不同来源的合作单位基站单差数据后，将所有的单差数据统一进行NRTK解算；
(4)NRTK解算模块根据数据质量对不同来源的单差数据合理定权，同时组成双差观测数据进行解算；
(5)基于解算后的数据进行区域建模，构建虚拟格网点VRS数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络方法，其特征在于，步骤(4)具体为：
(4.1)根据基准站数据质量对单差数据进行精度评定；
(4.2)根据精度评定结果，对单差数据进行权重匹配；
(4.3)对定权后的单差数据组建双差观测方程，并进行NRTK误差解算。
4.根据权利要求1所述的一种基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络方法，其特征在于，所述NRTK服务模式下的非差技术方案包括以下步骤：
(1)合作单位基站时空基准统一；
(2)在指定区域进行合作单位差分产品选择，根据合作单位基站在指定区域的分布以及其实时数据质量情况，合理地选择参与解算的基站；
(3)基站组网并进行基线解算，得到基线双差模糊度；
(4)选取某一基站和某一颗卫星的非差模糊度为基准，还原所有基站所有卫星的非差模糊度，同时得到各站点的非差误差改正数；
(5)各站点的非差误差改正数分发至其它合作单位，同时接收来自其它合作单位的非差误差改正数，对所有站点的非差误差改正数合理定权并统一进行平差处理；
(6)对平差后得到的各站点非差改正数进行统一建模，构建虚拟格网点VRS数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络方法，其特征在于，所述PPP-RTK服务模式下的技术方案包括以下步骤：
(1)各合作单位将GNSS观测数据实时发送到本地的数据接入系统；
(2)各合作单位的数据接入系统对GNSS观测数据进行处理，形成无位置参数的定轨方程；然后将其发送给其它合作单位的数据接入系统，各合作单位使用所有共享的定轨方程，进行联合精密轨道解算，各自得到精密轨道结果；
(3)各合作单位的数据接入系统使用精密轨道数据，对GNSS观测数据进行处理，形成无位置参数的定钟方程；然后将其发送给其它合作单位的数据接入系统，各合作单位使用所有共享的定钟方程，进行联合精密钟差解算，各自得到精密钟差结果；
(4)各合作单位的数据接入系统使用精密轨道精密钟差数据，对GNSS观测数据进行处理，并各自进行UPD解算；然后将UPD解算结果发送给其它合作单位的数据接入系统，各合作单位使用所有共享的UPD结果进行平差处理，各自得到最终的UPD结果；
(5)各合作单位的数据接入系统使用精密轨道精密钟差以及UPD数据，对GNSS观测数据进行处理，并各自进行对流层和电离层解算；然后将对流层和电离层结果以及自身的粗略位置发其他合作单位的数据接入系统，各合作单位进行对流层电离层的统一建模解算，各自得到最终大气建模结果。
6.一种基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络系统，其特征在于，所述系统包括以下模块：
数据采集模块：主要功能是基准站观测数据的采集以及接收来着其它合作单位的差分数据；
基准统一模块：实现所有基准站的基准统一；
解算模块：基于观测数据计算差分改正数；
差分播发模块：向用户播发VRS和向合作机构播发差分改正数；
格式规约模块：待播发数据的格式检查，确保播出的数据不涉密。
7.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络方法。
8.一种计算机设备，包括储存器、处理器及存储在存储器上并可再处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5中任一项所述的基于P2P技术构建的对等安全卫星高精度增强网络方法。
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