CN115616625B - 一种gnss实时数据偏移方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种GNSS实时数据偏移方法及系统，该方法包括：获取实施测量的基准站站名并生成随机因子；根据所述随机因子计算得到原始偏移值；将基准站的精确坐标采用所述原始偏移值进行NEU坐标系变换，得到偏移后的坐标；将偏移后的坐标和基准站的精确坐标分别与基准站接收到的数据对应的卫星计算得到伪距差并设置进基准站观测值中，得到基于偏移后的坐标的基准站观测值。本发明实施例的技术方案，将基准站精确坐标使用固定随机偏移的方式来生成基准站偏移坐标，求得生成的基准站偏移坐标与基准站精确坐标差异，生成偏移后的基准站数据，从而实现基准站数据的脱密，能够实现更低延迟的基准站数据偏移。

Description

一种GNSS实时数据偏移方法及系统

技术领域

本发明实施例涉及卫星导航测绘技术领域，尤其涉及一种GNSS实时数据偏移方法及系统。

背景技术

基准站精确坐标和基准站网观测数据属于保密范围，基准站服务数据是受控管理的数据。建设应用基准站是一把双刃剑，应用基准站能够大幅提高导航定位精度，但是数据使用不当容易造成泄露。

发明内容

基于现有技术的上述情况，本发明实施例的目的在于提供一种GNSS实时数据偏移方法及系统，对基准站的精确坐标进行偏移，经过偏移后的基准站精确坐标和基准站网观测数据。在脱密的同时，偏移后观测数据又能正常使用，解决了基准站精确坐标和基准站网观测数据安全使用问题。

为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种GNSS实时数据偏移方法，包括步骤：

获取实施测量的基准站站名，并根据所述测站站名生成随机因子；

根据所述随机因子计算得到原始偏移值；

将基准站的精确坐标采用所述原始偏移值进行NEU坐标系变换，得到偏移后的坐标；

将偏移后的坐标和基准站的精确坐标分别与基准站接收到的数据对应的卫星计算伪距，得到第一坐标伪距和第二坐标伪距；

计算第一坐标伪距和第二坐标伪距之间的伪距差，并将所述伪距差设置进基准站观测值中，得到基于偏移后的坐标的基准站观测值。

进一步的，根据所述测站站名生成随机因子，包括：

根据所述测站站名的ASCII码，进行哈希变换；

根据哈希变换的结果生成随机因子。

进一步的，根据以下公式计算得到原始偏移值：

offset＝a₀+rand(0,1)*(a₁―a₀)

其中，offset表示原始偏移值，rand(0,1)表示随机因子，[a₀，a₁]表示预设的偏移范围。

进一步的，将基准站的精确坐标采用所述原始偏移值进行NEU坐标系变换，得到偏移后的坐标，包括：

将所述原始偏移值乘以变换因子，得到变换偏移值；

将原始偏移值和变换偏移值分别作为NEU坐标系中N方向偏移量和E方向偏移量，U方向设置为0；

将基准站的精确坐标采用所述N方向偏移量和E方向偏移量进行N方向和E方向的偏移，即得到偏移后的坐标。

进一步的，将偏移后的坐标和基准站精确坐标分别与卫星计算伪距，得到第一坐标伪距和第二坐标伪距，包括：

计算偏移后的坐标与卫星的距离，得到第一坐标伪距；

计算基准站的精确坐标与卫星的距离，得到第二坐标伪距。

进一步的，将所述伪距差设置进基准站观测值中，得到基于偏移后的坐标的基准站观测值，包括：

将所述伪距差与基准站原始观测值相加后得到偏移后的基准站观测值。

进一步的，所述基准站原始观测值通过将基准站RTCM数据流进行解码后得到。

根据本发明的另一个方面，提供了一种GNSS实时数据偏移系统，所述系统包括：

随机因子生成模块，用于获取实施测量的基准站站名，并根据所述测站站名生成随机因子；

原始偏移值计算模块，用于根据所述随机因子计算得到原始偏移值；

偏移坐标计算模块，用于将基准站的精确坐标采用所述原始偏移值进行NEU坐标系变换，得到偏移后的坐标；

坐标伪距计算模块，用于将偏移后的坐标和基准站的精确坐标分别与基准站接收到的数据对应的卫星计算伪距，得到第一坐标伪距和第二坐标伪距；

基准站观测值计算模块，用于计算第一坐标伪距和第二坐标伪距之间的伪距差，并将所述伪距差设置进基准站观测值中，得到基于偏移后的坐标的基准站观测值。

进一步的，所述基准站观测值计算模块，将所述伪距差设置进基准站观测值中，包括：

将所述伪距差与基准站原始观测值相加后得到偏移后的基准站观测值。

进一步的，所述系统还包括：

基准站原始观测值获取模块，用于将基准站RTCM数据流进行解码后得到基准站原始观测值。

综上所述，本发明实施例提供了一种GNSS实时数据偏移方法及系统，该方法包括：获取实施测量的基准站站名，并根据所述测站站名生成随机因子；根据所述随机因子计算得到原始偏移值；将基准站的精确坐标采用所述原始偏移值进行NEU坐标系变换，得到偏移后的坐标；将偏移后的坐标和基准站的精确坐标分别与基准站接收到的数据对应的卫星计算伪距，得到第一坐标伪距和第二坐标伪距；计算第一坐标伪距和第二坐标伪距之间的伪距差，并将所述伪距差设置进基准站观测值中，得到基于偏移后的坐标的基准站观测值。本发明实施例的技术方案，将基准站精确坐标使用固定随机偏移的方式来生成基准站偏移坐标，求得生成的基准站偏移坐标与基准站精确坐标差异，生成偏移后的基准站数据，从而实现基准站数据的脱密，能够实现更低延迟的基准站数据偏移，使基准站的数据和坐标脱密，对于基准站数据使用变得安全的同时，生成的数据质量可靠性也得到了提高。

附图说明

图1是本发明实施例涉及的坐标偏移的模型示意图；

图2是本发明实施例提供的GNSS实时数据偏移方法的流程图；

图3是基准站的精确坐标加密过程示意图；

图4是坐标旋转平移以及坐标逆变换公式示意图；

图5是本发明另一实施例提供的GNSS实时数据偏移方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的GNSS实时数据偏移系统的构成框图。

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。

需要说明的是，除非另外定义，本发明一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

为实现基准站精确坐标和基准站网观测数据的脱密，本发明实施例对基准站精确坐标进行偏移处理。坐标偏移原理：GNSS观测值的误差主要包括对流层，电离层，卫星钟差等，这些误差在同一时间的相近空间上高度相似。因此可以认为当GNSS测站在一定范围内的水平方向发生偏移时，测站到卫星的观测值误差基本不变，直接通过星地距离的差值即可得到新的偏移坐标的伪距和相位值。高程方向不能出现大的偏移，否则对流层的影响会比较大。坐标偏移的模型示意图如图1所示，偏移后的新伪距观测值可以采用如下公式表示：

P_new＝P_ori+(D_new–D_ori)

其中，P_new是偏移后的新伪距观测值，P_ori是原始的伪距观测值，D_ori是原始的GNSS测站坐标以及卫星的坐标得到的星地距，D_new是根据偏移后的GNSS测站坐标以及卫星的坐标得到的星地距。

下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。本发明的实施例，提供了一种GNSS实时数据偏移方法，图2中示出了该GNSS实时数据偏移方法的流程图，包括如下步骤：

S102、获取实施测量的基准站站名，并根据所述基准站站名生成随机因子。通常来说，基准站站名是四个字母加一个数字，随机因子就是随机种子，可以通过在c++中通过生成随机数获得。为了保障基准站偏移后的数据足够安全，坐标偏移采取盲盒偏移，偏移通过随机值设定偏移范围。可以通过所获取的基准站站名的ASCII码，进行哈希变换，根据哈希变换的结果生成随机因子。同时，为了保证每次程序启动对于固定的基准站来说，偏移值是确定的，根据基准站站名进行随机因子生成，也就是对于基准站来说，随机因子是固定的，所以最终的偏移值也是固定的。保证了数据的连续性，避免出现程序重启后，基准站的偏移值发生变化，造成观测值前后不一致。

S104、根据所述随机因子计算得到原始偏移值。该步骤中，可以根据以下公式计算得到原始偏移值：

offset＝a₀+rand(0,1)*(a₁―a₀)

其中，offset表示原始偏移值，预设的偏移范围为[a₀，a₁]，rand(0,1)表示随机因子。

S106、将基准站的精确坐标采用所述原始偏移值进行NEU坐标系变换，得到偏移后的坐标，例如一个基准站的坐标是XYZ，偏移值指的是将X方向加某一个数，Y方向加某一个数，Z方向加某一个数，通常将其转换成NEU，在N、E方向加上偏移量，U方向(高程)不加。具体包括如下步骤：

将所述原始偏移值乘以变换因子，该变换因子为由上述步骤中随机因子生成的随机数，得到变换偏移值；

将原始偏移值和变换偏移值分别作为NEU坐标系中N方向偏移量和E方向偏移量，U方向设置为0；

将基准站的精确坐标采用所述N方向偏移量和E方向偏移量进行N方向和E方向的偏移，即得到偏移后的坐标。

该步骤中采用的基准站的精确坐标通常为加密坐标，该坐标在内网中经过加密，在使用时进行解密后，保存在内存中。在坐标值输入时，为了防止坐标信息被恶意篡改、伪造、删除、插入等，对服务系统产生恶劣影响。因此，可以首先输入加密码，根据加密码计算出旋转平移缩放参数。同时，根据原始坐标生成校验码。对坐标数据进行旋转平移缩放，得到自定义坐标系下的坐标。读取坐标数据时，需要手动输入加密码和校验码。由加密码计算坐标逆变换参数，反算原始坐标。根据校验码检验识别文件是否被编辑过，如果未曾被编辑过则输出原始坐标文件。这里，相当于加了两道锁，加密过程可以如图3所示。如图3所示，加密过程可以包括：

(1)根据自定义算法，输入加密码，生成坐标转换参数。

(2)同时根据原始坐标数据，生成校验码。

(3)进行坐标旋转、平移变换得到自定义坐标系下的基准站坐标，合法用户使用时，输入加密码和校验码。先利用加密码计算出坐标逆变换参数，恢复基准站真实坐标，然后利用得到的坐标计算生成新的校验码，两次的校验码若一致则输出坐标文件。而非法用户无法恢复得到基准站真实坐标。坐标旋转平移以及坐标逆变换公式如图4所示。可以通过输入不同的加密码得到不同的坐标转换参数，很难被破解。同时校验码审核相当于又加了一道锁，确保坐标数据不会被篡改。

S108、将偏移后的坐标和基准站的精确坐标分别与基准站接收到的数据对应的卫星计算伪距，得到第一坐标伪距和第二坐标伪距。其中，第一坐标伪距通过将偏移后的坐标与基准站接收到的数据对应的卫星的位置坐标计算伪距得到；第一坐标伪距通过将基准站的精确坐标与基准站接收到的数据对应的卫星位置坐标计算伪距得到。

S110、计算第一坐标伪距和第二坐标伪距之间的伪距差，并将所述伪距差设置进基准站观测值中，得到基于偏移后的坐标的基准站观测值。伪距差异值是根据上述偏移量加上原始坐标，得到了一个新坐标，将新坐标与卫星的位置(也是坐标)求得两个点的距离，得到了新坐标与卫星的伪距，同理将原始坐标与卫星求得距离，再将新旧坐标得到的伪距相差，这个就是伪距差异值。其中，基准站原始观测值可以通过将基准站RTCM数据流进行解码后得到，通过将所述伪距差与基准站原始观测值相加后得到偏移后的基准站观测值。

图5中示出了本发明该实施例提供的GNSS实时数据偏移方法的流程图。

GNSS数据流一般采用RTCM标准进行播发，每一个卫星每个历元会有多种类型的观测值，即使是伪距，也分为P1,C1,P2，C2等，相位观测值也是如此，还存在L1P，L1Y等类型，如果一个个进行偏移处理，将会极为耗时和复杂。坐标偏移后，其实相当于是距离方面进行了偏移，因此直接以某一个伪距比如P1，来计算距离偏差，其他观测值，可以直接等价应用这个偏移即可，避免计算的复杂度。伪距差异值是根据上述偏移量加上原始坐标，得到了一个新坐标，将新坐标与卫星的位置(也是坐标)求得两个点的距离，得到了新坐标与卫星的伪距，同理将原始坐标与卫星求得距离，再将新旧坐标得到的伪距相差，这个就是伪距差异值。

数据流在输入和输出采用标准RTCM3格式，数据进来之后，进行解码处理，坐标偏移之后进行编码处理。为了尽量简化计算和偏移流程，每个历元的每颗卫星只用一个伪距观测值参与偏移值计算，其他观测值直接加上等价差值即可。

本发明的实施例，还提供了一种GNSS实时数据偏移系统，图6中示出了该系统的构成框图，所述系统包括：

随机因子生成模块301，用于获取实施测量的基准站站名，并根据所述测站站名生成随机因子；

原始偏移值计算模块302，用于根据所述随机因子计算得到原始偏移值；

偏移坐标计算模块303，用于将基准站的精确坐标采用所述原始偏移值进行NEU坐标系变换，得到偏移后的坐标；

坐标伪距计算模块304，用于将偏移后的坐标和基准站的精确坐标分别与基准站接收到的数据对应的卫星计算伪距，得到第一坐标伪距和第二坐标伪距；

基准站观测值计算模块305，用于计算第一坐标伪距和第二坐标伪距之间的伪距差，并将所述伪距差设置进基准站观测值中，得到基于偏移后的坐标的基准站观测值。

综上所述，本发明实施例涉及一种GNSS实时数据偏移方法及系统，该方法包括：获取实施测量的基准站站名，并根据所述基准站站名生成随机因子；根据所述随机因子计算得到原始偏移值；将基准站的精确坐标采用所述原始偏移值进行NEU坐标系变换，得到偏移后的坐标；将偏移后的坐标和基准站的精确坐标分别与基准站接收到的数据对应的卫星计算伪距，得到第一坐标伪距和第二坐标伪距；计算第一坐标伪距和第二坐标伪距之间的伪距差，并将所述伪距差设置进基准站观测值中，得到基于偏移后的坐标的基准站观测值。本发明实施例的技术方案，将基准站精确坐标使用固定随机偏移的方式来生成基准站偏移坐标，求得生成的基准站偏移坐标与基准站精确坐标差异，生成偏移后的基准站数据，从而实现基准站数据的脱密，能够实现更低延迟的基准站数据偏移，使基准站的数据和坐标脱密，对于基准站数据使用变得安全的同时，生成的数据质量可靠性也得到了提高。

应当理解的是，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。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 (10)

1.一种GNSS实时数据偏移方法，其特征在于，包括步骤：

获取实施测量的基准站站名，并根据所述基准站站名生成随机因子；

根据所述随机因子计算得到原始偏移值；

将基准站的精确坐标采用所述原始偏移值进行NEU坐标系变换，得到偏移后的坐标；

将偏移后的坐标和基准站的精确坐标分别与基准站接收到的数据对应的卫星计算伪距，得到第一坐标伪距和第二坐标伪距；

计算第一坐标伪距和第二坐标伪距之间的伪距差，并将所述伪距差设置进基准站观测值中，得到基于偏移后的坐标的基准站观测值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述基准站站名生成随机因子，包括：

根据所述基准站站名的ASCII码，进行哈希变换；

根据哈希变换的结果生成随机因子。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据以下公式计算得到原始偏移值：

offset＝a₀+rand(0，1)*(a₁-a₀)

其中，offset表示原始偏移值，rand(0,1)表示随机因子，[a₀，a₁]表示预设的偏移范围。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将基准站的精确坐标采用所述原始偏移值进行NEU坐标系变换，得到偏移后的坐标，包括：

将所述原始偏移值乘以变换因子，得到变换偏移值；

将原始偏移值和变换偏移值分别作为NEU坐标系中N方向偏移量和E方向偏移量，U方向设置为0；

将基准站的精确坐标采用所述N方向偏移量和E方向偏移量进行N方向和E方向的偏移，即得到偏移后的坐标。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将偏移后的坐标和基准站精确坐标分别与卫星计算伪距，得到第一坐标伪距和第二坐标伪距，包括：

计算偏移后的坐标与卫星的距离，得到第一坐标伪距；

计算基准站的精确坐标与卫星的距离，得到第二坐标伪距。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述伪距差设置进基准站观测值中，得到基于偏移后的坐标的基准站观测值，包括：将所述伪距差与基准站原始观测值相加后得到偏移后的基准站观测值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基准站原始观测值通过将基准站RTCM数据流进行解码后得到。

8.一种GNSS实时数据偏移系统，其特征在于，所述系统包括：

随机因子生成模块，用于获取实施测量的基准站站名，并根据所述基准站站名生成随机因子；

原始偏移值计算模块，用于根据所述随机因子计算得到原始偏移值；

偏移坐标计算模块，用于将基准站的精确坐标采用所述原始偏移值进行NEU坐标系变换，得到偏移后的坐标；

坐标伪距计算模块，用于将偏移后的坐标和基准站的精确坐标分别与基准站接收到的数据对应的卫星计算伪距，得到第一坐标伪距和第二坐标伪距；

基准站观测值计算模块，用于计算第一坐标伪距和第二坐标伪距之间的伪距差，并将所述伪距差设置进基准站观测值中，得到基于偏移后的坐标的基准站观测值。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述基准站观测值计算模块，将所述伪距差设置进基准站观测值中，包括：

将所述伪距差与基准站原始观测值相加后得到偏移后的基准站观测值。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

基准站原始观测值获取模块，用于将基准站RTCM数据流进行解码后得到基准站原始观测值。