DE112015000708B4

DE112015000708B4 - Ortungsendgerät

Info

Publication number: DE112015000708B4
Application number: DE112015000708.3T
Authority: DE
Inventors: Seigou Kumabe; Takahisa Yamashiro
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-02-06
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2024-02-22
Anticipated expiration: 2035-01-17
Also published as: CN105980884B; JP6291883B2; DE112015000708T5; CN105980884A; WO2015118805A1; JP2015148518A

Abstract

Ortungsendgerät, aufweisend:einen Satellitenempfänger (230), der Signale von mehreren künstlichen Satelliten empfängt, die in einem Satelliten-Ortungssystem verwendet werden;einen Authentifizierungsdatenerlangungsabschnitt (S5, S6, S7), der von einem Authentifizierungszentrum (120) Authentifizierungsdaten empfängt, die notwendig sind, um zu authentifizieren, ob eine Übertragungsquelle eines Signals, das durch den Satellitenempfänger empfangen wird, einer von den künstlichen Satelliten ist;einen Übertragungsquellenauthentifizierungsabschnitt (S10, S11), der die Authentifizierungsdaten verwendet, die durch den Authentifizierungsdatenerlangungsabschnitt erlangt werden, um zu authentifizieren, ob die Übertragungsquelle des Signals, das durch den Satellitenempfänger empfangen wird, der eine der künstlichen Satelliten ist;einen Authentifizierungspriorisierung-Ortungsabschnitt (S22), der eine Position des Ortungsendgeräts selbst durch bevorzugtes Verwenden aus Signalen, die durch den Satellitenempfänger von den Übertragungsquellen empfangen werden, eines Signals, das von der Übertragungsquelle empfangen wird, die durch den Übertragungsquellenauthentifizierungsabschnitt authentifiziert wird, misst;einen Signalqualitätsevaluierungsabschnitt (S27), der eine Signalqualität bezüglich jeder der Übertragungsquellen evaluiert, wobei die Signalqualität eine Unwahrscheinlichkeit angibt, die ein Ortungsergebnis fehlerhaft macht, wenn ein Signal, das von jeder der Übertragungsquellen übertragen wird, beim Orten verwendet wird;einen Signalqualitätspriorisierung-Ortungsabschnitt (S24), der eine Position des Ortungsendgeräts selbst durch bevorzugtes Verwenden aus Signalen, die durch den Satellitenempfänger von den Übertragungsquellen empfangen werden, eines Signals, das von der Übertragungsquelle empfangen wird, die eine relativ hohe Signalqualität bereitstellt, misst; undeinen Ortungsergebnisauswahlabschnitt (S25), der als eine gegenwärtige Position eine Position adaptiert, die entweder durch ein Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis, das ein Ortungsergebnis des Signalqualitätspriorisierung-Ortungsabschnitts ist, oder ein Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird, das ein Ortungsergebnis des Authentifizierungspriorisierung-Ortungsabschnitts ist,wobeider Ortungsergebnisauswahlabschnittdie Position, die durch das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird, als die gegenwärtige Position adaptiert, wenn das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis eine Zulässigkeitsbedingung erfüllt, unddie Position, die durch das Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird, als die gegenwärtige Position adaptiert, wenn das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis die Zulässigkeitsbedingung nicht erfüllt,wobei die Zulässigkeitsbedingung eine Bedingung ist, die eine Schätzung bestimmt, dass die Übertragungsquelle des Signals, die beim Orten durch den Signalqualitätspriorisierung-Ortungsabschnitt verwendet wird, einer der künstlichen Satelliten ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Ortungsendgerät, das seine Position basierend auf Signalen misst, die von künstlichen Satelliten empfangen werden, die in einem Satelliten-Ortungssystem verwendet werden.
HINTERGRUND
Es ist herkömmlicherweise ein Ortungsendgerät bekannt, das seine Position durch Empfangen von Signalen von künstlichen Satelliten misst, die in einem Satelliten-Ortungssystem verwendet werden.
Eine jüngste Entwicklung eines Simulators, der ein Signal eines künstlichen Satelliten pseudomäßig erzeugen kann, erlaubt unerwünscht einer böswilligen Person einen derartigen Simulator zu verwenden, um dem Ortungsendgerät eine inkorrekte Position berechnen zu lassen.
JP 2013 - 130 395 A schlägt ein Verfahren vor, um zu authentifizieren, ob ein Signal, das durch ein Ortungsendgerät empfangen wird, ein legitimes Signal von einem künstlichen Satelliten ist, der in einem Satelliten-Ortungssystem verwendet wird. Eine derartige Technologie ermöglicht einem Ortungsendgerät auf eine Datenbank in einem Authentifizierungszentrum zuzugreifen, und Daten zum Authentifizieren eines künstlichen Zielsatelliten basierend auf einer Satellitennummer und Satellitenzeit, die in dem Signal beinhaltet sind, das von dem künstlichen Satelliten durch das Ortungsendgerät empfangen wird. Das Ortungsendgerät verwendet dann die Daten von dem Authentifizierungszentrum zum Authentifizieren, ob das empfangene Signal ein legitimes Signal von dem künstlichen Satelliten ist, der in dem Satelliten-Ortungssystem verwendet wird. Eine derartige Authentifizierung involviert komplizierte arithmetische Verarbeitung.
Jedes Mal, wenn das Signal von dem Ortungsendgerät empfangen wird, führt die Technik von JP 2013 - 130 395 A eine Authentifizierungsverarbeitung zum Bestimmen aus, ob das empfangene Signal ein legitimes Signal von dem künstlichen Satelliten ist, der in dem Satelliten-Ortungssystem verwendet wird.
Weitere Verfahren zum Authentifizieren von Satellitensignalen sind außerdem aus US 5 754 657 A , WO 2013 / 075 039 A1 und WO 2011 / 157 554 A1 bekannt.
Eine Anwendung der Technik ermöglicht es dem Ortungsendgerät zu bestimmen, ob eine Quelle, die das Signal überträgt, das von dem Ortungsendgerät empfangen wird, ein künstlicher Satellit ist, der in dem Satelliten-Ortungssystem verwendet wird (nachfolgend als ein Anwendungsbeispiel bezeichnet). Empfängt das Ortungsendgerät ein legitimes Signal von einem künstlichen Satelliten, der in dem Satelliten-Ortungssystem verwendet wird, wird die Quelle, die das Signal überträgt, als ein künstlicher Satellit bestimmt, der in dem Satelliten-Ortungssystem verwendet wird.
Das Anwendungsbeispiel betrachtet das Signal von der Quelle, die als der künstliche Satellit bestimmt wird, der in dem Satelliten-Ortungssystem verwendet wird (das heißt, das Signal von der authentifizierten Quelle) als ein Signal, das von einem künstlichen Satelliten übertragen und nicht durch einen Simulator erzeugt wird, weshalb das Signal zur Ortung verwendet wird. Das Ortungsergebnis basierend auf einem Signal von einer authentifizierten Quelle wird als verlässlicher angesehen als das Ergebnis der Ortung basierend auf einem Signal von einer nicht authentifizierten Quelle hinsichtlich einer Position, die durch das erstere Ortungsergebnis angegeben wird, das zumindest nicht durch eine böswillige Position gefälscht ist.
Die Authentifizierungsverarbeitung involviert (i) einen Zugriff auf eine Authentifizierungszentrum zum Erlangen von Daten und (ii) eine komplizierte Arithmetik, die Zeit zum Abwarten einer bestimmten Zeitperiode für den Abschluss der Authentifizierung von sogar nur einer einzelnen Übertragungsquelle benötigt. Das Ortungsendgerät muss jeden mehrerer künstlicher Satelliten authentifizieren, die als die Quellen agieren, die Signale übertragen, die durch das Ortungsendgerät empfangen werden. Die Authentifizierungsverarbeitung für alle die Quellen, die die Signale übertragen, die durch das Ortungsendgerät empfangen werden, erfordert einen erhöhten Zeitbetrag. Ein legitimer künstlicher Satellit könnte demnach unauthentifiziert bleiben.
Wird die Authentifizierungsverarbeitung nicht für alle der Übertragungsquellen abgeschlossen, werden Signale von authentifizierten Übertragungsquellen bevorzugt für Ortungszwecke gemessen. Dies kann die Wahrscheinlichkeit reduzieren, dass Ortungsergebnisse verfälscht sind.
Die Qualität eines Signals von einer authentifizierten Übertragungsquelle ist jedoch nicht immer hoch. Hat das Signal von einer authentifizierten Übertragungsquelle einen relativ signifikanten Fehler aufgrund von Mehrweginterferenz oder ionosphärischer Störung, ist das Ortungsergebnis basierend auf einem derartigen fehlerhaften Signal ungenau.
Im Gegensatz dazu können manche der nicht-authentifizierten Übertragungsquellen ein künstlicher Satellit sein, der in dem Satelliten-Ortungssystem verwendet wird. Ein derartiger nicht-authentifizierter künstlicher Satellit kann gelegentlich ein Signal bereitstellen, das weniger durch die Mehrweginterferenz oder ionisphärische Störung beeinträchtigt wird, als die Signale von authentifizierten Übertragungsquellen. Nämlich könnte die Ortungsgenauigkeit zunehmen, wenn das Signal von dem nicht-authentifizierten künstlichen Satelliten für Ortungszwecke verwendet wird.
Es wird ein Rechnungsstellungssystem angenommen, das Positionsdaten eines Ortungsendgeräts zum Berechnen einer Parkgebühr oder einer Mautgebühr verwendet. Ein derartiges System erfordert eine hohe Legitimitätsverlässlichkeit der Positionsdaten hinsichtlich dessen, ob die Positionsdaten auf einem Signal basieren, das von einem legitimen künstlichen Satelliten übertragen wird, wobei simultan eine hohe Ortungsgenauigkeit bevorzugt wird. Das heißt, die Ortung soll höhere Genauigkeit bereitstellen, während die Legitimitätsverlässlichkeit in ihren Ergebnissen sichergestellt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Ortungsendgerät bereitzustellen, das Ortung genauer erreicht, während die Legitimitätsverlässlichkeit von Ortungsergebnissen sichergestellt wird.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung ein Ortungsendgerät bereitgestellt, das die folgenden Bestandteile aufweist. Ein Satellitenempfänger dient zum Empfangen von Signalen von mehreren künstlichen Satelliten, die in einem Satelliten-Ortungssystem verwendet werden. Ein Authentifizierungsdatenerlangungsabschnitt dient zum Erlangen von Authentifizierungsdaten von einem Authentifizierungszentrum, die notwendig sind, um zu authentifizieren, ob eine Übertragungsquelle eines Signals, das durch den Satellitenempfänger empfangen wird, einer von den künstlichen Satelliten ist. Ein Übertragungsquellenauthentifizierungsabschnitt dient zum Verwenden der Authentifizierungsdaten, die durch den Authentifizierungsdatenerlangungsabschnitt erlangt werden, um zu authentifizieren, ob die Übertragungsquelle des Signals, das durch den Satellitenempfänger empfangen wird, der eine der künstlichen Satelliten ist. Ein Authentifizierungspriorisierung-Ortungsabschnitt dient zum Messen einer Position des Ortungsendgeräts selbst durch bevorzugtes Verwenden aus Signalen, die durch den Satellitenempfänger von den Übertragungsquellen empfangen werden, eines Signals, das von der Übertragungsquelle empfangen wird, die durch den Übertragungsquellenauthentifizierungsabschnitt authentifiziert wird. Ein Signalqualitätsevaluierungsabschnitt dient zum Evaluieren einer Signalqualität bezüglich jeder der Übertragungsquellen, wobei die Signalqualität eine Unwahrscheinlichkeit angibt, die ein Ortungsergebnis fehlerhaft macht, wenn ein Signal, das von jeder der Übertragungsquellen übertragen wird, beim Orten verwendet wird. Ein Signalqualitätspriorisierung-Ortungsabschnitt dient zum Messen einer Position des Ortungsendgeräts selbst durch bevorzugtes Verwenden aus Signalen, die durch den Satellitenempfänger von den Übertragungsquellen empfangen werden, eines Signals, das von der Übertragungsquelle empfangen wird, die die Signalqualität bereitstellt, die bezüglich der anderen Übertragungsquellen als höher geschätzt wird. Ein Ortungsergebnisauswahlabschnitt dient zum Adaptieren als eine gegenwärtige Position einer Position, die entweder durch ein Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis, das ein Ortungsergebnis des Signalqualitätspriorisierung-Ortungsabschnitts ist, oder ein Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird, das ein Ortungsergebnis des Authentifizierungspriorisierung-Ortungsabschnitts ist. Hierbei adaptiert der Ortungsergebnisauswahlabschnitt die Position, die durch das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird, als die gegenwärtige Position, wenn das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis eine Zulässigkeitsbedingung erfüllt, während er die Position, die durch das Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird, als die gegenwärtige Position adaptiert, wenn das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis die Zulässigkeitsbedingung nicht erfüllt. Die Zulässigkeitsbedingung ist eine Bedingung, die eine Schätzung bestimmt, dass die Übertragungsquelle des Signals, die beim Orten durch den Signalqualitätspriorisierung-Ortungsabschnitt verwendet wird, einer der künstlichen Satelliten ist.
Wenn das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis eine vorbestimmte Zulässigkeitsbedingung bezüglich des Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnisses erfüllt, adaptiert die vorstehende Konfiguration die Positionsdaten, die durch das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben werden, als die gegenwärtige Position. Die Zulässigkeitsbedingung wird verwendet, um zu bestimmen, ob eine Quelle, die ein Signal überträgt, das zur Signalqualitätspriorisierung-Ortung verwendet wird, als ein künstlicher Satellit geschätzt werden kann.
Wenn die Zulässigkeitsbedingung durch das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis erfüllt wird, ist das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis ein Ortungsergebnis basierend auf einem Signal, das von einer Quelle übertragen wird, die als ein künstlicher Satellit geschätzt wird.
Sogar wenn ein Signal, das für Ortungszwecke verwendet wird, von einer Quelle übertragen wird, die noch nicht als ein künstlicher Satellit authentifiziert ist, der in dem Satelliten-Ortungssystem verwendet wird, reduziert die vorstehende Konfiguration die Wahrscheinlichkeit eines Ortungsergebnisses, das verfälschte Positionsdaten angibt.
Der Signalqualitätspriorisierung-Ortungsabschnitt stellt ein Ortungsergebnis basierend auf einem Signal bereit, das von einer Übertragungsquelle mit relativ hoher Signalqualität verglichen mit anderen Übertragungsquellen von Signalen, die durch Satellitenempfänger empfangen werden, übertragen wird. Das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis, das die Zulässigkeitsbedingung erfüllt, repräsentiert demnach die gegenwärtige Position des Ortungsendgeräts genauer als das Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis.
Das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis, das die Zulässigkeitsbedingung erfüllt, erlangt höhere Genauigkeit, während die Legitimitätsverlässlichkeit von Ortungsergebnissen sichergestellt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenschau mit den Zeichnungen ersichtlicher.
Es zeigen:

1 ein Diagramm, das eine beispielhafte skizzierte Konfiguration eines Authentifizierungsortungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung illustriert;
2 ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte skizzierte Konfiguration eines Authentifizierungszentrums illustriert;
3 ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte skizzierte Konfiguration einer fahrzeuggebundenen Vorrichtung illustriert;
4 ein Diagramm, das ein Beispiel von Daten zum Verwalten einer Authentifizierung und Signalqualitätsdaten von jedem erlangten GPS-Satelliten 2 illustriert;
5 ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer authentifizierungsbezogenen Verarbeitung in der fahrzeuggebundenen Vorrichtung illustriert;
6 ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer ortungsbezogenen Verarbeitung in der fahrzeuggebundenen Vorrichtung illustriert; und
7 ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Positionsdatenübertragungsverarbeitung in der fahrzeuggebundenen Vorrichtung illustriert.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. 1 ist ein Diagramm, das eine beispielhaft skizzierte Konfiguration eines Ortungssystems eines Authentifizierungstyps (ein Authentifizierungsortungssystem) gemäß der vorliegenden Ausführungsform illustriert. Wie in 1 dargestellt ist, beinhaltet das Authentifizierungsortungssystem 1 eine Monitorstation 110, ein Authentifizierungszentrum 120, eine Hauptsteuerstation 130, eine fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 in einem Fahrzeug und ein Servicezentrum 300. Die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 kann als ein Ortungsendgerät bezeichnet werden. Ein tragbares Ortungsendgerät, das in das Fahrzeug getragen werden kann, kann anstelle der fahrzeuggebundenen Vorrichtung 200 verwendet werden.
<Skizzierte Konfiguration von Authentifizierungsortungssystem 1>
Die Monitorstation 110 empfängt GPS-Funkwellen (Signale), die von GPS-Satelliten 2a-2f übertragen werden, die in einem GPS (Globales Ortungssystem) beinhaltet sind, das ein Satelliten-Ortungssystem ist. Die GPS-Satelliten 2a-2f sind manche vieler GPS-Satelliten in dem GPS und werden durch die Monitorstation 110 erlangt. Die GPS-Satelliten 2a-2f werden nicht voneinander unterschieden und nachfolgend als GPS-Satelliten 2 bezeichnet.
Wie allgemein bekannt ist, beinhalten die GPS-Funkwellen, die von den GPS-Satelliten 2 übertragen werden, jeweils eine Navigationsnachricht M. Die Navigationsnachricht M, die von einem GPS-Satelliten 2 übertragen wird, beinhaltet Satellitentaktkorrekturparameter, detaillierte Orbitdaten (Ephemeridendaten) bezüglich des GPS-Satelliten 2, Ionisierungsschichtkorrekturparameter und allgemeine Orbitdaten (Almanach-Daten) bezüglich aller GPS-Satelliten. Ferner beinhalten die GPS-Funkwellen ebenso Daten (GPS-Zeit), die eine Übertragungszeit eines GPS-Satelliten 2 angeben. Da sich die GPS-Satelliten 2 bezüglich ihrer Ephemeridendaten unterscheiden, unterscheiden sich die Daten, die in den Navigationsnachrichten beinhaltet sind, die von den GPS-Satelliten 2a-2f übertragen werden, offensichtlich voneinander.
Die Monitorstation 110 demoduliert die empfangenen GPS-Funkwellen zum Extrahieren der Navigationsnachrichten M. Die Monitorstation 110 überträgt anschließend die extrahierten Navigationsnachrichten M an das Authentifizierungszentrum 120.
Das Authentifizierungszentrum 120 erzeugt eine RAND (Reference Authentication Navigation Data, Referenzauthentifizierungsnavigationsdaten) -Nachricht aus der Navigationsnachricht M. Das Authentifizierungszentrum 120 kreiert dann Paritätsdaten, die mit der Navigationsnachricht M und der RAND-Nachricht verknüpft sind, aus der erzeugten RAND-Nachricht und einer H-Matrix, was ein Verschlüsselungsschlüssel ist.
Das Authentifizierungszentrum 120 kommuniziert mit der Monitorstation 110, der Hauptsteuerstation 130 und der fahrzeuggebundenen Vorrichtung 200. Das Authentifizierungszentrum 120 überträgt ein Signal einschließlich der erzeugten Paritätsdaten an die Hauptsteuerstation 130. Das Authentifizierungszentrum 120 wird später im Detail mit Bezug auf 2 beschrieben.
Die Hauptsteuerstation 130 überträgt die Paritätsdaten, die von dem Authentifizierungszentrum 120 empfangen werden, an einen Quasi-Zenit-Satelliten (QZS) 3. Der QZS 3 überträgt eine Navigationsnachricht M einschließlich der Paritätsdaten an den Boden.
Die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 setzt Navigationsnachrichtenauthentifizierung (navigation message authentication, NMA) ein. Die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 kommuniziert mit dem Authentifizierungszentrum 120 und führt eine Authentifizierungsverarbeitung zum Authentifizieren aus, ob die Navigationsnachricht M, die von einem GPS-Satelliten 2 empfangen wird, legitim ist. Die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 bestimmt dann, dass der GPS-Satellit 2, der die Navigationsnachricht M übertragen wird, für die bestimmt wird, dass sie legitim ist, ein legitimer GPS-Satellit 2 ist. Anschließend kann ein GPS-Satellit 2, der als legitim bestimmt wird, als ein authentifizierter GPS-Satellit 2 bezeichnet werden. Ein Zustand, in dem die Authentifizierung nicht abgeschlossen wird, wird als nicht erfolgreich authentifiziert oder nicht komplett authentifiziert bezeichnet.
Die Authentifizierungsverarbeitung wird für alle Quellen, die empfangene Navigationsnachrichten M übertragen haben, sukzessive ausgeführt. Jedoch erfordert die Authentifizierungsverarbeitung eine beträchtliche Zeit. Nur manche GPS-Satelliten 2 können demnach authentifiziert werden, bevor alle der GPS-Satelliten 2, die zur Ortung verwendet werden, komplett authentifiziert sind. Sogar wenn eine legitime Navigationsnachricht M übertragen wurde, verbleibt ein GPS-Satellit 2 nicht erfolgreich authentifiziert, bis er als ein Ergebnis der Authentifizierungsverarbeitung erfolgreich authentifiziert ist. Die Authentifizierungsverarbeitung wird später im Detail gemäß 5 erläutert.
Die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 misst ihre gegenwärtige Position unter Verwendung von GPS-Funkwellen, die von mehreren GPS-Satelliten 2 empfangen werden. Die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 misst ihre gegenwärtige Position unter Verwendung der GPS-Funkwellen, die von mindestens vier GPS-Satelliten 2 empfangen werden. Die Anzahl von GPS-Satelliten 2, die zur Ortung erforderlich sind, wird nachfolgend als eine erforderliche Anzahl von Ortungssatelliten bezeichnet. Die erforderliche Anzahl von Ortungssatelliten in der vorliegenden Ausführungsform wird mit vier angenommen, wobei sie jedoch drei sein kann, ohne auf vier beschränkt sein zu müssen.
Die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 berechnet einen Authentifizierungspegel, nämlich das Verhältnis der Anzahl authentifizierter GPS-Satelliten 2, die zur Ortung verwendet werden, zur Gesamtanzahl von GPS-Satelliten 2, die zur Ortung verwendet werden. Die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 hängt dann den berechneten Authentifizierungspegel an Positionsdaten an, die die gemessene gegenwärtige Position angeben (die Positionsdaten können als die Positionsinformationen bezeichnet werden), und überträgt drahtlos die resultierende Kombination an eine externe Quelle. Die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 wird später im Detail gemäß 3 beschrieben.
Das Servicezentrum 300 befindet sich extern separiert von dem Fahrzeug und es wird durch einen Serviceanbieter verwaltet, der einen Service unter Verwendung der Positionsdaten bereitstellt, die von der fahrzeuggebundenen Vorrichtung 200 übertragen werden. Wenn für das Fahrzeug, in dem die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 angebracht ist, bestimmt wird, dass es in einem zahlungspflichtigen Parkplatz geparkt wurde oder auf einer Mautstraße gefahren ist, verwendet das Servicezentrum 300 die Positionsdaten, um einem Benutzer des Fahrzeugs automatisch eine Rechnung zu stellen.
Basierend auf dem Authentifizierungspegel, der den Positionsdaten anhängt, die von der fahrzeuggebundenen Vorrichtung 200 übertragen werden, bestimmt das Servicezentrum 300, ob die Positionsdaten während einer relevanten Verarbeitung zu verwenden sind. Ist der Authentifizierungspegel nicht kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert, verwendet das Servicezentrum 300 die Positionsdaten zum Bereitstellen eines Dienstes. Im Gegensatz dazu, wenn der Authentifizierungspegel niedriger als der vorbestimmte Grenzwert ist, verwendet das Servicezentrum 300 weder die Positionsdaten noch stellt es den Dienst bereit.
Als ein Beispiel wird nachfolgend eine Rechnungsstellungsverarbeitung beschrieben, die ausgeführt wird, um den Benutzer des Fahrzeugs für Parken auf einem bezahlungspflichtigen Parkplatz oder Fahren auf einer Mautstraße eine Rechnung zu stellen. Wenn der an die Positionsdaten angehängte Authentifizierungspegel niedriger als der vorbestimmte Grenzwert ist, so dass die Positionsdaten nicht als ein Rechnungsstellungsziel bestimmt werden, sind die Positionsdaten kein Ziel automatischer Rechnungsstellung, sogar wenn sie einer Region entsprechen, die ein Ziel für Rechnungsstellung ist. Im Gegensatz dazu, wenn der Authentifizierungspegel, der an den Positionsdaten anhängt, nicht niedriger als der vorbestimmte Grenzwert ist, so dass die Positionsdaten als ein Rechnungsstellungsziel bestimmt werden, sind die Positionsdaten Ziel zur Rechnungsstellung und werden automatischer Rechnungsstellung unterworfen, wenn sie einer Region, die Ziel zur Rechnungsstellung ist, entsprechen. Automatische Rechnungsstellung ist eine Verarbeitung, die ausgeführt wird, um eine Parkgebühr oder eine Mautgebühr von einem vorregistrierten Konto oder einer Kreditkarte eines Rechnungszahlers abzuziehen.
<Detaillierte Konfiguration des Authentifizierungszentrums 120>
Wie in 2 beinhaltet das Authentifizierungszentrum 120 eine Steuerschaltung 122, eine Datenspeichereinheit 124 und eine Kommunikationseinheit 126.
Die Steuerschaltung 122 ist ein Computer, der eine CPU, ein ROM und ein RAM beinhaltet und die Datenspeichereinheit 124 und die Kommunikationseinheit 126 steuert. Die Steuerschaltung 122 implementiert unterschiedliche Funktionen, indem sie der CPU erlaubt, eine temporäre Speicherfunktion des RAMs zu verwenden und in dem ROM gespeicherte Programme auszuführen. Insbesondere beinhaltet die Steuerschaltung 122 unterschiedliche Funktionsblöcke, nämlich einen RAND-Nachrichtenerzeugungsabschnitt 1221, einen SEED-Wert-Erzeugungsabschnitt 1222, einen H-Matrix-Erzeugungsabschnitt 1223, einen Paritätserzeugungsabschnitt 1224 und einen Signalverarbeitungsabschnitt 1225. Die Funktionen der Abschnitte 1221-1225 können gleich denen sein, die in JP 2013 - 130 395 A offenbart.
Der RAND-Nachrichtenerzeugungsabschnitt 1221 erzeugt eine RAND-Nachricht aus einer Navigationsnachricht M, die von der Monitorstation 110 erlangt wird. TOW (Time Of Week, Zeit der Woche), TOC, AF0 und AF1, die von einem Bitstrang der Navigationsnachricht M extrahiert werden, sind sequentiell in der RAND-Nachricht angeordnet. TOW gibt die abgelaufene Zeit innerhalb einer Woche an. TOC, AF0 und AF1 sind Taktkorrekturparameter.
Die RAND-Nachricht beinhaltet zusätzlich ein AS-Flag und eine PRN (Pseudo Random Noise)-ID, die auf AF1 folgen. Das AS-Flag ist ein Anti-Spoof Flag. Die PRN-ID ist eine Satellitennummer. In der nachfolgenden Beschreibung wird angenommen, dass die PRN-IDs der GPS-Satelliten 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f 12, 13, 14, 15, 16 bzw. 17 sind.
Da die RAND-Nachricht ein TOW und eine PRN-ID beinhaltet, ist die RAND-Nachricht ein Datensatz, der angibt, von welchem GPS-Satelliten 2 übertragen wird, und die Zeit der Übertragung angibt. Die TOW ändert sich mit Intervallen von 6 Sekunden. Der RAND-Nachricht-Erzeugungsabschnitt 1221 erzeugt demnach die RAND-Nachricht mit 6-Sekunden-Intervallen für jeden GPS-Satelliten 2, dessen Navigationsnachricht M durch die Monitorstation 110 empfangen wird.
Der SEED-Wert-Erzeugungsabschnitt 1222 erzeugt einen SEED-Wert durch Erzeugen einer beliebigen Zahl bzw. Nummer in Antwort auf die Eingabe eines PC-Takts.
Der H-Matrix-Erzeugungsabschnitt 1223 erzeugt eine H-Matrix unter Verwendung des SEED-Werts, der durch den SEED-Wert-Erzeugungsabschnitt 1222 erzeugt wird. Die H-Matrix wird verwendet, um ein Paritätsbit zu erzeugen, das eindeutig aus Eingangsdaten bestimmt wird. Die H-Matrix ist eine Matrix, deren Anzahl von Spalten und Reihen auf der Anzahl von Bits von Eingangsdaten und der Anzahl von Paritätsbits basiert. Eine allgemein bekannte Hash-Funktion kann als die H-Matrix verwendet werden. Beispielsweise kann eine Paritätsüberprüfungsmatrix für LDPC (Low Density Parity Check) -Kodierung verwendet werden.
Der Paritätserzeugungsabschnitt 1224 berechnet Paritätsdaten aus der RAND-Nachricht, die durch den RAND-Nachricht-Erzeugungsabschnitt 1221 erzeugt wird, und der H-Matrix, die durch den H-Matrix-Erzeugungsabschnitt 1223 berechnet wird. Die Paritätsdaten werden durch Multiplizieren der RAND-Nachricht mit der H-Matrix berechnet.
Der Signalverarbeitungsabschnitt 1225 verknüpft die Paritätsdaten, die durch den Paritätserzeugungsabschnitt 1224 berechnet werden, mit der RAND-Nachricht, die verwendet wird, um die Paritätsdaten zu berechnen und fügt die resultierende Verknüpfung in die Navigationsnachricht N ein, die von dem QZS 3 zu übertragen ist. Der Signalverarbeitungsabschnitt 1225 überträgt dann die resultierende Navigationsnachricht N an die Hauptsteuerstation 130.
In der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass die Navigationsnachricht N, die von dem QSZ 3 übertragen wird, die Paritätsdaten und die RAND-Nachricht beinhaltet, die mit jedem GPS-Satelliten 2 verknüpft sind. Nämlich fügt der Signalverarbeitungsabschnitt 1225 die Paritätsdaten und die RAND-Nachricht, die mit jedem GPS-Satelliten 2 verknüpft sind, in die Navigationsnachricht N ein.
Zur Zeit der Signaleinfügung verknüpft der Signalverarbeitungsabschnitt 1225 die Paritätsdaten, die durch den Paritätserzeugungsabschnitt 1224 berechnet werden, mit der RAND-Nachricht, die verwendet wird, um die Paritätsdaten zu berechnen, der H-Matrix und dem SEED-Wert, der verwendet wird, um die H-Matrix zu berechnen und speichert die resultierende Verknüpfung in der Datenspeichereinheit 124.
Jedes Mal, wenn die RAND-Nachricht durch den RAND-Nachrichtenerzeugungsabschnitt 1221 erzeugt wird, fügt der Signalverarbeitungsabschnitt 1225 die RAND-Nachricht und Paritätsdaten in die Navigationsnachricht N ein, die von dem QZS 3 zu übertragen ist. Demnach führen der RAND-Nachrichten-Erzeugungsabschnitt 1221, der SEED-Wert-Erzeugungsabschnitt 1222, der H-Matrix-Erzeugungsabschnitt 1223 und der Paritätserzeugungsabschnitt 1224 ebenso eine Verarbeitung, jedes Mal aus, wenn die RAND-Nachricht durch den RAND-Nachrichten-Erzeugungsabschnitt 1221 erzeugt wird.
Wenn der H-Matrix-Auswahlabschnitt 1226 die PRN-ID und TOW, die von der fahrzeuggebundenen Vorrichtung 200 übertragen werden, empfängt, überprüft ein H-Matrix-Auswahlabschnitt 1226 H-Matrizen, die in der Datenspeichereinheit 124 gespeichert sind, und wählt eine H-Matrix aus, die mit der empfangenen PRN-ID und TOW verbunden ist. Der H-Matrix-Auswahlabschnitt 1226 gibt dann die ausgewählte H-Matrix an die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 zurück.
H-Matrix-Austausche zwischen dem Authentifizierungszentrum 120 und der fahrzeuggebundenen Vorrichtung 200 werden unter Verwendung sicherer verschlüsselter Kommunikationen getätigt. Beispielsweise kann ein Verschlüsselungssystem mit öffentlichem Schlüssel verwendet werden. Das Authentifizierungszentrum 120 kann eine verschlüsselte H-Matrix an die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 unter Verwendung eines öffentlichen Schlüssels übertragen, der von der fahrzeuggebundenen Vorrichtung 200 verteilt wird. Die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 entschlüsselt die verschlüsselte H-Matrix natürlich unter Verwendung eines geheimen Schlüssels, der mit dem öffentlichen Schlüssel verknüpft ist, der durch das Authentifizierungszentrum 120 verwendet wird.
<Detaillierte Konfiguration der fahrzeuggebundenen Vorrichtung 200>
Eine Konfiguration der fahrzeuggebundenen Vorrichtung 200 wird mit Bezug auf 3 beschrieben. Wie in 3 beinhaltet die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 eine Kommunikationseinheit 210, eine Steuerschaltung 220 und einen Satellitenempfänger 230.
Die Kommunikationseinheit 210 beinhaltet eine Empfangseinheit 211 und eine Übertragungseinheit 212. Die Kommunikationseinheit 210 hat eine Nahbereichskommunikationsfunktion und eine Fernbereichskommunikationsfunktion. Beispielsweise hat die Nahbereichskommunikationsfunktion einen Kommunikationsbereich mehrerer hundert Meter und die Fernbereichskommunikationsfunktion hat einen Kommunikationsbereich mehrerer Kilometer. Die Fernbereichskommunikationsfunktion ermöglicht der Kommunikationseinheit 210, eine Kommunikation mit einer Basisstation eines öffentlichen Kommunikationsnetzwerks zum Kommunizieren mit einem Fernkommunikationsinstrument innerhalb des Kommunikationsbereichs des öffentlichen Kommunikationsnetzwerks aufzubauen. Die Fernbereichskommunikationsfunktion ermöglicht der Kommunikationseinheit 210 mit dem Authentifizierungszentrum 120 und dem Servicezentrum 300 zu kommunizieren. Die Nahbereichskommunikationsfunktion kann verwendet werden, um die Kommunikationseinheit 210 mit dem Authentifizierungszentrum 120 und dem Servicezentrum 300 durch ein straßenseitiges Instrument (nicht dargestellt) kommunizieren zu lassen.
Der Satellitenempfänger 230 empfängt bei vorbestimmten Zeitintervallen Funkwellen, die von den GSP-Satelliten 2 und dem QZS 3 übertragen werden. Die empfangenen Funkwellen werden demoduliert und an die Steuerschaltung 220 ausgegeben. Der Satellitenempfänger 230 empfängt sukzessive die Navigationsnachrichten M, die von dem GPS-Satelliten 2 übertragen werden, und die Navigationsnachrichten N, die von dem QZS 3 übertragen werden, und gibt sie an die Steuerschaltung 220 aus.
Die Steuerschaltung 220 ist ein Computer, der eine CPU, ein ROM und ein RAM beinhaltet und die Kommunikationseinheit 210 und den Satellitenempfänger 230 steuert. Die Steuerschaltung 220 führt eine authentifizierungsbezogene Verarbeitung in 5, eine ortungsbezogene Verarbeitung in 6 und eine Positionsdatenübertragungsverarbeitung in 7 aus, indem sie der CPU erlaubt, eine temporäre Speicherfunktion des RAM zu verwenden und in dem ROM gespeicherte Programme auszuführen.
Ein Speicher 221 ist ein wiederbeschreibbares Speichermedium, das durch einen EEPROM oder RAM implementiert ist, die in der Steuerschaltung 220 beinhaltet sind. Der Speicher 221 speichert Positionsdaten, die eine gegenwärtige Position angeben, und Daten über GPS-Satelliten 2, deren Funkwellen empfangen werden (Informationen und empfangene Satellitendaten (oder empfangene Satelliteninformationen)).
Die gegenwärtige Position ist durch das allgemein bekannte geodätische Koordinatensystem oder ECEF-Koordinatensystem angegeben. Das geodätische Koordinatensystem drückt die gegenwärtige Position durch Latitude, Longitude und Altitude aus. Das ECEF-Koordinatensystem hat seinen Ursprung am Schwerpunkt der Erde, eine Z-Achse, die die Rotationsachse der Erde in der Nordpol-Richtung ist, eine X-Achse, die die Greenwich-Meridian-Richtung senkrecht zur Z-Achse ist, und eine rechtsgerichtete Y-Achse, die orthogonal zur X- und Z-Achse ist. Beispielsweise kann das WGS84-Koordinatensystem verwendet werden. Ein willkürlicher Punkt P in dem ECEF-Koordinatensystem ist durch (X, Y, Z) ausgedrückt. Die gegenwärtige Position, die hinsichtlich des ECEF-Koordinatensystems berechnet ist, wird nach Bedarf in das Pendant gemäß dem geodätischen Koordinatensystem vor Verwendung konvertiert.
Für jeden erlangten GPS-Satelliten werden Authentifizierungszustandsdaten (ebenso als die Authentifizierungszustandsinformationen bezeichnet) und Signalqualitätsdaten (ebenso als die Signalqualitätsinformationen bezeichnet) als die empfangenen Satellitendaten gespeichert (vergleiche 4). Die Authentifizierungszustandsdaten geben an, ob ein GPS-Satellit 2 authentifiziert ist. Die Signalqualitätsdaten geben die Qualität eines von dem GPS-Satelliten 2 empfangenen Signals an. Je höher die Signalqualität ist, umso niedriger ist die Wahrscheinlichkeit, ein fehlerhaftes Ortungsergebnis von einem von einer Quelle übertragenen Signal zu erlangen. Ein Signal-Rausch-Verhältnis, ein Elevationswinkel und ein Pseudodistanzrestwert Δd werden als Indizes verwendet, die die Qualität eines Signals angeben, das von einem GPS-Satelliten 2 empfangen wird. Nämlich werden diese Indexwerte als die Signalqualitätsdaten gespeichert.
Wie allgemein bekannt ist, ist das Signal-Rausch-Verhältnis ein logarithmischer Ausdruck des Verhältnisses eines Signals zu Rauschen. Je höher das Signal-Rausch-Verhältnis ist, umso höher ist die Signalqualität. Der Elevationswinkel ist ein Winkel, der zwischen einer geraden Linie, die einen GPS-Satelliten 2 mit der gegenwärtigen Position verbindet, und einer horizontalen Ebene ausgebildet ist, die Bezug auf die gegenwärtige Position nimmt. Es ist bekannt, dass je kleiner der Elevationswinkel ist, umso größer der Fehler in der Distanzmessung ist (das heißt, der später beschriebene Pseudodistanzrestwert Δd). Nämlich tendiert der Pseudodistanzrestwert Δd dazu, mit einer Zunahme des Elevationswinkels abzunehmen. Der Pseudodistanzrestwert Δd wird unterschiedlich durch Mehrweginterferenz beeinträchtigt. Sogar wenn der Elevationswinkel groß ist, tritt ein Distanzfehler wahrscheinlicher als in dem Fall auf, in dem ein GPS-Satellit 2 einen kleineren Elevationswinkel aufweist. Ferner kann die Position eines GPS-Satelliten 2 aus Daten bestimmt werden, die in der Navigationsnachricht N beinhaltet sind. Die gegenwärtige Position kann einen Wert verwenden, der in der später beschriebenen ortungsbezogenen Verarbeitung berechnet wird.
Der Pseudodistanzrestwert Δd repräsentiert die Magnitude einer Differenz zwischen (i) einer Strecke D von der gegenwärtigen Position zu einem relevanten GPS-Satelliten 2 und (ii) einer Pseudodistanz D. Die Pseudodistanz ist eine Distanz, die basierend auf (i) einer Zeitverzögerung zwischen der Übertragung einer GPS-Funkwelle und ihrem Empfang und (ii) einer Ausbreitungsgeschwindigkeit der Funkwelle berechnet wird. Kurz gesagt wird der Pseudodistanzrestwert Δd gleich |D - d| berechnet. Die Strecke D kann durch Betrachten der gegenwärtigen Position in dem ECEF-Koordinatensystem als P0 (X0, Y0, Z0), Betrachten der Position PG des GPS-Satelliten 2 als (XG, YG, ZG) und Berechnen der Distanz zwischen diesen Positionen bestimmt werden.
Die Authentifizierungszustandsdaten repräsentieren die Verlässlichkeit einer Übertragungsquelle (als Übertragungsquellenverlässlichkeit bezeichnet) ausgehend vom Blickpunkt, ob die Übertragungsquelle ein legitimer GPS-Satellit 2 ist. Die Übertragungsquellenverlässlichkeit trägt zur Verlässlichkeit (Legitimitätsverlässlichkeit) eines Positionsergebnisses vom Blickpunkt bei, ob die Positionsdaten, die schließlich durch das Ortungsergebnis angegeben werden, gefälscht sind. Die Signalqualitätsdaten repräsentieren die Verlässlichkeit (Positionsgenauigkeitsverlässlichkeit) vom Blickpunkt, ob die Genauigkeit eines Ortungsergebnisses basierend auf einem relevanten Signal verlässlich ist.
Der Speicher 221 speichert die vorstehenden Authentifizierungszustandsdaten und Signalqualitätsdaten in Verknüpfung mit der PRN-ID eines übertragenden Satelliten auf eine in 4 dargestellte Weise.
In 4 wird der GPS-Satellit 2a (PRN-ID = 12) authentifiziert, sein Signal-Rausch-Verhältnis ist 20 dB, sein Elevationswinkel ist 60 Grad und sein Pseudodistanzrestwert Δd ist 300 m. Die Signalqualitätsdaten bezüglich des GPS-Satelliten 2d (PRN-ID = 15), der authentifiziert ist, wie es der Fall beim GPS-Satelliten 2a ist, sind derart, dass das Signal-Rausch-Verhältnis 39 dB ist und der Elevationswinkel 55 Grad ist und ferner dass der Pseudodistanzrestwert Δd 8 m ist. Der Vergleich der Signalqualität zwischen dem GPS-Satelliten 2a und dem GPS-Satelliten 2d gibt an, dass der GPS-Satellit 2d weit besser als der GPS-Satellit 2a bezüglich des Signal-Rausch-Verhältnisses und des Pseudodistanzrestwerts Δd ist und dass der GPS-Satellit 2d vergleichsweise bezüglich Signalqualität dem GPS-Satelliten 2a überlegen ist.
Obwohl der GPS-Satellit 2b (PRN-ID = 13) nicht authentifiziert ist, ist sein Signal-Rausch-Verhältnis 40 dB, sein Elevationswinkel ist 60 Grad und sein Pseudodistanzrestwert Δd ist 5 m. Somit ist der GPS-Satellit 2b ebenso bezüglich Signalqualität dem GPS-Satelliten 2a überlegen. Jedoch, da der GPS-Satellit 2b nicht authentifiziert ist, ist er dem GPS-Satelliten 2a bezüglich Übertragungsquellenverlässlichkeit unterlegen.
Die Authentifizierungsdaten und Signalqualitätsdaten für jeden erlangten GPS-Satelliten 2 werden in dem Speicher 221 gespeichert und sukzessive in der später beschriebenen ortungsbezogenen Verarbeitung aktualisiert.
Die Verarbeitungen, die durch die Steuerschaltung 220 in der fahrzeuggebundenen Vorrichtung 200 ausgeführt werden, werden mit Bezug auf die Ablaufdiagramme von 5, 6 und 7 beschrieben. Die Verarbeitung in den Ablaufdiagrammen von 5, 6 und 7 werden unabhängig zueinander ausgeführt.
<Authentifizierungsbezogene Verarbeitung>
Die authentifizierungsbezogene Verarbeitung wird mit Bezug auf das Ablaufdiagramm von 5 beschrieben. Die authentifizierungsbezogene Verarbeitung wird durch die Steuerschaltung 220 in der fahrzeuggebundenen Vorrichtung 200 zum Authentifizieren, dass ein Signal, das durch den Satellitenempfänger 230 empfangen wird, eine legitime Navigationsnachricht ist, die von einem GPS-Satelliten 2 empfangen wird, ausgeführt. Die Verarbeitung in dem Ablaufdiagramm von 5 kann jedes Mal ausgeführt werden, wenn die Navigationsnachricht M, die von einem GPS-Satelliten 2 übertragen wird, von dem Satellitenempfänger 230 eingegeben wird.
Zusätzlich zu einem Signal, das von einem legitimen GPS-Satelliten 2 übertragen wird, kann die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 eine Funkwelle empfangen, die von einem Simulator übertragen wird, der pseudomäßig ein Signal erzeugt, das von einem GPS-Satelliten 2 übertragen wird. Wenn die fahrzeuggebundene Vorrichtung 2 Ortung unter Verwendung einer Funkwelle ausführt, die von einer Übertragungsquelle übertragen wird, die einen GPS-Satelliten 2 imitiert (das heißt nicht legitime Übertragungsquelle), kann sich die Position, die durch das Ergebnis einer derartigen Ortung angegeben wird, stark von der tatsächlichen Position unterscheiden. Wenn eine Funkwelle, die von einer nicht legitimen Übertragungsquelle übertragen wird, wie erwähnt verwendet wird, tritt ein Fehler beim Ausführen richtiger Rechnungsstellung auf, wenn das Servicezentrum 300 einen Service basierend auf Positionsdaten bereitstellt. Hinsichtlich der vorstehenden Umstände wird die authentifizierungsbezogene Verarbeitung ausgeführt, um zu bestimmen, ob eine Quelle, von der ein Signal übertragen wird, das durch die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 empfangen wird, ein legitimer GPS-Satellit 2 ist. Eine nicht-legitime Übertragungsquelle wird als in den GPS-Satelliten 2 beinhaltet angenommen.
Es ist zu beachten, dass ein Ablaufdiagramm oder die Verarbeitung des Ablaufdiagramms in der vorliegenden Anmeldung Abschnitte (ebenso als Schritte bezeichnet) beinhaltet, von denen jeder beispielsweise als S1 repräsentiert ist. Ferner kann jeder Abschnitt in mehrere Unterabschnitte unterteilt werden, während mehrere Abschnitte zu einem einzelnen Abschnitt kombiniert werden können. Ferner kann jeder der so konfigurierten Abschnitte ebenso als eine Vorrichtung, Modul oder Mittel bezeichnet werden. Jede oder irgendeine Kombination von Abschnitten, die vorstehend beschrieben ist, kann als (i) ein Softwareabschnitt in Kombination mit einer Hardwareeinheit (beispielsweise Computer) oder (ii) ein Hardwareabschnitt (beispielsweise integrierte Schaltung, festverdrahtete Logikschaltung) einschließlich oder nicht einschließlich einer Funktion einer zugehörigen Vorrichtung erreicht werden, wobei ferner der Hardwareabschnitt innerhalb eines Mikrocomputers konstruiert sein kann.
Bei S1 erlangt der Satellitenempfänger 230 die Navigationsnachricht N, die von dem QZS 3 empfangen wird. In S2 werden eine RAND-Nachricht und Paritätsdaten, die mit der RAND-Nachricht verknüpft sind, aus der Navigationsnachricht N extrahiert, die bei S1 erlangt wird, und diese zwei Datentypen werden in Verknüpfung miteinander gespeichert. Alle Bits der RAND-Nachricht müssen nicht gespeichert werden. Die Paritätsdaten müssen mit mindestens der PRN-ID und TOW verknüpft sein, die in der RAND-Nachricht beinhaltet sind.
Die Navigationsnachricht N beinhaltet die RAND-Nachricht von jedem GPS-Satelliten 2 und die Paritätsdaten, die mit der RAND-Nachricht verknüpft sind. Bei S2 werden demnach die Paritätsdaten jedes GPS-Satelliten 2 erlangt. Die Paritätsdaten, die von der Navigationsnachricht N abgeleitet werden, werden als die empfangenen Paritätsdaten bezeichnet, um sie von später beschriebenen komparativen Paritätsdaten zu unterscheiden.
Bei S3 erlangt der Satellitenempfänger 230 die Navigationsnachricht M, die von dem GPS-Satelliten 2 empfangen wird. Bei S4 wird eine Überprüfung ausgeführt, um zu bestimmen, ob die Übertragungsquelle, von der die Navigationsnachricht M bei S3 empfangen wurde, authentifiziert ist. Ob die Übertragungsquelle authentifiziert ist, kann durch Zugreifen auf dem Speicher 221 und Bezugnahme auf die Authentifizierungszustandsdaten bestimmt werden, die mit der PRN-ID der Navigationsnachricht M verknüpft sind. Ist die Übertragungsquelle nicht authentifiziert, wird die Anfrage bei S4 mit „NEIN“ beantwortet und die Verarbeitung fährt mit S5 fort. Im Gegensatz dazu, wenn die Übertragungsquelle der Navigationsnachricht M, die bei S3 empfangen wird, authentifiziert ist, wird die Anfrage bei S4 mit „JA“ beantwortet und die Verarbeitung fährt mit S13 fort.
Bei S5 werden die PRN-ID und TOW in der Navigationsnachricht N, die bei S3 empfangen wird, und der öffentliche Schlüssel zur Verwendung für vertrauliche Kommunikation von der Übertragungseinheit 212 an das Authentifizierungszentrum 120 übertragen. Wie erwähnt, verschlüsselt das Authentifizierungszentrum 120 die H-Matrix, die durch die PRN-ID und TOW definiert ist unter Verwendung des öffentlichen Schlüssels und überträgt die verschlüsselte H-Matrix an die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200.
Bei S6 wird die H-Matrix, die von dem Authentifizierungszentrum 120 übertragen wird, von der Empfangseinheit 211 erlangt. Bei S7 wird die bei S5 erlangte verschlüsselte H-Matrix unter Verwendung eines geheimen Schlüssels entschlüsselt. S5, S6 und S7 werden ebenso als der Authentifizierungsdatenerlangungsabschnitt bezeichnet.
Bei S8 wird die RAND-Nachricht aus der Navigationsnachricht M kreiert, die bei S3 erlangt wird. Bei S9 werden die Paritätsdaten (als die komparativen Paritätsdaten bezeichnet) aus der bei S8 kreierten RAND-Nachricht und der bei S7 entschlüsselten H-Matrix durch die gleiche Verarbeitung wie die Verarbeitung, die durch den Paritätserzeugungsabschnitt 1224 ausgeführt wird, kreiert.
Bei S10 wird eine Überprüfung ausgeführt, um zu bestimmen, ob die bei S9 kreierten komparativen Paritätsdaten mit den empfangenen Paritätsdaten übereinstimmen, die bei S2 erlangt werden und mit der PRN-ID in der bei S3 empfangenen Navigationsnachricht verknüpft sind.
Die H-Matrix, die bei S6 entschlüsselt wird, ist die gleiche wie die H-Matrix, die durch das Authentifizierungszentrum 120 zum Erzeugen der Paritätsdaten verwendet wurde. Der Paritätserzeugungsabschnitt 1224 in dem Authentifizierungszentrum 120 berechnet die Paritätsdaten aus der H-Matrix und der RAND-Nachricht.
Wenn die komparativen Paritätsdaten, die bei S9 erzeugt werden, mit den empfangenen Paritätsdaten, die bei S2 gespeichert werden, übereinstimmen, ist die RAND-Nachricht, die bei S8 kreiert wird, identisch zur RAND-Nachricht, die durch das Authentifizierungszentrum 120 kreiert wird. Die Tatsache, dass die RAND-Nachrichten identisch zueinander sind, kennzeichnet, dass die Navigationsnachricht M, die als Basis für die RAND-Nachricht, die bei S8 erzeugt wird, dient, mit der Navigationsnachricht M übereinstimmt, die als eine Basis für die RAND-Nachricht dient, die durch den RAND-Nachrichtenerzeugungsabschnitt 1221 in dem Authentifizierungszentrum 120 erzeugt wird.
Wenn die komparativen Paritätsdaten, die bei S9 kreiert werden, mit den bei S2 gespeicherten empfangenen Paritätsdaten übereinstimmen, ist die Navigationsnachricht M, die bei S3 erlangt wird, eine legitime Navigationsnachricht M, die ebenso durch das Authentifizierungszentrum 120 erlangt wird.
Wenn die komparativen Paritätsdaten, die bei S9 kreiert werden, mit den bei S2 gespeicherten empfangenen Paritätsdaten übereinstimmen (S10: JA), wird bei S11 bestimmt, dass die Authentifizierung erfolgreich ist. Wird für die Authentifizierung bei S11 bestimmt, dass sie erfolgreich ist, werden die Authentifizierungszustandsdaten bezüglich des relevanten GPS-Satelliten, die in dem Speicher 221 gespeichert sind, als authentifiziert festgelegt und die Verarbeitung fährt mit S13 fort. S10 und S11 werden ebenso als der Übertragungswellenauthentifizierungsabschnitt bezeichnet.
Wenn die komparativen Paritätsdaten und die empfangenen Paritätsdaten nicht übereinstimmen (S10: NEIN), wird bei S12 bestimmt, dass die Authentifizierung nicht erfolgreich ist. Wird die Authentifizierung als nicht erfolgreich bestimmt, verbleiben die Authentifizierungszustandsdaten bezüglich des relevanten GPS-Satelliten 2 unauthentifiziert und die Verarbeitung fährt mit S13 fort.
Bei S13 wird eine Überprüfung ausgeführt, um zu bestimmen, ob alle der erlangten GPS-Satelliten 2 authentifiziert sind. Sind alle der erlangten GPS-Satelliten 2 authentifiziert (S13: JA), schließt die Verarbeitung in 5 ab. Im Gegensatz dazu, wenn irgendeiner der erlangten GPS-Satelliten nicht authentifiziert ist (S13: NEIN), fährt kehrt die Verarbeitung zu S2 zurück, um die Verarbeitung zu wiederholen.
Die vorstehende authentifizierungsbezogene Verarbeitung kann bestimmen, ob eine Übertragungsquelle, von der ein Signal durch den Satellitenempfänger 230 empfangen wird, ein legitimer GPS-Satellit 2 ist. Die Sequenz der authentifizierungsbezogenen Verarbeitung in 5 ist lediglich ein Beispiel und kann angemessen geändert werden.
<Ortungsbezogene Verarbeitung>
Nachfolgend wird eine Sequenz einer Verarbeitung durch die Steuerschaltung 220 in der fahrzeuggebundenen Vorrichtung 200 zum Ausführen von Ortung basierend auf der Navigationsnachricht M, die durch den Satellitenempfänger 230 (nachfolgend als die ortungsbezogene Verarbeitung bezeichnet) empfangen wird, mit Bezug auf das Ablaufdiagramm von 6 erläutert. Die Verarbeitung in dem Ablaufdiagramm von 6 kann sukzessive (beispielsweise mit Intervallen von 100 Mikrosekunden) ausgeführt werden, wenn der Satellitenempfänger 230 Signale von den GPS-Satelliten 2 empfängt, deren Anzahl nicht kleiner als die erforderliche Anzahl von Ortungssatelliten (vier in dem vorliegenden Beispiel) ist.
Bei S21 wird eine Auswahlverarbeitung für Authentifizierungspriorisierung-Ortungssatelliten ausgeführt und dann fährt die Verarbeitung mit S22 fort. In der Auswahlverarbeitung für Authentifizierungspriorisierung-Ortungssatelliten, die bei S21 ausgeführt wird, werden authentifizierte GPS-Satelliten bevorzugt als Übertragungsquellen von Signalen, die zur Ortung verwendet werden, ausgewählt. Die GPS-Satelliten 2 werden als die Authentifizierungspriorisierung-Ortungssatelliten bezeichnet.
Authentifizierte GPS-Satelliten 2 werden basierend auf den Authentifizierungszustandsdaten für jeden GPS-Satelliten 2 ausgewählt, die in dem Speicher 221 gespeichert sind. Gibt es vier oder mehr authentifizierte GPS-Satelliten 2, werden sie ausgewählt, bevor mit S22 fortgefahren wird. In dem Beispiel von 4 werden der GPS-Satellit 2a (PRN-ID = 12), der GPS-Satellit 2b (PRN-ID = 15), der GPS-Satellit 2e (PRN-ID = 16) und der GPS-Satellit 2f (PRN-ID = 17) ausgewählt.
Irgendein authentifizierter GPS-Satellit 2, dessen Signalqualität als niedriger als ein vorbestimmter Pegel bestimmt wird, kann aus den Authentifizierungspriorisierung-Ortungssatelliten ausgeschlossen werden, solange die resultierende Gesamtzahl authentifizierter GPS-Satelliten 2 vier oder mehr ist. Ein Grenzwert, der verwendet wird, um zu bestimmen, ob GPS-Satelliten, die niedrige Signalqualität aufweisen, von den Authentifizierungspriorisierung-Ortungssatelliten auszuschließen sind, kann angemessen für jeden Index entworfen werden, der Signalqualität angibt. Ist der Pseudodistanzrestwert Δd nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert (beispielsweise 200 m), kann der Signalpegel als niedriger als der vorbestimmte Pegel bestimmt werden.
Wenn die Anzahl authentifizierter GPS-Satelliten 2 kleiner als vier ist, werden alle der authentifizierten GPS-Satelliten 2 ausgewählt. Ferner werden nicht-authentifizierte GPS-Satelliten 2 nach Bedarf ausgewählt, um ein Defizit der erforderlichen Anzahl von Ortungssatelliten zu kompensieren. Wenn nur drei GPS-Satelliten 2 authentifiziert sind, wird einer von nicht-authentifizierten GPS-Satelliten 2 ausgewählt. Ein nicht-authentifizierter GPS-Satellit 2 mit relativ hoher Signalqualität sollte von den nicht-authentifizierten GPS-Satelliten 2 zum Kompensieren des Defizits der erforderlichen Anzahl von Ortungssatelliten ausgewählt werden.
Bei S22 werden Signale, die von den GPS-Satelliten 2 übertragen werden, die bei S21 ausgewählt werden, verwendet, um die gegenwärtige Position durch ein allgemein bekanntes Verfahren zu errechnen. Ortungsberechnung basierend auf den Signalen, die von den Authentifizierungspriorisierung-Ortungssatelliten übertragen werden, wird als Authentifizierungspriorisierung-Ortungsberechnung bezeichnet. Das Ergebnis der Berechnung bei S22 wird als das Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis bezeichnet, um es von einem später beschriebenen Ergebnis einer Berechnung bei S24 zu unterscheiden. Eine Zeitmarke, die eine Ortungszeit angibt, wird dem berechneten Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis angehängt und die resultierende Kombination wird in dem Speicher 221 gespeichert. S22 wird ebenso als der Authentifizierungspriorisierung-Ortungsabschnitt bezeichnet.
Bei S23 wird eine Auswahlverarbeitung für Signalqualitätspriorisierung-Ortungssatelliten ausgeführt und dann fährt die Verarbeitung mit S24 fort. Bei der Auswahlverarbeitung für Signalqualitätspriorisierung-Ortungssatelliten, die bei S23 ausgeführt wird, werden GPS-Satelliten 2 mit hoher Signalqualität bevorzugt als die GPS-Satelliten zur Ortung durch Bezugnahme auf die Signalqualitätsdaten für jeden GPS-Satelliten 2, die in dem Speicher 221 gespeichert sind, ungeachtet dessen, ob die GPS-Satelliten 2 authentifiziert sind, ausgewählt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Signalqualitätsvergleich durch Überprüfen des Pseudodistanzrestwerts Δd getätigt. Werte, die den Pseudodistanzrestwert Δd angeben, können in aufsteigender Reihenfolge zum Auswählen von GPS-Satelliten 2 mit relativ kleinen Werten sortiert werden. Haben sie den gleichen Pseudodistanzrestwert Δd, werden manche GPS-Satelliten 2 miteinander hinsichtlich des Signal-Rausch-Verhältnisses verglichen, um zu bestimmen, dass ein GPS-Satellit 2 mit einem relativ hohen Signal-Rausch-Verhältnis eine relativ hohe Signalqualität aufweist. Sind mehrere GPS-Satelliten 2 sowohl hinsichtlich des Pseudodistanzrestwerts Δd als auch des Signal-Rausch-Verhältnisses gleich, wird ein GPS-Satellit 2 mit einem relativ großen Elevationswinkel als eine relativ hohe Signalqualität aufweisend bestimmt.
Bei 4 werden der GPS-Satellit 2b (PRN-ID = 13), der GPS-Satellit 2c (PRN-ID = 14), der GPS-Satellit 2d (PRN-ID = 15) und der GPS-Satellit 2e (PRN-ID = 16) ausgewählt. Der GPS-Satellit 2a (PRN-ID = 12) und der GPS-Satellit 2f (PRN-ID = 17) werden nicht ausgewählt, da ihre Signalqualität als niedriger als der vorbestimmte Pegel bestimmt wird.
Die höchste Priorität wird an den Pseudodistanzrestwert Δd vergeben. Jedoch kann die höchste Priorität an das Signal-Rausch-Verhältnis vergeben werden. Eine zweite Alternative ist es, den Pseudodistanzrestwert Δd, das Signal-Rausch-Verhältnis, den Elevationswinkel und andere Indizes, die Signalqualität angeben, unterschiedlich zu gewichten, um beispielsweise eine Funktion zum Evaluieren der Gesamt-Signalqualität aus einzelnen Parametern zu verwenden. Insbesondere ist die zweite Alternative, den Pseudodistanzrestwert Δd, das Signal-Rausch-Verhältnis und den Elevationswinkel als Variablen zu behandeln, eine Funktion zum Erzeugen eines Ausgangswerts zu entwerfen, der mit einer Abnahme des Pseudodistanzrestwerts Δd, mit einer Zunahme des Signal-Rausch-Verhältnisses und des Elevationswinkels zunimmt, und bevorzugt einen GPS-Satelliten 2 mit einem relativ großen Ausgabewert der Funktion auszuwählen.
Bei S24 wird die gegenwärtige Position bestimmt, indem allgemein bekannte Ortungsberechnung für die Signale ausgeführt wird, die von den GPS-Satelliten 2 übertragen werden, die bei S23 ausgewählt werden. Ortungsberechnung, die bei S24 für die von den Signalqualität-Priorisierungssatelliten übertragenen Signale ausgeführt wird, wird als Signalqualitätspriorisierung-Ortungsberechnung bezeichnet. Ein Ortungsergebnis, das aus der Signalqualitätspriorisierung-Ortungsberechnung erlangt wird, wird als das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis bezeichnet, um es von dem Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis zu unterscheiden. Eine Zeitmarke wird dem berechneten Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis angehängt und die resultierende Kombination wird in dem Speicher 221 als distinguiert zum Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis gespeichert. S24 wird als der Signalqualitätspriorisierung-Ortungsabschnitt bezeichnet.
Bei S25 wird das Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis, das bei S22 berechnet wird, gegenüber dem bei S25 berechneten Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis verglichen. Erfüllt das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis eine vorbestimmte Zulässigkeitsbedingung, wenn es mit dem Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis verglichen wird, wird das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis als die gegenwärtige Position adaptiert. S25 wird als der Ortungsergebnisauswahlabschnitt bezeichnet.
Die Zulässigkeitsbedingung erlaubt dem Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis als die gegenwärtige Position adaptiert zu werden, und wird verwendet, um zu schätzen, ob die Übertragungsquellen von Signalen, die in einer Signalqualitätspriorisierung-Ortungsberechnung verwendet werden, legitime GPS-Satelliten 2 sind. Nämlich stellt die Zulässigkeitsbedingung einen vorbestimmten Pegel der Legitimitätsverlässlichkeit des Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnisses sicher, das unter Verwendung der GPS-Satelliten 2 erlangt wird. Der Hintergrund zum Festlegen der Zulässigkeitsbedingung wird nachfolgend beschrieben.
Die Übertragungsquellen, die in der Auswahlverarbeitung für Signalqualitätspriorisierung-Ortungssatelliten ausgewählt werden, beinhalten eine nicht-authentifizierte Übertragungsquelle. Die nicht-authentifizierte Übertragungsquelle kann entweder ein legitimer GPS-Satellit 2 oder eine nicht-legitime Übertragungsquelle sein.
Im Allgemeinen wird ein Ortungsergebnis, das ein Signal verwendet, das von einer nicht-legitimen Übertragungsquelle übertragen wird, um die gegenwärtige Position zu verschleiern, als eine Position repräsentierend angenommen, die sich signifikant von der tatsächlichen gegenwärtigen Position unterscheidet. Im Gegensatz dazu, obwohl ein Ortungsergebnis unter Verwendung eines Signals, das von einem legitimen GPS-Satelliten 2 übertragen wird, einen Fehler aufgrund Mehrweginterferenz oder ionosphärischer Störung beinhaltet, repräsentiert ein derartiges Positionsergebnis eine Position relativ nahe an einer tatsächlichen Position.
Ein nicht-authentifizierter legitimer GPS-Satellit 2 hat möglicherweise höhere Ortungsgenauigkeitsverlässlichkeit als authentifizierte GPS-Satelliten 2. Einmal authentifiziert, wird der nicht-authentifizierte legitime GPS-Satellit 2 mit hoher Ortungsgenauigkeitsverlässlichkeit in der Auswahlverarbeitung für Authentifizierungspriorisierung-Ortungssatelliten ausgewählt. Bevor er komplett authentifiziert ist, bleibt ein derartiger nicht-authentifizierter legitimer GPS-Satellit 2 mit hoher Ortungsgenauigkeitsverlässlichkeit in der Auswahlverarbeitung für Authentifizierungspriorisierung-Ortungssatelliten natürlich unausgewählt.
Es wird angenommen, dass die nicht-authentifizierten Übertragungsquellen mehrere legitime GPS-Satelliten 2 mit höherer Ortungsgenauigkeitsverlässlichkeit als authentifizierte GPS-Satelliten 2 aufweisen, während die Übertragungsquellen, die in der Auswahlverarbeitung für Signalqualitätspriorisierung-Ortungssatelliten ausgewählt werden, nicht irgendeine nicht-legitime Übertragungsquelle beinhalten. In so einem Fall ist es für das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis wahrscheinlicher, einen Punkt nahe an einer tatsächlichen Position anzugeben, als das Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis. Ferner wird für den Punkt, der durch das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis in dem vorstehenden Fall angegeben wird, angenommen, dass er relativ nahe an einem Punkt ist, der durch das Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird.
Die Zulässigkeitsbedingung ist hinsichtlich der vorstehenden Situation definiert. Wenn der Punkt, der durch das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben ist, nahe einem Punkt ist, der durch das Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird, wird paradoxerweise geschätzt, dass die Übertragungsquellen, die in der Auswahlverarbeitung für Signalqualitätspriorisierung-Ortungssatelliten ausgewählt werden, alle legitime GPS-Satelliten 2 sind. Dies stellt einen bestimmten Pegel einer Legitimitätsverlässlichkeit des Ortungsergebnisses sicher (das heißt, des Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnisses).
Wenn der Punkt, der durch das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird, innerhalb einer vorbestimmten Distanz von beispielsweise 100 m von dem Punkt ist, der durch das Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird, kann die Zulässigkeitsbedingung als erfüllt betrachtet werden. Zusätzlich zu der Distanz zu einem Punkt, der durch jedes Ortungsergebnis angegeben wird, kann die Zulässigkeitsbedingung eine Bedingung beinhalten, dass GPS-Satelliten 2, die in der Auswahlverarbeitung für Signalqualitätspriorisierung-Ortungssatelliten von S23 ausgewählt werden, gleich bezüglich Satellitenzeit sein müssen (beispielsweise TOW).
Bei S26, das Ortungsergebnis, das bei S25 adaptiert wird, wird entweder das Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis oder das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis in dem Speicher 221 als die gegenwärtige Position gespeichert und dann fährt die Verarbeitung mit S27 fort. Daten bezüglich der Zeit, bei der die gegenwärtige Position gemessen wurde (das heißt, eine Zeitmarke) werden der berechneten gegenwärtigen Position angehängt und die resultierende Kombination wird in dem Speicher 221 gespeichert.
Bei S27 werden die Signalqualitätsdaten für jeden erlangten GPS-Satelliten 2 aktualisiert, um die in dem Ablaufdiagramm von 6 angegebene ortungsbezogene Verarbeitung abzuschließen. Insbesondere wird die bei S26 gespeicherte gegenwärtige Position verwendet, um den Pseudodistanzrestwert Δd und den Elevationswinkel jedes GPS-Satelliten zu berechnen und zu aktualisieren. Das Signal-Rausch-Verhältnis kann jedes Mal aktualisiert werden, wenn ein Signal von einer Übertragungsquelle empfangen wird. S27 wird ebenso als der Signalqualität-Evaluierungsabschnitt bezeichnet.
Die Sequenz der ortungsbezogenen Verarbeitung in 6 ist lediglich ein Beispiel und kann angemessen geändert werden.
<Positionsdatenübertragungsverarbeitung>
Nachfolgend wird eine Verarbeitungssequenz der Steuerschaltung 220 in der fahrzeuggebundenen Vorrichtung 200 zum Ausführen einer Verarbeitung bezüglich Positionsdatenübertragung an das Servicezentrum 300 (nachfolgend als die Positionsdatenübertragungsverarbeitung bezeichnet) mit Bezug auf das Ablaufdiagramm von 7 beschrieben. Die Positionsdatenübertragungsverarbeitung wird ausgeführt, um nicht nur die Positionsdaten bezüglich der gegenwärtigen Position, die in der früher beschriebenen ortungsbezogenen Verarbeitung berechnet wird, zu übertragen, sondern ebenso den Authentifizierungspegel, der die Anzahl authentifizierter GPS-Satelliten 2, die zur Ortung verwendet werden, und das Verhältnis der Anzahl derartig authentifizierter GPS-Satelliten 2 zur Gesamtzahl von GPS-Satelliten 2, die zur Ortung verwendet werden, angibt. Die Verarbeitung in dem Ablaufdiagramm von 7 kann initiiert werden, wenn ein Positionsdatenanforderungssignal von dem Servicezentrum 300 empfangen wird, oder bei vorbestimmten Zeitintervallen.
Bei S31 wird die gegenwärtige Position der fahrzeuggebundenen Vorrichtung 200 selbst, die bei S26 des Ablaufdiagramms 6 ausgewählt wird, aus dem Speicher 221 gelesen und dann fährt die Verarbeitung mit S32 fort.
Bei S32 wird der Authentifizierungspegel berechnet. Der Authentifizierungspegel gibt das Verhältnis der Anzahl authentifizierter GPS-Satelliten 2, die für die Messung der gegenwärtigen Position verwendet werden, die bei S31 erlangt wird, zur Gesamtzahl von GPS-Satelliten 2 an, die für die gleiche Messung verwendet werden. Werden vier GPS-Satelliten 2 zur Ortung verwendet, und ist einer von ihnen authentifiziert, ist der Authentifizierungspegel 25%. S32 wird ebenso als der Authentifizierungspegelberechnungsabschnitt bezeichnet. Der Authentifizierungspegel kann die Anzahl authentifizierter GPS-Satelliten 2 sein, die für die Messung der gegenwärtigen Position verwendet werden. Je höher der Authentifizierungspegel ist, umso geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Ortungsergebnis eine verfälschte Position repräsentiert, und umso höher ist die Legitimitätsverlässlichkeit.
Bei S33 werden Übertragungsdaten erzeugt. Die Übertragungsdaten beinhalten Positionsdaten, die die gelesene gegenwärtige Position angeben, eine Zeitmarke und den bei S32 berechneten Authentifizierungspegel. Das Format der Übertragungsdaten kann angemessen entworfen werden. Die Übertragungsdaten können zusätzlich die Fahrtrichtung und Geschwindigkeit eines Fahrzeugs beinhalten, indem die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 angebracht ist. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann auf einem Wert, der durch einen Radgeschwindigkeitssensor erfasst wird, basieren oder kann durch Berechnen der durch das Fahrzeug zurückgelegten Distanz pro Zeiteinheit aus Positionsdaten mehrerer chronologisch angeordneter Punkte bestimmt werden. Die Fahrtrichtung des Fahrzeugs kann aus dem Ergebnis einer Erfassung durch ein Gyroskop oder basierend auf der Erstreckungsrichtung einer approximativen Linie, die durch das Least-Square-Verfahren aus den Positionsdaten auf mehreren chronologisch angeordneten Punkten bestimmt wird, bestimmt werden.
Bei S34 werden die Übertragungsdaten, die bei S33 erzeugt werden, durch die Übertragungseinheit 212 übertragen und dann schließt die Verarbeitung in dem Ablaufdiagramm ab. Die Sequenz der positions- bzw. ortungsbezogenen Verarbeitung in 7 ist lediglich ein Beispiel und angemessen geändert werden.
(Überblick über die Ausführungsform)
Wenn ein Punkt, der durch das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird, innerhalb einer vorbestimmten Distanz von einem Punkt ist, der durch das Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird, adaptiert die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Punktdaten, die durch das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis repräsentiert werden, als die gegenwärtige Position (S25). Die Zulässigkeitsbedingung wird verwendet, um zu bestimmen, ob das Übertragungssignal eines Signals, das für Signalqualitätspriorisierung-Ortung verwendet wird, als ein künstlicher Satellit geschätzt werden kann.
Wird die Zulässigkeitsbedingung erfüllt, kann das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis als ein Ortungsergebnis basierend auf einem Signal betrachtet werden, das von einer Übertragungsquelle übertragen wird, die als ein künstlicher Satellit geschätzt wird.
Wenn ein adaptiertes Signal von einer Übertragungsquelle empfangen wird, die noch nicht als ein künstlicher Satellit authentifiziert ist, der in einem Satelliten-Ortungssystem verwendet wird, reduziert die vorstehende Konfiguration die Wahrscheinlichkeit, dass ein Ortungsergebnis verfälschte Positionsdaten repräsentiert.
Der Signalqualitätspriorisierung-Ortungsabschnitt stellt ein Ortungsergebnis basierend auf einem Signal bereit, das von einer Übertragungsquelle übertragen wird, die relativ hohe Signalqualität verglichen mit anderen Übertragungsquellen von Signalen aufweist, die durch den Satellitenempfänger empfangen werden. Das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis, das die Zulässigkeitsbedingung erfüllt, repräsentiert demnach die gegenwärtige Position des Ortungsendgeräts genauer als das Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis.
Das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis, das die Zulässigkeitsbedingung erfüllt, erreicht höhere Genauigkeit, während die Legitimitätsverlässlichkeit von Ortungsergebnissen sichergestellt wird.
Das Servicezentrum 300, das eine Verarbeitung ausführt, die die Positionsdaten verwendet, die von der fahrzeuggebundenen Vorrichtung 200 übertragen werden, kann basierend auf dem Authentifizierungspegel, der an die Positionsdaten angehängt ist, bestimmen, ob die Verarbeitung auszuführen ist, die die Positionsdaten verwendet. Beispielsweise wird eine Rechnungsstellungsverarbeitung, in der die erforderliche Verlässlichkeit der Positionsdaten hoch ist, nur ausgeführt, wenn der Authentifizierungspegel hoch ist. Indessen kann ein Spiel, eine Routenführung und andere Verarbeitungen, in denen die erforderliche Verlässlichkeit der Positionsdaten niedrig ist, sogar ausgeführt werden, wenn der Authentifizierungspegel niedrig ist.
In einer Anwendung und einem System, die die Ortungsergebnisse basierend auf Signalen verwenden, die von GPS-Satelliten 2 in einem Satelliten-Ortungssystem übertragen werden, können die Ortungsergebnisse flexibel abhängig von Ortungsergebnisverlässlichkeit, die für die Anwendung und das System erforderlich sind, eingesetzt werden.
Während die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurde, ist es ersichtlich, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt ist. Die nachfolgend modifizierten Ausführungsformen, die als die Modifikationen bezeichnet werden, sind ebenso im technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung beinhaltet. Ferner können zusätzlich zu den nachfolgenden Modifikationen unterschiedliche weitere Modifikationen gemacht werden, ohne den Geist der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.
<Erste Modifikation>
Die vorstehende Ausführungsform wurde unter der Annahme beschrieben, dass der Authentifizierungspegel das Verhältnis der Anzahl authentifizierter GPS-Satelliten, die zur Ortung verwendet werden, zur gesamten Anzahl von GPS-Satelliten 2 ist, die zur Ortung verwendet werden. Jedoch ist der Authentifizierungspegel nicht auf den vorstehenden beschränkt. Der Authentifizierungspegel kann wie nachfolgend beschrieben bestimmt werden, wenn ein Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis als die gegenwärtige Position übertragen wird.
Bei S25 wird der Authentifizierungspegel eines Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnisses verglichen mit einem Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis bestimmt. Wie erwähnt, kann der Authentifizierungspegel des Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnisses das Verhältnis der Anzahl authentifizierter GPS-Satelliten 2, die für eine Authentifizierungspriorisierung-Ortungsberechnungsverarbeitung verwendet werden, zur Gesamtzahl der GPS-Satelliten 2 repräsentieren, die für die gleiche Verarbeitung verwendet werden. Ferner kann der Authentifizierungspegel des Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnisses durch Multiplizieren des Authentifizierungspegels des Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnisses mit einem vorbestimmten Authentifizierungspegelkoeffizienten α bestimmt werden. Der Authentifizierungspegelkoeffizient α kann ein Wert von 0 bis 1 sein. Somit kann der Authentifizierungspegelkoeffizient α 0,5 sein. Wenn der Authentifizierungspegel des Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnisses 100% ist, wird der Authentifizierungspegel des Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnisses durch Multiplizieren eines Werts von 100% mit α (0,5), nämlich 50%, erlangt.
Alternativ kann der Authentifizierungspegel des Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnisses der Mittelwert zwischen dem Verhältnis der Anzahl authentifizierter GPS-Satelliten 2, die für die Signalqualitätspriorisierung-Ortungsberechnung verwendet werden, zur Gesamtanzahl von GPS-Satelliten 2, die für die gleiche Verarbeitung verwendet werden, und dem Verhältnis der Anzahl authentifizierter GPS-Satelliten 2, die für die Authentifizierungspriorisierung-Ortungsberechnungsverarbeitung verwendet werden, zur Gesamtanzahl von GPS-Satelliten 2, die für die gleiche Verarbeitung verwendet werden, sein.
<Zweite Modifikation>
In der vorstehenden Ausführungsform wird die gegenwärtige Position, nämlich das Ortungsergebnis, das bei S25 ausgewählt wird, an das Servicezentrum 300 übertragen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehende Konfiguration beschränkt. Ob eine Priorität an den Authentifizierungspegel oder die Positionsgenauigkeit vergeben werden soll, kann gemäß dem Servicetyp variieren, der durch das Servicezentrum 300 bereitgestellt wird. Es ist bevorzugt, dass das Servicezentrum 300, das die Positionsdaten empfängt, mit einer Auswahlmöglichkeit zwischen der Verwendung des Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnisses unter Verwendung des Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnisses versehen wird. Demzufolge kann die fahrzeuggebundene Vorrichtung 200 sowohl das Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis als auch das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis zusammen mit dem Authentifizierungspegel übertragen.

Claims

Ortungsendgerät, aufweisend: einen Satellitenempfänger (230), der Signale von mehreren künstlichen Satelliten empfängt, die in einem Satelliten-Ortungssystem verwendet werden; einen Authentifizierungsdatenerlangungsabschnitt (S5, S6, S7), der von einem Authentifizierungszentrum (120) Authentifizierungsdaten empfängt, die notwendig sind, um zu authentifizieren, ob eine Übertragungsquelle eines Signals, das durch den Satellitenempfänger empfangen wird, einer von den künstlichen Satelliten ist; einen Übertragungsquellenauthentifizierungsabschnitt (S10, S11), der die Authentifizierungsdaten verwendet, die durch den Authentifizierungsdatenerlangungsabschnitt erlangt werden, um zu authentifizieren, ob die Übertragungsquelle des Signals, das durch den Satellitenempfänger empfangen wird, der eine der künstlichen Satelliten ist; einen Authentifizierungspriorisierung-Ortungsabschnitt (S22), der eine Position des Ortungsendgeräts selbst durch bevorzugtes Verwenden aus Signalen, die durch den Satellitenempfänger von den Übertragungsquellen empfangen werden, eines Signals, das von der Übertragungsquelle empfangen wird, die durch den Übertragungsquellenauthentifizierungsabschnitt authentifiziert wird, misst; einen Signalqualitätsevaluierungsabschnitt (S27), der eine Signalqualität bezüglich jeder der Übertragungsquellen evaluiert, wobei die Signalqualität eine Unwahrscheinlichkeit angibt, die ein Ortungsergebnis fehlerhaft macht, wenn ein Signal, das von jeder der Übertragungsquellen übertragen wird, beim Orten verwendet wird; einen Signalqualitätspriorisierung-Ortungsabschnitt (S24), der eine Position des Ortungsendgeräts selbst durch bevorzugtes Verwenden aus Signalen, die durch den Satellitenempfänger von den Übertragungsquellen empfangen werden, eines Signals, das von der Übertragungsquelle empfangen wird, die eine relativ hohe Signalqualität bereitstellt, misst; und einen Ortungsergebnisauswahlabschnitt (S25), der als eine gegenwärtige Position eine Position adaptiert, die entweder durch ein Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis, das ein Ortungsergebnis des Signalqualitätspriorisierung-Ortungsabschnitts ist, oder ein Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird, das ein Ortungsergebnis des Authentifizierungspriorisierung-Ortungsabschnitts ist, wobei der Ortungsergebnisauswahlabschnitt die Position, die durch das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird, als die gegenwärtige Position adaptiert, wenn das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis eine Zulässigkeitsbedingung erfüllt, und die Position, die durch das Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird, als die gegenwärtige Position adaptiert, wenn das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis die Zulässigkeitsbedingung nicht erfüllt, wobei die Zulässigkeitsbedingung eine Bedingung ist, die eine Schätzung bestimmt, dass die Übertragungsquelle des Signals, die beim Orten durch den Signalqualitätspriorisierung-Ortungsabschnitt verwendet wird, einer der künstlichen Satelliten ist.
Ortungsendgerät gemäß Anspruch 1, wobei der Signalqualitätsevaluierungsabschnitt mindestens entweder ein Signalrauschverhältnis oder einen Pseudodistanzrestwert als einen Index verwendet, der die Signalqualität angibt, wobei das Signalrauschverhältnis das Verhältnis des Signals zu Rauschen repräsentiert, und wobei der Pseudodistanzrestwert eine Magnitude einer Differenz zwischen einer Strecke von der gegenwärtigen Position zur Übertragungsquelle und einer Pseudodistanz repräsentiert, die basierend auf (i) einer Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Funkwelle und (ii) einer Zeitverzögerung ausgehend von einer Zeit, wenn das Signal von der Übertragungsquelle übertragen wird, zu einer Zeit, wenn das übertragende Signal empfangen wird, berechnet wird.
Ortungsendgerät gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: einen Authentifizierungspegelberechnungsabschnitt (S32), der einen Authentifizierungspegel, der eine Verlässlichkeit eines Ortungsergebnisses angibt, basierend auf einer Gesamtzahl von Übertragungsquellen von Signalen, die beim Orten verwendet werden, und einer Gesamtzahl von Übertragungsquellen berechnet, die durch den Übertragungsquellenauthentifizierungsabschnitt aus den Übertragungsquellen der Signale, die beim Orten verwendet werden, authentifiziert werden; und einen Ortungsergebnisübertragungsverarbeitungsabschnitt (S34), der an eine externe Quelle mindestens ein Ortungsergebnis, das durch den Ortungsergebnisauswahlabschnitt ausgewählt wird, zusammen mit dem Authentifizierungspegel überträgt, der durch den Authentifizierungspegelberechnungsabschnitt bezüglich dem Ortungsergebnis berechnet wird.
Ortungsendgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zulässigkeitsbedingung ist, dass eine Position, die durch das Signalqualitätspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird, innerhalb einer vorbestimmten Distanz von einer Position ist, die durch das Authentifizierungspriorisierung-Ortungsergebnis angegeben wird.
Ortungsendgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zulässigkeitsbedingung ist, dass eine Satellitenzeit der Übertragungsquelle, die beim Orten durch den Signalqualitätspriorisierung-Ortungsabschnitt verwendet wird, innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode ausgehend von einer Satellitenzeit der Übertragungsquelle ist, die beim Orten durch die Authentifizierungspriorisierung-Ortungsabschnitt verwendet wird.