EP4619785A1 - Système de guidage et de navigation d'un aéronef - Google Patents

Système de guidage et de navigation d'un aéronef

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EP4619785A1
EP4619785A1 EP23802268.5A EP23802268A EP4619785A1 EP 4619785 A1 EP4619785 A1 EP 4619785A1 EP 23802268 A EP23802268 A EP 23802268A EP 4619785 A1 EP4619785 A1 EP 4619785A1
Authority
EP
European Patent Office
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information
gnss
validity
sbas
messages
Prior art date
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Pending
Application number
EP23802268.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Denis Bouvet
Pierre-Yves Dumas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP4619785A1 publication Critical patent/EP4619785A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
    • G01S19/08—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing integrity information, e.g. health of satellites or quality of ephemeris data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/02—Details of the space or ground control segments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/20—Integrity monitoring, fault detection or fault isolation of space segment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/21—Interference related issues ; Issues related to cross-correlation, spoofing or other methods of denial of service
    • G01S19/215—Interference related issues ; Issues related to cross-correlation, spoofing or other methods of denial of service issues related to spoofing

Definitions

  • An aim of the invention is to provide a guidance and navigation system for a civil aircraft using GNSS and SBAS (Satellite Based Augmentation System) signals, and which is less sensitive to interference.
  • GNSS and SBAS Stelite Based Augmentation System
  • the SBAS augmentation of one or more constellations of GNSS satellites is a monitoring of the GNSS signals and messages transmitted by these satellites. Said monitoring then develops messages (correction and alert), called “SBAS increase messages” making it possible to meet the performance criteria of civil aviation.
  • SBAS increase messages are transmitted to user receivers from SBAS monitoring via one or more satellites, called SBAS satellites, generally geostationary, covering the SBAS service area.
  • SBAS satellites the navigation solution (Position, Speed, time) calculated from navigation signals and data from GNSS satellites by applying corrections and alerts received from an SBAS system will be called "SBAS augmented solution”.
  • Some SBAS augmentation systems are designed so that all or part of the signals from the SBAS satellites are also used to develop the navigation solution in the same way as the GNSS signals. This aspect having no impact on the invention, it will not be mentioned further below.
  • Interference is a phenomenon by which unwanted signals are received by the GNSS receiver, mix with the signals from the GNSS or SBAS satellites and disrupt the operation of the receiver.
  • the present invention aims to apply to any authentication information transmitted on open GNSS signals and/or on SBAS signals.
  • a guidance and navigation system for an aircraft comprising: a GNSS receiver configured to receive GNSS signals, as well as SBAS signals in at least one service area SBAS, these signals comprising GNSS and SBAS messages, provided with at least one authentication information encrypted by means of at least one private key, and the receiver comprising a signal processing module provided with an extraction module and transmission of said messages; and a device for extracting said at least one message authentication information, transmitted by the signal processing module, and its decryption, by means of at least one public key, configured to output at least one information on validity/invalidity of messages received; the extraction and decryption device being integrated into a system external to the GNSS receiver.
  • the device for extracting and deciphering said at least one piece of information on the validity/invalidity of the message(s) is configured to deliver said information on the validity/invalidity of the message(s) to the GNSS receiver.
  • the device for extracting and decrypting at least one piece of information about the validity/invalidity of the message(s) is configured to deliver said information about the validity/invalidity of the message(s) to other devices of the aircraft.
  • GNSS solution we mean a position value, a speed value and a time value developed from the GNSS signals received.
  • the GNSS receiver is configured to transmit the validity/invalidity information of the GNSS solution and, in an SBAS service area, of the SBAS augmented solution, to other devices of the aircraft.
  • another device of the aircraft is a cockpit display device for the pilot of the aircraft.
  • the extraction and decryption device is integrated into a flight management system or FMS for “Flight Management System” in English.
  • FIG.1 represents a guidance and navigation system for an aircraft comprising a GNSS receiver R configured to receive GNSS signals including GNSS navigation messages and SBAS signals in an SBAS service area, these the latter comprising SBAS augmentation messages, one and/or the other being provided with authentication information encrypted by means of at least one private key.
  • the receiver R comprises a signal processing module SP equipped with an ETM module for extracting and transmitting GNSS and SBAS navigation messages (referred to here as "messages").
  • the guidance and navigation system comprises a device DD for extracting said message authentication information, transmitted by the signal processing module SP, and its decryption, by means of one or several public keys, configured to output information on the validity/invalidity of the message(s).
  • the DD extraction and decryption device is integrated into a system external to the GNSS receiver.
  • Such a system can easily be implemented in particular in the context of aircraft subject to certification, by adapting existing GNSS receivers, with few modifications, whether only software or also hardware.
  • the information on the validity/invalidity of the message(s) is delivered by the extraction and decryption device DD to the GNSS receiver R and possibly to other devices D of the aircraft, such as a display device flight information for the pilot of the aircraft.
  • the GNSS receiver R and/or other external devices D can invalidate, where appropriate, the information provided by the GNSS receiver R.
  • the GNSS receiver R is configured to consolidate validity information of the GNSS solution (Position, Speed, Time) and, in an SBAS service area, of the augmented SBAS solution by taking into account the information validity/invalidity of the message(s).
  • the validity/invalidity information of the message(s) only has an impact on the GNSS or augmented SBAS solution concerned by the message(s), other GNSS solutions (Position, Speed, Time) not concerned by the message(s). are not affected by the validity or invalidity of the message(s).
  • the GNSS receiver R can thus transmit the validity information of the solution(s) to other devices D of the aircraft.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

La présente invention porte sur un système de guidage et de navigation d'un aéronef comprenant : - un récepteur (R) GNSS configuré pour recevoir des signaux GNSS, ainsi que des signaux SBAS dans au moins une zone de service SBAS, ces signaux comprenant des messages GNSS et SBAS, munis d'au moins une information d'authentification chiffrée au moyen d'une clé privée, et le récepteur (R) comprenant un module (SP) de traitement de signal muni d'un module (ETM) d'extraction et de transmission desdits messages; et - un dispositif (DD) d'extraction de ladite au moins information d'authentification des messages, transmis par le module (SP) de traitement de signal, et de son déchiffrement, au moyen d'une clé publique, configuré pour délivrer en sortie au moins une information de validité/invalidité des messages reçus.

Description

DESCRIPTION
Titre de l’invention : Système de guidage et de navigation d'un aéronef
[0001] L'invention porte sur un système de guidage et de navigation d'un aéronef, utilisant au moins un récepteur de navigation par satellites.
[0002] La dépendance de l’industrie du transport et de l’aviation en particulier au système mondial de navigation par satellite (GNSS), utilisant une ou plusieurs constellations de satellites, telles le système américain GPS ou le système européen Galileo, a souligné l'importance de la précision et de l’intégrité de fonctionnement de ces récepteurs, notamment ceux développés selon le standard RTCA/DO-229, particulièrement par rapport à de possibles interférences.
[0003] Un but de l'invention est de fournir un système de guidage et de navigation d'un aéronef civil exploitant les signaux GNSS et SBAS (Satellite Based Augmentation System), et qui soit moins sensible aux interférences.
[0004] L'augmentation SBAS d'une ou plusieurs constellations de satellites GNSS est une surveillance des signaux et messages GNSS transmis par ces satellites. Ladite surveillance élabore ensuite des messages (de correction et d’alerte), dits "messages d’augmentation SBAS" permettant de répondre aux critères de performance de l’aviation civile. Ces messages d’augmentation sont transmis aux récepteurs utilisateurs depuis la surveillance SBAS via un ou plusieurs satellites, dits satellites SBAS, généralement géostationnaires, couvrant la zone de service SBAS. Dans la suite, la solution de navigation (Position, Vitesse, temps) calculée à partir des signaux et données de navigation des satellites GNSS en appliquant les corrections et alertes reçues d’un système SBAS sera dite "solution augmentée SBAS". Certains systèmes d’augmentation SBAS sont conçus pour que tout ou partie des signaux des satellites SBAS soient également utilisés pour élaborer la solution de navigation au même titre que les signaux GNSS. Cet aspect n’ayant pas d’impact sur l’invention, il ne sera plus mentionné dans la suite.
[0005] L'interférence est un phénomène par lequel des signaux non désirés sont reçus par le récepteur GNSS, se mélangent aux signaux des satellites GNSS ou SBAS et perturbent le fonctionnement du récepteur.
[0006] De telles interférences peuvent entraîner une incapacité à décoder correctement les signaux légitimes en provenance des satellites.
[0007] Il existe également le problème d'inter-corrélation ou de substitution de signaux, qui peut perturber le fonctionnement du récepteur, en ce qu’il utilise un signal et des messages provenant d’une autre source que celle sélectionnée.
[0008] Pour pallier les problèmes précédemment cités, il est prévu que les services ouverts ou civils de certaines constellations (par exemple Galileo via l’OSNMA pour acronyme de "Open Service Navigation Message Authentication" en langue anglaise) ou certains systèmes SBAS transmettent, en complément des messages de navigation ou d’augmentation (ci-après désignés "messages"), des données d'authentification permettant d’authentifier les messages reçus.
[0009] La présente invention a pour but de s’appliquer à toute information d’authentification transmise sur signaux GNSS ouverts et/ou sur signaux SBAS.
[0010] Il est proposé, selon un aspect de l'invention, un système de guidage et de navigation d'un aéronef comprenant : un récepteur GNSS configuré pour recevoir des signaux GNSS, ainsi que des signaux SBAS dans au moins une zone de service SBAS, ces signaux comprenant des messages GNSS et SBAS, munis d'au moins une information d'authentification chiffrée au moyen d'au moins une clé privée, et le récepteur comprenant un module de traitement de signal muni d'un module d'extraction et de transmission desdits messages; et un dispositif d'extraction de ladite au moins une information d'authentification des messages, transmis par le module de traitement de signal, et de son déchiffrement, au moyen d'au moins une clé publique, configuré pour délivrer en sortie au moins une information de validité/invalidité des messages reçus ; le dispositif d'extraction et de déchiffrement étant intégré à un système externe au récepteur GNSS.
[0011] Dans un mode de réalisation, le dispositif d'extraction et de déchiffrement de ladite au moins une information de validité/invalidité du ou des messages est configuré pour délivrer ladite information de validité/invalidité du ou des messages au récepteur GNSS.
[0012] Selon un mode de réalisation, le dispositif d'extraction et de déchiffrement d’au moins une information de validité/invalidité du ou des messages est configuré pour délivrer ladite information de validité/invalidité du ou des messages à d'autres dispositifs de l'aéronef.
[0013] Dans un mode de réalisation, le récepteur GNSS est configuré pour fournir au moins une information de validité de la solution GNSS (Position, Vitesse, Temps) et/ou de la solution augmentée SBAS (Position, Vitesse, Temps), ladite information de validité étant consolidée, en tenant compte de l'information de validité/invalidité de chaque message ou groupe de messages.
[0014] On entend par solution GNSS, une valeur de position, une valeur de vitesse et une valeur de temps élaborée à partir des signaux GNSS reçus.
[0015] En d'autres termes, lorsqu'une information de validité d'un message ou d'un groupe de message est déterminée comme invalide, ce ou ces messages ne sont pas pris en compte ou sont labellisés comme erronés. [0016] Selon un mode de réalisation, le récepteur GNSS est configuré pour transmettre l'information de validité/invalidité de la solution GNSS et, dans une zone de service SBAS, de la solution augmentée SBAS, à d'autres dispositifs de l'aéronef.
[0017] Par exemple, un autre dispositif de l'aéronef est un dispositif d'affichage du cockpit pour le pilote de l'aéronef.
[0018] Dans un mode de réalisation, le dispositif d'extraction et de déchiffrement est intégré à un système de gestion de vol ou FMS pour acronyme de "Flight Management System" en langue anglaise.
[0019] L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par la [Fig.1 ] annexée qui illustre schématiquement.
[0020] La [Fig.1 ] représente un système de guidage et de navigation d'un aéronef comprenant un récepteur GNSS R configuré pour recevoir les signaux GNSS comprenant les messages de navigation GNSS et les signaux SBAS dans une zone de service SBAS, ces derniers comprenant des messages d’augmentation SBAS, les uns et/ou les autres étant munis d'une information d'authentification chiffrée au moyen d'au moins une clé privée. Le récepteur R comprend un module SP de traitement de signal muni d'un module ETM d'extraction et de transmission des messages de navigation GNSS et SBAS (désignés ici "messages ").
[0021] Seuls les éléments spécifiques à la présente invention sont décrits en détails, les autres éléments classiques du récepteur GNSS R, sont uniquement représentés sur la [Fig.1]
[0022] En outre, le système de guidage et de navigation comprend un dispositif DD d'extraction de ladite information d'authentification des messages, transmis par le module SP de traitement de signal, et de son déchiffrement, au moyen d'une ou plusieurs clés publiques, configuré pour délivrer en sortie une information de validité/invalidité du ou des messages. Le dispositif DD d'extraction et de déchiffrement est intégré à un système externe au récepteur GNSS.
[0023] Un tel système peut aisément être mis en œuvre notamment dans le cadre d'aéronefs soumis à des certifications, en adaptant des récepteurs GNSS existants, avec peu de modifications, qu'elles soient uniquement logicielles ou également matérielles.
[0024] L'information de validité/invalidité du ou des messages est délivrée par le dispositif DD d'extraction et de déchiffrement au récepteur GNSS R et éventuellement à d'autres dispositifs D de l'aéronef, tel un dispositif d'affichage d'information de vol pour le pilote de l'aéronef.
[0025] Ainsi, le récepteur GNSS R et/ou d'autres dispositifs D externes, tel un dispositif d'affichage du cockpit, peuvent invalider, le cas échéant, les informations fournies par le récepteur GNSS R. [0026] En outre, le récepteur R GNSS est configuré pour consolider une information de validité de la solution (Position, Vitesse, Temps) GNSS et, dans une zone de service SBAS, de la solution augmentée SBAS en tenant compte de l'information de validité/invalidité du ou des messages. L'information de validité/invalidité du ou des messages n’a d’impact que sur la solution GNSS ou augmentée SBAS concernée par le ou les messages, les autres solutions GNSS (Position, Vitesse, Temps) non concernées par le ou les messages ne sont pas affectées par la validité ou l'invalidité du ou des messages.
[0027] Le récepteur R GNSS peut ainsi transmettre l'information de validité de la ou des solutions à d'autres dispositifs D de l'aéronef.
[0028] La fonction d’authentification des messages d’information n’est pas dans le récepteur GNSS. Elle est déportée dans un équipement tiers. Ainsi, on utilise un récepteur standard qui transmet tous les messages GNSS reçus, et permet à un autre équipement qui héberge et maintient les clés publiques nécessaires à l’authentification des messages. La présente invention permet l’implémentation des messages SBAS sécurisés sur les récepteurs GNSS en service. Sans cette innovation, l’exploitation des messages SBAS sécurisés obligerait à une modification profonde de l’ensemble des récepteurs GNSS en exploitation, ce qui prendrait probablement de nombreuses années.
[0029] Le dispositif de déchiffrement peut être intégré à un système de gestion de vol FMS pour acronyme de "Flight Management System" en langue anglaise.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de guidage et de navigation d'un aéronef comprenant un récepteur (R) GNSS configuré pour recevoir des signaux GNSS, ainsi que des signaux SBAS dans au moins une zone de service SBAS, ces signaux comprenant des messages GNSS et SBAS, munis d'au moins une information d'authentification chiffrée au moyen d'au moins une clé privée, et le récepteur (R) comprenant un module (SP) de traitement de signal muni d'un module (ETM) d'extraction et de transmission desdits messages caractérisé en ce qu'il comprend : un dispositif (DD) d'extraction de ladite au moins une information d'authentification des messages, transmis par le module (SP) de traitement de signal, et de son déchiffrement, au moyen d'au moins une clé publique, configuré pour délivrer en sortie au moins une information de validité/invalidité des messages reçus; le dispositif (DD) d'extraction et de déchiffrement étant intégré à un système externe au récepteur GNSS.
2. Système selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif (DD) d'extraction et de déchiffrement de ladite au moins une information de validité/invalidité du ou des messages est configuré pour délivrer ladite information de validité/invalidité du ou des messages au récepteur (R) GNSS.
3. Système selon la revendication 2, dans lequel le dispositif (DD) d'extraction et de déchiffrement d'au moins une information de validité/invalidité du ou des messages est configuré pour délivrer ladite l'information de validité/invalidité du ou des messages à d'autres dispositifs (D) de l'aéronef.
4. Système selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le récepteur (R) GNSS est configuré pour fournir au moins une information de validité de la solution GNSS et/ou de la solution augmentée SBAS, ladite information de validité étant consolidée, en tenant compte de l'information de validité/invalidité de chaque message ou groupe de messages.
5. Système selon la revendication 4, dans lequel le récepteur (R) GNSS est configuré pour transmettre l'information de validité/invalidité de la solution GNSS et, dans une zone de service SBAS, de la solution augmentée SBAS, à d'autres dispositifs de l'aéronef.
6. Système selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel un autre dispositif (D) de l'aéronef est un dispositif d'affichage du cockpit pour le pilote de l'aéronef.
7. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif (DD) d'extraction et de déchiffrement est intégré à un système de gestion de vol (FMS).
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