TW201945760A - 在即時動能定位中的欺騙檢測 - Google Patents

在即時動能定位中的欺騙檢測 Download PDF

Info

Publication number
TW201945760A
TW201945760A TW108106149A TW108106149A TW201945760A TW 201945760 A TW201945760 A TW 201945760A TW 108106149 A TW108106149 A TW 108106149A TW 108106149 A TW108106149 A TW 108106149A TW 201945760 A TW201945760 A TW 201945760A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
gnss
antenna
vector
difference
gnss signals
Prior art date
Application number
TW108106149A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI820089B (zh
Inventor
近藤徹
Original Assignee
日商美格蘭系統日本股份有限公司
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 日商美格蘭系統日本股份有限公司 filed Critical 日商美格蘭系統日本股份有限公司
Publication of TW201945760A publication Critical patent/TW201945760A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI820089B publication Critical patent/TWI820089B/zh

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/43—Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry
    • G01S19/44—Carrier phase ambiguity resolution; Floating ambiguity; LAMBDA [Least-squares AMBiguity Decorrelation Adjustment] method

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

GNSS接收器具有第一天線和參考天線。從在第一天線處的GNSS信號的載波相位和在參考天線處的參考載波相位的測量，獲得單一差異，從而計算在第k個GNSS衛星和參考衛星之間(k=0)的雙重差異。還可以使用已知的衛星位置資訊作為第k個衛星的視線方向單位向量ek與參考衛星的視線方向單位向量e0之間的差異向量ek0和具有第二整數偏差的基線向量Δ的函數來預測雙重差異。基於預測值和計算值

Description

在即時動能定位中的欺騙檢測
本發明是關於GNSS接收器和GNSS信號處理。更具體地，本發明是關於在GNSS接收器處的即時動能(RTK)定位中的欺騙檢測。
目前可用的全球導航衛星系統(GNSS)包括美國全球定位系統(GPS)、俄羅斯全球軌道導航衛星系統(GLONASS)、歐盟伽利略、中國區域北斗衛星導航系統(BDS，以前稱為指南針)和日本準天頂衛星系統(QZSS)。
GNSS欺騙信號是一種結構化干擾，其足夠接近GNSS規範，以便對於毫無戒備的GNSS接收器看起來是真實的。故意欺騙者故意試圖操縱目標GNSS接收器的PVT(位置、速度和時間)讀數。例如，GNSS欺騙攻擊可能試圖透過廣播不正確的GNSS信號來欺騙GNSS接收器，該GNSS信號被構造成類似於一組正常GNSS信號，或者通過重新廣播在其他地方或在不同時間(假象雷達干擾，“meaconing”)捕獲的真實GNSS信號。可以以這樣的方式修改這些欺騙信號，使得GNSS接收器將其位置估計如欺騙攻擊者所確定的是其實際位置之外的某個位置，或者是位於其所在的位置但是在不同的時間。GNSS欺騙攻擊的一種常見形式，通常稱為攜帶攻擊(carry-off attack)，其是通過廣播與目標GNSS接收器觀測到的真實GNSS信號同步的信號開始。然後，偽造的GNSS信號的功率逐漸增加並從真正的GNSS信號中抽出。
欺騙已成為一個更普遍的問題，由於低成本的現成軟體定義的無線電硬體，低成本GNSS信號模擬器和記錄和播放設備等可供有能力的程式員用於產生真實的民用GNSS信號。隨著對運輸，定位服務、通信、金融、配電、自動駕駛車輛以及農場和建築機械、無人機、機器人和其他應用的民用GNSS的經濟和實際依賴性增加，全球導航衛星系統欺騙的後果變得更加嚴重。因此，找到在GNSS接收器中有效的欺騙檢測是緊迫的問題之一。
本發明的實施例提供了一種能夠檢測即時動能(RTK)定位中的欺騙的GNSS接收器。該GNSS接收器包括設置在第一天線位置處的第一天線和在參考天線位置處的參考天線和信號處理器，該第一天線和該參考天線各者配置以接收複數個GNSS信號，該複數個GNSS信號對應於從該GNSS接收器可觀測的複數個GNSS衛星。該信號處理器配置以執行包括如下的處理步驟：(a)將該等GNSS衛星的其中一者設置為參考衛星，(b)執行測量處理以獲得用於在該第一天線處接收的該複數個GNSS信號的第一載波相位和用於在該參考天線處接收的該複數個GNSS信號的參考載波相位，(c)獲得用於該複數個GNSS信號的該第一載波相位和該參考載波相位之間的第一單一差異，(d)計算雙重差異，該雙重差異是該參考GNSS信號的該第一單一差異和剩餘的該複數個GNSS信號中的各者的第一單一差異之間的第二單一差異，(e)基於可用位置資訊，獲得從該參考天線到該複數個GNSS衛星中的各者的視線方向上的單位方向向量ek ，該參考衛星的單位方向向量是參考單位向量e0 ，(f)以第一整數偏差預測該第一單一差異該單位向量ek 和該第一天線與該參考天線之間的基線向量Δ的函數，從而以有第二整數偏差預測該雙重差異為該單位方向向量ek 和該參考單位向量e0 之間的差異向量ek0 和該基線向量Δ的函數，(g)基於從該測量處理獲得的該所計算的雙重差異和該所預測的雙重差異計算具有用於該第二整數偏差的模糊解析度的RTK定位解，和(h)如果該模糊解析度產生該基線向量Δ為零的解，則確定已發生欺騙。
根據本發明的一個實施例，信號處理器還可以配置以發出已經發生該欺騙的通知。
本發明的另一態樣提供了一種用於檢測GNSS接收器的即時動能(RTK)定位中的欺騙的方法，GNSS接收器配置以從複數個GNSS衛星接收複數個GNSS信號，並GNSS接收器能夠執行該方法。該GNSS接收器具有在第一天線位置處的第一天線和在參考天線位置處的參考天線。該方法包括：(a)在該第一天線處和該參考天線處接收複數個GNSS信號，該複數個GNSS信號對應於從該GNSS接收器可觀測的複數個GNSS衛星，(b)將該等GNSS衛星的其中一者設置為參考衛星，(c)執行測量處理以獲得用於在該第一天線處接收的該複數個GNSS信號的第一載波相位和用於在該參考天線處接收的該複數個GNSS信號的參考載波相位，(d)獲得用於該複數個GNSS信號的該第一載波相位和該參考載波相位之間的第一單一差異，(e)計算雙重差異，該雙重差異是該參考GNSS信號的第一單一差異和剩餘的該複數個GNSS信號中的各者的第一單一差異之間的第二單一差異，(f)基於可用位置資訊，獲得從該參考天線到該複數個GNSS衛星中的各者的視線上的單位方向向量ek ，該參考衛星的單位方向向量是參考單位向量e0 ，(g)以第一整數偏差預測該第一單一差異為該單位向量ek 和的該第一天線與該參考天線之間的基線向量Δ的函數，從而以第二整數偏差預測該雙重差異為該單位方向向量ek 和該參考單位向量e0 之間的差異向量ek0 和基線向量Δ的函數，(h)基於從該測量處理獲得的該所計算的雙重差異和該所預測的雙重差異，計算具有用於該第二整數偏差的模糊解析度的RTK定位解，和(i)如果該模糊解析度產生該基線向量Δ為零的解，則確定已發生欺騙。
所預測的雙重差異可表示為：
，其中是載波的波長。
對於欺騙性GNSS信號的該第二整數偏差可表示為：
，其中是載波的波長。
根據本發明的一個實施例，可以發出已經發生欺騙的通知。GNSS信號的數量可以等於或大於5。
根據本發明的一個實施例，該方法還可以包括發出已經發生欺騙的通知。
本發明的另一態樣提供了一種能夠檢測即時動能(RTK)定位中的欺騙的GNSS接收器。該GNSS接收器包括：設置在第一天線位置處的第一天線和在參考天線位置處的參考天線、前端、信號處理區塊和應用處理區塊，該第一天線和該參考天線各者配置以接收複數個GNSS信號，該複數個GNSS信號對應於從該GNSS接收器可觀測的複數個GNSS衛星。該前端配置以對在該第一天線和該參考天線接收的該等GNSS信號進行降頻、濾波、放大和數位化。該信號處理區塊配置以獲取和追蹤從該前端接收的該等GNSS信號，並產生測量和導航資料，該測量包括用於在該第一天線處接收的該等GNSS信號的第一載波相位和用於在該參考天線處接收的該等GNSS信號的參考載波相位。
應用處理區塊包括：(a)測量雙重差異計算部分，配置以：(i)計算從該前端接收的用於該複數個GNSS信號的該第一載波相位和該參考載波相位之間的第一單一差異，以藉此(ii)計算雙重差異，該雙重差異是該參考GNSS信號的該第一單一差異和剩餘的該複數個GNSS信號中的各者的第一單一差異之間的第二單一差異，(b)雙重差異預測部分，配置以：(i)基於可用位置資訊，計算從該參考天線到該複數個GNSS衛星中的各者的視線方向上的單位方向向量ek ，該參考衛星的單位方向向量是參考單位向量e0 ，(ii)以第一整數偏差預測該第一單一差異為該單位向量ek 和的該第一天線與該參考天線之間的基線向量Δ的函數，從而(iii)以第二整數偏差預測該雙重差異作為該單位方向向量ek 和該參考單位向量e0 之間的差異向量ek0 和該基線向量Δ的函數，(c) RTK定位部分，配置以基於從該測量處理獲得的該所計算的雙重差異和該所預測的雙重差異，計算用於具有該第二整數偏差的模糊解析度的RTK定位解，和(d)欺騙檢測部分，其配置以如果該模糊解析度產生該基線向量Δ為零的解，則確定已發生欺騙。
欺騙檢測部分進一步可以配置以當確定已經發生欺騙時發出警告信號。GNSS接收器還可包括傳輸該警告信號的信號傳輸器。
該所預測的雙重差異可表示為：
，其中是載波的波長。
對於欺騙性GNSS信號的該第二整數偏差可表示為：
，其中是載波的波長。
GNSS信號的數量可以等於或大於5。
現在將參考圖式中所示的幾個較佳實施例而詳細描述本發明。在以下描述中，闡述了許多具體細節以便提供對本發明的透徹理解。然而，對於本案領域習知技藝人士而言顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節中的一些或全部的情況下實踐本發明。在其他情況下，不需詳細描述眾所周知的處理步驟和/或結構，以免不必要地模糊本發明。
圖1示意性地示出可以應用本發明的實施例的系統。GNSS接收器10從複數個GNSS衛星30(30-k )接收複數個GNSS信號20(20-k )。由於衛星位置是使用輔助資訊(例如廣播星曆表資訊)計算的，或是根據精確軌道計算的，故假設例如衛星位置是已知的。這種輔助資訊可以儲存在GNSS接收器10的記憶體中，或者透過諸如網際網路或無線電通信的連接鏈路獲得。
GNSS接收器10在第一天線位置處設置有第一天線12以及在參考天線位置處的設置有參考天線14。第一天線12和參考天線14被配置為接收對應於複數個(m 個)GNSS衛星30的複數個(m 個)GNSS信號20，其中m 是等於或大於五(5)的整數。例如，這樣的複數個(m 個)GNSS信號是從GNSS接收器10(第一天線12和參考天線14)可觀測的GNSS衛星的一些或全部的GNSS信號。還假設獲取並追蹤至少五(5)個GNSS衛星。在m 個GNSS信號之中，第k 個GNSS信號20-k 對應於在m 個GNSS衛星之中的第k 個GNSS衛星30-k ，其中k 為整數。m 個GNSS衛星30中的一者(例如，可視的最高GNSS衛星)被設置為參考衛星(第0個GNSS衛星)，且其相應的GNSS信號被稱為參考信號(k =0)。
應當注意，GNSS衛星可以使用一或多個頻帶進行傳輸，即傳輸一或多個GNSS信號。在這種情況下，GNSS接收器10可以從一個GNSS衛星接收複數個GNSS信號，這些GNSS信號被獲取、追蹤和處理為單獨的GNSS信號。
如圖1所示，GNSS接收器10可以設置在諸如無人機、移動車輛等的探測車70上。因此，第一天線12和參考天線14之間的距離可以在幾個分米(decimeter)到幾米的範圍內。實現本發明的GNSS接收器10可以被配置為信號處理器或是包括CPU、記憶體(RAM、ROM)等等的電腦。以下描述的GNSS接收器10的功能和處理區塊可以透過實現各個功能的軟體/電腦程式來實現，但是它們的一部分或全部可以由硬體實現。
圖2示意性地示出了具有第一天線12和參考天線14的GNSS接收器10的示例。參照圖2，GNSS接收器10可包括前端40、信號處理區塊42和應用處理區塊44。前端40對由第一天線12和參考天線14接收的輸入GNSS信號進行降頻、濾波、放大和數位化。信號處理區塊42獲取並追蹤GNSS信號，並產生測量和導航資料以及附加信號資訊。例如，信號處理區塊42執行基頻處理，並且提供觀測值，包括碼偽範圍和載波相位測量，以及導航資料。還可以提供附加資訊，例如都卜勒(Doppler)頻率、載波雜訊比或鎖定指示器。應用處理區塊44執行使用該測量(觀測值)和導航資料的各種計算，且產生資訊，例如位置、速度、和時刻(PVT)資訊等等。GNSS接收器10還可以包括信號傳輸器46和記憶體(未示出)。
如圖1所示，欺騙攻擊者可以設置欺騙器50，例如具有欺騙天線52的欺騙裝置，從該欺騙天線52廣播偽裝(偽造)GNSS信號60(60-k )。k 是整數，其表示對應於第k 個合法GNSS信號的第k 個偽裝GNSS信號。假設欺騙器50從GNSS接收器10知道哪些GNSS衛星30可能是可觀測的，GNSS接收器10是欺騙的目標。通常，欺騙器50開始以小幅度傳輸這種偽裝GNSS信號60-k ，然後逐漸增加幅度，使得來自GNSS衛星20-k 的合法GNSS信號30-k 被更強大的偽裝GNSS信號60-k 接管。因此，假設一旦發生欺騙，由GNSS接收器10接收和追蹤的所有GNSS信號都是偽裝GNSS信號60-k 。還假設欺騙器50使用單個發射天線(欺騙天線)52。
使用GNSS接收器10，根據本發明的一個實施例，可以在即時動能(RTK)定位中檢測這種欺騙。欺騙器50可以傳輸偽裝GNSS信號60-k ，其對應於GNSS接收器10可觀測的部分或全部的m 個GNSS衛星30-k 。因此，在這種欺騙攻擊的風險下，由GNSS接收器10接收和追蹤的GNSS信號可以是或不是合法的GNSS信號30-k 。根據本發明的一個實施例，GNSS接收器10透過RTK定位執行欺騙檢測，如下所述。
當沒有發生欺騙時，與載波相位(範圍)相關的RTK定位的基本等式定義如下：

其中k 是指示該變量/參數是第k 個GNSS衛星的衛星編號，L是載波相位的觀測值，是第k 個GNSS衛星的位置，和相應地是在參考天線位置處和在第一天線位置處的時脈偏差，是第k 個GNSS衛星的時脈偏差，和相應地是在參考天線位置處和在第一天線位置處的第k 個GNSS衛星的整數值偏差(載波相位模糊度)。是光速，是載波的波長。
假設在第一天線位置和參考天線位置間的基線向量滿足，如圖2和3A所示，第一天線位置和參考天線位置之間的載波相位的觀測值L中的單一差異由以下等式表示：

其中是從參考天線14到第k 個衛星的視線方向上的單位向量並且設置為ek ，如圖3A所示。
因此，使用如上所述的各個GNSS衛星的可用位置資訊，以第一整數偏差預測第一單一差異是在從參考天線14至第k 個衛星30-k 的視線方向上的單位向量ek 和第一天線位置和參考天線位置之間的基線向量Δ的函數。
參考衛星的衛星編號k 設置為0，並透過在衛星之間的單一差異中的一個單一差異(即，天線位置之間和衛星位置之間的載波相位L的雙重差異)，獲得以下表示式(1)：
也就是說，預測雙重差異是基於第k 個GNSS信號的以第二整數偏差預測的第一單一差異和參考GNSS信號的第一單一差異作為第k 個GNSS衛星的單位向量ek 與參考衛星的單位向量e0 之間的差異向量ek0 和基線向量Δ的函數。單位方向向量ek 和單位參考向量e0 之間的差異向量ek0 如圖3B所示。使用該關係表示式(1)執行RTK定位。
另一方面，如果在欺騙器位置從欺騙天線52傳輸對應於第k 個GNSS衛星的偽造或偽裝GNSS信號60-k ，載波相位相對於欺騙信號60-k 的RTK定位等式如下：

其中是由欺騙器50故意施加的時脈偏差，以使GNSS接收器10計算出不正確的位置。
透過在天線位置之間和偽裝衛星位置(即，相對於所有GNSS信號k=0, 1, 2, …, m ，相同的欺騙天線位置)之間的載波相位L的雙重差異，得到以下等式：
也就是說，如果應用處理器中的RTK引擎獲得基線向量*Δ的估計值或預測值和載波相位模糊度*(*表示估計值)，假設GNSS信號來自使用表示式(1)的相應GNSS衛星，RTK引擎將由以下等式解出：
當模糊解析度(AR)成功完成時，估計的載波相位模糊度及其觀測值應匹配，即
也就是說，如果發現基線向量0的模糊度固定，則可以認為發生了欺騙。根據該方法，可以檢測使用單個發射天線的欺騙和使用單個天線的假象雷達干擾。
根據本發明的一個實施例，欺騙檢測可以由GNSS接收器10的應用處理區塊(處理器)44執行。圖4示意性地示出了根據本發明一個實施例的應用處理區塊44的示例。應用處理區塊44包括雙重差異計算部分62、雙重差異預測部分64，RTK引擎66和欺騙檢測部分68。應當注意，雙重差異計算部分62，雙重差異預測部分64和欺騙檢測部分68中的一些或全部可以實現為RTK引擎66的一部分。
雙重差異計算部分62獲得第k 個GNSS信號的第一單一差異和參考信號的第一單一差異之間的雙重差異，其中第一單一差異是GNSS信號20-k 在第一載波相位(在第一天線處接收)和參考載波相位(在參考天線處接收)之間的差異，且第一單一差異是參考信號在第一載波相位(在第一天線處接收)和參考載波相位(在參考天線處接收)之間的差異(即，k =0)。因此，雙重差異計算部分60基於從信號處理區塊42獲得的測量(第一載波相位和參考載波相位)以獲得雙重差異。
另一方面，雙重差異計算部分62首先以第一整數偏差獲得(預測)第一單一差異作為第一天線12與參考天線14之間的單位向量ek 和基線向量Δ的函數，其中單位向量ek 是視線方向上從參考天線14(參考位置)到第k 個衛星30-k 的單位向量。然後，雙重差異計算部分62以第二整數偏差預測雙重差異作為單位方向向量ek 和參考單位向量e0 之間的差異向量ek0 和基線向量Δ的函數，其中，參考單位向量e0 是視線方向上從參考天線14(參考位置)到參考衛星的單位向量。
基於從雙重差異計算部分62獲得的測量的雙重差異和從雙重差異預測部分64獲得的預測雙重差異，RTK引擎66執行RTK定位，以便計算具有模糊解析度的PVT解，其中估計基線向量Δ和第一整數偏差。如果模糊解析度產生基線向量為0的解，即當基線向量Δ=0時模糊度是固定的，則欺騙檢測部分68確定已經發生欺騙。當檢測到欺騙時，可以發出警告信號並透過傳輸器46傳輸，RTK定位處理可以停止預定的時間段，以避免其他應用程式正在使用錯誤的資訊。
圖5示出了根據本發明一個實施例的用於檢測欺騙的方法的處理步驟，其中GNSS接收器具有位於第一天線位置的第一天線和位於參考天線位置的參考天線。如圖5所示，對應於複數個(m 個)GNSS衛星的複數個(m 個)GNSS信號是在第一天線和參考天線處接收(100)。m 個GNSS衛星是從GNSS接收器可觀測的一些或全部的GNSS衛星。從天線位置可觀測的GNSS衛星可從包括諸如星曆資料的衛星位置資訊的可用輔助資訊中獲知。應當注意，在可能存在欺騙的情況下，所接收的GNSS信號實際上可能來自或可能不是來自GNSS衛星，但是可以從GNSS接收器未知的欺騙天線傳輸。一旦發生這樣的欺騙，則假設正在接收的所有GNSS信號都是偽裝的GNSS信號。
將一個GNSS衛星設置為參考衛星，並將相應的GNSS信號設置為參考信號(k =0)(102)。使用載波相位測量處理，獲得對於在第一天線處接收的複數個GNSS信號的第一載波相位，且獲得對於在參考天線處接收的複數個GNSS信號的參考載波相位，以作為觀測值(104)。然後，在兩個天線之間獲得第一單一差異。也就是說，對於複數個GNSS信號計算在第一載波相位和參考載波相位之間的第一單一差異，其中k 是從1到m 的整數，並且第k 個GNSS信號對應於第k 個GNSS衛星(106)。
然後，在GNSS衛星之間獲得第二單一差異。也就是說，雙重差異是第k 個GNSS衛星的第一單一差異和參考衛星的第一單一差異之間計算的第二單一差異(108)。
另一方面，使用如上所述的可用位置資訊，第一單一差異預測為從參考天線到第k 個衛星的視線方向中的單位向量ek 和第一天線和參考天線之間的基線向量Δ的函數，因此雙重差異以第二整數偏差還基於預測的第一單一差異來預測和，並作為第k 個GNSS衛星的單位向量ek 與參考衛星的單位向量e0 之間的差異向量ek0 和基線向量Δ的函數(110)。
基於預測的雙重差異，以及從測量處理(112)獲得的計算出的雙重差異，利用模糊解析度(AR)計算m 個GNSS信號的RTK定位解。如果成功完成了模糊解析度，則估計的載波相位模糊度*和載波相位模糊度的觀測值是如上所述匹配的，從而產生具有基線向量的解。因此，如果發現用基線向量0解了模糊度，則確定已經發生了欺騙(114)。這些處理步驟可以由上面討論的應用處理區塊44執行。當檢測到欺騙時，可以從處理器10發出通知，或者可以停止定位處理。例如，信號傳輸器46(圖2中所示)可用於發出這種通知。
根據本發明的一個實施例，如上所述的方法可以在其上儲存有可執行程式的非暫時性電腦可讀儲存媒體中實現。該程式指示微處理器執行上述的方法。
雖然已經根據若干較佳的實施例描述了本發明，但是存在落入本發明範疇內的改變、置換、修改和各種替代等同物。還應注意，存在許多實現本發明的方法和裝置的替代方式。因此，以下所附申請專利範圍旨在解釋為包括落入本發明的真實精神和範圍內的所有這些改變、置換和各種替代等同物。
10‧‧‧GNSS接收器
20 (20-k)‧‧‧GNSS信號
30 (30-k)‧‧‧GNSS衛星
12‧‧‧第一天線
14‧‧‧參考天線
70‧‧‧探測車
40‧‧‧前端
42‧‧‧信號處理區塊
44‧‧‧應用處理區塊/處理器
46‧‧‧信號傳輸器
50‧‧‧欺騙器
52‧‧‧欺騙天線
60 (60-k)‧‧‧偽裝GNSS信號/偽造GNSS信號
62‧‧‧雙重差異計算部分
64‧‧‧雙重差異預測部分
66‧‧‧RTK引擎
68‧‧‧欺騙檢測部分
100、102、104、106、108、110、112‧‧‧步驟
附隨的圖式透過示例而非限制的方式在圖式中示出了本發明，並且其中相同的圖式標記表示類似的元件，並且其中：
圖1是示意性地示出應用本發明的實施例的系統的圖。
圖2是示意性地示出根據本發明的一個實施例的GNSS接收器的方塊圖。
圖3A和圖3B是說明根據本發明的一個實施例的RTK定位中使用的向量的圖。
圖4是示意性地示出根據本發明的一個實施例的應用處理方塊的示例的方塊圖。
圖5是示出根據本發明的一個實施例的用於檢測欺騙的方法的處理步驟的流程圖。

Claims (15)

  1. 一種能夠檢測即時動能(RTK)定位中的欺騙的全球導航衛星系統(GNSS)接收器，該GNSS接收器包括： 設置在第一天線位置處的第一天線和在參考天線位置處的參考天線，該第一天線和該參考天線各者配置以接收複數個GNSS信號，該複數個GNSS信號對應於從該GNSS接收器可觀測的複數個GNSS衛星； 信號處理器，配置以執行包括如下的處理步驟： 將該等GNSS衛星的其中一者設置為參考衛星； 執行測量處理以獲得用於在該第一天線處接收的該複數個GNSS信號的第一載波相位和用於在該參考天線處接收的該複數個GNSS信號的參考載波相位； 獲得用於該複數個GNSS信號的該第一載波相位和該參考載波相位之間的第一單一差異； 計算雙重差異，該雙重差異是該參考GNSS信號的該第一單一差異和剩餘的該複數個GNSS信號中的各者的第一單一差異之間的第二單一差異； 基於可用位置資訊，獲得從該參考天線到該複數個GNSS衛星中的各者的視線方向上的單位方向向量ek ，該參考衛星的單位方向向量是參考單位向量e0 ； 以第一整數偏差，預測該第一單一差異為該單位向量ek 和該第一天線與該參考天線之間的基線向量Δ的函數，從而以第二整數偏差預測該雙重差異為該單位方向向量ek 和該參考單位向量e0 之間的差異向量ek0 和該基線向量Δ的函數； 基於從該測量處理獲得的該所計算的雙重差異和該所預測的雙重差異，計算具有用於該第二整數偏差的模糊解析度的RTK定位解；和 如果該模糊解析度產生該基線向量Δ為零的解，則確定已發生欺騙。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的GNSS接收器，其中該所預測的雙重差異表示為： 其中是載波的波長。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的GNSS接收器，其中對於欺騙性GNSS信號的該第二整數偏差表示為： 其中是載波的波長。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的GNSS接收器，其中該信號處理器還配置以發出已經發生該欺騙的通知。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的GNSS接收器，其中該GNSS信號的數量等於或大於5。
  6. 一種用於檢測GNSS接收器的即時動能(RTK)定位中的欺騙的方法，該GNSS接收器具有在第一天線位置處的第一天線和在參考天線位置處的參考天線，該方法包括： 在該第一天線處和該參考天線處接收複數個GNSS信號，該複數個GNSS信號對應於從該GNSS接收器可觀測的複數個GNSS衛星； 將該等GNSS衛星的其中一者設置為參考衛星； 執行測量處理以獲得用於在該第一天線處接收的該複數個GNSS信號的第一載波相位和用於在該參考天線處接收的該複數個GNSS信號的參考載波相位； 獲得用於該複數個GNSS信號的該第一載波相位和該參考載波相位之間的第一單一差異； 計算雙重差異，該雙重差異是該參考GNSS信號的該第一單一差異和剩餘的該複數個GNSS信號中的各者的第一單一差異之間的第二單一差異； 基於可用位置資訊，獲得從該參考天線到該複數個GNSS衛星中的各者的視線方向上的單位方向向量ek ，該參考衛星的單位方向向量是參考單位向量e0 ； 以第一整數偏差預測該第一單一差異為該單位向量ek 和該第一天線與該參考天線之間的基線向量Δ的函數，從而預測以第二整數偏差該雙重差異為該單位方向向量ek 和該參考單位向量e0 之間的差異向量ek0 和該基線向量Δ的函數； 基於從該測量處理獲得的該所計算的雙重差異和該所預測的雙重差異，計算具有用於該第二整數偏差的模糊解析度的RTK定位解；和 如果該模糊解析度產生該基線向量Δ為零的解，則確定已發生欺騙。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中該所預測的雙重差異表示為： 其中是載波的波長。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中對於欺騙性GNSS信號的該第二整數偏差表示為： 其中是載波的波長。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的方法，進一步包括： 發出已經發生該欺騙的通知。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中該GNSS信號的數量等於或大於5。
  11. 一種能夠檢測即時動能(RTK)定位中的欺騙的GNSS接收器，該GNSS接收器包括： 設置在第一天線位置處的第一天線和在參考天線位置處的參考天線，該第一天線和該參考天線各者配置以接收複數個GNSS信號，該複數個GNSS信號對應於從該GNSS接收器可觀測的複數個GNSS衛星； 前端，配置以對在該第一天線和該參考天線接收的該等GNSS信號進行降頻、濾波、放大和數位化； 信號處理區塊，配置以獲取和追蹤從該前端接收的該等GNSS信號，並產生測量和導航資料，該測量包括用於在該第一天線處接收的該等GNSS信號的第一載波相位和用於在該參考天線處接收的該等GNSS信號的參考載波相位； 應用處理區塊，包括： 測量雙重差異計算部分，配置以： 計算從該前端接收的用於該複數個GNSS信號的該第一載波相位和該參考載波相位之間的第一單一差異；和 藉此計算雙重差異，該雙重差異是該參考GNSS信號的該第一單一差異和剩餘的該複數個GNSS信號中的各者的第一單一差異之間的第二單一差異； 雙重差異預測部分，配置以： 基於可用位置資訊，計算從該參考天線到該複數個GNSS衛星中的各者的視線方向上的單位方向向量ek ，該參考衛星的單位方向向量是參考單位向量e0 ； 以第一整數偏差預測該第一單一差異為該單位向量ek 和該第一天線與該參考天線之間的基線向量Δ的函數，從而以第二整數偏差預測該雙重差異為該單位方向向量ek 和該參考單位向量e0 之間的差異向量ek0 和該基線向量Δ的函數，其具有； RTK定位部分，配置以基於從該測量處理獲得的該所計算的雙重差異和該所預測的雙重差異計算具有用於該第二整數偏差的模糊解析度的RTK定位解；和 欺騙檢測部分，其配置以如果該模糊解析度產生該基線向量Δ為零的解，則確定已發生欺騙。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的GNSS接收器，其中，該欺騙檢測部分進一步配置以當確定已經發生欺騙時發出警告信號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的GNSS接收器，進一步包括： 傳輸該警告信號的信號傳輸器。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的GNSS接收器，其中該所預測的雙重差異表示為： 其中是載波的波長。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的GNSS接收器，其中對於欺騙性GNSS信號的該第二整數偏差表示為： 其中是載波的波長。
TW108106149A 2018-02-26 2019-02-23 在即時動態定位中的欺騙檢測 TWI820089B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862635292P 2018-02-26 2018-02-26
US62/635,292 2018-02-26
WOPCT/IB2019/051347 2019-02-20
PCT/IB2019/051347 WO2019162839A1 (en) 2018-02-26 2019-02-20 Spoofing detection in real time kinematic positioning

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201945760A true TW201945760A (zh) 2019-12-01
TWI820089B TWI820089B (zh) 2023-11-01

Family

ID=65904496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108106149A TWI820089B (zh) 2018-02-26 2019-02-23 在即時動態定位中的欺騙檢測

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11415703B2 (zh)
EP (1) EP3759520A1 (zh)
JP (1) JP7340867B2 (zh)
TW (1) TWI820089B (zh)
WO (1) WO2019162839A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11567216B2 (en) 2020-05-18 2023-01-31 Honeywell International Inc. Single delta range differences using synthetic clock steering
CN112835081B (zh) * 2021-01-29 2023-04-11 中国地质大学（武汉） 一种用于塔吊的智能控制方法及系统
CN112987037B (zh) * 2021-02-10 2023-02-28 北京敏视达雷达有限公司 一种欺骗攻击的检测方法及相关装置
CN113109843B (zh) * 2021-04-15 2022-02-18 中国人民解放军63812部队 基于双接收机伪距双差的欺骗信号检测抑制方法及装置
CN116299576B (zh) * 2023-05-12 2023-12-12 中国人民解放军国防科技大学 一种组合导航系统的欺骗干扰检测方法与装置
CN116774253B (zh) * 2023-08-25 2023-10-27 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种基于信号到达方向角度差的导航欺骗式干扰检测方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7310062B1 (en) * 2005-07-28 2007-12-18 Rockwell Collins, Inc. Dual antenna diversity method to detect GPS signal tampering
US8035552B2 (en) * 2007-05-31 2011-10-11 Navcom Technology, Inc. Distance dependant error mitigation in real-time kinematic (RTK) positioning
US10908293B2 (en) * 2013-08-14 2021-02-02 Hemisphere GNSS, Inc. System and method for detecting false global navigation satellite system satellite signals
US10054687B2 (en) 2013-08-14 2018-08-21 Hemisphere Gnss Inc. System and method for detecting false global navigation satellite system satellite signals
US9971037B2 (en) * 2013-10-29 2018-05-15 Northrop Grumman Systems Corporation Anomaly detection using an antenna baseline constraint
US10605926B2 (en) * 2015-06-29 2020-03-31 Deere & Company Satellite navigation receiver and method for switching between real-time kinematic mode and relative positioning mode

Also Published As

Publication number Publication date
EP3759520A1 (en) 2021-01-06
TWI820089B (zh) 2023-11-01
WO2019162839A1 (en) 2019-08-29
WO2019162839A4 (en) 2019-10-10
US20210215829A1 (en) 2021-07-15
JP2021515246A (ja) 2021-06-17
JP7340867B2 (ja) 2023-09-08
US11415703B2 (en) 2022-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI820089B (zh) 在即時動態定位中的欺騙檢測
US10908293B2 (en) System and method for detecting false global navigation satellite system satellite signals
EP3688495B1 (en) System for determining a physical metric such as position
US11927678B2 (en) Systems and methods for providing anti-spoofing capability to a global navigation satellite system receiver
US10234564B2 (en) System and method for determining the direction of a false GNSS satellite signal transmitter
JP5780701B2 (ja) 全視野のコヒーレントなｇｐｓ信号擬似ランダム雑音（ｐｒｎ）コード捕捉及びナビゲーション解決定のための全地球測位システム（ｇｐｓ）ユーザ受信機および幾何学的表面処理
EP3803461B1 (en) Anti-spoofing system for gnss receivers
US20150048973A1 (en) System and method for detecting false global navigation satellite system satellite signals
JP7224647B2 (ja) Ｐｖｔ解推定を用いたｇｎｓｓなりすまし信号の検出と除去
SG193104A1 (en) Method for estimating the direction of arrival of navigation signals at a receiver after reflection by walls in a satellite-based positioning system
WO2015142985A1 (en) Gnss satellite signal spoofer direction determination
CN110058270B (zh) 一种基于钟差拟合的导航欺骗信号产生方法
US11531117B1 (en) Jitter tracking anti-spoofing algorithm
EP3841403A1 (en) System and method for detecting false global navigation satellite system satellite signals
US20210157013A1 (en) Detection and elimination of gnss spoofing signals with pvt solution estimation
JP2012137448A (ja) 電離層遅延評価装置および航法装置
EP1227333A1 (fr) Procédé et dispositif de localisation d'un émetteur terrestre à partir d'un satellite
Shang et al. GNSS spoofing detection and identification based on clock drift monitoring using only one signal
CN110888124A (zh) 基于目标定位的无源雷达系统及目标定位方法
US20220214459A1 (en) Method for determining the position of a decoy using at least one receiver
US20110109504A1 (en) Alternative Geolocation Capabilities
KR101513100B1 (ko) 단일안테나 위성항법 수신기와 관성센서를 이용하는 항법위성신호 기만탐지 장치 및 방법
CN113296137B (zh) 干涉式形变监测方法、装置和接收机
US20230129514A1 (en) Positioning system and method
Zhou et al. A Novel High-Order Image Formation Algorithm for Gnss-Based Bistatic Sar