TW202201043A - 用於向ｇｎｓｓ開放服務訊號提供認證及用於可交互運作安全定位的方法及系統 - Google Patents

用於向ｇｎｓｓ開放服務訊號提供認證及用於可交互運作安全定位的方法及系統 Download PDF

Info

Publication number
TW202201043A
TW202201043A TW110112129A TW110112129A TW202201043A TW 202201043 A TW202201043 A TW 202201043A TW 110112129 A TW110112129 A TW 110112129A TW 110112129 A TW110112129 A TW 110112129A TW 202201043 A TW202201043 A TW 202201043A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
gnss
signal
amplitude
pseudo
bit
Prior art date
Application number
TW110112129A
Other languages
English (en)
Inventor
瑟吉 盧辛
岸本信弘
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 TW202201043A publication Critical patent/TW202201043A/zh

Links

Images

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
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/243—Demodulation of navigation message
    • 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
    • G01S19/02—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
    • G01S19/21—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
    • G01S19/01—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
    • G01S19/31—Acquisition or tracking of other signals for positioning

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)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

藉由反轉GNSS訊號中的偽隨機雜訊碼中的多個位元以向全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite Systems, GNSS)中的開放服務訊號提供認證機制，其中該GNSS訊號具有N 個位元的二進制位元序列的預定週期。二進制位元序列中的每個反轉位元的位置由使用密碼式偽隨機數產生器為每個週期所產生的序列號所指定，其中週期中的反轉位元的位置以及反轉位元的數量中的至少一者逐週期而變化。向GNSS接收器提供解密密鑰，該GNSS接收器使用相應的密碼式偽隨機數產生器將接收到的GNSS訊號相關聯，並在反轉位元處累加該接收的GNSS訊號的振幅，從而基於反轉位元振幅相對於訊號振幅的比值來確定接收到的訊號是否為偽造的。

Description

用於向ＧＮＳＳ開放服務訊號提供認證及用於可交互運作安全定位的方法及系統
本發明涉及GNSS訊號的認證。更具體地，本發明涉及一種用於在不損害開放訊號的操作的情況下提供具有認證機制和防止欺騙的GNSS開放服務訊號的方法和系統。 聲明優先權
本發明聲明於2020年4月9日申請的美國臨時專利申請案第63/007,788號的優先權，該申請案在此藉由引用併入本文。
目前可用的全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite Systems, GNSS)包括美國的全球定位系統(Global Positioning System, GPS)、俄羅斯的全球軌道導航衛星系統(Russian Global Orbiting Navigation Satellite System, GLONASS)、歐盟的伽利略(Galileo)、中國的北斗衛星導航系統(BeiDou Satellite Navigation System, BDS；以前稱為Compass)以及日本準天頂衛星系統(Quasi-Zenith Satellite System, QZSS)。
GNSS為民用用戶提供開放服務訊號，以及為政府、受監管及/或軍事用戶提供加密服務訊號。例如，加密的GPS訊號(Y碼訊號)只能由帶有加密密鑰的軍用接收器接收和使用，而開放服務訊號(諸如C/A、L1C、L2C、L5碼訊號)可供一般商業/民用沒有加密密鑰的接收器。同樣，伽利略提供開放和商業GNSS服務，以及公共監管服務(Public Regulated Service, PRS)，這是一種加密導航服務，適用於政府授權用戶和敏感應用，例如公共安全和緊急服務，例如消防員、警察、邊境控制和基礎設施。
儘管它們的實現可能更加昂貴和復雜，但是這種加密的GNSS訊號更能抵抗攻擊，例如發送偽造的GNSS訊號的欺騙，這些偽造的GNSS訊號可能會迫使接收器計算錯誤的位置並導致用戶相信他們處於一個與他們實際所在的位置不同的位置。然而，民用GNSS訊號或GNSS開放服務訊號容易受到此類欺騙攻擊。隨著交通、定位服務、通信、金融、配電和其他應用對民用GNSS訊號的經濟上的及實際上的依賴的增加，保護GNSS開放服務訊號免受欺騙成為嚴重而緊迫的問題之一。
本發明的實施例向全球導航衛星系統(GNSS)中的開放服務訊號提供認證機制。根據本發明的一個實施例的方法，其包括將具有N 個位元(N ：一個自然數)的二進制位元序列的預定週期的GNSS訊號中的偽隨機雜訊碼中的多個位元反轉，其中，二進制位元序列中的每個反轉位元的位置由使用密碼式偽隨機數產生器為每個週期所產生的序列號所指定，使得週期中的反轉位元的位置以及反轉位元的數量中的至少一者逐週期而變化。解密密鑰被提供給具有相應密碼式偽隨機數產生器的GNSS接收器。
根據本發明的一個實施例，偽隨機雜訊碼可以是具有與N 個位元對應的每週期1023個碼片的粗擷取(coarse acquisition, C/A)碼。
根據本發明的一個實施例，序列號的範圍從1到N ，使得每個週期在與序列號對應的位置處皆包括反轉位元。或者，可以為每個週期產生多個M (M ：大於1的自然數)序列號，其中每個序列號的範圍從1到N ，使得每個週期在與M 個序列號對應的各個位置處包括M 個反轉位元。
更一般地說，每個週期可以產生多個M (M ：大於1的自然數)的序列號，其中每個序列號的範圍從1到kN (k ：大於1的數)，使得每個週期在與序列號對應的各個位置處包括0到M 個反轉位元，該序列號具有M 個序列號中取值為1到N 之間的值，包括端值，從而平均在每週期提供M/k 個反轉位元。
本發明的一個實施例提供了一種用於在全球導航衛星系統(GNSS)中認證開放服務訊號的方法。該方法包括(a)在GNSS接收器處接收多個GNSS訊號，每個GNSS訊號包括具有N 個位元(N ：一個自然數)的二進制位元序列的預定週期的偽隨機雜訊碼，假定所接收到的偽隨機雜訊碼是一種包括多個反轉位元的修改的偽隨機雜訊碼，該多個反轉位元處於各個皆由序列號所指定的位置並且使用密碼式偽隨機數產生器為每個週期產生該序列號，使得週期中的反轉位元的位置以及反轉位元的數量中的至少一者逐週期而變化，(b)在GNSS接收器處對接收到的GNSS訊號進行放大、頻率轉換及類比對數位訊號轉換，(c)將在GNSS接收器中產生的本地偽隨機雜訊碼訊號與接收到的偽隨機雜訊碼訊號相關聯，從而產生相關聯訊號，(d)針對預定時間間隔累加相關聯訊號的振幅，從而獲得針對接收到的偽隨機雜訊碼訊號的累加訊號振幅，(e)透過GNSS接收器中的偽隨機數產生器使用與密碼式偽隨機數產生器相關聯的解密密鑰產生偽隨機序列號，(f)基於偽隨機序列號和本地偽隨機雜訊碼選擇反轉位元振幅，該反轉位元振幅是相關聯訊號在反轉位元處的振幅，(g)針對預定時間間隔累加反轉位元振幅，從而針對接收到的偽隨機雜訊碼訊號獲得累加反轉位元振幅，(h)計算累加反轉位元振幅與累加訊號振幅的比值，(i)將該比值與第一臨界值和第二臨界值進行比較，以及(j)如果比值小於第一臨界值，則確定接收到的GNSS訊號是偽造的，如果比值大於第二臨界值，則確定接收到的GNSS訊號是認證的以及如果比值在第一臨界值和第二臨界值之間，則確定接收到的GNSS訊號是未經認證的。
如果比值在第一臨界值和第二臨界值之間，則累加振幅及計算比值的處理步驟可以繼續至一個延長的時間間隔，以便針對延長的時間間隔累加計算出的比值以產生累加比值，並且可以將累加比值與第一和第二臨界值進行比較以執行確定。
如果針對相關聯訊號的本地偽隨機雜訊碼的當前位元序列號與指示相應週期內的反轉位元位置的偽隨機序列號相匹配，則該選擇反轉位元振幅的步驟可以輸出相關聯訊號的振幅。
根據本發明的一個實施例，全球導航衛星系統(GNSS)接收器能夠認證GNSS開放服務訊號。GNSS接收器包括配置為接收多個GNSS訊號的GNSS天線、前端部分、數位處理部分及開放訊號認證裝置。每個GNSS訊號包括具有N 個位元(N ：一個自然數)的二進制位元序列的預定週期的修改的偽隨機雜訊碼。修改的偽隨機雜訊碼在各個由序列號所指定的位置處包括多個反轉位元，其中使用密碼式偽隨機數產生器為每個週期產生序列號，使得週期中的反轉位元的位置以及反轉位元的數量中的至少一者逐週期而變化。前端部分對接收到的GNSS訊號進行放大、頻率轉換和類比對數位訊號轉換。
數位處理部分包括相關器，其被配置為將本地產生的偽隨機雜訊碼訊號與接收的偽隨機雜訊碼訊號相關，從而產生相關聯訊號，以及第一累加器，其被配置為針對預定時間間隔累加相關聯訊號的振幅，從而為接收的偽隨機雜訊碼訊號產生累加訊號振幅。
開放訊號認證裝置包括儲存與密碼式偽隨機數產生器相關聯的解密密鑰的記憶體、被配置為使用解密密鑰產生偽隨機序列號的偽隨機數產生器、被配置為基於偽隨機序列號和本地產生的偽隨機雜訊碼來選擇反轉位元振幅的反轉位元選擇器，該反轉位元振幅是相關聯訊號在反轉位元處的振幅、第二累加器被配置為針對預定時間間隔累加反轉位元振幅，從而針對接收的偽隨機雜訊碼訊號產生累加反轉位元振幅，計算部分被配置為計算累加反轉位元振幅與累加訊號振幅的比值，以及確定部分被配置為將該比值與第一臨界值和第二臨界值進行比較，從而輸出一個確定訊號，該確定訊號指示：如果比值小於第一臨界值，則確定接收到的GNSS訊號是偽造的，如果比值大於第二臨界值，則確定接收到的GNSS訊號是認證的以及如果比值在第一臨界值和第二臨界值之間，則確定接收到的GNSS訊號是未經認證的。
根據本發明的一個實施例，如果針對相關聯訊號的本地偽隨機雜訊碼的當前位元序列號與指示相應週期內的反轉位元位置的偽隨機序列號相匹配，則反轉位元選擇器可以輸出相關聯訊號的振幅。
根據本發明的一個實施例，一種裝置認證在GNSS接收器處接收的全球導航衛星系統(GNSS)訊號中的開放服務訊號。每個GNSS開放服務訊號包括具有N 個位元(N ：一個自然數)的二進制位元序列的預定週期的修改的偽隨機雜訊碼。修改的偽隨機雜訊碼在各個由序列號所指定的位置處包括多個反轉位元，其中使用密碼式偽隨機數產生器為每個週期產生序列號，使得週期中的反轉位元的位置以及反轉位元的數量中的至少一者逐週期而變化。該裝置與GNSS接收器的數位訊號處理器通信，並且該裝置包括儲存與用於產生修改的偽隨機雜訊碼的密碼式偽隨機數產生器相關聯的解密密鑰的記憶體、配置為使用解密密鑰產生偽隨機序列號的偽隨機數產生器以及反轉位元選擇器。
反轉位元選擇器基於偽隨機序列號和本地產生的偽隨機雜訊碼選擇反轉位元振幅，該反轉位元振幅是在反轉位元處的相關聯訊號的振幅。例如，如果針對相關聯訊號的本地偽隨機雜訊碼的當前位元序列號與指示相應週期內的反轉位元位置的偽隨機序列號相匹配，則反轉位元選擇器輸出相關聯訊號的振幅。
該裝置還包括累加器，其被配置為針對預定時間間隔累加反轉位元振幅，從而針對接收到的偽隨機雜訊碼訊號產生累加反轉位元振幅、計算部分，其被配置為從數位訊號處理部分接收所接收的偽隨機雜訊碼訊號的累加訊號振幅，該累加訊號振幅是針對預定時間間隔內相關聯訊號的累加振幅，並且被配置為計算累加反轉位元振幅與累加訊號振幅的比值，以及確定部分，其被配置為將該比值與第一臨界值和第二臨界值進行比較，從而輸出一個確定訊號，該確定訊號指示：如果比值小於第一臨界值，則確定接收到的GNSS訊號是偽造的，如果比值大於第二臨界值，則確定接收到的GNSS訊號是認證的以及如果比值在第一臨界值和第二臨界值之間，則確定接收到的GNSS訊號是未經認證的。
根據本發明的一個實施例，一種方法提供對全球導航衛星系統(GNSS)中的加密服務訊號的區域依賴性存取。該方法包括(a)向GNSS衛星提供多個不同的加密密鑰及/或加密方法，(b)如果在地心地固(Earth-Centered, Earth-Fixed, ECEF)坐標系中的GNSS衛星的坐標在第一範圍內，則使用第一加密密鑰及/或加密方法從GNSS衛星傳輸GNSS訊號，以及(c)如果在ECEF坐標系中的GNSS衛星的坐標在不同於第一範圍的第二範圍內，則使用第二加密密鑰及/或加密方法從GNSS衛星傳輸GNSS訊號。
該方法還可以包括(d)將對應於第一加密密鑰及/或加密方法的第一解密密鑰提供給第一區域中的GNSS接收器，從該第一區域具有ECEF坐標係的第一範圍內的坐標的GNSS衛星是可見的，以及(e)向第二區域中的GNSS接收器提供與第二加密密鑰及/或加密方法相對應的第二解密密鑰，從該第二區域具有ECEF坐標係的第二範圍內的坐標的GNSS衛星是可見的。加密的服務訊號可以是公共監管服務(Public Regulated Service, PRS)訊號。
根據本發明的一個實施例，以上討論的用於向GNSS開放服務訊號提供認證的方法和裝置進一步實現了用於提供對GNSS中的加密服務訊號的區域依賴性存取的方法，使得足夠數量的安全(即，可認證的)GNSS衛星訊號在某個區域被利用，以提供安全和防欺騙的導航服務。
本發明向GNSS開放服務訊號提供認證能力並保護這樣的GNSS訊號免受欺騙攻擊。
本發明涉及一種用於使用GNSS以提供安全GNSS訊號的方法，該GNSS訊號可用於重要和敏感的應用，例如公共監管服務(Public Regulated Service, PRS)，例如警察、消防員、健康服務(救護車)、基礎設施、人道主義援助、搜救、海岸警衛隊、邊境管制、海關等。PRS係基於使用具有驗證其真實性的能力的特定(加密)GNSS訊號，即具有安全性和強健性以抵抗惡意干擾例如欺騙攻擊的GNSS訊號。這種GNSS訊號可以稱為安全GNSS訊號、加密GNSS訊號、GNSS PRS訊號或PRS訊號。
如上所述，伽利略和GPS為有限的和授權的(政府或軍事)用戶提供這種加密的GNSS訊號服務。然而，對於此類重要及/或敏感的應用，其他GNSS可能不具有此類安全和強健的GNSS訊號。例如，從日本準天頂衛星系統(QZSS)衛星發射的所有GNSS訊號都是開放且完全已知的訊號，其用於提供開放服務(Open Service, OS)的操作，如圖1所示。因此，本發明提供了一種用於修改這些開放服務訊號的方法和系統，其中以提供驗證它們的真實性的能力而不損害OS的操作的方式來修改這些開放服務訊號。
普通或民用GNSS訊號(也稱為開放導航訊號、未加密GNSS訊號、GNSS開放服務訊號或OS訊號)，例如，L1頻帶訊號包括基於偽隨機二進制位元序列的C/A碼訊號。C/A碼的週期為1023位元，每個位元(或週期內的位元位置)可以由範圍從1到1023的序列號來指定。根據本發明的一個實施例，這些偽隨機二進制位元序列中的一些位元被反轉，並且這些反轉位元被用於驗證接收到的GNSS訊號的真實性。例如，每個週期中的單個位元(亦即，1023個位元中的一個位元)可以被反轉。在另一個實施例中，可以在C/A碼的一個週期內反轉兩個或更多個位元。如果這樣的反轉位元的數量很少，那麼這樣的反轉不會劣化OS訊號。例如，如果反轉位元的平均個數為0.1%，那麼這樣的修改實際上不會使OS訊號的操作惡化，因為能量損失將小於0.02dB，同時在5~10秒內提供了對OS訊號進行可靠認證的可能性。
為了防止偽造OS訊號，指定C/A碼的週期內的反轉位元的序列號應該在週期與週期之間變化。例如，可以使用密碼式偽隨機數產生器來計算這樣的序列號。被允許存取修改後的GNSS訊號(具有帶有反轉位元的C/A碼)的用戶(即GNSS接收器)被提供有用於偽隨機數產生器的相應解密密鑰。
為了驗證修改的OS訊號，GNSS接收器配備有附加的相關器，與接收未修改的OS訊號的普通GNSS接收器相比，該附加的相關器僅將偽隨機二進制序列中的反轉位元相關聯。基於接收到的解密密鑰使用解密裝置確定反轉位元的序列號。
根據本發明的一個實施例的GNSS接收器接收由上述那樣的方法產生的修改的偽隨機雜訊訊號。GNSS接收器對接收到的GNSS訊號進行放大、頻率轉換及類比對數位訊號轉換等處理，然後利用事先接收到的解密密鑰，分別對反轉位元和修改後的偽隨機雜訊訊號中剩餘不變的部分進行相關聯。或者，可以對反轉位元和整個偽隨機位元序列分別執行相關聯。
針對接收到的GNSS訊號的訊號認證可以是基於計算一特定時間間隔的反轉位元的累加振幅(例如，同相累加器的輸出)與接收到的OS訊號的總累加振幅(例如，同相累加器的輸出)的比值。如果確定該比值(被表示為正值)低於某個下限臨界值，則接收到的OS訊號將被視為偽造或虛假。如果發現該比值高於某個上限臨界值，則將被認為是真實的。如果該比值介於上下臨界值之間，則可能需要進一步驗證(認證程序)。例如，可以執行進一步的能量累加。
由於欺騙者不會知道OS訊號中的反轉位元，儘管欺騙者通常可以模仿偽隨機雜訊序列，但是僅將反轉位元進行相關聯的特定相關聯程序將造成與偽隨機雜訊二進制位元序列的剩餘部分進行比較後顯著低的相關聯性(亦即，沒有或很少的反轉位元匹配)。因此，這樣的修改的OS訊號，例如修改的QZSS訊號，可以用於諸如PRS之類的安全/加密服務的目的。
根據本發明的一個實施例，提供了不同GNSS衛星的互操作性。例如，QZSS衛星的數量可能不足以可靠地計算GNSS接收器的位置。因此，也可以透過提供與QZSS衛星的互操作性來使用其他的GNSS衛星(例如伽利略衛星)的安全PRS訊號。
特定的GNSS可能僅用於特定區域或特定國家群組。例如，伽利略PRS訊號目前僅被歐盟成員國使用。因此，本發明對諸如伽利略PRS訊號之類的加密GNSS訊號提供某些改變以減輕另一個區域中的有限的可用GNSS衛星的數量。
如果兩個區域在地理上相隔很大距離，則在第一區域中可見的某些GNSS衛星可能於同一時間點在第二區域中並不可見。例如，歐洲(使用伽利略)和日本(使用QZSS)相距約10,000公里。結果，許多在日本可見的伽利略衛星在歐洲是不可見的，並且不能同時在歐洲使用。因此，在用於第一區域的此類GNSS衛星中，當GNSS衛星在第一區域不可見而在第二區域可見時，可以改變用於保護第一區域中的PRS的偽隨機雜訊碼及/或加密密鑰，並且更改後的碼和加密密鑰可以轉移到第二個區域並且在第二個區域中是可用的。
透過向第二區域中的GNSS接收器提供更改後的偽隨機雜訊碼及/或加密密鑰，第二區域中的GNSS接收器能夠利用來自第二區域“本地的”GNSS衛星的安全GNSS訊號(包括如上所述的修改的C/A碼訊號)和來自最初用於第一區域的GNSS衛星的附加加密GNSS訊號(使用提供的解密密鑰)兩者來執行定位。由於第一區域和第二區域的偽隨機雜訊碼和加密密鑰不同，因此第一區域的安全性不會因向第二區域提供必要的解密資訊而受到損害。
因此，本發明的一個實施例提供對安全GNSS訊號的可存取性的區域分離。例如，GNSS衛星可以使用不同的加密密鑰及/或加密方法來產生安全的GNSS訊號，這取決於GNSS衛星在地心地固(ECEF)坐標系中的坐標。例如，坐標的第一範圍可以定義GNSS衛星位置在第一區域中的可見範圍，並且坐標的第二範圍可以定義GNSS衛星位置在第二區域中可見而在第一區域中不可見的的範圍。
根據本發明的一個實施例，用於第二區域的GNSS接收器可以包括能夠處理從兩個不同區域的GNSS衛星群組(例如，伽利略和QZSS)接收的兩種類型的安全GNSS訊號的GNSS天線和訊號處理器。
實現本發明的GNSS接收器可以被配置為包括CPU、記憶體(RAM、ROM)等於其上的電腦，以具有必要的功能。這些功能可以透過實現各功能的軟體/電腦程式來實現，也可以透過硬體來實現該些功能的一部分或全部。 ＜範例＞
根據本發明的實施例，藉由反轉具有N 個位元(N ：一個自然數)的二進制位元序列的預定週期的GNSS訊號中的偽隨機雜訊碼中的多個位元以向GNSS開放服務訊號提供認證方法/機制。二進制位元序列中的每個反轉位元的位置由使用密碼式偽隨機數產生器為每個週期所產生的序列號所指定，使得二進制位元序列(對應於一個週期)中的反轉位元的位置，或二進制位元序列中的反轉位元的數量，或反轉位元的位置和數量兩者都隨週期而變化。用於GNSS接收器中的相應密碼式偽隨機數產生器的解密密鑰預先提供給GNSS接收器。例如，偽隨機雜訊碼可以是具有每週期1023個碼片的GPS粗擷取(coarse acquisition, C/A)碼，該1023個碼片對應於1023個位元(即，N=1023)。
根據本發明的一個實施例，偽隨機地產生的序列號的範圍從1到N ，使得每個週期在與序列號對應的位置處包括一個反轉位元。“序列”號意味著產生的號碼是一個號碼的系列中的一個，例如從1到N ，包括端值。
然而，可以為每個週期產生多於一個的序列號。例如，如果產生兩個偽隨機序列號，則每個週期包括兩個反轉位元。更一般地說，可以為每個週期產生多個M (M ：大於1的自然數)序列號。在這種情況下，每個週期在M 個序列號對應的各個位置處包括M 個反轉位元。
此外，序列號的範圍不限於1到N 。亦即，更一般地說，每個週期可以產生多個M 序列號，並且每個序列號的範圍可以從1到kN (k ：一個大於1的數)。在這種情況下，每個週期在與序列號對應的各個位置處包括0到M 個反轉位元，該序列號具有M 個序列號中取值為1到N 之間的值，包括端值。如果偽隨機地產生的序列號大於N ，則丟棄該序列號，使得該週期內沒有對應的反轉位元。這個方案平均每週期提供M/k 個反轉位元。例如，如果每個週期產生兩個從1到2046的序列號，那麼給定的週期中可以有0到4個任意數量的反轉位元，但平均每個週期的反轉位元數為2。
圖2示意性地示例了根據本發明的一個實施例的能夠認證GNSS開放服務訊號的GNSS接收器10的一部分。GNSS接收器10包括配置為接收多個GNSS訊號的GNSS天線(未示出)、前端部分(RF部分)(未示出)、數位處理部分20和開放訊號認證部分(裝置)40。GNSS訊號包括具有N 個位元(N ：一個自然數)的二進制位元序列的預定週期(碼長度)的偽隨機雜訊(pseudorandom noise, PRN)碼，其中修改的偽隨機雜訊碼包括在(多個)位置處的多個反轉位元，該(等)位置各由偽隨機序列號所指定，以使得週期中的反轉位元的位置和反轉位元的數量中的至少一者逐週期而變化。例如，如上所述，當一個週期的PRN碼具有N 個位元時，透過為每個週期產生M 個從1到kN 的偽隨機序列號，每個週期具有1到M 個反轉位元，這樣修改後的PRN碼平均每個週期具有M/k 個反轉位元。如上所述，PRN碼可以是具有每週期(亦即，N ＝1023)1023個碼片(位元)的GPS粗擷取(C/A)碼。然而，可以使用具有不同週期的其他PRN碼。例如，伽利略E1 B/C訊號的週期(碼長度)為4092個碼片。
GNSS接收器10的前端(RF)部分對接收到的GNSS訊號進行放大、頻率轉換和類比對數位訊號的轉換，如本領域普通技術人員所熟知的。如圖2所示，數位處理部分20包括都普勒去除(Doppler removal)區塊(電路)22、同相相關器24、第一同相累加器26、循跡迴路28和本地偽隨機雜訊(PRN)碼產生器30。循跡迴路28包括用於向本地PRN碼產生器30提供當前觀察到的延遲的校正的延遲鎖定迴路(delay lock loop, DLL)、用於向都普勒去除區塊22提供相位和頻率的校正的鎖相迴路(phase lock loop, PLL)及頻率鎖定迴路(frequency lock loop, FLL)。
PRN碼產生器30在本地產生PRN碼的副本，並且相關器24將本地產生的PRN碼與從都普勒去除電路22輸出的接收到的PRN碼訊號相關聯以產生相關聯訊號32。從同相相關器24輸出的相關聯訊號將具有某個恆定值(沒有雜訊)，除了振幅將其符號改變為相反符號(負值)的反轉位元位置。累加器26針對預定時間間隔累加相關聯訊號的振幅，以產生用於接收的PRN碼訊號的累加訊號振幅Iu。
如圖2所示，開放訊號認證部分40包括記憶體42、密碼式偽隨機數產生器44、反轉位元選擇器46、同相累加器(第二累加器)48、比值計算器(計算部分)50和確定部分52。記憶體42儲存與密碼式偽隨機數產生器相關聯的一個或多個解密密鑰，該密碼式偽隨機數產生器為修改的PRN代碼產生序列號。解密密鑰可以預先接收並儲存在記憶體42中。偽隨機數產生器44使用解密密鑰產生偽隨機序列號54，與針對進來的GNSS訊號的本地PRN碼之產生同步。
例如，可以使用在每個開放的GNSS訊號中傳輸的時間同步資料(例如GPS中的Time of Week)來實現這種同步。可以使用時間同步資料收集區塊(電路)60從循跡迴路28收集這樣的時間同步資料，並且時間同步資料62被輸入到偽隨機數產生器44，如圖2所示。藉由這個時間同步，指示在GNSS開放服務訊號中的對應(即當前)的週期內的反轉位元位置的偽隨機序列號54被產生並且被輸出到反轉位元選擇器46。應當注意的是，如果接收到的GNSS訊號中的修改後的PRN碼訊號已經使用多於一個的序列號進行了加密，那麼對於每個週期可以產生多於一個的偽隨機序列號，如上所述。
反轉位元選擇器46基於偽隨機序列號54和本地產生的PRN碼34，來選擇反轉位元振幅，該反轉位元振幅是在反轉位元處(在相應的碼片位置處)的相關聯訊號32的振幅，並產生反轉位元振幅56。例如，反轉位元位選擇器46僅在當從本地PRN碼產生器30接收的本地偽隨機雜訊碼34的當前位元序列號與從偽隨機數產生器44接收的偽隨機序列號54相匹配時，才輸出相關聯訊號32的振幅。當不匹配時，相關聯訊號32的振幅可以被丟棄。由於偽隨機序列號54指示接收到的相應週期內的反轉位元的位置(亦即，接收到的GNSS訊號中的修改的PRN碼)，相關聯訊號32的負值(亦即，反轉位元振幅56)在第二累加器48中累加。
第二累加器48針對預定時間間隔將從反轉位元選擇器46輸出的反轉位元振幅56累加，該預定時間間隔與在第一累加器26中相應的相關聯訊號32被累加的時間間隔相同，以產生針對接收到的PRN碼訊號的累加反轉位元振幅Ii 。
應當注意的是，由於接收到的修改的PRN碼具有反轉位元，而本地產生的PRN碼(副本)34不具有這樣的反轉位元(亦即，具有相反的符號)，相關聯訊號32將在反轉位元的位置處具有“負的”振幅。因此，如果對反轉位元的位置處的這樣的振幅進行採樣，則採樣的振幅也具有“負的”振幅。另一方面，如果接收到的GNSS訊號是偽造的或不是真實的，則接收到的PRN碼訊號、不是修改後的PRN碼訊號在它們應該出現的地方不會具有反轉位元。因此，這種偽造GNSS訊號的相關聯訊號32在整個週期內將具有“正的”恆定振幅，而沒有雜訊。因此，如果接收到的GNSS訊號是真實的，則累加反轉位元振幅Ii 將具有“負的”振幅，而累加反轉位元振幅的正符號表示接收到的PRN碼沒有被修改的，亦即，接收到的GNSS訊號是偽造的。
比值計算器50計算累加反轉位元振幅(−Ii )與累加訊號振幅(Iu )的比值。需要注意的是，負號(−)表示在比值計算中，將累加反轉位元振幅的原始(假設為)負值反向，這樣，對於真實的GNSS訊號，該比值(-Ii/Iu )被計算為一個“假定為”正的且更大的值。對於偽造的GNSS訊號而言，累加反轉位元訊號振幅的原始正值將被反向為一負(亦即較小)值，使得後續的比較程序更加簡單。
確定部分52將比值(-Ii/Iu )與第一臨界值和第二臨界值進行比較，並且輸出確定訊號58，該確定訊號58指示：(i)如果比值小於第一臨界值，則接收到的GNSS訊號是偽造的，(ii)如果比值大於第二臨界值，則接收到的GNSS訊號是真實的，以及(iii)如果比值在第一臨界值和第二臨界值之間，則接收到的GNSS訊號是未經認證的。
如果比值(-Ii/Iu )在第一臨界值和第二臨界值之間，則比值計算器50中之比值計算可以繼續至一段延長的時間間隔，並且計算出的比值(-Ii/Iu )可以在確定部分52中進一步累加以進一步執行與第一和第二臨界值的比較。
基於該確定，GNSS接收器10丟棄被確定為偽造的GNSS訊號，使得進一步的應用處理(用於推導導航解決方案)僅利用經認證的GNSS訊號來執行。
圖3示例出了根據本發明的一個實施例的一種用於在GNSS接收器(例如，如上所述的GNSS接收器10)處認證全球導航衛星系統(GNSS)中的開放服務訊號的方法100。GNSS接收器在GNSS天線處接收多個GNSS訊號(102)。如上所述，GNSS訊號各自包括具有N 個位元(N ：一個自然數)的二進制位元序列的預定週期的偽隨機雜訊碼。接收到的偽隨機雜訊碼假定為修改的偽隨機雜訊碼，該修改的偽隨機雜訊碼在各個由序列號所指定的位置處包括多個反轉位元。使用密碼式偽隨機數產生器為每個週期產生序列號，使得週期中的反轉位元的位置以及反轉位元的數量中的至少一者逐週期而變化。
接收的GNSS訊號在前端(RF)部分被放大、頻率轉換和類比對數位轉換(104)。GNSS接收器使用本地PRN碼產生器產生本地PRN碼，並將本地PRN碼與接收到的PRN碼訊號相關聯以產生相關聯訊號(106)。針對預定時間間隔，相關聯訊號的振幅被累加，從而獲得針對所接收的PRN碼訊號的累加訊號振幅(108)。另一方面，偽隨機序列號由偽隨機數產生器使用與用於產生GNSS訊號中的修改的PRN碼的密碼式偽隨機數產生器相關聯的解密密鑰產生(110)。偽隨機序列號的產生與針對進來的GNSS訊號的本地PRN碼產生之產生同步，使得產生的偽隨機序列號指示反轉位元在進來的GNSS訊號中的修改的PRN碼之對應(即當前)的週期內的位置。在反轉位元位置處的相關聯訊號的振幅係基於偽隨機序列號和本地PRN碼而被選擇並且係作為反轉位元振幅而被輸出(112)。例如，如果針對相關聯訊號的本地PRN碼的當前位元序列號與指示反轉位元位置的偽隨機序列號相匹配，則輸出反轉位元振幅，否則丟棄相關聯訊號的振幅。
針對預定時間間隔累加反轉位元振幅，以獲得針對所接收的PRN碼訊號的累加反轉位元振幅(114)。計算累加反轉位元振幅與累加訊號振幅的比值(116)，並將該比值與第一臨界值和第二臨界值進行比較以確定(118)：如果比值小於第一臨界值，則確定接收到的GNSS訊號是偽造的，如果比值大於第二臨界值，則確定接收到的GNSS訊號是認證的以及如果比值在第一臨界值和第二臨界值之間，則確定接收到的GNSS訊號是未經認證的。
根據本發明的一個實施例，上述開放訊號認證部分40可以提供給現有的GNSS接收器作為開放訊號認證裝置，以允許GNSS接收器認證包括如上所述的修改的PRN碼的GNSS訊號。
在上述範例中，本地PRN碼產生器30產生未修改的PRN碼的副本以與接收到的GNSS訊號中的修改的PRN碼訊號相關聯。然而，修改本地PRN碼產生器30以基於產生的偽隨機序列號54產生修改的PRN碼的副本也是可能的。在這種情況下，對於真實的GNSS訊號的相關聯訊號32的振幅將在包括反轉位元的整個碼週期(雜訊除外)期間內為“正的”常數，而對於偽造的或欺騙的GNSS訊號，在反轉位元位置處將為“負的”，其餘部分則為正的(雜訊除外)。因此，當在負的位元位置處的相關聯訊號的振幅被累加時，累加振幅變得更加地“負”(亦即，越小)，接收到的GNSS訊號越有可能是偽造的。因此，透過比較兩個臨界值，可以以與上述範例中類似的方式對接收到的GNSS開放服務訊號進行認證。
儘管該實現涉及對本地PRN碼產生器30的修改，但是由於接收到的PRN碼和本地PRN碼(副本)彼此，包括反轉位元，皆相同，所以相關聯訊號的訊號雜訊(signal to noise, S/N)比與先前的範例相比將得到改善。
此外，實現本發明的GNSS接收器和開放訊號認證部分/裝置可以被配置為包括CPU、記憶體(RAM、ROM)等於其上的電腦，以便具有必要的結構和功能。這些功能可以透過實現各功能的軟體/電腦程式來實現，但也可以透過硬體來實現一部分或全部的功能。
作為發射包括修改的PRN碼的GNSS訊號並且在某個地理區域中是可見的GNSS衛星的數量可能不足以為該地理區域提供可靠的導航服務。例如，QZSS衛星的數量可能不足以可靠地計算在日本內的GNSS接收器的位置。因此，其他GNSS衛星(例如伽利略衛星)的安全PRS訊號也可以透過提供與QZSS衛星的互操作性而被使用，如上所述。
因此，根據本發明的一個實施例，一種方法提供對全球導航衛星系統(GNSS)中的加密服務訊號的區域依賴性存取。多個不同的加密密鑰及/或加密方法被提供給GNSS衛星。也就是說，這種GNSS衛星能夠對其GNSS訊號執行兩種類型的加密。當GNSS衛星位於這樣的一個位置時，其中GNSS衛星的坐標根據地心地固(ECEF)坐標系為在第一範圍內，則GNSS衛星使用第一加密密鑰及/或加密方法傳輸GNSS訊號，並且如果GNSS衛星位於這樣的一個位置時，其中GNSS衛星的坐標根據ECEF坐標系為在第二範圍內，則GNSS衛星使用第二加密密鑰及/或加密方法傳輸GNSS訊號。
例如，除了當前的公共監管服務(PRS)訊號(第一加密密鑰/方法)之外，伽利略衛星可以被提供予第二加密密鑰/方法來傳輸其訊號。因此，當伽利略衛星在歐洲(第一區域)為可見時，它可以使用PRS訊號作為第一加密方案，並且歐洲成員國中的GNSS接收器利用PRS訊號。當伽利略衛星從歐洲為不可見時，但從日本(第二區域)為可見時，例如，伽利略衛星使用第二加密密鑰/方法傳輸PRS訊號。與第二加密密鑰/方法對應的解密密鑰預先提供給日本的GNSS接收器。因此，除了上述帶有修改過的PRN碼的安全GNSS訊號之外，日本的此類GNSS接收器還能夠利用來自伽利略衛星(使用第二加密)的安全PRS訊號，從而獲得足夠數量的此類安全的抗欺騙的GNSS訊號。這樣的GNSS接收器執行如上所述的修改的開放GNSS訊號的認證，以及針對伽利略衛星使用的第二加密密鑰/方法的解密/認證兩種態樣。
因此，更一般地說，根據本發明的一個實施例的方法包括將對應於第一加密密鑰及/或加密方法的第一解密密鑰提供給第一區域中的GNSS接收器，從該第一區域在第一範圍內的GNSS衛星是可見的，並且亦向第二區域中的GNSS接收器提供與第二加密密鑰及/或加密方法相對應的第二解密密鑰，從該第二區域在第二範圍內的GNSS衛星是可見的。
根據本發明的一個實施例，以上討論的用於向使用修改的PRN碼的GNSS開放服務訊號提供認證的方法和裝置進一步實現了用於提供對GNSS中的加密服務訊號的區域依賴性存取的方法，使得足夠數量的安全(即，可認證的)GNSS衛星訊號在某個區域被利用，以提供安全和防欺騙的導航服務。
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取儲存媒體中實現。該程式指示微處理器執行上述方法。
雖然已經以幾個較佳實施例描述了本發明，但還是存在落入本發明範圍內的變更、置換、修改和各種替代等效物。還應注意，有許多替代方式來實現本發明的方法和裝置。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此類變更、置換和各種替代等價物。
10:GNSS接收器 20:數位處理部分 22:都普勒去除區塊(電路) 24:同相相關器 26:第一同相累加器 28:循跡迴路 30:本地偽隨機雜訊(PRN)碼產生器 32:相關聯訊號 34:本地產生的PRN碼 40:開放訊號認證部分 42:記憶體 44:密碼式偽隨機數產生器 46:反轉位元選擇器 48:同相累加器(第二累加器) 50:比值計算器(計算部分) 52:確定部分 54:偽隨機序列號 56:反轉位元振幅 58:確定訊號 60:時間同步資料收集區塊(電路) 62:時間同步資料 100:方法 102~118:步驟Ii :累加反轉位元振幅Iu :累加訊號振幅
本發明透過範例而非限制的方式在所附圖式中示例出，其中相同的元件符號指代相似的元件，其中：
[圖1]是顯示出當前可用的QZSS訊號的表格。
[圖2]是示意性地示例出了根據本發明的一個實施例的認證裝置的方塊圖。
[圖3]是示意性地示例出了根據本發明的一個實施例的用於認證GNSS開放服務訊號的方法的程序流程簡圖。
10:GNSS接收器
20:數位處理部分
22:都普勒去除區塊(電路)
24:同相相關器
26:第一同相累加器
28:循跡迴路
30:本地偽隨機雜訊(PRN)碼產生器
32:相關聯訊號
34:本地產生的PRN碼
40:開放訊號認證部分
42:記憶體
44:密碼式偽隨機數產生器
46:反轉位元選擇器
48:同相累加器(第二累加器)
50:比值計算器(計算部分)
52:確定部分
54:偽隨機序列號
56:反轉位元振幅
58:確定訊號
60:時間同步資料收集區塊(電路)
62:時間同步資料
Ii:累加反轉位元振幅
Iu:累加訊號振幅

Claims (14)

  1. 一種用於向全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite Systems, GNSS)中的開放服務訊號提供認證機制的方法，該方法包括： 將具有N 個位元(N ：一個自然數)的二進制位元序列的預定週期的GNSS訊號中的偽隨機雜訊碼中的多個位元反轉，該二進制位元序列中的各該反轉位元的位置由使用密碼式偽隨機數產生器為各該週期所產生的序列號所指定，藉此該週期中的各該反轉位元的位置以及各該反轉位元的數量中的至少一者逐週期而變化；以及 向具有相應密碼式偽隨機數產生器的GNSS接收器提供解密密鑰。
  2. 根據請求項1所述的方法，其中，該偽隨機雜訊碼為具有與N 個位元對應的每週期1023個碼片的粗擷取(coarse acquisition, C/A)碼。
  3. 根據請求項1所述的方法，其中，該序列號的範圍從1到N ，使得各該週期在與該序列號對應的位置處包括反轉位元。
  4. 根據請求項1所述的方法，其中，為各該週期產生多個M (M ：大於1的自然數)序列號，各該序列號的範圍從1到N ，使得各該週期在與該M 個序列號對應的各個位置處包括M 個反轉位元。
  5. 根據請求項1所述的方法，其中，每週期產生多個M (M ：大於1的自然數)序列號，各該序列號的範圍從1到kN (k ：大於1的數)，使得各該週期在與各該序列號對應的各個位置處包括0到M 個反轉位元，各該序列號具有該M 個序列號中取值為1到N 之間的值，包括端值，從而平均在每週期提供M/k 個反轉位元。
  6. 一種用於在全球導航衛星系統(GNSS)中認證開放服務訊號的方法，該方法包括： 在GNSS接收器處接收多個GNSS訊號，各該GNSS訊號包括具有N 個位元(N ：一個自然數)的二進制位元序列的預定週期的偽隨機雜訊碼，假定該接收到的偽隨機雜訊碼是一種包括多個反轉位元的修改的偽隨機雜訊碼，該多個反轉位元處於各個皆由序列號所指定的位置，使用密碼式偽隨機數產生器為各該週期產生該序列號，使得該週期中的該反轉位元的位置以及該反轉位元的數量中的至少一者逐週期而變化； 在該GNSS接收器處對該接收到的GNSS訊號進行放大、頻率轉換及類比對數位訊號轉換； 將在該GNSS接收器中產生的本地偽隨機雜訊碼與接收到的偽隨機雜訊碼訊號相關聯，從而產生相關聯訊號； 針對預定時間間隔累加該相關聯訊號的振幅，從而獲得針對該接收到的偽隨機雜訊碼訊號的累加訊號振幅； 透過該GNSS接收器中的偽隨機數產生器使用與該密碼式偽隨機數產生器相關聯的解密密鑰產生偽隨機序列號； 基於該偽隨機序列號和該本地偽隨機雜訊碼選擇反轉位元振幅，該反轉位元振幅是該相關聯訊號在該反轉位元處的振幅； 針對該預定時間間隔累加該反轉位元振幅，從而針對該接收到的偽隨機雜訊碼訊號獲得累加反轉位元振幅； 計算該累加反轉位元振幅與該累加訊號振幅的比值； 將該比值與第一臨界值和第二臨界值進行比較；以及 如果該比值小於該第一臨界值，則確定該接收到的GNSS訊號是偽造的，如果該比值大於該第二臨界值，則確定該接收到的GNSS訊號是認證的，以及如果該比值在該第一臨界值和該第二臨界值之間，則確定該接收到的GNSS訊號是未經認證的。
  7. 根據請求項6所述的方法，還包括，如果該比值在該第一臨界值和該第二臨界值之間： 繼續計算該比值； 針對延長的時間間隔累加計算出的比值以產生累加比值；以及 將該累加比值與該第一和第二臨界值進行比較以執行該確定。
  8. 根據請求項6所述的方法，其中，該選擇反轉位元振幅包括： 如果針對該相關聯訊號的該本地偽隨機雜訊碼的當前位元序列號與指示相應週期內的該反轉位元位置的該偽隨機序列號相匹配，則輸出該相關聯訊號的振幅。
  9. 一種全球導航衛星系統(GNSS)接收器，其能夠認證GNSS開放服務訊號，該GNSS接收器包括： GNSS天線，其被配置為接收多個GNSS訊號，各該GNSS訊號包括具有N 個位元(N ：一個自然數)的二進制位元序列的預定週期的修改的偽隨機雜訊碼，該修改的偽隨機雜訊碼在各個由序列號所指定的位置處包括多個反轉位元，使用密碼式偽隨機數產生器為各該週期產生該序列號，使得該週期中的該反轉位元的位置以及該反轉位元的數量中的至少一者逐週期而變化； 前端部分，對該接收的GNSS訊號進行放大、頻率轉換和類比對數位訊號轉換； 數位處理部分，包括： 相關器，其被配置為將本地產生的偽隨機雜訊碼與接收的偽隨機雜訊碼訊號相關聯，從而產生相關聯訊號；以及 第一累加器，其被配置為針對預定時間間隔累加該相關聯訊號的振幅，從而為該接收的偽隨機雜訊碼訊號產生累加訊號振幅；以及 開放訊號認證裝置，包括： 記憶體，其儲存與該密碼式偽隨機數產生器相關聯的解密密鑰； 偽隨機數產生器，其被配置為使用該解密密鑰產生偽隨機序列號； 反轉位元選擇器，其被配置為基於該偽隨機序列號和該本地產生的偽隨機雜訊碼來選擇反轉位元振幅，該反轉位元振幅是該相關聯訊號在該反轉位元處的振幅； 第二累加器，其被配置為針對該預定時間間隔累加該反轉位元振幅，從而針對該接收的偽隨機雜訊碼訊號產生累加反轉位元振幅； 計算部分，其被配置為計算該累加反轉位元振幅與該累加訊號振幅的比值；以及 確定部分，其被配置為將該比值與第一臨界值和第二臨界值進行比較，從而輸出確定訊號，該確定訊號指示：如果該比值小於該第一臨界值，則確定該接收的GNSS訊號是偽造的，如果該比值大於該第二臨界值，則確定該接收的GNSS訊號是認證的以及如果該比值在該第一臨界值和該第二臨界值之間，則確定該接收的GNSS訊號是未經認證的。
  10. 根據請求項9所述的GNSS接收器，其中，該反轉位元選擇器被配置為如果針對該相關聯訊號的該本地偽隨機雜訊碼的當前位元序列號與指示相應週期內的該反轉位元位置的該偽隨機序列號中之至少一個相匹配，則輸出該相關聯訊號的振幅。
  11. 一種認證在GNSS接收器處接收的全球導航衛星系統(GNSS)訊號中的開放服務訊號的裝置，各該GNSS開放服務訊號包括具有N 個位元(N ：一個自然數)的二進制位元序列的預定週期的修改的偽隨機雜訊碼，該修改的偽隨機雜訊碼在各個由序列號所指定的位置處包括多個反轉位元，使用密碼式偽隨機數產生器為各該週期產生該序列號，使得該週期中的該反轉位元的位置以及該反轉位元的數量中的至少一者逐週期而變化，該裝置與該GNSS接收器的數位訊號處理器通信，該裝置包括： 記憶體，其儲存與用於產生該修改的偽隨機雜訊碼的該密碼式偽隨機數產生器相關聯的解密密鑰； 偽隨機數產生器，其被配置為使用該解密密鑰來產生偽隨機序列號； 反轉位元選擇器，其被配置為基於該偽隨機序列號和該本地產生的偽隨機雜訊碼來選擇反轉位元振幅，如果針對該相關聯訊號的該本地偽隨機雜訊碼的當前位元序列號與指示相應週期內的該反轉位元位置的該偽隨機序列號中之至少一個相匹配，則輸出該相關聯訊號的振幅； 累加器，其被配置為針對預定時間間隔累加該反轉位元振幅，從而針對該接收的偽隨機雜訊碼訊號產生累加反轉位元振幅； 計算部分，其被配置為從該數位訊號處理部分接收該接收的偽隨機雜訊碼訊號的累加訊號振幅，該累加訊號振幅是針對該預定時間間隔內該相關聯訊號的累加振幅，並且被配置為計算該累加反轉位元振幅與該累加訊號振幅的比值；以及 確定部分，其被配置為將該比值與第一臨界值和第二臨界值進行比較，從而輸出確定訊號，該確定訊號指示：如果該比值小於該第一臨界值，則確定該接收的GNSS訊號是偽造的，如果該比值大於該第二臨界值，則確定該接收的GNSS訊號是認證的以及如果該比值在該第一臨界值和該第二臨界值之間，則確定該接收的GNSS訊號是未經認證的。
  12. 一種用於提供對全球導航衛星系統(GNSS)中的加密服務訊號的區域依賴性存取的方法，該方法包括： 向GNSS衛星提供多個不同的加密密鑰及/或加密方法； 如果在地心地固(Earth-Centered, Earth-Fixed, ECEF)坐標系中的該GNSS衛星的坐標在第一範圍內，則使用第一加密密鑰及/或加密方法從該GNSS衛星傳輸GNSS訊號；以及 如果在ECEF坐標系中的該GNSS衛星的該坐標在不同於該第一範圍的第二範圍內，則使用第二加密密鑰及/或加密方法從該GNSS衛星傳輸GNSS訊號。
  13. 根據請求項12所述的方法，還包括： 將對應於該第一加密密鑰及/或加密方法的第一解密密鑰提供給第一區域中的GNSS接收器，從該第一區域具有ECEF坐標係的該第一範圍內的該坐標的該GNSS衛星是可見的；以及 向第二區域中的GNSS接收器提供與該第二加密密鑰及/或加密方法相對應的第二解密密鑰，從該第二區域具有ECEF坐標係的該第二範圍內的該坐標的該GNSS衛星是可見的。
  14. 根據請求項12所述的方法，其中，該加密的服務訊號為公共監管服務(Public Regulated Service, PRS)訊號。
TW110112129A 2020-04-09 2021-04-01 用於向ｇｎｓｓ開放服務訊號提供認證及用於可交互運作安全定位的方法及系統 TW202201043A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063007788P 2020-04-09 2020-04-09
US63/007,788 2020-04-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202201043A true TW202201043A (zh) 2022-01-01

Family

ID=75302616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110112129A TW202201043A (zh) 2020-04-09 2021-04-01 用於向ｇｎｓｓ開放服務訊號提供認證及用於可交互運作安全定位的方法及系統

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230028995A1 (zh)
EP (1) EP4133307A1 (zh)
JP (1) JP2023521085A (zh)
CN (1) CN115667995A (zh)
AU (1) AU2021252208A1 (zh)
TW (1) TW202201043A (zh)
WO (1) WO2021205272A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11496177B2 (en) * 2019-07-02 2022-11-08 Kbr Wyle Services, Llc Agile navigation transmitter system that includes a single amplifier system
US12000935B2 (en) * 2021-12-06 2024-06-04 Novatel Inc. Systems, media, and methods for processing an integrated signal having a plurality of signal components with arbitrary power allocation

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2921528B1 (fr) * 2007-09-21 2015-08-21 Thales Sa Procede fournissant les moyens de reconnaitre l'origine et/ou le contenu d'un signal rf
FR3071684B1 (fr) * 2017-09-26 2020-11-06 Thales Sa Procede de transmission d'informations additionnelles sur des signaux de transmission avec etalement de spectre et systeme associe

Also Published As

Publication number Publication date
CN115667995A (zh) 2023-01-31
JP2023521085A (ja) 2023-05-23
WO2021205272A1 (en) 2021-10-14
EP4133307A1 (en) 2023-02-15
AU2021252208A1 (en) 2022-11-17
US20230028995A1 (en) 2023-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Margaria et al. Signal structure-based authentication for civil GNSSs: Recent solutions and perspectives
O'Hanlon et al. Real‐time GPS spoofing detection via correlation of encrypted signals
RU2720881C1 (ru) Способ и система для аутентификации радионавигации
US20230028995A1 (en) Method and system for providing authentication to gnss open service signals and interoperable secure positioning
CA2800193C (en) Method of providing an authenticable time-and-location indication
US9952325B2 (en) Digitally-signed satellite radio-navigation signals
CN105934687B (zh) 信号处理的方法和装置
CN104603637B (zh) 卫星导航信号的验证
Caparra et al. Feasibility and limitations of self-spoofing attacks on GNSS signals with message authentication
Kor et al. A proposal for securing terrestrial radio-navigation systems
Caparra et al. An autonomous GNSS anti-spoofing technique
Ceccato Security in Global Navigation Satellite Systems: authentication, integrity protection and access control
POzzObOn Keeping the SpoofsOut
WO2022017876A1 (en) Signal authentication system and method