TWI820089B - 在即時動態定位中的欺騙檢測 - Google Patents

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TWI820089B
TWI820089B TW108106149A TW108106149A TWI820089B TW I820089 B TWI820089 B TW I820089B TW 108106149 A TW108106149 A TW 108106149A TW 108106149 A TW108106149 A TW 108106149A TW I820089 B TWI820089 B TW I820089B
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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
Figure 108106149-A0305-02-0001-197
和在參考天線處的參考載波相位
Figure 108106149-A0305-02-0001-198
的測量，獲得單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0001-199
，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
Figure 108106149-A0305-02-0001-200
。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
Figure 108106149-A0305-02-0001-201
的基線向量△的函數來預測雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0001-202
。基於預測值
Figure 108106149-A0305-02-0001-203
和計算值

Description

在即時動態定位中的欺騙檢測 [相關申請]
本案要求2018年2月26日提交的美國臨時申請案No.62/635,292和2019年2月20日提交的國際專利申請案No.PCT/IB2019/051347的優先權，其內容為在此引入作為參考。
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接收器處的即時動態(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態(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
Figure 108106149-A0305-02-0006-37
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
Figure 108106149-A0305-02-0006-38
，(c)獲得用於該複數個GNSS信號的該第一載波相位
Figure 108106149-A0305-02-0006-24
和該參考載波相位
Figure 108106149-A0305-02-0006-25
之間的第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0006-28
，(d)計算雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0006-27
，該雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0006-182
是該參考GNSS信號的該第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0006-29
和剩餘的該複數個GNSS信號中的各者的第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0006-30
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
Figure 108106149-A0305-02-0006-33
預測該第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0006-39
成為該單位向量ek和該第一天線與該參考天線之間的基線向量△的函數，從而以有第二整數偏差
Figure 108106149-A0305-02-0006-34
預測該雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0006-35
成為該單位方向向量ek和該參考單位向量e0之間的差異向量ek0和該基線向量△的函數，(g)基於從該測量處理獲得的該所計算的雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0006-36
和該所預測的 雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0007-40
，計算具有用於該第二整數偏差
Figure 108106149-A0305-02-0007-41
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△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接收器的即時動態(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
Figure 108106149-A0305-02-0007-52
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
Figure 108106149-A0305-02-0007-42
，(d)獲得用於該複數個GNSS信號的該第一載波相位
Figure 108106149-A0305-02-0007-43
和該參考載波相位
Figure 108106149-A0305-02-0007-51
之間的第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0007-44
，(e)計算雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0007-47
，該雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0007-48
是該參考GNSS信號的第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0007-45
和剩餘的該複數個GNSS信號中的各者的第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0007-46
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
Figure 108106149-A0305-02-0007-50
預測該第一 單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0008-53
成為該單位向量ek和的該第一天線與該參考天線之間的基線向量△的函數，從而以第二整數偏差
Figure 108106149-A0305-02-0008-56
預測該雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0008-54
成為該單位方向向量ek和該參考單位向量e0之間的差異向量ek0和基線向量△的函數，(h)基於從該測量處理獲得的該所計算的雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0008-57
和該所預測的雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0008-59
，計算具有用於該第二整數偏差
Figure 108106149-A0305-02-0008-58
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△為零的解，則確定已發生欺騙。
所預測的雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0008-60
可表示為：
Figure 108106149-A0305-02-0008-1
，其中λ是載波的波長。
對於欺騙性GNSS信號的該第二整數偏差
Figure 108106149-A0305-02-0008-61
可表示為：
Figure 108106149-A0305-02-0008-3
，其中λ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態(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
Figure 108106149-A0305-02-0009-62
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
Figure 108106149-A0305-02-0009-63
。
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
Figure 108106149-A0305-02-0009-65
和該參考載波相位
Figure 108106149-A0305-02-0009-66
之間的第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0009-64
，以藉此(ii)計算雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0009-67
，該雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0009-70
是該參考GNSS信號的該第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0009-68
和剩餘的該複數個GNSS信號中的各者的第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0009-69
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
Figure 108106149-A0305-02-0009-71
預測該第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0009-72
成為該單位向量ek和的該第一天線與該參考天線之間的基線向量△的函數，從而(iii)以第二整數偏差
Figure 108106149-A0305-02-0009-78
預測該雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0009-77
以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△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
Figure 108106149-A0305-02-0009-75
和該所預測的雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0009-73
，計算用於具有該第二整數偏差
Figure 108106149-A0305-02-0009-76
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△ 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
Figure 108106149-A0305-02-0010-79
可表示為：
Figure 108106149-A0305-02-0010-4
，其中λ是載波的波長。
對於欺騙性GNSS信號的該第二整數偏差
Figure 108106149-A0305-02-0010-81
可表示為：
Figure 108106149-A0305-02-0010-5
，其中λ是載波的波長。
GNSS信號的數量可以等於或大於5。
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。
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x 1處設置有第一天線12以及在參考天線位置x 0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，可以在即時動態(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：
Figure 108106149-A0305-02-0014-6
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，x k 是第k個GNSS衛星的位置，τ0和τ1相應地是在參考天線位置x 0處和在第一天線位 置x 1處的時脈偏差，τ k 是第k個GNSS衛星的時脈偏差，
Figure 108106149-A0305-02-0014-82
和
Figure 108106149-A0305-02-0014-83
相應地是在參考天線位置x 0處和在第一天線位置x 1處 的第k個GNSS衛星的整數值偏差(載波相位模糊度)。C是光速，λ是載波的波長。
假設在第一天線位置x 1和參考天線位置x 0間的基線向量△滿足x1=x0+△，如圖2和3A所示，第一天線位置x 1和參考天線位置x 0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：
Figure 108106149-A0305-02-0014-8
其中
Figure 108106149-A0305-02-0014-10
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
Figure 108106149-A0305-02-0015-84
預測第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0015-85
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x 1和參考天線位置x 0之間的基線向量△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
Figure 108106149-A0305-02-0015-86
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)：
Figure 108106149-A0305-02-0015-11
也就是說，預測雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0015-87
是基於第k個GNSS信號的以第二整數偏差
Figure 108106149-A0305-02-0015-91
預測的第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0015-88
和參考GNSS信號的第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0015-89
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△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x s 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：
Figure 108106149-A0305-02-0015-12
其中T k 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x s )之間的載波相位L的雙重差異，得到以下等式：
Figure 108106149-A0305-02-0016-14
也就是說，如果應用處理器中的RTK引擎獲得基線向量*△的估計值或預測值和載波相位模糊度*
Figure 108106149-A0305-02-0016-188
(*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：
Figure 108106149-A0305-02-0016-15
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
Figure 108106149-A0305-02-0016-16
△=0
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
Figure 108106149-A0305-02-0017-92
和參考信號的第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0017-93
之間的雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0017-99
，其中第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0017-95
是GNSS信號20-k在第一載波相位
Figure 108106149-A0305-02-0017-100
(在第一天線處接收)和參考載波相位
Figure 108106149-A0305-02-0017-96
(在參考天線處接收)之間的差異，且第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0017-97
是參考信號在第一載波相位
Figure 108106149-A0305-02-0017-98
(在第一天線處接收)和參考載波相位
Figure 108106149-A0305-02-0017-112
(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62基於從信號處理區塊42獲得的測量(第一載波相位
Figure 108106149-A0305-02-0017-104
和參考載波相位
Figure 108106149-A0305-02-0017-103
)以獲得雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0017-102
。
另一方面，雙重差異計算部分62首先以第一整數偏差
Figure 108106149-A0305-02-0017-105
獲得(預測)第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0017-106
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△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x 0)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
Figure 108106149-A0305-02-0017-107
預測雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0017-108
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△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x 0)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
Figure 108106149-A0305-02-0017-109
和從雙重差異預測部分64獲得的預測雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0017-110
，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△和第一整數偏差
Figure 108106149-A0305-02-0017-111
。如果 模糊解析度產生基線向量為0的解，即當基線向量△=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(步驟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)(步驟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
Figure 108106149-A0305-02-0018-113
，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
Figure 108106149-A0305-02-0018-114
，以作為觀測值(步驟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
Figure 108106149-A0305-02-0018-115
和 參考載波相位
Figure 108106149-A0305-02-0019-183
之間的第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0019-118
，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(步驟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
Figure 108106149-A0305-02-0019-119
是第k個GNSS衛星的第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0019-120
和參考衛星的第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0019-122
之間計算的第二單一差異(步驟108)。
另一方面，使用如上所述的可用位置資訊，第一單一差異
Figure 108106149-A0305-02-0019-124
被以第一整數偏差
Figure 108106149-A0305-02-0019-123
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△的函數，因此雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0019-126
以第二整數偏差
Figure 108106149-A0305-02-0019-125
還基於預測的第一單一差異來預測
Figure 108106149-A0305-02-0019-127
和
Figure 108106149-A0305-02-0019-128
，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△的函數(步驟110)。
基於預測的雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0019-129
，以及從測量處理(步驟112)獲得的計算出的雙重差異
Figure 108106149-A0305-02-0019-130
，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*
Figure 108106149-A0305-02-0019-187
和載波相位模糊度的觀測值
Figure 108106149-A0305-02-0019-131
是如上所述匹配的，從而產生具有基線向量△=0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(步驟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
12:第一天線
14:參考天線
20-k:GNSS信號
30-k:GNSS衛星
30-1:GNSS衛星
50:欺騙器
52:欺騙天線
60-k:偽裝GNSS信號/偽造GNSS信號
70:探測車

Claims (17)

  1. 一種能夠檢測即時動態(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
    Figure 108106149-A0305-02-0022-132
    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
    Figure 108106149-A0305-02-0022-133
    獲得用於該複數個GNSS信號的該第一載波相位
    Figure 108106149-A0305-02-0022-142
    和該參考載波相位
    Figure 108106149-A0305-02-0022-137
    之間的第一單一差異
    Figure 108106149-A0305-02-0022-134
    ；計算雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0022-136
    ，該雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0022-135
    是該參考GNSS信號的該第一單一差異
    Figure 108106149-A0305-02-0022-138
    和剩餘的該複數個GNSS信號中的各者的第一單一差異
    Figure 108106149-A0305-02-0022-139
    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；以整數偏差
    Figure 108106149-A0305-02-0022-140
    ，預測該雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0022-141
    成為該單位方向向量ek和該參考單位向量e0之間的差異向量ek0和在該第一天線和該參考天線之間的基線向量△的函數； 基於從該測量處理獲得的該所計算的雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0023-145
    和該雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0023-143
    的關係表示式，計算具有用於該整數偏差
    Figure 108106149-A0305-02-0023-184
    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△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，其中用於預測該雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0023-146
    的該關係表示式表示為：
    Figure 108106149-A0305-02-0023-17
     其中λ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信號的該整數偏差
    Figure 108106149-A0305-02-0023-148
    表示為：
    Figure 108106149-A0305-02-0023-18
     其中λ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接收器的即時動態(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
    Figure 108106149-A0305-02-0024-149
    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
    Figure 108106149-A0305-02-0024-150
    ；獲得用於該複數個GNSS信號的該第一載波相位
    Figure 108106149-A0305-02-0024-162
    和該參考載波相位
    Figure 108106149-A0305-02-0024-152
    之間的第一單一差異
    Figure 108106149-A0305-02-0024-151
    ；計算雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0024-153
    ，該雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0024-156
    是該參考GNSS信號的該第一單一差異
    Figure 108106149-A0305-02-0024-154
    和剩餘的該複數個GNSS信號中的各者的第一單一差異
    Figure 108106149-A0305-02-0024-155
    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；以整數偏差
    Figure 108106149-A0305-02-0024-158
    ，預測該雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0024-157
    成為該單位方向向量ek和該參考單位向量e0之間的差異向量ek0和在該第一天線和該參考天線之間的基線向量△的函數；基於從該測量處理獲得的該所計算的雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0024-159
    和該雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0024-161
    的關係表示式，計算具有用於該整數偏差
    Figure 108106149-A0305-02-0024-160
    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△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，其中該雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0025-185
    的該關係表示式表示為：
    Figure 108106149-A0305-02-0025-19
     其中λ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信號的該整數偏差
    Figure 108106149-A0305-02-0025-186
    表示為：
    Figure 108106149-A0305-02-0025-20
     其中λ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態(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
    Figure 108106149-A0305-02-0026-174
    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
    Figure 108106149-A0305-02-0026-163
    ；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
    Figure 108106149-A0305-02-0026-164
    和該參考載波相位
    Figure 108106149-A0305-02-0026-166
    之間的第一單一差異
    Figure 108106149-A0305-02-0026-165
    ；和藉此計算雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0026-167
    ，該雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0026-170
    是該參考GNSS信號的該第一單一差異
    Figure 108106149-A0305-02-0026-168
    和剩餘的該複數個GNSS信號中的各者的第一單一差異
    Figure 108106149-A0305-02-0026-169
    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；以整數偏差
    Figure 108106149-A0305-02-0026-173
    ，預測該雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0026-172
    成為該單位方向向量ek和該參考單位向量e0之間的差異向量ek0和在該第一天線和該參考天線之間的基線向量△的函數；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
    Figure 108106149-A0305-02-0027-175
    和用於預測該雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0027-177
    的關係表示式，計算具有用於該整數偏差
    Figure 108106149-A0305-02-0027-176
    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△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，其中用於預測該雙重差異
    Figure 108106149-A0305-02-0027-179
    的該關係表示式表示為：
    Figure 108106149-A0305-02-0027-21
     其中λ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
    Figure 108106149-A0305-02-0027-180
    表示為：
    Figure 108106149-A0305-02-0027-22
     其中λ是載波的波長。
  16. 如申請專利範圍第1或11項所述的GNSS接收器，其中該第一天線和該參考天線之間的距離是配置在幾個分米到幾米。
  17. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中該第一天線和該參考天線之間的距離是配置在幾個分米到幾米。
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