WO2018202924A1 - Método para la autenticación de la posición proporcionada por sistemas gnss también valido en situaciones de arranque en frío del receptor - Google Patents

Método para la autenticación de la posición proporcionada por sistemas gnss también valido en situaciones de arranque en frío del receptor Download PDF

Info

Publication number
WO2018202924A1
WO2018202924A1 PCT/ES2017/070277 ES2017070277W WO2018202924A1 WO 2018202924 A1 WO2018202924 A1 WO 2018202924A1 ES 2017070277 W ES2017070277 W ES 2017070277W WO 2018202924 A1 WO2018202924 A1 WO 2018202924A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
receiver
time
satellite
information
gnss
Prior art date
Application number
PCT/ES2017/070277
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Miguel Angel FERNÁNDEZ GÓMEZ DE ARANDA
Original Assignee
Fernandez Gomez De Aranda Miguel Angel
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 Fernandez Gomez De Aranda Miguel Angel filed Critical Fernandez Gomez De Aranda Miguel Angel
Priority to US16/608,485 priority Critical patent/US11269079B2/en
Priority to PCT/ES2017/070277 priority patent/WO2018202924A1/es
Priority to EP17908735.8A priority patent/EP3561545A4/en
Publication of WO2018202924A1 publication Critical patent/WO2018202924A1/es

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
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • 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
    • G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
    • G01S19/10—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing dedicated supplementary positioning signals
    • 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

Definitions

  • the present invention is encompassed under the umbrella of GNSS systems (Global Navigation Satellite System) and in its way of including added functionality, security and authenticity in the elements provided by this type of systems (time and position). of the observer).
  • GNSS systems Global Navigation Satellite System
  • the proposed method establishes a way to avoid, or seriously reduce, the possibility that a jamming or spoofing attack on the signals of the satellites will be successful, making these, in addition, can be detected even in situations of cold start of the receiver. It is also proposed that this method be used so that GNSS positions, which have been verified using it, can be accepted as evidence in a court of law.
  • this patent proposes the inclusion of a transmitter in the radionavigation receiver, in addition to various added functions in the satellites and ground segment of the GNSS system, in order to be able to calculate, by the ground segment or other authorized entity, the location / area where the receiver is located.
  • this method of reverse position calculation can be used in rescue and rescue environments as a substitute for the current SAR (Search and Rescue) location systems, since it greatly improves both the accuracy and the time to obtain the location with what, in turn, will improve the search times of the accident / accident as well as the response time. Due to this, the proposed method makes the current SAR satellite location systems obsolete.
  • GNSS systems at the time of writing this document mainly GPS
  • GPS have become a basic part of many of the technologies we use today.
  • the time provided by GPS is widely used for the synchronization of bank transfers and for the synchronization of different production infrastructures, such as energy transport infrastructures, in many countries.
  • GPS does not take into account any special technique that facilitates it, they simply provide the open signals without giving any kind of security about them that can be taken into account.
  • the present patent application proposes a new method that allows the authentication of the position and time calculated by a GNSS receiver instead of trying to authenticate each of the signals of the satellites used in themselves.
  • the direct calculation of the position is the way in which any current receiver calculates its position using the signals of the different satellites of the constellation (see Figure 1). This way of calculating the position of the GNSS receiver is widely known and fully documented so that the particular algorithm is not included here.
  • the inverse calculation of the position is the calculation of the position of the receiver by a third entity (not the receiver itself). To do this, the GNSS receiver must transmit a signal to the satellites in order to be able to compute the position of the same.
  • the first problem is that the quality and precision of the time provided by the receiver's clock is not good enough to have a sufficiently accurate position.
  • the reasons for this have been mainly the cost, size and weight of the receivers when it comes to including precision watches in them.
  • Time of Arrival Time of Arrival
  • TOA Time of Arrival
  • a certain pre-process must be carried out so that said arrival times of the signal to the satellites can be used in the calculation of the position and time of the receiver.
  • the time of arrival of the signal to each satellite is different since the position of each satellite is different, so to obtain the time of sending the signal (which is unknown a priori) the differences in the time of arrival of the satellite must be calculated. the signal between the different satellites that receive it.
  • the "time in common" plus the difference of the arrival times of the signal in each case should be propagated and the formulas commonly used in the direct calculation to determine the position of the receiver should be applied ( See Figure 3)
  • the time variable will be implemented as a group of components that will allow, to a third entity and / or segment terrain, the calculation of the position and receiver time based on each reception time, for each satellite, for the same signal.
  • T Transmission is the time it takes for the signal to travel the distance between the G NSS receiver and the satellite.
  • Dt is the difference between the minimum arrival time of the signal and the real time of arrival to each of the different satellites that receive it.
  • ⁇ is the unknown amount of time that has to be added to each satellite to have the real time signal sent by the receiver. This value is the same for all satellites that received the signal so it can be deduced / propagated by calculating different possible values of it until the solution makes sense and the minimum error.
  • SAT (t a rr ⁇ vai) is the specific time of arrival of the signal for a specific satellite.
  • the movement of the satellites must also be taken into account when propagating the ⁇ so that the accuracy of the position calculated by the method proposed in this patent is adequate .
  • the same mathematical formulas used in the direct calculation can be applied in calculating the position of the receiver by adding different time increments ( ⁇ ) and adjusting the position of the satellites accordingly. This is done by calculating the position of the receiver with different values until finding the one that best fits the solution (see Figure 4).
  • Figure 1 representation of the triangulation performed by the receiver to calculate its position using direct calculation (it is the current form of position calculation in GNSS systems), where:
  • Pr -> Receiver Position t -> Is the time the signal is sent by the receiver (unknown parameter)
  • Figure 4 geometric representation of the expected solutions in the calculation of the propagation of time necessary to obtain the position and time of the receiver using the inverse calculation, where:
  • Figure 5 geometric representation of what can be considered a valid or invalid position when comparing the results of the direct and inverse calculation of the receiver's position.
  • Figure 6 basic communication diagram (excluding normal communications of GNSS systems), between the receiver and the ground segment or third entity, necessary to be able to provide authentication of the receiver's position.
  • the receiver will send a datagram with its ID (identifier), a sequence number and the position and calculated time of the receiver if this information is available. In case of a cold start the receiver will only be available the information of your identifier. This datagram may be digitally signed by the receiver in order to ensure its authenticity.
  • Each satellite will acquire the signal / datagram sent by the receiver in step 1 and calculate the time of arrival of the same. This will be done for each datagram individually.
  • Each satellite will send its own identifier to the ground together with the information / datagram sent by the receiver (including the time of arrival information) from steps 1 and 2.
  • This new datagram may be digitally signed by the satellite with in order to ensure its authenticity.
  • a third entity / ground segment will receive the information mentioned in step 3 and depending on the situation:
  • the information will be used to calculate the position and time of the receiver using the inverse calculation method proposed.
  • the result of whether the position and time are validated or not will be distributed to the user using any existing communication method.
  • the information will be passed raw (unprocessed) to the corresponding user / receiver using any existing communication method, in order for it to perform the corresponding processing (method of reverse calculation of the position) to determine if its position is valid or not .
  • Satellite Digital Signature Apart from the aforementioned data fields, certain structure data fields are also necessary (message start / end, CRC, 7) in order to make it possible to send them and avoid problems in the transmission.
  • the coding of the data fields, Date, Time, Longitude, Latitude and Altitude should be designed using the smallest possible number of bits in order to maximize the capacity of the available bandwidth.
  • one of the possible encodings could be like the following, although many others would also be valid.

Abstract

La presente invención se engloba bajo el paraguas de los sistemas GNSS (Global Navigation Satellite System-Sistemas de Posicionamiento Global por Satélite) permitiendo la autenticación de la posición proporcionada por el receptor. El método propuesto implica, además,una forma de evitar, o reducir seriamente, la posibilidad de que un ataque de jamming o spoofing sobre las señales de los satélites tenga éxito haciendo que estos puedan ser detectados incluso en situaciones de arranque en frío del receptor. También este método posibilitas que las posiciones GNSS, que se hayan verificado usándolo puedan ser aceptadas como prueba ante una corte judicial. Para asegurar que la posición calculada por el receptor es válida, esta patente propone la inclusión de un transmisor en el receptor de radionavegación, además de diversas funcionalidades añadidas en los propios satélites y segmento terreno de control del sistema GNSS, con el fin de ser capaces de calcular, por el segmento terreno u otra entidad autorizada, la localización/área donde se encuentra el receptor. Al disponer de dicha información la posición proporcionada por el receptor puede ser comparada con la calculada por una tercera entidad con el fin de detectar si esta es correcta o por el contrario no se puede dar por válida.

Description

METODO PARA LA AUTENTICACION DE LA POSICION PROPORCIONADA POR
SISTEMAS GNSS
TAMBIEN VALIDO EN SITUACIONES DE ARRANQUE EN FRIO DEL RECEPTOR
Campo de la invención
La presente invención se engloba bajo el paraguas de los sistemas GNSS (Global Navigation Satellite System - Sistemas de Posicionamiento Global por Satélite) y en su manera de incluir funcionalidades añadidas, seguridad y autenticidad en los elementos proporcionados por este tipo de sistemas (tiempo y posición del observador).
El método propuesto establece una forma de evitar, o reducir seriamente, la posibilidad de que un ataque de jamming o spoofing sobre las señales de los satélites tenga éxito haciendo que estos, además, puedan ser detectados incluso en situaciones de arranque en frió del receptor. Además se propone también que este método sea usado de cara a que las posiciones GNSS, que se hayan verificado usándolo, puedan ser aceptadas como prueba ante una corte judicial.
Para asegurar que la posición calculada por el receptor es válida, esta patente propone la inclusión de un transmisor en el receptor de radionavegación, además de diversas funcionalidades añadidas en los propios satélites y segmento terreno de control del sistema GNSS, con el fin de ser capaces de calcular, por el segmento terreno u otra entidad autorizada, la localización/área donde se encuentra el receptor. Además, este método de cálculo inverso de la posición puede ser usado en entornos de salvamento y rescate como sustitutivo de los actuales sistemas de localización SAR (Search and Rescue - Búsqueda y Rescate) ya que mejora enormemente tanto la precisión como el tiempo de obtención de la localización con lo que, a su vez, se mejorarán los tiempos de búsqueda del accidente/accidentado así como el tiempo de respuesta. Debido a esto, el método propuesto hace que los actuales sistemas de localización SAR vía satélite queden obsoletos.
Antecedentes de la invención No hay duda sobre la importancia de la tecnología GNSS en nuestra sociedad. De hecho, los sistemas GNSS (en el momento de escribir este documento principalmente GPS) han llegado a ser parte básica de gran cantidad de las tecnologías que usamos en la actualidad. No hablamos solamente del uso de la posición GNSS en Navegadores de diferentes marcas sino también de la provisión de tiempo de alta precisión como parte básica de muchas otras tecnologías. Solo como ejemplo podemos mencionar que en la actualidad el tiempo provisto por GPS es ampliamente usado para la sincronización de transferencias bancarias y para la sincronización de diferentes infraestructuras de producción, como las infraestructuras de transporte de energía, en muchos países.
El problema aparece cuando, debido a la distancia entre los satélites y la superficie de la tierra, la señal del satélite alcanza el receptor con muy poca potencia de señal, lo que significa que es muy sensible a cualquier ataque de tipo jamming. Aparte de esto, las señales abiertas son fácilmente copiables y redistribuibles (ataques de spoofing) usando tecnologías de RF actuales de muy bajo coste como por ejemplo equipos SDR (Software Defined Radio - Radio Definida por Software). De hecho, los proveedores actuales de GNSS siguen buscando nuevas técnicas que les permitan autenticar las señales con el fin de evitar este tipo de ataques. Actualmente, los ataques de jamming son difícilmente evitables (por no decir imposibles de evitar) aunque sí que hay diferentes iniciativas orientadas principalmente a proveer mayor seguridad contra ataques de spoofing como, por ejemplo, GPS PPS (P code), GALILEO PRS, etc., todas ellas basadas en el uso de técnicas de cifrado para poder ser controladas/usadas para propósitos militares/gubernamentales. También existen algunas propuestas enfocadas en la determinación/detección de ataques tipo spoofing que se basan en la determinación y comparación de diferentes parámetros de la señal así como la detección de saltos imposibles en la posición final entregada por el receptor. La pega en este caso se basa en la necesidad de recibir toda la información de la posición y el estatus (almanaque y efemérides) de los diferentes satélites de la constelación para que el receptor sea capaz de calcular su posición. Esto significa que si el receptor arranca en frió, es decir, arranca por primera vez, aun no dispone de dicha información sobre los satélites por lo que se le puede mandar información modificada sin que el receptor pueda discernir si es correcta o no. Este problema carece de solución hasta el momento de la publicación de esta patente.
Por otro lado, las señales que más ampliamente se usan en la actualidad son precisamente las señales abiertas y todo parece indicar que la viabilidad económica y comercial de los sistemas GNSS está más basada en este tipo de señales/servicios que no en aquellos que están cifrados. Otro elemento a tener en cuenta es que el ancho de banda necesario para evitar los problemas anteriormente citados usando técnicas de cifrado es mucho mayor que el disponible en el momento de escribir esta patente.
Desde el punto de vista comercial, GPS no tiene en cuenta ninguna técnica especial que lo facilite, simplemente proveen las señales abiertas sin dar ningún tipo de seguridad sobre las mismas que pueda tenerse en cuenta.
En GALILEO, sin embargo, si está definido un Servicio Comercial (CS - Comercial Service) pero el modelo comercial del mismo aún no está claro, en otras palabras, los servicios propuestos (autenticación y alta precisión) son difícilmente vendibles desde un punto de vista estrictamente comercial. En cualquier caso, el problema del encendido en frió del receptor continúa sin poder ser resuelto aún en el caso de utilizar la autenticación propuesta en el servicio comercial de GALILEO.
Descripción de la invención
La presente solicitud de patente propone un nuevo método que permite la autenticación de la posición y tiempo calculado por un receptor GNSS en lugar de tratar de autenticar cada una de las señales de los satélites utilizadas en si mismas.
El cálculo directo de la posición es la manera en que cualquier receptor actual calcula su posición utilizando las señales de los distintos satélites de la constelación (ver Figura 1). Esta forma de calcular la posición del receptor GNSS es ampliamente conocida y está plenamente documentada por lo que el algoritmo concreto no se incluye aquí.
El cálculo inverso de la posición es el cálculo de la posición del receptor por una tercera entidad (no el propio receptor). Para hacer esto, el receptor GNSS deberá transmitir una señal a los satélites con el fin de poder computar la posición del mismo.
En este punto, el primer problema es que la calidad y precisión del tiempo provisto por el reloj del receptor no es lo suficientemente buena para tener una posición suficientemente precisa. Históricamente, las razones de esto han sido principalmente el coste, tamaño y peso de los receptores a la hora de incluir relojes de precisión en los mismos.
En lugar de usar relojes de alta precisión en los receptores para obtener las distancias entre los mismos y cada uno de los satélites, se propone usar el Tiempo de Llegada (TOA: Time of Arrival - Tiempo de Llegada) de la señal enviada por el receptor, a cada satélite, para tener una referencia de tiempo suficientemente precisa. Esto permitirá que la precisión de la posición calculada a posteriori sea lo suficientemente buena para ser de utilidad.
En nuestro caso, se debe realizar un cierto pre-proceso para que dichos tiempos de llegada de la señal a los satélites puedan ser utilizados en el cálculo de la posición y tiempo del receptor. El tiempo de llegada de la señal a cada satélite es diferente ya que la posición de cada satélite es distinta, así que para obtener el tiempo del envío de la señal (que es desconocido a priori) deberán calcularse las diferencias en el tiempo de llegada de la señal entre los diferentes satélites que la reciben. Con este dato y la posición conocida de los satélites se deberá propagar el "tiempo en común" más la diferencia de los tiempos de llegada de la señal en cada caso y aplicar las fórmulas usadas comúnmente en el cálculo directo para determinar la posición del receptor (Ver Figura 3)
La variable tiempo se ¡mplementará como un grupo de componentes que permitirán, a una tercera entidad y/o segmente terreno, el cálculo de la posición y tiempo del receptor basado en cada tiempo de recepción, para cada satélite, para la misma señal.
PseudodíStanCe = C * Ttransmission Ttransmission = Dt + Δΐ Dt = SAT(tarnval) - M I N ( SAT(tarr¡val) )
Donde
• C es la velocidad de la luz.
• Ttransmission es el tiempo que le lleva a la señal recorrer la distancia entre el receptor G NSS y el satélite.
• Dt es la diferencia entre el mínimo tiempo de llegada de la señal y el tiempo real de llegada a cada uno de los distintos satélites que la reciben.
• Δΐ es la cantidad desconocida de tiempo que tiene que ser añadido al de cada satélite para tener el tiempo real de envío de la señal por el receptor. Este valor es el mismo para todos los satélites que recibieron la señal por lo que se podrá deducir/propagar calculando diferentes posibles valores del mismo hasta que la solución tenga sentido y el mínimo error.
• SAT(tarr¡vai) es el tiempo específico de llegada de la señal para un satélite concreto.
• M I N ( SATx(tarrivai) ) es el mínimo tiempo de llegada de la señal entre los diferentes satélites que la han recibido.
En el cálculo del tiempo de envío por parte del receptor de la señal, debe tenerse en cuenta también el movimiento de los satélites a la hora de propagar el Δΐ para que la precisión de la posición calculada por el método propuesto en esta patente sea la adecuada. Después de este ajuste, las mismas fórmulas matemáticas usadas en el cálculo directo se pueden aplicar en el cálculo de la posición del receptor añadiendo diferentes incrementos de tiempo (Δΐ) y ajustando la posición de los satélites de forma correspondiente. Esto se realiza calculando la posición del receptor con diferentes valores hasta encontrar aquel que mejor ajuste la solución (ver Figura 4).
La comparación entre las dos posiciones calculadas (cálculo directo de la posición vs cálculo inverso de la posición) y sus respectivos cálculos de error nos permitirá concluir si la posición y tiempo calculado por el propio receptor es correcto o si por el contrario el receptor se encuentra ante un ataque de spoofing o jamming (ver Figura 5).
Breve descripción de los dibujos
Figura 1: representación de la triangulación que realiza el receptor para calcular su posición usando el cálculo directo (es la forma actual del cálculo de posición en los sistemas GNSS), donde:
Pr -> Posición del Receptor
Psl -> Posición Satélite 1
Ps2 -> Posición Satélite 2
Ps3 -> Posición Satélite 3 rt -> Tiempo en el Receptor ti -> Tiempo en el Satélite 1 t2 -> Tiempo en el Satélite 2 t3 -> Tiempo en el Satélite 3 dl -> distancia Satélite 1 al Receptor d2 -> distancia Satélite 2 al Receptor d3 -> distancia Satélite 3 al Receptor
Figura 2: representación del problema matemático/físico resuelto en esta patente, donde:
Pr -> Posición del Receptor t -> Es el tiempo de envío de la señal por parte del receptor (parámetro desconocido)
Δΐΐ -> tiempo que tarda la señal emitida por el receptor en llegar al Satélite 1 (parámetro desconocido)
Δΐ2 -> tiempo que tarda la señal emitida por el receptor en llegar al Satélite 2 (parámetro desconocido)
Δΐ3 -> tiempo que tarda la señal emitida por el receptor en llegar al Satélite 3 (parámetro desconocido)
Δΐΐ≠ Δΐ2≠ Δΐ3
TI -> Tiempo en el Satélite 1
T2 -> Tiempo en el Satélite 2
T3 -> Tiempo en el Satélite 3 di -> distancia Satélite 1 al Receptor (parámetro desconocido) d2 -> distancia Satélite 2 al Receptor (parámetro desconocido) d3 -> distancia Satélite 3 al Receptor (parámetro desconocido) dl≠ d2≠ d3
Figura 3: representación de las matemáticas detrás del método que se presenta en esta patente donde: t -> Es el tiempo de envío de la señal por parte del receptor
Δΐ -> Es el tiempo que hay que sumar a todos los Dtx para completar el tiempo de llegada de la señal a cada satélite.
Psl -> Posición Satélite 1
Ps2 -> Posición Satélite 2
Ps3 -> Posición Satélite 3
TI -> Tiempo en el Satélite 1
T2 -> Tiempo en el Satélite 2
T3 -> Tiempo en el Satélite 3
Parámetros desconocidos son t y Δΐ
Parámetros conocidos son Dt2 y Dt3
Parámetros calculados son TI = Δΐ, T2 = Δΐ + Dt2, T3 = Δΐ + Dt3
Figura 4: representación geométrica de las soluciones esperadas en el cálculo de la propagación de tiempo necesaria para obtener la posición y tiempo del receptor usando el cálculo inverso, donde:
Según se vaya incrementando el valor de Δΐ tendremos los distintos tipos de soluciones representadas de izquierda a derecha. Figura 5: representación geométrica de lo que puede ser considerado como una posición valida o invalida al comparar los resultados del cálculo directo e inverso de la posición del receptor.
Figura 6: diagrama básico de comunicaciones (excluidas las comunicaciones normales de los sistemas GNSS), entre el receptor y el segmento terreno o tercera entidad, necesarias para poder proveer la autenticación de la posición del receptor.
Descripción de una realización preferida de la invención
Para poder utilizar este modelo es necesario añadir ciertas capacidades a los sistemas GNSS:
• A los receptores: es necesario añadirles la capacidad de enviar información a los satélites GNSS.
• A los satélites GNSS: es necesario añadir la capacidad de adquirir la información enviada por los receptores así como que sean capaces de determinar el tiempo de llegada al satélite de la misma, añadirla a la información enviada por el receptor y enviarlo todo de nuevo a tierra.
• Al segmento terreno GNSS: es necesario establecer una tercera entidad que sea capaz de calcular la posición del receptor a partir de los datos enviados por los satélites mencionados en el punto anterior. La secuencia para la validación de la posición y el tiempo del receptor será la siguiente (ver Figura F):
1. El receptor enviará un datagrama con su ID (identificador), un numero de secuencia y la posición y tiempo calculado del receptor si esta información está disponible. En caso de un arranque en frió del receptor solo estará disponible la información de su identificador. Este datagrama podrá estar firmado digitalmente por el receptor con el fin de asegurar su autenticidad.
2. Cada satélite adquirirá la señal/datagrama enviado por el receptor en el paso 1 y calculará el tiempo de llegada del mismo. Esto se realizará para cada datagrama de forma individual.
3. Cada satélite enviará a tierra su propio identificador junto con la información/datagrama enviada por el receptor (incluida la información del tiempo de llegada de la misma) de los pasos 1 y 2. Este nuevo datagrama podrá estar firmado digitalmente por el satélite con el fin de asegurar su autenticidad.
4. Una tercera entidad/segmento terreno recibirá la información mencionada en el paso 3 y dependiendo de la situación:
a. Se usará la información para calcular la posición y tiempo del receptor usando el método inverso de cálculo propuesto. El resultado de si la posición y tiempo están validados o no se le distribuirá al usuario usando cualquier método de comunicación existente.
b. Se pasará la información en crudo (sin procesar) al usuario/receptor correspondiente usando cualquier método de comunicación existente, con el fin de que este realice el procesado correspondiente (método de cálculo inverso de la posición) para determinar si su posición es válida o no.
Donde los datos principales son:
Tiempo := Fecha y Hora; Posición := Longitud + Latitud + Altitud;
Tiempo del receptor := nada | Tiempo;
Posición del receptor := nada | Posición;
Número secuencia := 1..65536; ENVIO receptor := Identificador receptor + Tiempo del receptor +
Posición del receptor + Número secuencia + Firma Digital receptor;
ENVIO_satélite := Identificador satélite +
Tiempo llegada ENVIO receptor + ENVIO receptor +
Firma Digital satélite; Aparte de los campos de datos mencionados anteriormente son necesarios también ciertos campos de datos de estructura (inicio/final de mensaje, CRC,...) con el fin de hacer posible el envío de los mismos y evitar problemas en la transmisión.
La codificación de los campos de datos, Fecha, Hora, Longitud, Latitud y Altitud debe ser diseñada utilizando el menor número posible de bits con el fin de maximizar la capacidad del ancho de banda disponible. Como ejemplo, una de las posibles codificaciones podría ser como la siguiente aunque muchas otras serían también válidas.
Codificación de los datos enviados por el receptor al satélite (total de 159 bits): · Inicio del mensaje (18 bits)
• Identificador del receptor (32 bits): 1..4294967297
• Contador (16 bits): 1..65536
• Latitud (8 bits): - 90..+90 grados codificados en Complemento A2 • Longitud (9 bits): - 180..+180 grados codificados en Complemento A2
• Altitud (26 bits): - 100..+67108763 metros codificados en Complemento A2
• Día (5 bits): 1..31 días
• Mes (4 bits): 1..12 meses
• Año (8 bits): 2016..2272
• Hora (5 bits): 0..23 horas
• Minuto (6 bits): 0..59 minutos
• Segundo (6 bits): 0..59 segundos
• Fin del mensaje (16 bits): CRC del mensaje
Codificación de los datos enviados por el satélite al segmento terreno/tercera entidad (total de 249 bits):
• Inicio del mensaje (18 bits)
• Identificador del satélite (6 bits): 1..64
• Contador (16 bits): 1..65536
• Datos enviados por el receptor (159 bits)
• Tiempo de llegada Día (5 bits): 1..31 días
• Tiempo de llegada Mes (4 bits): 1..12 meses
• Tiempo de llegada Año (8 bits): 2016..2272
• Tiempo de llegada Hora (5 bits): 0..23 horas
• Tiempo de llegada Minuto (6 bits): 0..59 minutos
• Tiempo de llegada Segundo (6 bits): 0..59 segundos
• Fin de mensaje (16 bits): CRC del mensaje

Claims

Reivindicaciones
1. Método para la autenticación de la posición provista por los sistemas GNSS caracterizado por que el receptor envía datagramas con su ID (identificador), un numero de secuencia y la posición y tiempo calculado del receptor si esta información está disponible.
2. Método según reivindicación 1 caracterizado por que en caso de un arranque en frió del receptor solo se enviará la información de su identificador y número de secuencia.
3. Método según reivindicación 1 y 2 caracterizado por que el datagrama podrá estar firmado digitalmente por el receptor con el fin de asegurar su autenticidad.
4. Método según reivindicación 1, 2 y 3 caracterizado por que cada satélite adquirirá la señal/datagrama enviado por el receptor y calculará el tiempo de llegada (TOA) del mismo.
5. Método según reivindicación 4 caracterizado por que la adquisición de cada trama enviada por cada receptor y la adición del correspondiente tiempo de llegada (TOA) se realizará para cada datagrama de forma individual.
6. Método según las reivindicaciones anteriores caracterizado por que cada satélite enviará a tierra su propio identificador junto con la información/datagrama enviada por el receptor (incluida la información del tiempo de llegada de la misma para cada caso).
7. Método según reivindicación 6 caracterizado por que este nuevo datagrama podrá estar firmado digitalmente por el satélite con el fin de asegurar su autenticidad.
8. Método según las reivindicaciones anteriores caracterizado por que una tercera entidad/segmento terreno recibirá los datagramas enviados por cada satélite a tierra.
9. Método según reivindicación 8 caracterizado por que dicha información se usará para calcular la posición y tiempo del receptor usando el método inverso de cálculo propuesto.
10. Método según reivindicación 9 caracterizado por que el resultado de si la posición y tiempo están validados o no se le distribuirá al usuario usando cualquier método de comunicación existente.
11. Método según reivindicación 8 caracterizado por que se pasará la información en crudo (sin procesar) al usuario/receptor correspondiente usando cualquier método de comunicación existente, con el fin de que este realice el procesado (método de cálculo inverso de la posición) para determinar si su posición es válida o no.
PCT/ES2017/070277 2017-05-05 2017-05-05 Método para la autenticación de la posición proporcionada por sistemas gnss también valido en situaciones de arranque en frío del receptor WO2018202924A1 (es)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/608,485 US11269079B2 (en) 2017-05-05 2017-05-05 Method for authenticating the position supplied by GNSS systems which is also valid in situations in which the receiver is starting up cold
PCT/ES2017/070277 WO2018202924A1 (es) 2017-05-05 2017-05-05 Método para la autenticación de la posición proporcionada por sistemas gnss también valido en situaciones de arranque en frío del receptor
EP17908735.8A EP3561545A4 (en) 2017-05-05 2017-05-05 PROCEDURE FOR AUTHENTICATING THE POSITION PROVIDED BY GNSS SYSTEMS, EVEN VALID IN THE EVENT OF A COLD START OF THE RECEIVER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/ES2017/070277 WO2018202924A1 (es) 2017-05-05 2017-05-05 Método para la autenticación de la posición proporcionada por sistemas gnss también valido en situaciones de arranque en frío del receptor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018202924A1 true WO2018202924A1 (es) 2018-11-08

Family

ID=64015975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2017/070277 WO2018202924A1 (es) 2017-05-05 2017-05-05 Método para la autenticación de la posición proporcionada por sistemas gnss también valido en situaciones de arranque en frío del receptor

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11269079B2 (es)
EP (1) EP3561545A4 (es)
WO (1) WO2018202924A1 (es)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230067774A1 (en) * 2019-09-23 2023-03-02 Kay Nishimoto Transmission receiver system apparatus utilizing relayed, delayed, or virtual timing marker transmissions of gps, gps, alternative, gnss, pnt, electronic, optic, acoustic, or similar signals for positioning, navigation, timing, ranging, or beacon purposes or applications
WO2024028342A1 (en) * 2022-08-01 2024-02-08 European Space Agency Methods and apparatus for positioning of a mobile terminal

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080183384A1 (en) * 2006-01-05 2008-07-31 Peter Gaal Global Navigation Satellite System
US20090253440A1 (en) * 2008-04-02 2009-10-08 Qualcomm Incorporated Generic Positioning Protocol
WO2010019479A1 (en) * 2008-08-14 2010-02-18 Trueposition, Inc. Hybrid gnss and tdoa wireless location system
US20150002334A1 (en) * 2011-12-28 2015-01-01 Ajou University Industry-Academic Cooperation Foundation Positioning system and method based on channel from ground control center to aerospace relay node

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011019978A1 (en) * 2009-08-14 2011-02-17 Sensis Corporation System and method for gnss in-band authenticated position determination
WO2015186084A1 (en) * 2014-06-05 2015-12-10 Zih Corp. Method for iterative target location in a multiple receiver target location system
US20170102466A1 (en) * 2015-10-09 2017-04-13 Harris Corporation Systems and methods for space-based geolocation of vessels using maritime signals transmitted therefrom

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080183384A1 (en) * 2006-01-05 2008-07-31 Peter Gaal Global Navigation Satellite System
US20090253440A1 (en) * 2008-04-02 2009-10-08 Qualcomm Incorporated Generic Positioning Protocol
WO2010019479A1 (en) * 2008-08-14 2010-02-18 Trueposition, Inc. Hybrid gnss and tdoa wireless location system
US20150002334A1 (en) * 2011-12-28 2015-01-01 Ajou University Industry-Academic Cooperation Foundation Positioning system and method based on channel from ground control center to aerospace relay node

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3561545A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20200191974A1 (en) 2020-06-18
EP3561545A1 (en) 2019-10-30
EP3561545A4 (en) 2020-12-02
US11269079B2 (en) 2022-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Günther A survey of spoofing and counter‐measures
US11415702B2 (en) Device and method to detect spoofing of a terminal
ES2427975T3 (es) Método y sistema para proporcionar una solución de posición de navegación de GNSS con una integridad garantizada en entornos no controlados
US8930706B2 (en) Method, device and network for authenticating the position of a navigation receiver
Sun et al. Improving GPS code phase positioning accuracy in urban environments using machine learning
US6934631B2 (en) Method for standard positioning service and precise positioning service cooperative operation
US9753142B2 (en) Anti-spoofing in a satellite navigation system
GB2483713A (en) Monitoring positioning satellite positions
US20130176168A1 (en) Controlled access satellite navigation receiver
WO2018202924A1 (es) Método para la autenticación de la posición proporcionada por sistemas gnss también valido en situaciones de arranque en frío del receptor
Kumar et al. Introduction to GPS/GNSS technology
US9998918B2 (en) Satellite based key agreement for authentication
Dobryakova et al. On the application of GNSS signal repeater as a spoofer
US10302770B1 (en) Systems and methods for absolute position navigation using pseudolites
KR101963580B1 (ko) 항법데이터의 궤도정보를 이용한 위성항법 기만 검출 방법 및 장치
ES2559471T3 (es) Procedimiento de determinación de un indicador de confianza relativo a la trayectoria tomada por un móvil
Bădescu et al. Aspects on the use of GNSS technology in maritime and fluvial navigation
Gupta Application of GPS and infrared for car navigation in foggy condition to avoid accident
Laurenti et al. Secure Positioning and Navigation with GNSS
Choudhary et al. Advancements in Global Positioning System Technology
Gagneja et al. Wrong Lane Driving Detection using Satellite Navigation
Konkimalla An Analysis of the Security of the Global Positioning System (GPS) and Proposed Solutions
Badin Global Positioning System (GPS)
Hunt Expediting Submarine Positioning Solution Convergence with the Integration of Galileo
McFarlane et al. GPS based marine communicator

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17908735

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017908735

Country of ref document: EP

Effective date: 20190607

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE