WO2021009033A1 - Procédé et dispositif de détection d'une opération de leurrage d'un système gnss - Google Patents

Procédé et dispositif de détection d'une opération de leurrage d'un système gnss Download PDF

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WO2021009033A1
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Yves Becheret
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Safran Electronics & Defense
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Definitions

  • the present invention relates to the field of navigation and more precisely to positioning and navigation from the reception of satellite signals transmitted by satellites belonging to a constellation of satellites distributed around the Earth.
  • Positioning or localization or navigation by satellites is implemented mainly by the GPS, Galileo, GLONASS and BeiDou systems.
  • Satellite positioning consists in receiving signals transmitted by satellites whose position is known and in deducing, from the duration (or time of flight) between the transmission and the reception of each of the signals, a so-called pseudo-distance measurement between the satellite signal receiver (commonly, and sometimes incorrectly, called GPS receivers) and each of the satellites from which the signal has been received (each signal comprising in particular an identifier of the satellite and the time of emission of the signal).
  • GPS receivers commonly, and sometimes incorrectly, called GPS receivers
  • each signal comprising in particular an identifier of the satellite and the time of emission of the signal.
  • Such a device comprises an electronic processing unit connected to a radiofrequency signal transmitter for transmitting fraudulent signals having the characteristics of satellite signals. More precisely, the electronic processing unit is arranged to generate, from a real initial position of a satellite signal receiver, fraudulent signals which, when taken into account by the satellite signal receiver, lead the satellite signal receiver to calculate an erroneous position.
  • the actual initial position of the satellite signal receiver can be detected for example by means of a laser rangefinder pointing system or communicated by the vehicle carrying the satellite signal receiver as required by certain navigation rules, in particular air and sea ( ADSB or AIS signals emitted by vehicles to communicate their position to their neighbors).
  • the fraudulent signals For the fraudulent signals to be taken into account by the satellite signal receiver, it is not sufficient to transmit the fraudulent signals with a power greater than the original satellite signals. It is also necessary that the fraudulent signals have the same code phase and a Doppler effect being in the same range as those of the satellite signals previously received by the satellite signal receiver. If the first fraudulent signal received is consistent with the position calculated last by the satellite signal receiver and with the previously received satellite signals, and if the subsequently received fraudulent signals are consistent with each other, the signals fraudulent will be used by the satellite signal receiver as if they were real satellite signals and the error on the actual position of the satellite signal receiver cannot be detected.
  • Hybrid navigation systems which merge inertial positioning data originating from an inertial navigation unit and satellite positioning data originating from a satellite signal receiver.
  • These navigation systems integrate one or more Kalman filters arranged so that the hybrid navigation is readjusted to the satellite positioning data.
  • the Kalman filter is protected by an innovation test to detect outliers and reject them so that, if the fraudulent signals have sufficient consistency with each other, they will be able to pass the innovation test.
  • the satellite positioning data make it possible to compensate for the errors of the inertial positioning data over the long term so that the inclusion of fraudulent signals would lead to a navigation error despite the hybridization of the satellite positioning data with data. inertial positioning.
  • the object of the invention is in particular to provide a means for detecting a decoy operation.
  • a method for detecting an operation decoying a first positioning device by satellite signals fitted to a first vehicle moving in an area in which circulates at least a second vehicle fitted with a second. device for positioning using satellite positioning signals comprising the step of causing at least a first positioning value of each vehicle to be calculated from initial satellite signals received by each device; characterized in that the method comprises the steps of:
  • positioning value is meant a position and / or a speed.
  • a method such as that which has just been described is also proposed, in which the threshold is determined by taking into account a statistical precision of the calculation of the first value and a statistical precision of the calculation of the second value outside the situation of. decoy.
  • a method such as that which has just been described is also proposed, in which the alert is transmitted in broadcast.
  • a method such as that which has just been described is also proposed, in which the alert is sent to a ground station.
  • a method such as that which has just been described is also proposed, in which the ground station sends an alert message to the decoyed vehicle.
  • a method such as that which has just been described is also proposed, in which the first value is calculated also using non-satellite positioning data.
  • a method such as that which has just been described is also proposed, in which several second vehicles operate in the zone and the method comprises the step of estimating a contour of the decoy zone from the first values of the second vehicles.
  • a method such as that which has just been described comprising the step of estimating a position of a transmitter of decoy signals from the contour of the decoy zone.
  • a satellite signal positioning device for implementing the method such as as described, comprising at least first channels for receiving satellite signals and second channels for receiving satellite signals, and at least one processing unit designed to produce:
  • the processing unit automatically reverting to latching mode after the calculation of said at least one positioning value on the second channels whatever the power of the signals.
  • a device such as that which has just been described is also proposed, in which the processing unit returns to latching mode on the second channels after the calculation of a single position value.
  • a device such as that which has just been described is also proposed, in which the processing unit switches back to latching mode on the second channels after a predetermined time.
  • a device such as that which has just been described is also proposed, in which the first channels belong to a first receiver and the second channels belong to a second receiver.
  • a device such as that which has just been described is also proposed, in which the first and second channels belong to a single receiver.
  • FIG. 1 is a schematic view of a decoying device creating a decoying zone in which aircraft operate;
  • FIG. 2 is a schematic view of a detection device for implementing the method of the invention during a decoy operation.
  • the device 20 comprises, according to a first embodiment, a first receiver 21 for satellite signals and a second receiver 22 for satellite signals.
  • the first receiver 21 is arranged, in a manner known per se, to receive, in operating mode, satellite positioning signals transmitted by satellites S of a constellation of satellites of at least one satellite positioning system (GNSS) such as GPS, Galileo, GLONASS and BeiDou and to calculate, from these satellite signals, first satellite positioning data such as a latitude, a longitude, an altitude, and a temporal error.
  • GNSS satellite positioning system
  • the second receiver 22 is arranged, in a manner known per se, to receive, in operating mode, satellite positioning signals transmitted by satellites S of a constellation of satellites of at least one satellite positioning system.
  • GNSS satellite positioning signals transmitted by satellites S of a constellation of satellites of at least one satellite positioning system.
  • GNSS satellite positioning signals transmitted by satellites S of a constellation of satellites of at least one satellite positioning system.
  • second satellite positioning data such as latitude, longitude, altitude, and time error.
  • the receivers 21 and 22 both have a hooking mode, known per se, in which they receive signals and select among them the sufficiently powerful satellite signals to allow their use. In operating mode, the receivers 21, 22 neglect the signals that do not correspond to the satellite signals initially selected in hooking mode. In practice, the receivers 21, 22 will only take account of satellite signals having the same code sequence as the initially selected satellite signals. This code sequence of each satellite signal corresponds to an identifier of the satellite which transmitted the satellite signal. Receivers 21, 22 will also ensure consistency between:
  • the inertial unit 30 comprises an inertial measurement unit comprising inertial sensors, here conventionally three accelerometers arranged along the axes of a measurement frame and three gyrometers arranged to measure rotations of this measurement frame with respect to a reference frame.
  • the inertial measurement unit 30 further comprises, in a manner known per se, a processing unit arranged to determine inertial positioning data, such as attitude and speed data, from the measurement signals produced by inertial sensors.
  • the electronic navigation unit 40 comprises one or more processors and a memory containing at least one program containing instructions implementing the method of the invention.
  • the electronic navigation unit 40 is programmed to calculate navigations using the positioning data.
  • the electronic navigation unit 40 calculates a hybridized navigation from the inertial positioning data and the first satellite positioning data.
  • Hybrid navigation can be based on position coupling or speed coupling.
  • the program uses a Kalman filter which includes a bank of filters and which is protected by an innovation test aimed at verifying the consistency of the first satellite positioning data between them.
  • the innovation test and known in itself and can detect and reject outliers.
  • the navigation system 10 implements integrity verification processes known per se such as the RAIM (Receiver autonomous integrity monitoring) or AAIM (Aircraft autonomous integrity monitoring) process to monitor consistency. data between them.
  • RAIM Receiveiver autonomous integrity monitoring
  • AAIM Aircraft autonomous integrity monitoring
  • the method of the invention aims to detect a decoying operation during which a decoying device D, here on the ground, knowing the real position of the aircraft 1, transmits fraudulent signals intended to be received by the satellite signal receiver 20 and taken into account in the calculation of the hybridized navigation instead of the authentic satellite signals to bring the aircraft 1 on a real trajectory different from that indicated by the navigation system.
  • the fraudulent signals can only target one of the aircraft IA, IB, IC operating in the zone Z of emission of the fraudulent signals since the fraudulent signals are produced according to the position and the speed of the aircraft.
  • decoy in the present description, it is considered that the target of the decoy operation is the aircraft IA.
  • the structure and operation of the decoying device D are known per se and will not be further described here.
  • the navigation system 10 of each of the aircraft IA, IB and IC calculates a first navigation, hybridized, from the satellite positioning data supplied by the first receiver 21 in operating mode and from the inertial positioning data supplied by the inertial unit 30.
  • This navigation calculation makes it possible to provide first position values and first speed values at regular intervals, these first position and speed values being used to make the aircraft follow a trajectory.
  • the first receiver 21 was brought into hooking mode for the first time then into operating mode and it remains in operating mode as long as the number of satellite signals that can be used by the first receiver 21 is sufficient to determine satellite positioning data having an accuracy corresponding to the desired positioning accuracy.
  • the second receiver 22 is controlled alternately in latching mode and in operating mode.
  • the purpose of these back and forth between these two modes is to force the second receiver 22 to cling frequently to new satellite signals so as to make the second receiver 22 sensitive to fraudulent signals.
  • the navigation system 10 of each of the aircraft IA, IB and IC calculates a second navigation, non-hybridized, from the second satellite positioning data supplied by the second receiver 22 in operating mode. This navigation calculation makes it possible to provide second position values and second speed values which are used to detect the decoy operation. It will be understood that the detection of the decoy operation is all the more effective the shorter the period during which the second receiver 22 is in mode. operating.
  • the second receiver 22 returns to latching mode as soon as a position value has been able to be calculated in operating mode.
  • the fraudulent signals will replace the satellite signals used by both the first receiver 21 and the second receiver 22 of the aircraft IA so that the first position value coincides with the second position value and the first speed value coincides with the second speed value;
  • the fraudulent signals which are produced from the position and the speed of the aircraft IA do not correspond to the satellite signals selected by the first receiver 21 of the aircraft IB, IC in its operating mode but will be selected by the second receiver 22 of the aircraft IB, IC in its hooking mode and will be used by the second receiver 22 of the aircraft IB, IC in its operating mode so that the first position value does not coincide with the second value position and the first speed value does not coincide with the second speed value.
  • the deviation is compared with a predetermined threshold and it is only if the deviation exceeds the predetermined threshold that the electronic navigation unit will consider that a decoy operation is in progress.
  • the comparison threshold will be determined by taking into account the statistical precision of the first navigation on the one hand and that of the second navigation (geometric dilution, statistics of "Signal In Space” errors and statistics of transmission errors) except in the case of decoy.
  • the method of the invention then comprises the step of issuing an alert when the two compared values do not coincide.
  • the alert is transmitted using, for example, a radar transponder or a radio transmitter or any other suitable mode of data transmission.
  • This alert can be transmitted in broadcast and / or to an air traffic control ground station 50 which is arranged to send an alert message to the decoyed aircraft.
  • the alert message can optionally be sent after confirmation by non-target in-flight aircraft.
  • the alert message can be sent to all the aircraft in the area or more specifically to the decoyed aircraft.
  • the ground station 50 is also arranged to estimate an extent of the zone Z and to determine the position of the decoying device D which has a relatively high probability of being substantially in the center of the zone Z. It is understood that the greater the number d aircraft distributed in zone Z and in the vicinity of this one is important the better will be the estimate of the contours of zone Z (the limits of the zone being between the vehicles sending back an alert and those not sending back outside the vehicle lured).
  • ground station 50 To allow the ground station 50 to carry out a more complete analysis of the decoy situation, additional information can be transmitted by the aircraft 1 to the ground station 50 so that the latter can, for example, issue alerts or even trigger alarms. corrective measures.
  • the following information can be cited:
  • aircraft references (identifier, flight number, type);
  • HPL horizontal (HPL) and vertical (VPL) protection limits associated with the first position value
  • the device 20 comprises a single satellite signal receiver comprising several channels. These channels are the channels for processing the signal received after a first demodulation and digitization called “Intermediate Frequency”.
  • a first demodulation and digitization called “Intermediate Frequency”.
  • the first part of the channels is used to perform the functions of the receiver 21 and to calculate the first position value
  • the second part of the channels is used to perform the functions of the receiver 22 and to calculate the second position value.
  • the method of the invention is implemented in the same way as with the device 20 according to the first embodiment.
  • the hooking mode is aided by position and speed information, supplied by an inertial navigation unit or produced internally from the other channels in pursuit, which greatly reduces the possibility of hooking the decoy signal corresponding to the code of the satellite dedicated to the channel. This corresponds to the "normal" (in general) operation of a GPS receiver.
  • the hooking mode is not helped by the position and speed information (from an inertial navigation unit or developed internally), which allows the "hooking" of the decoy signal by power detection with the corresponding speeds and code phase to those of the decoy signal.
  • the vehicle's navigation system may be different from that described.
  • the vehicle can be equipped with several inertial units each providing inertial navigation.
  • the navigation system can operate only from satellite data or be hybridized to also take into account non-satellite positioning data that is different or not inertial positioning data.
  • the navigation system may include an inertial unit or an optical navigation unit operating from the position of the stars or landmarks or a goniometric positioning unit, or any combination of these items of equipment.
  • the navigation system may also include a barometric altitude sensor.
  • the alert can be sent directly to the decoy aircraft IA.
  • the aircraft IB and IC can determine that the aircraft IA is the decoyed aircraft since the position that it conventionally transmits by signal ADSB corresponds to the second position of the aircraft IB and IC.
  • the invention applies to any type of vehicle such as water, air or land vehicles.

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Abstract

Procédé de détection d'une opération leurrant un premier dispositif de positionnement équipant un premier véhicule (1A) évoluant dans une zone (Z) dans laquelle circule au moins un deuxième véhicule (1B, 1C) équipé d'un deuxième dispositif de positionnement, le procédé comprenant l'étape de faire calculer au moins une première valeur de positionnement de chaque véhicule à partir de signaux satellitaires initiaux reçus par chaque dispositif; caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes de : - faire initier une phase d'accrochage par le deuxième dispositif pour rechercher de nouveaux signaux satellitaires et faire calculer, à partir des nouveaux signaux satellitaires reçus par le deuxième dispositif, une deuxième valeur de positionnement du deuxième véhicule (1B, 1C) au même instant que la première valeur; - comparer la première valeur et la deuxième valeur relatives au deuxième véhicule (1B, 1C); - émettre une alerte quand les deux valeurs ne coïncident pas.

Description

PROCEDE E T DISPOSI TIF DE DE TECTION D ' UNE OPERATION DE LEURRAGE D ' UN SYSTEME GNSS
La présente invention concerne le domaine de la navigation et plus précisément le positionnement et la navigation à partir de la réception de signaux satellitaires émis par des satellites appartenant à une constellation de satellites répartis autour de la Terre. Le positionnement ou localisation ou navigation par satellites (ou GNSS de l'anglais « Global Navigation Satellite System ») est mis en œuvre principalement par les systèmes GPS, Galileo, GLONASS et BeiDou.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Le positionnement satellitaire consiste à recevoir des signaux émis par des satellites dont la position est connue et de déduire, de la durée (ou temps de vol) entre l'émission et la réception de chacun des signaux, une mesure dite de pseudo-distance séparant le récepteur des signaux satellitaires (communément, et parfois improprement, appelés récepteurs GPS) et chacun des satellites dont le signal a été reçu (chaque signal comportant notamment un identifiant du satellite et l'horaire d'émission du signal) . Ainsi, il suffit de disposer des signaux de quatre satellites pour disposer de la latitude, de la longitude et de l'altitude du récepteur ainsi que d'une erreur sur les durées mesurées, mais le positionnement est d'autant plus précis qu'est grand le nombre de satellites dont les signaux ont été pris en compte par le récepteur pour calculer sa position.
Il en résulte que ce système de positionnement, qui est relativement précis, s'est largement répandu et de nombreux véhicules sont désormais équipés d'un récepteur de signaux satellitaires. Du fait de la baisse des coûts des récepteurs de signaux satellitaires, la plupart des gens disposent en outre de téléphones portables de type smartphone (ou ordiphone) eux-mêmes pourvus d'un récepteur de signaux satellitaires. En parallèle de ce développement des récepteurs de signaux satellitaires, sont apparus des dispositifs leurrants pour leurrer ces récepteurs de signaux satellitaires (on parle de « leurrage » ou de « spoofing » des récepteurs) .
Un tel dispositif comprend une unité électronique de traitement reliée à un émetteur de signaux radiofréquences pour émettre des signaux frauduleux ayant les caractéristiques des signaux satellitaires. Plus précisément, l'unité électronique de traitement est agencée pour élaborer, à partir d'une position initiale réelle d'un récepteur de signaux satellitaires, des signaux frauduleux qui, lorsqu'ils sont pris en compte par le récepteur de signaux satellitaires, conduisent le récepteur de signaux satellitaires à calculer une position erronée. La position initiale réelle du récepteur de signaux satellitaires peut être détectée par exemple au moyen d'un système de pointage à télémètre laser ou communiquée par le véhicule embarquant le récepteur de signaux satellitaires comme l'imposent certaines règles de navigation, notamment aérienne et maritime (signaux ADSB ou AIS émis par les véhicules pour communiquer leur position à leurs voisins) .
Pour que les signaux frauduleux soient pris en compte par le récepteur de signaux satellitaires, il ne suffit pas d'émettre les signaux frauduleux avec une puissance supérieure aux signaux satellitaires originaux. Il faut également que les signaux frauduleux aient la même phase de code et un effet Doppler se trouvant dans la même gamme que celles des signaux satellitaires préalablement reçus par le récepteur de signaux satellitaires. Si le premier signal frauduleux reçu est cohérent avec la position calculée dernièrement par le récepteur de signaux satellitaires et avec les signaux satellitaires reçus antérieurement, et si les signaux frauduleux ultérieurement reçus sont cohérents entre eux, les signaux frauduleux seront utilisés par le récepteur de signaux satellitaires comme s'ils étaient de vrais signaux satellitaires et l'erreur sur la position réelle du récepteur de signaux satellitaires ne pourra pas être détectée.
Le leurrage est par exemple expliqué dans le document « Impact Assessment of GNSS Spoofing Attacks on INS/GNSS Integrated Navigation System », Yang Liu et al., Sensors 2018, 18, 1433, doi : 10.3390/sl8051433.
II est par ailleurs connu des systèmes de navigation hybride qui fusionnent des données inertielles de positionnement provenant d'une centrale inertielle de navigation et des données satellitaires de positionnement provenant d'un récepteur de signaux satellitaires. Ces systèmes de navigation intègrent un ou plusieurs filtres de Kalman agencés pour que la navigation hybride soit recalée sur les données satellitaires de positionnement. Le filtre de Kalman est protégé par un test d' innovation pour détecter les mesures aberrantes et les rejeter de sorte que, si les signaux frauduleux ont suffisamment de cohérence entre eux, ils pourront satisfaire au test d'innovation. Dans ces systèmes, les données satellitaires de positionnement permettent de compenser les erreurs des données inertielles de positionnement sur le long terme de sorte que la prise en compte de signaux frauduleux entraînerait une erreur de navigation malgré l'hybridation des données satellitaires de positionnement avec des données inertielles de positionnement.
On comprend donc que la mise en œuvre de tels dispositifs leurrants peut être préjudiciable à la sécurité d'un véhicule leurré et éventuellement à celle des véhicules évoluant dans la même zone que le véhicule leurré.
OBJET DE L'INVENTION
L' invention a notamment pour but de fournir un moyen pour détecter une opération de leurrage. RESUME DE L’INVENTION
A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un procédé de détection d'une opération leurrant un premier dispositif de positionnement par signaux satellitaires équipant un premier véhicule évoluant dans une zone dans laquelle circule au moins un deuxième véhicule équipé d'un deuxième dispositif de positionnement par signaux satellitaires de positionnement, le procédé comprenant l'étape de faire calculer au moins une première valeur de positionnement de chaque véhicule à partir de signaux satellitaires initiaux reçus par chaque dispositif ; caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes de :
- en parallèle de la réception des signaux satellitaires initiaux par le deuxième dispositif et du calcul de la première valeur du deuxième véhicule, faire initier une phase d'accrochage par le deuxième dispositif pour rechercher de nouveaux signaux satellitaires et faire calculer, à partir des nouveaux signaux satellitaires reçus par le deuxième dispositif, une deuxième valeur de positionnement du deuxième véhicule au même instant que la première valeur ;
comparer la première valeur et la deuxième valeur relatives au deuxième véhicule ;
- émettre une alerte quand les deux valeurs ne coïncident pas .
Par valeur de positionnement, on entend une position et/ou une vitesse. Ainsi, les véhicules qui circulent dans une zone couverte par une opération de leurrage sans être la cible de cette opération de leurrage vont pouvoir détecter qu'une opération de leurrage est en cours et lancer une alerte pour prévenir le pilote du véhicule leurré.
On propose aussi un procédé tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel l'alerte est émise lorsque les valeurs comparées sont séparées d'un écart supérieur à un seuil prédéterminé .
On propose aussi un procédé tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel le seuil est déterminé en tenant compte d'une précision statistique du calcul de la première valeur et d'une précision statistique du calcul de la deuxième valeur hors situation de leurrage.
On propose aussi un procédé tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel l'alerte est émise en broadcast.
On propose aussi un procédé tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel l'alerte est émise vers une station au sol .
On propose aussi un procédé tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel la station au sol envoie un message d'alerte au véhicule leurré.
On propose aussi un procédé tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel la première valeur est calculée en utilisant également des données non satellitaires de positionnement.
On propose aussi un procédé tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel plusieurs deuxièmes véhicules évoluent dans la zone et le procédé comprend l'étape d'estimer un contour de la zone de leurrage à partir des premières valeurs des deuxièmes véhicules.
On propose aussi un procédé tel que celui qui vient d'être décrit, comprenant l'étape d'estimer une position d'un émetteur de signaux de leurrage à partir du contour de la zone de leurrage.
On propose en outre un dispositif de positionnement par signaux satellitaires pour la mise en œuvre du procédé tel que décrit, comprenant au moins des premiers canaux de réception des signaux satellitaires et des deuxièmes canaux de réception des signaux satellitaires, et au moins une unité de traitement agencée pour réaliser :
- sur les premiers canaux, lors d'un mode d'accrochage, une sélection d'émetteurs de signaux satellitaires suffisamment puissants pour être exploités et, lors d'un mode d'exploitation qui dure tant que les signaux émis par les émetteurs sélectionnés sont assez puissants, un calcul de premières valeurs successives de positionnement à partir desdits signaux,
- sur les deuxièmes canaux, lors d'un mode d'accrochage, une sélection d'émetteurs de signaux suffisamment puissants pour être exploités et, lors d'un mode d'exploitation, un calcul d'au moins une deuxième valeur de positionnement à partir desdits signaux, l'unité de traitement repassant automatiquement en mode d'accrochage après le calcul de ladite au moins une valeur de positionnement sur les deuxièmes canaux quelle que soit la puissance des signaux.
On propose en outre un dispositif tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel l'unité de traitement repasse en mode d' accrochage sur les deuxièmes canaux après le calcul d'une unique valeur de positionnement.
On propose en outre un dispositif tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel l'unité de traitement repasse en mode d' accrochage sur les deuxièmes canaux après un temps prédéterminé.
On propose en outre un dispositif tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel les premiers canaux appartiennent à un premier récepteur et les deuxièmes canaux appartiennent à un deuxième récepteur.
On propose en outre un dispositif tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel les premiers et deuxièmes canaux appartiennent à un unique récepteur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier et non limitatif de 1' invention .
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS II sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif leurrant créant une zone de leurrage dans laquelle évoluent des aéronefs ;
La figure 2 est une vue schématique d'un dispositif de détection pour la mise en œuvre du procédé de l'invention lors d'une opération de leurrage.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures, l'invention est ici décrite en application à des aéronefs IA, IB, IC équipés chacun d'un système de navigation généralement désigné en 10 comprenant un dispositif 20 de positionnement par signaux satellitaires et une centrale de positionnement inertiel 30 qui sont reliés à une unité électronique de navigation 40.
Le dispositif 20 comprend, selon un premier mode de réalisation, un premier récepteur 21 de signaux satellitaires et un deuxième récepteur 22 de signaux satellitaires .
Le premier récepteur 21 est agencé, de manière connue en elle-même, pour recevoir, en mode d'exploitation, des signaux satellitaires de positionnement émis par des satellites S d'une constellation de satellites d'au moins un système de positionnement par satellites (GNSS) tel que GPS, Galileo, GLONASS et BeiDou et pour calculer, à partir de ces signaux satellitaires, des premières données satellitaires de positionnement telles qu'une latitude, une longitude, une altitude, et une erreur temporelle.
Le deuxième récepteur 22 est agencé, de manière connue en elle-même, pour recevoir, en mode d'exploitation, des signaux satellitaires de positionnement émis par des satellites S d'une constellation de satellites d'au moins un système de positionnement par satellites (GNSS) tel que GPS, Galileo, GLONASS et BeiDou et pour calculer, à partir de ces signaux satellitaires, des deuxièmes données satellitaires de positionnement telles qu'une latitude, une longitude, une altitude, et une erreur temporelle.
Les récepteurs 21 et 22 possède tous deux un mode d'accrochage, connu en lui-même, dans lequel ils reçoivent des signaux et sélectionnent parmi ceux-ci les signaux satellitaires suffisamment puissants pour permettre leur exploitation. En mode d'exploitation, les récepteurs 21, 22 négligent les signaux ne correspondant pas aux signaux satellitaires initialement sélectionnés en mode d'accrochage. En pratique, les récepteurs 21, 22 ne vont tenir compte que des signaux satellitaires ayant la même séquence de code que les signaux satellitaires initialement sélectionnés. Cette séquence de code de chaque signal satellitaire correspond à un identifiant du satellite ayant émis le signal satellitaire. Les récepteurs 21, 22 vont également s'assurer d'une cohérence entre :
- l'effet Doppler des signaux successivement reçus en mode d' exploitation ; - la phase des signaux successivement reçus en mode d'exploitation ;
- la fréquence des signaux successivement reçus en mode d' exploitation .
La centrale inertielle 30 comprend une unité de mesure inertielle comportant des capteurs inertiels, ici classiquement trois accéléromètres disposés selon les axes d'un repère de mesure et trois gyromètres disposés pour mesurer des rotations de ce repère de mesure par rapport à un repère de référence. La centrale de mesure inertielle 30 comprend en outre, de manière connue en elle-même, une unité de traitement agencée pour déterminer des données inertielles de positionnement, telles que des données d'attitude et de vitesses, à partir des signaux de mesure produits par les capteurs inertiels.
L'unité électronique de navigation 40 comprend un ou des processeurs et une mémoire contenant au moins un programme contenant des instructions mettant en œuvre le procédé de l'invention. En particulier, l'unité électronique de navigation 40 est programmée pour calculer des navigations en utilisant les données de positionnement.
Lors de l'exécution de ce programme, l'unité électronique de navigation 40 calcule une navigation hybridée à partir des données inertielles de positionnement et des premières données satellitaires de positionnement. La navigation hybridée peut être basée sur un couplage en position ou un couplage en vitesse. Pour réaliser l'hybridation, le programme met en œuvre un filtre de Kalman qui comprend une banque de filtres et qui est protégé par un test d'innovation visant à vérifier la cohérence des premières données satellitaires de positionnement entre elles. Le test d' innovation et connu en lui-même et permet de détecter et rejeter les mesures aberrantes.
Le système de navigation 10 met en œuvre des processus de vérification d'intégrité connus en eux-mêmes comme le processus RAIM (de l'anglais Receiver autonomous integrity monitoring) ou AAIM (de l'anglais Aircraft autonomous integrity monitoring) pour surveiller la cohérence des données entre elles.
Le procédé de l'invention vise à détecter une opération de leurrage lors de laquelle un dispositif leurrant D, ici au sol, connaissant la position réelle de l'aéronef 1, émet des signaux frauduleux destinés à être reçu par le récepteur de signaux satellitaires 20 et pris en compte dans le calcul de la navigation hybridée à la place des signaux satellitaires authentiques pour amener l'aéronef 1 sur une trajectoire réelle différente de celle indiquée par le système de navigation. On comprend que les signaux frauduleux ne peuvent viser que l'un des aéronefs IA, IB, IC évoluant dans la zone Z d'émission des signaux frauduleux puisque les signaux frauduleux sont élaborés en fonction de la position et de la vitesse de l'aéronef leurré : dans la présente description, on considère que la cible de l'opération de leurrage est l'aéronef IA. La structure et le fonctionnement du dispositif leurrant D sont connus en eux-mêmes et ne seront pas plus décrits ici. En pratique, le système de navigation 10 de chacun des aéronefs IA, IB et IC calcule une première navigation, hybridée, à partir des données satellitaires de positionnement fournies par le premier récepteur 21 en mode d'exploitation et des données inertielles de positionnement fournies par la centrale inertielle 30. Ce calcul de navigation permet de fournir des premières valeurs de position et des premières valeurs de vitesse à intervalle régulier, ces premières valeurs de position et de vitesse étant utilisées pour faire suivre une trajectoire à l'aéronef. Pour ce faire, le premier récepteur 21 a été amené une première fois en mode d'accrochage puis en mode d'exploitation et il reste en mode d'exploitation tant que le nombre de signaux satellitaires exploitables par le premier récepteur 21 est suffisant pour déterminer des données satellitaires de positionnement ayant une précision correspondant à la précision de positionnement recherchée. On parle en général de « poursuite » du signal de chaque satellite, par contraste avec la phase de « recherche ».
Selon le procédé de l'invention, le deuxième récepteur 22 est commandé alternativement en mode d' accrochage et en mode d'exploitation. Le but de ces allers et retours entre ces deux modes est de forcer le deuxième récepteur 22 à s'accrocher fréquemment à de nouveaux signaux satellitaires de manière à rendre le deuxième récepteur 22 sensible aux signaux frauduleux. Le système de navigation 10 de chacun des aéronef IA, IB et IC calcule une deuxième navigation, non hybridée, à partir des deuxièmes données satellitaires de positionnement fournies par le deuxième récepteur 22 en mode d'exploitation. Ce calcul de navigation permet de fournir des deuxièmes valeurs de position et des deuxièmes valeurs de vitesse qui sont utilisées pour détecter l'opération de leurrage. On comprend que la détection de l'opération de leurrage est d'autant plus efficace qu'est courte la durée pendant laquelle le deuxième récepteur 22 est en mode d'exploitation. De préférence, le deuxième récepteur 22 repasse en mode d'accrochage dès qu'une valeur de position a pu être calculée en mode d'exploitation. En variante, on pourra définir une durée pendant laquelle le deuxième récepteur 22 reste en mode d'exploitation, ou une fréquence d'alternance des modes.
Ainsi, en considérant toujours que la cible de l'opération de leurrage est l'aéronef IA, on comprend que :
- les signaux frauduleux vont se substituer aux signaux satellitaires exploités à la fois par le premier récepteur 21 et le deuxième récepteur 22 de l'aéronef IA de sorte que la première valeur de position coïncide avec la deuxième valeur de position et la première valeur de vitesse coïncide avec la deuxième valeur de vitesse ;
- les signaux frauduleux qui sont élaborés à partir de la position et de la vitesse de l'aéronef IA, ne correspondent pas aux signaux satellitaires sélectionnés par le premier récepteur 21 des aéronefs IB, IC dans son mode d'exploitation mais vont être sélectionnés par le deuxième récepteur 22 des aéronefs IB, IC dans son mode d'accrochage et vont être exploités par le deuxième récepteur 22 des aéronefs IB, IC dans son mode d'exploitation de sorte que la première valeur de position ne coïncide pas avec la deuxième valeur de position et la première valeur de vitesse ne coïncide pas avec la deuxième valeur de vitesse .
Si la comparaison, pour chaque aéronef IA, IB, IC, de la première valeur de position avec la deuxième valeur de position et/ou de la première valeur de vitesse avec la deuxième valeur de vitesse révèle un écart, une opération de leurrage est en cours.
Plus précisément, l'écart est comparé à un seuil prédéterminé et ce n'est que si l'écart dépasse le seuil prédéterminé que l'unité électronique de navigation considérera qu'une opération de leurrage est en cours. Le seuil de comparaison sera déterminé en tenant compte de la précision statistique de la première navigation d'une part et de celle de la deuxième navigation (dilution géométrique, statistique des erreurs « Signal In Space » et statistiques des erreurs de transmission) hors situation de leurrage.
Il est important de comprendre que la comparaison, pour chaque aéronef IA, IB, IC, de la première valeur de position avec la deuxième valeur de position et/ou de la première valeur de vitesse avec la deuxième valeur de vitesse ne permet que de révéler une opération de leurrage dont ledit aéronef IA, IB, IC n'est pas l'objet.
Le procédé de l'invention comprend alors l'étape d'émettre une alerte quand les deux valeurs comparées ne coïncident pas. L'alerte est émise en utilisant par exemple un transpondeur radar ou un émetteur radio ou tout autre mode de transmission adapté de données.
Cette alerte peut être émise en broadcast et/ou à destination d'une station au sol 50 de contrôle aérien qui est agencée pour envoyer un message d'alerte à l'aéronef leurré .
Le message d'alerte peut éventuellement être envoyé après confirmation par les aéronefs en vol non ciblés. Le message d'alerte peut être envoyé à tous les aéronefs de la zone ou bien plus spécifiquement vers l'aéronef leurré. Avantageusement, la station au sol 50 est également agencée pour estimer une étendue de la zone Z et déterminer la position du dispositif leurrant D qui a une probabilité relativement importante de se trouver sensiblement au centre de la zone Z. On comprend que plus le nombre d'aéronefs répartis dans la zone Z et au voisinage de celle-ci est important meilleure sera l'estimation des contours de la zone Z (les limites de la zone se trouvant entre les véhicules renvoyant une alerte et ceux n' en renvoyant pas hors véhicule leurré) .
Pour permettre à la station au sol 50 de réaliser une analyse plus complète de la situation de leurrage, des informations complémentaires peuvent être transmises par les aéronefs 1 à la station au sol 50 de manière que cette dernière puisse par exemple émettre des alertes voire déclencher des mesures correctrices. On peut citer les informations suivantes :
des références de l'aéronef (identifiant, numéro de vol, type) ;
- la première valeur de position ;
des limites de protection horizontale (HPL) et verticale (VPL) associées à la première valeur de position ;
la deuxième valeur de position ;
- l'heure ;
la liste PRN et les valeurs CN0 des canaux fournissant les signaux servant au calcul de la deuxième valeur de position ;
les vitesses nord-sud, est-ouest et verticale ;
- l'assiette et le cap de l'aéronef...
Selon un deuxième mode de réalisation du récepteur 20, le dispositif 20 comprend un unique récepteur de signaux satellitaires comprenant plusieurs canaux. Ces canaux sont les canaux de traitement du signal reçu après une première démodulation et numérisation dit « Intermediate Frequency ». On a :
- une première partie des canaux affectée aux signaux provenant des satellites qui ont été sélectionnés pendant le mode d'accrochage et qui sont utilisés pour la phase d'exploitation et le calcul des premières valeurs ;
- une deuxième partie des canaux affectée à l'alternance rapide mode d' accrochage - mode d' exploitation pour fournir les signaux utilisés pour le calcul des deuxièmes valeurs. On comprend donc que :
- la première partie des canaux est utilisée pour assurer les fonctions du récepteur 21 et calculer la première valeur de position ;
- la deuxième partie des canaux est utilisée pour assurer les fonctions du récepteur 22 et calculer la deuxième valeur de position.
Le procédé de l'invention est mis en œuvre de la même manière qu'avec le dispositif 20 selon le premier mode de réalisation .
On note que, pour les premiers canaux, le mode d'accrochage est aidé par des informations de position et de vitesse, fournies par une centrale inertielle de navigation ou élaborées en interne d' après les autres canaux en poursuite, ce qui réduit fortement la possibilité d'accrochage du signal leurre correspondant au code du satellite dédié au canal. Cela correspond au fonctionnement « normal » (en général) d'un récepteur GPS.
Par contre, pour les deuxièmes canaux, le mode d'accrochage n'est pas aidé par les informations de position et vitesse (issues d'une centrale inertielle de navigation ou élaborées en interne), ce qui permet l'« accrochage » du signal leurre par détection de puissance avec les vitesses et phase de code correspondant à ceux du signal leurre.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications .
En particulier, le système de navigation du véhicule peut être différent de celui décrit.
Le véhicule peut être équipé de plusieurs centrales inertielles fournissant chacune une navigation inertielle. Le système de navigation peut ne fonctionner qu' à partir des données satellitaires ou être hybridé pour prendre en compte également des données non satellitaires de positionnement différentes ou pas des données inertielles de positionnement. Le système de navigation peut comprendre une centrale inertielle ou une centrale de navigation optique fonctionnant à partir de la position des astres ou d'amers ou une centrale de positionnement goniométrique, ou toute combinaison de ces équipements. Le système de navigation peut comprendre également un capteur barométrique d'altitude.
En variante, l'alerte peut être émise directement vers l'aéronef leurré IA. En effet, les aéronefs IB et IC peuvent déterminer que l'aéronef IA est l'aéronef leurré puisque la position qu' il émet classiquement par signal ADSB correspond à la deuxième position des aéronefs IB et IC.
L'invention s'applique à tout type de véhicule comme des véhicules nautiques, aériens ou terrestres.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détection d'une opération leurrant un premier dispositif de positionnement (20) par signaux satellitaires équipant un premier véhicule (IA) évoluant dans une zone (Z) dans laquelle circule au moins un deuxième véhicule (IB, IC) équipé d'un deuxième dispositif de positionnement (20) par signaux satellitaires de positionnement, le procédé comprenant l'étape de faire calculer au moins une première valeur de positionnement de chaque véhicule à partir de signaux satellitaires initiaux reçus par chaque dispositif ; caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes de :
- en parallèle de la réception des signaux satellitaires initiaux par le deuxième dispositif (20) et du calcul de la première valeur du deuxième véhicule (IB, IC) , faire initier une phase d'accrochage par le deuxième dispositif pour rechercher de nouveaux signaux satellitaires et faire calculer, à partir des nouveaux signaux satellitaires reçus par le deuxième dispositif, une deuxième valeur de positionnement du deuxième véhicule (IB, IC) au même instant que la première valeur ;
comparer la première valeur et la deuxième valeur relatives au deuxième véhicule (IB, IC) ;
- émettre une alerte quand les deux valeurs ne coïncident pas ;
au moins le deuxième dispositif de positionnement comprenant au moins des premiers canaux de réception des signaux satellitaires et des deuxièmes canaux de réception des signaux satellitaires, et au moins une unité de traitement agencée pour réaliser : - sur les premiers canaux, lors d'un mode d'accrochage, une sélection d'émetteurs de signaux satellitaires suffisamment puissants pour être exploités et, lors d'un mode d'exploitation qui dure tant que les signaux émis par les émetteurs sélectionnés sont assez puissants, un calcul de premières valeurs successives de positionnement à partir desdits signaux,
- sur les deuxièmes canaux, lors d'un mode d'accrochage, une sélection d'émetteurs de signaux suffisamment puissants pour être exploités et, lors d'un mode d'exploitation, un calcul d'au moins une deuxième valeur de positionnement à partir desdits signaux, l'unité de traitement repassant automatiquement en mode d' accrochage après le calcul de ladite au moins une valeur de positionnement sur les deuxièmes canaux quelle que soit la puissance des signaux.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'alerte est émise lorsque les valeurs comparées sont séparées d'un écart supérieur à un seuil prédéterminé.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le seuil est déterminé en tenant compte d'une précision statistique du calcul de la première valeur et d'une précision statistique du calcul de la deuxième valeur hors situation de leurrage.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 ou 3, dans lequel l'alerte est émise en broadcast.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'alerte est émise vers une station au sol .
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la station au sol envoie un message d'alerte au véhicule leurré (IA) .
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première valeur est calculée en utilisant également des données non satellitaires de positionnement.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel plusieurs deuxièmes véhicules évoluent dans la zone et le procédé comprend l'étape d'estimer un contour de la zone de leurrage (Z) à partir des premières valeurs des deuxièmes véhicules (IB, IC) .
9. Procédé selon la revendication précédente, comprenant l'étape d'estimer une position d'un émetteur de signaux de leurrage à partir du contour de la zone de leurrage .
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de traitement repasse en mode d'accrochage sur les deuxièmes canaux après le calcul d'une unique valeur de positionnement.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l'unité de traitement repasse en mode d' accrochage sur les deuxièmes canaux après un temps prédéterminé .
12. Dispositif de positionnement par signaux satellitaires, comprenant au moins des premiers canaux de réception des signaux satellitaires et des deuxièmes canaux de réception des signaux satellitaires, et au moins une unité de traitement agencée pour réaliser :
- sur les premiers canaux, lors d'un mode d'accrochage, une sélection d'émetteurs de signaux satellitaires suffisamment puissants pour être exploités et, lors d'un mode d'exploitation qui dure tant que les signaux émis par les émetteurs sélectionnés sont assez puissants, un calcul de premières valeurs successives de positionnement à partir desdits signaux,
- sur les deuxièmes canaux, lors d'un mode d'accrochage, une sélection d'émetteurs de signaux suffisamment puissants pour être exploités et, lors d'un mode d'exploitation, un calcul d'au moins une deuxième valeur de positionnement à partir desdits signaux, l'unité de traitement repassant automatiquement en mode d'accrochage après le calcul de ladite au moins une valeur de positionnement sur les deuxièmes canaux quelle que soit la puissance des signaux ;
comparer la deuxième valeur et la première valeur correspondante ;
- émettre une alerte quand les deux valeurs ne coïncident pas .
13 Dispositif selon la revendication 12, dans lequel l'unité de traitement repasse en mode d'accrochage sur les deuxièmes canaux après le calcul d'une unique valeur de positionnement.
14 Dispositif selon la revendication 12, dans lequel l'unité de traitement repasse en mode d'accrochage sur les deuxièmes canaux après un temps prédéterminé.
15 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel les premiers canaux appartiennent à un premier récepteur (21) et les deuxièmes canaux appartiennent à un deuxième récepteur (22).
16 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel les premiers et deuxièmes canaux appartiennent à un unique récepteur.
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