用于识别篡改或伪造的GNSS信号的方法与流程

本发明涉及一种用于识别篡改或伪造的gnss信号的方法、一种用于执行该方法的计算机程序、一种存储计算机程序的机器可读存储介质以及一种用于车辆的系统，其中该系统被设计用于执行该方法。本发明尤其可以被应用在用于自主或半自主驾驶的基于gnss的定位系统中。

背景技术：

1、生成和传输篡改和/或伪造的gnss信号通常也称为所谓的“欺骗”。特别地，欺骗的目的是误导gnss接收器，而gnss接收器可能没有注意到攻击。欺骗在技术上具有挑战性的，因为必须模仿复杂的gnss信号结构，通常是针对多个gnss信号并行进行。在此，所谓的“虚造干扰设备(meaconing)”是欺骗的一个子类别，并且涉及重新传输接收到的gnss信号。这避免了实施复杂gnss信号结构产生的成本，并且还导致gnss接收器提供错误的pnt信息(位置、导航、时间)，因为与接收器所在位置处的真实的gnss信号的相对延迟相比，通过接收和再次发送过程将改变从接收器所见的gnss信号的相对延迟。

2、存在一些标准方案，这些标准方案可以有助于克服欺骗，例如通过借助于imu处理传感器融合或实施基于残差的监视。然而，尤其在汽车领域中没有相应的技术是已知的。根据攻击者的成本、犯罪能量和经济可能性，导航系统始终存在因欺骗而被破坏的风险。但是，努力寻求将风险保持得尽可能低。

技术实现思路

1、在此，根据权利要求1提出一种用于识别篡改或伪造的gnss信号的方法，至少包括以下步骤：

2、a)接收gnss信号；

3、b)分析gnss信号，以便从gnss信号中确定至少一个信号特性和至少一个卫星特性；

4、c)将所确定的至少一个信号特性与至少一个已知的信号特性进行比较，该已知的信号特性根据识别出的至少一个卫星特性规定；

5、d)如果在所确定的信号特性和已知的信号特性之间存在差异，则识别出篡改或伪造的gnss信号。

6、为了执行该方法，步骤a)、b)、c)和d)可以例如以给定的顺序执行至少一次和/或重复执行。此外，步骤a)、b)、c)和d)，特别是步骤c)和d)可以至少部分地并行或同时执行。特别地，步骤a)可以在车辆侧执行，或借助于车辆的gnss接收器和/或gnss传感器执行。步骤b)、c)和/或d)同样可以在车辆侧执行，和/或至少部分地在车辆外、例如由设置在上级的管理装置执行，该管理装置可以从多个车辆接收数据。

7、该方法特别用于(机械)探测gnss欺骗和/或虚造干扰设备。在本文中，篡改或伪造的gnss信号例如可以是由(卫星外部的)gnss信号发生器人工生成且特别是代替或附加于(原始)卫星信号发送给gnss接收器的信号。在此，gnss信号发生器可以例如用于完全模拟gnss信号和/或在虚造干扰设备场景中给接收到的gnss信号添加至少一个信号。例如，该方法可以有助于识别出转发接收到的gnss信号的虚造干扰设备攻击。然而，该方法不限制于此。相反，该方法可以有利地有助于识别出当前(通常)是否正在发生对gnss信号的欺骗。

8、该方法尤其用于在(机动)车辆的(至少也)基于gnss数据的(自身)定位范畴中识别出篡改或伪造的gnss信号。在本文中，该方法特别有助于改进车辆位置的定位结果的准确性和/或可靠性。特别地，可以从自身定位中识别或发现可能对车辆位置的可能存在的篡改。车辆例如可以是汽车，其优选被设计用于至少部分自动化和/或自主驾驶运行。

9、在步骤a)中，接收gnss信号。在此，原则上可以从一个或多个gnss卫星(例如gps、glonass、伽利略、北斗等服务的卫星)接收一个或多个(原始)gnss信号。在此，还可能接收到被篡改或伪造的gnss信号，例如由欺骗装置发出的信号。

10、在步骤b)中，分析gnss信号，以便从gnss信号中确定至少一个信号特性和至少一个卫星特性。信号特性例如可以是(接收到的)载波频率。卫星特性例如可以是所涉及卫星的系列和/或在所涉及的卫星中的载波频率(l1、l2c等)的可用性。

11、gnss卫星在其导航数据(gnss数据或gnss卫星数据)中传输关于所涉及的(进行发送的)卫星的系列的信息，和/或关于存在或应存在何种gnss信号(例如何种频率)的信息。例如，较旧的gps卫星不在第二频率(l2c)上发送民用信号。这些信息通常经由导航数据被告知。因此，卫星的系列或年龄例如可以表示有利的卫星特性。

12、例如，在此还描述的系统的导航数据处理器或gnss信号处理器可以解码卫星的导航数据或接收到的信号，并且从中导出至少一个信号特性和/或至少一个卫星特性(例如卫星的系列或可能假定的卫星的系列)。此外，可以根据识别到的至少一个卫星特性来规定至少一个已知的信号特性。已知的信号特性可以例如涉及信号特征，例如特定系列不在第二频率(l2c)上发送民用信号。相应的已知的信号特性或与在特定卫星特性中出现的信号特性可以例如(固定地或可更新地)存储在这里描述的系统中(以编码的方式)和/或可以经由优选无线的连接(例如基于无线电的互联网连接)获取。

13、在步骤c)中，将所确定的至少一个信号特性与至少一个已知的信号特性进行比较，已知的信号特性根据所识别的至少一个卫星特性规定。例如，在此可以在载波频率之间进行比较，特别是在接收到(或在其上接收)的至少一个载波频率和例如在相关的卫星系列中应(正常)接收到或不应接收到(或在其上接收或不应在其上接收)的至少一个载波频率之间进行比较。

14、根据上述示例，根据系列而规定的已知的信号特征例如可以是：在第二频率(l2c)上没有发送民用信号。

15、在此描述的系统的欺骗监视器可以被设计用于：将已知的信号特性或信号特征与接收到的信号进行比较。如果例如已经识别到所确定的信号特性和已知的信号特性之间存在差异，尤其是如果接收到不可能的信号，则欺骗监视器可以输出欺骗警告。这些信息随后可以用于位置计算和/或用于状态信息。

16、在步骤d)中，如果在所确定的信号特性与已知的信号特性之间存在差异，则识别出篡改或伪造的gnss信号。换言之，差异尤其涉及所确定的信号特性和已知的信号特性之间的偏差。例如，如果识别到篡改或伪造的gnss信号，则该信号例如可以被分拣出，尤其在定位车辆位置的应用中被排除。

17、例如如果欺骗者没有以如下方式一致地产生所有信号和所属的导航数据，则例如可以探测到欺骗：即(根据上面的示例)例如由无法在特定频率上进行发送的(假设的)卫星接收到这种信号。

18、根据一个有利的设计方案提出：在步骤a)中从车辆的gnss传感器接收gnss信号。在此，gnss传感器可以例如设置在车辆中和/或车辆处。

19、根据另一有利的设计方案提出：至少一个卫星特性包括以下特性中的至少一个：卫星类型、卫星型号、卫星系列。卫星特性优选地涉及卫星系列。

20、根据另一有利的设计方案提出：至少一个已知的信号特性涉及信号的至少一个频率。该频率尤其涉及信号的至少一个载波频率，例如在所涉及的卫星系列中(通常)应该接收到或不应该接收到所述载波频率(或应该或不应该在所述载波频率上接收)。

21、根据另一有利的设计方案提出：如果在假设进行发送的gnss卫星不发送gnss信号的频率上接收到gnss信号，则识别出篡改的或伪造的gnss信号。特别地，如果在假设进行发送的gnss卫星不发送gnss信号的载波频率上或以该载波频率接收到gnss信号，则可以识别出篡改的或伪造的gnss信号。

22、根据另一方面，提出一种用于执行在此介绍的方法的计算机程序。换言之，这尤其涉及一种计算机程序(产品)，其包括指令，在该程序通过计算机执行时，指令促使计算机执行在此描述的方法。

23、根据另一方面，提出一种机器可读的存储介质，在其上存放或存储在此提出的计算机程序。机器可读存储介质通常是计算机可读的数据载体。

24、用于(机动)车辆的系统，其中该系统被设计用于执行在此描述的方法。该系统例如可以包括计算机和/或控制设备(控制器)，其可以执行指令以便执行该方法。为此，计算机或控制设备例如可以执行所说明的计算机程序。例如，计算机或控制设备可以访问所说明的存储介质以便能够执行计算机程序。

25、例如，该系统可以包括用于接收gnss信号的gnss传感器。该系统(还)可以包括例如导航数据处理器或gnss信号处理器和/或欺骗监视器。该系统(还)可以包括定位装置，定位装置至少也可以使用接收到的(并且不被识别为篡改或伪造的)gnss信号来确定车辆的自身位置。在此，定位装置例如可以执行gnss数据与车辆传感器的其他数据的融合，例如与车辆的环境传感器的环境传感器数据的融合。

26、该系统例如可以是运动和位置传感器的组成部分，该组成部分尤其被设置或可设置在车辆中或车辆处，或者可以与这种传感器连接以交换信息。在本文中提出例如gnss传感器和/或定位装置可以是运动和位置传感器的组成部分。此外，(替代地)提出该系统可以包括运动和位置传感器，运动和位置传感器在这种情况下例如可以包括gnss传感器和/或定位装置。

27、结合该方法讨论的细节、特征和有利的设计方案可以相应地也出现在在此介绍的计算机程序和/或存储介质和/或系统中，并且反之亦然。在这方面，完全参考那里的描述以对特征进行更详细的表征。