信號處理的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及處理信號數(shù)據(jù)的方法，所述信號數(shù)據(jù)包括未加密部分和加密部分，所述方法包括：在接收器處接收信號數(shù)據(jù)；處理信號數(shù)據(jù)的樣本以提供經(jīng)處理的信號樣本，其包括涉及信號數(shù)據(jù)的加密部分的數(shù)據(jù)和涉及信號數(shù)據(jù)的未加密部分的數(shù)據(jù)，將未加密信號數(shù)據(jù)與至少一個基準信號相比較以確定包括以下中的至少一個的信息：(i)在其處從源發(fā)送信號的時間以及(ii)源的身份；基于所確定的信息并從遠離接收器的源請求一組加密基準信號樣本；在遠離接收器的處理設(shè)備上將該組加密基準信號樣本與所接收的加密信號數(shù)據(jù)相比較以識別任何匹配信號樣本。
【專利說明】
信號處理
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于信號處理的裝置、方法、和用于計算機的程序以及并入相同內(nèi)容的系統(tǒng)。特別地但不是排他性地，其涉及使用一般性地加密導(dǎo)航信號以及尤其是伽利略PRS信號的對抗故意和非故意威脅的增強的穩(wěn)健性的定位系統(tǒng)的開發(fā)。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如全球定位系統(tǒng)(GPS)、格洛納斯、伽利略和北斗的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)被用于向各種各樣的應(yīng)用提供位置、速度和定時信息。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)通過向裝備有接收器設(shè)備的用戶廣播定時信號來工作。
[0003]常規(guī)的接收器設(shè)備包括參考內(nèi)部時鐘內(nèi)部地生成匹配由衛(wèi)星廣播的那些信號的信號的模塊。這些信號是以定義的格式并且針對每個系統(tǒng)在公開文獻中被指定。接收器使這些內(nèi)部“復(fù)制”信號與所接收的衛(wèi)星信號互相關(guān)聯(lián)以針對每個衛(wèi)星提取正確信號定時和載波相位以及頻率。接收器還解碼在使得接收器能夠知道每個衛(wèi)星定位的衛(wèi)星廣播消息內(nèi)包含的信息。
[0004]接收器使用互相關(guān)聯(lián)過程的結(jié)果來針對從每個衛(wèi)星接收的信號確定飛行時間。在數(shù)學(xué)過程中將飛行時間與若干衛(wèi)星的定位信息結(jié)合來計算接收器天線的位置。
[0005]除了支持擴大范圍的商業(yè)應(yīng)用，還在安全和防衛(wèi)領(lǐng)域中使用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。然而在商業(yè)領(lǐng)域中，使用未加密的或公開服務(wù)的信號來獲取接收器的位置，在安全和防衛(wèi)領(lǐng)域內(nèi)，使用安全的加密信號。在伽利略系統(tǒng)中，這被稱為公共規(guī)范服務(wù)，或PRS，并且其它系統(tǒng)提供類似的服務(wù)。也以預(yù)定義的格式廣播安全的信號;然而這樣的格式不是公共信息。衛(wèi)星系統(tǒng)負責加密信號，并且由專門的安全的接收器設(shè)備來解碼信號。
[0006]在已知的安全的接收器中，通過使用安全模塊或安全功能(securityfunct1n)來達到這點。安全模塊通常是接收器的物理組件。安全模塊/功能包括并處理使得安全的信號能夠被接收器使用的密碼學(xué)算法。安全模塊能夠生成所請求的信息來接收并處理加密信號以及解碼加密廣播消息，所述加密廣播消息包括關(guān)于衛(wèi)星軌道和時鐘的信息以及其它系統(tǒng)和安全信息。每個接收器需要其自己的安全模塊/功能。
[0007]只有這樣的安全模塊具有有效的密碼學(xué)密鑰和解鎖解碼加密信號的過程所需要的其它參數(shù)/信息，這樣的安全模塊才將運行。需要將密鑰加載到接收器中?？梢?使用特殊裝置)手動地或使用被稱作“無線(over-the-air)”的技術(shù)自動地完成該過程。密鑰和密碼學(xué)材料對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的安全來說是關(guān)鍵的，并且因此有必要保護材料的分布和管理。這可能在使用加密導(dǎo)航信號的接收器的運行上強加大量的開銷。
[0008]以Thales名義的W0/2012/007720描述了用戶接收器，其包括捕獲寬帶信號樣本(包括伽利略公開服務(wù)和加密公共規(guī)范服務(wù)(PRS))的能力。用戶接收器包括處理模塊，其可以處理被用于計算如上面描述的用戶的位置、速度和時間(也被稱作“PVT”信息)的公開服務(wù)信號。采用捕獲寬帶樣本將公開服務(wù)PVT信息傳輸?shù)街醒敕?wù)器。中央服務(wù)器可以訪問其用于處理捕獲信號的PRS元素的安全的PRS信息。服務(wù)器使用PRS信息來分離地計算用戶的PVT。以這種方式，可以減少持有安全的密碼學(xué)信息的PRS安全模塊的數(shù)量，因為在每個接收器中包括安全模塊不是必需的。中央服務(wù)器將公開服務(wù)PVT與服務(wù)器計算的PRS PVT相比較并使用該信息來實現(xiàn)鑒別過程。
[0009]然而，該方法依賴于傳達大量的寬帶RF捕獲信號。這在可利用的通信帶寬、廣播PRS信號樣本所需的功率和通信的成本方面有限制。另外，這需要公開服務(wù)接收器在用戶側(cè)處運行。在許多實例中，用戶不需要知道他的/她的位置(例如該定位信息可能被提供給第三方，并被用作緊急信標，或用于提供交通工具正被如何駕駛的信息等)。為了運行公開服務(wù)，接收器不必要地在用戶側(cè)處的電池上放置另外的負載。另外，所描述的方法和裝置依賴于公開服務(wù)PVT的廣播，并且該信號可以被截取、干擾或故意地阻塞(這是存在分離的加密信號的原因之一)。
[0010]NAVSYS公司提出了被稱作TIDGET的低成本GPS傳感器(在US 5379224中描述的)，其利用分布式GPS軟件接收器概念。TIDGET傳感器不追蹤GPS信號，而是替代地捕獲被傳達至忡央服務(wù)器的未加工的GPS樣本的“快照(snapshot)”。在服務(wù)器處，處理樣本以確定用戶的PVT信息。題為“PPS Posit1ning in Weak Signal GPS Environments using a TIDGETSensor(使用TIDGET傳感器在弱信號GPS環(huán)境中的PPS定位)”的相關(guān)論文(1N GNSS 2010的會刊，2010年9月于俄勒岡州波特蘭市)描述了能夠如何通過使用現(xiàn)場單元將TIDGET概念應(yīng)用于GPS軍用信號以捕獲未加工的射頻(RF)數(shù)據(jù)，其被傳達至中央服務(wù)器用于直接注入到常規(guī)GPS精確定位服務(wù)(PPS)硬件接收器中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了處理信號數(shù)據(jù)的方法，該信號數(shù)據(jù)分組括未加密部分和加密部分，該方法包括:
(i)在接收器處接收該信號數(shù)據(jù)；
(ii)處理該信號數(shù)據(jù)的樣本以提供經(jīng)處理的信號樣本，其包括涉及該信號數(shù)據(jù)的加密部分的數(shù)據(jù)和涉及該信號數(shù)據(jù)的未加密部分的數(shù)據(jù)，
(iii)將未加密信號數(shù)據(jù)與至少一個基準信號相比較以確定包括以下中的至少一個的信息:(i)在其處從源發(fā)送該信號的時間以及(ii)源的身份；
(iv)基于所確定的信息并從遠離接收器的源請求一組加密基準信號樣本；
(V)在遠離接收器的處理設(shè)備上將該組加密基準信號樣本與所接收的加密信號數(shù)據(jù)相比較以識別任何匹配信號樣本。
[0012]在一個示例中，本方法是鑒別信號數(shù)據(jù)源和/或信號內(nèi)容的方法，并且倘若確定了在該組加密基準信號樣本和所接收的加密信號樣本之間的至少一個匹配那么鑒別信號源。
[0013]替換地或附加地，本方法是識別加密數(shù)據(jù)信號的方法，并且本方法還包括基于匹配(一個或多個)加密信號樣本的識別導(dǎo)出數(shù)據(jù)以確定在加密數(shù)據(jù)信號中編碼的信息。在這樣的示例中，由于只將基于所確定的信息的加密基準信號與所接收的信號樣本相比較，因此可以快速地確定用于比較的候選樣本。
[0014]這樣的方法可以具有到全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的特定應(yīng)用。在這樣的示例中，可以有許多分布式并且可移動的接收器(例如，基于交通工具的導(dǎo)航幫助、安全信標(beacon)、蜂窩電話等)。如對技術(shù)人員熟悉的那樣，這樣的接收器經(jīng)常使用其中包含的處理電路執(zhí)行追蹤，但在上面描述的方法中，可以將追蹤接收器的功能性分布在現(xiàn)場接收器和遠程處理設(shè)備(例如，中央服務(wù)器)之間。GNSS服務(wù)通常并入加密部分(例如，伽利略中的公共規(guī)范服務(wù)(PRS)，GPS中的PRS)和公開的未加密部分。在如上面陳述的一個方法中，加密導(dǎo)航信號可以被用于鑒別從公開的未加密信號中獲取的測量結(jié)果(measurement)和/或用于為接收器直接地提供穩(wěn)健的位置和時間數(shù)據(jù)而不需要將導(dǎo)航加密秘鑰分布到現(xiàn)場接收器單元。
[0015]在優(yōu)選實施例中，由至少三個實體實現(xiàn)本方法:接收器、諸如中央服務(wù)器的遠程處理設(shè)備、以及安全模塊，所述安全模塊優(yōu)選地持有使其能夠生成加密接收器信號樣本的密鑰。在一個示例中，由接收器實現(xiàn)步驟(i)和(ii)，并且然后將經(jīng)處理的信號樣本傳輸?shù)竭h程處理設(shè)備用于進一步處理。然而，在其它示例中，也可以由接收器執(zhí)行步驟(iii)，并且所確定的信息可以是涉及未加密信號數(shù)據(jù)部分的數(shù)據(jù)或形成其部分，所述未加密信號數(shù)據(jù)部分繼而形成經(jīng)處理的信號樣本的部分(在該情況中，在步驟(ii)之前或與其同時地實現(xiàn)步驟(iii))。
[0016]遠程處理設(shè)備可以使用所接收的信息來從安全模塊請求一組加密基準信號。安全模塊還可以接收經(jīng)處理的信號樣本，或者至少涉及在接收器處接收的信號數(shù)據(jù)的加密部分的部分，并且然后執(zhí)行步驟(V)。這可以幫助總體上改善系統(tǒng)的安全。然而，可以從安全模塊向遠程處理設(shè)備傳輸所生成的該組加密基準信號，所述遠程處理設(shè)備可以執(zhí)行步驟(V)。
[0017]這樣的方法處理(address)迄今為止提出的GNSS技術(shù)針對穩(wěn)健的、精確的定位的限制，其通常需要用于加密信號的密鑰來被分布到現(xiàn)場接收器單元。如技術(shù)人員將領(lǐng)會的那樣，密鑰分布是繁重的，尤其是由于必須以安全的方式完成它。另外，在接收器和諸如中央服務(wù)器的其它處理設(shè)備之間的GNSS接收器核心功能性劃分的選項節(jié)約了接收器所需的處理電路和電池功率(這也可以允許接收器變得更小)，或另外可以增加處理速率、信號檢測等。
[0018]本方法還可以減少所謂的“定位時間(time-t0-fiX，TTF)”(g卩，識別信號的衛(wèi)星源所花費的時間)，因為只選擇了可能的加密基準樣本的子集用于比較，其中使用所確定的信息來選擇該子集。盡管上面已經(jīng)陳述了本方法對GNSS的特定應(yīng)用，但是也可以在陸地導(dǎo)航和定位系統(tǒng)(例如，偽衛(wèi)星、無線電導(dǎo)航、無線電定位系統(tǒng)和使用機會信號用于定位)中使用本方法。本方法還可以具有在導(dǎo)航領(lǐng)域之外的應(yīng)用，并可以被用于時鐘信號、或甚至(indeed)任何數(shù)據(jù)信號。
[0019]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，布置處理信號樣本的步驟以在傳輸信號樣本之前減少信號樣本大小。這是有優(yōu)勢的，因為這減少了傳輸信號所需要的帶寬，其可以繼而減少了通信成本(所占用的通信帶寬和因此潛在的數(shù)據(jù)費用)和/或允許發(fā)送更高量的信號。
[0020]在特定優(yōu)選實施例中，減少信號使得其表示最小值的、或基本上最小值的數(shù)據(jù)量，以保證成功處理加密信號數(shù)據(jù)。當然，在實踐中，所使用的帶寬減少模型(以及對特殊應(yīng)用來說可接受的性能妥協(xié))將導(dǎo)致不同數(shù)據(jù)量的用于傳輸，其可能比技術(shù)上的最小值更大，但是優(yōu)選地是(或接近)在情況中適當?shù)淖畲鬁p少。
[0021]這樣的方法可以包括以下中的一個或多個:信號下變換、模擬或數(shù)字信號的濾波到分離的未加密和加密流(stream)中用于處理、數(shù)據(jù)樣本的減少、濾波以僅保持完整信號帶的分段、例如包括一個或多于一個頻譜波瓣。
[0022]在將未加密和加密信號分離到兩個流中用于處理的示例中，所述兩個流可以隨后被翻譯、重新取樣并合計到一起，例如在執(zhí)行其它樣本減少處理之前。
[0023]在其它示例中，其將未加密和加密信號分離到兩個窄帶流中用于數(shù)據(jù)壓縮，所述兩個流可以隨后在頻率中被翻譯，被結(jié)合到一起成為單個窄帶流并被重新取樣。可以采用不同的偽隨機數(shù)(PRN)序列展開在兩個流中的所有信號，從而保持低水平的互相關(guān)性?？蛇x地，可以僅當知道在任一信號帶中都沒有干擾時才完成這點。該方法可以與其它數(shù)據(jù)減少處理相結(jié)合。
[0024]如技術(shù)人員將意識到的那樣，這樣的過程將增加信號噪聲，但是未加密和加密信號數(shù)據(jù)兩者都可以存在于相同的經(jīng)處理的信號樣本數(shù)據(jù)分組中，并且可以在比較信號的步驟之前被提取和恢復(fù)。
[0025]在其中使用加密數(shù)據(jù)來鑒別未加密數(shù)據(jù)的實施例中，接受在加密信號中的信號功率損失(例如，僅使用在BOC調(diào)制信號中的單側(cè)波瓣)可以是可能的，因為在未加密信號上執(zhí)行采集(acquisit1n)并且出于鑒別目的的受限搜索在加密信號中。
[0026]本方法可以替換地或附加地包括在傳輸?shù)教幚碓O(shè)備之前預(yù)篩選(pre-screen)所接收的信號。在一些示例中，如果信號沒有滿足預(yù)確定的標準那么可以中斷本方法。
[0027]這樣的所捕獲的信號預(yù)篩選可以檢查信號質(zhì)量和/或檢測高水平干擾、不期望的或偽造信號的存在。這樣的預(yù)篩選可以包括對自動增益控制運行(AGC)、模數(shù)轉(zhuǎn)換水平、所捕獲的信號頻譜、信號自相關(guān)性質(zhì)或多天線空間濾波和空間信號分析等的統(tǒng)計學(xué)分析。注意，這樣的篩選在本文中被稱為“預(yù)篩選”，因為可以從未加密數(shù)據(jù)部分在處理設(shè)備處所確定的信息上執(zhí)行所捕獲的數(shù)據(jù)的另外的篩選，例如基于所檢測的信號強度水平和成功的采集標準。在一些示例中，如果預(yù)篩選指示所捕獲的信號不滿足預(yù)確定的標準，那么本方法可以進一步包括以下中的一個或多個:(i)通過重新捕獲信號重新開始本方法，(ii)生成用戶通知，(iii)適配捕獲參數(shù)，(iv)使用反干擾技術(shù)，或(V)中止信號捕獲。
[0028]在優(yōu)選實施例中，預(yù)篩選可以被用于確定需要被捕獲和/或被包括在經(jīng)處理的信號樣本中的信號的量以保證在經(jīng)處理的信號樣本中有足夠的數(shù)據(jù)以允許實現(xiàn)加密信號的比較步驟，并且可以從而向信號減少步驟提供輸入。在這樣的示例中，(一個或多個)“好的”信號可以允許形成更小的經(jīng)處理的信號。
[0029]本方法可以進一步包括在傳輸?shù)竭h程處理設(shè)備之前加密和/或密碼學(xué)上簽名經(jīng)處理的信號的至少部分。在這樣的示例中，本方法還進一步包括在遠程處理設(shè)備處解密信號。這增加了本方法的安全性。
[0030]所提出的方法可以使用加密來保證使從用戶發(fā)送到遠程處理設(shè)備的未加密信號數(shù)據(jù)安全，保護對抗來自使用技術(shù)的安全性妥協(xié)并保證用戶的定位保持被保護。
[0031]在一些示例中，在遠程處理設(shè)備處將所接收的未加密信號樣本與至少一個基準信號相比較以確定來自未加密信號部分的信息的步驟可以包括確定接收器的位置和速度中的至少一個。這是有優(yōu)勢的，因為可以或者立即或者如果被實現(xiàn)的話在鑒別步驟之后容易地利用數(shù)據(jù)。
[0032]將信號樣本與基準樣本相比較的步驟可以包括互相關(guān)聯(lián)。這樣的方法對技術(shù)人員來說將是熟悉的。
[0033]一旦已經(jīng)確定了至少一個匹配加密數(shù)據(jù)樣本，就可以排除與(一個或多個)未匹配的加密數(shù)據(jù)樣本相關(guān)聯(lián)的(一個或多個)未加密信號樣本，并且在進一步的數(shù)據(jù)處理中可以僅利用經(jīng)匹配的(即，經(jīng)鑒別的)信號樣本。
[0034]在一些示例中，可以解密/解碼經(jīng)匹配的加密信號樣本以確定信號的內(nèi)容。在導(dǎo)航系統(tǒng)的上下文中，這可以包括確定在接收信號時的用于接收器的位置、速度和/或時間數(shù)據(jù)。
[0035]本方法可以進一步包括存儲從信號樣本確定的任何數(shù)據(jù)和/或發(fā)送從其中確定的數(shù)據(jù)到接收器。這允許接收器的用戶知道他們的位置，這在一些實施例中可以是有優(yōu)勢的。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了用于處理信號數(shù)據(jù)的裝置，該信號數(shù)據(jù)分組括未加密部分和加密部分，該裝置包括至少一個以下中的每一個:接收器、遠程處理設(shè)備和安全模塊，其中:
(i )安全模塊包括基準信號生成器，其被布置成生成一組加密基準信號樣本；
(i i )接收器被布置成接收信號數(shù)據(jù)并包括處理電路，其被布置成處理信號數(shù)據(jù)以提供經(jīng)處理的信號樣本，其包括涉及所接收的信號數(shù)據(jù)的加密部分的數(shù)據(jù)和涉及所接收的信號數(shù)據(jù)的未加密部分的數(shù)據(jù)，并且進一步包括傳輸器用于將經(jīng)處理的信號樣本傳輸至遠程處理設(shè)備；
(iii)遠程處理設(shè)備和接收器中的至少一個包括處理電路，其包括比較模塊用于將信號數(shù)據(jù)與基準信號樣本相比較，并且被布置成將所接收的未加密信號數(shù)據(jù)與至少一個基準信號相比較以確定至少包括以下中的至少一個的信息:(i)在其處從源發(fā)送該信號數(shù)據(jù)的時間以及(ii)源的身份；
(iv)遠程處理設(shè)備包括通信裝置，其被布置成基于所確定的信息請求生成加密基準信號樣本；
(V)安全模塊被布置成基于所述請求生成一組加密基準信號樣本;以及(vi)安全模塊和遠程處理設(shè)備中的至少一個包括比較模塊，其被布置成將該組加密基準信號樣本與所接收的加密信號數(shù)據(jù)相比較以識別任何匹配信號樣本。
[0037]在一個示例中，本裝置被布置成鑒別信號數(shù)據(jù)源和/或其內(nèi)容，并且倘若在該組加密基準信號樣本和所接收的加密信號樣本之間有匹配那么鑒別信號源/數(shù)據(jù)。在這樣的示例中，遠程處理設(shè)備可以包括鑒別模塊，其被布置成基于相關(guān)加密信號部分匹配基準樣本的確定鑒別從比較模塊輸出的關(guān)于未加密信號的信息。
[0038]替換地或附加地，本裝置被布置成識別加密數(shù)據(jù)信號，并且本裝置被布置成基于識別(一個或多個)匹配的加密信號樣本導(dǎo)出數(shù)據(jù)以確定在加密數(shù)據(jù)信號中編碼的信息。在這樣的示例中，由于僅將基于所確定的信息生成的該組加密基準樣本與所接收的信號樣本相比較，因此可以相對快速地確定用于解密的候選樣本。另外，另外的數(shù)據(jù)(諸如提供關(guān)于接收器的移動或進一步的位置信息源的信息的接收器傳感器數(shù)據(jù))可以被用于進一步約束從安全模塊請求的該組加密基準樣本。在這樣的示例中，接收器可以進一步包括一個或多個傳感器(例如，速度計、加速度計、高度計、指南針、蜂窩電話接收器裝置等)，并且可以將傳感器信息或者作為經(jīng)處理的信號樣本的部分或者分離地發(fā)送至遠程處理設(shè)備。
[0039]這樣的裝置可以是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的部分，并且接收器可以是GNSS接收器，其可以是手持的，被安裝在交通工具中，被并入移動電話或其它移動計算設(shè)備中等。在這樣的示例(并且供諸如其它陸地導(dǎo)航和定位系統(tǒng)(例如，偽衛(wèi)星、無線電導(dǎo)航、無線電定位系統(tǒng)和使用機會信號用于定位)的其它系統(tǒng)使用)中，可以因此有許多分布式并可移動的接收器。
[0040]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，接收器的處理電路包括壓縮模塊，其被布置成在傳輸信號樣本之前減少信號樣本的大小。注意，以減少信號帶寬和/或比特數(shù)的廣義來使用如本文中使用的術(shù)語“壓縮”。壓縮可以是有損的，并且可以包括以下中的一個或多個:信號下變換、模擬或數(shù)字信號的濾波到分離的未加密和加密流中用于處理、數(shù)據(jù)樣本的減少、濾波以僅保持完整信號帶的分段、例如包括一個或多于一個頻譜波瓣、或?qū)Ρ绢I(lǐng)域技術(shù)人員來說熟悉的任何其它壓縮方法。
[0041]這是有優(yōu)勢的，因為其減少了傳輸信號所需要的帶寬，其可以繼而減少了通信成本和/或允許發(fā)送更大量的信號。壓縮模塊可以被布置成基本上盡可能地最小化數(shù)據(jù)，同時保證保留足夠的數(shù)據(jù)以允許成功地處理加密信號數(shù)據(jù)。
[0042]在一些示例中，接收器可以進一步包括篩選模塊，其被布置成在傳輸?shù)竭h程處理設(shè)備之前預(yù)篩選所接收的信號。
[0043]這樣的所捕獲的信號預(yù)篩選可以檢查信號質(zhì)量和/或檢測高水平RF干擾、不期望的或偽造信號的存在。這樣的預(yù)篩選可以包括對自動增益控制運行(AGC)、模數(shù)轉(zhuǎn)換水平、所捕獲的信號頻譜、信號自相關(guān)性質(zhì)或多天線空間濾波和空間信號分析等的統(tǒng)計學(xué)分析。
[0044]篩選模塊可以向壓縮模塊提供輸入。例如，篩選過程的結(jié)果可以被用于確定需要被捕獲并處理的信號的量以保證在經(jīng)處理的信號樣本中有足夠的數(shù)據(jù)以允許實現(xiàn)未加密和/或加密信號的比較步驟。
[0045]接收器可以進一步包括加密模塊，其被布置成在傳輸?shù)教幚碓O(shè)備之前加密和/或密碼學(xué)上簽名經(jīng)處理的信號的至少部分。在這樣的示例中，遠程處理設(shè)備可以包括解密模塊。另外，接收器可以包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其被布置成數(shù)字化所接收的信號。將容易地處理經(jīng)數(shù)字化的信號。
[0046]在一些示例中，接收器可以包括比較模塊，其被布置成將所接收的未加密數(shù)據(jù)樣本與本地生成的基準樣本(即，由接收器的處理電路生成的)相比較。在這樣的示例中，接收器可以被布置成如常規(guī)的“公開服務(wù)”GNSS接收器那樣運行并且可以使用該比較來確定諸如位置數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，其可以被顯示給用戶和/或可以形成經(jīng)處理的數(shù)據(jù)信號的部分被發(fā)送用于遠程處理。然后用戶可以在該數(shù)據(jù)的遠程處理之后從該數(shù)據(jù)的鑒別中獲益，而不實際上訪問密鑰以使用加密服務(wù)其自身。然而，在其它示例中，例如其中該數(shù)據(jù)被用于追蹤接收器設(shè)備的位置、和/或有最小化接收器單元的處理/電池需求的期望，可以在遠程處理設(shè)備處實現(xiàn)大多數(shù)或所有的實質(zhì)性GNSS處理步驟(例如，采集等)。
[0047]因此，在其它示例中，在遠程處理設(shè)備處提供比較模塊，并且其被布置成將所接收的信號樣本與至少一個基準信號相比較以確定來自信號樣本的信息。為了該目的，遠程處理設(shè)備可以進一步包括基準信號生成器。
[0048]所確定的信息可以被用于確定一組信號樣本以與加密數(shù)據(jù)樣本匹配。該信息可以附加地包括接收器的位置或速度中的至少一個。
[0049]一旦已經(jīng)確定了至少一個匹配加密數(shù)據(jù)樣本，就可以排除與(一個或多個)未匹配的加密數(shù)據(jù)樣本相關(guān)聯(lián)的(一個或多個)未加密信號樣本，以便僅在數(shù)據(jù)的進一步處理中利用由鑒別模塊鑒別了的信號樣本。
[0050]在一些示例中，可以解密和/或解碼經(jīng)匹配的加密信號樣本以確定信號的內(nèi)容。在導(dǎo)航系統(tǒng)的上下文中，這可以包括確定在接收信號的時間處的用于接收器的位置、速度和/或時間數(shù)據(jù)。從而安全模塊可以包括解密模塊和數(shù)據(jù)內(nèi)容模塊中的至少一個，所述數(shù)據(jù)內(nèi)容模塊被布置成識別信號內(nèi)容(在GNSS的示例中，其將通常是通過參考被用于生成匹配加密信號的數(shù)據(jù)，因此這可以被與在接收器處接收的原始信號相關(guān)聯(lián)。然而，在其它示例中(以及也在GNSS的一些示例中)，可以通過解密并解碼信號或基準信號其自身來訪問數(shù)據(jù))。
[0051]為了與彼此通信，接收器、遠程處理設(shè)備和安全模塊中的每一個、一些、或所有可以進一步包括(一個或多個)通信模塊。
[0052]在一個實施例中，在由處理電路確定的時間處捕獲所接收的信號用于處理，并且在其處捕獲信號的時間被改變。特別地，該時間可能以公眾不知道的(并且優(yōu)選地不容易確定的)方式被改變。該時間可以以確定性方式被改變，例如如通過偽隨機數(shù)生成器(PRNG)確定的那樣。PRNG可以根據(jù)由遠程處理設(shè)備分享的種子運行。然而，可以以另一方式確定該時間，只要遠程處理設(shè)備也可以導(dǎo)出取樣的正確時間以驗證在適當?shù)臅r間收集了該數(shù)據(jù)(例如，可以有對兩個設(shè)備來說都已知的預(yù)確定的序列等)。這可以是有優(yōu)勢的，因為其意味著如果確定了在錯誤的時間處收集了信號那么可以阻礙哄騙接收裝置的嘗試(即，假扮遠程處理設(shè)備成為特定的接收裝置，例如以便誤導(dǎo)遠程處理設(shè)備關(guān)于接收器的正確位置)。
[0053]在一些示例中，密碼學(xué)上簽名和/或加密涉及捕獲時間的經(jīng)處理的信號的至少時間數(shù)據(jù)分量。這是有優(yōu)勢的，因為如果在傳輸中捕獲信號，它防止了使用時間數(shù)據(jù)來準備貌似真實的但是誤導(dǎo)性的置換經(jīng)處理的信號。
[0054]可以在硬件、軟件、固件等中體現(xiàn)上面提及的模塊中的每一個，并且可以將它們分布到一個或多個物理實體中。實際上，安全模塊可以形成遠程處理設(shè)備的部分，但是將領(lǐng)會的是，優(yōu)選地使用物理的和/或技術(shù)上的安全裝置保持在其中的內(nèi)容是安全的。例如，其可以被布置在防篡改外殼中，或使得一旦外殼被破壞，就清除其上持有的數(shù)據(jù)。其它方法/裝置將對技術(shù)人員來說是熟悉的。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了用于接收包括未加密部分和加密部分的信號的裝置，該接收器被布置成接收信號并且包括處理電路，其被布置成處理信號以提供包括涉及信號的加密部分的數(shù)據(jù)和涉及信號未加密部分的數(shù)據(jù)的經(jīng)處理的信號樣本，其中相對于所接收的信號大小壓縮該經(jīng)處理的信號樣本，并且進一步包括傳輸器用于將經(jīng)處理的信號樣本傳輸至遠程處理設(shè)備。
[0056]壓縮方法可以例如包括信號下變換、模擬或數(shù)字信號的濾波到分離的未加密和加密流中用于處理、數(shù)據(jù)樣本的減少、濾波以僅保持完整信號帶的分段、例如包括一個或多于一個頻譜波瓣。數(shù)據(jù)壓縮/減少的其它方法將對技術(shù)人員來說是熟悉的和/或在上面被描述了。
[0057]在一個實施例中，在由處理電路確定的時間處捕獲所接收的信號用于處理，并且在其處捕獲信號的時間被改變。特別地，該時間可能以公眾不知道的(并且優(yōu)選地不容易確定的)方式被改變。該時間可以以確定性方式被改變，例如如通過偽隨機數(shù)生成器確定的那樣。這可以是有優(yōu)勢的，因為其意味著如果確定了在錯誤的時間處收集了信號那么可以阻礙哄騙接收裝置的嘗試(即，假扮遠程設(shè)備成為特定的接收裝置，例如以便誤導(dǎo)遠程處理設(shè)備關(guān)于接收器的正確位置)。
[0058]接收器可以具有關(guān)于本發(fā)明的第二方面描述的接收器的特征中的任何特征和/或可以被布置成實現(xiàn)本發(fā)明的第一方面的方法的由接收器實現(xiàn)的步驟。
[0059]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了用于處理包括未加密部分和加密部分的信號樣本的裝置，該裝置包括遠程處理設(shè)備和安全模塊，其中:
(i )安全模塊包括信號生成器，其被布置成生成一組加密基準信號樣本；
(i i )遠程處理設(shè)備包括處理電路，其被布置成接收包括涉及該信號的加密部分的數(shù)據(jù)和涉及該信號的未加密部分的數(shù)據(jù)的信號樣本，并且被布置成從其中確定以下中的至少一個:(i)在其處從源發(fā)送該信號的時間以及(ii)源的身份;并且通信裝置被布置成請求加密基準信號樣本；
(iii)安全模塊被布置成基于所確定的信息生成一組加密基準信號樣本;以及
(iv)遠程處理設(shè)備和安全模塊中的至少一個包括比較模塊，該比較模塊被布置成將該組加密基準信號樣本與所接收的加密信號數(shù)據(jù)相比較以識別任何匹配信號樣本。
[0000]在一個示例中，遠程處理設(shè)備包括一個比較模塊或該比較模塊用于比較所接收的數(shù)據(jù)基準信號樣本，并且所述比較模塊被布置成將所接收的未加密信號數(shù)據(jù)與至少一個基準信號相比較以確定包括以下中的至少一個的信息:(i)在其處從源發(fā)送該信號的時間以及(ii)源的身份。然而，在其它示例中，可以將該信息提供為所接收的數(shù)據(jù)的部分。
[0061]遠程處理設(shè)備和安全模塊可以具有關(guān)于本發(fā)明的第二方面描述的遠程處理設(shè)備/安全模塊的特征中的任何特征和/或可以被布置成實現(xiàn)本發(fā)明的第一方面的方法的如適當?shù)赜蛇h程處理設(shè)備/安全模塊實現(xiàn)的步驟。
【附圖說明】
[0062]為了示出可以如何使本發(fā)明生效，現(xiàn)在在下面僅以示例的方式并參考附圖描述本發(fā)明的實施例，其中:
圖1示出被布置成實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法的系統(tǒng)的總覽；
圖2示出陳述由根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的接收機實現(xiàn)的步驟的流程圖；
圖3A和3B根據(jù)本發(fā)明的實施例示出關(guān)于在圖2中的步驟中的一些的細節(jié)；
圖4示出陳述由根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的遠程處理設(shè)備實現(xiàn)的步驟的流程圖；
圖5A和5B根據(jù)本發(fā)明的實施例示出由遠程處理設(shè)備和/或安全模塊實現(xiàn)的進一步的步驟；
圖6示出用于接收器的示意性示例性布局；
圖7示出用于遠程處理器的示意性示例性布局；以及圖8示出用于安全模塊的示意性示例性布局。
【具體實施方式】
[0063]在圖1中示出了用于實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的裝置的示意性總覽。該裝置包括正在廣播信號的多個衛(wèi)星100和能夠接收廣播信號的接收器102。在該示例中，接收器102是現(xiàn)場單元，或便攜式用戶接收器。接收器102經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)104與中央服務(wù)器106通信。服務(wù)器106還與安全模塊108通信，安全模塊108提供安全的信息的源。
[0064]盡管示出了單個服務(wù)器106和分離的安全模塊108，但是可以在更多或更少的物理實體之間分享功能。當然，在實踐系統(tǒng)中，很可能在任何時間都將有多個接收器102在運行中。
[0065]如在本文中的示例中描述的那樣，通信網(wǎng)絡(luò)104是無線網(wǎng)絡(luò)，例如2G/3G/4G蜂窩、WMAN、WLAN、WPAN、RF、衛(wèi)星通信等。然而，通信信道可以替換地是在線(on-line)有線的(例如，PSTN、LAN、USB等)或離線的(例如，使用便攜式存儲設(shè)備或其它數(shù)據(jù)存儲媒體)等。
[0066]存儲在安全模塊108內(nèi)的安全的信息包括密碼學(xué)材料，其被用于生成加密GNSS信號的本地復(fù)制用于與所接收的RF信號樣本互相關(guān)聯(lián)。
[0067]在圖2中的概要中陳述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的過程。在圖2的實施例中，接收器102被用于從衛(wèi)星捕獲RF GNSS信號樣本(步驟200)，其包括公開的GNSS信號服務(wù)和加密GNSS信號。
[0068]接收器102包括一些減少負載的處理，其被用于減小用于與服務(wù)器106通信所需的數(shù)據(jù)消息的大小以及用于檢查信號質(zhì)量(步驟202)。在下面關(guān)于圖3更詳細地描述該步驟。接收器102匯編(assemble)由經(jīng)處理的RF信號樣本組成的數(shù)據(jù)分組(并且可以包括經(jīng)預(yù)處理的公開信號觀察和/或診斷，諸如噪聲/干擾水平的分析、多普勒信息等)(步驟204)。
[0069]在該示例中，然后加密數(shù)據(jù)分組(步驟206)，但是這不需要在所有實施例中都是這樣的情況。然后經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)104將加密數(shù)據(jù)分組發(fā)送至中央服務(wù)器106(步驟208)。
[0070]在特別優(yōu)選的實施例中，在其處捕獲信號的時間可以被改變(S卩，可能不跟隨設(shè)定模式)，并且可以例如通過偽隨機數(shù)生成器基于由服務(wù)器分享的種子來確定。這意味著如果確定了在“錯誤的”時間處收集了信號那么可以阻礙哄騙接收器102的嘗試(S卩，假扮服務(wù)器成為特定的接收器，例如以誤導(dǎo)服務(wù)器關(guān)于接收器的正確位置)。在另一示例中，加密至少數(shù)據(jù)捕獲的時間以便如果數(shù)據(jù)分組被帶到“空氣之外(out of the air)”并被新的數(shù)據(jù)分組替換(可能再一次以提供關(guān)于接收器定位的誤導(dǎo)信息)，那么提供緊密地匹配由接收器102實際接收的信號將是困難的，因此其可以被容易地識別成錯誤的。當然，如果不論如何都加密數(shù)據(jù)分組，那么這可以保護定時數(shù)據(jù)。
[0071]然后服務(wù)器106利用來自安全模塊108的幫助處理數(shù)據(jù)分組，如下面進一步描述的那樣。
[0072]現(xiàn)在關(guān)于圖3A和3B更詳細地描述在圖2的步驟202和204中在接收器102處執(zhí)行的兩個可能的信號處理操作。在圖3B中，在接收器102處的處理是相對地最小的。相反在圖3A，接收器102執(zhí)行其自身的對公開服務(wù)信號的處理并且可以計算其自身的位置(例如，用于向用戶顯示)。
[0073]在可能的“中間的”實施例中，接收器102可以執(zhí)行公開服務(wù)互相關(guān)聯(lián)，其被用于幫助數(shù)據(jù)減少步驟，但是可能不繼續(xù)計算其自身的位置，這需要導(dǎo)航數(shù)據(jù)相加。如技術(shù)人員將意識到的那樣，如果接收器102是閉環(huán)接收器，實現(xiàn)計算位置的下一步驟是無關(guān)緊要的，但是在快照接收器中將需要導(dǎo)航數(shù)據(jù)的外部源。
[0074]在兩個方法中，一旦捕獲了信號，射頻前端處理器就數(shù)字化信號并對未加密和加密GNSS信號執(zhí)行信號調(diào)節(jié)(signal condit1ning)(步驟300、350)。
[0075]另外在兩個方法中，在步驟302和352(這兩個是可選的)中，實現(xiàn)信號捕獲的預(yù)篩選以檢查信號質(zhì)量和/或針對高水平的RF干擾、不期望的或偽造信號的存在。預(yù)篩選操作中的一些可以包括對自動增益控制運行(AGC)、模數(shù)轉(zhuǎn)換水平、所捕獲的信號頻譜、信號自相關(guān)性質(zhì)或多天線空間濾波和空間信號分析等的統(tǒng)計學(xué)分析?？梢栽诠_信號檢測過程的結(jié)果上執(zhí)行所捕獲的數(shù)據(jù)的另外的篩選，例如基于所檢測的信號強度水平和成功的采集標準。
[0076]預(yù)篩選步驟的一個目的是為了提供輸入用于確定需要被捕獲以處理加密信號的信號的量。當然，實際的數(shù)據(jù)量將根據(jù)諸如能夠容許多少錯誤的因素而改變。然而，測試可以是在上面提及的預(yù)篩選操作結(jié)果上的閾值測試，或者對這些以及(一個或多個)其它變量的結(jié)合的考慮。在預(yù)篩選的結(jié)果上，可以如請求的那樣執(zhí)行動作(步驟304、305，其也是可選的)。在該示例中，如果(一個或多個)信號未能滿足由預(yù)篩選需要的標準，那么所采取的步驟是為了重新捕獲信號并再一次開始過程，但是在其它示例中，這可能替換地或附加地導(dǎo)致以下中的一個或多個:被升起的標記、適配捕獲參數(shù)(例如，捕獲更長的信號部分)、使用反干擾技術(shù)(例如，改變轉(zhuǎn)化桿(convers1n lever)或更改RF前端過程的特性、例如通過改變AGC增益等)或中止捕獲。
[0077]在圖3A中，下一步驟306是為了確定來自未加密信號的信息(或針對所接收的每個衛(wèi)星信號(即針對在視野中的每個衛(wèi)星)實現(xiàn)信號“采集”)。如對技術(shù)人員來說將熟悉的那樣，在GNSS上下文中，“采集”意味著將所接收的信號與本地源的或生成的衛(wèi)星信號的副本相比較以找到匹配的過程。其目的是為了針對關(guān)于接收器時間的給定的航天器(SpaceVehicle，SV)號識別匹配偽隨機數(shù)(PRN)序列的衛(wèi)星信號的到達時間。在其最基本處，采集需要在所接收的信號和候選信號之間的互相關(guān)聯(lián)。在互相關(guān)聯(lián)超過閾值的情況下，就宣告匹配。
[0078]在一些實施例中，采集操作可以包括例如以下中的一個或多個:所捕獲的樣本的頻率和相位移動，以及針對每個正被搜索的信號(例如，針對每個在視野中的所期望的衛(wèi)星)與本地基準波形的互相關(guān)聯(lián)。將這些采集操作的測試統(tǒng)計量輸出相對于檢測閾值進行比較。如果測試統(tǒng)計量超過檢測閾值，那么記錄檢測測量結(jié)果，其包括例如以下中的一些或所有:衛(wèi)星PRN、衛(wèi)星碼相位、頻率偏置(也叫作多普勒頻率，包括衛(wèi)星多普勒效應(yīng)、時鐘和接收器運動效應(yīng))和互相關(guān)聯(lián)載波噪聲強度比。如果在步驟308中確定了沒有檢測到足夠的衛(wèi)星，那么針對不同的或擴展的捕獲時間發(fā)生新的數(shù)據(jù)捕獲或可以取消測量結(jié)果。如果檢測到足夠的衛(wèi)星、但是它們具有低的載波噪聲強度比值，那么也可以觸發(fā)新的擴展的捕獲。
[0079]在步驟310中，其為可選的，實際上導(dǎo)出PVT數(shù)據(jù)并且可以將其向用戶顯示。這可以是基于所檢測的總的SV的合并的測量結(jié)果(S卩，偽距(pseudorange)或另一類似測量結(jié)果)，或者可以以對技術(shù)人員來說熟悉的任何方式確定它。
[0080]未加密信號碼相位給出了衛(wèi)星信號接收時間的不明確的測量結(jié)果。由于未加密和加密GNSS信號是同步的，這些測量結(jié)果可以被用于減少需要被傳送到服務(wù)器108用于加密信號的檢測的被取樣數(shù)據(jù)的長度，因為它將顯著地減少所需要的任何搜索。
[0081 ]在圖3A的步驟312和圖3B的步驟356中，執(zhí)行數(shù)據(jù)壓縮。
[0082]其目的是保證所捕獲的數(shù)據(jù)分組括至少數(shù)據(jù)的最小量以保證成功處理加密導(dǎo)航信號，但是優(yōu)選地此外很少或沒有數(shù)據(jù)。該過程是基于帶寬減少和信號預(yù)篩選技術(shù)的結(jié)合。帶寬減少技術(shù)可以包括下變換和模擬或數(shù)字信號的濾波到分離的公開且加密流中用于處理以及數(shù)據(jù)樣本的減少，并且可以是基于信號的非智能或智能預(yù)濾波。針對二進制偏置載波(BOC)或在GNSS或其它導(dǎo)航信號中使用的類似調(diào)制，所保持的信號可以包括完整信號帶的包括一個或多于一個頻譜波瓣的分段，其提供在接收器性能、數(shù)據(jù)傳送量、接收器復(fù)雜度和能量消耗之間的不同的權(quán)衡。進一步的擴展可以涉及分離公開信號和加密信號。在執(zhí)行其它樣本減少處理之前這兩個樣本可以隨后被翻譯、重新采樣并加和到一起。該過程將增加信號噪聲但是公開的和加密信號兩者將會存在于相同的樣本中，其可以在互相關(guān)聯(lián)過程期間被提取和恢復(fù)。
[0083]在減少(并且理想上最小化，或減少直到在環(huán)境中是可實踐的并且期望的)要被傳達到服務(wù)器106的經(jīng)數(shù)字化的數(shù)據(jù)量的全面的目的內(nèi)，數(shù)據(jù)壓縮對靈敏度的不同的權(quán)衡可以依賴于應(yīng)用要求是適當?shù)?，這包括帶寬的考慮、量化水平限制、重疊頻譜等。
[0084]經(jīng)處理的RF加密數(shù)據(jù)、公開信號的觀察(圖3A)或經(jīng)處理的RF未加密數(shù)據(jù)(圖3B)和可選地預(yù)篩選測量結(jié)果的結(jié)果將被插入到如關(guān)于圖2的步驟204陳述的消息中(步驟314、358)?？梢钥蛇x地編碼和/或加密該消息以避免傳輸錯誤、竊聽、攔截和/或保證到接收服務(wù)器的鑒別。最終，將通過有線、無線或其它通信/傳送媒體將該消息作為數(shù)據(jù)分組傳輸至服務(wù)器106。
[0085]現(xiàn)在在圖4中描述被實現(xiàn)用于公開GNSS信號鑒別的服務(wù)器處理步驟的示例。
[0086]為了開始，在步驟400中，在服務(wù)器106處接收數(shù)據(jù)分組，在步驟402中在服務(wù)器106處解密數(shù)據(jù)分組(如果被加密了)。從未加密數(shù)據(jù)分組中獲取安全的衛(wèi)星信號(其仍由加密保護，利用該加密它從衛(wèi)星被發(fā)送)(步驟406)連同公開信號(步驟404)，但是如下面陳述的那樣，它們被不同地處理。
[0087]在步驟408，采用導(dǎo)航數(shù)據(jù)對公開的GNSS信號觀察執(zhí)行PVT計算(在該示例中，假設(shè)這樣的數(shù)據(jù)不與從接收器發(fā)送的數(shù)據(jù)分組一起被提供:如果是這樣，那么該步驟不需要在接收器106處實現(xiàn))?？梢杂商幚砉δ芑蛘邚钠渥约旱碾x線GNSS信號的使用或者通過訪問提供導(dǎo)航數(shù)據(jù)的服務(wù)來直接地訪問導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并且可以使用其它輔助數(shù)據(jù)來幫助PVT計算。如果能夠相信所有的信號，那么PVT將提供沒有歧義的觀察以及接收器位置和時間。然而，在該點，沒有如下面陳述的通過考慮加密信號部分來“鑒別”這些數(shù)據(jù)。
[0088]應(yīng)注意的是，上面關(guān)于步驟408描述的計算不是完成移除在觀察中的歧義的目的的唯一方式:例如，可以替換地使用先前的測量結(jié)果或來自其它源的粗略的測量結(jié)果(例如，參考通信塔的身份，接收器是在通信網(wǎng)絡(luò)的哪個單元中等)來移除在觀察中的歧義。然而，可以從經(jīng)解碼的信號中獲取針對所獲得的(一個或多個)信號的衛(wèi)星身份(SV)和時間(T)的確定，并且其可以在步驟410中被用于選擇復(fù)制碼。
[0089]為了鑒別公開的GNSS信號觀察，服務(wù)器106將執(zhí)行對加密GNSS信號的采集(步驟412)。如技術(shù)人員將領(lǐng)會的那樣，對公開信號的采集是相對簡單的，通常在幾秒鐘被執(zhí)行。對加密信號(例如，在伽利略中，PRS信號)的采集是更復(fù)雜的并且耗時的。然而，通過使用本文中的方法，并且使用從公開信號中采集的SV和時間(T)數(shù)據(jù)，使采集PRS信號的任務(wù)容易得多并且時間/資源消耗更少。因此在該示例中，SV和T或從公開信號中采集的其它信息被用于縮小所捕獲的加密信號與其相比較的復(fù)制信號。公開服務(wù)信號的傳輸時間可以被用于對準在相同的衛(wèi)星上的加密信號的復(fù)制。替換地，可以從公開服務(wù)PVT解(PVT solut1n)中導(dǎo)出傳輸時間。這使實現(xiàn)使用沒有相關(guān)聯(lián)的公開服務(wù)觀察的衛(wèi)星(例如，未觀察的衛(wèi)星，或來自其它系統(tǒng)的衛(wèi)星)的鑒別。
[0090]為了執(zhí)行鑒別，檢查作為結(jié)果的(一個或多個)加密GNSS觀察以保證它們與所接收的公開的GNSS信號觀察一致。為了該目的，服務(wù)器108使用本地復(fù)制用于在步驟410中從安全模塊108檢索的(一個或多個)加密信號。在該示例中，通過衛(wèi)星傳輸時間、數(shù)據(jù)捕獲長度和殘余的不確定度來確定本地復(fù)制的時間和長度以保證信號的精確識別。因此該采集過程將執(zhí)行與本地復(fù)制的RF所捕獲的信號的加密GNSS分量的“匹配”或互相關(guān)聯(lián)(步驟412)。
[0091]鑒別可以以若干方式之一發(fā)生。例如，如果在上面的匹配過程中檢測到加密GNSS信號，那么然后可以考慮鑒別與該加密信號相關(guān)聯(lián)的公開的、未加密的GNSS信號觀察，因為加密GNSS信號是難于由攻擊者重新產(chǎn)生的(例如，在哄騙攻擊下)。
[0092]然而，技術(shù)人員還將意識到的是，通常，如果四個或更多加密GNSS信號與復(fù)制是匹配的，那么然后它們可以被直接地用于生成僅從加密信號中導(dǎo)出的新的PVT解(雖然諸如從未加密信號中計算的PVT的其它輸入也可以被用于減少計算的負載)。因此，這不是用于鑒別先前生成的PVT解的過程，如從公開的GNSS信號中導(dǎo)出的那樣，但是替代地使用了 PVT解來約束在互相關(guān)聯(lián)中使用的潛在的候選復(fù)制信號以產(chǎn)生僅基于加密信號數(shù)據(jù)的新的PVT解。
[0093]在進一步的示例中，如果在匹配過程中檢測到了一個或多個加密GNSS信號，那么這些信號可以通過論證加密信號的飛行時間與在衛(wèi)星(從星歷和天文歷信息中知道其位置)到如由從未加密信號中計算的PVT解給出的接收設(shè)備102的位置之間的所計算的距離一致而被用于鑒別從未加密信號中計算的PVT。在這樣的示例中(例如，其中少于4個加密信號可用)，將考慮僅部分地鑒別PVT解，由于在PVT的鑒別中將有殘余的不確定度。
[0094]因此過程可以根據(jù)在圖5A和5B中陳述的示例替換過程之一繼續(xù)。
[0095]在該示例中，進行使所接收的加密信號中的所有互相關(guān)聯(lián)的嘗試，并且在圖5A和5B兩者的步驟500中考慮是否已經(jīng)鑒別了公開信號的足夠的比例。被確定為足夠的實際數(shù)目或比例將根據(jù)環(huán)境而改變，并且可以因此范圍從單個匹配加密信號到需要所有的加密信號都與復(fù)制匹配。在圖5A和5B兩者中，如果沒有滿足閾值，那么或者使用替換方法或者放棄過程，并且例如，可以請求或等候新的數(shù)據(jù)分組(步驟502)。在下面提供關(guān)于此的更多細節(jié)。
[0096]然而，假設(shè)滿足了閾值(并且在實踐中，參考圖5A的方法，這需要至少4個經(jīng)匹配的信號)，那么在關(guān)于圖5A描述的第一示例中，將僅使用受信(S卩，經(jīng)鑒別的)信號和/或經(jīng)匹配的加密信號來執(zhí)行新的PVT計算(步驟504)。該計算將使用并僅依賴于加密GNSS信號觀察，但是通過在步驟408中從未加密信號計算的PVT或者包括關(guān)于接收設(shè)備的定位、時間和/或速度的信息的其它測量結(jié)果可以是針對效率是有幫助的?？梢詮脑陟`敏度、精確度、對多路徑的阻抗、干擾穩(wěn)健性等方面的公開的或加密GNSS信號中獲取不同的性能。
[0097]然后可以將該計算的結(jié)果用于制定PVT消息(步驟506)，其可以被用于追蹤接收器102的定位，或可以被發(fā)送回到接收器102，或被記錄或被用于一些其它目的。
[0098]在圖5B的示例中，只要在步驟500中滿足了“經(jīng)匹配的”信號的閾值，然后在步驟508就可以將先前確定的PVT數(shù)字(figure)(S卩，如在步驟408中確定的)用于形成服務(wù)器制定的PVT消息的基礎(chǔ)，用于如關(guān)于圖5A描述的那樣使用。應(yīng)根據(jù)在結(jié)果中需要的置信水平來設(shè)置該閾值。
[0099]在每個情況中，服務(wù)器制定的消息可以提供鑒別完成的水平的指示(例如，是否鑒別了所有的信號，只使用了經(jīng)鑒別的信號，或存在了局部鑒別，在哪個情況中可以提供置信水平)。圖5B的方法可以因此導(dǎo)致其中置信相對地低的消息。
[0100]如上面聲明的那樣，在沒有受信公開GNSS信號、或其不足(S卩，在步驟500中，太多的互相關(guān)聯(lián)失敗)，或者它們被臨時地拒絕的情況下，然后在步驟502，可以使用替換方法或可以放棄過程。在一個替換方法中，可以從另一源(例如，替換的定位系統(tǒng)，無線電通信網(wǎng)絡(luò))和/或通過先前的定時和位置信息的傳播(其可以包括考慮已知的或期望的用戶動態(tài))粗略地確定接收器102的位置和/或時間。在這樣的示例中，例如除了進一步考慮以確定樣本用于與“新”的加密信號進行比較，可以使用“舊”源身份/信號傳輸時間數(shù)據(jù)，或與之相反。特別地，可以使用新的、建立的或適配的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(例如，時間廣播、多程NTP等)的使用來在用戶終端處建立高精確度時間。定時或定位信息還可以是通過捕獲并處理可能包括這樣的信息的所謂的“機會信號”可獲取的。隨后使用該信息以幫助采集加密GNSS信號，其繼而被用于計算PVT。
[0101]在對所提出的方法的加強中，可以在用戶接收器102上機載地部署另外的導(dǎo)航(或其它)傳感器。在這樣的實例中，這樣的傳感器會在對公開的和加密GNSS信號取樣的同時抓取測量結(jié)果。例如，來自網(wǎng)絡(luò)(或通信網(wǎng)絡(luò))的多普勒信息，天線方向、干擾水平等。傳感器數(shù)據(jù)將被包括在消息中并被傳輸?shù)椒?wù)器106。
[0102]服務(wù)器106可以在與任何這樣的傳感器數(shù)據(jù)分離的過程中處理GNSS信號數(shù)據(jù)。可以將GNSS觀察與傳感器測量結(jié)果集成在濾波器中以確定組合(或混合)位置或替換地以向一系列測量結(jié)果提供幫助。另外，可以將來自其它傳感器的測量結(jié)果用于縮小接收器的搜索空間，因為它們?yōu)橛脩羧绾我苿拥奶峁爸笇?dǎo)(steering)”。該信息可以被用作在GNSS信號處理內(nèi)的外部輸入以約束結(jié)果。
[0103]如上面描述的，本方法包括使用加密GNSS信號以支持公開的GNSS信號的鑒別，并且還使用加密GNSS信號提供用于定位而不需要在用戶設(shè)備內(nèi)持有或使用安全信息。
[0104]可以針對來自任何或所有GNSS系統(tǒng)和增大(augmentat1n)的任何或所有加密GNSS信號使用該方法。這包括安全的軍事的、政府的、商業(yè)的以及規(guī)范的服務(wù)。
[0105]現(xiàn)在參考圖6-8更詳細地描述上面提及的裝置。
[0106]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的接收器102。接收器102包括處理電路602，該處理電路包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換器604，其將RF信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；篩選模塊606，其實現(xiàn)如上面陳述的預(yù)篩選;壓縮模塊608，其被布置成如上面陳述的壓縮數(shù)據(jù)，通信模塊610，其被布置成允許與遠程服務(wù)器106通信;多個傳感器612，其被布置成收集另外的信息，諸如導(dǎo)航信息(例如，該信息可以包括移動速率、行進方向、高度、涉及蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)的定位信息等)；以及加密模塊614，其被布置成在將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器106之前對其加密。
[0107]當然，如上面陳述的那樣，接收器102可以包括替換的、附加的或更少的組件。特別地，接收器可以包括比較組件，其被布置成識別未加密信號(例如，在執(zhí)行采集中)。
[0108]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的服務(wù)器106，其提供了遠程處理設(shè)備。服務(wù)器106包括處理電路702，該處理電路包括:解密模塊704，其解密接收自接收器102的加密數(shù)據(jù)分組;基準信號生成器706，其提供基準信號用于比較;比較模塊708，其實現(xiàn)比較，通信模塊710，其被布置成允許與接收器102的通信，以及安全模塊接口 712，其被布置成允許與安全模塊108的通信；以及鑒別模塊714，其被布置成基于加密信號比較的結(jié)果鑒別未加密信號;數(shù)據(jù)內(nèi)容模塊716，其被布置成確定在信號中攜帶的信息(在GNSS系統(tǒng)中，因此其運行作為導(dǎo)航模塊因為它將確定PVT信息)以及軟件應(yīng)用模塊718，其被布置成接收并利用PVT信息。
[0109]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的安全模塊108。安全模塊108包括處理電路802，其包括:基準信號生成器804，其是用于提供基準信號用于比較；比較模塊806，其能夠?qū)崿F(xiàn)比較或加密數(shù)據(jù)樣本，通信模塊808，其被布置成允許與遠程服務(wù)器106通信；以及數(shù)據(jù)內(nèi)容810，其被布置成讀取加密信號的內(nèi)容。
[0110]當然，這些模塊的物理布置，尤其是在安全模塊108和服務(wù)器106之間，可以是不同的。安全模塊108可以物理地包括服務(wù)器106的部分，雖然優(yōu)選地安全地從其處劃分。還將注意的是，在上面的描述中，服務(wù)器106和安全模塊108兩者都包括比較模塊:不需要是這種情況，并且可以在一個設(shè)備或另一個設(shè)備上實現(xiàn)二者比較，或者未加密信號部分可以經(jīng)受比較(例如，作為采集的部分)接收器102。
[0111]雖然關(guān)于GNSS討論了上面陳述的方法，但是相同的技術(shù)可應(yīng)用于陸地導(dǎo)航和定位系統(tǒng)(例如，偽衛(wèi)星、無線電導(dǎo)航、無線電定位系統(tǒng)和使用機會信號用于定位)，并且其可以由技術(shù)人員往那里修改。
[0112]本文中給出的任何范圍或設(shè)備值可以被擴展或更改而不喪失所探索的效果，如同對技術(shù)人員來說為了理解本文中的教導(dǎo)將是明顯的。
【主權(quán)項】
1.一種處理信號數(shù)據(jù)的方法，所述信號數(shù)據(jù)包括未加密部分和加密部分，所述方法包括: (i)在接收器處接收所述信號數(shù)據(jù)； (ii)處理所述信號數(shù)據(jù)的樣本以提供經(jīng)處理的信號樣本，其包括涉及所述信號數(shù)據(jù)的所述加密部分的數(shù)據(jù)和涉及所述信號數(shù)據(jù)的所述未加密部分的數(shù)據(jù)， (iii)將所述未加密信號數(shù)據(jù)與至少一個基準信號相比較以確定包括以下中的至少一個的信息:(i)在其處從源發(fā)送所述信號的時間以及(ii)所述源的身份； (iv)基于所確定的信息并從遠離所述接收器的源請求一組加密基準信號樣本； (V)在遠離所述接收器的處理設(shè)備上將該組加密基準信號樣本與所接收的加密信號數(shù)據(jù)相比較以識別任何匹配信號樣本。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其為鑒別所述信號數(shù)據(jù)的源和/或所述信號數(shù)據(jù)的內(nèi)容的方法，并且倘若確定了在該組加密基準信號樣本的至少一個和所接收到的加密信號數(shù)據(jù)樣本之間的匹配，那么鑒別所述信號數(shù)據(jù)源和/或內(nèi)容。3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其為識別加密數(shù)據(jù)信號的方法，并且所述方法可選地還包括基于匹配加密信號樣本的識別導(dǎo)出數(shù)據(jù)以確定在所述加密信號數(shù)據(jù)中編碼的信息。4.根據(jù)任何前述權(quán)利要求中的方法，由至少三個實體實現(xiàn)所述方法:接收器，遠程處理設(shè)備，和安全模塊。5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中由所述接收器實現(xiàn)步驟(i)和(ii)，并且然后將所述經(jīng)處理的信號樣本傳輸至所述遠程處理設(shè)備用于進一步處理。6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中由所述接收器執(zhí)行步驟(iii)，并且所確定的信息是涉及所述未加密信號數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)或形成其部分，所述未加密信號數(shù)據(jù)繼而形成所述經(jīng)處理的信號樣本的部分。7.根據(jù)權(quán)利要求4到6中的任何的方法，其中所述遠程處理設(shè)備使用所接收的信息以從所述安全模塊請求一組加密基準信號，和/或所述安全模塊接收至少所述經(jīng)處理的信號樣本的涉及所述數(shù)據(jù)的加密部分的部分，并執(zhí)行步驟(V)。8.根據(jù)權(quán)利要求4到6中的任何的方法，其中將所生成的該組加密基準信號從所述安全模塊傳輸至所述遠程處理設(shè)備，所述遠程處理設(shè)備執(zhí)行步驟(V)。9.根據(jù)任何前述權(quán)利要求的方法，其中所述處理所述信號樣本的步驟被布置成在傳輸所述信號樣本之前減少所述信號樣本的大小。10.根據(jù)任何前述權(quán)利要求的方法，其中所述處理所述信號樣本的步驟包括將所述未加密和加密信號分離到兩個流中用于處理。11.根據(jù)任何前述權(quán)利要求的方法，其包括在傳輸?shù)剿鲞h程處理設(shè)備之前預(yù)篩選所接收的信號。12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中如果所述預(yù)篩選指示所捕獲的信號不滿足預(yù)確定的標準，那么所述方法還包括以下中的一個或多個:(i)通過重新捕獲信號重新開始所述方法，(ii)生成用戶通知，(iii)適配捕獲參數(shù)，(iv)使用反干擾技術(shù)，或(V)中止信號捕獲。13.根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12的方法，其中所述預(yù)篩選被用于確定需要被捕獲的信號的量和/或可以執(zhí)行的數(shù)據(jù)壓縮的量。14.根據(jù)任何前述權(quán)利要求的方法，其還包括在傳輸?shù)剿鲞h程處理設(shè)備之前加密和/或密碼學(xué)上簽名經(jīng)處理的信號的至少一部分以及在所述遠程處理設(shè)備處解密所述信號。15.根據(jù)任何前述權(quán)利要求的方法，其中所述將所接收的未加密信號樣本與至少一個基準信號相比較以確定來自所述未加密信號部分的信息的步驟包括確定所述接收器的位置和速度中的至少一個。16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中一旦確定了至少一個匹配加密數(shù)據(jù)樣本，就排除與(一個或多個)未匹配加密數(shù)據(jù)樣本相關(guān)聯(lián)的(一個或多個)任何未加密信號樣本，并且僅利用(一個或多個)經(jīng)鑒別的信號樣本來確定所述接收器的位置和速度中的至少一個。17.根據(jù)任何前述權(quán)利要求的方法，其中解密和/或解碼所述經(jīng)匹配的加密信號樣本以確定所述信號的內(nèi)容。18.用于處理信號數(shù)據(jù)的裝置，所述信號數(shù)據(jù)包括未加密部分和加密部分，所述裝置包括至少一個以下中的每一個:接收器、遠程處理設(shè)備和安全模塊，其中: (i )所述安全模塊包括基準信號生成器，其被布置成生成一組加密基準信號樣本； (ii)所述接收器被布置成接收信號數(shù)據(jù)并包括處理電路，其被布置成處理信號數(shù)據(jù)以提供經(jīng)處理的信號樣本，其包括涉及所述信號數(shù)據(jù)的加密部分的數(shù)據(jù)和涉及所述信號數(shù)據(jù)的未加密部分的數(shù)據(jù)，并且還包括傳輸器，用于將經(jīng)處理的信號樣本傳輸至所述遠程處理設(shè)備； (iii)所述遠程處理設(shè)備和所述接收器中的至少一個包括處理電路，其包括比較模塊用于將所述信號數(shù)據(jù)與基準信號樣本相比較，并且被布置成將所接收的未加密信號數(shù)據(jù)與至少一個基準信號相比較以確定至少包括以下中的至少一個的信息:(i)在其處從源發(fā)送信號數(shù)據(jù)的時間以及(ii)信號數(shù)據(jù)源的身份； (i V)所述遠程處理設(shè)備包括通信裝置，其被布置成請求生成加密基準信號樣本； (V)所述安全模塊被布置成基于所述請求生成一組加密基準信號樣本； (Vi)所述安全模塊和所述遠程處理設(shè)備中的至少一個包括比較模塊，其被布置成將該組加密基準信號樣本與所接收的加密信號數(shù)據(jù)相比較以識別任何匹配信號樣本。19.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其被布置成鑒別所述信號數(shù)據(jù)的源和/或其內(nèi)容，并且倘若在該組加密基準信號樣本和所接收的加密信號樣本之間有匹配就鑒別所述信號數(shù)據(jù)源。20.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，其中所述遠程處理設(shè)備包括鑒別模塊，其被布置成基于相關(guān)的加密信號部分匹配基準樣本的所述確定來鑒別從所述比較模塊輸出的關(guān)于未加密信號的信息。21.根據(jù)權(quán)利要求18到20中的任何的裝置，其被布置成識別加密數(shù)據(jù)信號，并且所述裝置被布置成基于匹配加密信號樣本的所述識別導(dǎo)出數(shù)據(jù)以確定在所述加密數(shù)據(jù)信號中編碼的信息。22.根據(jù)權(quán)利要求18到21中的任何的裝置，其為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的部分，并且所述接收器為GNSS接收器。23.根據(jù)權(quán)利要求18到22中的任何的裝置，其中所述接收器的所述處理電路包括壓縮模塊，其被布置成在傳輸所述信號樣本之前減少所述信號樣本的大小。24.根據(jù)權(quán)利要求18到23中的任何的裝置，其中所述接收器還包括篩選模塊，其被布置成在傳輸?shù)剿鲞h程處理設(shè)備之前預(yù)篩選所接收的信號。25.根據(jù)權(quán)利要求18到24中的任何的裝置，其中所述接收器還包括加密模塊，其被布置成在傳輸?shù)剿鎏幚碓O(shè)備之前加密和/或密碼學(xué)上簽名經(jīng)處理的信號的至少一部分，并且所述遠程處理設(shè)備包括解密模塊。26.根據(jù)權(quán)利要求18到25中的任何的裝置，其中所述遠程處理設(shè)備包括基準信號生成器。27.根據(jù)權(quán)利要求18到26中的任何的裝置，其中所述接收器被布置成在由處理電路確定的時間處捕獲所接收的信號用于處理，并且在其處捕獲所述信號的時間被改變。28.用于接收信號數(shù)據(jù)的裝置，所述信號數(shù)據(jù)包括未加密部分和加密部分，接收器被布置成接收所述信號數(shù)據(jù)并且包括處理電路，其被布置成處理所述信號數(shù)據(jù)以提供包括涉及所述信號的所述加密部分的數(shù)據(jù)和涉及所述信號的所述未加密部分的數(shù)據(jù)的經(jīng)處理的信號樣本，其中相對于所接收的信號的大小壓縮所述經(jīng)處理的信號樣本，并且還包括傳輸器，用于將所述經(jīng)處理的信號樣本傳輸至遠程處理設(shè)備。29.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其被布置成在由處理電路確定的時間處捕獲所接收的信號用于處理，并且在其處捕獲所述信號的時間被改變。30.根據(jù)權(quán)利要求29的裝置，其中通過偽隨機數(shù)生成器確定所述時間。31.用于處理信號樣本的裝置，所述信號樣本包括未加密部分和加密部分，所述裝置包括遠程處理設(shè)備和安全模塊，其中: (i )所述安全模塊包括信號生成器，其被布置成生成一組加密基準信號樣本； (ii)遠程處理設(shè)備包括處理電路，其被布置成接收包括涉及所述信號數(shù)據(jù)的所述加密部分的數(shù)據(jù)和涉及所述信號數(shù)據(jù)的所述未加密部分的數(shù)據(jù)的樣本，并且從其中確定以下中的至少一個:(i)在其處從源發(fā)送所述信號數(shù)據(jù)的時間以及(ii)所述源的身份;并且通信裝置被布置成請求加密基準信號樣本； (i i i )所述安全模塊被布置成基于所確定的信息生成一組加密基準信號樣本； (i V)所述遠程處理設(shè)備和所述安全模塊中的至少一個包括比較模塊，所述比較模塊被布置成將該組加密基準信號樣本與所接收的加密信號數(shù)據(jù)相比較以識別任何匹配信號樣本。32.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其中所述遠程處理設(shè)備包括一個比較模塊或所述比較模塊用于比較所接收的數(shù)據(jù)基準信號樣本，并且所述比較模塊被布置成將所接收的未加密信號數(shù)據(jù)與至少一個基準信號相比較以確定包括以下中的至少一個的信息:(i)在其處從所述源發(fā)送所述信號的時間以及(ii)所述源的身份。33.基本上如本文中描述的以及如在附圖中圖解的裝置。34.基本上如本文中描述的以及如在附圖中圖解的方法。
【文檔編號】G01S19/09GK105934687SQ201480047429
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2014年6月27日
【發(fā)明人】N.C.達維斯, R.E.博登, M.杜姆維勒, B.P.瓦勒斯, L.E.阿古亞多, T.A.埃范斯
【申請人】秦內(nèi)蒂克有限公司