專利名稱：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)的處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在提供基于位置的服務(wù)的系統(tǒng)中對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào) 進(jìn)行處理。
背景技術(shù)：
存在許多基于位置的服務(wù)，其中，需要知道或跟蹤用戶的真實(shí)位 置。 一個(gè)示例是道路收費(fèi)系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)付費(fèi)系統(tǒng)以基于所使用 的道路部分來扣除道路費(fèi)。
車輛遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)(如道路收費(fèi)系統(tǒng))可以用于許多其他目 的，包括管理道路使用(智能運(yùn)輸系統(tǒng))、跟蹤快速車輛的位置、重 新獲得被盜車輛、提供自動(dòng)碰撞通知、位置驅(qū)動(dòng)的駕駛員信息服務(wù)、 以及車輛內(nèi)的早期警告通知報(bào)警系統(tǒng)(車輛事故預(yù)防)。
道路收費(fèi)被認(rèn)為是車輛遠(yuǎn)程信息處理的最具希望的大容量市場。 遠(yuǎn)程信息處理目前開始進(jìn)入消費(fèi)者汽車環(huán)境作為針對(duì)不開放服務(wù)的多 媒體服務(wù)盒。這些市場在容量上仍較低并被認(rèn)為是瞄準(zhǔn)機(jī)會(huì)的市場。 以荷蘭為主導(dǎo)國的歐盟有意從2012年開始引入道路收費(fèi)作為每輛車的
義務(wù)功能。
迄今為止，道路收費(fèi)已經(jīng)用于公路記帳、卡車記帳以及在特定區(qū) 域(例如，倫敦城)中駕駛車輛的記帳。通常使用車輛必須?？康氖?費(fèi)廣場，否則，短距離通信系統(tǒng)允許在車輛經(jīng)過時(shí)自動(dòng)借記資金。
不久的將來所需的道路付費(fèi)功能將強(qiáng)制需要更少的(或沒有)基
礎(chǔ)設(shè)施，并將強(qiáng)制對(duì)駛過的每英里進(jìn)行收費(fèi)。假設(shè)車輛將具有車載GPS 系統(tǒng)和GSM (移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò))連接，以使信息能夠中繼至集中式道路 收費(fèi)系統(tǒng)。
自動(dòng)道路收費(fèi)系統(tǒng)中的收費(fèi)系統(tǒng)可以基于行進(jìn)的距離、時(shí)間、位 置和車輛特性。道路收費(fèi)可以應(yīng)用于所有車輛，或者，道路收費(fèi)可以
4排除特定類別的車輛(例如具有外國車號(hào)牌的車輛)。
需要提高這種類型的系統(tǒng)的安全性并使對(duì)系統(tǒng)的欺詐性使用變
得盡可能困難。具體地，接收到的GPS (或更一般地，GNSS)信號(hào)的
完整性應(yīng)當(dāng)是可檢測的。
基于GPS和GSM的現(xiàn)代道路計(jì)價(jià)系統(tǒng)利用GPS衛(wèi)星信號(hào)的接收來 確定位置、速度等。如果GNSS信號(hào)可以被篡改，則用戶能夠自稱已 在其他(更便宜的)道路上駕駛?？梢韵氲?，GPS測試發(fā)送器能夠用 于該目的，其中，測試信號(hào)由車載單元(OBU)接收。
將GNSS信號(hào)解碼成表示解碼后的位置的NMEA (全國海洋電子 協(xié)會(huì))格式信號(hào)。
信號(hào)篡改可以沿著接收器的信號(hào)解碼路徑而發(fā)生，以探測并插入 偽NMEA信息?？梢酝ㄟ^向GPS接收器與占有位置數(shù)據(jù)的應(yīng)用之間的 通信路徑應(yīng)用防篡改和抗篡改技術(shù)，來防止這種類型的攻擊。
本發(fā)明具體涉及防止產(chǎn)生偽GPS (更一般地，GNSS)數(shù)據(jù)(即， 由GPS接收器前端接收到的原始數(shù)據(jù))。
在GPS系統(tǒng)中，衛(wèi)星信號(hào)不包含允許客戶端識(shí)別接收信號(hào)的完整 性的認(rèn)證數(shù)據(jù)。這利用偽GPS發(fā)送器來產(chǎn)生錯(cuò)誤位置數(shù)據(jù)是確實(shí)可能 的。實(shí)際上，偽造各個(gè)用戶的行程的成本節(jié)省未必能實(shí)現(xiàn)。然而，同 等重要的是以下事實(shí)人們可以聲稱系統(tǒng)是不安全的，從而破壞系統(tǒng) 的可信性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種實(shí)現(xiàn)基于位置的服務(wù)的系統(tǒng)，包括移 動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航接收器，實(shí)現(xiàn)位置跟蹤功能以提供服務(wù)的用戶的位置， 其中，移動(dòng)接收器包括
模擬r狩妾收器，用于接收衛(wèi)星信號(hào)并執(zhí)行至少下變頻； 信號(hào)處理裝置，用于對(duì)下變頻信號(hào)執(zhí)行相關(guān)函數(shù)，以檢測特定衛(wèi) 星信號(hào)；以及
解碼裝置，用于從檢測到的特定衛(wèi)星信號(hào)導(dǎo)出位置信息，
其中，該系統(tǒng)還包括用于從移動(dòng)接收器接收下變頻信號(hào)的采樣且用于驗(yàn)證采樣與那個(gè)時(shí)刻和位置處的預(yù)期衛(wèi)星信號(hào)相一致的裝置。
本發(fā)明提供了一種計(jì)數(shù)器手段，用于檢測在接收器處衛(wèi)星信號(hào)的 偽造或篡改。以正常方式根據(jù)處理后的下變頻信號(hào)來確定位置信息。 然而，此外，還將相關(guān)處理前的下變頻信號(hào)提供給服務(wù)器(由系統(tǒng)管 理器主持)，并且這使得能夠檢查接收到的衛(wèi)星信號(hào)與在該位置和時(shí)刻 處預(yù)期的衛(wèi)星信號(hào)相對(duì)應(yīng)。移動(dòng)接收器發(fā)送原始數(shù)據(jù)和解碼后的位置 數(shù)據(jù)，并且，在這些數(shù)據(jù)之間進(jìn)行相關(guān)。
盡管可以相對(duì)直接地產(chǎn)生在被處理時(shí)給出期望位置的偽衛(wèi)星信 號(hào)，但是產(chǎn)生不僅給出期望位置還與在特定時(shí)刻、期望位置處接收到 的衛(wèi)星信號(hào)相一致的偽衛(wèi)星信號(hào)不是直接的。
可以從所確定的位置、時(shí)刻和該時(shí)刻處的衛(wèi)星位置導(dǎo)出預(yù)期衛(wèi)星 信號(hào)。換言之，服務(wù)器可以通過存儲(chǔ)星歷表和歷書數(shù)據(jù)來再創(chuàng)建預(yù)期 衛(wèi)星信號(hào)，并使用具有該位置和時(shí)刻的這些數(shù)據(jù)來導(dǎo)出衛(wèi)星信號(hào)。
在備選實(shí)施例中，從對(duì)來自多個(gè)用戶的、處于相同時(shí)刻且彼此鄰 近的下變頻信號(hào)的分析導(dǎo)出預(yù)期衛(wèi)星信號(hào)。這樣，實(shí)現(xiàn)了用戶之間的 互相關(guān)形式，以檢測具有不匹配的衛(wèi)星信號(hào)的用戶。
可以提供定時(shí)產(chǎn)生器，以限定將針對(duì)多個(gè)用戶的下變頻信號(hào)的采 樣提供給服務(wù)器的時(shí)間(例如，使用隨機(jī)時(shí)間戳)。
系統(tǒng)可以包括道路收費(fèi)系統(tǒng)，并且，該系統(tǒng)還可以包括用于根據(jù) 所導(dǎo)出的位置信號(hào)確定道路費(fèi)的裝置。
本發(fā)明還提供了一種確定實(shí)現(xiàn)基于位置的服務(wù)的系統(tǒng)的用戶的 位置的方法，該方法包括
用戶在移動(dòng)接收器中接收衛(wèi)星信號(hào)并執(zhí)行至少下變頻；
用戶向移動(dòng)接收器內(nèi)的信號(hào)處理裝置以及向解碼裝置提供下變 頻信號(hào)，該信號(hào)處理裝置用于對(duì)下變頻信號(hào)執(zhí)行相關(guān)函數(shù)以檢測特定 衛(wèi)星信號(hào)，該解碼裝置用于從檢測到的特定衛(wèi)星信號(hào)導(dǎo)出位置信息，
其中，該方法還包括用戶向服務(wù)提供商提供來自移動(dòng)接收器的、 下變頻信號(hào)的采樣，
并且，該方法還包括服務(wù)提供商驗(yàn)證采樣與該時(shí)刻和位置處的 預(yù)期衛(wèi)星信號(hào)相一致。


現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的示例，在附圖中
圖1示出了在已知GPS系統(tǒng)中使用的信號(hào)；
圖2示出了偽GPS發(fā)送器可以如何用于導(dǎo)出錯(cuò)誤位置信息；
圖3示出了本發(fā)明的系統(tǒng)的第一示例；
圖4示出了本發(fā)明的系統(tǒng)的第二示例；
圖5示出了可使用本發(fā)明系統(tǒng)的道路收費(fèi)系統(tǒng)的第一示例；以及 圖6示出了可使用本發(fā)明系統(tǒng)的道路收費(fèi)系統(tǒng)的第一示例。
具體實(shí)施例方式
在詳細(xì)描述本發(fā)明之前，將給出在GPS系統(tǒng)內(nèi)使用的信號(hào)的簡要概述。
全球定位系統(tǒng)是基于衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)，由處于6個(gè)不同軌道平面 中的多達(dá)32個(gè)軌道衛(wèi)星(被稱作空間運(yùn)載工具"SV")的網(wǎng)絡(luò)組成。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要24個(gè)衛(wèi)星，但是更多衛(wèi)星提供改進(jìn)的覆蓋范圍。衛(wèi)星恒 定移動(dòng)，恰在24個(gè)小時(shí)內(nèi)繞地球完整兩周。
每個(gè)衛(wèi)星在若干頻率上進(jìn)行傳輸。民用GPS接收器當(dāng)前使用 1575.42 MHz的"L1"頻率。衛(wèi)星軌道距地球中心大約25,000千米，或 處于地球表面以上20,000 km。這些衛(wèi)星的軌道在大約北緯60度與南緯 60度之間運(yùn)載這些衛(wèi)星。
由衛(wèi)星傳輸?shù)腉PS信號(hào)具有公知為采用以規(guī)則方式連續(xù)重復(fù)的偽 隨機(jī)碼的直接序列擴(kuò)頻的形式。衛(wèi)星利用不同的擴(kuò)頻碼來廣播若千信 號(hào)，這些不同的擴(kuò)頻碼包括可免費(fèi)用于公眾的粗/獲取或C/A碼；以 及針對(duì)軍事應(yīng)用而通常保留的受限精確碼或P碼。C/A碼是碼片速率為 1.023 MHz的l,023比特長的偽隨機(jī)碼，每毫秒重復(fù)一次。每個(gè)衛(wèi)星發(fā) 送不同的C/A碼，這允許對(duì)其進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)。
每個(gè)衛(wèi)星在C/A碼之上對(duì)數(shù)據(jù)消息進(jìn)行調(diào)制，并且該數(shù)據(jù)消息包 含重要信息，如傳輸衛(wèi)星的詳細(xì)軌道參數(shù)(被稱作星歷表)、與衛(wèi)星的 時(shí)鐘中的差錯(cuò)有關(guān)的信息、衛(wèi)星的狀態(tài)(健康或不健康)、當(dāng)前日期、以及時(shí)間。信號(hào)的該部分對(duì)于確定精確位置的GPS接收器而言至關(guān)重 要。每個(gè)衛(wèi)星僅傳輸針對(duì)自身的星歷表和詳細(xì)時(shí)鐘校正參數(shù)，因此，
未得到幫助的GPS接收器必須對(duì)其想要在位置計(jì)算中使用的每個(gè)衛(wèi)星 的數(shù)據(jù)消息的適當(dāng)部分進(jìn)行處理。
該數(shù)據(jù)消息還包含所謂的歷書，該歷書包括與所有其他衛(wèi)星有關(guān) 的不太精確的信息并且不太頻繁更新。歷書數(shù)據(jù)允許GPS接收器估計(jì) 每個(gè)GPS衛(wèi)星在一天中任何時(shí)刻應(yīng)當(dāng)所處的位置，使得接收器可以選 擇更高效搜索到哪些衛(wèi)星。每個(gè)衛(wèi)星傳輸示出了針對(duì)系統(tǒng)中每個(gè)衛(wèi)星 的軌道信息的歷書數(shù)據(jù)。
傳統(tǒng)GPS接收器讀取所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)消息并保存星歷表、歷書和其 他數(shù)據(jù)以連續(xù)使用。該信息還可以用于在GPS接收器內(nèi)設(shè)置(或校正) 時(shí)鐘。
為了確定位置，GPS接收器將衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)的時(shí)刻與GPS接收器 接收到信號(hào)的時(shí)刻進(jìn)行比較。時(shí)間差使GPS接收器知道該特定衛(wèi)星距 離多遠(yuǎn)。通過將來自多個(gè)衛(wèi)星的距離測量相結(jié)合，可以通過三邊測量 來獲得位置。利用最少三個(gè)衛(wèi)星，GPS接收器可以確定緯度/經(jīng)度位置
(2D定位)。利用4個(gè)或更多個(gè)衛(wèi)星，GPS接收器可以確定包括緯度、 經(jīng)度和高度的3D位置。
通過對(duì)來自衛(wèi)星的信號(hào)的明顯多普勒頻移進(jìn)行處理，GPS接收器 還可以精確地提供傳播的速度和方向(被稱作'地速'和'地面軌跡')。
來自衛(wèi)星的完整數(shù)據(jù)信號(hào)由37，500比特導(dǎo)航消息(花費(fèi)12.5分鐘 以50bps發(fā)送)組成。將該數(shù)據(jù)信號(hào)劃分成25個(gè)30s的幀，每個(gè)幀具有 1500比特，并且將這些幀劃分成5個(gè)6s的子幀。將每個(gè)6s子幀劃分成10 個(gè)30比特字。在每個(gè)幀內(nèi)包含定位(星歷表等)所必需的所有信息， 因此，GPS接收器將典型地從所謂的冷啟動(dòng)起花費(fèi)大約30s產(chǎn)生定位。
每個(gè)6s子幀的第一個(gè)字包含前同步碼，以使接收器能夠辨別子幀 的開始。下一個(gè)字是給出自GPS時(shí)間的最后一次重啟(發(fā)生在每個(gè)周 六/周日的午夜)起的定時(shí)信息的切換字。其余8個(gè)字根據(jù)子幀來提供 星歷表、歷書和時(shí)鐘信息。
第一子幀給出時(shí)鐘校正數(shù)據(jù)，第二和第三子幀給出星歷表數(shù)據(jù)，并且歷書數(shù)據(jù)處于第四和第五子幀中。
SV全部在相同頻率上進(jìn)行廣播。為了區(qū)分來自特定衛(wèi)星的信號(hào)，
接收器需要產(chǎn)生已知由該衛(wèi)星使用的C/A碼的復(fù)制碼，并對(duì)該復(fù)制碼
進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，使得該復(fù)制碼與將以主要由于從衛(wèi)星傳播至接收器的信號(hào)
飛行時(shí)間(典型地，大約0.07s)而導(dǎo)致的未知量延遲的輸入信號(hào)同步。 一般而言，接收器不可能精確預(yù)測獲得與輸入信號(hào)同步的復(fù)制碼所必 需的對(duì)準(zhǔn)，因此，需要某種形式的搜索，其中，輪流嘗試多種對(duì)準(zhǔn)并 選擇最佳匹配。這種評(píng)估多個(gè)候選對(duì)準(zhǔn)的處理通常被稱作相關(guān)，接收 機(jī)輪流實(shí)現(xiàn)接收到的信號(hào)與針對(duì)每個(gè)衛(wèi)星的己知C/A碼之間的相關(guān)函 數(shù)，以確定接收到的信號(hào)是否包括具有來自特定SV的C/A碼的分量。
必須針對(duì)相對(duì)定時(shí)計(jì)算相關(guān)函數(shù)，并且當(dāng)找到相關(guān)峰值時(shí)，該相關(guān)函 數(shù)與特定定時(shí)和特定SV相對(duì)應(yīng)。所發(fā)現(xiàn)的定時(shí)進(jìn)而對(duì)應(yīng)于距SV的特
定距離。
所確定的碼相位(即，相關(guān)函數(shù)的峰值的定時(shí))揭示了用于距離 計(jì)算的精確定時(shí)信息。然而，由于每毫秒重復(fù)一次該碼，因此還需要 確定粗定時(shí)。典型地，不太頻繁重復(fù)的數(shù)據(jù)分量用于更粗的定時(shí)估計(jì) (即，使得能夠?qū)С鯣PS時(shí)間)，例如50bps數(shù)據(jù)消息的各個(gè)比特以及 該數(shù)據(jù)消息的特定部分，如子幀前同步碼或子幀切換字。
幾乎所有當(dāng)前的和過去的GPS接收器通過"實(shí)時(shí)"處理來自衛(wèi)星 的信號(hào)來進(jìn)行工作，當(dāng)信號(hào)輸入時(shí)，在當(dāng)前時(shí)刻報(bào)告設(shè)備的位置。與 這種傳統(tǒng)接收器相關(guān)聯(lián)的技術(shù)是公知的。
這種"傳統(tǒng)"GPS接收器始終包括
-適于接收GPS信號(hào)的天線；
-模擬RF電路(通常被稱為GPS前端)，被設(shè)計(jì)為將期望的信號(hào)放 大、濾波和下混頻至中頻(IF)，使得這些信號(hào)可以以通常幾MHz量級(jí) 的采樣率經(jīng)過適當(dāng)?shù)哪M至數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器；
-數(shù)字信號(hào)處理硬件，對(duì)由A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的IF數(shù)據(jù)采樣執(zhí)行相關(guān) 處理，通常，該數(shù)字信號(hào)處理硬件與某種形式的微控制器相結(jié)合，該 微控制器執(zhí)行對(duì)信號(hào)處理硬件進(jìn)行控制和對(duì)期望定位進(jìn)行計(jì)算所必需 的"更高級(jí)"處理。圖1示出了GPS系統(tǒng)中信號(hào)的特性。來自SV10的信號(hào)由接收器RF 前端12接收，該接收機(jī)RF前端12的輸出是噪聲信號(hào)，其中，根據(jù)衛(wèi)星 的瞬時(shí)位置，該噪聲信號(hào)包含與接收位置和接收時(shí)刻有關(guān)的所有數(shù)據(jù)。
如圖1所示，該信號(hào)以下被稱為"原始"信號(hào)。如上所述，該信 號(hào)是下變頻和模擬濾波后的信號(hào)，但是尚未經(jīng)過信號(hào)處理。數(shù)據(jù)可以 是尚未經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)，或者如果前端包括A/D轉(zhuǎn)換，則該數(shù) 據(jù)可以是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。典型地，將該信號(hào)饋入相關(guān)框14和解碼框16。典 型地，該處理的輸出產(chǎn)生NMEA數(shù)據(jù)，以指示例如接收位置的經(jīng)度和 緯度。在連續(xù)處理的系統(tǒng)中，連續(xù)地從接收到的原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出NMEA 數(shù)據(jù)，然后由實(shí)現(xiàn)道路收費(fèi)功能的應(yīng)用框18對(duì)該NMEA數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
由于缺乏原始數(shù)據(jù)的認(rèn)證可能性，使得該應(yīng)用不能驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完 整性。
當(dāng)接收位置不改變時(shí)，將產(chǎn)生相同的NMEA數(shù)據(jù)，但該數(shù)據(jù)是從 隨GNSS衛(wèi)星在軌道上的移動(dòng)、隨時(shí)間變化的不同原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出的。
本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，意在辨別是否基于實(shí)際GPS接收信號(hào)而 非偽信號(hào)(如測試發(fā)送器信號(hào))對(duì)解碼后的數(shù)據(jù)(NMEA數(shù)據(jù))進(jìn)行 了處理。
圖2示出了測試發(fā)送器20可以如何用于將數(shù)據(jù)饋送至前端，從而 產(chǎn)生"偽原始數(shù)據(jù)"，并且該前端進(jìn)而產(chǎn)生"偽NMEA數(shù)據(jù)"，例如針 對(duì)免費(fèi)道路的數(shù)據(jù)。從而通過偽造GPS輸入來進(jìn)行攻擊。
圖3示出了本發(fā)明的系統(tǒng)的示例。
提供了服務(wù)器30，其中，必須以周期性間隔向服務(wù)器30提供原始 數(shù)據(jù)。這就基于特定時(shí)刻處的己知衛(wèi)星位置以及針對(duì)己知的位置(即， 在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼時(shí)給出的位置)檢査原始數(shù)據(jù)。根據(jù)從那些采樣和 大致相同時(shí)刻的其他采樣導(dǎo)出的NMEA數(shù)據(jù)，知道(所謂的)位置。
因此，在特定時(shí)刻，原始數(shù)據(jù)不是由相關(guān)和解碼器框直接處理的， 而是作為采樣轉(zhuǎn)發(fā)至接收服務(wù)器30。該服務(wù)器知道GNSS衛(wèi)星的時(shí)間 和軌道位置。因此，該服務(wù)器對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼以導(dǎo)出NMEA信息， 但是其還可以測試原始數(shù)據(jù)是否與要由接收的時(shí)刻和位置處的特定 GNSS衛(wèi)星所產(chǎn)生的預(yù)期原始數(shù)據(jù)相匹配。
10因此，在原始采樣與通過解碼裝置在非常接近的時(shí)刻導(dǎo)出的位置 信息(例如，在可能考慮到速度的情況下先前解碼后的位置信息或最 近解碼后的位置的集合)之間執(zhí)行驗(yàn)證。
當(dāng)然，服務(wù)器計(jì)算出的NMEA數(shù)據(jù)還應(yīng)當(dāng)與接收數(shù)據(jù)的序列在時(shí)
間和位置上相匹配，使得數(shù)據(jù)流提供似乎合理的道路路線。
該方案防止將偽NMEA數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)流中，這是由于服務(wù)器根據(jù) 原始數(shù)據(jù)計(jì)算出的NMEA數(shù)據(jù)然后將與由接收器提供的NMEA數(shù)據(jù)不 匹配。
該方案還防止將偽原始數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)流中。即使NMEA數(shù)據(jù)不匹 配，接收到的原始數(shù)據(jù)也可以被檢測為與服務(wù)器計(jì)算出的原始數(shù)據(jù)不 同，從而提供了篡改的證據(jù)。
在該系統(tǒng)中，成功偽造數(shù)據(jù)的唯一方式是向接收器提供不僅與 期望偽NMEA數(shù)據(jù)(給出偽免費(fèi)位置)相對(duì)應(yīng)而且與將在特定時(shí)刻、 該偽位置處接收到的原始數(shù)據(jù)相一致的原始數(shù)據(jù)。這提供了復(fù)雜得多 的挑戰(zhàn)。具體地，驗(yàn)證原始數(shù)據(jù)與在特定時(shí)刻特定位置處預(yù)期的原始 數(shù)據(jù)信號(hào)相一致的任務(wù)(服務(wù)器必須完成的任務(wù))比產(chǎn)生在特定時(shí)刻 和位置處預(yù)期的原始數(shù)據(jù)的任務(wù)在計(jì)算上簡單得多。
為了提高系統(tǒng)的完整性，可以使用隨機(jī)元件來擴(kuò)大該系統(tǒng)，該隨 機(jī)元件產(chǎn)生要求客戶端從空中取出原始數(shù)據(jù)采樣的特定隨機(jī)時(shí)間戳。
圖4示出了該系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括隨機(jī)時(shí)間戳產(chǎn)生器40。通過基于 隨機(jī)采樣來進(jìn)行工作，即使大規(guī)模地應(yīng)用該系統(tǒng)，該系統(tǒng)也可以以低 成本實(shí)現(xiàn)，如在道路計(jì)價(jià)系統(tǒng)中的情況。
時(shí)間戳產(chǎn)生器可以是服務(wù)器的一部分，并且這確保了時(shí)間戳對(duì)于 所有客戶端是相同的，如上所述，當(dāng)將要執(zhí)行對(duì)來自多個(gè)客戶端的原 始數(shù)據(jù)進(jìn)行比較時(shí)，需要該時(shí)間戳產(chǎn)生器。
上述系統(tǒng)需要服務(wù)器來驗(yàn)證原始數(shù)據(jù)與在給定時(shí)刻、特定位置預(yù) 期的原始數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)。
修改可以使用相對(duì)數(shù)據(jù)，以避免該計(jì)算，但仍提供篡改證據(jù)結(jié)果。 該修改需要向許多客戶端提供服務(wù)的系統(tǒng)，如道路計(jì)價(jià)系統(tǒng)。
在該修改后的系統(tǒng)中，服務(wù)器再次確定時(shí)間戳，并且該時(shí)間戳被發(fā)送至大量客戶端(用戶)。目標(biāo)組可以基于對(duì)先前從系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)
的隨機(jī)分析。當(dāng)所計(jì)算出的NMEA結(jié)果處于先前也由服務(wù)器進(jìn)行通信 的特定范圍內(nèi)時(shí)，這些客戶端均被請(qǐng)求在給定時(shí)間戳AND處對(duì)所接收 到的原始數(shù)據(jù)拍攝快照。因此，特定位置處的用戶被請(qǐng)求同時(shí)發(fā)送原 始數(shù)據(jù)。相應(yīng)的客戶端將它們的結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器。
在服務(wù)器側(cè)對(duì)來自各個(gè)客戶端的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行的彼此相關(guān)可以 揭示在作出響應(yīng)的客戶端之一處發(fā)生欺詐。該欺詐檢測還可以基于除 原始數(shù)據(jù)以外的數(shù)據(jù)。例如，客戶端可以是基于通過其他裝置導(dǎo)出的 客戶端位置(例如，基于GSM的位置或路旁信標(biāo)的使用)來選擇的。 在這種情況下，所報(bào)告的坐標(biāo)還將揭示欺詐，并且原始數(shù)據(jù)不是必需 的。
基于針對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施較少的道路收費(fèi)的離線最小客戶端系統(tǒng)，圖5 示出了可應(yīng)用本發(fā)明的道路收費(fèi)系統(tǒng)。
GPS數(shù)據(jù)由GPS接收器50捕獲。將該數(shù)據(jù)解碼成位置數(shù)據(jù)(經(jīng)度-緯度)。將位置數(shù)據(jù)與定時(shí)(時(shí)鐘)數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)在智能卡(智能XA) 形式的存儲(chǔ)器52中。如成批下載56所示，周期性地將一批所存儲(chǔ)的數(shù) 據(jù)發(fā)送至后端道路收費(fèi)服務(wù)器54。理想地，可以使用蜂窩調(diào)制解調(diào)器 58，通過GSM功能(通用分組無線服務(wù)"GPRS"或第三代移動(dòng)電話 "3G")來完成這一點(diǎn)。后端服務(wù)器能夠從該數(shù)據(jù)中重構(gòu)所行駛的旅 程。
根據(jù)本發(fā)明還提供了附加原始數(shù)據(jù)采樣，作為數(shù)據(jù)流56的一部分。
服務(wù)器還包含特定時(shí)刻有效的道路價(jià)格的數(shù)據(jù)庫。最后，計(jì)算總 價(jià)格，并且駕駛員獲得發(fā)票(例如，每月的)。
以加密的方式(例如，DES或3DES)在GPS解碼器與存儲(chǔ)器52的 抗篡改環(huán)境之間交換數(shù)據(jù)，智能卡提供良好的防篡改環(huán)境。
如果來自道路收費(fèi)的總收入與來自現(xiàn)有稅收的實(shí)際征稅收入大 致相同，則平均費(fèi)用/km非常小。因此每次旅程非常小，這意味著連 續(xù)在線交易方案可能是不期望的，因此期望成批下載。
這種類型的交易方案非常符合金融世界所使用的當(dāng)前已知的電子錢包方案。
圖6示出了預(yù)付系統(tǒng)。GPS數(shù)據(jù)同樣由GPS接收器50捕獲。將該 GPS數(shù)據(jù)解碼成位置數(shù)據(jù)(經(jīng)度-緯度)。將位置數(shù)據(jù)與定時(shí)(時(shí)鐘) 數(shù)據(jù)一起發(fā)送至微處理器60。
微處理器環(huán)境包含道路和有關(guān)價(jià)格的數(shù)據(jù)庫。因此，該微處理器 環(huán)境可以計(jì)算實(shí)際駕駛的有關(guān)成本。該成本數(shù)據(jù)可以從在智能卡52中 存儲(chǔ)的預(yù)付量中扣除。
如上載62所示，可以從后端服務(wù)器上載通過GSM (GPRS-3G)傳
輸?shù)摹r(jià)格和道路的數(shù)據(jù)更新。
再次以加密的方式(例如，DES或3DES)在各個(gè)元件之間交換數(shù) 據(jù)。將數(shù)據(jù)庫和預(yù)付信息保存在智能卡環(huán)境中。
再次將原始數(shù)據(jù)采樣提供給服務(wù)器，使得如箭頭62所示，服務(wù)器 與存儲(chǔ)器之間的通信是雙向的。
智能卡環(huán)境還可以起到扣除金額的作用，或者甚至執(zhí)行全部微處 理器功能。這是理想的抗篡改實(shí)現(xiàn)方式。
該實(shí)現(xiàn)方式需要本地存儲(chǔ)的道路和計(jì)價(jià)數(shù)據(jù)，但是不需要道路和 價(jià)格的完整數(shù)據(jù)庫。在大多數(shù)情況下，汽車在特定區(qū)域(小于50或 100km半徑)中行駛。這意味著僅必須存儲(chǔ)和更新有限量的道路數(shù)據(jù)。 最后僅可以存儲(chǔ)頻繁使用的道路。
如果試圖使用偽信號(hào)來產(chǎn)生錯(cuò)誤位置信息，則本發(fā)明因此添加了 明顯復(fù)雜的層。
以上詳細(xì)示例涉及道路收費(fèi)應(yīng)用。然而，顯而易見的是，該系統(tǒng) 可以用于針對(duì)所有GPS解碼系統(tǒng)提供驗(yàn)證的附加層，而不限于車輛系 統(tǒng)。具有收費(fèi)或服務(wù)供應(yīng)作為位置功能的任何系統(tǒng)可以受益于由本發(fā) 明提供的附加安全性。
已經(jīng)結(jié)合單頻GPS描述了本發(fā)明，但是其他GNSS系統(tǒng) (GLONASS，伽利略等)可能是類似的。確實(shí)，該技術(shù)還可以應(yīng)用 于多頻系統(tǒng)，該多頻系統(tǒng)具有捕獲來自每個(gè)載波的IF數(shù)據(jù)的適當(dāng)裝置。
系統(tǒng)中的服務(wù)器需要能夠驗(yàn)證原始數(shù)據(jù)與(所謂的)位置和時(shí)刻 相一致。數(shù)據(jù)庫可以用于記錄每個(gè)GPS SV在上周己傳輸?shù)拿總€(gè)數(shù)據(jù)比
13特(32SV * 50bps * 24hrs * 60mins * 60s = 17M字節(jié)/每天)。因此， 甚至在延長的時(shí)間段，存儲(chǔ)所有SV數(shù)據(jù)也是可行的，并且這可以用于 驗(yàn)證原始數(shù)據(jù)與特定時(shí)刻處所謂的位置相一致。
原始數(shù)據(jù)采樣可以是模擬的或數(shù)字的。原始數(shù)據(jù)采樣將處于中頻 (IF)，并已經(jīng)過模擬濾波。然而，原始數(shù)據(jù)采樣將不會(huì)被處理以導(dǎo)出 各個(gè)SV數(shù)據(jù)流，因此將不會(huì)經(jīng)過CDMA解調(diào)。
上述系統(tǒng)具有對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理。還調(diào)查研究了不太公知的 概念"稍后存儲(chǔ)和處理"。這涉及在稍后時(shí)間(秒、分鐘、小時(shí)、甚至 天)通常在處理資源更多的某其他位置處對(duì)由存儲(chǔ)器形式的傳統(tǒng)天線 和模擬RF電路所收集的IF數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行處理之前，對(duì)這些IF數(shù)據(jù)采樣 進(jìn)行存儲(chǔ)。
與傳統(tǒng)GPS接收器相比，稍后存儲(chǔ)和處理方案的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)在于， 由于在捕獲時(shí)不需要進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，因此捕獲設(shè)備的成本和功耗 保持到最小，并且，獲取可以非常短(例如，100ms)。如果在可以經(jīng) 由某其他方法來獲得有關(guān)衛(wèi)星數(shù)據(jù)(例如，星歷表)時(shí)進(jìn)行了后續(xù)信 號(hào)處理，則該方案還不需要在捕獲設(shè)備中對(duì)來自SV的(非常慢的)數(shù) 據(jù)消息進(jìn)行解碼，在許多情況下，這會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)傳統(tǒng)設(shè)備的時(shí)間不可 接受地長。
例如，將IF數(shù)據(jù)采樣的短時(shí)間"獲取"存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中的多個(gè)小 捕獲設(shè)備可以隨后將它們的IF數(shù)據(jù)獲取上載至共享中央計(jì)算機(jī)，該共
享中央就算機(jī)不僅將執(zhí)行必要的信號(hào)處理(相關(guān)等)，而且將通過連接 至一個(gè)或多個(gè)傳統(tǒng)GPS接收器來訪問最新衛(wèi)星信息(星歷表等)的數(shù) 據(jù)庫，其中，傳統(tǒng)GPS接收器將其接收到的GPS數(shù)據(jù)消息的關(guān)鍵部分 中繼至中央計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明再次通過檢查所存儲(chǔ)的原始數(shù)據(jù)采樣及其時(shí)刻和(所謂 的)位置與在該時(shí)刻和位置處接收到的預(yù)期信號(hào)相匹配，還可以應(yīng)用 于稍后存儲(chǔ)和處理方案。本發(fā)明在構(gòu)思上是相同的，但是在處理數(shù)據(jù) 方面存在時(shí)間延遲，然后遠(yuǎn)離衛(wèi)星信號(hào)接收器執(zhí)行位置確定。
本發(fā)明的一種方案是要提供來自移動(dòng)接收器的解碼后位置信息 和在相同或大致相同時(shí)刻獲取的原始下變頻數(shù)據(jù)采樣之間的相關(guān)。另
14一方案是要提供均(所謂地)處于大致相同位置的多個(gè)接收器的原始 下變頻數(shù)據(jù)采樣之間的相關(guān)。在其中任一種情況下，都驗(yàn)證原始采樣 與該時(shí)刻和位置處的預(yù)期衛(wèi)星信號(hào)相一致。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，各種修改將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1、一種實(shí)現(xiàn)基于位置的服務(wù)的系統(tǒng)，包括移動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航接收器，實(shí)現(xiàn)位置跟蹤功能以提供服務(wù)的用戶的位置，其中，移動(dòng)接收器包括模擬rf接收器(12)，用于接收衛(wèi)星信號(hào)并執(zhí)行至少下變頻；信號(hào)處理裝置(14)，用于對(duì)下變頻信號(hào)執(zhí)行相關(guān)函數(shù)，以檢測特定衛(wèi)星信號(hào)；以及解碼裝置(16)，用于從檢測到的特定衛(wèi)星信號(hào)導(dǎo)出位置信息，其中，所述系統(tǒng)還包括用于從移動(dòng)接收器接收下變頻信號(hào)的采樣且用于驗(yàn)證所述采樣與該時(shí)刻和位置處的預(yù)期衛(wèi)星信號(hào)相一致的裝置(30)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述預(yù)期衛(wèi)星信號(hào)是從所確定的位置、時(shí)刻以及該時(shí)刻處的衛(wèi)星位置導(dǎo)出的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述預(yù)期衛(wèi)星信號(hào)是從對(duì) 來自多個(gè)用戶的、處于相同時(shí)刻且彼此接近的下變頻信號(hào)的分析導(dǎo)出 的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括定時(shí)產(chǎn)生器(40)，用 于限定將針對(duì)多個(gè)用戶的下變頻信號(hào)的采樣提供給服務(wù)器的時(shí)刻。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，定時(shí)產(chǎn)生器(40)產(chǎn)生隨機(jī)時(shí)間戳。
6、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括道路收費(fèi)系統(tǒng)， 并且，所述系統(tǒng)還包括用于根據(jù)所導(dǎo)出的位置信息確定道路費(fèi)的裝 置(54; 60)。
7、 一種確定系統(tǒng)的用戶的位置的方法，所述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于位置的服務(wù)，所述方法包括用戶在移動(dòng)接收器中接收衛(wèi)星信號(hào)并執(zhí)行至少下變頻； 用戶向移動(dòng)接收器內(nèi)的信號(hào)處理裝置(14)以及向解碼裝置(16) 提供下變頻信號(hào)，所述信號(hào)處理裝置(14)用于對(duì)下變頻信號(hào)執(zhí)行相關(guān)函數(shù)以檢測特定衛(wèi)星信號(hào)，所述解碼裝置(16)用于從檢測到的特定衛(wèi)星信號(hào)導(dǎo)出位置信息，其中，所述方法還包括用戶向服務(wù)提供商(30)提供來自移動(dòng) 接收器的下變頻信號(hào)的采樣，并且，所述方法還包括服務(wù)提供商驗(yàn)證所述采樣與該時(shí)刻和位 置處的預(yù)期衛(wèi)星信號(hào)相一致。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述預(yù)期衛(wèi)星信號(hào)是從所 確定的位置、時(shí)刻以及該時(shí)刻處的衛(wèi)星位置導(dǎo)出的。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述預(yù)期衛(wèi)星信號(hào)是從對(duì)來自多個(gè)用戶的、處于相同時(shí)刻且彼此接近的下變頻信號(hào)的分析導(dǎo)出 的。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括限定將針對(duì)多個(gè)用戶的下變頻信號(hào)的采樣提供給服務(wù)器的時(shí)刻。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，限定時(shí)刻包括產(chǎn)生隨機(jī)時(shí)間戳。
12、 根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的方法，還包括根據(jù)所 導(dǎo)出的位置信息來確定道路費(fèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)基于位置的服務(wù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括衛(wèi)星導(dǎo)航接收器，實(shí)現(xiàn)位置跟蹤功能以提供服務(wù)的用戶的位置。模擬rf接收器(12)接收衛(wèi)星信號(hào)并執(zhí)行至少下變頻。相關(guān)和解碼功能應(yīng)用于下變頻信號(hào)，以從檢測到的特定衛(wèi)星信號(hào)導(dǎo)出位置信息。該系統(tǒng)還包括服務(wù)器(30)，用于接收下變頻信號(hào)的采樣，并用于驗(yàn)證所述采樣與該時(shí)刻和位置處的預(yù)期衛(wèi)星信號(hào)相一致。本發(fā)明提供了一種計(jì)數(shù)器手段，用于檢測在接收器處衛(wèi)星信號(hào)的偽造或篡改。可以檢查接收到的衛(wèi)星信號(hào)與在該位置和時(shí)刻處預(yù)期的那些信號(hào)相對(duì)應(yīng)。
文檔編號(hào)G07B15/02GK101689312SQ200880021814
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者弗朗克·C·H·達(dá)姆斯, 約翰·F·J·佩特斯 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司