FR3120133A1 - Navigation lors d'une opération de leurrage d'un récepteur de signaux satellitaires - Google Patents
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Abstract
Procédé de navigation à partir de données satellitaires et de données non satellitaires de positionnement, comprenant les étapes de : - calculer une première navigation de référence, hybridée à partir des données non satellitaires de positionnement et des données satellitaires de positionnement, la première navigation de référence étant recalée sur les données satellitaires de positionnement ; - effectuer une analyse statistique des corrections de position fournies par la première navigation de référence et en déduire une existence ou une absence d’opération de leurrage du récepteur de signaux satellitaires. Système de navigation pour la mise en œuvre de ce procédé. FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 1
Description
La présente invention concerne le domaine de la navigation et plus précisément le positionnement et la navigation au moyen notamment de la réception de signaux satellitaires émis par des satellites appartenant à une constellation de satellites répartis autour de la Terre.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
Le positionnement par satellites (ou GNSS de l’anglais « Global Navigation Satellite System ») est mis en œuvre principalement par les systèmes GPS, Galileo, GLONASS et BeiDou. L’invention concerne plus particulièrement la navigation inertielle aidée par la réception des signaux satellitaires.
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 un identifiant du satellite et l’horaire d’émission du signal). Ainsi, il suffit de disposer des signaux de quatre satellites pour estimer la latitude, la longitude et l’altitude du récepteur, ainsi qu’un écart de temps, 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 et de l’électronique grand public, 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 captés 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 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 ADS-B ou AIS émis par un véhicule pour communiquer sa position à ses 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.
Il est connu des systèmes de navigation inertielle 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. Cependant, si les signaux frauduleux ont suffisamment de cohérence, alors ils peuvent satisfaire ce test d'innovation et il est donc ainsi possible d'amener la navigation hybride à suivre la position leurrée. En outre, si on veut éviter les fausses alarmes, il est nécessaire de mettre un seuil de détection relativement haut, ce qui accentue le risque de leurrage. Or, dans ces systèmes, ce sont les données satellitaires de positionnement qui permettent de compenser les erreurs des données inertielles de positionnement sur le long terme de sorte que des signaux frauduleux entraîneraient 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 détecter une opération de leurrage.
A cet effet, on prévoit, selon l’invention un procédé de navigation au moyen d’un récepteur de signaux satellitaires embarqué dans un véhicule comprenant une unité électronique de navigation reliée au récepteur de signaux satellitaires et à une centrale de positionnement inertielle pour calculer une navigation opérationnelle hybridée à partir de données inertielles de positionnement et de données satellitaires de positionnement en appliquant un test d’innovation, le procédé comprenant les étapes de :
- calculer une première navigation de référence, hybridée à partir des données inertielles de positionnement avec des corrections de position déterminées à partir des données satellitaires de positionnement ;
- récupérer les corrections de position en latitude et en longitude fournies par la première navigation de référence ;
- effectuer une analyse statistique des corrections de position fournies par la première navigation de référence et en déduire une existence ou une absence d’opération de leurrage du récepteur de signaux satellitaires.
Ainsi, le procédé selon l’invention permet de détecter une exposition d’un récepteur de signaux satellitaires à une opération de leurrage. Il est dès lors possible d’alerter l’utilisateur de l’existence de cette opération de leurrage, détecter la fin de l’exposition aux signaux frauduleux et rétablir relativement rapidement les performances nominales de la navigation. La détection de l’opération de leurrage par analyse statistique des erreurs de position est relativement rapide et fiable.
De préférence, la navigation opérationnelle et la première navigation de référence sont distinctes l’une de l’autre et la première navigation de référence est déterminée sans test d’innovation.
On comprend que le procédé de l’invention permet d’avoir à la fois une navigation opérationnelle précise en l’absence de leurrage, et une détection particulièrement efficace de toute tentative de leurrage.
Selon un premier mode de mise en œuvre, l’analyse statistique comprend le cumul des corrections de position fournies par la première navigation de référence, et la comparaison de ce cumul à un premier seuil prédéterminé pour discriminer l’existence d’une opération de leurrage et l’absence d’une opération de leurrage.
En l’absence de leurrage, les corrections de position résultent essentiellement du bruit des données de positionnement satellitaire. Ce bruit est aléatoire et de moyenne nulle de sorte que, en l’absence de leurrage, la moyenne des corrections de positions cumulées sur une durée prédéterminée est sensiblement nulle.
Selon un deuxième mode de mise en œuvre, alternatif ou combiné au premier mode de mise en œuvre, l’analyse statistique comprend le calcul d’un coefficient de corrélation entre les corrections de position en latitude et les corrections de position en longitude fournies par la première navigation de référence, et la comparaison du coefficient de corrélation à un deuxième seuil prédéterminé pour discriminer l’existence d’une opération de leurrage et l’absence d’une opération de leurrage.
Selon un troisième mode de mise en œuvre, alternatif aux deux précédents ou combiné à au moins l’un de ceux-ci, l’analyse statistique comprend la détermination de directions de correction successives à partir des corrections de position en latitude et des corrections de position en longitude fournies par la première navigation de référence, le calcul d’un coefficient de variabilité des directions de correction et la comparaison du coefficient de variabilité à un troisième seuil prédéterminé pour discriminer l’existence d’une opération de leurrage et l’absence d’une opération de leurrage.
Dans le deuxième mode de mise en œuvre et le troisième mode de mise en œuvre, on recherche si les corrections sont aléatoires, comme ce devrait être le cas en l’absence de leurrage. Si les corrections sont aléatoires, les corrections de position en latitude sont décorrélées des corrections de position en longitude (deuxième mode de mise en œuvre) et les directions successives de corrections présentent une grande variabilité entre elles (troisième mode de mise en œuvre).
Avantageusement, le procédé comprend en outre les étapes de :
- calculer une deuxième navigation de référence à partir des données inertielles de positionnement ;
- comparer une sortie de la première navigation de référence et une sortie de la deuxième navigation de référence et en déduire une existence ou une absence d’opération de leurrage du récepteur de signaux satellitaires.
De préférence alors, le procédé comprend l’étape de déterminer un écart entre la vitesse issue de la première navigation de référence et la vitesse issue de la deuxième navigation de référence et de comparer cet écart à un seuil prédéterminé.
Ceci permet de détecter de manière très simple et très fiable un leurrage.
Alternativement, ou en combinaison avec la comparaison des vitesses, le procédé comprend les étapes d’estimer, à partir de la première navigation de référence, au moins une estimation d’erreur d’au moins un capteur inertiel de la centrale de positionnement inertielles et de comparer l’estimation à un seuil prédéterminé.
Ceci permet de détecter de manière très simple et très fiable un leurrage.
L’invention a également pour objet une unité électronique de navigation programmée pour mettre en œuvre le procédé ci-dessus.
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 l’invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
Claims (19)
- Procédé de navigation au moyen d’un récepteur de signaux satellitaires (20) embarqué dans un véhicule comprenant une unité électronique de navigation (40) reliée au récepteur de signaux satellitaires (20) et à une centrale de positionnement inertiel (30) pour calculer une navigation opérationnelle primaire hybridée à partir de données inertielles de positionnement et de données satellitaires de positionnement en appliquant un test d’innovation, le procédé comprenant les étapes de :
- calculer une première navigation de référence, hybridée à partir des données inertielles de positionnement avec des corrections de position déterminées à partir des données satellitaires de positionnement ;
- récupérer les corrections de position en latitude et en longitude fournies par la première navigation de référence ;
- effectuer une analyse statistique des corrections de position fournies par la première navigation de référence et en déduire une existence ou une absence d’opération de leurrage du récepteur de signaux satellitaires. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel la première navigation de référence ne met pas en œuvre de test d’innovation.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’analyse statistique comprend le cumul des corrections de position fournies par la première navigation de référence, et la comparaison de ce cumul à un premier seuil prédéterminé pour discriminer l’existence d’une opération de leurrage et l’absence d’une opération de leurrage.
- Procédé selon la revendication 3, dans lequel le cumul des corrections de position est effectué sur une fenêtre de temps glissante.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’analyse statistique comprend le calcul d’un coefficient de corrélation entre les corrections de position en latitude et les corrections de position en longitude fournies par la première navigation de référence, et la comparaison du coefficient de corrélation à un deuxième seuil prédéterminé pour discriminer l’existence d’une opération de leurrage et l’absence d’une opération de leurrage.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’analyse statistique comprend la détermination de directions de correction successives à partir des corrections de position en latitude et des corrections de position en longitude fournies par la première navigation de référence, le calcul d’un coefficient de variabilité des directions de correction et la comparaison du coefficient de variabilité à un troisième seuil prédéterminé pour discriminer l’existence d’une opération de leurrage et l’absence d’une opération de leurrage.
- Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes de :
- calculer une deuxième navigation de référence à partir des données non satellitaires de positionnement ;
- comparer une sortie de la première navigation de référence et une sortie de la deuxième navigation de référence et en déduire une existence ou une absence d’opération de leurrage du récepteur de signaux satellitaires. - Procédé selon la revendication 7, comprenant l’étape de déterminer un écart entre la vitesse issue de la première navigation de référence et la vitesse issue de la deuxième navigation de référence et de comparer cet écart à un seuil prédéterminé.
- Procédé selon la revendication 8, dans lequel le seuil prédéterminé est égal à un multiple d’un écart-type calculé à partir d’une loi de distribution des écarts de vitesse, le multiple étant de préférence 3.
- Procédé selon la revendication 8, dans lequel le seuil prédéterminé est égal à un multiple d’un écart-type calculée à partir d’une loi de distribution des écarts de vitesse, le multiple étant de préférence 4.
- Procédé selon la revendication 8, dans lequel le seuil prédéterminé est égal à une valeur prédéterminée d’écart de vitesse, de préférence 3 mètres par seconde environ.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes d’estimer à partir de la première navigation de référence au moins une estimation d’erreur d’au moins un capteur inertiel de la centrale de positionnement non satellitaire et comparer l’estimation à un seuil prédéterminé.
- Procédé selon la revendication 12, comprenant les étapes d’estimer pour la première navigation de référence au moins un biais accélérométrique et de comparer le biais accélérométrique estimé à un seuil prédéterminé.
- Procédé selon la revendication 12, comprenant les étapes d’estimer pour la première navigation de référence au moins une dérive gyrométrique et de comparer la dérive gyrométrique estimée à un seuil prédéterminé.
- Procédé selon la revendication 14, dans lequel la dérive gyrométrique estimée est une dérive horizontale.
- Procédé selon la revendication 14, dans lequel la dérive gyrométrique estimée est une dérive de cap.
- Procédé selon la revendication 13 ou 14, dans lequel le seuil prédéterminé est égal à un multiple d’un écart-type calculé à partir d’une loi de distribution de l’erreur, le multiple étant de préférence égal à 4.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes de :
- estimer à partir de la première navigation de référence des erreurs de capteurs de la centrale de positionnement non satellitaire ;
- comparer l’estimation d’erreur de chaque capteur à un seuil prédéterminé ;
- émettre une alerte en fonction du nombre de dépassements de seuil, la probabilité d’existence d’une opération de leurrage étant proportionnelle au nombre de dépassements. - Système de navigation comprenant une unité électronique de navigation programmée pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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