WO2022263092A1 - Verfahren zum detektieren von gnss-spoofing in einem gnss-empfänger eines lokalisierungssystems - Google Patents

Verfahren zum detektieren von gnss-spoofing in einem gnss-empfänger eines lokalisierungssystems Download PDF

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WO2022263092A1
WO2022263092A1 PCT/EP2022/063553 EP2022063553W WO2022263092A1 WO 2022263092 A1 WO2022263092 A1 WO 2022263092A1 EP 2022063553 W EP2022063553 W EP 2022063553W WO 2022263092 A1 WO2022263092 A1 WO 2022263092A1
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WO
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gnss
change
rate
spoofing
receiver
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/063553
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian SKUPIN
David Oertel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/21—Interference related issues ; Issues related to cross-correlation, spoofing or other methods of denial of service
    • G01S19/215—Interference related issues ; Issues related to cross-correlation, spoofing or other methods of denial of service issues related to spoofing

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting GNSS spoofing using a GNSS receiver of a localization system.
  • a global navigation satellite system (abbr.: GNSS) is a system for position determination and navigation on earth and in the air by receiving navigation satellite signals.
  • An object provided with the localization system can be positioned and navigated by means of a localization system with a GNSS receiver.
  • GNSS spoofing is particularly relevant to autonomous driving.
  • autonomous driving places particularly high demands on safety and integrity (or correctness of the location information, e.g. correctness of the accuracy specification).
  • the security of GNSS-based positioning is particularly relevant in the context of safety-critical automated driving functions in order to protect positioning from manipulation by forged navigation satellite signals. Real-time detection of GNSS spoofing is therefore considered necessary, especially for autonomous driving.
  • GNSS spoofing is based, for example, on the power level of navigation satellite signals, based on encrypted navigation satellite signals, with the help of an inertial measurement unit (IMU), based on the determination of the position of the GNSS receiver using an auxiliary signal, or based on the analysis of the carrier-to-noise values (CNO values) of navigation satellite signals.
  • IMU inertial measurement unit
  • CNO values carrier-to-noise values
  • a fake navigation satellite signal can e.g. B. also have a power level or encryption like an authentic navigation satellite signal.
  • the present invention describes a new way of detecting GNSS spoofing based on the Doppler effect. This is because fake navigation satellite signals are usually sent through an antenna and all come from the same direction, whereas the authentic navigation satellite signals come from different directions due to the distribution and movement of navigation satellites. The entry angles of navigation satellite signals are therefore very difficult to simulate using GNSS spoofing methods. This weakness of GNSS spoofing can be used to detect it.
  • a method for detecting GNSS spoofing by means of a GNSS receiver of a localization system comprising an antenna for receiving GNSS signals, and the GNSS signals being transmitted by at least one GNSS satellite and in each case around a frequency difference are received by the GNSS receiver, comprising the steps of: a) receiving a GNSS signal by the antenna, b) detecting the frequency difference between the frequency of the GNSS signal transmitted by a GNSS satellite and the frequency of the GNSS signal received by the antenna, c) determining the rate of change of the frequency difference using information about the change in movement of the GNSS receiver, d) checking, whether the determined rate of change corresponds to a rate of change that is characteristic of satellite signal reception, and e) detecting GNSS spoofing if the determined rate of change does not match satellite signal reception.
  • autonomous driving means in particular the locomotion of vehicles, mobile robots and driverless transport systems (e.g. motor vehicles, airplanes, ships), which behave largely autonomously using a GNSS receiver and based on global navigation satellite systems (GNSS). It is particularly advantageous if a self-driving motor vehicle is provided with a localization system with such a GNSS receiver for carrying out the method described.
  • GNSS global navigation satellite systems
  • the global navigation satellite systems are an example.
  • NAVSTAR GPS Global Positioning System
  • GLONASS Global Navigation Satellite System
  • the GNSS signal here means in particular the signal that is sent by a satellite of a global navigation satellite system (GNSS).
  • GNSS global navigation satellite system
  • the reception and evaluation of the GNSS signal is firmly connected with a hardware GNSS receiver.
  • GNSS spoofing means here in particular the transmission of deliberately manipulated GNSS signals in order to manipulate the calculated time and/or location in a GNSS receiver.
  • the GNSS spoofing signal is a decoy signal simulated after the GNSS signal, whose own identity is denoted by a method of deception is concealed. The evaluation of the GNSS spoofing signal therefore provides incorrect positioning.
  • the physical basis for carrying out the method described is the Doppler effect, which represents the temporal compression or expansion of a signal when the distance between transmitter and receiver changes during the transmission of the signal.
  • the global navigation satellite system is a moving system with the movements of its satellites and also the GNSS receiver
  • the received GNSS signal is subject to the Doppler effect due to these movements, so that the transmitted GNSS signal is received shifted by the Doppler frequency.
  • This Doppler frequency also changes as the relative motion between the GNSS signal transmitter and the GNSS signal receiver changes.
  • the position and movement of a GNSS satellite can be determined, for example, by ephemeris, and the movement of the GNSS receiver can be determined, for example, by motion sensors such as an inertial measuring unit, gyroscope or steering wheel angle sensor, so that the Doppler frequency to be expected and its change due to the determinable movement of the GNSS satellites and the GNSS receiver can also be determined. It therefore reveals possible GNSS spoofing when the Doppler frequency and its change do not behave as expected.
  • the Doppler frequency described above is recorded in step b) after receiving a GNSS signal in step a).
  • the frequency difference is referred to below as the Doppler frequency.
  • the Doppler frequency z. B. with a frequency locked loop (English: Frequency Locked Loop FLL) can be determined.
  • the received GNSS signal has a satellite-specific Doppler frequency. This depends on whether the GNSS satellite is approaching or moving away from the GNSS receiver. Since the orbits of GNSS satellites are known, the Doppler frequency can be predicted by the GNSS receiver. It is checked whether the Doppler frequency is plausible. This can be done with knowledge of the approximate position of the GNSS receiver (e.g. deviation of the assumed position from the actual position is less than 1 km) and knowledge of the position of the GNSS satellite over time with the help of the almanac and/or the ephemeris, for example .
  • the expected Doppler frequency can be determined, which changes due to the relative movement between the GNSS satellite in the sky or in orbit and the GNSS receiver on earth results.
  • step c) the rate of change of the frequency difference is determined using a movement change information of the GNSS receiver.
  • the movement change information describes how the movement of the GNSS receiver changes within a time interval.
  • a change in movement can mean, for example, the 2nd order derivation of the displacement vector according to time or the 1st order derivation of the displacement vector according to a steering angle with respect to the direction of movement of the GNSS receiver.
  • the change in movement can be, for example, an accelerated and/or direction-changing movement of the GNSS receiver.
  • the motion change information related to the GNSS receiver is particularly advantageous for protection against GNSS spoofing because the motion change of the GNSS receiver is not (or heavily) simulated by the spoofer. Because it is technically very difficult, as a spoofer, to determine the movement of a specially selected target receiver live in the general case and to accommodate this information appropriately in the spoofed signal.
  • step d) a check is made as to whether the determined rate of change corresponds to a rate of change that is characteristic of satellite signal reception.
  • the spoofed GNSS signals are typically broadcast from a location. This is fundamentally different from the way the authentic signals are broadcast, since authentic GNSS signals are broadcast via satellites which, from the receiver's point of view, are roughly evenly distributed in the sky. This is desired in order to achieve low DOP values and thus higher positional accuracy through an advantageous satellite geometry.
  • Authentic GNSS signals therefore arrive at the GNSS receiver from different directions.
  • the GNSS signals spoofed by GNSS spoofing are received from the direction of a radiating antenna. The reception directions of authentic GNSS signals are therefore significantly more diverse. The rate of change of the Doppler frequency in the case of GNSS spoofing is thus different from that in the authentic case.
  • the rate of change of Doppler frequency is mathematically, for example, the first order derivative of Doppler frequency with respect to time.
  • the real-time rate of change can be detected by a controller according to the received signal.
  • the satellites of a GNSS only move according to a specific movement pattern, which can be determined beforehand.
  • a target rate of change can be recorded based on the movement pattern of the satellites.
  • step e GNSS spoofing is detected if the determined actual rate of change does not match the determined target rate of change. In other words, this means that GNSS spoofing is detected if the determined rate of change does not match satellite signal reception.
  • the Doppler frequencies of the received counterfeit GNSS signals can change in approximately the same way if, for example, a motor vehicle equipped with the GNSS receiver accelerates. This is because, as described above, the falsified GNSS signals are all received from the same direction under the influence of the information on the change in movement of the GNSS receiver, and the spoofer does not normally simulate the change in movement of the GNSS receiver. On the other hand, they change Double frequencies of the authentic GNSS signals differ due to their different angles of incidence.
  • the frequency difference is determined in step b) and the rate of change of the frequency difference is determined in step c) using an algorithm based on artificial intelligence. It is advantageous if machine learning is used to determine the frequency difference according to the position of the satellites and the GNSS receiver, because machine learning has excellent accuracy in determining the frequency difference and has the potential for constant automatic improvement. It is particularly advantageous if the rate of change of the Doppler frequency is determined by machine learning using the information on the change in movement of the GNSS receiver. In this way, typical Doppler influences can be learned from the changes in movement of the GNSS receiver, so a Doppler reaction detected as atypical when the movement of the GNSS receiver changes can correspondingly indicate a fake GNSS signal.
  • the frequency difference is recorded taking into account the clock error of the GNSS receiver and/or the movement of at least one GNSS satellite.
  • the positioning and navigation is additionally based on the time synchronization between a GNSS satellite and a GNSS receiver, in that the distance between the GNSS satellite and the GNSS receiver is determined by the propagation time of the GNSS signal transmission.
  • a GNSS receiver most often uses a quartz clock whose clock error is significantly larger than the clock error of an atomic clock in the GNSS satellite, which can lead to an error in detecting the expected Doppler frequency of the received GNSS signal. This deviation is taken into account as a disturbance variable.
  • the characteristics of the receiver clock error must be known and recorded with sufficient accuracy so that the detection method described here can function robustly from the current perspective.
  • the average Doppler rate of change used here for spoofing detection may not be distinguishable from a drift in the receiver clock.
  • the additional variances of the GNSS satellite orbit and GNSS satellite clock can affect the accuracy of detecting the expected Doppler frequency. It is preferred if the precise ephemeris or clock corrections can be downloaded from, for example, the International GNSS Service (IGS) and stored in a database. These are used in particular to correct the satellite clock and orbit.
  • IGS International GNSS Service
  • the received GNSS signals can be processed using artificial intelligence methods, e.g. using a neural network (abbr.: NN).
  • NN neural network
  • the expected Doppler frequencies can be determined using the GNSS information stored in a database, e.g. B. the precise ephemeris or clock corrections and taking into account the movement information of the GNSS receiver and / or processed.
  • the movement information can also be recorded using an inertial measurement unit (IMU).
  • IMU inertial measurement unit
  • step c) the rate of change of the frequency difference is detected based on an accelerated and/or on a direction-changing movement of the GNSS receiver.
  • step c the rate of change of the frequency difference is detected at a point in time and/or averaged over a time interval.
  • the point in time corresponds to a point in time before or after the change in movement of the GNSS receiver and/or the time interval corresponds to the duration of the change in movement of the GNSS receiver.
  • the rate of change of the frequency difference can be detected, for example, before and after an acceleration of the GNSS receiver.
  • the rate of change of the frequency difference can also be detected, for example, when the GNSS receiver is accelerated.
  • the Doppler frequencies of the received GNSS signals after subtracting disturbances such as e.g. B. the clock error and the movement of the GNSS satellites as well as the deviation of the GNSS satellite orbits are approximately the same in the result (including the same sign), it is probably a matter of GNSS spoofing.
  • the logged values can be evaluated promptly. For example, values before and after acceleration processes are searched for or selected in the logged data, and the difference in the Doppler before and after the acceleration process is formed for the tracked signals.
  • the rate of change of the frequency difference can also be detected before and after a direction-changing movement of the GNSS receiver.
  • the procedure is analogous to the procedure described above before and after acceleration.
  • a relative and/or an absolute direction of movement can be logged, with the relative direction of movement being recorded by a gyroscope or a steering wheel angle sensor, for example, and the absolute direction of movement being recorded by a compass.
  • the change of direction of movement is preferably considered when a change angle is over 90° and/or the speed of movement of the GNSS receiver is over 10m/s.
  • the deviations described above can be taken into account before, after or during the change in motion of the GNSS receiver (e.g. Doppler drift due to change in satellite position in relation to receiver position with no change in receiver motion state and/or due to clock error).
  • the deviations from the logged Doppler-relevant values can be subtracted at the associated relevant times.
  • step a) to step c) are repeated several times before step d), at least partially in parallel or successively, and GNSS signals from at least two GNSS satellites are received in step a).
  • Each global navigation satellite system has a large number of satellites (e.g. Galileo with 28 satellites, GPS with 24 satellites), which are evenly distributed in the sky or in the orbit and move according to a predetermined movement pattern. If the localization system receives four GNSS signals simultaneously from the same GNSS, direct positioning can be performed without any additional tools.
  • today's localization system includes a variety of GNSS receivers, each of which continues to have at least one, e.g. B. include two or three GNSS signal transmission channels.
  • today's localization system is capable of receiving and processing GNSS signals (simultaneously) from different GNSS.
  • step a) to step c) are carried out at the same time when the GNSS signals are received from the same GNSS. It is also advantageous if step a) to step c) are carried out one after the other if the GNSS signals are received from different GNSS.
  • step d) the GNSS spoofing is detected based on an average rate of change and/or on a variance.
  • step d It is particularly preferred if GNSS spoofing is detected in step d) if the average rate of change exceeds a predeterminable first reference value.
  • step d It is also preferred if GNSS spoofing is detected in step d) if the variance does not exceed a predeterminable second reference value.
  • the authentic GNSS signals come from different directions, so the rates of change of the Doppler frequencies of the authentic GNSS signals can be mutually compensated during averaging, and so the average rate of change of the Doppler frequencies of the authentic GNSS signals has a very small value towards zero.
  • the fake GNSS signals come from the same direction, so the rates of change of the Doppler frequencies of the fake GNSS signals behave in the same way and cannot be compensated for each other when averaging, and so the average rate of change of the Doppler frequencies of the fake GNSS signals has a relatively large value which is significantly greater than zero.
  • a first reference value is determined in advance as a threshold value. If the average rate of change exceeds the first reference value, this exceedance indicates GNSS spoofing. It is also advantageous if the first reference value is determined as a function of the change in speed of the GNSS receiver before and after its acceleration.
  • GNSS spoofing can also be detected by determining the variance.
  • the variance corresponds to the mean square deviation of the rates of change of the Doppler frequencies of the GNSS signals from their average rate of change. If the variance is a very small value, e.g. B. towards zero, this means that the GNSS signals come from the same direction and GNSS spoofing is thus detected. This means that a possible GNSS spoofing is detected if the variance does not increase, for example in the acceleration of the GNSS receiver, and does not exceed the threshold.
  • a second reference value is determined in advance as a threshold value. If the variance does not exceed the second reference value, it shows GNSS spoofing. It is also advantageous if the second reference value is determined as a function of the speed change of the GNSS receiver before and after its acceleration. It is particularly advantageous if GNSS spoofing is detected in step d) if the quotient of the average rate of change to the variance exceeds a third predeterminable reference value.
  • the method described can also be used to track the approximate position of the spoofer.
  • the position of the spoofer can be narrowed down by means of crowd sourcing in the form of appropriately merged data in a server system or through a motor vehicle cooperation and with the help of the direction of travel of the motor vehicle (e.g. from the compass and longitudinal acceleration). If a significant, similar change in the Doppler frequency is detected for several received GNSS signals from different satellites when the movement of the GNSS receiver changes, the direction of reception of the falsified GNSS signal can be determined from the direction of acceleration of the GNSS receiver and the sign of the Doppler frequency. By measuring the effect on the Doppler frequency change at different positions, the position of the spoofer can be narrowed down.
  • a computer program is used to carry out a method described here.
  • this relates in particular to a computer program (product), comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to execute a method described here.
  • the machine-readable storage medium is usually a computer-readable data carrier.
  • the localization system for a vehicle is set up to carry out a method described here.
  • FIG. 1 shows a sequence of a method presented here for detecting GNSS spoofing in a GNSS receiver of a localization system in a regular operating sequence.
  • 1 schematically shows a sequence of a method presented here for detecting GNSS spoofing in a GNSS receiver of a localization system in a regular operating sequence.
  • a GNSS signal is received by the antenna.
  • the frequency difference between the frequency of the GNSS signal transmitted by a GNSS satellite and the frequency of the GNSS signal received by the antenna is detected.
  • Rate of change of frequency difference using GNSS receiver motion change information In block 140, a check is made as to whether the determined rate of change corresponds to a rate of change that is characteristic of satellite signal reception. In block 150 there is a detection of GNSS spoofing if the determined
  • Rate of change does not match satellite signal reception.
  • method steps a) to c) for determining the rate of change of the frequency difference of a plurality of different GNSS signals can run at least several times, partially in parallel or at the same time.

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Abstract

Verfahren zum Detektieren von GNSS-Spoofing mittels eines GNSS-Empfängers eines Lokalisierungssystems, wobei der GNSS-Empfänger eine Antenne zum Empfang von GNSS-Signalen umfasst, und wobei die GNSS-Signale von mindestens einem GNSS-Satelliten ausgesendet und jeweils um eine Frequenzdifferenz verschoben von dem GNSS-Empfänger empfangen werden, umfassend folgende Schritte: a) Empfangen eines GNSS-Signals durch die Antenne, b) Erfassen der Frequenzdifferenz zwischen der Frequenz des von einem GNSS-Satelliten ausgesendeten GNSS-Signals und der Frequenz des von der Antenne empfangenen GNSS-Signals, c) Ermitteln der Änderungsrate der Frequenzdifferenz unter Verwendung einer Bewegungsänderungsinformation des GNSS-Empfängers, d) Prüfen, ob die die ermittelte Änderungsrate einer für einen Satellitensignalempfang charakteristischen Änderungsrate entspricht, und e) Detektieren von GNSS-Spoofing, wenn die die ermittelte Änderungsrate nicht zu einem Satellitensignalempfang passt.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Detektieren von GNSS-Spoofing in einem GNSS-Empfänger eines Lokalisierungssystems
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren von GNSS- Spoofing mittels eines GNSS- Empfängers eines Lokalisierungssystems.
Ein globales Navigationssatellitensystem (Abk.: GNSS) ist ein System zur Positionsbestimmung und Navigation auf der Erde und in der Luft durch den Empfang von Navigationssatellitensignalen. Mittels eines Lokalisierungssystems mit einem GNSS-Empfänger lässt sich ein mit dem Lokalisierungssystem versehenes Objekt positionieren und navigieren.
Allerdings können heutzutage die Navigationssatellitensignale durch eine kostengünstige Hardware und eine beispielsweise open-source Software ohne großen Aufwand gefälscht werden, sodass das Objekt durch die gefälschten Navigationssatellitensignalen manipuliert werden kann. Dies wird als GNSS- Spoofing bezeichnet und ist besonders für das autonome Fahren von Bedeutung. Denn das autonome Fahren stellt hierbei neben der Positionsgenauigkeit besonders hohe Anforderungen an die Sicherheit und Integrität (bzw. Korrektheit der Ortungsinformationen, z. B. Korrektheit der Genauigkeitsangabe). Insbesondere im Kontext der sicherheitskritischen automatisierten Fahrfunktionen ist die Sicherheit der GNSS-basierten Ortung relevant, um die Ortung vor der Manipulation durch gefälschte Navigationssatellitensignale zu schützen. Eine echtzeitige Detektion von GNSS-Spoofing wird daher insbesondere für das autonome Fahren als notwendig angesehen.
Bei den bisherigen Verfahren wird ein GNSS-Spoofing beispielsweise basierend auf der Leistungsgröße von Navigationssatellitensignalen, basierend auf verschlüsselten Navigationssatellitensignalen, mit Hilfe von einer inertialen Messeinheit (IMU), basierend auf der Bestimmung der Position des GNSS-Empfängers mittels eines Hilfssignals, oder basierend auf der Analysis der Carrier-to-Noise-Weret (CNO-Werten) von Navigationssatellitensignalen detektiert.
Allerdings ist die Verwendung der oben genannten Verfahren aufgrund der Vielfalt der GNSS-Spoofing-Methoden sehr eingeschränkt. Denn ein gefälschtes Navigationssatellitensignal kann z. B. ebenfalls eine Leistungsgröße oder eine Verschlüsselung wie ein authentisches Navigationssatellitensignal aufweisen.
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine neue Möglichkeit zum Detektieren von GNSS-Spoofing basierend auf dem Doppler- Effekt. Denn gefälschte Navigationssatellitensignale werden normalerweise durch eine Antennegesendet und alle kommen aus derselben Richtung, wohingegen die authentischen Navigationssatellitensignale aus verschiedenen Himmelsrichtungen aufgrund der Verteilung und der Bewegung von Navigationssatelliten kommen. Die Eintrittswinkel von Navigationssatellitensignalen sind somit durch die GNSS- Spoofing-Methoden sehr schwer zu simulieren. Diese Schwäche von GNSS- Spoofing kann zu ihrer Detektion gut genutzt werden.
Offenbarung der Erfindung
Hiervon ausgehend wird hier ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Detektieren von GNSS-Spoofing in einem GNSS-Empfänger eines Lokalisierungssystems beschrieben.
Hier beschrieben wird ein Verfahren zum Detektieren von GNSS-Spoofing mittels eines GNSS-Empfängers eines Lokalisierungssystems, wobei der GNSS- Empfänger eine Antenne zum Empfang von GNSS-Signalen umfasst, und wobei die GNSS-Signale von mindestens einem GNSS-Satelliten ausgesendet und jeweils um eine Frequenzdifferenz verschoben von dem GNSS-Empfänger empfangen werden, umfassend folgende Schritte: a) Empfangen eines GNSS-Signals durch die Antenne, b) Erfassen der Frequenzdifferenz zwischen der Frequenz des von einem GNSS- Satelliten ausgesendeten GNSS-Signals und der Frequenz des von der Antenne empfangenen GNSS-Signals, c) Ermitteln der Änderungsrate der Frequenzdifferenz unter Verwendung einer Bewegungsänderungsinformation des GNSS-Empfängers, d) Prüfen, ob die ermittelte Änderungsrate einer für einen Satellitensignalempfang charakteristischen Änderungsrate entspricht, und e) Detektieren von GNSS-Spoofing, wenn die ermittelte Änderungsrate nicht zu einem Satellitensignalempfang passt.
Das beschriebene Verfahren ist insbesondere zum autonomen Fahren geeignet. Dabei meint das autonome Fahren hier insbesondere die Fortbewegung von Fahrzeugen, mobilen Robotern und fahrerlosen Transportsystemen (z. B. Kraftfahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe), die sich mittels eines GNSS-Empfängers und basierend auf Globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS) weitgehend autonom verhalten. Es ist besonders vorteilhaft, wenn ein selbst fahrendes Kraftfahrzeug mit einem Lokalisierungssystem mit einem solchen GNSS- Empfänger zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens versehen ist.
Die globalen Navigationssatellitensysteme sind beispielweise
NAVSTAR GPS (Global Positioning System) der Vereinigten Staaten von Amerika,
GLONASS (Globales Satellitennavigationssystem) der Russischen Föderation,
Galileo der Europäischen Union, und Beidou der Volksrepublik China.
Das GNSS-Signal meint hier insbesondere das Signal, das von einem Satelliten eines Globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) gesendet wird. Der Empfang und die Auswertung des GNSS-Signals ist bei einem Hardware GNSS- Empfänger fest verbunden.
Der Begriff „GNSS-Spoofing“ meint hier insbesondere, die Ausstrahlung gezielt manipulierter GNSS-Signale, um in einem GNSS-Empfänger die berechnete Zeit und/oder den Ort zu manipulieren. Das GNSS-Spoofing-Signal ist ein nach dem GNSS-Signal simuliertes Täuschungssignal, dessen eigene Identität durch eine Täuschungsmethode verschleiert wird. Die Auswertung des GNSS-Spoofing- Signals liefert somit eine falsche Positionierung.
Die physikalische Grundlage zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist der Doppler- Effekt, welcher die zeitliche Stauchung bzw. Dehnung eines Signals bei Veränderungen des Abstands zwischen Sender und Empfänger während der Übertragung des Signals darstellt. Denn das globale Navigationssatellitensystem ist ein bewegtes System mit den Bewegungen seiner Satelliten und auch des GNSS-Empfängers, daher unterliegt das empfangene GNSS-Signal durch diese Bewegungen dem Doppler- Effekt, sodass das ausgesendete GNSS-Signal um die Dopplerfrequenz verschoben empfangen wird. Das bedeutet mit anderen Worten, dass sich die Frequenz des gesendeten GNSS-Signals von der Frequenz des empfangenen GNSS-Signals unterscheidet, wobei die Dopplerfrequenz der Frequenzdifferenz zwischen der Frequenz des gesendeten GNSS-Signals und der Frequenz des empfangenen GNSS-Signals entspricht. Diese Dopplerfrequenz ändert sich darüber hinaus mit der Änderung der relativen Bewegung zwischen dem GNSS-Signal-Sender und dem GNSS-Signal- Empfänger. Außerdem sind die Position und die Bewegung eines GNSS- Satelliten beispielsweise durch Ephemeriden bestimmbar und die Bewegung des GNSS-Empfängers ist beispielsweise durch Bewegungssensorik, wie inertiale Messeinheit, Gyroskop oder Lenkradwinkelsensorik, bestimmbar, sodass die zu erwartende Dopplerfrequenz und deren Änderung durch die bestimmbare Bewegung des GNSS-Satelliten und des GNSS-Empfänger ebenfalls bestimmbar ist. Es wird daher ein mögliches GNSS-Spoofing aufgedeckt, wenn sich die Dopplerfrequenz und deren Änderung nicht wie erwartet verhalten.
Um ein mögliches GNSS-Spoofing zu detektieren, wird hierbei nach dem Empfang eines GNSS-Signals in Schritt a) die oben beschriebene Dopplerfrequenz in Schritt b) erfasst. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die in Schritt b) erfasste Frequenzdifferenz zwischen der Frequenz des von einem GNSS-Satelliten ausgesendeten GNSS-Signals und der Frequenz des von der Antenne empfangenen GNSS-Signals im Wesentlich eine Dopplerfrequenz ist, welche aufgrund der relativen Bewegung zwischen dem GNSS-Satelliten und dem GNSS-Empfänger entsteht. Die Frequenzdifferenz wird im Folgenden als Dopplerfrequenz bezeichnet. In Schritt b) kann die Dopplerfrequenz z. B. mit einer frequenzverriegelten Schleife (Englisch: Frequency Locked Loop FLL) ermittelt werden. Je nach der Satellitenbewegung weist das empfangene GNSS-Signal eine satellitenspezifische Dopplerfrequenz auf. Diese ist davon abhängig, ob der GNSS-Satellit sich gerade dem GNSS-Empfänger nähert oder sich von ihm entfernt. Da die Bahnen von GNSS-Satelliten bekannt sind, lässt sich die Dopplerfrequenz vom GNSS-Empfänger prädizieren. Dabei wird geprüft, ob die Dopplerfrequenz plausibel ist. Dies kann mit der Kenntnis der ungefähren Position des GNSS-Empfängers (z.B.: Abweichung der angenommenen Position zur tatsächlichen Position ist kleiner als 1km) und der Kenntnis der Position des GNSS-Satelliten über die Zeit unter Zuhilfenahme z.B. des Almanachs und/oder der Ephemeriden erfolgen. Aus der Kenntnis der Position und der Bewegung des GNSS-Satelliten bezüglich der ungefähren Position des GNSS-Empfängers lässt sich die zu erwartende Dopplerfrequenz erfassen, welche sich aufgrund der relativen Bewegung zwischen des GNSS-Satelliten im Himmel bzw. im Orbit und des GNSS-Empfängers auf der Erde ergibt.
In Schritt c) wird die Änderungsrate der Frequenzdifferenz unter Verwendung einer Bewegungsänderungsinformation des GNSS-Empfängers ermittelt. Hierbei wird ermittelt, wie die Änderung der in Schritt b) erfassten Dopplerfrequenz von der Bewegungsänderungsinformation des GNSS-Empfängers abhängt. Die Bewegungsänderungsinformation beschreibt, wie sich die Bewegung des GNSS- Empfängers innerhalb eines Zeitintervalls ändert. Eine solche Bewegungsänderung kann mathematisch beispielweise die Ableitung 2. Ordnung des Verschiebungsvektors nach der Zeit oder die Ableitung 1. Ordnung des Verschiebungsvektors nach einem Lenkwinkel bezüglich der Bewegungsrichtung des GNSS-Empfängers bedeuten. Die Bewegungsänderung kann beispielweise eine beschleunigte und/oder eine richtungsändernde Bewegung des GNSS- Empfängers sein.
Die Bewegungsänderungsinformation in Bezug auf den GNSS-Empfänger ist insbesondere vorteilhaft für den Schutz vor GNSS-Spoofing, weil die Bewegungsänderung des GNSS-Empfängers nicht (oder schwer) vom Spoofer simuliert wird. Denn es ist technisch recht schwierig, als Spoofer die Bewegung eines speziell ausgewählten Ziel- Empfängers live im allgemeinen Fall zu ermitteln und diese Information passend im gespooften Signal unterzubringen. In Schritt d) wird geprüft, ob die die ermittelte Änderungsrate einer für einen Satellitensignalempfang charakteristischen Änderungsrate entspricht.
Beim GNSS-Spoofing werden die gefälschten GNSS-Signale typischerweise von einem Standort ausgestrahlt. Dies unterscheidet sich grundlegend von der Art und Weise, wie die authentischen Signale abgestrahlt werden, da die Ausstrahlung authentischer GNSS-Signale via Satelliten erfolgt, welche aus Sicht des Empfängers am Himmel etwa gleichmäßig verteilt sind. Dies ist so gewünscht, um durch eine vorteilhafte Satellitengeometrie geringe DOP-Werte und damit höhere Positionsgenauigkeiten zu erreichen. Authentische GNSS- Signale treffen daher aus verschiedenen Himmelsrichtungen auf den GNSS- Empfänger ein. Im Gegensatz dazu werden die durch GNSS-Spoofing gefälschten GNSS-Signale aus der Richtung einer abstrahlenden Antenne empfangen. Die Empfangsrichtungen authentischer GNSS-Signale sind damit signifikant vielfältiger. Die Änderungsrate der Dopplerfrequenz im Fall des GNSS-Spoofing ist somit anders als im authentischen Fall.
Die Änderungsrate der Dopplerfrequenz ist mathematisch beispielsweise die Ableitung 1. Ordnung der Dopplerfrequenz nach der Zeit. Die echtzeitige Änderungsrate (Ist-Änderungsrate) kann somit gemäß dem empfangenen Signal durch ein Steuergerät erfasst werden. Darüber hinaus bewegen sich die Satelliten eines GNSS nur nach einem bestimmten Bewegungsmuster, welches vorher bestimmbar ist. Nach dem Bewegungsmuster der Satelliten kann hierbei eine Soll-Änderungsrate erfasst werden.
In Schritt e) wird ein GNSS-Spoofing detektiert, wenn die ermittelte Ist- Änderungsrate nicht mit der ermittelten Soll-Änderungsrate übereinstimmt. Das bedeutet mit anderen Worten, dass ein GNSS-Spoofing detektiert wird, wenn die die ermittelte Änderungsrate nicht zu einem Satellitensignalempfang passt.
Hierbei können sich die Dopplerfrequenzen der empfangenen gefälschten GNSS-Signalen etwa gleichartig ändern, wenn beispielsweise ein mit dem GNSS-Empfänger versehenes Kraftfahrzeug beschleunigt. Denn die gefälschten GNSS-Signale werden wie weiter oben beschrieben etwa alle aus derselben Richtung unter Einfluss der Bewegungsänderungsinformation des GNSS- Empfängers empfangen und der Spoofer simuliert die Bewegungsänderung des GNSS-Empfängers normalerweise nicht. Demgegenüber ändern sich die Doppelfrequenzen der authentischen GNSS-Signale aufgrund ihrer verschiedenen Eintrittswinkel unterschiedlich.
Es ist bevorzugt, wenn in Schritt b) die Frequenzdifferenz und in Schritt c) die Änderungsrate der Frequenzdifferenz unter Verwendung eines auf künstlicher Intelligenz basierenden Algorithmus ermittelt werden. Es ist vorteilhaft, wenn die Ermittlung der Frequenzdifferenz nach der Position der Satelliten und des GNSS- Empfängers durch Maschinelles Lernen erfolgt, weil das maschinelle Lernen bei der Ermittlung der Frequenzdifferenz eine ausgezeichnete Genauigkeit und ein ständiges automatisches Verbesserungspotential hat. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Ermittlung der Änderungsrate der Dopplerfrequenz mittels der Bewegungsänderungsinformation des GNSS-Empfängers durch maschinelles Lernen erfolgt. Dabei können typische Dopplerbeeinflussungen durch die Bewegungsänderungen des GNSS-Empfängers erlernt werden, somit kann eine als atypisch detektierte Doppler- Reaktion bei Bewegungsänderung des GNSS-Empfängers entsprechend auf ein gefälschtes GNSS-Signal hinweisen.
Es ist bevorzugt, wenn in Schritt b) die Frequenzdifferenz unter Berücksichtigung des Uhrfehlers des GNSS-Empfängers und/oder der Bewegung von mindestens einem GNSS-Satelliten erfasst wird.
Das Positionieren und Navigieren basiert zusätzlich auf der Zeitsynchronisation zwischen einem GNSS-Satelliten und einem GNSS-Empfänger, indem die Distanz zwischen dem GNSS-Satelliten und den GNSS Empfänger durch die Laufzeit der GNSS-Signalübertragung bestimmt wird. Allerdings verwendet ein GNSS-Empfänger meistens eine Quarzuhr, deren Uhrfehler signifikant größer als der Uhrfehler einer Atomuhr in dem GNSS-Satelliten ist, was zu einer Abweichung zur Erfassung der erwarteten Dopplerfrequenz des empfangenen GNSS-Signals führen kann. Diese Abweichung wird als eine Störgröße berücksichtigt. Darüber hinaus muss die Charakteristik des Empfänger- Uhrenfehlers hinreichend genau bekannt und erfassbar sein, damit das hier beschriebene Detektionsverfahren aus derzeitiger Sicht robust funktionieren kann. Andernfalls ist die hier zur Spoofing- Detektion genutzte mittlere Doppleränderungsrate ggf. nicht von einem Drift der Empfängeruhr unterscheidbar. Außerdem können die zusätzlichen Abweichungen der GNSS-Satellitenbahn und der GNSS-Satellitenuhr die Genauigkeit zur Erfassung der erwarteten Dopplerfrequenz bewirken. Es ist bevorzugt, wenn die präzisen Ephemeriden bzw. Uhrkorrektionen beispielsweise vom International GNSS Service (IGS) heruntergeladen und in einer Datenbank gespeichert werden können. Diese werden insbesondere zur Korrektur von Satellitenuhr und Orbit angewendet.
Hier können beispielsweise die empfangenen GNSS-Signale mit den Methoden der künstlichen Intelligenz verarbeitet werden, z.B. mittels eines Neuronalen Netzes (Abk: NN). Im NN können die erwarteten Dopplerfrequenzen mittels der in einer Datenbank gespeicherten GNSS-Informationen wie z. B. die präzisen Ephemeriden bzw. Uhrkorrektionen und unter Berücksichtigung der Bewegungsinformation des GNSS-Empfängers ermittelt und/oder verarbeitet werden. Dabei kann die Bewegungsinformation auch mittels einer inertialen Messeinheit (IMU) erfasst werden. Neben den präzisen Ephemeriden ist es auch denkbar, die Broadcast- Ephemeriden der GNSS anzuwenden.
Es ist bevorzugt, wenn in Schritt c) die Änderungsrate der Frequenzdifferenz basierend auf einer beschleunigten und/oder auf einer richtungsändernden Bewegung des GNSS-Empfängers erfasst wird.
Es ist insbesondere bevorzugt, wenn in Schritt c) die Änderungsrate der Frequenzdifferenz zu einem Zeitpunkt erfasst und/oder über ein Zeitintervall gemittelt erfasst wird.
Es ist außerdem bevorzugt, wenn der Zeitpunkt einem Zeitpunkt vor oder nach der Bewegungsänderung des GNSS-Empfängers und/oder das Zeitintervall der Dauer der Bewegungsänderung des GNSS-Empfängers entspricht.
Hierbei können die Änderungsrate der Frequenzdifferenz beispielsweise vor und nach einer Beschleunigung des GNSS-Empfängers erfasst werden. Die Änderungsrate der Frequenzdifferenz kann beispielsweise auch bei einer Beschleunigung des GNSS-Empfängers erfasst werden. Sind die Dopplerfrequenzen der empfangenen GNSS-Signale nach dem Abzug von Störgrößen wie z. B. des Uhrfehlers und der Bewegung der GNSS-Satelliten sowie der Abweichung der GNSS-Satellitenbahnen im Ergebnis etwa gleich groß (inkl. gleiches Vorzeichen), so handelt es sich vermutlich um ein GNSS-Spoofing.
Die Realisierung kann erfolgen z.B. mittels Logging von:
- Dopplerfrequenz der jeweiligen empfangenen GNSS-Signale, und
- Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des GNSS- Empfängers
Die geloggten Werte können zeitnah ausgewertet werden. Z. B. werden in den geloggten Daten Werte vor und nach Beschleunigungsvorgängen gesucht bzw. selektiert und für die getrackten Signale jeweils die Differenz des Dopplers vor und nach dem Beschleunigungsvorgang gebildet.
Die Änderungsrate der Frequenzdifferenz kann darüber hinaus vor und nach einer richtungsändernden Bewegung des GNSS-Empfängers erfasst werden. Die Vorgehensweise ist analog zu der oben beschriebenen Vorgehensweise vor und nach der Beschleunigung. Hierbei können beispielsweise eine relative und/oder eine absolute Bewegungsrichtung geloggt werden, wobei die relative Bewegungsrichtung durch beispielsweise ein Gyroskop oder eine Lenkradwinkel- Sensorik und die absolute Bewegungsrichtung durch einen Kompass erfasst wird. Die Änderung der Bewegungsrichtung wird bevorzugt betrachtet, wenn ein Änderungswinkel über 90° beträgt und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit des GNSS-Empfängers über 10m/s beträgt.
Um die Genauigkeit weiter zu steigern, können die oben beschriebenen Abweichungen vor oder nach oder während der Bewegungsänderung des GNSS-Empfängers berücksichtigt werden (z.B. Doppler-Drift durch Änderung der Satellitenposition in Bezug auf Empfängerposition bei nicht-Änderung des Empfänger-Bewegungszustands und/oder durch Uhrfehler). Hierbei können die Abweichungen aus den geloggten dopplerrelevanten Werten an den zugehörigen relevanten Zeitpunkten subtrahiert werden.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Dopplerfrequenz während der beschleunigten und/oder der richtungsändernden Bewegung des GNSS- Empfängers zeitlich gemittelt erfasst wird. Somit kann das Rauschen in den Messungen reduziert werden. Es ist bevorzugt, wenn Schritt a) bis Schritt c) mehrfach vor Schritt d) zumindest teilweise parallel oder nacheinander wiederholt durchgeführt werden, und wobei in Schritt a) GNSS-Signale von mindestens zwei GNSS-Satelliten empfangen werden.
Jedes globale Navigationssatellitensystem verfügt über eine Vielzahl von Satelliten (z. B. Galileo mit 28 Satelliten, GPS mit 24 Satelliten), die gleichmäßig am Himmel bzw. am Orbit verteilt sind und sich nach einem vorbestimmtem Bewegungsmuster bewegen. Wenn das Lokalisierungssystem gleichzeitig vier GNSS-Signale aus demselben GNSS empfängt, kann eine direkte Positionierung ohne weiteres Hilfsmittel erfolgen. Darüber hinaus umfasst das heutige Lokalisierungssystem eine Vielzahl von GNSS-Empfängern, die jeweils weiterhin mindesten einen, z. B. zwei oder drei GNSS-Signalübertragungskanäle umfassen. Somit ist das heutige Lokalisierungssystem fähig, GNSS-Signale auch (gleichzeitig) aus unterschiedlichen GNSS zu empfangen und zu verarbeiten.
Es ist daher vorteilhaft, wenn die Dopplerfrequenzen der GNSS-Signale von verschiedenen GNSS-Signalen durch wiederholte Durchführungen von Schritt a) bis Schritt c) ermittelt werden. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn Schritt a) bis Schritt c) zeitgleich durchgeführt werden, wenn die GNSS-Signale aus demselben GNSS empfangen werden. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn Schritt a) bis Schritt c) nacheinander durchgeführt werden, wenn die GNSS-Signale aus unterschiedlichen GNSS empfangen werden.
Es ist bevorzugt, wenn in Schritt d) das GNSS-Spoofing basierend auf einer gemittelten Änderungsrate und/oder auf einer Varianz detektiert wird.
Es ist Insbesondere bevorzugt, wenn in Schritt d) ein GNSS-Spoofing detektiert wird, wenn die gemittelte Änderungsrate einen vorbestimmbaren ersten Referenzwert überschreitet.
Es ist außerdem bevorzugt, wenn in Schritt d) ein GNSS-Spoofing detektiert wird, wenn die Varianz einen vorbestimmbaren zweiten Referenzwert nicht überschreitet.
Wie weiter oben beschrieben, kommen die authentischen GNSS-Signale aus unterschiedlichen Himmelrichtungen, sodass die Änderungsraten der Dopplerfrequenzen der authentischen GNSS-Signale bei der Mittelung gegenseitig ausgeglichen werden können, und sodass die gemittelte Änderungsrate der Dopplerfrequenzen der authentischen GNSS-Signale einen sehr kleinen Wert gegen Null aufweist.
Demgegenüber kommen die gefälschten GNSS-Signale aus gleicher Richtung, sodass sich die Änderungsraten der Dopplerfrequenzen der gefälschten GNSS- Signale gleichartig verhalten und bei der Mittelung nicht gegenseitig ausgeglichen werden können, und sodass die gemittelte Änderungsrate der Dopplerfrequenzen der gefälschten GNSS-Signale einen relativ großen Wert aufweist, welcher signifikant größer als Null ist.
Es ist vorteilhaft, wenn ein erster Referenzwert als Schwellenwert vorab bestimmt wird. Wenn die gemittelte Änderungsrate den ersten Referenzwert überschreitet, zeigt diese Überschreitung ein GNSS-Spoofing auf. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der erste Referenzwert in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsänderung des GNSS-Empfängers vor und nach ihrer Beschleunigung bestimmt wird.
Analog zu der gemittelten Änderungsrate kann ein GNSS-Spoofing hierbei auch durch die Bestimmung der Varianz detektiert werden. Dabei entspricht die Varianz der mittleren quadratischen Abweichung der Änderungsraten der Dopplerfrequenzen der GNSS-Signale von ihrer gemittelten Änderungsrate. Wenn die Varianz einen sehr kleinen Wert, z. B. gegen Null aufweist, bedeutet dies, dass die GNSS-Signale aus gleicher Richtung kommen und ein GNSS- Spoofing somit detektiert wird. Das bedeutet, dass ein mögliches GNSS- Spoofing detektiert wird, wenn die Varianz beispielsweise bei der Beschleunigung des GNSS-Empfängers nicht zunimmt und den Schwellenwert nicht überschreitet.
Es ist vorteilhaft, wenn ein zweiter Referenzwert als Schwellenwert vorab bestimmt wird. Wenn die Varianz den zweiten Referenzwert nicht überschreitet, zeigt es ein GNSS-Spoofing. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der zweite Referenzwert in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsänderung des GNSS- Empfängers vor und nach ihrer Beschleunigung bestimmt wird. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn in Schritt d) ein GNSS-Spoofing detektiert wird, wenn der Quotient der gemittelten Änderungsrate zu der Varianz einen dritten vorbestimmbaren Referenzwert überschreitet.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann darüber hinaus die ungefähre Position des Spoofers verfolgt werden. Dabei lässt sich die Position des Spoofers mittels Crowd-Sourcing in Form von entsprechend zusammengeführten Daten in einem Server-System oder durch eine Kraftfahrzeug- Kooperation und unter Zuhilfenahme der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs (z.B. aus Kompass und Längs-Beschleunigung) eingrenzen. Wird bei Bewegungsänderung des GNSS- Empfängers eine signifikante gleichartige Änderung der Dopplerfrequenz für mehrere empfangenen GNSS-Signalen aus verschiedenen Satelliten erkannt, so lässt sich die Empfangsrichtung des gefälschten GNSS-Signals aus der Beschleunigungsrichtung des GNSS-Empfängers und dem Vorzeichen der Dopplerfrequenz bestimmen. Wird die Auswirkung auf die Dopplerfrequenz- Änderung an verschiedenen Positionen gemessen, lässt sich damit die Position des Spoofers eingrenzen.
Es ist bevorzugt, wenn ein Computerprogramm zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens angewandt wird. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm(-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programmes durch einen Computer diesen veranlassen, ein hier beschriebenes Verfahren auszuführen.
Es ist insbesondere bevorzugt, wenn ein maschinenlesbares Speichermedium angewandt wird, auf dem das hier vorgeschlagene Computerprogramm gespeichert ist. Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger.
Es ist außerdem bevorzugt, wenn das Lokalisierungssystem für ein Fahrzeug, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.
Die hier vorgestellte Verfahren sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Es zeigt schematisch:
Fig. 1 einen Ablauf eines hier vorgestellten Verfahrens zum Detektieren von GNSS-Spoofing in einem GNSS-Empfänger eines Lokalisierungssystems bei einem regulären Betriebsablauf. Fig.l zeigt schematisch einen Ablauf eines hier vorgestellten Verfahrens zum Detektieren von GNSS-Spoofing in einem GNSS-Empfänger eines Lokalisierungssystems bei einem regulären Betriebsablauf. Die dargestellte Reihenfolge der Verfahrensschritte a), b), c), d) und e) mit den Blöcken 110, 120,
130, 140 und 150 ist lediglich beispielhaft. Im Block 110 erfolgt ein Empfangen eines GNSS-Signals durch die Antenne. Im Block 120 erfolgt ein Erfassen der Frequenzdifferenz zwischen der Frequenz des von einem GNSS-Satelliten ausgesendeten GNSS-Signals und der Frequenz des von der Antenne empfangenen GNSS-Signals. Im Block 130 erfolgt ein Ermitteln der
Änderungsrate der Frequenzdifferenz unter Verwendung einer Bewegungsänderungsinformation des GNSS-Empfängers. Im Block 140 erfolgt ein Prüfen, ob die ermittelte Änderungsrate einer für einen Satellitensignalempfang charakteristischen Änderungsrate entspricht. Im Block 150 erfolgt ein Detektieren von GNSS-Spoofing, wenn die die ermittelte
Änderungsrate nicht zu einem Satellitensignalempfang passt.
Insbesondere können die Verfahrensschritte a) bis c) zum Ermitteln der Änderungsrate der Frequenzdifferenz von mehreren verschiedenen GNSS- Signalen zumindest mehrfach, teilweise parallel oder zeitgleich ablaufen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Detektieren von GNSS-Spoofing mittels eines GNSS- Empfängers eines Lokalisierungssystems, wobei der GNSS- Empfänger eine Antenne zum Empfang von GNSS-Signalen umfasst, und wobei die GNSS- Signale von mindestens einem GNSS-Satelliten ausgesendet und jeweils um eine Frequenzdifferenz verschoben von dem GNSS-Empfänger empfangen werden, umfassend folgende Schritte: a) Empfangen eines GNSS-Signals durch die Antenne, b) Erfassen der Frequenzdifferenz zwischen der Frequenz des von einem GNSS-Satelliten ausgesendeten GNSS-Signals und der Frequenz des von der Antenne empfangenen GNSS-Signals, c) Ermitteln der Änderungsrate der Frequenzdifferenz unter Verwendung einer Bewegungsänderungsinformation des GNSS-Empfängers, d) Prüfen, ob die ermittelte Änderungsrate einer für einen Satellitensignalempfang charakteristischen Änderungsrate entspricht, und e) Detektieren von GNSS-Spoofing, wenn die ermittelte Änderungsrate nicht zu einem Satellitensignalempfang passt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Schritt der Schritt b) bis Schritt e) unter Verwendung eines auf künstlicher Intelligenz basierenden Algorithmus ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Schritt b) die Frequenzdifferenz unter Berücksichtigung des Uhrfehlers des GNSS-Empfängers und/oder der Bewegung des mindestens einen GNSS-Satelliten erfasst wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt c) die Änderungsrate der Frequenzdifferenz basierend auf einer beschleunigten und/oder auf einer richtungsändernden Bewegung des GNSS-Empfängers erfasst wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt c) die Änderungsrate der Frequenzdifferenz zu einem Zeitpunkt erfasst und/oder über ein Zeitintervall gemittelt erfasst wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Zeitpunkt einem Zeitpunkt vor oder nach der Bewegungsänderung des GNSS-Empfängers und/oder das Zeitintervall der Dauer der Bewegungsänderung des GNSS-Empfängers entspricht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt a) bis Schritt c) mehrfach vor Schritt d) zumindest teilweise parallel oder nacheinander wiederholt durchgeführt werden, und wobei in Schritt a) GNSS- Signale von mindestens zwei GNSS-Satelliten empfangen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei in Schritt d) das GNSS-Spoofing basierend auf einer gemittelten Änderungsrate und/oder auf einer Varianz detektiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei in Schritt d) ein GNSS-Spoofing detektiert wird, wenn die gemittelte Änderungsrate einen vorbestimmbaren ersten Referenzwert überschreitet.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei in Schritt d) ein GNSS-Spoofing detektiert wird, wenn die Varianz einen vorbestimmbaren zweiten Referenzwert nicht überschreitet.
11. Verfahren nach einer der Ansprüche 8 bis 10, wobei in Schritt d) ein GNSS- Spoofing detektiert wird, wenn der Quotient der gemittelten Änderungsrate zu der Varianz einen dritten vorbestimmbaren Referenzwert überschreitet.
12. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
14. Lokalisierungssystem für ein Fahrzeug, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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