JP6691096B2

JP6691096B2 - 欺瞞信号検出システム及び欺瞞信号検出方法

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Publication number: JP6691096B2
Application number: JP2017236559A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　豊; 豊佐々木; 晃敏阪口; 山根　章弘; 章弘山根; 俊之奈良橋; 陽一小野村; 久美子金田一
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2037-12-11
Also published as: US11215714B2; US20190179033A1; JP2019105465A

Description

本発明の実施形態は、欺瞞信号検出システム、欺瞞信号検出方法、欺瞞信号検出プログラム、ナビゲーションシステム及びナビゲーション方法に関する。

従来、航空機等の移動体を目的地まで導くための代表的なシステムとしてアメリカ合衆国が運用する全地球測位網（ＧＰＳ：ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を利用したナビゲーションシステム（航法装置）が知られている。ＧＰＳを利用したナビゲーションシステムは、複数のＧＰＳ衛星からの電波をＧＰＳ受信機で受信することによって、ＧＰＳ受信機が搭載されている移動体の空間位置を検出するシステムである。尚、ＧＰＳ衛星の正式名称は、ＮＡＶＳＴＡＲ（ＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅｗｉｔｈＴｉｍｅａｎｄＲａｎｇｉｎｇ）である。

ＧＰＳ衛星は、約２０，０００ｋｍの高度で飛行しているため、ＧＰＳ信号の強度は他のデータリンク用の電波信号の強度に比べて弱い。このため、ＧＰＳ衛星に障害が発生した場合はもちろん、太陽フレアによって電離圏に電磁的な擾乱が生じた場合や妨害電波（ジャマー）が送信された場合には、ＧＰＳ信号の受信が困難となる恐れがある。実際にＧＰＳ信号を装った欺瞞信号による電波妨害（ジャミング）も報告されている。これに対して、ＧＰＳ信号を利用したナビゲーションにおいて、妨害を防止するシステムが提案されている（例えば特許文献１参照）。

ＧＰＳ等の人工衛星を利用した全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）としては、他にロシアのＧＬＯＮＡＳＳ（ＧＬＯｂａｌ’ｎａｙａＮＡｖｉｇａｔｓｉｏｎｎａｙａＳｐｕｔｎｉｋｏｖａｙａＳｉｓｔｅｍａ）や欧州連合が計画しているＧａｌｉｌｅｏが挙げられる。尚、特定の地域を対象とする航法衛星システム（ＮＳＳ：ＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）は、地域航法衛星システム（ＲＮＳＳ：ＲｅｇｉｏｎａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎａｌＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）と呼ばれる。

現在では、航空機等の移動体のナビゲーションシステムの多くは、ＧＰＳに依存している。そこで、ＧＰＳを利用したナビゲーションシステムに依存しないナビゲーションシステムの開発が検討されている。

具体例として、ドイツ航空宇宙センター（ＤＬＲ：ＤｅｕｔｓｃｈｅｓＺｅｎｔｒｕｍｆｕｅｒＬｕｆｔ− ｕｎｄＲａｕｍｆａｈｒｔ）によって、ＬＤＡＣＳ（Ｌ−ｂａｎｄＤｉｇｉｔａｌＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ．ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｙｓｔｅｍ）を利用したＬＤＡＣＳ−ＮＡＶと呼ばれるナビゲーションシステムが提案されている。

ＬＤＡＣＳは、地上に設置した基地局から無線で送信される電波信号を利用した高速データリンクシステムであり、ＬＤＡＣＳ−ＮＡＶは、地上に設置した基地局から無線で送信されるナビゲーション信号（航法信号）を航空機等の移動体で受信し、受信した航法信号に基づいて移動体の緯度、経度及び高度を含む空間位置を特定するナビゲーションシステムである。

ＬＤＡＣＳでは、ＧＰＳ信号の周波数帯域と異なる周波数帯域を有する電波信号が使用される。このため、ＬＤＡＣＳ−ＮＡＶは、ＧＰＳ衛星に障害が生じた場合や太陽フレアによって電離圏に電磁的な擾乱が生じた場合のみならず、ＧＰＳ欺瞞信号が発信された場合等における、ＧＰＳを利用したナビゲーションシステムの代替システムとして期待されている。

また、ＬＤＡＣＳ−ＮＡＶの他、距離測定装置（ＤＭＥ：ｄｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）を利用したナビゲーションシステムやシュードライト（ＰＬ：Ｐｓｕｅｄｏｌｉｔｅ）を利用したナビゲーションシステム等が提案されている。

ＤＭＥは、航空機からの要請に応答して電波信号を送信する双方向通信を行う装置であり、地上に設置される。ＤＭＥから送信される電波信号が航空機に到達するまでの時間を計測すれば、航空機と地上に設置されたＤＭＥとの間における距離を測定することができる。従って、複数のＤＭＥから送信される電波信号に基づいて、航空機の空間位置を特定することができる。

一方、ＰＬは、ＧＰＳ信号に類似するＰＬ信号を電波信号として無線で発信する装置であり、地上に設置される。このため、複数のＰＬから発信されるＰＬ信号に基づいて、航空機の空間位置を特定することができる。

特表２００６−５１３０８４号公報

上述したようにＧＰＳ信号を利用したナビゲーションシステムの様々な代替システムが提案されているが、ＧＰＳ信号等のナビゲーション信号が欺瞞信号であるか否かを検出する技術については知られていない。このため、ＧＰＳ信号等のナビゲーション信号が航空機等の移動体で受信できない場合には代替システムによるナビゲーションが可能であるが、十分な強度を有する偽のナビゲーション信号が発信された場合には、航空機等の適正なナビゲーションを行うことができない。実際に、管制データリンクを阻害した状態でＧＰＳ信号の欺瞞信号が発信され、航空機の飛行位置がコントロールされた事例も発生している。

そこで、本発明は、ＧＳＰ信号等のナビゲーション信号を装った偽の信号を検出できるようにすることを目的とする。

本発明の実施形態に係る欺瞞信号検出システムは、それぞれ信号の発信位置と発信時刻を表す４つ以上の複数のナビゲーション信号を受信するための第１のアンテナと、前記複数のナビゲーション信号を受信するための第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナで受信された４つ以上の複数の電波信号であって、それぞれ信号の発信位置と発信時刻を表す前記複数の電波信号が、前記複数のナビゲーション信号であるのか欺瞞信号であるのかを、前記複数の電波信号に基づいて判定し、前記複数の電波信号に基づいて算出される前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における相対位置が、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における実際の相対位置から閾値を超えて乖離している場合には前記複数の電波信号が前記欺瞞信号であると判定する信号処理系とを有するものである。

また、本発明の実施形態に係るナビゲーションシステムは、上述した欺瞞信号検出システムを備え、前記信号処理系は、前記複数のナビゲーション信号に基づいて前記移動体の位置を検出するように構成されるものである。

また、本発明の実施形態に係る欺瞞信号検出方法は、それぞれ信号の発信位置と発信時刻を表す４つ以上の複数の電波信号を第１のアンテナで受信するステップと、前記複数の電波信号を第２のアンテナで受信するステップと、前記第１のアンテナで受信された前記複数の電波信号及び前記第２のアンテナで受信された前記複数の電波信号に基づいて、前記複数の電波信号がナビゲーション信号であるのか欺瞞信号であるのかを判定し、前記複数の電波信号に基づいて算出される前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における相対位置が、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における実際の相対位置から閾値を超えて乖離している場合には前記複数の電波信号が前記欺瞞信号であると判定するステップとを有するものである。

また、本発明の実施形態に係る欺瞞信号検出プログラムは、コンピュータに、それぞれ信号の発信位置と発信時刻を表す４つ以上の複数の電波信号であって、第１のアンテナで受信された前記複数の電波信号を取得するステップ、第２のアンテナで受信された前記複数の電波信号を取得するステップ、及び前記第１のアンテナで受信された前記複数の電波信号及び前記第２のアンテナで受信された前記複数の電波信号に基づいて、前記複数の電波信号がナビゲーション信号であるのか欺瞞信号であるのかを判定し、前記複数の電波信号に基づいて算出される前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における相対位置が、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における実際の相対位置から閾値を超えて乖離している場合には前記複数の電波信号が前記欺瞞信号であると判定するステップ、を実行させるものである。

また、本発明の実施形態に係るナビゲーション方法は、それぞれ信号の発信位置と発信時刻を表す４つ以上の複数の電波信号を移動体に設けられた第１のアンテナで受信するステップと、前記複数の電波信号を前記移動体に設けられた第２のアンテナで受信するステップと、前記第１のアンテナで受信された前記複数の電波信号及び前記第２のアンテナで受信された前記複数の電波信号に基づいて、前記複数の電波信号がナビゲーション信号であるのか欺瞞信号であるのかを判定し、前記複数の電波信号に基づいて算出される前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における相対位置が、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における実際の相対位置から閾値を超えて乖離している場合には前記複数の電波信号が前記欺瞞信号であると判定するステップと、前記ナビゲーション信号であると判定された前記複数の電波信号に基づいて前記移動体の位置を検出するステップとを有するものである。

本発明の第１の実施形態に係る欺瞞信号検出システムを備えたナビゲーションシステムの構成図。図１に示すナビゲーションシステムの詳細構成図。図１に示す欺瞞信号検出システムを内蔵したナビゲーションシステムによる電波信号が正規のＧＰＳ信号であるか欺瞞信号であるかの判定を含む航空機のナビゲーションの流れを示すフローチャート。本発明の第２の実施形態に係る欺瞞信号検出システムの構成図。

本発明の実施形態に係る欺瞞信号検出システム、欺瞞信号検出方法、欺瞞信号検出プログラム、ナビゲーションシステム及びナビゲーション方法について添付図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
（ナビゲーションシステム及び欺瞞信号検出システムの構成及び機能）
図１は本発明の第１の実施形態に係る欺瞞信号検出システムを備えたナビゲーションシステムの構成図であり、図２は図１に示すナビゲーションシステムの詳細構成図である。

ナビゲーションシステム１は、電波信号として発信されたナビゲーション信号を受信し、受信したナビゲーション信号に基づいて移動体をナビゲートするシステムである。このため、ナビゲーションシステム１は、移動体に搭載される。

ナビゲーションシステム１には、受信した電波信号がナビゲーション信号を装った欺瞞信号であるか否かを検出する欺瞞信号検出システム２が内蔵される。ナビゲーションシステム１で受信された電波信号が欺瞞信号である場合も含めてナビゲーション信号と呼ぶことにすれば、欺瞞信号検出システム２は、ナビゲーションシステム１で受信されたナビゲーション信号が欺瞞信号であるか否かを判定するシステムである。以降では、ナビゲーションシステム１で受信された電波信号が欺瞞信号である場合も含めてナビゲーション信号と称して説明する。

移動体の例としては、図示されるように無人機及び有人機の航空機３が挙げられる。航空機３は、固定翼機及び回転翼機のいずれであっても良い。移動体の他の例としては、ミサイル、ロケット、人工衛星等の宇宙機、船舶或いは自動車等が挙げられる。以降では、ナビゲーションシステム１によるナビゲートの対象となる移動体が航空機３である場合を例に説明する。

航空機３のナビゲートに利用されるナビゲーション信号としては、ＧＰＳ信号が代表的であるが他のナビゲーション信号を利用しても良い。具体例として、ＧＬＯＮＡＳＳ信号やＧａｌｉｌｅｏ信号等のＧＮＳＳ信号の他、ＰＬ信号やＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号が挙げられる。また、航空機３のナビゲートに利用される主たるナビゲーション信号が欺瞞信号検出システム２によって欺瞞信号であると判定された場合に備えて、代替ナビゲーション信号でも航空機３をナビゲートできるようにしても良い。

以降では、ＧＰＳ衛星４から発信されるＧＰＳ信号を主たるナビゲーション信号として利用し、ＧＰＳ信号を装った偽の電波信号が欺瞞信号検出システム２において検出された場合には、従たるナビゲーション信号としてＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号を利用できるようにしたナビゲーションシステム１を例に説明する。

ナビゲーションシステム１及び欺瞞信号検出システム２は、第１のアンテナ５、第２のアンテナ６、慣性計測装置（ＩＭＵ：ｉｎｅｒｔｉａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｕｎｉｔ）７、信号処理系８及びディスプレイ９で構成することができる。尚、図２に示す例では、ディスプレイ９が航空機３に設けられているが、航空機３が遠隔操縦される無人機である場合には航空機３の遠隔操縦用のコントローラにディスプレイ９を設けてもよい。また、ナビゲーションシステム１によるナビゲートの対象となる移動体が航空機３では無い場合にはＩＭＵ７を省略しても良い。

第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６は、異なる位置にある数十基の複数のＧＰＳ衛星４からそれぞれ電波信号として発信されたＧＰＳ信号を受信するためのアンテナである。第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６は、ＧＰＳ信号の受信時差を検出できるように十分に離れた間隔で航空機３の異なる位置に配置される。

各ＧＰＳ衛星４から発信されるＧＰＳ信号には、緯度、経度及び高度で表わされるＧＰＳ衛星４の空間位置、すなわちＧＰＳ信号の発信位置と、ＧＰＳ信号の発信時刻が含められる。航空機３の空間位置を特定するためには、少なくとも４つのＧＰＳ衛星４から発信されたＧＰＳ信号を第１のアンテナ５で受信することが必要となる。従って、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６では、４つ以上の複数のＧＰＳ信号の発信位置と各位置からの信号の発信時刻を表すＧＰＳ信号が順次受信されることになる。

ＩＭＵ７はジャイロや角速度計等の航空機３の３方向の角速度と加速度を検出するセンサであり、航空機３の姿勢等が計測可能である。

信号処理系８はＡ／Ｄ変換器（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を含む電気回路で構成することができる。信号処理系８のうちＡ／Ｄ変換後におけるデジタル情報を処理する部分については、プログラムを読込ませたコンピュータ等の電子回路で構成することができる。

具体的には、航空機３のナビゲーションプログラムをコンピュータに読込ませることによって、航空機３の位置検出機能を備えた信号処理系８を構成することができる。また、欺瞞信号検出プログラムをコンピュータに読込ませることによって、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で受信された電波信号が正規のＧＰＳ信号であるのか或いはＧＰＳ信号を装った欺瞞信号であるのかを判定する欺瞞信号検出機能を信号処理系８に設けることができる。

すなわち、信号処理系８は、位置検出ユニット１０及び欺瞞信号検出ユニット１１としての機能を有する。信号処理系８の位置検出ユニット１０は、第１のアンテナ５及びＩＭＵ７とともに、ＧＰＳ信号又はＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号を利用して航空機３の位置の検出精度を向上させた慣性航法装置（ＩＮＳ：ｉｎｅｒｔｉａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ）１２を構成する。他方、信号処理系８の欺瞞信号検出ユニット１１は、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６とともに、欺瞞信号検出システム２を構成する。

ＩＮＳ１２は、ＩＭＵ７によって検出される航空機３の３方向の角速度と加速度に基づいて航空機３の姿勢、位置及び速度を算出し、第１のアンテナ５で受信されたＧＰＳ信号又はＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号に基づいて航空機３の位置をオフセット補正するシステムである。すなわち、位置検出ユニット１０は、ＩＭＵ７から取得した航空機３の角速度と加速度に基づいて航空機３の姿勢、位置及び速度を算出する機能、第１のアンテナ５で受信されたＧＰＳ信号又はＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号に基づいて航空機３の位置を算出する機能及びＩＭＵ７を用いて算出された航空機３の位置をＧＰＳ信号又はＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号に基づいて算出された航空機３の位置で補正する機能を有する。

ＧＰＳ信号に基づく航空機３の位置の算出は、異なる軌道上の位置にある少なくとも４つの複数のＧＰＳ衛星４から発信されたＧＰＳ信号に基づいて行うことができる。具体的には、ＧＰＳ信号に基づいて特定される複数のＧＰＳ衛星４の位置情報と、各ＧＰＳ信号の発信時刻から第１のアンテナ５による受信時刻までのＧＰＳ衛星４間における時間差に基づいて、第１のアンテナ５で受信されたＧＰＳ信号の受信時刻における航空機３の空間位置を検出することができる。

そして、ＧＰＳ信号に基づいて検出した航空機３の空間位置に基づいて、ＩＭＵ７で算出された航空機３の位置を補正することによって航空機３の位置を高精度に求めることができる。その結果、十分な精度で航空機３をナビゲートすることができる。

例えば、航空機３が自動操縦中の無人機又は有人機である場合には、ＩＮＳ１２の位置検出ユニット１０から航空機３の操縦システム１３に、ＧＰＳ信号に基づいて検出及び補正された高精度な航空機３の位置情報を出力することができる。これにより、操縦システム１３は、予め定められた航空機３の巡航経路に沿って航空機３が巡航するように、航空機３を自動制御することができる。

一方、航空機３が操縦者によって遠隔操縦されている無人機である場合やパイロットによって操縦されている有人機である場合には、ＧＰＳ信号に基づいて検出及び補正された高精度な航空機３の位置情報をディスプレイ９に出力することができる。これにより、航空機３の操縦者は、ディスプレイ９に表示された航空機３の位置情報を参照しながら航空機３を操縦することができる。

しかしながら、ＧＰＳ信号を装った欺瞞信号が地上又は海上の欺瞞信号発信装置１４から発信されると、欺瞞信号に基づく位置をＩＮＳ１２が算出するため、航空機３の位置を正確に検出することが困難となる。ＧＰＳ信号の欺瞞信号は、あたかも複数のＧＰＳ衛星４から発信された複数のＧＰＳ信号であるかのように、ＧＰＳ信号を模擬した複数の電波信号を予め定めた時差を伴って重ね合せた信号として生成することができる。このため、欺瞞信号に重畳される複数の信号成分間の時差を調整することによって、航空機３のＩＮＳ１２に不正な航空機３の位置を検出させることができる。

しかも、欺瞞信号は欺瞞信号発信装置１４から正規のＧＰＳ信号の強度よりも強い強度で容易に発信することができる。また、ＧＰＳ信号の強度は小さいため、ジャミングによって容易に受信できないようにすることもできる。このため、ＧＰＳ信号の欺瞞信号が発信されると、ＩＮＳ１２では欺瞞信号に基づいて航空機３の位置検出が実行されてしまうことになる。

そこで、欺瞞信号検出システム２でＧＰＳ信号が欺瞞信号であるか否かを判定し、ＧＰＳ信号が欺瞞信号であると判定された場合には、ＩＮＳ１２の位置検出ユニット１０がＧＰＳ信号に基づく航空機３の位置の検出を停止するように構成することができる。その場合、ＧＰＳ信号を利用せずに、ＩＮＳ１２に備えられるＩＭＵ７で算出された航空機３の位置に基づいて航空機３を操縦することができる。すなわち、ＩＮＳ１２に備えられるＩＭＵ７で算出された航空機３の位置を補正せずに、そのまま航空機３のナビゲート用に用いることができる。

或いは、ＧＰＳ信号が欺瞞信号であると判定された場合には、ＧＰＳ信号の通信プロトコルと異なる通信プロトコルに則した代表的なナビゲーション信号であるＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号に基づく航空機３の位置の検出をＩＮＳ１２の位置検出ユニット１０が実行するようにしても良い。つまり、ＩＭＵ７で算出された航空機３の位置を補正するためのナビゲーション信号を、ＧＰＳ信号から周波数等が異なるＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号に切換えることができる。

これにより、ＧＰＳ信号の欺瞞信号が第１のアンテナ５で受信された場合であっても航空機３の誤誘導を回避することができる。特に、ＧＰＳ信号の代替信号としてＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号を用いれば、航空機３の位置の検出精度を維持することができる。

ＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号に基づく航空機３の位置の算出は、地上又は海上の異なる位置に設置された少なくとも４つの複数の信号発信装置１５から発信されたＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号に基づいて行うことができる。具体的には、ＧＰＳ信号に基づく航空機３の位置の算出と同様に、ＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号から特定される複数の信号発信装置１５の位置情報と、各ＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号の発信時刻から第１のアンテナ５による受信時刻までの信号発信装置１５間における時間差に基づいて、第１のアンテナ５で受信されたＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号の受信時刻における航空機３の空間位置を検出することができる。

尚、海上に配置されるＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号の信号発信装置１５は、日本国特願２０１７−２２４０７２の出願書類に記載されているように、アンカーブイで海底に係留することもできる。その場合には、信号発信装置１５の位置が変化するため、海底に３つ以上の複数のトランスポンダを固定し、各トランスポンダと信号発信装置１５との間における通信によってＧＰＳ信号を利用せずに信号発信装置１５の位置を検出する機能を信号発信装置１５に設けることができる。

他方、欺瞞信号検出システム２を構成する欺瞞信号検出ユニット１１は、第１のアンテナ５で受信された複数のＧＰＳ信号及び第２のアンテナ６で受信された複数のＧＰＳ信号に基づいて、複数のＧＰＳ信号が欺瞞信号を構成する複数の信号成分であるか否かを検出する機能を有する。すなわち、欺瞞信号検出ユニット１１は、欺瞞信号を構成する複数の信号成分である可能性がある複数のＧＰＳ信号の検証機能を有する。

上述したように、航空機３の空間位置の検出に必要となる複数の正規のＧＰＳ信号は異なる位置にある複数のＧＰＳ衛星４から発信されるのに対して、複数のＧＰＳ信号を模擬した欺瞞信号に重畳される複数の信号成分は１か所に設置された欺瞞信号発信装置１４から発信される。その結果、欺瞞信号を第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で受信すると、欺瞞信号を構成する複数の信号成分間における到達時間の差が、正規の複数のＧＰＳ信号間における到達時間の差とは異なることを検出することが可能となる。

すなわち、複数の正規のＧＰＳ信号が第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で受信された場合であれば、各ＧＰＳ信号がＧＰＳ衛星４から発信されてから第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６に到達するまでの到達時間は、ＧＰＳ信号間のみならず、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間でも異なる筈である。換言すれば、複数のＧＰＳ信号の到達時間の差の組合せが、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間で異なる筈である。

これは、第１のアンテナ５から各ＧＰＳ衛星４までの距離が、第２のアンテナ６から各ＧＰＳ衛星４までの距離と異なるためである。つまり、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における距離に対応する差が、複数のＧＰＳ信号の到達時間差の組合せに生じる。

このため、同時刻に発信された正規の複数のＧＰＳ信号の受信時差は、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間で異なり、逆に、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６において同時刻に受信された正規の複数のＧＰＳ信号の発信時差も、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間で異なる。

これに対して、欺瞞信号を構成する複数の信号成分が第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で受信された場合には、同じ発信時刻に対応付けられた複数の信号成分の受信時差が第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間で同一となり、逆に第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６において同時刻に受信された複数の信号成分に対応付けられた発信時刻の差も、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間で同一となる。換言すれば、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で受信される複数の信号成分は、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における距離分だけ時間的にオフセットさせた信号成分となる。

従って、欺瞞信号を構成する複数の信号成分に特有の性質を検出することによって、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で受信された、それぞれ信号の発信位置と発信時刻を表す４つ以上の複数の電波信号が異なるＧＰＳ衛星４から発信された複数のＧＰＳ信号であるのかＧＰＳ信号を装った欺瞞信号であるのかを判定することができる。

具体例として、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で受信された複数の電波信号から読取られた信号の発信時刻から受信時刻までの到達時間の差が、第１のアンテナ５で受信された複数の電波信号と、第２のアンテナ６で受信された複数の電波信号との間で一致する場合には、複数の電波信号が欺瞞信号を構成する複数の信号成分であると判定することができる。

或いは、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で受信された複数の電波信号の到達時間差や受信時差を比較する代わりに、受信した複数の電波信号に基づいて第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６の各位置を算出し、算出された第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６の位置間の距離が実際の距離となっているか否かと、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６の各位置に基づいて特定される航空機３の姿勢がＩＮＳ１２で算出される航空機３の姿勢と一致しているか否かを調べるようにしても良い。

すなわち、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６でそれぞれ受信された複数の電波信号に基づいて算出される第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における相対位置が、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における実際の相対位置から閾値を超えて乖離している場合には複数の電波信号が欺瞞信号を構成する複数の信号成分であると判定するようにしても良い。

尚、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６でそれぞれ受信された複数の電波信号に基づいて算出される第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における距離のみを実際の距離と比較することによっても、ある程度の精度で欺瞞信号を検出することができる。

但し、欺瞞信号発信装置１４、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６が同一直線上に並んでいる場合など、欺瞞信号発信装置１４、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６の相対的な位置関係によっては、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６でそれぞれ受信された複数の電波信号に基づいて算出される第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における距離が概ね実際の距離となってしまう可能性も否めない。このため、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における距離のみではなく、一方に対する他方の向きを含めたベクトルで表現される相対位置を、実際の相対位置と比較することが欺瞞信号の検出精度の向上に繋がる。
第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における実際の相対位置は、ＩＮＳ１２で算出される航空機３の姿勢、すなわち基準方位に対する航空機３の向きと、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における実際の距離に基づいて幾何学的に算出することができる。このため、欺瞞信号検出ユニット１１に、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６でそれぞれ受信された複数の電波信号に基づいて第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における相対位置を算出する機能、ＩＮＳ１２で算出される航空機３の姿勢と、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における実際の距離に基づいて第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における実際の相対位置を算出する機能並びに２通りの算出方法で算出した第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における相対距離を比較することによって欺瞞信号を検出する機能を設けることができる。また、他のアルゴリズムによって欺瞞信号を検出する場合には、必要な計算機能を欺瞞信号検出ユニット１１に設けることができる。

（移動体のナビゲーション方法及び欺瞞信号検出方法）
次にナビゲーションシステム１及び欺瞞信号検出システム２を用いた航空機３のナビゲーション方法及び欺瞞信号検出方法について説明する。

図３は、図１に示す欺瞞信号検出システム２を内蔵したナビゲーションシステム１による電波信号が正規のＧＰＳ信号であるか欺瞞信号であるかの判定を含む航空機３のナビゲーションの流れを示すフローチャートである。

まずステップＳ１において、航空機３に設けられた第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６でそれぞれ４つ以上の複数のＧＰＳ信号が受信される。但し、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で受信された複数のＧＰＳ信号は、欺瞞信号を構成する複数の信号成分である可能性がある。換言すれば、航空機３に設けられた第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で、欺瞞信号を構成する複数の信号成分であるのか、或いは、異なるＧＰＳ衛星４から発信された正規の複数のＧＰＳ信号であるのかが未確認の４つ以上の複数の電波信号が受信される。

そうすると、欺瞞信号検出システム２の欺瞞信号検出ユニット１１は、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で受信された複数の電波信号、すなわち欺瞞信号を構成する複数の信号成分である可能性がある複数のＧＰＳ信号を取得する。

次に、ステップＳ２において、欺瞞信号検出ユニット１１は、取得した２組の複数の電波信号に基づいて、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における相対位置を算出する。すなわち、各電波信号から信号の発信位置と発信時刻を読み取ることができるため、各電波信号の発信時刻から受信時刻までの到達時間の差に基づいて、第１のアンテナ５の位置と第２のアンテナ６の位置を、それぞれ算出することができる。その結果、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における相対位置も算出することができる。

次に、ステップＳ３において、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で受信された複数の電波信号、すなわち欺瞞信号を構成する複数の信号成分である可能性がある複数のＧＰＳ信号に基づいて算出された第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における相対位置が、ＩＮＳ１２で算出された航空機３の姿勢情報に基づいて特定される実際の第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における相対位置と一致するか否かが判定される。

そして、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における相対位置が、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における実際の相対位置と一致する場合には、複数の電波信号が正規の複数のＧＰＳ信号であると判定される。すなわち、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で受信された複数のＧＰＳ信号が欺瞞信号でないことが検証される。

その場合には、ステップＳ４において、ＧＰＳ信号に基づく航空機３のナビゲーションが実行される。具体的には、位置検出ユニット１０が第１のアンテナ５で受信した複数のＧＰＳ信号に基づいて、航空機３の位置を検出する。そして、検出された航空機３の位置に基づいて航空機３が操縦される。

例えば、航空機３が自動操縦されている場合であれば、位置検出ユニット１０において検出された航空機３の位置が航空機３の操縦システム１３に出力される。これにより、操縦システム１３は、予め定められた航空機３の巡航経路に沿って航空機３が巡航するように、航空機３を自動制御することができる。一方、航空機３が手動で操縦されている場合であれば、位置検出ユニット１０において検出された航空機３の位置をディスプレイ９に表示させることができる。これにより、航空機３の操縦者は、ディスプレイ９に表示された航空機３の位置情報を参照しながら航空機３を操縦することができる。

一方、ステップＳ３において、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における相対位置が、ＩＮＳ１２で算出された航空機３の姿勢情報に基づいて特定される第１のアンテナ５と第２のアンテナ６との間における実際の相対位置から閾値を超えて乖離している場合には、複数のＧＰＳ信号が欺瞞信号を構成する複数の信号成分であると判定される。

その場合には、ステップＳ５において、代替信号に基づく航空機３のナビゲーションに切換えられる。すなわち、ＧＰＳ信号に基づく航空機３のナビゲーションが中止され、ＬＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号等の代替信号に基づく航空機３のナビゲーションが実行される。具体的には、位置検出ユニット１０が第１のアンテナ５で受信した複数のＤＡＣＳ−ＮＡＶ信号等の代替信号に基づいて、航空機３の位置を検出する。そして、検出された航空機３の位置に基づいて航空機３が操縦される。

代替信号に基づく航空機３のナビゲーションは、ステップＳ３において、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で受信された複数の電波信号がそれぞれ欺瞞信号ではない正規のＧＰＳ信号であると判定されるまで継続することができる。このため、欺瞞信号によって誤誘導されることなく航空機３のナビゲーションを続行することができる。

（効果）
以上のようなナビゲーションシステム１、欺瞞信号検出システム２、ナビゲーション方法及び欺瞞信号検出方法は、互いに離して配置された第１のアンテナ５と第２のアンテナ６でＧＰＳ信号等のナビゲーション信号を受信するようにし、ナビゲーション信号を装った欺瞞信号が同じ位置から発信されることに由来する信号の到達時間についての不合理性を検出することによって、欺瞞信号を検出できるようにしたものである。

このため、ナビゲーションシステム１、欺瞞信号検出システム２、ナビゲーション方法及び欺瞞信号検出方法によれば、ナビゲーション信号を装った欺瞞信号が発信された場合であっても、航空機３等の移動体が誤った進路を進むことを回避することができる。特に、ナビゲーション信号を利用した自動運行中の無人の移動体であれば、移動体が欺瞞信号の発信者にコントロールされ、墜落、沈没又は奪取されることを防止することができる。

（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態に係る欺瞞信号検出システムの構成図である。

図４に示された第２の実施形態における欺瞞信号検出システム２Ａは、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６を地上又は海上の静止物に設けた点が第１の実施形態における欺瞞信号検出システム２と相違する。第２の実施形態における欺瞞信号検出システム２Ａの他の構成及び作用については第１の実施形態における欺瞞信号検出システム２と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

欺瞞信号検出システム２Ａを構成する第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６は、ＧＰＳ信号等のナビゲーション信号の受信可能エリア内であれば、地上又は海上の静止物に設置してもよい。その場合においても、第１の実施形態と同様なアルゴリズムによって、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で受信された電波信号がＧＰＳ信号等の正規のナビゲーション信号であるのか、或いはナビゲーション信号を装った欺瞞信号であるのかを判定することができる。

実用的な例として、一時的に設営されるキャンプ地や観測地等に第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６を含む欺瞞信号検出システム２Ａを設置して、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６で受信される電波信号がナビゲーション信号であるのか欺瞞信号であるのかを簡易に判定することができる。

別の例として、信号処理系８を構成する携帯型の端末に第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６を取付け、欺瞞信号検出システム２Ａ又は欺瞞信号検出システム２Ａを内蔵したナビゲーションシステム１をユーザが持ち運べるようにしても良い。或いは、小型の欺瞞信号検出システム２Ａ又は欺瞞信号検出システム２Ａを内蔵した小型のナビゲーションシステム１を鳥や犬等の動物に装着できるようにしても良い。換言すれば、第１の実施形態においてナビゲーションシステム１が搭載される対象として説明した移動体がユーザ等の移動する生物であっても良い。

（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

１ナビゲーションシステム
２、２Ａ欺瞞信号検出システム
３航空機
４ＧＰＳ衛星
５第１のアンテナ
６第２のアンテナ
７慣性計測装置（ＩＭＵ）
８信号処理系
９ディスプレイ
１０位置検出ユニット
１１欺瞞信号検出ユニット
１２慣性航法装置（ＩＮＳ）
１３操縦システム
１４欺瞞信号発信装置
１５信号発信装置

Claims

それぞれ信号の発信位置と発信時刻を表す４つ以上の複数のナビゲーション信号を受信するための第１のアンテナと、
前記複数のナビゲーション信号を受信するための第２のアンテナと、
前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナで受信された４つ以上の複数の電波信号であって、それぞれ信号の発信位置と発信時刻を表す前記複数の電波信号が、前記複数のナビゲーション信号であるのか欺瞞信号であるのかを、前記複数の電波信号に基づいて判定し、前記複数の電波信号に基づいて算出される前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における相対位置が、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における実際の相対位置から閾値を超えて乖離している場合には前記複数の電波信号が前記欺瞞信号であると判定する信号処理系と、
を有する欺瞞信号検出システム。
前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを移動体に設けた請求項１記載の欺瞞信号検出システム。
請求項２記載の欺瞞信号検出システムを備え、
前記信号処理系は、前記複数のナビゲーション信号に基づいて前記移動体の位置を検出するように構成されるナビゲーションシステム。
前記信号処理系は、前記複数の電波信号が前記欺瞞信号であると判定された場合には、前記複数のナビゲーション信号に基づく前記移動体の位置の検出を停止するように構成される請求項３記載のナビゲーションシステム。
前記信号処理系は、前記複数の電波信号が前記欺瞞信号であると判定された場合には、前記複数のナビゲーション信号の通信プロトコルと異なる通信プロトコルに則した別の複数のナビゲーション信号に基づいて前記移動体の位置を検出するように構成される請求項３又は４記載のナビゲーションシステム。
それぞれ信号の発信位置と発信時刻を表す４つ以上の複数の電波信号を第１のアンテナで受信するステップと、
前記複数の電波信号を第２のアンテナで受信するステップと、
前記第１のアンテナで受信された前記複数の電波信号及び前記第２のアンテナで受信された前記複数の電波信号に基づいて、前記複数の電波信号がナビゲーション信号であるのか欺瞞信号であるのかを判定し、前記複数の電波信号に基づいて算出される前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における相対位置が、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における実際の相対位置から閾値を超えて乖離している場合には前記複数の電波信号が前記欺瞞信号であると判定するステップと、
を有する欺瞞信号検出方法。
コンピュータに、
それぞれ信号の発信位置と発信時刻を表す４つ以上の複数の電波信号であって、第１のアンテナで受信された前記複数の電波信号を取得するステップ、
第２のアンテナで受信された前記複数の電波信号を取得するステップ、及び
前記第１のアンテナで受信された前記複数の電波信号及び前記第２のアンテナで受信された前記複数の電波信号に基づいて、前記複数の電波信号がナビゲーション信号であるのか欺瞞信号であるのかを判定し、前記複数の電波信号に基づいて算出される前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における相対位置が、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における実際の相対位置から閾値を超えて乖離している場合には前記複数の電波信号が前記欺瞞信号であると判定するステップ、
を実行させる欺瞞信号検出プログラム。
それぞれ信号の発信位置と発信時刻を表す４つ以上の複数の電波信号を移動体に設けられた第１のアンテナで受信するステップと、
前記複数の電波信号を前記移動体に設けられた第２のアンテナで受信するステップと、
前記第１のアンテナで受信された前記複数の電波信号及び前記第２のアンテナで受信された前記複数の電波信号に基づいて、前記複数の電波信号がナビゲーション信号であるのか欺瞞信号であるのかを判定し、前記複数の電波信号に基づいて算出される前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における相対位置が、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間における実際の相対位置から閾値を超えて乖離している場合には前記複数の電波信号が前記欺瞞信号であると判定するステップと、
前記ナビゲーション信号であると判定された前記複数の電波信号に基づいて前記移動体の位置を検出するステップと、
を有するナビゲーション方法。