JP7340867B2 - Ｒｔｋ測位におけるスプーフィング検出 - Google Patents

Ｒｔｋ測位におけるスプーフィング検出 Download PDF

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Description

優先権の主張
本出願は、２０１８年２月２６日に出願された米国仮出願第６２／６３５２９２号の優先権を主張し、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、ＧＮＳＳ受信機およびＧＮＳＳ信号処理に関する。より具体的には、本発明は、ＧＮＳＳ受信機でのリアルタイムキネティック（ＲＴＫ）測位におけるスプーフィングの検出に関する。
２．関連技術の説明
今日利用可能なグローバルナビゲーション衛星システム（ＧＮＳＳ）には、米国の全地球測位システム（ＧＰＳ）、ロシアの全地球航法衛星システム（ＧＬＯＮＡＳＳ）、欧州連合のガリレオ、中国の地域的な北斗衛星測位システム（ＢＤＳ、旧コンパス）、および日本の準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ）が含まれる。
ＧＮＳＳスプーフィング信号は、信号が偽物であるとは疑っていないＧＮＳＳ受信機に対して本物のように見えるようＧＮＳＳ仕様に十分に近く構造化された干渉信号の一種である。意図的なスプーファーは、標的となるＧＮＳＳ受信機から読み出されるＰＶＴ（位置、速度、時間）を意図的に操作しようとする。ＧＮＳＳスプーフィングによる攻撃として、例えば、正常なＧＮＳＳ信号に似せて構成された不正確なＧＮＳＳ信号をブロードキャストしたり、別の場所や別の時間に捕捉された本物のＧＮＳＳ信号を再ブロードキャスト（ミーコニング）することにより、ＧＮＳＳ受信機を欺こうとする。これらのスプーフィングされた信号は、ＧＮＳＳ受信機によって推定された位置が、ＧＮＳＳ受信機の実際の位置とは異なる、スプーフィング攻撃者が定めた位置になるように、或いは、実際の位置であっても、スプーフィング攻撃者によって定められた別の時間として推定されるように改変されている場合がある。ＧＮＳＳスプーフィング攻撃の一般的な形態の一つとしてキャリーオフ攻撃と呼ばれるものがあるが、これは、まず、標的となるＧＮＳＳ受信機が観測している真正ＧＮＳＳ信号に同期した信号をブロードキャストすることから始まる。その後、偽造ＧＮＳＳ信号の電力（パワー）を徐々に増加させて、真正ＧＮＳＳ信号から引き離す。
既製のソフトウェアによって定義できる無線ハードウェア、ＧＮＳＳ信号シミュレータや記録再生装置などが廉価に入手できるようになり、有能なコンピュータ・プログラマによるリアルな民用ＧＮＳＳ信号の生成が可能になるにつれて、スプーフィングはより一般的な関心事になってきている。交通機関、位置情報サービス、通信、金融、電力分配、自律走行車、農業・建設機械、ドローン、ロボット、その他のアプリケーションにおける民用ＧＮＳＳへの経済的・実用的な依存度が高まるにつれ、ＧＮＳＳスプーフィングの影響がより深刻になってきている。従って、ＧＮＳＳ受信機におけるスプーフィングの効果的な検出方法を見出すことが緊急な課題の一つとなっている。
発明の簡単な説明
本発明の実施形態により、リアルタイムキネティック（ＲＴＫ）測位においてスプーフィングを検出することが可能なＧＮＳＳ受信機が提供される。ＧＮＳＳ受信機は、第１のアンテナ位置に配置された第１のアンテナ、基準アンテナ位置に配置された基準アンテナ、及び信号処理装置（プロセッサ）を含み、各アンテナは、ＧＮＳＳ受信機から見える複数のＧＮＳＳ衛星に対応する複数のＧＮＳＳ信号を受信するように構成されている。前記信号処理装置は、（ａ）前記ＧＮＳＳ衛星のうちの１つを基準衛星として設定するステップと、（ｂ）前記第１のアンテナで受信した複数のＧＮＳＳ信号の第１の搬送波位相
Figure 0007340867000001
 と、前記基準アンテナで受信した複数のＧＮＳＳ信号の基準搬送波位相
Figure 0007340867000002
 とを取得するように測定処理を実行するステップと、（ｃ）前記複数のＧＮＳＳ信号について、前記第１の搬送波位相
Figure 0007340867000003
 と前記基準搬送波位相
Figure 0007340867000004
 との間の第１の一重差（ｓｉｎｇｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）
Figure 0007340867000005
 を取得するステップと、（ｄ）前記基準ＧＮＳＳ信号の前記第１の一重差
Figure 0007340867000006
 と、残りの複数のＧＮＳＳ信号の第１の一重差
Figure 0007340867000007
 との間の第２の一重差である二重差
Figure 0007340867000008
 を算出するステップと、（ｅ）利用可能な位置情報に基づいて、前記基準アンテナから前記複数のＧＮＳＳ衛星の各々への視線方向の単位方向ベクトルｅｋを取得するステップと、ここで前記基準衛星の単位方向ベクトルを基準単位ベクトル ｅ０とし、（ｆ）前記第１の一重差
Figure 0007340867000009
 を、前記単位方向ベクトルｅｋと、前記第１のアンテナと前記基準アンテナの間の基線ベクトルΔとの関数として、第１の整数バイアス
Figure 0007340867000010
 と共に予測し、それにより、前記二重差
Figure 0007340867000011
 を、前記単位方向ベクトルｅｋ及び前記基準単位ベクトルｅ０の間の差分ベクトルｅｋ０と、前記基線ベクトルΔとの関数として、第２の整数バイアス
Figure 0007340867000012
 と共に予測する、ステップと、（ｇ）前記測定処理から得られる計算された二重差
Figure 0007340867000013
 と予測された二重差
Figure 0007340867000014
 とに基づいて、前記第２の整数バイアス
Figure 0007340867000015
 に対するアンビギュイティ決定と共に、ＲＴＫ測位解を計算するステップと、（ｈ）アンビギュイティ決定によって、前記基線ベクトルΔがゼロである解が得られた場合に、スプーフィングが発生したと判定するステップと、を実行するように構成されている。
本発明の一実施形態によれば、前記信号処理装置は、更に、スプーフィングが発生したことを通知するように構成されてもよい。
本発明の別の側面によれば、複数のＧＮＳＳ衛星から複数のＧＮＳＳ信号を受信するように構成されたＧＮＳＳ受信機のリアルタイムキネティック（ＲＴＫ）測位におけるスプーフィングを検出する方法と、この方法を実行することが可能なＧＮＳＳ受信機が提供される。 前記ＧＮＳＳ受信機は、第１のアンテナ位置にある第１のアンテナと、基準アンテナ位置にある基準アンテナとを有する。前記方法は、（ａ）前記第１のアンテナおよび前記基準アンテナで複数のＧＮＳＳ信号を受信するステップであって、前記複数のＧＮＳＳ信号が前記ＧＮＳＳ受信機から見える前記複数のＧＮＳＳ衛星に対応している、ステップと、（ｂ）前記ＧＮＳＳ衛星のうちの１つを基準衛星に設定するステップと、（ｃ）実測により、前記第１のアンテナで受信された前記複数のＧＮＳＳ信号に対して第１の搬送波位相
Figure 0007340867000016
 を取得し、前記基準アンテナで受信された前記複数のＧＮＳＳ信号に対して基準搬送波位相
Figure 0007340867000017
 を取得する、ステップと、（ｄ）前記複数のＧＮＳＳ信号に対して、前記第１の搬送波位相
Figure 0007340867000018
 と前記基準搬送波位相
Figure 0007340867000019
 との間の第１の一重差
Figure 0007340867000020
 を求めるステップと、（ｅ）前記基準ＧＮＳＳ信号の前記第１の一重差
Figure 0007340867000021
 と、残りの複数のＧＮＳＳ信号の第１の一重差
Figure 0007340867000022
 との間の第２の一重差である二重差
Figure 0007340867000023
 を計算するステップと、（ｆ）利用可能な位置情報に基づいて、前記基準アンテナから前記複数のＧＮＳＳ衛星の各々への視線方向の単位方向ベクトルｅｋを求めるステップと、ここで前記基準衛星の単位方向ベクトルを基準単位ベクトルｅ０とし、（ｇ）前記第１の一重差
Figure 0007340867000024
 を、前記単位方向ベクトルｅｋと、前記第１のアンテナと前記基準アンテナの間の基線ベクトルΔとの関数として、第１の整数バイアス
Figure 0007340867000025
 と共に予測し、それにより、前記二重差
Figure 0007340867000026
 を、前記単位方向ベクトルｅｋと前記基準単位ベクトルｅ０との間の差分ベクトルｅｋ０と、前記基準線ベクトルΔとの関数として、第２の整数バイアス
Figure 0007340867000027
 と共に予測するステップと、（ｈ）前記測定ステップから得られる計算された二重差
Figure 0007340867000028
 と予測された二重差
Figure 0007340867000029
 とに基づいて、前記第２の整数バイアス
Figure 0007340867000030
 に対するアンビギュイティ決定と共にＲＴＫ測位解を計算するステップと、（ｉ）前記アンビギュイティ決定により前記基線ベクトルΔが０の解が得られた場合に、スプーフィングが発生したと判定するステップと、を含むスプーフィングの検出方法である。
前記予測された二重差
Figure 0007340867000031
 は、λを搬送波の波長として、次のように表されてもよい。
Figure 0007340867000032
前記第２の整数バイアス
Figure 0007340867000033
 は、λを搬送波の波長として、次のように表されてもよい。
Figure 0007340867000034
本発明の一実施形態によれば、スプーフィングが発生したという通知が発行されてもよい。また、ＧＮＳＳ信号の数は５以上であってもよい。
本発明の一実施形態によれば、前記方法は、更にスプーフィングが発生したことを通知することをさらに含んでもよい。
本発明の別の側面によれば、リアルタイムキネティック（ＲＴＫ）測位においてスプーフィングを検出することが可能なＧＮＳＳ受信機が提供される。前記ＧＮＳＳ受信機は、第１のアンテナ位置に配置された第１のアンテナ、基準アンテナ位置に配置された基準アンテナ、フロントエンド、信号処理ブロック、およびアプリケーション処理ブロックを含み、各アンテナはＧＮＳＳ受信機から見える複数のＧＮＳＳ衛星に対応する複数のＧＮＳＳ信号を受信するように構成されている。前記フロントエンドは、前記第１アンテナおよび前記基準アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号のダウンコンバージョン、フィルタリング、増幅、デジタル化を行うように構成されている。 前記信号処理ブロックは、前記フロントエンドから受信した前記ＧＮＳＳ信号を捕捉して追跡し、測定値とナビゲーションデータを生成するように構成されており、前記測定値には、前記第１アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号の第１搬送波位相
Figure 0007340867000035
 と、前記基準アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号の基準搬送波位相
Figure 0007340867000036
 とが含まれている。
前記アプリケーション処理ブロックは、（ａ）測定二重差算出部であって、（ｉｉ）前記複数のＧＮＳＳ信号について、前記フロントエンドから受信した前記第１の搬送波位相
Figure 0007340867000037
 と前記基準搬送波位相
Figure 0007340867000038
 との間の第１の一重差
Figure 0007340867000039
 を計算し、それによって（ｉｉ）前記基準ＧＮＳＳ信号の前記第１の一重差
Figure 0007340867000040
 と残りの複数のＧＮＳＳ信号の各第１の一重差
Figure 0007340867000041
 との間の第２の一重差である二重差
Figure 0007340867000042
 を計算する、測定二重差計算部と、（ｂ）二重差予測部であって、（ｉ）利用可能な位置情報に基づいて、前記基準アンテナから前記複数のＧＮＳＳ衛星の各々への視線方向の単位方向ベクトルｅｋを算出し、ここで前記基準衛星の単位方向ベクトルを基準単位ベクトルｅ０とし、（ｉｉ）前記第１の一重差
Figure 0007340867000043
 を、前記単位方向ベクトルｅｋと、前記第１のアンテナと前記基準アンテナの間の基線ベクトルΔとの関数として、第１の整数バイアス
Figure 0007340867000044
 と共に予測し、それにより、（ｉｉｉ）前記二重差
Figure 0007340867000045
 を、前記単位方向ベクトルｅｋと前記基準単位ベクトルｅ０との間の差分ベクトルｅｋ０と、前記基準線ベクトルΔとの関数として、第２の整数バイアス
Figure 0007340867000046
 と共に予測するように構成された二重差予測部と、（ｃ）ＲＴＫ測位部であって、前記測定によって得られる計算された二重差
Figure 0007340867000047
 と予測された二重差
Figure 0007340867000048
 とに基づいて、第２の整数バイアス
Figure 0007340867000049
 に対するアンビギュイティ決定と共にＲＴＫ測位解を算出するように構成されたＲＴＫ測位部と、（ｄ）前記アンビギュイティ決定により前記基準線ベクトルΔが０の解が得られた場合に、スプーフィングが発生したと判定するように構成されたスプーフィング判定部と、を備える。
前記スプーフィング検出部は、更に、スプーフィングが発生したと判定された場合に警告信号を発行するように構成されていてもよい。前記ＧＮＳＳ受信機は、前記警告信号を送信する信号送信部をさらに含んでもよい。
前記予測された二重差
Figure 0007340867000050
 は、λを搬送波の波長として、次のように表されてもよい。
Figure 0007340867000051
スプーフィングされたＧＮＳＳ信号の前記第２の整数バイアス
Figure 0007340867000052
 は、λを搬送波の波長として、次のように表されてもよい。
Figure 0007340867000053
前記ＧＮＳＳ信号の数は５以上であってもよい。
本発明は、限定的にではなく例示として添付の図面に示されており、類似の要素は類似の参照数字によって示されている。
図１は、本発明の実施形態が適用されるシステムを模式的に示す図である。 図２は、本発明の一実施形態によるＧＮＳＳ受信機を模式的に示すブロック図である。 図３Ａおよび３Ｂは、本発明の一実施形態によるＲＴＫ測位に使用されるベクトルを説明する図である。 図４は、本発明の一実施形態によるアプリケーション処理ブロックの一例を模式的に示すブロック図である。 図５は、本発明の一実施形態によるスプーフィング検出方法の処理ステップを示すフローチャートである。
本発明の実施形態の詳細な説明
本発明は、添付図面に示されているように、本発明のいくつかの好ましい実施形態を参照することにより詳細に説明される。以下の説明では、本発明が十分に理解されるように多数の具体的な詳細が記載されている。しかし、これらの特定の詳細の一部または全部がなくても本発明が実施され得ることは当業者には明らかであろう。 また、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセスステップおよび／または構造の詳細な記載が省略されている場合もある。
図１は、本発明の実施形態が適用され得るシステムを模式的に示す。ＧＮＳＳ受信機１０は、複数のＧＮＳＳ衛星３０（３０－ｋ）から複数のＧＮＳＳ信号２０（２０－ｋ）を受信する。各衛星の位置は、例えば、ブロードキャストされるエフェメリス情報などのアシスト情報を用いて計算したり、あるいは正確な軌道から計算することにより、既知であると想定されている。このようなアシスト情報は、ＧＮＳＳ受信機１０のメモリに記憶されていてもよいし、インターネットや無線通信などの接続リンクを介して取得してもよい。
ＧＮＳＳ受信機１０は、第１のアンテナ位置ｘ１に位置する第１のアンテナ１２と、基準アンテナ位置ｘ０に位置する基準アンテナ１４とを備える。第１のアンテナ１２及び基準アンテナ１４は、ＧＮＳＳ衛星３０の個数（ｍ）に対応する複数（ｍ）のＧＮＳＳ信号２０を受信するように構成されており、ここで、ｍは５以上の整数である。 例えば、このような複数（ｍ）のＧＮＳＳ信号は、ＧＮＳＳ受信装置１０（第１アンテナ１２及び基準アンテナ１４）から見えるＧＮＳＳ衛星から来るＧＮＳＳ信号の一部又は全部である。 また、少なくとも５個のＧＮＳＳ衛星が捕捉され、追跡されていることが想定されている。ｋを整数とし、ｍ個のＧＮＳＳ信号のうち、ｋ番目のＧＮＳＳ信号２０－ｋがｋ番目のＧＮＳＳ衛星３０－ｋに対応している。ｍ個のＧＮＳＳ衛星３０のうち、例えば視野内で最高度にあるＧＮＳＳ衛星３０の１つを基準衛星（０番目のＧＮＳＳ衛星）とし、対応するＧＮＳＳ信号を基準信号（ｋ＝０）とする。
尚、ＧＮＳＳ衛星は、２つ以上の周波数帯域を使用して送信してもよい、すなわち、２つ以上のＧＮＳＳ信号を送信してもよいことに留意すべきである。このような場合、ＧＮＳＳ受信機１０は、１つのＧＮＳＳ衛星からの複数のＧＮＳＳ信号を受信してもよく、これらの信号は、別々のＧＮＳＳ信号として捕捉され、追跡され、処理される。
図１に示すように、ＧＮＳＳ受信機１０は、ドローンや移動車両などのローバー４０上に配置されていてもよい。このように、第１のアンテナ１２と基準アンテナ１４との間の距離は、数デシメータから数メートルの範囲であってもよい。本発明を実施するＧＮＳＳ受信機１０は、信号処理装置（プロセッサ）として構成されていてもよいし、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ）等を含むコンピュータとして構成されていてもよい。また、後述するＧＮＳＳ受信機１０の機能や処理ブロックは、それぞれの機能を実現するソフトウェア／コンピュータプログラムによって実現されてもよく、その一部または全部がハードウェアによって実現されてもよい。
図２は、第１アンテナ１２及び基準アンテナ１４を有するＧＮＳＳ受信機１０の例を模式的に示す。図２に示すように、ＧＮＳＳ受信機１０は、フロントエンド４０、信号処理ブロック４２、およびアプリケーション処理ブロック４４を含む。フロントエンド４０は、第１アンテナ１２及び基準アンテナ１４によって受信された受信ＧＮＳＳ信号をダウンコンバート、フィルタリング、増幅、およびデジタル化する。信号処理ブロック４２は、ＧＮＳＳ信号を捕捉して追跡し、測定値やナビゲーションデータ、その他の付加的な信号情報を生成する。例えば、信号処理ブロック４２は、ベースバンド処理を実行し、コード擬似距離や搬送波位相の測定値などの観測値やナビゲーションデータを提供する。また、ドップラー周波数、キャリア対ノイズ比、またはロックインジケータなどの付加的情報を提供してもよい。アプリケーション処理ブロック４４は、測定値（観測値）とナビゲーションデータを用いて様々な計算を実行し、位置・速度・タイミング（ＰＶＴ）情報などの情報を生成する。また、ＧＮＳＳ受信機１０は、信号送信機４６とメモリ（図示せず）とを含んでいてもよい。
図１に示すように、スプーフィング攻撃者は、スプーファアンテナ５２を有するスプーファ装置などのスプーファ５０を設置し、そこから偽装された（偽の）ＧＮＳＳ信号６０（６０－ｋ）をブロードキャストしてもよい。ここで、ＧＮＳＳ信号６０－ｋは、ｋを整数として、ｋ番目の真正なＧＮＳＳ信号に対応するｋ番目の偽装ＧＮＳＳ信号を表している。スプーファ４０「ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ：５０」には、スプーフィングの標的であるＧＮＳＳ受信機１０から見える可能性のあるＧＮＳＳ衛星３０が既知であると想定される。典型的には、スプーファ５０は、そのような偽装ＧＮＳＳ信号６０－ｋをまず小さな出力で送信し始め、その後、次第に出力を増加することにより、はるかに強い偽装ＧＮＳＳ信号６０－ｋによってＧＮＳＳ衛星２０－ｋからの真正ＧＮＳＳ信号３０－ｋを乗っ取ってしまう。従って、一度スプーフィングが発生した場合、ＧＮＳＳ受信機１０によって受信され追跡されているＧＮＳＳ信号の全てが偽装ＧＮＳＳ信号６０－ｋであると想定される。また、スプーファ５０は、単一の送信アンテナ（スプーファアンテナ）５２を使用していると想定している。
本発明の一実施形態によるＧＮＳＳ受信機１０を使用することにより、そのようなスプーフィングをリアルタイムキネティック（ＲＴＫ）測位において検出することができる。スプーファ５０により、ＧＮＳＳ受信機１０から見えるｍ個のＧＮＳＳ衛星３０－ｋの一部または全部に対応する偽装ＧＮＳＳ信号６０－ｋが送信されるかもしれない。従って、このようなスプーフィング攻撃の危険性の下では、ＧＮＳＳ受信機１０によって受信され追跡されるＧＮＳＳ信号が正当なＧＮＳＳ信号３０－ｋである場合も有れば、そうでない場合もある。本発明の一実施形態によれば、ＧＮＳＳ受信機１０は、以下に説明するように、ＲＴＫ測位によってスプーフィング検出を実行する。
スプーフィングが発生していない場合、搬送波の位相（距離）に関連するＲＴＫ測位のための基本的な方程式は以下のように定義される。
Figure 0007340867000054
 ここで、ｋはｋ番目のＧＮＳＳ衛星の衛星番号であり、変数やパラメータがｋ番目のＧＮＳＳ衛星のものであることを示している。Ｌは搬送波位相の観測値、ｘｋはｋ番目のＧＮＳＳ衛星の位置、τ０とτ１は基準アンテナ位置ｘ０と第１アンテナ位置ｘ１におけるクロックバイアス、τｋはｋ番目のＧＮＳＳ衛星のクロックバイアス、
Figure 0007340867000055
 及び
Figure 0007340867000056
 は、各々ｋ番目のＧＮＳＳ衛星の基準アンテナ位置ｘ０及び第１アンテナ位置ｘ１における整数値バイアス（搬送波位相のアンビギュイティ）、Ｃは光速、そしてλは搬送波の波長である。
第１のアンテナ位置ｘ１と基準アンテナ位置ｘ０との間の基準線ベクトルΔがｘ１＝ｘ０＋Δを満たすとすると、図２及び図３Ａに示すように、第１のアンテナ位置ｘ１と基準アンテナ位置ｘ０との間の搬送波位相の観測値Ｌの一重差は、次式で表される。
Figure 0007340867000057
 ここで
Figure 0007340867000058
 は、図３Ａに示すように、基準アンテナ１４からｋ番目の衛星までの視線方向の単位方向ベクトルであり、ｅｋに設定されている。
従って、上述したように、利用可能な各ＧＮＳＳ衛星の位置情報を用いて、第１の一重差
Figure 0007340867000059
 を、基準アンテナ１４からｋ番目の衛星３０－ｋまでの視線方向の単位方向ベクトルｅｋと、第１のアンテナ位置ｘ１と基準アンテナ位置ｘ０との間の基線ベクトルΔとの関数として、第１の整数バイアス
Figure 0007340867000060
 と共に予測する。
基準衛星の衛星番号ｋを０とし、衛星間で一重差
Figure 0007340867000061
 の一重差をとる（すなわち、アンテナ位置間での差分を、さらに衛星位置間で差分する搬送波位相Ｌの二重差）を取ることにより、以下の式（１）が得られる。
Figure 0007340867000062
すなわち、二重差
Figure 0007340867000063
 が、ｋ番目のＧＮＳＳ信号について予測された第１の一重差
Figure 0007340867000064
 及び基準ＧＮＳＳ信号について予測された一重差
Figure 0007340867000065
 に基づいて、ｋ番目のＧＮＳＳ衛星の単位ベクトルｅｋと基準衛星の単位ベクトルｅ０との間の差分ベクトルｅｋ０と、基準線ベクトルΔとの関数として、第２の整数バイアス
Figure 0007340867000066
 と共に予測される。単位方向ベクトルｅｋと基準単位ベクトルｅ０との間の差分ベクトルｅｋ０は、図３Ｂに示されている。この関係式（１）を用いて、ＲＫＴ測位が行われる。
一方、ｋ番目のＧＮＳＳ衛星に対応する偽物または偽装ＧＮＳＳ信号６０－ｋがスプーファ位置ｘｓにあるスプーファアンテナ５２から送信された場合、スプーファ信号６０－ｋに対する搬送波位相のＲＴＫ測位式は以下のようになる。
Figure 0007340867000067
 ここで、Ｔｋは、ＧＮＳＳ受信機１０に誤った位置を計算させるために、スプーファ５０によって意図的に印加されたクロックバイアスである。
アンテナ位置間及び偽装された衛星位置間（すなわち、全てのＧＮＳＳ信号ｋ＝０，１，２，．．．，ｍに対して同じスプーファアンテナ位置ｘｓ）の搬送波位相Ｌの二重差を取ることにより、以下の式が得られる。
Figure 0007340867000068
すなわち、ＧＮＳＳ信号が対応するＧＮＳＳ衛星から来ていると仮定し、アプリケーションプロセッサ内のＲＴＫエンジンが（１）式を用いて基線ベクトル及び搬送波位相アンビギュイティの推定又は予測値＊Δ及び
Figure 0007340867000069
 （＊は推定値であることを示す）を算出する場合、ＲＴＫエンジンは、次の式を解くことになる。
Figure 0007340867000070
アンビギュイティ決定（ＡＲ）が成功した場合、推定された搬送波位相アンビギュイティと観測値とが一致しなければならない。すなわち、
Figure 0007340867000071
 となる。
すなわち、基線ベクトル０となるアンビギュイティのフィックス解が見い出された場合、スプーフィングが発生しているとみなすことができる。従って、この方法により、単一の送信アンテナを用いたスプーフィングや、単一のアンテナを用いたミーコニングを検出することができる。
本発明の一実施形態によれば、スプーフィング検出は、ＧＮＳＳ受信機１０のアプリケーション処理ブロック（プロセッサ）４４によって実行されてもよい。図４は、本発明の一実施形態に従ったアプリケーション処理ブロック４４の一例を模式的に示す。 アプリケーション処理ブロック４４は、二重差計算部６２、二重差予測部６４、ＲＴＫエンジン６６、及びスプーフィング検出部６８を含む。なお、二重差計算部６２、二重差予測部６４、及びスプーフィング検知部６８の一部または全部が、ＲＴＫエンジン６６の一部として実装されていてもよいことに留意すべきである。
二重差算出部６２は、ｋ番目のＧＮＳＳ信号の第１の一重差
Figure 0007340867000072
 と基準信号の第１の一重差
Figure 0007340867000073
 との間の二重差
Figure 0007340867000074
 を求める。ここで、第１の一重差
Figure 0007340867000075
 は、ＧＮＳＳ信号２０－ｋの、（第１のアンテナで受信された）第１の搬送波位相
Figure 0007340867000076
 と、（基準アンテナで受信された）基準搬送波位相
Figure 0007340867000077
 との差であり、第１の一重差
Figure 0007340867000078
 は、基準信号（すなわち、ｋ＝０）の、（第１のアンテナで受信された）第１の搬送波位相
Figure 0007340867000079
 と、（基準アンテナで受信された）基準搬送波位相
Figure 0007340867000080
 との差である。このように、二重差算出部６０「６２」は、信号処理ブロック４２から得た測定値（第１の搬送波位相
Figure 0007340867000081
 と基準搬送波位相
Figure 0007340867000082
 ）に基づいて、二重差
Figure 0007340867000083
 を算出する。
一方、二重差算出部６２「二重差予測部６４」は、まず、第１の一重差
Figure 0007340867000084
 を、第１のアンテナ１２と基準アンテナ１４との間の単位ベクトルｅｋと基線ベクトルΔとの関数として、第１の整数バイアス
Figure 0007340867000085
 と共に取得（予測）する。ここで、単位ベクトルｅｋは、基準アンテナ１４（基準位置ｘ０）からｋ番目の衛星３０－ｋまでの視線方向の単位ベクトルである。そして更に、二重差算出部６２「二重差予測部６４」は、二重差
Figure 0007340867000086
 を、単位方向ベクトルｅｋと基準単位ベクトルｅ０との差分ベクトルｅｋ０と、基準線ベクトルΔとの関数として、第２の整数バイアス
Figure 0007340867000087
 と共に、予測する。ここで、基準単位ベクトルｅ０は、基準アンテナ１４（基準位置ｘ０）から基準衛星３０－ｋまでの視線方向の単位ベクトルである。
ＲＴＫエンジン６６は、二重差算出部６２から得られた測定二重差
Figure 0007340867000088
 と、二重差予測部６４から得られた予測二重差
Figure 0007340867000089
 とに基づいて、ＲＴＫ測位を実行して、アンビギュイティ決定と共にＰＶＴ解を算出することにより、基線ベクトルΔと第１「＊２」の整数バイアス
Figure 0007340867000090
 とを推定する。スプーフィング検出部６８は、アンビギュイティ決定により基線ベクトルΔ＝０である解が得られた場合、すなわち基線ベクトルΔ＝０である場合にアンビギュイティのフィックス解が得られた場合に、スプーフィングが発生したと判定する。スプーフィング発生が検出された場合には、警告信号を生成して送信機４６を介して送信したり、誤った情報が他のアプリケーションで使用されることを避けるために、ＲＴＫ測位処理を所定時間停止させてもよい。
図５は、本発明の一実施形態による、第１のアンテナ位置にある第１のアンテナと基準アンテナ位置にある基準アンテナとを有するＧＮＳＳ受信機におけるスプーフィング検出方法のプロセスステップを示す。図５に示すように、複数（ｍ個）のＧＮＳＳ衛星に対応する複数（ｍ個）のＧＮＳＳ信号が第１アンテナおよび基準アンテナで受信される（１００）。ｍ個のＧＮＳＳ衛星は、ＧＮＳＳ受信機から見えるＧＮＳＳ衛星の一部または全部である。アンテナ位置から見える可能性のあるＧＮＳＳ衛星は、エフェメリスデータなどの衛星位置情報を含む利用可能なアシスト情報から知ることができる。スプーフィングの可能性がある場合、受信中のＧＮＳＳ信号は、実際にＧＮＳＳ衛星から来ているかもしれないし、そうではないかもしれず、ＧＮＳＳ受信機に分からないようにスプーファーアンテナから送信されている可能性もある。このようなスプーフィングが発生した場合、受信しているＧＮＳＳ信号はすべて偽装ＧＮＳＳ信号であると仮定する。
ＧＮＳＳ衛星のうちの１つを基準衛星とし、対応するＧＮＳＳ信号を基準信号（ｋ＝０）とする（１０２）。搬送波位相測定処理を用いて、第１アンテナで受信された複数のＧＮＳＳ信号について第１搬送波位相
Figure 0007340867000091
 を求め、基準アンテナで受信された複数のＧＮＳＳ信号について基準搬送波位相
Figure 0007340867000092
 を求め、各々測定値として取得する（１０４）。そして、２つのアンテナ間で第１の一重差をとる。すなわち、ｋを１からｍまでの整数とし、ｋ番目のＧＮＳＳ衛星に対応するＧＮＳＳ信号をｋ番目のＧＮＳＳ信号としたときに、この複数のＧＮＳＳ信号について、第１の搬送波位相
Figure 0007340867000093
 と基準搬送波位相
Figure 0007340867000094
 との間の第１の一重差
Figure 0007340867000095
 を算出する（１０６）。
そして、ＧＮＳＳ衛星間で第２の一重差をとる。すなわち、ｋ番目のＧＮＳＳ衛星の第１の一重差
Figure 0007340867000096
 と基準衛星の第１の一重差
Figure 0007340867000097
 との間の第２の一重差である二重差
Figure 0007340867000098
 が算出される（１０８）。
一方、第１の一重差
Figure 0007340867000099
 は、上述したような利用可能な位置情報を用いることにより、基準アンテナからｋ番目の衛星への視線方向の単位ベクトルｅｋと、第１のアンテナと基準アンテナとの間の基線ベクトルΔとの関数として、第１の整数バイアス
Figure 0007340867000100
 と共に予測される。従って、二重差
Figure 0007340867000101
 もまた、予測された第１の一重差
Figure 0007340867000102
 と
Figure 0007340867000103
 に基づいて、ｋ番目のＧＮＳＳ衛星の単位ベクトルｅｋと基準衛星の単位ベクトルｅ０の差分ベクトルｅｋ０と、基線ベクトルΔとの関数として、第２の整数バイアス
Figure 0007340867000104
 と共に、予測される（１１０）。
ｍ個のＧＮＳＳ信号に対するＲＴＫ測位解は、予測二重差
Figure 0007340867000105
 と、測定工程（１１２）で得られた算出二重差
Figure 0007340867000106
 とに基づいて、アンビギュイティ決定（ＡＲ）を用いて算出される。アンビギュイティ決定が成功した場合、上述したように、推定された搬送波位相アンビギュイティ
Figure 0007340867000107
 と、観測値として得られた搬送波位相アンビギュイティ
Figure 0007340867000108
 とが一致し、基線ベクトルΔ＝０での解が得られる。従って、基線ベクトルΔ＝０でアンビギュイティが決定されたことが判明した場合には、スプーフィングが発生したと判断される（１１４）。これらの処理ステップは、上述したアプリケーション処理ブロック４４によって実行されてもよい。なお、スプーフィングが発生したと判定された場合には、処理装置１０から通知を行ってもよいし、測位処理を停止してもよい。例えば、信号送信機４６（図２に示す）を用いてこのような通知を行ってもよい。
本発明の一実施形態によれば、上述の方法は、実行可能なプログラムを格納した、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体として実施されてもよい。このプログラムがマイクロプロセッサに指示することにより、上述の方法が実行される。
本発明は、いくつかの好ましい実施形態に関して記載されてきたが、本発明の範囲内に入る改変、変更、修正、および様々な代替等価物が存在する。また、本発明の方法および装置を実施するための多くの代替方法が存在することにも留意すべきである。したがって、以下の添付の請求項は、本発明の思想及びその範囲内であるすべての改変、変更、および様々な代替等価物を含むものとして解釈されることが意図される。

Claims (18)

  1. リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）測位においてスプーフィングを検出することが可能なＧＮＳＳ受信機であって、
    各々が前記ＧＮＳＳ受信機から見える複数のＧＮＳＳ衛星に対応する複数のＧＮＳＳ信号を受信するように構成されている、第１アンテナ位置に配置された第１アンテナ及び基準アンテナ位置に配置された基準アンテナと、
    信号処理装置と、を含み、
    前記信号処理装置が、
    前記ＧＮＳＳ衛星のうちの１つを基準衛星として設定するステップと、
    前記第１アンテナで受信した複数のＧＮＳＳ信号の第１の搬送波位相
    Figure 0007340867000109
     と、前記基準アンテナで受信した複数のＧＮＳＳ信号の基準搬送波位相
    Figure 0007340867000110
     とを取得するように測定処理を実行するステップと、
    前記複数のＧＮＳＳ信号について、前記第１の搬送波位相
    Figure 0007340867000111
     と前記基準搬送波位相
    Figure 0007340867000112
     との間の第１の一重差
    Figure 0007340867000113
     を取得するステップと、
    前記基準ＧＮＳＳ信号の前記第１の一重差
    Figure 0007340867000114
     と、残りの複数のＧＮＳＳ信号の第１の一重差
    Figure 0007340867000115
     との間の第２の一重差である二重差
    Figure 0007340867000116
     を算出するステップと、
    利用可能な位置情報に基づいて、前記基準アンテナから前記複数のＧＮＳＳ衛星の各々への視線方向の単位方向ベクトルｅｋを取得し、ここで前記基準衛星の単位方向ベクトルを基準単位ベクトル ｅ０とする、ステップと、
    前記第２の一重差
    Figure 0007340867000117
     を、前記単位方向ベクトルｅｋと前記基準単位ベクトルｅ０の間の差分ベクトルｅｋ０と、前記第１アンテナ及び前記基準アンテナの間の基線ベクトルΔとの関数として、整数バイアス
    Figure 0007340867000118
     と共に予測する、ステップと、
    前記測定処理から得られる計算された二重差
    Figure 0007340867000119
     と、二重差
    Figure 0007340867000120
     を予測するために用いられる関係式とに基づいて、前記整数バイアス
    Figure 0007340867000121
     に対するアンビギュイティ決定と共に、ＲＴＫ測位解を計算するステップと、
    前記アンビギュイティ決定によって、前記基線ベクトルΔがゼロである解が得られた場合に、スプーフィングが発生したと判定するステップと、
    を実行するように構成されている、
    ＧＮＳＳ受信機。
  2. 前記二重差
    Figure 0007340867000122
     を予測するために用いられる関係式は、λを搬送波の波長として、
    Figure 0007340867000123
     と表される、請求項１に記載のＧＮＳＳ受信機。
  3. 前記整数バイアス
    Figure 0007340867000124
     が、λを搬送波の波長として、
    Figure 0007340867000125
     と表される、請求項１に記載のＧＮＳＳ受信機。
  4. 前記信号処理装置が、更に、スプーフィングが発生したことを通知するように構成されている、請求項１に記載のＧＮＳＳ受信機。
  5. 前記ＧＮＳＳ信号の数が５以上である、請求項１に記載のＧＮＳＳ受信機。
  6. 第１アンテナ位置にある第１アンテナと、基準アンテナ位置にある基準アンテナとを有するＧＮＳＳ受信機のリアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）測位におけるスプーフィング検出方法であって、
    前記第１アンテナおよび前記基準アンテナで複数のＧＮＳＳ信号を受信するステップであって、前記複数のＧＮＳＳ信号は、前記ＧＮＳＳ受信機から見える複数のＧＮＳＳ衛星に対応している、ステップと、
    前記ＧＮＳＳ衛星のうちの１つを基準衛星に設定するステップと、
    実測により、前記第１アンテナで受信された前記複数のＧＮＳＳ信号に対して第１の搬送波位相
    Figure 0007340867000126
     を取得し、前記基準アンテナで受信された前記複数のＧＮＳＳ信号に対して基準搬送波位相
    Figure 0007340867000127
     を取得する、測定ステップと、
    前記複数のＧＮＳＳ信号に対して、前記第１の搬送波位相
    Figure 0007340867000128
     と前記基準搬送波位相
    Figure 0007340867000129
     との間の第１の一重差
    Figure 0007340867000130
     を求めるステップと、
    前記基準ＧＮＳＳ信号の前記第１の一重差
    Figure 0007340867000131
     と、残りの複数のＧＮＳＳ信号の第１の一重差
    Figure 0007340867000132
     との間の第２の一重差である二重差
    Figure 0007340867000133
     を計算するステップと、
    利用可能な位置情報に基づいて、前記基準アンテナから前記複数のＧＮＳＳ衛星の各々への視線方向の単位方向ベクトルｅｋを求め、ここで前記基準衛星の単位方向ベクトルを基準単位ベクトルｅ０とする、ステップと、
    前記二重差
    Figure 0007340867000134
     を、前記単位方向ベクトルｅｋ及び前記基準単位ベクトルｅ０の間の差分ベクトルｅｋ０と、前記第１アンテナ及び前記基準アンテナの間の基準線ベクトルΔとの関数として、整数バイアス
    Figure 0007340867000135
     と共に予測するステップと、
    前記測定ステップから得られる計算された二重差
    Figure 0007340867000136
     と二重差
    Figure 0007340867000137
     を予測するために用いられる関係式とに基づいて、前記整数バイアス
    Figure 0007340867000138
     に対するアンビギュイティ決定と共にＲＴＫ測位解を計算するステップと、
    前記アンビギュイティ決定により前記基線ベクトルΔが０の解が得られた場合に、スプーフィングが発生したと判定するステップと、
    を含む、スプーフィング検出方法。
  7. 前記二重差
    Figure 0007340867000139
     を予測するために用いられる関係式は、λを搬送波の波長として、
    Figure 0007340867000140
     と表される、請求項６に記載のスプーフィング検出方法。
  8. 前記整数バイアス
    Figure 0007340867000141
     が、λを搬送波の波長として、
    Figure 0007340867000142
     と表される、請求項６に記載のスプーフィング検出方法。
  9. 更に、スプーフィングが発生したことを通知するステップを含む、請求項６に記載のスプーフィング検出方法。
  10. 前記ＧＮＳＳ信号の数が５以上である、請求項６に記載のスプーフィング検出方法。
  11. アルタイムキネマティック（ＲＴＫ）測位においてスプーフィングを検出することが可能なＧＮＳＳ受信機であって、
    各々が前記ＧＮＳＳ受信機から見える複数のＧＮＳＳ衛星に対応する複数のＧＮＳＳ信号を受信するように構成された、第１アンテナ位置に配置された第１アンテナ及び基準アンテナ位置に配置された基準アンテナと、
    前記第１アンテナ及び前記基準アンテナで受信された前記ＧＮＳＳ信号のダウンコンバージョン、フィルタリング、増幅、及びデジタル化を行うように構成されたフロントエンドと、
    前記フロントエンドから受信した前記ＧＮＳＳ信号を捕捉して追跡し、測定値とナビゲーションデータを生成するように構成された信号処理ブロックであって、前記測定値が、前記第１アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号の第１搬送波位相
    Figure 0007340867000143
     と、前記基準アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号の基準搬送波位相
    Figure 0007340867000144
     とを含む、信号処理ブロックと、
    測定二重差算出部、二重差予測部、ＲＴＫ測位部、及びスプーフィング検出部を備えたアプリケーション処理ブロックと、
    を含み、
    前記測定二重差算出部は、前記複数のＧＮＳＳ信号について、前記フロントエンドから受信した前記第１の搬送波位相
    Figure 0007340867000145
     と前記基準搬送波位相
    Figure 0007340867000146
     との間の第１の一重差
    Figure 0007340867000147
     を計算し、それによって前記基準ＧＮＳＳ信号の前記第１の一重差
    Figure 0007340867000148
     と残りの複数のＧＮＳＳ信号の各第１の一重差
    Figure 0007340867000149
     との間の第２の一重差である二重差
    Figure 0007340867000150
     を計算するように構成され、
    前記二重差予測部は、利用可能な位置情報に基づいて、前記基準アンテナから前記複数のＧＮＳＳ衛星の各々への視線方向の単位方向ベクトルｅｋを算出し、ここで前記基準衛星の単位方向ベクトルを基準単位ベクトルｅ０とし、
    前記二重差
    Figure 0007340867000151
     を、前記単位方向ベクトルｅｋと前記基準単位ベクトルｅ０との間の差分ベクトルｅｋ０と、前記第１アンテナ及び前記基準アンテナの間の基線ベクトルΔとの関数として、整数バイアス
    Figure 0007340867000152
     と共に予測するように構成されており、
    前記ＲＴＫ測位部は、前記測定によって得られる計算された二重差
    Figure 0007340867000153
     と二重差
    Figure 0007340867000154
     を予測するために用いられる関係式とに基づいて、前記整数バイアス
    Figure 0007340867000155
     に対するアンビギュイティ決定と共にＲＴＫ測位解を算出するように構成されており、
    前記スプーフィング判定部は、前記アンビギュイティ決定により前記基準線ベクトルΔが０である解が得られた場合に、スプーフィングが発生したと判定するように構成されている、
    ＧＮＳＳ受信機。
  12. 前記スプーフィング検出部は、更に、スプーフィングが発生したと判定された場合に警告信号を発行するように構成された、請求項１１に記載のＧＮＳＳ受信機。
  13. 前記警告信号を送信する信号送信部をさらに備えた、請求項１２に記載のＧＮＳＳ受信機。
  14. 前記二重差
    Figure 0007340867000156
     を予測するために用いられる関係式は、λを搬送波の波長として、
    Figure 0007340867000157
     と表される、請求項１１に記載のＧＮＳＳ受信機。
  15. スプーフィングされたＧＮＳＳ信号の前記整数バイアス
    Figure 0007340867000158
     は、λを搬送波の波長として、
    Figure 0007340867000159
     と表される、請求項１１に記載のＧＮＳＳ受信機。
  16. 前記第１アンテナ及び前記基準アンテナの間の距離が数デシメートルから数メートルの範囲内にある、請求項１に記載のＧＮＳＳ受信機。
  17. 前記第１アンテナ及び前記基準アンテナの間の距離が数デシメートルから数メートルの範囲内にある、請求項６に記載の方法。
  18. 前記第１アンテナ及び前記基準アンテナの間の距離が数デシメートルから数メートルの範囲である、請求項１１に記載のＧＮＳＳ受信機。

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