(57)【要約】      （修正有）【課題】ターゲット航空機の位置情報を示すターゲット航空機からのフライト情報を受信するための第１のインプットを含む、ターゲット航空機の放送型自動従属監視検証のための受信機を提供する。【解決手段】受信機は、ターゲット航空機の位置情報を示すターゲット航空機からのフライト追跡情報を受信するための第１のインプットを含み、受信機に取り付けられたアレーアンテナの位置および方向を示す位置情報および進路情報を受信するための第２のインプットと、到来角データに由来する測定ベアリングを生成し、かつターゲット航空機の示された位置情報ならびに受信機の位置および方向を定義する位置情報および進路情報に由来するターゲット航空機の期待ベアリングを生成する。コンパレータは、測定ベアリングに対して期待ベアリングを比較し、かつターゲット航空機のＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報を検証し、検証に基づき信頼性の表示を出力する。【選択図】図１
2014238388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット航空機の放送型自動従属監視（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｄｅｐｅｎｄａｎｔ  Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔ：ＡＤＳ−Ｂ）検証のための航空機の受信機であって、
前記受信機において前記ターゲット航空からＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報を受信するための第１のインプットであって、前記ＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報は前記ターゲット航空機の示された位置情報を含む、第１のインプットと、
前記受信機に取り付けられるように構成された多素子アレーアンテナの位置および方向を示す位置情報および進路情報を受信するための第２のインプットと、
到来角データに由来する測定ベアリングを生成し、かつ前記ターゲット航空機の前記示された位置情報ならびに前記受信機の位置および方向を定義する前記位置情報および前記進路情報に由来する前記ターゲット航空機の期待ベアリングを生成するように動作する処理モジュールと、
前記測定ベアリングに対して前記期待ベアリングを比較し、かつ前記ターゲット航空機のＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報を検証するためのコンパレータと、
前記ターゲット航空機の前記ＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報の検証に基づいた信頼性の表示を出力する出力デバイスと
を含む航空機の受信機。
【請求項２】
前記処理モジュールは、前記示された位置情報に基づいて、前記受信機の位置から前記ターゲット航空機へのベクトルを計算するようにさらに動作し、
前記ベクトルを計算することは、前記多素子アレーアンテナの前記位置を示す全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）からの位置情報を受信することに基づいている、請求項１に記載の航空機の受信機。
【請求項３】
前記処理モジュールは、前記多素子アレーアンテナの前記方向を示す慣性基準ユニット（ＩＲＵ）から生成されたピッチ、ロールおよび進路のデータを含む進路情報に基づいて、地上のリファレンスフレームから航空機のリファレンスフレームへのベクトルを変換するようにさらに動作する、請求項２に記載の航空機の受信機。
【請求項４】
前記処理モジュールは、前記第１のインプット内で特定された搬送波信号の相対位相の測定に基づいて、前記測定ベアリングを生成するようにさらに動作する、請求項１に記載の航空機の受信機。
【請求項５】
前記第１のインプットで受信した信号を処理するためのアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換機をさらに含み、
前記Ａ／Ｄ処理によって、前記第１のインプットに対して前記信号を供給する整流多素子アレーアンテナに同期信号が送信される、請求項１に記載の航空機の受信機。
【請求項６】
放送型自動従属監視（ＡＤＳ−Ｂ）の検証のための受信機であって、
ＡＤＳ−Ｂ信号の到来角の検出に由来する測定ベアリングを生成し、かつ前記ＡＤＳ−Ｂ信号の示された位置データならびに前記受信機に取り付けられるように構成された多素子アレーアンテナの位置および方向の位置および進路の情報に由来する前記ターゲット航空機の期待ベアリングを生成するように動作する、前記示された位置データを含む前記ターゲット航空機からの前記ＡＤＳ−Ｂ信号を受信する処理モジュールと、
前記測定ベアリングに対して前記期待ベアリングを比較し、かつ前記ターゲット航空機の前記ＡＤＳ−Ｂで示された位置データを検証するためのコンパレータと、
前記ターゲット航空機の前記ＡＤＳ−Ｂで示された位置データの検証に基づいた信頼性の表示を出力する出力デバイスと
を含む受信機。
【請求項７】
前記処理モジュールは、示された位置データに基づいて、前記受信機の位置から前記ターゲット航空機へのベクトルを計算するようにさらに動作し、
前記ベクトルを計算することは、前記多素子アレーアンテナの前記位置を示す全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）からの位置情報を受信することに基づいている、請求項６に記載の受信機。
【請求項８】
前記処理モジュールは、前記多素子アレーアンテナの方向を示す慣性基準ユニット（ＩＲＵ）から生成されたピッチ、ロールおよび進路のデータを含む進路情報に基づいて、地上のリファレンスフレームから航空機のリファレンスフレームへのベクトルを変換するようにさらに動作する、請求項７に記載の受信機。
【請求項９】
前記処理モジュールは、前記ターゲット航空機からの前記ＡＤＳーＢ信号の搬送波信号の相対位相の測定に基づいて、前記測定ベアリングを生成するようにさらに動作する、請求項６に記載の受信機。
【請求項１０】
前記ターゲット航空機から受信したＡＤＳ−Ｂ信号を処理するアナログ／デジタル（Ａ／  Ｄ）変換機をさらに含み、
前記Ａ／  Ｄ処理が、前記受信機に前記ＡＤＳ−Ｂ信号を供給する整流多素子アレーアンテナに同期する、請求項６に記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される実施形態の技術分野は、９６０−１２１５ＭＨｚの周波数帯における機会信号の到来角測定を可能にするためのソフトウェアベースの受信機技術と併せてタイムマルチプレックスアンテナアレーを対象とする。これらの到来角測定の使用は、他の航空機からの放送型自動従属監視（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｄｅｐｅｎｄａｎｔ  Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔ：ＡＤＳ−Ｂ）発信の認証を可能とし、それにより、受信したＡＤＳ−Ｂ信号に対する未検知のスプーフィングが困難となる。加えて、既に９６０−１２１５ＭＨｚの周波数帯で動作している様々なシステムからの信号に対して到来角測定を使用することは、衛星ナビゲーションに選択肢を提供する独立したナビゲーション能力を可能にする。
【背景技術】
【０００２】
ＡＤＳ−Ｂは、次世代航空輸送システムの一部として航空機を追跡する監視技術であり、航空機を制御する主要な監視方法として一部の地上配備型レーダーシステムに取って代わることになる。ＡＤＳ−Ｂは、位置および速度のデータを毎秒送信するとともに、航空交通管制（Ａｉｒ  Ｔｒａｆｆｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＴＣ）  および他の適切に装備されたＡＤＳ−Ｂ搭載航空機に対して、航空機をリアルタイムに可視化することにより安全性を高める。ＡＤＳ−Ｂは、さらに、安価なフライトの追跡、計画、および派遣のためのデータインフラストラクチャを提供する。
【０００３】
ＡＤＳ−Ｂは、その基本構成要素として、従来の全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）技術および比較的単純な放送通信のデータリンク（ＡＤＳ−Ｂユニット）を使用する。ＡＤＳ−Ｂは、送信される「ＡＤＳ−Ｂ  Ｏｕｔ」信号および受信される「ＡＤＳ−Ｂ  Ｉｎ」信号の２つの異なるサービスからなる。認可されたＡＤＳ−Ｂデータリンクには二つのタイプがあるが、民間航空輸送機によって最も一般的に使用されるものは１０９０  ＭＨｚ帯で動作し、本質的には改造モードＳトランスポンダーである。現在使用されている他のＡＤＳ−Ｂ基準は、ユニバーサル・アクセス・トランシーバ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｔｒａｎｓｃｉｅｖｅｒ：ＵＡＴ）として知られており、９７８ＭＨｚ帯で動作する。国際民間航空機構（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｉｖｉｌ  Ａｖｉａｔｉｏｎ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ：ＩＣＡＯ）は、これらの両方のシステム、およびＶＨＦ周波数帯域（１１８−１３６）で動作する第３のシステム（いわゆるＶＨＦデータリンクモード４）のための基準を普及した。本明細書の発明の説明では、米国で稼働するＡＤＳ−Ｂシステム（すなわち、１０９０ＭＨｚ帯におけるモード  Ｓ拡張スキッタおよび９７８ＭＨｚ帯におけるＵＡＴ）のみが考慮される。しかしながら、一般的な原理は任意の周波数帯域に対して適用することが可能であり、ＶＤＬモード４などの他のＡＤＳ−Ｂシステムに対しても適用することが可能である。
【０００４】
ＡＤＳ−Ｂ対応型航空機は、ＧＮＳＳコンステレーションからその正確な位置を得るために普通のＧＮＳＳ受信機（ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ガリレオなど）を使用し、それからその位置情報を速度、進路、高度、便名などの航空機の状態情報と組み合わせる。次に、この情報は「ＡＤＳ−Ｂ  Ｏｕｔ」信号を介して、他のＡＤＳ−Ｂ対応型航空機およびＡＤＳ−Ｂ地上局、またはＡＴＣセンターへ航空機の位置および追加情報をリアルタイムで中継する衛星通信送受信機に同時に送信される。
【０００５】
しかしながら、ＡＤＳーＢには、発信元から受信したＡＤＳ−Ｂ信号を認証する設定が含まれない。ＡＤＳ−Ｂ信号をスプーフィングすることは比較的簡単であり、これはＡＤＳ−Ｂの究極の有用性を制限しうる。ＧＮＳＳ妨害デバイスは広く普及しており、ＡＤＳ−Ｂのスプーフィングは既製の装置で行うことができる。地上システムは、偽のＡＤＳ−Ｂ報告を検出するためにレーダーシステムを用いてマルチラテレーションまたはクロスチェックを使用することができる。しかしながら、これらのオプションは、両方とも著しくコストがかかる。これらの観点および他の観点から、ここに本発明が開示される。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の概要は、以下の詳細説明でさらに述べられる単純化された形式で概念の選択を紹介するために提供されると理解されたい。本概要は、特許請求された発明の範囲を限定するために使用されることを意図するものではない。
【０００７】
本明細書に開示される一実施形態では、ターゲット航空機のＡＤＳ−Ｂの検証のための航空機の受信機は、受信機においてターゲット航空機からＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報を受信するための第１のインプットを含む。ＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報は、ターゲット航空機の示された位置情報を含む。航空機の受信機は、さらに、受信機に取り付けられるように構成された多素子アレーアンテナの位置および方向を示す位置情報および進路情報を受信するための第２のインプットを含む。航空機の受信機は、さらに、到来角データから得られた測定ベアリングと、ターゲット航空機の期待ベアリングとを生成する処理モジュールを含む。ターゲット航空機の期待ベアリングは、ターゲット航空機の示された位置情報ならびに受信機の位置および方向を定義する位置情報および進路情報から得られる。処理モジュールは、さらに、測定ベアリングに対して期待ベアリングを比較し、かつターゲット航空機のＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報を検証するためのコンパレータを含む。航空機の受信機は、さらに、ターゲット航空機のＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報の検証に基づいた信頼性の表示を出力する出力デバイスを含む。
【０００８】
本明細書に開示される別の実施形態では、ＡＤＳ−Ｂの検証のためのシステムは、ターゲット航空機からのＡＤＳ−Ｂ信号であって、示された位置データを含むＡＤＳ−Ｂ信号を受信するための多素子アンテナアレーを有するアンテナアレーアセンブリを含む。システムは、さらに、アンテナアレーアセンブリからのＡＤＳ−Ｂ信号を受信し、かつアンテナアレーアセンブリの方向に相対するＡＤＳ−Ｂ信号の到来角を測定するように構成された受信機を含む。受信機は、さらに、受信機においてターゲット航空機からＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報を受信するための第１のインプットを含み、該ＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報はターゲット航空機の示された位置情報を含む。受信機は、さらに、受信機の位置および方向を示す位置情報および進路情報を受信するための第２のインプットを含む。受信機は、さらに、到来角データに由来する測定ベアリングと、ターゲット航空機の示された位置情報ならびに受信機に取り付けられるように構成された多素子アレーアンテナの位置および方向を定義する位置情報および進路情報に由来するターゲット航空機の期待ベアリングとを生成する処理モジュールを含む。受信機は、さらに、測定ベアリングに対して期待ベアリングを比較し、かつターゲット航空機のＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報を検証するためのコンパレータを含む。次いで、出力デバイスが、ターゲット航空機のＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報の検証に基づいて信頼性の表示を出力する。
【０００９】
本明細書に開示される別の実施形態では、到来角を測定する方法は、受信機のアナログ／デジタル変換機から受信された同期信号に基づいて、多素子アレーアンテナの各アンテナ素子間の整流半導体スイッチを循環させることを含む。次に、方法は、多素子アレーアンテナにおいて少なくとも１つの信号を受信することへと進み、アナログ／デジタル変換機において少なくとも１つの信号を各離散信号につき複数のアンテナ素子固有デジタルサンプルに変換する。次に、方法は、複数のアンテナ素子固有デジタルサンプルを多素子アレーアンテナの各アンテナ素子につき離散デジタルデータストリームにデマルチプレックスすることへと進み、整流多素子アレーアンテナのそれぞれのアンテナ素子の各離散デジタルデータストリームにおいて特定された搬送波信号の相対位相の測定に基づいて、少なくとも１つの信号の測定到来角を決定することへと進む。
【００１０】
本発明の一態様によると、受信機においてターゲット航空機の示された位置情報を含むＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報をターゲット航空機から受信するための第１のインプットと、受信機に取り付けられるように構成された多素子アレーアンテナの位置および方向を示す位置情報および進路情報を受信するための第２のインプットと、到来角データに由来する測定ベアリングを生成し、かつターゲット航空機の示された位置情報ならびに受信機の位置および方向を定義する位置情報および進路情報に由来するターゲット航空機の期待ベアリングを生成するように動作する処理モジュールと、測定ベアリングに対して期待ベアリングを比較し、かつターゲット航空機のＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報を検証するためのコンパレータと、ターゲット航空機のＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報の検証に基づいた信頼性の表示を出力するための出力デバイスとを含む、ターゲット航空機の放送型自動従属監視（ＡＤＳ−Ｂ）の検証のための航空機の受信機が提供される。
【００１１】
航空機の受信機は、処理モジュールが、さらに、示された位置情報に基づいて、受信機の位置からターゲット航空機へのベクトルを計算するように動作し、ベクトルを計算することが、多素子アレーアンテナの位置を示す全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）からの位置情報を受信することに基づいているものである。
【００１２】
航空機の受信機は、処理モジュールが、さらに、多素子アレーアンテナの方向を示す慣性基準ユニット（ＩＲＵ）から生成されたピッチ、ロールおよび進路のデータを含む進路情報に基づいて、地上のリファレンスフレームから航空機のリファレンスフレームへのベクトルを変換するように動作するものである。
【００１３】
航空機の受信機は、処理モジュールが、さらに、第１のインプット内で特定された搬送波信号の相対位相の測定に基づいて、測定ベアリングを生成するように動作するものである。
【００１４】
航空機の受信機は、第１のインプットで受信した信号を処理するためのアナログ／デジタル変換機をさらに含み、アナログ／デジタル処理が、第１のインプットに信号を供給する整流多素子アレーアンテナに同期信号を送信するものである。
【００１５】
本発明の一態様によると、ＡＤＳ−Ｂ信号の到来角の検出に由来する測定ベアリングを生成し、かつＡＤＳ−Ｂ信号の示された位置データならびに受信機に取り付けられるように構成された多素子アレーアンテナの位置および方向の位置および進路の情報に由来するターゲット航空機の期待ベアリングを生成するように動作する、示された位置データを含むターゲット航空機からのＡＤＳ−Ｂ信号を受信する処理モジュールと、測定ベアリングに対して期待ベアリングを比較し、かつターゲット航空機のＡＤＳ−Ｂで示された位置データを検証するためのコンパレータと、ターゲット航空機のＡＤＳ−Ｂで示された位置データの検証に基づいた信頼性の表示を出力するための出力デバイスとを含む、放送型自動従属監視（ＡＤＳ−Ｂ）の検証のための受信機が提供される。
【００１６】
受信機は、処理モジュールが、さらに、示された位置情報に基づいて、受信機の位置からターゲット航空機へのベクトルを計算するように動作し、ベクトルを計算することが、多素子アレーアンテナの位置を示す全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）からの位置情報を受信することに基づいているものである。
【００１７】
受信機は、処理モジュールが、さらに、多素子アレーアンテナの方向を示す慣性基準ユニット（ＩＲＵ）から生成されたピッチ、ロールおよび進路のデータを含む進路情報に基づいて、地上のリファレンスフレームから航空機のリファレンスフレームへのベクトルを変換するように動作するものである。
【００１８】
受信機は、処理モジュールが、さらに、ターゲット航空機からのＡＤＳーＢ信号の搬送波信号の相対位相の測定に基づいて、測定ベアリングを生成するように動作するものである。
【００１９】
受信機は、ターゲット航空機から受信したＡＤＳーＢ信号を処理するアナログ／デジタル変換機をさらに含み、アナログ／デジタル処理が、受信機にＡＤＳーＢ信号を供給する整流多素子アレーアンテナに同期するものである。
【００２０】
本発明の一態様によると、ターゲット航空機からのＡＤＳ−Ｂ信号であって、示された位置データを含むＡＤＳ−Ｂ信号を受信するための多素子アンテナアレーを有するアンテナアレーアセンブリと、アンテナアレーアセンブリからのＡＤＳ−Ｂ信号を受信し、かつアンテナアレーアセンブリの方向に相対するＡＤＳ−Ｂ信号の到来角を測定するように構成された受信機であって、該受信機は受信機においてターゲット航空機からＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報を受信するための第１のインプットを含み、該ＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報はターゲット航空機の示された位置情報を含む、受信機と、受信機の位置および方向を示す位置情報および進路情報を受信するための第２のインプットと、到来角データに由来する測定ベアリングを生成し、かつターゲット航空機の示された位置情報ならびに受信機の位置および方向を定義する位置情報および進路情報から得られたターゲット航空機の期待ベアリングを生成するように動作する処理モジュールと、測定ベアリングに対して期待ベアリングを比較し、かつターゲット航空機のＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報を検証するためのコンパレータと、ターゲット航空機のＡＤＳ−Ｂフライト追跡情報の検証に基づいた信頼性の表示を出力する出力デバイスとを含む、放送型自動従属監視（ＡＤＳ−Ｂ）検証のためのシステムが提供される。
【００２１】
システムは、アンテナアレーアセンブリが、多素子アレーアンテナの各アンテナ素子間で循環する整流半導体スイッチをさらに含むものである。
【００２２】
システムは、受信機が、ＡＤＳーＢ信号を受信し、かつ同期信号を用いて整流半導体スイッチの循環を制御するアナログ／デジタル変換機をさらに含むものである。
【００２３】
システムは、さらに、ＡＤＳ−Ｂ信号の復調処理を介して、多素子アレーアンテナの単一のアンテナ素子のための１つの離散デジタルデータストリームからターゲット発信機からの示された位置データをデコードするように動作し、かつターゲット発信機からのデコードされかつ示された位置データ、ならびに受信機の位置を定義する位置情報およびアンテナアレーアセンブリの方向を定義する進路情報に由来するターゲット発信機の期待到来角を決定するものである。
【００２４】
システムは、処理モジュールが、さらに、受信したＡＤＳ−Ｂ信号内のターゲット発信機からの示された位置データを検証するために、測定到来角に対して期待到来角を比較し、かつターゲット発信機からの示された位置データの検証に基づいて信頼性の表示を提供するように動作するものである。
【００２５】
本発明の一態様によると、受信機システムから受信された同期信号に基づいて、多素子アレーアンテナの各アンテナ素子間の整流半導体スイッチを循環させことと、タイムマルチプレックスＲＦ信号が整流半導体スイッチのアプトプットにおいて受信されるように多素子アレーアンテナにおいて少なくとも１つの信号を受信することと、タイムマルチプレックスＲＦ信号をアナログ／デジタル変換機において同期信号に基づき各離散信号につき複数のアンテナ素子固有デジタルサンプルに変換することと、複数のアンテナ素子固有デジタルサンプルを多素子アレーアンテナの各アンテナ素子につき離散デジタルデータストリームにデマルチプレックスすることと、整流多素子アレーアンテナのそれぞれのアンテナ素子の各離散デジタルデータストリームにおいて特定された搬送波信号の相対位相の測定に基づいて、少なくとも１つの信号の測定到来角を決定することとを含む、到来角を測定する方法が提供される。
【００２６】
方法は、信号が、ターゲット発信機からの示された位置データを含むＡＤＳ−Ｂ信号を含むものである。
【００２７】
方法は、ＡＤＳ−Ｂ信号の復調処理を介して、多素子アレーアンテナの単一のアンテナ素子のための１つの離散デジタルデータストリームからターゲット発信機からの示された位置データをデコードすることと、ターゲット発信機からのデコードされかつ示された位置データならびに受信機システムの位置を定義する位置情報および受信機システムのアンテナサブシステムの方向を定義する進路情報に由来するターゲット発信機の期待到来角を決定することと、受信したＡＤＳ−Ｂ信号内のターゲット発信機からの示された位置データを検証するために測定到来角に対して期待到来角を比較し、かつターゲット発信機からの示された位置データの検証に基づいて信頼性の表示を提供することとを含むものである。
【００２８】
方法は、少なくとも１つの信号が機会信号の少なくとも２つのエミッタからの複数の信号を含むものである。
【００２９】
方法は、データベースからそれぞれのエミッタのためのアイデンティティを検索することと、データベースからのそれぞれのエミッタのためのアイデンティティに基づいて各エミッタの位置を決定することと、整流多素子アレーアンテナのそれぞれのアンテナ素子の各離散デジタルデータストリームにおいて特定された搬送波信号の相対位相の測定に基づいてそれぞれのエミッタからの各信号のための到来角を決定すること、到来角の位置およびぞれぞれのエミッタの位置に基づいて受信機システムのアンテナサブシステムの独立した位置測定を計算することとをさらに含むものである。
【００３０】
説明した特徴、機能、および利点は、本発明の様々な実施形態において独立して達成可能であるか、またはさらなる別の実施形態で組み合わせることが可能であり、その詳細は以下の説明および図面を参照すると理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本明細書に記載される実施形態は、後述の詳細な説明および添付図面によりさらによく理解することができるであろう。
【００３２】
【図１】図１は、本明細書に開示される少なくとも１つの実施形態による、アンテナアレーアセンブリおよび受信機の概略コンポーネント図を示している。
【図２】図２は、本明細書に開示される少なくとも１つの実施形態による、本物のＡＤＳ−Ｂ信号を検証することを示す概略図である。
【図３】図３は、本明細書に開示される少なくとも１つの実施形態による、偽物のＡＤＳ−Ｂ信号を検出することを示す概略図である。
【図４】図４は、本明細書に開示される少なくとも１つの実施形態による、独立した位置測定を決定するために使用される受信機システムを示す概略図である。
【図５】図５は、本明細書に開示される少なくとも１つの実施形態による、方法の論理フロー図を示している。
【図６】図６は、本明細書に開示される少なくとも１つの実施形態による、方法の、図５からの論理フロー図の続きを示している。
【図７】図７は、本明細書に開示される少なくとも１つの実施形態による、方法の、図５からの論理フロー図のさらなる続きを示している。
【図８】図８は、本明細書に開示される少なくとも１つの実施形態による、到来角プロセッサの地上設置型ネットワーク受信機システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
下記の詳細な説明は、９６０−１２１５ＭＨｚの周波数帯における機会信号の到来角測定を可能にするためのソフトウェアベースの受信機とともに使用されるタイムマルチプレックスアンテナアレーを対象とする。これらの到来角測定の使用は、ＡＤＳ−Ｂ信号のスプーフィングを検知するための他の航空機からのＡＤＳ−Ｂの発信の認証、および衛星航法に対して選択肢を提供するために既に９６０−１２１５ＭＨｚの周波数帯で動作している様々なシステムから受信した機会信号を使用した単独ナビゲーションの両方を可能にする。
【００３４】
本明細書に記載されるデバイスおよび方法の実施形態は、ＡＤＳ−Ｂに関する２つの問題に対処し、第１の問題は、ＡＤＳ−Ｂにはセキュリティまたは認証能力が組み込まれていないことである。これにより、システムはスプーフィング攻撃に対して脆弱となり、悪意ある者が、空中または地上システムで誤った警報を出させる偽りの航空機位置報告を送信することができる。地上設置型システムは、このような種類の攻撃に対処するために幾つかの追加の検知能力（例えば、レーダーまたはマルチラテレーション）を含みうる。しかしながら、このようなシステムは、実装および維持に費用がかかる。また、他に類似する空中における選択肢は存在しない。本明細書に記載される実施形態は、位置報告に含まれる位置に対する正確な相対ベアリングを用いて発信機から送信されるＡＤＳ−Ｂ信号を認証する手段を提供する。
【００３５】
第２の問題は、航空交通管理システムが全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）または全地球測位システム（ＧＰＳ）などの衛星航法（ＳａｔＮａｖ）技術に益々頼るようになってきていることである。しかしながら、これらの技術は、ＲＦ干渉により妨害されることがあり、場合により、スプーフィングされて誤った結果を与える可能性がある。本明細書に記載される実施形態は、９６０−１２１５ＭＨｚの周波数帯で送信される既存の機会信号を使用する、完全に独立したナビゲーション能力を可能にする。この技法を使用した航空機搭載受信機は、距離測定装置（Ｄｉｓｔａｎｃｅ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ：ＤＭＥ）局、ＡＤＳ−Ｂ中継放送局、二次監視レーダー、ユニバーサル・アクセス・トランシーバ（ＵＡＴ）地上局などの様々な地上設置型発信機に対する相対ベアリングを決定することができる。幾つかのベアリング測定を（搭載されたデータベースにおいて運ばれる）発信機の既知の位置に関する情報と組み合わせることによって、ユーザーの位置を決定することができる。このような角度測定は、障害検出および軽減能力を高めるため、適切に設計されたカルマンフィルタまたは他のタイプの推定アルゴリズムにおいて、ＧＮＳＳ測定、慣性測定または他のナビゲーション測定とさらに組み合わせることができる。このようにして、ＧＮＳＳのスプーフィングを検出することができ、未検知のスプーフィング攻撃の潜在的な影響が制限される。
【００３６】
図１は、アンテナアレーアセンブリ１００および受信機サブシステム１２０の組み合わせを有する受信機システム１０を含む、本明細書に記載される第１の実施形態を示す。アンテナアレーアセンブリ１００は、少なくとも２つ以上（ここでは、１０４、１０６、１０８及び１１０の４つ）の任意の数のアンテナ素子１０２からなり、例えば、４つのアンテナ素子１０４ー１１０が隣接するアンテナ素子から等距離に配置される正方形パターンのような幾何学的パターン（図示せず）に配置されている。アンテナ素子１０４ー１１０は、一度にアンテナ素子１０４−１１０の１つの入力を低雑音増幅器（１１４）の入力に一定時間切り替えるように動作可能な整流半導体スイッチデバイス１１２に接続され、アンテナアレーアセンブリ１００の出力信号を生成する。整流半導体スイッチアレー１１２は、所定のアンテナ素子が出力に接続されたときに、他のすべてのアンテナ素子が５０オームのまたは他の高い低抗負荷に接続されるように構成される。
【００３７】
整流半導体スイッチデバイス１１２および低雑音増幅器１１４は、受信機１２０をアンテナアレーアセンブリ１００に接続する単一の同軸ケーブル１１８の中心導体１１６上のアンテナアレーアセンブリ１００に伝わる電圧を介して電力供給される。サンプリングクロック１５１によって生成されるタイミング信号１１９（単一の同軸ケーブル１１８を通る破線で示される）は、同軸ケーブル１１６を介して、受信機サブシステム１２０からアンテナアレーアセンブリ１００に至り、アンテナにさらに供給されうる。タイミング信号１１９は、整流スイッチアレーが各アンテナ素子１０２を通して切り替える速度を決定する。タイミング信号１１９は、さらにアナログ／デジタル変換機１２４に提供され、それにより変換機のサンプリング時間が制御される。アンテナ素子１０２および他のアンテナアレーアセンブリ素子は、９６０−１２１５Ｍｈｚの周波数帯内の信号で動作するように設計されうる。しかしながら、本明細書に記載されるＲＦマルチプレキシングシステムは、アンテナ素子の適切な設計とともに任意の周波数帯域に概して適用することができる。アンテナアレーアセンブリ１００を構成した結果、各アンテナ素子１０４ー１１０からのＲＦ信号が、単一の同軸ケーブル１１８上へマルチプレックスされ、（必要に応じて適切な増幅がなされた後に）受信機サブシステム１２０に送信される。アンテナ素子の切り替え１０２は非常に高いレート（例えば、１０−１００ＭＨｚ）でなされるが、関心のある最低周波数のナイキスト周波数をアレイ内の素子の数（ここでは１０４−１１０の４つ）で割ったときの値より低いレートでなされる。本明細書に記載されている実施形態は、はるかに簡単な取り付けを可能にする単一の同軸ケーブル１１８、すなわち、受信機とアンテナアレーアセンブリとの間の単一の同軸ケーブル上へのＲＦのタイムマルチプレキシングを使用するシステムを組み込む一方で、現在のトラフィック衝突回避システム（Ｔｒａｆｆｉｃ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ：ＴＣＡＳ）は、アンテナアレー内の各独立した素子に対して４つの別々の同軸ケーブルを使用する４つのアンテナ素子を使用する。
【００３８】
受信機システム１０は、アンテナアレーアセンブリ１００からのタイムマルチプレックスされたＲＦ信号をダウンコンバータ１２２において中間周波数にダウンコンバートする。この中間信号は、次に、中間信号のナイキスト周波数の２倍を優に上回る値において信号をサンプリングするアナログ／デジタル変換機１２４に適用される。代替的には、十分に高いサンプリングレートが使用される場合、マルチプレックスされたＲＦ信号は、ダウンコンバータ１２２でダウンコンバートする必要なく、直接サンプリングすることができる。いずれにしても、下記で記載される作業の原則は変わらない。サンプリングレートおよびアンテナ素子切り替えレートは、ＲＦの少なくとも１つのサンプルが、アンテナ素子（１０４ー１１０）が取り付けられている時間内に取得されるように配置される。アナログ／デジタル変換１２４の後、デジタル信号は、ソフトウェアおよび／またはハードウェアドメイン内でデジタル信号を処理しうる信号処理装置１３０に送られる。サンプリングされたＲＦ信号は、次に、デジタルデマルチプレックサー１３２において各アンテナ素子１０４−１１０につき別々のデータストリームにデマルチプレックスされる。
【００３９】
少なくとも１つのアンテナ素子（１０４−１１０）からの注目信号を含むデータストリーム１３３のうちの１つは復調およびメッセージ復号ユニット１３４で使用され、それにより注目信号が復調され、ＡＤＳ−Ｂ信号から位置情報が決定される。このデータストリーム１３３は、以下においてサンプリングされた一次信号と呼ばれる。航空機搭載受信機ユニット１０は、搭載されたＧＰＳ受信機１４０から自機のＧＰＳ位置を受信し、二つの位置を用いて、自機の位置と受信したＡＤＳ−Ｂ信号に示された位置との間のベクトルをベクトル計算ユニット１３８で計算する。航空機搭載受信機ユニット１０は、搭載された慣性基準ユニット（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｕｎｉｔ：ＩＲＵ）１４４からの航空機のピッチ、ロールおよび進路の情報をさらに受信し、地上のリファレンスフレームから航空機のリファレンスフレームへのベクトルをベクトル変換ユニット１４２で変換する。その後、受信したＡＤＳーＢ位置から期待到来角信号”θｅ”が計算到来角ユニット１４６で計算される。
【００４０】
従って、アンテナアレーアセンブリ１００の方向は、航空機搭載受信機ユニット１０を運搬するプラットフォームの位置および方向の決定に直接関係がある。受信機ユニット１２０は、ビークル内で任意の方向を有しうるが、それぞれのＡＤＳ−Ｂ信号を送信するターゲット航空機の期待到来角を計算するために、アンテナアレーアセンブリ１００の空間内の方向は知られていなければならない。
【００４１】
他のアンテナ素子からの一次信号１３３のサンプリングされた”コピー”は、期待到来角信号の計算と平行して処理され、注目信号の相対する到来角を到来角測定ユニット１３６において測定するために使用される。一次信号１３３は、ＡＤＳ−Ｂ報告または距離測定装置の応答パルスなどのパルス状信号の存在を検知するために使用することができる。次に、信号の周期の存在が確認されたとき、各々のサンプリングされたアンテナ素子信号の間の搬送波の相対位相が、デジタル信号処理アルゴリズム内で実現した位相比較器を使用して測定される。各信号の位相は、コスタスループおよびデジタル基準発振器を使用して、または他の多くのよく知られた手段によって、決定することができる。デジタル基準発振器のための正確な周波数は、サンプリングされた信号の高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）ブロック処理によって決定することができる。次いで、測定到来角信号”θｅ”は、各アンテナ素子上の信号の相対位相からおよびアンテナ素子の形状の知識に基づいて決定することができる。アンテナ素子の形状は、到来角の測定をより促進するために設計することができる。測定到来角と期待到来角との両方を有したところで、これらの値は、ターゲットＡＤＳ−Ｂ位置情報の妥当性に関するターゲット妥当性表示１５０を出力するために到来角比較ユニット１４８において比較される。
【００４２】
従って、到来角は、比較的安定した搬送波周波数を有する任意の信号に対して決定しうる。本発明に記載される一実施形態では、到来角測定は、２つの異なる目的のためになされる可能性があり、それは、１）図２−３に示されているように、ＡＤＳ−Ｂ報告のソースの確証を提供するため、および２）図４に示されている独立した位置解を生成するために９６０−１２１５Ｍｈｚの周波数帯内の様々な地上設置型発信機からの到来角測定を使用するためである。十分な処理能力ならびに中間周波数およびサンプリングレートの賢明な選択を考えると、本明細書に記載されたこれらの機能の両方が、図１の受信機１０に示されるシステムによって同時に支持されうる。しかしながら、受信機システム１０は、これらの機能の１つだけを実装、または一度に１つの機能を実装するように設計されうる。
【００４３】
図２は、進路２０２および北方ベアリング２０４からのそれぞれの進路のベアリング”θｈ”を有する航空機２００を示す。航空機は、その（図１の受信機１０に類似する）航空機搭載受信機ユニットで、航空機２５０の主張された位置に関する情報とともに、ターゲット航空機２５０からＡＤＳ−Ｂ信号を受信する。航空機搭載受信機ユニット１０は、ＡＤＳ−Ｂ信号を復調およびデコードし、航空機２５０の主張された位置情報を決定する。航空機搭載受信機ユニット１０は、さらに自機のＧＰＳ位置を受信し、これらの二つの位置を用いて、自機の位置と航空機２５０から受信したＡＤＳ−Ｂ信号内で主張された位置との間のベクトルを計算する。航空機搭載受信機１０は、搭載された慣性基準ユニットシステムから自機のピッチ、ロールおよび進路の情報を受信することへと進み、地上のリファレンスフレームから航空機のリファレンスフレームへとベクトルを変換し、受信したＡＤＳ−Ｂ位置から期待到来角ベアリング“θｅ”を生成する。
【００４４】
受信機１０は、航空機２５０から受信したＡＤＳ−Ｂ信号を同時に処理し、かつ上述のように、各アンテナ素子上の信号の相対位相から測定到来角ベアリング“θｍ”を決定する。飛行機２５０に対する期待到来角ベアリングθｅと測定到来角ベアリングθｍとの間の任意の差異は、仮説検定に使用できる検出統計となる。ＡＤＳ−Ｂ報告が、ＡＤＳ−Ｂメッセージで報告された位置（ここではターゲット航空機２５０）から実際にくるというのが仮説である。期待到来角ベアリングθｅと測定到来角ベアリングθｍとの間の任意の差異は、誤検出の許容確率が達成されるように、到来角測定の正確さに基づいて得られる閾値と比較される。図２では、飛行機２５０に対する期待到来角ベアリングθｅと飛行機２５０に対する測定到来角ベアリングθｍは、選択された閾値によって確立された許容範囲内にあるため、受信機１０は、航空機２５０の主張された位置が確かに本物であるという表示を与えうる。
【００４５】
図３は、進路３０２および北方ベアリング３０４からのそれぞれの進路ベアリングθｈを有する航空機３００を示す。航空機は、その（図１の受信機１０に類似する）航空機搭載受信機ユニットで、主張されたターゲット航空機３５０の主張された位置に関する情報とともに、ターゲット発信機３６０からＡＤＳ−Ｂ信号を受信する。航空機搭載受信機ユニット１０は、ＡＤＳ−Ｂ信号を復調およびデコードし、ターゲット航空機３５０の主張された位置情報を決定する。航空機搭載受信機ユニット１０は、さらに自機のＧＰＳ位置を受信し、これらの二つの位置を用いて、自機の位置とターゲット航空機３５０から受信したＡＤＳ−Ｂ信号内で主張された位置との間のベクトルを計算する。航空機搭載受信機１０は、搭載された慣性基準ユニットから自機のピッチ、ロールおよび進路の情報を受信することへと進み、地上のリファレンスフレームから航空機のリファレンスフレームへとベクトルを変換し、受信したＡＤＳ−Ｂ位置から期待到来角信号“θｅ”を生成する。
【００４６】
受信機１０は、発信機３５０から受信したＡＤＳ−Ｂ信号を同時に処理し、かつ上述のように、各アンテナ素子上の信号の相対位相から測定到来角信号“θｍ”を決定する。図３のシナリオでは、飛行機３５０に対する期待到来角ベアリングθｅと測定到来角ベアリングθｍとの間の差異は上述の仮説検定に使用され、ＡＤＳ−Ｂ報告は、実際はＡＤＳ−Ｂメッセージで報告された位置（ここではターゲット航空機３５０）からくるものである。期待到来角ベアリングθｅと測定到来角ベアリングθｍとの間の差異Δθｍ−ｅは閾値と比較され、このシナリオにおいてこの差異は、受信機１０による表示または警報の出力を引き起すのに十分であり、航空機３５０の主張された位置が本物でないこと、すなわち、送信機３６０の位置において送信された信号によって”スプーフィング”されていることが示される。受信機１０によって出力された警報表示は、ターゲット航空機３５０が無効なＡＤＳ−Ｂ信号を有すると特定する表示をさらに出力しうる。
【００４７】
図４に示されているように、測定到来角の値を使用した第２の適用例は、代替の位置決定システムを含む。上述の技法を使用して、各々のサンプリングされたアンテナ素子信号の間の搬送波の相対位相に基づいた到来角測定は、他の様々な目的のために信号を発信する様々な地上設置型発信機に対して行なうことができる。これらの”機会信号”は多数存在し、事実上どの帯域でも存在しうる。本明細書に記載されている一実施形態では、９６０−１２１５Ｍｈｚの周波数帯内で発信される信号に対して測定が行われる。この帯域が選択されるのは、これらの”機会信号”が、生命に適用したときの安全のために国際電気通信連合（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｕｎｉｏｎ：ＩＴＵ）によって割り当てられた帯域において、航空サービスプロバイダーにより提供されるソースによって発信されるためである。従って、これらの信号の使用を航空当局が承諾することは可能なはずである。使用される信号は、限定はされないが、以下を含みうる。
【００４８】
１−距離測定装置の応答パルス。これらは、機上ユーザーによる問い合わせに対する応答として、距離測定装置の地上設置型発信機によって発信されるパルス対である。応答パルスは、到来角ナビゲーションシステムが配置された航空機を目的としている可能性があり、または他の航空機からの問い合わせに対する応答を目的としている可能性がある。到来角の情報のみが使用され、距離測定装置の測距に関連するタイミングは無視される。距離測定装置の応答パルスは、さらに、発信機のデューティサイクルを許容範囲に保つために、関連する問い合わせパルスが全くない状態で地上設置型発信機により生成される。
【００４９】
２−１０９０ＭＨｚ以外のＡＤＳ−Ｂを使用する航空機のために、地上から送信され航空機位置を知らせるＡＤＳ−Ｂ報告である、１０９０ＭＨｚのＡＤＳ−Ｂ中継放送メッセージ。
【００５０】
３−既知の位置における二次監視レーダーからの１０３０ＭＨｚ二次監視レーダーの問い合わせ。
【００５１】
４ー将来のＬバンドデジタル航空通信システム（Ｌ−Ｂａｎｄ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍ：ＬＤＡＣＳ）の通信伝送。９６０−１２１５Ｍｈｚの周波数帯内に存在することを目的とする、Ｌバンドデジタル航空通信システムと呼ばれる新しい通信システムが提案されている。Ｌバンドデジタル航空通信システムは、想定される受信機システムにおいても容易に収容できるレンジ決定機能を提供しうることがさらに提案されている。Ｌバンドデジタル航空通信システムの測距に加えて、この到来角測定は、さらなる認証および／または障害検出および軽減のために適用することができる。
【００５２】
５−将来におけるＤＭＥ帯域に基づいた”疑似衛星信号”。将来の非ＧＮＳＳ位置決定信号のための提案の１つは、ＤＭＥ帯域において新しい地上設置型測距発信源を実装することである。それらの信号が存在するならば、到来角測定においてそれらの信号も利用することができる。
【００５３】
６−ユニバーサル・アクセス・トランシーバ（ＵＡＴ）地上局発信。米国で使用されるＡＤＳ−Ｂの基準のうちの１つは、９７８ＭＨｚにおける地上ベースの発信である。ユニバーサル・アクセス・トランシーバ技術は、放送型飛行情報システム（Ｆｌｉｇｈｔ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ‐  Ｂｒｏａｄｃａｓｔ：ＦＩＳ−Ｂ）を通して追加情報を地上局から航空機にアップリンクすることを可能にする。この情報は、天気情報および臨時飛行制限空域（Ｔｅｍｐｏｒａｒｙ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ：ＴＦＲ）情報を含む。
【００５４】
図４は、到来角の決定に基づくナビゲーションシステムを示し、図１の受信機１０に類似する航空機搭載受信機装置を有する航空機４００が、既知の発信機とそれらの位置のデータベースを含む。航空機搭載受信機は、現在推定位置およびエリア内に存在すると知られてる発信機に基づいて調査を行うために周波数を選択する。もし位置が未知である場合、受信機は、固定位置からの発信を探して１０３０ＭＨｚおよび１０９０ＭＨｚの帯域において探索することにより開始することができる。一旦そこに信号が発見されたら、アクティブな応答チャネルが見つかるまでＤＭＥ周波数を探索することができる。一旦送信機に対する角度が十分に知られ、かつ周波数が発見されたら、同じ周波数をもつ地上局のすべての可能な組み合わせを調べ、次いで、到来角測定が首尾一貫した位置に至る組み合わせを探すことによって、アルゴリズムを適用して位置を決定することができる。測定できる地上局が多ければ多いほど、過剰決定された位置の解の生成が早くなる。
【００５５】
図４は、進路４０２および北方ベアリング４０４からそれぞれの進路ベアリングθｈを有する航空機４００を示す。到来角の値を測定する航空機４００上の受信機は（図１の受信機１０のように）、すべてのユーザーに応答パルスを送信する第１の距離測定装置トランスポンダーＤ１  ４１０から信号を受信し、到来角をθＤ１として測定することができる。航空機４００上の受信機は、地上ベースのＡＤＳ−Ｂ再送信ソースＡ  ４２０から信号を受信し、到来角をθＡとして測定することができる。同様に、航空機４００上の受信機は、ローカライザーと組み合わせた地上ベースの距離測定装置トランスポンダーＰ  ４３０から信号を受信し、到来角をθＰとして測定することができる。同様に、航空機４００上の受信機は、すべてのユーザーに応答パルスを送信する第２の地上ベースの距離測定装置トランスポンダーＤ２  ４４０から信号を受信し、到来角をθＤ２として測定することができる。同様に、航空機４００上の受信機は、既知の位置を有するレーダーＲ  ４５０から信号を受信し、到来角をθＲとして測定することができる。
【００５６】
本明細書に記載されている実施形態は、航空機搭載受信機に対して正確な時刻転送を提供しないが、動作するために地上ベースのまたは航空機搭載のアセットの正確な時刻同期を必要としない点において、他に提案された、代替位置およびナビゲーションおよびタイミング（Ａｌｔｅｒｎａｔｅ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｔｉｍｉｎｇ：ＡＰＮＴ）システムとは異なる。本明細書に記載されている実施形態は、ベアリング測定のみに基づいておよびレンジ測定なく位置推定を生成することができる。本明細書に記載されている実施形態は、任意の新しい地上ベースのインフラストラクチャを必要とせず、航空機搭載装置のみを必要とする。本明細書に記載されている実施形態は、位置決定能力を提供するために地上ベースの受信機内でさらに使用することができる。本明細書に記載されている実施形態は、独立した位置決め能力を提供することができる、より単純でより安価な地上システムを可能にする。
【００５７】
本明細書に記載されている実施形態は、上述の問題を、比較的単純で導入が簡単な受信機パッケージによって対処し、航空機搭載装置のために他に適切な解決が提案されてこなかった、ＡＤＳ−Ｂの認証が欠けているという問題を解決する。幾つかのベアリング測定を（搭載されたデータベースにおいて運ばれる）発信機の既知の位置に関する情報と組み合わせることによって、ユーザーの位置を決定することができる。このような角度測定は、障害検出および軽減能力を高めるため、適切に設計されたカルマンフィルタまたは他のタイプの推定アルゴリズムにおいて、ＧＮＳＳ測定、慣性測定または他のナビゲーション測定と組み合わせることができる。このようにして、ＧＮＳＳのスプーフィングを検出することができ、未検知のスプーフィング攻撃の潜在的な影響が制限される。
【００５８】
図５は、受信機システム１０のアナログ／デジタル変換機１２４から受信された同期信号に基づいて、多素子アレーアンテナ１０２の各アンテナ素子間の整流半導体スイッチ１１２を循環させること５００を含む、到来角を測定する方法の論理フロー図を示している。少なくとも１つの信号が多素子アレーアンテナ１０２において受信され５０２、少なくとも１つの信号がアナログ／デジタル変換機１２４において各離散信号につき複数のアンテナ素子固有デジタルサンプルに変換されること５０４へと進む。複数のアンテナ素子固有デジタルサンプルが、多素子アレーアンテナの各アンテナ素子につき離散デジタルデータストリームにデマルチプレックスされること５０６へと進み、その後、整流多素子アレーアンテナのそれぞれのアンテナ素子の各離散デジタルデータストリームにおいて特定された搬送波信号の相対位相の測定に基づいて、少なくとも１つの信号に対して測定到来角が決定されること５０８へと進む。
【００５９】
５１０において受信機は、受信した信号をさらに処理するためにどのタイプの機能的適用を担うかに関する決定をしうる。異なる周波数上で異なるタイプの信号が発信されるため、受信機１０は、その特定の周波数に同調したときに処理する信号のタイプを識別している。さらに、受信機は、上述のように測定到来角を決定するために位相を測定するときに、一般的な信号構造に関する知識を利用する。受信機がＡＤＳーＢ認証５１２を提供する機能を担うとき、受信機で受信したＡＤＳ−Ｂ信号は、上述で実行された測定到来角の計算と比較して、その位置の信頼性を検証するために、アンテナアレーの位置および方向の情報とともにさらに処理される。図６は、ＡＤＳ−Ｂ信号の復調処理を介して、多素子アレーアンテナの単一のアンテナ素子のための１つの離散デジタルデータストリームからターゲット発信機からの示された位置データをさらにデコードする６００方法の図５からの論理フロー図の続きを示している。ターゲット発信機の期待到来角は、ターゲット発信機からのデコードされかつ示された位置データ、ならびに受信機システムの位置を定義する位置情報および受信機システムのアンテナサブシステムの方向を定義する進路情報に由来して決定されること６０２へと進む。次いで、期待到来角が、受信したＡＤＳ−Ｂ信号内のターゲット発信機からの示された位置データを検証するために測定到来角に対して比較されること６０４へと進む。最後に、ターゲット発信機からの示された位置データの検証に基づいて信頼性の表示が提供される６０６。
【００６０】
図５の５１０において受信機がナビゲーションおよび位置決定を提供する機能を担うとき、機会のエミッタからの複数の信号が、図５からの論理フロー図の続きとして図７に示されているさらなる処理のために、受信機ユニット１０において受信されうる５１４。受信機１０は、９６０−１２１５ＭＨｚの周波数帯で多くのタイプの信号を同時に受信することができ、ナビゲーションおよび位置決定機能で動作しながら、使用する特定のタイプの信号を分析するために特定の周波数に同調しうる。この場合の方法は、少なくとも２つの地上ベースのエミッタから複数の信号を受信することを含む。搬送波周波数およびエミッタの信号のタイプに基づくデータベースからそれぞれのエミッタのためのアイデンティティが検索される７００。次に、それぞれのエミッタのアイデンティティに基づくデータベースから各エミッタのために位置が検索されること７０２へと進む。それぞれのエミッタ信号のための到来角が、次いで、整流多素子アレーアンテナのそれぞれのアンテナ素子の各離散デジタルデータストリームにおいて特定された搬送波信号の相対位相の測定に基づいて決定されること７０４へと進む。最後に、受信機システムのアンテナサブシステムの独立した位置測定が、到来角の測定およびぞれぞれのエミッタの位置に基づいて計算される７０６。
【００６１】
図８は、航空機８０２の提供された位置情報の両方に対してＡＤＳ−Ｂ信号を処理および認証し、かつ真の位置を偽って伝えるＡＤＳ−Ｂ信号を送信する悪意ある者やスプーフィングを行う者のソースを検知して位置特定することができる、ネットワーク化された到来角受信機８１０ー８３０およびネットワーク装置８５０の地上ベースのシステム８００の概略図を示している。上記で提示された実施形態の原則に基づき、ネットワーク化された地上ベースの到来角受信機８１０−８３０は、すべての航空機の位置を単独で決定することができ、それにより、正確な時刻同期を必要とすることなく、”バックアップ”監視システムとして機能しうる。
【００６２】
上記の実装では、ターゲットの位置を単独で決定するために、空中のターゲット（例えば、ターゲット航空機８０２）に対して、地上ベースの到来角受信機８１０−８３０およびそれらのそれぞれの測定ベアリングθ１−θ３の既知の位置が使用されうる。測定結果は、ＡＤＳ−Ｂ信号情報を介して、ターゲットによって報告された位置に対して比較される。測定値と報告された位置との任意の差異は、古典的な仮説検定に検定統計量として適用され、空中ターゲットのスプーフィングが検知される。それにより、スプーフィングを行った者の位置はスプーフィングを行った者の協力なく決定することができ、すべてのＡＤＳーＢトラフィックの位置は、ＧＰＳ情報の取得が拒否されるまたはＧＰＳ情報が使用できないときに、到来角監視バックアップ能力を得て単独で決定することができる。上記の内容は例示の形でのみ提示されており、限定的なものと解釈されるべきではない。図示され説明が加えられた実施形態や適用の例に正確に従わなくとも、本発明の開示の真の精神と範囲から逸脱しなければ、ここで述べられた内容に対し様々な修正や変更が行われてもよく、このことは後に続く請求の範囲で明記される。
【符号の説明】
【００６３】
１０  受信機システム
１００  アンテナアレーアセンブリ
１０２  アンテナ素子
１０４  アンテナ素子
１０６  アンテナ素子
１０８  アンテナ素子
１１０  アンテナ素子
１１２  整流半導体スイッチデバイス
１１４  低雑音増幅器
１１６  中心導体
１１８  単一の同軸ケーブル
１１９  タイミング信号
１２０  受信機
１２２  ダウンコンバータ
１２４  アナログ／デジタル変換機
１３０  信号処理装置
１３２  デジタルデマルチプレックサー
１３３  データストリーム、一次信号
１３４  復調およびメッセージ復号ユニット
１３６  到来角測定
１３８  自機位置からベクトルを計算
１４０  自機位置（ＧＮＳＳ）
１４２  ベクトル変換
１４４  ピッチ、ロールおよび進路（ＩＲＵ）
１４６  期待到来角信号を計算
１４８  測定到来角と期待到来角とを比較
１５０  ターゲット妥当性表示を出力
２００  航空機
２０２  進路
２０４  北方ベアリング
２０４  北方ベアリング
２５０  ターゲット航空機
３００  航空機
３０２  進路
３０４  北方ベアリング
３５０  ターゲット航空機
４００  航空機
４０２  進路
４０４  北方ベアリング
４１０  第１の距離測定装置トランスポンダーＤ１
４２０  地上ベースのＡＤＳ−Ｂ再送信ソースＡ
４３０  地上ベースの距離測定装置トランスポンダーＰ
４４０  第２の地上ベースの距離測定装置トランスポンダーＤ２
４５０  レーダーＲ
８００  地上ベースのシステム
８０２  航空機
８１０  ネットワーク化された到来角受信機
８２０  ネットワーク化された到来角受信機
８３０  ネットワーク化された到来角受信機
８５０  ネットワーク装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2014238388.tif 000010
【外国語明細書】
2014238388000001.pdf
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