(57)【要約】  レーダ（３０）はＦＭＣＷ方式のレーダである。レーダ（３０）の判定部（９０１）は、ビート信号（Ｓ３０５）に異常な減衰が存在するかどうかを判定する減衰判定プログラム（３２４ａ）と、ビート信号（Ｓ３０５）の周波数特性に異常があるかどうかを判定する周波数特性判定プログラム（３２５ａ）との少なくともいずれかのプログラムを実行する。レーダ（３０）では、減衰判定プログラム（３２４ａ）と、周波数特性判定プログラム（３２５ａ）の実行により、ビート信号（Ｓ３０５）が、異常かどうかをソフトウェアによって判定することができる。
2019142271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１ビット以上の乱数系列を生成する乱数生成部と、
前記乱数系列の各ビットのビット値に応じてローカル信号を発生するローカル信号発生部と、
前記ローカル信号で搬送波を周波数変調して送信信号を生成し、前記送信信号を送信する送信部と、
前記送信部から前記送信信号を取得し、前記送信信号と受信アンテナが受信する受信信号とを混合してミキサ出力信号を出力するミキサと、
前記ミキサから出力された前記ミキサ出力信号からビート信号を生成するビート信号生成部と、
前記ビート信号に異常な減衰が存在するかどうかを判定する減衰判定プログラムと、前記ビート信号の周波数特性に異常があるかどうかを判定する周波数特性判定プログラムとの少なくともいずれかのプログラムを実行することにより、前記ビート信号が異常かどうかを判定する判定部と、
を備えるレーダ装置。
【請求項２】
前記判定部は、
前記減衰判定プログラムを実行し、
前記減衰判定プログラムは、
前記ビート信号の信号強度を示す信号強度値を計算し、計算した前記信号強度値と、信号強度の閾値との比較によって、前記ビート信号に異常な減衰が存在するかどうかを判定する請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記判定部は、
前記周波数特性判定プログラムを実行し、
前記周波数特性判定プログラムは、
前記ビート信号に対して高速フーリエ変換された結果を用いて、前記ビート信号の周波数特性に異常があるかどうかを判定する請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記判定部は、
前記ビート信号が異常かどうかを、前記ビート信号のフレームごとに判定し、
前記レーダ装置は、さらに、
計測対象までの距離と前記計測対象の速度との少なくともいずれかを含む計測情報を、前記ビート信号に基づいて計算する計算部を備え、
前記計算部は、
前記判定部によって異常と判定された前記フレームを、前記計測情報の計算の使用から除外する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記乱数生成部は、
複数ビットの乱数系列を生成する場合に、０と１との出現頻度を調整する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーダ装置。
【請求項６】
コンピュータに、
１ビット以上の乱数系列を生成する乱数生成処理と、
前記乱数系列の各ビットのビット値に応じてローカル信号を発生するローカル信号発生処理と、
前記ローカル信号で搬送波が周波数変調された送信信号と受信アンテナで受信された受信信号とが混合された混合信号が低域通過フィルタを通過することで得られるビート信号に、異常な減衰が存在するかどうかを判定する減衰判定プログラムと、前記ビート信号の周波数特性に異常があるかどうかを判定する周波数特性判定プログラムとの少なくともいずれかのプログラムを実行する判定処理と
を実行させる異常判定プログラム。
【請求項７】
前記判定処理は、
前記減衰判定プログラムを実行し、
前記減衰判定プログラムは、
前記ビート信号の信号強度を示す信号強度値を計算し、計算した前記信号強度値と、信号強度の閾値との比較によって、前記ビート信号に異常な減衰が存在するかどうかを判定する請求項６に記載の異常判定プログラム。
【請求項８】
前記判定処理は、
前記周波数特性判定プログラムを実行し、
前記周波数特性判定プログラムは、
前記ビート信号に対して高速フーリエ変換された結果を用いて、前記ビート信号の周波数特性に異常があるかどうかを判定する請求項６に記載の異常判定プログラム。
【請求項９】
前記判定処理は、
前記ビート信号が異常かどうかを、前記ビート信号のフレームごとに判定し、
前記異常判定プログラム、さらに、
計測対象までの距離と前記計測対象の速度との少なくともいずれかを含む計測情報を、前記ビート信号に基づいて計算する計算処理を備え、
前記計算処理は、
前記判定処理によって異常と判定された前記フレームを、前記計測情報の計算の使用から除外する請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の異常判定プログラム。
【請求項１０】
前記乱数生成処理は、
複数ビットの乱数系列を生成する場合に、０と１との出現頻度を調整する請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の異常判定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数変調連続波を使用するレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダは、対象物に電波を照射し、反射波を計測することで、レーダと対象物との相対距離または対象物の相対速度を計測する装置である。ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）方式は、レーダの一方式であり、ＦＭＣＷ方式は、安価でありながら優れた距離及び速度の計測能力を持つ。【０００３】
レーダでは、欺瞞が脅威となる。欺瞞とは、レーダに対して反射波を装った電波を外部から挿入することで、計測値を誤らせる攻撃を意味する。非特許文献１では、欺瞞対策として、ＦＭＣＷレーダのチャープを変調する対策方式を開示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】菅原，梨本等、「ミリ波レーダのチャープ信号のランダム化」、ＳＣＩＳ２０１７  ２０１７  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｒｈｙ  ａｎｄ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ  Ｎａｈａ，Ｊａｐａｎ，Ｊａｎ．２４−２７，２０１７，Ｔｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に開示される欺瞞対策を有するＦＭＣＷレーダは、攻撃が有るかどうかを判定するために、通常のＦＭＣＷレーダのハードウェアとしては使用されない、時間・周波数フィルタ及び検出器というハードウェアを使用する。【０００６】
このため、非特許文献１のレーダでは、通常のＦＭＣＷレーダのハードウェアを変更せずに欺瞞対策は行えない。【０００７】
この発明は、既存のＦＭＣＷレーダのハードウェア構成を変更することなく、欺瞞対策が可能なＦＭＣＭレーダの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のレーダ装置は、
１ビット以上の乱数系列を生成する乱数生成部と、
前記乱数系列の各ビットのビット値に応じてローカル信号を発生するローカル信号発生部と、
前記ローカル信号で搬送波を周波数変調して送信信号を生成し、前記送信信号を送信する送信部と、
前記送信部から前記送信信号を取得し、前記送信信号と受信アンテナが受信する受信信号とを混合してミキサ出力信号を出力するミキサと、
前記ミキサから出力された前記ミキサ出力信号からビート信号を生成するビート信号生成部と、
前記ビート信号に異常な減衰が存在するかどうかを判定する減衰判定プログラムと、前記ビート信号の周波数特性に異常があるかどうかを判定する周波数特性判定プログラムとの少なくともいずれかのプログラムを実行することにより、前記ビート信号が異常かどうかを判定する判定部と、
を備える。
【発明の効果】
【０００９】
この発明のレーダ装置によれば、既存のＦＭＣＷレーダのハードウェア構成を変更することなく、欺瞞対策が可能なＦＭＣＭレーダを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１の図で、レーダ１０のハードウェア構成図。
【図２】実施の形態１の図で、レーダ１０のコンピュータ１００の構成を示す図。
【図３】実施の形態１の図で、レーダ３０のハードウェア構成を示す図。
【図４】実施の形態１の図で、レーダ３０のコンピュータ３００の内部構成を示す図。
【図５】実施の形態１の図で、レーダ３０の動作を示すシーケンス図。
【図６】実施の形態１の図で、送信信号Ｓ３０２の周波数変調を示す図。
【図７】実施の形態１の図で、コンピュータ３００の入出力の様子を示す図。
【図８】実施の形態１の図で、攻撃あり及び攻撃なしに対応する受信信号Ｓ３０３の周波数変化を示す図。
【図９】実施の形態１の図で、減衰検出部３２４によるビート信号Ｓ３０５の異常判定を示す図。
【図１０】実施の形態１の図で、異常周波数検出部３２５によるビート信号Ｓ３０５の異常判定を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
＊＊＊比較例の構成＊＊＊
実施の形態１は、ＦＭＣＷを使用するレーダ装置３０に関する。レーダ装置３０の特徴の明確化のために、まず、レーダ装置３０の比較例として、レーダ装置１０を説明する。
図１は、レーダ装置１０のハードウェエア構成図である。レーダ装置１０もＦＭＣＷを使用するレーダ装置である。以下、レーダ装置１０及びレーダ装置３０は、レーダ１０及びレーダ３０と記す。
【００１２】
図１に示すように、レーダ１０は、ハードウェアとして、コンピュータ１００、信号発生器１０１、送信アンテナ１０２、受信アンテナ１０３、ミキサ１０４、低域通過フィルタ１０５、時間・周波数フィルタ１０６及び検出器１０７を備えている。図１に示すように、一方のハードウェアから他方のハードウェアへ出力される信号を、ローカル信号Ｓ１０１、送信信号Ｓ１０２、受信信号Ｓ１０３、ミキサ出力信号Ｓ１０４、ビート信号Ｓ１０５、フィルタ出力信号Ｓ１０６、フィルタ制御信号Ｓ１０７、検出信号Ｓ１０８と呼ぶ。
【００１３】
図１において点線の枠４１で囲まれた、時間・周波数フィルタ１０６及び検出器１０７は、一般のＦＭＣＷレーダでは不要なハードウェアである。時間・周波数フィルタ１０６及び検出器１０７は、非特許文献１の図７で開示された、欺瞞攻撃への欺瞞対策が適用されたＦＭＣＷレーダが特徴的に有するハードウェアである。
【００１４】
図２は、レーダ１０のコンピュータ１００の構成を示す。図２を用いて、コンピュータ１００の構成を説明する。コンピュータ２００は、ハードウェアとして、プロセッサ１１１、メモリ１１２、アナログ信号インタフェース１１３及びデジタル信号インタフェース１１４を持つ。また、コンピュータ１００は、機能要素として、ローカル信号発生部１２１、距離・速度計算部１２２、乱数生成部１２３、攻撃検出部１２４、及びフィルタ制御部１２５を備える。
【００１５】
アナログ信号インタフェース１１３及びデジタル信号インタフェース１１４は、コンピュータ１００を外部ハードウェアと接続するために使用される。外部ハードウェアとは、信号発生器１０１、低域通過フィルタ１０５、時間・周波数フィルタ１０６及び検出器１０７である。機能要素であるローカル信号発生部１２１、距離・速度計算部１２２、乱数生成部１２３、攻撃検出部１２４４及びフィルタ制御部１２５は、プログラムによって実現される。このプログラムはメモリ１１２に記憶されるており、このプログラムがプロセッサ１１１で実行される。
【００１６】
ローカル信号発生部１２１は、ローカル信号Ｓ１０１を生成し、ローカル信号Ｓ１０１を信号発生器１０１へ出力する。距離・速度計算部１２２は、ビート信号Ｓ１０５を元に、レーダ１０と対象物の間の相対距離及び相対速度を計算する。乱数生成部１２３は、乱数系列を生成する。攻撃検出部１２４は、検出信号Ｓ１０８を元に、攻撃が有るかどうかを判定する。フィルタ制御部１２５は、フィルタ制御信号Ｓ１０７を介して、時間・周波数フィルタ１０６の設定を行う。
【００１７】
図２において、機能要素であるローカル信号発生部１２１、距離・速度計算部１２２、乱数生成部１２３、攻撃検出部１２４及びフィルタ制御部１２５はプログラムであるため、これらの機能の変更または追加はハードウェア構成に影響を与えない。
【００１８】
＊＊＊レーダ３０の構成の説明＊＊＊
図３は、実施の形態１のレーダ３０のハードウェア構成を示す。
図４は、レーダ３０のコンピュータ３００の内部構成を示す図である。レーダ３０は、ＦＭＣＷを使用する。レーダ３０は、ハードウェアとして、コンピュータ３００、送信部９０２である信号発生器３０１、送信アンテナ３０２、受信アンテナ３０３、ミキサ３０４及び低域通過フィルタ３０５を備えている。すなわち、レーダ３０はソフトウェアによって欺瞞対策を実施するので、レーダ３０のハードウェア構成は、欺瞞対策のない一般的なＦＭＣＷレーダのハードウェア構成と同じである。
【００１９】
次に、図４を参照して、コンピュータ３００の内部構成を説明する。コンピュータ３００は、ハードウェアとして、プロセッサ３１１、メモリ３１２、アナログ信号インタフェース３１３及びデジタル信号インタフェース３１４を持つ。また、コンピュータ３００は、機能要素として、ローカル信号発生部３２１、距離・速度計算部３２２、乱数生成部３２３、減衰検出部３２４及び異常周波数検出部３２５を備える。減衰検出部３２４と異常周波数検出部３２５とは、判定部９０１を構成する。減衰検出部３２４は減衰判定プログラム３２４ａを備えている。異常周波数検出部３２５は、周波数特性判定プログラムを備えている。
【００２０】
ローカル信号発生部３２１、距離・速度計算部３２２、乱数生成部３２３、減衰検出部３２４及び異常周波数検出部３２５は、プログラムによって実現される。プログラムは、メモリ３１２に記憶され、プロセッサ３１１で実行される。なお、プロセッサは、プロセッシングサーキットリとも呼ばれる。つまり、ローカル信号発生部３２１、距離・速度計算部３２２、乱数生成部３２３、減衰検出部３２４及び異常周波数検出部３２５の機能は、プロセッシングサーキットリにより実現される。
【００２１】
（１）ローカル信号発生部３２１は、ローカル信号Ｓ３０１を発生し、デジタル信号インタフェース３１４を介して信号発生器３０１へローカル信号Ｓ３０１を出力する。
（２）計算部９０４である距離・速度計算部３２２は、アナログ信号インタフェース３１３を介して取得されたビート信号Ｓ３０５から、レーダ３０と対象物４２との間の相対距離及び対象物の相対速度を計算する。
（３）乱数生成部３２３は、乱数系列を生成する。
（４）減衰検出部３２４は、ビート信号Ｓ３０５の減衰を検出する。
（５）異常周波数検出部３２５は、ビート信号Ｓ３０５の周波数特性の異常を検出する。
（６）減衰検出部３２４及び異常周波数検出部３２５の機能は、「非特許文献１」で開示されている技術に対して、新しく追加された機能である。つまり、減衰検出部３２４及び異常周波数検出部３２５から構成される判定部９０１は、「非特許文献１」に対して、新しく追加された機能である。
【００２２】
プロセッサ３１１は、異常判定プログラムを実行する装置である。異常判定プログラムは、ローカル信号発生部３２１と、距離・速度計算部３２２と、乱数生成部３２３と、減衰検出部３２４と、異常周波数検出部３２５との機能を実現するプログラムである。異常判定プログラムはメモリ１１２に記憶されている。異常判定プログラムは、ローカル信号発生部３２１と、距離・速度計算部３２２と、乱数生成部３２３と、減衰検出部３２４と、異常周波数検出部３２５との各部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えた各処理、各手順あるいは各工程をコンピュータ３００に実行させるプログラムである。また、異常判定方法は、コンピュータ３００が異常判定プログラムを実行することにより行われる方法である。異常判定プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に格納されて提供されてもよいし、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。
【００２３】
＊＊＊レーダ３０の動作の説明＊＊＊
図５は、レーダ３０の動作を示すシーケンスである。図５を参照してレーダ３０の動作を説明する。
【００２４】
ステップＳＴ１１において、ローカル信号発生部３２１は、乱数生成部３２３によって生成された乱数系列を用いて、ローカル信号Ｓ３０１を生成する。乱数生成部３２３の生成する乱数系列は、１ビットの乱数の場合も含む。乱数系列及びローカル信号Ｓ３０１は、送信信号Ｓ３０２の生成で述べる。
【００２５】
ステップＳＴ１２において、信号発生器３０１は、ローカル信号Ｓ３０１で搬送波を周波数変調して送信信号Ｓ３０２を生成する。
図６は、送信信号Ｓ３０２の生成を示す。図６の上側はローカル信号Ｓ３０１を示し、横軸は時間、縦軸は電圧を示す。下側は送信信号Ｓ３０２を示し、横軸は時間、縦軸は周波数を示す。送信信号Ｓ３０２の横軸の時間は、ローカル信号Ｓ３０１の横軸の時間と同じである。乱数生成部３２３は、例えば、乱数系列「０，１，０，０，１．．．」を生成する。
ローカル信号発生部３２１は、乱数系列「０，１，０，０，１．．．」の各ビットのビット値に応じてローカル信号を生成する。図６では、ローカル信号発生部３２１は、ビット値ゼロの場合には、時間とともに電圧がＶ１からＶ２に線形に増加するローカル信号を発生する。また、ビット値１の場合には、時間とともに電圧がＶ２からＶ１に線形に減少するローカル信号を発生する。信号発生器３０１は、ローカル信号Ｓ３０１で搬送波を周波数変調して送信信号Ｓ３０２を生成する。図６に示すように、信号発生器３０１は、ローカル信号Ｓ３０１の電圧が高いほど周波数の高い送信信号Ｓ３０２を生成する。
【００２６】
送信信号Ｓ３０２は、送信アンテナ３０２及びミキサ３０４へ分配される。送信アンテナ３０２からは、送信信号Ｓ３０２が空間に放射される。受信アンテナ３０３は、図３に示すように、送信信号Ｓ３０２が対象物４２で反射された反射信号Ｓ３０２ａを検出する。受信アンテナ３０３で検出された反射信号Ｓ３０２ａが受信信号Ｓ３０３である。
【００２７】
ステップＳＴ１３において、受信信号Ｓ３０３は、ミキサ３０４によって送信信号Ｓ３０２とミキシングされる。ミキサ３０４は、信号発生器３０１から送信信号Ｓ３０２を取得し、送信信号Ｓ３０２と受信アンテナ３０３が受信する受信信号Ｓ３０３とを混合してミキサ出力信号Ｓ３０４を出力する。
【００２８】
ステップＳＴ１４において、ビート信号生成部９０３である低域通過フィルタ３０５は、ミキサ３０４から出力されたミキサ出力信号Ｓ３０４から、ビート信号Ｓ３０５を生成する。
ミキサ出力信号Ｓ３０４が低域通過フィルタ３０５を通過することで、ミキサ出力信号Ｓ３０４から低周波数成分のみが抽出されたビート信号Ｓ３０５が得られる。
ミキサ出力信号Ｓ３０４は、以下の式１で表現される、合成された正弦波である。
ｃｏｓｆｓｔ・ｃｏｓｆｒｔ＝［ｃｏｓ｛（ｆｓ−ｆｒ）ｔ｝＋ｃｏｓ｛（ｆｓ＋ｆｒ）ｔ｝］／２      （式１）
ｆｓｔは送信信号Ｓ３０２を示し、ｆｒｔは受信信号Ｓ３０３を示す。式１で表現されるミキサ出力信号Ｓ３０４が低域通過フィルタ３０５を通過することで、低周波成分が取り出される。これがビート信号Ｓ３０５である。
ビート信号Ｓ３０５は、以下の式２で表される。
ｃｏｓｆｓｔ・ｃｏｓｆｒｔ＝ｃｏｓ｛（ｆｓ−ｆｒ）ｔ｝／２      （式２）
つまり、ビート信号Ｓ３０５とは、送信信号Ｓ３０２と受信信号Ｓ３０３との周波数差を表す。
【００２９】
距離・速度計算部３２２は、ビート信号Ｓ３０５を解析することで、レーダ３０と対象物４２との相対距離または相対速度を計算する。後述のように、ビート信号Ｓ３０５のフレームのうち、減衰検出部３２４または異常周波数検出部３２５によって異常と判定されたフレームは、相対距離及び相対速度の計算から除外され、計算には使用されない。なお、フレームとは、横軸を時間であるグラフから、一定時間で切り出された時間軸データである。
【００３０】
判定部２５は、ビート信号Ｓ３０５に異常な減衰が存在するかどうかを判定する減衰判定プログラム３２４ａと、ビート信号の周波数特性に異常があるかどうかを判定する周波数特性判定プログラム３２５ａとの少なくともいずれかのプログラムを実行することにより、ビート信号Ｓ３０５が異常かどうかを判定する。
【００３１】
ステップＳＴ１５において、減衰検出部３２４は、ビート信号Ｓ３０５の各フレームに対して、低域通過フィルタ３０５を通過することで信号が大幅に減衰したかどうかを判定する。大幅に減衰したと判定した場合、減衰検出部３２４は、そのフレームを異常と判定する。
具体的には、判定部９０１の減衰検出部３２４は、減衰判定プログラム３２４ａを実行する。減衰判定プログラム３２４ａは、ビート信号Ｓ３０５の信号強度を示す信号強度値を計算し、計算した信号強度値と、信号強度の閾値との比較によって、ビート信号Ｓ３０５に異常な減衰が存在するかどうかを判定する。信号強度値及び信号強度の閾値は、図９で説明する∫Ｔ１Ｔ２ｆ２（ｔ）ｄｔと閾値σｔｈである。∫Ｔ１Ｔ２ｆ２（ｔ）ｄｔは、フレームの始点時刻Ｔ１から終点時刻Ｔ２までの、信号ｆ（ｔ）の二乗の定積分である。始点時刻Ｔ１及び終点時刻Ｔ２は、後述する図９のフレームＦＲ１〜ＦＲ５のそれぞれの始点時刻及び終点時刻である。
【００３２】
距離・速度計算部３２２では各フレームに対してＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）の処理を行う。
【００３３】
ステップＳＴ１６において、判定部９０１の異常周波数検出部３２５は、周波数特性判定プログラム３２５ａを実行する。周波数特性判定プログラム３２５ａは、ビート信号Ｓ３０５に対して高速フーリエ変換された結果を用いて、ビート信号Ｓ３０５の周波数特性に異常があるかどうかを判定する。具体的には異常周波数検出部３２５は周波数特性判定プログラム３２５ａを実行することにより、各フレームに対するＦＦＴ処理の出力を用いて、フレームごとに、信号強度がピークになる周波数が、ビート周波数として期待される周波数領域から逸脱しているかどうかを判定する。信号強度がピークになる周波数が期待される周波数領域から逸脱していると判定した場合、異常周波数検出部３２５はそのフレームを異常と判定する。
【００３４】
減衰検出部３２４または異常周波数検出部３２５よって異常と判定されたフレームは、減衰検出部３２４または異常周波数検出部３２５から距離・速度計算部３２２に通知される。距離・速度計算部３２２は、異常の通知されたフレームを後段の信号処理から除外する。
このように、減衰検出部３２４と異常周波数検出部３２５とは、ビート信号Ｓ３０５が異常かどうかを、ビート信号Ｓ３０５のフレームごとに判定する。距離・速度計算部３２２は、対象物４２までの距離と対象物４２の速度との少なくともいずれかを含む計測情報を、ビート信号Ｓ３０５に基づいて計算する。この場合、距離・速度計算部３２２は、減衰検出部３２４と異常周波数検出部３２５との少なくともいずれかによって異常と判定されたフレームを、計測情報の計算の使用から除外する。
【００３５】
図７〜図１０を参照して、減衰検出部３２４及び異常周波数検出部３２５による異常検出を説明する。すなわち、減衰検出部３２４及び異常周波数検出部３２５による、攻撃の検出を説明する。
図７は、コンピュータ３００の入出力の様子を示す。
【００３６】
図８は、攻撃あり及び攻撃なしに対応する受信信号Ｓ３０３の周波数変化を示す。上側の図は攻撃なしの場合を示し、下側の図は攻撃ありの場合を示す。上側及び下側の図において、横軸は時間、縦軸は周波数を示す。上側の図において、信号ｆ１は送信信号Ｓ３０２を示し、信号ｆ２は受信信号Ｓ３０３を示す。下側の図において、信号ｆ１は送信信号Ｓ３０２を示し、信号ｇは受信信号Ｓ３０３を示す。
【００３７】
図９は、減衰検出部３２４によるビート信号Ｓ３０５の異常判定を示す。ビート信号Ｓ３０５は、攻撃者の信号ｇを含む。図９のビート信号Ｓ３０５は、アナログ信号インタフェース３１３によってデジタル信号に変換されている。図１０のビート信号Ｓ３０５も同様である。
【００３８】
図１０は、異常周波数検出部３２５によるビート信号Ｓ３０５の異常判定を示す。
【００３９】
図９、図１０に示すビート信号Ｓ３０５は、図６に示した送信信号Ｓ３０２に対応する。尚、変調方式は、図６の変調方式に限定されない。
【００４０】
攻撃者が図６の変調方式を正しく予測できない場合、攻撃者の送信波、つまり攻撃者からの受信信号Ｓ３０３は、図８の下側の信号ｇのように、信号ｆ１である送信信号Ｓ３０２との周波数差が大きくなる。この特性により、ミキサ出力信号Ｓ３０４では高周波の信号区間が観測される。図７には、攻撃者の信号ｇを含むミキサ出力信号Ｓ３０４を示している。
図７のミキサ出力信号Ｓ３０４では、図６における送信信号Ｓ３０２のチャープフレームＦＲ１からＦＲ５のうち、３番目のチャープフレームＦＲ３で攻撃が発生した状態を示している。つまり、図６のチャープフレームＦＲ１からＦＲ５は、図７のミキサ出力信号Ｓ３０４のフレームＦＲ１からＦＲ５に対応している。図６のチャープフレームＦＲ１からＦＲ５は、図９及び図１０に示すビート信号Ｓ３０５のフレームＦＲ１からフレームＦＲ５に対応している。図７のビート信号Ｓ３０５に示すように、ミキサ出力信号Ｓ３０４は低域通過フィルタ３０５を通過することで、攻撃が発生した区間の高周波信号が減衰する。
【００４１】
なお、図６の示す、チャープの上り、下りによる変調方式の場合、極端にどちらかに偏った変調を行うと、後段の信号処理の精度が影響を受ける。そこで、乱数生成部３２３は、複数ビットの乱数系列を生成する場合に、０と１との出現頻度を調整する。つまり乱数生成部３２３は、変調方式によっては、制約付で乱数系列を生成する。例えば、乱数生成部３２３は、ハミング重みが等しい乱数系列を生成する符号化処理を行う。すなわち、生成行列をＧ、乱数系列をｒとすれば、ｒＧで得られるベクトルでチャープ変調を行う。
【００４２】
図９を参照して、減衰検出部３２４が減衰判定プログラム３２４ａを用いて行う異常判定を説明する。ビート信号Ｓ３０５は、アナログ信号インタフェース３１３でサンプリングされ、デジタル信号に変換される。プロセッサ３１１は、デジタル変換されたビート信号Ｓ３０５をｎのフレーム単位で処理する。ｎは整数である。図９ではｎ＝５である。減衰検出部３２４は、デジタル信号に変換されたビート信号Ｓ３０５をフレームに分割し、各フレームに対して、異常な減衰が存在するかどうかを判定する。判定方法の例としては、減衰検出部３２４は、二乗平均に相当する量を計算し、閾値判定を行う。図９では、減衰検出部３２４は、フレームごとに、フレーム内における信号ｆ（ｔ）に対して、∫Ｔ１Ｔ２ｆ２（ｔ）ｄｔを計算する。減衰検出部３２４は、あらかじめプログラムに定義されている閾値σｔｈと、計算された∫Ｔ１Ｔ２ｆ２（ｔ）ｄｔとを比較する。
減衰検出部３２４は、
∫Ｔ１Ｔ２ｆ２（ｔ）ｄｔ＜σｔｈ
の場合、そのフレームには異常な減衰が存在すると判定し、異常な減衰が存在するフレームを異常と判定する。異常と判定されたフレームは、後段の平均化処理から除外される。
【００４３】
図１０を参照して、異常周波数検出部３２５が周波数特性判定プログラム３２５ａを用いて行う周波数特性の異常判定を説明する。ビート信号Ｓ３０５は、アナログ信号インタフェース３１３でサンプリングされ、デジタル信号に変換される。異常周波数検出部３２５は、デジタル信号に変換されたビート信号Ｓ３０５をｎフレーム単位で処理する。
【００４４】
図１０は、図９と同様にｎ＝５である。距離・速度計算部３２２は、デジタル信号に変換されたビート信号Ｓ３０５をフレームに分割し、各フレームに対してＦＦＴを行う。ＦＦＴは、欺瞞対策がされない、通常のレーダの場合も行われる。距離・速度計算部３２２による信号処理では、ＦＦＴは、高速チャープと呼ばれるフレーム毎に行われる。
【００４５】
距離・速度計算部３２２がフレーム単位でＦＦＴを行わない場合は、異常周波数検出部３２５がＦＦＴを行えばよい。図１０に示すように、異常周波数検出部３２５は、それぞれのフレームのＦＦＴの結果に対して、信号強度のピーク値の周波数ｆｐｅａｋを計算する。
周波数ｆｐｅａｋが、あらかじめ定められた閾値ｆｔｈよりも高い周波数の場合、異常周波数検出部３２５は、ビート信号Ｓ３０５の周波数特性に異常があると判定し、そのフレームを異常と判定する。異常と判定されたフレームは、後段の信号処理から除外される。図１０ではフレームＦＲ３が異常である。
【００４６】
閾値ｆｔｈは、レーダ３０のハードウェア特性、測距限界、及び計測可能な速度限界から決定できる。例えば、中心周波数２４ＧＨｚ、チャープの掃引速度１６０［ＧＨｚ／ｓ］、測距限界が６０ｍとする。この場合、相対距離による周波数シフトｆｒの最大値は以下のｆｒとなる。
ｆｒ＝２×６０［ｍ］×１６０［ＧＨｚ／ｓ］／（３×１０８）［ｍ／ｓ］＝６４［ｋＨｚ］
計測可能な速度限界が３００Ｋｍ／ｈとすれは、ドップラーシフトｆｖは以下のように計算される。
ｆｖ＝３００［ｋｍ／ｈ］／（３×１０８）［ｍ／ｓ］×２４［ＧＨｚ］＝６．６７［ＫＨｚ］
よって、閾値ｆｔｈ＝６４＋６．６７から、閾値ｆｔｈは７０ＫＨｚと決定できる。
【００４７】
＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
レーダ３０では、図６で説明したように、ローカル信号発生部３２１が乱数系列を元にローカル信号Ｓ３０１を発生し、ローカル信号Ｓ３０１から信号発生器３０１が、送信信号Ｓ３０２を発生する。その後、従来必要であった時間・周波数フィルタと検出器とのハードウェアを用いず、ソフトウェアで実現される減衰検出部３２４及び異常周波数検出部３２５とによる閾値を用いた判定が行われる。異常と判定されたビート信号Ｓ３０５のフレーム、すなわち攻撃されたチャープの区間情報は、距離・速度計算部３２２によって一連のフレームから除去される。よって、攻撃の影響が排除された測距が行うことができる。したがって、レーダ３０によれば、一般的なＦＭＣＷの装置のハードウェア構成を変更することなく、プログラムによる機能追加によって、ＦＭＣＷの欺瞞攻撃を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００４８】
Ｓ１０１，Ｓ３０１  ローカル信号Ｓ１０２，Ｓ３０２  送信信号Ｓ１０３，Ｓ３０３  受信信号Ｓ１０４，Ｓ３０４  ミキサ出力信号Ｓ１０５，Ｓ３０５  ビート信号Ｓ１０６  フィルタ出力信号Ｓ１０７  フィルタ制御信号、１０，３０  レーダ、４１  枠、４２  対象物、１００  コンピュータ、１０１  信号発生器、１０２  送信アンテナ、１０３  受信アンテナ、１０４  ミキサ、１０５  低域通過フィルタ、１０６  時間・周波数フィルタ、１０７  検出器、１１１  プロセッサ、１１２  メモリ、１１３  アナログ信号インタフェース、１１４  デジタル信号インタフェース、１２１  ローカル信号発生部、１２２  距離・速度計算部、１２３  乱数生成部、１２４  攻撃検出部、１２５  フィルタ制御部、３００  コンピュータ、３０１  信号発生器、３０２  送信アンテナ、３０３  受信アンテナ、３０４  ミキサ、３０５  低域通過フィルタ、３１１  プロセッサ、３１２  メモリ、３１３  アナログ信号インタフェース、３１４  デジタル信号インタフェース、３２１  ローカル信号発生部、３２２  距離・速度計算部、３２３  乱数生成部、３２４  減衰検出部、３２４ａ  減衰判定プログラム、３２５  異常周波数検出部、３２５ａ  周波数特性判定プログラム、９０１  判定部、９０２  送信部、９０３  ビート信号生成部、９０４  計算部。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年9月4日(2018.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数ビットの乱数系列を生成する乱数生成部と、
前記乱数系列の各ビットのビット値に応じて、前記ビット値ごとに、時間とともに電圧が変化するローカル信号を一定時間発生するローカル信号発生部と、
前記ローカル信号の前記電圧に従って搬送波を周波数変調して送信信号を生成し、前記送信信号を送信する送信部と、
前記送信部から前記送信信号を取得し、前記送信信号と受信アンテナが受信する受信信号とを混合してミキサ出力信号を出力するミキサと、
前記ミキサから出力された前記ミキサ出力信号からビート信号を生成するビート信号生成部と、
前記ビート信号に異常な減衰が存在するかどうかを判定する減衰判定プログラムと、前記ビート信号の周波数特性に異常があるかどうかを判定する周波数特性判定プログラムとの少なくともいずれかのプログラムを実行することにより、前記ビート信号が異常かどうかを判定する判定部と、
を備えるレーダ装置。
【請求項２】
前記判定部は、
前記減衰判定プログラムを実行し、
前記減衰判定プログラムは、
前記ビート信号の信号強度を示す信号強度値を計算し、計算した前記信号強度値と、信号強度の閾値との比較によって、前記ビート信号に異常な減衰が存在するかどうかを判定する請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記判定部は、
前記周波数特性判定プログラムを実行し、
前記周波数特性判定プログラムは、
前記ビート信号に対して高速フーリエ変換された結果を用いて、前記ビート信号の周波数特性に異常があるかどうかを判定する請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記判定部は、
前記ビート信号が異常かどうかを、前記ビート信号のフレームごとに判定し、
前記レーダ装置は、さらに、
計測対象までの距離と前記計測対象の速度との少なくともいずれかを含む計測情報を、前記ビート信号に基づいて計算する計算部を備え、
前記計算部は、
前記判定部によって異常と判定された前記フレームを、前記計測情報の計算の使用から除外する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記乱数生成部は、
複数ビットの乱数系列を生成する場合に、０と１との出現頻度を調整する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーダ装置。
【請求項６】
コンピュータに、
複数ビットの乱数系列を生成する乱数生成処理と、
前記乱数系列の各ビットのビット値に応じて、前記ビット値ごとに、時間とともに電圧が変化するローカル信号を一定時間発生するローカル信号発生処理と、
前記ローカル信号の前記電圧に従って搬送波が周波数変調された送信信号と受信アンテナで受信された受信信号とが混合された混合信号が低域通過フィルタを通過することで得られるビート信号に、異常な減衰が存在するかどうかを判定する減衰判定プログラムと、前記ビート信号の周波数特性に異常があるかどうかを判定する周波数特性判定プログラムとの少なくともいずれかのプログラムを実行する判定処理と
を実行させる異常判定プログラム。
【請求項７】
前記判定処理は、
前記減衰判定プログラムを実行し、
前記減衰判定プログラムは、
前記ビート信号の信号強度を示す信号強度値を計算し、計算した前記信号強度値と、信号強度の閾値との比較によって、前記ビート信号に異常な減衰が存在するかどうかを判定する請求項６に記載の異常判定プログラム。
【請求項８】
前記判定処理は、
前記周波数特性判定プログラムを実行し、
前記周波数特性判定プログラムは、
前記ビート信号に対して高速フーリエ変換された結果を用いて、前記ビート信号の周波数特性に異常があるかどうかを判定する請求項６に記載の異常判定プログラム。
【請求項９】
前記判定処理は、
前記ビート信号が異常かどうかを、前記ビート信号のフレームごとに判定し、
前記異常判定プログラム、さらに、
計測対象までの距離と前記計測対象の速度との少なくともいずれかを含む計測情報を、前記ビート信号に基づいて計算する計算処理を備え、
前記計算処理は、
前記判定処理によって異常と判定された前記フレームを、前記計測情報の計算の使用から除外する請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の異常判定プログラム。
【請求項１０】
前記乱数生成処理は、
複数ビットの乱数系列を生成する場合に、０と１との出現頻度を調整する請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の異常判定プログラム。
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月4日(2018.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数ビットの乱数系列を生成する乱数生成部と、
前記乱数系列の各ビットのビット値に応じて、前記ビット値ごとに、時間とともに電圧が変化するローカル信号を一定時間発生するローカル信号発生部と、
前記ローカル信号の前記電圧に従って搬送波を周波数変調して送信信号を生成し、前記送信信号を送信する送信部と、
前記送信部から前記送信信号を取得し、前記送信信号と受信アンテナが受信する受信信号とを混合してミキサ出力信号を出力するミキサと、
前記ミキサから出力された前記ミキサ出力信号からビート信号を生成するビート信号生成部と、
前記ビート信号に異常な減衰が存在するかどうかを判定する減衰判定プログラムと、前記ビート信号の周波数特性に異常があるかどうかを判定する周波数特性判定プログラムとの少なくともいずれかのプログラムを実行することにより、前記ビート信号が異常かどうかを、前記ビート信号のフレームごとに判定する判定部と、
を備え、
前記判定部は、
前記減衰判定プログラムを実行し、
前記減衰判定プログラムは、
前記ビート信号の信号強度を示す信号強度値を各フレームについて計算し、計算した前記信号強度値と、信号強度の閾値との比較によって、前記ビート信号に異常な減衰が存在するかどうかを各フレームについて判定するレーダ装置。
【請求項２】
前記判定部は、
前記周波数特性判定プログラムを実行し、
前記周波数特性判定プログラムは、
各フレームの前記ビート信号に対して高速フーリエ変換された結果を用いて、前記ビート信号の周波数特性に異常があるかどうかを各フレームについて判定する請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記レーダ装置は、さらに、
計測対象までの距離と前記計測対象の速度との少なくともいずれかを含む計測情報を、前記ビート信号に基づいて計算する計算部を備え、
前記計算部は、
前記判定部によって異常と判定された前記フレームを、前記計測情報の計算の使用から除外する請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記乱数生成部は、
複数ビットの乱数系列を生成する場合に、０と１との出現頻度を調整する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーダ装置。
【請求項５】
コンピュータに、
複数ビットの乱数系列を生成する乱数生成処理と、
前記乱数系列の各ビットのビット値に応じて、前記ビット値ごとに、時間とともに電圧が変化するローカル信号を一定時間発生するローカル信号発生処理と、
前記ローカル信号の前記電圧に従って搬送波が周波数変調された送信信号と受信アンテナで受信された受信信号とが混合された混合信号が低域通過フィルタを通過することで得られるビート信号に、異常な減衰が存在するかどうかを前記ビート信号のフレームごとに判定する減衰判定プログラムと、前記ビート信号の周波数特性に異常があるかどうかを前記ビート信号のフレームごとに判定する周波数特性判定プログラムとの少なくともいずれかのプログラムを実行する判定処理と
を実行させるとともに、
前記判定処理は、
前記減衰判定プログラムを実行し、
前記減衰判定プログラムは、
前記ビート信号の信号強度を示す信号強度値を各フレームについて計算し、計算した前記信号強度値と、信号強度の閾値との比較によって、前記ビート信号に異常な減衰が存在するかどうかを各フレームについて判定する異常判定プログラム。
【請求項６】
前記判定処理は、
前記周波数特性判定プログラムを実行し、
前記周波数特性判定プログラムは、
各フレームの前記ビート信号に対して高速フーリエ変換された結果を用いて、前記ビート信号の周波数特性に異常があるかどうかを各フレームについて判定する請求項５に記載の異常判定プログラム。
【請求項７】
前記異常判定プログラム、さらに、
計測対象までの距離と前記計測対象の速度との少なくともいずれかを含む計測情報を、前記ビート信号に基づいて計算する計算処理を備え、
前記計算処理は、
前記判定処理によって異常と判定された前記フレームを、前記計測情報の計算の使用から除外する請求項５または請求項６に記載の異常判定プログラム。
【請求項８】
前記乱数生成処理は、
複数ビットの乱数系列を生成する場合に、０と１との出現頻度を調整する請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の異常判定プログラム。
【国際調査報告】
2019142271.tif 000013
2019142271.tif 000014
2019142271.tif 000015
2019142271.tif 000016