(57)【要約】  ここで説明するのは、光測距及び検出システムにおいて戻り信号の検出を改善するためのシステム及び方法である。このシステムは、送信機と受信機を備えている。第１のパルスシーケンスは、スプーフィング防止署名でエンコードされ、レーザービームで送信することができる。第２のパルスシーケンスを含む戻り信号は、受信機によって受信され、第２のパルスシーケンスからスプーフィング防止署名を抽出することができる。抽出結果に基づき、第１のパルスシーケンスと第２のパルスシーケンスとが一致した場合、受信機は戻り信号データを出力する。抽出結果に基づき、第１のパルスシーケンスと第２のパルスシーケンスとが一致しない場合、戻り信号は無視される。さらに、第１のパルスシーケンスは先のパルスシーケンスと比べてランダム化することができる。【選択図】図３Ｂ
2021505893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプーフィング防止署名を選択するように動作可能な署名抽出器と、
パルスのシーケンスを具備する送信されたレーザービームにスプーフィング防止署名を埋め込むように動作することが可能なスプーフィング防止エンコーダと、
コントローラと、
戻り信号をデコードするように動作することが可能なデコーダと
とを具備し、
前記署名抽出器は、前記デコードされた戻り信号から前記スプーフィング防止署名を抽出し、前記デコードされた戻り信号の特性が前記送信されたレーザービームの前記パルスのシーケンスの特性と一致するかどうかを判断することを特徴とする、システム。
【請求項２】
前記デコードされた戻り信号が前記送信されたレーザービームの特性と一致する場合、前記署名抽出器は前記デコードされた戻り信号を有効にし、前記デコードされた戻り信号のデータを出力することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記デコードされた戻り信号が前記送信されたレーザービームの特性と一致しない場合、前記署名抽出器は前記デコードされた戻り信号を無効にし、前記デコードされた戻り信号を無視してアラートを出力することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
送信する次のパルスのシーケンスについて、前記署名抽出器は前記スプーフィング防止署名を動的に変更することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
送信された前記パルスのシーケンスの前記特性を先に送信されたパルスのシーケンスに比べてランダム化するように動作することが可能なランダムエンコーダを具備することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラは前記送信されたレーザービームの前記パルスのシーケンスの特性を定める環境条件を受信することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記スプーフィング防止署名は前記環境条件に基づいて動的に変更されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記送信されたレーザービーム前記パルスのシーケンスの前記特性は前記環境条件に基づいてランダム化されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記環境条件には、天候、混雑、又はテスト／キャリブレーション／工場の条件が含まれることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記スプーフィング防止署名は２以上のパルスにおけるパルス数の変動、パルス間の間隔の変動、パルス振幅比の変動、又はパルス幅の変動を含むパルスの特性に基づくことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
スプーフィング防止署名を選択するステップと、
第１のパルスのシーケンス中の前記スプーフィング防止署名をエンコードするステップと、
前記第１のパルスのシーケンスを具備するレーザービームを発射するステップと、
第２のパルスのシーケンスを具備する戻り信号を受信しデコードするステップと、
前記第２のパルスのシーケンスから前記スプーフィング防止署名を抽出するステップと、
前記第２のパルスのシーケンスが前記第１のパルスのシーケンスが前記第１のパルスのシーケンスと一致するかどうかを決定するステップと、
を具備する方法。
【請求項１２】
送信する次のパルスのシーケンスについて、前記スプーフィング防止署名を動的に変更するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
送信する次のパルスのシーケンスの特性をランダム化するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２のパルスのシーケンスが前記第１のパルスのシーケンスと一致する場合、前記デコードされた戻り信号のデータ出力を生成するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のパルスのシーケンスが前記第１のパルスのシーケンスと一致しない場合、前記第２のパルスのシーケンスを無視しアラートを生成するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
環境条件に基づいて前記第１のパルスのシーケンスを調整するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記環境条件には、天候、混雑、又はテスト／キャリブレーション／工場の条件が含まれることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
コンピュータプログラムコードを格納した非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体であって、前記コンピュータプログラムコードは、光検出及び測距システムに実装された１つ以上のプロセッサで実行されたとき、前記光検出及び測距システムに、
先に送信された第１のパルスのシーケンスで用いられた第１のスプーフィング防止署名とは異なる第２のパルスのシーケンスへの第２のスプーフィング防止署名を選択するステップと、
前記第２のパルスのシーケンス中の前記第２のスプーフィング防止署名をエンコードするステップと、
前記第２のパルスのシーケンスをランダム化するステップと、
前記第２のパルスのシーケンスを具備するレーザービームを発射するステップと、
第３のパルスのシーケンスを具備する戻り信号を受信しデコードするステップと、
前記第３のパルスのシーケンスから前記第２のスプーフィング防止署名を抽出するステップと、
前記第３のパルスのシーケンスが前記第２のパルスのシーケンスと一致するかどうかを決定するステップと、
を具備する方法を実行することを特徴とする非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項１９】
前記第３のパルスのシーケンスが前記第２のパルスのシーケンスと一致する場合、前記戻り信号に基づいてデータ出力を生成するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第３のパルスのシーケンスが前記第２のパルスのシーケンスと一致しない場合、前記第３のパルスのシーケンスを無視しアラートを生成するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本特許出願は、David Hall、及びAnand Gopalanを発明者として、２０１７年１２月８日に出願された「光測距及び検出システムにおける戻り信号の検出を改善するためのシステム及び方法」というタイトルの共同所有の米国特許出願第１５／８３５，９８３号（整理番号２０１５１−２１６３）に基づく優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【背景技術】
【０００２】
Ａ．技術分野
本開示は、一般に、光送信及び受信のためのシステム及び方法に関し、さらに詳細には、システムによって検出された反射光のスプーフィングを避けるために一意的で識別可能な光パルスシーケンスを適用することによって光送信及び受信システムのセキュリティを改善することに関する。
【０００３】
Ｂ．背景
ＬＩＤＡＲシステムのような光検出及び測距システムは、オブジェクトで反射する一連の光パルスを送信することによって動作する。反射信号又は戻り信号は、光検出及び測距システムによって受信され、検出された飛行時間（ＴＯＦ）に基づいて、システムはオブジェクトからの距離（距離）を決定する。光検出及び測距システムは、自動運転や表面の空中写真図化など、さまざまな用途に使用できる。これらの用途では、操作のセキュリティ、精度、及び信頼性が最優先される場合がある。第三者が意図的または意図せずにレーザービーム又は戻り信号を変形させた場合、精度と信頼性に悪影響を及ぼす場合がある。妨害の1つの形式としては、悪意を持った集団が戻り信号の特性を歪曲または偽装するスプーフィング攻撃である場合がある。
【０００４】
従って、スプーフィング攻撃の影響を軽減することを含む、光検出及び測距システムにおける戻り信号の検出を改善するためのシステム及び方法が必要とされる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
本発明の実施形態を参照し、実施例を添付図に示す。これらの図は、限定ではなく例示を意図するものである。本発明は一般にこれらの実施形態と関連させて説明されているが、本発明の範囲は、これらの特定の実施形態に限定することを意図するものではないことを理解されたい。図はノンスケールとなっている。
【０００６】
【図１】本明細書の実施形態による光検出及び測距システムの動作を示す。
【０００７】
【図２】本明細書の実施形態による光検出及び測距システムの動作及び複数の戻り光信号を示す。
【０００８】
【図３Ａ】本明細書の実施形態による回転鏡を有するＬＩＤＡＲシステムを示す。
【０００９】
【図３Ｂ】本明細書の実施形態によるローター及びシャフトを備えるローターシャフト構造内に回転電子機器を有するＬＩＤＡＲシステムを示す。
【００１０】
【図４Ａ】本開示の実施形態によるスプーフィング防止署名を示す。
【図４Ｂ】本開示の実施形態によるスプーフィング防止署名を示す。
【図４Ｃ】本開示の実施形態によるスプーフィング防止署名を示す。
【００１１】
【図５】本開示の実施形態による光検出及び測距システムにおける戻り信号のスプーフィングを軽減するためのシステムを示す。
【００１２】
【図６Ａ】本開示の実施形態による光検出及び測距システムにおける戻り信号のスプーフィングを軽減するためのフローチャートを示す。
【図６Ｂ】本開示の実施形態による光検出及び測距システムにおける戻り信号のスプーフィングを軽減するためのフローチャートを示す。
【００１３】
【図７】本明細書の実施形態によるコンピューティングデバイス／情報処理システムの簡略化されたブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の記載では、説明目的で、本発明を理解してもらうために具体的詳細が示されている。しかしながら、当業者には、このような詳細な記載がなくても本発明を実施できることが明らかであろう。さらに、当業者は、以下に説明される本発明の実施形態が、プロセス、装置、システム、デバイス、又はタンジブルコンピュータ読み取り可能媒体上での方法のような様々な方法で実施することができることを認識するであろう。
【００１５】
図に示されているコンポーネント又はモジュールは、本発明の例示的な実施形態の例示であり、本発明が不明瞭とならないようにすることを意図している。また、この説明全体を通じて、コンポーネントは、サブユニットを含むことができる別個の機能ユニットとして記述することができるが、当業者は、様々なコンポーネント又はその一部を別個のコンポーネントに分割することができ、又は、単一のシステムまたはコンポーネント内に統合することも含めて、統合することができることを認識することを理解すべきである。本明細書で論じられる機能又は動作を、コンポーネントとして実施できることに留意すべきである。コンポーネントは、ソフトウェア、ハードウェア、又はそれらの組み合わせとして組み込むことができる。
【００１６】
さらに、図中のコンポーネント又はシステム間の接続は、直接接続に限定することを意図しない。むしろ、これらのコンポーネント間のデータは、中間コンポーネントによって修正、再フォーマット、又は変更されることがある。また、接続を追加又は減少させて使用されることがある。「結合された」、「接続された」、又は「通信可能に結合された」という用語は、直接接続、1つ又は複数の中間装置を介した間接接続、及び無線接続を含むと理解されることにも留意すべきである。
【００１７】
本明細書における「１つの実施形態」、「好ましい実施形態」、又は「実施形態」との表現は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、特性、又は機能が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味し、複数の実施形態が含まれることもある。また、本明細書の様々な場所におけるこれらの表現は、必ずしもすべて同じ実施形態又は複数の実施形態を意味するとは限らない。
【００１８】
本明細書の様々な場所での特定の用語の使用は、例示のためのものであり、限定するためであると解釈すべきではない。サービス、機能、又はリソースは、単一のサービス、機能、又はリソースに限定されず、これらの用語の使用は、分散又は集約されることもある関連するサービス、機能、又はリソースのグループを意味することがある。
【００１９】
「含む」、「含まれる」、「具備する」、及び「具備している」という用語は非限定用語であると理解されるべきであり、言及される項目は例示であり、言及された項目に限定されることを意味しない。本書で使用されている見出しは、整理を目的としたものであり、説明又は特許請求の範囲を限定するものではない。この本明細書に記載した各参考文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００２０】
さらに、当業者は、（１）特定のステップは、任意に実行されてもよいこと、（２）ステップは、ここに記載された特定の順序に限定されないこと、（３）特定のステップは異なる順序で実行できること、（４）特定のステップを同時に実行できること、を認識すべきである。
【００２１】
Ａ．光検出及び測距システム
ＬＩＤＡＲシステムのような光検出及び測距システムは、システムを取り巻く周囲の形状及び輪郭を測定するためのツールとすることができる。ＬＩＤＡＲシステムは、自律航法と表面の空中写真図化の両方を含む多くのアプリケーションに適用することができる。ＬＩＤＡＲシステムは、システムが動作している周囲のオブジェクトから反射されることになる、光パルスを放出する。各パルスが放出されてから受信されるまで飛行している時間（すなわち、飛行時間「ＴＯＦ」）を測定して、オブジェクトとＬＩＤＡＲシステムとの間の距離を決定することができる。この技術は光の物理学と光学に基づいている。
【００２２】
ＬＩＤＡＲシステムでは、光はすばやく発射するレーザーから放射される。レーザー光は媒体を通過し、建物、木の枝、乗り物などの周囲の物体のポイントで反射される。反射光エネルギーはＬＩＤＡＲレシーバー（検出器）に戻り、そこで記録されて周囲のマッピングに使用される。
【００２３】
図１は、本明細書の実施形態による、光検出及び測距コンポーネント１０２並びにデータ分析及びデータ解釈１０９の動作１００を示す。光検出及び測距コンポーネント１０２は、放射された光信号１１０を送信する送信機１０４と、検出器を具備する受信機１０６と、システム制御及びデータ収集１０８とを具備することができる。放射された光信号１１０は、媒体を通って伝播し、オブジェクト１１２で反射する。戻り光信号１１４は、媒体を通って伝播し、受信機１０６で受信される。システム制御及びデータ取得１０８は、送信機１０４からの発の放射を制御することができ、データ取得は、受信機１０６で検出された戻り光信号１１４を記録することができる。データ分析及びデータ解釈１０９は、システム制御及びデータ取得１０８からの接続１１６を介して出力を受け取り、データ分析機能を実行することができる。接続１１６は、無線又は非接触通信方法で実施することもできる。送信機１０４及び受信機１０６は、光学レンズ及び鏡（図示せず）を含むことができる。送信機１０４は、特定の順序で複数のパルスを有するレーザービームを放射することができる。いくつかの実施形態では、光検出及び測距コンポーネント１０２並びにデータ分析及びデータ解釈１０９は、ＬＩＤＡＲシステムを具備する。
【００２４】
図２は、本明細書の実施形態による、複数の戻り光信号、すなわち（１）戻り信号２０３及び（２）戻り信号２０５を含む光検出及び測距システム２０２の動作２００を示す。光検出及び測距システム２０２は、ＬＩＤＡＲシステムとすることができる。レーザーのビームの広がりにより、１回のレーザーの発射で複数のオブジェクトに突き当たり、複数の反射が発生することがしばしば生じる。光検出及び測距システム２０２は、複数の戻りを分析し、最強の戻り、最後の戻り、又は両方の戻りのいずれかを報告することができる。図２に示されるように、光検出及び測距システム２０２は、近くの壁２０４及び遠くの壁２０８の方向にレーザーを放射する。図示のように、ビームの大部分は領域２０６で近くの壁２０４に当たり、結果として戻り信号２０３となり、ビームの別の部分は領域２１０で遠くの壁２０８に当たり、戻り信号２０５となる。戻り信号２０３は、戻り信号２０５と比較して、短いＴＯＦ及び強い受信信号強度を有することができる。光検出及び測距システム２０２は、２つのオブジェクト間の距離が最小距離よりも大きい場合にのみ、両方の戻りを記録することができる。単一の及び複数のリターンＬＩＤＡＲシステムの両方で、正確なＴＯＦが計算されるように、リターン信号が送信された光信号と正確に関連付けられることが重要である。
【００２５】
ＬＩＤＡＲシステムのいくつかの実施形態では、距離データを２Ｄ（すなわち、単一平面）ポイントクラウド方式で捕捉することができる。これらのＬＩＤＡＲシステムは、産業用アプリケーションで使用されることが多く、しばしば、測量、マッピング、自律航法、その他の用途に再利用することができる。これらのデバイスのいくつかの実施形態は、少なくとも１つの平面全体の走査を実行するために、いくつかのタイプの移動鏡と組み合わされた単一のレーザーエミッタ／検出器ペアの使用に頼る。この鏡は、ダイオードから放出された光を反射するだけでなく、戻り光を検出器へと反射することもできる。このアプリケーションで回転鏡を使用することが、システム設計と製造の両方を簡素化しながら、９０度−１８０度−３６０度の方位角ビューを実現するための手段になる場合がある。
【００２６】
図３は、本明細書の実施形態による回転鏡を有するＬＩＤＡＲシステム３００を示す。ＬＩＤＡＲシステム３００は、回転鏡と組み合わせた単一のレーザーエミッタ／検出器を使用して、平面全体を効果的にスキャンする。そのようなシステムによって実行される距離測定は、事実上２次元（つまり、平面）であり、捕捉された距離ポイントは、２次元（つまり、単一平面）のポイントクラウドとしてレンダリングされる。いくつかの実施形態では、回転鏡は非常に速い速度、例えば、毎分数千回転で回転するが、これに限定するものではない。回転鏡は、スピニングミラーとも呼ばれる。
【００２７】
ＬＩＤＡＲシステム３００は、単一の発光器及び光検出器を具備するレーザーエレクトロニクス３０２を具備する。放射されたレーザー信号３０１は、放射されたレーザー信号３０１を回転鏡３０６に向けて反射させるための固定鏡３０４に向けることができる。回転鏡３０６が「回転する」につれて、放射されたレーザー信号３０１を、その伝搬経路にあるオブジェクト３０８は反射することができる。反射信号３０３は、回転鏡３０６及び固定鏡３０４を介して、レーザーエレクトロニクス３０２内の検出器に結合することができる。
【００２８】
図３Ｂは、本明細書の実施形態による、ローター３５１及びシャフト３６１を具備するローターシャフト構造内の回転電子機器を有するＬＩＤＡＲシステム３５０を示す。ローター３５１は、円筒形状とすることができ、ローター３５１の中心に円筒形の穴を具備することができる。シャフト３６１は、円筒形の穴の内側に配置することができる。図示のように、ローター３５１はシャフト３６１の周りを回転する。これらのコンポーネントは、ＬＩＤＡＲシステムに含めることができる。ローター３５１はローターコンポーネント３５２を具備することができ、シャフト３６１はシャフトコンポーネント３６６を具備することができる。ローターコンポーネント３５２に含まれるのは上部ＰＣＢであり、シャフトコンポーネント３６６に含まれるのは下部ＰＣＢである。いくつかの実施形態では、ローターコンポーネント３５２は、光検出及び測距コンポーネント１０２を具備することができ、シャフトコンポーネント３６６は、図１のデータ分析及び解釈１０９を具備することができる。
【００２９】
接続３５４を介してローターコンポーネント３５２に結合されるのは、リング３５６及びリング３５８である。リング３５６及びリング３５８は、ローター３５１の内面に配置された円形バンドであり、エアギャップコンデンサの片側に電極板機能をもたらす。接続３６４を介してシャフトコンポーネント３６６に結合されるのは、リング３６０及びリング３６２である。リング３６０及びリング３６２は、シャフト３６１の外面に配置された円形バンドであり、エアギャップコンデンサの他方の側に電極板機能をもたらす。リング３５６とリング３６０との間の空間によりコンデンサＣ１を形成することができる。別のコンデンサＣ２を、リング３５８とリング３６２との間の空間により形成することができる。前述のコンデンサの静電容量は、部分的に、エアギャップ３６８によって定めることができる。
【００３０】
リング３５６及びリング３６０は、コンデンサＣ１の電極板コンポーネントであり、リング３５８及びリング３６２は、コンデンサＣ２の電極板コンポーネントである。リング３５６とリング３５８との間の垂直ギャップ３７０は、垂直ギャップ３７０の値がコンデンサＣ１とコンデンサＣ２との間の干渉のレベルを決定することができるので、これらの２つのコンデンサ間の容量性リンクの性能に影響を及ぼすことがある。当業者は、ローター３５１及びシャフト３６１がそれぞれ、Ｎ個の容量性リンクをサポートすることができるＮ個のリングを具備することができることを認識するであろう。
【００３１】
前述のように、飛行時間すなわちＴＯＦは、ＬＩＤＡＲシステムを、周囲をマッピングするために用い、ターゲットオブジェクトの検出のために用いられる実行可能で実証済みの手法を提供させる、方法である。同時に、レーザーを発射すると、ＬＩＤＡＲシステム内のファームウェアにより受信データを分析及び測定することができる。ＬＩＤＡＲシステム内の受光レンズは、周囲から戻ってくる光量子の断片を集める望遠鏡のような役割を果たす。システムで使用されるレーザーが多いほど、周囲についての多くの情報が収集される。単一のレーザーＬＩＤＡＲシステムでは、回収する光量子が少なくなり、取得する情報が少なくなる可能性があるため、複数のレーザーを備えたシステムと比較して不利になる可能性がある。ＬＩＤＡＲシステムのいくつかの実施形態では、８、１６、３２、及び６４個のレーザーを用いて実施されているが、これに限定するものではない。また、いくつかのＬＩＤＡＲの実施形態は、限定はしないが、０．３°の狭いレーザービーム間隔で３０°〜４０°の垂直視野（ＦＯＶ）を有し、毎秒５〜２０回転の回転速度を有することができる。
【００３２】
回転鏡機能は、ＭＥＭＳなどのソリッドステートテクノロジーで実施することもできる。
【００３３】
Ｂ．戻り信号のスプーフィング対策
本明細書の実施形態の１つの目的は、スプーフィング防止光検出及び測距システムの創作である。本明細書で使用される場合、光検出及び測距システムは、ＬＩＤＡＲシステムとすることができるが、これに限定されない。
【００３４】
スプーフィング防止ＬＩＤＡＲシステムは、他のスプリアスパルスと区別するために、パルスのシーケンスを具備する戻り信号を分析し、受信したパルスのシーケンスを送信したパルスのシーケンスと照合する機能を有することができる。ここで使用されるように、パルスのシーケンスからなる戻り信号は、複数の戻り信号又は単一の戻り信号と同等とすることができる。
【００３５】
スプーフィング防止システムは、スプーフィング防止署名に基づいている場合がある。スプーフィング防止署名は、有効な反射光信号を一意的に識別する。スプーフィング防止署名は、ＬＩＤＡＲシステムによってその後発射されるパルスにエンコードすること又は埋め込むことができる。ＬＩＤＡＲシステムが戻り信号を受信すると、ＬＩＤＡＲシステムは単一の戻り信号又は複数の戻り信号からスプーフィング防止署名を抽出し、デコードされた受信した戻り信号のパルスがレーザービームで送信されたパルスと一致するかどうかを判断する。パルスが一致する場合、戻り信号は認証済みと見なすことができ、データは戻り信号パルスからデコードされる。パルスが一致しない場合、戻り信号はスプリアス信号と見なすことができ、戻り信号を破棄することができる。事実上、システムは、埋め込まれたスプーフィング防止署名を含む送信されたパルスの特性を使用して、戻り信号を認証又は検証する。システムは、偽りの戻り信号計算を誤って開始しないで、意図的又は意図的でないスプリアス戻り信号を識別することができる。すなわち、ＬＩＤＡＲシステムは、送信されたパルスを偽りパルスから区別して確認することができる。さらに、システムには、戻り信号のスプーフィングを軽減するための2つの特徴を有することができる。
【００３６】
第１に、ＬＩＤＡＲシステムは、次の又は後続のレーザー発射のためにパルスの特性を動的に変更することができる。前述のように、パルスの特性は、スプーフィング防止署名によって定義できる。この機能により、ＬＩＤＡＲシステムはスプリアスパルスのスプーフィング攻撃に対応できる。悪意のある者が、ＬＩＤＡＲシステムをスプーフィングするために、送信されたレーザービーム又は戻り信号を監視している場合がある。スプーフィング防止署名のために、動的操作ではなく静的操作を使用すると、悪意のある者がＬＩＤＡＲシステムを簡単にスプーフィングできる場合がある。
【００３７】
ＬＩＤＡＲシステムは、送信されたパルスのシーケンスが戻り信号のパルスのシーケンスと一致する場合、次の発射の署名を動的に変更することもできる。上述のように、次のレーザー発射のためにスプーフィング防止署名を動的に変更することにより、意図的又は意図的でないスプーフィングの可能性を軽減することができる。通常、レーザービームが対象物に到達し、ＬＩＤＡＲシステムに反射して戻るまでの飛行時間（ＴＯＦ）は、０．５から２マイクロ秒程度である。この期間に、ＬＩＤＡＲシステムは戻り信号を分析し、次のレーザー発射の署名を変更するかどうかを決定する。
【００３８】
様々な実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムはまた、送信されたパルスのシーケンスを動的に変更して、スプーフィング防止署名を含めるとともに、動作する環境にパルスのシーケンスを適合させることができる。例えば、ＬＩＤＡＲシステムが自律航法システムで使用されている場合、気象パターンや交通渋滞が、光信号の伝搬に影響を与える可能性がある。このような実施形態では、ＬＩＤＡＲシステムは、光パルスのパターンを調整し、受信機に対して一意的に識別させるだけでなく、動作する環境に基づいてシステムの性能を改善させることもできる。
【００３９】
第２に、セキュリティの別の要素を追加するために、ＬＩＤＡＲシステムは送信パルスをランダムに変更する場合がある。ランダムアルゴリズムに基づくエンコードは、コントローラからの命令によって開始することができる。この機能は、意図しない戻り信号の影響を軽減するのに役立つ。ＬＩＤＡＲシステムに基づく自動運転が増加するにつれて、意図しない戻り信号が増加する可能性がある。
【００４０】
スプーフィング防止署名は、制限なしに、パルスの数、パルス間の距離、パルスの振幅と振幅間での比率、及びパルスの形状に基づくこともできる。１つのスプーフィング防止署名の例として、２つの発射シーケンスにおけるパルスの数として、第１のシーケンスにおいてＸ個のパルスを有し及び第２のシーケンスにおいてＹ個のパルス有することができ、ここで、ＸはＹに等しくないようにすることができる。
【００４１】
図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃはそれぞれ、本開示の実施形態によるスプーフィング防止署名４００を示す。これらの図では、Ａはパルスの振幅を表し、ｄｉはタイムラインＴにおける距離を表す。図４Ａは、各パルス間の距離の変化によりスプーフィング防止署名を定義することができる４つのパルスのシーケンスを示す。例えば、パルスＰ１とパルスＰ２との間の距離は、距離ｄ１とすることができる。パルスＰ２とパルスＰ３との間の距離は、距離ｄ２とすることができる。パルスＰ３とパルスＰ４との間の距離は、ｄ３とすることができる。図示の通り、ｄｌ＞ｄ３＞ｄ２である。
【００４２】
図４Ｂは、振幅の変化によりスプーフィング防止署名を定義することができる３つのパルスのシーケンスを示す。例えば、パルスＰ５は、ａ２の振幅とすることができる。パルスＰ６は、ａ４の振幅とすることができる。パルスＰ７は、ａ３の振幅とすることができる。図示のように、ａ４＞ａ３＞ａ２である。署名はパルスの振幅の固定比率に基づくことができ、及び／又は署名はパルス間の可変比率に基づくことができ、及び／又は署名は所定の閾値の又は動的な閾値によって定義される絶対振幅に基づくことができる。
【００４３】
図４Ｃは、パルス形状の変化によりスプーフィング防止署名を定義することができる３つのパルスのシーケンスを示す。図４Ｃの実施形態では、変化するパルス形状は、パルス幅の変動とすることができる。例えば、パルスＰ８は、ｄ４のパルス幅を有することができる。パルスＰ９は、ｄ５のパルス幅を有することができる。パルスＰ１０は、ｄ５＞ｄ６＞ｄ４となるような、ｄ６のパルス幅を有することができる。
【００４４】
当業者は、すべて本発明の範囲に含まれるものとするこれらのスプーフィング防止署名は、本発明の実施形態を実装するアプリケーション及び環境に基づいて変化することができることを認識するであろう。スプーフィング防止署名は、個別に、又は組み合わせて使用できる。スプーフィング防止署名の検出は、固定又は可変の閾値により実行することができる。
【００４５】
図５は、本開示の実施形態による、光測距及び検出システムにおける戻り信号のスプーフィングを軽減するためのシステム５００を示す。本明細書での使用において、「スプーフィング防止署名」は「署名」と呼ぶことがある。前述のように、スプーフィング防止署名は、２つ以上のパルスのシーケンスにおけるパルス数の変動、パルス間の距離の変動、パルス振幅比の変動、又はパルス幅の変動を含むパルスの特性に基づくことができる。
【００４６】
署名抽出器５２４は、パルスのシーケンスに埋め込まれる署名を規定する信号を、スプーフィング防止エンコーダ５０６及びコントローラ５０４に送信することができる。スプーフィング防止エンコーダ５０６は、規定された署名に基づいて、レーザー５１４によって発射される埋め込まれた署名を有するパルスのシーケンスを具備する署名エンコーディング信号５０７を生成することができる。パルスのシーケンス中にランダム化された要素を作成するために、ランダムエンコーダ５０８（コントローラ５０４からの命令に基づく）は、先のパルスシーケンスに比べてランダムな調整を現在のパルスシーケンスに対して行う。ランダムエンコーダ５０８は、送信されたレーザービームのパルスのシーケンスの特性を、先に送信されたパルスのシーケンスに比べてランダム化するように動作することができる。コントローラ５０４は、スプーフィング攻撃が特定されていなくても、現在のパルスシーケンスに対するランダムな調整を開始することができる。署名抽出器５２４は、スプーフィング防止操作のステータスをコントローラ５０４に提供することができる。
【００４７】
署名エンコーディング信号５０７は、マルチプレクサ５１０に結合することもできる。次に、マルチプレクサ５１０は、ランダムエンコーダ５０８からのランダム化された信号５０９とスプーフィング防止エンコーダ５０６からの署名エンコーディング信号５０７とを組み合わせる。マルチプレクサ５１０の出力は、レーザー５１４に接続することのできる送信機５１２に接続することができる。レーザー５１４は、送信機５１２からパルスシーケンスを受信すると、埋め込まれた署名を持つパルスのシーケンスを含有するレーザービーム５１６を発射する。
【００４８】
光戻り信号５１８は、レーザービーム５１６によるオブジェクトからの反射によって生成することができ、光検出器５２０によって受信することができる。あるいは、光戻り信号５１８は、別の光送信機によって生成されたスプーフィング戻り信号であってもよい。スプーフィング戻り信号は、意図的又は意図しない戻り信号であってもよい
【００４９】
光検出器５２０は、信号を光ドメインから電気ドメインに変換し、戻り信号情報を受信機５２２に接続する。受信機５２２は、デジタル化された形式の戻り信号情報を、光検出器の固有の特性に基づいて、署名抽出器５２４に、すなわちアナログ信号として出力することができる。署名抽出器５２４は、戻り信号情報を処理し、戻り信号を認証又は検証するために署名を抽出する。戻り信号のパルスシーケンスの特性が、送信されたパルスのシーケンスの特性と一致する場合、複数の戻り信号は認証されたと見なすことができる。署名抽出器から、より高いレベルのコントローラに接続されている出力アラート５２８に進むこともできる。
【００５０】
戻り信号シーケンスの特性が、送信されたパルスのシーケンスの特性と一致しない場合、戻り信号は認証されていないと見なされてもよい。それに応答して、署名抽出器５２４は、次のレーザー発射のための別の署名を選択するように、スプーフィング防止エンコーダ５０６に動的に指示することができる。言い換えれば、署名抽出器５２４は、次に送信されるパルスのシーケンスに対するスプーフィング防止署名を、先に送信されたパルスのシーケンスと比べて、動的に変更することができる。パルスの整合を決定するための閾値は、あらかじめ定めておくか、又は性能パラメータの変動に基づいて動的に調整することができる。
【００５１】
コントローラ５０４は、天候、混雑、試験／較正／工場の状態に関する情報を含むことができる、環境条件５０２を受信する。環境条件５０２及び署名抽出器５２４からの命令に基づいて、コントローラ５０４は、ランダムエンコーダ５０８及びマルチプレクサ５１０の動作のための命令を与えることができる。
【００５２】
図６Ａ及び６Ｂは、本開示の実施形態による、光測距及び検出システムにおける戻り信号のスプーフィングを軽減するためのフローチャート６００及び６５０を示す。この方法には、光測距及び検出システムにおいて以下のステップが含まれる。
【００５３】
スプーフィング防止署名を選択する（ステップ６０２）。
【００５４】
スプーフィング防止署名によりパルスのシーケンスをエンコードする（ステップ６０６）。
【００５５】
ランダムアルゴリズムのエンコーディングをアクティブ化する（ステップ６０４）（オプション）。
【００５６】
アクティブ化されている場合は、ランダムアルゴリズムのエンコーディングに基づいてパルスのシーケンスを変更する（ステップ６０８）。
【００５７】
修正されたパルスのシーケンスを具備するレーザービームを発射する（ステップ６０９）。
【００５８】
オブジェクトにおいて、レーザービームがオブジェクトから反射してきたときに有効な複数の戻り信号を生成する（ステップ６１０）。
【００５９】
又は、別の光送信機において、複数のスプリアス戻り信号を生成する（ステップ６１１）。
【００６０】
複数の有効な戻り信号又は複数のスプリアス戻り信号を含む受信信号を受信してデコードする（ステップ６１２）。
【００６１】
受信した信号からスプーフィング防止署名を抽出する（ステップ６１４）。
【００６２】
受信した信号のパルスのパルス特性が、送信したパルスのシーケンスのパルス特性と一致するかどうかを決定する（ステップ６１６）。
【００６３】
Ｙｅｓの場合、データ出力を生成する（ステップ６１８）。
【００６４】
Ｎｏの場合、アラートを生成し（ステップ６１７）、ステップ６０２を繰り返す。
【００６５】
本明細書の詳細な説明の実施形態には、スプーフィング防止署名を選択するように動作可能な署名抽出器と、パルスのシーケンスをからなる送信されたレーザービームにスプーフィング防止署名を埋め込むように動作することが可能なスプーフィング防止エンコーダと、コントローラと、戻り信号をデコードするように動作することが可能なデコーダとを具備するシステムを含むことができる。署名抽出器は、デコードされた戻り信号からスプーフィング防止署名を抽出し、デコードされた戻り信号の特性が送信されたレーザービームのパルスのシーケンスの特性と一致するかどうかを判断する。デコードされた戻り信号が送信されたレーザービームの特性と一致する場合、署名抽出器はデコードされた戻り信号を有効にし、デコードされた戻り信号のデータを出力する。デコードされた戻り信号が送信されたレーザービームの特性と一致しない場合、署名抽出器はデコードされた戻り信号を無効にし、デコードされた戻り信号を無視してアラートを出力する。送信する次のパルスのシーケンス、署名抽出器がスプーフィング防止署名を動的に変更する。
【００６６】
システムはさらに、送信されたレーザービームのパルスのシーケンスの特性を先に送信されたパルスのシーケンスに比べてランダム化するように動作することが可能なランダムエンコーダを具備する。コントローラは、送信されたレーザービームのパルスのシーケンスの特性を定める環境条件を受け取る。スプーフィング防止署名は、環境条件に基づいて動的に変更される。送信されたレーザービームのパルスのシーケンスの特性は、環境条件に基づいてランダム化される。環境条件には、天候、混雑、又はテスト／キャリブレーション／工場の条件が含まれ、スプーフィング防止の署名は、２つ以上のパルスにおけるパルス数の変動、パルス間の間隔の変動、パルス振幅比の変動、又はパルス幅の変動を含むパルスの特性に基づく。
【００６７】
Ｃ．システム実施形態
実施形態では、本特許出願明細書に記載の態様には、情報処理システム／コンピューティングシステムを対象とするか、又はそれに実装することができる。この開示の目的のために、コンピューティングシステムは、演算、計算、決定、分類、処理、送信、受信、取得、発信、ルーティング、切り替え、保存、表示、通信、マニフェスト、検出、記録、複製、操作、又はあらゆる形式の情報、インテリジェンス、又はビジネス、科学、制御、又はその他の目的ためのデータの使用、のために動作する手段又は手段の集合を含めることができる。例えば、コンピューティングシステムは、周囲のオブジェクトをマッピングするために飛行時間を用いるＬＩＤＡＲシステムのような光学測定システムとすることができる。コンピューティングシステムには、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、中央処理装置（ＣＰＵ）又はハードウェア制御ロジック又はソフトウェア制御ロジック、ＲＯＭ、及び／又は他のタイプのメモリのような１つ以上の処理リソースを含めることができる。コンピューティングシステムの追加のコンポーネントには、１つ以上のネットワークポート又はワイヤレスポート、及び、キーボード、マウス、タッチスクリーン、及び／又はビデオディスプレイのような様々な入出力（Ｉ／Ｏ）装置を含むことができる。コンピューティングシステムにはまた、様々なハードウェアコンポーネント間の通信を行うような動作が可能な１つ又は複数のバスを含めることができる。
【００６８】
図７は、本開示の実施形態によるコンピューティングデバイス／情報処理システム（又はコンピューティングシステム）の簡略化されたブロック図を示す。システム７００について示された機能として、情報処理システムの様々な実施形態をサポートするような動作行うことが理解できるであろうが、情報処理システムを別の構成とし、異なるコンポーネントを有するようにすることもできることを理解すべきである。
【００６９】
図７に示すように、システム７００には、コンピューティング資源を提供し、コンピュータを制御する１つ以上の中央処理装置（ＣＰＵ）７０１が含まれる。ＣＰＵ７０１は、マイクロプロセッサ等に実装することができ、１つ以上のグラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）７１７及び／又は数学的計算のための浮動小数点コプロセッサを有することができる。システム７００はまた、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、又はその両方の形態となることのあるシステムメモリ７０２を有することができる。
【００７０】
図７に示すように、いくつかのコントローラ及び周辺装置も取り付けることができる。入力コントローラ７０３は、キーボード、マウス、又はスタイラスのような様々な入力デバイス７０４とのインターフェースを表す。無線デバイス７０６と通信する無線コントローラ７０５も取り付けることができる。システム７００はまた、それぞれが、本発明の種々の特徴を実行するプログラムの実施形態を含むことができるオペレーティングシステム、ユーティリティ、及びアプリケーションの命令プログラムを記憶するために用いることができる、フラッシュメモリ又は光媒体のような記憶媒体を有する１つ以上の記憶デバイス７０８とのインターフェースを行うための記憶コントローラ７０７を有することができる。記憶デバイス７０８はまた、本発明に従って処理したデータ又は処理すべきデータを記憶するために使用することができる。システム７００はまた、ディスプレイデバイス７１１とのインターフェースを行うためのディスプレイコントローラ７０９を有することができる。コンピューティングシステム７００はまた、自動車７１３と通信するための自動車信号コントローラ７１２を有することができる。通信コントローラ７１４は、１つ又は複数の通信デバイス７１５とインターフェースすることができ、これにより、システム７００が、車載ネットワーク、インターネット、クラウドリソース（例えば、イーサネットクラウド、ファイバーチャンネル・オーバー・イーサネット（ＦＣｏＥ）／データセンターブリッジング（ＤＣＢ）クラウド、等）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、ストレージエリアネットワーク（ＳＡＮ）、又は赤外線信号を含む適切な電磁キャリア信号を含む様々なネットワークのいずれかを介してリモートデバイスに接続できるようになる。
【００７１】
図示のシステムでは、すべての主要なシステム構成要素は、バス７１６に接続することができ、ここでバス７１６は、複数の物理バスを意味することができる。ただし、様々なシステムコンポーネントが互いに物理的に近接している場合とそうでない場合がある。例えば、入力データ及び／又は出力データを、物理的に１つの場所から別の場所にリモートで送信することができる。さらに、本発明の様々な態様を実装するプログラムには、ネットワークを介して遠隔（例えば、サーバー）からアクセスすることができる。そのようなデータ及び／又はプログラムは、ハードディスク、フロッピーディスク、及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭやホログラフィックデバイスのような光学メディア、光磁気メディア、及び特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、フラッシュメモリデバイス、ＲＯＭ及びＲＡＭデバイスのようなプログラムコードを格納又は格納して実行するように特別に構成されたハードウェアデバイスを含むがこれらに限定されない様々な機械読み取り可能媒体のいずれかを介して伝達することができる。
【００７２】
本発明の実施形態では、１つ以上のプロセッサ又は処理ユニットにステップを実行させるための命令を、１つ以上の非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体上にエンコードすることができる。１つ以上の非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体は、揮発性メモリ及び不揮発性メモリを含むことに留意すべきである。ハードウェアでの実施又はソフトウェア／ハードウェアでの実施を含む代替的実施が可能であることに留意すべきである。ハードウェアでの実施機能は、ＡＳＩＣ、プログラマブルアレイ、デジタル信号処理回路、等を使用して実現できる。従って、請求項の「手段」という用語は、ソフトウェアでの実施とハードウェアでの実施の両方を包含するものとする。同様に、本明細書で使用される「コンピュータ読み取り可能媒体」という用語には、それにより実行される命令のプログラムを有するソフトウェア及び／又はハードウェア、あるいはそれらの組み合わせが含まれる。これらの実施形態の代替案を念頭に置いて、図及び付随する説明は、必要な処理を実行するために当業者がプログラムコード（すなわち、ソフトウェア）を記述し、及び／又は回路（すなわち、ハードウェア）を製造するために必要とする機能情報を提供するものであることを理解すべきである。
【００７３】
本発明の実施形態はさらに、様々なコンピュータに実装された操作を実行するためのコンピュータコードを有する非一時的なタンジブルコンピュータ読み取り可能媒体を備えたコンピュータ製品に関するものであることに留意すべきである。メディア及びコンピュータコードは、本発明の目的のために特別に設計及び構築されたものとすることができ、又は、当業者に知られているか又は利用可能な種類のものとすることができる。タンジブルコンピュータ読み取り可能媒体の例として、ハードディスク、フロッピーディスク、及び磁気テープのようなの磁気媒体、Ｄ−ＲＯＭやホログラフィックデバイスなどの光学メディア、光磁気メディア、及びアプリケーション固有の集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、フラッシュメモリデバイス、ＲＯＭ及びＲＡＭデバイスのような、プログラムコードを格納又は格納し実行するように特別に構成されたハードウェアデバイス、が含まれるが、これらに限定されない。コンピュータコードの例には、コンパイラによって生成されるようなマシンコード、及びインタプリタを使用してコンピュータによって実行される高いレベルのコードを含むファイルが含まれる。本発明の実施形態は、処理デバイスによって実行されるプログラムモジュール内に収納することができる機械で実行可能な命令として、全体的又は部分的に実施することができる。プログラムモジュールの例には、ライブラリ、プログラム、ルーチン、オブジェクト、コンポーネント、及びデータ構造が含まれる。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールは、ローカル、リモート、又はその両方の設定で物理的に配置できる。
【００７４】
当業者であれば、コンピューティングシステム又はプログラミング言語は本発明の実施に重要でないことを理解するであろう。当業者であれば、上述のいくつかの要素を物理的及び／又は機能的にサブモジュールに分離することができ、又は一緒に組み合わせることができることも理解するであろう。
【００７５】
前述の例及び実施形態は例示であり、本開示の範囲を限定するものではないことが当業者には分かるであろう。明細書を読み、図面を検討することで、当業者には明らかな、すべての置換、強化、均等物、組み合わせ、及び改善は、本開示の思想及び範囲内に含まれるものとする。また、すべての請求項の構成要素は、複数の依存関係、構成、及び組み合わせを有することを含めて、異なる構成とすることができることにも留意すべきである。
【図１】
2021505893.tif 000003
【図２】
2021505893.tif 000004
【図３Ａ】
2021505893.tif 000005
【図３Ｂ】
2021505893.tif 000006
【図４】
2021505893.tif 000007
【図５】
2021505893.tif 000008
【図６Ａ】
2021505893.tif 000009
【図６Ｂ】
2021505893.tif 000010
【図７】
2021505893.tif 000011
【国際調査報告】
2021505893.tif 000012