CN109937369B - 雷达装置和控制系统 - Google Patents

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Abstract

计算机(101)使用随机数序列产生本地信号，输出本地信号(SG1)。信号产生器(20)利用本地信号(SG1)对载波进行频率调制而生成发送信号(SG2)并进行发送。混合器(50)对发送信号(SG2)和接收信号(SG3)进行混合而输出混合器输出信号(SG4)。控制滤波器(200)按照滤波器控制信号(SG7)使混合器输出信号(SG4)通过。计算机(101)使用表示本地信号的调制中使用的随机数序列的随机数序列生成滤波器控制信号(SG7)，将其输出到控制滤波器(200)。计算机(101)根据随机数序列和控制滤波器(200)按照滤波器控制信号(SG7)输出的检测信号(SG8)判定有无攻击。

Description

雷达装置和控制系统
技术领域
本发明涉及使用调频连续波的雷达装置。
背景技术
雷达是对对象物照射电波并计测反射回来的接收波从而计测雷达与对象物的相对距离或相对速度的装置。FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave：调频连续波)方式是雷达的一个方式，价格低廉且具有优良的距离和速度的计测能力。
在雷达中，有时欺瞒成为威胁。这里所说的欺瞒是指从外部针对雷达插入伪装了反射波的电波从而使计测值错误的攻击。在非专利文献1中公开了针对雷达的欺瞒的方法和对策。
近年来，开始关注于针对FMCW雷达的欺瞒攻击，发表了与欺瞒的可能性有关的学术研究成果。在非专利文献2中，在FMCW方式的毫米波雷达中，与实验结果一起公开了可能进行距离和速度的欺瞒。
FMCW雷达有时用于汽车的自动操纵等。该情况下，欺瞒所造成的损害是巨大的。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：David Adamy著、河东晴子等译、“电子战的技术基础篇”、东京电机大学出版社、ISBN978-4501329402.
非专利文献2：RUCHIR CHAUHAN,“A Platform for False Data Injection inFrequency Modulated Continuous Wave Radar”,DigitalCommons,Utah StateUniversity、http：//digitalcommons.usu.edu/cgi/viewcontent.cgi？article＝4983&context＝etd
发明内容
发明要解决的课题
在FMCW方式的雷达中，通过从外部提供伪装了反射波的电波的手段来欺骗测距值的攻击(欺瞒)成为威胁。
在FMCW方式的雷达中，进行欺瞒对策成为课题。现有的欺瞒对策方法大多是将脉冲式雷达作为对象而考虑出的，无法直接应用于FMCW方式。此外，即使能够将现有方法应用于FMCW，也丧失了低成本这样的FMCW的优点。
本发明的目的在于，针对FMCW方式的雷达提供针对欺瞒攻击的对策。
用于解决课题的手段
本发明的雷达装置使用调频连续波，其中，所述雷达装置具有：随机数生成部，其生成1比特以上的随机数序列；本地信号产生部，其根据所述随机数序列的各比特的比特值产生本地信号；发送部，其利用所述本地信号对载波进行频率调制而生成发送信号，并发送所述发送信号；混合器，其从所述发送部取得所述发送信号，对所述发送信号和由接收天线接收的接收信号进行混合而输出混合器输出信号；控制滤波器，其被输入所述混合器输出信号，按照控制信号使所述混合器输出信号通过；滤波器控制部，其从所述随机数生成部取得所述随机数序列，使用所述随机数序列决定所述控制滤波器的通过时间段和通过频带中的至少任意一方的通过条件，向所述控制滤波器输出指示所述通过条件的信号而作为所述控制信号；以及攻击判定部，其从所述随机数生成部取得所述随机数序列，根据所述随机数序列和由所述控制滤波器按照所述控制信号输出的输出信号来判定有无攻击。
发明效果
根据本发明，能够提供针对FMCW方式的雷达检测有无欺瞒攻击的简易结构。根据本发明，能够实现雷达的计测结果的可靠性的提高以及使用雷达的系统的安全性的提高。
附图说明
图1是实施方式1的图，是比较例的雷达1的结构图。
图2是实施方式1的图，是雷达1的时序图。
图3是实施方式1的图，是雷达1-1的结构图。
图4是实施方式1的图，是计算机101的结构图。
图5是实施方式1的图，是示出雷达1-1的动作的顺序图。
图6是实施方式1的图，是示出攻击判定部114的动作的流程图。
图7是实施方式1的图，是示出攻击判定部114的动作的时序图。
图8是实施方式1的图，是示出本地信号产生部111的动作的流程图。
图9是实施方式1的图，是示出与图8对应的攻击判定部114的动作的时序图。
图10是实施方式1的图，是示出与图8对应的攻击判定部114的动作的另一个时序图。
图11是实施方式1的图，是示出本地信号产生部111的动作的流程图。
图12是实施方式1的图，是示出与图11对应的攻击判定部114的动作的时序图。
图13是实施方式1的图，是示出与图11对应的攻击判定部114的动作的另一个时序图。
图14是实施方式1的图，是示出本地信号产生部111的动作的流程图。
图15是实施方式1的图，是示出与图14对应的攻击判定部114的动作的时序图。
图16是实施方式1的图，是示出与图14对应的攻击判定部114的动作的另一个时序图。
图17是实施方式1的图，是示出本地信号产生部111的动作的流程图。
图18是实施方式1的图，是示出与图17对应的攻击判定部114的动作的时序图。
图19是实施方式1的图，是示出与图17对应的攻击判定部114的动作的另一个时序图。
图20是实施方式1的图，是雷达1-2的结构图。
图21是实施方式1的图，是示出雷达1-2的动作的图。
图22是实施方式1的图，是示出时间/频率滤波器210的结构例的图。
图23是实施方式1的图，是示出检测器220的结构例的图。
图24是实施方式1的图，是示出处理电路99的图。
图25是实施方式2的图，是控制系统700的结构图。
图26是实施方式2的图，是计算机600的结构图。
图27是实施方式2的图，是示出计算机600的动作的流程图。
具体实施方式
下面，使用附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在各图中，对相同或相当的部分标注相同标号。在实施方式的说明中，适当省略或简化相同或相当的部分的说明。
在实施方式1中，作为用语，出现了1比特的随机数即1比特随机数和随机数序列。
(1)随机数是由1个以上的比特构成的数据，是一般意义的随机数。
(2)1比特随机数是1比特的随机数。
(3)随机数序列是排列1个以上的1比特随机数而生成的序列。即，随机数序列是一般意义的随机数。此外，在随机数序列仅由一个1比特随机数构成的情况下，随机数序列是1比特随机数本身。
实施方式1
***比较例的结构***
本实施方式1涉及使用FMCW的雷达装置1-1。为了明确雷达装置1-1的特征，首先，作为雷达装置1-1的比较例，对雷达装置1进行说明。
图1是雷达装置1的结构图。雷达装置1也是使用FMCW的雷达装置。下面，雷达装置1-1和雷达装置1记为雷达1-1和雷达1。使用图1的雷达1对FMCW方式的动作进行说明。雷达1具有计算机10、信号产生器20、发送天线30、接收天线40、混合器50和低通滤波器60等结构要素。此外，各结构要素之间的信号记为本地信号SG01、发送信号SG02、接收信号SG03、混合器输出信号SG04和差拍信号SG05。
图2是示意地示出图1的雷达1中的发送信号SG02、接收信号SG03和差拍信号SG05的曲线图。各曲线图的横轴是时间，纵轴是频率。图2示出各信号的频率的时间变化。下面，将图2这种横轴是时间、纵轴是频率的曲线图称为时间/频率曲线图。在FMCW方式中，频率的时间变化是重要的，因此，公知利用时间/频率曲线图表现信号。
***比较例的雷达1的动作***
如图2所示，发送信号SG02的频率如三角波那样变化。发送信号SG02是信号产生器20中利用本地信号SG01对载波进行频率调制而得到的信号。发送信号SG02被分配给发送天线30和混合器50。发送信号SG02从发送天线30向空间放射。发送信号SG02在对象物71反射，反射后的信号通过接收天线40进行检测。由接收天线40检测的信号是接收信号SG03。接收信号SG03是发送信号SG02在时间上滞后的信号波形。
接收信号SG03在混合器50中与发送信号SG02进行混合。混合器50输出混合器输出信号SG04。低通滤波器60从混合器输出信号SG04中提取低频成分，得到差拍信号SG05。差拍信号SG05具有与某个瞬间的发送信号SG02和接收信号SG03的频率之差相关联的值。因此，利用计算机10对差拍信号SG05进行信号处理，由此能够计算雷达1与对象物71的相对距离或相对速度或双方。
***实施方式1的结构***
图3示出实施方式1的雷达1-1的结构。在图3中，省略图1所示的对象物71。雷达1-1具有计算机101、信号产生器20、发送天线30、接收天线40、混合器50、低通滤波器60和控制滤波器200。控制滤波器200具有时间/频率滤波器210和检测器220。作为硬件结构，雷达1-1构成为针对雷达1追加了控制滤波器200。
在雷达1-1中，将各结构要素之间的信号记为本地信号SG1、发送信号SG2、接收信号SG3、混合器输出信号SG4、差拍信号SG5、滤波器输出信号SG6、滤波器控制信号SG7和检测信号SG8。本地信号SG1是本地信号产生部111为了进行载波的调制而产生的信号。本地信号SG1的详细情况在本地信号产生部111的说明中在后面叙述，本地信号SG1是根据周期信号SG0和随机数序列生成的。计算机101将本地信号SG1输出到信号产生器20。
图4示出计算机101的结构。计算机101具有处理器110、存储器120、模拟信号接口130和数字信号接口140作为硬件。此外，计算机101具有本地信号产生部111、距离/速度计算部112、随机数生成部113、攻击判定部114和滤波器控制部115作为功能结构。本地信号产生部111、距离/速度计算部112、随机数生成部113、攻击判定部114和滤波器控制部115通过软件实现。具体而言如下所述。在存储器120中存储有实现本地信号产生部111、距离/速度计算部112、随机数生成部113、攻击判定部114和滤波器控制部115的功能的程序。处理器110从存储器120读出程序并执行，由此实现本地信号产生部111、距离/速度计算部112、随机数生成部113、攻击判定部114和滤波器控制部115的功能。
为了将计算机101与外部硬件即信号产生器20、低通滤波器60、时间/频率滤波器210和检测器220连接起来而使用模拟信号接口130和数字信号接口140。在图3所示的例子中，信号产生器20和低通滤波器60是模拟设备，时间/频率滤波器210和检测器220是数字设备。
***动作的说明***
各结构要素的功能如下所述。随机数生成部113生成随机数序列。本地信号产生部111根据由随机数生成部113生成的随机数序列的各比特的比特值产生本地信号SG1。距离/速度计算部112使用差拍信号SG5计算雷达1-1与对象物71之间的相对距离和相对速度。攻击判定部114根据检测信号SG8判定有无欺瞒攻击。滤波器控制部115借助滤波器控制信号SG7设定时间/频率滤波器210。
图5是说明雷达1-1的动作的顺序图。参照图5对雷达1-1的动作进行说明。首先，随机数生成部113生成1比特以上的随机数序列。在步骤S01中，本地信号产生部111使用由随机数生成部113生成的随机数序列产生本地信号。本地信号产生部111根据由随机数生成部113生成的随机数序列的各比特的比特值产生本地信号SG1。具体而言，本地信号产生部111使具有周期性的周期信号的1个周期中的至少一部分期间即部分周期和随机数序列的1比特对应起来，根据1比特的比特值，利用与1比特对应的部分周期的波形产生本地信号。该详细情况在图8～图10的具体例时进行说明。本地信号产生部111经由模拟信号接口130对信号产生器20发送本地信号SG1。
在步骤S02中，发送部901即信号产生器20利用本地信号SG1对载波进行频率调制而生成发送信号SG2，从发送天线30发送发送信号SG2。
在步骤S03中，与步骤S01～步骤S02并行地，滤波器控制部115按照在产生本地信号SG1时使用的随机数序列和预先决定的步骤生成滤波器控制信号SG7。预先决定的步骤存储在存储器120中。即，滤波器控制部115从随机数生成部113取得在产生本地信号SG1时使用的随机数序列，使用随机数序列决定控制滤波器200的通过时间段和通过频带中的至少任意一方的通过条件。滤波器控制部115将指示通过条件的信号作为滤波器控制信号SG7输出到控制滤波器200。通过滤波器控制部115，经由数字信号接口140对时间/频率滤波器210发送滤波器控制信号SG7。
在步骤S04中，时间/频率滤波器210使用滤波器控制信号SG7，由此，关于混合器输出信号SG4，设定使其通过的时间段或使其通过的频带或其双方。
在步骤S05中，发送信号SG2被分配给发送天线30和混合器50。发送信号SG2从发送天线30向空间放射。与雷达1同样，接收天线40检测接收信号SG3。
在步骤S06中，接收信号SG3在混合器50中与发送信号SG2进行混合。混合器50输出混合器输出信号SG4。混合器50从信号产生器20取得发送信号SG2，对发送信号SG2和接收天线40接收的接收信号SG3进行混合，输出混合器输出信号SG4。
如图3所示，混合器输出信号SG4被分配给低通滤波器60和时间/频率滤波器210。另外，在图5中省略低通滤波器60。低通滤波器60从混合器输出信号SG4中提取低频成分，取得差拍信号SG5。距离/速度计算部112对差拍信号SG5进行分析，由此计算雷达1-1与对象物的相对距离或相对速度或其双方。
在步骤S07中，在雷达1-1中，并行地对控制滤波器200输入混合器输出信号SG4，按照控制信号即滤波器控制信号SG7使混合器输出信号SG4通过。时间/频率滤波器210从混合器输出信号SG4中提取滤波器输出信号SG6。检测器220根据滤波器输出信号SG6检测有无在时间/频率滤波器210中通过的信号或在时间/频率滤波器210中通过的信号的大小。在步骤S08中，检测器220经由数字信号接口140对攻击判定部114发送作为检测结果的检测信号SG8，该检测结果是滤波器输出信号SG6的有无或检测量。在步骤S09中，攻击判定部114根据随机数序列、检测信号SG8和预先决定的步骤判定有无欺瞒攻击。下面，欺瞒攻击记为攻击。
这样，攻击判定部114从随机数生成部113取得随机数序列，根据随机数序列、控制滤波器200按照滤波器控制信号SG7输出的输出信号即检测信号SG8以及预先决定的步骤判定有无攻击。
图6是攻击判定部114判定有无攻击的流程图。首先，在步骤S11中，根据1比特随机数的值进行条件分支。此外，在步骤S12和步骤S13中，根据检测信号SG8的值进行条件分支。以上的结果，根据1比特随机数的值和检测信号SG8的值到达步骤S14、S15、S16、S17中的任意一方。在步骤S14～步骤S17中，攻击判定部114判定有无攻击。将该判定称为判定A、判定B、判定C、判定D。
关于针对判定A、判定B、判定C、判定D是分配检测到攻击、还是分配未检测到攻击，根据使用随机数序列产生的本地信号SG1和时间/频率滤波器210的性质，作为预先决定的步骤而设定在程序中。
图7是说明步骤S14～步骤S17的分配的图。图7是时间/频率曲线图，示出1比特随机数为0的混合器输出信号SG4、1比特随机数为0的滤波器输出信号SG6、1比特随机数为1的混合器输出信号SG4和1比特随机数为1的滤波器输出信号SG6。
在图7中，abcd的四边形所显示的2个部位的区域表示时间/频率滤波器210使信号通过的时间段和频带。在图7的例子中，与1比特随机数的值对应的差异出现在混合器输出信号SG4(1比特随机数＝0)和混合器输出信号SG4(1比特随机数＝1)的abcd的四边形所显示的区域内。其结果，关于滤波器输出信号SG6中是否出现信号通过，根据1比特随机数的值而变化。即，在图7中，在1比特随机数＝0时，在滤波器输出信号SG6中，不存在检测信号是正常的，在1比特随机数＝1时，在滤波器输出信号SG6中，存在检测信号是正常的。如果“1比特随机数＝0时存在检测信号”或“1比特随机数＝1时不存在检测信号”，则是异常情况，攻击判定部114判定为存在攻击。在将图7应用于图6的流程图时，步骤S14的判定A成为存在攻击，步骤S15的判定B成为不存在攻击，步骤S16的判定C成为不存在攻击，步骤S17的判定D成为存在攻击。这种内容作为预先决定的步骤而被设定于程序。
***实施方式1的效果***
在实施方式1的雷达1-1中，根据随机数序列产生本地信号SG1，使用本地信号SG1产生发送信号SG2。然后，使用时间/频率滤波器210提取反射回来的接收信号SG3中包含的来源于随机数的信号成分，根据提取出的信号检测攻击。由此，能够区分不具有随机数序列的攻击者发出的欺瞒信号和来源于雷达1-1发出的发送信号SG2的接收信号SG3。因此，不仅计测距离和速度，雷达1-1还具有能够检测攻击的效果。此外，根据仅利用时间/频率滤波器210和检测器220从接收信号SG3中提取随机数成分这样的特征，仅通过在一般的FMCW雷达中追加极少量的硬件就能够实现雷达1-1。由此，具有能够抑制成本且进行攻击对策的效果。此外，能够提示利用者注意存在攻击者，能够选择性地丢弃被欺瞒的计测数据。
下面，对本地信号SG1的若干个产生方式的例子进行说明。
***第1产生方式***
在本地信号SG1的第1产生方式中，产生三角波作为周期信号SG0，根据随机数序列的各1比特随机数的比特值使三角波的1个周期的产生有无发生变化，从而产生本地信号SG1。
图8是示出基于本地信号产生部111的本地信号SG1的第1产生方式的步骤的流程图。在第1产生方式中，使用0和1这2个值作为1比特随机数。首先，在步骤S21中，本地信号产生部111取得从随机数生成部113取得的随机数序列中的1比特即1比特随机数。例如，本地信号产生部111在随机数序列中，从最上位比特朝向最下位比特依次取得1比特随机数。以下所示的各产生方式也同样。如果所取得的1比特随机数的比特值为1(步骤S22：是)，则本地信号产生部111输出三角波的1个周期(步骤S23)。如果1比特随机数的比特值为0(步骤S22：否)，则作为本地信号SG1，本地信号产生部111在1个周期内不输出三角波(步骤S24)。
在图9中，上部的2个曲线图示出周期信号SG0和本地信号SG1。周期信号SG0和本地信号SG1的纵轴是电压，横轴是时间。下部的4个曲线图均是时间/频率曲线图。
本地信号产生部111使具有周期性的周期信号SG0的1个周期中的至少一部分期间即部分周期和随机数序列的1比特随机数对应起来，根据1比特随机数的比特值，利用与1比特随机数对应的部分周期的波形产生本地信号。周期信号SG0是作为本地信号SG1的产生的基础的信号。
本地信号产生部111生成图9的第2段所示的本地信号SG1。但是，关于周期信号SG0，本地信号产生部111可以产生周期信号SG0，也可以不产生周期信号SG0。在产生周期信号SG0的情况下，本地信号产生部111在产生周期信号SG0后，根据随机数序列的1比特随机数的各比特值，根据周期信号SG0产生本地信号SG1。在不产生周期信号SG0而产生本地信号SG1的情况下，例如，本地信号产生部111保有周期信号SG0作为函数式，能够根据周期信号SG0的函数式和随机数序列产生本地信号SG1。在以下说明的第1产生方式～第4产生方式中，对本地信号产生部111产生周期信号SG0的情况进行说明。另外，如进入实施方式1的说明之前叙述的那样，随机数序列可以是1比特以上。
本地信号产生部111产生三角波作为周期信号SG0，使三角波的1个周期中的至少一部分期间即部分周期和随机数序列的1比特随机数对应起来。部分周期可以是1个周期。在图9中，使1比特随机数和单位三角波的1个周期对应起来，该单位三角波将从底部(时刻t1)经由顶部(时刻t2)而到下一个底部(时刻t3)的期间作为1个周期。在图9中，部分周期是单位三角波的1个周期。本地信号产生部111使随机数序列的各1比特随机数与各部分周期对应起来。在图9中，本地信号产生部111使构成随机数序列的1、0、1、0的各1比特随机数与时刻t1～时刻t3、时刻t3～时刻t4、时刻t4～时刻t5、时刻t5～时刻t6的各部分周期对应起来。
在第1产生方式的情况下，本地信号产生部111根据1比特随机数的比特值，停止单位三角波的输出。在图9中的本地信号SG1的产生中，本地信号产生部111在随机数序列的1比特随机数为1的情况下产生1个周期的三角波作为本地信号SG1，在随机数序列的1比特随机数为0的情况下不产生1个周期的三角波。
图9的下部的4个曲线图是发送信号SG2、接收信号SG3、混合器输出信号SG4和滤波器输出信号SG6。图9是不存在攻击的情况。
发送信号SG2是与本地信号SG1对应的形状。在1比特随机数为1的区间的发送信号SG2中，所得到的差拍信号SG5与比较例的雷达1的差拍信号一致。因此，通过适当切出与发送信号SG2对应的差拍信号SG5并进行信号处理，能够与比较例的雷达1同样地进行距离和速度的传感(sensing)。仅在图9中四边形211所示的1比特随机数为0的区间的一部分中，时间/频率滤波器210成为“通过”。在不存在攻击的情况下的混合器输出信号SG4中，不存在四边形211的区域中包含的信号，因此，其结果，始终不存在滤波器输出信号SG6。
图10示出存在攻击的情况下的各信号。攻击者无法预测随机数序列，因此，在图10的随机数序列的1比特随机数为0的区间内，输出本来不可能存在的欺瞒信号。这是攻击者假设的发送信号SG2。发送信号SG2经由接收信号SG3出现在混合器输出信号SG4中。其结果，在时间/频率滤波器210成为“通过”的四边形211所显示的区间内出现混合器输出信号SG4。即，在1比特随机数成为0的区间内，基于检测器220检测到存在滤波器输出信号SG6。因此，攻击判定部114根据在1比特随机数为0的区间内存在滤波器输出信号SG6，能够判定为存在攻击。
***第2产生方式***
参照图11、图12、图13对本地信号SG1的第2产生方式进行说明。在第2产生方式中，产生锯齿波作为周期信号SG0，根据随机数序列使锯齿波的上行、下行发生变化，由此产生本地信号SG1。除此以外的方面与第1产生方式相同。
图11是示出本地信号产生部111中产生本地信号SG1的步骤的流程图。在步骤S31中，本地信号产生部111从随机数序列取得1比特随机数。如果1比特随机数为1(步骤S32：是)，则本地信号产生部111以1个周期输出上升的锯齿波(步骤S33)。如果1比特随机数为0(步骤S32：否)，则本地信号产生部111以1个周期输出下降的锯齿波(步骤S34)。
在图12中，上部的2个曲线图示出周期信号SG0和本地信号SG1。周期信号SG0和本地信号SG1的纵轴是电压，横轴是时间。下部的4个曲线图均是时间/频率曲线图。在第2产生方式中，锯齿波是周期信号SG0。
本地信号产生部111产生锯齿波作为周期信号SG0，使随机数序列的各1比特随机数和部分周期对应起来。在第2产生方式中，在图12的周期信号SG0中，部分周期是时刻t1～时刻t2。即，锯齿波的1个周期是部分周期。在图12中，本地信号产生部111使随机数序列的各1比特随机数与时刻t1～时刻t2的部分周期、时刻t2～时刻t3的部分周期、时刻t3～时刻t4的部分周期、时刻t4～时刻t5的部分周期、时刻t5～时刻t6的部分周期以及时刻t6～时刻t7的部分周期对应起来。本地信号产生部111在1比特随机数的比特值为0的情况下，根据锯齿波的增加期间(锯齿波的1个周期)的形状，产生相对于时间经过而减少的减少形状的锯齿波作为本地信号SG1。减少形状的锯齿波与增加期间的形状关于纵轴对称。在1比特随机数的比特值为1的情况下，本地信号产生部111根据锯齿波的增加期间(锯齿波的1个周期)的形状，直接产生锯齿波的增加期间的形状的本地信号SG1。
图12的下部的4个曲线图是发送信号SG2、接收信号SG3、混合器输出信号SG4和滤波器输出信号SG6。图12是不存在攻击的情况。发送信号SG2与雷达1的发送信号部分地一致。因此，如果适当切出对应的差拍信号SG5并进行信号处理，能够与雷达1同样地进行距离/速度的传感。在图12中，仅在四边形212所显示的1比特随机数从0变化为1或从1变化为0的区间内，时间/频率滤波器210成为“通过”。在不存在攻击的情况下的混合器输出信号SG4中，不存在四边形212的区域中包含的信号，其结果，始终不存在滤波器输出信号SG6。
图13示出存在攻击的情况下的各信号。攻击者无法预测随机数序列，因此，输出在锯齿波中上行和下行相反的本来不可能存在的欺瞒信号。这是攻击者假设的发送信号SG2。发送信号SG2经由接收信号SG3出现在混合器输出信号SG4中。其结果，在时间/频率滤波器210成为“通过”的四边形212所显示的区间内，混合器输出信号SG4成为有效。即，在1比特随机数从0转变为1或从1转变为0的区间内，通过检测器220观测到滤波器输出信号SG6。因此，攻击判定部114根据在该区间内存在滤波器输出信号SG6，能够判定为存在攻击。
另外，在第2产生方式中，根据2比特的连续的1比特随机数，时间/频率滤波器210的通过或阻止发生变化。因此，检测中的图6的条件分支即步骤S11的条件需要成为“1比特随机数的值是否与其紧前的1比特随机数的值不同”这样的条件。
***第3产生方式***
参照图14、图15、图16对本地信号SG1的第3产生方式进行说明。在第3产生方式中，产生三角波作为周期信号SG0。在第3产生方式中，根据随机数序列的1比特随机数的值，产生三角波的上半部分或下半部分作为本地信号SG1。除此以外的方面与第1产生方式相同。
图14是示出本地信号产生部111中产生本地信号SG1的步骤的流程图。在第3产生方式中，使用0和1这2个值作为1比特随机数。首先，在步骤S41中，本地信号产生部111取得1比特随机数。如果1比特随机数为1(步骤S42：是)，则本地信号产生部111输出三角波的上部半周期(步骤S43)。如果1比特随机数为0(步骤S42：否)，则本地信号产生部111输出三角波的下部半周期(步骤S44)。
在图15中，上部的2个曲线图示出周期信号SG0和本地信号SG1。周期信号SG0和本地信号SG1的纵轴是电压，横轴是时间。下部的4个曲线图均是时间/频率曲线图。
在第3产生方式中，关于三角波的1个周期，在图15中，时刻t1～时刻t3是1个周期。周期信号SG0是三角波。在该三角波中，1个周期由从最大振幅与最小振幅的中央的中央值V0(时刻t1)开始经由顶部(时刻t1a)返回中央值V0(时刻t2)的向上凸出的向上三角波和接着向上三角波而从中央值V0(时刻t2)开始经由底部(时刻t2a)返回中央值V0(时刻t3)的向下凸出的向下三角波构成。部分周期是1个周期的各半周期。时刻t1～时刻t2、时刻t2～时刻t3等是部分周期。在图15中，本地信号产生部111使随机数序列的各1比特随机数和周期信号SG0中的各部分周期对应起来。本地信号产生部111在1比特随机数的比特值为0的情况下，产生向下三角波作为本地信号SG1，在1比特随机数的比特值为1的情况下，产生向上三角波作为本地信号SG1。另外，也可以在比特值为0的情况下产生向上三角波，在比特值为1的情况下产生向下三角波。
图15的下部的4个曲线图是发送信号SG2、接收信号SG3、混合器输出信号SG4和滤波器输出信号SG6。图15是不存在攻击的情况。发送信号SG2与雷达1的发送信号部分地一致。因此，通过适当切出与发送信号SG2对应的差拍信号SG5并进行信号处理，能够与雷达1同样地进行距离/速度的传感。在图15中，仅在四边形213所显示的1比特随机数从0到0连续或从1到1连续的区间内，时间/频率滤波器210成为“通过”。在不存在攻击的情况下的混合器输出信号SG4中，不存在四边形213的区域中包含的信号，其结果，始终不存在滤波器输出信号SG6。
图16示出存在攻击的情况下的各信号。攻击者无法预测1比特随机数，因此，输出三角波的上半部分和下半部分相反的本来不可能存在的欺瞒信号。这是攻击者假设的发送信号SG2。发送信号SG2经由接收信号SG3出现在混合器输出信号SG4中。其结果，在时间/频率滤波器210成为“通过”的四边形213所显示的区间内，混合器输出信号SG4成为有效。即，在1比特随机数从0转变为0或从1转变为1的区间内，通过检测器220检测到滤波器输出信号SG6。因此，攻击判定部114根据在该区间内存在滤波器输出信号SG6，能够判定为存在攻击。
另外，在第3产生方式中，根据2比特的连续的1比特随机数，时间/频率滤波器210的通过、阻止发生变化。因此，检测中的图6的条件分支即步骤S11的条件需要成为“1比特随机数的值是否与其紧前的1比特随机数的值相同”这样的条件。
***第4产生方式***
参照图17、图18、图19对第4产生方式进行说明。在第4产生方式中，产生三角波作为周期信号SG0，根据随机数序列在三角波上重叠脉冲而产生本地信号SG1。除此以外的方面与第1产生方式相同。
图17是示出本地信号产生部111中产生本地信号SG1的步骤的流程图。在第4产生方式中，使用0和1这2个值作为1比特随机数。首先，本地信号产生部111在步骤S51中取得1比特随机数。如果1比特随机数为1(步骤S52：是)，则本地信号产生部111在三角波上重叠脉冲(步骤S53)。如果1比特随机数为0(步骤S52：否)，则直接输出三角波(步骤S54)。
在图18中，上部的2个曲线图示出周期信号SG0和本地信号SG1。周期信号SG0和本地信号SG1的纵轴是电压，横轴是时间。下部的4个曲线图均是时间/频率曲线图。
在第4产生方式中，三角波的1个周期和部分周期与第1产生方式相同。在图18中，本地信号产生部111使随机数序列的各1比特随机数和周期信号SG0中的各部分周期对应起来。本地信号产生部111在1比特随机数的比特值为0的情况下，不在单位三角波上重叠脉冲，产生单位三角波作为本地信号SG1，在1比特随机数的比特值为1的情况下，在单位三角波上重叠脉冲，产生重叠了脉冲的单位三角波作为本地信号SG1。
图18的下部的4个曲线图是发送信号SG2、接收信号SG3、混合器输出信号SG4和滤波器输出信号SG6。图18是不存在攻击的情况。发送信号SG2与雷达1的发送信号部分地一致。因此，通过适当切出与发送信号SG2对应的差拍信号SG5并进行信号处理，能够与雷达1同样地进行距离/速度的传感。在图18中，设为仅横线214与横线215之间的范围内存在的高频的部分在时间/频率滤波器210中“通过”。通过滤波器控制信号SG7，选择仅在三角波上重叠了脉冲的情况下混合器输出信号SG4能够通过时间/频率滤波器210的截止频率。因此，仅在存在脉冲的重叠的1比特随机数为1的区间内，能够检测到滤波器输出信号SG6。
图19示出存在攻击的情况下的各信号。攻击者无法预测1比特随机数，因此，在本来应该重叠脉冲的部位输出未重叠脉冲的三角波。这是攻击者假设的发送信号SG2。发送信号SG2经由接收信号SG3出现在混合器输出信号SG4中。其结果，在1比特随机数为1的区间内，也未检测到滤波器输出信号SG6。因此，攻击判定部114根据在1比特随机数为1的区间内不存在滤波器输出信号SG6，能够判定为存在攻击。
另外，虽然示出三角波作为周期信号SG0，但是，周期信号SG0也可以是锯齿波，还可以是其他周期信号。
***2种以上的滤波器及其结果的组合***
在图3所示的雷达1-1中，仅使用一个具有时间/频率滤波器210和检测器220的控制滤波器200，但是，也可以使用多个控制滤波器200。
图20示出雷达1-2的结构。雷达1-2使用第1控制滤波器200-1和第2控制滤波器200-2这2个控制滤波器。第1控制滤波器200-1具有时间/频率滤波器210-1和检测器220-1，第2控制滤波器200-2具有时间/频率滤波器210-2和检测器220-2。时间/频率滤波器210-1和时间/频率滤波器210-2的通过特性不同。通过互补地使用具有不同通过特性的时间/频率滤波器210-1和时间/频率滤波器210-2，其结果，攻击的检测性能提高。具体而言，滤波器控制部115将第1控制滤波器200-1使用的滤波器控制信号SG7即第1控制信号SG7-1输出到第1控制滤波器200-1，将第2控制滤波器200-2使用的滤波器控制信号SG7即第2控制信号SG7-2输出到第2控制滤波器200-2。
***使用2种滤波器的利用方法***
下面，对利用具有不同通过特性的第1控制滤波器200-1和第2控制滤波器200-2的具体利用方法进行说明。使用第1控制滤波器200-1和第2控制滤波器200-2计测接收信号的产生定时。使用图21对该计测方法进行说明。
图21是时间/频率曲线图。在图21中，第1控制信号SG7-1指示第1控制滤波器200-1的通过时间段，第2控制信号SG7-2指示与第1控制滤波器200-1的通过时间段不同的第2控制滤波器200-2的通过时间段。
作为发送信号SG2，与图18的情况同样，假设重叠了脉冲的三角波。此外，假设在图21的时刻T1出现在发送信号SG2中的脉冲在时刻T2到达接收信号SG3。
在混合器输出信号SG4的时间/频率曲线图中，利用2个阴影示出范围216和范围217。范围216和范围217示出时间/频率滤波器210-1和时间/频率滤波器210-2的通过特性。时间/频率滤波器210-1使时刻T2之前的范围216的信号通过，阻止时刻T2后的信号。另一方面，时间/频率滤波器210-2阻止时刻T2之前的信号，使时刻T2后的范围217的信号通过。
在图21中，利用时间/频率曲线图示出时间/频率滤波器210-1的滤波器输出信号SG6-1和时间/频率滤波器210-2的滤波器输出信号SG6-2。
在不存在攻击的情况下，假设下面的动作。未检测到时间/频率滤波器210-1的滤波器输出信号SG6-1。另一方面，检测到时间/频率滤波器210-2的滤波器输出信号SG6-2。以下的假设外的动作是异常情况，判定为攻击。即，检测到滤波器输出信号SG6-1的情况或未检测到滤波器输出信号SG6-2的情况。
如上所述，通过使用互补的2个控制滤波器，不仅能够验证对未图示的本地信号SG1提供的脉冲传递到混合器输出信号SG4，还能够验证脉冲在假设的时间到达。通过脉冲的到达时间的验证，得到针对在时刻T1～时刻T2这样狭窄的时间区间内产生欺瞒信号的高级攻击的耐性。
***攻击判定的特殊例***
攻击者也可能适当估计1比特随机数的值而进行攻击。1比特随机数的估计成功的概率为1/2。如果反复进行n次相同检测，则攻击者的全部成功的概率降低到(1/2)的n次方。利用该性质，也可以反复进行多次检测，仅在得到某个确定的准确度时，判定为检测到。即，攻击判定部114也可以反复进行多次图6的攻击判定的处理，根据反复进行的结果检测为存在攻击。这样，攻击判定部114使用多次的判定结果判定有无攻击。
***时间/频率滤波器210的特殊例***
时间/频率滤波器210也可以构成为级联连接仅对使信号通过的时刻进行控制的门211a和仅对频带进行控制的带通滤波器212a。
图22是由门211a和带通滤波器212a构成时间/频率滤波器210的图。时间/频率滤波器210作为门211a和带通滤波器212a的纵列连接来实现。门控制信号SG71对门211a进行控制，滤波器控制信号SG72对带通滤波器212a进行控制。门控制信号SG71和滤波器控制信号SG72是滤波器控制信号SG7。
门(gate)211a通过门控制信号SG71而进行开闭。其结果，能够实现仅使特定时刻到来的混合器输出信号SG4通过的时间滤波器。带通滤波器212a仅使特定频带的信号通过。也可以使用能够利用滤波器控制信号SG72对通过的频率进行变更的带通滤波器212a。如上所述，通过组合门211a和带通滤波器212a，能够实现时间/频率滤波器210。这样，控制滤波器200的时间/频率滤波器210具有能够通过电信号对通过时间段进行控制的门211a、以及能够通过与门211a所使用的电信号不同的电信号对频带进行控制的带通滤波器212a。
***时间/频率滤波器的特殊例***
在计算机101中，滤波器控制部115也可以使用包含由距离/速度计算部112计算出的距离或速度中的至少任意一方的计测信息，生成滤波器控制信号SG7。具体而言如下所述。计算部902即距离/速度计算部112根据混合器输出信号SG4，计算包含与对象物71之间的距离和计测对象的速度中的至少任意一方的计测信息。滤波器控制部115使用由距离/速度计算部112计算出的计测信息，决定通过条件即滤波器控制信号SG7。
***检测器的特殊例***
图23示出检测器220的结构例。如图23所示，检测器220也可以构成为串联连接调查有无波的检波器221和后级的信号处理电路222。特别地，作为信号处理电路222，例如可以使用积分器、峰值保持电路或滤波电路等。
***反应方法的特殊例***
距离/速度计算部112在计算距离或速度时，也可以利用攻击判定部114的判定结果。作为例子，距离/速度计算部112也可以进行丢弃与判定为存在攻击的期间对应的差拍信号SG5的处理。具体而言如下所述。在雷达装置1-1中，计算部902即距离/速度计算部112从攻击判定部114取得判定结果，根据混合器输出信号SG4计算包含与对象物71之间的距离和计测对象的速度中的至少任意一方的计测信息。距离/速度计算部112使用所取得的判定结果决定是维持计测信息还是丢弃计测信息。
***与距离/速度计算部112有关的特殊例***
距离/速度计算部112在计算对象物71的距离或速度时，也可以根据1比特随机数是0还是1，通过预先确定的方法对差拍信号进行校正。具体而言如下所述。在雷达1-1中，差拍信号生成部903即低通滤波器60被输入混合器输出信号SG4，根据混合器输出信号SG4生成差拍信号SG5并进行输出。计算部902即距离/速度计算部112从低通滤波器60被输入差拍信号SG5，从随机数生成部113取得随机数序列，使用所取得的随机数序列对差拍信号SG5进行校正。距离/速度计算部112使用校正后的差拍信号SG5，计算包含与计测对象之间的距离和计测对象的速度中的至少任意一方的计测信息。
***其他结构***
图24是示出处理电路99的图。在本实施方式中，本地信号产生部111、距离/速度计算部112、随机数生成部113、攻击判定部114和滤波器控制部115的功能通过软件实现。但是，作为变形例，本地信号产生部111、距离/速度计算部112、随机数生成部113、攻击判定部114和滤波器控制部115的功能也可以通过硬件实现。即，通过处理电路99，实现作为所述处理器110而示出的本地信号产生部111、距离/速度计算部112、随机数生成部113、攻击判定部114、滤波器控制部115和存储器120的功能。处理电路99与信号线99a连接。处理电路99是电子电路。具体而言，处理电路99是单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、逻辑IC、GA(Gate·Array)、ASIC(Application·Specific·Integrated·Circuit)或FPGA(Field-Programmable·Gate·Array)。
作为另一个变形例，本地信号产生部111、距离/速度计算部112、随机数生成部113、攻击判定部114、滤波器控制部115和存储器120的功能也可以通过软件和硬件的组合实现。将处理器110、存储器120和处理电路99统称为“处理线路”。本地信号产生部111、距离/速度计算部112、随机数生成部113、攻击判定部114、滤波器控制部115和存储器120的功能通过处理线路实现。另外，能够将雷达1-1的动作理解为攻击检测方法。
***实施方式2的结构***
图25示出实施方式2的控制系统700的结构。实施方式2的控制系统700具有雷达1-3、传感器300、致动器400、显示装置500和计算机600。雷达1-3是实施方式1的雷达1-1或雷达1-2。控制系统700能够应用于伴有基于雷达1-3的距离或速度的计测的传感器系统或致动器系统的宽范围内。作为应用例，例如是汽车、农业用机械和机器人等的自动驾驶或驾驶辅助。
使用图26对计算机600的结构进行说明。
图26是计算机600的结构图。计算机600具有处理器610、存储器620、模拟信号接口630、数字信号接口640和显示接口650作为硬件。此外，计算机600具有雷达控制部611、传感器控制部612、认知/判断处理部613、致动器控制部614和显示控制部615作为功能结构。
雷达控制部611、传感器控制部612、认知/判断处理部613、致动器控制部614和显示控制部615作为程序实现。程序存储在存储器620中。程序由处理器610读出并执行。模拟信号接口630和数字信号接口640用于供计算机600与雷达1-3、传感器300和致动器400进行通信。显示接口650用于供计算机600和显示装置500进行通信。
***控制系统700的动作***
图27是示出控制系统700的动作的流程图。根据图27对控制系统700的动作进行说明。首先，在步骤S61中，计算机600取得信息。更具体而言，雷达控制部611从雷达1-3取得距离/速度信号SG11和攻击检测信号SG12。距离/速度信号SG11是距离/速度计算部112输出的。距离/速度信号SG11是距离/速度计算部112计算出的表示对象物71与雷达之间的距离和对象物71的相对速度的信号。攻击检测信号SG12是攻击判定部114输出的。攻击检测信号SG12是示出攻击判定部114进行的攻击检测的信号。传感器控制部612从传感器300取得传感信号SG13。传感信号SG13是表示传感器300的检测结果的信号。在步骤S62中，认知/判断处理部613使用距离/速度信号SG11、攻击检测信号SG12和传感信号SG13进行认知和判断。在步骤S63中，致动器控制部614根据步骤S62中的认知和判断的结果，将对致动器400进行控制的致动器控制信号SG14输出到致动器400。通过反复进行以上的步骤S61～步骤S63，计算机600能够通过对致动器400进行控制而实现自动动作或自主动作。
***实施方式2的效果***
通过使用由雷达1-3得到的攻击检测信号SG12，步骤S62中的认知或判断相对于攻击来说是健壮(robust)的。
作为攻击检测信号SG12表示存在攻击时的反应，能够进行如下等的(1)～(4)的动作：
(1)仅使用传感器300的信息继续进行动作，
(2)转移到安全停止，
(3)转移到仅提供最低限度的功能的缩退模式，
(4)经由显示控制部615、显示接口650和显示装置500提示用户注意。
标号说明
SG0：周期信号；SG01、SG1：本地信号；SG02、SG2：发送信号；SG03、SG3：接收信号；SG04、SG4：混合器输出信号；SG05、SG5：差拍信号；SG6：滤波器输出信号；SG7：滤波器控制信号；SG7-1：第1控制信号；SG7-2：第2控制信号；SG8：检测信号；SG11：距离/速度信号；SG12：攻击检测信号；SG13：传感信号；SG14：致动器控制信号；1、1-1、1-2、1-3：雷达；10：计算机；20：信号产生器；30：发送天线；40：接收天线；50：混合器；60：低通滤波器；71：对象物；101：计算机；110：处理器；111：本地信号产生部；112：距离/速度计算部；113：随机数生成部；114：攻击判定部；115：滤波器控制部；120：存储器；130：模拟信号接口；140：数字信号接口；200：控制滤波器；200-1：第1控制滤波器；200-2：第2控制滤波器；210：时间/频率滤波器；211a：门；212a：带通滤波器；211、212、213：四边形；214、215：横线；216、217：范围；220：检测器；221：检波器；222：信号处理电路；300：传感器；400：致动器；500：显示装置；600：计算机；610：处理器；620：存储器；630：模拟信号接口；640：数字信号接口；650：显示接口；700：控制系统；901：发送部；902：计算部；903：差拍信号生成部。

Claims (16)

1.一种雷达装置，其使用调频连续波，其中，所述雷达装置具有：
随机数生成部，其生成1比特以上的随机数序列；
本地信号产生部，其根据所述随机数序列的各比特的比特值产生本地信号；
发送部，其利用所述本地信号对载波进行频率调制而生成发送信号，并发送所述发送信号；
混合器，其从所述发送部取得所述发送信号，对所述发送信号和由接收天线接收的接收信号进行混合而输出混合器输出信号；
控制滤波器，其被输入所述混合器输出信号，按照控制信号使所述混合器输出信号通过；
滤波器控制部，其从所述随机数生成部取得所述随机数序列，使用所述随机数序列决定所述控制滤波器的通过时间段和通过频带中的至少任意一方的通过条件，向所述控制滤波器输出指示所述通过条件的信号而作为所述控制信号；以及
攻击判定部，其从所述随机数生成部取得所述随机数序列，根据所述随机数序列和由所述控制滤波器按照所述控制信号输出的输出信号的有无来判定有无攻击。
2.根据权利要求1所述的雷达装置，其中，
所述本地信号产生部使具有周期性的周期信号的1个周期中的至少一部分期间即部分周期和所述随机数序列的1比特对应起来，根据所述1比特的比特值，利用与所述1比特对应的所述部分周期的波形产生所述本地信号。
3.根据权利要求2所述的雷达装置，其中，
所述周期信号是三角波和锯齿波中的任意一方。
4.根据权利要求3所述的雷达装置，其中，
所述周期信号是所述三角波，
在所述三角波中，所述1个周期是从底部经由顶部到下一个底部的期间，
所述部分周期是所述1个周期。
5.根据权利要求3所述的雷达装置，其中，
所述周期信号是所述三角波，
在所述三角波中，所述1个周期由向上凸出的向上三角波和向下凸出的向下三角波构成，其中，该向上三角波从最大振幅与最小振幅的中央的中央值开始经由顶部返回所述中央值，该向下三角波接着所述向上三角波而从所述中央值开始经由底部返回所述中央值，
所述部分周期是所述1个周期的各半周期。
6.根据权利要求2所述的雷达装置，其中，
所述本地信号产生部根据所述1比特的比特值在与所述1比特对应的所述部分周期的波形上重叠脉冲波，从而产生所述本地信号。
7.根据权利要求3所述的雷达装置，其中，
所述本地信号产生部根据所述1比特的比特值在与所述1比特对应的所述部分周期的波形上重叠脉冲波，从而产生所述本地信号。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的雷达装置，其中，
所述雷达装置至少具有第1控制滤波器和第2控制滤波器作为所述控制滤波器，
所述滤波器控制部向所述第1控制滤波器输出第1控制信号，该第1控制信号是所述第1控制滤波器使用的所述控制信号，
所述滤波器控制部向所述第2控制滤波器输出第2控制信号，该第2控制信号是所述第2控制滤波器使用的所述控制信号。
9.根据权利要求8所述的雷达装置，其中，
所述第1控制信号指示所述第1控制滤波器的所述通过时间段，
所述第2控制信号指示所述第2控制滤波器的所述通过时间段，所述第2控制滤波器的所述通过时间段与所述第1控制滤波器的所述通过时间段不同。
10.根据权利要求1～7中的任意一项所述的雷达装置，其中，
所述攻击判定部使用多次的判定结果判定有无攻击。
11.根据权利要求1～7中的任意一项所述的雷达装置，其中，
所述控制滤波器具有：
门，其能够通过电信号控制所述通过时间段；以及
带通滤波器，其能够通过与所述门所使用的所述电信号不同的电信号控制所述通过频带。
12.根据权利要求1～7中的任意一项所述的雷达装置，其中，
所述雷达装置还具有计算部，该计算部根据所述混合器输出信号来计算计测信息，其中，所述计测信息包含与计测对象之间的距离和所述计测对象的速度中的至少任意一方，
所述滤波器控制部使用由所述计算部计算出的所述计测信息决定所述通过条件。
13.根据权利要求1～7中的任意一项所述的雷达装置，其中，
所述雷达装置还具有计算部，该计算部从所述攻击判定部取得判定结果，根据所述混合器输出信号来计算计测信息，使用所述判定结果决定是维持所述计测信息还是丢弃所述计测信息，其中，所述计测信息包含与计测对象之间的距离和所述计测对象的速度中的至少任意一方。
14.根据权利要求1～7中的任意一项所述的雷达装置，其中，
所述雷达装置还具有：
差拍信号生成部，其被输入所述混合器输出信号，根据所述混合器输出信号生成并输出差拍信号；以及
计算部，其被输入所述差拍信号，从所述随机数生成部取得所述随机数序列，使用所述随机数序列对所述差拍信号进行校正，使用校正后的所述差拍信号计算计测信息，其中，所述计测信息包含与计测对象之间的距离和所述计测对象的速度中的至少任意一方。
15.根据权利要求1～7中的任意一项所述的雷达装置，其中，
所述控制滤波器具有检波器和信号处理电路。
16.一种控制系统，其具有：
权利要求1～15中的任意一项所述的雷达装置；
传感器；
致动器；以及
计算机，其使用所述传感器的计测值和所述雷达装置的计测值对所述致动器进行控制。
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