JP2023036375A - 航空管制無線システム - Google Patents

Abstract

【課題】 悪意の第三者によるなりすましを検出して排除し、航空管制の安全性を向上させる航空管制無線システムを提供する。【解決手段】 時刻情報を高精度時刻サーバ１４，２４で取得し、航空機からのＡＤＳ－Ｂ信号を受信する受信装置１，２を備え、受信装置１，２にネットワークで接続し、受信装置１，２での受信時刻を基に受信の時間差を算出し、受信装置１，２の間の距離と受信の時間差により航空機の位置を推定し、当該推定した位置に基づいて航空機のなりすましを検出する処理装置４を有する航空管制無線システムである。【選択図】 図１

Description

本発明は、航空機の位置を認識する航空管制無線システムに係り、特に、悪意のある第三者の航空機に成りすますのを検出できる航空管制無線システムに関する。

［従来の技術］
従来の航空管制無線システムは、航空機の位置を正確に把握することが重要であり、これまでは一次レーダにより、高出力の信号を照射して反射波を受信することで航空機の位置を把握している。

しかしながら、一次レーダでは、どの航空機からのものであるかは識別できず、また高度などの航空機の情報を得ることができない。
そこで、近年は二次レーダにより、地上から航空機に搭載されたトランスポンダに対して質問し、航空機からの応答を受信することで、航空機の情報を得ることが考えられる。

この信号のやり取りを行う仕組みがＡＤＳ－Ｂ（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast／放送型自動従属監視）である。
ＡＤＳ－Ｂは、航空機に搭載された機上装置が、航空機の航法装置によって得られた測位結果に基づく位置を含む航空機の情報を放送するものである。

ＡＤＳ－Ｂを使用した航空管制には多くのメリットがあるが、デメリットとして、暗号化されておらず、誰でも視聴することができるため、悪意の第三者がドローン等を利用して航空機になりすまして地上設備からの信号に応答することで、航空管制に支障をきたす可能性がある。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特許第４２０３８１９号公報「ＳＳＲモードＳ地上局での不良トランスポンダ応答除去システム及び方法」（特許文献１）、特許第６１７７６１２号公報「航空機からの信号を用いた測位方法及び測位装置」（特許文献２）、特許第６７９０４６４号公報「位置照合装置、ＡＤＳ－Ｂ通報取得装置及び位置照合方法」（特許文献３）がある。

特許文献１には、ＳＳＲモードＳ地上局により航空機の監視を行う際に、航空機搭載のトランスポンダの整備不良等による不具合から起こる航空機からの応答による影響を地上局側で排除するシステムが示されている。
特許文献２には、航空機に搭載されるＡＤＳ－Ｂから発せられる信号を用いて計測時の計測位置を決定することが示されている。
特許文献３には、誤った位置照合通知が放送されたことを地上側の装置により検知できることが示されている。

特許第４２０３８１９号公報 特許第６１７７６１２号公報 特許第６７９０４６４号公報

従来の航空管制で説明したように、ＡＤＳ－Ｂを利用した航空機の位置把握では、悪意のある第三者がドローン等を利用して航空機になりすますことによって航空管制に支障をきたす可能性があるという問題点があった。

現在のＡＤＳ－Ｂでは、なりすまし排除の仕組みはなく、航空機のトランスポンダの全てに暗号器を搭載するのは現実的ではないから、二次レーダによる航空管制への移行を遅らせることにもなるという問題点もある。

尚、特許文献１～３には、悪意のある第三者がドローン等を使用して航空機になりすました場合を検出して航空管制の安全を確保する構成についての記載がない。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、悪意の第三者によるなりすましを検出して排除し、航空管制の安全性を向上させる航空管制無線システムを提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、航空機の位置を把握する航空管制無線システムであって、時刻情報を取得可能で、航空機からのＡＤＳ－Ｂ信号を受信する受信装置を複数備え、複数の受信装置にネットワークで接続し、受信装置での受信時刻を基に受信の時間差を算出し、受信装置の間の距離と時間差により航空機の位置を推定し、当該推定した位置に基づいて航空機のなりすましを検出する処理装置を有することを特徴とする。

本発明は、上記航空管制無線システムにおいて、質問信号をＡＤＳ－Ｂ信号により航空機に向けて送信する送信装置を備え、受信装置が、受信したＡＤＳ－Ｂ信号の応答信号から航空機のなりすましを検出し、処理装置に通知することを特徴とする。

本発明は、上記航空管制無線システムにおいて、送信装置が、送信出力のビーム形成を可変にすることを特徴とする。

本発明は、上記航空管制無線システムにおいて、処理装置が、得られた航空機の位置情報から当該位置に対応した送信出力のビームを形成するよう送信装置に指示し、送信装置が、当該指示に従いビーム形成を変更することを特徴とする。

本発明は、上記航空管制無線システムにおいて、ＡＤＳ－Ｂ信号のモードＡ／Ｃによるサイドローブを抑圧する機能を用いて、送信装置が、航空機が応答できないＡＤＳ－Ｂ信号を生成して送信し、ＡＤＳ－Ｂ信号に航空機から応答があると、航空機のなりすましとして検出することを特徴とする。

本発明によれば、時刻情報を取得可能で、航空機からのＡＤＳ－Ｂ信号を受信する受信装置を複数備え、複数の受信装置にネットワークで接続し、受信装置での受信時刻を基に受信の時間差を算出し、受信装置の間の距離と時間差により航空機の位置を推定し、当該推定した位置に基づいて航空機のなりすましを検出する処理装置を有する航空管制無線システムとしているので、悪意の第三者によるなりすましを検出して排除し、航空管制の安全性を向上させることができる効果がある。

本発明によれば、処理装置が、得られた航空機の位置情報から当該位置に対応した送信出力のビームを形成するよう送信装置に指示し、送信装置が、当該指示に従いビーム形成を変更するものとしているので、航空機の位置に応じて変更された送信出力のビームにおいて質問信号への応答により、なりすましを検出できる効果がある。

本無線システムの構成概略図である。 送信装置のビーム制御を示す概略図である。 サイドローブ抑圧機能を示す説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る航空管制無線システム（本無線システム）は、時刻情報を取得可能で、航空機からのＡＤＳ－Ｂ信号を受信する受信装置を複数備え、複数の受信装置にネットワークで接続し、受信装置での受信時刻を基に受信の時間差を算出し、受信装置の間の距離と受信の時間差により航空機の位置を推定し、当該推定した位置に基づいて航空機のなりすましを検出する処理装置を有するものであり、これにより、悪意の第三者によるなりすましを検出して排除し、航空管制の安全性を向上させることができるものである。

本無線システムは、処理装置が、得られた航空機の位置情報から当該位置に対応した送信出力のビームを形成するよう送信装置に指示し、送信装置が、当該指示に従いビーム形成を変更するものであり、航空機の位置に応じて変更された送信出力のビームにおいて質問信号への応答により、なりすましを検出できるものである。

なりすましの検出（判定）の方法は、第１に、航空機の位置を推定し、その位置が航空機として不適切である場合に判定し、第２に、ＡＤＳ－Ｂ信号の質問信号に対する応答信号の内容が不適正である場合に判定し、第３に、ＡＤＳ－Ｂ信号から取得された航空機の位置に向けてビーム制御されて形成されたビームで応答信号がない場合に判定し、第４に、サイドローブ抑圧機能を用いて、取得された航空機の位置から応答信号がないはずにも拘わらず、応答信号がある場合に判定する。詳細は、後述する。

［本無線システム：図１］
本無線システムについて図１を参照しながら説明する。図１は、本無線システムの構成概略図である。
本無線システムは、図１に示すように、受信装置１，２と、送信装置３と、処理装置４と、表示装置５とを基本的に有している。

［本無線システムにおける各装置の概略］
本無線システムにおける受信装置１，２は、航空機からのＡＤＳ－Ｂ信号を受信し、内部の高精度時刻サーバで付与された受信時刻の情報と共に上位装置となる処理装置４に送信する。
また、受信装置１，２は、送信装置３から航空機に送信された質問信号に対する応答信号を受信し、応答信号からなりすましを検出する。

そして、受信装置１，２は、なりすましと判定した場合には、受信したＡＤＳ－Ｂ信号と時刻情報を処理装置４に通知するが、その後は、なりすましと特定した航空機からのＡＤＳ－Ｂ信号を処理装置４に通知するのを停止することもできる。これは、不要な通信を排除するためである。

送信装置３は、ＡＤＳ－Ｂ信号を用いて質問信号を航空機に送信する。
また、送信装置３は、質問信号の出力ビームの制御を行い、ビームの方向、ビーム出力の強弱を調整することで、ビーム範囲を可変としている。
具体的には、後述するように、送信ビームのメインローブの方向、大きさ、サイドローブの大きさも調整することで、なりすましを検出するものである。

処理装置４は、受信装置１，２からのＡＤＳ－Ｂ信号を受信し、受信時刻から時間差を算出して、当該時間差と２つの受信装置１，２の距離から航空機の位置を推定して、推定した位置に基づいて、その位置が航空機として不適切な場合は、航空機のなりすましを検出する。また、ＡＤＳ－Ｂ信号により航空機の位置を取得し、推定した位置と相違する場合に、なりすましとして検出してもよい。
また、処理装置４は、受信装置１，２からのなりすましに関する情報を受信して外部記憶装置に記憶する。
更に、処理装置４は、航空機の情報、なりすましの情報を表示装置５に出力する。

表示装置５は、航空機の情報、なりすましの情報を表示すると共に、送信装置３における送信ビームの制御を指示し、当該制御に関する情報を表示する。

［本無線システムの各部の詳細］
本無線システムの各部について具体的に説明する。
［受信装置１，２］
受信装置１，２は、構成は同じであり、設置する場所が異なっている。２つの受信装置１，２は、航空機の位置を測定するには離れていることが望ましく、数キロ～１００キロメートル程度離して設置するのがよい。受信装置１，２は同じ構成であるので、以下、受信装置１について説明し、受信装置２の説明は省略する。

受信装置１は、無向性空中線（アンテナ）１１と、高周波部１２と、信号処理部１３と、高精度時刻サーバ１４と、ネットワーク装置１５を備えている。
無向性空中線１１でＡＤＳ－Ｂ信号を受信し、高周波部１２でフィルタにより不要波を除去して受信信号を増幅し、信号処理部１３でＡＤＳ－Ｂ信号を復調する。

信号処理部１３で応答信号からなりすましを検出することができる。
高精度時刻サーバ１４で時刻情報が配信され、信号処理部１３は高精度な時刻同期が可能となる。
ネットワーク装置１５は、信号処理部１３で復調された結果を上位の処理装置４に送信する。
尚、処理装置４でもなりすまし検知の機能を備えている。
受信装置１では、無向性空中線１１を用いたが、受信装置２に示すように指向性空中線２１を用いるようにしてもよい。

［送信装置３］
送信装置３は、指向性空中線（アンテナ）３１と、高周波部３２と、信号処理部３３と、ネットワーク装置３５とを備えている。
ネットワーク装置３５は、処理装置４から質問信号を受信し、信号処理部３３で変調を行う。高周波部３２で表示装置５から指定されたＡＤＳ－Ｂ信号を送信する送信ビームの方向、大きさい（強さ）に従ってビーム形成の制御を行い、指向性空中線３１から当該形成された送信ビームで質問信号を含むＡＤＳ－Ｂ信号を航空機に向けて送信する。

［処理装置４］
処理装置４は、中央処理装置４１と、外部記憶装置４２と、ネットワーク装置４３とを備えている。
中央処理装置４１は、受信装置１，２から受信した航空機の情報について情報処理を行い、航空機のなりすましの検出処理も行う。特に、２つの受信装置１，２からのＡＤＳ－Ｂ信号の受信の時間差と２つの受信装置１，２の距離（直線距離）に基づいて航空機の位置を推定して、なりすましか否かの判定を行う。つまり、推定した位置が航空機の位置として適切であれば、なりすましではないと判定し、不適切であれば、なりすましと判定する。
また、中央処理装置４１は、表示装置５からの設定により送信装置３での送信ビームフォーミングのパラメータ等を生成して送信装置３に送信する。

外部記憶装置４２は、航空機の情報を記憶するもので、なりすましの情報も記憶され、その後に分析等に利用される。
ネットワーク装置４３は、受信装置１，２のネットワーク装置１５，２５に接続し、更に送信装置３のネットワーク装置３５に接続し、データの送受信を行う。

［送信装置３のビーム制御：図２］
次に、送信装置３のビーム制御について図２を参照しながら説明する。図２は、送信装置のビーム制御を示す概略図である。
送信装置３は、図２に示すように、ビームフォーミングについて、ビーム出力の強弱（大小）を制御できるものである。図２では、高出力でビーム範囲が広い場合と、中出力でビーム範囲が狭い場合を示している。
また、送信装置３は、ビーム出力の幅（図２ではビームの縦方向の長さ）と方向（向き）も制御できる。

図２に示すように、ビームを高出力から中出力にすることで、例えば、悪意のある第三者は質問信号を受信できなくするようにできる。
そして、処理装置４は、受信したＡＤＳ－Ｂ信号から得られた航空機の位置情報を基に、送信装置３で、ビームフォーミングを変更（可変）して質問信号を送信するサーチを行えば、航空機が応答した位置情報が正しいかどうかを検証でき、なりすましを判別できる。

［サイドローブ抑圧機能：図３］
次に、ＡＤＳ－Ｂ信号のサイドローブ抑圧機能について図３を参照しながら説明する。図３は、サイドローブ抑圧機能を示す説明図であり、図３（１）がサイドローブの方向における航空機の位置を示し、図３（２）が航空機Ａの受信信号レベルを示し、図３（３）が航空機Ｂの受信レベルを示すものである。
図３（１）では、メインローブの方向に航空機Ａが位置し、航空機Ｂはサイドローブ方向に位置している。航空機Ｂのトランスポンダは、メインローブＰ１，Ｐ３のパルスより強いサイドローブＰ２を受信することで、応答しない。

ＡＤＳ－Ｂ信号には、「モードＡ／Ｃ」があり、このモードは、サイドローブの信号で航空機のトランスポンダが反応しないように、Ｐ２（サイドローブ）の位置にパルスを送出するものがある。このパルスを発生すると、サイドローブの信号で受信しても航空機は応答しない。

ここで、メインローブＰ１，Ｐ３の方向に位置する航空機Ａの受信信号レベルは、図３（２）に示すようになり、航空機Ａのトランスポンダに反応する。
航空機Ｂの受信信号レベルは、図３（３）に示すように、Ｐ２の位置のパルスが、Ｐ１，Ｐ３のパルスに比べて大きいため、航空機Ｂのトランスポンダは応答せず、航空機Ａだけが応答する。

この仕組みを使用して、なりすましの検出を行う。
具体的には、取得できた航空機の位置に対して、モードＡ／ＣでＰ２のパルスが大きく受信できるようＡＤＳ－Ｂ信号を生成して送信する。航空機の位置が正しいのであれば、航空機はＰ２のパルスによってトランスポンダに応答しないはずであるが、悪意のある第三者の偽りの位置であれば、応答してしまい、なりすましを検出できる。
従って、サイドローブ抑圧機能を実現するには、送信装置３でのＡＤＳ－Ｂ信号の生成・送信方法を制御する必要がある。

［実施の形態の効果］
本無線システムによれば、時刻情報を高精度時刻サーバ１４，２４で取得し、航空機からのＡＤＳ－Ｂ信号を受信する受信装置１，２を備え、受信装置１，２にネットワークで接続し、受信装置１，２での受信時刻を基に受信の時間差を算出し、受信装置１，２の間の距離と受信の時間差により航空機の位置を推定し、当該推定した位置に基づいて航空機のなりすましを検出する処理装置４を有するものとしているので、悪意の第三者によるなりすましを検出して排除し、航空管制の安全性を向上させることができる効果がある。

本無線システムは、処理装置４が、得られた航空機の位置情報から当該位置に対応した送信出力のビームを形成するよう送信装置３に指示し、送信装置３が、当該指示に従いビーム形成を変更するものとしているので、航空機の位置に応じて変更された送信出力のビームにおいて質問信号への応答により、なりすましを検出できる効果がある。

本発明は、悪意の第三者によるなりすましを検出して排除し、航空管制の安全性を向上させる航空管制無線システムに好適である。

１…受信装置、 ２…受信装置、 ３…送信装置、 ４…処理装置、 ５…表示装置、 １１…無向性空中線、 １２，２２，３２…高周波部、 １３，２３，３３…信号処理部、 １４，２４…高精度時刻サーバ、 １５，２５，３５，４３…ネットワーク装置、 ２１，３１…指向性空中線、 ４１…中央処理装置、 ４２…外部記憶装置

Claims (5)

1. 航空機の位置を把握する航空管制無線システムであって、
   時刻情報を取得可能で、航空機からのＡＤＳ－Ｂ信号を受信する受信装置を複数備え、
   前記複数の受信装置にネットワークで接続し、前記受信装置での受信時刻を基に受信の時間差を算出し、前記受信装置の間の距離と前記時間差により前記航空機の位置を推定し、当該推定した位置に基づいて前記航空機のなりすましを検出する処理装置を有することを特徴とする航空管制無線システム。
2. 質問信号をＡＤＳ－Ｂ信号により航空機に向けて送信する送信装置を備え、
   受信装置が、受信したＡＤＳ－Ｂ信号の応答信号から前記航空機のなりすましを検出し、処理装置に通知することを特徴とする請求項１記載の航空管制無線システム。
3. 送信装置は、送信出力のビーム形成を可変にすることを特徴とする請求項１又は２記載の航空管制無線システム。
4. 処理装置は、得られた航空機の位置情報から当該位置に対応した送信出力のビームを形成するよう送信装置に指示し、前記送信装置は、当該指示に従いビーム形成を変更することを特徴とする請求項３記載の航空管制無線システム。
5. ＡＤＳ－Ｂ信号のモードＡ／Ｃによるサイドローブを抑圧する機能を用いて、送信装置が、航空機が応答できないＡＤＳ－Ｂ信号を生成して送信し、前記ＡＤＳ－Ｂ信号に前記航空機から応答があると、航空機のなりすましとして検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の航空管制無線システム。

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