JP2024037268A - なりすまし検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】 航空管制の２次レーダで使用されるＡＤＳ－Ｂ信号を利用して、航空管制に支障をきたす可能性を低減し、航空安全を向上させることができるなりすまし検出システムを提供する。【解決手段】 受信装置１，２で、航空機に搭載されたトランスポンダへの質問に対する応答をＡＤＳ－Ｂ信号として定常的に受信し、処理装置４が、定常的に受信したＡＤＳ－Ｂ信号から得られる予測値と、当該予測値に対応する実測値との差分を取得し、当該差分が特定のしきい値を超えていれば、ＡＤＳ－Ｂ信号を送信した航空機はなりすましであると判定するなりすまし検出システムである。【選択図】 図２

Description

本発明は、航空管制の二次レーダで使用されるＡＤＳ－Ｂ（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）信号を利用したなりすまし検出システムに係り、特に、航空管制に支障をきたす可能性を低減し、航空安全を向上させるなりすまし検出システムに関する。

［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。
以下、ＡＤＳ－Ｂの仕組みを使用し航空機から送信される信号を「ＡＤＳ－Ｂ信号」と称する。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２０１７－２２５１０７号公報「ＡＤＳ－Ｂメッセージのプライバシを保護するためのシステムおよび方法」（特許文献１）がある。
特許文献１には、航空機により送信された放送型自動従属監視（ＡＤＳ－Ｂ）メッセージのプライバシを保護するために、航空機の位置が本物であるかどうかを判定し、偽の航空機の位置を計算するための偽の航空機の位置を生成する生成器を備えることが示されている。

特開２０１７－２２５１０７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には、悪意のある第三者が例えば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、航空管制の２次レーダで使用されるＡＤＳ－Ｂ信号を利用して、航空管制に支障をきたす可能性を低減し、航空安全を向上させることができるなりすまし検出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、航空機に搭載されたトランスポンダへの質問に対する応答をＡＤＳ－Ｂ信号として定常的に受信し、航空機のなりすましを検出するなりすまし検出システムであって、定常的に受信したＡＤＳ－Ｂ信号から得られる予測値と、当該予測値に対応する実測値との差分を取得し、当該差分が特定のしきい値を超えていれば、ＡＤＳ－Ｂ信号を送信した航空機はなりすましであると判定する処理装置を有することを特徴とする。

本発明は、上記なりすまし検出システムにおいて、処理装置が、受信したＡＤＳ－Ｂ信号に含まれる航空機の位置、速度及び進行方向からドップラーシフト量の予測値を取得し、受信したＡＤＳ－Ｂ信号の周波数からドップラーシフト量の実測値を取得して、予測値と実測値との差分によりなりすましを判定することを特徴とする。

本発明は、上記なりすまし検出システムにおいて、処理装置が、第１の受信装置で受信されたＡＤＳ－Ｂ信号のドップラーシフト量の予測値と実測値との第１の差分から第２の受信装置で受信されたＡＤＳ－Ｂ信号のドップラーシフト量の予測値と実測値との第２の差分を引いた値が特定のしきい値を超えている場合に、なりすましと判定することを特徴とする。

本発明は、上記なりすまし検出システムにおいて、処理装置が、複数個所で受信されたＡＤＳ－Ｂ信号の時刻差から航空機の双曲線を算出して航空機の位置の予測値を取得し、双曲線上の位置の予測値とＡＤＳ－Ｂ信号に含まれる航空機の位置を実測値とした場合に、予測値と実測値との差分によりなりすましを判定することを特徴とする。

本発明は、上記なりすまし検出システムにおいて、処理装置が、受信したＡＤＳ－Ｂ信号に含まれる航空機の位置、速度及び進行方向から進行方向の特定の位置を予測して予測値を算出し、特定の位置に到達していると予測される時刻における航空機からのＡＤＳ－Ｂ信号を受信して当該信号に含まれる航空機の位置を実測値として取得し、予測値と実測値との差分によりなりすましを判定することを特徴とする。

本発明は、なりすまし検出システムにおいて、上記なりすまし検出システムを複数組み合わせたものであることを特徴とする。

本発明によれば、処理装置が、航空機に搭載されたトランスポンダへの質問に対する応答を定常的に受信したＡＤＳ－Ｂ信号から得られる予測値と、当該予測値に対応する実測値との差分を取得し、当該差分が特定のしきい値を超えていれば、ＡＤＳ－Ｂ信号を送信した航空機はなりすましであると判定するなりすまし検出システムとしているので、航空管制に支障をきたす可能性を低減し、航空安全を向上させることができる効果がある。

本システムの構成概略図である。 第１のシステムの構成概略図である。 第２のシステムの概略説明図である。 第３のシステムの概略説明図である。

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なりすまし検出システム（本システム）は、受信装置で、航空機に搭載されたトランスポンダへの質問に対する応答をＡＤＳ－Ｂ信号として定常的に受信し、処理装置で、定常的に受信したＡＤＳ－Ｂ信号から得られる予測値と、当該予測値に対応する実測値との差分を取得し、当該差分が特定のしきい値を超えていれば、ＡＤＳ－Ｂ信号を送信した航空機はなりすましであると判定するものであり、これにより、航空管制に支障をきたす可能性を低減し、航空安全を向上させることができるものである。
尚、本システムの具体的な実施形態として、以下の第１～３のシステムがある。

［本システム：図１］
本システムの構成について図１を参照しながら説明する。図１は、本システムの構成概略図である。
本システムは、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、処理装置４に応答信号を送信して、処理装置４がなりすましを検出する。

そして、処理装置４は、なりすましと判定した場合には、なりすましと特定した航空機について、表示装置５の地図上に表示する航空機のアイコンを変化させることができる。また、航空機のアイコンの表示そのものを消すことも可能である。

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、当該ＡＤＳ－Ｂ信号から得られる予測値と、その予測値に対応する実測値との差分を取得し、当該差分が特定のしきい値を超えていれば、ＡＤＳ－Ｂ信号を送信した航空機はなりすましであると判定して、なりすましを検出する。
また、処理装置４は、受信装置１，２から受信したＡＤＳ－Ｂ信号、なりすましに関する情報を外部記憶装置４２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信号のモードＳ信号を復調する。

信号処理部１３で応答信号から航空機の位置、速度及び進行方向の情報を検出する。
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。
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。また、受信装置２を無向性空中線としてもよい。

［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（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。具体的には、推定した位置と実測の位置の差分が適切であれば、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。

次に、第１～３のシステムについて具体的に説明する。
［第１のシステム：図２］
第１のシステムは、受信装置１，２が、受信したＡＤＳ－Ｂ信号に含まれる航空機の位置、速度及び進行方向からドップラーシフト量の予測値を算出し、受信したＡＤＳ－Ｂ信号の周波数からドップラーシフト量の実測値を算出して、処理装置４が、受信装置１，２から予測値と実測値を取得し、その予測値と実測値との差分が特定のしきい値を超えていれば、ＡＤＳ－Ｂ信号を送信した航空機はなりすましであると判定するものであり、航空管制に支障をきたす可能性を低減し、航空安全を向上させることができるものである。

第１のシステムについて図２を参照しながら説明する。図２は、第１のシステムの概略説明図である。
第１のシステムは、図２に示すように、２つの受信装置１，２を使用して航空機の位置、速度及び進行方向を受信したＡＤＳ－Ｂ信号から取得する。

受信装置１，２は、取得した航空機の位置、速度及び進行方向から想定されるドップラーシフト量を算出し、予測値とし、次に、実際に受信したＡＤＳ－Ｂ信号そのものからドップラーシフト量を算出し、実測値とする。

処理装置４は、２つ以上の受信装置１，２で算出されたドップラーシフト量の差分から、航空機のトランスポンダの周波数ずれ分を補正して、特定のしきい値と比較して、なりすましか否かを判定する。この時、各受信装置の周波数確度は航空機のトランスポンダに対して十分に高い精度になることが前提である。

ドップラーシフト量によるなりすまし検出を詳細に説明する。
受信装置１は、受信したＡＤＳ－Ｂ信号に含まれる航空機の位置、速度及び進行方向の情報からドップラーシフト量ΔＦａを演算して推測し、予測値（ΔＦａ）を求める。
同様に、受信装置２は、受信したＡＤＳ－Ｂ信号に含まれる航空機の位置、速度及び進行方向の情報からドップラーシフト量ΔＦｂを演算して推測し、予測値（ΔＦｂ）を求める。

そして、航空機が搭載しているトランスポンダは、装置毎に周波数のずれ（α）が存在するので、受信装置１，２でＡＤＳ－Ｂ信号自体から算出される実測のドップラーシフト量は、ＡＤＳ－Ｂ信号の周波数とトランスポンダ送信周波数から算出されるものであり、実測値のドップラーシフト量は、周波数ずれ（α）を含むことになる。
つまり、受信装置１での実測値のドップラーシフト量は「ΔFａ’＋α」となり、受信装置２での実測値のドップラーシフト量は「ΔFｂ’＋α」となる。
ここで、ΔFａ’及びΔFｂ’は、周波数ずれ（α）を含まない実測のドップラーシフト量である。

次に、処理装置４は、予測値と実測値に基づき以下の計算を行う。
（ΔＦａ－（ΔFａ’＋α））－（ΔＦｂ－（ΔFｂ’＋α））＝γ
ここで、γは、差分であり、γ＞特定のしきい値の場合、なりすましの可能性があり、γ≦特定のしきい値の場合に、正常と判定する。
特定のしきい値は、シミュレーションで求めるものである。
上記式では、周波数ずれ（α）を打ち消しあうので、周波数ずれが補正される。

処理装置４は、各受信装置から送信されて来るドップラーシフト量の情報を同一時刻、同一ターゲットでグルーピングする。
航空機には識別番号が含まれているので、識別番号によって航空機をグループ分けすることができる。

［第２のシステム：図３］
第２のシステムは、処理装置４が、複数個所で受信されたＡＤＳ－Ｂ信号の時刻差から航空機の双曲線を算出して航空機の位置の予測値を取得し、双曲線上の位置の予測値とＡＤＳ－Ｂ信号に含まれる航空機の位置を実測値とした場合に、予測値と実測値との差分が特定のしきい値を超えていれば、ＡＤＳ－Ｂ信号を送信した航空機はなりすましであると判定するものであり、航空管制に支障をきたす可能性を低減し、航空安全を向上させることができるものである。

第２のシステムについて図３を参照しながら説明する。図３は、第２のシステムの概略説明図である。
第２のシステムは、具体的には、図３に示すように、ＴＤＯＡ（Time Difference Of Arrival：信号到達時刻差）法によるなりすまし検出の仕組みであって、受信局ａ（受信装置１）で受信したＡＤＳ－Ｂ信号について、受信した時刻と送信局（航空機）の位置情報を処理装置４に送信し、受信局ｂ（受信装置２）で受信したＡＤＳ－Ｂ信号について、受信した時刻と送信局（航空機）の位置情報を処理装置４に送信する。
ここで、受信局ａと受信局ｂは、十分な精度で同期しているものとする。

そして、処理装置４は、２つの受信装置の時刻差から想定される航空機の位置（２局であれば双曲線上、３局以上であれば航空機の位置）を算出する。
処理装置４は、算出した航空機の位置を予測値とし、ＡＤＳ－Ｂ信号に含まれる航空機の位置を実測値として、予測値と実測値との差分が特定のしきい値を超えていれば、ＡＤＳ－Ｂ信号を送信した航空機はなりすましであると判定する。
図３では、双曲線ａ上を移動する送信局は、適正な飛行機と判定し、双曲線ｂ上を移動する送信局は、なりすましと判定している。

［第３のシステム：図４］
第３のシステムは、処理装置４が、受信したＡＤＳ－Ｂ信号に含まれる航空機の位置、速度及び進行方向から進行方向の特定の位置を予測して予測値を算出し、特定の位置に到達していると予測される時刻における航空機からのＡＤＳ－Ｂ信号を受信して当該信号に含まれる航空機の位置を実測値として取得し、予測値と実測値との差分が特定のしきい値を超えていれば、ＡＤＳ－Ｂ信号を送信した航空機はなりすましであると判定するものであり、航空管制に支障をきたす可能性を低減し、航空安全を向上させることができるものである。

第３のシステムについて図４を参照しながら説明する。図４は、第３のシステムの概略説明図である。
第３のシステムは、具体的には、図４に示すように、航跡によるなりすまし検出の仕組みであって、時間と共に航空機の位置情報が更新されることを利用し、受信装置１で受信したＡＤＳ－Ｂ信号に含まれる航空機の位置（地点Ａ）、速度及び進行方向の情報を取得し、処理装置４が、特定時間経過後の航空機の位置（地点Ｂ）を予測する。当該予測された地点Ｂの位置を予測値とする。

そして、地点Ｂ近辺の受信装置２で上記航空機からのＡＤＳ－Ｂ信号を受信し、ＡＤＳ－Ｂ信号に含まれる航空機の位置、速度及び進行方向の情報を取得し、当該航空機の地点Ｂ近辺での位置を実測値とする。
処理装置４は、予測値と実測値との差分が特定のしきい値を超えていれば、当該航空機はなりすましであると判定する。

［応用例］
本システムでは、第１～３のシステムのいずれかを用いて実現するが、第１のシステムと第２のシステムの双方のシステムを備え、双方のなりすまし検出を行って判定してもよく、第１のシステムと第３のシステム、第２のシステムと第３のシステムの組み合わせでもよく、第１～３の全てのシステムを備え、全てのなりすまし検出を行って判定してもよい。
尚、第１～３のシステムを備えると言っても、ハードウェア構成は共通であり、ソフトウェアによるなりすまし検出処理のプログラムを受信装置１，２と処理装置４で有するものものとなる。

［実施の形態の効果］
本システムによれば、受信装置１，２で、航空機に搭載されたトランスポンダへの質問に対する応答をＡＤＳ－Ｂ信号として定常的に受信し、処理装置４が、定常的に受信したＡＤＳ－Ｂ信号から得られる予測値と、当該予測値に対応する実測値との差分を取得し、当該差分が特定のしきい値を超えていれば、ＡＤＳ－Ｂ信号を送信した航空機はなりすましであると判定するものであり、これにより、航空管制に支障をきたす可能性を低減し、航空安全を向上させることができる効果がある。

本発明は、航空管制の２次レーダで使用されるＡＤＳ－Ｂ信号を利用して、航空管制に支障をきたす可能性を低減し、航空安全を向上させることができるなりすまし検出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 (7)

1. 航空機に搭載されたトランスポンダへの質問に対する応答をＡＤＳ－Ｂ信号として定常的に受信し、航空機のなりすましを検出するなりすまし検出システムであって、
   前記定常的に受信したＡＤＳ－Ｂ信号から得られる予測値と、当該予測値に対応する実測値との差分を取得し、当該差分が特定のしきい値を超えていれば、前記ＡＤＳ－Ｂ信号を送信した航空機はなりすましであると判定する処理装置を有することを特徴とするなりすまし検出システム。
2. 前記処理装置は、受信したＡＤＳ－Ｂ信号に含まれる航空機の位置、速度及び進行方向からドップラーシフト量の予測値を取得し、前記受信したＡＤＳ－Ｂ信号の周波数からドップラーシフト量の実測値を取得して、前記予測値と前記実測値との差分によりなりすましを判定することを特徴とする請求項１記載のなりすまし検出システム。
3. 前記処理装置は、第１の受信装置で受信されたＡＤＳ－Ｂ信号のドップラーシフト量の予測値と実測値との第１の差分から第２の受信装置で受信されたＡＤＳ－Ｂ信号のドップラーシフト量の予測値と実測値との第２の差分を引いた値が特定のしきい値を超えている場合に、なりすましと判定することを特徴とする請求項２記載のなりすまし検出システム。
4. 前記処理装置は、複数個所で受信されたＡＤＳ－Ｂ信号の時刻差から航空機の双曲線を算出して前記航空機の位置の予測値を取得し、前記双曲線上の位置の予測値と前記ＡＤＳ－Ｂ信号に含まれる航空機の位置を実測値とした場合に、前記予測値と前記実測値との差分によりなりすましを判定することを特徴とする請求項１記載のなりすまし検出システム。
5. 前記処理装置は、受信したＡＤＳ－Ｂ信号に含まれる航空機の位置、速度及び進行方向から進行方向の特定の位置を予測して予測値を算出し、前記特定の位置に到達していると予測される時刻における前記航空機からのＡＤＳ－Ｂ信号を受信して当該信号に含まれる航空機の位置を実測値として取得し、前記予測値と前記実測値との差分によりなりすましを判定することを特徴とする請求項１記載のなりすまし検出システム。
6. 請求項２記載のなりすまし検出システムと請求項４記載のなりすまし検出システムとを有することを特徴とするなりすまし検出システム。
7. 請求項２記載のなりすまし検出システムと請求項５記載のなりすまし検出システムとを有することを特徴とするなりすまし検出システム。

Images