JP5209662B2 - Ship identification device - Google Patents
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Description
この発明は、自動船舶識別装置を搭載している船舶の個体識別を行う船舶識別装置に関するものである。 The present invention relates to a ship identification device that performs individual identification of a ship equipped with an automatic ship identification device.
船舶の個体識別を行う船舶識別装置に相当する不審船監視装置が、例えば、以下の特許文献1に開示されている。
この不審船監視装置では、以下のようにして、船舶の個体識別を行っている。
まず、不審船監視装置は、船舶に搭載されているレーダ装置から発信されるレーダ波を受信し、そのレーダ波のパターンデータを分析する。
不審船監視装置は、レーダ波のパターンデータを分析すると、そのレーダ波のパターンデータと、予めデータベースに登録されているパターンデータ(既知の船舶に搭載されているレーダ装置から発信されるレーダ波のパターンデータ)とを照合して、合致するパターンデータを検索する。
For example,
In this suspicious ship monitoring apparatus, individual identification of a ship is performed as follows.
First, a suspicious ship monitoring apparatus receives a radar wave transmitted from a radar apparatus mounted on a ship, and analyzes pattern data of the radar wave.
When the suspicious ship monitoring device analyzes the pattern data of the radar wave, the pattern data of the radar wave and the pattern data registered in the database in advance (the radar wave transmitted from the radar device mounted on a known ship) are displayed. Pattern data) and matching pattern data is searched.
不審船監視装置は、データベースに登録されているパターンデータの中に、レーダ波のパターンデータと合致するパターンデータが存在していれば、そのパターンデータに対応する船舶識別データ(データベースには、各パターンデータと対にして、船舶を特定する船舶識別データが登録されている)を出力する。
一方、データベースに登録されているパターンデータの中に、レーダ波のパターンデータと合致するパターンデータが存在していなければ、不審船の検出情報を出力する。
If there is pattern data that matches the radar pattern data in the pattern data registered in the database, the suspicious ship monitoring device will identify the ship identification data corresponding to the pattern data ( In combination with the pattern data, ship identification data for identifying the ship is registered).
On the other hand, if there is no pattern data that matches the radar wave pattern data in the pattern data registered in the database, suspicious ship detection information is output.
ただし、不審船監視装置では、上述したパターンデータの分析処理や照合処理を実施する前に、船舶に搭載されている自動船舶識別装置から発信されるAIS(Automatic Identification System)信号を受信して、そのAIS信号に含まれている船舶識別データを抽出し、その船舶識別データがデータベースに登録されているか否かを判定する。
不審船監視装置は、その船舶識別データがデータベースに登録されていれば、当該船舶については「非不審船」であると認定し、上述したパターンデータの分析処理や照合処理を省略する。
However, the suspicious ship monitoring device receives an AIS (Automatic Identification System) signal transmitted from the automatic ship identification device mounted on the ship before performing the above-described pattern data analysis process and collation process. The ship identification data included in the AIS signal is extracted, and it is determined whether or not the ship identification data is registered in the database.
If the ship identification data is registered in the database, the suspicious ship monitoring apparatus recognizes that the ship is a “non-suspicious ship” and omits the above-described pattern data analysis processing and verification processing.
従来の船舶識別装置は以上のように構成されているので、AIS信号に含まれている船舶識別データがデータベースに登録されていれば、レーダ波のパターンデータの分析処理や照合処理を省略して、処理負荷の軽減を図ることができる。しかし、AIS信号に含まれている船舶識別データを改竄して、他の船舶に成りすます行為が行われている場合、その成りすましを見抜くことができず、不審船を検出することができない課題があった。
また、レーダ波のパターンデータの分析処理や照合処理は、計算機の処理負荷が大きいので、多数の船舶が往来する海域では、個々の船舶を監視するために、複数のレーダ装置系統や大規模な処理装置などが必要になる課題があった。
Since the conventional ship identification device is configured as described above, if the ship identification data included in the AIS signal is registered in the database, the analysis process and the collation process of the radar wave pattern data are omitted. The processing load can be reduced. However, if the ship identification data included in the AIS signal is altered and an act of impersonating another ship is being performed, the impersonation cannot be detected and a suspicious ship cannot be detected. was there.
Also, the analysis processing and collation processing of radar wave pattern data has a heavy processing load on the computer, so in the sea area where many ships come and go, in order to monitor individual ships, multiple radar equipment systems and large-scale There was a problem that required a processing device or the like.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、大規模な処理装置等を実装することなく、他の船舶に成りすましている不審船を検出することができるとともに、精度よく船舶の個体識別を行うことができる船舶識別装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can detect a suspicious ship pretending to be another ship without mounting a large-scale processing device or the like, and can accurately detect a ship. An object of the present invention is to obtain a ship identification device capable of performing individual identification.
この発明に係る船舶識別装置は、AIS信号受信手段により受信されたAIS信号の信号特性を分析する信号特性分析手段と、AIS信号受信手段により受信されたAIS信号を復調するAIS信号復調手段と、AIS信号復調手段により復調されたAIS信号に含まれている利用者IDを抽出し、その利用者IDがデータベースに登録されている場合、信号特性分析手段により分析されたAIS信号の信号特性とデータベースに登録されている上記利用者IDに対応するAIS信号の信号特性とを照合して、双方のAIS信号の信号特性が合致しているか否かを判定する信号特性照合手段とを設け、信号特性照合手段により信号特性が合致していると判定された場合、船舶判別手段が、AIS信号受信手段により受信されたAIS信号を発信している自動船舶識別装置が搭載されている船舶については上記利用者IDに係る船舶であると判別し、信号特性照合手段により信号特性が合致していないと判定された場合又は上記利用者IDが上記データベースに登録されていない場合、船舶判別手段が、上記自動船舶識別装置が搭載されている船舶については不審船であると判別するようにしたものである。 The ship identification device according to the present invention includes a signal characteristic analysis unit that analyzes the signal characteristic of the AIS signal received by the AIS signal reception unit, an AIS signal demodulation unit that demodulates the AIS signal received by the AIS signal reception unit, When the user ID included in the AIS signal demodulated by the AIS signal demodulating means is extracted and the user ID is registered in the database, the signal characteristics of the AIS signal analyzed by the signal characteristic analyzing means and the database And a signal characteristic collating means for collating the signal characteristics of the AIS signal corresponding to the user ID registered in the above and determining whether or not the signal characteristics of both AIS signals are matched. When it is determined by the verification means that the signal characteristics match, the ship discrimination means generates the AIS signal received by the AIS signal reception means. A ship equipped with the automatic ship identification device is determined to be a ship related to the user ID, and when the signal characteristic matching means determines that the signal characteristics do not match, or the user ID Is not registered in the database, the ship discriminating means discriminates that the ship equipped with the automatic ship identification device is a suspicious ship.
この発明によれば、AIS信号受信手段により受信されたAIS信号の信号特性を分析する信号特性分析手段と、AIS信号受信手段により受信されたAIS信号を復調するAIS信号復調手段と、AIS信号復調手段により復調されたAIS信号に含まれている利用者IDを抽出し、その利用者IDがデータベースに登録されている場合、信号特性分析手段により分析されたAIS信号の信号特性とデータベースに登録されている上記利用者IDに対応するAIS信号の信号特性とを照合して、双方のAIS信号の信号特性が合致しているか否かを判定する信号特性照合手段とを設け、信号特性照合手段により信号特性が合致していると判定された場合、船舶判別手段が、AIS信号受信手段により受信されたAIS信号を発信している自動船舶識別装置が搭載されている船舶については上記利用者IDに係る船舶であると判別し、信号特性照合手段により信号特性が合致していないと判定された場合又は上記利用者IDが上記データベースに登録されていない場合、船舶判別手段が、上記自動船舶識別装置が搭載されている船舶については不審船であると判別するように構成したので、大規模な処理装置等を実装することなく、他の船舶に成りすましている不審船を検出することができるとともに、精度よく船舶の個体識別を行うことができる効果がある。 According to the present invention, the signal characteristic analyzing means for analyzing the signal characteristic of the AIS signal received by the AIS signal receiving means, the AIS signal demodulating means for demodulating the AIS signal received by the AIS signal receiving means, and the AIS signal demodulation When the user ID included in the AIS signal demodulated by the means is extracted and the user ID is registered in the database, it is registered in the database and the signal characteristics of the AIS signal analyzed by the signal characteristic analysis means. A signal characteristic collating unit that collates the signal characteristic of the AIS signal corresponding to the user ID and determines whether the signal characteristics of both AIS signals match each other. If it is determined that the signal characteristics match, the ship discrimination means transmits the AIS signal received by the AIS signal reception means. A ship equipped with a ship identification device is determined to be a ship related to the user ID, and when the signal characteristic matching means determines that the signal characteristics do not match, or the user ID is stored in the database. If not registered, the ship discrimination means is configured to discriminate that the ship on which the automatic ship identification device is mounted is a suspicious ship. It is possible to detect a suspicious ship pretending to be a ship, and to accurately identify an individual ship.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による船舶識別装置を示す構成図である。
図1において、船舶1,2は自動船舶識別装置(以下、「AIS装置」と称する)を搭載しており、このAIS装置がAIS(Automatic Identification System)信号を発信する。
所定条件を具備する船舶には、AIS装置の搭載が義務付けられており、AIS装置が発信するAIS信号は、いわゆる船舶データを示す信号である。
1 is a block diagram showing a ship identification device according to
In FIG. 1,
Ships having predetermined conditions are required to be equipped with an AIS device, and the AIS signal transmitted by the AIS device is a signal indicating so-called ship data.
このAIS信号は、例えば、船舶の利用者IDのほか、海上移動業務識別(MMSI)、船名、船種、喫水、目的地、到着予定時刻、船舶名、航海情報、緯度、経度、速力、針路、船体長、船首方位などの情報を含んでいる。
また、AIS信号は、例えば、GMSK(Gaussian filtered Minimum Shift Keying)の変調方式で変調され、AIS装置から定期的にVHF帯電波で発信される。
この実施の形態1では、説明の便宜上、船舶1は予め登録されている非不審船であり、船舶2は不審船であるものとする。
なお、この実施の形態1では、説明の簡単化のため、航行している船舶の台数が2台だけであるが、3台以上の船舶からAIS信号を受信して、3台以上の船舶の個体識別を行うようにしてもよいことは言うまでもない。
This AIS signal includes, for example, ship user ID, maritime mobile service identification (MMSI), ship name, ship type, draft, destination, estimated arrival time, ship name, voyage information, latitude, longitude, speed, Includes information such as course, hull length, heading.
Further, the AIS signal is modulated by, for example, a GMSK (Gaussian filtered Minimum Shift Keying) modulation method, and is periodically transmitted from the AIS apparatus as a VHF charged wave.
In the first embodiment, for convenience of explanation, it is assumed that the
In the first embodiment, for simplicity of explanation, the number of navigating ships is only two, but the AIS signal is received from three or more ships, and three or more ships are Needless to say, individual identification may be performed.
空中線であるアンテナ11は船舶1,2に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号を受信する。
分配器12はアンテナ11により受信されたAIS信号をAIS電波分析装置13とAIS受信機14に分配する処理を実施する。
なお、アンテナ11及び分配器12からAIS信号受信手段が構成されている。
An
The
The
AIS電波分析装置13は分配器12により分配されたAIS信号を受けると、そのAIS信号の信号特性として、そのAIS信号の周波数変移及びレベル変移(信号波形)を分析して、そのAIS信号の信号特性(周波数変移、信号波形)を分析処理器16に出力する処理を実施する。なお、AIS電波分析装置13は信号特性分析手段を構成している。
AIS受信機14は分配器12により分配されたAIS信号を復調して、復調後のAIS信号を分析処理器16に出力する処理を実施する。なお、AIS受信機14はAIS信号復調手段を構成している。
Upon receiving the AIS signal distributed by the
The
データベース15は例えばハードディスクなどの外部記憶装置から構成されており、予め識別対象の船舶の利用者IDと、当該船舶に搭載されているAIS装置から発信されるAIS信号の信号特性(周波数変移、信号波形)が登録されている。
図1の例では、船舶1の利用者ID及び船舶1に搭載されているAIS装置から発信されるAIS信号の信号特性については登録されているが、不審船である船舶2の利用者ID及び船舶2に搭載されているAIS装置から発信されるAIS信号の信号特性については登録されていない。
The
In the example of FIG. 1, the user ID of the
分析処理器16は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されている信号特性照合部17、船舶判別部18及びAIS信号記録部19を実装しており、船舶1,2が不審船であるか、非不審船であるかを判別する処理などを実施する。
信号特性照合部17はAIS受信機14により復調されたAIS信号に含まれている利用者IDを抽出し、その利用者IDがデータベース15に登録されている場合、AIS電波分析装置13により分析されたAIS信号の信号特性(周波数変移、信号波形)と、データベース15に登録されている上記利用者IDに対応するAIS信号の信号特性(周波数変移、信号波形)とを照合して、双方のAIS信号の信号特性が合致しているか否かを判定する処理を実施する。なお、信号特性照合部17は信号特性照合手段を構成している。
The
The signal
船舶判別部18は信号特性照合部17により信号特性が合致していると判定された場合、アンテナ11により受信されたAIS信号を発信しているAIS装置が搭載されている船舶については、信号特性照合部17により抽出された利用者IDに係る船舶であると判別し、信号特性照合部17により信号特性が合致していないと判定された場合、あるいは、信号特性照合部17により抽出された利用者IDがデータベース15に登録されていない場合、アンテナ11により受信されたAIS信号を発信しているAIS装置が搭載されている船舶については、不審船であると判別する処理を実施する。なお、船舶判別部18は船舶判別手段を構成している。
When the ship
AIS信号記録部19は信号特性照合部17により信号特性が合致していると判定された場合、信号特性照合部17により抽出された利用者IDに係る船舶の観測データとして、AIS受信機14により復調されたAIS信号に含まれている情報をデータベース15に記録し、信号特性照合部17により信号特性が合致していないと判定された場合、あるいは、信号特性照合部17により抽出された利用者IDがデータベース15に登録されていない場合、不審船の観測データとして、AIS受信機14により復調されたAIS信号に含まれている情報をデータベース15に記録する処理を実施する。なお、AIS信号記録部19はAIS信号記録手段を構成している。
表示処理器20は分析処理器16の分析結果などをディスプレイに表示する処理を実施する。
When the signal
The
図1の例では、船舶識別装置の構成要素であるアンテナ11、分配器12、AIS電波分析装置13、AIS受信機14、データベース15、分析処理器16及び表示処理器20のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、船舶識別装置がコンピュータで構成される場合、分配器12、AIS電波分析装置13、AIS受信機14、データベース15、分析処理器16及び表示処理器20の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにしてもよい。
図7はこの発明の実施の形態1による船舶識別装置の処理内容を示すフローチャートである。
In the example of FIG. 1, the
FIG. 7 is a flowchart showing the processing contents of the ship identification device according to
図2はこの発明の実施の形態1による船舶識別装置のAIS電波分析装置13を示す構成図である。
図2において、BPF(Band Pass Filter)21は分配器12により分配されたAIS信号のうち、特定の周波数帯の信号だけを通過させるフィルタである。
A/D変換器22はBPF21から出力されたAIS信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する処理を実施する。
FIG. 2 is a block diagram showing the AIS radio
In FIG. 2, a BPF (Band Pass Filter) 21 is a filter that passes only a signal in a specific frequency band among the AIS signals distributed by the
The A /
波形分析器23はA/D変換器22から出力されたディジタル信号であるAIS信号の信号レベルの変化を監視して、そのAIS信号の信号波形を分析し、そのAIS信号の信号波形を分析処理器16に出力する処理を実施する。
高速フーリエ変換回路24はA/D変換器22から出力されたディジタル信号であるAIS信号をFFT(Fast Fourier Transform)して、そのAIS信号の周波数成分を周波数分析器25に出力する処理を実施する。
周波数分析器25は高速フーリエ変換回路24から出力されたAIS信号の周波数成分の変化を監視して、そのAIS信号の周波数変移を分析し、そのAIS信号の周波数変移を分析処理器16に出力する処理を実施する。
The
The fast
The
次に動作について説明する。
船舶1,2に搭載されているAIS装置は、利用者IDなどの情報を含むAIS信号のディジタル符号をGMSKの変調方式で変調し、変調後のAIS信号を定期的にVHF帯電波で発信する。
AIS信号の変調方式がGMSKであるため、図3に示すように、AIS信号の変調方式がMSKの場合と異なり、そのAIS信号の周波数が緩やかに変移する。
Next, the operation will be described.
The AIS device mounted on the
Since the modulation method of the AIS signal is GMSK, as shown in FIG. 3, unlike the case where the modulation method of the AIS signal is MSK, the frequency of the AIS signal changes gradually.
AIS信号の信号波形と周波数変移は、後述するAIS電波分析装置13により分析されるが、AIS電波分析装置13から出力されるAIS信号の信号波形と周波数変移は、例えば、図4に示すようになる。
ここで、図5はAIS信号における1タイムスロット内のデータ構成を示す説明図である。
AIS信号に含まれている情報(データ)のうち、船舶の航行状態に依らない静的データは、通常、観測中変化しないので、継続的に観測して周波数がf1からf2への変移、f2からf1への変移観測における周波数分解能を改善させることができる。
特に船舶毎に固有の利用者IDは、長期的な観測データを蓄積することで詳細な特徴をつかむ端緒となる。
The signal waveform and frequency shift of the AIS signal are analyzed by an AIS
Here, FIG. 5 is an explanatory diagram showing a data structure in one time slot in the AIS signal.
Of the information (data) included in the AIS signal, the static data that does not depend on the navigational state of the ship usually does not change during the observation, so the frequency changes from f1 to f2 by observing continuously, f2 The frequency resolution in the transition observation from to f1 can be improved.
In particular, a unique user ID for each ship is a starting point for grasping detailed characteristics by accumulating long-term observation data.
また、図6はAIS信号のタイムスロットを示す説明図である。
AIS信号は時分割多元接続(TDMA)で送信されるが、図6に示すように、AIS(ClassA)の場合は、各フレームにおいて、同一のタイムスロットを使用するため、識別対象の船舶のAIS信号が連続して受信される間は、容易に同じ船舶のAIS信号を待ち受けることができるため、周波数分解能を改善することができる。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a time slot of the AIS signal.
Although the AIS signal is transmitted by time division multiple access (TDMA), as shown in FIG. 6, in the case of AIS (Class A), the same time slot is used in each frame. While the signal is continuously received, the AIS signal of the same ship can be easily awaited, so that the frequency resolution can be improved.
船舶識別装置の分配器12は、アンテナ11が船舶1に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号を受信すると(ステップST1)、そのAIS信号をAIS電波分析装置13とAIS受信機14に分配する(ステップST2)。
また、分配器12は、アンテナ11が船舶2に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号を受信すると(ステップST1)、そのAIS信号をAIS電波分析装置13とAIS受信機14に分配する(ステップST2)。
When the
Further, when the
AIS電波分析装置13は、分配器12により分配されたAIS信号を受けると、そのAIS信号の信号特性として、そのAIS信号の周波数変移及びレベル変移(信号波形)を分析して、そのAIS信号の信号特性(周波数変移、信号波形)を分析処理器16に出力する。
以下、AIS電波分析装置13によるAIS信号の信号特性の分析処理を具体的に説明する。
When receiving the AIS signal distributed by the
Hereinafter, the process of analyzing the signal characteristics of the AIS signal by the AIS
AIS電波分析装置13のBPF21は、分配器12により分配されたAIS信号を受けると、そのAIS信号のうち、特定の周波数帯の信号だけをA/D変換器22側に通過させる。
A/D変換器22は、BPF21を通過したAIS信号を受けると、そのAIS信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、そのディジタル信号を波形分析器23及び高速フーリエ変換回路24に出力する。
When receiving the AIS signal distributed by the
Upon receiving the AIS signal that has passed through the
波形分析器23は、A/D変換器22からディジタル信号であるAIS信号を受けると、そのAIS信号の信号レベルの変化を監視して、そのAIS信号の信号波形を分析し、そのAIS信号の信号波形を分析処理器16に出力する。
高速フーリエ変換回路24は、A/D変換器22からディジタル信号であるAIS信号を受けると、そのAIS信号をFFTして、そのAIS信号の周波数成分を周波数分析器25に出力する。
周波数分析器25は、高速フーリエ変換回路24からAIS信号の周波数成分を受けると、そのAIS信号の周波数成分の変化を監視して、そのAIS信号の周波数変移を分析し、そのAIS信号の周波数変移を分析処理器16に出力する。
When the
When receiving the AIS signal which is a digital signal from the A /
When the
AIS受信機14は、分配器12により分配されたAIS信号を受けると、そのAIS信号を復調し、復調後のAIS信号を分析処理器16に出力する。
分析処理器16の信号特性照合部17は、AIS受信機14から復調後のAIS信号を受けると、そのAIS信号に含まれている利用者IDを抽出し、その利用者IDがデータベース15に登録されているか否かを判定する(ステップST3)。
When receiving the AIS signal distributed by the
When receiving the demodulated AIS signal from the
図1の例では、船舶1は非不審船であり、船舶2は不審船であるため、船舶1の利用者IDはデータベース15に登録されているが、船舶2の利用者IDはデータベース15に登録されていない。
したがって、アンテナ11により受信されたAIS信号の発信元が船舶1に搭載されているAIS装置であれば、そのAIS信号に含まれている利用者IDはデータベース15に登録されている。
一方、アンテナ11により受信されたAIS信号の発信元が船舶2に搭載されているAIS装置であれば、そのAIS信号に含まれている利用者IDはデータベース15に登録されていない。
In the example of FIG. 1, since the
Therefore, if the source of the AIS signal received by the
On the other hand, if the source of the AIS signal received by the
分析処理器16の信号特性照合部17は、AIS受信機14により復調されたAIS信号に含まれている利用者IDがデータベース15に登録されている場合(AIS信号の発信元が船舶1に搭載されているAIS装置である場合)、AIS電波分析装置13により分析されたAIS信号の信号特性(周波数変移、信号波形)と、データベース15に登録されている船舶1の利用者IDに対応するAIS信号の信号特性(周波数変移、信号波形)とを照合する。
ただし、AIS信号の発信元が船舶2に搭載されているAIS装置である場合でも、そのAIS信号に含まれている利用者IDが、例えば、船舶1の利用者IDに改竄されているような場合には、船舶1の利用者IDがデータベース15に登録されているため、AIS信号の信号特性の照合処理を実施する。
以下、信号特性照合部17の特性照合処理を具体的に説明する。
When the user ID included in the AIS signal demodulated by the
However, even when the source of the AIS signal is an AIS device mounted on the
Hereinafter, the characteristic matching process of the signal
信号特性照合部17は、AIS電波分析装置13により分析されたAIS信号の信号特性(周波数変移、信号波形)のうち、船舶1の利用者IDを含む固定データ部分の信号特性(周波数変移、信号波形)を抽出する。
また、信号特性照合部17は、データベース15に登録されている船舶1の利用者IDに対応するAIS信号の信号特性(周波数変移、信号波形)のうち、船舶1の利用者IDを含む固定データ部分の信号特性(周波数変移、信号波形)を抽出する。
信号特性照合部17は、固定データ部分の信号特性をそれぞれ抽出すると、双方の固定データ部分の信号特性(周波数変移、信号波形)を照合する。
即ち、信号特性照合部17は、例えば、公知のパターンマッチング処理を実施することで、双方の固定データ部分の周波数変移を照合するとともに、双方の固定データ部分の信号波形を照合する(ステップST4)。
The signal
Further, the signal
When the signal
That is, the signal
次に、信号特性照合部17は、AIS電波分析装置13により分析されたAIS信号の信号特性(周波数変移、信号波形)のうち、TDMAの各タイムスロットにおける立ち上がり部分(立上り・起点フラグ)の信号特性(周波数変移、信号波形)を抽出する。
また、信号特性照合部17は、データベース15に登録されている船舶1の利用者IDに対応するAIS信号の信号特性(周波数変移、信号波形)のうち、TDMAの各タイムスロットにおける立ち上がり部分(立上り・起点フラグ)の信号特性(周波数変移、信号波形)を抽出する。
信号特性照合部17は、立ち上がり部分の信号特性をそれぞれ抽出すると、双方の立ち上がり部分の信号特性(周波数変移、信号波形)を照合する。
即ち、信号特性照合部17は、例えば、パターンマッチング処理を実施することで、双方の立ち上がり部分の周波数変移を照合するとともに、双方の立ち上がり部分の信号波形を照合する(ステップST5)。図8はAIS信号の立ち上がり部分の信号波形を示している。
Next, of the signal characteristics (frequency shift, signal waveform) of the AIS signal analyzed by the AIS
Further, the signal
When the signal characteristics of the rising portions are respectively extracted, the signal
That is, the signal
信号特性照合部17は、固定データ部分の信号特性(周波数変移、信号波形)を照合するとともに、立ち上がり部分の信号特性(周波数変移、信号波形)を照合すると、それらの信号特性の照合結果を示す合致度が許容範囲内であるか否かを判定する(ステップST6)。
即ち、信号特性照合部17は、例えば、パターンマッチング処理を実施することで信号特性の照合結果を示す合致度を算出し、下記の式(1)〜(4)が成立しているか否かを判定する。
The signal
That is, for example, the signal
FC・fixAGR > FC・fixPRAGR
(1)
SW・fixAGR > SW・fixPRAGR
(2)
FC・staAGR > FC・staPRAGR
(3)
SW・staAGR > SW・staPRAGR
(4)
FC・fixAGR :固定データ部分の周波数変移の合致度
FC・fixPRAGR :固定データ部分の周波数変移の合致度の許容値
SW・fixAGR :固定データ部分の信号波形の合致度
SW・fixPRAGR :固定データ部分の信号波形の合致度の許容値
FC・staAGR :立ち上がり部分の周波数変移の合致度
FC・staPRAGR :立ち上がり部分の周波数変移の合致度の許容値
SW・staAGR :立ち上がり部分の信号波形の合致度
SW・staPRAGR :立ち上がり部分の信号波形の合致度の許容値
ただし、式(1)〜(4)では、信号特性が完全に一致している場合、合致度が“1”になり、合致度が0〜1の範囲で算出される例を示している。
また、合致度の許容値は、例えば、“0.9”などの数値が設定される。
FC ・ fix AGR > FC ・ fix PRAGR
(1)
SW • fix AGR > SW • fix PRAGR
(2)
FC ・ sta AGR > FC ・ sta PRAGR
(3)
SW · sta AGR > SW · sta PRAGR
(4)
FC · fix AGR : degree of coincidence of frequency shift of fixed data part FC · fix PRAGR : allowable value of degree of coincidence of frequency shift of fixed data part SW · fix AGR : degree of coincidence of signal waveform of fixed data part SW · fix PRGR : FC · sta AGR : Matching degree of frequency shift at the rising part FC · sta PRAGR : Acceptable value of matching degree of frequency shift at the rising part SW · sta AGR : Signal at the rising part Matching degree of waveform SW · sta PRAG : Permissible value of matching degree of signal waveform at the rising portion However, in the equations (1) to (4), when the signal characteristics are completely matched, the matching degree is “1”. Thus, an example in which the degree of coincidence is calculated in the range of 0 to 1 is shown.
For example, a numerical value such as “0.9” is set as the allowable value of the matching degree.
信号特性照合部17は、式(1)〜(4)の全てが成立していれば、双方のAIS信号の信号特性が合致していると判定し、式(1)〜(4)のいずれか1つでも不成立であれば、双方のAIS信号の信号特性が合致していないと判定する。
例えば、船舶2に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号に含まれている利用者IDが、船舶1の利用者IDに改竄されている場合、船舶2に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号の信号特性と、データベース15に登録されている船舶1の利用者IDに対応するAIS信号の信号特性とを照合することになるので、信号特性が合致することはない。
ここでは、式(1)〜(4)の全てが成立していれば、双方のAIS信号の信号特性が合致していると判定する例を示したが、これに限るものではなく、例えば、3つ以上の式が成立していれば、双方のAIS信号の信号特性が合致していると判定するようにしてもよい。
If all of the equations (1) to (4) are satisfied, the signal
For example, when the user ID included in the AIS signal transmitted from the AIS device mounted on the
Here, an example in which it is determined that the signal characteristics of both AIS signals match if all of the expressions (1) to (4) are satisfied, but the present invention is not limited to this. If three or more equations are satisfied, it may be determined that the signal characteristics of both AIS signals match.
分析処理器16の船舶判別部18は、信号特性照合部17により信号特性が合致していると判定された場合(アンテナ11により船舶1に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号が受信されて、信号特性照合部17によりAIS信号の信号特性が照合された場合)、アンテナ11により受信されたAIS信号を発信しているAIS装置が搭載されている船舶については「非不審船」であると判定する。
また、船舶判別部18は、信号特性照合部17により抽出された利用者IDから、そのAIS信号を発信しているAIS装置が搭載されている船舶は「船舶1」であると判別する(ステップST7)。
The
Moreover, the ship discrimination |
分析処理器16のAIS信号記録部19は、信号特性照合部17により信号特性が合致していると判定された場合、信号特性照合部17により抽出された利用者IDに係る船舶の観測データとして、AIS受信機14により復調されたAIS信号に含まれている情報をデータベース15に記録する(ステップST8)。
図1の例では、船舶1の新たな観測データとして、船舶1に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号に含まれている情報をデータベース15に追加する。
The AIS
In the example of FIG. 1, information included in the AIS signal transmitted from the AIS device mounted on the
船舶判別部18は、信号特性照合部17により信号特性が合致していないと判定された場合(例えば、船舶2に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号に含まれている利用者IDが、船舶1の利用者IDに改竄されている場合)、あるいは、信号特性照合部17により抽出された利用者IDがデータベース15に登録されていない場合(例えば、利用者IDが改竄されていない状況下で、アンテナ11により船舶2に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号が受信された場合)、アンテナ11により受信されたAIS信号を発信しているAIS装置が搭載されている船舶については「不審船」であると判定する。
即ち、船舶判別部18は、信号特性照合部17により抽出された利用者IDが示す船舶である「船舶2」を不審船候補に分類して、船舶2をデータベース15に登録する(ステップST9)。
この実施の形態1では、他の船舶に成りすますために、AIS信号に含まれている利用者IDを改竄しても、AIS信号の信号特性も一緒に改竄しない限り、信号特性が不一致になるため不審船であると判定される。
利用者IDの改竄と比べて、AIS信号の信号特性の改竄は極めて困難であるため、他の船舶への成りすましを防止することができる。
The
That is, the
In this
Compared with the falsification of the user ID, it is extremely difficult to falsify the signal characteristics of the AIS signal, so that it is possible to prevent impersonation of other ships.
AIS信号記録部19は、信号特性照合部17により信号特性が合致していないと判定された場合、あるいは、信号特性照合部17により抽出された利用者IDがデータベース15に登録されていない場合、AIS電波分析装置13により分析されたAIS信号(船舶2に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号)の信号特性(周波数変移、信号波形)と類似している信号特性がデータベース15により登録されているか否かを検索する(ステップST10)。
即ち、AIS信号記録部19は、後述するように、不審船に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号の信号特性をデータベース15に記録するので、既にデータベース15により登録されている不審船に係るAIS信号の信号特性の中に、船舶2に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号の信号特性と類似している信号特性が存在しているか否かを探索する。
なお、AIS信号の信号特性が類似しているか否かを判定する処理は、信号特性が合致しているか否かを照合する処理と同様の方法で行うことができるので、ここでは詳細な説明を省略する。
If the AIS
That is, since the AIS
Note that the process for determining whether or not the signal characteristics of the AIS signal are similar can be performed in the same manner as the process for checking whether or not the signal characteristics match, so a detailed description will be given here. Omitted.
AIS信号記録部19は、船舶2に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号の信号特性と類似しているAIS信号の信号特性がデータベース15に登録されている場合、既に検出している不審船の新たな観測データとして、船舶2に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号に含まれている情報をデータベース15に追加するとともに、そのAIS信号の信号特性(周波数変移、信号波形)をデータベース15に記録する(ステップST11)。
一方、船舶2に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号の信号特性と類似しているAIS信号の信号特性がデータベース15に登録されていない場合、新たに検出した不審船の観測データとして、船舶2に搭載されているAIS装置から発信されたAIS信号に含まれている情報をデータベース15に記録するとともに、そのAIS信号の信号特性(周波数変移、信号波形)をデータベース15に記録する(ステップST12)。
The AIS
On the other hand, when the signal characteristic of the AIS signal similar to the signal characteristic of the AIS signal transmitted from the AIS device mounted on the
表示処理器20は、分析処理器16の分析結果(例えば、船舶1が非不審船であり、船舶2が不審船であるとする分析結果)や、船舶1,2の観測データなどをディスプレイに表示する。
また、船舶1,2の観測データに基づいて、船舶1,2が航行している位置などを地図上に表示する。
The
Moreover, based on the observation data of the
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、分配器12により分配されたAIS信号の信号特性(周波数変移、信号波形)を分析するAIS電波分析装置13と、分配器12により分配されたAIS信号を復調するAIS受信機14と、AIS受信機14により復調されたAIS信号に含まれている利用者IDを抽出し、その利用者IDがデータベース15に登録されている場合、AIS電波分析装置13により分析されたAIS信号の信号特性とデータベース15に登録されている上記利用者IDに対応するAIS信号の信号特性とを照合して、双方のAIS信号の信号特性が合致しているか否かを判定する信号特性照合部17とを設け、信号特性照合部17により信号特性が合致していると判定された場合、船舶判別部18が、AIS受信機14により受信されたAIS信号を発信しているAIS装置が搭載されている船舶については上記利用者IDに係る船舶であると判別し、信号特性照合部17により信号特性が合致していないと判定された場合、あるいは、上記利用者IDがデータベース15に登録されていない場合、船舶判別部18が、上記AIS装置が搭載されている船舶については不審船であると判別するように構成したので、大規模な処理装置等を実装することなく、他の船舶に成りすましている不審船を検出することができるとともに、精度よく船舶の個体識別を行うことができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the first embodiment, the AIS
実施の形態2.
図9はこの発明の実施の形態2による船舶識別装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
分析処理器31は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されている信号特性照合部17、真偽判定部32、船舶判別部33及びAIS信号記録部19を実装しており、船舶1,2が不審船であるか、非不審船であるかを判別する処理などを実施する。
FIG. 9 is a block diagram showing a ship identification apparatus according to
The
真偽判定部32はアンテナ11により受信されたAIS信号の伝播遅延から、そのAIS信号の発信元のAIS装置が搭載されている船舶の位置を推定し、その船舶の推定位置と、AIS受信機14により復調されたAIS信号に含まれている位置情報が示す位置(緯度、経度)とを照合して、その位置情報が示す位置に偽りがあるか否かを判定する処理を実施する。なお、真偽判定部32は真偽判定手段を構成している。
The
船舶判別部33は図1の船舶判別部18と同様に、アンテナ11により受信されたAIS信号を発信しているAIS装置が搭載されている船舶が不審船であるか、非不審船であるかを判別する処理を実施するが、真偽判定部32により位置に偽りがあると判定された場合、信号特性照合部17により信号特性が合致していると判定された場合でも、上記AIS装置が搭載されている船舶については「不審船」であると判別する。なお、船舶判別部33は船舶判別手段を構成している。
In the same manner as the
図10は図9の船舶識別装置が位置を偽っている船舶からAIS信号を受信している様子を示す説明図である。
図10において、船舶識別装置43は図9の船舶識別装置であり、41は偽っている船舶の位置、42は真の船舶の位置である。
図11はこの発明の実施の形態2による船舶識別装置の真偽判定部32の処理内容を示すフローチャートである。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state in which the ship identification device of FIG. 9 receives an AIS signal from a ship whose position is false.
In FIG. 10, a
FIG. 11 is a flowchart showing the processing contents of the
次に動作について説明する。
真偽判定部32は、AIS受信機14により復調されたAIS信号に含まれている位置情報を取得して(ステップST21)、その位置情報が示す識別対象の船舶の位置(緯度、経度)と、自位置(図9の船舶識別装置の位置)との相対距離を算出し、その相対距離に比例するAIS信号の信号伝送時間(遅延時間)を算出する(ステップST22)。
次に、真偽判定部32は、AIS信号のスロットの開始時刻に対する信号の遅れ時間を計測し、実際の遅延時間を決定する(ステップST23)。
Next, the operation will be described.
The
Next, the
次に、真偽判定部32は、相対距離に比例するAIS信号の信号伝送時間と、実際の遅延時間との差分時間を算出して(ステップST24)、その差分時間が許容範囲内であるか否かを判定し(ステップST25)、その差分時間が許容範囲を超えていれば、識別対象の船舶は位置を偽っていると認定する(ステップST26)。
Next, the
真偽判定部32は、差分時間が許容範囲内である場合、実際の遅延時間から識別対象の船舶の位置を推定し(ステップST27)、その船舶の推定位置と、AIS受信機14により復調されたAIS信号に含まれている位置情報が示す位置(緯度、経度)とを照合して、それらの位置の誤差を算出する(ステップST28)。
If the difference time is within the allowable range, the
真偽判定部32は、位置の誤差を算出すると、その位置の誤差が許容範囲内であるか否かを判定し(ステップST29)、その位置の誤差が許容範囲を超えていれば、識別対象の船舶は位置を偽っていると認定する(ステップST26)。
一方、その位置の誤差が許容範囲内であれば、識別対象の船舶は位置を偽っていないと認定する(ステップST30)。
When calculating the position error, the true /
On the other hand, if the position error is within the allowable range, it is determined that the ship to be identified does not fake the position (step ST30).
船舶判別部33は、図1の船舶判別部18と同様に、アンテナ11により受信されたAIS信号を発信しているAIS装置が搭載されている船舶が不審船であるか、非不審船であるかを判別する処理を実施する。
ただし、船舶判別部33は、図1の船舶判別部18と異なり、真偽判定部32により識別対象の船舶は位置を偽っていると認定された場合、信号特性照合部17により信号特性が合致していると判定された場合でも、識別対象の船舶については「不審船」であると判別する。
The
However, unlike the
以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、アンテナ11により受信されたAIS信号の伝播遅延から、そのAIS信号の発信元のAIS装置が搭載されている船舶の位置を推定し、その船舶の推定位置と、AIS受信機14により復調されたAIS信号に含まれている位置情報が示す位置(緯度、経度)とを照合して、その位置情報が示す位置に偽りがあるか否かを判定する真偽判定部32を設け、船舶判別部33が、真偽判定部32により位置に偽りがあると判定された場合、信号特性照合部17により信号特性が合致していると判定された場合でも、上記AIS装置が搭載されている船舶については「不審船」であると判別するように構成したので、識別対象の船舶における位置の偽りを見抜いて、その船舶を不審船として検出することができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the second embodiment, the position of the ship on which the AIS device that is the source of the AIS signal is mounted is estimated from the propagation delay of the AIS signal received by the
1,2 船舶、11 アンテナ(AIS信号受信手段)、12 分配器(AIS信号受信手段)、13 AIS電波分析装置(信号特性分析手段)、14 AIS受信機(AIS信号復調手段)、15 データベース、16 分析処理器、17 信号特性照合部(信号特性照合手段)、18 船舶判別部(船舶判別手段)、19 AIS信号記録部(AIS信号記録手段)、20 表示処理器、21 BPF、22 A/D変換器、23 波形分析器、24 高速フーリエ変換回路、25 周波数分析器、31 分析処理器、32 真偽判定部(真偽判定手段)、33 船舶判別部(船舶判別手段)、41 偽っている船舶の位置、42 真の船舶の位置、43 船舶識別装置。 1, 2 ship, 11 antenna (AIS signal receiving means), 12 distributor (AIS signal receiving means), 13 AIS radio wave analyzer (signal characteristic analyzing means), 14 AIS receiver (AIS signal demodulating means), 15 database, 16 Analysis processor, 17 Signal characteristic verification unit (signal characteristic verification unit), 18 Ship discrimination unit (ship discrimination unit), 19 AIS signal recording unit (AIS signal recording unit), 20 Display processor, 21 BPF, 22 A / D converter, 23 waveform analyzer, 24 fast Fourier transform circuit, 25 frequency analyzer, 31 analysis processor, 32 authenticity determination unit (authentication determination unit), 33 ship determination unit (ship determination unit), 41 false The position of the ship, 42 The position of the true ship, 43 The ship identification device.
Claims (3)
船舶判別手段は、上記真偽判定手段により位置に偽りがあると判定された場合、信号特性照合手段により信号特性が合致していると判定された場合でも、上記自動船舶識別装置が搭載されている船舶については不審船であると判別することを特徴とする請求項1または請求項2記載の船舶識別装置。 From the propagation delay of the AIS signal received by the AIS signal receiving means, the position of the ship on which the automatic ship identification device that is the origin of the AIS signal is mounted is estimated and included in the estimated position of the ship and the AIS signal. Providing a true / false determining means for checking whether or not the position indicated by the position information is false by comparing with the position indicated by the position information.
The ship discriminating means is mounted with the automatic ship discriminating device even when it is determined that the position is false by the authenticity determining means, and even when the signal characteristic matching means determines that the signal characteristics match. 3. The ship identification device according to claim 1, wherein the ship is determined to be a suspicious ship.
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