JP5667967B2 - 位置情報認証システムおよび位置情報認証方法 - Google Patents
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Description
本発明の第一の課題である、位置情報認証の信頼性を担保する構成を地上設備で一括して実現する実施形態について、図1を用いて詳述する。
〔レファランス認証ナビゲーションデータ:RANDメッセージ〕
つぎに、第二の課題である、既存のGPS信号構造を変えることなく補完衛星であるQZS衛星の信号構造に最小限の修正を加えて新たな信号を生成し、信頼性の高い測位衛星システムを効率よく構成する実施形態について、図2〜図5を用いて詳述する。
(信号生成部)
図2で認証センター3において、RAND生成部311とSEED値生成部312からなる信号生成部31について詳述する。
(RANDメッセージ)
次に図3によって、本発明の特徴であるRANDメッセージの生成方法について詳述する。GPS衛星1から送信されるナビゲーションメッセージ11はSub-Frame1からSub-Frame5 のPage25までのビット列で構成されている。さらに、符号12で示すSub-Frame1はWord1〜Word10で構成されている。
(信号加工部)
次に、図4によって認証センター3において、処理部32の信号加工部323について詳述する。信号加工部323では、GPS L1C/A信号324の有する3種類の信号に基づいて、新たにQZSS(準天頂衛星システム)で用いる認証信号を加工生成する。
(信号加工処理)
さらに、図5によつて、図4の変換処理のフローを詳述する。入力はGPS L1C/A信号324である。
〔認証センター情報による認証判定〕
最後に、第三の課題である現行のGPS受信機に大きな変更を加えることなく、現行のGPSシステムと親和性のあるGPSシステムを構成する実施形態について、図6を用いて詳述する。
(認証判定処理)
ここで図7のフロー図を使って認証判定の信号処理について詳述する。GPS/QZSS認証機能部を有する受信機6と認証センター3の間のアクセスを中心にフローを解説する。
11:GPS衛星1のナビゲーションメッセージ
12:Sub-Frame1
13:RANDメッセージ(Reference Authentication Navigation Data)
2:モニターステーション
21:入カ信号(GPSから送信されたL1C/A信号)
3:認証センター
31:信号生成部
32:処理部
33:信号情報格納部
34:信号情報送受信部
311:RAND生成部
312:SEED値生成部
321:H-マトリクス計算部
322:LDPC計算部
323:信号加工部
324:GPS L1C/A信号
3241:Sub-Frame1とLDPCパリティビット
3242: Sub-Frame1とRANDメッセージ+LDPCパリティビット
3243: Sub-Frame1とRANDメッセージ+LDPCパリティビット+その他のデータ
325: QZSS L1C/A信号
3251: Sub-Frame1のWord4,5,6と7
3252: Sub-Frame4のWord3,4,5と6+Word7,8,9と10
326:QZSS L1SAIF信号
3263:メッセージタイプN
331:ACDB
4:マスタコントロールステーション
41:出カ信号(QZSSへ送信するL1C/A信号またはL1SAIF信号)
5:QZS衛星
51:QZS衛星のナビゲーションメッセージ
6:受信機
61:信号受信部
62: RANDメッセージ/LDPCパリティビット抽出部
63:信号情報送受信部
64:RANDメッセージ/H-マトリクス格納部
65:LDPC演算部
66:LDPCパリティビット比較部
67:認証判定部
Claims (13)
- GPS衛星を有する全地球測位システムと、QZS衛星を有する準天頂衛星システムとを有し、前記GPS衛星のナビゲーションメッセージを受信するモニターステーションと、前記QZS衛星へナビゲーションメッセージを送信するマスタコントロールステーションとを地上設備として有し、前記QZS衛星から返信されるナビゲーションメッセージを受信する受信機を備えた測位システムにおいて、
前記GPS衛星からのナビゲーションメッセージから信号の発生時刻を特定するTime of Weekデータとエフェメリスデータ(天体位置座標)を抽出し、AS flag (Anti-Spoof flag)及び衛星特定番号であるPRN(Pseudo Range Noise)IDを追加して、レファランス認証ナビゲーションデータメッセージ(RANDメッセージ)を生成し、該RANDメッセージを暗号処理する認証センターを地上設備として設け、
前記RANDメッセージに対してLDPC(Low Density Parity Check)を用いた暗号処理を実行し、暗号化処理した前記RANDメッセージを含むナビゲーションメッセージを前記認証センターから前記マスタコントロールステーションを経由して前記QZS衛星へ送信し、前記受信機で前記QZS衛星から返信されたナビゲーションメッセージと、前記認証センターに記録された暗号処理した前記RANDメッセージを比較して両者が一致した場合に正しいナビゲーションメッセージが受信されたものとしてナビゲーションメッセージの認証を行うことを特徴とする位置情報認証システム。 - 請求項1に記載された位置情報認証システムにおいて、前記認証センターは、前記GPS衛星から送信されたナビゲーションメッセージを基に、前記RANDメッセージを生成するRAND生成部を有する信号生成部と、前記RANDメッセージを暗号処理するとともに、暗号処理した前記RANDメッセージを前記QZS衛星へ送信するナビゲーションメッセージに加工する信号加工部を有する処理部と、前記QZS衛星へ送信するナビゲーションメッセージを格納するデータベースを有する信号情報格納部を有することを特徴とする位置情報認証システム。
- 請求項2に記載された位置情報認証システムにおいて、前記認証センターの前記処理部は、前記RAND生成部によるRANDメッセージを暗号化するLDPC計算部を有することを特徴とする位置情報認証システム。
- 請求項2に記載された位置情報認証システムにおいて、前記認証センターの前記信号生成部は、SEED値生成部を有し、前記処理部は、前記SEED値生成部のSEED値を暗号処理に用いるH-マトリクス計算部を有することを特徴とする位置情報認証システム。
- 請求項1に記載された位置情報認証システムにおいて、前記認証センターの前記処理部の前記信号加工部は、前記QZS衛星へ送信するナビゲーションメッセージのリザーブビットを用いて、前記QZS衛星へ送信するL1C/A信号またはL1SAIF信号を生成することを特徴とする位置情報認証システム。
- 請求項5に記載された位置情報認証システムにおいて、前記信号加工部は、GPS L1C/A信号のLDPCパリティビットをQZSS L1C/A信号に加工変換するか、GPS L1C/A信号のRANDメッセージとLDPCパリティビットをQZSS L1C/A信号に加工変換するか、GPS L1C/A信号のRANDメッセージとLDPCパリティビットとSEED値とH-マトリクスデータとRSA値をQZSS L1SAIF信号に加工変換するかの、少なくとも一つの加工変換を行うことを特徴とする位置情報認証システム。
- 請求項2に記載された位置情報認証システムにおいて、前記モニターステーションは、前記GPS衛星から受信したナビゲーションメッセージのL1C/A信号を前記認証センターの前記RAND生成部に送信し、前記RAND生成部はL1C/A信号に基づいて前記RANDメッセージを生成することを特徴とする位置情報認証システム。
- 請求項1乃至7のいずれか1項に記載された位置情報認証システムにおいて、前記受信機は、受信した前記QZS衛星のナビゲーションメッセージからRANDメッセージとLDPCパリティビットを抽出するRANDメッセージ/LDPCパリティビット抽出部と、前記認証センターの信号情報格納部から呼び出した前記QZS衛星へ送信するナビゲーションメッセージからLDPCパリティビットを生成するLDPC演算部と、前記二つのLDPCパリティビットを比較するLDPC比較部と、前記ナビゲーションメッセージを認証する認証判定部を有し、前記ナビゲーションメッセージを認証することを特徴とする位置情報認証システム。
- 請求項8に記載された位置情報認証システムにおいて、前記受信機は、さらに前記QZS衛星からのナビゲーションメッセージを受信する信号受信部と、前記認証センターとの信号送受信部と、前記認証センターの信号情報格納部から呼び出したRANDメッセージとH-マトリクスデータを格納するRANDメッセージ/H-マトリクスデータ格納部を有することを特徴とする位置情報認証システム。
- 請求項8に記載された位置情報認証システムにおいて、前記QZS衛星からのナビゲーションメッセージに含まれるRANDメッセージは、GPSL1C/A信号のナビゲーションメッセージの内のSub-Frame1から構成され、前記Sub-Frame1の該当するWordから衛星番号と衛星時刻を抽出した信号構造を有することを特徴とする位置情報認証システム。
- GPS衛星を有する全地球測位システムと、QZS衛星を有する準天頂衛星システムとを備え、前記GPS衛星のナビゲーションメッセージを受信するモニターステーションと、前記QZS衛星へ暗号処理されたレファランス認証ナビゲーションデータメッセージ(RANDメッセージ)を含むナビゲーションメッセージを送信するマスタコントロールステーションとを地上設備として備え、前記QZS衛星からのナビゲーションメッセージを受信する受信機を有する測位システムにおける位置情報認証方法において、
前記QZS衛星からナビゲーションメッセージを受信するステップと、
前記ナビゲーションメッセージからレファランス認証ナビゲーションデータメッセージ(RANDメッセージ)とLDPCパリティビットを抽出するステップと、
前記RANDメッセージの衛星番号であるPRN IDと、衛星時刻であるTime of Weekから、前記認証センターのデータベースにアクセスするステップと、
前記PRN IDと前記Time of Weekをインデックスとして、前記認証センターのデータベースの前記RANDメッセージおよびLDPCパリティビットと、SEED値とH-マトリクスデータを参照するステップと、
前記RANDメッセージと前記H-マトリクスデータからLDPC演算を行い、LDPCパリティビットを得るステップと、
前記ステップで得られたLDPCパリティビットを、前記QZS衛星のナビゲーションメッセージから抽出したLDPCパリティビットと比較するステップと、
QZS衛星から返信されたナビゲーションメッセージと、前記認証センターに記録された暗号処理した前記RANDメッセージを比較して両者が一致した場合に正しいナビゲーションメッセージが受信されたものとしてナビゲーションメッセージの認証を行うステップと
を有することを特徴とする位置情報認証方法。 - 請求項11に記載された位置情報認証方法において、前記PRN IDと前記Time of Weekをインデックスとして、前記RANDメッセージと、前記LDPCパリティビットと、SEED値とH-マトリクスデータを参照するステップは、さらに公開鍵であるRSA値を参照することを特徴とする位置情報認証方法。
- 請求項11又は12に記載された位置情報認証方法において、前記PRN IDと衛星時刻であるTime of Weekをインデックスとして、前記RANDメッセージと、前記LDPCパリティビットと、SEED値とH-マトリクスデータを参照するステップに移行すると同時に前記認証センターと前記受信機との間で暗号化通信を行うことを特徴とする位置情報認証方法。
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