JP7372436B2 - 測位装置、測位方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は測位装置及び測位方法に関し、特に、測位衛星を用いた測位システムにおける測位装置及び測位方法に関する。

衛星を利用した位置情報システム（ＧＮＳＳ）は、航空機などの移動体の測位のために広く用いられている。ＧＮＳＳには、例えば米国で開発されたＧＰＳ、ロシアで開発されたＧＬＯＮＡＳＳがある。ＧＮＳＳはGlobal Navigation Satellite System、ＧＰＳはGlobal Positioning System、ＧＬＯＮＡＳＳはGlobal Navigation Satellite Systemの略称である。航空機はＧＮＳＳ衛星が送信する測位信号を受信して自機の位置を知る。複数のＧＮＳＳ衛星から測位信号を受信することで、航空機はより少ない誤差で自機の測位が可能となる。

一方、航空機が受信する測位信号の誤差に起因する測位誤差を低減するシステムの一つにＳＢＡＳ（広域補強システム）がある。ＳＢＡＳはSatellite Based Augmentation Systemの略称である。地上の管制局はＧＮＳＳ衛星から測位信号を受信し、ＧＮＳＳの完全性情報（integrity）及び測位信号の誤差の補正情報を含む補強情報をＳＢＡＳ衛星に送信する。ＳＢＡＳ衛星は例えば静止衛星であり、ＳＢＡＳ衛星は管制局から提供された補強情報を測位信号として航空機へ送信する。航空機はＧＮＳＳ衛星及びＳＢＡＳ衛星が送信する測位信号を受信し、ＳＢＡＳ衛星から受信した測位信号に含まれる補強情報を用いてＧＮＳＳ衛星による測位を補正する。ＧＮＳＳ衛星とＳＢＡＳ衛星との両方から測位信号を受信することによって、航空機は高精度な自機の測位が可能となる。

本発明に関連して、特許文献１には妨害波による衛星信号の異常を検出する技術が記載されている。特許文献２には、ＳＢＡＳシステムの概要が記載されている。

特開２００１－２８０９９７号公報 特開２０１１－２３７２０５号公報

ＧＮＳＳ衛星及びＳＢＡＳ衛星が送信する測位信号の仕様は公開されている。また、これらの信号は暗号化されていない。このため、ＧＮＳＳ衛星又はＳＢＡＳ衛星が送信する測位信号と同様の仕様の信号を移動体へ送信することで、測位信号のなりすまし（スプーフィング）が可能となる。このようななりすましは、その信号を受信した移動体において異常な測位結果を生成させる原因となる。このため、ＧＮＳＳ衛星又はＳＢＡＳ衛星による測位を行う移動体では、受信した測位信号がなりすましの信号であるかどうかを判定できることが好ましい。
（発明の目的）
本発明は、測位衛星が送信する測位信号の正常性を判定するための技術を提供することを目的とする。

本発明の測位装置は、測位信号を含む電波の到来方向に基づく前記電波を送信した測位衛星の位置を示す第１の位置を算出するとともに、前記測位信号に含まれる前記測位衛星の軌道情報に基づく前記測位衛星の位置を示す第２の位置を算出する位置算出手段と、
前記第１の位置と前記第２の位置との比較結果に基づいて、受信された前記測位信号の正常性を判定する判定手段と、
を備える。

本発明の測位方法は、測位信号を含む電波の到来方向に基づく前記電波を送信した測位衛星の位置を示す第１の位置を算出し、
前記測位信号に含まれる前記測位衛星の軌道情報に基づく前記測位衛星の位置を示す第２の位置を算出し、
前記第１の位置と前記第２の位置との比較結果に基づいて、受信された前記測位信号の正常性を判定する、
ことを含む。

本発明の測位プログラムの記録媒体は、
測位装置のコンピュータに、
測位信号を含む電波の到来方向に基づく前記電波を送信した測位衛星の位置を示す第１の位置を算出する手順、
前記測位信号に含まれる前記測位衛星の軌道情報に基づく前記測位衛星の位置を示す第２の位置を算出する手順、
前記第１の位置と前記第２の位置との比較結果に基づいて、受信された前記測位信号の正常性を判定する手順、
を実行させるための測位プログラムを記録する。

本発明は、測位衛星が送信する測位信号の正常性を判定できる。

第１の実施形態の測位システム１０の構成例を示す図である。 第１の実施形態の測位装置１００の構成例を示すブロック図である。 測位装置１００の動作例を示すフローチャートである。 第２の実施形態の測位装置１０１の構成例を示すブロック図である。 第１の位置の例を示す図である。 第２の位置の探索結果の第１の例を示す図である。 第２の位置の探索結果の第２の例を示す図である。 測位装置１０１の動作例を示すフローチャートである。 第３の実施形態の測位装置１０２の構成例を示すブロック図である。 第４の実施形態の測位装置１０３の構成例を示すブロック図である。 第５の実施形態の測位装置１０４の構成例を示すブロック図である。 第６の実施形態の測位装置１０５の構成例を示すブロック図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。各実施形態では、既出の構成要素には同一の名称及び参照符号を付し、重複する機能の説明は省略される。各実施形態は、測位衛星としてＧＮＳＳ衛星が用いられる測位システム、さらに、ＳＢＡＳ衛星が併用される測位システムのいずれにも適用可能である。以下では、ＧＮＳＳ衛星及びＳＢＡＳ衛星を総称して測位衛星と呼び、ＧＮＳＳ衛星及びＳＢＡＳ衛星から送信される、測位に用いられるデータを含む信号を総称して測位信号と呼ぶ。

各実施形態の測位装置のブロック図において、各ブロックは電気回路で構成される。それらのブロック間では、機能に関するデータは電気信号として送信及び受信される。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の測位システム１０の構成例を示す図である。測位システム１０は、移動体２００及び測位衛星３００を含む衛星測位システムである。測位衛星はＧＮＳＳ衛星であり、例えばＧＰＳ衛星である。測位衛星３００はＳＢＡＳ衛星を含んでもよい。移動体２００は、測位衛星３００から測位信号を含む電波を受信して、自身の位置を測位する。移動体２００は測位装置１００を備える。ＳＢＡＳ衛星が送信する測位信号は、ＧＮＳＳ衛星による測位の精度を改善するための補強情報を含む。測位装置１００について以下に説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態の測位装置１００の構成例を示すブロック図である。測位装置１００は、位置算出部１１０及び判定部１２０を備える。位置算出部１１０は、測位信号を含む電波が測位衛星３００から受信された場合に、その時の電波の到来方向に基づく測位衛星３００の位置を示す、第１の位置を算出する。第１の位置は、例えば、測位衛星３００の天空図上の位置として表現される。天空図は、例えば横軸を東西方向、縦軸を南北方向として電波の受信点から上空を見た場合の測位衛星の配置を示す、一般的に用いられる図である。天空図を用いた実施形態は第２の実施形態で説明する。

位置算出部１１０は、さらに、測位信号に含まれる軌道情報に基づく測位衛星３００の位置を示す、第２の位置を算出する。測位信号は、測位衛星３００が送信する電波に含まれる。測位信号は、当該測位信号を送信する測位衛星３００の軌道情報及び他の測位衛星の軌道情報を含む。例えば、測位信号に含まれるアルマナック（almanac）は、測位信号を送信するＧＰＳ衛星以外のＧＰＳ衛星の軌道情報を含む。ＳＢＡＳ衛星が送信する測位信号も、測位信号を送信するＳＢＡＳ衛星以外のＳＢＡＳ衛星の軌道情報を含む。軌道情報は測位システム内で厳格に管理されており、各測位衛星に関する信頼性が高い軌道情報を提供する。軌道情報から任意の時刻における各測位衛星の位置を示す座標を算出する手順は既知である。従って、測位信号から、少なくとも当該測位信号を送信した測位衛星についての、軌道情報から求めた位置（第２の位置）が算出できる。また、測位信号にアルマナックが含まれる場合には、さらに他の測位衛星の位置も算出できる。

位置算出部１１０は、このようにして、軌道情報に基づいて測位衛星３００の位置を示す第２の位置を算出する。第２の位置は、例えば、軌道情報から求められた、天空図上の測位衛星３００の配置として表現できる。上述の機能を備える位置算出部１１０は、位置算出手段の一例である。

判定部１２０は、第１の位置と第２の位置との比較結果に基づいて、受信された測位信号の正常性を判定する。判定部１２０には、第１の位置及び第２の位置が入力される。判定部１２０は測位衛星３００毎に第１の位置及び第２の位置を比較する。そして、第１の位置と第２の位置とが実質的に一致する場合には、当該測位衛星からの測位信号は正常であると判定部１２０は判断する。２つの位置が実質的に一致する場合とは、例えば、２つの位置の間の距離が所定の値以下である場合をいう。所定の値は、測位に要求される精度に応じて定められてもよい。

一方、同一の測位衛星３００について第１の位置と第２の位置とが一致しない場合は、軌道情報から得られる位置とは異なる位置に存在する送信機から電波が送信された可能性がある。従って、判定部１２０は、第１の位置と第２の位置とが一致しない測位衛星からの測位信号はなりすまし（スプーフィング）によるものであると判断できる。上述の機能を備える判定部１２０は、判定手段の一例である。

図３は、測位装置１００の動作例を示すフローチャートである。以上で説明したように、測位装置１００は、測位衛星３００からの電波の到来方向に基づいて測位衛星３００の位置を示す第１の位置を算出し（図３のステップＳ０１）、軌道情報に基づいて測位衛星３００の位置を示す第２の位置を算出する（ステップＳ０２）。そして、測位装置１００は、第１の位置と第２の位置との比較結果に基づいて、受信された測位信号の正常性を判定する（ステップＳ０３）。ステップＳ０１とステップＳ０２とは逆の順序で実行されてもよい。ステップＳ０１とステップＳ０２とは並行して実行されてもよい。このようにして、測位装置１００は、測位衛星３００が送信する測位信号の正常性を測位衛星３００毎に判定できる。測位装置１００は、異常であると判定された測位衛星３００から受信した測位信号を使用しないことで、より正確な測位が可能となる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態の測位装置１０１の構成例を示すブロック図である。測位装置１０１は、第１の実施形態の測位装置１００と同様の位置算出部１１０及び判定部１２０を備え、さらに、アンテナ１３０、復調部１４０を備える。アンテナ１３０は、測位衛星からの測位信号を受信する。具体的には、アンテナ１３０は、測位信号を含む電波を測位衛星から受信して、受信した電波を高周波信号に変換する。復調部１４０は、アンテナ１３０から入力された高周波信号を復調して測位信号を抽出する。測位衛星は、図１に示される測位システム１０に含まれる測位衛星３００である。

第１の実施形態と同様に、位置算出部１１０は、測位信号を含む電波の到来方向に基づいて、測位衛星の位置を示す第１の位置を算出する。位置算出部１１０は、さらに、測位信号に含まれる測位衛星の軌道情報に基づいて、測位衛星の位置を示す第２の位置を算出する。判定部１２０は、第１の位置と第２の位置との比較結果に基づいて、受信された測位信号の正常性を判定する。本実施形態では、位置算出部１１０及び判定部１２０の機能を実現する具体的な例を説明する。

本実施形態における位置算出部１１０の動作について以下に説明する。位置算出部１１０は、アンテナ１３０で受信される測位衛星からの電波の到来方向を求める。本実施形態では、電波の到来方向を求める手順は限定されない。測位信号を含む電波が到来する方向（すなわち、測位信号を送信した測位衛星の方向）から、測位信号の受信点（アンテナ１３０）における測位衛星の天空図上の位置が求まる。

図５は、本実施形態における、電波の到来方向から得られた測位衛星の天空図の例を示す図である。図５で示される天空図は、測位信号を含む電波の到来方向に基づく測位衛星の位置である第１の位置に相当する。すなわち、図５は、アンテナ１３０から見た５基の測位衛星Ｘ１－Ｘ５（黒丸印）からの電波の到来方向の例を示す。測位衛星Ｘ１－Ｘ５は、受信された電波に含まれる測位信号によって識別される。

一方、位置算出部１１０は、所定の位置及び時刻における天空図上の測位衛星の位置を、軌道情報に基づいて一意に算出できる。従って、位置算出部１１０は、第１の位置が示された天空図が与えられた場合に、その天空図と対応する、軌道情報に基づく天空図が同時に存在しうるかどうかを、計算によって探索する（すなわち、算出する）ことができる。

本実施形態の例では、位置算出部１１０は、測位衛星の第１の位置に基づく天空図が図５で示される場合に、図５と対応する天空図を、軌道情報に基づいて探索する。図６及び図７は、それぞれ、軌道情報から得られた、図５と同一時刻の測位衛星の天空図の第１及び第２の例である。

図６は、軌道情報から得られた、測位衛星の位置を示す天空図（すなわち、第２の位置に基づく天空図）の探索結果の第１の例を示す図である。図６は、探索の結果、同一の測位衛星Ｘ１－Ｘ５（白抜き丸印）の配置が図５と実質的に一致する場合が見いだされたことを示す。

図７は、軌道情報から得られた測位衛星の位置を示す天空図（第２の位置）の探索結果の第２の例を示す図である。図６及び図７では、測位衛星Ｘ１－Ｘ５は軌道情報を用いて識別される。図７では、探索の結果、同一の測位衛星Ｘ１、Ｘ３－Ｘ５（白抜きの丸印）の配置が図５と実質的に一致する場合が見いだされた。一方、図７では測位衛星Ｘ２は天空図に存在しない。ここで、判定部１２０は、測位衛星毎に第１の位置の座標と探索された第２の位置の座標との間の距離を求め、距離の総和又は平均値が所定の値より小さい場合には第１の位置と第２の位置とが実質的に一致すると判断してもよい。また、判定部１２０は、当該距離の総和又は平均値を第１の位置と第２の位置との一致度の指標とし、当該総和又は平均値が小さいほど一致度が高いと判断してもよい。

判定部１２０は、位置算出部１１０が電波の到来方向から算出した天空図（図５、第１の位置）と軌道情報から算出した天空図（図６又は図７、第２の位置）とを位置算出部１１０から受信し、両者を比較する。図５の測位衛星Ｘ１－Ｘ５の天空図上の位置は図６と実質的に一致する。従って、図６の天空図が探索された場合には、判定部１２０は、測位衛星Ｘ１－Ｘ５は正常な衛星であり、これらの衛星から受信した測位信号はいずれも正常であると判断できる。

一方、図５の測位衛星Ｘ２は図７の天空図には現われていない。このような場合には、測位衛星Ｘ２は軌道情報に照らして本来存在しない衛星と推定できる。従って、判定部１２０は、測位衛星Ｘ１、Ｘ３－Ｘ５は正常な衛星であるが、測位衛星Ｘ２からの電波として受信された信号は異常である（すなわち、なりすましの信号である可能性がある）と判断できる。

なお、測位衛星Ｘ２が図７の天空図に現われている場合でも、図７に示された測位衛星Ｘ２の位置が図５に示された測位衛星Ｘ２の位置と実質的に一致しない場合（例えば、両者の間が所定の距離以上離れている場合）も考えられる。このような場合にも、図５における測位衛星Ｘ２は軌道情報に照らして本来存在しない衛星であると推定してもよい。

位置算出部１１０は、測位衛星の配置が図５の天空図と一致すると判断できる配置が軌道情報に基づいて探索できなかった場合には、一致度が次に高い他の天空図で示される測位衛星の位置を第２の位置としてもよい。

また、判定部１２０は、図６及び図７に例示される第２の位置を示す天空図の操作によって、図５に例示される第１の位置を示す天空図との一致度が極大となる場合には、極大となるときの操作量に応じて測位装置１０１の位置又は向きの誤差を推定できる。例えば、判定部１２０は、第２の位置を示す天空図を回転させること（ローテーション）によって第１の位置を示す天空図との一致度の極大値が得られる場合には、当該極大値が得られる際の回転量及び回転方向を、測位装置１０１の方位の誤差と推定してもよい。

また、測位装置１０１の高度が高いほど、同一の測位衛星は天空図において中心から離れた位置に示される。従って、第２の位置を示す天空図を相似的に拡大または縮小することで第１の位置を示す天空図との一致度の極大値が得られる場合に、拡大量または縮小量に対応する高度差を求めることができる。例えば、判定部１２０は、図６又は図７における当初の測位装置１０１の高度と、一致度が極大となる際の図６又は図７の天空図から求めた測位装置１０１の高度と、の差を測位装置１０１の高度の誤差と推定してもよい。なお、第２の位置を示す天空図における測位装置１０１の高度は、軌道情報に基づいて第２の位置を算出する際に求めることができる。

加えて、第２の位置を示す天空図を平行移動することで一致度の極大値が得られる場合には、判定部１２０は、当該一致度の極大値が得られる際の第２の位置を示す天空図の、当初の第２の位置を示す天空図に対する移動量を、測位装置１０１の水平方向の位置の誤差と推定してもよい。

このように、判定部１２０は、第１の位置を示す天空図と第２の位置を示す天空図との一致度が第２の位置を示す天空図の操作によって高まる場合には、当該操作の量に基づいて測位装置の方向及び位置の少なくとも一方の誤差を推定できる。また、判定部１２０は、上述した回転、拡大又は縮小、及び平行移動の操作を組み合わせることで一致度が極大となる場合には、極大となる状態において方位の誤差、高度の誤差、水平方向の位置の誤差を操作の種類ごとに求めてもよい。 なお、軌道情報から求めた図６又は図７の天空図において、測位信号の受信位置（すなわち、アンテナ１３０の位置）が実際のアンテナ１３０の位置と明らかに異なる場合は、第１の位置及び第２の位置のいずれかに異常がある可能性がある。例えば、測位装置１０１が高空を飛行中の航空機に搭載されているにもかかわらず図６又は図７の天空図における受信位置が地上であると算出された場合には、測位信号に異常がある可能性がある。このような、算出結果に明らかな異常がある場合には、位置算出部１１０は他の測位衛星からの電波の到来方向及び他の測位衛星から抽出された軌道情報を用いて第１の位置及び第２の位置を再算出してもよい。また、算出結果に異常がないと判断できる場合であっても、位置算出部１１０はさらに他の測位衛星からの電波の到来方向及び他の測位衛星から抽出された軌道情報を用いて第１の位置及び第２の位置を再算出してもよい。

図５に例示される第１の位置は、電波の到来方向のみから算出されている。このため、正規の測位衛星と同一の方向からなりすまし信号が送信されている場合には、なりすましを検出できない可能性がある。そこで、位置算出部１１０はアンテナ１３０で受信された測位信号に基づいて、測位衛星までの疑似距離を求めてもよい。疑似距離は、測位衛星における測位信号の送信時刻と測位装置１０１における当該測位信号の受信時刻との差から求めた、測位衛星と測位装置１０１との間の距離である。判定部１２０は、軌道情報から得られた測位衛星とアンテナ１３０との間の距離と、当該疑似距離とが一致すると判断できない場合には、軌道情報から求めた疑似距離とは異なる疑似距離を持つ衛星からの測位信号はなりすまし信号であると判定してもよい。

また、位置算出部１１０は、３基以上の測位衛星について電波の到来方向とその疑似距離を取得することで、受信した電波に基づく測位衛星間の相対位置を第１の位置として求めてもよい。そして、判定部１２０は、その第１の位置と、軌道情報に基づいて、対応する測位衛星間の相対位置として探索して得られた第２の位置と、を比較してもよい。

図８は、測位装置１０１の動作例を示すフローチャートである。以上で説明したように、アンテナ１３０は、測位信号を測位衛星から受信する（図８のステップＳ１１）。復調部１４０は、測位信号を復調する（ステップＳ１２）。位置算出部１１０は、電波の到来方向に基づいて求められた測位衛星の位置を示す第１の位置を算出する（ステップＳ１３）。そして、位置算出部１１０は、第１の位置に対応する、軌道情報に基づく測位衛星の位置を示す第２の位置を算出する（ステップＳ１４）。判定部１２０は、第１の位置と第２の位置との比較結果に基づいて、受信された測位信号の正常性を判定する（ステップＳ１５）。

このような構成を備える測位装置１０１も、電波の伝搬方向に基づいて求められた測位衛星の位置と軌道情報から求められた測位衛星の位置とを比較することで、測位信号の正常性を判定できる。従って、測位装置１０１も、測位衛星が送信する測位信号のなりすましを検出できる。

また、本実施形態の手順によれば、測位衛星の位置を示す第１の位置及び第２の位置を算出するために測位装置１０１の位置の情報を必要としない。また、測位装置１０１は、慣性航法やドップラー航法といった他の測位方式を用いる必要もない。

（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態の測位装置１０２の構成例を示すブロック図である。測位装置１０２は、第２の実施形態の測位装置１０１と同様に、位置算出部１１０、判定部１２０及び復調部１４０を備える。また、測位装置１０２は、複数のアンテナ１３０を備える。アンテナ１３０のそれぞれは、無指向性アンテナであってもよい。測位装置１０２が航空機に搭載される場合には、アンテナ１３０は、例えば、機体の先端及び後端、並びに両翼の先端の計４か所に配置される。位置算出部１１０、判定部１２０及び復調部１４０は航空機の１つの機器室に収容されてもよい。アンテナ１３０と復調部１４０との間は同軸ケーブル等の高周波線路で接続されてもよい。

アンテナ１３０は、測位信号を含む電波を測位衛星から受信する。復調部１４０には、アンテナ１３０のそれぞれから、測位信号を含む高周波信号が入力される。復調部１４０は、それぞれの高周波信号から測位信号を復調する。さらに、復調部１４０は、測位衛星からの電波を受信した時の複数のアンテナ１３０間の電波の位相差を、電波の送信元の測位衛星毎に算出する。アンテナ１３０のそれぞれと復調部１４０との間の遅延時間はあらかじめ算出あるいは測定できる。従って、復調部１４０は、遅延時間を考慮することによって、電波の受信時のアンテナ１３０間の位相差を求めることができる。復調部１４０は、復調された測位信号を第１算出部１１１及び第２算出部１１２へ出力し、求められた位相差を第１算出部１１１へ出力する。

第１算出部１１１は、第１及び第２の実施形態で説明した位置算出部１１０の機能のうち、電波の到来方向に基づいて測位衛星の位置を示す第１の位置を算出する機能を備える。複数のアンテナ１３０間の相対的な位置が既知であれば、アンテナ１３０のそれぞれが受信した電波の位相差に基づいて電波の到来方向を周知の手順によって求めることができる。従って、第１算出部１１１は、電波の到来方向に基づいて、電波の送信元の測位衛星の位置を測位衛星毎に算出できる。このように算出された測位衛星の位置を天空図上に描画することで第１の位置が得られる。なお、復調部１４０は、アンテナ１３０のそれぞれで受信された電波の位相差に代えてアンテナ１３０のそれぞれにおける電波の受信時刻差を第１算出部１１１へ出力してもよい。この場合、第１算出部１１１は、当該受信時刻差に基づいて第１の位置を算出する。

第２算出部１１２は、第１及び第２の実施形態で説明した位置算出部１１０の機能のうち、測位衛星の軌道情報に基づく測位衛星の位置を示す第２の位置を算出する機能を備える。例えば、第２算出部１１２は、第２の実施形態で説明した手順により、軌道情報に基づく測位衛星の位置を示す天空図を第２の位置として算出する。

そして、判定部１２０は、第１の実施形態又は第２の実施形態で説明した手順により、第１の位置と第２の位置との比較結果に基づいて、受信された測位信号の正常性を判定する。

このような構成を備える測位装置１０２は、測位衛星からの電波の受信時のアンテナ１３０間の電波の位相差又は受信時刻差から得られる測位衛星の位置（第１の位置）を算出するとともに、軌道情報から求めた測位衛星の位置（第２の位置）を算出する。そして、測位装置１０２は、測位信号の到来方向である第１の方向と、軌道情報から求めた測位衛星の方向である第２の方向との比較結果に基づいて測位信号の正常性を判定する。従って、測位装置１０２も、測位衛星が送信する信号のなりすましを検出できる。

（第４の実施形態）
図１０は、本発明の第４の実施形態の測位装置１０３の構成例を示すブロック図である。測位装置１０３は、第３の実施形態の測位装置１０２と比較して、復調部１４０に代えて複数の復調部１４１を備える。復調部１４１はいずれも測位信号を復調する受信機であり、アンテナ１３０毎に配置される。また、測位装置１０３の位置算出部１１０Ａは、第１算出部１１１Ａ及び第２算出部１１２を備える。

アンテナ１３０は、測位信号を含む電波を受信して高周波信号に変換する。復調部１４１は、アンテナ１３０から入力された高周波信号を復調し、アンテナ１３０が受信した測位信号、及び、アンテナ１３０における電波の受信位相又は電波の受信時刻を位置算出部１１０へ出力する。

より具体的には、復調部１４１は、接続されたアンテナ１３０における電波の位相及び電波の受信時刻の少なくとも一方を求めて、測位信号とともに第１算出部１１１Ａへ出力する。さらに、復調部１４１は、アンテナ１３０から入力された高周波信号から測位信号を復調し、復調された測位信号を第２算出部１１２へ出力する。復調部１４１のそれぞれを同一の時計で制御し、アンテナ１３０のそれぞれと位置算出部１１０Ａとの間の配線の遅延を補償することで、第１算出部１１１Ａは、同一時刻における各アンテナ１３０間の位相差及び受信時刻差を得ることができる。第１算出部１１１Ａは、これらの位相差又は受信時刻差に基づいて、測位衛星の位置（第１の位置）を算出できる。

位置算出部１１０Ａにおける他の処理及び判定部１２０の処理は、第１乃至第３の実施形態のいずれかの測位装置１０２と同様としてもよい。判定部１２０は、位置算出部１１０Ａで算出された第１の位置と第２の位置との比較結果に基づいて、受信された測位信号の正常性を判定する。従って、測位装置１０３も、測位衛星が送信する信号のなりすましを検出できる。

さらに、測位装置１０３では、アンテナ１３０毎に復調部１４１が備えられているため、アンテナ１３０のそれぞれの位置が離れている場合でも、アンテナ１３０の近傍に復調部を配置できる。その結果、アンテナ１３０と復調部１４１との間の高周波信号の損失を低減できるため、測位衛星から受信した信号の品質低下を抑制できる。

（第５の実施形態）
図１１は、第５の実施形態の測位装置１０４の構成例を示すブロック図である。測位装置１０４は、指向性アンテナ１３０Ａ、復調部１４０、位置算出部１１０Ｂ及び判定部１２０を備える。位置算出部１１０Ｂは、第１算出部１１１Ｂを備える点で第３の実施形態の位置算出部１１０と相違する。指向性アンテナ１３０Ａは、受信する電波の利得が最大となる方向（以下、「受信方向」という。）を外部から制御可能なアンテナであり、例えばアレイアンテナ又はパラボラアンテナである。第１算出部１１１Ｂは、第１算出部１１１の機能に加えて、指向性アンテナ１３０Ａの受信方向の制御機能を備える。第１算出部１１１Ｂは、指向性アンテナ１３０Ａが測位衛星から受信する電波の強度が最大となる受信方向を、測位信号を含む電波の到来方向とする。なお、指向性アンテナの１３０Ａの近傍に復調部１４０を配置してもよい。測位装置１０４は、指向性アンテナ１３０Ａを用いることで、複数のアンテナ間の位相差を用いることなく電波の到来方向を知ることができる。

第１算出部１１１Ｂにおける指向性アンテナ１３０Ａの指向性の制御機能以外の処理は、第１乃至第４の実施形態のいずれかの測位装置１０２と同様である。また、第２算出部１１２及び判定部１２０の処理も、第１乃至第４の実施形態のいずれかの測位装置１０２と同様である。判定部１２０は、第１算出部１１１Ｂで算出された第１の位置と第２算出部１１２で算出された第２の位置との比較結果に基づいて、受信された測位信号の正常性を判定する。従って、測位装置１０４も、測位衛星が送信する信号のなりすましを検出できる。

（第６の実施形態）
図１２は、本発明の第６の実施形態の測位装置１０５の構成例を示すブロック図である。測位装置１０５は、第２の実施形態の測位装置１０１の構成に加えて、出力部１５０をさらに備える。

判定部１２０は、第１の位置と第２の位置との正常性の判定結果を出力する。出力部１５０は、判定部１２０が出力する判定結果を、画像及び音声の少なくとも一方で出力する出力手段の一例である。例えば、出力部１５０はディスプレイ及びスピーカの少なくとも一方を備えた端末である。出力部１５０は、判定部１２０において測位信号が正常と判定された場合には、測位信号は正常である旨をディスプレイに表示し、あるいは、測位信号は正常である旨をスピーカから音声として出力する。一方、出力部１５０は、判定部１２０において測位信号が異常であると判定された場合には、測位信号が異常である旨をディスプレイに表示し、あるいは、測位信号が異常である旨をスピーカから音声として出力する。出力部１５０からの出力は、画像及び音声に限定されない。出力部１５０は、判定部１２０の判定結果を既定の宛先へ電子メールによって送信してもよい。

このような構成を備える測位装置１０５は、測位衛星が送信する信号のなりすましを検出できるとともに、判定部１２０の判定結果をより具体的な形で報知できる。なお、出力部１５０が第１、第３、第４及び第５の実施形態のいずれかの測位装置に備えられた場合も、同様の効果が得られる。

なお、本発明の実施形態は以下の付記のようにも記載されうるが、これらには限定されない。

（付記１）
測位信号を含む電波の到来方向に基づく前記電波を送信した測位衛星の位置を示す第１の位置を算出するとともに、前記測位信号に含まれる前記測位衛星の軌道情報に基づく前記測位衛星の位置を示す第２の位置を算出する位置算出手段と、
前記第１の位置と前記第２の位置との比較結果に基づいて、受信された前記測位信号の正常性を判定する判定手段と、
を備える測位装置。

（付記２）
前記測位信号を受信するアンテナを備え、
前記測位衛星は前記アンテナで受信可能な複数の測位衛星の１つであり、
前記位置算出手段は、前記複数の測位衛星のそれぞれについて前記第１の位置及び前記第２の位置を算出し、
前記判定手段は、前記複数の測位衛星のそれぞれの前記第１の位置と前記第２の位置との比較結果に基づいて前記測位信号の正常性を前記複数の測位衛星毎に判定する、
付記１に記載された測位装置。

（付記３）
前記アンテナは複数のアンテナの１つであり、
前記位置算出手段は、前記複数のアンテナの間の前記電波の受信時の位相差及び前記電波の受信時刻差の少なくとも一方に基づいて求められた前記電波の到来方向に基づいて前記複数の測位衛星毎に前記第１の位置を算出する、付記２に記載された測位装置。

（付記４）
前記アンテナは受信方向が可変のアンテナであり、
前記位置算出手段は、前記電波の受信強度が最大となる前記アンテナの受信方向に基づいて求められた前記測位信号を含む電波の到来方向に基づいて前記複数の測位衛星毎に前記第１の位置を算出する、付記２に記載された測位装置。

（付記５）
前記第１の位置及び前記第２の位置は、前記測位衛星の天空図上の位置として表現される、付記１乃至４のいずれか１項に記載された測位装置。

（付記６）
前記判定手段は、前記第２の位置を示す天空図の操作によって前記第１の位置を示す天空図と前記第２の位置を示す天空図との一致度が高まる場合の前記操作の量に基づいて測位装置の方向及び位置の少なくとも一方の誤差を推定する、付記５に記載された測位装置。

（付記７）
前記判定手段は、前記第２の位置を示す天空図を回転させる操作によって前記一致度の極大値が得られる場合には、前記極大値が得られる際の前記第２の位置を示す天空図の回転量を、前記測位装置の方位の誤差と推定する、付記６に記載された測位装置。

（付記８）
前記判定手段は、前記第２の位置を示す天空図を相似的に拡大し又は縮小する操作によって前記一致度の極大値が得られる場合には、前記操作の前の前記第２の位置を示す天空図から求まる前記測位装置の高度と、前記極大値が得られる際の前記第２の位置を示す天空図から求まる前記測位装置の高度と、の差を前記測位装置の高度の誤差と推定する、付記６又は７に記載された測位装置。

（付記９）
前記判定手段は、前記第２の位置を示す天空図を平行移動する操作によって前記一致度の極大値が得られる場合には、前記極大値が得られるための前記第２の位置を示す天空図の平行移動量を前記測位装置の水平方向の位置の誤差と推定する、付記６乃至８のいずれか１項に記載された測位装置。

（付記１０）
前記位置算出手段は、さらに、前記測位信号から得られた疑似距離に基づいて前記第１の位置を算出する、付記１乃至９のいずれか１項に記載された測位装置。

（付記１１）
前記判定手段は、前記第１の位置と前記第２の位置との相違が所定の範囲を超えていれば前記測位信号は異常であるとの判定結果を出力する、付記１乃至１０のいずれか１項に記載された測位装置。

（付記１２）
前記電波から生成された高周波電流から前記測位信号を抽出する復調手段を備える、付記１乃至１１のいずれか１項に記載された測位装置。

（付記１３）
前記比較結果を画像及び音声の少なくとも一方で出力する出力手段を備える、付記１乃至１２のいずれか１項に記載された測位装置。

（付記１４）
前記測位信号は、ＧＮＳＳ衛星及びＳＢＡＳ衛星の少なくとも一方から送信された信号である、付記１乃至１３のいずれか１項に記載された測位装置。

（付記１５）
複数の測位衛星と、
前記複数の測位衛星からの測位信号の受信によって測位を行う付記１乃至１０のいずれか１項に記載された測位装置と、
を備える測位システム。

（付記１６）
測位信号を含む電波の到来方向に基づく前記電波を送信した測位衛星の位置を示す第１の位置を算出し、
前記測位信号に含まれる前記測位衛星の軌道情報に基づく前記測位衛星の位置を示す第２の位置を算出し、
前記第１の位置と前記第２の位置との比較結果に基づいて、受信された前記測位信号の正常性を判定する、
測位方法。

（付記１７）
アンテナによって複数の前記測位衛星から前記測位信号を受信し、
前記複数の測位衛星のそれぞれについて前記第１の位置及び前記第２の位置を算出し、
前記複数の測位衛星のそれぞれの前記第１の位置と前記第２の位置との比較結果に基づいて前記測位信号の正常性を前記複数の測位衛星毎に判定する、
付記１６に記載された測位方法。

（付記１８）
複数の前記アンテナの間の前記電波の受信時の位相差及び前記電波の受信時刻差の少なくとも一方に基づいて求められた前記電波の到来方向に基づいて前記複数の測位衛星毎に前記第１の位置を算出する、付記１７に記載された測位方法。

（付記１９）
前記電波の受信強度が最大となる前記アンテナの受信方向に基づいて求められた前記測位信号を含む電波の到来方向に基づいて前記複数の測位衛星毎に前記第１の位置を算出する、付記１７に記載された測位方法。

（付記２０）
前記第１の位置及び前記第２の位置は、前記測位衛星の天空図上の位置として表現される、付記１６乃至１９のいずれか１項に記載された測位方法。

（付記２１）
前記第２の位置を示す天空図の操作によって前記第１の位置を示す天空図と前記第２の位置を示す天空図との一致度が高まる場合の前記操作の量に基づいて測位装置の方向及び位置の少なくとも一方の誤差を推定する、付記２０に記載された測位方法。

（付記２２）
前記第２の位置を示す天空図を回転させる操作によって前記一致度の極大値が得られる場合には、前記極大値が得られる際の前記第２の位置を示す天空図の回転量を、前記測位装置の方位の誤差と推定する、付記２１に記載された測位方法。

（付記２３）
前記第２の位置を示す天空図を相似的に拡大し又は縮小する操作によって前記一致度の極大値が得られる場合には、前記操作の前の前記第２の位置を示す天空図から求まる前記測位装置の高度と、前記極大値が得られる際の前記第２の位置を示す天空図から求まる前記測位装置の高度と、の差を前記測位装置の高度の誤差と推定する、付記２１又は２２に記載された測位方法。

（付記２４）
前記第２の位置を示す天空図を平行移動する操作によって前記一致度の極大値が得られる場合には、前記極大値が得られるための前記第２の位置を示す天空図の平行移動量を前記測位装置の水平方向の位置の誤差と推定する、付記２１乃至２３のいずれか１項に記載された測位方法。

（付記２５）
さらに、前記測位信号から得られた疑似距離に基づいて前記第１の位置を算出する、付記１６乃至２４のいずれか１項に記載された測位方法。

（付記２６）
前記第１の位置と前記第２の位置との相違が所定の範囲を超えていれば前記測位信号は異常であるとの判定結果を出力する、付記１６乃至２５のいずれか１項に記載された測位方法。

（付記２７）
前記電波から生成された高周波電流から前記測位信号を抽出する、付記１６乃至２６のいずれか１項に記載された測位方法。

（付記２８）
前記比較結果を画像及び音声の少なくとも一方で出力する、付記１６乃至２７のいずれか１項に記載された測位方法。

（付記２９）
前記測位信号は、ＧＮＳＳ衛星及びＳＢＡＳ衛星の少なくとも一方から送信された信号である、付記１６乃至２８のいずれか１項に記載された測位方法。

（付記３０）
測位装置のコンピュータに、
測位信号を含む電波の到来方向に基づく前記電波を送信した測位衛星の位置を示す第１の位置を算出する手順、
前記測位信号に含まれる前記測位衛星の軌道情報に基づく前記測位衛星の位置を示す第２の位置を算出する手順、
前記第１の位置と前記第２の位置との比較結果に基づいて、受信された前記測位信号の正常性を判定する手順、
を実行させるための測位プログラムを記録した記録媒体。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

また、それぞれの実施形態に記載された構成は、必ずしも互いに排他的なものではない。本発明の構成、作用及び効果は、上述の実施形態の全部又は一部の組み合わせによって実現されてもよい。

以上の各実施形態に記載された機能及び手順は、それぞれの測位装置が備える中央処理装置（central processing unit、ＣＰＵ）がプログラムを実行することにより実現されてもよい。プログラムは、固定された一時的でない（tangible and non-transitory）記録媒体に記録される。記録媒体としては半導体メモリ又は固定磁気ディスク装置が用いられるが、これらには限定されない。ＣＰＵは例えば各実施形態の位置算出部に備えられるコンピュータである。

１０ 測位システム
１００－１０５ 測位装置
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ 位置算出部
１１１、１１１Ａ、１１１Ｂ 第１算出部
１１２ 第２算出部
１２０ 判定部
１３０ アンテナ
１３０Ａ 指向性アンテナ
１４０、１４１ 復調部
１５０ 出力部
２００ 移動体
３００ 測位衛星

Claims (9)

1. 測位信号を含む電波の到来方向に基づく前記電波を送信した測位衛星の位置を示す第１の位置を算出するとともに、前記測位信号に含まれる前記測位衛星の軌道情報に基づく前記測位衛星の位置を示す第２の位置を算出する位置算出手段と、
   前記第１の位置と前記第２の位置との比較結果に基づいて、受信された前記測位信号の正常性を判定する判定手段と、
   を備え、
   前記第１の位置及び前記第２の位置は、前記測位衛星の天空図上の位置として表現され、
   前記判定手段は、前記第２の位置を示す天空図の操作によって前記第１の位置を示す天空図と前記第２の位置を示す天空図との一致度が高まる場合の前記操作の量に基づいて測位装置の方向及び位置の少なくとも一方の誤差を推定する、
   測位装置。
2. 前記測位信号を受信するアンテナを備え、
   前記測位衛星は前記アンテナで受信可能な複数の測位衛星の１つであり、
   前記位置算出手段は、前記複数の測位衛星のそれぞれについて前記第１の位置及び前記第２の位置を算出し、
   前記判定手段は、前記複数の測位衛星のそれぞれの前記第１の位置と前記第２の位置との比較結果に基づいて前記測位信号の正常性を前記複数の測位衛星毎に判定する、
   請求項１に記載された測位装置。
3. 前記アンテナは複数のアンテナの１つであり、
   前記位置算出手段は、前記複数のアンテナの間の前記電波の受信時の位相差及び前記電波の受信時刻差の少なくとも一方に基づいて求められた前記電波の到来方向に基づいて前記複数の測位衛星毎に前記第１の位置を算出する、請求項２に記載された測位装置。
4. 前記アンテナは受信方向が可変のアンテナであり、
   前記位置算出手段は、前記電波の受信強度が最大となる前記アンテナの受信方向に基づいて求められた前記測位信号を含む電波の到来方向に基づいて前記複数の測位衛星毎に前記第１の位置を算出する、請求項２に記載された測位装置。
5. 前記判定手段は、前記第２の位置を示す天空図を回転させる操作によって前記一致度の極大値が得られる場合には、前記極大値が得られる際の前記第２の位置を示す天空図の回転量を、前記測位装置の方位の誤差と推定する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載された測位装置。
6. 前記判定手段は、前記第２の位置を示す天空図を相似的に拡大し又は縮小する操作によって前記一致度の極大値が得られる場合には、前記操作の前の前記第２の位置を示す天空図から求まる前記測位装置の高度と、前記極大値が得られる際の前記第２の位置を示す天空図から求まる前記測位装置の高度と、の差を前記測位装置の高度の誤差と推定する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載された測位装置。
7. 前記判定手段は、前記第２の位置を示す天空図を平行移動する操作によって前記一致度の極大値が得られる場合には、前記極大値が得られるための前記第２の位置を示す天空図の平行移動量を前記測位装置の水平方向の位置の誤差と推定する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載された測位装置。
8. コンピュータが、
   測位信号を含む電波の到来方向に基づく前記電波を送信した測位衛星の位置を示す第１の位置を算出し、
   前記測位信号に含まれる前記測位衛星の軌道情報に基づく前記測位衛星の位置を示す第２の位置を算出し、
   前記第１の位置と前記第２の位置との比較結果に基づいて、受信された前記測位信号の正常性を判定し、
   前記第１の位置及び前記第２の位置は、前記測位衛星の天空図上の位置として表現され、
   前記第２の位置を示す天空図の操作によって前記第１の位置を示す天空図と前記第２の位置を示す天空図との一致度が高まる場合の前記操作の量に基づいて測位装置の方向及び位置の少なくとも一方の誤差を推定する、
   測位方法。
9. 測位装置のコンピュータに、
   測位信号を含む電波の到来方向に基づく前記電波を送信した測位衛星の位置を示す第１の位置を算出する手順、
   前記測位信号に含まれる前記測位衛星の軌道情報に基づく前記測位衛星の位置を示す第２の位置を算出する手順、
   前記第１の位置と前記第２の位置との比較結果に基づいて、受信された前記測位信号の正常性を判定する判定手順、
   を実行させ、
   前記第１の位置及び前記第２の位置は、前記測位衛星の天空図上の位置として表現され、
   前記判定手順は、前記第２の位置を示す天空図の操作によって前記第１の位置を示す天空図と前記第２の位置を示す天空図との一致度が高まる場合の前記操作の量に基づいて測位装置の方向及び位置の少なくとも一方の誤差を推定する、
   測位プログラム。

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