WO2024023883A1 - 信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラム - Google Patents

Abstract

攻撃判定部（２４１）は、ビート信号（Ｓ８）から欺瞞信号による攻撃に起因するジッタを検出することにより、欺瞞信号による攻撃の有無を判定する。対策時情報算出部（２４２）は、攻撃判定部（２４１）によってジッタが検出された場合には、欺瞞信号に起因して観測される距離及び速度の情報を除去した上で、トラッキング情報（Ｓ１１）を算出する。情報選択部（２４３）は、トラッキング情報（Ｓ１１）と、ビート信号（Ｓ８）から生成されたトラッキング情報（Ｓ９）とから使用するトラッキング情報を選択する。

Description

信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラム

　本開示は、本開示は、対象物を検出するレーダの信号処理に関する。

　レーダは、対象物に電波を照射し、対象物からの反射波を測定することにより、レーダと対象物との相対距離及びレーダと対象物との相対速度などを計測するための装置である。
　ＦＭＣＷ方式は、レーダ計測の一方式である。ＦＭＣＷ方式は、安価でありながら距離及び速度を計測する能力が優れている方式である。特に、ファストＦＭＣＷ方式は、従来のスローＦＭＣＷ方式よりも高い分解能を持つ。ファストＦＭＣＷ方式は、チャープ信号の掃引時間が数マイクロ秒と比較的短い。ＦＭＣＷは、Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅの略称である。

　レーダを運用する際の欺瞞攻撃は脅威である。欺瞞攻撃は、レーダの電波に対して計測を偽装する電波を外部から挿入することによって本来存在しない物体を検出させる攻撃である。

　非特許文献１では、ファストチャープＦＭＣＷレーダの距離、速度及び角度を欺瞞する攻撃方法が提案されている。欺瞞攻撃のためには、ＳＤＲを用いた攻撃装置が使用されている。ＳＤＲは、Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｄｅｆｉｎｅｄ　Ｒａｄｉｏの略称である。

　非特許文献２では、スローチャープＦＭＣＷレーダの距離を欺瞞する攻撃方法が提案されている。欺瞞攻撃のためには、レーダボードをマイコンと組み合わせた攻撃装置が使用されている。また、精度のよい欺瞞攻撃のためには、攻撃者及び被害者のレーダボードの個体差に起因する同期ずれを吸収する必要があることが示されている。

Ｚｈｉ　Ｓｕｎ，　ｅｔ　ａｌ．　"Ｗｈｏ　ｉｓ　ｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ？　Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｌａｙｅｒ　ａｔｔａｃｋ　ａｎｄ　ｄｅｆｅｎｓｅ　ｆｏｒ　ｍｍＷａｖｅ－ｂａｓｅｄ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｉｎ　ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ．"　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｆｏｒｅｎｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ　１６（２０２１）：　３１９９―３２１４． Ｓｈｏｅｉ　Ｎａｓｈｉｍｏｔｏ，　ｅｔ　ａｌ．　"Ｌｏｗ―ｃｏｓｔ　ｄｉｓｔａｎｃｅ―ｓｐｏｏｆｉｎｇ　ａｔｔａｃｋ　ｏｎ　ＦＭＣＷ　ｒａｄａｒ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ．"　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　１１．３（２０２１）：２８９－２９８．

　非特許文献１，２には欺瞞攻撃の方法が記載されている。しかし、非特許文献１，２には、欺瞞攻撃が行われている場合に正しく対象を検出できるようにする方法については記載されていない。
　本開示は、欺瞞攻撃が行われている場合であっても、正しく対象を検出できるようにすることを目的とする。

　本開示に係る信号処理装置は、
　ビート信号から欺瞞信号による攻撃に起因するジッタを検出することにより、前記欺瞞信号による攻撃の有無を判定する攻撃判定部と、
　前記攻撃判定部によって前記ジッタが検出された場合には、前記欺瞞信号に起因して観測される距離及び速度の情報を除去した上で、トラッキング情報を算出する対策時情報算出部と
を備える。

　本開示では、欺瞞信号による欺瞞攻撃が行われている場合であっても攻撃により生じた偽の対象物を除去して物体検出できる。そのため、欺瞞攻撃が行われている場合であっても、正しく対象を検出できるようにすることが可能である。

実施の形態１に係るレーダ装置１００の構成図。 実施の形態１に係る信号処理装置２００のハードウェア構成図。 実施の形態１に係るレーダ装置１００の動作手順を示すフローチャート。 実施の形態１に係る欺瞞有無判定処理のフローチャート。 実施の形態１に係るレーダの個体差に基づく同期ずれにより攻撃検出する方法の説明図。 実施の形態１に係る第１攻撃判定処理のフローチャート。 実施の形態１に係る欺瞞数により攻撃検出する方法の説明図。 実施の形態１に係る第２攻撃判定処理のフローチャート。 実施の形態１に係る対策時情報算出処理のフローチャート。 実施の形態１に係る第２フィルタリング処理のフローチャート。 実施の形態１に係る第１フィルタリング処理のフローチャート。 実施の形態１に係る第２情報選択処理のフローチャート。 変形例１に係る欺瞞有無判定処理のフローチャート。 変形例１に係る対策時情報算出処理のフローチャート。 変形例２に係るレーダ装置１００の構成図。 変形例２に係るレーダ装置１００の動作手順を示すフローチャート。 変形例２に係る対策時情報算出処理のフローチャート。 変形例２に係る第２フィルタリング処理のフローチャート。 変形例３に係る対策時情報算出処理のフローチャート。 変形例３に係る第１フィルタリング処理のフローチャート。 変形例４に係る対策時情報算出処理のフローチャート。 変形例４に係る第２フィルタリング処理のフローチャート。

　実施の形態及び図面において、同じ要素又は対応する要素には同じ符号を付している。説明した要素と同じ符号が付された要素の説明は適宜に省略又は簡略化する。
　図中の矢印は信号の流れ、データの流れ又は処理の流れを主に示している。また、信号又はデータが複数の方向へ流れる分岐箇所に黒丸を記している。

　実施の形態１．
　＊＊＊構成の説明＊＊＊
　図１及び図２を参照して、実施の形態１に係るレーダ装置１００の構成を説明する。
　レーダ装置１００は、レーダ計測によって対象物の距離、速度及び角度を算出し、対象物をトラッキングする。対象物は、レーダ計測によって検出する対象である。対象物の距離は、レーダ装置１００から対象物までの距離である。対象物の速度は、レーダ装置１００に対する対象物の速度である。対象物の角度は、レーダ装置１００に対する対象物が存在する位置を示す水平方向及び鉛直方向の角度である。トラッキング情報は、対象物の距離、速度及び角度の時系列変化の記録である。

　レーダ装置１００は、アナログフロントエンド１１０と、信号処理装置２００と、を備える。
　アナログフロントエンド１１０は、アナログ回路である。アナログフロントエンド１１０は、波形発生器１１１と、ＶＣＯ１１２と、送信アンテナ１１３と、受信アンテナ１１４と、ミキサ１１５と、ローパスフィルタ１１６と、ＡＤＣ１１７といった回路を備える。これらの回路は、信号線を介して互いに接続されている。ＶＣＯは、電圧制御発振器（Ｖｏｌｔａｇｅ―Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｏｃｉｌｌａｔｏｒ）の略称である。ＡＤＣは、アナログ－デジタルコンバータ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の略称である。

　信号処理装置２００は、図２に示すように、プロセッサ２０１と、メモリ２０２と、入出力インタフェース２０３といったハードウェアを備えるコンピュータである。これらのハードウェアは、信号線を介して互いに接続されている。

　プロセッサ２０１は、演算処理を行うＩＣであり、他のハードウェアを制御する。例えば、プロセッサ２０１は、ＣＰＵ、ＤＳＰ又はＧＰＵである。ＩＣは、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔの略称である。ＣＰＵは、Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔの略称である。ＤＳＰは、Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒの略称である。ＧＰＵは、Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔの略称である。

　メモリ２０２は、揮発性の記憶装置と不揮発性の記憶装置との少なくともいずれかである。揮発性の記憶装置の具体例は、ＲＡＭである。不揮発性の記憶装置の具体例は、ＲＯＭ、ＨＤＤ又はフラッシュメモリである。ＲＡＭは、Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙの略称である。ＲＯＭは、Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙの略称である。ＨＤＤは、Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅの略称である。

　入出力インタフェース２０３は、入出力のためのインタフェースである。例えば、入出力インタフェース２０３は、シリアル通信インタフェースである。シリアル通信インタフェースの具体例は、ＳＰＩ、ＵＡＲＴ又はＩ２Ｃである。ＳＰＩは、Ｓｅｒｉａｌ　Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅの略称である。ＵＡＲＴは、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｒｅｃｅｉｖｅｒ　Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒの略称である。Ｉ２Ｃは、Ｉｎｔｅｒ－Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔの略称である。

　信号処理装置２００は、機能構成要素として、波形制御部２１０と、波形蓄積部２２０と、情報算出部２３０と、攻撃対策部２４０とを備える。攻撃対策部２４０は、攻撃判定部２４１と、対策時情報算出部２４２と、情報選択部２４３とを備える。信号処理装置２００の機能構成要素はソフトウェアによって実現される。

　メモリ２０２には、信号処理装置２００の機能構成要素を実現する信号処理プログラムが記憶されている。信号処理プログラムはプロセッサ２０１によって実行される。
　メモリ２０２には、さらに、ＯＳが記憶されている。ＯＳはプロセッサ２０１によって実行される。プロセッサ２０１は、ＯＳを実行しながら、信号処理プログラムを実行する。ＯＳは、Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍの略称である。

　レーダ運用プログラムの入出力データはメモリ２０２に記憶される。

　信号処理装置２００は、プロセッサ２０１を代替する複数のプロセッサを備えてもよい。

　レーダ運用プログラムは、光ディスク又はフラッシュメモリなどの不揮発性の記録媒体にコンピュータ読み取り可能に記録（格納）することができる。

　＊＊＊動作の説明＊＊＊
　図３から図１２を参照して、実施の形態１に係るレーダ装置１００の動作を説明する。
　実施の形態１に係るレーダ装置１００の動作手順は、レーダ運用方法に相当する。また、実施の形態１に係る信号処理装置１０の動作手順は、実施の形態１に係る信号処理方法に相当する。また、実施の形態１に係る信号処理装置１０の動作手順は、実施の形態１に係る信号処理プログラムによる処理の手順に相当する。

　図３を参照して、実施の形態１に係るレーダ装置１００の動作手順を説明する。
　（ステップＳ１１０：ローカル波送信処理）
　アナログフロントエンド１１０は、ローカル波Ｓ３を送信する。

　具体的には、波形制御部２１０は制御信号Ｓ１を生成し、生成した制御信号Ｓ１を出力する。波形発生器１１１は、制御信号Ｓ１に基づき、ＶＣＯ１１２を制御するランプ信号Ｓ２を出力する。ＶＣＯ１１２は、ランプ信号Ｓ２に基づく発振周波数でローカル波Ｓ３を生成し、生成したローカル波Ｓ３を出力する。

　（ステップＳ１２０：ビート信号生成処理）
　アナログフロントエンド１１０は、受信波Ｓ４を得て、ビート信号Ｓ７を生成する。

　具体的には、受信アンテナ１１４は、電波を受信波Ｓ４として受信し、受信した受信波Ｓ４を出力する。受信波Ｓ４は、対象物などに反射したローカル波Ｓ３（電波）に相当する。電波が対象物に反射した場合、電波の周波数が変化する。そのため、受信波Ｓ４には、対象物の距離及び対象物の速度に起因して生じた周波数変化の情報が含まれる。また、受信アンテナ１１４が複数本で構成される場合、各アンテナには対象物の角度に起因して生じた位相差が含まれる。

　ミキサ１１５は、受信波Ｓ４とステップＳ１１３で入力されたローカル波Ｓ３とをミキシングする。ミキシングは、信号の乗算に相当し、式１で表すことができる。
　＜式１＞
　ｃｏｓ（ｆｓｔ）・ｃｏｓ（ｆｒｔ）＝［ｃｏｓ｛（ｆｓ－ｆｒ）ｔ｝＋ｃｏｓ｛（ｆｓ＋ｆｒ）ｔ｝］／２
　ここで、「ｆｓ」はローカル波Ｓ３の周波数を表す。「ｆｒ」は受信波Ｓ４の周波数を表す。「ｃｏｓ」は余弦関数を表す。「ｔ」は時間を表す。「ｆｓ」と「ｆｒ」は、典型的には、時間の経過と共に変化する周波数を表す。具体的には、「ｆｓ」と「ｆｒ」は、チャープ信号に対応する周波数を表す。
　このミキシングによって生成される信号をミキシング信号Ｓ５と称する。ミキサ１１５は、生成したミキシング信号Ｓ５を出力する。出力されたミキシング信号Ｓ５は、ローパスフィルタ１１６に入力される。

　ローパスフィルタ１１６は、ミキシング信号Ｓ５の低周波成分以外をフィルタリングする。これによって生成される信号をフィルタ信号Ｓ６と称する。フィルタ信号Ｓ６は、ミキシング信号Ｓ５から抽出される低周波成分に相当する。すなわち、ｃｏｓ｛（ｆｓ－ｆｒ）ｔ｝成分を表す。

　ＡＤＣ１１７は、アナログ信号であるフィルタ信号Ｓ６をデジタル信号に変換する。具体的には、ＡＤＣ１１７はフィルタ信号Ｓ６を量子化する。これによって生成されるデジタル信号をビート信号Ｓ７と称する。

　（ステップＳ１３０：波形蓄積処理）
　波形蓄積部２２０は、ビート信号Ｓ７をフレーム単位でメモリ２０２に蓄積する。蓄積されたビート信号Ｓ７は、フレーム単位のビート信号Ｓ８として扱われる。したがって、ビート信号Ｓ８は、サンプル時間×波形数×アンテナ数の次元を持つ信号である。

　（ステップＳ１４０：情報算出処理）
　情報算出部２３０は、ビート信号Ｓ８に基づいて対象物の距離、速度及び角度を算出し、トラッキング情報Ｓ９を出力する。これは、通常のＦＭＣＷレーダ信号の処理方法である。
　具体的には、情報算出部２３０は、ビート信号Ｓ８に対して２Ｄ－ＦＦＴを行うことによってＲＤマップを算出し、対象物の距離と対象物の速度とを算出する。さらに、情報算出部２３０は、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ法などの角度推定アルゴリズムにより角度を算出する。さらに、情報算出部２３０は、Ｋａｌｍａｎフィルタなどのトラッキングアルゴリズムにより、算出された距離、速度及び角度情報を用いて、対象物のトラッキング情報Ｓ９を出力する。２Ｄ－ＦＦＴは、２　Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ　Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍの略称である。ＲＤマップは、Ｒａｎｇｅ―Ｄｏｐｐｌｅｒマップを表す。ＲＤマップは、レンジビン×ドップラビン×アンテナ数の次元を持つ。

　（ステップＳ１５０：欺瞞有無判定処理）
　攻撃判定部２４１は、ビート信号Ｓ８に基づいて欺瞞攻撃の有無を判定し、攻撃判定結果Ｓ１０を出力する。ステップＳ１５０の処理の詳細は後述する。
　攻撃判定結果Ｓ１０が欺瞞攻撃が有ることを示す場合、処理はステップＳ１７０に進む。攻撃判定結果Ｓ１０が欺瞞攻撃が無いことを示す場合、処理はステップＳ１６０に進む。

　（ステップＳ１６０：第１情報選択処理）
　情報選択部２４３は、ステップＳ１４０で算出されたトラッキング情報Ｓ９を選択する。

　（ステップＳ１７０：対策時情報算出処理）
　対策時情報算出部２４２は、攻撃判定結果Ｓ１０に基づいて対象物の距離、速度及び角度を算出し、トラッキング情報Ｓ１１を出力する。ステップＳ１７０の処理の詳細は後述する。

　（ステップＳ１８０：第２情報選択処理）
　情報選択部２４３は、トラッキング情報Ｓ９及びトラッキング情報Ｓ１０を基に、最終的なトラッキング情報を選択する。ステップＳ１８０の処理の詳細は後述する。

　（ステップＳ１９０：情報記録処理）
　情報選択部２４３は、トラッキング情報をメモリ２０２に記録する。トラッキング情報の記録は、履歴情報として一定期間の情報を持つ。例えば、情報選択部２４３は、リングバッファ形式で記録し、有限なメモリを利用して一定期間の記録を保持し続けるような方式でもよい。

　図４を参照して、実施の形態１に係る欺瞞有無判定処理（図３のステップＳ１５０）を説明する。
　攻撃判定部２４１は、２つの攻撃特徴を捉えることにより、欺瞞攻撃の有無を判定する。１つの攻撃特徴は、レーダの個体差に基づく同期ずれである。もう１つの攻撃特徴は、欺瞞に成功したチャープ数（欺瞞数）である。

　（ステップＳ１５１：第１攻撃判定処理）
　攻撃判定部２４１は、レーダの個体差に基づく同期ずれにより、記欺瞞信号による攻撃の有無を判定する。具体的には、攻撃判定部２４１は、欺瞞攻撃に起因するジッタを検出することにより、記欺瞞信号による攻撃の有無を判定する。
　攻撃有りと判定された場合、処理はＳ１５５に進み、攻撃判定部２４１は攻撃有り（１）と判定する。攻撃無しと判定された場合、処理はＳ１５２に進む。
　ステップＳ１５１の処理の詳細は後述する。

　（ステップＳ１５２：第２攻撃判定処理）
　攻撃判定部２４１は、欺瞞数により、欺瞞信号による攻撃の有無を判定する。具体的には、攻撃判定部２４１は、欺瞞信号の切れ目を検出することにより、欺瞞信号による攻撃の有無を判定する。
　攻撃有りと判定された場合、処理はＳ１５４に進み、攻撃判定部２４１は攻撃有り（２）と判定する。攻撃無しと判定された場合、処理はＳ１５３に進み、攻撃判定部２４１は攻撃無しと判定する。
　ステップＳ１５２の処理の詳細は後述する。

　図５を参照して、実施の形態１に係るレーダの個体差に基づく同期ずれにより攻撃検出する方法を説明する。
　図５は、ビート信号Ｓ８をＲａｎｇｅ―ＦＦＴした時のエネルギーの大きな周波数の波形ごとの変化を表したものである。対象物からの反射信号は、対象物が移動している場合であっても、１フレーム内では大きく変化しないことから、傾きが０の直線状に見える。一方で、欺瞞信号の場合、同期ずれは掃引時間の違いとして現れることから、１波形ごとに徐々に距離が変化していくように見える。したがって、傾きを伴った直線状に見える。Ｒａｎｇｅ－ＦＦＴは、時間方向にＦＦＴする操作を表す。
　以上の攻撃特徴を捉える処理が第１攻撃判定処理（図４のステップＳ１５１）である。

　図６を参照して、実施の形態１に係る第１攻撃判定処理（図４のステップＳ１５１）を説明する。
　（ステップＳ１５１１：レンジスペクトル算出処理）
　攻撃判定部２４１は、ビート信号Ｓ８に対して、Ｒａｎｇｅ－ＦＦＴを適用し、レンジスペクトルを算出する。算出されたレンジスペクトルは、レンジビン数×波形数の次元を持つ信号である。

　（ステップＳ１５１２：周波数ピーク算出処理）
　攻撃判定部２４１は、ステップＳ１５１１で算出したレンジスペクトルに対し、波形ごとに周波数ピークを算出する。ここで算出される周波数ピークは、対象物又は欺瞞信号に含まれる欺瞞物ごとに出現する。

　（ステップＳ１５１３：傾き算出処理）
　攻撃判定部２４１は、周波数ピークに対して線形回帰を適用し、傾きを求める。複数の周波数ピークが観測される場合は、それぞれをＤＢＳＣＡＮなどのアルゴリズムによりクラスタリングした後で線形回帰を適用する。
　つまり、攻撃判定部２４１は、波形ごとの周波数ピークを波形数の一次関数で表した場合の傾きを算出する。すなわち、攻撃判定部２４１は、周波数ピークをｙ、波形数をｘとしたときに、ｙ＝ａｘ＋ｂという式にフィッティングし、傾きａを求める。ＤＢＳＣＡＮは、Ｄｅｎｓｉｔｙ―Ｂａｓｅｄ　Ｓｐａｔｉａｌ　Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｗｉｔｈ　Ｎｏｉｓｅの略称である。

　求めた傾きが傾き閾値を超えた場合、すなわち、時間変化に伴って距離の変化が観測された場合、処理はステップＳ１５１５に進み、攻撃判定部２４１は攻撃有りと判定する。つまり、攻撃判定部２４１は、求めた傾きが傾き閾値を超えた場合、欺瞞攻撃に起因するジッタが検出されたと認定して、攻撃有りと判定する。
　傾きが傾き閾値以下である場合、処理はステップＳ１５１４に進み、攻撃判定部２４１は攻撃無しと判定する。つまり、攻撃判定部２４１は、求めた傾きが傾き閾値以下である場合、欺瞞攻撃に起因するジッタが検出されなかったと認定して、攻撃無しと判定する。

　図７を参照して、実施の形態１に係る欺瞞数により攻撃検出する方法を説明する。
　図７は、ビート信号Ｓ８をＲａｎｇｅ―ＦＦＴした時のエネルギーの大きな周波数の波形ごとの変化を表したものである。対象物からの反射信号は、一連のフレームで常に観測され続ける。一方で、欺瞞信号は、すべてのチャープの欺瞞に失敗し、途中から信号が消失することがある。あるいは、途中のチャープから信号が発生することがある。
　以上の攻撃特徴を捉える処理が第２攻撃判定処理（図４のステップＳ１５２）である。

　図８を参照して、実施の形態１に係る第２攻撃判定処理（図４のステップＳ１５２）を説明する。
　（ステップＳ１５２１：レンジスペクトル算出処理）
　攻撃判定部２４１は、ビート信号Ｓ８に対して、Ｒａｎｇｅ－ＦＦＴを適用し、レンジスペクトルを算出する。算出されたレンジスペクトルは、レンジビン数×波形数×アンテナ数の次元を持つ信号である。

　（ステップＳ１５２２：差分算出処理）
　攻撃判定部２４１は、隣接する波形間でのレンジスペクトルの差分を算出する。
　算出したレンジスペクトルを、Ｘ［レンジビン］［波形］［アンテナ番号］と表現すると、求める差分は、Ｘ＿ＤＩＦＦ←Ｘ［：］［ｉ］［：］－Ｘ［：］［ｉ＋１］［：］と表すことができる。ここで、ｉは、１～波形数－１までの整数であり、［：］はその次元の全データを表す。

　攻撃判定部２４１は、隣接スペクトルの差分をｉ＝１～波形数－１まで全て確認し、差分の絶対値が差分閾値を超えたかどうかを判定する。すなわち、攻撃判定部２４１は、急に信号が消失あるいは出現した場合にはスペクトルとして大きな変化が観測されることになる。攻撃判定部２４１は、大きな変化が観測されることをもって攻撃と判定する。
　差分の絶対値が差分閾値を超えた場合、処理はステップＳ１５２４に進み、攻撃判定部２４１は攻撃有りと判定する。つまり、攻撃判定部２４１は、差分の絶対値が差分閾値を超えた場合、欺瞞信号の切れ目が検出されたと認定して、攻撃有りと判定する。
　差分の絶対値が差分閾値以下である場合、処理はＳ１５２３に進み、攻撃判定部２４１は攻撃無しと判定する。つまり、攻撃判定部２４１は差分の絶対値が差分閾値以下である場合、欺瞞信号の切れ目が検出されなかったと認定して、攻撃無しと判定する。

　図９を参照して、実施の形態１に係る対策時情報算出処理（図３のステップＳ１７０）を説明する。
　攻撃判定部２４１は、２種類の攻撃特徴から攻撃を検出する。そのため、対策時情報算出部２４２は、どちらの攻撃特徴で攻撃有りと判定されたかを確認する。攻撃有り（１）の場合、物理特徴に基づく検出であるため、処理はステップＳ１７３に進む。
攻撃有り（１）でない場合、攻撃有り（２）であることが確定する。攻撃有り（２）の場合、欺瞞数に基づく検出であるため、処理はステップＳ１７１に進む。

　（ステップＳ１７１：第１フィルタリング処理）
　対策時情報算出部２４２は、欺瞞信号の区切りに基づき、ビート信号Ｓ８をフィルタリングする。ステップＳ１７１の処理の詳細は後述する。

　（ステップＳ１７２：マップ算出処理）
　対策時情報算出部２４２は、ステップＳ１７１でフィルタリングされたビート信号Ｓ８からＲＤマップを算出する。

　（ステップＳ１７３：第２フィルタリング処理）
　対策時情報算出部２４２は、同期ずれに基づき、ステップＳ１４０で算出されたＲＤマップをフィルタリングする。ステップＳ１７３の処理の詳細は後述する。

　（ステップＳ１７４：情報算出処理）
　対策時情報算出部２４２は、ステップＳ１７２又はステップＳ１７３で得られたＲＤマップに基づいて距離、速度及び角度を算出し、トラッキング情報を生成する。ＲＤマップからトラッキング情報を生成する処理は、図３のステップＳ１４０の処理と同じである。

　図１０を参照して、実施の形態１に係る第２フィルタリング処理（図９のステップＳ１７３）を説明する。
　（ステップＳ１７３１：速度算出処理）
　対策時情報算出部２４２は、図６のステップＳ１５１３で算出された傾きに起因して観測される速度を算出する。１チャープの送信に掛かる時間は、掃引時間Ｔｓである。すなわち、傾きは、単位時間当たりの距離変化であるから、そのまま速度である。ここでは、対策時情報算出部２４２は、波形数から時間への変換により、傾きａから速度を得る。すなわち、対策時情報算出部２４２は、ａ÷Ｔｓにより速度を得る。また、対策時情報算出部２４２は、この速度を最も近いドップラビンに変換する。

　（ステップＳ１７３２：距離算出処理）
　対策時情報算出部２４２は、図６のステップＳ１５１２で算出された周波数ピークの値から距離を算出する。すなわち、対策時情報算出部２４２は、先述の傾きをもつ信号に起因する周波数ピークが表すレンジビンを特定する。

　（ステップＳ１７３３：信号除去処理）
　対策時情報算出部２４２は、ステップＳ１４０で算出されたＲＤマップから、欺瞞信号に起因するレンジビン及びドップラビンを持つ周波数を除外する。つまり、対策時情報算出部２４２は、ステップＳ１４０で算出されたＲＤマップから、ステップＳ１７３２で特定されたレンジビン及びステップＳ１７３１で特定されたドップラビンを持つ周波数を除外する。
　例えば、対策時情報算出部２４２は、対応するレンジビン及びドップラビンの近辺の信号を無効な値とする。これは、式２のように表すことができる。
　＜式２＞
　ＲＤ［Ｒ－Ｒｏｆｓ：Ｒ＋Ｒｏｆｓ］［Ｄ－Ｄｏｆｓ：Ｄ＋Ｄｏｆｓ］［：］←Ｎ／Ａ
　Ｒ及びＤは、欺瞞信号に起因する欺瞞信号に対応するレンジビン番号、ドップラビン番号を表す。Ｒｏｆｓ及びＤｏｆｓはフィルタするサイズを表す。また、Ｎ／Ａは無効な値を示す。例えば、Ｎ／Ａとして、ＲＤマップの最小値を与えることができる。

　図１１を参照して、実施の形態１に係る第１フィルタリング処理（図９のステップＳ１７１）を説明する。
　対策時情報算出部２４２は、攻撃検出の際にステップＳ１５２２において計算されたレンジスペクトル差分を再度確認し、差分が０より大きいか否かを判定する。すなわち、対策時情報算出部２４２は、時間的に古いスペクトルと新しいスペクトルとで、どちらが大きくて差分が生じたかを確認する。図７のように、フレームの後半で信号が消失する場合、差分は０よりも大きくなる。
　差分が０より大きい場合、処理はステップＳ１７１２に進む。差分が０以下の場合、処理はステップＳ１７１１に進む。

　（ステップＳ１７１１：第１削除処理）
　対策時情報算出部２４２は、差分が観測された波形数以降の波形数に対応するビート信号をビート信号Ｓ８から削除する。すなわち、対策時情報算出部２４２は、攻撃の影響を受けたビート信号のみを削除する。

　（ステップＳ１７１２：第２削除処理）
　対策時情報算出部２４２は、差分が観測された波形数以前の波形数に対応するビート信号をビート信号Ｓ８から削除する。すなわち、対策時情報算出部２４２は、攻撃の影響を受けたビート信号のみを削除する。

　図１２を参照して、実施の形態１に係る第２情報選択処理（図３のステップＳ１８０）を説明する。
　（ステップＳ１８１：履歴比較処理）
　情報選択部２４３は、以前にステップＳ１９０で記録されたトラッキング情報の履歴と、ステップＳ１７０で出力されたトラッキング情報Ｓ１１とを比較する。以前にステップＳ１９０で記録されたトラッキング情報の履歴は、例えば、前回のステップＳ１９０で記録されたトラッキング情報である。
　差分がある場合、処理はステップＳ１８２に進む。差分が無い場合、処理はステップＳ１８３に進む。

　（ステップＳ１８２：第１採用処理）
　情報選択部２４３は、トラッキング情報Ｓ９を採用する。すなわち、情報選択部２４３は、これまで見えていた対象物が対策によるフィルタリングで消されたと判断し、対策を適用せずにビート信号Ｓ８から直接算出したトラッキング情報Ｓ９を採用する。

　（ステップＳ１８３：第２採用処理）
　情報選択部２４３は、トラッキング情報Ｓ１１を採用する。すなわち、情報選択部２４３は、これまで存在しなかった欺瞞信号が対策によるフィルタリングで除外できたと判断し、対策を適用して算出したトラッキング情報Ｓ１１を採用する。

　＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
　以上のように、実施の形態１に係る信号処理装置２００は、従来のＦＭＣＷ方式の枠組みの中で、ビート信号から情報抽出を行う信号処理を工夫する。

　具体的には、情報算出部２３０は、フレーム単位のビート信号Ｓ８に基づいてトラッキング情報Ｓ９を算出する。同時に、攻撃判定部２４１は、フレーム単位のビート信号Ｓ８に基づいて攻撃判定を行い、攻撃判定結果Ｓ１０を生成する。攻撃判定結果Ｓ１０に基づいて対策時情報算出部２４２はフィルタリングされたＲＤマップを生成し、欺瞞信号を除外した上でトラッキング情報Ｓ１１を算出する。情報選択部２４３は、対策の有無で二種類の方法で算出されたトラッキング情報Ｓ９及びトラッキング情報Ｓ１１を利用して、これまでのトラッキング情報履歴を参照して対策を悪用する攻撃を検出し、適切なトラッキング情報を出力する。

　攻撃判定部２４１は、欺瞞信号による攻撃ではレーダ個体差に基づく同期ずれが存在すること、あるいは１フレーム全体を欺瞞することに失敗する可能性があることを利用して、攻撃検出を行う。そして、対策時情報算出部２４２は、攻撃が検出されると、欺瞞信号をＲＤマップから除外する。すなわち、欺瞞攻撃を検出して対策することができる。

　情報選択部２４３は、これまでのトラッキング情報履歴には存在していたが、対策を適用することで消失する対象物が存在するかを判定し、適切なトラッキング情報を出力する。すなわち、対策によるフィルタリングを悪用して存在していた対象物を除去する対策を悪用した攻撃を検出して対策することができる。

　＊＊＊他の構成＊＊＊
　＜変形例１＞
　変形例１として、同期ずれに基づく検出のみを実施してもよい。
　変形例１に係るレーダ装置１００の構成は、図１に示す通りである。図１３は、変形例１に係る欺瞞有無判定処理（図３のステップＳ１５０）を表す。変形例１に係るレーダ装置１００は、同期ずれに基づき攻撃の有無を判定する。これに伴い、図１４に示す通り、対策時情報算出処理（図３のステップＳ１７０）では、同期ずれに基づきＲＤマップをフィルタリングする処理のみが実行される。

　＜変形例２＞
　変形例２として、同期ずれに基づき攻撃が検出された場合に、欺瞞信号に起因した情報をトラッキング情報から除外してもよい。
　図１５は、変形例２に係るレーダ装置１００の構成を示す。対策時情報算出部２４２の入力としてトラッキング情報Ｓ９が与えられている点が図１と異なる。これに伴い、レーダ装置１００の動作手順は、図１６に示すように変更される。図１６では、図３のステップＳ１７０の処理が、ステップＳ２７０の処理に変更されている。ステップ２７０において、対策時情報算出部２４２は、ビート信号Ｓ８と攻撃判定結果Ｓ１０とトラッキング情報Ｓ９とに基づいてトラッキング情報Ｓ１１を生成する。

　図１７を参照して、変形例２に係る対策時情報算出処理（図１６のステップ２７０）を説明する。
　ステップＳ１７１からステップＳ１７２と、ステップＳ１７４との処理は、実施の形態１に係る対策時情報算出処理（図３のステップ１７０）と同じである。ステップ２７３において、対策時情報算出部２４２は、同期ずれに基づきトラッキング情報をフィルタリングする。

　図１８を参照して、変形例２に係る第２フィルタリング処理（図１７のステップＳ２７３）を説明する。
　ステップＳ１７３１からステップＳ１７３２の処理は、実施の形態１に係る第２フィルタリング処理（図９のステップＳ１７３）と同じである。
　ステップＳ２７３３において、対策時情報算出部２４２は、トラッキング情報Ｓ９から、検出された欺瞞信号に対応する距離及び速度のトラッキング情報を除外する。例えば、対策時情報算出部２４２は、トラッキング情報として距離、速度及び角度を使用している場合、距離及び速度が一致したすべてのトラッキング情報を除外する。

　＜変形例３＞
　変形例３として、欺瞞数に基づき攻撃が検出された場合もＲＤマップをフィルタリングしてもよい。図１９は、変形例３に係る対策時情報算出処理（図３のステップＳ１７０）を表す。ステップＳ１７３からステップＳ１７４の処理は、実施の形態１に係る対策時情報算出処理（図３のステップ１７０）と同じである。ステップ２７１では、対策時情報算出部２４２は、欺瞞信号の区切りに基づき、ステップＳ１４０で算出されたＲＤマップをフィルタリングする。

　図２０を参照して、変形例３に係る第１フィルタリング処理（図１９のステップ２７１）を説明する。
　まず、ステップ１７１と同様に、攻撃検出の際にステップＳ１５２２において計算されたレンジスペクトル差分を再度確認し、差分が０より大きいか否かを判定する。差分が０より大きい場合、処理はステップＳ２７１２に進む。差分が０以下の場合、処理はステップＳ２７１１に進む。

　（ステップＳ２７１１：第１削除処理）
　対策時情報算出部２４２は、差分が観測された波形数以前の波形数に対応するビート信号をビート信号Ｓ８から削除する。すなわち、対策時情報算出部２４２は、攻撃の影響を受けていないビート信号のみを削除する。この動作は、ステップＳ１７１１に対して、削除する信号が逆転した処理となっている。

　（ステップＳ２７１２：第２削除処理）
　対策時情報算出部２４２は、差分が観測された波形数以降の波形数に対応するビート信号をビート信号Ｓ８から削除する。すなわち、対策時情報算出部２４２は、攻撃の影響を受けていないビート信号のみを削除する。この動作は、ステップＳ１７１２に対して、削除する信号が逆転した処理となっている。

　続く処理は、ステップＳ１５１及びステップＳ１７３の処理と同じである。すなわち、対策時情報算出部２４２は、距離の変化から欺瞞信号に対応する距離と速度を算出し、ＲＤマップから対応する周波数をフィルタリングする。

　＜変形例４＞
　変形例４として、同期ずれに基づき攻撃が検出された場合もビート信号をフィルタリングしてもよい。図２１は、変形例４に係る対策時情報算出処理（図３のステップＳ１７０）を表す。ステップＳ１７１からステップＳ１７２と、ステップＳ１７４との処理は、実施の形態１に係る対策時情報算出処理（図３のステップ１７０）と同じである。ステップ４７３では、対策時情報算出部２４２は、同期ずれに基づき、ビート信号Ｓ８をフィルタリングする。

　図２２を参照して、変形例４に係る第２フィルタリング処理（図２１のステップＳ４７３）を説明する。
　ステップＳ１７３１からステップＳ１７３２の処理は、実施の形態１に係る第２フィルタリング処理（図９のステップＳ１７３）と同じである。ステップＳ４７３３では、対策時情報算出部２４２は、欺瞞信号に対応する距離及び速度の周波数をビート信号からフィルタリングすることで除外する。例えば、対策時情報算出部２４２は、欺瞞信号に対応するレンジビンを持つ周波数をサンプル時間方向にノッチフィルタでフィルタリングし、欺瞞信号に対応するドップラビンを持つ周波数を波形方向にノッチフィルタでフィルタリングする。

　＜変形例５＞
　実施の形態１では、各機能構成要素がソフトウェアで実現された。しかし、変形例５として、各機能構成要素はハードウェアで実現されてもよい。この変形例５について、実施の形態１と異なる点を説明する。

　各機能構成要素がハードウェアで実現される場合には、信号処理装置１０は、プロセッサ２０１とメモリ２０２とに代えて、電子回路を備える。電子回路は、各機能構成要素と、メモリ２０２との機能とを実現する専用の回路である。

　電子回路としては、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡが想定される。ＧＡは、Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙの略である。ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔの略である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙの略である。
　各機能構成要素を１つの電子回路で実現してもよいし、各機能構成要素を複数の電子回路に分散させて実現してもよい。

　＜変形例６＞
　変形例６として、一部の各機能構成要素がハードウェアで実現され、他の各機能構成要素がソフトウェアで実現されてもよい。

　プロセッサ２０１とメモリ２０２と電子回路とを処理回路という。つまり、各機能構成要素の機能は、処理回路により実現される。

　なお、以上の説明における「部」を、「回路」、「工程」、「手順」、「処理」又は「処理回路」に読み替えてもよい。

　以上、本開示の実施の形態及び変形例について説明した。これらの実施の形態及び変形例のうち、いくつかを組み合わせて実施してもよい。また、いずれか１つ又はいくつかを部分的に実施してもよい。なお、本開示は、以上の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、送信アンテナ１１３と受信アンテナ１１４とをそれぞれ複数個持つＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ－Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉ－Ｏｕｔｐｕｔ）レーダであってもよい。また、その場合、ローパスフィルタ１０５とＡＤＣ１０６とが受信アンテナ１１４の個数分だけ存在していてもよい。

　１００　レーダ装置、１１０　アナログフロントエンド、１１１　波形発生器、１１２　ＶＣＯ、１１３　送信アンテナ、１１４　受信アンテナ、１１５　ミキサ、１１６　ローパスフィルタ、１１７　ＡＤＣ、２００　信号処理装置、２０１　プロセッサ、２０２　メモリ、２０３　入出力インタフェース、２１０　波形制御部、２２０　波形蓄積部、２３０　情報算出部、２４０　攻撃対策部、２４１　攻撃判定部、２４２　対策時情報算出部、２４３　情報選択部。

Claims (14)

1. 　ビート信号から欺瞞信号による攻撃に起因するジッタを検出することにより、前記欺瞞信号による攻撃の有無を判定する攻撃判定部と、
   　前記攻撃判定部によって前記ジッタが検出された場合には、前記欺瞞信号に起因して観測される距離及び速度の情報を除去した上で、トラッキング情報を算出する対策時情報算出部と
   を備える信号処理装置。
2. 　前記攻撃判定部は、前記ビート信号のレンジスペクトルについて波形ごとの周波数ピークを波形数の一次関数で表した場合の傾きが傾き閾値を超えた場合に、前記ジッタが検出されたと認定する
   請求項１に記載の信号処理装置。
3. 　前記攻撃判定部は、前記ビート信号から前記欺瞞信号の切れ目を検出することにより、前記欺瞞信号による攻撃の有無を判定し、
   　前記対策時情報算出部は、前記切れ目が検出された場合には、前記ビート信号から攻撃の影響が無い部分のみを抽出して前記トラッキング情報を算出する
   請求項１又は２に記載の信号処理装置。
4. 　前記攻撃判定部は、前記ビート信号のレンジスペクトルについての隣接する波形間での差分の絶対値が差分閾値を超えた場合に、前記切れ目が検出されたと認定する
   請求項３に記載の信号処理装置。
5. 　前記対策時情報算出部は、前記ジッタが検出された場合には、前記欺瞞信号に起因して観測される距離及び速度の情報を前記ビート信号から生成されたＲＤ（Ｒａｎｇｅ―Ｄｏｐｐｌｅｒ）マップから除去した上で、前記トラッキング情報を算出する
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の信号処理装置。
6. 　前記対策時情報算出部は、前記ジッタが検出された場合には、前記ビート信号から生成されたトラッキング情報から、前記欺瞞信号に起因して観測される距離及び速度を持つ対象物を除外する
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の信号処理装置。
7. 　前記対策時情報算出部は、前記ジッタが検出された場合には、前記欺瞞信号に起因して観測される距離及び速度の情報を前記ビート信号から除去した上で、前記トラッキング情報を算出する
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の信号処理装置。
8. 　前記攻撃判定部は、前記ビート信号から前記欺瞞信号の切れ目を検出することにより、前記欺瞞信号による攻撃の有無を判定し、
   　前記対策時情報算出部は、前記切れ目が検出された場合には、前記ビート信号のうち攻撃の影響があるビート信号のみを利用して、前記欺瞞信号に起因して観測される距離及び速度の情報を算出し、算出された距離及び速度の情報を除去した上でトラッキング情報を算出する
   請求項１又は２に記載の信号処理装置。
9. 　前記信号処理装置は、さらに、
   　トラッキング情報の履歴を参照して、前記対策時情報算出部によって算出されたトラッキング情報と、前記ビート信号から直接算出されたトラッキング情報とから採用するトラッキング情報を選択する情報選択部
   を備える請求項１から８までのいずれか１項に記載の信号処理装置。
10. 　前記情報選択部は、前記トラッキング情報の履歴に存在する対象物が、前記対策時情報算出部によって算出されたトラッキング情報には存在しない場合に、前記ビート信号から直接算出されたトラッキング情報を選択する
    請求項９に記載の信号処理装置。
11. 　コンピュータが、ビート信号から欺瞞信号による攻撃に起因するジッタを検出することにより、前記欺瞞信号による攻撃の有無を判定し、
    　コンピュータが、前記ジッタが検出された場合には、前記欺瞞信号に起因して観測される距離及び速度の情報を除去した上で、トラッキング情報を算出する信号処理方法。
12. 　ビート信号から欺瞞信号による攻撃に起因するジッタを検出することにより、前記欺瞞信号による攻撃の有無を判定する攻撃判定処理と、
    　前記攻撃判定処理によって前記ジッタが検出された場合には、前記欺瞞信号に起因して観測される距離及び速度の情報を除去した上で、トラッキング情報を算出する対策時情報算出処理と
    を行う信号処理装置としてコンピュータを機能させる信号処理プログラム。
13. 　ビート信号から欺瞞信号の切れ目を検出することにより、欺瞞信号による攻撃の有無を判定する攻撃判定部と、
    　前記攻撃判定部によって前記切れ目が検出された場合には、前記ビート信号から攻撃の影響が無い部分のみを抽出してトラッキング情報を算出する対策時情報算出部と
    を備える信号処理装置。
14. 　ビート信号から欺瞞信号の切れ目を検出することにより、欺瞞信号による攻撃の有無を判定する攻撃判定部と、
    　前記攻撃判定部によって前記切れ目が検出された場合には、前記ビート信号のうち攻撃の影響があるビート信号のみを利用して、前記欺瞞信号に起因して観測される距離及び速度の情報を算出し、算出された距離及び速度の情報を除去した上でトラッキング情報を算出する対策時情報算出部と
    を備える信号処理装置。

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