JP6357809B2 - 受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、衛星信号を受信する受信装置、および衛星信号認証方法に関する。

従来、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星等から送信された衛星信号を受信して、測位や測時を行う受信装置が知られている。このような受信装置の中には、例えば、スプーフィングと呼ばれる偽物の衛星信号を発生させる妨害行為等の対策として、受信した衛星信号が衛星から送信された正当な信号であるかを判定するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１のモバイル端末は、複数の衛星等のソースから位置特定値データを受信し、受信した位置特定値データを比較する。そして、比較結果に基づいて、信頼性が低い位置特定値データを破棄している。

特表２０１３−５２９２８９号公報

しかしながら、複数のソースから受信した位置特定値データを比較するには、１つの衛星信号の認証を行う場合であっても、複数の衛星信号を受信してデコード（復調）する必要があり、衛星信号の正当性の判定に時間がかかってしまうという問題があった。

本発明の目的は、短時間で衛星信号を認証できる受信装置、および衛星信号認証方法を提供することにある。

本形態の受信装置は、サーバーから衛星の軌道情報を取得する軌道情報取得部と、衛星信号を受信する衛星信号受信部と、前記軌道情報を用いて、前記衛星信号が、衛星から送信された正当な信号か否かを判定する信号認証部と、を備える。

本形態によれば、軌道情報取得部は、サーバーから衛星の軌道情報を取得する。そして、信号認証部は、軌道情報を用いて、衛星信号が正当な信号か否かを判定する。
衛星信号が正当な衛星信号でない場合には、サーバーから取得した軌道情報と、衛星信号から得られる情報とが不整合である可能性が高い。このため、信号認証部は、軌道情報を用いることで、受信した衛星信号が衛星から送信された正当な信号か否かを判定する。
これによれば、例えば、１つの衛星信号の認証を行う場合には、少なくとも１つの衛星信号をデコードすればよいので、複数の衛星信号をデコードし、得られたデータを比較して衛星信号の正当性を判定する場合と比べて、衛星信号の認証にかかる時間を短縮できる。

本形態の受信装置において、前記信号認証部は、前記衛星信号から放送暦を取得する放送暦取得部と、前記軌道情報に基づいて衛星位置を算出する第１位置算出部と、前記放送暦に基づいて衛星位置を算出する第２位置算出部と、前記第１位置算出部が算出した衛星位置と、前記第２位置算出部が算出した衛星位置とを比較して、前記衛星信号が正当な信号か否かを判定する位置判定部と、を備えることが好ましい。

放送暦は、測位用衛星から送信される、各衛星の軌道情報（エフェメリス）である。
サーバーから受信した軌道情報は、放送暦（エフェメリス）とデータ形式が異なる場合があるため、軌道情報と放送暦とを直接比較することができないことがある。衛星位置は、データ形式によらずに比較できるため、本形態によれば、例えば、サーバーから受信した軌道情報のデータ形式が放送暦のデータ形式と異なる場合にも、衛星信号を認証できる。

本形態の受信装置において、前記信号認証部は、前記軌道情報に基づいて衛星位置を算出する位置算出部と、前記衛星位置、および、予め記憶している前記受信装置の位置情報に基づいて、前記受信装置から前記衛星までの距離を算出する距離算出部と、前記衛星信号の伝搬時間に基づいて、擬似距離を算出する擬似距離算出部と、前記距離算出部が算出した距離と、前記擬似距離とを用いて、前記衛星信号が正当な信号か否かを判定する距離判定部と、を備えることが好ましい。

本形態によれば、放送暦を用いなくても正当な信号か否かの判定が可能である。このため、例えば、正当でない衛星信号の放送暦が正当な衛星信号の放送暦と同じ場合であっても、衛星信号が正当な信号か否かを判定できる。

本形態の受信装置において、前記信号認証部は、第１信号認証部および第２信号認証部を備え、前記第１信号認証部は、前記衛星信号から放送暦を取得する放送暦取得部と、前記軌道情報に基づいて衛星位置を算出する第１位置算出部と、前記放送暦に基づいて衛星位置を算出する第２位置算出部と、前記第１位置算出部が算出した衛星位置と、前記第２位置算出部が算出した衛星位置とを比較して、前記衛星信号が正当な信号か否かを判定する位置判定部と、を備え、前記第２信号認証部は、前記第１信号認証部が前記衛星信号が正当な信号であると判定した場合に動作し、前記第１位置算出部が算出した衛星位置、および、予め記憶している前記受信装置の位置情報に基づいて、前記受信装置から前記衛星までの距離を算出する距離算出部と、前記衛星信号の伝搬時間に基づいて、擬似距離を算出する擬似距離算出部と、前記距離算出部が算出した距離と、前記擬似距離とを用いて、前記衛星信号が正当な信号か否かを判定する距離判定部と、を備えることが好ましい。

本形態によれば、第１信号認証部で、衛星信号が正当な信号であると判定された場合に、第２信号認証部は、衛星信号の認証を行う。
これによれば、正当でない衛星信号の放送暦が正当な衛星信号の放送暦と同じ場合であっても、衛星信号が正当な信号か否かを判定できる。
また、正当でない衛星信号の放送暦が正当な衛星信号の放送暦と異なる場合には、第１信号認証部において、第２信号認証部が動作する前に、衛星信号が正当でない衛星信号であると判定できる。これによれば、受信装置から衛星位置までの距離を算出するため、第１信号認証部よりも認証にかかる時間が長い第２信号認証部が動作する頻度を低減できる。したがって、第２信号認証部だけで認証を行う場合と比べて、認証にかかる平均時間を短縮できる。

本形態の受信装置において、前記軌道情報は放送暦であり、前記信号認証部は、前記衛星信号から放送暦を取得する放送暦取得部を備え、前記サーバーから取得した放送暦に含まれる所定のパラメーターの値と前記衛星信号から取得した放送暦に含まれる所定のパラメーターの値とを比較することで、前記衛星信号が正当な信号か否かを判定することが好ましい。

衛星信号が、正当な衛星信号である場合には、サーバーから取得した放送暦に含まれるパラメーターの値と、衛星信号から取得した放送暦に含まれるパラメーターの値とが一致する。このため、信号認証部は、パラメーターの値が一致するか否かで、受信した衛星信号が正当な信号か否かを判定できる。
また、本形態によれば、衛星信号を認証するために、衛星位置や受信装置から衛星位置までの距離を算出する必要がないため、認証にかかる時間を短縮できる。

本形態の受信装置において前記軌道情報取得部は、前記サーバーが正当であるか否かの判定を行い、前記サーバーが正当であると判定された場合に、前記サーバーから前記軌道情報を取得することが好ましい。
本形態によれば、正当性が保証されたサーバーから軌道情報を受信できるため、より確実に衛星信号の認証を行うことができる。

本形態の受信装置において、前記軌道情報取得部は、前記受信装置の位置情報に基づいて選択された衛星の軌道情報を、前記サーバーから取得することが好ましい。
これにより、例えば、全衛星の軌道情報を、サーバーから受信装置に送信する場合と比べて、送信されるデータサイズを小さくできるので、送信時間を短縮できる。

本形態は、衛星信号認証方法であって、衛星信号を受信することと、サーバーから取得した衛星の軌道情報を用いて、前記衛星信号が、衛星から送信された正当な信号か否かを判定することと、を含む。
本形態によれば、衛星信号の認証にかかる時間を短縮できる。

第１実施形態に係る衛星信号認証システムの構成を示す図である。 前記実施形態における受信装置の構成を示すブロック図である。 前記実施形態における軌道情報取得処理を示すシーケンス図である。 前記実施形態における予測暦送信処理を示すフローチャートである。 前記実施形態における衛星信号認証処理を示すフローチャートである。 前記実施形態における衛星信号判定処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る衛星信号認証システムの構成を示す図である。 前記実施形態における衛星信号判定処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る衛星信号認証システム１０の構成を示す図である。
図１に示すように、衛星信号認証システム１０は、ＧＰＳ衛星１００（測位用衛星の一例）から衛星信号を受信し、衛星信号に基づいて測時および測位を行う受信装置１と、ＧＰＳ衛星１００の一定期間の軌道情報を予測した予測暦を記憶するサーバー２を備える。受信装置１とサーバー２とは、ネットワーク１１０を介して通信可能に接続されている。

［サーバーの構成］
サーバー２は、正当な予測暦を記憶していることが保証されている、民間事業者または衛星管理者が運営するサーバーである。
図１に示すように、サーバー２は、送受信手段２１、記憶手段２２、制御手段２３を備える。
送受信手段２１は、受信装置１とネットワーク１１０を介して通信する通信モジュールである。この送受信手段２１は、制御手段２３の制御により、受信装置１との間で情報を送受信する。

記憶手段２２は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリー等により構成され、サーバー２の動作に必要な各種プログラムおよび情報を記憶する。
また、記憶手段２２は、ＧＰＳ衛星１００の一定期間（例えば、３日〜７日）の軌道情報を予測した予測暦を記憶する予測暦記憶部２２１を備える。予測暦は、予測暦を提供している機関から取得しても、放送暦を用いて公知の手法によってサーバー２が生成してもよい。

制御手段２３は、サーバー２の動作を制御するものであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されている。この制御手段２３は、ＣＰＵが記憶手段２２に記憶されたプログラムを実行することにより、予測暦送信処理部２３１として機能する。
予測暦送信処理部２３１は、受信装置１からの要求に応じて、予測暦記憶部２２１に記憶されている予測暦を、受信装置１に送信する。

［受信装置の構成］
図１に示すように、受信装置１は、地球の上空を所定の軌道で周回している複数のＧＰＳ衛星１００から衛星信号を受信する。この際、受信装置１は、時刻情報を取得する場合には、少なくとも１つのＧＰＳ衛星１００から衛星信号を受信し、測位計算用情報を取得する場合には、少なくとも３つ（好ましくは４つ）以上のＧＰＳ衛星１００から衛星信号を受信する。なお、ＧＰＳ衛星１００は、地球の上空に複数存在している。現在は約３０個のＧＰＳ衛星１００が周回している。
また、受信装置１の受信範囲に、偽衛星信号発生装置１２０が発生させる偽造された衛星信号（正当でない衛星信号）が存在する場合、受信装置１は、この偽衛星信号を、意図せず受信してしまう。

図２は、受信装置１の構成を示すブロック図である。
図２に示すように、受信装置１は、ＧＰＳアンテナ１１、ＧＰＳ受信回路１２、発振回路１３、分周回路１４、記憶手段１５、送受信手段１６、制御回路３０を備える。

ＧＰＳ受信回路１２は、図示を略すが、主にＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）部と、ＧＰＳ信号処理部を含んで構成されている。ＲＦ部とＧＰＳ信号処理部は、１．５ＧＨｚ帯の衛星信号を、ＧＰＳアンテナ１１を用いて受信し、航法メッセージに含まれる軌道情報や時刻情報等の衛星情報を取得する処理を行う。

ＲＦ部は、高周波信号を中間周波数帯の信号に変換するダウンコンバーターや、その中間周波数帯のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバーターなどを備えたＧＰＳ受信機における一般的なものである。

ＧＰＳ信号処理部は、図示を略すがＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＣＰＵ、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）等を含んで構成され、ＲＦ部から出力されるデジタル信号（中間周波数帯の信号）から航法メッセージを復調し、航法メッセージに含まれる、ＧＰＳ衛星１００の軌道情報を示す放送暦（エフェメリス）や時刻情報等の衛星情報を出力する処理を行う。
従って、本実施形態では、ＧＰＳ受信回路１２によって、ＧＰＳ衛星１００から送信される衛星信号を受信する衛星信号受信部が構成されている。

発振回路１３は、水晶振動子等を備え、３２．７６８ｋＨｚの基準クロック信号を出力する。
分周回路１４は、発振回路１３から出力された基準クロック信号を分周して制御回路３０に出力する。
記憶手段１５は、ＧＰＳ受信回路１２で取得された衛星情報が記憶される。例えば、記憶手段１５には、時刻情報（衛星時刻情報）、測位計算用情報（軌道情報等）や測位結果である位置情報が記憶される。また、記憶手段１５には、制御回路３０の動作に必要な各種プログラムや情報が格納されている。
送受信手段１６は、サーバー２とネットワーク１１０を介して通信する通信モジュールである。この送受信手段１６は、制御回路３０の制御により、サーバー２との間で情報を送受信する。

［制御回路］
制御回路３０は、受信装置１の動作を制御するものであり、ＣＰＵ等の演算装置を備えて構成される。制御回路３０は、ＣＰＵが記憶手段１５に記憶されたプログラムを実行することで、計時部３１、測時部３２、測位部３３、予測暦取得部３４（本発明の軌道情報取得部）、信号認証部３５として機能する。

計時部３１は、分周回路１４が出力する基準クロック信号を用いて、現在時刻を計時する。また、計時部３１は、衛星信号から取得される時刻情報を用いて、現在時刻を修正する。
測時部３２は、ＧＰＳ受信回路１２に衛星信号を受信させ、受信された衛星信号に含まれる時刻情報に基づいて、時刻を計測する測時処理を行う。具体的に、測時部３２は、測時処理を行う場合に動作し、ＧＰＳ受信回路１２を制御して測時モードでの受信処理を行わせる。ＧＰＳ受信回路１２は、測時モードでの受信処理を開始すると、少なくとも１つのＧＰＳ衛星１００を捕捉し、そのＧＰＳ衛星１００から送信される衛星信号を復調して時刻情報を取得する。

測位部３３は、ＧＰＳ受信回路１２に衛星信号を受信させ、受信された衛星信号に基づいて現在位置を計測する測位処理を行う。具体的に、測位部３３は、測位処理を行う場合に動作し、ＧＰＳ受信回路１２を制御して測位モードでの受信処理を行わせる。ＧＰＳ受信回路１２は、測位モードでの受信処理を開始すると、少なくとも３個、好ましくは４個以上のＧＰＳ衛星１００を捕捉し、各ＧＰＳ衛星１００から送信される衛星信号を復調して衛星情報を取得する。測位部３３は、取得された衛星情報を用いて、公知の測位演算を行って受信装置１の位置を算出する。また、このとき、ＧＰＳ受信回路１２は、衛星信号を受信した際に時刻情報も同時に取得できる。

予測暦取得部３４は、予測暦取得処理（軌道情報取得処理の一例）を行う場合に動作し、送受信手段１６を作動して、サーバー２から予測暦を取得する。また、この際、予測暦取得部３４は、サーバー２が、正当性が保証されているサーバーか否かの認証を行う。この認証には、ＳＳＬ（Secure Sockets Layer）等による暗号化技術が用いられる。
また、予測暦取得部３４は、取得した予測暦を記憶手段１５に記憶させる。

信号認証部３５は、衛星信号認証処理を行う場合に動作し、放送暦取得部３５１、第１位置算出部３５２、第２位置算出部３５３、位置判定部３５４を備える。
放送暦取得部３５１は、記憶手段１５から、ＧＰＳ受信回路１２で取得されたＧＰＳ衛星１００の軌道情報を示す放送暦（ブロードキャストエフェメリス）を取得する。

第１位置算出部３５２は、衛星信号を受信しているＧＰＳ衛星１００に対して、記憶手段１５に記憶されている予測暦に基づいて、所定時刻における衛星位置を算出する。
第２位置算出部３５３は、衛星信号を受信しているＧＰＳ衛星１００に対して、放送暦取得部３５１で取得された放送暦に基づいて、所定時刻における衛星位置を算出する。

位置判定部３５４は、第１位置算出部３５２が算出した衛星位置と、第２位置算出部３５３が算出した衛星位置とを比較して、ＧＰＳ受信回路１２で受信された衛星信号が、ＧＰＳ衛星１００から送信された正当な信号か否かを判定する。

［軌道情報取得処理］
図３は、軌道情報取得処理を示すシーケンス図である。
図３に示す処理は、受信装置１の制御回路３０が、軌道情報取得処理の実行命令を検出することで開始される。
受信装置１の予測暦取得部３４は、サーバー２にアクセスし、ＳＳＬを用いて、正当性が保証されているサーバーか否かの認証を行う（Ｓ１１）。具体的には、受信装置１は、サーバー２からＳＳＬサーバー証明書を取得し、確認する。ＳＳＬサーバー証明書に問題がないことが確認された場合に、受信装置１は、サーバー２が正当なサーバーであると判定する。

正当なサーバーであると判定されると、予測暦取得部３４は、サーバー２に対して、予測暦の取得を要求する（Ｓ１２）。なお、正当なサーバーではないと判定された場合には、軌道情報取得処理を終了する。
次に、サーバー２は、予測暦の取得要求に応じて、記憶している予測暦を受信装置１に送信する予測暦送信処理Ｓ１３を実行する。
その後、受信装置１の信号認証部３５は、衛星信号認証処理の実行命令を検出する毎に、衛星信号を認証する衛星信号認証処理Ｓ１４を実行する。すなわち、予測暦の有効期間（３日〜７日）以内であれば、受信装置１は、Ｓ１３で予測暦を取得した後、衛星信号認証処理Ｓ１４を繰り返し実行できる。

［予測暦送信処理］
図４は、サーバー２による予測暦送信処理Ｓ１３を示すフローチャートである。
図４に示すように、予測暦送信処理Ｓ１３では、予測暦送信処理部２３１は、予測暦の取得要求があった受信装置１の位置情報を取得する（Ｓ２１）。具体的には、受信装置１がアクセスしたネットワーク１１０のアクセスポイントの位置情報を取得し、これを受信装置１の位置情報とみなす。

次に、予測暦送信処理部２３１は、取得した位置情報に基づいて、受信装置１が、位置情報で示される位置において、捕捉可能（所定時間、例えば１２時間、の中で捕捉可能）なＧＰＳ衛星１００を特定し、特定したＧＰＳ衛星１００に対応する予測暦を、予測暦記憶部２２１から選択して取得する（Ｓ２２）。
次に、予測暦送信処理部２３１は、取得した予測暦を受信装置１に送信して、予測暦送信処理Ｓ１３を終了する（Ｓ２３）。

［衛星信号認証処理］
図５は、受信装置１による衛星信号認証処理Ｓ１４を示すフローチャートである。
信号認証部３５は、ＧＰＳ受信回路１２で受信されている衛星信号の１つを選択する（Ｓ３１）。
次に、信号認証部３５は、記憶手段１５に記憶されている予測暦の中から、選択した衛星信号に対応するＧＰＳ衛星１００の予測暦を抽出する（Ｓ３２）。

［衛星信号判定処理］
次に、信号認証部３５は、衛星信号判定処理Ｓ３３を実行する。
図６は、衛星信号判定処理Ｓ３３を示すフローチャートである。
図６に示すように、放送暦取得部３５１は、選択した衛星信号からＧＰＳ受信回路１２で取得され、記憶手段１５に記憶されている放送暦を取得する（Ｓ４１）。
次に、第１位置算出部３５２は、Ｓ３２で抽出した予測暦に基づいて、所定時刻における衛星位置を算出する（Ｓ４２）。所定時刻は、例えば、衛星信号の受信時刻である。衛星位置は、例えば、ＥＣＥＦ（Earth-Centered Earth-Fixed）座標系で示される。衛星位置の算出方法は公知であるので、説明を省略する。
次に、第２位置算出部３５３は、放送暦取得部３５１で取得された放送暦に基づいて、前記所定時刻における衛星位置を算出する（Ｓ４３）。

次に、位置判定部３５４は、第１位置算出部３５２が算出した衛星位置と、第２位置算出部３５３が算出した衛星位置との差（距離）を算出し、この衛星位置の差が１０ｍ以下であるか否かを判定する（Ｓ４４）。
受信した衛星信号が、ＧＰＳ衛星１００から送信された正当な信号である場合、前記衛星位置の差は、最大で１０ｍ程度と見積もることができる。このため、Ｓ４４でＹＥＳと判定された場合、位置判定部３５４は、受信した衛星信号は正しい（正当な）信号であると判定する（Ｓ４５）。なお、正当な信号とは、測位用衛星や疑似衛星に由来する、適切な測位結果を得ることができると期待される信号である。適切な測位結果として、位置等の誤差が許容されることは勿論である。
一方、Ｓ４４でＮＯと判定された場合、位置判定部３５４は、受信した衛星信号は偽造された信号である（正当な信号でない）と判定する（Ｓ４６）。
次に、位置判定部３５４は、Ｓ４５、Ｓ４６で判定された判定結果を、記憶手段１５に格納する（Ｓ４７）。そして、信号認証部３５は、衛星信号判定処理Ｓ３３を終了する。

図５に戻り、衛星信号判定処理Ｓ３３が終了すると、信号認証部３５は、ＧＰＳ受信回路１２で受信されている衛星信号のうち、未判定の衛星信号があるかを判定する（Ｓ３４）。
Ｓ３４でＹＥＳと判定された場合、信号認証部３５は、処理をＳ３１に戻す。そして、ＧＰＳ受信回路１２で受信されている衛星信号すべてに対して判定が行われるまで、Ｓ３１〜Ｓ３４の処理が繰り返し実行される。
そして、すべての衛星信号に対して判定が行われると、Ｓ３４でＮＯと判定され、信号認証部３５は、衛星信号認証処理Ｓ１４を終了する。
そして、受信した衛星信号が正当な信号であると判定された場合には、受信装置１は、その衛星信号を用いた測時処理や測位処理を実行する。一方、受信した衛星信号が偽造された信号であると判定された場合には、受信装置１は、その衛星信号を用いた測時処理や測位処理は中止する。そして、その旨を、例えば、受信装置１の表示手段等に表示させることで、利用者に報知する。

［第１実施形態の作用効果］
予測暦に基づいて算出された衛星位置と、放送暦に基づいて算出された衛星位置とを比較して、衛星信号の認証を行っているため、例えば、１つの衛星信号の認証を行う場合には、少なくとも１つの衛星信号をデコードすればよい。このため、複数の衛星信号をデコードし、得られたデータを比較して衛星信号の正当性を判定する場合と比べて、衛星信号の認証にかかる時間を短縮できる。

また、衛星位置を比較して、衛星信号の認証を行っているため、放送暦とはデータ形式の異なる予測暦を用いる場合にも、衛星信号を認証できる。
予測暦では、３日〜７日分の軌道情報が予測されているため、例えば、サーバー２から放送暦を取得する場合と比べて、サーバー２から軌道情報を取得する頻度を少なくできる。

予測暦取得部３４は、サーバー２から予測暦を取得する際、サーバー２の認証を行うため、正当性が保証されたサーバー２から予測暦を受信できる。不適切なサーバーから誤って予測暦を取得することが起こりにくくなるので、より確実に衛星信号の認証を行うことができる。

受信装置１の位置情報に基づいて選択された軌道情報が、サーバー２から受信装置１に送信されるため、例えば、全ＧＰＳ衛星１００の軌道情報を送信する場合と比べて、送信されるデータサイズを小さくでき、送信時間を短縮できる。

［第２実施形態］
第２実施形態に係る衛星信号認証システムは、受信装置の構成、および、受信装置による衛星信号判定処理が、第１実施形態の衛星信号認証システム１０とは異なる。その他の構成は同じであるため、共通の構成には共通の符号を付し、説明は省略する。
［受信装置の構成］
図７は、第２実施形態の受信装置１Ａを示すブロック図である。
受信装置１Ａは、制御回路３０Ａの信号認証部３５Ａの構成が、第１実施形態の受信装置１と異なる。その他の構成は同じため、説明は省略する。

信号認証部３５Ａは、位置算出部３５５、距離算出部３５６、擬似距離算出部３５７、距離判定部３５８を備える。
位置算出部３５５は、記憶手段１５に記憶されている予測暦に基づいて、所定時刻における衛星位置を算出する。

距離算出部３５６は、受信装置１Ａの位置情報を取得する。具体的に、距離算出部３５６は、記憶手段１５に記憶された測位部３３による最新の測位結果である位置情報を取得する。なお、距離算出部３５６は、記憶手段１５に記憶された、前回アクセスしたネットワーク１１０のアクセスポイントの位置情報を、受信装置１Ａの位置情報として取得することもできる。そして、当該位置情報で示される位置から、位置算出部３５５で算出された衛星位置までの距離を算出する。そして、算出した距離をＰＮコード（Pseudo-Noise コード）のコード長で除した余りを比較に用いる距離とする。ＧＰＳの場合は、Ｃ／Ａコード（Coarse／Acquisitionコード）のコード長で除して、コードフェーズに相当する距離を算出する。
擬似距離算出部３５７は、衛星信号の伝搬時間に基づいて、擬似距離（コードフェーズ）を算出する。擬似距離は、受信装置１とＧＰＳ衛星１００までの距離の測定値であり、伝搬時間に光速をかけることで求めることができる。伝搬時間は、衛星信号を受信した受信時刻と、受信時刻における衛星信号の位相を検出することで測定できる。

距離判定部３５８は、距離算出部３５６で算出された距離（比較に用いる距離）と、擬似距離算出部３５７で算出された擬似距離とを比較して、ＧＰＳ受信回路１２で受信された衛星信号が、ＧＰＳ衛星１００から送信された正当な信号か否かを判定する。

［衛星信号判定処理］
図８は、受信装置１Ａによる衛星信号判定処理Ｓ３３Ａを示すフローチャートである。
図８に示すように、位置算出部３５５は、記憶手段１５から抽出された予測暦に基づいて、所定時刻における衛星位置を算出する（Ｓ４８）。所定時刻は、例えば、衛星信号の受信時刻である。

次に、距離算出部３５６は、受信装置１Ａの位置情報を取得する。具体的に、距離算出部３５６は、記憶手段１５に記憶された測位部３３による最新の測位結果である位置情報を取得する（Ｓ４９）。
次に、距離算出部３５６は、取得した位置情報で示される位置から、位置算出部３５５で算出された衛星位置までの距離を算出する。そして、算出した距離をＰＮコードのコード長で除した余りを比較に用いる距離とする（Ｓ５０）。
次に、擬似距離算出部３５７は、衛星信号の伝搬時間に基づいて、上述した擬似距離を算出する（Ｓ５１）。

次に、距離判定部３５８は、距離算出部３５６が算出した距離と、擬似距離算出部３５７が算出した擬似距離との差（距離）を算出し、この距離の差が５０ｋｍ以下かを判定する（Ｓ５２）。
受信した衛星信号が、ＧＰＳ衛星１００から送信された正当な信号である場合、前記距離の差は、最大で５０ｋｍと見積もることができる。このため、Ｓ５２でＹＥＳと判定された場合、距離判定部３５８は、受信した衛星信号は正しい信号であると判定する（Ｓ５３）。
一方、Ｓ５２でＮＯと判定された場合、距離判定部３５８は、受信した衛星信号は偽造された信号であると判定する（Ｓ５４）。
次に、距離判定部３５８は、Ｓ５３、Ｓ５４で判定された判定結果を、記憶手段１５に格納する（Ｓ５５）。そして、信号認証部３５Ａは、衛星信号判定処理Ｓ３３Ａを終了する。

［第２実施形態の作用効果］
第２実施形態では、第１実施形態の作用効果に加えて、以下の作用効果を得ることができる。
すなわち、衛星信号を認証するために、放送暦を用いていない。このため、例えば、偽造された衛星信号の放送暦が正当な衛星信号の放送暦と同じ場合であっても、衛星信号が正当な信号か否かを判定できる。例えば、偽造された信号が、放送暦は正当な衛星信号と同一で、衛星信号に含まれる時刻情報が異なっている場合にも、正当な信号でないと判定できる可能性が高くなる。

［他の実施形態］
なお、本発明は前記各実施形態の構成に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、第１実施形態の制御回路３０は、信号認証部３５に加えて、第２実施形態の信号認証部３５Ａを備えていてもよい。この場合、信号認証部３５で、衛星信号が正当な信号であると判定された場合に、信号認証部３５Ａは、衛星信号の認証を行う。この場合、信号認証部３５を第１信号認証部、信号認証部３５Ａを第２信号認証部とみなすことができる。

これによれば、偽造された衛星信号の放送暦が正当な衛星信号の放送暦と同じ場合であっても、衛星信号が正当な信号か否かを判定できる。
また、偽造された衛星信号の放送暦が正当な衛星信号の放送暦と異なる場合には、信号認証部３５において、信号認証部３５Ａが動作する前に、衛星信号が偽造された衛星信号であると判定できる。このため、信号認証部３５Ａが動作する頻度を低減でき、信号認証部３５Ａだけで認証を行う場合と比べて、認証にかかる平均時間を短縮できる。
なお、信号認証部３５Ａで、衛星信号が正当な信号であると判定された場合、信号認証部３５が、衛星信号の認証を行うこととしてもよい。

前記各実施形態では、受信装置１がサーバー２から取得する軌道情報は、予測暦（予測エフェメリス）であるが、予測暦に代えて、放送暦（ブロードキャストエフェメリス）であってもよい。
この場合、信号認証部は、サーバー２から取得した放送暦に含まれる所定のパラメーターの値と、衛星信号から取得した放送暦に含まれる所定のパラメーターを比較してもよい。ここで、放送暦のパラメーターとは、具体的には、エポック時刻、軌道長半径、離心率、軌道傾斜角、昇交点赤経、近地点引数、平均近点角、平均運動補正量、軌道傾斜角変化率、昇交点赤経変化率、衛星クロック誤差パラメーター（ａ_ｆ０,ａ_ｆ１）等である。
衛星信号が、正当な衛星信号である場合には、サーバー２から取得した放送暦に含まれるパラメーターの値と、衛星信号から取得した放送暦に含まれるパラメーターの値とが一致する。このため、信号認証部は、パラメーターの値が一致するか否かで、受信した衛星信号が正当な信号か否かを判定できる。
また、衛星信号を認証するために、衛星位置や受信装置から衛星位置までの距離を算出する必要がないため、認証にかかる時間を短縮できる。

前記各実施形態では、予測暦に基づいた衛星位置の算出は、受信装置で行われているが、サーバー２で行われてもよい。この場合、サーバー２は、予測暦に基づいて衛星位置を算出し、算出した衛星位置を受信装置に送信する。

前記各実施形態では、制御回路３０，３０Ａが測位部３３や信号認証部３５または信号認証部３５Ａを含む例を説明したが、受信装置１のシステム構成はこれに限定されない。例えば、ＧＰＳ受信回路１２が、測位部３３を含んでいてもよい。この場合、例えば１秒に１回測位が行われてもよいし、制御回路３０，３０Ａの制御を受けてＧＰＳ受信回路１２が測位を行ってもよい。測位結果（受信装置１の位置）は記憶手段１５に記憶される。

また、前記第１実施形態における第１位置算出部３５２、第２位置算出部３５３のうちの少なくとも１つ、または、前記第２実施形態における位置算出部３５５、距離算出部３５６、擬似距離算出部３５７のうち少なくとも１つが、ＧＰＳ受信回路１２に含まれていてもよい。この場合、ＧＰＳ受信回路１２で算出された位置情報や擬似距離等の情報は記憶手段１５に格納され、信号認証部３５または信号認証部３５Ａは、記憶手段１５から必要な情報を読み出して信号の認証を行う。

前記各実施形態では、サーバー２は、受信装置が捕捉可能なＧＰＳ衛星１００の軌道情報を受信装置に送信しているが、すべてのＧＰＳ衛星１００の軌道情報を受信装置に送信してもよい。この場合、一部のＧＰＳ衛星１００を送信する場合よりも時間がかかるが、予測暦を送信する場合には、予測期間内（例えば数日間）は再度サーバー２から予測暦を取得しなくてもよいので、サーバー２と通信する頻度を減らすことができる。

前記各実施形態では、サーバー２は、受信装置がアクセスしたネットワーク１１０のアクセスポイントの位置情報を、受信装置の位置情報とみなしているが、受信装置の位置情報（例えば、前回測位で算出された位置）を、受信装置における測位結果を受信することで取得してもよい。

前記第１実施形態では、衛星位置の差を判定するための閾値は、１０ｍであるが、本発明はこれに限定されない。この閾値は、例えば、衛星信号認証システムの仕様に応じて、適宜設定できる。
同様に、前記第２実施形態では、距離の差を判定するための閾値は、５０ｋｍであるが、本発明はこれに限定されない。この閾値は、例えば、衛星信号認証システムの仕様に応じて、適宜設定できる。例えば、２０ｋｍ、６０ｋｍなどとしてもよい。

前記各実施形態の衛星信号認証システムは、例えば、原子時計を搭載し、正確な時刻を提供するマイクロ原子発振器に利用することができる。これによれば、偽造された衛星信号の影響で、時刻がずれることを防止でき、正確な時刻を確実に提供できる。

前記各実施形態の衛星信号認証システムは、例えば、ＧＰＳセンサーを備え、時刻や移動距離の計測が可能なスポーツウォッチと、このスポーツウォッチの計測結果を管理するサーバーを備えた計測情報管理システムに利用することができる。
この場合、スポーツウォッチは、クレードル等を介してサーバーに接続された際に、サーバーから予測暦を取得する。

前記各実施形態において、受信装置で偽造された衛星信号を検出した場合、検出結果を、検出した場所（偽造された衛星信号以外の衛星信号に基づいて測位した結果）や、偽造された衛星信号の発信元の位置を示す位置情報とともに、例えば、妨害行為を取り締まる機関に通知してもよい。また、衛星信号認証システムに複数の受信装置が登録されている場合には、前記情報を、直接またはサーバー２を介して他の受信装置に通知してもよい。

前記各実施形態の衛星信号認証システムは、例えば、カーナビゲーション端末に適用できる。この場合、偽造された衛星信号が検出されると、例えば、カーナビゲーション端末において、正当な衛星信号を受信できていないことを運転者に報知する。

前記各実施形態では、衛星の例としてＧＰＳ衛星１００について説明したが、本発明の衛星としては、ＧＰＳ衛星１００だけではなく、ガリレオ（ＥＵ）、ＧＬＯＮＡＳＳ（ロシア）、北斗（中国）などの他の全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）や、静止衛星型衛星航法補強システム（ＳＢＡＳ）などの静止衛星や準天頂衛星でもよい。

１…受信装置、１０…衛星信号認証システム、１００…ＧＰＳ衛星、１１…ＧＰＳアンテナ、１２…ＧＰＳ受信回路、１２０…偽衛星信号発生装置、１５…記憶手段、１６…送受信手段、１Ａ…受信装置、２…サーバー、２１…送受信手段、２２…記憶手段、２２１…予測暦記憶部、２３…制御手段、２３１…予測暦送信処理部、３０…制御回路、３０Ａ…制御回路、３４…予測暦取得部、３５…信号認証部、３５１…放送暦取得部、３５２…第１位置算出部、３５３…第２位置算出部、３５４…位置判定部、３５５…位置算出部、３５６…距離算出部、３５７…擬似距離算出部、３５８…距離判定部、３５Ａ…信号認証部。

Claims (4)

1. サーバーから衛星の軌道情報を取得する軌道情報取得部と、
   衛星信号を受信する衛星信号受信部と、
   前記軌道情報を用いて、前記衛星信号が、衛星から送信された正当な信号か否かを判定する信号認証部と、を備える受信装置であって、
   前記信号認証部は、
   前記軌道情報に基づいて衛星位置を算出する位置算出部と、
   前記衛星位置、および、予め記憶している前記受信装置の位置情報に基づいて、前記受信装置から前記衛星までの距離を算出する距離算出部と、
   前記衛星信号の伝搬時間に基づいて、擬似距離を算出する擬似距離算出部と、
   前記距離算出部が算出した距離と、前記擬似距離とを用いて、前記衛星信号が正当な信号か否かを判定する距離判定部と、を備える
   ことを特徴とする受信装置。
2. サーバーから衛星の軌道情報を取得する軌道情報取得部と、
   衛星信号を受信する衛星信号受信部と、
   前記軌道情報を用いて、前記衛星信号が、衛星から送信された正当な信号か否かを判定する信号認証部と、を備える受信装置であって、
   前記信号認証部は、第１信号認証部および第２信号認証部を備え、
   前記第１信号認証部は、
   前記衛星信号から放送暦を取得する放送暦取得部と、
   前記軌道情報に基づいて衛星位置を算出する第１位置算出部と、
   前記放送暦に基づいて衛星位置を算出する第２位置算出部と、
   前記第１位置算出部が算出した衛星位置と、前記第２位置算出部が算出した衛星位置とを比較して、前記衛星信号が正当な信号か否かを判定する位置判定部と、を備え、
   前記第２信号認証部は、
   前記第１信号認証部が前記衛星信号が正当な信号であると判定した場合に動作し、
   前記第１位置算出部が算出した衛星位置、および、予め記憶している前記受信装置の位置情報に基づいて、前記受信装置から前記衛星までの距離を算出する距離算出部と、
   前記衛星信号の伝搬時間に基づいて、擬似距離を算出する擬似距離算出部と、
   前記距離算出部が算出した距離と、前記擬似距離とを用いて、前記衛星信号が正当な信号か否かを判定する距離判定部と、を備える
   ことを特徴とする受信装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の受信装置において、
   前記軌道情報取得部は、前記サーバーが正当であるか否かの判定を行い、
   前記サーバーが正当であると判定された場合に、前記サーバーから前記軌道情報を取得する
   ことを特徴とする受信装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の受信装置において、
   前記軌道情報取得部は、前記受信装置の位置情報に基づいて選択された衛星の軌道情報を、前記サーバーから取得する
   ことを特徴とする受信装置。

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