特開 2018-194297 測距装置及び侵入検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-194297(P2018-194297A)

(43)【公開日】2018年12月6日

(54)【発明の名称】測距装置及び侵入検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 17/36 20060101AFI20181109BHJP

   G01S 17/93 20060101ALI20181109BHJP

   G08G 1/16 20060101ALI20181109BHJP

   G08B 13/183 20060101ALI20181109BHJP

【ＦＩ】

   G01S17/36

   G01S17/93

   G08G1/16 C

   G08B13/183

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-95232(P2017-95232)

(22)【出願日】2017年5月12日

(71)【出願人】

【識別番号】504133110

【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000925

【氏名又は名称】特許業務法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲崎▼山 一男

(72)【発明者】

【氏名】粕谷 桃伽

【テーマコード（参考）】

5C084

5H181

5J084

【Ｆターム（参考）】

5C084AA02

5C084AA07

5C084BB31

5C084CC17

5C084DD32

5C084DD36

5C084GG07

5C084GG09

5H181AA01

5H181CC01

5H181CC12

5H181LL04

5H181LL09

5J084AA05

5J084AC02

5J084AD02

5J084BA02

5J084BA36

5J084CA03

5J084CA07

5J084CA24

5J084CA27

5J084CA49

5J084CA68

5J084EA20

5J084EA22

(57)【要約】

【課題】簡素な構成で、誤った測距情報の出力を抑止できる、測距装置を提供する。
【解決手段】測距装置は、対象物との相対距離を測定するためのメインチャネルの信号に、複製や模倣が困難な乱数を生成するハードウェアロジック回路を用いたサイドチャネルの信号を重畳する。比較検証部は、送信側サイドチャネルデータと、受信側サイドチャネルデータを照合し、類似度を検証することで、受信信号の正当性を確認する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

任意の対象物に照射して反射させる媒体を発する媒体発生源と、
前記媒体に、主たる情報を搬送するために生成されたメインチャネルの信号を重畳する変調部と、
前記媒体に、前記メインチャネルの信号とは異なる周波数帯の、副次的な情報を生成するサイドチャネルの信号として乱数を生成し、前記媒体に前記乱数の生成に起因する信号を重畳する乱数生成演算部と、
前記対象物から反射された前記媒体を受信する媒体受信部と、
前記変調部と前記乱数生成演算部から得られる送信信号から、前記サイドチャネルの信号成分を抽出してデータ列に変換する送信側サイドチャネル処理部と、
前記受信部から得られる受信信号から、前記サイドチャネルの信号成分を抽出してデータ列に変換する受信側サイドチャネル処理部と、
前記送信側サイドチャネル処理部から得られる前記データ列である送信側サイドチャネルデータと、前記受信側サイドチャネル処理部から得られる前記データ列である受信側サイドチャネルデータの類似度を算出し、受信信号の正当性を判定する比較検証処理部と、
前記変調部と前記乱数生成演算部から得られる送信信号から前記メインチャネルの信号成分を抽出して、前記受信部から得られる受信信号から前記メインチャネルの信号成分を抽出して、得られた相互の信号に所定の処理を施して測距処理を実行する測距処理部と
を具備する、測距装置。

【請求項2】

前記送信側サイドチャネル処理部と前記受信側サイドチャネル処理部は、
入力される信号から前記サイドチャネルの信号に相当する周波数成分を通過させるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタの出力信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器が出力するデータ列を記憶するバッファと
を具備する、請求項１に記載の測距装置。

【請求項3】

侵入者の有無を検出するための媒体発生源と、
前記媒体に、副次的な情報を生成するサイドチャネルの信号として乱数を生成し、前記媒体に前記乱数を重畳する乱数生成演算部と、
前記媒体発生源から発生した前記媒体を受信する媒体受信部と、
前記乱数生成演算部から得られる送信信号から、前記サイドチャネルの信号成分を抽出してデータ列に変換する送信側サイドチャネル処理部と、
前記媒体受信部から得られる受信信号から、前記サイドチャネルの信号成分を抽出してデータ列に変換する受信側サイドチャネル処理部と、
前記送信側サイドチャネル処理部から得られる前記データ列である送信側サイドチャネルデータと、前記受信側サイドチャネル処理部から得られる前記データ列である受信側サイドチャネルデータの類似度を算出し、受信信号の正当性を判定する比較検証処理部と
を具備する、侵入検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測距装置及び侵入検出装置に関する。より詳細には、極超短波の電波や光の反射波を用いる測距装置において、受信信号の真贋を確認することが可能な測距装置と、この測距装置と同様の技術を適用した侵入検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車の自動運転技術が注目されている。運転に人間が全く介在しない自動車の自動運転を実現するには、その前提として、自動車の周辺に存在する物体を、様々なセンサを用いて精緻かつ詳細に把握することが必要である。レーザ光を用いた測距装置は、自動運転における衝突防止システムに、その導入が期待されている。

【0003】

特許文献１には、本発明の先行技術に相当する、サイドチャネル情報を用いた認証システムの技術が開示されている。
また、非特許文献１には、反射光なりすまし攻撃を用いてレーザ光測距装置を騙す技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】再表２０１５／１１９０４３

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】相馬一樹，藤本大介，松本勉，"反射光なりすまし攻撃に対する測距LIDARの計測セキュリティ"，SCIS2017, pp.1-8.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

非特許文献１では、悪意の第三者がレーザ光測距装置に偽の反射光を照射することで、レーザ光測距装置が誤った測距情報を出力する可能性に関する技術が報告されている。すなわち、現在のレーザ光測距装置は、偽の反射光が照射されると、誤った測距情報を出力してしまう可能性がある。すると、衝突防止システムが正常に機能せず、人為的に交通事故を引き起こすというテロリズムが可能になってしまう虞がある。

【0007】

本発明は係る課題を解決し、簡素な構成で、誤った測距情報の出力を抑止できる測距装置と、偽の入射光を識別できる侵入検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の測距装置は、任意の対象物に照射して反射させる媒体を発する媒体発生源と、媒体に、主たる情報を搬送するために生成されたメインチャネルの信号を重畳する変調部と、媒体に、メインチャネルの信号とは異なる周波数帯の、副次的な情報を生成するサイドチャネルの信号として乱数を生成し、媒体に乱数の生成に起因する信号を重畳する乱数生成演算部と、対象物から反射された媒体を受信する媒体受信部と、変調部と乱数生成演算部から得られる送信信号から、サイドチャネルの信号成分を抽出してデータ列に変換する送信側サイドチャネル処理部と、受信部から得られる受信信号から、サイドチャネルの信号成分を抽出してデータ列に変換する受信側サイドチャネル処理部とを具備する。更に、送信側サイドチャネル処理部から得られるデータ列である送信側サイドチャネルデータと、受信側サイドチャネル処理部から得られるデータ列である受信側サイドチャネルデータの類似度を算出し、受信信号の正当性を判定する比較検証処理部と、変調部と乱数生成演算部から得られる送信信号からメインチャネルの信号成分を抽出して、受信部から得られる受信信号からメインチャネルの信号成分を抽出して、得られた相互の信号に所定の処理を施して測距処理を実行する測距処理部とを具備する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、簡素な構成で、誤った測距情報の出力を抑止できる測距装置と、偽の入射光を識別できる侵入検出装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第一の実施形態に係る、測距装置の全体構成を示すブロック図である。

【図2】照合処理部の機能を示すブロック図である。

【図3】ＬＥＤから出力される光の信号の波形イメージ図である。

【図4】本発明の第二の実施形態に係る、侵入検出装置の全体構成を示すブロック図である。

【図5】照合処理部の機能を示すブロック図である。

【図6】ＬＥＤから出力される光の信号の波形イメージ図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［第一の実施形態：測距装置］
図１は、本発明の第一の実施形態に係る、測距装置１０１の全体構成を示すブロック図である。
ＬＥＤ１０２は、電流制限抵抗Ｒ１０３を通じて第一直流電源１０４から流れ込む電流によって発光する。
一方、低周波パルス生成部１０５は第二直流電源１０６によって駆動され、測距装置１０１の主目的となる、およそ数Ｈｚ〜数１０Ｈｚ程度の低周波パルスを生成する。低周波パルス生成部１０５が生成する低周波パルスの波形は図３にて後述する。この低周波パルス生成部１０５が生成する信号は、主たる情報を搬送するメインチャネルの信号になる。
ＬＥＤ１０２の発光は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（以下「ＭＯＳＦＥＴ」）１０７のゲートに印加される、低周波パルス生成部１０５が生成する低周波パルスによってオン・オフ制御される。
ＬＥＤ１０２を流れる電流は乱数生成演算部１０６に流れ込む。

【0012】

乱数生成演算部１０８は、ＭＯＳＦＥＴ１０７によって電源電流が投入されると、乱数を生成する演算処理を行う。この乱数生成演算部１０８は、例えばＡＥＳ（Advanced Encryption Standard: 秘密鍵暗号）を生成するＡＥＳ回路や、ＰＵＦ（Physically Unclonable Function: 物理的な複製防止機能）を用いた乱数を生成するＰＵＦ回路等の、複製や模倣が困難な乱数を生成するデジタル回路である。サイドチャネル信号を生成する乱数生成演算部１０８は、例えば周知のＦＰＧＡ（field-programmable gate array）やワンチップマイコン等で構成される。
つまり、ＦＰＧＡやマイコン等で構成されるデジタル回路である乱数生成演算部１０８は、論理ゲートの集合体である。このため、乱数生成演算部１０８が所定の乱数を生成する演算処理を実行すると、演算処理の過程において、乱数生成演算部１０８に流れる負荷電流に、演算処理によって生成する乱数に起因する変動が生じる。

【0013】

図１に示すブロック図では、ＬＥＤ１０２の駆動電流が乱数生成演算部１０８にも流れるので、ＬＥＤ１０２が発光する光には乱数生成演算部１０８の処理によって生じる電流の変動がＡＭ変調の信号成分となって光に重畳される。この乱数生成演算部１０８が生成する信号は、主たる情報を搬送するメインチャネルに対し、本来の情報を搬送する目的とは外れる、副次的な情報を搬送するサイドチャネルの信号である。ＬＥＤ１０２が発生する光は、任意の対象物に照射される媒体の一種であり、その意味でＬＥＤ１０２は媒体発生源としての役割を持っている。
ＭＯＳＦＥＴ１０７は、媒体であるＬＥＤ１０２が発光する光に、主たる情報を搬送するために低周波パルス生成部１０５によって生成された、メインチャネルの信号（低周波パルス）を重畳する変調部としての役割を持っている。
メインチャネルの信号を生成する低周波パルス生成部１０５とサイドチャネルの信号を生成する乱数生成演算部１０８は、併せて送信信号源を構成する。

【0014】

ＬＥＤ１０２が発光する光は、所定の対象物１０９で反射して、受光素子であるフォトダイオード１１０に入射される。フォトダイオード１１０のカソードには、抵抗Ｒ１１１を通じて第三直流電源１１２の電源電圧が印加される。フォトダイオード１１０は、受光した光の強度に応じて端子間容量が変動する。この端子間容量の変動をコンデンサＣ１１３及び抵抗Ｒ１１４で検出して、アンプ１１５で増幅すると、受光した光から、低周波パルスの信号であるメインチャネルの信号と、サイドチャネルの信号を受信することができる。このフォトダイオード１１０が、対象物から反射された媒体である光を受信する媒体受信部となる。

【0015】

測距処理部１１６は、ＬＥＤ１０２に印加された信号（送信信号）と、フォトダイオード１１０から受信した信号（受信信号）がそれぞれ入力されると、各々の信号からメインチャネルの信号成分を抽出する。そして、信号成分のアップエッジまたはダウンエッジに基づいて位相を比較することで、対象物１０９との相対距離を測定する演算処理を実行する。送信信号と受信信号との位相差は概ねピコ秒（ｐｓｅｃ）からナノ秒（ｎｓｅｃ）単位の、極めて短時間の時間差である。測距処理部１１６は、演算処理の実行結果である測距情報を、図示しない自動運転システム等の上位装置へ出力する。

【0016】

なお、メインチャネルの信号とサイドチャネルの信号の分離を容易にするため、メインチャネルの周波数帯とサイドチャネルの周波数帯は３桁以上の差があることが望ましい。測距装置１０１の場合、メインチャネルは数１０Ｈｚ程度の低周波信号である一方、サイドチャネル信号は数１０ＭＨｚから数１００ＭＨｚ程度の周波数の信号であることが望ましい。サイドチャネル信号の周波数は、乱数生成演算部１０８を構成する論理ゲートのスイッチングの速さに依存する。

【0017】

照合処理部１１７には、測距処理部１１６が出力する測距情報と、ＬＥＤ１０２に印加された信号と、フォトダイオード１１０から受信した信号がそれぞれ入力される。そして、照合処理部１１７は、各々の信号からサイドチャネルの信号成分を抽出して、デジタルデータであるサイドチャネルデータに変換する。そして、各々のサイドチャネルデータを比較して、メインチャネル信号に由来する測距情報の正当性を判定する判定結果を出力する。

【0018】

図２は、照合処理部１１７の機能ブロック図である。
送信信号源から得られる送信信号は、送信側サイドチャネル処理部２０１に入力される。
バンドパスフィルタ（以下「ＢＰＦ」）２０２ａは送信信号からサイドチャネル信号を含む周波数成分のみを選択的に出力する。
Ａ／Ｄ変換器２０３ａはサイドチャネルの信号をデジタルデータであるサイドチャネルデータに変換する。
バッファ２０４ａは所定の記憶容量を有するメモリであり、Ａ／Ｄ変換器２０３ａから出力されるデジタルデータを格納する。

【0019】

フォトダイオード１１０から出力される受信信号は、受信側サイドチャネル処理部２０５に入力される。受信側サイドチャネル処理部２０５にも、送信側サイドチャネル処理部２０１と同様の、ＢＰＦ２０２ｂ、Ａ／Ｄ変換器２０３ｂ、バッファ２０４ｂが存在する。受信側サイドチャネル処理部２０５に含まれるこれらの機能ブロックは、送信側サイドチャネル処理部２０１と機能が同一であるので、各部の詳細な説明は省略する。

【0020】

送信側サイドチャネル処理部２０１のバッファ２０４ａに記憶されているデジタルデータ（以下「送信側サイドチャネルデータ」）と、受信側サイドチャネル処理部２０５のバッファ２０４ａに記憶されているデジタルデータ（以下「受信側サイドチャネルデータ」）は、それぞれ比較検証処理部２０６に入力される。
比較検証処理部２０６は、送信側サイドチャネルデータと、受信側サイドチャネルデータを照合し、類似度を算出する。受信側サイドチャネルデータはノイズ等の影響を受ける。しかし、サイドチャネルデータは正確に復調される必要はなく、送信側サイドチャネルデータと受信側サイドチャネルデータとがある程度以上、似ていればよい。このため、データ同士の完全な一致を求めるのではなく、統計の観点から一致の度合い、すなわち類似度を算出する。この際に測距情報を、送信側サイドチャネルデータと受信側サイドチャネルデータの遅延差の補正に利用することができれば、一致の度合いの計算を容易にすることができる。そこで比較検証処理部２０６は、測距処理部１１６が出力する測距情報を、送信側サイドチャネルデータと受信側サイドチャネルデータの遅延差、すなわちサイドチャネルデータのサンプル数に変換する。そして、送信側サイドチャネル処理部２０１のバッファ２０４ａから送信側サイドチャネルデータを読み出すアドレス情報と、受信側サイドチャネル処理部２０５のバッファ２０４ａから受信側サイドチャネルデータを読み出すアドレス情報をずらすことで、送信側サイドチャネルデータと受信側サイドチャネルデータの遅延差を補正する。
サイドチャネルのデータは、１次元のデータ列である。同じ要素数を有する１次元の数列同士の類似度を算出するには、例えば残差平方和の算出等が挙げられる。

【0021】

比較検証処理部２０６は、所定のデータ量毎に類似度を繰り返し算出する。次にこの類似度データを、移動平均等を経て所定の閾値と比較する。比較検証処理部２０６はこのような演算処理を行うことで、受信した信号が自機から送信された正当な信号であるのか、あるいは悪意の第三者から送信された不当な信号であるのかを推定することが可能になる。比較検証処理部２０６はこの判定結果を、図示しない自動運転システム等の上位装置へ出力する。

【0022】

なお、図１に示した実施形態では媒体に光を用いているが、極超短波の電波を用いても同様の処理が可能である。すなわち、本発明は媒体の種類に依存しない。

【0023】

図３は、フォトダイオード１１０から受信した受信信号を模式的に示す波形図である。横軸は時間であり、縦軸は電圧である。
受信信号は、マクロ的に見ると低周波パルス生成部１０５が生成する低周波パルスと同じ波形である。しかし、受信信号が高電位を示している期間（時点Ｔ３０１からＴ３０２の間及び時点Ｔ３０３からＴ３０４の間）の波形を拡大すると、乱数生成演算部１０８の乱数生成演算処理によってサイドチャネル信号が重畳されている。図１で説明したように、測距装置１０１におけるサイドチャネル信号は、受信信号が高電位を示している期間にのみ発生する。このため、送信信号と受信信号との間の時間軸上の確からしさを確認することができる。
更に、このサイドチャネル信号は、その電圧振幅が小さいため、例えばメインチャネル信号を波形整形するためのコンパレータを通過させると、容易に失われてしまう。
すなわち、サイドチャネル信号は、メインチャネル信号を搬送する媒体に、複製困難性と時間軸上の確からしさを与えることで、信号伝送系のセキュリティを向上させる効果がある。

【0024】

もし、悪意ある第三者が媒体受信部であるフォトダイオード１１０に偽の低周波パルス光を照射して、測距処理部１１６を誤動作させるとする。照合処理部１１７がなければ、測距処理部１１６は容易に偽の低周波パルス光によって騙されてしまい、誤った測距情報を自動運転システム等の上位装置に出力してしまう。結果として、自動運転システムが誤動作し、重大な事故を引き起こす可能性が考えられる。
本発明の第一の実施形態に係る測距装置１０１は、低周波パルス光にサイドチャネル信号が重畳され、これを照合処理部１１７で確認する。したがって、仮に悪意ある第三者が媒体受信部であるフォトダイオード１１０に偽の低周波パルス光を照射して、測距処理部１１６を誤動作させようとしても、照合処理部１１７の比較検証処理部２０６が偽の低周波パルス光であることを推定し、測距処理部１１６が出力する測距情報が怪しい旨の判定結果を、自動運転システム等の上位装置に出力する。自動運転システムは、悪意ある第三者による妨害工作が行われている可能性を認識し、自動運転動作を中止する等の安全確保処理に移行することができる。

【0025】

［第二の実施形態：侵入検出装置４０１］
本発明は、測距装置にのみ適用されるものではない。メインチャネルが無変調であり、媒体の有無のみを検出する侵入検出装置４０１にも適用可能である。
図４は、本発明の第二の実施形態に係る、侵入検出装置４０１の全体構成を示すブロック図である。
図４に示す侵入検出装置４０１の、図１に示す第一の実施形態に係る測距装置１０１との違いは、
・ＭＯＳＦＥＴ１０７がないので、ＬＥＤ１０２は常時発光し続けること、
・乱数生成演算部４０２は、低周波パルス生成部１０５が生成する低周波パルスによってオン・オフ動作すること、
・ＬＥＤ１０２の光は対象物１０９で反射せず、直接フォトダイオード１１０に入射され、侵入者４０３によって遮られること、
・アンプ１１５の出力信号が侵入者４０３の侵入を検出する侵入検出信号として出力されること、
・低周波パルス生成部１０５が生成する低周波パルスは照合処理部４０４に入力されること、
・測距処理部１１６がないこと
である。

【0026】

ＬＥＤ１０２は、電流制限抵抗Ｒ１０３を通じて第一直流電源１０４から流れ込む電流によって発光する。第一の実施形態に係る測距装置１０１とは違い、ＭＯＳＦＥＴ１０７がないので、ＬＥＤ１０２は発光し続ける。
一方、低周波パルス生成部１０５は第二直流電源１０６によって駆動され、およそ数Ｈｚ〜数１０Ｈｚ程度の低周波パルスを生成する。低周波パルス生成部１０５が生成する低周波パルスの波形は図６にて後述する。この低周波パルス生成部１０５が生成する低周波パルスは、乱数生成演算部４０２をオン・オフ制御する制御信号となる。第一の実施形態に係る侵入検出装置４０１とは違い、この低周波パルスはメインチャネルではない。
侵入検出装置４０１におけるメインチャネルは、無変調である。すなわち、侵入者４０３によってＬＥＤ１０２の光が遮られることで、フォトダイオード１１０の出力信号が途絶える。したがって、侵入者４０３の存在を検出できる。

【0027】

ＬＥＤ１０２を流れる電流は乱数生成演算部４０２に流れ込む。
乱数生成演算部４０２は、低周波パルス生成部１０５が生成する低周波パルスによってオン制御されると、乱数を生成する演算処理を行う。この乱数生成演算部４０２は、低周波パルスでオン・オフ制御される以外は、特に乱数を生成する演算処理において、前述の乱数生成演算部１０８と同じ機能を有する。
乱数生成演算部４０２が所定の乱数を生成する演算処理を実行すると、演算処理の過程において、乱数生成演算部４０２に流れる負荷電流に、演算処理によって生成する乱数に起因する変動が生じる。

【0028】

図４に示すブロック図では、ＬＥＤ１０２の駆動電流が乱数生成演算部４０２にも流れるので、ＬＥＤ１０２が発光する光には乱数生成演算部４０２の処理によって生じる電流の変動がＡＭ変調の信号成分となって光に重畳される。この乱数生成演算部４０２が生成する信号は、主たる情報を搬送するメインチャネルに対し、本来の情報を搬送する目的とは外れる、副次的な情報を搬送するサイドチャネルの信号である。ＬＥＤ１０２が発生する光は、フォトダイオード１１０に照射される媒体の一種であり、その意味でＬＥＤ１０２は媒体発生源としての役割を持っている。但し、侵入検出装置４０１におけるメインチャネルは無変調である。
サイドチャネルの信号を生成する乱数生成演算部４０２は、送信信号源を構成する。

【0029】

ＬＥＤ１０２が発光する光は、そのまま受光素子であるフォトダイオード１１０に入射される。フォトダイオード１１０のカソードには、抵抗Ｒ１１１を通じて第三直流電源１１２の電源電圧が印加される。フォトダイオード１１０は、受光した光の強度に応じて端子間容量が変動する。この端子間容量の変動をコンデンサＣ１１３及び抵抗Ｒ１１４で検出することで、受光した光から、サイドチャネルの信号を受信することができる。このフォトダイオード１１０が、侵入者４０３の存在を検出するための媒体受信部となる。

【0030】

照合処理部４０４には、低周波パルス生成部１０５が出力する低周波パルスと、ＬＥＤ１０２に印加された信号と、フォトダイオード１１０から受信した信号がそれぞれ入力される。そして、照合処理部４０４は、各々の信号からサイドチャネルの信号成分を抽出する。そして、低周波パルスが論理の真を示している期間に、各々のサイドチャネルの情報を比較して、フォトダイオード１１０に入射された光の正当性を判定する判定結果を出力する。

【0031】

図５は、照合処理部４０４の機能ブロック図である。
図５に示す照合処理部４０４の、図２に示す第一の実施形態に係る照合処理部１１７との違いは、比較検証処理部５０１に低周波パルスが入力されていることである。これ以外の、送信側サイドチャネル処理部２０１及び受信側サイドチャネル処理部２０５と、これらを構成するＢＰＦ２０２ａ、ＢＰＦ２０２ｂ、Ａ／Ｄ変換器２０３ａ、Ａ／Ｄ変換器２０３ｂ、バッファ２０４ａ及びバッファ２０４ｂは全て機能的に同一であるので、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

【0032】

送信側サイドチャネル処理部２０１のバッファ２０４に記憶されている送信側サイドチャネルデータと、受信側サイドチャネル処理部２０５のバッファ２０４に記憶されている受信側サイドチャネルデータは、それぞれ比較検証処理部５０１に入力される。
比較検証処理部５０１は、低周波パルス生成部１０５から入力される低周波パルスが論理の真を示している期間内に、送信側サイドチャネルデータと、受信側サイドチャネルデータを照合し、類似度を算出する。受信側サイドチャネルデータはノイズ等の影響でビット抜け等のエラーが多々含まれている可能性があるため、データ同士の完全な一致を求めるのではなく、確率の観点から一致の度合い、すなわち類似度を算出する。
サイドチャネルのデータは、１次元のデータ列である。同じ要素数を有する１次元の数列同士の類似度を算出するには、例えば残差平方和の算出等が挙げられる。

【0033】

比較検証処理部５０１は、所定のデータ量毎に類似度を繰り返し算出する。次にこの類似度データを、移動平均等を経て所定の閾値と比較する。比較検証処理部５０１はこのような演算処理を行うことで、フォトダイオード１１０から受光した光がＬＥＤ１０２から発光された正当な光であるのか、あるいは悪意の第三者がＬＥＤ懐中電灯等を用いた不当な光であるのかを推定することが可能になる。
比較検証処理部５０１はこの判定結果を、図示しない侵入者監視システム等の上位装置へ出力する。

【0034】

図６は、低周波パルス生成部１０５が生成する低周波パルスと、フォトダイオード１１０から受信した受信信号を模式的に示す波形図である。横軸は時間であり、縦軸は電圧である。図６の(a)が低周波パルスの波形であり、(b)がフォトダイオード１１０から受信した受信信号の波形である。
受信信号は、マクロ的に見ると無変調の直流信号に見える。しかし、低周波パルスが高電位（論理の真）を示している期間の波形を拡大すると、乱数生成演算部４０２の乱数生成演算処理によってサイドチャネル信号が重畳されている。図４で説明したように、サイドチャネル信号は、低周波パルスが論理の真を示している期間にのみ発生する。このため、送信信号と受信信号との間の時間軸上の確からしさを確認することができる。また、低周波パルスが論理の偽を示している期間の波形を拡大すると、サイドチャネル信号が重畳されていないことがわかる。
更に、このサイドチャネル信号は、その電圧振幅が小さいため、例えばメインチャネル信号を波形整形するためのコンパレータを通過させると、容易に失われてしまう。
すなわち、サイドチャネル信号は、メインチャネル信号を搬送する媒体に、複製困難性と時間軸上の確からしさを与えることで、信号伝送系のセキュリティを向上させる効果がある。

【0035】

もし、悪意ある第三者が媒体受信部であるフォトダイオード１１０にＬＥＤ懐中電灯等の光を照射して、図示しない侵入者監視システムを誤動作させるとする。照合処理部４０４がなければ、フォトダイオード１１０から出力される信号がＬＥＤ懐中電灯等の光を照射されることで、誤った信号を出力してしまう。結果として、侵入者監視システムは侵入者４０３の検出に失敗してしまう。
本発明の第二の実施形態に係る侵入検出装置４０１は、無変調光にサイドチャネル信号が重畳され、これを低周波パルスと共に照合処理部４０４で確認する。したがって、仮に悪意ある第三者が媒体受信部であるフォトダイオード１１０にＬＥＤ懐中電灯等の光を照射して、侵入者監視システムを誤動作させようとしても、照合処理部４０４の比較検証処理部５０１が偽の無変調光であることを推定し、フォトダイオード１１０から出力される信号が極めて疑わしい旨の判定結果を、侵入者監視システム等の上位装置に出力する。侵入者監視システムは、悪意ある第三者、すなわち侵入者４０３による妨害工作が行われている可能性を認識し、警報を発する等の処理を実行することができる。

【0036】

本実施形態では、測距装置１０１及び侵入検出装置４０１を開示した。
測距装置１０１は、対象物１０９との相対距離を測定するためのメインチャネルの信号に、複製や模倣が困難な乱数を生成するハードウェアロジック回路を用いたサイドチャネルの信号を重畳する。メインチャネルの信号の周波数と、サイドチャネルの信号の周波数は、信号の分離を容易にするため、３桁以上の差を設けることが好ましい。
比較検証処理部２０６は、送信側サイドチャネルデータと、受信側サイドチャネルデータを照合し、類似度を検証することで、受信信号の正当性を確認する。
本発明の第一の実施形態では、従来の測距装置に乱数生成演算部１０８と照合処理部１１７を追加することで、容易にサイドチャネルに複製や模倣が困難な乱数を重畳することができ、悪意の第三者による測距装置１０１のクラッキングを防止することが可能になる。

【0037】

侵入検出装置４０１は、侵入者４０３の有無を検出するための無変調の媒体に、複製や模倣が困難な乱数を生成するハードウェアロジック回路を用いたサイドチャネルの信号を重畳する。
比較検証処理部５０１は、送信側サイドチャネルデータと、受信側サイドチャネルデータを照合し、類似度を検証することで、受信媒体の正当性を確認する。
本発明の第二の実施形態では、従来の侵入検出装置４０１に乱数生成演算部４０２と照合処理部４０４を追加することで、容易にサイドチャネルに複製や模倣が困難な乱数を重畳することができ、悪意の第三者による侵入検出装置４０１のクラッキングを防止することが可能になる。

【0038】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。

【符号の説明】

【0039】

１０１…測距装置、１０２…ＬＥＤ、１０４…第一直流電源、１０５…低周波パルス生成部、１０６…第二直流電源、１０６…乱数生成演算部、１０７…ＭＯＳＦＥＴ、１０８…乱数生成演算部、１０９…対象物、１１０…フォトダイオード、１１２…第三直流電源、１１５…アンプ、１１６…測距処理部、１１７…照合処理部、２０１…送信側サイドチャネル処理部、２０２ａ、２０２ｂ…ＢＰＦ、２０３ａ、２０３ｂ…Ａ／Ｄ変換器、２０４ａ、２０４ｂ…バッファ、２０５…受信側サイドチャネル処理部、２０６…比較検証処理部、４０１…侵入検出装置、４０２…乱数生成演算部、４０３…侵入者、４０４…照合処理部、５０１…比較検証処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】