特許 6862561 ＧＰＳ妨害およびスプーフィングの検出

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6862561

(24)【登録日】2021年4月2日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】ＧＰＳ妨害およびスプーフィングの検出

(51)【国際特許分類】

   G01S 19/21 20100101AFI20210412BHJP

   G01S 19/49 20100101ALI20210412BHJP

   G01C 21/16 20060101ALI20210412BHJP

【ＦＩ】

   G01S19/21

   G01S19/49

   G01C21/16

【請求項の数】19

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-537746(P2019-537746)

(86)(22)【出願日】2017年9月19日

(65)【公表番号】特表2019-532307(P2019-532307A)

(43)【公表日】2019年11月7日

(86)【国際出願番号】US2017052249

(87)【国際公開番号】WO2018125328

(87)【国際公開日】20180705

【審査請求日】2019年5月15日

(31)【優先権主張番号】15/277,625

(32)【優先日】2016年9月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】519100985

【氏名又は名称】ビーエイイー・システムズ・インフォメーション・アンド・エレクトロニック・システムズ・インテグレイション・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100199565

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】アルトリヒテル、ウェイン・ダブリュ．

【審査官】 安井 英己

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２８０９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０６９５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０００２４７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０８５６０２１８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００１−１７４２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０８０３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ５／００− ５／１４，

Ｇ０１Ｓ １９／００−１９／５５，

Ｇ０１Ｃ ２１／００−２１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測位システムにおける信号干渉を検出するためのシステムであって、
少なくとも２つの個別の航法システムをプロセッサにリンクすることができるインターフェースと；
前記インターフェースに結合された慣性航法システムと；
少なくとも１つの他の全地球測位システム受信機と動作可能な通信関係にあり、前記インターフェースに結合された全地球測位システム受信機と；
前記インターフェースに結合されたプロセッサと；
前記プロセッサに結合されたメモリ記憶デバイスと；
を備え、
前記メモリ記憶デバイスは、前記プロセッサに、様々な時間における、慣性航法システムにより与えられる位置と、全地球測位システムにより与えられる位置との比較に基づいて、干渉の存在を決定するための少なくとも１つのサンプリングされた自己相関関数を計算させる命令を含む、システム。

【請求項2】

全地球測位システムの干渉の検出に応じて、ユーザに対する警告が表示される、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記インターフェースは、リンク１６戦術データネットワークを備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記システムは、移動式戦闘用ユニットに組み込まれる、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記システムは、固定式戦闘用ユニットに組み込まれる、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記システムは、民間旅客機に組み込まれる、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

統合型データ登録ソフトウェアが、前記メモリ記憶デバイスに記憶され、前記プロセッサに、様々な時間における、慣性航法システムにより与えられる位置と、全地球測位システムにより与えられる位置との比較に基づいて、前記干渉の存在を決定するための少なくとも１つのサンプリングされた自己相関関数を計算させる命令のための媒体を提供するために使用される、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記プロセッサに、干渉の存在を決定するための少なくとも１つのサンプリングされた自己相関関数を計算させる前記命令は、前記自己相関関数またはパワースペクトル関数が、通常、干渉がなかったとすれば存在しないであろう閾値を越えるヒストグラムの棒を検索することによって干渉を検出する、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

ＧＰＳ受信機に対する干渉の存在を決定するための方法であって、
既知の干渉がない条件下で受信機によって受信される全地球測位システムのデータを監視することと；
記憶手段上に分析のために前記データを記憶することと；
後の時点で、干渉を示す特徴の存在を決定するために、時間期間にわたって、前記データを、純粋な慣性航法システムの位置出力と比較することと；
を備え、
干渉を示す前記特徴は、前記データにおいて規則的に再発生する最小値および／または最大値の時間的なずれを含む、方法。

【請求項10】

ＧＰＳ受信機に対する干渉の存在を決定するための方法であって、
既知の干渉がない条件下で受信機によって受信される全地球測位システムのデータを監視することと；
記憶手段上に分析のために前記データを記憶することと；
後の時点で、干渉を示す特徴の存在を決定するために、時間期間にわたって、前記データを、純粋な慣性航法システムの位置出力と比較することと；
を備え、
前記比較することのステップが、様々な時間における、慣性航法システムによって与えられる位置と、全地球測位システムによって与えられる位置との比較に基づいて、干渉の存在を決定するための少なくとも１つのサンプリングされた自己相関関数を計算することを備える、方法。

【請求項11】

前記特徴は、前記慣性航法システム（ＩＮＳ）のデータの決定性のある特徴を含む、請求項９又は１０に記載の方法。

【請求項12】

決定性のある前記特徴が、シューラー誤差や地球ループ誤差を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

慣性航法システムの動作の忠実度の高い誤差モデルが、前記慣性航法システムが通常の動作状態のもとでどのように振る舞うのかを規定するために使用され、それによって、前記慣性航法システムがいつ異常に動作しているのかを観察するための手段を提供する、請求項９又は１０に記載の方法。

【請求項14】

ＧＰＳ受信機に対する干渉の存在を決定するための方法であって、
慣性航法システムの位置データから真値の基準を差分することと；
差分されたデータを、純粋な慣性航法システムデータと比較することと；
純粋なＩＮＳ位置と前記真値の基準との間の計算された位置の差について、スペクトルコンテンツを、または、等価的に自己相関関数を、評価することと；
前記自己相関関数の出力、または、パワースペクトル出力のいずれかを使用して、干渉の存在を検出するために、前記データを評価することと；
を備える、方法。

【請求項15】

サンプリングされた前記自己相関関数が、緯度と経度の両方について計算される、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

周波数領域における等価な表現が、緯度と経度についてのサンプリングされたパワースペクトル密度関数を利用する、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

アルゴリズムが、慣性航法システムの位置データと、全地球測位システムの位置データとの比較に基づく、純粋な慣性航法システムデータの位置誤差についての自己相関関数を計算するために使用される、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

前記真値の基準が、全地球測位システムの受信機と関連付けられた位置データである、請求項１５に記載の方法。

【請求項19】

前記自己相関関数の出力またはパワースペクトル出力のいずれかを使用して、干渉の存在を検出するために前記データを前記評価することのステップは、前記自己相関関数またはパワースペクトル関数が、通常、干渉がなければ存在しないであろう閾値を越えるヒストグラムの棒を検索することを含む、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【関連出願】

【0001】

[0001] 本出願は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる、２０１６年９月２７日に出願された米国特許出願第１５／２７７，６２５号の利益を主張する。

【技術分野】

【0002】

[0002] 本開示は、全地球測位システム（Global Positioning System： ＧＰＳ）に関連し、より具体的には、ＧＰＳ妨害（jamming）およびスプーフィング（spoofing： なりすまし）の検出のためのシステムに関する。

【背景技術】

【0003】

[0003] ほとんどの既存の戦術的なシステムは、少なくとも部分的には、ナビゲーションおよび位置決めのために、正確なＧＰＳデータの存在に、直接的または間接的に依存する。移動体は、例えば、統合されたＧＰＳ／ＩＮＳソリューションを創出するために、一般的には、ＧＰＳデータを、移動体内の慣性航法システム（Inertial Navigation System： ＩＮＳ）によって生成されたデータと統合する。静止体は、その固定の位置を確立するためにＧＰＳを利用することができる。

【0004】

[0004] 上述の移動体上で使用されるものなどの慣性航法システムは、ＧＰＳデータなどの外部の基準を必要とすることなく、推測航法（dead reckoning）によって、移動体の位置、向き、および、速度（運動の方向と速度）を連続的に計算するために、コンピュータと、動きセンサ（例えば、加速度計）と、回転センサ（例えば、ジャイロスコープ）とを使用する航法支援装置である。そのようなシステムは、一般的に、使用可能なデータを提供するために知られるべき開始位置、速度、および、向きに関する情報を必要とする。また、このようなＩＮＳは、推定における誤差がひどくなり、経時的に蓄積すると、ドリフトを受けやすい。

【0005】

[0005] 全地球測位システムは、位置データを更新することにおいて以前の推定値へのそれらの依存がないことにより、ドリフト誤差に影響されやすくはないので、多くの場合、頑健な位置と速度のデータを提供するために、ＩＮＳと組み合わせて使用される。しかし、ＧＰＳは、地形やその他の可変要素による信号の損失または破損を経験することに影響されやすく、それは、ＧＰＳが、不正確な情報を提供したり、ある状態では機能することを完全に停止してしまったりという結果になり得る。これら期間の間、ＧＰＳデータの損失を緩和するために、ＩＮＳが使用されることができる。

【0006】

[0006] しかし、ＧＰＳ技術のユーザすべてによる主な懸念は、戦時の作戦の間に遭遇され得るような、意図的な干渉に対するＧＰＳ信号の相対的な感受性である。非常に安価で単純なハードウェアが、ＧＰＳ信号へのプラットフォームのアクセスを拒む（妨害）ために有効に使用されることができると実証されており、ますます深刻になる脅威が、ＧＰＳ受信機に誤った結果を生成させる（スプーフィング）ように干渉するための手段の開発に存在する。

【0007】

[0007] 意図的なＧＰＳへの干渉（妨害とスプーフィング）の検出および／または緩和のための現在の方法の多くは、ＧＰＳ受信機を強化するために利用可能な信号特性とアンテナ技術に基づいている。例えば、アンテナの不感帯、または、低減された感度のゾーンが干渉源を包含するようなアンテナ空白化（antennae-nulling）が、妨害の影響を最小にするために使用される１つの選択肢である。アンテナ空白化は、送信しているプラットフォームによって実行されなければならず、干渉源の位置と、目的となる受信機に対するそれらの位置によって、干渉を十分に減衰させることができないことがあり得る。特に、干渉源が、信号の目的とされる受信者の比較的近くにある場合には、アンテナ空白化は、目的となる受信者にとっての深刻な信号損失をもたらし得る。

【0008】

[0008] 意図的なＧＰＳ干渉の検出および／または緩和のための第２の選択肢は、ＧＰＳ受信機の妨害対抗能力を増すために使用される信号処理技術を強化することを含む。しかし、このような技術は、計算コストが高い。米国政府は、また、干渉信号に対する感度を最小にするように強化されたＧＰＳ受信機の使用を可能にする目的で、第３のＧＰＳ周波数を導入しているが、この技術は、受信機に、新たな周波数を受信し、処理できることを要求し、結果、この技術の統合は、時間がかかり、高価である。

【0009】

[0009] 上述の問題は、主に、軍事の戦術的な状況の文脈で説明されたが、ＧＰＳ干渉は、軍事と商用との用途の両方のために問題となる。

【0010】

[0010] 従って、必要とされるものは、基盤となるハードウェアの変更を必要とせず、コンピュータ処理上のコストも大きくない、妨害やスプーフィングを検出し、克服するための技術である。

【発明の概要】

【0011】

[0011] 本開示の一実施形態は、測位システムにおける信号干渉を検出するためのシステムを提供し、システムは： 少なくとも２つの個別の航法システムをプロセッサにリンクする能力を有するインターフェースと； インターフェースに結合された慣性航法システムと； 少なくとも１つの他の全地球測位システムと動作可能な通信関係にあり、インターフェースに結合された全地球測位システム受信機と； インターフェースに結合されたプロセッサと； プロセッサに結合されたメモリ記憶デバイスと； を備え、 メモリ記憶デバイスは、プロセッサに、様々な時間における、慣性航法システムにより与えられる位置と、全地球測位システムにより与えられる位置との比較に基づいて、干渉の存在を決定するための少なくとも１つのサンプリングされた自己相関関数を計算させる命令を含む。

【0012】

[0012] 本発明の他の実施形態は、全地球測位システムの干渉の検出に応じて、ユーザに対する警告が表示される、上述のシステムを提供する。

【0013】

[0013] 本発明のさらなる実施形態は、インターフェースが、リンク１６戦術データネットワークを備える、上述のシステムを提供する。

【0014】

[0014] 本発明のさらに他の実施形態は、システムが、移動式戦闘用ユニットに組み込まれる、上述のシステムを提供する。

【0015】

[0015] 本発明のさらなる実施形態は、システムが、固定式戦闘用ユニットに組み込まれる、上述のシステムを提供する。

【0016】

[0016] 本発明のさらに他の実施形態は、システムが、民間旅客機に組み込まれる、上述のシステムを提供する。

【0017】

[0017] 本発明のさらなる実施形態は、統合型データ登録ソフトウェアが、メモリ記憶デバイスに記憶され、 プロセッサに、様々な時間における、慣性航法システムにより与えられる位置と、全地球測位システムにより与えられる位置との比較に基づいて、干渉の存在を決定するための少なくとも１つのサンプリングされた自己相関関数を計算させる命令のための媒体を提供するために使用される、上述のシステムを提供する。

【0018】

[0018] 本発明のさらなる他の実施形態は、プロセッサに、干渉の存在を決定するための少なくとも１つのサンプリングされた自己相関関数を計算させる命令は、自己相関関数またはパワースペクトル関数が、通常、干渉がなかったとすれば存在しないであろう閾値を越えるヒストグラムの棒（bin： ビン）を検索することによって干渉を検出する、上述のシステムを提供する。

【0019】

[0019] 本発明の一実施形態は、ＧＰＳ受信機に対する干渉の存在を決定するための方法を提供し、方法は： 既知の干渉がない条件下で受信機によって受信される全地球測位システムのデータを監視することと； 記憶手段上に分析のためにそのデータを記憶することと； 後の時点で、干渉を示す特徴の存在を決定するために、時間期間にわたって、そのデータを、純粋な慣性航法システムの位置出力と比較することと； を備える。

【0020】

[0020] 本発明の他の実施形態は、干渉を示す特徴が、上記データにおいて規則的に再発生する最小値および／または最大値の時間的なずれを含む、上述の方法を提供する。

【0021】

[0021] 本発明のさらなる実施形態は、比較することのステップが、様々な時間における、慣性航法システムによって与えられる位置と、全地球測位システムによって与えられる位置との比較に基づいて、干渉の存在を決定するための少なくとも１つのサンプリングされた自己相関関数を計算することを備える、上述の方法を提供する。

【0022】

[0022] 本発明のさらに他の実施形態は、特徴は、慣性航法システム（ＩＮＳ）のデータの決定性のある特性を含む、上述の方法を提供する。

【0023】

[0023] 本発明のさらに他の実施形態は、決定性のある特徴が、シューラー誤差や地球ループ誤差を含む、上述の方法を提供する。

【0024】

[0024] 本発明のさらに他の実施形態は、慣性航法システムの動作の忠実度の高い誤差モデルが、航法システムが通常の動作状態のもとでどのように振る舞うのかを規定するために使用され、それによって、システムがいつ異常に動作しているのかを観察するための手段を提供する、上述の方法を提供する。

【0025】

[0025] 本発明の一実施形態は、ＧＰＳ受信機に対する干渉の存在を決定するための方法であって、方法は： 慣性航法システムの位置データから真値の基準を差分することと； 差分されたデータを、純粋な慣性航法システムデータと比較することと； 純粋なＩＮＳ位置と真値の基準との間の計算された位置の差について、「スペクトル」のコンテンツを、または、等価的に自己相関関数を評価することと； 自己相関関数の出力、または、パワースペクトル出力のいずれかを使用して、干渉の存在を検出するためにデータを評価することと； を備える。

【0026】

[0026] 本発明の他の実施形態は、サンプリングされた自己相関関数が緯度と経度の両方について計算される、上述の方法を提供する。

【0027】

[0027] 本発明のさらなる実施形態は、周波数領域における等価な表現が、緯度と経度についてのサンプリングされたパワースペクトル密度関数を利用する、上述の方法を提供する。

【0028】

[0028] 本発明のさらに他の実施形態は、アルゴリズムが、慣性航法システムの位置データと、全地球測位システムの位置データとの比較に基づく、純粋な慣性航法システムのデータの位置誤差についての自己相関関数を計算するために使用される、上述の方法を提供する。

【0029】

[0029] 本発明のさらなる実施形態は、真値の基準が、全地球測位システム受信機と関連付けられた位置データである、上述の方法を提供する。

【0030】

[0030] 本発明のさらに他の実施形態は、自己相関の出力またはパワースペクトル出力のいずれかを使用して、干渉の存在を検出するためにデータを評価することのステップは、自己相関関数またはパワースペクトル関数が、通常、干渉がなければ通常存在しないであろう閾値を越えるヒストグラムの棒を検索することを含む、上述の方法を提供する。

【0031】

[0031] 本明細書に記載される特徴および利点は、全てを含むものではなく、特に、多くの追加の特徴や利点が、図面、明細書、および、特許請求の範囲に鑑みて、本技術に通常の技量をもつ者には明らかである。さらに、明細書の中で使用される言葉は、原則として、読みやすさや教示目的のために選択されており、本発明の主題の範囲を限定するものではないことが留意されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】[0032] 図１は、本開示の一実施形態に従って構成される、リンク１６端末とのＧＰＳおよびＩＮＳインターフェースを示すブロック図である。

【図2】[0033] 図２は、本開示の一実施形態に従う、典型的なＩＮＳの緯度位置誤差を示すグラフである。

【図3A】[0034] 図３Ａは、本開示の一実施形態に従う、干渉が無い場合のＧＰＳの自己相関関数を示すグラフである。

【図3B】[0035] 図３Ｂは、本開示の一実施形態に従う、干渉がある場合のＧＰＳの自己相関関数を示すグラフである。

【図4A】[0036] 図４Ａは、本開示の一実施形態に従う、干渉が無い場合のＧＰＳのパワースペクトル密度を示すグラフである。

【図4B】[0037] 図４Ｂは、本開示の一実施形態に従う、干渉がある場合のＧＰＳのパワースペクトル密度を示すグラフである。

【詳細な説明】

【0033】

[0038] 上記に展開されたように、ＩＮＳの誤差が、以前の推定値への依存により経時的に蓄積する傾向にあり、他方、ＧＰＳ誤差は、ある地勢ではＧＰＳ信号を維持することが困難である可能性があるが、それらが以前の推定値に依存しないことにより、誤差の所定の閾値以内の正確な結果を生成する傾向にあるので、重要なシステム上では、典型的には、ＧＰＳおよびＩＮＳは、組み合わせて使用される。利用可能であれば、ＧＰＳシステムからの定期的な更新によって、ＩＮＳの誤差の蓄積が制限され、この組み合わせは、外部データの存在には構わず、正確な位置および速度情報がＩＮＳから得られることを可能にする。

【0034】

[0039] しかし、ＧＰＳシステムは、それらの動作のために外部信号に依存しており、信号受信を妨げること（jamming： 妨害）、または、受信機が不正確な位置データを提供するようにさせる企てにおいて信号受信を変更すること（spoofing： スプーフィング）のいずれかのために、故意に干渉され得る。妨害が起こる場合、ユーザが干渉を回避するアクションをとることを可能にするために、ユーザに対するそのような干渉の通知が望まれるけれども、ＩＮＳは、いくらかの時間の間は、合理的に正確な位置と速度を提供し続けるのに十分であり得る。しかし、スプーフィングが起こる場合、ＩＮＳは、新しい不正確な情報で更新され得、不正確な位置と速度の情報がユーザに提供され、ユーザにより依存される結果になる可能性がある。

【0035】

[0040] 劣化された動作を引き起こすのに十分な干渉からＧＰＳ受信機を保護する最初のステップは、そのような干渉の存在の検出である。航法システムが通常の動作状態のもとでどのように振る舞うのかを規定するために、ＩＮＳのための忠実度の高い誤差モデルが使用されることができ、それによって、これらのシステムがいつ異常に動作しているのかを観察するための手段を提供する。具体的には、ＧＰＳ位置データの監視および分析、並びに、純粋なＩＮＳの位置出力、即ち、当該データと、アルゴリズムまたは他の方法で修正されていない位置出力との比較が、ＧＰＳ妨害またはスプーフィングタイプの干渉の存在を検出するために使用されることができる。

【0036】

[0041] 具体的には、ソフトウェアが、ＩＮＳ位置とＧＰＳ位置の比較に基づいた、純粋なＩＮＳの位置誤差についての経時的なサンプリングされた自己相関関数（sampled-autocorrelation function）を計算するために使用されることができる。ここでは、「系列相関（serial correlation）」とも呼ばれることがある、「自己相関」の用語が、時間上の異なる複数の点における信号のそれ自身との相関のことをいうために使用される。それは、また、それらの間の時間遅れの関数として、複数の観測間の類似度と考えられてもよい。

【0037】

[0042] 有用なことに、純粋なＩＮＳの位置誤差は、例えば、シューラー（Schuler）誤差や地球ループ（Earth-Loop）誤差などの決定性のある特性を有する。シューラー誤差は、地球ループ誤差を含むが、地球の曲率によって引き起こされ、ＩＮＳデータにおける約８４．４分周期の振動を生じる。外部データに依存せず、または、外部データよって引き起こされない、これら決定性のある特性とそれらに関連付けられた周期的な誤差のゆえに、ＩＮＳシステムは、前項で説明されたサンプル−自己相関関数を用いてＧＰＳ干渉を検出するために使用されることができる。また、そのようなシステムは、それが動作のために外部信号に依存しないので、それ自身、妨害やスプーフィングの攻撃に影響されない。

【0038】

[0043] 干渉によって引き起こされる誤差が、ＧＰＳによって与えられる位置に存在する場合、ＩＮＳ−ＧＰＳ間の位置の差は、図３Ａと３Ｂなど、サンプリングされた自己相関関数の出力を観察することによって検出することができる、付加的な決定性のある誤差特性を含む。

【0039】

[0044] 好都合なことに、必要なＩＮＳとＧＰＳのデータは、比較的近代的な移動式戦闘用機器の戦術システム内で容易に手に入る。また、固定式ユニットは、固定式ユニットの位置誤差が一定である（バイアス）であると仮定されることができるので、多くの場合に移動式ユニット上よりもより単純であるプラットフォーム上の実装でもって、技術からの利益を使用することができる。ひとたび検出が確認されると、戦闘用機器の戦術システムは、ＧＰＳ干渉を回避または軽減できる。

【0040】

[0045] 先行技術のアプローチを越える、ここに提示される提案のアプローチの大きな利点は、上述のように、干渉の検出は、本開示の実施形態に従って、全体的に、ソフトウェアの実装によって提供され得る。必要とされる入力が、すでに、航空機、船舶、地上ユニット内にある既存のＧＰＳシステムとＩＮＳ航法システムの実装において、すでに容易に手に入るので、これは可能である。このアプローチの重要な点は、外部の干渉（妨害）に影響されないＩＮＳ誤差の特性（シューラー特性）の使用である。即ち、ソフトウェアに実装された、サンプリングされた自己相関関数、または、それのフーリエ変換であるパワースペクトル密度は、ＧＰＳからＩＮＳを引いた位置誤差がいつ崩壊されるのかを決定するために使用されてよい。干渉がなければ、ＧＰＳ−ＩＮＳは、いつも、純粋なシューラー誤差として現れる。干渉がある場合、ＧＰＳ−ＩＮＳは、干渉誤差の特徴を含む。

【0041】

[0046] このようなソフトウェア実装において、問題解決の１つの手続き、または、アルゴリズムは、ＤＤＲ３メモリなどのメモリデバイスとの通信ができ、中央処理ユニット（central processing unit：ＣＰＵ）またはプロセッサとのさらなる通信ができる、ハードドライブなどの記憶装置上に記憶されてよい。また、記憶装置やメモリは、ＩＮＳとＧＰＳのデータを記憶するために使用されてもよい。

【0042】

[0047] 上述された機能は、戦闘用ユニット、並びに、民間の用途をもつユニットが、そのユニット内のＧＰＳ機器の妨害またはスプーフィングによってもたらされるナビゲーション誤差を検出することを可能にする。戦闘用および民間用のユニットは、航法システムによる重大な決定を行い、航法システムの有害な行いを回避し、ＧＰＳが劣化した場合に代替のナビゲーションソースを利用するために、本開示の実施形態に従って構成されたシステムによって提供される機能を使用することができる。

【0043】

[0048] ここで、図１を参照すると、本明細書に記載されるＧＰＳ妨害およびスプーフィングの検出システムは、本開示の実施形態に従って、データ交換を用いる、戦闘用ユニットの組み込みＧＰＳ／ＩＮＳ１００との、典型的なリンク１６（米国と、北大西洋条約機構、即ち、ＮＡＴＯとによって主に使用される軍事戦術データ交換ネットワーク）の端末統合体１０２に実装されて示される。この図では、頭字語ＪＴＩＤＳは、主に、航空機およびミサイル防衛共同体において、データ通信の要求をサポートするために合衆国の軍隊とそれらの同盟国によって使用されるＬ帯域の時分割多元接続（Time Division Multiple Access： ＴＤＭＡ）ネットワーク無線システムである、統合戦術情報伝達システム（Joint Tactical Information Distribution System）のことを呼ぶために用いられる。頭字語ＭＩＤＳは、多機能情報伝達システム（Multifunctional Information Distribution System）のことを呼ぶために用いられ、ＭＩＤＳは、リンク１６ネットワークの通信コンポーネントについてのＮＡＴＯの用語である。ＲＮＫＦ１０６の符号が付された要素は、ＲＥＬＮＡＶカルマンフィルタであり、ＲＥＬＮＡＶは、相対航法のタイミングおよびデータ（Relative Navigation, Timing & Data）のことを呼ぶために使用される。ＲＮＳ１０８の符号が付された要素は、ＲＥＬＮＡＶソース選択機能である。最後に、ＰＰＬＩは、リンク１６ネットワークにおける参加者全員の正確な位置と身元を通信する、リンク１６ネットワークにおいて交換される正確な参加者位置および識別情報（Precise Participant Location and Identification）のメッセージのことを呼ぶために用いられる。これらのＰＰＬＩは、リンク１６の参加者が、全地球的測地系 ＷＧＳ−８４に関して航行することを可能にする位置情報の代替ソース（ＧＰＳに関する）に帰着する。

【0044】

[0049] 図１に示され、データ交換を用いる、戦闘用ユニットの組み込みＧＰＳ／ＩＮＳ１００とのリンク１６端末１０２の統合体において、特にリンク１６端末１０２に言及すると、受信されたＰＰＬＩは、ＲＮＳモジュール１０６により受け取られ、処理される。ＲＮＳモジュール１０６は、ＲＮＫＦモジュール１０４と動作可能な２方向通信関係にある。ＲＮＫＦモジュール１０４は、ＮＡＶモジュール１０２とさらなる動作可能な通信関係にあり、そこでは、誤差補正がＲＮＫＦモジュール１０４からＮＡＶモジュール１０２に送られる。誤差推定値は、ＲＮＫＦモジュール１０４によるデータの処理の後、システムによって提供されてもよい。ＮＡＶモジュールは、さらに、組み込みＧＰＳ／ＩＮＳシステム１００のＩＮＳモジュール１１２から純粋な慣性データを受け取り、処理することができる。また、ＩＮＳモジュール１１２のデータは、リンク１６端末１０２の送信ＰＰＬＩデータと組み合わされることができ、それは、組み込みＧＰＳ／ＩＮＳシステム１００に提供され、ＩＮＳモジュール１１２のデータと再び組み合わされることができる。また、ＩＮＳモジュール１１２のデータは、ＧＰＳモジュール１１４とＪＴＩＤＳ／ＭＩＤＳのデータとともに、ハイブリッドカルマンフィルタ（Hybrid Kalman Filter）１１０の中に与えられ、その結果、ハイブリッド慣性データを提供することになる。ＧＰＳモジュール１１４のデータは、また、ＮＡＶモジュール１０４のデータとともに、処理のために、ＲＮＳモジュール１０８に与えられる。

【0045】

[0050] 同様のインターフェースが、多くの場合に、これらのＧＰＳ干渉検出手続き（アルゴリズム）のための媒体を提供するためにも使用され得る、上述のユニットで使用される統合型データ登録（Integrated Data Registration： ＩＤＲ）ソフトウェア内に存在する。ＩＤＲは、出願人が共通に所有する特許出願第１４／３５０，５８５、および、ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／５４２４８に記載され、それらは参照によって本明細書に組み込まれる。この技術に通常の技量を有する者は、本明細書に含まれた情報を用いて、上述の解法をＩＤＲ上に実装することができるであろう。

【0046】

[0051] ここで、図２を参照して、純粋なＩＮＳ（グラフの正弦曲線の部分を参照）についての、および、ＧＰＳの支援を受けたＩＮＳ（グラフ上の比較的平坦な線を参照）についての誤差 対 時間のプロットが示される。このグラフから、以前に検討されたように、純粋なＩＮＳについての位置誤差が、妨害にあっていない決定性のある正弦曲線の特徴を示すことが理解され得る。具体的には、すべてのＩＮＳ位置出力は、図２の正弦曲線に示されるような、シューラー（８４．４分周期）の正弦曲線誤差と地球ループ（２４時間周期）の正弦曲線誤差とを含む。従って、これらの既知の特徴は、ＩＮＳ位置がＧＰＳ基準位置と比較される場合、他の誤差の存在を特定するために使用されることができる。即ち、ＩＮＳ位置がＧＰＳなどの「真値」の基準との差分がなされる場合、それらの差は、正弦曲線と一致することを期待される。ＩＮＳが正確なＧＰＳ受信機によって支援される場合、ハイブリッドＧＰＳ／ＩＮＳ解法の位置誤差は、「真」の位置を近似する。ＧＰＳ出力が劣化される場合には、ハイブリッドＧＰＳ／ＩＮＳ位置は、「真」の位置から変位することになる。従って、我々は、「スペクトル」コンテンツ、または、等価的に、純粋なＩＮＳ位置と、ＧＰＳ位置またはハイブリッドＧＰＳ／ＩＮＳ位置のいずれかとの間で計算された位置の差についての自己相関関数を評価することによって、劣化されたＧＰＳ位置の存在を検出するために、これらの特性を使用してよい。

【0047】

[0052] ＩＮＳ−ＧＰＳ位置の差のデータが集められると、サンプリングされた自己相関関数が、緯度と経度の両方について計算されることができる。周波数領域における等価な表現として、緯度および経度誤差についてのサンプリングされたパワースペクトル密度関数を利用するであろう。そして、十分な量のデータが集められた後（ＩＮＳとＧＰＳが両方とも動作していたので）、アルゴリズムの結果が、自己相関出力またはパワースペクトル出力のいずれかを使用して、干渉の存在を検出するために評価されることができる。いくつかの実施形態では、ソフトウェアは、自己相関関数またはパワースペクトル関数が、通常、干渉がないとしたら存在しないであろう閾値を超えるヒストグラムの棒（ビン）を検索するように、構成される。

【0048】

[0053] ここで、図３Ａおよび３Ｂを参照すると、ＧＰＳ干渉がない場合とある場合のそれぞれでの位置誤差についての対応する自己相関関数が図示される。

【0049】

[0054] ここで、図４Ａおよび４Ｂを参照すると、ＧＰＳ干渉がない場合とある場合のそれぞれでの位置誤差のパワースペクトル密度についての対応する結果が図示される。

【0050】

[0055]以上の記述は、例示および説明の目的で提示されている。余すところがないこと、または、開示された寸分たがわない形態に本開示を限定することは意図されない。多くの改変や変形が、本開示に照らして可能である。本開示の範囲がこの詳細な説明によってではなく、むしろ、添付された特許請求の範囲によって限定されるものであることが意図される。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 測位システムにおける信号干渉を検出するためのシステムであって、
少なくとも２つの個別の航法システムをプロセッサにリンクすることができるインターフェースと；
前記インターフェースに結合された慣性航法システムと；
少なくとも１つの他の全地球測位システムと動作可能な通信関係にあり、前記インターフェースに結合された全地球測位システム受信機と；
前記インターフェースに結合されたプロセッサと；
前記プロセッサに結合されたメモリ記憶デバイスと；
を備え、
前記メモリ記憶デバイスは、前記プロセッサに、様々な時間における、慣性航法システムにより与えられる位置と、全地球測位システムにより与えられる位置との比較に基づいて、干渉の存在を決定するための少なくとも１つのサンプリングされた自己相関関数を計算させる命令を含む、システム。
［２］ 全地球測位システムの干渉の検出に応じて、ユーザに対する警告が表示される、［１］に記載のシステム。
［３］ 前記インターフェースは、リンク１６戦術データネットワークを備える、［１］に記載のシステム。
［４］ 前記システムは、移動式戦闘用ユニットに組み込まれる、［１］に記載のシステム。
［５］ 前記システムは、固定式戦闘用ユニットに組み込まれる、［１］に記載のシステム。
［６］ 前記システムは、民間旅客機に組み込まれる、［１］に記載のシステム。
［７］ 統合型データ登録ソフトウェアが、前記メモリ記憶デバイスに記憶され、前記プロセッサに、様々な時間における、慣性航法システムにより与えられる位置と、全地球測位システムにより与えられる位置との比較に基づいて、前記干渉の存在を決定するための少なくとも１つのサンプリングされた自己相関関数を計算させる命令のための媒体を提供するために使用される、［１］に記載のシステム。
［８］ 前記プロセッサに、干渉の存在を決定するための少なくとも１つのサンプリングされた自己相関関数を計算させる前記命令は、前記自己相関関数またはパワースペクトル関数が、通常、干渉がなかったとすれば存在しないであろう閾値を越えるヒストグラムの棒を検索することによって干渉を検出する、［１］に記載のシステム。
［９］ ＧＰＳ受信機に対する干渉の存在を決定するための方法であって、
既知の干渉がない条件下で受信機によって受信される全地球測位システムのデータを監視することと；
記憶手段上に分析のために前記データを記憶することと；
後の時点で、干渉を示す特徴の存在を決定するために、時間期間にわたって、前記データを、純粋な慣性航法システムの位置出力と比較することと；
を備える、方法。
［１０］ 干渉を示す前記特徴は、前記データにおいて規則的に再発生する最小値および／または最大値の時間的なずれを含む、［９］に記載の方法。
［１１］ 前記比較することのステップが、様々な時間における、慣性航法システムによって与えられる位置と、全地球測位システムによって与えられる位置との比較に基づいて、干渉の存在を決定するための少なくとも１つのサンプリングされた自己相関関数を計算することを備える、［９］に記載の方法。
［１２］ 前記特徴は、前記慣性航法システム（ＩＮＳ）のデータの決定性のある特徴を含む、［９］に記載の方法。
［１３］ 決定性のある前記特徴が、シューラー誤差や地球ループ誤差を含む、［１２］に記載の方法。
［１４］ 慣性航法システムの動作の忠実度の高い誤差モデルが、前記慣性航法システムが通常の動作状態のもとでどのように振る舞うのかを規定するために使用され、それによって、前記慣性航法システムがいつ異常に動作しているのかを観察するための手段を提供する、［９］に記載の方法。
［１５］ ＧＰＳ受信機に対する干渉の存在を決定するための方法であって、
慣性航法システムの位置データから真値の基準を差分することと；
差分されたデータを、純粋な慣性航法システムデータと比較することと；
純粋なＩＮＳ位置と前記真値の基準との間の計算された位置の差について、スペクトルコンテンツを、または、等価的に自己相関関数を、評価することと；
前記自己相関関数の出力、または、パワースペクトル出力のいずれかを使用して、干渉の存在を検出するために、前記データを評価することと；
を備える、方法。
［１６］ サンプリングされた前記自己相関関数が、緯度と経度の両方について計算される、［１５］に記載の方法。
［１７］ 周波数領域における等価な表現が、緯度と経度についてのサンプリングされたパワースペクトル密度関数を利用する、［１６］に記載の方法。
［１８］ アルゴリズムが、慣性航法システムの位置データと、全地球測位システムの位置データとの比較に基づく、純粋な慣性航法システムデータの位置誤差についての自己相関関数を計算するために使用される、［１６］に記載の方法。
［１９］ 前記真値の基準が、全地球測位システムの受信機と関連付けられた位置データである、［１６］に記載の方法。
［２０］ 前記自己相関関数の出力またはパワースペクトル出力のいずれかを使用して、干渉の存在を検出するために前記データを前記評価することのステップは、前記自己相関関数またはパワースペクトル関数が、通常、干渉がなければ存在しないであろう閾値を越えるヒストグラムの棒を検索することを含む、［１６］に記載の方法。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】