KR101045344B1 - Ｇｐｓ 신호를 재밍하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Ｇｐｓ 신호를 재밍하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 GPS 신호 재밍 장치는, GPS 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호를 송신한 GPS 위성에 대응하는 C/A 코드와 임의의 재밍 데이터를 혼합하여 재밍 신호를 생성하는 재밍 신호 생성부; 및 상기 재밍 신호를 주파수 상향 변환하고 증폭하여 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＧＰＳ 신호를 재밍하기 위한 장치 및 방법{Apparatus and method for jamming GPS signals}
본 발명은 전자파의 재밍 장치 및 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 GPS 신호를 재밍하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
인공위성을 이용한 위치 측정 시스템 중에 GPS(Global Positioning System)가 전 세계적으로 널리 이용되고 있다. 지상에 있는 사용자는 GPS 위성에서 보내는 전파 신호를 수신하여 자신의 3차원 위치(경도, 위도, 높이)와 백만분의 1초까지 정확한 시간 및 속도를 알아낼 수 있다.
재밍이란 적의 전파와 주파수를 탐지해 통신체제를 혼란시키거나 방해하는 행위를 총칭하는 군사 용어로서, 레이더상의 항공기 표시나 라디오 교신, 무선항법 등을 방해하는 전자적 또는 기계적 간섭을 일컬으며, 주로 적의 장거리 센서나 탐색장비의 효과를 감소시킬 목적으로 사용한다. 대표적인 재밍 기법으로서 잡음 재밍은 일정 주파수 범위 내에 고출력의 잡음을 방사하여 대상 신호의 시간과 주파수 분석을 방해함으로써 위치와 속도 탐지를 못하게 하는 것이다.
모든 GPS 위성이 송신하고 있는 반송파의 주파수는 동일하다. 따라서 혼신을 방지하기 위하여 스펙트럼 확산 방식의 통신 방식을 채택하고 있다. 이 방식은 위성마다 각각 다른 암호를 부여하고 미리 그 코드로 데이터를 변조하고 나서 반송파를 변조하는 것이다.
이러한 GPS 신호를 재밍하는 경우 역시 잡음 재밍 기법이 사용되고 있다. 그런데 상기 스펙트럼 확산 방식은 일반적으로 잡음에 강하므로 큰 J/S 비(Jamming to Signal Ratio)를 가지는 재밍 신호를 이용하여야 효과적인 재밍이 가능하다. 또한, 잡음 재밍의 경우 재밍 신호를 GPS 신호의 대역폭에 정확히 일치하도록 대역폭을 제어하는 데 어려움이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 GPS 신호에 대하여 적은 J/S 비로 효과적인 재밍을 수행하고, 재밍 신호를 GPS 신호의 대역폭에 일치시킬 수 있는 GSP 신호의 재밍 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 GPS 신호 재밍 장치는, GPS 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호를 송신한 GPS 위성에 대응하는 C/A 코드와 임의의 재밍 데이터를 혼합하여 재밍 신호를 생성하는 재밍 신호 생성부; 및 상기 재밍 신호를 주파수 상향 변환하고 증폭하여 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 재밍 신호 생성부는, GPS 위성으로부터 GPS 신호를 수신하는 GPS 수신기; 상기 수신된 GPS 신호로부터 GPS 위성의 식별번호를 추출하는 위성번호 추출부; 및 상기 추출된 식별번호에 대응하는 C/A 코드를 생성하는 C/A 코드 생성기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 위성번호 추출부는 상기 수신된 GPS 신호의 NMEA 메시지로부터 상기 GPS 위성의 식별번호를 추출할 수 있다.
또한, 상기 재밍 신호 생성부는, 상기 C/A 코드와 상기 재밍 데이터를 혼합하는 제1 믹서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 재밍 신호 생성부는, 상기 C/A 코드와 상기 재밍 데이터가 혼합된 신호를 중간 주파수로 주파수 상향 변환하는 제2 믹서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 GPS 신호 재밍 장치는, 상기 GPS 신호를 수신하고 상기 재밍 신호를 송신하기 위한 안테나를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 GPS 신호 재밍 장치는, 상기 안테나와, 상기 재밍 신호 생성부의 입력단 및 상기 송신부의 출력단을 선택적으로 연결시키는 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 GPS 신호 재밍 방법은 (a) GPS 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호를 송신한 GPS 위성에 대응하는 C/A 코드와 임의의 재밍 데이터를 혼합하여 재밍 신호를 생성하는 단계; 및 (b) 상기 재밍 신호를 주파수 상향 변환하고 증폭하여 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기된 본 발명에 의하면, GPS 신호를 송신한 GPS 위성에 대응하는 C/A 코드와 임의의 재밍 데이터를 혼합하여 재밍 신호를 생성하고 이를 주파수 상향 변환하여 송신함으로써, 적은 J/S 비로 효과적인 재밍을 수행하고, 재밍 신호를 GPS 신호의 대역폭에 일치시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 신호의 재밍 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 생성되는 재밍 신호를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의하여 생성된 재밍 신호와 일반적인 잡음 재밍 기법에 따라 생성된 재밍 신호의 스펙트럼을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 신호의 재밍 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 신호의 재밍 장치의 블록도이다. GSP 신호 재밍 장치는, 안테나(100), 스위치(200), 재밍 신호 생성부(300), 송신부(400)를 포함하여 이루어진다.
안테나(100)는 GPS 신호 주파수 대역의 전파신호를 수신하거나, 송신하기 위한 안테나이다.
재밍 신호 생성부(300)는 안테나(100)를 통하여 GPS 위성으로부터 GPS 신호를 수신하고, 해당 GPS 신호를 송신한 GPS 위성에 대응하는 C/A(Coarse/Acquisition) 코드와 임의의 재밍 데이터를 혼합하여 재밍 신호를 생성한다.
송신부(400)는 재밍 신호 생성부(300)에서 생성된 재밍 신호를 고주파수로 상향 변환 및 증폭하여 안테나(100)를 통하여 송신한다.
스위치(200)는 일정 주기로 GPS 신호의 수신과 재밍 신호의 송신이 반복되도록 안테나(100)와 재밍 신호 생성부(300)의 입력단 및 송신부(400)의 출력단을 선택적으로 연결시킨다. 즉, 제1 시간 구간 동안 안테나(100)와 재밍 신호 생성부(300)의 입력단을 연결시키고, 제2 시간 구간 동안 안테나(100)와 송신부(400)의 출력단을 연결시킨다. 따라서 제1 시간 구간에서 GPS 신호가 수신되면, 재밍 신호 생성부(300)에서 소정의 신호처리 과정을 거쳐 재밍 신호가 생성되고, 송신부(400)에서 고주파수로 상향 변환 및 증폭되어 제2 시간 구간에 송신된다.
재밍 신호 생성부(300)는 구체적으로, GPS 수신기(310), 위성번호 추출부(320), C/A 코드 생성기(330), 재밍 데이터 생성기(340), 제1 믹서(350), 반송파 생성기(360), 제2 믹서(370), 직접 디지털 주파수 합성기(380)를 포함하여 이루어진다. 송신부(400)는 구체적으로, 국부발진기(410), 제3 믹서(420), 대역통과필터(430), 전력증폭기(440)를 포함하여 이루어진다.
GPS 수신기(310)는 GPS 위성으로부터 GPS 신호를 수신한다. GPS 위성은 자신의 식별번호, 위치, 신호 무결성, 전파 환경과 관련된 전리층 정보 등을 담고 있는 50bps 항법 데이터를 1.023Mhz C/A(Coarse/Acquisition) PRN(Pseudo Random Noise) 코드에 대역 확산하여 1575.42 Mhz 중심 주파수로 24시간 지상으로 방송한다. GPS 수신기(310)는 상기 GPS 신호를 해석하여, GPS 위성의 식별번호를 담고 있는 NMEA(National Marine Electronics Association) 메시지를 획득한다. 위성번호 추출부(320)는 GPS 신호로부터 GPS 위성의 식별번호를 추출한다. 즉, GPS 수신기(310)로부터 NMEA 메시지를 전달받고, 그로부터 GPS 위성의 식별번호를 추출한다.
C/A 코드 생성기(330)는 위성번호 추출부(320)에서 추출된 GPS 위성의 식별번호에 대응하는 C/A 코드를 생성한다.
C/A 코드란 GPS 위성에서 송신되는 코드로, 각각의 위성은 32개의 고유한 코드를 한 개씩 나누어 가지고 있다. 각각의 코드는 1,023 chips 로 구성되어 초당 1.023MB의 속도로 전송되며, 이 코드의 순서는 1/1000초마다 반복된다. C/A 코드는 L1 주파수(1575.42MHz)로 송신되며, 대역폭이 1MHz인 PRN(Pseudo Random Noise)를 반복하게 되는데, 이 PRN은 각 위성마다 다르다. 따라서 C/A 코드는 각각의 위성의 고유한 식별 정보로서 위성을 식별할 수 있는 지표가 된다.
C/A 코드 생성기(330)는 각 위성, 즉 각 위성의 식별번호에 대응하는 C/A 코드들을 미리 가지고 있거나, 각 위성의 식별번호에 대응하는 C/A 코드들을 생성할 수 있도록 2개의 LFSR(Linear Feedback Shift Register) 및 탭 선택기(Tab Selector)를 구비할 수 있다. 이러한 C/A 코드 생성기(330)의 구성은 이미 공지된 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
재밍 데이터 생성기(340)는 임의의 재밍 데이터를 생성한다. 여기서, 재밍 데이터는 상기 C/A 코드와 혼합할 데이터로서, C/A 코드보다는 변화 주기가 큰 임의의 파형일 수 있다. 도 2를 참조하면, 재밍 데이터와 C/A 코드가 도시되어 있다.
제1 믹서(350)는 상기 재밍 데이터와 C/A 코드를 혼합하여 기저 대역의 디지털 재밍 신호를 생성한다. 도 2를 참조하면, 재밍 데이터와 C/A 코드가 혼합된 신호가 도시되어 있다.
반송파 생성기(360)는 중간 주파수의 반송파(Carrier)를 생성하고, 제2 믹서(370)는 이 반송파와 재밍 데이터와 C/A 코드의 혼합 신호를 중간 주파수로 주파수 상향 변환한다. 이 과정에서 BPSK(binary phase shift keying) 변조가 수행될 수 있다. 도 2를 참조하면, 반송파 신호와, 재밍 데이터와 C/A 코드의 혼합 신호가 상기 반송파를 이용하여 BPSK 변조된 신호가 도시되어 있다.
직접 디지털 주파수 합성기(380)는 제2 믹서(370)로부터 출력되는 신호에 직접 디지털 주파수 합성(Direct Digital Synthesis)를 수행하여, 중간 주파수 대역의 아날로그 신호를 생성한다. 이렇게 생성된 재밍 신호는 송신부(400)로 제공된다.
송신부(400)의 국부발진기(410)는 고주파의 반송파, 즉 L1 주파수(1575.42MHz)의 반송파를 생성한다.
제3 믹서(420)는 상기 고주파의 반송파를 이용하여 중간 주파수 대역의 재밍 신호를 고주파수로 상향 변환한다.
대역통과필터(430)는 고주파 대역의 재밍 신호를 L1 주파수 대역 주변에서 대역 통과 필터링한다.
전력증폭기(440)는 대역 통과 필터링된 재밍 신호를 전력 증폭하여, 안테나(100)를 통해 송신한다.
도 3은 상술한 본 발명의 실시예에 의하여 생성된 재밍 신호와 일반적인 잡음 재밍 기법에 따라 생성된 재밍 신호의 스펙트럼을 나타낸다. 도 3에서, 녹색으로 표시한 것이 GPS 신호의 스펙트럼을 나타내고, 적색으로 표시한 것이 재밍 신호의 스펙트럼을 나타낸다. 일반적인 잡음 재밍에 의하면, GPS 신호의 전체 대역에 대하여, 재밍이 되지 않는 대역이 존재하며, 고출력의 재밍 신호가 요구된다. 그러나, 본 발명에 따른 재밍 기법에 의하면, 실제 GPS 위성이 이용하는 C/A 코드에 임의의 재밍 데이터를 혼합하여 재밍 신호를 생성하기 때문에, 실제 GPS 위성이 송신하는 GPS 신호와 동일한 스펙트럼을 가지는 재밍 신호를 생성할 수 있고, 따라서 상대적으로 고출력의 재밍 신호가 요구되지 않는다.
본 발명에 따른 재밍 신호를 수신한 GPS 수신기는, GPS 신호의 대역폭과 재밍 신호의 대역폭이 일치하므로, 정상적인 GPS 신호를 수신할 수 없게 된다. 따라서 GPS 수신기는 자신의 현재 위치 정보를 획득할 수 없게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 신호의 재밍 방법을 나타낸 흐름도이다. 본 실시예에 따른 GPS 신호 재밍 방법은 이상에서 설명된 GPS 신호 재밍 장치에서 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서 이하 생략된 내용이라 하더라도 GPS 신호 재밍에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 GPS 신호 재밍 방법에도 적용된다.
S410단계에서, GPS 수신기(310)가 GPS 위성으로부터 GPS 신호를 수신하고, S420단계에서, 위성번호 추출부(320)가 GPS 신호로부터 GPS 위성의 식별번호를 추출한다.
S430단계에서, C/A 코드 생성기(330)는 추출된 GPS 위성의 식별번호에 대응하는 C/A 코드를 생성한다.
S440단계에서, 재밍 데이터 생성기(340)와 제1 믹서(350)를 이용하여 임의의 재밍 데이터와 C/A 코드를 혼합하여 기저 대역의 재밍 신호를 생성한다.
S450단계에서, 반송파 생성기(360)와 제2 믹서(370)를 이용하여 기저 대역의 재밍 신호를 중간 주파수 대역으로 주파수 상향 변환하고, S460단계에서 직접 디지털 주파수 합성을 수행한다.
S460단계에서, 국부발진기(410)와 제3 믹서(420)를 이용하여 중간 주파수 대역의 재밍 신호를 고주파수로 주파수 상향 변환하고, 대역 통과 필터링 후, S470단계에서 전력 증폭하여 안테나(100)를 통해 송신한다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. GPS 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호를 송신한 GPS 위성에 대응하는 C/A 코드와 임의의 재밍 데이터를 혼합하여 재밍 신호를 생성하는 재밍 신호 생성부; 및
    상기 재밍 신호를 주파수 상향 변환하고 증폭하여 송신하는 송신부를 포함하고,
    상기 재밍 신호 생성부는,
    GPS 위성으로부터 GPS 신호를 수신하는 GPS 수신기;
    상기 수신된 GPS 신호로부터 GPS 위성의 식별번호를 추출하는 위성번호 추출부;
    상기 추출된 식별번호에 대응하는 C/A 코드를 생성하는 C/A 코드 생성기; 및
    상기 C/A 코드와 상기 재밍 데이터를 혼합하는 제1 믹서를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호의 재밍 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위성번호 추출부는 상기 수신된 GPS 신호의 NMEA 메시지로부터 상기 GPS 위성의 식별번호를 추출하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호의 재밍 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 재밍 신호 생성부는,
    상기 C/A 코드와 상기 재밍 데이터가 혼합된 신호를 중간 주파수로 주파수 상향 변환하는 제2 믹서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호의 재밍 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 GPS 신호를 수신하고 상기 재밍 신호를 송신하기 위한 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호의 재밍 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 안테나와, 상기 재밍 신호 생성부의 입력단 및 상기 송신부의 출력단을 선택적으로 연결시키는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호의 재밍 장치.
  8. (a) GPS 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호를 송신한 GPS 위성에 대응하는 C/A 코드와 임의의 재밍 데이터를 혼합하여 재밍 신호를 생성하는 단계; 및
    (b) 상기 재밍 신호를 주파수 상향 변환하고 증폭하여 송신하는 단계를 포함하고,
    상기 (a) 단계는,
    GPS 위성으로부터 GPS 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 GPS 신호로부터 GPS 위성의 식별번호를 추출하는 단계;
    상기 추출된 식별번호에 대응하는 C/A 코드를 생성하는 단계; 및
    제1 믹서를 이용하여 상기 C/A 코드와 상기 재밍 데이터를 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 재밍 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 GPS 위성의 식별번호를 추출하는 단계는 상기 수신된 GPS 신호의 NMEA 메시지로부터 상기 GPS 위성의 식별번호를 추출하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호의 재밍 방법.
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    제2 믹서를 이용하여 상기 C/A 코드와 상기 재밍 데이터가 혼합된 신호를 중간 주파수로 주파수 상향 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호의 재밍 방법.
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