KR101227913B1 - 위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템 - Google Patents

위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템 Download PDF

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KR101227913B1
KR101227913B1 KR1020120157443A KR20120157443A KR101227913B1 KR 101227913 B1 KR101227913 B1 KR 101227913B1 KR 1020120157443 A KR1020120157443 A KR 1020120157443A KR 20120157443 A KR20120157443 A KR 20120157443A KR 101227913 B1 KR101227913 B1 KR 101227913B1
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천세범
임덕원
허문범
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한국항공우주연구원
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Abstract

본 발명은 위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템에 관한 것으로, 위성항법 수신기(2)의 위치 정보와 교란신호 발생원의 위치 정보를 실시간으로 생성하는 교란신호 시뮬레이터 제어기(10)와; 상기 교란신호 시뮬레이터 제어기(10)로부터 생성된 위성항법 수신기의 위치 정보가 입력되어 상기 위성항법 수신기의 위치 정보에 따라 위성항법 신호를 생성하는 위성항법 신호 시뮬레이터(1)와; 상기 위성항법 교란신호 시뮬레이터 제어기(10)로부터 생성된 위성항법 수신기와 교란신호 발생원의 위치 정보를 이용하여 주파수의 변화와 감쇄율 및 위상 지연을 각각 산출하는 교란신호 생성 제어기(20)와; 상기 교란신호 생성 제어기(20)로부터 산출된 주파수의 변화와 감쇄율 및 위상지연을 이용하여 교란신호를 생성하는 신호생성기(30)와; 상기 위성항법 신호 시뮬레이터(1)로부터 전송되는 위성항법 신호와 상기 신호생성기(30)에서 전송되는 교란신호를 서로 결합하여 교란신호가 포함된 위성항법 신호를 발생시키는 신호결합기(40) 및; 상기 신호결합기(40)로부터 발생되는 교란신호가 포함된 위성항법 신호를 수신하는 위성항법 수신기(2)로 이루어지며, 이러한 구성에 의해 실제의 환경과 유사한 환경 하에서 교란신호의 혼입에 따른 영향을 다양한 방법으로 시험할 수 있다.

Description

위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템{Jamming Signal Generating System Linked with GPS Simulator}
본 발명은 위성항법 시뮬레이터 연동형 교란신호 발생시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위성항법 시스템에 있어서 교란신호에 대한 위성항법 시스템의 건전성 등을 평가하기 위해 교란신호를 인위적으로 발생시켜 모의실험을 행하는 경우 교란신호 발생기와 위성항법 신호 시뮬레이터를 연동시켜 교란신호를 발생시킴으로써 좀 더 효율적이며 실제와 가까운 환경에서 모의실험을 행할 수 있도록 하는 위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템에 관한 것이다.
GPS 등의 위성항법 기술은 민간 및 군사 목적으로 활발히 사용되고 있으나, 그 신호체계가 공개되어 있기 때문에 외부의 교란신호에 의해 쉽게 교란될 수 있고, 또한 상공 2만km 부근에 위치하는 항법위성에서 전송된 GPS 신호를 지상의 수신기에서 수신하기 때문에 수신된 GPS 신호의 전력이 미약하여 교란신호에 매우 취약하다는 단점이 있다.
항법위성 신호에 교란신호가 포함되는 경우 정확한 측위가 곤란하며, 특히 항공분야와 같은 분야에 있어서 잘못된 위치정보를 획득하는 경우에는 큰 사고로 이어질 수 있다.
따라서 최근에는 위성항법 교란신호 검출과 교란신호의 발생에 따른 대책 등에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있고, 이를 위해 교란신호를 인위적으로 발생시킴으로써 실험실 등에서도 교란신호에 대한 모의실험을 할 수 있도록 교란신호 시뮬레이터가 개발되어 사용되고 있으며, 이러한 교란신호 시뮬레이터를 이용하여 항법신호에 대한 모의 실험을 행하는 하나의 예로서 특허 제1062277호에 개시된 '재밍 환경에서의 항법신호 모의장치 및 시스템'을 들 수 있다.
상기 특허문헌에 개시된 항법신호 모의장치는, 도 1에 도시된 바와 같이 항법위성의 항법 신호를 수신하는 안테나(100)와, 항법 신호의 정상적인 수신을 제한하는 방해신호(교란신호)를 생성하는 방해신호 생성부(110)와, 항법신호와 방해신호를 합성하여 위성 항법 수신기의 안테나 입력 포트로 출력하는 항법신호 합성부(120)로 구성함으로써 수신기에 입력되는 항법신호에 방해신호가 포함되도록 하여 모의실험을 행할 수 있도록 한 것이다.
그러나 위와 같은 구성으로 이루어진 항법신호 모의장치는 방해신호를 생성하는 방해신호 생성부(110)와 위성항법 수신기의 위치가 모두 고정된 상태에서 교란신호가 송수신되기 때문에 방해신호 발생원 및 위성항법 수신기의 이동에 따른 주파수의 변화와 감쇄율, 위상 변화 및 신호 지연 현상 등을 고려한 동적이면서 실제의 환경과 유사한 환경 하에서의 모의실험이 곤란하다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 교란신호를 생성하는 교란신호생성기 및/또는 위성항법 수신기의 위치 이동에 따른 주파수의 변화와 감쇄율, 위상 변화 및 신호 지연 현상 등을 고려함으로써 동적이면서도 실제의 환경과 유사한 환경 하에서 교란신호를 생성할 수 있도록 하는 위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템을, 위성항법 수신기의 위치 정보와 교란신호 발생원의 위치 정보를 실시간으로 생성하는 교란신호 시뮬레이터 제어기와; 상기 교란신호 시뮬레이터 제어기로부터 생성된 위성항법 수신기의 위치 정보가 입력되어 상기 위성항법 수신기의 위치 정보에 따라 위성항법 신호를 생성하는 위성항법 신호 시뮬레이터와; 상기 위성항법 교란신호 시뮬레이터 제어기로부터 생성된 위성항법 수신기와 교란신호 발생원의 위치 정보를 이용하여 주파수의 변화와 감쇄율 및 위상지연을 각각 산출하는 교란신호 생성 제어기와; 상기 교란신호 생성 제어기로부터 산출된 주파수의 변화와 감쇄율및 위상지연을 이용하여 교란신호를 생성하는 신호생성기와; 상기 위성항법 시뮬레이터로부터 전송되는 위성항법 신호와 상기 신호생성기에서 전송되는 교란신호를 서로 결합하여 교란신호가 포함된 위성항법 신호를 발생시키는 신호결합기 및; 상기 신호결합기로부터 발생되는 교란신호가 포함된 위성항법 신호를 수신하는 위성항법 수신기로 구성하는 것에 의해 달성된다.
이때 상기 위성항법 교란신호 시뮬레이터 제어기는 미리 정의된 시나리오 또는 외부 입력에 따른 정보를 이용하여 상기 위성항법 수신기의 위치 및 교란신호 발생원의 위치 정보를 생성하고, 상기 위성항법 수신기와 교란신호 발생원의 위치 정보는 유무선 통신망을 통해 상기 교란신호 생성 제어기로 전달되는 것이 바람직하다.
또한 상기 위성항법 수신기의 위치는 정적 또는 동적 위치로 설정되고, 상기 교란신호 발생원의 위치는 정적, 동적, 협대역, 광대역 중에서 어느 하나가 선택되어 설정되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 신호생성기는 교란신호 발생원의 수에 대응하여 1개 이상 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명은 교란신호를 생성하는 교란신호생성기와 위성항법 수신기의 위치 이동에 따른 주파수의 변화와 감쇄율, 위상 변화 및 신호 지연 현상 등을 고려함으로써 동적이면서도 실제의 환경과 유사한 환경 하에서 교란신호를 생성할 수 있어 다양한 환경 하에서 교란신호 발생에 따른 영향을 분석할 수 있다.
또한 본 발명은 교란신호 발생원의 수에 대응한 수만큼 신호생성기를 설치할 수 있기 때문에 더욱 다양한 형태의 교란신호 발생 환경을 구축할 수 있다.
도 1은 종래의 위성항법 신호 모사시스템의 예를 보인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템 중 단일 교란신호 생성시스템의 예를 보인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 생성시스템 중 복수 교란신호 생성시스템의 예를 보인 구성도이다.
이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템에 관한 것으로, 이를 위해 본 발명의 위성항법 교란신호 발생시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 교란신호 시뮬레이터 제어기(10), 교란신호 생성 제어기(20), 신호생성기(30) 및 신호결합기(40)로 이루어진다.
교란신호 시뮬레이터 제어기(10)는 미리 정의된 교란 환경 시나리오 또는 외부 입력에 의한 설정정보에 따라 위성항법 수신기(2)의 위치와 교란신호 발생원의 위치 정보를 실시간으로 생성하는 장치로서, 이러한 기능을 가지는 교란신호 시뮬레이터 제어기(10)가 위성항법 수신기(2)의 위치를 선택할 때에는 정적 또는 동적 위치 중에서 어느 하나를 선택하고, 교란신호 발생원의 위치를 선택할 때에는 정적, 동적, 협대역, 광대역의 위치 중에서 어느 하나를 선택하며, 이러한 구성에 의해 사용자가 수동으로 매번 교란환경을 설정하지 않더라도 미리 정의되어 있는 다양한 교란 환경 중에서 어느 하나의 환경이 구축될 수 있으며, 이때 위성항법 수신기(2)의 위치와 교란신호 발생원의 위치에 대한 선택은 무작위(random) 방식에 의해 선택될 수 있고, 그 결과 더욱 다양하면서도 실제와 가까운 시뮬레이션 환경이 구축될 수 있다.
상기와 같은 과정에 의해 교란신호 시뮬레이터 제어기(10)에 의해 실시간으로 생성된 위성항법 수신기(2)의 위치 정보는 유선 또는 무선 통신망을 통해 위성항법 신호 시뮬레이터(1)에 제공되고, 교란신호 생성 제어기(20)에는 위성항법 수신기(2)의 위치정보와 함께 교란신호 발생원의 위치 정보가 제공되며, 이에 의해 위성항법 신호 시뮬레이터(1)에서는 위성항법 신호를 생성한다.
그리고 교란신호 생성 제어기(20)는 위성항법 교란신호 시뮬레이터 제어기(10)로부터 제공된 위성항법 수신기(2)의 위치 정보와, 교란신호 발생원의 위치 정보에 기초하여 아래의 수학식 1에 의해 주파수의 변화를 산출하고, 수학식 2에 의해 수신 신호의 감쇄율을 산출하며, 수학식 3에 의해 위상지연을 산출하여 신호생성기(30)에 전송한다.
Figure 112012109402115-pat00001
여기서,
Figure 112012109402115-pat00002
은 수신 전력,
Figure 112012109402115-pat00003
는 송신 전력,
Figure 112012109402115-pat00004
는 송신 안테나 이득,
Figure 112012109402115-pat00005
은 수신 안테나 이득,
Figure 112012109402115-pat00006
은 신호의 파장,
Figure 112012109402115-pat00007
는 위성항법 교란신호 발생원과 위성항법 수신기 간의 거리이다. 이때 송신 안테나의 이득(
Figure 112012109402115-pat00008
)과 수신 안테나의 이득(
Figure 112012109402115-pat00009
)은 하드웨어의 구성으로부터 알 수 있다.
또한 위성항법 수신기(2)에서 수신되는 교란신호의 크기는 아래의 수학식 2에 의해 산출되고, 이에 의해 수신 신호의 감쇄율을 산출할 수 있다.
Figure 112012109402115-pat00010
여기서,
Figure 112012109402115-pat00011
은 수신 신호의 크기,
Figure 112012109402115-pat00012
는 송신 신호 크기,
Figure 112012109402115-pat00013
는 송신 안테나 이득,
Figure 112012109402115-pat00014
은 수신 안테나 이득,
Figure 112012109402115-pat00015
은 신호의 파장,
Figure 112012109402115-pat00016
는 위성항법 교란신호 발생원과 위성항법 수신기의 거리이다.
그리고 위성항법 수신기(2)에서 수신되는 교란신호는 아래의 수학식 3에 의해 산출되며, 이로부터 수신신호의 위상지연을 산출할 수 있다.
Figure 112012109402115-pat00017
여기서,
Figure 112012109402115-pat00018
은 수신 신호,
Figure 112012109402115-pat00019
는 반송파 주파수,
Figure 112012109402115-pat00020
는 전송시간,
Figure 112012109402115-pat00021
은 위상 지연이다.
위와 같이 교란신호 생성 제어기(20)로부터 주파수의 변화와 감쇄율 및 위상지연이 신호생성기(30)에 입력되면 신호생성기(30)에서는 이들 값이 반영된 형태의 고주파 교란신호를 발생시키고, 이렇게 발생된 교란신호는 후술하는 신호결합기(40)를 통해 위성 항법 신호와 결합되게 된다.
모사하고자 하는 환경은, 교란신호 발생원이 한 개가 존재하여 한 개의 교란신호가 발생되는 환경과 복수개의 교란신호 발생원이 존재하여 복수개의 교란신호가 동시에 발생되는 환경이 있을 수 있고, 이 경우 교란신호 생성 제어기(20)로부터 신호생성기(30)에 전송되는 제어명령이 달라지고, 신호생성기(30)에서는 이러한 제어명령에 맞추어 단일의 교란신호를 발생시키거나 또는 복수개의 교란신호를 발생시켜야 하는데, 이를 위해 본 발명에서는 신호생성기(30)의 설치 개수를 증감시킴으로써 다양한 교란 환경을 제공할 수 있도록 구현된다.
도 2는 한 개의 교란신호 발생원이 존재하는 환경을 모사하기 위한 것으로 이때 신호생성기(30)는 1개 설치되고, 이 경우 신호생성기(30)에 의해 발생된 교란신호는 곧바로 신호결합기(30)로 송출된다.
이와 달리 교란신호 생성 제어기(20)의 제어명령에 따라 복수개의 교란신호 발생원이 존재하는 환경을 모사하기 위해서는 복수개의 교란신호가 송출되어야 하고, 이를 위해 신호생성기(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 신호생성기1(31), 신호생성기2(32), …, 신호생성기n(33)과 같이 n개의 신호생성기로 이루어지고, 이때 교란신호 생성 제어기(20)에서는 각각의 교란신호 발생원에 대한 위치 정보와 주파수의 변화와 감쇄율 및 위상지연 등을 시간차를 두고 각각의 신호생성기1,2,n(31, 32, 33)에 차례로 분배하며, 이에 의해 신호생성기(30)에서는 이들 값이 반영된 형태의 고주파 교란신호를 발생시키게 된다.
위에서는 교란신호 생성 제어기(20)에서는 각각의 교란신호 발생원에 대한 위치 정보와 주파수의 변화와 감쇄율 및 위상지연 등을 시간차를 두고 각각의 신호생성기1,2,n(31, 32, 33)에 차례로 분배하는 것으로 하여 설명하였으나, 이와 달리, 복수 개의 신호생성기(30)가 복수 개의 신호라인에 의해 교란신호 생성 제어기(20)와 각각 연결되어 구성될 수도 있는데, 이러한 경우에는 교란신호 발생원의 개수에 맞추어 신호라인이 선택 또는 비선택된 다음, 각각의 신호라인을 통해 제어명령이 전달되고, 이에 의해 복수 개의 신호생성기1,2,n(31, 32, 33)에서 서로 다른 교란신호 정보가 동시에 전송될 수 있다.
상기와 같은 과정에 의해 신호결합기(40)는 위성항법 신호 시뮬레이터(1)와 신호와 신호생성기(30)에서 각각 위성항법 신호와 교란신호가 각각 입력되면, 이들 신호를 서로 결합하여 교란신호가 포함된 위성항법 신호를 발생시켜 위성항법 수신기(2)로 전송하며, 이에 의해 다양한 형태의 교란신호와 위성항법신호가 혼재된 신호가 위성항법 수신기(2)로 입력되고, 그 결과 동적이고 실제의 상황과 유사한 상황에서 교란신호의 발생에 따른 여러 가지 실험을 수행할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 교란신호를 생성하는 교란신호생성기와 위성항법 수신기의 위치 이동에 따른 주파수의 변화와 감쇄율, 위상 변화 및 신호 지연 현상 등을 고려함으로써 실제의 환경과 유사한 환경 하에서 교란신호를 생성할 수 있고, 그 결과 좀 더 현실적인 환경 하에서 위성항법 신호에의 교란신호의 혼입에 따른 영향을 분석할 수 있다.
1: 위성항법 신호 시뮬레이터 2: 위성항법 수신기
10: 위성항법 교란신호 시뮬레이터 제어기
20: 교란신호 생성 제어기 30: 신호생성기
31: 신호생성기1 32: 신호생성기2
33: 신호생성기n 40: 신호결합기

Claims (7)

  1. 위성항법 시뮬레이터와 연동하여 위성항법 교란신호를 발생시키는 교란신호 발생시스템에 있어서,
    위성항법 수신기(2)의 위치 정보와 교란신호 발생원의 위치 정보를 실시간으로 생성하는 교란신호 시뮬레이터 제어기(10)와;
    상기 교란신호 시뮬레이터 제어기(10)로부터 생성된 위성항법 수신기의 위치 정보가 입력되어 상기 위성항법 수신기의 위치 정보에 따라 위성항법 신호를 생성하는 위성항법 신호 시뮬레이터(1)와;
    상기 위성항법 교란신호 시뮬레이터 제어기(10)로부터 생성된 위성항법 수신기와 교란신호 발생원의 위치 정보를 이용하여 주파수의 변화와 감쇄율 및 위상지연을 각각 산출하는 교란신호 생성 제어기(20)와;
    상기 교란신호 생성 제어기(20)로부터 산출된 주파수의 변화와 감쇄율 및 위상지연을 이용하여 교란신호를 생성하는 신호생성기(30)와;
    상기 위성항법 신호 시뮬레이터(1)로부터 전송되는 위성항법 신호와 상기 신호생성기(30)에서 전송되는 교란신호를 서로 결합하여 교란신호가 포함된 위성항법 신호를 발생시키는 신호결합기(40) 및;
    상기 신호결합기(40)로부터 발생되는 교란신호가 포함된 위성항법 신호를 수신하는 위성항법 수신기(2)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 위성항법 교란신호 시뮬레이터 제어기(10)는 미리 정의된 시나리오 또는 외부 입력에 따른 정보를 이용하여 상기 위성항법 수신기(2)의 위치 및 교란신호 발생원의 위치 정보를 생성하고, 상기 위성항법 수신기(2)와 교란신호 발생원의 위치 정보는 유선 또는 무선 통신망을 통해 상기 교란신호 생성 제어기(20)로 전달되는 것을 특징으로 하는 위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 위성항법 수신기(2)의 위치는 정적 또는 동적 위치로 설정되고, 상기 교란신호 발생원의 위치는 정적, 동적, 협대역, 광대역 중에서 어느 하나가 선택되어 설정되는 것을 특징으로 하는 위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호생성기(30)는 교란신호 발생원의 수에 대응하여 1개 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 교란신호 생성 제어기(20)에서 산출되는 주파수의 변화는 아래의 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템.

    [수학식 1]
    Figure 112012109402115-pat00022

    여기서,
    Figure 112012109402115-pat00023
    은 수신 전력,
    Figure 112012109402115-pat00024
    는 송신 전력,
    Figure 112012109402115-pat00025
    는 송신 안테나 이득,
    Figure 112012109402115-pat00026
    은 수신 안테나 이득,
    Figure 112012109402115-pat00027
    은 신호의 파장,
    Figure 112012109402115-pat00028
    는 위성항법 교란신호 발생원과 위성항법 수신기 간의 거리이다.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 교란신호 생성 제어기(20)에서 산출되는 수신 신호의 감쇄율은 아래의 수학식 2에 의해 산출되는 교란신호의 크기(
    Figure 112012109402115-pat00029
    )를 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템.

    [수학식 2]

    Figure 112012109402115-pat00030

    여기서,
    Figure 112012109402115-pat00031
    은 수신 신호의 크기,
    Figure 112012109402115-pat00032
    는 송신 신호 크기,
    Figure 112012109402115-pat00033
    는 송신 안테나 이득,
    Figure 112012109402115-pat00034
    은 수신 안테나 이득,
    Figure 112012109402115-pat00035
    은 신호의 파장,
    Figure 112012109402115-pat00036
    는 위성항법 교란신호 발생원과 위성항법 수신기의 거리이다.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 교란신호 생성 제어기(20)에서 산출되는 수신 신호의 위상지연은 아래의 수학식 3에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 위성항법 시뮬레이터 연동형 위성항법 교란신호 발생시스템.

    [수학식 3]
    Figure 112012109402115-pat00037

    여기서,
    Figure 112012109402115-pat00038
    은 수신 신호,
    Figure 112012109402115-pat00039
    는 반송파 주파수,
    Figure 112012109402115-pat00040
    는 전송시간,
    Figure 112012109402115-pat00041
    은 위상 지연이다.
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