KR101301604B1 - 재밍 및 간섭신호에 대한 차폐기능이 강화된 ｇｐｓ 위성 안테나 및 ｇｐｓ 수신기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 재밍 및 간섭신호에 대한 차폐기능이 강화된 위성항법장치(Global Position System : GPS)에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 외부의 방해전파 공격에 영향을 받지않고 위성으로부터 위치 정보 수신이 가능한 위성항법장치에 관한 것이다. 본 발명은 고의적인 GPS 수신기의 전파방해 공격에 대한 보안대책을 갖춘 GPS 수신기 및 GPS 수신용 안테나를 제공한다. 또한 본 발명은 전파방해 공격이 발생한 지역의 GPS 수신용 안테나만 선택적으로 전파수신 차단할 수 있는 GPS 수신용 안테나를 제공한다. 또한 본 발명은 GPS 수신기보다 아래쪽에 장착된 전파발생 장비로부터 GPS 수신기를 보호하여 오작동을 방지하는 GPS 수신기를 제공한다.

Description

재밍 및 간섭신호에 대한 차폐기능이 강화된 ＧＰＳ 위성 안테나 및 ＧＰＳ 수신기 {Jamming and Interference Screening Global Positioning System Antenna and Global Positioning System Receiver}

본 발명은 재밍(JAMMING) 및 간섭신호에 대한 차폐기능이 강화된 위성항법장치(Global Position System : GPS)에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 외부의 방해전파 공격에 영향을 받지 않고 위성으로부터 위치 정보 수신이 가능한 GPS 위성 안테나 및 GPS 수신기에 관한 것이다.

위성항법장치란 위성을 통해 위치 정보를 수신하여 자신의 위치를 알 수 있는 장치로 GPS(Global Positioning System)라고도 한다. 위치 정보는 GPS 수신기로 3개 이상의 위성으로부터 정확한 시간과 거리를 측정하여 3개의 각각 다른 거리를 삼각 방법에 따라서 현 위치를 정확히 계산할 수 있다. 현재 3개의 위성으로부터 거리와 시간 정보를 얻고 1개 위성으로 오차를 수정하는 방법을 널리 쓰고 있다.

나침반과 달리 위성항법시스템은 위도·경도·고도의 위치뿐만 아니라 3차원의 속도정보와 함께 정확한 시간까지 얻을 수 있다. 위치 정확도는 군사용과 민간용에 따라 차이가 있으며, 민간용은 수평·수직 오차가 10 ∼ 15 m 정도이며 속도측정 정확도는 초당 3 cm이다.

GPS는 현재 단순한 위치정보 제공에서부터 항공기·선박·자동차의 자동항법 및 교통관제, 유조선의 충돌방지, 대형 토목공사의 정밀 측량, 지도제작 등 광범위한 분야에 응용되고 있으며, GPS 수신기는 개인 휴대용에서부터 위성 탑재용까지 다양하게 개발되어 있다.

한 실험결과에 의하면 영국에서 측정한 GPS 신호는 2만Km 떨어진 곳에서 전구의 불빛을 받는 것과 비슷한 정도의 세기인 것으로 측정됐다. 신호가 미약한 만큼 전파방해나 간섭에 취약할 수 밖에 없다. GPS 신호에 대한 의존도가 갈수록 커지고 있지만 전파방해(JAMMING, 재밍) 및 간섭에서 자유로운 GPS 수신기의 개발은 전무하며, 이로 인해 GPS가 마비될 경우 산업피해를 막기 위한 대책이 시급하다.

또한, 최근 고의적인 위성위치정보시스템(GPS) 전파방해 공격이 발생한 바가 있는데, GPS를 이용하는 산업 분야가 갈수록 확대되고 있지만 GPS에 대한 고의적인 전파방해 공격에 대한 대응책은 매우 미흡하다.

이에 대한 대비책으로는 GPS가 무용지물이 될 경우를 대비해 이로란(eLORAN)이 백업용으로 갖추는 방법이 제안되고 있다. 이로란은 위성이 아닌 지상에 의존하는 무선항법 시스템으로, GPS등장 이전에 선박과 항공기의 항행에 사용되었던 시스템으로 이는 비용이 많이 들고 오히려 기술의 발전에 역행하는 대비책이라는 비판이 있다.

본 발명은 상기 기술한 고의적인 GPS 수신기의 전파방해 공격에 대한 보안대책을 갖춘 GPS 수신기 및 GPS 수신용 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한 본 발명은 전파방해 공격이 발생한 지역의 GPS 수신용 안테나만 선택적으로 전파수신 차단할 수 있는 GPS 수신용 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한 본 발명은 GPS 수신기보다 아래쪽에 장착된 전파발생 장비로부터 GPS 수신기를 보호하여 오작동을 방지하는 GPS 수신기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 GPS 위성 안테나 모듈, 상기 안테나 모듈의 외부를 보호하는 케이스 및 상기 케이스의 측면에 형성된 전파 차단 물질을 포함하고, 상기 전파 차단 물질은 비고정식으로 제조되어 보호모드 및 개방모드로 전환 가능한 것을 특징으로 하는 GPS 위성 안테나를 제공한다.

본 발명은 GPS 위성 안테나 모듈, 상기 안테나 모듈에 연결된 GPS 수신 모듈, 상기 안테나 모듈 및 상기 GPS 수신 모듈의 외부를 보호하는 케이스 및 상기 케이스의 측면 및 바닥에 형성된 전파 차단 물질을 포함하고, 상기 전파 차단 물질은 비고정식으로 제조되어 보호모드 및 개방모드로 전환 가능한 것을 특징으로 하는 GPS 수신기를 제공한다.

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상기 GPS 위성 안테나에 있어서, 상기 비고정식 전파 차단 물질은 원격으로 제어하여 보호모드 및 개방모드로 전환 가능한 것을 특징으로 하는 GPS 위성 안테나를 제공한다.

상기 GPS 위성 안테나에 있어서, 상기 케이스는 로터리 방식의 손잡이를 포함하며, 상기 손잡이를 작동시키면 안테나 측면에 들어있는 상기 전파 차단 물질이 상부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 GPS 위성 안테나를 제공한다.

상기 GPS 위성 안테나에 있어서, 상기 전파 차단 물질은 케이스 측면에 금속판을 대는 방법, 플라스틱 표면의 무전해 도금법, 플라스틱의 전도성 표면 처리 방법, 전도성 플라스틱으로 제조하는 방법 및 전파 차단 필름으로 도포하는 방법 중 어느 한가지 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 GPS 위성 안테나를 제공한다.

본 발명에 의하면 GPS 수신기의 전파방해 공격에 대한 보안대책을 갖춘 GPS 수신기 및 GPS 수신용 안테나를 제공한다. 또한 본 발명은 전파방해 공격이 발생한 지역의 GPS 수신용 안테나만 선택적으로 전파수신 차단할 수 있는 GPS 수신용 안테나를 제공한다. 또한 본 발명은 GPS 수신기보다 아래쪽에 장착된 전파발생 장비로부터 GPS 수신기를 보호하여 오작동을 방지하는 GPS 수신기를 제공한다.

도 1은 일반적인 GPS 수신기의 구조
도 2는 전파 차단 물질이 측면에 도포된 위성 안테나를 측면에서 본 단면
도 3a는 기존의 위성 안테나(103)의 전파 수신 특성을 나타낸 도면
도 3b는 본 발명의 위성 안테나(100)의 전파 수신 특성을 나타낸 도면
도 4는 GPS 위성의 궤도
도 5a는 접이식 차단기가 설치된 GPS 위성 안테나(개방모드)를 측면에서 본 단면도
도 5b는 접이식 차단기가 설치된 GPS 위성 안테나(보호모드)를 측면에서 본 단면도
도 6a는 로터리 방식의 차단기가 설치된 GPS 위성 안테나(개방모드)를 측면에서 본 단면도
도 6b는 로터리 방식의 차단기가 설치된 GPS 위성 안테나(보호모드)를 측면에서 본 단면도
도 6c는 로터리 방식의 차단기가 설치된 GPS 위성 안테나를 위에서 본 단면도
7은 전파 차단 물질이 측면 및 바닥에 도포된 GPS 수신기를 측면에서 본 단면도

일반적인 GPS 수신기는 안테나, 증폭기, 주파수합성기, 베이스밴드부 및 네비게이션처리부로 구성되어 있다. 이중 방해전파에 가장 취약한 부분은 안테나 부분이다. 일단 안테나로 수신된 위성 전파의 경우 증폭기를 통해 증폭되어 전파 교란으로부터 자유로워질 수 있다.

본 발명은 이와 같은 GPS 수신기의 취약한 안테나 구조를 개선하기 위해 GPS 수신기의 안테나(100) 부분을 전파차단 물질(101)로 포장하여 GPS 수신기를 전파 교란으로부터 보호하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일 실시예는 위성 안테나(100)의 케이스 측면부분을 전파차단 물질(101)로 도포한 위성 안테나(100)를 포함한다.

도 3a는 기존의 위성 안테나(103)의 전파 수신 특성을 나타낸 도면이다. 기존의 위성 안테나(103)는 약 180˚의 반경으로 전파를 수신하기 때문에 수신 가능한 모든 위성(201, 202, 203, 204)으로부터 전파를 수신할 수 있지만, 전파 교란기(205)의 공격에는 무방비로 노출되는 문제가 있다.

도 3b는 본 발명의 위성 안테나(100)의 전파 수신 특성을 나타낸 도면이다. 전파는 직진하는 특성이 있기 때문에 일정한 방향에 전파 차단 물질을 도포한 경우 전파 차단 물질이 도포 되지 않은 방향으로의 전파수신에는 아무런 지장이 없다. 본 발명의 위성 안테나(100)는 설계에 따라 약 30°~ 120°의 전파 수신 반경을 가질 수 있으며, 이에 따라 위성 안테나(100)의 상부에 위치한 위성(202, 203)으로부터의 전파 수신을 하면서도 전파 교란기(205)의 공격은 차단하는 효과를 나타낸다.

전파 차단 물질(101)의 도포로 위성 안테나(100)의 측면에 위치한 위성(201, 204)으로부터는 전파를 수신받지 못한다. GPS 수신기는 3개 이상의 위성으로부터 정확한 시간과 거리를 측정하여 3개의 각각 다른 거리를 삼각 방법에 의해 현 위치를 정확히 계산할 수 있는데, 도 4을 참조하면, 지구상의 어떠한 위치에서라도 최소 9개의 위성이 수신될 수 있도록 GPS 위성의 궤도가 설정되어 있어 위성 안테나(100)의 측면부분을 전파 차단 물질(101)로 도포하더라도 최소 3개 이상의 GPS 위성으로부터 위치 정보를 수신받을 수 있으므로 위치정보 파악하는데에는 아무런 지장이 없다.

전파 차단 물질(101)을 위성 안테나(100) 측면에 도포하는 방법은 통상에 알려진 어떠한 방법도 가능하나 예시적으로 위성 안테나(100)의 케이스 측면에 금속판을 대는 방법, 플라스틱 표면의 무전해 도금법, 플라스틱의 전도성 표면 처리 방법, 전도성 플라스틱으로 제조하는 방법, 전파 차단 필름으로 도포하는 방법 등을 이용할 수 있다.

상기한 전파 차단방법 중 금속판을 대는 방법은 비용은 저렴하나 제작공정이 복잡해질 수 있고, 무전해 도금법은 플라스틱 표면에 도금되는 구리(Cu), 니켈(Ni) 등의 중금속이 공해 문제를 안고 있어서 전도성 플라스틱을 사출성형하여 위성 안테나(100)의 케이스를 제조하는 방법이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예는 위성 안테나(100)의 측면에 전파 차단 물질로 이루어진 차단기(102)을 설치하여 전파 교란을 방지하는 GPS 위성 안테나(100)를 포함한다. 도 5a 및 도 5b는 접이식 차단기(102)을 설치한 위성 안테나(100)이며 도 6a 내지 도 6c는 로터리 방식으로 작동하는 차단기(102)를 설치한 위성 안테나이다.

기상이 매우 안 좋은 경우 전파의 수신 상태가 나빠져 전파 차단 물질(101)을 포함하는 위성 안테나(100)가 오작동을 일으키는 경우가 발생할 수 있다. 전파 교란장치(205)를 이용한 전파공격의 범위는 일반적으로 일부 지역에 한정되고, 그 공격 위치를 알기 쉬운 특징이 있어 항상 GPS 수신기를 전파 차단 물질(101)로 보호해야 하는 것은 아니다. 전파 공격이 탐지되면 그 일대의 GPS 위성 안테나(100)에 대해서 접이식 또는 탈부착이 가능하도록 제작된 차단기(102)을 설치하여 공격 대상이 아닌 지역에서는 최적의 수신감도를 유지하면서 공격 대상 지역의 위성 안테나(100)만을 보호할 수 있다.

도 6a 및 도 6b를 참고하여 본 실시예를 자세히 설명하면, GPS 위성 안테나(100)의 케이스에 로터리 방식의 회전 손잡이(105)를 회전시키면 상기 안테나(100)의 측면에 내장된 전파 차단 물질(102)이 상부로 돌출되어 GPS 위성 안테나(100)를 전파방해 공격으로부터 보호하는 보호모드로 전환되게 된다.

상기 차단기(102)은 원격조종에 의해서 보호모드 및 개방모드로 전환되는 기능을 포함할 수 있다. 이를 통해 전파 공격에 대비한 빠른 대응 및 노동력 절감의 효과를 가져올 수 있다. 상기 차단기(102)은 어떠한 형태로도 가능하며 예시적으로 원통형으로 차단기(102)을 구성하고 나사홈을 이용하여 회전하여 탈부착을 하거나, 위성 안테나(100) 하단에 접이식 차단기(102)을 설치하여 필요할 경우에 상부에 고정 시키는 방식을 이용할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 차량용 내비게이션과 같은 안테나 일체형 GPS 수신기에 있어서, GPS 수신기의 측면 및 바닥부분에 전파 차단 물질(101)을 도포하여 전파 교란 및 GPS 수신기 하부에서 전파를 발생시키는 다른 기기로부터 GPS 수신기를 보호하는 기능을 특징으로 하는 GPS 수신기를 포함한다.

최근 차량에는 GPS 수신기 이외에 DMB, 차량용 블랙박스 등의 다양한 전자기기들이 설치되고 있는데, 이중 일부 기기들은 전파를 발생시켜 GPS 수신기의 수신감도를 저하시키고 때에 따라서 GPS 수신기능을 마비시키기도 한다.

본 발명의 일 실시예는 차량용 GPS 수신기는 운전자의 시선 및 위성 수신 감도 등을 고려하여 차량에 부착되는 다른 전자기기보다 위쪽에 설치된다는 점에 착안하여 GPS 수신기의 측면 및 바닥부분에 전파 차단 물질(101)을 도포하여 방해전파로부터 GPS 수신기를 보호하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예에서의 전파 차단 방법은 상술한 바와 같이 금속판, 플라스틱의 전도성 표면처리, 전도성 플라스틱 이용, 전파 차단용 필름 도포 등 통상에 알려진 어떠한 전파 차단 방법을 이용하여도 무방하다.

상술한 실시예는 본 발명이 적용된 예시에 지나지 않으므로 본 발명의 권리 범위는 위에 그치지 않고 통상의 기술자가 위의 기술로부터 이해하고 적용할 수 있는 범위까지 미치는 것은 자명하다.

100 : GPS 위성 안테나
101, 102 : 전파 차단 물질
103 : 기존의 GPS 위성 안테나
104 : GPS 수신기
105 : 전파 차단기 작동용 로터리
201, 202, 203, 204 : GPS 인공 위성
205 : 전파 교란 장치(JAMMER)

Claims (6)

1. GPS 위성 안테나 모듈;
   상기 안테나 모듈의 외부를 보호하는 케이스; 및
   상기 케이스의 측면에 형성된 전파 차단 물질을 포함하고,
   상기 전파 차단 물질은 비 고정식으로 제조되어 보호모드 및 개방모드로 전환 가능한 것을 특징으로 하는 GPS 위성 안테나.
2. GPS 위성 안테나 모듈;
   상기 안테나 모듈에 연결된 GPS 수신 모듈;
   상기 안테나 모듈 및 상기 GPS 수신 모듈의 외부를 보호하는 케이스; 및
   상기 케이스의 측면 및 바닥에 형성된 전파 차단 물질을 포함하고,
   상기 전파 차단 물질은 비고정식으로 제조되어 보호모드 및 개방모드로 전환 가능한 것을 특징으로 하는 GPS 수신기.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 비 고정식 전파 차단 물질은 원격으로 제어하여 보호모드 및 개방모드로 전환 가능한 것을 특징으로 하는 GPS 위성 안테나.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 케이스는 로터리 방식의 손잡이를 포함하며,
   상기 손잡이를 작동시키면 안테나 측면에 들어있는 상기 전파 차단 물질이 상부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 GPS 위성 안테나.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 전파 차단 물질은 케이스 측면에 금속판을 대는 방법, 플라스틱 표면의 무전해 도금법, 플라스틱의 전도성 표면 처리 방법, 전도성 플라스틱으로 제조하는 방법 및 전파 차단 필름으로 도포하는 방법 중 어느 한가지 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 GPS 위성 안테나.

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