KR101484861B1 - Gps l1 c/a 기만 신호 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

기만 신호 검출을 위한 기만 신호 검출 장치 및 방법이 제공된다. 장치는 상관기, 코드 추적 루프, 코드 생성부 및 기만 신호 검출부를 포함할 수 있다. 상관기는 수신된 L1 C/A 코드로부터 Early 탭(tap), Prompt 탭 및 Late 탭에 대한 상관값을 생성하고, 코드 추적 루프는 상관기에서 생성된 상관값을 기초로 상기 L1 C/A 코드를 추적할 수 있다. 코드 생성부는 코드 추적 루프에서 추적된 추적된 L1 C/A 코드에 대한 상관함수를 생성하여, 기만 신호 검출 부가 생성된 상관함수 형태의 왜곡에 기초하여 기만 신호를 검출할 수 있다.

Description

GPS L1 C/A 기만 신호 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING GPS L1 C/A SPOOFING SIGNAL}
GPS L1 C/A 기만 신호 검출 장치 및 방법에 연관된다. 보다 상세하게는 GPS L1 C/A 신호에 포함되는 기만 신호를 검출하기 위해 상관 함수를 이용하는 방법에 연관된다.
현재 GNSS(Global Navigation Satellite System)는 전 세계적으로 활성화된 GPS(Global Positioning System)를 필두로 러시아의 GLONASS, EU의 Galileo, 중국의 Beidou가 서비스를 준비 중이며, GNSS 뿐만 아니라 인도의 IRNSS, 일본의 QZSS가 한정된 지역에서 서비스를 준비 중이다.
현재 GPS는 군용으로 개발되어 주요 산업 분야 또는 개인용 네비게이션에까지 넓은 범위에서 활용되고 있다. GPS L1 신호는 신호의 주요 정보가 민간에 공개되어 있어 손쉽게 신호를 수신하여 PVT 정보를 획득할 수 있다.
하지만 민간에 공개된 점은 재밍, 신호 기만 등의 간섭 신호에 의해 정상적인 항법이 방해받을 수 있다. 이 중에서도 기만 신호는 재밍과 달리 일반적인 위성 신호를 모사한 신호이므로 수신기에서 기만 여부를 판단하기 어렵다.
기만 신호는 GPS L1 신호와 같은 민간 공개 신호를 모사하고 여기에 거리 오차를 인가하거나 잘못된 항법 데이터를 제공하여 대상 수신기가 오차를 가지는 측위 결과를 얻게 한다.
GPS 기만 신호에 대한 대비가 없다면 기만 신호에 의한 무인기 나포, 또는 무인기 항법 통제를 이용한 사고 발생으로 재산 및 인명 피해를 유발할 수 있다. 또한, 무인기뿐만 아니라 일반 여객기에도 영향을 미칠 수 있어 기만 신호에 대한 대책이 필요하다.
종래의 기법들은 배열 안테나를 이용하는 기법, RAIM을 이용한 기법, 통계적 특성을 분석하는 기법 등이 있다. 이러한 기법들은 배열 안테나와 같이 추가적인 하드웨어가 필요한 기법이거나 RAIM이나 통계적 특성을 분석하는 기법처럼 연산량이 많고 복잡한 구조를 가지는 기법인 경우이며 RAIM을 이용한 기법의 경우 다중 기만 신호에 대한 검출이 불가능하다. 따라서 단일 채널에서 추가 하드웨어가 필요없이 적은 연산량으로 기만 신호를 검출해낼 수 있는 기법이 필요하다.
일측에 따르면, 수신된 L1 C/A 코드로부터 Early 탭(tap), Prompt 탭 및 Late 탭에 대한 상관값을 생성하는 상관기, 상기 상관값을 기초로 상기 L1 C/A 코드를 추적하는 코드 추적 루프, 상기 추적된 L1 C/A 코드에 대한 상관함수를 생성하는 코드 생성부 및 상기 생성된 상관함수 형태의 왜곡에 기초하여 기만 신호를 검출하는 기만신호 검출부를 포함하는 기만 신호 검출 장치를 제공한다.
일실시예에 따르면, 상기 코드 생성부는, 상기 Early 탭 및 상기 Late 탭 각각이 상기 Prompt 탭의 1/2 칩 간격에 위치하는 상관함수를 생성할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 코드 추적 루프는, 상기 Early 탭(tap), Prompt 탭 및 Late 탭에 대한 상관값에 대하여 수학식 1과 같은 함수를 적용하는 변별기를 포함하고, 상기 수학식 1은,
Figure 112013111827783-pat00001
상기 E는 상기 Early 탭의 상관값이고, 상기 L은 상기 Late 탭의 상관값일 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 기만신호 검출부는, 상기 코드 생성부에서 생성된 상기 상관함수에서의 상기 Early 탭의 상관값 및 상기 Late 탭의 상관값과 상기 Prompt 탭의 상관값의 차이를 이용하여 상기 상관함수 형태의 왜곡이 발생하였는지를 판단하여 상기 기만 신호를 검출할 수 있다.
또한, 상기 Early 탭의 확률 변수와 상기 Prompt 탭의 확률 변수의 1/2과의 차이 및 상기 Late 탭의 확률 변수와 상기 Prompt 탭의 확률 변수의 1/2과의 차이가 기설정된 검출 임계값 이상인 경우, 상기 상관 함수 형태가 왜곡된 것으로 판단할 수 있다.
한편, 상기 Early 탭의 확률 변수와 상기 Prompt 탭의 확률 변수의 1/2과의 차이 및 상기 Late 탭의 확률 변수와 상기 Prompt 탭의 확률 변수의 1/2과의 차이가 기설정된 검출 임계값 미만인 경우, 상기 상관 함수 형태가 왜곡되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
더불어, 상기 기설정된 검출 임계값은, 가우시안 분포를 이용하여 기만 신호 오검출 확률로부터 계산될 수 있다.
다른 일측에 따르면, 수신된 L1 C/A 코드로부터 Early 탭(tap), Prompt 탭 및 Late 탭에 대한 상관값을 생성하는 단계, 상기 상관값을 기초로 상기 L1 C/A 코드를 추적하는 단계, 상기 추적된 L1 C/A 코드에 대한 상관함수를 생성하는 단계 및 상기 생성된 상관함수 형태의 왜곡에 기초하여 기만 신호를 검출하는 단계를 포함하는 기만 신호 검출 방법을 제공한다.
일실시예에 따르면, 상기 상관함수를 생성하는 단계는, 상기 Early 탭 및 상기 Late 탭 각각이 상기 Prompt 탭의 1/2 칩 간격에 위치하는 상관함수를 생성할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 L1 C/A 코드를 추적하는 단계는, 상기 Early 탭(tap), Prompt 탭 및 Late 탭에 대한 상관값에 대하여 수학식 1과 같은 함수를 적용하는 단계를 포함하고, 상기 수학식 2는,
Figure 112013111827783-pat00002
상기 E는 상기 Early 탭의 상관값이고, 상기 L은 상기 Late 탭의 상관값일 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 기만신호를 검출하는 단계는, 상기 생성된 상기 상관함수에서의 상기 Early 탭의 상관값 및 상기 Late 탭의 상관값과 상기 Prompt 탭의 상관값의 차이를 이용하여 상기 상관함수 형태의 왜곡이 발생하였는지를 판단하여 상기 기만 신호를 검출할 수 있다.
또한, 상기 Early 탭의 확률 변수와 상기 Prompt 탭의 확률 변수의 1/2과의 차이 및 상기 Late 탭의 확률 변수와 상기 Prompt 탭의 확률 변수의 1/2과의 차이가 기설정된 검출 임계값 이상인 경우, 상기 상관 함수 형태가 왜곡된 것으로 판단할 수 있다.
한편, 상기 Early 탭의 확률 변수와 상기 Prompt 탭의 확률 변수의 1/2과의 차이 및 상기 Late 탭의 확률 변수와 상기 Prompt 탭의 확률 변수의 1/2과의 차이가 기설정된 검출 임계값 미만인 경우, 상기 상관 함수 형태가 왜곡되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
더불어, 상기 기설정된 검출 임계값은, 가우시안 분포를 이용하여 기만 신호 오검출 확률로부터 계산될 수 있다.
또 다른일 측에 따르면, 기만 신호 검출 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록되는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체를 제공한다.
도 1은 일실시예에 따른 기만 신호 검출 장치의 구성을 나타내는 블록도를 도시한다.
도 2는 종래의 GPS 상관기의 구조를 도시한다.
도 3은 종래의 코드 추적 루프 구조를 도시한다.
도 4는 일실시예에 따른 C/A(Coarse Acquisition) 코드의 상관 함수를 도시한다.
도 5는 일실시예에 따른 기만 신호의 기만 원리를 도시한다.
도 6은 일실시예에 따른 기만 신호 검출 영역 및 기만 신호 미검출 영역을 도시한다.
도 7은 일실시예에 따른 기만 신호 검출 방법의 흐름도를 도시한다.
이하에서, 본 발명의 일부 실시예를, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 기만 신호 검출 장치의 구성을 나타내는 블록도를 도시한다.
기만 신호 검출 장치(100)는 상관기(110), 코드 추적 루프(120), 코드 생성부(130) 및 기만 신호 검출부(140)를 포함할 수 있다. 기만 신호는 기만 대상이되는 신호의 구조를 모사하는 신호로 GPS L1 C/A 신호와 같은 민간에 구조가 공개된 신호를 대상으로 한다. GPS L1 C/A 신호를 수식으로 표현하면 수학식 3과 같다.
Figure 112013111827783-pat00003
여기에서 Ad는 신호 전력 크기, C(t)는 C/A 코드, D(t)는 항법 데이터, fIF는 중간 주파수, fD는 도플러(Doppler) 주파수, -(t)는 반송파 초기 위상, nd(t)는 잡음이다.
상관기(110)는 수신된 L1 C/A 코드로부터 Early 탭(tap), Prompt 탭 및 Late 탭에 대한 상관값을 생성할 수 있다. 상관기(110)는 신호를 찾을 때까지 검색하고, 상관 관계의 정점인 Prompt 탭, Prompt 탭 보다 시간이 앞서는 Early 탭, Prompt 탭 보다 시간이 뒤쳐지는 Late 탭에 대한 상관값을 생성할 수 있다. 상관기(110)의 경우 기존의 상관기인 이중 주파수 상관기를 사용할 수 있고, 구체적인 동작에 대해서는 도 2에서 후술한다.
코드 추적 루프(120)는 상관기(110)에서 생성된 상관값을 기초로 L1 C/A 코드를 추적할 수 있다. GPS 수신기의 신호 추적 루프는 위성 신호의 반송파를 추적하기 위한 반송파 추적 루프와 코드를 추적하기 위한 코드 추적 루프로 나눌 수 있다. 코드 추적 루프는 반송파 추적 루프 보다 낮은 주파수의 신호를 다루므로 외란이 발생하여도 덜 민감하게 동작할 수 있다. 코드 추적 루프(120)는 코드 루프 변별기(Code Loop Discriminator), 코드 루프 필터(Code Loop Filter) 및 NCO(Numerical Controlled Oscillator)를 포함할 수 있다. 구체적인 동적에 대해서는 도 3에서 후술한다.
코드 생성부(130)는 상기 추적된 L1 C/A 코드에 대한 상관 함수를 생성할 수 있다. C/A 코드의 상관 함수 형태를 판단하여 기만 신호를 검출하기 때문에 코드 생성부(130)에서 C/A 코드에 대한 상관 함수를 생성할 수 있다. 생성된 상관 함수에 Early 탭, Prompt 탭 및 Late 탭을 표시할 수 있고 상기 Early 탭, Prompt 탭 및 Late 탭의 관계에 따라 기만 신호를 검출할 수 있다.
기만 신호 검출부(140)는 코드 생성부(130)에서 생성된 C/A 코드에 대한 상관 함수 형태의 왜곡에 기초하여 기만 신호를 검출할 수 있다. 기만 신호 검출부(140)는 기만 신호에 의해 발생하는 상관 함수 왜곡을 감지하여 기만 신호의 수신 여부를 판단할 수 있다. C/A 코드에 대한 상관 함수는 L1 C/A 코드에 잡음이 없는 이상적인 상태에서 위성 신호를 정상적으로 추적 중이라면 수신기의 Early 탭, Prompt 탭 및 Late 탭은 수학식 4를 만족할 수 있다.
Figure 112013111827783-pat00004
여기에서 E는 Early 탭, L은 Late 탭 및 P는 Prompt 탭이다. 상관함수 왜곡 검출 기법은 상관 함수의 왜곡을 Prompt 탭과 Early 탭 및 Late 탭의 차이를 이용할 수 있다. 이를 테면, 상관 함수 왜곡 검출 기법은 Early 탭 및 Late 탭과 Prompt 탭의 차이를 이용하여 상관 함수가 왜곡되었다고 판단되는 경우 이에 기초하여 기만 신호를 검출할 수 있다.
구체적으로, 상관함수 왜곡 검출 기법은 상관함수 왜곡에 의해 발생하는 변화를 수학식 5와 같은 기만 신호 검출식을 통하여 기만 신호 인가를 감지할 수 있다.
Figure 112013111827783-pat00005
수학식 5는 수학식 4를 통해 도출할 수 있다. 여기에서 XE, XP 및 XL은 Early 탭, Prompt탭 및 Late 탭의 확률변수이다. 만약 실제 위성 신호를 추적 중이라면 수학식 5의 결과는 0에 가까운 값이 나올 것이다. 반면에, 기만 신호의 영향을 받는 중이라면 수학식 5의 결과는 0보다 큰 값을 가지게 될 수 있다. 이 경우, 기만 신호 검출 임계값을 설정하여 수학식 5의 결과가 상기 임계값을 넘어가면 기만 신호가 인가되었다고 판단할 수 있다.
도 2는 종래의 GPS 상관기의 구조를 도시한다.
도 2는 종래의 GPS 상관기의 구조를 도시하며, 상관기의 상관값은 I, Q 두 개의 채널에 대하여 생성되며 상기 I, Q 두 개의 채널에서 생성되는 상관값의 식은 수학식 6과 같다.
Figure 112013111827783-pat00006
여기에서 B는 상관값의 크기, sinc는 sinx/x, T는 적분 주기이고, R은 자기 상관 함수를 나타낸다.
Figure 112013111827783-pat00007
는 IF 대역으로 변환된 반송파 주파수 오차,
Figure 112013111827783-pat00008
는 반송파 위상 위상 오차이다. 반송파 주파수 오차, 반송파 위상 오차, 코드 위상 오차는 수학식 7과 같다.
Figure 112013111827783-pat00009
또한, 수학식 6에서
Figure 112013111827783-pat00010
와
Figure 112013111827783-pat00011
는 각각 I, Q 채널에 대한 잡음이다. 수학식 8은 상기 수학식 6의 코드 위상 조절 계수이다.
Figure 112013111827783-pat00012
여기에서 E는 Early 탭을 나타내고, P는 Prompt 탭을 나타내며 L은 Late 탭을 나타낸다. 상기와 같이 상관기에서 생성된 Early 탭, Prompt 탭 및 Late 탭의 상관값이 위상차를 가지고 생성되며, 상기 상관값은 코드 추적 루프에 입력된다. 상술한 설명은 Early 탭, Prompt 탭 및 Late 탭의 상관값이 위상차를 가지게 됨을 수학식으로 설명한 것이고, 보다 상세한 상관기의 동작은 본 개시의 사상과 무관한 것이면서 당업계에 널리 알려진 것으로 여기에서는 그 설명을 생략하도록 한다.
도 3은 종래의 코드 추적 루프 구조를 도시한다.
상관기에서 생성된 I, Q 채널에 대한 Early 탭, Prompt 탭 및 Late 탭의 상관값은 코드 루프 변별기(Code Loop Discriminator)에 입력된다. 코드 변별기에 입력된 Early 탭, Prompt 탭 및 Late 탭의 상관값은 코드 루프 필터(Code Loop Filter)를 거쳐 NCO(Numerical Controlled Oscillator)로 입력되고, NCO의 출력이 다시 상관기의 C/A 코드 생성기로 보내진다. 일실시예에 따르면 코드 루프 변별기 함수 중 수학식 9의 함수가 적용될 수 있다.
Figure 112013111827783-pat00013
여기에서 E는 상기 Early 탭의 상관값이고, 상기 L은 상기 Late 탭의 상관값이다. 보다 상세한 코드 추적 루프의 동작은 본 개시의 사상과 무관한 것이면서 당업계에 널리 알려진 것으로 여기에서는 그 설명을 생략하도록 한다.
도 4는 일실시예에 따른 C/A(Coarse Acquisition) 코드의 상관 함수를 도시한다.
코드 생성부(140)는 추적된 C/A 코드에 대한 상관 함수를 생성할 수 있고, 도 3에서 도시된 삼각형 모양의 그래프는 GPS C/A 코드의 상관함수이다. GPS 수신기가 제대로 위성 신호를 추적 중인 경우 Early 탭, Prompt 탭 및 Late 탭의 위치는 도 3과 같이 위치할 수 있다. 일반적으로 Early 탭 및 상기 Late 탭 각각이 상기 Prompt 탭의 1/2 칩 간격에 위치할 수 있다.
따라서, 코드 생성부(140)에서 생성되는 상관 함수에 기초하여 기만 신호에 의해 발생하는 상관함수 왜곡 감지를 통해 기만 신호의 수산 여부를 판단할 수 있다. 수신기가 잡음이 없는 이상적인 상태에서 위성 신호를 정상적으로 추적 중이라면 Early 탭, Prompt 탭 및 Late 탭의 상관값은 상기한 바와 같이 수학식 4를 만족할 수 있다.
위성의 움직임 또는 수신기의 움직임에 의하여 위성 신호의 코드 위상이 변한다면, 수신기는 코드 루프 변별기의 출력을 통해 위성 신호를 추적할 수 있다. 기만 신호는 위성 신호를 모사하여 만든 신호로 그 구조가 위성 신호와 유사하다. 기만 신호는 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013111827783-pat00014
기만 신호가 수신기를 기만하기 위해서는 실제 위성 신호와 같은 구조, 그리고 실제 위성 신호보다 큰 전력을 가져야 한다. 수학식 11에서 α는 실제 위성 신호와 기만 신호의 전력 차이다. 또한 기만 신호는 실제 위성 신호와 동일한 C/A 코드와 항법 데이터로 구성되며 수학식 11에서와 같이 코드 위상 오차인
Figure 112013111827783-pat00015
를 가진다.
대상 수신기가 받는 신호는 위성 신호와 기만 신호의 합으로 표현되며 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013111827783-pat00016
수학식 10에서 반송파 주파수의 오차와 코드 위상 오차를 0으로 가정하면 I, Q 상관값 모델은 수학식 12와 같다.
Figure 112013111827783-pat00017
상술한 바와 같이 실제 수신되는 신호는 위성 신호와 기만 신호의 합으로 이루어 진다. 또한, 기만 신호는 위성 신호를 모사하여 만든 신호로 상기 수학식 6 및 수학식 13을 비교하면 알 수 있듯이 그 구조가 유사하다. 따라서, 실제 수신되는 신호 역시 위성 신호와 기만 신호의 위상이 동일한 시점에서는 도 4에서 도시된 것과 같은 상관 함수 그래프로 나타날 수 있고, 수학식 10 역시 만족할 수 있다. 이하에서는 실제 수신되는 신호에 포함된 기만 신호의 기만 원리에 대해 설명한다.
도 5는 일실시예에 따른 기만 신호의 기만 원리를 도시한다.
도 5에서 표시된 E, P 및 L은 Early 탭, Prompt 탭 및 Late 탭을 나타낸다. 단계(510)에서는 위성 신호와 기만 신호의 위상이 동일하여 위성 신호와 기만 신호가 합쳐져서 존재할 수 있다. 기만 신호는 위성 신호를 모사하여 만든 신호로 그 구조가 동일하기 때문에, 위상이 동일한 시점에서는 신호가 합쳐져서 존재할 수 있다. 단계(510)에서는 실제 수신되는 신호 역시 수신기의 잡음이 없는 이상적인 상태에서 위상 신호를 추적하는 것과 같이 수학식 10을 만족할 수 있다.
단계(520)에서는 기만 신호가 코드 위상 오차를 증가 시킬 경우의 그래프 변형 형태를 도시한다. 기만 신호는 수학식 10에서와 같이 코드 위상 오차
Figure 112013111827783-pat00018
를 가지고 있다.
Figure 112013111827783-pat00019
는
Figure 112013111827783-pat00020
로 나타낼 수 있으며,
Figure 112013111827783-pat00021
는 기만 신호가 인가하는 코드 위상 오차이다. 단계(520)에서의 상관 함수 형태의 변형 정도를 보면, Early 탭 및 Late 탭의 위치 변화에 비해 Prompt 탭의 값이 더 큰 폭으로 감소함을 볼 수 있다. 따라서 이 경우 수학식 10의 관계를 만족하지 않는다. 이를 통해 기만 신호가 인가됨을 판단할 수 있고 기만 신호를 검출할 수 있다.
단계(530)에서는 기만 신호가 인가하는 코드 위상 오차
Figure 112013111827783-pat00022
가 증가함에 따라 GPS 수신기는 완전히 기만 신호를 추적하게 될 수 있다. 기만 신호가 인가하는 코드 위상 오차
Figure 112013111827783-pat00023
가 증가함에 따라 실제 위성 신호와 기만 신호는 점점 분리될 수 있다. 또한, 기만 신호는 수신기를 기만하기 위해 실제 위성 신호와 같은 구조뿐만 아니라 실제 위성 신호보다 큰 전력을 가지고 있기 때문에 GPS 수신기는 실제 위성 신호가 아닌 기만 신호를 추적하게 될 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 기만 신호 검출 영역 및 기만 신호 미검출 영역을 도시한다.
도 6에서는 기만 신호 검출 임계값을 설정하여 상관함수 왜곡 영역과 정상 영역을 나누어 2차원 평면에 나타낸 것이다. 상관함수 왜곡에 의해 발생하는 실제 수신되는 신호의 변화를 상기한 바와 같이 수학식 5를 통해 기만 신호 인가를 감지할 수 있다.
실제 위성 신호를 추적하는 중인 경우 수학식 5의 결과는 0에 가까운 값이 나올 수 있다. 반면에 기만 신호의 영향을 받는 중인 경우 수학식 5의 결과는 0보다 큰 값을 가질 수 있다. 이 때 기만 신호 검출 임계값을 설정하여 수학식 5의 결과가 임계값을 넘어가면 상관함수가 왜곡되어 기만 신호가 인가되었다고 판단할 수 있다. 수학식 5의 검출식 중
Figure 112013111827783-pat00024
를 2차원 평면에서 나타낸 것이 도 6에 도시되어 있다. 여기에서 Vt.Spoof는 기만 신호 검출 임계값이다.
도 6을 참조하면, Vt.Spoof 및 -Vt.Spoof를 지나는 점선 부분이 수학식 5를 표현한 것이다. 두 점선 사이의 영역은 상관함수가 왜곡되지 않아 기만 신호가 없는 정상 영역이고, 그 외의 영역은 상관 함수과 왜곡 되어 기만 신호가 인가되었다고 판단하는 영역일 수 있다.
기만 신호 검출 임계값(Vt.Spoof)을 구하기 위해서는 기만 신호 오검출 확률부터 계산한다. 만약 기만 신호가 없음에도 기만 신호가 있다고 판단하는 임계값을 찾으면, 이 값으로부터 잘못된 기만 신호 오검출 확률을 줄일 수 있는 임계값(Vt.Spoof)을 구할 수 있다.
확률 변수 XE, XP 및 XL은 상관값 모델 식으로부터 구할 수 있다. IE, IP, IL, QE, QP 및 QL은 수학식 13과 같이 각각의 확률 변수를 구하기 위한 상관값 모델일 수 있다.
Figure 112013111827783-pat00025
수학식 13으루부터 확률 변수 XE, XP 및 XL이 Ricean 확률 분포를 가질 수 있다. 따라서, 확률 변수 XE, XP 및 XL에 대한 확률 밀도 함수 ps는 수학식 14와 같이 Ricean 확률밀도함수로 표현할 수 있다.
Figure 112013111827783-pat00026
수학식 14의 Ricean 확률밀도함수로부터 오검출 확률은 베셀(Bessel) 0차 함수를 통해 구할 수 있다. 다만 더 간단히 오검출 확률을 구하기 위해 Ricean 분포를 가우시안(Gaussian)분포로 간략화 할 수 있다. 가우시안 분포를 이용하는 경우 확률 변수 XE, XP 및 XL에 대한 확률 밀도 함수는 수학식 15와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112013111827783-pat00027
여기에서 mE, mP, mL 과 σE,σP,σL은 확률 변수 XE, XP 및 XL의 평균과 잡음의 분산을 나타낸다. 확률 변수 XE, XP 및 XL에 대한 평균 및 분산은 수학식 16과 같이 설정할 수 있다.
Figure 112013111827783-pat00028
확률 변수 XE, XP 및 XL에 대한 평균과 분산을 수학식 16과 같이 설정하면 기만 신호 검출 식인 수학식 5는 다음과 같은 수학식 17과 같이 설정될 수 있다.
Figure 112013111827783-pat00029
여기에서 Xd.E 및 Xd.L을 상호 독립인 확률 변수로 가정할 수 있고 수학식 17의 검출식에 대한 평균과 분산은 수학식 18과 같다.
Figure 112013111827783-pat00030
수학식 17로부터
Figure 112013111827783-pat00031
에 대한 확률변수 Xd.E의 확률밀도함수는 수학식 19와 같다.
Figure 112013111827783-pat00032
수학식 19로부터 기만 신호 검출식
Figure 112013111827783-pat00033
의 오검출 확률을 구하면 수학식 20과 같다.
Figure 112013111827783-pat00034
기만 신호를 검출하기 위해서는 수학식 5를 만족하여야 하므로,
Figure 112013111827783-pat00035
와
Figure 112013111827783-pat00036
를 만족하는 오검출 확률은 수학식 21과 같이 구할 수 있다.
Figure 112013111827783-pat00037
일실시예에 따르면 GPS C/A 신호의 전력을 40dB-Hz로 설정하여 기만 신호 오검출 확률(PFA)과 이에 따른 기만 신호 검출 임계값(Vt.Spoof)를 표 1과 같이 구할 수 있다.
Figure 112013111827783-pat00038
상술한 바와 같이 기만 신호 검출 임계값(Vt.Spoof)을 설정하여 실제 수신되는 신호에서 기만 신호가 인가되었는지 여부를 검출할 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 기만 신호 검출 방법의 흐름도를 도시한다.
단계(710)에서는 상관기(110)가 L1 C/A 신호로부터 Early 탭, Prompt 탭 및 Late 탭에 대한 상관값을 생성할 수 있다. 상관기(110)는 신호를 찾을 때까지 검색하고, 상관 관계의 정점인 Prompt 탭, Prompt 탭 보다 시간이 앞서는 Early 탭, Prompt 탭 보다 시간이 뒤쳐지는 Late 탭에 대한 상관값을 생성할 수 있다
단계(720)에서는 코드 추적 루프(120)가 상관기(110)에서 생성된 상관값을 기초로 L1 C/A 코드를 추적할 수 있다. 코드 추적 루프(120)는 실제 수신되는 신호를 추적하는 역할을 할 수 있고, 상기 추적된 신호에 기만 신호가 인가되었는지 여부를 검출하기 위해 코드 생성부(130)로 추적된 신호를 인가할 수 있다.
단계(730)에서는 코드 생성부(130)가 추적된 L1 C/A 코드에 대한 상관 함수를 생성할 수 있다. 상관 함수 왜곡 기법은 코드에 대한 상관 함수 왜곡을 감지하여 기만 신호 수신 여부를 판단하기 때문에, 상관 함수를 생성하는 과정이 필요하다.
단계(740)에서는 기만 신호 검출부(140)가 생성된 상관 함수 형태의 왜곡에 기초하여 기만 신호를 검출할 수 있다. 기만 신호가 인가되지 않은 이상적인 형태에서는 수학식 4를 만족할 수 있다. 다만, 기만 신호가 인가된 경우에는 수학식 5를 통하여 기만 신호 인가 여부를 판단할 수 있다. 자세한 기만 신호 검출 방법에 대해서는 도 4 내지 도 6에서 상술한 바와 같다.
본 발명의 일실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (15)

  1. 수신된 L1 C/A 코드로부터 Early 탭(tap), Prompt 탭 및 Late 탭에 대한 상관값을 생성하는 상관기;
    상기 상관값을 기초로 상기 L1 C/A 코드를 추적하는 코드 추적 루프;
    상기 추적된 L1 C/A 코드에 대한 상기 Early 탭 및 상기 Late 탭 각각이 상기 Prompt 탭의 1/2 칩 간격에 위치하는 상관함수를 생성하는 코드 생성부; 및
    상기 생성된 상관함수 형태의 왜곡 및 수학식 5와 같은 기만 신호 검출식을 통하여 기만 신호를 검출하는 기만 신호 검출부를 포함하고,
    상기 수학식 5는
    Figure 112014108869012-pat00048

    XE, XP 및 XL은 Early 탭, Prompt탭 및 Late 탭의 확률변수이고, Vt.Spoof는 기만 신호 검출 임계값인 것인
    상기 기만 신호 검출부에서, 전력이 40dB-Hz로 설정된 GPS C/A 신호는 기만 신호 오검출 확률(PFA) 및 상기 기만 신호 검출 임계값(Vt.Spoof)을 표 1에 대응하여 설정할 수 있고,
    상기 표 1은
    Figure 112014108869012-pat00049
    인 것인
    기만 신호 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기만 신호 검출부는,
    상기 코드 생성부에서 생성된 상기 상관함수에서의 상기 Early 탭의 상관값 및 상기 Late 탭의 상관값과 상기 Prompt 탭의 상관값의 차이를 이용하여 상기 상관함수 형태의 왜곡이 발생하였는지를 판단하여 상기 기만 신호를 검출하는, 기만 신호 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Early 탭의 확률 변수와 상기 Prompt 탭의 확률 변수의 1/2과의 차이 및 상기 Late 탭의 확률 변수와 상기 Prompt 탭의 확률 변수의 1/2과의 차이가 기설정된 검출 임계값 미만인 경우, 상기 상관 함수 형태가 왜곡되지 않은 것으로 판단하는, 기만 신호 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기설정된 검출 임계값은, 가우시안 분포를 이용하여 기만 신호 오검출 확률로부터 계산되는, 기만 신호 검출 장치.
  5. 수신된 L1 C/A 코드로부터 Early 탭(tap), Prompt 탭 및 Late 탭에 대한 상관값을 생성하는 단계;
    상기 상관값을 기초로 상기 L1 C/A 코드를 추적하는 단계;
    상기 추적된 L1 C/A 코드에 대한 상기 Early 탭 및 상기 Late 탭 각각이 상기 Prompt 탭의 1/2 칩 간격에 위치하는 상관함수를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 상관함수 형태의 왜곡 및 수학식 5와 같은 기만 신호 검출식을 통하여 기만 신호를 검출하는 기만신호 검출하는 단계를 포함하고
    상기 수학식 5는
    Figure 112014108869012-pat00050

    XE, XP 및 XL은 Early 탭, Prompt탭 및 Late 탭의 확률변수이고, Vt.Spoof는 기만 신호 검출 임계값인 것인
    상기 기만 신호 검출부에서, 전력이 40dB-Hz로 설정된 GPS C/A 신호는 기만 신호 오검출 확률(PFA) 및 상기 기만 신호 검출 임계값(Vt.Spoof)을 표 1에 대응하여 설정할 수 있고
    상기 표 1은
    Figure 112014108869012-pat00051
    인 것인
    기만 신호 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기만신호를 검출하는 단계는,
    상기 생성된 상기 상관함수에서의 상기 Early 탭의 상관값 및 상기 Late 탭의 상관값과 상기 Prompt 탭의 상관값의 차이를 이용하여 상기 상관함수 형태의 왜곡이 발생하였는지를 판단하여 상기 기만 신호를 검출하는, 기만 신호 검출 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 Early 탭의 확률 변수와 상기 Prompt 탭의 확률 변수의 1/2과의 차이 및 상기 Late 탭의 확률 변수와 상기 Prompt 탭의 확률 변수의 1/2과의 차이가 기설정된 검출 임계값 미만인 경우, 상기 상관 함수 형태가 왜곡되지 않은 것으로 판단하는, 기만 신호 검출 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기설정된 검출 임계값은, 가우시안 분포를 이용하여 기만 신호 오검출 확률로부터 계산되는, 기만 신호 검출 방법.
  9. 제5항 내지 제8항의 방법 중에서 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록되는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101833634B1 (ko) 2016-08-23 2018-03-02 국방과학연구소 암호화 신호 교차상관 방식의 위성항법 기만 검출 방법
CN110308464A (zh) * 2019-05-21 2019-10-08 西安电子科技大学 一种无人机gps欺骗检测方法
CN117233805A (zh) * 2023-11-13 2023-12-15 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种基于多相关器的gnss诱导欺骗检测方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009250691A (ja) 2008-04-02 2009-10-29 Toyota Motor Corp Ｇｎｓｓ測位装置及び方法
JP2010281667A (ja) 2009-06-04 2010-12-16 Electronic Navigation Research Institute Ｇｐｓ衛星信号の品質監視機能を有するｇｐｓ衛星信号品質監視方法及びｇｐｓ衛星信号の品質監視機能を備えたｇｐｓ衛星信号品質監視装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009250691A (ja) 2008-04-02 2009-10-29 Toyota Motor Corp Ｇｎｓｓ測位装置及び方法
JP2010281667A (ja) 2009-06-04 2010-12-16 Electronic Navigation Research Institute Ｇｐｓ衛星信号の品質監視機能を有するｇｐｓ衛星信号品質監視方法及びｇｐｓ衛星信号の品質監視機能を備えたｇｐｓ衛星信号品質監視装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101833634B1 (ko) 2016-08-23 2018-03-02 국방과학연구소 암호화 신호 교차상관 방식의 위성항법 기만 검출 방법
CN110308464A (zh) * 2019-05-21 2019-10-08 西安电子科技大学 一种无人机gps欺骗检测方法
CN110308464B (zh) * 2019-05-21 2023-07-21 西安电子科技大学 一种无人机gps欺骗检测方法
CN117233805A (zh) * 2023-11-13 2023-12-15 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种基于多相关器的gnss诱导欺骗检测方法
CN117233805B (zh) * 2023-11-13 2024-02-06 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种基于多相关器的gnss诱导欺骗检测方法

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