KR101963580B1 - 항법데이터의 궤도정보를 이용한 위성항법 기만 검출 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 항법데이터의 궤도정보를 이용한 위성항법 기만 검출 방법은, GPS 위성신호로부터 수신한 항법데이터의 궤도정보를 업데이트하는 위성 신호 궤도정보 업데이트 과정; 및 상기 항법데이터의 궤도정보를 최근 수신한 궤도정보와 비교, 분석하여 기만신호를 검출하는 궤도정보의 연속성과 무결성 분석 과정을 포함하고, 항법데이터 내 궤도정보만을 이용하여 검출하는 방법을 구현함으로써, 외부 관성항법장치의 정보 또는 외부 암호화 신호원 정보 수신을 위한 형상 변경 등의 비용이 증가하는 제약사항을 피할 수 있다는 효과가 있다.

Description

항법데이터의 궤도정보를 이용한 위성항법 기만 검출 방법 및 장치{Apparatus and Method for GPS Spoofing Detection based on Ephemeris Information of Navigation Data}

본 발명은 항법데이터의 궤도정보를 이용한 위성항법 기만 검출 방법 및 장치에 관한 것이다.

사용자의 위치, 시간, 속도를 알기 위해 널리 사용하는 위성항법시스템(GPS)는 20,200km 상공의 위성에서 신호를 송신하기 때문에 지상에 도달한 신호 세기가 일반 잡음 신호보다 약해 인위적인 교란 및 기만신호에 취약한 것으로 알려져 있다. 이중 교란 신호는 GPS 신호 주파수 대역에 매우 큰 신호 세기로 신호를 송출하여 GPS 수신기가 정상적인 GPS 신호를 수신하지 못하게 하여 위치, 시간, 속도 등의 정보를 근본적으로 획득하지 못하게 하는 방식이다. 이와 달리 기만신호는 GPS 신호와 매우 유사하게 복제한 신호를 송출하여, 수신기가 GPS 신호의 이상을 감지하지 못한 상태에서 복제한 신호를 조작하여 수신기를 이용하는 사용자가 원하는 위치로 이동 또는 고정된 위치로 움직이도록 하는 방식이다. 이와 같이 기만신호는 수신기가 잘못된 GPS 신호를 수신하고 있다는 것을 인식할 수 없다는 점에서 교란 신호 보다 더욱 심각한 위험을 초래할 수 있다. 국외에서 GPS 기만신호로 추정되는 신호를 이용하여 타국의 무인기를 탈취한 사건 이후 GPS 기만신호에 대항하는 항기만 기법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이미 다수의 문헌에서 무인기 또는 선박에 탑재된 수신기를 GPS 기만신호를 이용하여 조작할 수 있다는 것을 사례로 검증하였다.

GPS 기만신호를 발생하는 방법은 구현 난이도에 따라 3가지 방법으로 분류된다. 첫 번째 방법은 GPS 위성신호 모의기를 사용하여 GPS 위성신호와 유사한 신호를 만드는 단순 기만신호 생성기로 기만 시점의 위성 항법데이터와 실제 GPS 신호와의 동기는 무시하고 임의의 기만신호를 송신하는 방법이다. 두 번째 방법은 GPS 수신기를 장착한 하나의 GPS 기만신호 생성기를 이용하는 업그레이드 된 기만 방법으로 기만하기 위한 시점에 수신한 GPS 신호를 이용하여 수신한 GPS 위성신호 세기 및 그룹지연, 항법데이터 등을 매우 유사하게 모의하여 기만신호를 송신하는 방법이다. 세 번째 방법은 가장 고도화된 방법으로 다른 위치에 다수의 GPS 수신기를 장착한 GPS 기만신호 생성기를 설치하여 동시에 연동하는 방식으로 다른 위치에 설치한 GPS 기만신호 생성기에서 각각 다른 위성신호를 모의하여 송신함으로써 기만신호의 입사각 검출에 대응할 수 있는 기만신호 송신 방법이다.

상기의 기만신호에 대응하는 방식은 항기만 방식에 따라 다음과 같이 분류된다.

1. 신호 세기 검출 (Amplitude discrimination)

2. 도착 시간 검출 (Time-of-Arrival discrimination)

3. 관성항법센서와의 일관성 상호 검증 (Consistency of navigation IMU crosscheck)

4. 안테나 편파 검출 (Polarization discrimination)

5. 입사각 검출 (Angle-of-arrival discrimination)

6. 암호화 인증 (Cryptographic authentication)

상기 분류된 방법들 중 신호 세기 검출, 도착 시간 검출과 같은 항기만 검출 방식은 기만신호 세기 조절과 상기 언급한 두 번째 방법인 수신한 GPS 신호정보를 이용한 방법을 통해서 항기만 방법들을 피할 수 있다. 특히 최근 개발되고 있는 기만신호 모의 소프트웨어 및 장비를 통해서 정상적인 GPS 위성신호와 유사하게 시각 동기 및 세기를 제어하여 기만신호를 입력할 수 있는 장비가 개발되고 있어 상기 방법들을 쉽게 무력화 할 수 있다. 상기 분류된 방법들 중 안테나 편파 검출 방법은 비행기 스킨이 그라운드 역할을 해주는 비행기와 같이 제한된 위치에 장착되어 기만신호를 식별하는 경우가 아니라면, 기만신호가 송신되는 안테나와 비슷한 위치에 낮은 앙각의 GPS 위성이 존재하는 경우에는 기만신호 식별이 모호한 단점이 있다. 또한 상기 분류된 방법들 중 관성항법센서(IMU)와의 일관성 상호 검증 방법은, GPS 수신기를 장착한 장비에 관성항법센서가 동일하게 장착되어 있는 경우 GPS 수신기로 얻은 항법 속도해와 IMU로 얻은 속도해 비교를 통해 예측된 장비의 움직임의 일치성을 판단하는 방법으로 가장 쉽게 GPS 기만신호를 대응할 수 있는 방법이다. 상기 분류된 방법들 중 입사각 검출 방법은 다수의 안테나로 구성되는 배열안테나를 장착한 GPS 수신기 또는 다수의 단일안테나에서 동시에 신호를 수신할 수 있는 GPS 수신기를 이용해서 기만신호의 송신 방향을 탐지하여 GPS 위성의 송신 방향의 일치성을 판단하는 방법으로 GPS 기만신호를 대응할 수 있는 방법이다. 이러한 관성항법센서와의 일관성 상호 검증 방법과 입사각 검출 방법은 GPS 수신기 이외에 타장비가 필요하다는 점과, 관성항법센서의 경우 GPS 신호를 계속적으로 수신하여 보정하지 않으면 발산하는 단점과 배열안테나 또는 다수의 단일안테나를 사용하는 경우에 장착하는 위치의 크기가 매우 커진다는 단점이 존재하기 때문에 일반적인 환경에 사용하기에는 한계가 존재한다. 상기 분류된 방법들 중 암호화 인증 방법은 수신한 항법데이터의 무결성을 보장할 수 있는 가장 효과적인 방법으로 가장 확실하게 기만신호를 제거할 수 있는 방법이나, 항법데이터의 무결성을 검증할 수 있는 정보를 송신하기 위해 현재의 GPS 위성신호 체계를 수정하거나 외부 장치를 통해 전달해야 하는 문제점이 있다.

상기에서 언급한 GPS 기만신호를 검출 및 제거하기 위한 다수의 특허들이 발명되었다. 그 중에서 관성센서를 이용하는 항법위성신호 기만탐지 방법에서는 기만신호 탐지를 위한 GPS 수신기와 저가의 관성항법센서를 이용하여 GPS 수신기에서 수신한 반송파를 이용하여 수평 이동거리 변화량을 측정하고 이를 관성항법센서를 이용하여 측정한 이동거리 변화량과 비교하여 GPS 신호를 이용하여 측정한 수평 이동거리 변화량이 차이가 크게 나는 경우에 기만신호로 식별하는 방법을 고안하였다. 해당 발명은 앞서 언급하였듯이 관성항법센서가 GPS 수신기와 동일한 항체에 장착되어 있어야 한다는 단점이 있다. 단일 암호화 신호원을 이용한 위성항법 기만 검출 방법에서는 기만신호 검출을 위해 암호화 신호원을 추가로 정지궤도 위성을 통해 송신함으로써 수신한 GPS 신호에 기만신호가 포함되어 있는지를 검출할 수 있는 추가의 데이터를 이용하는 방법을 고안하였다. 해당 발명은 모든 종류의 기만신호를 검출할 수 있는 가장 효과적인 방법이나 정지궤도 위성으로 암호화 신호를 송신할 수 있는 장비와 외부 신호원을 수신할 수 있는 부가적인 장비가 추가되어야 한다는 단점이 있다. 위성항법 기만신호 예측 및 제거 방법은 반송파 위상 및 도플러 수신값을 분석하여 반송파 위상으로 추정한 도플러 예측값과 측정한 도플러 수신값을 비교하여 기만신호를 검출한다. 또한 검출한 기만신호의 180도 반전된 신호를 생성하여 기존 수신신호에서 제거함으로써 정상적인 GPS 신호를 복구하는 방법을 고안하였다. 해당 종래 기술들에서는 항법데이터를 수신하지만 항법데이터의 오류 검출을 통한 기만신호 검출에 대해서는 언급하고 있지 않다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제 및 목적은 항법데이터의 궤도정보를 이용한 위성항법 기만 검출 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 항법데이터의 궤도정보를 이용한 위성항법 기만 검출 방법은, GPS 위성신호로부터 수신한 항법데이터의 궤도정보를 업데이트하는 위성 신호 궤도정보 업데이트 과정; 및 상기 항법데이터의 궤도정보를 최근 수신한 궤도정보와 비교, 분석하여 기만신호를 검출하는 궤도정보의 연속성과 무결성 분석 과정을 포함하는 항법데이터 내 궤도정보만을 이용하여 기만신호를 검출하는 방법을 구현함으로써, 외부 관성항법장치의 정보 또는 외부 암호화 신호원 정보 수신을 위한 형상 변경 등의 비용이 증가하는 제약사항을 피할 수 있다는 효과가 있다.

일 실시 예에서, 상기 궤도정보 연속성 분석 과정에서, 상기 수신한 궤도정보 중 IODE 값의 연속성을 검사하여 이전에 수신한 궤도정보의 IODE 값과 동일한 값을 가지는 경우, 해당 위성신호를 기만신호로 판별할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 궤도정보 연속성 분석 과정에서, 상기 수신한 궤도정보 중 IODE 값이 가장 최근에 수신한 IODE값과 동일한 경우, 위성의 위치, 속도, 시계오차를 계산할 수 있는 궤도정보 중 선정한 파라미터와 비교하여 차이가 나는지를 판단하는 궤도 정보 무결성 분석 과정을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 위치, 속도, 시계오차와 관련하여 상기 선정한 파라미터와 비교하여 1비트 이상이 차이가 나는 경우, 해당 위성신호를 기만신호로 판별할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 선정한 파라미터는 상기 항법 데이터의 부프레임 1, 2, 3번에 나눠서 전송되고, 상기 궤도 정보 무결성 분석 과정에서, 상기 선정한 부프레임 1, 2, 3번의 파라미터들을 모두 비교하여, 상기 궤도 정보 무결성 분석을 수행할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 부프레임 1을 통해 전송되는 제1 파라미터는 클럭 정보의 색인 정보인 IODC (issue of data, clock)과 위성 클럭 천이정보를 포함한 위성 시계 보정을 위한 매개변수들을 포함하며,

상기 부프레임 2를 통해 전송되는 제2 파라미터는 상기 궤도정보의 색인정보인 IODE(issue of data, ephemeris)를 포함하고, 그리고 상기 부프레임 3을 통해 전송되는 제3 파라미터는 궤도 경사각과 궤도 반지름에 보정될 진폭을 포함할 수 있다.

본 발명은 항법데이터 내 궤도정보만을 이용하여 검출하는 방법을 구현함으로써, 외부 관성항법장치의 정보 또는 외부 암호화 신호원 정보 수신을 위한 형상 변경 등의 비용이 증가하는 제약사항을 피할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 별도의 하드웨어 추가 없이 항법 알고리즘의 소프트웨어 업데이트만을 통하여 항공기, 선박, 군용 위성항법장치 등의 다양한 위성항법 수신기 분야에 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명과 관련하여, 항법데이터의 궤도정보를 이용한 위성항법 기만 검출 시스템의 구조도를 나타낸다.
도 2는 항법데이터의 궤도정보를 이용하는 기만 검출 방법인 본 발명의 실시예에 따른 GPS 위성신호 기만 검출 알고리즘의 흐름도이다.
도 3은 선정한 궤도정보 파라미터들 중 항법데이터의 부프레임 1번에 실려 전송되는 파라미터들을 나열한다.
도 4는 선정한 궤도정보 파라미터들 중 항법데이터의 부프레임 2번에 실려 전송되는 파라미터들을 나열한다.
도 5는 선정한 궤도정보 파라미터들 중 항법데이터의 부프레임 3번에 실려 전송되는 파라미터들을 나열한다.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.

제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "블록" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 항법데이터의 궤도정보를 이용한 위성항법 기만 검출 방법 및 장치에 대해 살펴보기로 하자.

본 발명은 기존 GPS 수신기를 제외한 부수장비 또는 외부정보 없이 항법데이터의 궤도정보만으로 GPS 신호에 실려 전송되는 항법데이터의 정상 상태를 검증할 수 있는 기만검출 장치 및 방법을 제안한다. 또한, 본 발명은 기만을 하고자 하는 위성의 신호세기와 그룹지연시간 및 도플러를 정상 GPS 신호와 유사하게 송신 가능한 기만신호 송신기가 있는 환경에서도 항법데이터 분석을 통하여 기만신호를 검출할 수 있는 기만검출 장치 및 방법을 제공할 수 있다. 기만 검출의 방법은 기존 GPS 수신기의 소프트웨어만을 변경함으로써 발명의 기능을 적용할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명과 관련하여, 항법데이터의 궤도정보를 이용한 위성항법 기만 검출 시스템의 구조도를 나타낸다. 도 1에 나타난 바와 같이, 위성항법 기만 검출 시스템은 GPS 수신기(100), 기만신호 생성기(200), 안테나(300), 위성항법 수신 장치(400)를 포함한다.

기만신호 생성기(200)는 GPS 수신기(100)로부터의 신호를 이용하여 기만신호를 생성한다.

위성항법 수신 장치(400)는 기만신호 검출을 위해 GPS 위성신호 및 기만신호를 안테나(300)를 통해 동시에 수신하도록 구성된다. 안테나(300)는 상기 GPS 위성신호 및 기만신호를 모두 수신할 수 있는 단일 안테나일 수 있다.

상공에 떠있는 GPS 위성의 수는 시간에 따라 가변적이어서 기만신호가 인가되는 시점의 GPS 수신기의 추적 위성개수는 N개로 표현하였다. 기만신호 생성기(200)는 기만신호의 송신 장치 위치를 실제 위성이 존재하는 위치로 오인하게 만든다. 또한, 기만신호 생성기(200)는 위성의 위치 또한 기만하기 위해 GPS 수신기(100)가 수신한 위성의 위치, 속도 및 시계오차를 포함한 항법데이터의 궤도정보를 수정하여 기만신호를 송출한다. 또한, 기만신호 생성기(200)는 GPS 수신기(100)를 장착하여 기만위성의 신호세기와 그룹지연시간 및 도플러를 정상 GPS 신호와 유사하게 모의하여 기만신호를 송출할 수 있다. 따라서, 기만대상인 GPS 수신기가 기만한 궤도정보를 쉽게 수신하도록 할 수 있다. 상기 기만대상 GPS 수신기는 단일 안테나(300)와 GPS 위성항법수신장치(400)로 구성되며, GPS 위성항법수신장치(400)는 RF/IF 하향변환부(410), 기저대역 위성항법부(420)로 구성된다. GPS 방송주파수(RF, radio frequency) 대역으로 수신한 GPS 단일 안테나로 수신된 N개의 위성신호와 기만신호는 식 (1)과 같이 표현할 수 있다.

(1)

여기에서 Sn 은 n번째 GPS 방송주파수로 송신되는 위성신호를 의미하고, N은 GPS 수신기에서 수신할 수 있는 전체 추적 위성수를 의미한다. Ssp는 기만신호 생성기에서 동일 GPS 방송주파수로 송신하는 기만신호를 의미한다. 상기 GPS 방송주파수로 수신된 위성신호와 기만신호는 RF/IF 하향변환부(410)를 거쳐 중간주파수(IF, inter-frequency) 대역으로 천이되어 식 (2)와 같이 기저대역 위성항법부(420)에 입력된다.

(2)

여기에서 Sif,n 은 n번째 IF 대역으로 변환된 위성신호를 의미하고, Sif,sp는 IF 대역으로 변환된 기만신호를 의미한다. 기저대역 위성항법부에서는 IF 대역으로 수신한 신호를 기저대역으로 천이한 후, 코드를 복조하여 파싱한 항법데이터를 이용, 위성의 위치, 속도 및 시계오차를 계산한다. 상기 계산한 위성의 위치를 기반으로 의사거리를 추정하여 항법해 연산을 수행하여 GPS 위성항법수신장치(400)의 위치, 속도, 시간을 계산할 수 있다. 상기 기저대역 위성항법부(420)에서 기만신호 배제 또는 제거하기 위한 기만 검출 기법을 수행한다. 본 발명에서 제안하는 항법데이터의 궤도정보를 이용한 기만 검출 기법 또한 기저대역 위성항법부에서 수행하게 된다.

도 2는 항법데이터의 궤도정보를 이용하는 기만 검출 방법인 본 발명의 실시예에 따른 GPS 위성신호 기만 검출 알고리즘의 흐름도이다. 한편, 위성신호 기만 검출 알고리즘 및 방법은 위성항법수신장치(400)에 의해 수행될 수 있다. 보다 상세하게는, 위성신호 기만 검출 알고리즘 및 방법은 RF/IF 하향변환부(410)와 기저대역 위성항법부(420)에 의해 수행될 수 있다.

기만 검출 알고리즘은 첫 번째, 궤도정보의 연속성을 판별하는 단계로 궤도정보 내 IODE 파라미터가 역전되었는지를 분석하는 단계와, 두 번째, 궤도정보의 무결성을 판별하는 단계로 수신한 궤도정보가 가장 최근 궤도정보의 IODE와 동일 IODE인 경우에 기존 수신한 궤도정보에서 위성의 위치, 속도 및 시계오차를 계산할 수 있는 파라미터의 변경이 있었는지를 분석하는 단계로 구분된다. 즉, 도 2를 참조하면, 위성항법 기만 검출 방법은 위성 신호 궤도정보 업데이트 과정(S210), 궤도정보 연속성 분석 과정(S220), 궤도 정보 무결성 분석 과정(S230) 및 데이터 기만 판정 과정(S240)을 포함한다.

위성 신호 궤도정보 업데이트 과정(S210)에서, GPS 위성신호로부터 수신한 항법데이터의 궤도정보를 업데이트한다. 이와 관련하여, GPS 위성신호에 실려 전송되는 항법데이터는 30초의 주기를 가지고 전송된다. 항법데이터는 총 5개의 부프레임으로 구성되어 있는데, 이 중 위성의 위치, 속도 및 시계오차를 계산할 수 있는 궤도정보는 5개 프레임 중 앞쪽 3개의 부프레임인 부프레임 1, 2, 3에 나눠 실려 전송된다. 나머지 2개의 프레임에는 책력(almanac) 정보가 실려있으며 12분 30초 동안, 즉 25번의 항법데이터를 수신하게 되면 책력의 한 세트가 완성되는 구조로 항법데이터가 구성되어 있다. 궤도정보에 포함되어 있는 파라미터들을 이용하여 케플러 방정식을 수행하게 되면 항법데이터를 송신하고 있는 GPS 위성의 현재 시점에서의 정확한 위치, 속도, 시계오차를 계산할 수 있기 때문에, GPS 수신기는 항법을 수행하기 위해서는 30초마다 업데이트 되는 GPS 위성신호의 궤도정보를 수신해야만 한다. GPS 수신기가 위성신호의 궤도정보를 모두 수신받아 업데이트 하는 순간, 가장 최근에 저장한 궤도정보의 파라미터와 비교, 분석을 수행하게 된다.

궤도정보 연속성 분석 과정(S220)에서는 상기 항법데이터의 궤도정보 내 IODE와 최근 수신한 궤도정보의 IODE와 비교, 분석한다. 즉, 항법데이터의 궤도정보를 식별할 수 있는 인덱스 역할을 하는 IODE 파라미터의 역전 현상을 통해 검출하는 방법이다. GPS 기만신호 생성기에서 현재 궤도정보에서 수정된 궤도정보를 생성하기 위해서는 현재의 궤도정보를 수신하고 수신한 궤도정보를 이용하여 재가공된 궤도정보를 송신 기만신호에 실어서 전송해야 하기 때문에 과거 또는 현재의 IODE를 가진 궤도정보를 송출하게 된다. 따라서 현재 수신한 궤도정보의 IODE가 가장 최근 궤도정보의 IODE 보다 이전의 IODE를 가지고 있다면 IODE 파라미터 역전현상으로 판별하고 해당 위성신호를 기만신호로 검출하는 데이터 기만 판정 과정(S240)을 수행한다.

한편, 궤도 정보 무결성 분석 과정(S230)에서는 위성의 위치, 속도, 시계오차를 계산할 수 있는 궤도정보 중 선정한 파라미터와 비교하여 차이가 나는지를 판단한다. 이와 관련하여, 상기 궤도정보 연속성 분석 과정(S220)에서, 상기 수신한 궤도정보의 IODE와 가장 최근 궤도정보의 IODE가 동일한 경우, 상기 궤도 정보 무결성 분석 과정(S230)이 수행될 수 있다.

궤도 정보 무결성 분석 과정(S230)에서, 현재 수신한 항법데이터의 궤도정보의 IODE와 가장 최근 궤도정보의 IODE가 동일한 경우에는 선정한 궤도정보 파라미터의 일대일 비교를 통해 한 비트(bit) 이상 다른 경우에 해당 위성신호를 기만신호로 검출하는 데이터 기만 판정 과정(S240)을 수행한다. 상기 선정한 궤도정보 파라미터는 케플러 방적식을 통해 위성의 위치, 속도 및 시계오차를 계산할 수 있는 파라미터로써 동일 IODE에서는 절대 변하지 않는 파라미터들로만 선정하였다. 상기 선정한 파라미터들은 앞서 설명한 바와 같이 항법데이터의 부프레임 1, 2, 3번에 나눠서 전송되기 때문에 부프레임 1, 2, 3번의 파라미터들을 모두 비교하여야 한다. 따라서 상기 데이터 기만 판정을 위해서는 동일 IODE를 가진 위성의 궤도정보 중 변하지 않는 파라미터 선정이 중요한데 도 3, 도 4, 도 5에서 본 발명에서 선정한 파라미터들을 식별 및 설명한다.

도 3은 선정한 궤도정보 파라미터들 중 항법데이터의 부프레임 1번에 실려 전송되는 파라미터들을 나열한다. 파라미터 1번은 클럭정보의 색인정보인 IODC(issue of data, clock)를 의미하고, 파라미터 2번에서 6번은 위성 클럭 천이정보를 포함한 위성 시계 보정을 위한 매개변수들이다.

도 4는 선정한 궤도정보 파라미터들 중 항법데이터의 부프레임 2번에 실려 전송되는 파라미터들을 나열한다. 파라미터 7번은 궤도정보의 색인정보인 IODE(issue of data, ephemeris)를 의미하고, 파라미터 8번의 Crs는 궤도 반지름에 보정될 sin함수 진폭을 의미한다. 파라미터 9번의 n은 위성의 평균움직임 보정 연산을 위한 변수이다. 파라미터 10번의 M0는 궤도정보에 포함하여 송신되는 기준시간의 평균 근점이각 값이다. 파라미터 11번의 CUC는 위도 인수(argument of latitude)에 보정될 cos함수의 진폭을 의미하고, 파라미터 12번의 e는 위성 궤도의 이심률을 의미한다. 파라미터 13번의 CUS는 위도 인수에 보정될 sin함수의 진폭을 의미한다. 파라미터 14번의

는 위성 궤도의 장반경 제곱근의 값이며, 파라미터 15번의 toe는 궤도정보의 기준 시간을 의미한다.

도 5는 선정한 궤도정보 파라미터들 중 항법데이터의 부프레임 3번에 실려 전송되는 파라미터들을 나열한다. 파라미터 16번, 18번, 20번의 Cic, Cis, Crc는 궤도 경사각에 보정될 cos함수 진폭, sin함수 진폭, 궤도 반지름에 보정될 cos함수 진폭을 각각 의미한다. 파라미터 17번의 Ω₀는 발생시점의 승교점 경도 값을 의미하고, 파라미터 22번의 Ω는 승교점 경도의 변화율을 의미한다. 파라미터 19번, 21번의 i₀, Ω는 궤도정보 기준 시간의 궤도 경사각과 근일점 인수 값을 각각 의미한다. 파라미터 23번의 IDOT는 궤도 경사각의 변화율을 의미한다. 상기 도 3, 4, 5의 궤도정보 주요 파라미터 정의는 표 1에 정리하여 표현하였다.

[표 1] GPS 위성에서 제공하는 주요 궤도정보 파라미터 설명

지금까지 설명한 방법은 항법데이터의 궤도정보를 이용한 기만신호 검출 기법을 하나의 위성에 수행한 실시예로, 동일한 검출 기법 과정을 GPS 수신기에서 추적한 모든 위성의 궤도정보의 비교, 분석을 수행하여 다수의 위성에 대해 기만신호를 생성하여 송신하는 경우에도 모든 기만신호 검출에 적용 가능하다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 기만신호 검출 방법을 일반 GPS 수신기에 소프트웨어 변경만으로 구현이 가능함으로써 타 발명에서 필요로 하는 외부 관성항법장치의 정보 또는 외부 암호화 신호원 정보 수신을 위한 형상 변경 등의 비용이 증가하는 제약사항을 피할 수 있는 장점이 있다. 따라서 본 발명은 별도의 하드웨어 추가가 필요없기 때문에 기존에 GPS 수신기가 장착되어 있는 항공기, 선박, 군용 위성항법장치 등의 다양한 장비를 그대로 이용하여 적용할 수 있기 때문에 그 활용도가 매우 높다고 할 수 있겠다.

상기 실시예의 구성과 방법은 GPS 수신기에 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 앞서 설명한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명은 항법데이터 내 궤도정보만을 이용하여 검출하는 방법을 구현함으로써, 외부 관성항법장치의 정보 또는 외부 암호화 신호원 정보 수신을 위한 형상 변경 등의 비용이 증가하는 제약사항을 피할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 별도의 하드웨어 추가 없이 항법 알고리즘의 소프트웨어 업데이트만을 통하여 항공기, 선박, 군용 위성항법장치 등의 다양한 위성항법 수신기 분야에 적용할 수 있는 효과가 있다.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능뿐만 아니라 각각의 구성 요소들은 별도의 소프트웨어 모듈로도 구현될 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.

Claims (6)

1. 항법데이터의 궤도정보를 이용한 위성항법 기만 검출 방법에서,
   GPS 위성신호로부터 수신한 항법데이터의 궤도정보를 업데이트하는 위성 신호 궤도정보 업데이트 과정; 및
   상기 항법데이터의 궤도정보를 최근 수신한 궤도정보와 비교, 분석하여 기만신호를 검출하는 궤도정보 연속성 분석 과정을 포함하고,
   상기 항법데이터의 상기 궤도정보 연속성 분석 과정에서, 상기 수신한 궤도정보 중 IODE 값이 가장 최근에 수신한 IODE값과 동일한 경우,
   상기 항법데이터의 총 5개의 부 프레임 중 앞쪽 3개의 부프레임인 부프레임 1, 2, 3번을 통해서, 위성의 위치, 속도, 시계오차를 계산할 수 있는 궤도정보 중 선정한 파라미터와 비교하여 차이가 나는지를 판단하는 궤도 정보 무결성 분석 과정을 더 포함하고,
   상기 선정한 파라미터는 상기 부프레임 1, 2, 3번에 나눠서 전송되고,
   상기 궤도 정보 무결성 분석 과정에서, 상기 부프레임 1, 2, 3번의 파라미터들을 비교하여, 상기 궤도 정보 무결성 분석을 수행하고,
   상기 부프레임 1을 통해 전송되는 제1 파라미터는 클럭 정보의 색인 정보인 IODC (issue of data, clock)과 위성 클럭 천이정보를 포함한 위성 시계 보정을 위한 매개변수들을 포함하며,
   상기 부프레임 2를 통해 전송되는 제2 파라미터는 상기 궤도정보의 색인정보인 IODE(issue of data, ephemeris)를 포함하고, 그리고
   상기 부프레임 3을 통해 전송되는 제3 파라미터는 궤도 경사각과 궤도 반지름에 보정될 진폭을 포함하는, 위성항법 기만 검출 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 궤도정보 연속성 분석 과정에서, 상기 수신한 궤도정보 중 IODE 값의 연속성을 검사하여 이전에 수신한 궤도정보의 IODE 값과 동일한 값을 가지는 경우,
   해당 위성신호를 기만신호로 판별하는, 위성항법 기만 검출 방법.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 위치, 속도, 시계오차와 관련하여 상기 선정한 파라미터와 비교하여 1비트 이상이 차이가 나는 경우,
   해당 위성신호를 기만신호로 판별하는, 위성항법 기만 검출 방법.
5. 삭제
6. 삭제

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