KR101986553B1 - Global navigation satellite system using variance of tangent angle of baseline vector components and spoofing signal identification method thereof - Google Patents

Global navigation satellite system using variance of tangent angle of baseline vector components and spoofing signal identification method thereof Download PDF

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KR101986553B1
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국방과학연구소
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    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/015Arrangements for jamming, spoofing or other methods of denial of service of such systems

Abstract

본 발명은 수신기간 기저 벡터 성분의 탄젠트각의 분산을 이용하여 기만 신호를 효과적으로 식별할 수 있는 위성항법시스템 및 그의 기만 신호 식별 방법에 관한 것으로, 복수 채널의 GPS신호와 기만 신호를 조합하여 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 분류하는 제1 및 제2수신기; 상기 제,제2수신기에서 각각 분류된 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 조합하여 복수의 이중 차분 조합을 생성하는 그룹 관리부; 및 상기 생성된 복수의 이중 차분 조합의 측정치에 최소자승법을 적용하여 기저 벡터를 추정하고, 상기 추정된 기저 벡터의 두 성분들사이의 탄젠트각 분산을 검정 통계량으로 하는 가설 검정을 수행하여 기만신호 그룹을 식별하는 기만신호 식별부;를 포함할 수 있다. The present invention relates to a satellite navigation system capable of effectively identifying a deception signal by using a variance of a tangent angle of a reception period base vector component and a dequeue signal identification method thereof, First and second receivers for classifying groups and deception signal groups; A group management unit for generating a plurality of double difference combinations by combining the GPS signal group and the deception signal group respectively classified by the first and second receivers; And a hypothesis test that estimates a basis vector by applying a least squares method to the measured values of the generated plurality of double difference combinations and sets a tangent angle variance between two components of the estimated base vector as a test statistic, And the like.

Description

기저벡터 성분의 탄젠트각 분산을 이용한 위성항법시스템 및 그의 기만 신호 식별 방법{GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM USING VARIANCE OF TANGENT ANGLE OF BASELINE VECTOR COMPONENTS AND SPOOFING SIGNAL IDENTIFICATION METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a satellite navigation system using a tangent angle variance of a base vector component, and a method for identifying a tangent angle of a base vector component, and a method of identifying the tangent angular dispersion.

본 발명은 수신기간 기저 벡터 성분의 탄젠트각의 분산을 이용하여 기만 신호를 효과적으로 식별할 수 있는 위성항법시스템 및 그의 기만 신호 식별 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a satellite navigation system capable of effectively identifying a deception signal by using a variance of a tangent angle of a receiving period base vector component and a deception signal identification method thereof.

위성항법시스템은 지구 주변을 일정 궤도를 따라 돌고 있는 위성에서 전송하는 전파를 수신하여 사용자가 전 세계 어디서나 쉽고 정확하게 위치를 계산할 수 있는 항법 정보를 제공한다. 가장 보편적으로 사용되는 항법 정보인 GPS(Global Positioning System) 신호의 경우에 민간용 C/A 코드와 군용 P 코드로 크게 구분할 수 있으며, 민간용 C/A 코드의 경우 암호화되지 않고 개방되어 물류, 금융, 교통 등 사회 전반적으로 널리 사용되고 있다. The satellite navigation system receives navigation signals from satellites orbiting the earth and provides navigational information that allows users to easily and accurately calculate positions from anywhere in the world. In the case of GPS (Global Positioning System) signal, which is the most commonly used navigation information, it can be broadly divided into civil C / A code and military P code. In case of civil C / A code, Have been widely used throughout society.

그런데, GPS 위성은 지표면에서 약 20000km 떨어진 궤도를 돌고 있기 때문에 지표면에 위성 신호가 도달했을 경우 그 세기는 일반적으로 열잡음 성분보다 약하다. 따라서 위성 신호는 자연적인 신호 간섭(Signal Interference) 및 재밍 (Jamming)에 의해 그 성능이 열화 되기 쉬우며, 특히 기만에 대해 매우 취약하다.However, GPS satellites are orbiting about 20000 km away from the surface of the earth. Therefore, when a satellite signal reaches the ground surface, the intensity is generally weaker than the thermal noise component. Therefore, the satellite signal is likely to deteriorate due to natural signal interference and jamming, and is particularly vulnerable to deception.

기만은 기만기(Spoofer)가 의도적으로 목표 수신기(Target Receiver)를 교란시킬 목적을 가지고 원시 GPS 신호와 유사한 신호를 목표 수신기로 방사하는 것을 말한다. 민간용 신호의 경우 C/A 코드가 개방되어 있기 때문에 누구나 GPS 신호를 모사하여 기만 신호를 생성할 수 있다. 군용 P 코드의 경우에는 암호화되어 있어 신호를 직접 생성할 수 없지만, 원시 GPS 신호를 저장하고 특정 시간 지연 후 다시 재방사(re-radiation) 하는 방식을 통해 원시 GPS 신호를 수신하는 수신기를 교란할 수 있다. Deception refers to the emission of a signal, similar to a raw GPS signal, to a target receiver with the intention of disturbing the target receiver intentionally by a spoofer. In the case of civilian signals, since the C / A code is open, anyone can simulate GPS signals and generate deception signals. In the case of military P-code, it is encrypted and can not generate the signal directly, but it can disturb the receiver that receives the raw GPS signal by storing the original GPS signal and re-radiation after a certain time delay have.

이러한 기만의 경우 기만기의 위치는 GPS 위성보다 상대적으로 매우 가까운 위치에 존재하기 때문에 수신기는 원시 GPS 신호보다 강한 기만 신호를 수신하게 된다. 이로 인하여 수신기의 획득(Acquisiton) 및 추적(Tracking) 루프의 일부 채널이 마비가 될 수 있으며, 심한 경우 모든 채널이 기만 신호를 추적하게 되어 수신기는 기만기가 의도하는 위치의 항법 해를 계산하게 된다. 따라서, 민간의 경우 차량 및 선박용 네비게이션의 오작동, 금융 마비 등의 현상이 발생할 수 있고, 군의 경우에는 정밀 유도 무기의 오작동, 군사 작전 시스템 오류 등의 심각한 문제가 발생할 수 있다. In the case of such deception, since the location of the expiration date is located relatively close to the GPS satellite, the receiver receives a stronger deception signal than the original GPS signal. This can result in paralysis of some channels of the receiver's acquisition and tracking loops and, in severe cases, all channels track deceptive signals, and the receiver calculates the navigation solution for the intended de-interrogation location. Therefore, in the case of civilian, malfunction of vehicle navigation and marine navigation and financial paralysis may occur. In the case of military, serious problems such as a malfunction of precision guided weapon and a mistake of military operation system may occur.

종래에는 기만기에 의한 민간 GPS 시스템의 영향 분석 및 대응 방법에 대한 연구가 주로 진행되었으며 또한 수신기간 단일 차분 및 이중 차분 측정치를 이용하여 기만 신호를 검출하는 방법이 연구되었다. 하지만, 종래의 기만신호 검출방법에서 기만신호 검출 후에 기만 신호를 식별하고 이를 제거해야 원시 GPS 신호를 정상적으로 복원하여 정상적인 항법 기능 수행이 가능하다. 따라서, 기만 환경하에서 보다 효율적으로 기만신호를 식별할 수 있는 방법이 필요한 실정이다. In the past, studies on the influence analysis and countermeasure method of the private GPS system by the degenerative device have mainly been conducted, and a method of detecting the deception signal using the single difference and double difference measurement values of the reception period has been studied. However, in the conventional de-icing signal detection method, it is necessary to identify the de-icing signal after the de-icing signal detection and remove the de-icing signal to restore the original GPS signal normally so that the normal navigation function can be performed. Therefore, there is a need for a method that can more effectively identify a deception signal under deceptive circumstances.

본 발명의 목적은 기만 환경에서도 수신기가 원시 GPS신호를 복원하여 정상적인 항법 기능을 수행할 수 있는 기저벡터 성분의 탄젠트각 분산을 이용한 위성항법시스템 및 그의 기만 신호 식별 방법을 제공하는데 있다. It is an object of the present invention to provide a satellite navigation system using a tangent angle variance of a base vector component capable of performing a normal navigation function by restoring a raw GPS signal even in a tricky environment,

본 발명의 다른 목적은 다중 수신기(Multiple Receivers)로부터 추정된 기저벡터 성분의 탄젠트각 분산을 통해 기만 신호를 식별하여 정상적으로 원시 GPS 신호를 복원함으로써 항법 성능 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 기저벡터 성분의 탄젠트각 분산을 이용한 위성항법시스템 및 그의 기만 신호 식별 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a tangent of a base vector component capable of improving navigation performance and reliability by correctly identifying a deception signal through a tangent angle distribution of an estimated base vector component from a multiple receiver, A satellite navigation system using each variance, and a method for identifying a malicious signal.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법시스템의 기만 신호 식별 방법은, 기만환경하에 있는 2개 이상의 수신기별로 다중 상관기를 이용하여 GPS위성 및 기만기가 송신한 신호를 추적하여 GPS신호 그룹과 기만 신호 그룹을 분류하는 단계; 상기 분류된 GPS신호 그룹과 기만 신호 그룹에 대한 수신기간 이중차분 조합의 측정치를 계산하여 수신기간 기저 벡터를 추정하는 단계; 및 상기 추정된 수신기간 기저 벡터 성분들 사이의 탄젠트각 분산을 검정 통계량으로 설정하는 가설 검정을 수행하여 기만 신호그룹을 식별하는 단계;를 포함할 수 있다. In order to achieve the above object, a method of identifying a fake signal of a satellite navigation system according to an embodiment of the present invention includes: tracking a signal transmitted by a GPS satellite and a de-interrogator using a multi-correlator for each of two or more receivers under a non- Classifying a GPS signal group and a deceptive signal group; Estimating a reception period basis vector by calculating measurements of a reception period double differential combination for the classified GPS signal group and the deception signal group; And performing a hypothesis test to set a tangent angle variance between the estimated reception period base vector components as a test statistic to identify a primitive signal group.

본 발명의 실시예에 따라 상기 기저 벡터를 추정하는 단계는, 각 수신기에서 복수 채널의 GPS신호와 기만 신호를 조합하여 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 분류하는 단계; 상기 각 수신기에서 분류된 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 조합하여 복수의 이중 차분 조합을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 복수의 이중 차분 조합의 측정치에 최소자승법을 적용하여 기저 벡터를 추정하는 단계;를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of estimating the basis vector comprises: classifying a GPS signal group and a deceptive signal group by combining GPS signals and deception signals of a plurality of channels in each receiver; Generating a plurality of double differential combinations by combining the GPS signal group and the dequeue signal group classified by each of the receivers; And estimating a basis vector by applying a least squares method to the measured values of the plurality of generated double differential combinations.

본 발명의 실시예에 따라 상기 기만신호를 식별하는 단계는, 복수의 이중차분 조합 중에서 특정 이중차분 조합을 대립가설로 설정하고 나머지 이중차분 조합들을 귀무가설로 설정하는 단계; 상기 대립가설로 설정된 이중차분 조합에 대한 기저백터와 상기 귀무가설로 설정된 이중차분 조합들에 대한 기저벡터의 각 성분에 대하여 탄젠트각 분산을 계산하는 단계; 상기 계산된 귀무가설에 대한 대립가설의 탄젠트각 분산의 비율을 계산하여 검정 통계량을 설정하는 단계; 및 상기 설정된 검정 통계량을 기설정된 문턱값과 비교하여 상기 대립가설로 설정된 특정 이중차분 조합이 기만신호 그룹인지 판별하는 단계;를 포함할 수 있다. The step of identifying the deception signal according to an embodiment of the present invention includes the steps of setting a specific double differential combination among the plurality of double differential combinations as an alternative hypothesis and setting the remaining double differential combinations as a null hypothesis; Calculating a tangent angle variance for each component of the basis vector for the base vector for the dual difference combination set by the allele hypothesis and the double difference combinations set for the null hypothesis; Setting a test statistic by calculating a ratio of a tangent angle variance of an alternate hypothesis to the calculated null hypothesis; And comparing the set test statistic with a predetermined threshold value to determine whether the specific double differential combination set to the hypothesis hypothesis is a deception group.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 위성항법시스템의 기만 신호 식별 방법은, 제1,제2수신기에서 복수 채널의 GPS신호와 기만 신호를 조합하여 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 분류하는 단계; 상기 제,제2수신기에서 분류된 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 조합하여 복수의 이중 차분 조합을 생성하는 단계; 상기 생성된 복수의 이중 차분 조합의 측정치에 최소자승법을 적용하여 기저 벡터를 추정하는 단계; 및 상기 추정된 기저 벡터의 성분들사이의 탄젠트각 분산을 검정 통계량으로 하는 가설 검정을 수행하여 기만신호 그룹을 식별하는 단계;를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for identifying a malicious signal in a satellite navigation system, the method comprising: combining first and second GPS signals and a deception signal in a first and a second receiver, Classifying the group; Generating a plurality of double differential combinations by combining the GPS signal group and the dequeue signal group classified at the first and second receivers; Estimating a basis vector by applying a least squares method to the measurements of the generated plurality of double difference combinations; And performing a hypothesis test using a tangent angle variance between the components of the estimated basis vector as a test statistic, thereby identifying the idle signal group.

본 발명의 실시예에 따라 상기 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 분류하는 단계는, 복수 채널의 GPS신호와 기만 신호를 조합하여 항법해를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 조합들중에서 항법해의 잔차가 가장 작은 조합을 선택하여 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 분류하는 단계;를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the grouping of the GPS signal group and the deception signal group includes: generating a navigation solution by combining GPS signals and deemed signals of a plurality of channels; And selecting a combination having the smallest residual of the navigation solution among the generated combinations to classify the GPS signal group and the deception signal group.

본 발명의 실시예에 따라 상기 복수의 이중 차분 조합은 기만-기만신호 그룹(SS)조합, 기만신호-GPS신호 그룹(SG)조합, GPS-기만신호 그룹(GS)조합 및 GPS=GPS신호 그룹(GG)조합을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of double differential combinations may be selected from a group consisting of an NG-NG group, a NG-SG group, a GPS-NG group, (GG) combinations.

본 발명의 실시예에 따라 상기 기만신호 그룹을 식별하는 단계는 특정 이중차분 조합을 대립가설로 설정하고 나머지 이중차분 조합들을 귀무가설로 설정하는 단계; 상기 대립가설로 설정된 이중차분 조합에 대한 기저백터와 상기 귀무가설로 설정된 이중차분 조합들에 대한 기저벡터의 3개의 성분에 대하여 탄젠트각 분산을 계산하는 단계; 상기 계산된 귀무가설에 대한 대립가설의 탄젠트각 분산의 비율을 계산하여 검정 통계량을 설정하는 단계; 및 상기 설정된 검정 통계량을 기설정된 문턱값과 비교하여 상기 대립가설로 설정된 특정 이중차분 조합이 기만신호 그룹인지 판별하는 단계;를 포함할 수 있다. In accordance with an embodiment of the present invention, identifying the idle signal group comprises: setting a particular dual differential combination to an alternate hypothesis and the remaining double differential combinations to a null hypothesis; Calculating a tangent angle variance for the three components of the base vector for the double differential combination set by the opposite hypothesis and the base vector for the double differential combinations set by the null hypothesis; Setting a test statistic by calculating a ratio of a tangent angle variance of an alternate hypothesis to the calculated null hypothesis; And comparing the set test statistic with a predetermined threshold value to determine whether the specific double differential combination set to the hypothesis hypothesis is a deception group.

본 발명의 실시예에 따라 상기 특정 이중차분 조합은 기만-기만신호 그룹 조합(SS)으로 설정될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the particular combination of differentiations may be set to a de-nested group combination (SS).

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 위성항법시스템은, 복수 채널의 GPS신호와 기만 신호를 조합하여 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 분류하는 제1 및 제2수신기; 상기 제,제2수신기에서 각각 분류된 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 조합하여 복수의 이중 차분 조합을 생성하는 그룹 관리부; 및 상기 생성된 복수의 이중 차분 조합의 측정치에 최소자승법을 적용하여 기저 벡터를 추정하고, 상기 추정된 기저 벡터의 두 성분들사이의 탄젠트각 분산을 검정 통계량으로 하는 가설 검정을 수행하여 기만신호 그룹을 식별하는 기만신호 식별부;를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a satellite navigation system including first and second receivers for classifying a GPS signal group and a dequeue signal group by combining GPS signals and dequeous signals of a plurality of channels; A group management unit for generating a plurality of double difference combinations by combining the GPS signal group and the deception signal group respectively classified by the first and second receivers; And a hypothesis test that estimates a basis vector by applying a least squares method to the measured values of the generated plurality of double difference combinations and sets a tangent angle variance between two components of the estimated base vector as a test statistic, And the like.

본 발명의 실시예에 따라 상기 제1,제2수신기는 복수 채널의 GPS 신호와 기만 신호를 각각 추적하는 다중 상관기; 및 상기 다중 상관기에서 추적된 복수 채널의 GPS 신호와 기만 신호를 조합하여 항법해를 생성한 후 항법해의 잔차 분석이 가장 작은 조합을 선택하는 방식으로 각각 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹으로 분류하는 잔차 분석부;를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the first and second receivers include multiple correlators for tracking GPS signals and deceptive signals of a plurality of channels, respectively; And a GPS receiver for generating a navigation solution by combining the plurality of GPS signals and deception signals tracked by the multiple correlator and generating a navigation solution, And an analysis unit.

본 발명의 실시예에 따라 상기 그룹 관리부는 기만-기만신호 그룹(SS)조합, 기만신호-GPS신호 그룹(SG)조합, GPS-기만신호 그룹(GS)조합 및 GPS=GPS신호 그룹(GG)조합을 생성할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the group management unit includes a combination of a de-nested group SS, a de-group signal SG group, a group of GPS de-signal group GS, Combinations can be created.

본 발명의 실시예에 따라 상기 기만신호 식별부는 (a) 특정 이중차분 조합을 대립가설(H1)로 설정하고 나머지 이중차분 조합들을 귀무가설(H0)로 설정하고, (b) 상기 대립가설(H1)로 설정된 이중차분 조합에 대한 기저백터와 상기 귀무가설(H0)로 설정된 이중차분 조합들에 대한 기저벡터의 3개의 성분에 대하여 탄젠트각 분산을 계산하며, (c) 상기 계산된 귀무가설(H0)에 대한 대립가설(H1)의 탄젠트각 분산의 비율을 계산하여 검정 통계량을 설정하여, (d) 상기 설정된 검정 통계량을 기설정된 문턱값과 비교하여 상기 대립가설(H1)로 설정된 특정 이중차분 조합이 기만신호 그룹인지 판별할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the idle signal discriminator may be configured to (a) set a specific double differential combination to an alternate hypothesis H1 and set the remaining double differential combinations to a null hypothesis H0, and (b) (C) calculating the tangent angular variance for the three components of the base vector for the double difference combination set to the base pair vector and the double difference combinations set to the null hypothesis H0, and (c) (D) comparing the set test statistic with a predetermined threshold value to calculate a specific double differential combination (H1) set to the alternate hypothesis (H1) by calculating a ratio of the tangent angle variance of the alternate hypothesis It can be discriminated whether this is a fragile signal group.

상기 실시예에 따라 본 발명은 기만 환경하에 있는 2개 이상의 수신기의 이중차분 측정치를 이용하여 기저 벡터를 추정하고, 상기 추정된 기저 벡터 성분들 사이의 탄젠트각 분산을 검정 통계량으로 이용하는 가설 검정을 수행하여 기만 신호를 식별함으로써 기만 신호를 보다 정확하고 효율적으로 식별할 수 있는 효과가 있다. 특히 본 발명에서 기저 벡터 성분들의 탄젠트각 분산은 최대 범위가 0~2π이기 때문에 검정 통계량의 신뢰도가 높으며 이는 기만 신호 식별의 오차를 줄일 수 있어 기만 환경하에 있는 수신기가 정상적인 항법 기능을 수행할 수 있게 된다. According to the above embodiment, the present invention estimates a base vector using a dual difference measurement of two or more receivers under a degenerative environment, and performs a hypothesis test using a tangent angle variance between the estimated base vector components as a test statistic Thereby discriminating the deception signal more accurately and efficiently. In particular, since the tangent angle variance of the base vector components in the present invention is in the range of 0 to 2 [pi], the reliability of the test statistic is high, which can reduce the error in the identification of the malignant signal. Thus, do.

이에 더하여 본 발명은 최근 무인기 및 무인 자동차 시스템 등의 발전으로 인해 위성 항법 시스템의 성능뿐만 아니라 신뢰도가 큰 이슈가 되고 있기 때문에, 상기와 같은 볼 발명의 실시예는 위성항법 시스템 뿐만 아니라 무인기 및 무인 자동차 시스템과 같은 무인 인프라의 안정성을 보장할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the present invention has recently become a big issue as well as the performance of the satellite navigation system due to the development of the UAV and the unmanned vehicle system, the embodiment of the present invention as described above can be applied not only to the satellite navigation system, The stability of the unmanned infrastructure such as the system can be guaranteed.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기저벡터 성분의 탄젠트각 분산을 이용하여 기만신호를 식별하는 위성항법시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에서 사용된 기저 벡터 성분의 탄젠트각을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 가설 검정을 위한 대립가설(H1) 및 귀무가설(H0)을 나타낸 개념도.
도 4는 오 검출 확률을 고정하고 기저 벡터 성분의 분산이 0.2m인 경우 기저 벡터의 길이 변화에 따른 기만 신호 식별 성능을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 검정 통계량을 시뮬레이션 데이터를 이용하여 가설 검정을 수행한 결과를 나타낸 그래프.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a satellite navigation system for identifying a tamper signal using a tangent angle variance of a basis vector component according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is an exemplary view showing a tangent angle of a base vector component used in the present invention;
FIG. 3 is a conceptual diagram showing an alternative hypothesis (H1) and a null hypothesis (H0) for hypothesis testing according to the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the performance of the fragile signal identification according to the variation of the base vector length when the false detection probability is fixed and the variance of the base vector component is 0.2 m.
5 is a graph showing a result of performing a hypothesis test using simulation data according to the present invention.

본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the specification and claims of the present invention should not be construed to be limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor should appropriately define the concept of the term to describe its invention in the best way It should be construed in the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 발명의 명세서에 기재된 실시예와 도면 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments and the drawings described in the specification of the present invention are merely the most preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, It should be understood that there may be variations.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.

본 발명의 명세서에서 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 이에 더하여 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terms including ordinal such as first, second, etc. in the specification of the present invention can be used to describe various elements, but the constituent elements are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. In addition, the singular forms "a," "an," and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

본 발명의 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the specification of the present invention, when a component is referred to as "comprising ", it means that it can further include other components as long as there is no particular contrary description.

본 발명은 위성항법시스템(Global Navigation Satellites Systems: GNSS)의 여러 신호 간섭 형태 중에서 가장 치명적인 항법 성능 열화를 초래하는 기만 (Spoofing) 신호를 식별하기 위하여, 복수 수신기의 다중 상관기를 통해 추정된 기저벡터 성분들의 탄젠트각 분산을 검정 통계량으로 이용하여 가설 검정을 수행하는 방법을 제안한다. In order to identify a spoofing signal that causes the most lethal deterioration of navigation performance among various types of signal interference of a Global Navigation Satellite System (GNSS), the present invention uses a base vector component estimated through multiple correlators of multiple receivers We use the tangent angle variance as a test statistic to test hypotheses.

이를 위하여 본 발명은 기만 환경하에 있는 2개 이상의 수신기의 이중차분 측정치를 이용하여 기저 벡터를 추정하고, 상기 추정된 기저 벡터 성분들 사이의 탄젠트각 분산을 검정 통계량으로 이용하여 가설 검정을 실시하여, 일정 문턱 값 이상이 되는 경우에 이를 기만 신호로 식별할 수 있다. To this end, the present invention estimates a base vector using a dual difference measurement of two or more receivers under a degenerative environment, performs a hypothesis test using the tangent angle variance between the estimated base vector components as a test statistic, If it exceeds a certain threshold value, it can be identified as a false signal.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기저벡터 성분의 탄젠트각 분산을 이용하여 기만신호를 식별하는 위성항법시스템의 구성도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of a satellite navigation system for identifying a tamper signal using a tangent angle variance of a base vector component according to an embodiment of the present invention; FIG.

도 1에 도시된 바와같이, 본 발명의 실시예에 따른 위성항법시스템은 GPS위성과 기만기로부터 원시 GPS 신호와 기만 신호를 동시에 수신한 후 잔차 분석을 통해 복수의 기만 및 GPS 신호 그룹으로 분류하는 제1,제2수신기(100),(110)와, 상기 제1,제2수신기(100),(110)에서 각각 분류된 기만 및 GPS 신호 그룹을 조합하여 수신기간 이중차분 조합의 측정치(이하 이중차분 측정치로 칭함)를 출력하는 그룹 관리부(GMU)(120)와, 상기 그룹 관리부 (GMU)(120)에서 출력된 수신기간 이중차분 측정치를 이용하여 수신기간 기저 벡터를 계산한 후 해당 기저 벡터 성분의 탄젠트각 분산을 검정 통계량으로 하는 가설 검정을 수행하여 기만신호(또는 기만신호 그룹)를 식별하는 기만신호 식별부(130)를 포함한다. 1, a satellite navigation system according to an embodiment of the present invention receives a raw GPS signal and a deception signal simultaneously from a GPS satellite and an expiration date, and then classifies the deaf and GPS signal group into a plurality of deaf The first and second receivers 100 and 110 and the first and second receivers 100 and 110 are combined to obtain a measurement value of the reception period double difference combination A group difference value (hereinafter referred to as " double difference measurement value "); a reception unit 120 that calculates a reception period basis vector using the reception period double difference measurement value output from the group management unit (GMU) 120, (Or a deceptive signal group) by performing a hypothesis test using a tangent angle variance of a component as a test statistic.

상기 제1,제2수신기(100),(110)는 적어도 네 개 이상의 GPS위성으로부터 원시 GPS신호를 수신할 수 있고, 단말 기만기로부터 상기 원시 GPS신호와 유사한 동일 기만신호를 수신할 수 있다. The first and second receivers 100 and 110 may receive a raw GPS signal from at least four or more GPS satellites and may receive the same signal only from the terminal termination, similar to the raw GPS signal.

상기 제1,제2수신기(100),(110)는 복수 채널의 원시 GPS 신호와 기만 신호를 각각 추적하는 다중 상관기와, 상기 다중 상관기에서 추적된 복수 채널의 원시 GPS 신호와 기만 신호를 조합하여 항법해를 생성한 후 해당 항법해의 잔차 분석이 가장 작은 조합을 선택하는 방식으로 각각 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹으로 분류하는 잔차 분석부를 포함한다. The first and second receivers 100 and 110 include a multi-correlator that tracks a plurality of channels of raw GPS signals and deaf signals, respectively, and a combination of a plurality of channels of raw GPS signals and deceased signals tracked by the multi- And a residual analysis unit for classifying the GPS signal group and the degenerate signal group into a GPS signal group and a degenerate signal group, respectively, in such a manner that a residual solution analysis of the navigation solution after generating the navigation solution selects the smallest combination.

상기 기만신호 식별부(130)는 그룹 관리부 (GMU)(120)에서 출력된 수신기간 이중 차분 측정치를 이용한 최소자승법 (Weigthed Least-Square) 방법을 통해 기저벡터를 추정할 수 있다. The priming signal identifying unit 130 may estimate the basis vector through a Weighed Least-Square method using the reception period double difference measurement value output from the GMU 120. [

상기 기만신호 식별부(130)는 대립가설(H1)과 귀무가설(H0)을 이용하여 가설 검정을 수행한다. 이때, 기만신호 식별부(130)는 신호그룹 관리부(120)에서 출력된 복수의 신호 그룹 조합 중에서 기만-기만 신호 그룹 조합(SS)을 가설 검정을 위한 대립가설(Alternative hyphothesis : H1)로 설정하고, 나머지 신호 그룹 조합은 귀무가설(Null hypothesis : H0)로 설정할 수 있다. The priming signal identification unit 130 performs hypothesis testing using the alternate hypothesis H1 and the null hypothesis H0. At this time, the dequeue signal identification unit 130 sets the de-noun dealing signal group combination SS among the plurality of signal group combinations output from the signal group management unit 120 as an alternative hypothesis H1 for hypothesis testing , And the remaining signal group combinations can be set to the null hypothesis (H0).

이와같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 위성항법시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다. The operation of the satellite navigation system according to the embodiment of the present invention will now be described.

본 발명은 수신기간의 이중 차분을 이용하여 도 1과 같이 제1,제2수신기 (100),(110)는 단일 기만기로부터 동일한 기만 신호를 수신하는 기만 환경을 가정한다. 따라서, 제1,제2수신기(100),(110)는 원시 GPS 신호와 기만 신호를 동시에 수신하게 된다. 수신된 신호는 제1,제2수신기(100),(110) 내부의 다중 상관기에 의해서 동시에 추적된다. 이때, 잔차 분석부는 상기 다중 상관기에서 추적된 복수 채널의 원시 GPS 신호와 기만 신호를 조합하여 항법해를 생성하고, 상기 생성된 항법해의 잔차 분석을 통해서 가장 잔차가 작은 조합을 선택함으로써 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹으로 분류한다. 즉, 가장 잔차가 작은 조합을 선택하면 해당 조합을 구성하는 2개의 신호그룹 즉, GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹이 분류된다. 1, the first and second receivers 100 and 110 use a dual difference of the reception period to assume a degenerate environment in which the same deception signal is received from a single time expiration. Therefore, the first and second receivers 100 and 110 receive the raw GPS signal and the deception signal simultaneously. The received signal is simultaneously tracked by multiple correlators within the first and second receivers 100,110. At this time, the residual analyzing unit generates a navigation solution by combining the raw GPS signals and the deaf-mute signals of the plurality of channels tracked in the multicorrelator, and selects a combination having the smallest residual through the analysis of the generated navigation solution, And deceptive signal group. That is, when a combination having the smallest residual is selected, two signal groups constituting the combination, that is, a GPS signal group and a deception signal group are classified.

그런데, 위에서 가장 잔차가 작은 조합을 선택하더라도 기만 신호의 특성상 GPS 신호와 구조와 그 특성이 거의 유사하기 때문에 상기 분류된 2개의 신호 그룹(신호그룹 #1, #2) 중에서 어떤 그룹이 기만 신호 그룹인지 식별할 수 없다. 본 발명은 설명의 편의를 위하여 신호그룹 #1은 기만신호 그룹(S), 신호그룹 #2는 GPS신호그룹(G)으로 가정한다. 이 경우 신호그룹 #3은 기만신호 그룹(S)이고 신호그룹 #4는 GPS신호그룹(G)으로 가정될 것이다. However, even if the combination with the smallest residual is selected, since the characteristics of the GPS signal and the structure are almost similar to each other in the nature of the deception signal, any of the two signal groups (signal groups # 1 and # 2) Can not be identified. For convenience of explanation, the present invention assumes that the signal group # 1 is the deception signal group S and the signal group # 2 is the GPS signal group G. In this case, the signal group # 3 will be the deceptive signal group S and the signal group # 4 will be assumed to be the GPS signal group G. [

따라서 그룹 관리부(120)는 상기 제1수신기(100)에서 분류된 2개의 신호그룹(신호그룹 #1, #2)과 상기 제2수신기(110)에서 분류된 2개의 신호그룹(신호그룹 #3, #4)에 대한 조합하여 복수의 이중차분 조합을 생성한다. 도 1의 경우 제1,제2수신기(100),(110)에서 각각 기만 및 GPS 신호 그룹이 생성되기 때문에 총 4개의 신호 그룹(신호그룹 #1~신호그룹 #4))이 존재하며, 상기 4개의 신호 그룹(신호그룹 #1~신호그룹 #4))을 서로 조합하면 4개 종류(SS, SG, GS, GG)의 총 6개의 이중차분 조합(SS, 2SG,2GS, GG)이 생성된다.Accordingly, the group management unit 120 divides two signal groups (signal groups # 1 and # 2) classified by the first receiver 100 and two signal groups (signal group # 3 , # 4) to generate a plurality of double differential combinations. In FIG. 1, there are four signal groups (signal group # 1 to signal group # 4) in total, since the first and second receivers 100 and 110 generate deception and GPS signal groups, respectively. (SS, 2SG, 2GS, and GG) of four types (SS, SG, GS, and GG) are generated by combining four signal groups (signal group # 1 to signal group # do.

따라서, 기만신호 식별부(130)는 그룹 관리부(130)에서 출력된 이중차분 조합의 측정치를 이용하여 제1,제2수신기(100),(110)간의 기저 벡터를 계산할 수 있고, 상기 계산된 기저 벡터의 각 성분의 탄젠트각 분산을 검정 통계량으로 이용하는 가설 검정 방법(500)을 통해 각 GPS 그룹 및 기만 신호 그룹을 식별한다. Therefore, the fraud signal identification unit 130 can calculate the basis vector between the first and second receivers 100 and 110 using the measurement of the double differential combination output from the group management unit 130, And identifies each GPS group and deceptive signal group through a hypothesis testing method 500 that uses the tangent angle variance of each component of the basis vector as a test statistic.

도 2는 본 발명에서 사용된 기저 벡터 성분의 탄젠트각을 나타낸다.Figure 2 shows the tangent angle of the basis vector component used in the present invention.

3차원 공간에 존재하는 수신기 사이의 기저벡터는 3개의 성분(x, y, z)을 가지고 있으며 이를 통해 예를들면 각 두 성분간의 탄젠트각을 계산할 수 있다. 즉, 제1,제2수신기(100),(110)로부터 측정된 이중 차분 측정치 (

Figure 112017082605687-pat00001
)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. The basis vector between receivers in a three-dimensional space has three components (x, y, z), for example, the tangent angle between two components can be calculated. That is, the double difference measurement values measured from the first and second receivers 100 and 110
Figure 112017082605687-pat00001
) Can be expressed by Equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112017082605687-pat00002
Figure 112017082605687-pat00002

그리고, 상기 측정된 이중 차분 측정치(

Figure 112017082605687-pat00003
)를 이용한 최소자승법(Weigthed Least-Square) 방법을 통해 아래의 수학식 2와 같이 기저벡터(
Figure 112017082605687-pat00004
)를 추정한다. Then, the measured double difference measurement value (
Figure 112017082605687-pat00003
) Using the least square method (Weigthed Least-Square method)
Figure 112017082605687-pat00004
).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112017082605687-pat00005
Figure 112017082605687-pat00005

이어서, 상기 추정된 기저 벡터(

Figure 112017082605687-pat00006
)를 이용하여 수학식 3과 같이 기저벡터의 각 성분에 의한 탄젠트각(
Figure 112017082605687-pat00007
)을 계산한다. 이때, 상기 계산된 탄젠트각 (
Figure 112017082605687-pat00008
)의 분산은 기저벡터의 각 성분에 의한 탄젠트각의 분산의 합으로 수학식 4와 같이 표현되며, 측정치의 개수가 증가함에 따라 가우시안 분포를 가진다. Subsequently, the estimated basis vector (
Figure 112017082605687-pat00006
), A tangent angle (tangent) of each component of the base vector
Figure 112017082605687-pat00007
). At this time, the calculated tangent angle (
Figure 112017082605687-pat00008
) Is the sum of the variances of the tangent angles due to the respective components of the basis vector, expressed as Equation (4), and has a Gaussian distribution as the number of measured values increases.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112017082605687-pat00009
Figure 112017082605687-pat00009

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112017082605687-pat00010
Figure 112017082605687-pat00010

도 3은 본 발명에 따른 가설 검정을 위한 대립가설(H1) 및 귀무가설(H0)을 나타낸 개념도이다. FIG. 3 is a conceptual diagram showing an alternate hypothesis (H1) and a null hypothesis (H0) for the hypothesis test according to the present invention.

도 1에서 제1,제2수신기(100),(110)는 하나의 기만기로부터 동일한 기만 신호를 수신하고 이를 다중 상관기를 통해 분류하여 총 4개의 신호그룹(2개의 GPS 신호 그룹과 2개의 기만 신호 그룹)을 출력한다. 이때, 4개의 신호그룹은 기만-기만 신호그룹 (SS), 기만-GPS 신호그룹(SG), GPS-기만 신호그룹(GS)및 GPS-GPS 신호그룹(GG)을 포함한다. 상기 4개의 신호그룹(SS, SG, GS, GG) 중에서 기만-기만 신호그룹(SS)은 가설 검증을 위한 대립가설(Alternative hyphothesis : H1)로 설정될 수 있다. 이 경우 해당 신호 그룹(SS)에서 생성된 항법해는 동일한 위치(기만기의 위치)를 목표로 하여 생성되었기 때문에 각 수신기에서 계산된 항법해가 일치하게 되므로 이론적으로는 기저 벡터 성분이 모두 0이 되어야 한다. 그 이유는 제1,제2수신기(100),(110)가 비록 서로 떨어져 위치하지만(A, B), 동일한 기만신호를 수신하게 되어 실제로 동일한 위치에 있는 결과를 가져오기 때문이다. In FIG. 1, the first and second receivers 100 and 110 receive the same dequeue signal from one expiration date and classify the same dequeue signal through a multi-correlator so that a total of four signal groups (two GPS signal groups and two deception Signal group). At this time, the four signal groups include a degeneracy-only signal group SS, a deception-GPS signal group SG, a GPS-only signal group GS and a GPS-GPS signal group GG. Of the four signal groups SS, SG, GS, and GG, the degenerate-only signal group SS may be set to Alternative Hypothesis (H1) for hypothesis verification. In this case, since the navigation solution generated in the corresponding signal group (SS) is generated targeting the same position (position of the maturity), the calculated navigation solution is matched with each receiver, so theoretically, . This is because although the first and second receivers 100 and 110 are located apart from each other (A, B), they receive the same deceptive signal, resulting in the same position.

그러나, 전파 오차, 시간 지연 오차, 열 잡음 등의 여러 오차 요인에 의해서 기저벡터는 정확히 0에 수렴하지 않기 때문에 해당 기저벡터 성분의 탄젠트각 분산(Variance of Tangent angle of Baseline vector components : VTB)(σ)은 도 3의 왼쪽에 도시된 바와같이 0~2π의 범위 내에 존재한다. However, due to various error factors such as propagation error, time delay error, and thermal noise, the base vector does not converge to zero exactly. Therefore, the variance of the tangent angle of the base vector component (VTB) Is in the range of 0 to 2 [pi] as shown on the left side of Fig.

반대로 다른 조합의 신호그룹(SG, GS, GG combinations)은 귀무가설(Null hypothesis : H0)로 설정되고, 각 조합에 의한 기저벡터는 상기 제1,제2수신기 (100),(110)가 GPS신호와 기만신호를 수신하기 때문에 도 3의 오른쪽에 도시된 바와같이 각 조합 내의 두 항법해가 일치하지 않게 되어 일정한 기저 벡터를 가지게 된다. 상기 기저 벡터가 일정한 범위 내에서 추정되는 경우 탄젠트각 분산은 대립 가설에 비해 상대적으로 작은 값을 가지게 되기 때문에, 이러한 특성을 통해 가설 검정을 수행하게 되면 높은 확률로 기만 신호를 식별할 수 있다. On the contrary, the signal groups (SG, GS, GG combinations) of the different combinations are set to the null hypothesis (H0), and the basis vectors by the respective combinations are transmitted to the first and second receivers 100, Since both the signal and the deception signal are received, the two navigation solutions in each combination do not coincide with each other as shown in the right side of FIG. 3, so that they have a constant basis vector. When the base vector is estimated within a certain range, the tangent angle variance has a relatively small value compared to the allergic hypothesis. Therefore, if the hypothesis test is performed through this characteristic, the tamper signal can be identified with high probability.

본 발명에서 제시한 방법의 경우에 기저 벡터 성분의 분산과 기저 벡터 길이에 따라 그 성능이 달라질 수 있지만, 일반적으로 이중 차분 측정치를 통해 구한 기저 벡터 성분의 분산은 기저 벡터 길이에 비해 매우 낮은 값(cm 단위)을 가지기 때문에 본 발명은 짧은 기저 거리에서도 효과적이다.In the case of the method proposed in the present invention, the performance may vary depending on the dispersion of the base vector components and the length of the base vector. Generally, the variance of the base vector components obtained through the double difference measurement is very low cm), the present invention is effective even at short base distances.

따라서, 탄젠트각 분산을 이용한 검정 통계량은 수학식 5와 같이 대립가설과 귀무가설의 비율로 표현될 수 있다. Therefore, the test statistic using the tangent angle variance can be expressed as a ratio of the alternative hypothesis and the null hypothesis as shown in Equation (5).

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure 112017082605687-pat00011
Figure 112017082605687-pat00011

상기 수학식 4에 따라 각 경우에 대해 탄젠트각 분산은 가우시안 분포를 가지므로 수학식 5는 수학식 6과 같이 정리하여 간략화할 수 있다. 본 발명의 검정 통계량의 경우 절대적인 값보다는 각 가설 사이의 비율이 중요한 요소이기 때문에 수식 전개시에 성능에 영향을 미치지 않는 곱셈 및 덧셈 항들을 제거하였다. 그리고 해당 수식에서 계산할 수 없는 대립 및 귀무가설의 탄젠트각의 평균 성분은 최대우도추정(Maximum Likelihood Estimation) 기법을 이용하여 추정하였다.Since the tangent angle variance has a Gaussian distribution for each case according to Equation (4), Equation (5) can be simplified as shown in Equation (6). In the case of the test statistic of the present invention, since the ratio between the hypotheses is an important factor rather than an absolute value, the multiplication and addition terms that do not affect the performance are removed at the time of the expression expansion. The mean components of the tangent angles of the antagonistic and null hypotheses, which can not be calculated in the equation, are estimated using the Maximum Likelihood Estimation technique.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112017082605687-pat00012
Figure 112017082605687-pat00012

상기 수학식 6에 의해 정리된 최종적인 검정 통계량은 수학식 7과 같다. 이때, α는 기저 벡터 성분의 분산과 기저 벡터의 길이에 대한 설정값이고, 기만신호 및 GPS 신호의 신호 품질 및 기저 벡터의 길이에 따라 기만 신호 식별 성능 향상을 위해 조정이 필요한 값이다.The final test statistic summarized by Equation (6) is shown in Equation (7). In this case, α is a set value for the variance of the base vector component and the length of the base vector, and is a value that needs to be adjusted to improve the performance of the merit signal discrimination based on the signal quality of the deception signal and the GPS signal and the length of the base vector.

[수학식 7]&Quot; (7) "

Figure 112017082605687-pat00013
Figure 112017082605687-pat00013

따라서, 기만신호 식별부(130)는 상기 최종적인 검정 통계량이 문턱값(λ)과 비교하여, 상기 검정 통계량이 문턱값(λ)값보다 큰 경우에는 기만신호가 식별된 것으로 판단하고, 작은 경우에는 다시 초기 신호 수신단계를 수행한다. 반면에, 상기 검정 통계량이 문턱값(λ)값보다 큰 경우 기만신호 식별부(130)는 최종적으로 GPS그룹과 기만신호 그룹으로 분류한 후 GPS신호와 기만신호의 위치, 항법, 시각(PNT) 정보를 계산한다. Therefore, when the final test statistic is larger than the threshold value (lambda) by comparing the final test statistic with the threshold value (lambda), the deception signal discrimination unit 130 judges that the deceptive signal is identified, The initial signal reception step is performed again. If the test statistic is larger than the threshold value (?), The deception signal discrimination unit 130 finally classifies it into a GPS group and a deceptive signal group, and then outputs the position, navigation, time (PNT) Calculate the information.

앞에서 4개의 신호그룹(SS, SG, GS, GG) 중에서 기만-기만 신호그룹(SS)을 맨 먼저 가설 검증을 위한 대립가설(H1)으로 설정하고, 다른 조합의 신호그룹(SG, GS, GG combinations)은 귀무가설(H0)로 설정하였지만 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로 만약 다른 조합의 신호그룹(SG, GS, GG combinations) 중 하나(SG)를 처음 대립가설(H1)로 설정하고, 나머지 조합의 신호그룹(GS, GG, SS)을 귀무가설(H0)로 설정한 경우에는 상기 검정 통계량이 문턱값(λ)값보다 작게 나오기 때문에, 다른 조합의 신호그룹(GS)을 귀무가설(H1)로 설정하고 나머지 조합의 신호그룹(SG, GG, SS)을 귀무가설(H0)로 설정하여 검정 통계량과 문턱값(λ)을 비교하는 동작을 반복 수행한다. 이후 마지막으로 기만-기만 신호그룹(SS)을 대립가설(H1)로 설정한 후 검정 통계량과 문턱값(λ)을 비교할 수도 있다. 이때, 검정 통계량이 문턱값(λ)값보다 작다면 다시 초기 신호 수신단계를 수행한다. The degenerate-only signal group SS among the four signal groups SS, SG, GS and GG is first set to the alternate hypothesis H1 for the hypothesis verification and the signal groups SG, combinations are set to the null hypothesis H0, but are not limited thereto. For example, if one of the SGs, the GS, and the GG combinations of the other combinations is set to the first hypothesis H1 and the remaining signal groups GS, GG, and SS are set to the null hypothesis H0, The signal group GS of the other combination is set to the null hypothesis H1 and the signal groups SG, GG, and SS of the remaining combinations are set to the null hypothesis H1 because the test statistic is smaller than the threshold value lambda. The null hypothesis (H0) is set and the operation of comparing the test statistic with the threshold value (?) Is repeated. Finally, we can compare the test statistic with the threshold (λ) after setting the deception-deception signal group (SS) to the alternative hypothesis (H1). At this time, if the test statistic is smaller than the threshold value (λ), the initial signal receiving step is performed again.

상기 수학식 7에 도시된 문턱값(λ)은 검출 확률(PD) 및 오 검출 확률(PFA) 간의 관계식인 하기의 수학식 8과 수학식 9를 통해 계산할 수 있다. 일 예로, 도 4에서 오 검출 확률(PFA)이 증가할수록 검출 확률(PD)로 증가되는데, 이느 시점부터는 오 검출 확률(PFA)이 증가하도라도 검출 확률(PD)은 거의 일정하게 된다. 따라서, 소정 값으로 오 검출 확률(PFA)을 고정한 상태에서의 검출 확률(PD)을 이용하여 문턱값(λ)을 설정할 수 있다. 그리고 오 검출 확률을 고정했을 경우에 검출 확률은 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다. The threshold value (?) Shown in Equation (7) can be calculated by Equations (8) and (9), which are relational expressions between the detection probability (P D ) and the false detection probability (P FA ). For example, in FIG. 4, as the false detection probability P FA increases, the detection probability P D increases. From this point on, even if the false detection probability P FA increases, the detection probability P D becomes almost constant do. Therefore, the threshold value? Can be set using the detection probability P D in a state where the false detection probability P FA is fixed to the predetermined value. When the false detection probability is fixed, the detection probability can be expressed by Equation (10).

[수학식 8]&Quot; (8) "

Figure 112017082605687-pat00014
Figure 112017082605687-pat00014

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure 112017082605687-pat00015
Figure 112017082605687-pat00015

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure 112017082605687-pat00016
Figure 112017082605687-pat00016

다시 정리하면, 기만신호 식별부(130)는 이중차분 조합(SS)을 대립가설(H1)로 설정하고 나머지 이중차분 조합(GS, SG, GG)들을 귀무가설(H0)로 설정한 후 상기 이중차분 조합(SS)의 측정치로부터 생성된 기저백터와 상기 이중차분 조합((GS, SG, GG)들의 측정치로부터 생성된 기저벡터의 3개의 성분(x, y, z) 중에서 각 두 성분간의 탄젠트각 분산을 계산한다. 일단 탄젠트각 분산이 계산되면 귀무가설(H0)에 대한 대립가설(H1)의 탄젠트각 분산비율 즉, 이중차분 조합(SS)의 기저벡터의 탄젠트각 분산에 대한 이중차분 조합((GS, SG, GG)들의 기저벡터의 탄젠트각 분산의 비율을 계산하여 검정 통계량을 설정한다. 상기 기만신호 식별부(130)는 설정된 검정 통계량을 기설정된 문턱값과 비교하여 상기 대립가설(H1)로 설정된 이중차분 조합이 기만신호 그룹인지 아닌지 판별한다. In summary, the deception signal identification unit 130 sets the double differential combination SS to the alternate hypothesis H1 and sets the remaining double differential combinations GS, SG, GG to the null hypothesis H0, (X, y, z) of the basis vector generated from measurements of the difference pair SS and the measurements of the double difference combination (GS, SG, GG) Once the tangent angular variance is calculated, a tangent angle variance ratio of the allotropic hypothesis (H1) to the null hypothesis (H0), that is, a double differential combination of the tangent angle variance of the base vector of the double differential combination (SS) The gag signal discriminator 130 compares the set test statistic with a predetermined threshold value to calculate the overt hypothesis H1 (GS, SG, GG) ) Is judged to be a deceptive signal group or not .

도 4는 오 검출 확률을 고정하고 기저 벡터 성분의 분산이 0.2m인 경우 기저 벡터의 길이 변화에 따른 기만 신호 식별 성능을 나타낸 그래프이다. FIG. 4 is a graph showing the merit signal discrimination performance according to the variation of the base vector length when the false detection probability is fixed and the variance of the base vector component is 0.2 m.

일반적으로 알려진 바와 같이 이중 차분의 특성상 기저 벡터의 거리가 길수록 측정치의 정확도가 높기 때문에 이에 따라 기만 신호 식별 성능 역시 향상되는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 도 4에서의 결과처럼 0.4m의 기저 벡터 길이는 일반적으로 이중차분 방식을 이용하는 경우에 비해 매우 짧은 길이이므로 이는 본 발명의 기법이 공간적인 제약을 완화시킬 수 있음을 보여준다.As is generally known, the longer the distance of the base vector is, the higher the accuracy of the measurement value is. However, as shown in FIG. 4, the base vector length of 0.4 m is generally a very short length compared with the case of using the double difference scheme, which shows that the technique of the present invention can alleviate the spatial constraint.

도 5는 수학식 7에서 도출된 검정 통계량을 시뮬레이션 데이터를 이용하여 가설 검정을 수행한 결과를 나타낸다. 이때 기저 벡터 길이는 기저 벡터 성분의 분산보다 2배 큰 값으로 설정하였다. FIG. 5 shows a result of performing a hypothesis test using simulation data derived from Equation (7). At this time, the base vector length is set to a value two times larger than the variance of the base vector component.

도 5에 도시된 바와같이, 대립가설(H1)(SS조합)의 경우에는 탄젠트각 분산이 귀무가설(H0)(GS, SG, GG 조합)에 비해 큰 값을 가지기 ?문에(도 3참조) 탄젠트각 분산을 이용한 검정 통계량(T) 역시 귀무가설(H0)의 경우에 비해 큰 값을 가진다. 그리고 문턱 값을 설정할 수 있는 범위 역시 약 0.1~2.1 사이로 설정 범위가 높기 때문에 오 검출 확률이 매우 낮음을 알 수 있다. 이는 검정 통계량에 사용되는 탄젠트각의 분산이 3개의 기저 벡터 성분(x, y, z)에 의해 단일 Epoch에서 3개의 탄젠트각 분산의 합이 되기 때문에 분산이 크거나 작은 경우에 그 특성이 더 두드러지게 나타나기 때문이다. 그리고 이러한 특성에 의해 본 발명의 기술은 기존에 연구된 기만 검출 및 식별 기법에서 필요한 알고리즘의 초기 수렴 시간을 줄일 수 있다. 추가적으로 검정 통계량이 수신기 간의 기하학적 배치에 의해 특정한 한계치를 가지기 때문에 높은 신뢰도를 가지며 효과적으로 기만 신호를 식별할 수 있을 것으로 판단된다.As shown in FIG. 5, in the case of the alternative hypothesis H1 (SS combination), the tangent angle variance has a larger value than the null hypothesis H0 (GS, SG, GG combination) ) The test statistic (T) using the tangent angle variance is also larger than that of the null hypothesis (H0). Also, since the threshold value can be set within the range of about 0.1 to 2.1, the probability of false detection is very low. This is because the variance of the tangent angle used in the test statistic is the sum of the three tangent angular distributions in a single Epoch by the three basis vector components (x, y, z) It is because it appears. By this characteristic, the technique of the present invention can reduce the initial convergence time of the algorithm required in the previously-studied deception detection and identification technique. In addition, since the test statistic has a specific limit due to the geometric arrangement between the receivers, it is possible to identify the deception signal with high reliability and effectively.

상술한 바와같이 본 발명은 대립가설(H1)로 설정된 기만-기만신호 조합(SS조합)에 대한 기저벡터의 탄젠트각 분산이 귀무가설(H0)로 설정된 다른 신호조합(GS, SG, GG 조합)에 대한 기저대역의 탄젠트각 분산에 비해 큰 값을 가지는 특성을 근거로, 기저 벡터 성분들 사이의 탄젠트각 분산을 검정 통계량으로 이용하여 가설 검정을 실시함으로써 기만 신호로 식별할 수 있는 장점이 있다. 특히 본 발명에서 기저 벡터 성분들의 탄젠트각 분산은 최대 범위가 0~2π이기 때문에 검정 통계량의 신뢰도가 높으며 이는 기만 신호 식별의 오차를 줄여 기만 환경하에 있는 수신기가 정상적인 항법 기능을 수행하는 데 효율적으로 이용될 것으로 기대된다. As described above, the present invention is applicable to other signal combinations (GS, SG, and GG combinations) in which the tangent angle variance of the base vector with respect to the degenerate-only signal combination (SS combination) set to the alternative hypothesis H1 is set to the null hypothesis H0. The tangent angle variance between the base vector components is used as a test statistic based on the characteristic having a larger value than the tangent angle variance of the baseband for the baseband. In particular, in the present invention, since the tangent angle variance of the base vector components is in the range of 0 to 2 [pi], the reliability of the test statistic is high and it is possible to reduce the error of the only signal identification so that the receiver, It is expected to be.

또한, 본 발명은 최근 무인기 및 무인 자동차 시스템 등의 발전으로 인해 위성 항법 시스템의 성능 뿐만 아니라 신뢰도가 큰 이슈가 되고 있기 때문에, 위성항법 시스템 뿐만 아니라 무인기 및 무인 자동차 시스템과 같은 무인 인프라의 안정성을 보장할 수 있을 것으로 기대된다. In addition, since the present invention has recently become an issue of reliability as well as performance of satellite navigation system due to development of UAV and unmanned vehicle system, stability of unmanned infrastructure such as UAV and unmanned vehicle system as well as satellite navigation system is guaranteed It is expected to be able to do.

상기와 같이 설명된 본 발명에 따른 기저벡터 성분의 탄젠트각 분산을 이용한 위성항법시스템 및 그의 기만 신호 식별 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. The satellite navigation system using the tangent angle variance of the basis vector component according to the present invention described above and the method for identifying a malicious signal thereof are not limited to the configuration and method of the embodiments described above, It will be understood that the invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive.

100, 110 : 수신기 120 : 그룹 관리부
130 : 기만신호 식별부
100, 110: receiver 120: group management unit
130:

Claims (12)

기만환경하에 있는 2개 이상의 수신기를 구비한 위성항법시스템의 기만신호 식별 방법에 있어서,
각 수신기별로 다중 상관기를 이용하여 GPS위성 및 기만기가 송신한 신호를 각각 추적하는 단계;
상기 추적된 신호를 GPS신호 그룹과 기만 신호 그룹으로 분류한 후 이중차분 조합을 생성하고, 상기 생성된 이중차분 조합의 측정치를 계산하여 수신기간 기저 벡터를 추정하는 단계; 및
상기 추정된 수신기간 기저 벡터 성분들 사이의 탄젠트각 분산을 검정 통계량으로 설정하는 가설 검정을 수행하여 기만 신호그룹을 식별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성항법시스템의 기만 신호 식별 방법.
CLAIMS 1. A deception signal identification method for a satellite navigation system having two or more receivers under a degenerate environment,
Tracking signals transmitted by GPS satellites and de-icers using a multi-correlator for each receiver;
Dividing the tracked signal into a GPS signal group and a deceptive signal group, generating a double differential combination, and calculating a measurement value of the generated double differential combination to estimate a reception period basis vector; And
And performing a hypothesis test to set a tangent angle variance between the estimated reception period base vector components as a test statistic to identify a deceptive signal group.
제1항에 있어서, 상기 기저 벡터를 추정하는 단계는
각 수신기에서 복수 채널의 GPS신호와 기만 신호를 조합하여 항법해를 생성한 후 항법해의 잔차 분석을 통해 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 분류하는 단계;
상기 각 수신기에서 분류된 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 조합하여 복수의 이중 차분 조합을 생성하는 단계; 및
상기 생성된 복수의 이중 차분 조합의 측정치에 최소자승법을 적용하여 기저 벡터를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성항법시스템의 기만 신호 식별 방법.
2. The method of claim 1, wherein estimating the basis vector comprises:
Generating a navigation solution by combining a GPS signal and a deception signal of a plurality of channels at each receiver, and classifying the GPS signal group and the deceptive signal group through a residual analysis of the navigation solution;
Generating a plurality of double differential combinations by combining the GPS signal group and the dequeue signal group classified by each of the receivers; And
And estimating a basis vector by applying a least squares method to the measured values of the plurality of double differential combinations.
제1항에 있어서, 상기 기만신호를 식별하는 단계는
복수의 이중차분 조합 중에서 특정 이중차분 조합을 대립가설(H1)로 설정하고 나머지 이중차분 조합들을 귀무가설(H0)로 설정하는 단계;
상기 대립가설(H1)로 설정된 이중차분 조합에 대한 기저백터와 상기 귀무가설(H0)로 설정된 이중차분 조합들에 대한 기저벡터의 각 성분에 대하여 탄젠트각 분산을 계산하는 단계;
상기 계산된 귀무가설(H0)에 대한 대립가설(H1)의 탄젠트각 분산의 비율을 계산하여 검정 통계량을 설정하는 단계; 및
상기 설정된 검정 통계량을 기설정된 문턱값과 비교하여 상기 대립가설(H1)로 설정된 특정 이중차분 조합이 기만신호 그룹인지 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성항법시스템의 기만 신호 식별 방법.
2. The method of claim 1, wherein identifying the deception signal comprises:
Setting a specific double differential combination among the plurality of double differential combinations to the hypothesis H1 and setting the remaining double differential combinations to the null hypothesis H0;
Calculating a tangent angle variance for each component of the basis vector for the base difference vector for the double difference combination set by the allele hypothesis H1 and the double difference combinations set for the null hypothesis H0;
Setting a test statistic by calculating a ratio of a tangent angle variance of an alternate hypothesis H1 to the calculated null hypothesis H0; And
And comparing the set test statistic with a preset threshold to determine whether a specific double differential combination set to the alternate hypothesis H1 is a deceptive signal group.
제1,제2수신기를 구비한 위성항법시스템의 기만 신호 식별 방법에 있어서,
제1,제2수신기에서 복수 채널의 GPS신호와 기만 신호를 조합하여 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 분류하는 단계;
상기 제1, 제2수신기에서 분류된 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 조합하여 복수의 이중 차분 조합을 생성하는 단계;
상기 생성된 복수의 이중 차분 조합의 측정치에 최소자승법을 적용하여 기저 벡터를 추정하는 단계; 및
상기 추정된 기저 벡터의 성분들사이의 탄젠트각 분산을 검정 통계량으로 하는 가설 검정을 수행하여 기만신호 그룹을 식별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성항법시스템의 기만 신호 식별 방법.
A method for identifying a deception of a satellite navigation system having first and second receivers,
Classifying a GPS signal group and a deceptive signal group by combining GPS signals and deceptive signals of a plurality of channels in the first and second receivers;
Generating a plurality of double differential combinations by combining the GPS signal group and the deception signal group classified by the first and second receivers;
Estimating a basis vector by applying a least squares method to the measurements of the generated plurality of double difference combinations; And
And performing a hypothesis test using a tangent angle variance between the components of the estimated base vector as a test statistic to identify a deceptive signal group.
제4항에 있어서, 상기 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 분류하는 단계는
복수 채널의 GPS신호와 기만 신호를 조합하여 항법해를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 조합들중에서 항법해의 잔차가 가장 작은 조합을 선택하여 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 분류하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성항법시스템의 기만 신호 식별 방법.
5. The method of claim 4, wherein classifying the GPS signal group and the deceptive signal group comprises:
Generating a navigation solution by combining a GPS signal and a deception signal of a plurality of channels; And
And selecting a combination having the smallest residual of the navigation solution among the generated combinations to classify the GPS signal group and the deception signal group.
제4항에 있어서, 상기 복수의 이중 차분 조합은
기만-기만신호 그룹(SS)조합, 기만신호-GPS신호 그룹(SG)조합, GPS-기만신호 그룹(GS)조합 및 GPS-GPS신호 그룹(GG)조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 위성항법시스템의 기만 신호 식별 방법.
5. The apparatus of claim 4, wherein the plurality of double differencing combinations
(SG) combination, a combination of GPS-only signal group (GS), and a combination of GPS-GPS signal group (GG) A method for identifying a fraudulent signal.
제4항에 있어서, 상기 기만신호 그룹을 식별하는 단계는
특정 이중차분 조합을 대립가설(H1)로 설정하고 나머지 이중차분 조합들을 귀무가설(H0)로 설정하는 단계;
상기 대립가설(H1)로 설정된 이중차분 조합에 대한 기저백터와 상기 귀무가설(H0)로 설정된 이중차분 조합들에 대한 기저벡터의 3개의 성분에 대하여 탄젠트각 분산을 계산하는 단계;
상기 계산된 귀무가설(H0)에 대한 대립가설(H1)의 탄젠트각 분산의 비율을 계산하여 검정 통계량을 설정하는 단계; 및
상기 설정된 검정 통계량을 기설정된 문턱값과 비교하여 상기 대립가설(H1)로 설정된 특정 이중차분 조합이 기만신호 그룹인지 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성항법시스템의 기만 신호 식별 방법.
5. The method of claim 4, wherein identifying the deceptive signal group comprises:
Setting a specific double differential combination to the alternative hypothesis (H1) and setting the remaining double differential combinations to the null hypothesis (H0);
Calculating a tangent angle variance for the three components of the base vector for the double difference combination set by the allele hypothesis H1 and the base vector for the double difference combinations set by the null hypothesis H0;
Setting a test statistic by calculating a ratio of a tangent angle variance of an alternate hypothesis H1 to the calculated null hypothesis H0; And
And comparing the set test statistic with a preset threshold to determine whether a specific double differential combination set to the alternate hypothesis H1 is a deceptive signal group.
제7항에 있어서, 상기 특정 이중차분 조합은
기만-기만신호 그룹 조합(SS)인 것을 특징으로 하는 위성항법시스템의 기만 신호 식별 방법.
8. The method of claim 7,
And a degenerate-deceptive signal group combination (SS).
복수 채널의 GPS신호와 기만 신호를 조합하여 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 분류하는 제1 및 제2수신기;
상기 제1, 제2수신기에서 각각 분류된 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹을 조합하여 복수의 이중 차분 조합을 생성하는 그룹 관리부; 및
상기 생성된 복수의 이중 차분 조합의 측정치에 최소자승법을 적용하여 기저 벡터를 추정하고, 상기 추정된 기저 벡터의 두 성분들사이의 탄젠트각 분산을 검정 통계량으로 하는 가설 검정을 수행하여 기만신호 그룹을 식별하는 기만신호 식별부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성항법시스템.
First and second receivers for classifying a GPS signal group and a degenerate signal group by combining a plurality of channels of GPS signals and deception signals;
A group management unit for combining the GPS signal group and the deception signal group classified by the first and second receivers to generate a plurality of double difference combinations; And
A hypothesis test is performed by estimating a basis vector by applying a least squares method to the measured values of the generated plurality of double difference combinations and using a tangent angle variance between the two components of the estimated base vector as a test statistic, And a signal-identifying unit for identifying a deception signal.
제9항에 있어서, 상기 제1,제2수신기는
복수 채널의 GPS 신호와 기만 신호를 각각 추적하는 다중 상관기, 및
상기 다중 상관기에서 추적된 복수 채널의 GPS 신호와 기만 신호를 조합하여 항법해를 생성한 후 항법해의 잔차 분석이 가장 작은 조합을 선택하는 방식으로 각각 GPS 신호 그룹과 기만신호 그룹으로 분류하는 잔차 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성항법시스템.
10. The receiver of claim 9, wherein the first and second receivers
A multiple correlator for tracking a plurality of channels of GPS signals and deception signals respectively, and
A GPS signal and a degenerate signal tracked by the multi-correlator are combined with each other to generate a navigation solution, and a residual solution analysis of the navigation solution selects the smallest combination. And a satellite navigation system.
제9항에 있어서, 상기 그룹 관리부는
기만-기만신호 그룹(SS)조합, 기만신호-GPS신호 그룹(SG)조합, GPS-기만신호 그룹(GS)조합 및 GPS-GPS신호 그룹(GG)조합을 생성하는 것을 특징으로 하는 위성항법시스템.
The apparatus of claim 9, wherein the group management unit
GPS signal group (GG) combination, a combination of a deaf-and-deactivated signal group (SS), a deception signal-GPS signal group (SG) combination, a GPS- .
제9항에 있어서, 상기 기만신호 식별부는
(a) 특정 이중차분 조합을 대립가설(H1)로 설정하고 나머지 이중차분 조합들을 귀무가설(H0)로 설정하고,
(b) 상기 대립가설(H1)로 설정된 이중차분 조합에 대한 기저백터와 상기 귀무가설(H0)로 설정된 이중차분 조합들에 대한 기저벡터의 3개의 성분에 대하여 탄젠트각 분산을 계산하며,
(c) 상기 계산된 귀무가설(H0)에 대한 대립가설(H1)의 탄젠트각 분산의 비율을 계산하여 검정 통계량을 설정하여,
(d) 상기 설정된 검정 통계량을 기설정된 문턱값과 비교하여 상기 대립가설(H1)로 설정된 특정 이중차분 조합이 기만신호 그룹인지 판별하는 것을 것을 특징으로 하는 위성항법시스템.
The apparatus as claimed in claim 9,
(a) set a specific double differential combination to the alternative hypothesis (H1), set the remaining double differential combinations to the null hypothesis (H0)
(b) calculating a tangent angle variance for the three components of the base vector for the double difference combination set by the allele hypothesis H1 and the base vector for the double difference combinations set by the null hypothesis H0,
(c) setting a test statistic by calculating the ratio of the tangent angle variance of the alternative hypothesis H1 to the calculated null hypothesis H0,
(d) comparing the set test statistic with a preset threshold value to determine whether a specific double differential combination set to the alternate hypothesis (H1) is a deceptive signal group.
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