KR101986766B1 - 위성항법 기만 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아군이 송출하는 기만신호의 송출 영향범위에서 아군 무기체계가 기만신호로부터 보호될 수 있도록 하고 적군에게만 기만신호의 영향이 가해지도록 하는 위성항법 기만 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 위성항법 기만 시스템은, 복수의 항법위성(21)들 중 선택된 어느 하나의 항법위성의 PRN(Pseudo-random Noise) 코드의 비트열 중 빈 영역에 기만신호임을 표시하는 플래그 정보를 추가하여 기만코드를 생성하는 기만코드 생성부(11)와, 상기 기만코드를 변조하여 운용영역내로 송출하는 기만신호 송출부(12)와, 상기 기만코드로 사용된 PRN 코드에 대응하는 상기 선택된 항법위성(21) 정보를 상기 운용영역 내의 아군 수신기에 제공하는 식별정보 제공부(13)를 포함하고, 본 발명에 따른 위성항법 기만 방법은, 운용영역 내에 수신되는 복수의 항법위성(21)들의 각 PRN 코드 중에서 어느 하나를 선택하는 PRN코드 선택단계(S110)와, 상기 선택된 PRN 코드에 플래그 비트를 포함하여 기만코드를 생성하는 기만코드 생성단계(S120)와, 상기 기만코드의 생성에 사용된 PRN 코드를 제공한 항법위성(21)의 정보를 아군 수신기에 제공하는 기만정보 제공단계(S130)와, 상기 기만코드를 변조하여 상기 운용영역 내로 송출하는 기만신호 송출단계(S140)를 포함한다.

Description

위성항법 기만 시스템 및 방법{SPOOFING SYSTEM FOR SATELLITE NAVIGATION AND METHOD THEREOF}

본 발명은 아군이 송출하는 기만신호의 송출 영향범위에서 아군 무기체계가 기만신호로부터 보호될 수 있도록 하고 적군에게만 기만신호의 영향이 가해지도록 하는 위성항법 기만 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

위성항법시스템(GNSS: Global Navigation Satellite System)은 우주 궤도를 돌고 있는 인공위성을 이용하여 물체의 위치고도속도에 관한 정보를 제공하는 시스템으로서, 미국 국방부가 개발 운영하고 있는 GPS(Global Positioning System), 러시아의 GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System), 유럽연합의 갈릴레오(Galileo), 중국의 베이더우 등이 운영되고 있다.

상기 위성항법시스템은 전투기, 함정, 유도미사일, 전차 등의 무기체계에서 널리 사용되면서 무기체계의 정확도가 크게 향상되었지만, 반면 위성항법 신호가 지상에 도달할 때 약 -130dBm 정도로 신호의 세기가 감쇄되고, 위성항법 시스템의 신호 체계를 포함하는 인터페이스 통제 문서(ICD, Interface Control Document)가 공개되어 있기 때문에 무기체계가 위성항법 신호에 대한 전파교란 공격에 취약하게 노출되는 문제가 제기되었다.

특히, 전파교란 공격이 가해지는 영향범위 안에서는 적군은 물론이고 아군의 무기체계까지 전파교란으로 무력화되기 때문에 전파교란 공격을 가하고자 할 때에는 아군에 대한 보호 조치가 필요하다.

위성항법 신호에 대한 전파교란의 형태는 상기 위성항법 신호가 사용하는 주파수 대역에서 상기 위성항법 신호의 수신 세기보다 높은 신호를 송출하는 형태인 재밍(jamming)과 항법수신기로 하여금 잘못된 위치 및 시각 정보를 산출토록 하는 기만(spoofing)으로 구분할 수 있다.

이중에서 상기 기만을 위해서는 위성항법 신호와 동일한 구조를 가지나, 수신기가 정확한 위치, 속도, 시간(PVT) 정보를 서비스받지 못하도록 거짓된 항법 데이터 또는 의사거리 정보를 포함하고 있다. 기만기는 수신기가 거짓된 정보를 갖고 있는 기만신호를 획득하여 항법시 오차를 유도함으로써 애플리케이션 환경에서 오류가 발생하도록 하기 위한 목적으로 거짓 정보를 송신한다. 기만기 입장에서는 표적 수신기에서 실제 위성항법 신호와 비슷한 특성을 보이도록 기만신호를 생성하는 것이 관건이다.

따라서 강한 신호를 송출하는 재밍 공격에 대해서는 탐지가 가능하나 저출력의 기만신호는 탐지가 불가능하므로, 대부분 사용자의 개입이 없는 경우 기만공격을 받고 있다는 것 조차 인식하기 어렵다. 따라서 기만 형태의 전파교란은 아군에 대한 보호 조치가 필요하며, 이러한 조치를 통해 아군에 대한 피해 없이 적 무기체계에 대한 공격을 가할 수 있을 것이다.

한편, 하기의 선행기술문헌에는 '위성항법 복합 재밍신호 발생장치 및 이의 제어방법'에 관한 기술이 개시되어 있다.

KR 10-1534662 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 기만 타입의 전파교란 공격시 아군에 대한 보호조치를 통해 적의 무기체계만을 무력화시킬 수 있는 위성항법 기만 시스템 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위성항법 기만 시스템은, 복수의 항법위성들 중 선택된 어느 하나의 항법위성의 PRN(Pseudo-random Noise) 코드의 비트열 중 빈 영역에 기만신호임을 표시하는 플래그 정보를 추가하여 기만코드를 생성하는 기만코드 생성부와, 상기 기만코드를 변조하여 운용영역내로 송출하는 기만신호 송출부와, 상기 기만코드로 사용된 PRN 코드에 대응하는 상기 선택된 항법위성 정보를 상기 운용영역 내의 아군 수신기에 제공하는 식별정보 제공부를 포함한다.

상기 기만코드 생성부에서 사용되는 PRN 코드를 변경하고 변경된 PRN코드를 상기 기만코드 생성부로 전송하는 코드생성 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

외부의 다른 위성항법 기만 시스템이 기만코드를 생성하는데 사용한 항법위성의 정보를 수신하는 식별정보 수신부와, 항법위성의 신호를 수신하고 상기 항법위성과 동기신호를 검출하며, 상기 식별정보 수신부에 수신된 항법위성에 대응하는 PRN 신호에 포함된 플래그 비트들을 검출하는 위성신호 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 위성항법 기만 방법은, 운용영역 내에 수신되는 복수의 항법위성들의 각 PRN 코드 중에서 어느 하나를 선택하는 PRN코드 선택단계와, 상기 선택된 PRN 코드에 플래그 비트를 포함하여 기만코드를 생성하는 기만코드 생성단계와, 상기 기만코드의 생성에 사용된 PRN 코드를 제공한 항법위성의 정보를 아군 수신기에 제공하는 기만정보 제공단계와, 상기 기만코드를 변조하여 상기 운용영역 내로 송출하는 기만신호 송출단계를 포함한다.

상기 기만신호 송출단계 이후에는, 상기 항법위성의 위치, 상기 기만코드의 효과도, 시간 추이, 상기 운용영역 내의 항법위성, 적군 무기체계의 이동경로 중 어느 하나를 기초로 하여, 상기 기만코드를 생성하기 위해 이용된 상기 PRN 코드를 변경할 지를 결정하는 기만코드 변경 결정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기만코드 변경 결정단계에서 상기 기만코드를 생성하기 위한 PRN 코드를 변경하기로 결정되면, 상기 기만코드 생성단계로 리턴되는 것을 특징으로 한다.

상기 기만코드 변경 결정단계에서 상기 기만코드를 생성하기 위한 PRN 코드를 변경하지 않기로 결정되면, 상황 종료 여부를 판단하는 상황종료 판단단계가 수행되고, 상기 상황종료 판단단계에서 상황이 종료되지 않은 것으로 판단되면, 상기 기만신호 송출단계로 리턴되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 위성항법 기만 시스템 및 방법에 따르면, 적군의 무기체계를 기만할 수 있는 최적의 기만코드를 추적하여 적용함으로써, 적군의 무기체계만을 기만하면서도 아군의 무기체계에는 영향을 미치지 않아 정상적으로 위성항법을 이용하여 무기체계를 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 위성항법 기만 시스템을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 위성항법 기만 시스템에 전장에서 아군 무기체계와 적군 무기 체계에 대해 전파 교란을 일으키는 상태를 도시한 관계도.
도 3은 본 발명에 따른 위성항법 기만 방법을 도시한 순서도.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 위성항법 기만 시스템 및 방법에 대하여 자세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 위성항법 기만 시스템(10)은, 복수의 항법위성(21)들 중 선택된 어느 하나의 항법위성의 PRN(Pseudo-random Noise) 코드의 비트열 중 빈 영역에 기만신호임을 표시하는 플래그 정보를 추가하여 기만코드를 생성하는 기만코드 생성부(11)와, 상기 기만코드를 변조하여 운용영역내로 송출하는 기만신호 송출부(12)와, 상기 기만코드로 사용된 PRN 코드에 대응하는 상기 선택된 항법위성(21) 정보를 상기 운용영역 내의 아군 수신기에 제공하는 식별정보 제공부(13)를 포함한다.

한편, 이하에서는 여러 위성항법 시스템 중에서, GPS를 예로 하여 설명하기로 하되, 이를 GPS로 한정하는 것은 아니고, 상기 GPS 외의 다른 위성항법 시스템에서 사용되는 동일한 기능을 하는 동종의 코드를 포함하는 대표하는 용어로 사용하여 설명하기로 한다.

기만코드 생성부(11)는 항법위성의 PRN(Pseudo-Random Number) 코드의 비트열 중 빈 영역에 기만신호임을 표시하는 플래그 정보를 추가하여 기만코드를 생성한다.

상기 PRN 코드는 2진수화 된 코드로서 위성마다 고유의 CDMA(Code Division Multiple Access)코드가 있는데, 위성항법 수신기는 이 PRN 코드로 위성을 구분한다. 상기 위성항법 수신기는 미리 입력된 각 위성의 PRN 코드를 GPS 시간 기준으로 발생시켜 수신된 각 위성의 PRN 코드의 도착시간과 비교하여 시간차를 구해 의사거리(Psedorange)를 계산한다.

상기 PRN 코드는 두 가지 종류가 있는데, 그중 하나는 C/A코드(Coarse/Acquisition code) 또는 SPS(Standard Positioning Service)라고 불리는 것으로 일반 사용자를 위한 것이고, 다른 하나는 P코드(Precision code) 또는 PPS(Precise Positioning Service)라고 불리는 군용 신호이다.

이중에서 상기 P코드는 제한적인 사용자만이 사용할 수 있도록 암호화되어 있다.

본 발명은 무기체계에 적용되는 것이므로, 상기 PRN 코드는 상기 C/A코드와 상기 P코드 중 적어도 하나, 바람직하게는 C/A코드와 상기 P코드를 모두 포함할 수 있다.

예컨대, GPS 위성에서는 상기 PRN 코드는 1023 chips으로 구성되며, 이 중에는 비어있는 영역이 존재한다. 여기에 하나 이상의 플래그 비트를 포함하여 기만코드가 되도록 함으로써, 아군 무기체계에서 상기 PRN 코드가 기만신호임을 확인할 수 있도록 한다.

기만신호 송출부(12)는 기만코드를 변조하여 운용영역 내로 송출하며, 변조기, 반송파 생성기, 동기신호기, 안테나 등을 포함할 수 있다. 상기 기만신호 송출부(12)는 변조 및 송출 방식은 타깃 수신기 운영방식 즉, GPS, GLONASS, Galilio, 베이더우 등에 따라 맞춤화 운영될 수 있다.

식별정보 제공부(13)는 기만코드로 사용된 상기 PRN 코드에 대응하는 항법위성의 정보를 운용영역 내의 아군 수신기에 제공한다. 상기 식별정보 제공부(13)는 항법위성(21)을 식별할 수 있는 다양한 형태로 식별정보를 전달한다. 상기 식별정보 제공부(13)는 상기 식별정보를 아군 수신기에 제공하기 위해, 상기 기만신호 송출부(12)와는 별개의 유무선 통신 장치를 이용하여 구현될 수 있다. 또한 상기 식별정보가 제공되는 시점은 기만코드를 생성하기 위해 상기 PRN 코드를 선택하는 시점과 동시 또는 그 이후이거나, 운영 시간 및/또는 장소에 미리 결정된 정보로서 상기 PRN 코드를 생성하기 전에 식별정보를 공유할 수도 있다.

코드생성 제어부(14)는 다수의 항법위성에 대응하는 다수의 PRN 코드들 중 어떠한 PRN 코드를 사용할 것인지를 결정하여 대상 코드를 변경하도록 한다. 상기 PRN 코드를 선택하는 기준으로, 상기 코드생성 제어부(14)는 기만의 효과도를 운용영역 내의 수신기로부터 피드백받아 변경하거나, 운용영역 내에서 수신 가능한 상기 PRN 코드 정보를 기준으로 상기 PRN 코드를 선택하거나, 항법위성(21)의 위치를 기초로 근접하지만 상기 운용영역 내에서 수신할 수 없는 PRN 코드를 선택하거나, 타깃의 이동경로 또는 시간 추이를 따라 커버리지 내에서 수신 가능한 PRN 코드 중 어느 하나 또는 2이상의 PRN 코드를 연산하여 생성한 다중화된 코드로 PRN 코드 또는 기만코드를 변경하도록 할 수 있다.

식별정보 수신부(15)는 외부의 다른 기만 시스템에서 제공된 아군 무기체계에 대한 보호정보 즉, 기만코드를 생성하는데 사용된 항법위성 정보를 수신하기 위한 것으로서, 전술한 식별정보 전송부와 같은 통신수단으로 구현될 수 있다.

위성신호 수신부(16)는 항법위성(21)의 신호를 수신하고 상기 항법위성(21)과 동기신호를 검출하며, 식별정보 수신부(15)에 수신된 항법위성에 대응하는 PRN 신호에 포함된 플래그 비트들을 검출한다. 위성신호 수신부(16)는 다른 기만 시스템에서 제공한 보호정보를 기초로 항법위성 신호 중 플래그가 포함된 기만신호를 검출하고, 이 기만신호를 배제한 신호로부터 항법위성의 1pps(pulse per second) 신호 및/또는 기본주파수를 추출하도록 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 위성항법 기만 시스템(10)은, 도 2와 같이 전장에서 아군 무기체계와 적군무기체계에 대하여, 기만신호를 송출하도록 한다. 예컨대, 상기 위성항법 기만 시스템(10)이 탑재된 차량(22)으로부터 기만신호가 송출될 수 있고, 상기 기만신호는 운용영역 내의 아군 무기체계와 적군무기체계로 모두 송출되지만, 아군 무기체계에서는 기만신호가 송출된다는 정보가 송출되기 때문에 상기 기만신호가 영향을 미치지 않는다.

도 3에는 본 발명에 따른 위성항법 기만 방법에 따른 순서도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 위성항법 기만 기만 방법은, 운용영역 내에 수신되는 복수의 항법위성(21)들의 각 PRN 코드 중에서 어느 하나를 선택하는 PRN코드 선택단계(S110)와, 상기 선택된 PRN 코드에 플래그 비트를 포함하여 기만코드를 생성하는 기만코드 생성단계(S120)와, 상기 기만코드의 생성에 사용된 PRN 코드를 제공한 항법위성(21)의 정보를 아군 수신기에 제공하는 기만정보 제공단계(S130)와, 상기 기만코드를 변조하여 상기 운용영역 내로 송출하는 기만신호 송출단계(S140)를 포함한다.

PRN코드 선택단계(S110)에서는 상기 위성항법 기만 시스템(1)이 운영영역 내에 수신되는 항법위성(21)에 대응하는 PRN 코드를 선택한다. 상기 PRN코드 선택단계(S110)에서 적 무기체계(29)를 기만하기 위해서는 정상적으로 항법위성(21)으로부터 수신한 PRN 코드와 동일한 코드를 선택하고 신호 세기 등을 모사할 필요가 있다.

기만코드 생성단계(S120)에서는 상기 기만코드 생성부(11)가 상기 PRN코드 선택단계(S110)에서 선택된 RN 코드에 플래그 비트를 포함하여 기만코드를 생성한다.

기만정보 제공단계(S130)는 상기 식별정보 제공부(13)는 복수의 항법위성(21)들 중에서 기만코드 생성에 사용된 PRN 코드에 대응하는 항법위성에 관한 정보를 아군 무기체계(23)(24)(25)에 제공하는 단계이다. 상기 기만정보 제공단계(S130)에서는 상기 운용영역 내에 위치한 아군의 항공기(23), 유도무기(24), 전차(25) 등과 같은 아군 무기체계(23)(24)(25)와 상기 운용영역 내로 진입 예정인 모든 아군 무기체계에 제공한다.

상기 기만정보 제공단계(S130)에서 기만코드 생성에 사용된 항법위성(21)에 관한 정보를 제공하는 시점은 기만코드를 생성하기 전 PRN 코드를 선택하는 동시 또는 그 이후에 수행될 수 있으며, 미리 결정된 규정에 따라 식별정보가 먼저 제공되고 이후에 기만코드 생성부(11)에서 미리 결정된 규정에 따라 PRN 코드를 선택하는 것도 또한 가능하다.

기만신호 송출단계(S140)에서는 상기 기만신호 송출부(12)가 상기 기만코드를 변조하여 운용영역내로 기만신호를 송출한다.

기만코드 변경 결정단계(S150)에서는 기만코드로 사용중인 PRN 코드의 변경 여부를 판단한다. 상기 코드생성 제어부(14)는 항법위성의 위치, 기만코드의 효과도, 시간 추이, 커버리지 내의 항법위성 변동, 적 무기체계의 이동경로 중 어느 하나를 기초로 상기 기만코드를 생성하기 위해 이용된 PRN 코드를 변경할 수 있는데, 상기 코드생성 제어부(14)가 기만코드를 생성에 이용된 PRN 코드를 변경여부를 결정한다.

만약, 상기 기만코드 변경 결정단계(S150)에서 기만코드를 생성에 이용된 PRN 코드를 변경하기로 결정되었다면, 상기 기만코드 생성단계(S120)로 리턴되어 상기의 과정이 다시 수행된다.

아울러, 상기 기만코드 변경 결정단계(S150)에서 상기 코드생성 제어부(14)가 기만코드의 생성이 이용된 PRN코드의 변경을 결정하여 상기 기만코드 생성단계(S120)로 리턴됨으로써, 변경된 PRN코드가 상기 식별정보 제공부(13)를 통하여, 아군 무기체계(23)(24)(25)로 전송됨으로써, 상기 아군 무기체계에서는 실시간으로 전파교란의 피해를 당하지 않도록 방지한다.

한편, 상기 기만코드 변경 결정단계(S150)에서 상기 기만코드로 사용중인 PRN코드를 변경하지 않기로 결정하였다면, 상황종료 판단단계(S160)가 수행된다.

상기 상황종료 판단단계(S160)에서는 상황이 종료되지 않은 것으로 판단되면, 상기 기만신호 송출단계(S140)로 리턴되고, 상황이 종료된 것으로 판단되면, 상기의 과정은 종료된다.

10 : 위성합법 기만 시스템
11 : 기만코드 생성부
12 : 기만신호 송출부
13 : 식별정보 제공부
14 : 코드생성 제어부
15 : 식별정보 수신부
16 : 위성신호 수신부
21 : 항법위성
22 : 위성합법 기만 시스템 탑재차량
23 : 아군 항공기
24 : 아군 유도무기
25 : 아군 전차
29 : 적군 항공기
S110 : PRN코드 선택단계
S120 : 기만코드 생성단계
S130 : 기만정보 제공단계
S140 : 기만신호 송출단계
S150 : 기만코드 변경 결정단계
S160 : 상황종료 판단단계

Claims (7)

1. 적군의 무기체계만을 기만하면서도 아군의 무기체계에는 영향을 미치지 않도록, 복수의 항법위성들 중 선택된 어느 하나의 항법위성의 PRN(Pseudo-random Noise) 코드의 비트열 중 빈 영역에 기만신호임을 표시하는 플래그 정보를 추가하여 기만코드를 생성하는 기만코드 생성부와,
   상기 기만코드를 변조하여 운용영역내로 송출하는 기만신호 송출부와,
   상기 기만코드로 사용된 PRN 코드에 대응하는 상기 선택된 항법위성의 정보를 상기 운용영역 내의 아군 수신기에 제공하는 식별정보 제공부를 포함하며,
   상기 기만코드 생성부에서 사용되는 PRN 코드를 변경하고 변경된 PRN코드를 상기 기만코드 생성부로 전송하는 코드생성 제어부를 더 포함하는 위성항법 기만 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   외부의 다른 위성항법 기만 시스템이 기만코드를 생성하는데 사용한 항법위성의 정보를 수신하는 식별정보 수신부와,
   항법위성의 정보를 수신하고 상기 항법위성과 동기신호를 검출하며, 상기 식별정보 수신부에 수신된 항법위성에 대응하는 PRN 코드에 포함된 플래그 정보를 검출하는 위성신호 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성항법 기만 시스템.
4. 운용영역 내에 수신되는 복수의 항법위성들의 각 PRN 코드 중에서 어느 하나를 선택하는 PRN코드 선택단계와,
   적군의 무기체계만을 기만하면서도 아군의 무기체계에는 영향을 미치지 않도록, 상기 선택된 PRN 코드의 비트열 중 빈 영역에 기만신호임을 표시하는 플래그 정보를 추가하여 기만코드를 생성하는 기만코드 생성단계와,
   상기 기만코드의 생성에 사용된 PRN 코드를 제공한 항법위성의 정보를 상기 운용영역 내의 아군 수신기에 제공하는 기만정보 제공단계와,
   상기 기만코드를 변조하여 상기 운용영역 내로 송출하는 기만신호 송출단계를 포함하며, 상기 기만신호 송출단계 이후에는, 상기 기만코드를 생성하기 위해 이용된 상기 PRN 코드를 변경할 지를 결정하는 기만코드 변경 결정단계를 더포함하는 위성항법 기만 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 기만코드 변경 결정단계는
   상기 항법위성의 위치, 상기 기만코드의 효과도, 시간 추이, 상기 운용영역 내의 항법위성, 적군 무기체계의 이동경로 중 어느 하나를 기초로 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성항법 기만 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 기만코드 변경 결정단계에서 상기 기만코드를 생성하기 위한 PRN 코드를 변경하기로 결정되면,
   상기 기만코드 생성단계로 리턴되는 것을 특징으로 하는 위성항법 기만 방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 기만코드 변경 결정단계에서 상기 기만코드를 생성하기 위한 PRN 코드를 변경하지 않기로 결정되면,
   상황 종료 여부를 판단하는 상황종료 판단단계가 수행되고,
   상기 상황종료 판단단계에서 상황이 종료되지 않은 것으로 판단되면, 상기 기만신호 송출단계로 리턴되는 것을 특징으로 하는 위성항법 기만 방법.
   
   

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