KR102440866B1 - 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치 및 그 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치는, 위성항법신호를 수신하는 GPS 수신부; 및 GPS 수신부로부터 수신한 위성항법신호와 내부 발진기의 펄스 신호를 읽어 시각오차를 구하고, 과거 누적된 내부 발진기의 누적 제어량에 기초하여 시각정보의 위변조를 탐지한 후 시각정보가 정상상태로 판정된 경우, 시각오차에 따라 내부 발진기가 위성항법신호를 추종하도록 내부 발진기를 제어하고 누적 제어량에 누적하고, 시각정보가 위변조 탐지로 판정된 경우, 누적된 내부 발진기의 누적 제어량이 설정값에 수렴하도록 내부 발진기를 제어하여 시각정보를 회복시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR RECEIVING GPS SIGNAL FOR WIDE AREA SURVEILLANCE SYSTEM AND CONTROL METHOD}
본 발명은 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광역 감시 시스템용 계측장비의 운영 환경적 특성을 기반으로 위성항법신호와 내부 발진기의 오차를 분석하여 시각정보의 위변조를 탐지하고 복원하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 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.
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
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1963580호(2019.03.25. 공고, 항법데이터의 궤도정보를 이용한 위성항법 기만 검출 방법 및 장치)에 개시되어 있다.
한편, 전력시스템의 사고 분석 및 정밀 해석을 위하여 시각(Time)정보가 부가된 계측 시스템의 도입이 권고되면서, 동기위상기(Synchrophasor) 기반의 시스템은 마이크로초 단위의 시각정보와 계측정보가 함께 중앙제어센터에 취합됨으로써, 전력 그리드의 순간적인 상태를 스냅샷(Snap shot) 형태로 파악할 수 있으며, 이를 활용한 보호(Protection)와 제어(Control) 기법이 다양하게 제안되고 있다.
그러나 분산 설치된 광역 감시 시스템용 시각동기 위상측정장치(PMU ; Phasor Measurement Unit)에 시각을 공급하는 위성항법장치(GPS ; Global Positioning System)는 기밀성 및 무결성을 보장할 수 있는 보안기능이 없어 위변조에 취약하기 때문에 위성항법신호의 위변조를 통하여 전력그리드의 보호 및 제어 명령을 조작할 수 있어 잘못된 명령을 통해 의도하지 않은 정전 및 그리드 불안정도를 높일 수 있는 문제점이 있다.
또한, 광역 감시 시스템용의 GPS 수신기는 위성항법신호에서 추출한 시각을 내부의 발진기의 시각과 비교하고, 차이가 발생한 만큼 내부 발진기의 시각을 조정하여, 위성항법신호를 추종하도록 수신기의 시각을 지속적으로 제어하고 있어 위변조된 위성항법신호를 분별할 수 있는 능력이 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 광역 감시 시스템용 계측장비의 운영 환경적 특성을 기반으로 위성항법신호와 내부 발진기의 오차를 분석하여 시각정보의 위변조를 탐지하고 복원하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치는, 위성항법신호를 수신하는 GPS 수신부; 및 GPS 수신부로부터 수신한 위성항법신호와 내부 발진기의 펄스 신호를 읽어 시각오차를 구하고, 과거 누적된 내부 발진기의 누적 제어량에 기초하여 시각정보의 위변조를 탐지한 후 시각정보가 정상상태로 판정된 경우, 시각오차에 따라 내부 발진기가 위성항법신호를 추종하도록 내부 발진기를 제어하고 누적 제어량에 누적하고, 시각정보가 위변조 탐지로 판정된 경우, 누적된 내부 발진기의 누적 제어량이 설정값에 수렴하도록 내부 발진기를 제어하여 시각정보를 회복시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부는, GPS 수신부로부터 수신한 위성항법신호와 내부 발진기의 펄스 신호를 읽어 시각오차를 구하고, 과거 누적된 내부 발진기의 누적 제어량에 기초하여 시각정보의 위변조를 탐지하는 위변조 탐지부; 위변조 탐지부에서 시각정보가 정상상태로 판정된 경우, 시각오차에 따라 내부 발진기가 위성항법신호를 추종하도록 내부 발진기를 제어하고 누적 제어량에 누적하는 시각 추종부; 및 위변조 탐지부에서 시각정보가 위변조 탐지로 판정된 경우, 시각 추종부에서 누적된 내부 발진기의 누적 제어량이 설정값에 수렴하도록 내부 발진기를 제어하여 시각정보를 회복시키는 시각 회복부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 위변조 탐지부는, 위성항법신호와 내부 발진기의 펄스 신호의 1pps 신호를 읽어 시각오차를 구하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 위변조 탐지부는, 과거 누적된 내부 발진기의 누적 제어량에 기초한 위변조 탐지 함수가 위변조 탐지 임계값에 도달하는지 확인하여 시각정보의 위변조를 탐지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 위변조 탐지 함수는, 설정시간 동안 누적된 내부 발진기의 누적 제어량에 대한 Least Square Function의 기울기 값으로 정의하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 시각 추종부는, 내부 발진기가 위성항법신호에 대해 추종 한계값 이하로 추종하도록 내부 발전기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 시각 추종부는, 시각오차가 추종 한계값 이하인 경우 시각오차에 따라 위성항법신호를 추종하도록 내부 발진기를 제어하고, 시각오차가 추종 한계값을 초과하는 경우 내부 발진기를 추종 한계값 만큼만 추종하도록 내부 발진기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 시각 회복부는, 내부 발진기의 누적 제어량에 추종 한계값을 적용하여 0으로 수렴할 경우 시각회복을 종료하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치의 제어 방법은, 제어부가 GPS 수신부로부터 수신한 위성항법신호와 내부 발진기의 펄스 신호를 읽어 시각오차를 구하는 단계; 제어부가 과거 누적된 내부 발진기의 누적 제어량에 기초하여 시각정보의 위변조를 판단하는 단계; 제어부가 시각정보의 위변조를 판단하여 정상상태인 경우, 시각오차에 따라 내부 발진기가 위성항법신호를 추종하도록 내부 발진기를 제어하고 누적 제어량에 누적하는 단계; 및 제어부가 시각정보의 위변조를 판단하여 위변조 상태인 경우, 누적된 내부 발진기의 누적 제어량이 설정값에 수렴하도록 내부 발진기를 제어하여 시각정보를 회복시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 시각오차를 구하는 단계는, 제어부가 위성항법신호와 내부 발진기의 펄스 신호의 1pps 신호를 읽어 시각오차를 구하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 시각정보의 위변조를 판단하는 단계는, 제어부가 과거 누적된 내부 발진기의 누적 제어량에 기초한 위변조 탐지 함수가 위변조 탐지 임계값에 도달하는지 확인하여 시각정보의 위변조를 탐지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 위변조 탐지 함수는, 설정시간 동안 누적된 내부 발진기의 누적 제어량에 대한 Least Square Function의 기울기 값으로 정의하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 내부 발진기를 제어하고 누적 제어량에 누적하는 단계는, 시각오차가 추종 한계값 이하인 경우, 제어부가 시각오차에 따라 위성항법신호를 추종하도록 내부 발진기를 제어하는 단계; 및 시각오차가 추종 한계값을 초과하는 경우, 제어부가 내부 발진기를 추종 한계값 만큼만 추종하도록 내부 발진기를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 시각정보를 회복시키는 단계는, 제어부가 내부 발진기의 누적 제어량에 추종 한계값을 적용하여 0으로 수렴할 경우 시각회복을 종료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치 및 그 제어 방법은 광역 감시 시스템용 계측장비의 운영 환경적 특성을 기반으로 위성항법신호와 내부 발진기의 오차를 분석하여 시각정보의 위변조를 탐지하고 복원함으로써, 시각정보의 위변조로 인한 잘못된 전력그리드의 보호 및 제어 명령을 방지하여 안정적인 전력을 운영할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치에 의한 내부 발진기의 추종방식을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치에서 위변조 탐지상태를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치의 적용결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치에 의한 위상변이 방지 효과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치에 의한 전력조류의 계산오류 방지 효과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치에 의한 효과를 비교한 테이블이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치 및 그 제어 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치를 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치에서 위변조 탐지상태를 설명하기 위한 그래프이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치에 의한 내부 발진기의 추종방식을 설명하기 위한 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치의 적용결과를 나타낸 그래프이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치에 의한 위상변이 방지 효과를 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치에 의한 전력조류의 계산오류 방지 효과를 나타낸 그래프이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치에 의한 효과를 비교한 테이블이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치는, GPS 수신부(10), 내부 발진기(30) 및 제어부(20)를 포함할 수 있다.
GPS 수신부(10)는 위성항법신호를 수신하여 시각정보를 제공할 수 있고, 내부 발진기(30)는 일정하게 발진된 펄스 신호를 기반으로 시각정보를 제공할 수 있다.
따라서, 위성항법신호 수신 장치는 위성항법신호에서 추출한 시각정보와 내부 발진기(30)의 펄스 신호에 의한 시각정보를 비교하여 차이가 발생한 만큼 내부 발진기의 시각을 조정하여 위성항법신호를 추종하도록 시각을 지속적으로 제어하면서 제공한다.
여기서 위성항법신호는 대기상태. 신호반사 등으로 인하여 잡음이 많아 외부에 시각정보를 공급하기 위해서는 잡음이 적은 내부 발진기(30)의 펄스 신호에 기초한 시각정보를 출력으로 이용한다.
또한, 본 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치의 운영 환경적인 특징을 살펴보면, 특정 위치에 고정되어 변경없이 시각정보만 변경되고, 운영 전 수 개월간 시운전 기간 동안 내부 발진기(30)의 성능이 안정화되었을 뿐만 아니라 시각 안전도가 높은 발진기를 사용함으로써, 내부 발진기(30)의 시각을 신뢰할 수 있기 때문에 위성항법신호의 추종범위를 제한할 수 있다.
제어부(20)는 GPS 수신부(10)로부터 수신한 위성항법신호와 내부 발진기(30)의 펄스 신호를 읽어 시각오차를 구하고, 과거 누적된 내부 발진기(30)의 누적 제어량에 기초하여 시각정보의 위변조를 탐지한 후 시각정보가 정상상태로 판정된 경우, 시각오차에 따라 내부 발진기(30)가 위성항법신호를 추종하도록 내부 발진기(30)를 제어하고 누적 제어량에 누적하고, 시각정보가 위변조 탐지로 판정된 경우, 누적된 내부 발진기(30)의 누적 제어량이 설정값에 수렴하도록 내부 발진기(30)를 제어하여 시각정보를 회복시킬 수 있다.
여기서, 제어부(20)는 위변조 탐지부(210), 시각 추종부(220) 및 시각 회복부(230)를 포함할 수 있다.
위변조 탐지부(210)는 GPS 수신부(10)로부터 수신한 위성항법신호와 내부 발진기(30)의 펄스 신호를 읽어 시각오차를 구하고, 과거 누적된 내부 발진기(30)의 누적 제어량에 기초하여 시각정보의 위변조를 탐지할 수 있다.
이때 위변조 탐지부(210)는 위성항법신호와 내부 발진기(30)의 펄스 신호의 1pps 신호를 읽어 시각오차를 구할 수 있다.
또한, 위변조 탐지부(210)는 과거 누적된 내부 발진기(30)의 누적 제어량 d(t)에 기초한 위변조 탐지 함수 D(t)가 위변조 탐지 임계값 TD에 도달하는지 확인하여 시각정보의 위변조를 탐지할 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 시각정보의 위변조 탐지를 위한 위변조 탐지 함수 D(t) 의 위변조 탐지 임계값 TD을 0.65ns/s로 정하였을 때, 본 실시예에 따른 추종신호 ra(t)의 변화는 실선으로 확인할 수 있고, 탐지 및 복원 기능이 없을 경우의 이전 추종신호 r(t)는 점선으로 확인할 수 있다.
여기서 위변조 탐지 함수 D(t)는 누적된 내부 발진기(30)의 누적 제어량을 기초로 정의하며, 위성항법신호의 노이즈로 인하여 특정기간 동안의 평균값에 변동이 심할 수 있어, 수학식 1과 같이 300초간의 설정시간 동안 누적된 내부 발진기(30)의 누적 제어량에 대한 Least Square Function의 기울기 값으로 정의할 수 있다.
Figure 112020124321649-pat00001
여기서, d(k)는 내부 발진기의 제어량이다.
시각 추종부(220)는 위변조 탐지부(210)에서 시각정보가 정상상태로 판정된 경우, 시각오차에 따라 내부 발진기(30)가 위성항법신호를 추종하도록 내부 발진기(30)를 제어하고 누적 제어량에 누적할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 종래의 경우에는 r(t)=ssp(t)가 되도록 내부 발진기(30)를 제어하여 위변조된 위성항법신호 ssp(t)를 바로 추종한다. 하지만 본 실시예의 경우에는 ra(t)=ssp(t)가 되도록 내부 발진기(30)를 제어하되 추종 한계값 α인 2ns 범위 내에서 위성항법신호 ssp(t)를 추종한다.
따라서, 갑작스러운 ra(t)를 변경하지 않으면서 외부 위성항법신호의 위변조 가능성을 판단할 수 있게 된다.
즉, 시각 추종부(220)는 내부 발진기(30)가 위성항법신호에 대해 추종 한계값 이하로 추종하도록 내부 발전기(30)를 제어할 때, 시각오차가 추종 한계값 이하인 경우에는 시각오차에 따라 위성항법신호를 추종하도록 내부 발진기(30)를 제어하지만, 시각오차가 추종 한계값을 초과하는 경우 내부 발진기(30)를 추종 한계값 만큼만 추종하도록 내부 발진기(30)를 제어하게 된다.
즉, 매 초마다 계산된 시각오차 o(t)가 추종 한계값 α을 초과할 경우 그 한계값 만큼만 추종하도록 하여 갑작스러운 시각의 변화를 허용하지 않는다.
여기서, ssp(t)는 위변조된 위성항법신호이고, r(t)는 종래 방식에 의한 위성항법신호 추종 신호, ra(t)는 본 실시예에 의한 위성항법신호 추종 신호, o(t)는 위성항법신호와 내부 발진기의 펄스 신호간의 시각오차, d(t)는 누적된 내부 발진기의 누적 제어량, h(t)는 홀드오버(holdover) 모드 진입을 의미한다.
시각 회복부(230)는 위변조 탐지부(210)에서 시각정보가 위변조 탐지로 판정된 경우, 시각 추종부(220)에서 누적된 내부 발진기(30)의 누적 제어량이 설정값에 수렴하도록 내부 발진기(30)를 제어하여 시각정보를 회복시킬 수 있다.
즉, 시각 회복부(230)는 내부 발진기(30)의 누적 제어량에 추종 한계값을 적용하여 반복하여 시각정보를 회복시키면서 0으로 수렴할 경우 시각회복을 종료할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치에 대해 위성항법신호를 위변조하여 노출시킨 실험결과, 위변조가 시작된 t=370초에서 약 110초 후인 t=480초에 위변조 탐지를 성공하여 시간정보를 회복시키고 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 종래의 수신기(GPS Receiver)와 본 실시예에 따른 수신 장치(Anti-spooler)를 비교할 때 위상변이 방지 효과와 전력조류의 방지 효과가 나타는 것을 확인할 수 있다.
즉, 약 800분간 500us의 시각을 위변조 하였을 때 발생하는 결과를 비교한 것으로, 송변전 버스(bus) 2곳의 위상 차와 두 버스를 잇는 선로의 전력조류를 계산한 결과 도 7과 같은 효과를 확인할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치에서는 위변조 시도에도 1% 미만의 오차로 핵심 계측 및 연산 데이터를 유지할 수 있으며, 공격이 유입된지 100여초 만에 위변조를 탐지하여 위험상황을 인식하고 시각정보를 회복시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치에 따르면, 광역 감시 시스템용 계측장비의 운영 환경적 특성을 기반으로 위성항법신호와 내부 발진기의 오차를 분석하여 시각정보의 위변조를 탐지하고 복원함으로써, 시각정보의 위변조로 인한 잘못된 전력그리드의 보호 및 제어 명령을 방지하여 안정적인 전력을 운영할 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치의 제어 방법에서는, 먼저 제어부(20)가 GPS 수신부(10)로부터 수신한 위성항법신호와 내부 발진기(30)의 펄스 신호를 읽어 시각오차를 산출한다(S10).
이때 제어부(20)는 위성항법신호와 내부 발진기(30)의 펄스 신호의 1pps 신호를 읽어 시각오차를 구할 수 있다.
S10 단계에서 시각오차를 산출한 후 제어부(20)는 과거 누적된 내부 발진기(30)의 누적 제어량에 기초하여 시각정보의 위변조를 판단한다(S20).
S20 단계에서 제어부(20)는 과거 누적된 내부 발진기(30)의 누적 제어량 d(t)에 기초한 위변조 탐지 함수 D(t)가 위변조 탐지 임계값 TD에 도달하는지 확인하여 시각정보의 위변조를 탐지할 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 시각정보의 위변조 탐지를 위한 위변조 탐지 함수 D(t) 의 위변조 탐지 임계값 TD을 0.65ns/s로 정하였을 때, 실선으로 표시된 추종신호 ra(t)의 변화에서와 같이 약 300초 시점에서 위변조가 시작된 경우 약 110초 이후인 410초 지점에서 위변조를 탐지할 수 있다.
여기서 위변조 탐지 함수 D(t)는 누적된 내부 발진기(30)의 누적 제어량을 기초로 정의하며, 위성항법신호의 노이즈로 인하여 특정기간 동안의 평균값에 변동이 심할 수 있어, 수학식 2와 같이 300초간의 설정시간 동안 누적된 내부 발진기(30)의 누적 제어량에 대한 Least Square Function의 기울기 값으로 정의할 수 있다.
Figure 112020124321649-pat00002
여기서, d(k)는 내부 발진기의 제어량이다.
S20 단계에서 시각정보의 위변조를 판단하여 정상상태인 경우, 제어부(20)는 시각오차에 따라 내부 발진기(30)가 위성항법신호를 추종하도록 내부 발진기(30)를 제어한다(S30).
여기서, 제어부(20)는 내부 발진기(30)가 위성항법신호에 대해 추종 한계값 이하로 추종하도록 내부 발전기(30)를 제어할 때, 시각오차가 추종 한계값 이하인 경우에는 시각오차에 따라 위성항법신호를 추종하도록 내부 발진기(30)를 제어하지만, 시각오차가 추종 한계값을 초과하는 경우 내부 발진기(30)를 추종 한계값 만큼만 추종하도록 내부 발진기(30)를 제어하게 된다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 매 초마다 계산된 시각오차 o(t)가 추종 한계값 α을 초과할 경우 그 한계값 만큼만 추종하도록 하여 갑작스러운 시각의 변화를 허용하지 않는다.
S30 단계에서 위성항법신호를 추종하도록 내부 발진기(30)를 제어한 후 제어부(20)는 내부 발진기(30)의 제어량을 누적하여 누적 제어량으로 누적한다(S40).
한편, S20 단계에서 시각정보의 위변조를 판단하여 위변조 상태인 경우, 제어부(20)는 누적된 내부 발진기(30)의 누적 제어량이 설정값에 수렴하도록 내부 발진기(30)를 제어하여 시각정보를 회복시킨다(S60).
여기서 제어부(20)는 내부 발진기(30)의 누적 제어량에 추종 한계값을 적용하여 반복하여 시각정보를 회복시키면서 0으로 수렴할 경우 시각회복을 종료한다(S50).
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치의 제어 방법에 따르면, 광역 감시 시스템용 계측장비의 운영 환경적 특성을 기반으로 위성항법신호와 내부 발진기의 오차를 분석하여 시각정보의 위변조를 탐지하고 복원함으로써, 시각정보의 위변조로 인한 잘못된 전력그리드의 보호 및 제어 명령을 방지하여 안정적인 전력을 운영할 수 있도록 한다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : GPS 수신부 20 : 제어부
30 : 내부 발진기 210 : 위변조 탐지부
220 : 시각 추종부 230 : 시각 회복부

Claims (14)

  1. 위성항법신호를 수신하는 GPS 수신부; 및
    상기 GPS 수신부로부터 수신한 상기 위성항법신호와 내부 발진기의 펄스 신호를 읽어 시각오차를 구하고, 과거 누적된 상기 내부 발진기의 누적 제어량에 기초하여 시각정보의 위변조를 탐지한 후 시각정보가 정상상태로 판정된 경우, 상기 시각오차에 따라 상기 내부 발진기가 상기 위성항법신호를 추종하도록 상기 내부 발진기를 제어하고 상기 누적 제어량에 누적하고, 상기 시각정보가 위변조 탐지로 판정된 경우, 누적된 상기 내부 발진기의 누적 제어량이 설정값에 수렴하도록 상기 내부 발진기를 제어하여 상기 시각정보를 회복시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 GPS 수신부로부터 수신한 상기 위성항법신호와 상기 내부 발진기의 펄스 신호를 읽어 상기 시각오차를 구하고, 과거 누적된 상기 내부 발진기의 상기 누적 제어량에 기초하여 상기 시각정보의 위변조를 탐지하는 위변조 탐지부;
    상기 위변조 탐지부에서 상기 시각정보가 정상상태로 판정된 경우, 상기 시각오차에 따라 상기 내부 발진기가 상기 위성항법신호를 추종하도록 상기 내부 발진기를 제어하고 상기 누적 제어량에 누적하는 시각 추종부; 및
    상기 위변조 탐지부에서 상기 시각정보가 위변조 탐지로 판정된 경우, 상기 시각 추종부에서 누적된 상기 내부 발진기의 상기 누적 제어량이 설정값에 수렴하도록 상기 내부 발진기를 제어하여 상기 시각정보를 회복시키는 시각 회복부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 위변조 탐지부는, 상기 위성항법신호와 상기 내부 발진기의 펄스 신호의 1pps 신호를 읽어 상기 시각오차를 구하는 것을 특징으로 하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 위변조 탐지부는, 과거 누적된 상기 내부 발진기의 상기 누적 제어량에 기초한 위변조 탐지 함수가 위변조 탐지 임계값에 도달하는지 확인하여 상기 시각정보의 위변조를 탐지하는 것을 특징으로 하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 위변조 탐지 함수는, 설정시간 동안 누적된 상기 내부 발진기의 상기 누적 제어량에 대한 Least Square Function의 기울기 값으로 정의하는 것을 특징으로 하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 시각 추종부는, 상기 내부 발진기가 상기 위성항법신호에 대해 추종 한계값 이하로 추종하도록 상기 내부 발진기를 제어하는 것을 특징으로 하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 시각 추종부는, 상기 시각오차가 추종 한계값 이하인 경우 상기 시각오차에 따라 상기 위성항법신호를 추종하도록 상기 내부 발진기를 제어하고, 상기 시각오차가 상기 추종 한계값을 초과하는 경우 상기 내부 발진기를 상기 추종 한계값 만큼만 추종하도록 상기 내부 발진기를 제어하는 것을 특징으로 하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치.
  8. 제 2항에 있어서, 상기 시각 회복부는, 상기 내부 발진기의 상기 누적 제어량에 추종 한계값을 적용하여 0으로 수렴할 경우 시각회복을 종료하는 것을 특징으로 하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치.
  9. 제어부가 GPS 수신부로부터 수신한 위성항법신호와 내부 발진기의 펄스 신호를 읽어 시각오차를 구하는 단계;
    상기 제어부가 과거 누적된 상기 내부 발진기의 누적 제어량에 기초하여 시각정보의 위변조를 판단하는 단계;
    상기 제어부가 상기 시각정보의 위변조를 판단하여 정상상태인 경우, 상기 시각오차에 따라 상기 내부 발진기가 상기 위성항법신호를 추종하도록 상기 내부 발진기를 제어하고 상기 누적 제어량에 누적하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 시각정보의 위변조를 판단하여 위변조 상태인 경우, 누적된 상기 내부 발진기의 상기 누적 제어량이 설정값에 수렴하도록 상기 내부 발진기를 제어하여 상기 시각정보를 회복시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치의 제어 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 시각오차를 구하는 단계는, 상기 제어부가 상기 위성항법신호와 상기 내부 발진기의 펄스 신호의 1pps 신호를 읽어 상기 시각오차를 구하는 것을 특징으로 하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치의 제어 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 시각정보의 위변조를 판단하는 단계는, 상기 제어부가 과거 누적된 상기 내부 발진기의 상기 누적 제어량에 기초한 위변조 탐지 함수가 위변조 탐지 임계값에 도달하는지 확인하여 상기 시각정보의 위변조를 탐지하는 것을 특징으로 하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치의 제어 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 위변조 탐지 함수는, 설정시간 동안 누적된 상기 내부 발진기의 상기 누적 제어량에 대한 Least Square Function의 기울기 값으로 정의하는 것을 특징으로 하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치의 제어 방법.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 내부 발진기를 제어하고 상기 누적 제어량에 누적하는 단계는,
    상기 시각오차가 추종 한계값 이하인 경우, 상기 제어부가 상기 시각오차에 따라 상기 위성항법신호를 추종하도록 상기 내부 발진기를 제어하는 단계; 및
    상기 시각오차가 상기 추종 한계값을 초과하는 경우, 상기 제어부가 상기 내부 발진기를 상기 추종 한계값 만큼만 추종하도록 상기 내부 발진기를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치의 제어 방법.
  14. 제 9항에 있어서, 상기 시각정보를 회복시키는 단계는, 상기 제어부가 상기 내부 발진기의 상기 누적 제어량에 추종 한계값을 적용하여 0으로 수렴할 경우 시각회복을 종료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광역 감시 시스템용 위성항법신호 수신 장치의 제어 방법.
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