KR20100051192A - Method for mitigating anti-jam and multipath interference signal in a global navigation satellite receiver - Google Patents
Method for mitigating anti-jam and multipath interference signal in a global navigation satellite receiver Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100051192A KR20100051192A KR1020080110225A KR20080110225A KR20100051192A KR 20100051192 A KR20100051192 A KR 20100051192A KR 1020080110225 A KR1020080110225 A KR 1020080110225A KR 20080110225 A KR20080110225 A KR 20080110225A KR 20100051192 A KR20100051192 A KR 20100051192A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- signal
- multipath interference
- interference signal
- gps
- jamming
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/13—Receivers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/13—Receivers
- G01S19/21—Interference related issues ; Issues related to cross-correlation, spoofing or other methods of denial of service
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/36—Means for anti-jamming, e.g. ECCM, i.e. electronic counter-counter measures
Abstract
Description
본 발명은 위성으로부터 위치 정보를 수신하는 위성항법 수신 장치에 관한 것으로서, 특히 본 발명은 다중 안테나를 갖는 위성항법시스템(Global Navigation Satellite System, 이하 GNSS라 한다) 수신기에서 부분 공간 투영(subspace projection)을 이용하여 전파방해신호와 다중경로 간섭신호를 제거하는데 적합한 위성항법 수신 장치에서 전파방해신호 및 다중경로 간섭신호 제거 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 GNSS는 비행기, 선박, 자동차를 포함하여 세계 어느 곳에서든지 인공위성을 이용하여 현재의 위치 및 속도, 시간을 정확하게 측정할 수 있는 서비스를 제공하는 시스템이다. GNSS 수신기는 적어도 3개 이상(예컨대, 4개)의 인공위성으로부터 수신된 신호를 이용하여 현재의 위치를 결정하게 된다. 그중에서 Global Positioning System(이하 GPS라 한다)은 미국에서 개발된 위성항법시스템을 일컫는다. GPS는 처음 군사적인 목적으로 개발되었으나 현재는 일반에게 공개되어 여러 가지 위치 정보와 연관된 서비스를 제공하고 있다.In general, GNSS is a system that provides a service that can accurately measure the current position, speed, and time using satellites anywhere in the world, including airplanes, ships, and cars. The GNSS receiver will determine the current position using signals received from at least three (eg four) satellites. Among them, Global Positioning System (hereinafter referred to as GPS) refers to a satellite navigation system developed in the United States. GPS was first developed for military purposes, but is now open to the public to provide services related to various location information.
GPS를 이용한 서비스 모델에서 가장 큰 장애는 GPS 신호가 외부의 전파방해신호와 자신의 다중경로 간섭신호에 매우 취약하여 수신기에서 인공위성의 GPS 신호를 정확히 수신하기가 쉽지 않다는 것이다. GPS 신호는 외부 전파방해신호에 대응하기 위하여 대역확산(spread spectrum)을 이용하고 있으며, 이는 일정 수준의 전파방해신호로부터 원 신호를 보호하고 있다.The biggest obstacle in the service model using GPS is that GPS signals are very vulnerable to external interference signals and their multipath interference signals, so it is not easy to receive satellite GPS signals accurately from the receiver. GPS signals use spread spectrum to cope with external jamming signals, which protect the original signals from a certain level of jamming signals.
상기한 바와 같이 동작하는 종래 기술에 의한 위성항법 수신 장치 중 GPS 방식에 있어서는, 전파방해신호의 크기가 GPS에서 사용하는 대역 확산 C/A code(Coarse Acquisition code)의 이득인 30dB 이상을 넘어서게 되면 수신기에서의 정확한 정보 수신이 어렵게 된다. 따라서 GPS 수신기는 인공위성으로부터 오는 신호를 전파방해신호로부터 효과적으로 복구할 수 있어야만 한다. 전파방해신호 이외에 다중경로 간섭신호 또한 정확한 신호 수신에 어려움을 주는 요소로써 다중경로 간섭신호는 수신기 주변의 여러 지형물에 GPS 신호가 반사되어 원 신호와 일정 시간의 간격을 두고 수신기에 들어옴으로써 발생한다. 이러한 전파방해신호 및 다중경로 간섭신호는 GPS 수신기의 정확한 동작을 방해하는 요소이나 이에 대한 별다른 해소방안이 없었다.In the GPS system of the prior art satellite navigation receiver operating as described above, when the magnitude of the jamming signal exceeds 30dB, which is the gain of the spread spectrum code used in GPS, the receiver It is difficult to receive accurate information from. Therefore, the GPS receiver must be able to effectively recover signals from satellites from jamming signals. In addition to radio interference signals, multipath interference signals also cause difficulty in receiving accurate signals. Multipath interference signals are generated when GPS signals are reflected on various terrains around the receiver and enter the receiver at a certain time interval from the original signal. . These jamming signals and multipath interference signals prevent the GPS receiver from operating correctly, but there is no solution for this.
이에 본 발명은, 위성항법시스템 수신기를 이용한 위치 정보 관련 서비스 이용 시 전파방해신호와 다중경로 간섭신호를 효과적으로 제거할 수 있는 위성항법 수신 장치에서 전파방해신호 및 다중경로 간섭신호 제거 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a method for removing a radio interference signal and a multipath interference signal in a satellite navigation receiver capable of effectively removing a radio interference signal and a multipath interference signal when using a location information related service using a satellite navigation system receiver.
또한 본 발명은, 다중 안테나를 갖는 위성항법시스템 수신기를 통하여 위치 정보 관련 서비스 이용 시 부분 공간 투영(subspace projection) 및 빔포밍(Beamforming)을 이용하여 전파방해신호와 다중경로 간섭신호를 효과적으로 제거할 수 있는 위성항법 수신 장치에서 전파방해신호 및 다중경로 간섭신호 제거 방법을 제공한다.In addition, the present invention, through the satellite navigation system receiver having a multi-antenna can effectively remove the jamming signal and the multipath interference signal by using subspace projection and beamforming when using the location information related service The present invention provides a method for removing radio interference signals and multipath interference signals in a satellite navigation receiver.
본 발명의 일 실시예 방법은, 적어도 두개의 인공위성으로부터 위성항법시스템(GNSS) 신호를 수신한 GNSS 수신장치에서 수신된 신호를 전파방해신호가 존재하지 않는 부분 공간으로 투영하여 상기 전파방해신호를 제거하는 과정과, 상기 전파방해신호가 제거된 GNSS 수신 신호를 다중경로 간섭신호가 존재하지 않는 부분 공간으로 투영하여 상기 다중경로 간섭신호를 제거하는 과정을 포함한다.According to one embodiment of the present invention, a signal received by a GNSS receiver that receives a satellite navigation system (GNSS) signal from at least two satellites is projected to a subspace in which a jammer signal does not exist to remove the jammer signal. And removing the multipath interference signal by projecting the GNSS received signal from which the radio interference signal has been removed to a partial space in which the multipath interference signal does not exist.
본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.In the present invention, the effects obtained by the representative ones of the disclosed inventions will be briefly described as follows.
본 발명은, 다중 안테나를 가지는 GNSS 수신기를 통하여 전파방해신호와 다중경로 간섭신호를 효과적으로 제거하고 수신신호를 최대 신호 대 잡음비를 갖는 측위 신호로 변환할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of effectively removing the jamming signal and the multipath interference signal through the GNSS receiver having a multi-antenna and convert the received signal into a positioning signal having a maximum signal-to-noise ratio.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, the operating principle of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intentions or customs of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
본 발명은 다중 안테나를 갖는 위성항법시스템 수신기를 통하여 위치 정보 관련 서비스 이용 시 부분 공간 투영(subspace projection) 및 빔포밍(Beamforming)을 이용하여 전파방해신호와 다중경로 간섭신호를 효과적으로 제거하는 것이다.The present invention effectively removes radio interference signals and multipath interference signals using subspace projection and beamforming when using location information related services through a satellite navigation system receiver having multiple antennas.
즉, 위성항법시스템 수신기로 수신된 신호는 첫 번째로 전파방해신호가 존재 하지 않는 공간으로 투영되고 이렇게 전파방해신호가 제거된 신호는 다시 한번 다중경로 간섭신호가 존재하지 않는 공간으로 투영된다. 두 번의 부분 공간 사용으로 전파방해신호와 다중경로 간섭신호가 제거된 신호는 빔포밍을 통하여 최대 신호 대 잡음비를 갖는 효과적인 측위 신호로 변환된다.That is, the signal received by the satellite navigation system receiver is first projected into the space where no jamming signal exists, and the signal from which the jamming signal is removed is projected into the space where the multipath interference signal does not exist once again. The signal from which the jammer signal and the multipath interference signal are removed by using two subspaces is converted into an effective positioning signal having the maximum signal-to-noise ratio through beamforming.
한편, 위성항법시스템 수신기로서, GPS 수신기에 대해 설명할 것이나, 본 발명은 GPS 수신기에 한정되지 않으면, 인공위성으로부터 수신된 신호를 토대로 위치 연동 서비스를 제공할 수 있는 모든 위성 항법 시스템에 적용가능 함은 물론이다.Meanwhile, as a satellite navigation system receiver, a GPS receiver will be described. However, the present invention is not limited to a GPS receiver, but the present invention is applicable to all satellite navigation systems capable of providing a location interlocking service based on a signal received from a satellite. Of course.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전파방해신호 및 다중경로 간섭신호의 제거 절차를 도시한 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a procedure of removing a radio interference signal and a multipath interference signal according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 100단계에서 다수개의 인공위성으로부터 GPS 신호를 수신한 GPS 수신기에서는 먼저 GPS 수신신호를 전파방해신호가 존재하지 않는 부분 공간으로 투영하여 전파방해신호를 제거하고, 102단계에서 전파방해신호가 제거된 GPS 신호를 다중경로 간섭신호가 존재하지 않는 부분 공간으로 투영하여 다중경로 간섭신호를 제거하게 된다. 이와 같이 100단계 및 102단계의 부분 공간 투영을 통해 효과적으로 전파방해신호와 다중경로 간섭신호를 제거하고, 104단계에서 GPS 수신신호를 최대 신호 대 잡음비를 갖는 측위 신호로 변환하여 인공위성으로부터 전달된 GPS 수신 신호를 정확하게 획득할 수 있도록 구현한다.Referring to FIG. 1, in a GPS receiver receiving GPS signals from a plurality of satellites in
이에 구체적으로 GPS 수신기는 M개의 공간 배열 안테나로 구성되어 있다. 안테나 배열로 들어오는 신호는 GPS신호, 다중경로 간섭신호 그리고 전파방해신호로 구성되어 있다. 안테나에 수신된 신호는 칩 간격으로 샘플링 된 기저대역 신호의 형태로 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.Specifically, the GPS receiver is composed of M spatial array antennas. The signal coming into the antenna array consists of GPS signal, multipath interference signal and jamming signal. The signal received by the antenna may be represented by
이 때, 는 나이퀴스트 샘플링 간격(Nyquist sampling interval), 는 다중경로 간섭신호의 개수, 는 번째 다중경로 간섭신호의 신호 요소, 는 번째 다중경로 간섭신호의 C/A-code 샘플, 는 번째 다중경로 간섭신호의 C/A-code 샘플의 시간지연, 는 번째 다중경로 간섭신호의 공간 표지(spatial signature), 은 전파방해신호의 개수, 는 번째 전파방해신호, 는 번째 전파방해신호의 공간 표지(spatial signature), 는 백색 가우시안 잡음(AWGN) 벡터를 나타낸다.At this time, Is the Nyquist sampling interval, Is the number of multipath interference signals, Is Signal element of the first multipath interference signal, Is C / A-code sample of the first multipath interference signal, Is Time delay of the C / A-code samples of the first multipath interference signal, Is Spatial signature of the first multipath interference signal, Is the number of jammer signals, Is Th jamming signal, Is Spatial signature of the first jamming signal, Denotes a white Gaussian noise (AWGN) vector.
여러 개의 인공위성으로부터 오는 신호는 C/A-code의 교차-상관관계(cross-correlation) 특성 때문에 쉽게 구별 되므로 위의 <수학식 1>에서는 하나의 인공위성의 신호만을 가정하고 있다. 각 변수의 아래첨자 중 '0'은 인공위성에서 수신기로 직접 전달되는 신호 성분을 나타낸다. 따라서 안테나 배열로 직접 전달되는 신호를 아래 <수학식2>과 같은 벡터 식으로 나타내면,Since signals from multiple satellites are easily distinguished due to the cross-correlation characteristics of C / A-code,
<수학식 1>은 다음과 같은 벡터 식으로 나타낼 수 있다. <
이 때, 은 개의 다중경로 간섭신호의 성분을 나타내며 는 전파방해신호의 성분을 나타낸다. 및 각각의 신호 성분에 대한 식은 다시 아래의 <수학식4>와 같이 나타낼 수 있다.At this time, silver Components of the multipath interference signal Denotes the component of the jamming signal. And The equation for each signal component may be expressed as in Equation 4 below.
GPS 신호와 전파방해신호, 노이즈가 서로 독립적이라는 가정 아래 수신된 신호의 공분산 행렬은 아래와 같이 나타낼 수 있다.Under the assumption that the GPS signal, the jammer signal, and the noise are independent of each other, the covariance matrix of the received signal can be expressed as follows.
이 때, 는 기대값을 나타내고 는 복소수 벡터의 공액전치(conjugate transpose)를 의미하며, , , 는 각각 GPS 신호와 전파방해신호, 노이즈의 공분산 행렬을 의미한다. 각각의 공분산 행렬을 살펴보면,At this time, Indicates the expected value Is the conjugate transpose of a complex vector, , , Denotes the covariance matrix of the GPS signal, the jammer signal, and the noise, respectively. Looking at each covariance matrix,
상기 <수학식 6> 내지 <수학식 8>과 같이 나타낼 수 있다. 이 때, 는 MxM 단위행렬을 의미한다.Equations 6 to 8 may be represented. At this time, Means MxM unit matrix.
부분 공간 투영(subspace projection)에 의한 전파방해신호 제거 기술은 GPS 신호가 노이즈와 전파방해신호에 비해 상대적으로 매우 낮은 신호 크기(일반적으로 AWGN에 비해 20dB에서 30dB 낮은 위치에 있다)를 가지고 있음에 기초한다. 따라서 수신기에 수신된 신호의 거의 대부분은 전파방해신호로 구성되어 있음을 알 수 있다. 이런 경우 공분산행렬 는 다음과 같이 근사화 된다.Jamming cancellation by subspace projection is based on the fact that the GPS signal has a relatively very low signal size (typically 20 to 30 dB lower than AWGN) compared to noise and jamming. do. Therefore, it can be seen that almost all of the signals received by the receiver are composed of jamming signals. In this case, the covariance matrix Is approximated as
에 대한 특이값 분해(SVD:singular value decomposition)를 통하여 우리는 효과적으로 수신된 신호를 <수학식10>과 같이 2개의 부분 공간(subspace)으로 분리 할 수 있다. Through singular value decomposition (SVD), we can effectively separate the received signal into two subspaces as shown in Equation 10.
이때, 로서, 가장 큰 개의 고유값(eigenvalue)으로 구성된 LxL 대각 행렬이다. 는 가장 큰 개의 고유값(eigenvalue)과 대응하는 고유벡터(eigenvector) 열들로 구성된 행렬이며 이 행렬은 전파방해신호의 부분 공간을 나타낸다. 로서, 나머지 고유값들(eigenvalues)로 구성되며 이 때, 각각의 값은 과 같다고 가정한다. 그리고 는 의 각각의 고유값들(eigenvalues)에 대응하는 고유값(eigenvalue) 열들로 구성된 행렬이며, 이 행렬은 노이즈 부분 공간 을 나타낸다. 전파방해신호의 부분 공간이 위와 같은 방식으로 표현될 때, 노이즈 부분 공간은 아래 <수학식11>로 표현되는 전파방해신호 부분 공간의 직교 투영 매트릭스(orthogonal projection matrix)를 통해 얻을 수 있다.At this time, As, the largest L x L diagonal matrix of eigenvalues. Is the biggest Of eigenvalues and corresponding eigenvector columns Matrix, which represents the subspace of the jamming signal. As the rest Consisting of eigenvalues, where each value is Assume that And Is Consists of columns of eigenvalues corresponding to the respective eigenvalues of Matrix, which represents the noise subspace. When the subspace of the jammer is represented in the above manner, the noise subspace may be obtained through an orthogonal projection matrix of the jammer subspace represented by Equation 11 below.
이 때, 은 역행렬을 나타낸다. 따라서 의 열은 노이즈 부분 공간(subspace)을 나타낸다. 수신된 신호 을 아래와 같이 에 투영(projection) 시킴으로써, 하기 <수학식 12>와 같이 GPS 성분과 노이즈 성분으로만 구성된 신호를 얻을 수 있다.At this time, Represents an inverse matrix. therefore The column of denotes the noise subspace. Received signal As below By projecting onto the Equation 12, only the GPS component and the noise component are formed as shown in Equation 12. You can get a signal.
상기와 같이 전파방해신호를 투영(projection) 시키기 위해서는 수신된 신호의 특이값 분해(SVD)를 통하여 전파방해신호 성분의 방향 성분을 얻을 수 있다. 이는 전파방해신호의 공간 표지(spatial signature)가 전파방해신호의 부분 공간(subspace)을 나타내며 실제 수신된 신호에서 전파방해신호의 공간 표지(spatial signature)를 알아내기는 어려운 작업이므로, GPS 수신기에선 전파방해신호의 수신방향을 알 수 없다는 가정에서 출발한다. 다중경로 간섭신호의 경우 여러 지형에 반사된 신호로 지평선에 수평인 방향에서 들어오는 반면 인공위성 신호는 그에 비해 지평선에 수직인 방향으로 들어온다는 것을 알 수 있다.As described above, in order to project the jamming signal, the direction component of the jamming signal component may be obtained through singular value decomposition (SVD) of the received signal. This is because the spatial signature of the jamming signal represents the subspace of the jamming signal, and it is difficult to find the spatial signature of the jamming signal from the actual received signal. Start with the assumption that the direction of signal reception is unknown. In the case of the multipath interference signal, it is reflected from various terrains and enters in a direction horizontal to the horizon, whereas the satellite signal enters in a direction perpendicular to the horizon.
따라서 지평선 부근에서 들어오는 신호의 방향을 , 로 나타내고 이 방향성분은 어떤 임의의 각 를 나타내는 것으로 정의한다. 를 각 방향의 공간 표지(spatial signature)로 구성된 행렬로 나타내면 이 때, 라고 가정하며, 각각의 공간 표지(spatial signature)는 선형적으로 독립이며, 다중경로 간섭신호의 범위로서 설정되는 것이다. 을 다중경로신호에 직교(orthogonal)한 부분 공간에 투영시키기 전에 는 이미 이전의 부분 공간 투영(subspace projection)을 통해 전파방해신호의 수신 방향이 제거된 신호임을 고려해야 한다.Therefore, the direction of the incoming signal near the horizon , This aromatic component represents any arbitrary angle It is defined as representing. Consists of a spatial signature in each direction In matrix, at this time, Each spatial signature is linearly independent and is set as a range of multipath interference signals. Before projecting into a subspace orthogonal to the multipath signal Consider that the signal reception direction of the jamming signal has already been removed through the previous subspace projection.
수신기의 안테나 배열은 통해 들어온 신호는 모두 동일한 방향 성분으로 구성된다. 따라서 전파방해신호의 방향성분이 제거된 신호에 다시 전파방해신호의 성분이 남아 있는 다중경로 간섭신호의 직교 투영 매트릭스(orthogonal projection matrix)를 바로 적용할 수는 없는 일이다.In the antenna array of the receiver, all incoming signals are composed of the same direction component. Therefore, the orthogonal projection matrix of the multipath interference signal in which the component of the interference signal remains again cannot be directly applied to the signal from which the direction component of the interference signal is removed.
따라서 도 2에 도시한 다중경로 간섭신호에 대한 공간 표지 행렬의 투영도와 같이 과 동일한 공간 성분을 갖는 다중경로 간섭신호의 직교 투영 매트릭스(orthogonal projection matrix)를 얻기 위해 하기 <수학식 13>과 같이 를 전파방해신호의 직교 투영 매트릭스(orthogonal projection matrix) 에 먼저 투영(projection) 시킬 필요가 있다.Therefore, as shown in the projection of the spatial marker matrix for the multipath interference signal shown in FIG. In order to obtain an orthogonal projection matrix of a multipath interference signal having the same spatial component as Is an orthogonal projection matrix of jamming signals Needs to be projected first.
이 과정을 거쳐 은 과 동일한 방향성분으로 구성되고 는 행렬의 계수(rank)이며 은 특이값 분해(SVD)를 통해 아래와 같은 식으로 분리 할 수 있다.Through this process silver Consists of the same aromatic components as Is Rank of the matrix Can be separated by singular value decomposition (SVD)
이 때, 와 는 각 각 와 의 크기를 갖는 단일(unitary) 행렬이며, 하기 <수학식15>는 의 고유값들(eigenvalues)로 각각의 고유값들(eigenvalues)의 크기는 와 같다.At this time, Wow Is each Wow It is a unitary matrix having a size of and Equation 15 is The eigenvalues of are the magnitude of each eigenvalues Same as
를 의 처음 개만큼의 열로 구성된 행렬이라 하면, 는 전파방해신호가 존재하지 않는 공간에서의 다중경로 간섭신호의 부분 공간(subspace)을 나타낸다. 다중경로 간섭신호가 제거된 공간은 다음의 <수학식 6>과 같은 다중경로 간섭신호의 직교 투영 매트릭스(orthogonal projection matrix)를 통하여 구할 수 있다. To Beginning of A matrix of as many columns as Denotes a subspace of a multipath interference signal in a space where no radio interference signal exists. The space from which the multipath interference signal is removed can be obtained through an orthogonal projection matrix of the multipath interference signal as shown in Equation 6 below.
따라서 의 열은 다중경로 간섭신호가 제거된 부분 공간(subspace)을 나타내고, 을 아래와 같이 에 투영(projection) 시킴으로써 GPS 신호와 노이즈로만 구성된 신호 를 얻을 수 있다.therefore Column represents the subspace from which the multipath interference signal has been removed, As below A signal consisting only of GPS signals and noise by projecting onto Can be obtained.
부분 공간 투영(Subspace projection)에 의한 전파방해신호와 다중경로 간섭신호의 제거 후에도 GPS 신호는 여전히 노이즈 보다 상대적으로 작은 크기를 갖고 있다. 따라서 수신기에서 인공위성신호의 정확한 획득을 위해서 최대 신호 대 잡음비를 얻어야 할 필요가 있으므로, 이를 위해 최대 신호 대 잡음비를 가지는 필터를 구성하여 GPS 신호의 신호 대 잡음비를 증가시키게 된다. 를 크기의 필터 가중치 벡터(weight vector)라고 하면 필터의 출력 은 아래와 같은 <수학식 18>로 나타낼 수 있다.Even after the removal of the jamming signal and the multipath interference signal by the subspace projection, the GPS signal is still smaller than the noise. Therefore, it is necessary to obtain the maximum signal-to-noise ratio in order to accurately acquire the satellite signal in the receiver. Thus, by configuring a filter having the maximum signal-to-noise ratio, the signal-to-noise ratio of the GPS signal is increased. To Speaking of the filter weight vector of magnitude, the output of the filter Can be represented by Equation 18 as shown below.
이 때 필터 가중치 벡터(weight vector) 는 다음과 같이 결정된다.Filter weight vector Is determined as follows.
<수학식 19>는 최대 신호 대 잡음비를 위한 가중치 벡터(weight vector)를 얻기 위해서는 수신기에서 GPS 신호의 상관(correlation) 행렬 를 알아야 한다는 것을 보여준다. 하지만 GPS 수신기에서 GPS 신호의 상관 행렬을 알기는 어려운 일이며, GPS 수신기에서 GPS 신호에 대한 상관 행렬을 알 수 없다면, 가중치 벡터를 구하기 위해 최대 신호 대 잡음비에 대해 다른 방법으로 접근이 필요하다. 한 편, <수학식 17>에서 가 GPS 신호 성분과 노이즈 성분만으로 구성되어 있음을 알 수 있다. GPS 신호가 노이즈 성분에 비해 상대적으로 약하기 때문에 GPS 수신기에서 2번의 투영(projection) 후 출력되는 신호는 거의 대부분 노이즈 성분으로 구성된 신호이다. 이에 <수학식 19>에 을 적용하면 아래와 같은 <수학식 20>이 산출된다.Equation (19) is a correlation matrix of GPS signals at the receiver to obtain a weight vector for the maximum signal-to-noise ratio. Show that you need to know However, it is difficult to know the correlation matrix of the GPS signal at the GPS receiver, and if the correlation matrix of the GPS signal is not known at the GPS receiver, another approach to the maximum signal-to-noise ratio is required to obtain the weight vector. On the other hand, in <Equation 17> It can be seen that is composed of GPS signal component and noise component only. Since the GPS signal is relatively weak compared to the noise component, the signal output after the two projections from the GPS receiver is mostly composed of the noise component. In Equation 19 Applying Eq. (20) yields:
<수학식 20>은 을 적용한 후의 최대 신호 대 잡음비 식이 처음 최대의 비율을 얻기 원했던 아래 <수학식 21>과 동일한 결과를 가져온다는 것을 확인 할 수 있다.Equation 20 is It can be seen that the maximum signal-to-noise ratio equation after applying the results is the same as in Equation 21 below.
따라서 상기 <수학식 21>을 최대로 만드는 가중치 벡터 를 구하는 것은 하기 <수학식 22>에서 최대 신호 대 잡음비를 위한 를 구하는 것과 동일하다.Therefore, the weight vector that maximizes Equation 21 To obtain the maximum signal-to-noise ratio in Equation 22 below. Is equivalent to finding.
이를 통해, 아래와 같이 <수학식 23>의 방법으로 최대 신호 대 잡음비를 위한 를 구할 수 있다.Through this method, the maximum signal-to-noise ratio Can be obtained.
상기 <수학식23>에서의 는 하기 <수학식 24>와 같은 일반적인 고유값 문제(eigenvalue problem)로 얻을 수 있다.In Equation 23, Can be obtained as a general eigenvalue problem as shown in Equation (24).
이 때, 는 최대의 신호 대 잡음비를 얻기 위한 고유값(eigenvalue)이다.At this time, Is an eigenvalue to obtain the maximum signal-to-noise ratio.
한편, 도 3 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제안하는 기법에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 시뮬레이션을 위해 GPS 수신기에 장착되는 각 안테나의 간격이 파장의 1/2 만큼 떨어진 7개의 안테나로 구성된 선형 배열 안테나로 가정한 다. 이에 첫 번째 시뮬레이션에서 전파방해신호의 제거를 수행하였다. 두 개의 전파방해신호가 각각 30°와 60°의 방향에서 SIR = -30 dB의 크기로 들어온다고 가정하며, 이 때 노이즈의 크기는 SNR = -20 dB로 가정한 상태에서 전파방해신호를 제거하였다.On the other hand, Figures 3 to 7 show the simulation results by the proposed technique according to an embodiment of the present invention. For the simulation, it is assumed that each antenna mounted in the GPS receiver is a linear array antenna composed of seven antennas separated by 1/2 of the wavelength. In this first simulation, the jamming signal was removed. It is assumed that two jamming signals enter SIR = -30 dB in the directions of 30 ° and 60 °, respectively, and the noise is removed with SNR = -20 dB. .
두 번째 시뮬레이션에서는 전파방해 신호가 존재하는 상황에서 다중경로 간섭신호의 제거를 수행하였다. GPS 신호는 10°의 방향으로 들어온다고 가정하고, 하나의 다중경로 간섭신호가 320°의 방향에서 들어오며 두 개의 전파방해신호가 각각 30°와 60°의 방향에서 들어오는 상화에서 신호의 크기를 첫 번째 단계와 동일한 조건으로 수행하였다.In the second simulation, multipath interference signals were removed in the presence of jamming signals. Assuming that the GPS signal is coming in the direction of 10 °, one multipath interference signal is coming in the direction of 320 °, and two jamming signals are introduced in the direction of 30 ° and 60 ° respectively. It was carried out under the same conditions as the first step.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전파방해신호가 존재하는 GPS 수신 신호를 도시한 그래프로서, 도 3은 전파방해신호가 제거되지 않은 GPS 수신신호의 자동 상관(autocorrelation)을 보여주고 있다. 즉, 도 3의 그래프는 전파방해신호의 제거가 없을 경우에는 GPS 수신기에서 GPS C/A-code의 동기화가 어려우므로 정확한 GPS 정보를 획득할 수 없게 된다.FIG. 3 is a graph illustrating a GPS reception signal in which a jammer signal exists according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 illustrates autocorrelation of a GPS reception signal in which a jammer signal is not removed. That is, in the graph of FIG. 3, it is difficult to synchronize GPS C / A-code in the GPS receiver when there is no removal of the jammer signal, so that accurate GPS information cannot be obtained.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 전파방해신호의 제거가 진행된 GPS 수신 신호를 도시한 그래프로서, 부분공간 투영을 통하여 전파방해신호를 제거한 후 GPS 수신기에서의 자동 상관 그래프를 나타내고 있다. 부분 공간 투영을 통하여 효과적으로 전파방해신호가 제거되는 것은 GPS 수신기에서 동기화가 이루어 졌음을 나타낸다. FIG. 4 is a graph illustrating a GPS reception signal in which a radio wave interference signal has been removed according to an embodiment of the present invention, and shows an autocorrelation graph in a GPS receiver after the radio wave interference signal is removed through subspace projection. Effective subtraction of the jamming signal through subspace projection indicates that the GPS receiver is synchronized.
하지만 도 4의 그래프를 통해 알 수 있는 바와 같이 아직도 노이즈 성분이 남아 있으며, GPS 신호 성분은 노이즈 성분에 비해 상대적으로 작은 크기를 가지고 있으므로 보다 정확한 GPS 정보의 획득을 위해서는 최대 신호 대 잡음비를 얻기 위한 빔포밍(beamforming) 과정이 필요하다. However, as can be seen from the graph of FIG. 4, the noise component still remains, and the GPS signal component has a relatively small size compared to the noise component, so that the beam for obtaining the maximum signal-to-noise ratio in order to obtain more accurate GPS information. Forming (beamforming) process is required.
최대 신호 대 잡음비를 얻기 위한 빔포밍 후 GPS 수신기의 최종 출력 신호의 자동 상관 그래프는 도 5와 같이 나타난다. 이는 GPS 수신기에서 전파방해신호와 노이즈가 제거된 신호의 동기화가 이루어졌음을 확인 할 수 있다.An autocorrelation graph of the final output signal of the GPS receiver after beamforming to obtain the maximum signal to noise ratio is shown in FIG. 5. This can confirm that the jamming signal and the signal from which the noise is removed from the GPS receiver is synchronized.
도 6 내지 도 7은 다중경로 간섭신호가 GPS 수신기에 들어오는 경우 다중경로 간섭신호를 제거한 상태와 제거하지 않은 상태에서의 빔 패턴을 보여준다. 다중경로 간섭신호의 제거가 이루지지 않은 경우의 빔 패턴은 도 6에 도시한 바와 같이 GPS 신호 방향(600)과 다중경로 간섭신호 방향(602)으로 각각의 빔이 형성되는 것을 확인 할 수 있다. 하지만 다중경로 간섭신호에 대한 투영 알고리즘이 진행된 후의 빔 패턴은 도 7에 도시한 바와 같이 GPS 신호 방향(700)으로만 높은 이득으로 빔이 형성되는 것을 확인 할 수 있으며, 이는 효과적으로 다중경로 간섭신호가 제거되었음을 나타낸다.6 to 7 show beam patterns with and without the multipath interference signal when the multipath interference signal enters the GPS receiver. As shown in FIG. 6, when the multipath interference signal is not removed, it may be confirmed that each beam is formed in the
또한 도 6 내지 도 7의 각 도면에서 전파방해신호의 방향인 30°와 60°에 대해서 널링(Nulling)이 이루어 졌음을 확인 할 수 있고 이는 간접적으로 GPS 수신기에서 전파방해신호 또한 제거되었음을 나타낸다.In addition, in each of FIGS. 6 to 7, it can be confirmed that nulling is performed for 30 ° and 60 °, which are directions of the jamming signal, which indirectly indicates that the jamming signal is also removed from the GPS receiver.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 다중 안테나를 갖는 위성항법시스템 수신기를 통하여 위치 정보 관련 서비스 이용 시 부분 공간 투영(subspace projection) 및 빔포밍(Beamforming)을 이용하여 전파방해신호와 다중경로 간섭신호를 효과적으 로 제거한다.As described above, the present invention effectively utilizes the interference signal and the multipath interference signal by using subspace projection and beamforming when using the location information related service through the satellite navigation system receiver having the multiple antennas. Remove with.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of various modifications within the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by those equivalent to the scope of the claims.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전파방해신호 및 다중경로 간섭신호의 제거 절차를 도시한 흐름도,1 is a flowchart illustrating a procedure for removing a jammer signal and a multipath interference signal according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중경로 간섭신호에 대한 공간 표지 행렬의 투영도를 도시한 도면, 2 is a diagram illustrating a projection diagram of a spatial marker matrix for a multipath interference signal according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전파방해신호가 존재하는 GPS 수신 신호를 도시한 그래프,3 is a graph illustrating a GPS received signal in which a radio wave interference signal is present according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 전파방해신호의 제거가 진행된 GPS 수신 신호를 도시한 그래프,4 is a graph illustrating a GPS received signal in which radio wave interference signal is removed according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 전파방해신호의 제거와 빔포밍을 거친 후의 GPS 수신 신호를 도시한 그래프,FIG. 5 is a graph illustrating a GPS received signal after removing a radio interference signal and performing beamforming according to an embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중경로 간섭신호가 존재하는 상황에서의 빔 패턴을 도시한 도면, 6 is a diagram illustrating a beam pattern in a situation where a multipath interference signal exists according to an embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중경로 간섭신호가 존재하는 상황에서 다중경로 간섭신호가 제거된 경우의 빔 패턴을 도시한 도면,7 is a diagram illustrating a beam pattern when a multipath interference signal is removed in a situation where a multipath interference signal is present according to an embodiment of the present invention;
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080110225A KR20100051192A (en) | 2008-11-07 | 2008-11-07 | Method for mitigating anti-jam and multipath interference signal in a global navigation satellite receiver |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080110225A KR20100051192A (en) | 2008-11-07 | 2008-11-07 | Method for mitigating anti-jam and multipath interference signal in a global navigation satellite receiver |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20100051192A true KR20100051192A (en) | 2010-05-17 |
Family
ID=42276995
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080110225A KR20100051192A (en) | 2008-11-07 | 2008-11-07 | Method for mitigating anti-jam and multipath interference signal in a global navigation satellite receiver |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20100051192A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012105747A1 (en) * | 2011-01-31 | 2012-08-09 | Agency For Defense Development | System, apparatus and method for removing interference in navigation signal of global navigation satellite system |
WO2012134193A2 (en) * | 2011-04-01 | 2012-10-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and system of handling in-device coexistence in various wireless network technologies |
CN104101868A (en) * | 2014-06-30 | 2014-10-15 | 西安电子科技大学 | Jamming subspace reconstruction-based radar multi-false target jamming suppression method |
KR101594322B1 (en) | 2014-08-08 | 2016-02-17 | 한국해양과학기술원 | Maritime PNT monitoring and the reliability provision system |
KR20160082726A (en) | 2014-12-29 | 2016-07-11 | 한국해양과학기술원 | the methods of GNSS signal quality monitoring, estimation of navigation error, and the reliability determination using maritime PNT module |
KR20190080276A (en) * | 2017-12-28 | 2019-07-08 | 국방과학연구소 | Method for positioning in wireless communication system |
CN113759392A (en) * | 2021-08-23 | 2021-12-07 | 中国民航大学 | Robust GNSS interference source positioning method based on flight big data |
-
2008
- 2008-11-07 KR KR1020080110225A patent/KR20100051192A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012105747A1 (en) * | 2011-01-31 | 2012-08-09 | Agency For Defense Development | System, apparatus and method for removing interference in navigation signal of global navigation satellite system |
WO2012134193A2 (en) * | 2011-04-01 | 2012-10-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and system of handling in-device coexistence in various wireless network technologies |
WO2012134193A3 (en) * | 2011-04-01 | 2013-01-03 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and system of handling in-device coexistence in various wireless network technologies |
CN104101868A (en) * | 2014-06-30 | 2014-10-15 | 西安电子科技大学 | Jamming subspace reconstruction-based radar multi-false target jamming suppression method |
KR101594322B1 (en) | 2014-08-08 | 2016-02-17 | 한국해양과학기술원 | Maritime PNT monitoring and the reliability provision system |
KR20160082726A (en) | 2014-12-29 | 2016-07-11 | 한국해양과학기술원 | the methods of GNSS signal quality monitoring, estimation of navigation error, and the reliability determination using maritime PNT module |
KR20190080276A (en) * | 2017-12-28 | 2019-07-08 | 국방과학연구소 | Method for positioning in wireless communication system |
CN113759392A (en) * | 2021-08-23 | 2021-12-07 | 中国民航大学 | Robust GNSS interference source positioning method based on flight big data |
CN113759392B (en) * | 2021-08-23 | 2023-08-18 | 中国民航大学 | Robust GNSS interference source positioning method based on flight big data |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10996339B2 (en) | Adaptive despreading and geolocation 1 of civil beacons and GNSS signals | |
Amin et al. | A novel interference suppression scheme for global navigation satellite systems using antenna array | |
Amin et al. | Sparse arrays and sampling for interference mitigation and DOA estimation in GNSS | |
Broumandan et al. | Overview of spatial processing approaches for GNSS structural interference detection and mitigation | |
Daneshmand et al. | GNSS multipath mitigation with a moving antenna array | |
Cuntz et al. | Concepts, development, and validation of multiantenna GNSS receivers for resilient navigation | |
US8340588B2 (en) | Handheld synthetic antenna array | |
US7952519B1 (en) | Method and system for detecting GNSS spoofing signals | |
Gupta et al. | Desired features of adaptive antenna arrays for GNSS receivers | |
US20140247186A1 (en) | Global Navigation Satellite System (GNSS) Anti-Interference using Array Processing | |
KR20100051192A (en) | Method for mitigating anti-jam and multipath interference signal in a global navigation satellite receiver | |
Daneshmand et al. | A GNSS structural interference mitigation technique using antenna array processing | |
EP2796895B1 (en) | Detecting of a spoofing jammer for gnss signals | |
KR100979608B1 (en) | Method for detecting navigation beacon signals using two antennas for equivalent thereof | |
KR20140049394A (en) | Gps aoa choosing system and the method | |
Daneshmand et al. | Interference and multipath mitigation utilising a two‐stage beamformer for global navigation satellite systems applications | |
Marathe et al. | Assessment of measurement distortions in GNSS antenna array space-time processing | |
Hwang et al. | Multicomponent receiver architectures for GPS interference suppression | |
Appel et al. | Joint antenna array attitude tracking and spoofing detection based on phase difference measurements | |
Daneshmand et al. | GNSS spoofing mitigation in multipath environments using space-time processing | |
van der Merwe et al. | Blind spoofing detection using a multi-antenna snapshot receiver | |
Daneshmand et al. | GNSS interference and multipath suppression using array antenna | |
Sun et al. | Maximum signal-to-noise ratio GPS anti-jam receiver with subspace tracking | |
Merwe et al. | Cooperative spoofing attack detection using multiple antennas and a snapshot receiver | |
Mañosas-Caballú et al. | Robust beamforming via FIR filtering for GNSS multipath mitigation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |