KR20160045283A

KR20160045283A - 민간용 위성항법신호에서의 스푸핑 공격 방어를 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20160045283A
Application number: KR1020140140564A
Authority: KR
Inventors: 신천식; 김재훈
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2016-04-27

Abstract

본 발명은 GPS 등 위성항법시스템이 제공하는 항법신호를 획득하고 추적하며 항법해 처리과정을 거쳐 자신의 위치 및 시각정보를 산출하는 항법단말이 잘못된 정보를 산출하도록 하는 스푸핑 신호로 인한 수신기의 산출정보가 잘못 산출되도록 하는 문제를 해결하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로 평상시의 항법신호세기보다 다소 높은 신호세기로 송출해 항법단말로 하여금 자동적으로 높은 신호를 획득하고 추적하는데 있어 항법단말 안테나 이후의 항법신호 획득과정에서 다소 높은 신호가 입력되지 못하도록 하는 Hard Limiter 개념의 항법신호차단기를 두어 신호획득과정에서 항법단말이 평상시의 항법신호세기로 입력되는 신호만을 처리되도록 함으로써 스푸핑으로 인해 항법단말이 제공하는 위치 및 시각정보가 잘못된 정보를 산출하지 못하도록 방어할 수 있다.

Description

민간용 위성항법신호에서의 스푸핑 공격 방어를 위한 방법 및 장치{Apparatus and method for spoofing attack mitigation in civilian GNSS signals}

본 발명은 민간용 위성항법신호에서의 스푸핑 공격 방어를 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, GPS 등과 같은 전지구 위성항법시스템(GNSS: Global Navigation Satellite System)이 제공하는 민간용 위성항법신호 대역에서 항법신호와 유사하게 전파혼신 신호를 발생시켜 항법단말의 산출정보에 오차를 야기시키는 스푸핑 신호에 대한 방어 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래 GPS 등 위성항법시스템이 제공하는 위성항법신호를 처리하는 항법단말은 위성항법시스템이 제공하는 항법신호를 안테나를 통해 이를 수신하고 항법신호처리 모듈을 통해 현재의 위치 및 시각정보를 산출하도록 구성되어 있다.

이와 같은 구성에서는 수신안테나로 수신된 항법신호에 대해 획득/추적 과정 등을 통해 위치 및 시각정보를 산출토록 되어 있고, 대부분의 항법단말은 신호처리과정에서 스푸핑 신호와 같이 항법신호 세기가 조금이라도 높은 신호를 무조건 수신 처리하도록 되어있어 유사 항법신호로 인한 피해를 방어할 수 없어 대부분의 항법단말에서는 스푸핑 신호를 처리할 수 밖에 없는 구조이다.

이러한 구성에서 GPS등 위성항법시스템이 제공하는 항법신호를 수신/처리하는 항법단말이 스푸핑과 같은 전파교란을 당하게 되면, 종래기술에서는 신호를 검출한 다음, 항법단말의 예상위치를 결정하고 예상위치가 원래 위치와 일치되는지 여부를 판단하거나 GPS 수신기와 관성항법장치(INS:Inertial Navigation System)를 이용해 GPS 스푸핑 공격을 검출하고 GPS 항법신호에 대한 스푸핑 공격 존재여부를 고려한 상/하한 임계치를 설정하고 주기적으로 관성항법장치 및 GPS 항법단말로부터의 항법데이타를 순차적으로 수집하고 해당 주기에서의 수집된 항법데이타로부터의 통계치를 이용한 스푸핑 여부를 판단하는 방법이 제시되고 있다.

그 외에도 비화되지 않은 신호가 스푸핑 되었는지를 결정하기 위해 비화된 GNSS 신호에 대해 간헐적인 버스트 처리과정을 이용해 항법신호에 대한 스푸핑 여부를 검출하는 방법으로 비화되지 않은 민간용 코드인 L1 C/A와 비화된 P(Y) 코드를 이용한 교차상관기(Cross Correlator)를 이용해 스푸핑 신호를 검출하는 방법 및 시스템이 제시되고 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, GPS 등 위성항법시스템이 제공하는 항법신호를 획득하고 추적하며 항법해 처리과정을 거쳐 자신의 위치 및 시각정보를 산출하는 항법단말이 잘못된 정보를 산출하도록 하는 스푸핑 신호로 인한 수신기의 산출정보가 잘못 산출되도록 하는 문제를 해결하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 민간용 위성항법신호에서의 스푸핑 공격 방어를 위한 장치는 위성항법신호를 전송해주는 항법위성(100), 항법신호에 대한 스푸핑신호를 송출할 수 있는 스푸핑 발생기(200), 항법신호와 스푸핑 신호를 모두 수신할 수 있는 수신안테나(300), 항법신호와 스푸핑 신호에 대한 주파수 변환기능을 수행하는 RF/IF 변환부(400), 일정신호세기 이상을 차단할 수 있는 기능 수행을 통해 스푸핑 신호를 차단할 수 있는 스푸핑 신호 차단모듈(500), 항법신호에 대한 획득 및 추적과정을 수행하는 항법신호처리 모듈(600), 의사거리 및 항법메시지 정보를 산출하는 의사거리 및 항법메시지 정보처리 모듈(700)으로 구성된다.

본 발명은 평상시의 항법신호세기보다 다소 높은 신호세기로 송출해 항법단말로 하여금 자동적으로 높은 신호를 획득하고 추적하는데 있어 항법단말 안테나 이후의 항법신호 획득과정에서 다소 높은 신호가 입력되지 못하도록 하는 Hard Limiter 개념의 항법신호차단기를 두어 신호획득과정에서 항법단말이 평상시의 항법신호세기로 입력되는 신호만을 처리되도록 함으로써 스푸핑으로 인해 항법단말이 제공하는 위치 및 시각정보가 잘못된 정보를 산출하지 못하도록 방어한다.

본 발명에 따른 민간용 위성항법신호에서의 스푸핑 공격 방어를 위한 방법 및 장치에 따르면, 위성항법신호 대역에서의 스푸핑에 대비할 수 있어, 항법단말의 산출정보에 보다 신뢰성을 향상시킨다.

또한, 항법단말에 형상 변경을 최소화시키면서도 스푸핑으로 인한 피해를 크게 방지할 수 있어 위성항법시스템의 다원화 및 복수의 위성항법주파수 대역에서의 스푸핑으로 인한 영향을 매우 효과적으로 대처가 가능하다는 점이 우수하다고 할 수 있다.

또한, 항법단말에 형상 변경을 최소화시키면서도 스푸핑으로 인한 피해를 크게 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 위성항법신호에 대한 스푸핑 신호가 발생할 경우, 이를 차단하기 위한 스푸핑 차단기를 구비한 스푸핑 공격 방어 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스푸핑 신호차단모듈을 적용해 스푸핑 신호에 의해 항법단말이 산출하는 정보에 오류가 발생하지 않는 장치의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스푸핑 신호차단모듈을 적용해 스푸핑 신호에 의해 항법단말이 산출하는 정보에 오류가 발생하지 하는 장치인 스푸핑 신호차단모듈(500)의 세부적인 데이터 흐름도이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.

기본적으로 스푸핑 신호의 신호세기는 평상시의 위성항법신호세기보다 다소 높게 제공된다는 점을 착안해 항법단말 안테나를 통해 입력되는 신호세기를 감시해 신호 획득단에 입력되는 입력신호 세기를 일정수준 이하로 유지되도록 하기 위한 Hard Limiter 개념의 신호세기 차단기를 설치해 신호 획득부에 입력되는 신호가 평상시의 신호레벨과 동일하게 함으로써 항법단말이 신호 획득시 평상시의 신호세기가 높은 채널을 획득하지 못하도록 함으로써 항법신호 스푸핑에 의한 문제를 해결해 항법단말이 스푸핑이 발생된 환경하에서도 안정적으로 위치 및 시각정보를 산출할 수 있도록 제공한다.

본 발명은 위성항법신호를 수신 처리하는 항법단말이 스푸핑 신호로 인해 항법단말의 산출정보인 위치 및 시각정보가 잘못 산출됨을 방어하기 위한 것으로 스푸핑 신호의 수신신호 세기가 정상적인 항법신호세기보다 다소 높게 제공되어 항법단말은 거의 대부분 이를 처리하도록 되어 있다는 점에서 신호획득이 이루어지기 이전에 입력되는 스푸핑 신호를 차단할 수 있는 모듈을 통해 항법단말이 스푸핑으로 인한 피해를 방어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명의 시스템은 위성항법신호를 전송해주는 항법위성(100), 항법신호에 대한 스푸핑신호를 송출할 수 있는 스푸핑 발생기(200), 항법신호와 스푸핑 신호를 모두 수신할 수 있는 수신안테나(300), 항법신호와 스푸핑 신호에 대한 주파수 변환기능을 수행하는 RF/IF 변환부(400), 일정신호세기 이상을 차단할 수 있는 기능 수행을 통해 스푸핑 신호를 차단할 수 있는 스푸핑 신호 차단모듈(500), 항법신호에 대한 획득 및 추적과정을 수행하는 항법신호처리 모듈(600), 의사거리 및 항법메시지 정보를 산출하는 의사거리 및 항법메시지 정보처리 모듈(700)로 구성된다.

실시 예로써, 도 1은 위성항법신호에 대한 스푸핑 신호가 발생할 경우, 이를 차단하기 위한 스푸핑 차단기 설치를 포함한 시스템 구성도이다.

항법단말기의 수신안테나(300)은 정상적인 항법신호를 제공하는 항법위성(100)으로부터의 항법신호와 비정상적인 항법신호를 모사시켜 정상적인 항법신호세기보다 다소 높게 제공하는 모사항법신호발생장치(200)으로부터 스푸핑 신호를 수신하게 되며 RF/IF 변환부는 수신 안테나로부터의 항법신호 및 스푸핑 신호에 대한 RF 주파수를 IF 주파수로의 변환기능을 수행한다.스푸핑 신호 차단모듈(500)은 정상적인 항법신호세기보다 다소 높게 입력되는 스푸핑 신호의 세기를 강제적으로 차감시켜 정상적인 항법신호세기로 제공해줌으로써 항법신호처리모듈(600)에서 스푸핑 신호로 신호를 획득하거나 추적되지 못하도록 한다. 스푸핑 신호 차단모듈에는 항법신호가 사용하는 주파수 대역별로 신호차단에 필요한 강제적인 차감 기능을 갖출 수 있어 광대역 항법신호를 수신할 수 있는 수신안테나(300)와의 호환성을 유지하도록 할 수 있어 향후 전개될 다원화 항법시대에서도 활용될 수 있도록 할 수 있다.

스푸핑 신호를 차단모듈(500)을 거친 신호의 신호세기가 정상적인 항법신호 세기로 항법신호처리모듈(600)에서 스푸핑 신호를 획득하거나 추적할 수 없도록 할 수 있다. 스푸핑 신호차단모듈(500)에서의 스푸핑 신호를 차단시킴으로써 통과된 신호의 신호세기는 항법신호와 거의 유사한 레벨을 갖기 때문에 항법신호처리모듈(600)에서 스푸핑 신호를 획득하거나 추적할 이유가 없게 된다. 일반적인 항법신호처리모듈(600)은 항상 높은 신호세기로 입력되는 신호를 획득하거나 추적하게 되는데 입력되는 신호세기가 거의 같은 수준인바, 현재 획득하고 추적과정중인 신호를 버리게 되는 현상을 없게 만들 수 있어 스푸핑으로 인한 피해를 방어할 수 있다.

항법신호처리모듈(600)은 스푸핑 신호차단모듈이 제공하는 신호세기는 정상적인 항법신호 레벨과 거의 동등 수준으로 입력되므로 스푸핑이 발생하기 이전에 획득하고 추적하고 있는 상황에서 높은 신호세기를 획득하거나 추적하는 상황이 발생되지 않으므로 스푸핑 신호로 인한 항법신호처리는 발생하지 않게 되며 의사거리 및 항법메시지정보모듈(700)은 스푸핑 신호 발생에 무관하게 정상적인 의사거리 및 항법메시지 정보를 제공할 수 있는 방법 및 장치 예시를 보여주고 있다.

도 2는 스푸핑 신호차단모듈을 적용해 스푸핑 신호에 의해 항법단말이 산출하는 정보에오류가 발생하지 못하는 장치의 흐름도 실시 예이다. 흐름도는 시작단계,위성항법신호와 스푸핑 신호를 수신단계(31), 수신된 항법신호와 스푸핑 신호에 대한 잡음 제거 및 신호를 증폭단계(32), 항법신호와 스푸핑 신호 모두 RF 레벨로 수신되므로 후단에서의 신호처리등을 위해 IF 레벨로 주파수 변환기능을 수행하는 RF 변환 및 IF 변환단계(33), 일정레벨 이상의 신호세기를 갖는 신호에 대해서는 무조건 차단시키는 일정레벨 이상의 항법신호 차단단계(34), 차단장치를 통과한 신호세기가 정상상태의 항법신호세기와 동일한 레벨인지를 판단하는 단계(35), 정상신호 레벨을 가진 신호에 대한 대략적인 도플러주파수(Doppler Frequency), 코드 위상(Code Phase)등의 값을 산출하는 신호획득단계(36), 항법신호 획득장치에서 산출된 도플러주파수, 코드 위상값 등을 보다 정밀하게 산출하는 신호추적단계(37), 항법단말과 항법위성 각각에 대한 대략적인 의사거리 정보와 항법메시지 정보를 산출하는 의사거리 및 항법메시지정보 처리단계(38)로 구성된다.

정상신호세기와 동일레벨 여부를 판단하는 단계(35)는 항법신호 세기와 거의 유사한 레벨에 대해서만 통과시키고 그 이상의 신호는 사전에 설정된 신호레벨 이하로 강제적으로 차단하는 단계(34)로부의 처리결과를 이용하더라도 정상적인 신호세기와의 동일 레벨 여부를 판단하는 단계(35)를 둠으로써 항법신호 획득단계에서 스푸핑 신호를 획득되지 못하게 한다. 항법신호에 대한 획득단계(36)의 처리결과에 대해 보다 정확한 도플러 주파수 및 코드 & 반송파 위상값을 찾아내는 단계인 추적단계(37)을 거치게 되면 해당 위성에 대한 위성거리 및 해당위성에 대한 위성 궤도력정보, 시각정보 등이 포함된 항법메시지 정보를 산출하는 단계(38)가 수행된다.

도 3은 스푸핑 신호차단모듈을 적용해 스푸핑 신호에 의해 항법단말이 산출하는 정보에오류가 발생하지 하는 장치인 도 1의 스푸핑 신호차단모듈(500)의 세부적인 데이터 흐름도 실시 예이다.

스푸핑 신호차단 모듈(500)의 구성은 항법신호에 대한 대역별로 신호를 통과시키는 여과기(341), 항법신호에 대한 신호세기를 감지하는 감지기(342), 항법신호 세기에 대한 평균적인 세기정보를 보유하고 있는 프로세서(343), 항법신호에 대한 정상적인 신호세기를 초과하는 신호에 대해 차단하는 기능을 수행하는 임계치 기반 항법신호 레벨 초과처리기(344)로 이루어진다.

항법신호 대역통과 여과기(341)는 항법신호를 제공하는 시스템이 다원화되고 각 시스템이 제공하는 항법신호 또한 복수개로 이들 항법신호별 사용하는 주파수 대역이 다르므로 이를 항법신호에 대한 스푸핑으로 인한 교란이 발생될 수 있는바, 대역별로 항법신호를 통과시킬 수 있는 기능을 수행하고 항법신호레벨 감지기(342)는 항법신호 대역 통과 여과기(341)에서 출력되는 항법신호에 대한 신호세기를 감지하는 기능을 수행하며 항법신호 세기에 대한 평균신호세기 정보를 저장하고 있는 프로세서(343)은 위성항법시스템 및 신호별로 평상시의 신호세기를 일정기간 동안 저장해 놓고 있어 임계치 기반 항법신호 레벨을 초과하는 신호에 대해 처리하는 처리기(344)에 항법신호세기에 대한 기준정보를 제공한다.

임계치 기반 항법신호 레벨 초과처리기(344)는 항법시스템 및 항법신호에 대한 신호세기의 한계치를 설정해 놓고 이를 초과하는 항법신호에 대한 신호세기를 차감시켜 항법신호 레벨비교기(35)에 입력되도록 한다.

본 발명은 민간용 위성항법신호에 대한 유해혼신의 일종인 스푸핑이 발생될 경우, 이를 검출하고, 스푸핑 신호의 신호세기가 정상적인 항법신호세기보다 높다는 점에서 스푸핑 신호에 대해서는 항법신호처리단계에서 처리되지 못하도록 스푸핑 신호 차단모듈을 둠으로써 민간용 항법신호를 이용하는 항법단말에서 잘못된 위치 및 시각정보가 산출되지 못하게 하여 스푸핑으로 인한 영향을 최소화할 수 있는 장점을 제공하는데 기여할 것으로 사료된다.

본 발명은 민간용 위성항법단말에서 항법수신기의 산출정보인 위치 및 시각정보에 오류를 산출하게 하는 스푸핑 신호가 발생할 경우, 항법단말에서 정상적인 항법신호보다 다소 높게 입력되는 신호를 획득하고 추적하는 문제를 해결하는데 기여함으로써 위성항법신호 대역에서의 스푸핑에 대비할 수 있어, 항법단말의 산출정보에 보다 신뢰성을 향상시키는데 기여할 것으로 판단되며 특히 종래에 제안 기법보다 단순하면서도 손쉽게 스푸핑으로 인한 문제를 해결할 뿐 만 아니라 기존 이용하고 있는 항법단말에 형상 변경을 최소화시키면서도 스푸핑으로 인한 피해를 크게 방지할 수 있어 위성항법시스템의 다원화 및 복수의 위성항법주파수 대역에서의 스푸핑으로 인한 영향을 매우 효과적으로 대처가 가능하다는 점이 우수하다고 할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

항법위성(100)
스푸핑 발생기(200)
수신안테나(300)
RF/IF 변환부(400)
스푸핑 신호 차단모듈(500)
항법신호처리 모듈(600)
의사거리 및 항법메시지 정보처리 모듈(700)

Claims

위성으로부터 수신한 항법신호와 스푸핑 신호를 수신하는 안테나;
상기 항법신호와 스푸핑 신호의 신호 세기를 감지하고 정상적인 항법신호보다 신호세기가 높은 스푸핑 신호를 차단하는 스푸핑 신호 차단부; 및
상기 스푸핑 신호 차단부에 의해 정상적인 항법신호의 신호세기를 갖는 항법신호로부터 신호 획득 및 추적을 수행하는 항법신호 처리부
를 포함하는 스푸핑 공격을 방어할 수 있는 항법 단말 장치.