KR20180001919A - Apparatus and Method for Detecting Multi-Jammer using Single Antenna - Google Patents

Apparatus and Method for Detecting Multi-Jammer using Single Antenna Download PDF

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KR20180001919A
KR20180001919A KR1020160081044A KR20160081044A KR20180001919A KR 20180001919 A KR20180001919 A KR 20180001919A KR 1020160081044 A KR1020160081044 A KR 1020160081044A KR 20160081044 A KR20160081044 A KR 20160081044A KR 20180001919 A KR20180001919 A KR 20180001919A
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김재현
이상욱
신천식
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한국전자통신연구원
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    • 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

Abstract

The present invention relates to an apparatus for detecting a multi-jammer using a single antenna. The apparatus includes the single antenna, a motor connected to one end of a supporter on which the single antenna is installed and rotating the supporter, a motor control unit for controlling the rotation of the motor, and a signal processing unit for determining a shape of a virtual array antenna by analyzing signal characteristics if a jamming signal is detected by checking a signal received through the single antenna, and adjusts the rotation speed of the single antenna through the motor control unit. Accordingly, the present invention can easily detect the position of the jammer.

Description

단일 안테나를 이용한 다중 재머 탐지 장치 및 방법{Apparatus and Method for Detecting Multi-Jammer using Single Antenna} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for detecting multiple jammers using a single antenna,

본 발명은 방해 전파 탐지 기술에 관한 것으로, 특히 GPS 재밍 상황에서 다중 재머들을 탐지하는 장치 및 방법에 관한 것이다. Field of the Invention The present invention relates to jammer detection technology, and more particularly, to an apparatus and method for detecting multiple jammers in a GPS jamming situation.

최근 GPS 신호에 대한 의도적인 혹은 비의도적인 방해 전파에 따라 GPS 재머의 위치를 탐지할 수 있는 장치에 대한 필요가 대두되고 있다. 이에 따라, 탐지 장비 설치환경에 맞는 재머 탐지 기법 기술 개발이 진행되고 있다. Recently, there is a need for a device capable of detecting the location of GPS jammers in response to intentional or unintentional jamming of GPS signals. Accordingly, development of jammer detection technique suitable for the installation environment of detection equipment is underway.

그런데 재머 탐지 기법의 경우 주로 단일 재머에 대한 위치 탐지가 가능한 기술이 개발되었으며, 다중 재머의 경우 군의 요구사항에 맞는 다중 어레이 안테나를 이용한 위치 탐지 방식이 주로 연구되고 있다. 하지만, 다중 어레이 안테나의 경우, 안테나의 크기 및 무게, 비용 등의 문제로 대형 시스템에 적용이 용이하며, 민간에서 간단히 사용하기 어려운 상황이다. However, in the case of jammer detection technique, a technique capable of locating a single jammer has been developed. In the case of multiple jammer, a location detection method using a multi array antenna that meets the requirements of the group is mainly studied. However, in the case of a multi-array antenna, it is easy to apply to a large-sized system due to problems such as the size, weight, and cost of the antenna, and it is difficult to use the antenna easily in the private sector.

본 발명은 운용이 까다로운 다중 어레이 안테나가 아닌 단일 안테나를 이용하여 가상의 어레이 안테나를 생성하고 재머의 위치를 추정하는 장치 및 방법을 제공한다. The present invention provides an apparatus and method for generating a virtual array antenna using a single antenna rather than a multi-array antenna, which is difficult to operate, and estimating the position of the jammer.

본 발명은 단일 안테나를 이용한 다중 재머 탐지 장치로, 단일 안테나와, 상기 단일 안테나가 상부에 설치된 지지대의 일단에 연결되어, 상기 지지대를 회전시키는 모터와, 상기 모터의 회전을 제어하는 모터 제어부와, 상기 단일 안테나를 통해 수신된 신호를 확인하여 전파 방해 신호가 검출되면, 신호 특성을 분석하여 가상 어레이 안테나의 형태를 결정하고, 상기 모터 제어부를 통해 상기 단일 안테나의 회전 속도를 조정하는 신호 처리부를 포함한다. The present invention relates to a multiple jammer detection apparatus using a single antenna. The apparatus includes a single antenna, a motor connected to one end of a supporter on which the single antenna is mounted, for rotating the supporter, a motor controller for controlling rotation of the motor, And a signal processing unit for determining the shape of the virtual array antenna by analyzing the signal characteristics when the signal received through the single antenna is detected and detecting a radio wave interfering signal and adjusting the rotation speed of the single antenna through the motor control unit do.

본 발명에 따라 GPS 재밍 발생 시 다중 재머의 위치를 고비용의 다중 어레이 안테나가 아닌 단일 안테나를 이용하여 가상 어레이 안테나를 구축함으로써 민간에서 재머의 위치를 쉽게 탐지 가능하다. According to the present invention, it is possible to easily detect the location of a jammer in a private area by constructing a virtual array antenna using a single antenna rather than a high-cost multi-array antenna in the case of GPS jamming.

또한, 가상 어레이 안테나를 기존의 고정된 UCA(Uniform Circular Array)가 아닌 재밍 상황에 따른 UCA를 구성함으로써 재밍 주기 변동과 같은 재밍 신호의 변화에 대응할 수 있다.In addition, by configuring the UCA according to the jamming situation instead of the conventional fixed UCA (Uniform Circular Array), the virtual array antenna can cope with the change of the jamming signal such as the jamming period variation.

또한, GPS 재밍의 경우 회전 시 GPS 작동 불가로 안테나의 정확한 위치를 알 수 없지만 IMU를 설치함으로써 GPS 재머의 영향과 별개로 안테나의 위치를 추정하여 가상 어레이 안테나를 구축할 수 있다.In addition, GPS jamming is not possible because GPS is inoperable during rotation. However, by installing IMU, it is possible to construct a virtual array antenna by estimating the position of the antenna separately from the influence of GPS jammer.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상 어레이 안테나를 구축하기 위한 다중 재머 측정 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부의 상세 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상 어레이 안테나를 구축하기 위한 다중 재머 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a conceptual diagram of a multiple jammer measuring apparatus for constructing a virtual array antenna according to an embodiment of the present invention.
2 is a detailed block diagram of a signal processing unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of measuring multiple jammer for constructing a virtual array antenna according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시 예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The terms used throughout the specification are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention and can be sufficiently modified according to the intentions and customs of the user or the operator. It should be based on the contents of.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상 어레이 안테나를 구축하기 위한 다중 재머 측정 장치의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a multiple jammer measuring apparatus for constructing a virtual array antenna according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 다중 재머 측정 장치(100)는 단일 안테나(110)를 이용하여 가상의 어레이 안테나를 구축하기 위해 모터(120)에 의해 회전하는 소정 지지대(130)의 상부에 안테나(110)를 설치되도록 하고, 안테나(110)를 원형으로 회전시키며 획득한 샘플 수 N에 따라 N개 어레이 안테나를 구성한다. 이때, 회전되는 각 지점에서의 어레이 안테나 위치는 GPS 신호를 이용하여 확인할 수 있으나, GPS 재밍 상황에서는 GPS 활용이 불가능하므로 속도 및 가속도 센서가 내장된 관성 측정부(Initial Measurement Unit: IMU)(140)를 안테나(110)와 함께 설치하여 이를 보정한다.1, a multiple jammer measuring apparatus 100 includes an antenna 110 mounted on an upper portion of a support 130 rotating by a motor 120 to construct a virtual array antenna using a single antenna 110, And the antenna 110 is rotated in a circular shape, and N array antennas are constructed according to the number of samples N acquired. In this case, the position of the array antenna at each rotation point can be confirmed by using the GPS signal, but since the GPS can not be used in the GPS jamming situation, the initial measurement unit (IMU) 140, Is installed together with the antenna 110 to correct it.

하지만, 가상의 어레이 안테나를 구축하는 동안 재밍 신호가 일정하게 안테나(110)로 수신되어야 하기 때문에 재머(1, 2)에서 송출되는 재밍 신호의 송출 주기에 따라 성능 열화가 일어날 수 있다. 이를 해결하기 위하여 단순히 모터(120)와 연동된 안테나(120)를 정해진 속도로 회전시키는 방식과 달리 안테나 반지름과 이동 속도를 재밍 신호 주기와 재머 수에 맞게 조정하여 최상의 가상 어레이 안테나를 구축하고, 다중 재머의 위치를 찾을 수 있도록 한다.However, since the jamming signal must be constantly received by the antenna 110 during the construction of the virtual array antenna, the performance deterioration may occur according to the transmission period of the jamming signal transmitted from the jammer 1, 2. In order to solve this problem, unlike the method of simply rotating the antenna 120 interlocked with the motor 120 at a predetermined speed, the best virtual array antenna is constructed by adjusting the antenna radius and the moving speed according to the jamming signal period and jammer number, Make it possible to locate the jammers.

이를 위해 다중 재머 측정 장치(100)는 신호 처리부(150) 및 모터 제어부(160)를 더 포함한다.To this end, the multiple jammer measuring apparatus 100 further includes a signal processor 150 and a motor controller 160.

즉, 신호 처리부(150)는 수신 안테나(110)에 의해 둘 이상의 재머들(1, 2)에서 생성한 재밍 신호들을 모니터링하여, 재밍 신호가 검출되면, 신호 특성을 분석하여 가상 어레이 안테나의 형태를 결정하고, 재밍 신호 주기를 고려하여 모터 제어부(160)를 통해 안테나(110)의 회전 속도를 조정한다. 또한, 신호 처리부(150)는안테나 회전 도중 재밍 신호가 끊어질 경우 안테나 회전을 멈추고, 재밍 재발생시 재동작한다.That is, the signal processing unit 150 monitors jamming signals generated by two or more jammers 1 and 2 by the receiving antenna 110, analyzes the signal characteristics when a jamming signal is detected, And controls the rotation speed of the antenna 110 through the motor control unit 160 in consideration of the jamming signal period. Also, the signal processor 150 stops rotating the antenna when the jamming signal is interrupted during the rotation of the antenna, and restarts the jamming when the jamming occurs.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부의 상세 블록 구성도이다. 2 is a detailed block diagram of a signal processing unit according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 신호 처리부(150)는 재밍 신호 검출부(151), 재밍 신호 분석부(152), 제어 신호 생성부(153), 안테나 데이터 획득부(154), 관성 데이터 획득부(155) 및 도래각 추정부(156)를 포함한다. 2, the signal processing unit 150 includes a jamming signal detecting unit 151, a jamming signal analyzing unit 152, a control signal generating unit 153, an antenna data obtaining unit 154, an inertial data obtaining unit 155, And a departure angle estimating unit 156.

재밍 신호 검출부(151)는 안테나(110)를 통해 수신된 신호에 대하여 방해 전파 발생 여부를 확인하여, 방해 전파가 발생된 것으로 확인될 경우 수신된 신호를 재밍 신호 분석부(152)에 전달한다. 또한, 재밍 신호 검출부(151)는 기존의 재밍 주기에 따라 재밍 신호가 수신되는지 확인하고, 주기 변화가 있을 경우 안정적인 가상 안테나 어레이를 구성하기 위하여 안테나를 멈추고 새로운 주기에 맞추어 운용한다.The jamming signal detector 151 checks whether a jammer is generated in the signal received through the antenna 110. If it is determined that a jammer has occurred, the jamming signal detector 151 transmits the received signal to the jamming signal analyzer 152. [ In addition, the jamming signal detector 151 checks whether a jamming signal is received according to the existing jamming period, and stops the antenna to operate a new period in order to configure a stable virtual antenna array when there is a periodicity change.

재밍 신호 분석부(152)는 수신된 방해 전파 신호의 특성을 분석하여, 방해 전파의 형태와 송출 주기, 다중 재머 여부 등을 분석하여 최적의 가상 어레이 안테나 구조를 결정한다. The jamming signal analysis unit 152 analyzes the characteristics of the received jammer signal, determines the optimal virtual array antenna structure by analyzing the type of the jammer, the transmission period, and the jammer.

제어 신호 생성부(153)는 재밍 신호 분석부(152)의 분석 정보를 기반으로 안테나의 반지름 및 회전속도를 포함하는 모터 제어 정보를 생성하여 모터제어부(150)로 전달한다. The control signal generation unit 153 generates motor control information including the radius and rotation speed of the antenna based on the analysis information of the jamming signal analysis unit 152 and transmits the generated motor control information to the motor control unit 150.

안테나 데이터 획득부(154)와 IMU 데이터 획득부(155)는 제어 신호 생성부(153)에서 생성된 모터 제어 신호에 따라 안테나(110)로부터 수신되는 신호와 IMU(130)로부터의 정보를 획득한다.The antenna data acquisition unit 154 and the IMU data acquisition unit 155 acquire a signal from the antenna 110 and information from the IMU 130 in accordance with the motor control signal generated by the control signal generation unit 153 .

도래각 추정부(156)는 안테나 데이터 획득부(154) 및 관성 데이터 획득부(155)로부터 획득된 데이터를 이용하여 가상 어레이 안테나를 구축하여 재밍 신호들의 도래각을 추정한다. 즉, 안테나 회전 관련한 제어는 신호 처리부(150)에서 모터 제어부(160)로 제어 신호를 보내어 수행되며, 신호 처리부(150)에서는 안테나 회전 시 샘플 획득 순간의 위치를 알 수 있도록 관성 측정부(140)로부터 속도, 가속도 정보를 포함하는 관성 측정 데이터를 수집한다. 그리고 신호처리부(150))는 관성 측정 데이터와 획득 샘플 신호를 이용하여 가상 어레이 안테나를 구성하고, MUSIC과 같은 도래각 추정 기법을 수행한다.The arrival angle estimating unit 156 estimates the arrival angle of the jamming signals by constructing a virtual array antenna using the data obtained from the antenna data acquiring unit 154 and the inertia data acquiring unit 155. That is, the antenna rotation control is performed by sending a control signal from the signal processing unit 150 to the motor control unit 160, and the signal processing unit 150 measures the inertia of the inertia measurement unit 140, And inertia measurement data including velocity and acceleration information. And the signal processing unit 150) construct a virtual array antenna using the inertial measurement data and the acquired sample signal, and perform an arrival angle estimation technique such as MUSIC.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 안테나를 이용한 다중 재머 탐지방법을 설명하기 위한 순서도이다. 3 is a flowchart illustrating a method of detecting multiple jammer using a single antenna according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 단일 안테나를 이용한 다중 재머 탐지 장치(이하 '장치라 기재함)는 안테나(110)를 통해 신호를 수신함(S310)에 따라, 방해 전파 발생 여부를 확인한다(S320). 또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 장치는 기존의 재밍 주기에 따라 재밍 신호가 수신되는지 확인하고, 주기 변화가 있을 경우 안정적인 가상 안테나 어레이를 구성하기 위하여 안테나를 멈추고 새로운 주기에 맞추어 운용한다.Referring to FIG. 3, a multi-jammer detecting apparatus using a single antenna receives a signal through an antenna 110 (S310), and checks whether a jammer has occurred (S320). Also, although not shown in the figure, the apparatus checks whether a jamming signal is received according to an existing jamming period, and stops the antenna to operate a new period in order to configure a stable virtual antenna array in case of a period change.

S320의 확인 결과 방해 전파가 발생된 것으로 확인될 경우, 장치는 수신된 방해 전파 신호의 특성을 분석(S330)하여, 방해 전파의 형태와 송출 주기, 다중 재머 여부 등을 분석하여 최적의 가상 어레이 안테나 구조를 결정한다(S340). If it is determined in step S320 that a jammer is generated, the apparatus analyzes the characteristics of the received jammer signal (S330), analyzes the type of the jammer, the transmission period, whether the jammer is multi- (S340).

그런 후, 장치는 분석 정보를 기반으로 안테나의 반지름 및 회전속도를 포함하는 모터 제어 정보를 생성하여, 모터를 제어한다(S350).Then, the apparatus generates motor control information including the radius and the rotation speed of the antenna based on the analysis information, and controls the motor (S350).

또한, 장치는 생성된 모터 제어 신호에 따라 안테나 수신 신호와 관성 측정 데이터를 이용하여 가상 어레이 안테나를 구축하여 재밍 신호들의 도래각을 추정한다(S360). 즉, 안테나 회전 시 샘플 획득 순간의 위치를 알 수 있도록 속도, 가속도 정보를 포함하는 관성 측정 정보를 수집하고, 장치는 관성 측정 정보와 획득 샘플 신호를 이용하여 가상 어레이 안테나를 구성하고, MUSIC과 같은 도래각 추정 기법을 수행한다.In addition, the apparatus constructs a virtual array antenna using the antenna reception signal and the inertia measurement data according to the generated motor control signal to estimate the arrival angle of the jamming signals (S360). That is, the inertia measurement information including the velocity and the acceleration information is collected so that the position of the sample acquisition moment can be known during the rotation of the antenna, and the apparatus constructs a virtual array antenna using the inertia measurement information and the acquired sample signal, And the arrival angle estimation method is performed.

Claims (1)

단일 안테나와,
상기 단일 안테나가 상부에 설치된 지지대의 일단에 연결되어, 상기 지지대를 회전시키는 모터와,
상기 모터의 회전을 제어하는 모터 제어부와,
상기 단일 안테나를 통해 수신된 신호를 확인하여 전파 방해 신호가 검출되면, 신호 특성을 분석하여 가상 어레이 안테나의 형태를 결정하고, 상기 모터 제어부를 통해 상기 단일 안테나의 회전 속도를 조정하는 신호 처리부를 포함함을 특징으로 하는 단일 안테나를 이용한 다중 재머 탐지 장치.A single antenna,
A single antenna connected to one end of a supporter provided at an upper portion thereof for rotating the supporter,
A motor control unit for controlling the rotation of the motor,
And a signal processing unit for determining the shape of the virtual array antenna by analyzing the signal characteristics when the signal received through the single antenna is detected and detecting a radio wave interfering signal and adjusting the rotation speed of the single antenna through the motor control unit Wherein the plurality of jammers are detected by a single antenna.
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