KR20220135584A - 배열안테나를 이용한 글로벌 위성항법 시스템에 대한 기만신호 탐지 제거 장치 및 방법 - Google Patents

배열안테나를 이용한 글로벌 위성항법 시스템에 대한 기만신호 탐지 제거 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

기만신호 탐지 제거 장치는 복수의 배열안테나, 상기 복수의 배열안테나를 통해 수신되는 입력신호를 사용하여 공분산 행렬을 생성하는 공분산 행렬 추정부, 위성방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 위성방향 제거부, 상기 위성방향으로 널링을 위하여 수정된 공분산 행렬을 이용하여 생성된 제2 출력신호로부터 획득된 위성신호를 기만신호로 간주하는 기만신호 탐지부, 및 상기 기만신호의 기만방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 기만방향 제거부를 포함한다.

Description

배열안테나를 이용한 글로벌 위성항법 시스템에 대한 기만신호 탐지 제거 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING AND MITIGATING SPOOFING SIGNAL FOR GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM USING ARRAY ANTENNA}
본 발명은 배열안테나를 이용하여 글로벌 위성항법 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)에 대한 기만신호를 탐지하고 제거할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
글로벌 위성항법 시스템(Global Navigation Satellite System, 이하 GNSS)은 인공위성을 이용하여 전세계 어디에서나 날씨에 상관없이 높은 위치, 속도, 시각 정확도를 제공하고 있다. GNSS 수신기는 군사용 무기체계뿐만 아니라 민간의 교통, 측지, 항법, 통신 등 거의 모든 분야에서 광범위하게 사용되고 있다.
이러한 위성을 이용한 항법 시스템의 중요성 및 활용성이 증대됨에 따라 GNSS 수신기의 정상적 동작을 방해하는 전파간섭인 재밍과 기만에 대한 우려도 증가되고 있다. 위성신호는 지상에서 ­160 dBW (10-16 Watt) 정도로 매우 낮다. 재밍은 이러한 위성신호를 방해하기 위해 의도적 또는 비의도적으로 강한 전자파를 송출하는 기법이다. 기만은 공개된 위성신호를 조작하여 의도적으로 GNSS 수신기의 항법정보를 왜곡시키는 전자파 신호를 송출하는 기법이다. 이러한 재밍과 기만의 전파간섭은 GNSS 수신기의 안정성 및 무결성에 큰 영향을 주게 된다.
오늘날 전파간섭 중 재밍에 대응하기 위하여 다양한 방법들이 제시되고 있다. 가장 효과적이고 대표적인 방법은 다수의 안테나 소자를 공간적으로 배치하여 신호처리를 통해 재밍을 제거하는 배열안테나 기법이다. 배열안테나 기법은 다수의 입력신호에 가중치를 곱하고 합하여 최종 출력을 생성함으로써 입사방향에 따른 이득(Gain)을 조종하는 방식으로, 재밍 입사방향으로 이득을 최소화시켜 재밍을 제거하고 위성방향으로 이득을 보존하여 위성신호를 추적할 수 있다.
그런데, 전파간섭 중 기만에 대응하는 방법은 일부 제시되고 있으나 제한적인 성능 및 효과를 갖는다. 가장 완벽한 방법은 암호화된 군용 위성신호를 사용하는 것이지만, 이는 다수의 위성을 직접 운용하거나 위성을 운용하는 해당 정부의 승인 하에 가능하다. 이외에 기만에 대응하는 방법으로 위성신호 입사방향 확인, 위성신호 코드나 도플러 측정치 일관성 확인, 관성항법장치 정보 비교 방법 등이 제시되고 있으나, 대부분 제한적 상황에서 탐지만 가능하거나 재밍이 동시에 존재하는 경우에는 기만 탐지가 불가능하다는 등의 큰 단점이 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 배열안테나를 이용하여 GNSS에 대한 기만신호를 탐지하고 제거하여 정상적인 항법정보를 제공할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다. 배열안테나를 이용하여 재밍 제거만이 가능하였으나, 재밍 뿐만 아니라 소프트웨어적인 신호처리 기법으로 기만에도 효과적으로 대응할 수 있는 배열안테나를 이용한 GNSS에 대한 기만신호 탐지 제거 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기만신호 탐지 제거 장치는 복수의 배열안테나, 상기 복수의 배열안테나를 통해 수신되는 입력신호를 사용하여 공분산 행렬을 생성하는 공분산 행렬 추정부, 위성방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 위성방향 제거부, 상기 위성방향으로 널링을 위하여 수정된 공분산 행렬을 이용하여 생성된 출력신호로부터 획득된 위성신호를 기만신호로 간주하는 기만신호 탐지부, 및 상기 기만신호의 기만방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 기만방향 제거부를 포함한다.
상기 기만신호 탐지 제거 장치는 상기 위성방향으로 널링을 위하여 수정된 공분산 행렬을 이용하여 가중치 벡터를 산출하고, 상기 입력신호에 상기 가중치 벡터를 곱하여 상기 출력신호를 생성하는 제2 빔형성부를 더 포함할 수 있다.
상기 기만신호 탐지 제거 장치는 상기 출력신호를 이용하여 위성신호 획득 및 추적 알고리즘을 수행하는 신호 획득 추적부를 더 포함할 수 있다.
상기 기만신호 탐지 제거 장치는 상기 기만방향으로 널링이 수행되도록 수정된 공분산 행렬을 이용하여 산출된 가중치 벡터를 상기 입력신호에 곱하여 출력신호를 생성하는 제1 빔형성부를 더 포함할 수 있다.
상기 기만신호 탐지 제거 장치는 상기 공분산 행렬을 이용하여 생성되는 출력신호로부터 획득되는 상관값과 거리 측정치를 입력받아 기만신호 영향 제거 알고리즘으로 기만신호가 제거된 새로운 상관값을 생성하는 기만신호 제거부를 더 포함할 수 있다.
상기 기만신호 제거부는 위성신호 대비 기만신호의 거리 측정치 차이와 1칩을 벗어난 상관값을 사용하여 상기 새로운 상관값을 생성할 수 있다.
상기 기만신호 제거부는 수학식
Figure pat00001
와
Figure pat00002
를 이용하여 상기 새로운 상관값을 생성하고, 상기 PE는 상기 위성신호와 상기 기만신호가 합성되어 측정된 앞섬 상관값이고, 상기 PL은 상기 위성신호와 상기 기만신호가 합성되어 측정된 뒷섬 상관값이고, 상기 cs는 칩 간격이고, 상기 a는 위성신호 대비 기만신호의 거리 측정치 차이이고, 상기 P는 1칩을 벗어난 상관값이고, 상기
Figure pat00003
는 새로운 앞섬 상관값이고, 상기
Figure pat00004
은 새로운 뒷섬 상관값일 수 있다.
상기 기만신호 탐지 제거 장치는 방향 추정 알고리즘을 이용하여 상기 입력신호에 포함된 기만신호의 방향을 추정하고, 추정된 기만방향을 상기 기만방향 제거부에 전달하는 기만방향 설정부를 더 포함하고, 상기 기만방향 제거부는 상기 추정된 기만방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정할 수 있다.
상기 기만신호 탐지 제거 장치는 운용자에 의해 미리 입력된 값을 기만방향으로 설정하고, 설정된 기만방향을 상기 기만방향 제거부에 전달하는 상기 기만방향 설정부를 더 포함하고, 상기 기만방향 제거부는 상기 설정된 기만방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 기만신호 탐지 제거 방법은 복수의 배열안테나를 통해 수신되는 입력신호를 이용하여 공분산 행렬을 추정하는 단계, 위성방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 단계, 상기 위성방향으로 널링을 위하여 수정된 제1 공분산 행렬을 이용하여 재밍신호와 위성신호가 제거된 출력신호를 생성하는 단계, 상기 출력신호를 기만신호로 탐지하는 단계, 상기 기만신호의 기만방향으로 널링이 수행되도록 상기 입력신호를 이용하여 추정된 공분산 행렬을 수정하는 단계, 및 상기 기만방향으로 널링을 위하여 수정된 제2 공분산 행렬을 이용하여 상기 기만신호가 제거된 출력신호를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 기만신호 탐지 제거 방법은 방향 추정 알고리즘을 이용하여 상기 입력신호에 포함된 기만신호의 방향을 추정하고, 추정된 기만방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기만신호 탐지 제거 방법은 운용자에 의해 미리 입력된 값을 기만방향으로 설정하고, 설정된 기만방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기만신호 탐지 제거 방법은 복수의 배열안테나를 통해 수신되는 입력신호를 이용하여 공분산 행렬을 추정하는 단계, 위성방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 단계, 상기 위성방향으로 널링을 위하여 수정된 공분산 행렬을 이용하여 재밍신호와 위성신호가 제거된 출력신호를 생성하는 단계, 상기 출력신호를 기만신호로 탐지하는 단계, 상기 공분산 행렬을 이용하여 빔 형성을 수행함으로써 생성되는 출력신호로부터 획득된 상관값과 거리 측정치를 이용하여 기만신호 영향 제거 알고리즘을 수행함으로써 새로운 상관값을 생성하는 단계, 및 상기 새로운 상관값을 이용하여 상기 거리 측정치를 보정하고, 보정된 거리 측정치와 위성 위치 정보를 이용하여 항법정보를 산출하는 단계를 포함한다.
상기 새로운 상관값을 생성하는 단계는, 위성신호 대비 기만신호의 거리 측정치 차이와 1칩을 벗어난 상관값을 사용하여 상기 새로운 상관값을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 새로운 상관값을 생성하는 단계는, 수학식
Figure pat00005
와
Figure pat00006
를 이용하여 상기 새로운 상관값을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 PE는 상기 위성신호와 상기 기만신호가 합성되어 측정된 앞섬 상관값이고, 상기 PL은 상기 위성신호와 상기 기만신호가 합성되어 측정된 뒷섬 상관값이고, 상기 cs는 칩 간격이고, 상기 a는 위성신호 대비 기만신호의 거리 측정치 차이이고, 상기 P는 1칩을 벗어난 상관값이고, 상기
Figure pat00007
는 새로운 앞섬 상관값이고, 상기
Figure pat00008
은 새로운 뒷섬 상관값일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배열안테나를 이용한 GNSS에 대한 기만신호 탐지 제거 장치 및 방법은 배열안테나를 이용하여 재밍을 제거하는 항재밍을 수행하면서 동시에 GNSS 기만신호를 탐지하고 제거한 후 정상적인 항법정보를 제공할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 배열안테나를 이용한 GNSS에 대한 기만신호 탐지 제거 장치 및 방법을 사용하면, 정확하고 신뢰할 수 있는 GNSS 수신기 개발이 가능하고 미래의 안정적인 항법 비행체 구현에 도움이 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열안테나를 이용한 GNSS에 대한 기만신호 탐지 제거 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기만신호 제거 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열안테나를 이용한 GNSS에 대한 기만신호 탐지 제거 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배열안테나를 이용한 GNSS에 대한 기만신호 탐지 제거 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열안테나를 이용한 GNSS에 대한 기만신호 탐지 제거 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 배열안테나를 이용한 GNSS에 대한 기만신호 탐지 제거 장치는 복수의 배열안테나(101), 복수의 무선소자(102), 복수의 아날로그-디지털 변환기(103) 및 디지털 신호 처리기(200)를 포함한다.
복수의 무선소자(102) 각각은 복수의 배열안테나(101) 각각에 연결되고, 복수의 아날로그-디지털 변환기(103) 각각은 복수의 무선소자(102) 각각에 연결된다. 복수의 배열안테나(101) 각각을 통해 수신된 수신신호는 무선소자(102)에 의해 하향변환된다. 각각의 무선소자(102)는 저잡음 증폭기(low noise amplifier)를 포함할 수 있으며, 수신신호를 증폭하여 아날로그-디지털 변환기(103)에 전달할 수 있다. 각각의 아날로그-디지털 변환기(103)는 무선소자(102)로부터 전달되는 수신신호를 디지털 신호로 변환하여 디지털 신호 처리기(200)에 전달한다.
디지털 신호 처리기(200)는 복수의 배열안테나(101), 복수의 무선소자(102) 및 복수의 아날로그-디지털 변환기(103)를 통해 수신되는 입력신호에서 재밍신호 및 기만신호를 제거하여 정상적인 항법정보를 제공한다. 이를 위해, 디지털 신호 처리기(200)는 공분산 행렬 추정부(201), 기만방향 제거부(202), 제1 빔형성부(203), 신호 획득 추적부(204), 항법정보 산출부(205), 기만방향 설정부(206), 위성방향 제거부(207), 제2 빔형성부(208), 기만신호 탐지부(209) 및 기만신호 제거부(210)를 포함한다.
공분산 행렬 추정부(201)는 복수의 배열안테나(101), 복수의 무선소자(102) 및 복수의 아날로그-디지털 변환기(103)를 통해 수신되는 입력신호를 사용하여 공분산 행렬을 생성한다. 이때, 입력신호에는 위성신호뿐만 아니라 재밍신호 및 기만신호도 포함되어 있을 수 있다. 입력신호를 x라 할 때, 공분산 행렬은 수학식 1과 같이 생성될 수 있다.
Figure pat00009
여기서, R은 공분산 행렬, x'은 입력신호 x의 전치복소수를 나타낸다.
공분산 행렬 추정부(201)는 생성된 공분산 행렬을 기만방향 제거부(202), 기만방향 설정부(206) 및 위성방향 제거부(207)에 제공한다.
기만방향 설정부(206)는 방향 추정(Direction of Arrival, DOA) 알고리즘을 이용하여 입력신호에 포함된 기만신호의 방향(이하, 기만방향)을 추정한다. 방향 추정 알고리즘으로 MUSIC(Multiple Signal Classification)을 사용할 수 있다. 또는, 기만방향 설정부(206)는 운용자에 의해 미리 입력된 값을 기만방향으로 설정할 수 있다. 기만방향 설정부(206)는 추정된 기만방향 또는 설정된 기만방향을 기만방향 제거부(202)에 전달한다.
기만방향 제거부(202)는 추정된 기만방향 또는 설정된 기만방향으로 널링(nulling)이 수행되도록 공분산 행렬을 수정하여 제1 빔형성부(203)에 제공한다. 기만방향으로 널링을 위한 공분산 행렬의 수정은 수학식 2와 같이 이루어질 수 있다.
Figure pat00010
여기서,
Figure pat00011
는 조절 상수이고, S는 기만방향의 공분산 행렬을 나타낸다.
한편, 입력신호에 기만신호가 포함되어 있지 않은 경우에는 기만방향 설정부(206)는 기만방향을 기만방향 제거부(202)에 제공하지 않으며, 기만방향 제거부(202)는 공분산 행렬을 수정하지 않게 되며, 재밍만이 제거될 수 있다.
제1 빔형성부(203)는 재밍신호와 기만신호를 제거하기 위하여 복수의 배열안테나(101) 각각에 대한 제1 가중치 벡터를 산출하고, 복수의 배열안테나(101) 각각의 입력신호에 제1 가중치 벡터를 곱하여 제1 출력신호를 생성한다. 제1 빔형성부(203)는 MVDR(Minimum Variance Distortionless Response) 알고리즘을 사용하여 복수의 배열안테나(101) 각각에 대한 가중치 벡터를 수학식 3과 같이 산출될 수 있다.
Figure pat00012
여기서,
Figure pat00013
는 가중치 벡터, C는 제한조건 행렬, CT는 제한조건 행렬의 전치행렬, F는 제한조건 벡터를 나타낸다. R은 기만방향 제거부(202)로부터 제공되는 공분산 행렬이다.
제1 빔형성부(203)에 의해 생성되는 제1 출력신호는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00014
여기서, y는 출력신호,
Figure pat00015
는 가중치 행렬,
Figure pat00016
는 복수의 배열안테나(101) 각각에 대한 입력신호를 나타낸다.
제1 빔형성부(203)에 의해 생성되는 제1 출력신호는 입력신호에서 재밍신호 및 1차적 기만신호가 제거된 신호이다.
신호 획득 추적부(204)는 GNSS 수신기 내부에서 실행되는 위성신호 획득 및 추적 알고리즘을 수행한다. 즉, 신호 획득 추적부(204)는 제1 빔형성부(203)로부터 출력되는 제1 출력신호를 이용하여 GNSS 위성신호에 대한 위성신호 획득 및 추적 알고리즘을 수행할 수 있다. 신호 획득 추적부(204)는 제1 출력신호로부터 위성신호를 획득할 수 있고, 상관값을 이용하여 위성신호를 추적할 수 있으며, 위성신호의 거리 측정치, 위성 위치 정보 등을 획득할 수 있다. 또한, 신호 획득 추적부(204)는 후술하는 제2 빔형성부(208)의 제2 출력신호를 이용하여 위성신호(잔존하는 기만신호) 획득 및 추적하는 알고리즘을 수행할 수 있다.
미약한 기만신호는 방향 추정으로 탐지하기 어렵고 재밍과 혼재되어 있는 경우에는 탐지가 거의 불가능하다. 방향 추정으로 탐지되지 않는 기만신호를 제거하는 과정이 위성방향 제거부(207), 제2 빔형성부(208), 기만신호 탐지부(209) 및 기만신호 제거부(210)를 통해 수행된다.
위성방향 제거부(207)는 위성신호의 방향(이하, 위성방향)으로 널링이 수행되도록 공분산 행렬을 수정하여 제2 빔형성부(208)에 제공한다. 위성방향으로 널링을 위한 공분산 행렬의 수정은 수학식 5와 같이 이루어질 수 있다.
Figure pat00017
여기서,
Figure pat00018
는 조절 상수이고, A는 위성방향의 공분산 행렬을 나타낸다.
제2 빔형성부(208)는 재밍신호와 위성신호를 제거하기 위하여 복수의 배열안테나(101) 각각에 대한 제2 가중치 벡터를 산출하고, 복수의 배열안테나(101) 각각의 입력신호에 제2 가중치 벡터를 곱하여 제2 출력신호를 생성한다. 제2 빔형성부(208)는 수학식 3을 이용하여 제2 가중치 벡터를 산출할 수 있으며, 이때 공분산 행렬 R은 위성방향 제거부(207)로부터 제공되는 공분산 행렬이다.
제2 빔형성부(208)에 의해 생성되는 제2 출력신호는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있으며, 이때 출력신호 y는 제2 출력신호로써 재밍신호와 위성신호가 제거된 신호이다. 제2 빔형성부(208)는 제2 출력신호를 신호 획득 추적부(204)에 전달한다.
이와 같이, 위성방향으로 널링이 수행되면 위성신호가 제거되므로 신호 획득 추적부(204)에서 제2 출력신호를 이용하여 위성신호 획득 및 추적 알고리즘을 수행하였을 때 위성신호가 탐지되면 탐지된 위성신호는 잔존하는 기만신호로 간주될 수 있다. 신호 획득 추적부(204)는 위성신호 획득 및 추적 결과를 기만신호 탐지부(209)에 전달한다.
기만신호 탐지부(209)는 위성신호 획득 및 추적 결과로부터 탐지된 위성신호를 잔존하는 기만신호로 간주하여 기만신호의 존재 여부를 판단한다. 기만신호 탐지부(209)는 잔존하는 기만신호가 탐지되는 경우 기만방향을 기만방향 제거부(202)에 전달한다. 기만방향 제거부(202)는 기만신호 탐지부(209)부터 전달되는 기만방향으로 널링을 위하여 공분산 행렬을 수정하여 잔존하는 기만신호가 제거되도록 한다.
또는, 기만신호 탐지부(209)는 잔존하는 기만신호가 탐지되는 경우 기만신호의 존재를 기만신호 제거부(210)에 알릴 수 있다.
기만신호 제거부(210)는 신호 획득 추적부(204)에서 제1 출력신호로부터 획득하는 상관값과 거리 측정치를 입력받아 기만신호 영향 제거 알고리즘을 수행한다. 기만신호 제거부(210)는 기만신호 영향 제거 알고리즘으로 기만신호가 제거된 새로운 상관값을 생성하여 신호 획득 추적부(204)에 전달한다.
이하, 기만신호 영향 제거 알고리즘에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기만신호 제거 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 기만이 발생하면 다중경로 현상과 유사하게 위성신호와 기만신호가 GNSS 수신기에 수신된다. 여기서는 위성신호를 실선 삼각형으로 예시하고, 기만신호를 점선 삼각형으로 예시한다. GNSS 수신기는 위성신호와 기만신호가 합성된 삼각형의 앞섬(Early)과 뒷섬(Late) 상관값을 이용하여 중간에 해당하는 거리 측정치로 위치를 계산하기 때문에 오류가 유발된다.
본 발명의 실시예에 따른 기만신호 영향 제거 알고리즘은 이러한 오류를 방지하기 위하여 기만신호 탐지과정에서 계측되는 기만신호의 거리 측정치를 이용한다. 위성신호 대비 기만신호의 거리 측정치 차이(a)와 1칩(chip)을 벗어난 상관값(P)을 사용하여 수학식 6 및 수학식 7과 같이 선형 보상한 새로운 상관값을 생성할 수 있다.
Figure pat00019
Figure pat00020
여기서, PE는 위성신호와 기만신호가 합성되어 측정된 앞섬 상관값이고, PL은 위성신호와 기만신호가 합성되어 측정된 뒷섬 상관값이고, cs는 칩 간격(chip spacing)이고, a는 위성신호 대비 기만신호의 거리 측정치 차이이고, P는 1칩을 벗어난 상관값이고,
Figure pat00021
는 새로운 앞섬 상관값이고,
Figure pat00022
은 새로운 뒷섬 상관값이다.
새로운 상관값
Figure pat00023
와
Figure pat00024
은 신호 획득 추적부(204)에 제공된다.
다시 도 1을 참조하면, 신호 획득 추적부(204)는 새로운 상관값
Figure pat00025
와
Figure pat00026
을 이용하여 정상적인 거리 측정치를 생성할 수 있다. 신호 획득 추적부(204)는 거리 측정치 및 위성 위치 정보를 항법정보 산출부(205)에 전달한다.
항법정보 산출부(205)는 거리 측정치 및 위성 위치 정보를 이용하여 위치, 속도, 시각 등의 항법정보를 산출할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배열안테나를 이용한 GNSS에 대한 기만신호 탐지 제거 장치는 배열안테나를 이용하여 재밍을 제거하는 항재밍을 수행하면서 동시에 GNSS 기만신호를 탐지하고 제거한 후 정상적인 항법정보를 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열안테나를 이용한 GNSS에 대한 기만신호 탐지 제거 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 복수의 배열안테나(101)를 통해 수신되는 입력신호를 이용하여 공분산 행렬을 추정한다(S110). 공분산 행렬은 상술한 수학식 1과 같이 생성될 수 있다.
위성방향으로 널링이 수행되도록 공분산 행렬을 수정한다(S120). 위성방향 널링을 위한 공분산 행렬의 수정은 상술한 수학식 5와 같이 이루어질 수 있다.
위성방향 널링을 위하여 수정된 제1 공분산 행렬을 이용하여 빔 형성을 수행한다(S130). 즉, 수정된 제1 공분산 행렬을 이용하여 복수의 배열안테나(101) 각각에 대한 가중치 벡터를 산출하고, 복수의 배열안테나(101) 각각의 입력신호에 제1 가중치 벡터를 곱하여 출력신호를 생성할 수 있다. 제1 가중치 벡터는 상술한 수학식 3과 같이 산출될 수 있고, 출력신호는 상술한 수학식 4와 같이 생성될 수 있다.
출력신호는 재밍신호와 위성신호가 제거된 신호이므로, 출력신호를 기만신호로 간주하여 기만신호를 탐지할 수 있다(S140).
탐지된 기만신호의 기만방향으로 널링이 수행되도록 공분산 행렬을 수정한다(S150). 이때, 공분산 행렬은 입력신호를 이용하여 추정된 공분산 행렬이다. 기만방향 널링을 위한 공분산 행렬의 수정은 상술한 수학식 2와 같이 이루어질 수 있다. 이와 더불어, 방향 추정 알고리즘을 이용하여 복수의 배열안테나(101)를 통해 수신된 입력신호에 포함된 기만신호의 방향을 추정하고, 추정된 기만방향으로 널링이 수행되도록 공분산 행렬을 수정할 수 있다. 또는, 운용자에 의해 미리 입력된 값을 기만방향으로 설정하고, 설정된 기만방향으로 널링이 수행되도록 공분산 행렬을 수정할 수 있다.
기만방향 널링을 위하여 수정된 제2 공분산 행렬을 이용하여 빔 형성을 수행한다(S160). 즉, 수정된 제2 공분산 행렬을 이용하여 복수의 배열안테나(101) 각각에 대한 제2 가중치 벡터를 산출하고, 복수의 배열안테나(101) 각각의 입력신호에 제2 가중치 벡터를 곱하여 출력신호를 생성할 수 있다. 제2 가중치 벡터는 상술한 수학식 3과 같이 산출될 수 있고, 출력신호는 상술한 수학식 4와 같이 생성될 수 있다. 출력신호는 재밍신호와 기만신호가 제거된 신호이다.
재밍신호와 기만신호가 제거된 출력신호를 이용하여 GNSS 위성신호에 대한 위성신호 획득 및 추적 알고리즘을 수행하여 위성신호를 획득할 수 있으며, 위성신호의 거리 측정치 및 위성 위치 정보를 이용하여 위치, 속도, 시각 등의 항법정보를 산출할 수 있다(S170).
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배열안테나를 이용한 GNSS에 대한 기만신호 탐지 제거 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 복수의 배열안테나(101)를 통해 수신되는 입력신호를 이용하여 공분산 행렬을 추정한다(S210). 공분산 행렬은 상술한 수학식 1과 같이 생성될 수 있다.
위성방향으로 널링이 수행되도록 공분산 행렬을 수정한다(S220). 위성방향 널링을 위한 공분산 행렬의 수정은 상술한 수학식 5와 같이 이루어질 수 있다.
위성방향 널링을 위하여 수정된 제1 공분산 행렬을 이용하여 빔 형성을 수행한다(S230). 즉, 수정된 제1 공분산 행렬을 이용하여 복수의 배열안테나(101) 각각에 대한 가중치 벡터를 산출하고, 복수의 배열안테나(101) 각각의 입력신호에 제1 가중치 벡터를 곱하여 출력신호를 생성할 수 있다. 제1 가중치 벡터는 상술한 수학식 3과 같이 산출될 수 있고, 출력신호는 상술한 수학식 4와 같이 생성될 수 있다.
출력신호는 재밍신호와 위성신호가 제거된 신호이므로, 출력신호를 기만신호로 간주하여 기만신호를 탐지할 수 있다(S240).
기만신호가 탐지되면, 앞서 획득된 상관값과 거리 측정치를 이용한 기만신호 영향 제거 알고리즘을 수행하여 기만신호가 제거된 새로운 상관값을 생성한다(S250). 즉, 입력신호를 이용하여 추정한 공분산 행렬을 이용하여 빔 형성을 수행함으로써 생성되는 출력신호는 재밍신호가 제거된 신호이고, 재밍신호가 제거된 출력신호를 이용하여 GNSS 위성신호에 대한 위성신호 획득 및 추적 알고리즘을 수행하면 위성신호의 상관값, 거리 측정치, 위성 위치 정보 등이 획득될 수 있다. 이렇게 앞서 획득된 상관값과 거리 측정치를 이용하여 새로운 상관값을 생성할 수 있다. 새로운 상관값은 상술한 수학식 6 및 수학식 7과 같이 생성될 수 있다.
새로운 상관값을 이용하여 거리 측정치를 보정하여 정상적인 거리 측정치가 생성될 수 있으며, 보정된 정상적인 거리 측정치와 위성 위치 정보를 이용하여 위치, 속도, 시각 등의 항법정보를 산출할 수 있다(S260).
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
101: 배열안테나 102: 무선소자
103: 아날로그-디지털 변환기 200: 디지털 신호 처리기
201: 공분산 행렬 추정부 202: 기만방향 제거부
203: 제1 빔형성부 204: 신호 획득 추적부
205: 항법정보 산출부 206: 기만방향 설정부
207: 위성방향 제거부 208: 제2 빔형성부
209: 기만신호 탐지부 210: 기만신호 제거부

Claims (15)

  1. 복수의 배열안테나;
    상기 복수의 배열안테나를 통해 수신되는 입력신호를 사용하여 공분산 행렬을 생성하는 공분산 행렬 추정부;
    위성방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 위성방향 제거부;
    상기 위성방향으로 널링을 위하여 수정된 공분산 행렬을 이용하여 생성된 출력신호로부터 획득된 위성신호를 기만신호로 간주하는 기만신호 탐지부; 및
    상기 기만신호의 기만방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 기만방향 제거부를 포함하는 기만신호 탐지 제거 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 위성방향으로 널링을 위하여 수정된 공분산 행렬을 이용하여 가중치 벡터를 산출하고, 상기 입력신호에 상기 가중치 벡터를 곱하여 상기 출력신호를 생성하는 제2 빔형성부를 더 포함하는 기만신호 탐지 제거 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 출력신호를 이용하여 위성신호 획득 및 추적 알고리즘을 수행하는 신호 획득 추적부를 더 포함하는 기만신호 탐지 제거 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 기만방향으로 널링이 수행되도록 수정된 공분산 행렬을 이용하여 산출된 가중치 벡터를 상기 입력신호에 곱하여 출력신호를 생성하는 제1 빔형성부를 더 포함하는 기만신호 탐지 제거 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 공분산 행렬을 이용하여 생성되는 출력신호로부터 획득되는 상관값과 거리 측정치를 입력받아 기만신호 영향 제거 알고리즘으로 기만신호가 제거된 새로운 상관값을 생성하는 기만신호 제거부를 더 포함하는 기만신호 탐지 제거 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 기만신호 제거부는 위성신호 대비 기만신호의 거리 측정치 차이와 1칩을 벗어난 상관값을 사용하여 상기 새로운 상관값을 생성하는 기만신호 탐지 제거 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 기만신호 제거부는 수학식
    Figure pat00027
    와
    Figure pat00028

    를 이용하여 상기 새로운 상관값을 생성하고,
    상기 PE는 상기 위성신호와 상기 기만신호가 합성되어 측정된 앞섬 상관값이고, 상기 PL은 상기 위성신호와 상기 기만신호가 합성되어 측정된 뒷섬 상관값이고, 상기 cs는 칩 간격이고, 상기 a는 위성신호 대비 기만신호의 거리 측정치 차이이고, 상기 P는 1칩을 벗어난 상관값이고, 상기
    Figure pat00029
    는 새로운 앞섬 상관값이고, 상기
    Figure pat00030
    은 새로운 뒷섬 상관값인 기만신호 탐지 제거 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    방향 추정 알고리즘을 이용하여 상기 입력신호에 포함된 기만신호의 방향을 추정하고, 추정된 기만방향을 상기 기만방향 제거부에 전달하는 기만방향 설정부를 더 포함하고,
    상기 기만방향 제거부는 상기 추정된 기만방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 기만신호 탐지 제거 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    운용자에 의해 미리 입력된 값을 기만방향으로 설정하고, 설정된 기만방향을 상기 기만방향 제거부에 전달하는 상기 기만방향 설정부를 더 포함하고,
    상기 기만방향 제거부는 상기 설정된 기만방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 기만신호 탐지 제거 장치.
  10. 복수의 배열안테나를 통해 수신되는 입력신호를 이용하여 공분산 행렬을 추정하는 단계;
    위성방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 단계;
    상기 위성방향으로 널링을 위하여 수정된 제1 공분산 행렬을 이용하여 재밍신호와 위성신호가 제거된 출력신호를 생성하는 단계;
    상기 출력신호를 기만신호로 탐지하는 단계;
    상기 기만신호의 기만방향으로 널링이 수행되도록 상기 입력신호를 이용하여 추정된 공분산 행렬을 수정하는 단계; 및
    상기 기만방향으로 널링을 위하여 수정된 제2 공분산 행렬을 이용하여 상기 기만신호가 제거된 출력신호를 생성하는 단계를 포함하는 기만신호 탐지 제거 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    방향 추정 알고리즘을 이용하여 상기 입력신호에 포함된 기만신호의 방향을 추정하고, 추정된 기만방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 단계를 더 포함하는 기만신호 탐지 제거 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    운용자에 의해 미리 입력된 값을 기만방향으로 설정하고, 설정된 기만방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 단계를 더 포함하는 기만신호 탐지 제거 방법.
  13. 복수의 배열안테나를 통해 수신되는 입력신호를 이용하여 공분산 행렬을 추정하는 단계;
    위성방향으로 널링이 수행되도록 상기 공분산 행렬을 수정하는 단계;
    상기 위성방향으로 널링을 위하여 수정된 공분산 행렬을 이용하여 재밍신호와 위성신호가 제거된 출력신호를 생성하는 단계;
    상기 출력신호를 기만신호로 탐지하는 단계;
    상기 공분산 행렬을 이용하여 빔 형성을 수행함으로써 생성되는 출력신호로부터 획득된 상관값과 거리 측정치를 이용하여 기만신호 영향 제거 알고리즘을 수행함으로써 새로운 상관값을 생성하는 단계; 및
    상기 새로운 상관값을 이용하여 상기 거리 측정치를 보정하고, 보정된 거리 측정치와 위성 위치 정보를 이용하여 항법정보를 산출하는 단계를 포함하는 기만신호 탐지 제거 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 새로운 상관값을 생성하는 단계는,
    위성신호 대비 기만신호의 거리 측정치 차이와 1칩을 벗어난 상관값을 사용하여 상기 새로운 상관값을 생성하는 단계를 포함하는 기만신호 탐지 제거 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 새로운 상관값을 생성하는 단계는,
    수학식
    Figure pat00031
    와
    Figure pat00032

    를 이용하여 상기 새로운 상관값을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 PE는 상기 위성신호와 상기 기만신호가 합성되어 측정된 앞섬 상관값이고, 상기 PL은 상기 위성신호와 상기 기만신호가 합성되어 측정된 뒷섬 상관값이고, 상기 cs는 칩 간격이고, 상기 a는 위성신호 대비 기만신호의 거리 측정치 차이이고, 상기 P는 1칩을 벗어난 상관값이고, 상기
    Figure pat00033
    는 새로운 앞섬 상관값이고, 상기
    Figure pat00034
    은 새로운 뒷섬 상관값인 기만신호 탐지 제거 방법.
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