WO2020185008A1 - 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치 및 방법 - Google Patents

위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치 및 방법 Download PDF

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김충효
명노길
주성호
송석진
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Definitions

  • the present invention relates to a time synchronization apparatus and method based on a satellite navigation system, and more particularly, to a time synchronization apparatus and method based on a satellite navigation system for synchronizing a time signal generated by a GNSS (Global Navigation Satellite System) receiver.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • GPS Global Positioning System
  • N avigation Navigation of (Global Positioning System) GPS
  • T ime time
  • Core weapons such as missiles or fighters operate to reach targets or target points by grasping the current position (P) and operating status (N) using GPS.
  • P current position
  • N operating status
  • an external attacker generates a stronger signal than a satellite signal reaching the ground while having the same frequency as the GPS satellite signal, it may interfere with the normal operation of the GPS receiver.
  • Such an attack is called a GPS jamming attack, and it is an intentional action mainly performed by the hostile country.
  • the target system device
  • the target system cannot determine the current position of the weapon, so it cannot properly control the weapon to the target point. That is, the natural function of the weapon may be lost. Therefore, an anti-jamming technology that can prevent such attacks is required.
  • jamming signal cancellation, GPS signal amplification and signal linkage, and alternative satellite signal reception are used.
  • GPS is essential not only in the military field but also in the transportation field such as civilian aircraft and ships. Although it is possible to determine the current position and target point through the existing inertial navigation system, there is a limitation in that accurate transportation is difficult because errors are accumulated.
  • the power system field receives and utilizes the time information T from GPS, and its uses can be classified into two broad categories as follows.
  • the first is the purpose of visually recording accidents and events.
  • major accidents and events such as power system failure or power failure, it is important to record the time of occurrence and cause, and time information of GPS is used to record the time of occurrence. This is because it is possible to quickly prevent the expansion of accidents and solve problems by analyzing the location of the accident and its spread based on the time of occurrence of the accident or event. It can be used to analyze the cause of an accident only when the visual accuracy of about 10ms is maintained.
  • IEEE C37.118.1 defines the TVE (Total Vector Error) value as shown in Equation 1 below to determine the accuracy of the measured value, and defines that the time synchronization that is 10 times more precise than the visual error that induces TVE 1% should be maintained. do.
  • TVE Total Vector Error
  • the visual error that causes a TVE 1% error is about 27us, and 10 times more precise time synchronization should maintain the performance within 2.7us.
  • IEEE C37.118.1 specifies that the time synchronization of 1us is maintained, taking the above situation into account comprehensively.
  • the power system receives visual information, not GPS location and navigation information, and utilizes it for accident analysis and system analysis. Therefore, in an area where time information of GPS is used, such as a power system, the damage to jamming is not significant, unlike location and navigation information.
  • a GPS time forgery attack may have a fatal effect.
  • the phase of the voltage or current may be modulated by about 10.78 degrees rather than a normal value according to Equation 2 below.
  • Anti-jamming technologies for responding to GPS jamming attacks include jamming signal cancellation, GPS signal amplification and signal linkage, and alternative satellite signal reception, as mentioned above, but a technology that can effectively respond to GPS time forgery attacks, that is, spoofing attacks, is Virtually none (see Table 1 below).
  • GLONASS Global System for Mobile Communications
  • Galileo Galileo
  • Beidu Beidu
  • satellite navigation signals other than GPS can also be forged. Because of this, visual information cannot be completely protected.
  • the present invention is invented to solve the above-described problem, and an object according to an aspect of the present invention is the time of a GPS radio satellite signal by an external forgery and modulated signal in a power system operated based on the time information of the GPS radio satellite signal.
  • an object according to an aspect of the present invention is the time of a GPS radio satellite signal by an external forgery and modulated signal in a power system operated based on the time information of the GPS radio satellite signal.
  • a time synchronization apparatus based on a satellite navigation system is a wireless satellite for synchronizing the internal oscillator so that a synchronization time signal can be generated by an internal oscillator of a satellite receiver from a wireless satellite signal and a wired network signal.
  • a visual signal extracting unit that extracts a visual signal and a wired network visual signal, respectively, a phase difference detection unit that detects a first phase difference between a synchronous time signal and a wireless satellite time signal, and a second phase difference between the synchronous time signal and a wired network time signal, the phase difference Based on a forgery detection unit for detecting time forgery of a wireless satellite signal by an external forgery signal based on the first and second phase difference detected by the detection unit, and a result of detection of time forgery of the wireless satellite signal by the forgery detection unit And a synchronization signal selector for selecting a synchronization signal to synchronize the internal oscillator.
  • a wireless satellite signal and a wired network signal are characterized in that they have complementary features for time accuracy and time forgery robustness.
  • the forgery detection unit includes a frequency forgery detection unit for detecting time forgery of the wireless satellite signal by using a first phase difference that increases or decreases as the frequency of the wireless satellite signal currently input by the external forgery signal changes, and an external
  • the phase shift formed in the current synchronous time signal is determined compared to the case where the phase forgery of the wireless satellite signal has not occurred. It characterized in that it comprises a phase forgery detection unit for detecting the time forgery of the satellite signal.
  • the frequency forgery detection unit is characterized in that it detects the time forgery of the wireless satellite signal by determining whether the accumulated average value of the first phase difference is equal to or greater than a preset first threshold value in a set time period.
  • the phase forgery detection unit includes a second phase difference and the phase shift determined by a difference between a reference phase difference between a synchronization time signal and a wired network time signal when the synchronization time signal output from the internal oscillator is stabilized. It is characterized in that it determines whether it is equal to or greater than a second preset threshold, and detects a time forgery of a wireless satellite signal.
  • the forgery detection unit generates a selection control signal for a synchronization signal to synchronize the internal oscillator according to each detection result of the frequency forgery detection unit and the phase forgery detection unit respectively detecting the time forgery of the wireless satellite signal It characterized in that it further comprises a synchronization signal selection control unit.
  • the synchronization signal selection unit adds a reference phase difference to a synchronization time signal currently output from the internal oscillator, a wireless satellite time signal, and a wired network time signal based on a selection control signal input from the synchronization signal selection control unit. Any one of the corrected wired network time signals is selected as a synchronization signal to synchronize the internal oscillator, but the reference phase difference is between the synchronization time signal and the wired network time signal when the synchronization time signal output from the internal oscillator is stabilized. It is characterized in that it is a phase difference.
  • the forgery detection unit may further include a warning unit for generating a warning when a time forgery of a wireless satellite signal is detected by the frequency forgery detection unit or the phase forgery detection unit.
  • the present invention is characterized in that it further comprises a synchronization unit for synchronizing the internal oscillator through the synchronization signal selected by the synchronization signal selection unit.
  • the time synchronization method based on a satellite navigation system includes the internal oscillator so that the time signal extracting unit generates a time synchronization signal by an internal oscillator of a satellite receiver from a wireless satellite signal and a wired network signal.
  • the phase difference detection unit detects a first phase difference between the synchronization time signal and the wireless satellite time signal, and a second phase difference between the synchronization time signal and the wired network time signal.
  • the present invention can accurately detect a forgery attack through a method of detecting visual forgery of a wireless satellite signal by an external forgery signal by using a combination of a wireless satellite signal and a wired network signal, By differentially determining the synchronization signal to synchronize the internal oscillator of the GNSS receiver according to the forgery detection result, it is possible to effectively prevent the time synchronization error due to forgery and forgery attacks, and prompt recovery by allowing the operator to recognize the forgery attack through a warning when detecting forgery. You can make the work possible.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an operation of a time synchronization apparatus based on a satellite navigation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exemplary diagram illustrating an operation of a frequency forgery detection unit in a time synchronization device based on a satellite navigation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating an operation of a phase forgery detection unit in a time synchronization device based on a satellite navigation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a time synchronization method based on a satellite navigation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining in detail a step of detecting time forgery of a wireless satellite signal in a time synchronization method based on a satellite navigation system according to an embodiment of the present invention.
  • the time synchronization apparatus based on the satellite navigation system will be described in general.
  • This embodiment provides high visual accuracy of a wireless satellite signal received from a satellite antenna and a high time of a wired network signal received through a wired network communication network.
  • a topology capable of effectively responding to a forgery and alteration attack on a wireless satellite signal is adopted. That is, wireless satellite signals have high visual accuracy but are vulnerable to forgery, whereas wired network signals have low visual accuracy but are robust against forgery.
  • the internal oscillator which will be described later, is synchronized based on the wireless satellite signal with high visual accuracy, but the forgery vulnerability is compensated through the wired network signal, so that the visual signal output from the internal oscillator (OSC) is It adopts a topology that can respond robustly to forgery attacks within the range of minimizing the time synchronization error.
  • the time synchronization apparatus based on the satellite navigation system of this embodiment described below can be applied to a power system. That is, the visual signal output from the internal oscillator (OSC), which will be described later, can be applied to accident analysis such as accident and event time recording of the power system, and system analysis such as wide area monitoring and protection of the power system.
  • This embodiment presupposes an environmental condition capable of stably receiving wired network signals from the outside, and the power system is based on wired network communication networks such as optical communication networks for maintenance and control of transmission and distribution facilities. It is possible to meet the environmental conditions of the embodiment.
  • the wired network signal may mean a time synchronization protocol signal according to PTP (Precision Time Protocol). That is, the second extraction unit of the visual signal extraction unit to be described later may function as a PTP receiving unit (Client) for receiving a wired network signal according to a time synchronization protocol from a PTP server (Grand Master) and extracting a wired network time signal.
  • PTP Precision Time Protocol
  • the time synchronization device based on the satellite navigation system of this embodiment shown in FIG. 1 is implemented inside the GNSS receiver and operates so that the time signal applied to the power system is synchronized with the wireless satellite signal through the internal oscillator (OSC) of the GNSS receiver. can do.
  • OSC internal oscillator
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an operation of a time synchronization device based on a satellite navigation system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an operation of a time synchronization device based on a satellite navigation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exemplary view for explaining the operation of the phase forgery detection unit in the time synchronization apparatus based on a satellite navigation system according to an embodiment of the present invention.
  • a time synchronization device based on a satellite navigation system includes a time signal extraction unit 100, a phase difference detection unit 200, a forgery detection unit 300, and a synchronization signal selection unit 400. ), a synchronization unit 500 and a reference phase difference correction unit 600 may be included.
  • the time signal extraction unit 100 is a wireless satellite time signal for synchronizing the internal oscillator (OSC) so that a time signal can be generated by an internal oscillator (OSC) of the satellite receiver from the received wireless satellite signal and wired network signal.
  • OSC internal oscillator
  • T SAT internal oscillator
  • T NET wired network visual signals
  • a time signal generated and output by the internal oscillator OSC is defined as a synchronous time signal T OUT .
  • the visual signal extracting unit 100 extracts a visual signal from a wireless satellite signal received from a satellite antenna to generate the wireless satellite visual signal T SAT , And a second extraction unit 120 that extracts a visual signal from the wired network signal received from the PTP server to generate the wired network visual signal T NET .
  • the wireless satellite time signal T SAT and the wired network time signal T NET extracted by the visual signal extracting unit 100 may be used to synchronize the internal oscillator OSC as described later.
  • the wireless satellite signal and the wired network signal have complementary features of visual accuracy and time forgery robustness, and accordingly synchronize the internal oscillator (OSC) based on the wireless satellite signal with high visual accuracy.
  • a topology capable of robustly responding to a forgery attack within a range that minimizes a time synchronization error of a visual signal output from an internal oscillator (OSC) can be implemented.
  • OSC internal oscillator
  • the phase difference detection unit 200 includes a first phase difference ( ⁇ O SAT ) between a synchronization time signal T OUT and a wireless satellite time signal T SAT , and a synchronization time signal T OUT and a wired network time signal T NET
  • the second phase difference ⁇ O NET may be detected and transmitted to the forgery detection unit 300 to be described later.
  • the phase difference detection unit 200 may include first and second phase difference detection units 210 and 220, and accordingly, the first phase difference detection unit 210 provides a synchronization time signal T OUT and a wireless signal.
  • the first phase difference ⁇ O SAT may be detected through the difference between the satellite visual signals T SAT
  • the second phase difference detection unit 220 may be configured between the synchronous time signal T OUT and the wired network time signal T NET .
  • the second phase difference ⁇ O NET may be detected through the difference.
  • the forgery and modulation detection unit 300 may detect the visual forgery of a wireless satellite signal by an external forgery and modulation signal based on the first and second phase differences ⁇ O SAT and ⁇ O NET detected by the phase difference detection unit 200. .
  • the forgery detection unit 300 may detect the time forgery of the wireless satellite signal by detecting the frequency forgery and the phase forgery of the wireless satellite signal by the external forgery signal.
  • the forgery detection unit 300 may include a frequency forgery detection unit 310 and a phase forgery detection unit 320 as shown in FIG. 1.
  • the internal oscillator (OSC) is synchronized with the wireless satellite time signal T SAT by the synchronization unit 500 to be described later.
  • the synchronization time signal (T OUT ) output from the internal oscillator (OSC) is in a stabilized state, the synchronization time signal (T OUT ) and the wired network time signal (T NET ) have a constant phase difference (reference phase difference ( ⁇ O default to be described later)). Means )) is kept stable.
  • the first and second phase differences are continuously detected by the phase difference detection unit 200 described above in order to detect the time forgery of the wireless satellite signal.
  • the forgery detection unit 300 utilizes the first and second phase differences ( ⁇ O SAT , ⁇ O NET ) detected by the phase difference detection unit 200 and the synchronous time signal T OUT output from the internal oscillator (OSC). Thus, it is possible to detect the time forgery of the wireless satellite signal.
  • the frequency forgery detection unit 310 includes a first phase difference that increases or decreases as the frequency of a wireless satellite signal currently input by an external forgery signal changes.
  • ⁇ O SAT can be used to detect the time forgery of wireless satellite signals.
  • the process of time forgery and modulation of a wireless satellite signal by an external forgery signal includes i) an external forgery signal that is the same as a normal wireless satellite signal (i.e., a wireless external forgery signal having the same amplitude, frequency and phase as a normal wireless satellite signal).
  • a synchronous time signal that is input to a GNSS receiver that is, the first extractor 110 of the visual signal extractor 100 of this embodiment
  • the signal strength of the external forgery and modulated signal is increased and output from the internal oscillator (OSC) (T OUT ) is adjusted to follow the external forgery and modulated signal, and iii) the time of the external forged and modulated signal is changed little by little, thereby changing the frequency of the currently input wireless satellite signal.
  • the frequency forgery detection unit 310 uses the difference between the synchronous time signal T OUT generated by the internal oscillator OSC and the wireless satellite time signal T SAT , that is, the first phase difference ⁇ O SAT .
  • FIG. 2 shows an example of changes in a wireless satellite time signal T SAT and a synchronization time signal T OUT when an external forgery and modulated signal is input.
  • the wireless satellite time signal T SAT increases or decreases, the synchronous time signal T OUT is gradually followed by the wireless satellite time signal T SAT by the synchronization unit 500.
  • Microscopic increase or decrease of the wireless satellite time signal (T SAT ) occurs frequently even in normal conditions, but when forgery by an external forgery signal occurs, the first phase difference ( ⁇ O SAT ) steadily increases in a specific direction (increase or decrease). do.
  • T SAT wireless satellite time signal
  • the comparison area is a set time period for detecting time forgery of a wireless satellite signal, and accordingly, the frequency forgery detection unit 310 has a first accumulated average value of the first phase difference ( ⁇ O SAT ) in the set time period. It is possible to detect visual forgery of a wireless satellite signal by determining whether it is above a threshold.
  • the frequency forgery detection unit 310 determines that the time forgery of the wireless satellite signal has occurred when the accumulated average value of the first phase difference ( ⁇ O SAT ) in the set time period is greater than or equal to the first threshold value, and the first phase difference in the set time period If the accumulated average value of ( ⁇ O SAT ) is less than the first threshold, it may be determined that time forgery of the wireless satellite signal has not occurred. This can be expressed in Equation 3 below.
  • D freq (t) is a determination result of the frequency forgery detection unit 310, where a value of 0 indicates a normal state and a value of 1 indicates a visual forgery and modulation state.
  • T means a set time period
  • Th freq means a first threshold.
  • the first threshold may be variously selected according to the intention of the designer and may be preset in the frequency forgery detection unit 310.
  • FIG. 3 illustrates an example in which time forgery of a wireless satellite signal is performed by an external forgery signal, but the time change of the external forgery signal is small so that the frequency forgery detection unit 310 does not detect visual forgery. This is because the cumulative average value of the first phase difference ⁇ O SAT from the present to the past T in the sliding window method with the set time period as T is smaller than the first threshold. If the situation as shown in FIG. 3 persists, the attacker may allow the desired visual error to be distributed through the synchronization time signal T OUT .
  • the forgery detection unit 300 may further include a phase forgery detection unit 320.
  • the phase forgery detection unit 320 uses a second phase difference ( ⁇ O NET ) that increases or decreases as the phase of the wireless satellite signal currently input by the external forgery signal changes, and the phase forgery of the wireless satellite signal does not occur.
  • ⁇ O NET second phase difference
  • the synchronous time signal T OUT follows the wireless satellite time signal T SAT , so the difference between the two time signals is There are few, and thus, the two visual signals and the wired network visual signal T NET maintain a constant phase difference.
  • the phase difference between the synchronous time signal (T OUT ) and the wired network time signal (T NET ) is defined as the reference phase difference ( ⁇ O default ). .
  • the difference between the second phase difference ( ⁇ O NET ) and the reference phase difference ( ⁇ O default ) is the phase shift formed in the current synchronization time signal (T OUT ) compared to the case where the phase forgery of the wireless satellite signal has not occurred (Fig. 3).
  • ⁇ Th phase and the phase forgery detection unit 320 may detect the time forgery of the wireless satellite signal by determining whether the phase shift ⁇ Th phase is equal to or greater than a preset second threshold. This method is based on the feature that in the case of a power system using a dedicated communication network, forgery and modulation of wired network signals is impossible.
  • the phase forgery detection unit 320 may detect visual forgery according to Equation 4 below.
  • D phase is a determination result of the phase forgery detection unit 320, where a value of 0 indicates a normal state and a value of 1 indicates a time forgery and modulation state.
  • Th phase means a second threshold, and the second threshold may be variously selected according to a designer's intention and set in advance in the phase forgery detection unit 320.
  • time forgery occurs from t 0 to t 2 , but according to Equation 3, the value of D freq (t) in the set time period is determined to be 0, and it is recognized as a normal state in which no time forgery has occurred. have. However, at t 2 , the D phase is determined to be a value of 1 by Equation 4, so that visual forgery can be detected.
  • the forgery detection unit 300 is the frequency forgery detection unit 310 and the phase forgery detection unit 320 respectively detect the time forgery of the wireless satellite signal detection results (D freq , D A synchronization signal selection control unit 330 for generating a selection control signal CTRL for a synchronization signal to synchronize the internal oscillator OSC according to phase ) may be further included.
  • the visual forgery detection results of the forgery detection unit 300 may include four combinations according to the detection results (D freq and D phase ) of the frequency forgery detection unit 310 and the phase forgery detection unit 320. I can.
  • the synchronization signal selection control unit 330 selects any one of three signals of '00', '01', and '10' as a selection control signal CTRL to the synchronization signal selection unit 400 to be described later.
  • the forgery detection unit 300 includes a warning unit 340 that generates a warning when a time forgery of a wireless satellite signal is detected by the frequency forgery detection unit 310 or the phase forgery detection unit 320. It may further include, and accordingly, the power system operator can recognize that the time forgery of the wireless satellite signal by the current external forgery signal has occurred and perform a quick recovery operation.
  • the forgery detection unit 300 may perform a wireless satellite signal.
  • the synchronization signal selection unit 400 may select a synchronization signal to synchronize the internal oscillator (OSC) based on the time forgery detection result of the wireless satellite signal by the forgery detection unit 300. .
  • OSC internal oscillator
  • the synchronization signal selection unit 400 is based on the selection control signal CTRL input from the synchronization signal selection control unit 330, the synchronization time signal T OUT currently output from the internal oscillator (OSC), the wireless satellite time
  • the corrected wired network time signal (the corrected wired network signal is determined by the reference phase difference correcting unit 600 of FIG. 1) in which the reference phase difference ( ⁇ O default ) is added to the signal T SAT and the wired network time signal T NET Can be selected as a synchronization signal to synchronize the internal oscillator (OSC).
  • the synchronization signal selection unit 400 selects the wireless satellite time signal T SAT as the synchronization signal when the selection control signal CTRL is '00' (that is, in a normal state in which no time forgery has occurred).
  • This allows normal synchronization of the internal oscillator (OSC) to be performed, and when the selection control signal (CTRL) is '10' (that is, when a frequency forgery occurs), the synchronization time signal currently output from the internal oscillator (OSC)
  • the currently output synchronization time signal (T OUT ) can be selected as a synchronization signal so as not to follow the frequency modulated wireless satellite time signal (T SAT ), and select control
  • the signal CTRL is '01' (i.e., when phase forgery occurs)
  • the corrected wired network time signal is selected as the synchronization signal, and the synchronization time from the internal oscillator (OSC) as in a stable state in which no
  • the synchronization unit 500 When a synchronization signal is selected by the synchronization signal selection unit 400, the synchronization unit 500 synchronizes the internal oscillator (OSC) through the selected synchronization signal, and the synchronization unit 500 synchronizes the DPLL (Digital Phase-Locked Loop).
  • OSC internal oscillator
  • DPLL Digital Phase-Locked Loop
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining a time synchronization method based on a satellite navigation system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a time synchronization method based on a satellite navigation system according to an embodiment of the present invention. It is a flow chart for specifically explaining the step of detecting visual forgery.
  • the time signal extracting unit 100 includes a wireless satellite signal and a wired network signal, and an internal oscillator (The wireless satellite time signal T SAT and the wired network time signal T NET for synchronizing the internal oscillator OSC are respectively extracted so that the synchronization time signal T OUT can be generated by the OSC (S100).
  • the phase difference detection section 200 includes a synchronous time signal (T OUT) and wireless first phase difference between the satellite time signals (T SAT) ( ⁇ O SAT), and a synchronous time signal (T OUT) and a wired network time signal (T NET A second phase difference ( ⁇ O NET ) between) is detected (S200).
  • the forgery detection unit 300 detects the time forgery of the wireless satellite signal by the external forgery and modulation signal based on the first and second phase differences ⁇ O SAT and ⁇ O NET detected by the phase difference detection unit 200. (S300).
  • a frequency forgery detection of a time forgery of a wireless satellite signal is detected using a first phase difference ( ⁇ O SAT ) that increases or decreases as the frequency of a wireless satellite signal currently input by an external forgery signal changes.
  • a second phase difference ( ⁇ O NET ) that increases or decreases as the phase of the wireless satellite signal currently input by the external forgery and modulated signal changes, compared to the case where the phase forgery of the wireless satellite signal does not occur.
  • It may include a phase forgery detection step (S320) of detecting a time forgery of the wireless satellite signal by determining a phase shift ( ⁇ Th phase ) formed in the current synchronization time signal T OUT .
  • step S310 the forgery detection unit 300 determines whether the accumulated average value of the first phase difference ( ⁇ O SAT ) is equal to or greater than a preset first threshold value in the set time period to detect the time forgery of the wireless satellite signal, and step S320 At, the forgery detection unit 300 determines whether the phase shift ( ⁇ Th phase ) determined by the difference between the second phase difference ( ⁇ O NET ) and the reference phase difference ( ⁇ O default ) is equal to or greater than a preset second threshold, and Detects visual forgery of signals. Since the description of this has been described above, a detailed operation description will be omitted.
  • step S300 a synchronization signal for synchronizing the internal oscillator (OSC) according to each detection result (D freq , D phase ) for detecting time forgery of the wireless satellite signal in steps S310 and S320, respectively.
  • a selection control signal generation step (S330) of generating a selection control signal (CTRL), and a warning step (S340) of generating a warning when a time forgery of the wireless satellite signal is detected in step S310 or S320 may be further included.
  • S330 and S340 are configurations that are independently performed rather than sequentially performed, and the execution order is not limited to the time-series order shown in FIG. 5.
  • the synchronization signal selection unit 400 selects a synchronization signal to synchronize the internal oscillator (OSC) based on the time forgery detection result of the wireless satellite signal in step S300. Do (S400).
  • the synchronization signal selection unit 400 is based on the selection control signal CTRL generated in step S330, the synchronization time signal T OUT currently output from the internal oscillator (OSC), the wireless satellite time signal (T SAT). ), and a corrected wired network time signal in which a reference phase difference ⁇ O default is added to the wired network time signal T NET as a synchronization signal to synchronize the internal oscillator OSC.
  • the synchronization unit 500 synchronizes the internal oscillator (OSC) through the synchronization signal selected in step S400 (S500).
  • a forgery attack can be accurately detected through a method of detecting visual forgery of a wireless satellite signal by an external forgery signal by using a combination of a wireless satellite signal and a wired network signal, and according to the forgery detection result.
  • time synchronization errors caused by forgery attacks can be effectively prevented, and when a forgery detection is detected, the operator recognizes the forgery attack, enabling rapid recovery work. I can.

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Abstract

본 발명은 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치 및 방법에 관한 것으로서, 무선 위성 신호 및 유선 네트워크 신호로부터, 위성 수신 장치의 내부 발진기에 의해 동기 시각 신호가 생성될 수 있도록 내부 발진기를 동기시키기 위한 무선 위성 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호를 각각 추출하는 시각 신호 추출부, 동기 시각 신호 및 무선 위성 시각 신호 간의 제1 위상차와, 동기 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호 간의 제2 위상차를 검출하는 위상차 검출부, 위상차 검출부에 의해 검출된 제1 및 제2 위상차에 기초하여 외부 위변조 신호에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 위변조 탐지부, 및 위변조 탐지부에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조 탐지 결과에 기초하여 내부 발진기를 동기시킬 동기 신호를 선택하는 동기 신호 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치 및 방법
본 발명은 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 수신기에서 생성되는 시각 신호를 동기시키기 위한 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치 및 방법에 관한 것이다.
위성 항법 시스템 중 하나인 GPS(Global Positioning System)는 무선 항법 체계로서 수신자가 현재 위치(Position), 항법(Navigation), 시각(Time) 정보를 추출하여 활용하도록 하는 기능을 제공하고 있다.
미사일 또는 전투기 등의 핵심 무기는 GPS를 활용하여 현재 위치(P)와 운항 상태(N)를 파악하여 목표물 또는 목표지점에 도달하도록 동작한다. 그런데, 외부 공격자가 GPS 위성 신호와 동일한 주파수를 가지면서 지상에 도달하는 위성 신호보다 강한 신호를 발생시키면, GPS 수신기의 정상적인 동작을 방해할 수 있다. 이러한 공격을 GPS 재밍(Jamming) 공격이라고 하며, 주로 적대국에서 수행하는 의도적인 행위이다. 재밍 공격 시, 대상 시스템(장치)이 무기의 현재 위치를 파악할 수 없어 목표지점까지 무기를 정상적으로 제어할 수 없다. 즉, 무기 본연의 기능이 상실될 수 있다. 따라서, 이러한 공격을 막을 수 있는 항재밍(Anti-jamming) 기술이 필요한데, 일반적으로 재밍 신호 상쇄, GPS 신호 증폭 및 신호 연계, 대체 위성신호 수신 등이 사용되고 있다.
군사 분야뿐만 아니라 민간 항공기 및 선박 등 운송 분야에서도 GPS의 활용은 필수적이다. 기존의 관성 항법 장치를 통해 현재 위치 및 목표 지점을 판단할 수 있지만, 오차가 누적되기 때문에 정확한 운송이 어려운 한계가 있다.
군사 분야 및 운송 분야와 달리, 전력 시스템 분야는 GPS로부터 시각 정보(T)를 수신받아 활용하고 있으며, 그 용도는 다음과 같이 크게 두 가지로 분류될 수 있다.
첫째는, 사고 및 이벤트 시각 기록의 용도이다. 전력 시스템의 고장 또는 정전 등 주요한 사고 및 이벤트는 발생시각과 원인의 기록이 중요한데, 발생시각을 기록하기 위하여 GPS의 시각 정보를 활용하고 있다. 사고 또는 이벤트 발생시각을 기준으로 사고 발생지와 파급 양상을 분석함으로써, 신속하게 사고의 확장을 방지하고 문제를 해소할 수 있기 때문이다. 10ms 정도의 시각 정확도를 유지해야 사고 원인분석에 활용될 수 있다.
둘째는, 시각동기 위상정보 생성을 통한 광역감시 및 보호의 용도이다. 60Hz인 전기의 1주기는 약 167ms이고, IEEE C37.118.1 규격을 따른다면 초당 60프레임까지 위상 데이터를 수집, 연산 및 전송할 수 있어야 한다. 즉, ms 이하의 단위까지 신호를 계측하여 연산해야 한다. 또한 IEEE C37.118.1은 하기 수학식 1과 같은 TVE(Total Vector Error)값을 정의하여 계측된 값의 정확도를 판단하는데, TVE 1%를 유도하는 시각 오차보다 10배 정밀한 시각 동기를 유지해야 한다고 정의한다.
Figure PCTKR2020003454-appb-M000001
Figure PCTKR2020003454-appb-I000001
Figure PCTKR2020003454-appb-I000002
Figure PCTKR2020003454-appb-I000003
Figure PCTKR2020003454-appb-I000004
TVE 1% 오차를 발생하는 시각 오차는 약 27us이며, 이보다 10배 정밀한 시각동기는 2.7us 이내의 성능을 유지해야 한다. IEEE C37.118.1은 위의 상황을 종합적으로 고려하여, 1us의 시각 동기를 유지할 것을 명시한다.
결론적으로 전력 시스템은 GPS의 위치 및 운항 정보가 아니라 시각 정보를 수신하여 사고분석 및 계통해석에 활용한다. 따라서, 전력 시스템과 같이 GPS의 시각정보를 활용하는 영역에서는 위치 및 운항정보와 다르게 재밍에 대한 피해가 크지 않다.
한편, GPS 시각 위변조(스푸핑, Spoofing) 공격은 아래와 같은 조건을 만족해야 하기 때문에 위변조 기기 제작에는 고도의 정밀한 기술이 요구된다.
- GPS 수신기가 위변조 공격을 받고 있음을 인지할 수 없어야 한다.
- GPS 수신기 및 전력 설비들의 하드웨어 또는 소프트웨어의 변형없이 원하는 시각 오차를 주입할 수 있어야 한다.
- GPS 수신기 및 전력 설비에 물리적인 접근 없이도 원하는 시각 오차를 주입할 수 있어야 한다.
상기 요구조건을 만족하는 GPS 위변조 기기를 사용하여 전력 시스템에 시각 오차를 주입할 경우, 전력 시스템은 오차 발생 사실을 인지하지 못하고 정상적인 상황이라고 간주하여 시스템을 운영할 것이다. 이러한 상황에서 나타나는 문제점들은 이미 많이 지적되고 있다.
따라서, 전력 시스템 등 GPS의 시각을 활용하는 시스템은 GPS 시각 위변조 공격이 치명적인 영향을 줄 수 있다. 시각 동기 위상(Synchrophasor)의 경우, GPS 위변조 공격으로 500us의 시각 오차를 생성하면, 하기 수학식 2에 따라 정상적인 값보다 전압 또는 전류의 위상을 약 10.78도 변조할 수 있다.
Figure PCTKR2020003454-appb-M000002
Figure PCTKR2020003454-appb-I000005
이로 인하여, 전압 또는 전류의 위상을 활용하는 조류해석, 전압안정도지수 등 전력 시스템은 해석에 치명적인 오류를 유발할 수 있다.
GPS 재밍 공격에 대응하기 위한 항재밍 기술은 앞서 언급한 바와 같이 재밍신호 상쇄, GPS 신호 증폭 및 신호 연계, 대체 위성신호 수신 등이 있으나, GPS 시각 위변조 공격, 즉 스푸핑 공격에 효과적으로 대응할 수 있는 기술은 사실상 없다(하기 표 1 참조). ‘다중 위성항법신호 비교기술’과 같이, GPS 이외의 위성 항법 장치인 GLONASS, Galileo, Beidu 등을 동시에 수신하고 이를 상호 비교함으로써 위변조를 탐지하는 방법이 있으나, GPS 이외의 위성 항법 신호 역시 위변조 될 수 있기 때문에 시각 정보를 완벽하게 보호할 수 없다.
분야 GPS 활용 취약한 공격 대응 방법
군사 P, N 재밍 항재밍 기술
운송 P, N 재밍 항재밍 기술
전력 시스템 T 스푸핑 -
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1862934호(2018.05.30. 공고)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 GPS 무선 위성 신호의 시각 정보를 기반으로 운용되는 전력 시스템에 있어서 외부 위변조 신호에 의한 GPS 무선 위성 신호의 시각 위변조를 정밀하게 탐지하고, 그 탐지 결과를 기반으로 GNSS 수신기의 내부 발진기를 정확하게 동기시킴으로써, GPS 무선 위성 신호에 대한 위변조 공격에 효과적으로 대응하여 전력 시스템의 운용 안정성을 확보할 수 있는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치는 무선 위성 신호 및 유선 네트워크 신호로부터, 위성 수신 장치의 내부 발진기에 의해 동기 시각 신호가 생성될 수 있도록 상기 내부 발진기를 동기시키기 위한 무선 위성 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호를 각각 추출하는 시각 신호 추출부, 동기 시각 신호 및 무선 위성 시각 신호 간의 제1 위상차와, 동기 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호 간의 제2 위상차를 검출하는 위상차 검출부, 상기 위상차 검출부에 의해 검출된 제1 및 제2 위상차에 기초하여 외부 위변조 신호에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 위변조 탐지부, 및 상기 위변조 탐지부에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조 탐지 결과에 기초하여 상기 내부 발진기를 동기시킬 동기 신호를 선택하는 동기 신호 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 무선 위성 신호 및 유선 네트워크 신호는, 시각 정확도와 시각 위변조 강건성에 대한 상보적 특징을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 위변조 탐지부는, 외부 위변조 신호에 의해 현재 입력되는 무선 위성 신호의 주파수가 변화함에 따라 증감되는 제1 위상차를 이용하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 주파수 위변조 탐지부, 및 외부 위변조 신호에 의해 현재 입력되는 무선 위성 신호의 위상이 변화함에 따라 증감되는 제2 위상차를 이용하여, 무선 위성 신호의 위상 위변조가 발생하지 않은 경우 대비 현재의 동기 시각 신호에 형성된 위상 이동을 결정함으로써 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 위상 위변조 탐지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 주파수 위변조 탐지부는, 설정 시구간에서 제1 위상차의 누적 평균값이 미리 설정된 제1 임계치 이상인지 여부를 판단하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 위상 위변조 탐지부는, 제2 위상차와, 상기 내부 발진기로부터 출력되는 동기 시각 신호가 안정화된 상태일 때 동기 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호 간의 기준 위상차 간의 차이로 결정되는 상기 위상 이동이 미리 설정된 제2 임계치 이상인지 여부를 판단하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 위변조 탐지부는, 상기 주파수 위변조 탐지부 및 상기 위상 위변조 탐지부가 각각 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지한 각 탐지 결과에 따라 상기 내부 발진기를 동기시킬 동기 신호에 대한 선택 제어 신호를 생성하는 동기 신호 선택 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 동기 신호 선택부는, 상기 동기 신호 선택 제어부로부터 입력되는 선택 제어 신호를 토대로, 상기 내부 발진기로부터 현재 출력되는 동기 시각 신호, 무선 위성 시각 신호, 및 유선 네트워크 시각 신호에 기준 위상차가 가산된 보정 유선 네트워크 시각 신호 중 어느 하나를 상기 내부 발진기를 동기시킬 동기 신호로 선택하되, 상기 기준 위상차는 상기 내부 발진기로부터 출력되는 동기 시각 신호가 안정화된 상태일 때 동기 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호 간의 위상차인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 위변조 탐지부는, 상기 주파수 위변조 탐지부 또는 상기 위상 위변조 탐지부에 의해 무선 위성 신호의 시각 위변조가 탐지된 경우 경고를 발생시키는 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 동기 신호 선택부에 의해 선택된 동기 신호를 통해 상기 내부 발진기를 동기시키는 동기화부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 방법은 시각 신호 추출부가, 무선 위성 신호 및 유선 네트워크 신호로부터, 위성 수신 장치의 내부 발진기에 의해 동기 시각 신호가 생성될 수 있도록 상기 내부 발진기를 동기시키기 위한 무선 위성 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호를 각각 추출하는 단계, 위상차 검출부가, 동기 시각 신호 및 무선 위성 시각 신호 간의 제1 위상차와, 동기 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호 간의 제2 위상차를 검출하는 단계, 위변조 탐지부가, 상기 위상차 검출부에 의해 검출된 제1 및 제2 위상차에 기초하여 외부 위변조 신호에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 단계, 및 상기 신호 선택부가, 상기 위변조 탐지부에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조 탐지 결과에 기초하여 상기 내부 발진기를 동기시킬 동기 신호를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 무선 위성 신호 및 유선 네트워크 신호를 복합적으로 활용하여 외부 위변조 신호에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 방식을 통해 위변조 공격을 정밀하게 탐지할 수 있고, 위변조 탐지 결과에 따라 GNSS 수신기의 내부 발진기를 동기시킬 동기 신호를 차별적으로 결정함으로써 위변조 공격에 의한 시각 동기 오차를 효과적으로 방지할 수 있으며, 위변조 탐지 시 경고를 통해 운영자가 위변조 공격을 인지하도록 함으로써 신속한 복구 작업이 가능하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치의 동작을 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치에서 주파수 위변조 탐지부의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치에서 위상 위변조 탐지부의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 방법에서 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 단계를 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치 및 방법의 실시예를 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.
본 실시예에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치를 개괄적으로 설명하면, 본 실시예는 위성 안테나로부터 수신되는 무선 위성 신호의 높은 시각 정확도와, 유선 네트워크 통신망을 통해 수신되는 유선 네트워크 신호의 높은 시각 위변조 강건성을 상호 보완적으로 활용함으로써, 무선 위성 신호에 대한 위변조 공격에 효과적으로 대응할 수 있는 토폴로지를 채용한다. 즉, 무선 위성 신호는 시각 정확도가 높으나 위변조에 취약한 특징을 갖는 반면, 유선 네트워크 신호는 시각 정확도는 낮으나 위변조에 강인한 특징을 갖는다. 따라서, 본 실시예에서는 시각 정확도가 높은 무선 위성 신호를 기반으로 후술하는 내부 발진기(OSC)를 동기시키되, 그 위변조 취약성은 유선 네트워크 신호를 통해 보완함으로써, 내부 발진기(OSC)로부터 출력되는 시각 신호의 시각 동기 오차를 최소화하는 범위 내에서 위변조 공격에 강인하게 대응할 수 있는 토폴로지를 채용한다.
이하에서 설명하는 본 실시예의 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치는 전력 시스템에 적용될 수 있다. 즉, 후술하는 내부 발진기(OSC)로부터 출력되는 시각 신호는 전력 시스템의 사고 및 이벤트 시각 기록과 같은 사고 분석과, 전력 시스템에 대한 광역감시 및 보호와 같은 계통 해석에 적용될 수 있다. 본 실시예는 외부로부터 유선 네트워크 신호를 안정적으로 공급받을 수 있는 환경 조건을 전제하며, 전력 시스템은 송변전 및 배전 설비의 유지 관리 및 제어를 위한 광 통신망 등 유선 네트워크 통신망을 기반으로 하는 점에서 본 실시예의 환경 조건을 충족할 수 있다.
전력 시스템에 적용되는 본 실시예에서 유선 네트워크 신호는 PTP(Precision Time Protocol)에 따른 시각 동기 프로토콜 신호를 의미할 수 있다. 즉, 후술하는 시각 신호 추출부의 제2 추출부는 PTP 서버(Grand Master)로부터 시각 동기 프로토콜에 따른 유선 네트워크 신호를 수신하여 유선 네트워크 시각 신호를 추출하는 PTP 수신부(Client)로 기능할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 본 실시예의 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치는 GNSS 수신기 내부에 구현되어 GNSS 수신기의 내부 발진기(OSC)를 통해 전력 시스템에 적용되는 시각 신호가 무선 위성 신호에 동기화되도록 동작할 수 있다.
전술한 내용에 기초하여, 이하에서는 본 실시예의 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치의 동작을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치의 동작을 설명하기 위한 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치에서 주파수 위변조 탐지부의 동작을 설명하기 위한 예시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치에서 위상 위변조 탐지부의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치는 시각 신호 추출부(100), 위상차 검출부(200), 위변조 탐지부(300), 동기 신호 선택부(400), 동기화부(500) 및 기준 위상차 보정부(600)를 포함할 수 있다.
시각 신호 추출부(100)는 수신된 무선 위성 신호 및 유선 네트워크 신호로부터, 위성 수신 장치의 내부 발진기(OSC)에 의해 시각 신호가 생성될 수 있도록 내부 발진기(OSC)를 동기시키기 위한 무선 위성 시각 신호(TSAT) 및 유선 네트워크 시각 신호(TNET)를 각각 추출할 수 있다. 용어의 구분을 위해, 내부 발진기(OSC)에 의해 생성되어 출력되는 시각 신호를 동기 시각 신호(TOUT)로 정의된다.
도 1에 도시된 것과 같이 시각 신호 추출부(100)는 위성 안테나로부터 수신된 무선 위성 신호로부터 시각 신호를 추출하여 상기한 무선 위성 시각 신호(TSAT)를 생성하는 제1 추출부(110), 및 PTP 서버로부터 수신된 유선 네트워크 신호로부터 시각 신호를 추출하여 상기한 유선 네트워크 시각 신호(TNET)를 생성하는 제2 추출부(120)를 포함할 수 있다. 시각 신호 추출부(100)에 의해 추출된 무선 위성 시각 신호(TSAT) 및 유선 네트워크 시각 신호(TNET)는 후술할 것과 같이 내부 발진기(OSC)를 동기시키는데 활용될 수 있다. 또한, 전술한 것과 같이 무선 위성 신호 및 유선 네트워크 신호는 시각 정확도와 시각 위변조 강건성에 대한 상보적 특징을 가지며, 이에 따라 시각 정확도가 높은 무선 위성 신호를 기반으로 내부 발진기(OSC)를 동기시키되, 그 위변조 취약성은 유선 네트워크 신호를 통해 보완함으로써, 내부 발진기(OSC)로부터 출력되는 시각 신호의 시각 동기 오차를 최소화하는 범위 내에서 위변조 공격에 강인하게 대응할 수 있는 토폴로지가 구현될 수 있다.
위상차 검출부(200)는 동기 시각 신호(TOUT) 및 무선 위성 시각 신호(TSAT) 간의 제1 위상차(△OSAT)와, 동기 시각 신호(TOUT) 및 유선 네트워크 시각 신호(TNET) 간의 제2 위상차(△ONET)를 검출하여 후술하는 위변조 탐지부(300)로 전달할 수 있다. 도 1에 도시된 것과 같이 위상차 검출부(200)는 제1 및 제2 위상차 검출부(210, 220)를 포함할 수 있으며, 이에 따라 제1 위상차 검출부(210)는 동기 시각 신호(TOUT) 및 무선 위성 시각 신호(TSAT) 간의 차이를 통해 제1 위상차(△OSAT)를 검출할 수 있고, 제2 위상차 검출부(220)는 동기 시각 신호(TOUT) 및 유선 네트워크 시각 신호(TNET) 간의 차이를 통해 제2 위상차(△ONET)를 검출할 수 있다.
위변조 탐지부(300)는 위상차 검출부(200)에 의해 검출된 제1 및 제2 위상차(△OSAT, △ONET)에 기초하여 외부 위변조 신호에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지할 수 있다. 본 실시예에서 위변조 탐지부(300)는 외부 위변조 신호에 의한 무선 위성 신호의 주파수 위변조 및 위상 위변조를 탐지하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지할 수 있다. 이를 위해 위변조 탐지부(300)는 도 1에 도시된 것과 같이 주파수 위변조 탐지부(310) 및 위상 위변조 탐지부(320)를 포함할 수 있다.
위변조 탐지부(300)의 동작에 대한 구체적인 설명에 앞서, 먼저 도 1에 도시된 본 실시예의 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치의 초기 안정화 동작을 설명한다.
무선 위성 신호의 시각 위변조가 발생하지 않은 정상 상태일 경우, 무선 위성 신호의 시각 정확도가 높기 때문에 내부 발진기(OSC)는 후술하는 동기화부(500)에 의해 무선 위성 시각 신호(TSAT)에 동기화된다. 내부 발진기(OSC)로부터 출력되는 동기 시각 신호(TOUT)가 안정화된 상태일 때, 동기 시각 신호(TOUT)와 유선 네트워크 시각 신호(TNET)는 일정한 위상차(후술하는 기준 위상차(△Odefault)를 의미한다)를 안정적으로 유지하게 된다.
상기와 같은 초기 안정화 동작이 종료된 후, 무선 위성 신호의 시각 위변조를 검출하기 위해 전술한 위상차 검출부(200)에 의해 제1 및 제2 위상차(△OSAT, △ONET)가 지속적으로 검출된다. 위변조 탐지부(300)는 위상차 검출부(200)에 의해 검출된 제1 및 제2 위상차(△OSAT, △ONET)와, 내부 발진기(OSC)로부터 출력되는 동기 시각 신호(TOUT)를 활용하여 무선 위성 신호에 대한 시각 위변조를 탐지할 수 있다.
전술한 내용을 기반으로 위변조 탐지부(300)의 동작을 설명하면, 먼저 주파수 위변조 탐지부(310)는 외부 위변조 신호에 의해 현재 입력되는 무선 위성 신호의 주파수가 변화함에 따라 증감되는 제1 위상차(△OSAT)를 이용하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지할 수 있다.
구체적으로, 외부 위변조 신호에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조 과정은, i)정상적인 무선 위성 신호와 동일한 외부 위변조 신호(즉, 정상적인 무선 위성 신호와 동일한 진폭, 주파수 및 위상을 갖는 무선 외부 위변조 신호)가 GNSS 수신기(즉, 본 실시예의 시각 신호 추출부(100)의 제1 추출부(110))로 입력되고, ii)외부 위변조 신호의 신호 세기가 증가되어 내부 발진기(OSC)로부터 출력되는 동기 시각 신호(TOUT)가 외부 위변조 신호를 추종하도록 조정되며, iii)외부 위변조 신호의 시각이 조금씩 변화됨으로써 현재 입력되는 무선 위성 신호의 주파수가 변화되는 과정으로 이루어진다. 이에 따라, 주파수 위변조 탐지부(310)는 내부 발진기(OSC)에 의해 생성된 동기 시각 신호(TOUT)와 무선 위성 시각 신호(TSAT) 간의 차이, 즉 제1 위상차(△OSAT)를 이용하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지할 수 있다.
도 2는 외부 위변조 신호가 입력될 경우 무선 위성 시각 신호(TSAT) 및 동기 시각 신호(TOUT)의 변화의 예시를 도시하고 있다. 무선 위성 시각 신호(TSAT)가 증가하거나 감소하면, 동기 시각 신호(TOUT)는 동기화부(500)에 의해 서서히 무선 위성 시각 신호(TSAT)를 추종하게 된다. 무선 위성 시각 신호(TSAT)의 미세한 증감은 정상적인 상태에서도 빈번하게 발생하지만, 외부 위변조 신호에 의한 위변조가 발생하게 되면 특정 방향(증가 또는 감소)으로 제1 위상차(△OSAT)가 꾸준하게 증가하게 된다. 도 2에서 비교 영역은 무선 위성 신호의 시각 위변조 탐지를 위한 설정 시구간으로서, 이에 따라 주파수 위변조 탐지부(310)는 설정 시구간에서 제1 위상차(△OSAT)의 누적 평균값이 미리 설정된 제1 임계치 이상인지 여부를 판단하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지할 수 있다. 즉, 주파수 위변조 탐지부(310)는 설정 시구간에서 제1 위상차(△OSAT)의 누적 평균값이 제1 임계치 이상이면 무선 위성 신호의 시각 위변조가 발생한 것으로 판단하고, 설정 시구간에서 제1 위상차(△OSAT)의 누적 평균값이 제1 임계치 미만이면 무선 위성 신호의 시각 위변조가 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이를 수식으로 표현하면 하기 수학식 3과 같다.
Figure PCTKR2020003454-appb-M000003
수학식 3에서, Dfreq(t)는 주파수 위변조 탐지부(310)의 판단 결과로서, 0의 값은 정상 상태를 나타내고 1의 값은 시각 위변조 상태를 나타낸다. T는 설정 시구간을 의미하며, Thfreq는 제1 임계치를 의미한다. 제1 임계치는 설계자의 의도에 따라 다양하게 선택되어 주파수 위변조 탐지부(310)에 미리 설정되어 있을 수 있다.
한편, 공격자의 입장에서 외부 위변조 신호를 통해 아주 천천히 무선 위성 신호의 시각을 위변조하는 경우, 주파수 위변조 탐지부(310)에서 시각 위변조가 탐지되지 않고 동기 시각 신호(TOUT)의 시각 오차가 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 공격자가 도 2의 비교 영역에 대한 설정 시구간에서 제1 위상차(△OSAT)의 누적 평균값이 제1 임계치 미만이 되도록 주기적으로 위변조 공격을 수행한다면, 비록 많은 시간이 소요되더라도 공격자가 원하는 시각 오차를 만들 수 있게 된다.
도 3은 외부 위변조 신호에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조가 이루어지고 있으나, 외부 위변조 신호의 시각 변화의 크기가 작아 주파수 위변조 탐지부(310)에서 시각 위변조가 탐지되지 않는 예시를 도시하고 있다. 설정 시구간을 T로 하여 슬라이딩 윈도우 방식으로 현재부터 과거 T 만큼의 제1 위상차(△OSAT)의 누적 평균값이 제1 임계치보다 작기 때문이다. 도 3과 같은 상황이 지속될 경우 공격자는 원하는 시각 오차가 동기 시각 신호(TOUT)를 통해 분배되도록 할 수 있다.
상기한 문제점을 제거하기 위해 본 실시예의 위변조 탐지부(300)는 위상 위변조 탐지부(320)를 더 포함할 수 있다. 위상 위변조 탐지부(320)는 외부 위변조 신호에 의해 현재 입력되는 무선 위성 신호의 위상이 변화함에 따라 증감되는 제2 위상차(△ONET)를 이용하여, 무선 위성 신호의 위상 위변조가 발생하지 않은 경우 대비 현재의 동기 시각 신호(TOUT)에 형성된 위상 이동(△Thphase)을 결정함으로써 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지할 수 있다.
구체적으로, 전술한 초기 안정화 동작이 완료되고 무선 위성 신호의 시각 위변조가 발생하지 않은 정상 상태에서는 동기 시각 신호(TOUT)가 무선 위성 시각 신호(TSAT)를 추종하기 때문에 두 시각 신호 간의 차이는 거의 없으며, 따라서 두 시각 신호와 유선 네트워크 시각 신호(TNET)는 일정한 위상차를 유지하게 된다. 내부 발진기(OSC)로부터 출력되는 동기 시각 신호(TOUT)가 안정화된 상태일 때 동기 시각 신호(TOUT) 및 유선 네트워크 시각 신호(TNET) 간의 위상차를 기준 위상차(△Odefault)로 정의한다. 따라서, 제2 위상차(△ONET)와 기준 위상차(△Odefault) 간의 차이는 무선 위성 신호의 위상 위변조가 발생하지 않은 경우 대비 현재의 동기 시각 신호(TOUT)에 형성된 위상 이동(도 3의 △Thphase)이 되며, 위상 위변조 탐지부(320)는 이러한 위상 이동(△Thphase)이 미리 설정된 제2 임계치 이상인지 여부를 판단하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지할 수 있다. 이러한 방법은 전용 통신망을 사용하는 전력 시스템의 경우 유선 네트워크 신호의 위변조가 불가능하다는 특징에 기반한다. 위상 위변조 탐지부(320)는 하기 수학식 4에 따라 시각 위변조를 탐지할 수 있다.
Figure PCTKR2020003454-appb-M000004
수학식 4에서, Dphase는 위상 위변조 탐지부(320)의 판단 결과로서, 0의 값은 정상 상태를 나타내고 1의 값은 시각 위변조 상태를 나타낸다. Thphase는 제2 임계치를 의미하며, 제2 임계치는 설계자의 의도에 따라 다양하게 선택되어 위상 위변조 탐지부(320)에 미리 설정되어 있을 수 있다.
도 3에서, t0에서 t2까지 시각 위변조가 발생하고 있으나, 수학식 3에 따를 때 설정 시구간에서 Dfreq(t)의 값은 0으로 결정되어 시각 위변조가 발생하지 않은 정상 상태로 인지되고 있다. 그러나, t2에서 수학식 4에 의해 Dphase가 1의 값으로 결정되어 시각 위변조가 탐지될 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 것과 같이 위변조 탐지부(300)는 주파수 위변조 탐지부(310) 및 위상 위변조 탐지부(320)가 각각 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지한 각 탐지 결과(Dfreq, Dphase)에 따라 내부 발진기(OSC)를 동기시킬 동기 신호에 대한 선택 제어 신호(CTRL)를 생성하는 동기 신호 선택 제어부(330)를 더 포함할 수 있다. 위변조 탐지부(300)의 시각 위변조 탐지 결과는 하기 표 2와 같이 주파수 위변조 탐지부(310) 및 위상 위변조 탐지부(320)의 각 탐지 결과(Dfreq, Dphase)에 따라 4가지 조합이 있을 수 있다.
입력 출력
Dfreq Dphase CTRL
0 0 00
0 1 01
1 0 10
1 1 01
표 2에 따라, 동기 신호 선택 제어부(330)는 '00', '01', '10'의 세 가지 중 어느 하나의 신호를 선택 제어 신호(CTRL)로서 후술하는 동기 신호 선택부(400)로 전달할 수 있다.나아가, 위변조 탐지부(300)는 주파수 위변조 탐지부(310) 또는 위상 위변조 탐지부(320)에 의해 무선 위성 신호의 시각 위변조가 탐지된 경우 경고를 발생시키는 경고부(340)를 더 포함할 수도 있으며, 이에 따라 전력 시스템 운용자는 현재 외부 위변조 신호에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조가 발생하였음을 인지하여 신속한 복구 작업을 수행할 수 있다.위변조 탐지부(300)에 의해 무선 위성 신호의 시각 위변조 탐지가 수행된 후, 동기 신호 선택부(400)는 위변조 탐지부(300)에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조 탐지 결과에 기초하여 내부 발진기(OSC)를 동기시킬 동기 신호를 선택할 수 있다.
구체적으로, 동기 신호 선택부(400)는 동기 신호 선택 제어부(330)로부터 입력되는 선택 제어 신호(CTRL)를 토대로, 내부 발진기(OSC)로부터 현재 출력되는 동기 시각 신호(TOUT), 무선 위성 시각 신호(TSAT), 및 유선 네트워크 시각 신호(TNET)에 기준 위상차(△Odefault)가 가산된 보정 유선 네트워크 시각 신호(보정 유선 네트워크 신호는 도 1의 기준 위상차 보정부(600)에 의해 결정될 수 있다) 중 어느 하나를 내부 발진기(OSC)를 동기시킬 동기 신호로 선택할 수 있다.
즉, 동기 신호 선택부(400)는 선택 제어 신호(CTRL)가 '00'인 경우(즉, 시각 위변조가 발생하지 않은 정상 상태인 경우), 무선 위성 시각 신호(TSAT)를 동기 신호로 선택하여 정상적인 내부 발진기(OSC)의 동기화가 수행되도록 할 수 있고, 선택 제어 신호(CTRL)가 '10'인 경우(즉, 주파수 위변조가 발생한 경우), 내부 발진기(OSC)로부터 현재 출력되는 동기 시각 신호(TOUT)가 후술하는 동기화부(500)에 Locking 됨으로써 주파수 변조된 무선 위성 시각 신호(TSAT)를 추종하지 않도록 현재 출력되는 동기 시각 신호(TOUT)를 동기 신호로 선택할 수 있으며, 선택 제어 신호(CTRL)가 '01'인 경우(즉, 위상 위변조가 발생한 경우), 상기한 보정 유선 네트워크 시각 신호를 동기 신호로 선택하여 위변조가 발생하지 않은 안정화 상태와 같이 내부 발진기(OSC)로부터 동기 시각 신호(TOUT)가 출력되도록 할 수 있다.
동기 신호 선택부(400)에 의해 동기 신호가 선택되면, 동기화부(500)는 선택된 동기 신호를 통해 내부 발진기(OSC)를 동기시키며, 이러한 동기화부(500)는 DPLL(Digital Phase-Locked Loop)로 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 방법에서 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 단계를 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 방법을 설명하면, 먼저 시각 신호 추출부(100)는 무선 위성 신호 및 유선 네트워크 신호로부터, 위성 수신 장치의 내부 발진기(OSC)에 의해 동기 시각 신호(TOUT)가 생성될 수 있도록 내부 발진기(OSC)를 동기시키기 위한 무선 위성 시각 신호(TSAT) 및 유선 네트워크 시각 신호(TNET)를 각각 추출한다(S100).
이어서, 위상차 검출부(200)는 동기 시각 신호(TOUT) 및 무선 위성 시각 신호(TSAT) 간의 제1 위상차(△OSAT)와, 동기 시각 신호(TOUT) 및 유선 네트워크 시각 신호(TNET) 간의 제2 위상차(△ONET)를 검출한다(S200).
이어서, 위변조 탐지부(300)는 위상차 검출부(200)에 의해 검출된 제1 및 제2 위상차(△OSAT, △ONET)에 기초하여 외부 위변조 신호에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지한다(S300).
도 5를 참조하면, S300 단계는 외부 위변조 신호에 의해 현재 입력되는 무선 위성 신호의 주파수가 변화함에 따라 증감되는 제1 위상차(△OSAT)를 이용하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 주파수 위변조 탐지 단계(S310), 및 외부 위변조 신호에 의해 현재 입력되는 무선 위성 신호의 위상이 변화함에 따라 증감되는 제2 위상차(△ONET)를 이용하여, 무선 위성 신호의 위상 위변조가 발생하지 않은 경우 대비 현재의 동기 시각 신호(TOUT)에 형성된 위상 이동(△Thphase)을 결정함으로써 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 위상 위변조 탐지 단계(S320)를 포함할 수 있다.
S310 단계에서, 위변조 탐지부(300)는 설정 시구간에서 제1 위상차(△OSAT)의 누적 평균값이 미리 설정된 제1 임계치 이상인지 여부를 판단하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하고, S320 단계에서 위변조 탐지부(300)는 제2 위상차(△ONET)와 기준 위상차(△Odefault) 간의 차이로 결정되는 위상 이동(△Thphase)이 미리 설정된 제2 임계치 이상인지 여부를 판단하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지한다. 이에 대한 설명은 전술한 것이므로 구체적인 동작 설명은 생략한다.
또한, 도 5를 참조하면 S300 단계는 S310 단계 및 S320 단계에서 각각 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지된 각 탐지 결과(Dfreq, Dphase)에 따라 내부 발진기(OSC)를 동기시킬 동기 신호에 대한 선택 제어 신호(CTRL)를 생성하는 선택 제어 신호 생성 단계(S330)와, S310 단계 또는 S320 단계에서 무선 위성 신호의 시각 위변조가 탐지된 경우 경고를 발생시키는 경고 단계(S340)를 더 포함할 수도 있으며, S330 단계 및 S340 단계는 순차적으로 수행되는 구성이 아닌 독립적으로 수행되는 구성으로서, 그 수행 순서가 도 5에 도시된 시계열적 순서에 한정되지 않는다.
S300 단계에서 무성 위성 신호에 대한 시각 위변조 여부가 판단되면, 동기 신호 선택부(400)는 S300 단계에서의 무선 위성 신호의 시각 위변조 탐지 결과에 기초하여 내부 발진기(OSC)를 동기시킬 동기 신호를 선택한다(S400). S400 단계에서, 동기 신호 선택부(400)는 S330 단계에서 생성된 선택 제어 신호(CTRL)를 토대로, 내부 발진기(OSC)로부터 현재 출력되는 동기 시각 신호(TOUT), 무선 위성 시각 신호(TSAT), 및 유선 네트워크 시각 신호(TNET)에 기준 위상차(△Odefault)가 가산된 보정 유선 네트워크 시각 신호 중 어느 하나를 내부 발진기(OSC)를 동기시킬 동기 신호로 선택한다.
이어서, 동기화부(500)는 S400 단계에서 선택된 동기 신호를 통해 내부 발진기(OSC)를 동기시킨다(S500).
이와 같이 본 실시예는 무선 위성 신호 및 유선 네트워크 신호를 복합적으로 활용하여 외부 위변조 신호에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 방식을 통해 위변조 공격을 정밀하게 탐지할 수 있고, 위변조 탐지 결과에 따라 GNSS 수신기의 내부 발진기를 동기시킬 동기 신호를 차별적으로 결정함으로써 위변조 공격에 의한 시각 동기 오차를 효과적으로 방지할 수 있으며, 위변조 탐지 시 경고를 통해 운영자가 위변조 공격을 인지하도록 함으로써 신속한 복구 작업이 가능하도록 할 수 있다.
이상으로 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 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 무선 위성 신호 및 유선 네트워크 신호로부터, 위성 수신 장치의 내부 발진기에 의해 동기 시각 신호가 생성될 수 있도록 상기 내부 발진기를 동기시키기 위한 무선 위성 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호를 각각 추출하는 시각 신호 추출부;
    동기 시각 신호 및 무선 위성 시각 신호 간의 제1 위상차와, 동기 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호 간의 제2 위상차를 검출하는 위상차 검출부;
    상기 위상차 검출부에 의해 검출된 제1 및 제2 위상차에 기초하여 외부 위변조 신호에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 위변조 탐지부; 및
    상기 위변조 탐지부에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조 탐지 결과에 기초하여 상기 내부 발진기를 동기시킬 동기 신호를 선택하는 동기 신호 선택부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    무선 위성 신호 및 유선 네트워크 신호는, 시각 정확도와 시각 위변조 강건성에 대한 상보적 특징을 갖는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위변조 탐지부는,
    외부 위변조 신호에 의해 현재 입력되는 무선 위성 신호의 주파수가 변화함에 따라 증감되는 제1 위상차를 이용하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 주파수 위변조 탐지부; 및
    외부 위변조 신호에 의해 현재 입력되는 무선 위성 신호의 위상이 변화함에 따라 증감되는 제2 위상차를 이용하여, 무선 위성 신호의 위상 위변조가 발생하지 않은 경우 대비 현재의 동기 시각 신호에 형성된 위상 이동을 결정함으로써 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 위상 위변조 탐지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 주파수 위변조 탐지부는, 설정 시구간에서 제1 위상차의 누적 평균값이 미리 설정된 제1 임계치 이상인지 여부를 판단하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 위상 위변조 탐지부는, 제2 위상차와, 상기 내부 발진기로부터 출력되는 동기 시각 신호가 안정화된 상태일 때 동기 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호 간의 기준 위상차 간의 차이로 결정되는 상기 위상 이동이 미리 설정된 제2 임계치 이상인지 여부를 판단하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 위변조 탐지부는, 상기 주파수 위변조 탐지부 및 상기 위상 위변조 탐지부가 각각 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지한 각 탐지 결과에 따라 상기 내부 발진기를 동기시킬 동기 신호에 대한 선택 제어 신호를 생성하는 동기 신호 선택 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 동기 신호 선택부는, 상기 동기 신호 선택 제어부로부터 입력되는 선택 제어 신호를 토대로, 상기 내부 발진기로부터 현재 출력되는 동기 시각 신호, 무선 위성 시각 신호, 및 유선 네트워크 시각 신호에 기준 위상차가 가산된 보정 유선 네트워크 시각 신호 중 어느 하나를 상기 내부 발진기를 동기시킬 동기 신호로 선택하되, 상기 기준 위상차는 상기 내부 발진기로부터 출력되는 동기 시각 신호가 안정화된 상태일 때 동기 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호 간의 위상차인 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 위변조 탐지부는, 상기 주파수 위변조 탐지부 또는 상기 위상 위변조 탐지부에 의해 무선 위성 신호의 시각 위변조가 탐지된 경우 경고를 발생시키는 경고부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 동기 신호 선택부에 의해 선택된 동기 신호를 통해 상기 내부 발진기를 동기시키는 동기화부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 장치.
  10. 시각 신호 추출부가, 무선 위성 신호 및 유선 네트워크 신호로부터, 위성 수신 장치의 내부 발진기에 의해 동기 시각 신호가 생성될 수 있도록 상기 내부 발진기를 동기시키기 위한 무선 위성 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호를 각각 추출하는 단계;
    위상차 검출부가, 동기 시각 신호 및 무선 위성 시각 신호 간의 제1 위상차와, 동기 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호 간의 제2 위상차를 검출하는 단계;
    위변조 탐지부가, 상기 위상차 검출부에 의해 검출된 제1 및 제2 위상차에 기초하여 외부 위변조 신호에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 단계; 및
    동기 신호 선택부가, 상기 위변조 탐지부에 의한 무선 위성 신호의 시각 위변조 탐지 결과에 기초하여 상기 내부 발진기를 동기시킬 동기 신호를 선택하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 탐지하는 단계는,
    상기 위변조 탐지부가, 외부 위변조 신호에 의해 현재 입력되는 무선 위성 신호의 주파수가 변화함에 따라 증감되는 제1 위상차를 이용하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 주파수 위변조 탐지 단계; 및
    상기 위변조 탐지부가, 외부 위변조 신호에 의해 현재 입력되는 무선 위성 신호의 위상이 변화함에 따라 증감되는 제2 위상차를 이용하여, 무선 위성 신호의 위상 위변조가 발생하지 않은 경우 대비 현재의 동기 시각 신호에 형성된 위상 이동을 결정함으로써 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 위상 위변조 탐지 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 주파수 위변조 탐지 단계에서, 상기 위변조 탐지부는,
    설정 시구간에서 제1 위상차의 누적 평균값이 미리 설정된 제1 임계치 이상인지 여부를 판단하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 위상 위변조 탐지 단계에서, 상기 위변조 탐지부는,
    제2 위상차와, 상기 내부 발진기로부터 출력되는 동기 시각 신호가 안정화된 상태일 때 동기 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호 간의 기준 위상차 간의 차이로 결정되는 상기 위상 이동이 미리 설정된 제2 임계치 이상인지 여부를 판단하여 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 위상 위변조 탐지 단계는,
    상기 위변조 탐지부가, 상기 주파수 위변조 탐지 단계 및 상기 위상 위변조 탐지 단계에서 각각 무선 위성 신호의 시각 위변조를 탐지된 각 탐지 결과에 따라 상기 내부 발진기를 동기시킬 동기 신호에 대한 선택 제어 신호를 생성하는 선택 제어 신호 생성 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 선택하는 단계에서, 동기 신호 선택부는,
    상기 위변조 탐지부로부터 입력되는 선택 제어 신호를 토대로, 상기 내부 발진기로부터 현재 출력되는 동기 시각 신호, 무선 위성 시각 신호, 및 유선 네트워크 시각 신호에 기준 위상차가 가산된 보정 유선 네트워크 시각 신호 중 어느 하나를 상기 내부 발진기를 동기시킬 동기 신호로 선택하되, 상기 기준 위상차는 상기 내부 발진기로부터 출력되는 동기 시각 신호가 안정화된 상태일 때 동기 시각 신호 및 유선 네트워크 시각 신호 간의 위상차인 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 탐지하는 단계는,
    상기 위변조 탐지부가, 상기 주파수 위변조 탐지 단계 또는 상기 위상 위변조 탐지 단계에서 무선 위성 신호의 시각 위변조가 탐지된 경우 경고를 발생시키는 경고 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    동기화부가, 상기 동기 신호 선택부에 의해 선택된 동기 신호를 통해 상기 내부 발진기를 동기시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템 기반의 시각 동기 방법.
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