한미 키리졸브 훈련에 따라 북한의 GPS 전파교란에 대비하여 동해안 속초지역에 운항중인 한빛호에 고성능 GNSS 수신기와 안테나를 설치 후 전파교란을 측정(2013. 3. 14 ~ 3. 21)하여, 원시정보(GPS/GLONASS의 추적 위성수, 위성배치(DOP), 위성신호세기)를 분석한 결과 GPS/GLONASS 위성신호와 유사한 주파수 전파 간섭은 발생하지 않은 것으로 측정 되었으며, 향후 지속적 측정을 통하여 위성신호와 비슷한 주파수 대역의 전파교란 대비 필요.
미국에서 군용목적으로 개발된 GPS는 21세기에 접어들면서 차량용 내비게이션, 스마트폰 등의 일상생활에서 쉽게 사용될 뿐만 아니라, 이동통신망, 전력망, 금융망 등 국가 기간통신망에서도 활용되고 있으며, 날이 갈수록 다양한 분야에서 매우 중요한 역할을 담당하고 있다. 하지만, GPS는 신호세기가 미약하므로 전파 방해에 취약하여 전파교란되기 매우 쉽다. 최근 서해안 및 금강산 지역의 GPS 교란 신호 발생으로 인해 이통사 및 항공사 등에서 GPS 신호를 활용하는데 심각한 문제를 야기하였다. 본 고에서는 GPS 전파교란 문제를 예방 및 피해를 최소화하기 위하여 국외에서 개발중인 GPS 전파교란 감시 기술 동향을 살펴보고, 국내에서 위성항법지상국 기술개발을 통하여 확보된 위성항법 신호감시국 기술과 추진 중인 전파교란 감시 기술개발 현황에 대하여 소개한다.
이용 분야가 다양한 GPS(Global Positioning System) 신호는 지상에서의 수신 신호 세기가 매우 낮아 각종 전파교란 문제에 노출되어 있다. 최근 국내에서도 GPS 전파교란으로 인해 GPS 신호를 이용하는 이동통신 기지국, 항공기 및 선박 등의 분야에서 많은 피해 사례가 발생하였다. 이에 따라 GPS 전파교란에 대한 사회적 관심도가 높아지고 있고 보다 발전된 형태의 전파교란이 발생할 가능성도 높아지고 있다. 이와 같은 상황에서 본고에서는 GPS 전파교란 형태 중 항법수신기에서 잘못된 정보를 제공하게 하는 스마트 재밍에 대한 개념을 소개하고 이를 극복하기 위한 국내외 기술 동향에 대하여 기술하고자 한다.
GPS는 차량용 네비게이션, 스마트폰 등의 일상생활에서 사용될 뿐만 아니라. 이동통신망, 전력망, 금융망 등 국가 기간통신망에 활용되는 중요한 인프라이다. 하지만 GPS는 신호세기가 미약하여 전파 교란에 매우 취약한 단점이 있다. GPS 교란은 사회적으로 혼란을 초래하는 심각한 문제이므로, 이를 예방 및 최소화하기 위하여 국가차원에서 GPS 전파교란 감시 기술 개발이 되어 운용되고 있다. 본 논문은 GPS L1/L2 대역의 교란신호를 검출하고, 교란신호의 방향 및 위치를 파악하는 기능을 제공하는 GPS 교란 감시장치의 구현 및 시험 결과를 제시한다. GPS 교란 감시 장치의 주요 기능, 형상 및 구성에 대해 설명하고, 동작 시나리오, S/W 및 H/W 구현 결과를 보여준다. 또한, GPS 교란신호를 발생시켜 검출, 방향파악 및 위치파악 시험을 수행하였고, 그 결과를 통해 GPS 교란 감시 장치가 정상적으로 동작됨을 보여준다.
인공지능은 우리 실생활과 밀접하게 연관되어 다양한 분야에서 혁신을 주도하고 있다. 특히 인공지능을 보유한 이동수단으로서, 자율무인이동체의 연구가 활발하게 이루어지고 곧 실용화를 앞두고 있다. 자율자동차와 무인기 등이 스스로 경로를 설정하고 목적지까지 이동하기 위해서는 정확한 위치정보를 제공하는 항법장비가 필수적이다. 현재 운용되고 있는 이동수단들의 항법은 대부분 GPS에 의존하고 있다. 그러나 GPS는 외부 교란에 취약하다. 지난 2010년부터 북한은 수차례 GPS교란을 감행하여 우리 측에 이동통신, 항공기 운항 등에심각한 장애를 유발했다. 따라서 자율무인이동체의 안전성을 보장하고 교란으로 인한 피해를 방지하기 위해서는 신속한 상황판단과 대응이 요구된다. 본 논문에서는 빅데이터, 머신러닝 기술을 기반으로 John Boyd의 OODA LOOP Cycle(탐지-방향설정-결심-행동)을 적용한 조치방안 도출과 결심을 지원하는 GPS 전파교란 대응체계를 제시하였다.
GNSS 신호는 구조가 개방되어 있을 뿐만 아니라 수신 신호 세기가 미약하여 전파교란에 취약하다. 이에 따라 전파교란에 대한 영향 분석 및 대응 기법에 대한 연구의 필요성이 증대되고 있다. 본 논문에서는 실제 전파교란 환경과 유사한 환경에서의 전파교란 영향 분석을 위하여 6가지 전술 환경에 대한 전파 전파 모델과 이동체의 수신환경을 고려한 동체 차단 모델을 설계 하였다. 전파전파 모델은 도심지역, 농촌지역, 수풀지역, 해안지역, 황무지, 눈/얼음 지역에 대해서 Two-ray 모델을 이용하여 설계 하였다. 동체 차단 모델은 안테나가 이동체에 의하여 받는 영향과 사용자가 직접 입력한 안테나 패턴을 이용하여 모델링하였다. 전파교란이 없는 정상 환경과 전파교란 환경에 대하여 이동체의 수신환경을 고려한 GNSS 신호 생성기의 출력은 상용수신기(NordNav)를 이용하여 검증 하였다. 정상 환경에서는 사용자의 항법 성능이 상용 H/W 신호 생성 시뮬레이터(STR4500)과 유사한 것을 확인하였다. 전파교란 환경에서는 이동체 위치에 따른 동체 차단 효과 및 전파교란 신호에 의한 GNSS 신호 획득 및 추적 손실이 정확히 반영됨을 확인 하였다.
전파 교란신호가 발생할 경우, GPS 기반의 정밀위치제공시스템에 오작동을 일으킬 수 있으며 특히, 항공분야에서는 더 심각한 피해가 발생할 수 있다. 하나의 전파교란원에 대한 대응 기법이나 위치 추정 기법의 연구결과는 잘 알려져 있으나, 다수의 전파교란원이 다양한 형태의 신호를 송출할 경우에는 대응 및 위치 추정이 어렵다. 따라서 본 논문에서는 다수의 전파위협원이 CW, DSSS, SCW 형태의 신호를 송출할 경우에 위치 추정을 수행할 수 있도록 하기 위하여 신호 식별 및 측정치 획득 방법을 제안한다. 또한 제안한 방법을 검증하기 위하여 MATLAB을 이용하여 모의실험을 수행하였다. 실험 결과로부터 제안한 방법은 CW, DSSS, SCW 형태의 교란신호를 정상적으로 식별하고 측정치를 정확하게 획득하는 것을 검증하였다.
해상에서의 선박 항해에 있어서 GPS와 같은 위성항법시스템에 대한 의존도가 매우 높다. 하지만 전파 교란 등과 같은 열악한 환경이 선박 주위에 가해질 경우 선박에 탑재된 GPS 수신기에서 위치를 추정할 수 없기 때문에 정상적인 항해가 어렵게 된다. 본 논문에서는 위와 같은 약한 전파 교란 환경을 가정하여 열악한 환경 내에서 GPS 수신기가 위치 추정 정확도는 열화되더라도 자신의 위치를 처음 파악하는 데 걸리는 시간인 TTFF(Time To First Fix)를 감소시켜 선박의 신속한 위치 계산을 위한 개략 위치 추정 기법을 설계하였다. 또한 열악한 신호 환경을 가정하여 진행된 실험에서 기존 GPS TTFF와의 비교를 통해 설계된 기법을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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