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• W2017055852 abstract "GNSS(Global Navigation Satellite System) is now being widely used in both civilian and military applications where accurate positioning and timing information are required and it is considered as a representative convergence technique in IT-Military application techniques. However, GNSS has low sensitivity level of GNSS receivers and is vulnerable to signal, since the signals come from the satellite located at approximately 20,000 Km above the earth. The studies for the anti-jamming techniques in military applications have been passively performed in the domestic, because the information related GNSS are dependent on the countries that have GNSS. In this paper, we show the effect of jammer ERP by analyzing the link budget of GPS J/S power as a function of distance between jammer and receiver. Also, we categorize the anti-jamming techniques based on the functional block diagram of GNSS receiver structure and analyze the recent anti-jamming GNSS products and their technologies developed in domestic and foreign countries. First Author:명지전문대학 전기과, kkim@mjc.ac.kr, 종신회원 논문번호:KICS2013-09-402, 접수일자:2013년 9월 13일, 심사일자:2013년 10월 8일, 최종논문접수일자:2013년 12월 11일 I. 서 론 위성항법시스템은 인공위성을 이용하여 지상에 있는 목표물의 위치를 정확히 추정하는 시스템으로 공식적인 명칭은 GNSS(Global Navigation Satellite System)다. 위성항법시스템은 우리에게 잘 알려진 GPS(Global Positioning System)가 시초이며, 이것 은 1970년대 미국 국방부가 지구상에 있는 물체의 위치를 측정하기 위해 만든 군사 목적의 시스템이 었으나 오늘날에는 민간용으로 특정 부분이 허용되 논문 / 위성항법시스템을 위한 항재밍 기술 분석 1217 어 우리 생활에 널리 활용되고 있다. 위성항법 시스 템은 국방-IT 융합의 대표적 기술로써 연구될 가치 가 매우 높으나, 우리나라는 다른 나라의 위성항법 시스템을 사용하고 있고 군용을 제외한 상용 부분 만 접근할 수 있어 제한적인 기술만 연구되는 실정 이다. 위성항법시스템의 위성들은 지구상으로부터 약 2 만 Km 떨어진 위치에서 신호를 송신하므로 수신 감도가 매우 미약하며, 간섭(interference)에 매우 취 약한 특징을 가진다 [1-3] . 이러한 위성항법 신호의 취 약성을 이용하여 군사적 상황에서 적군은 위성항법 신호 수신을 방해하기 위해 세 가지 종류의 교란 기법을 이용한다. 하나는 위성항법신호가 사용되는 주파수 대역에 강한 전력의 동일 주파수 신호를 인 가하여 위성항법 수신을 방해하는 재밍(jamming, 전파방해) 기법과, 다른 하나는 교란용 송신기가 의 도적으로 위성항법 신호를 수신하고 저장하였다가 이를 시차를 두고 재방송하여 수신기에 항로 혼란 을 갖게 하는 미코닝(meaconing, 항법방해) 기법과, 또 다른 하나는 일반에게 공개된 상용 GPS 신호 구조(signal frame)를 모방하여 거짓 신호 정보가 담긴 고출력 위성항법 신호를 발생시켜 위성항법 수신기가 잘못된 위치를 인식하도록 하는 스푸핑 (spoofing, 전파기만) 기법이다 [4-5] . 이 중 재밍 기법 은 저렴한 비용과 간단한 기술로 손쉽게 재머 (jammer, 전파방해 장치)를 제작하여 공격을 전개할 수 있기 때문에 세계적으로 재밍 공격에 대처하기 위한 다양한 항재밍(anti-jamming) 위성항법시스템 기술에 관심이 집중되고 있다. 본 논문에서는 위성항법시스템에 대한 재밍 공격 에 대처하기 위해 위성항법시스템의 재밍 취약성을 분석하고, 최근 국내외 연구 결과물들을 기반으로 항재밍 기술을 분석하고자 한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다. 먼저 2장에서는 국내에서 민군 모두 널리 사용하고 있는 GPS(Global Positioning System)의 특징을 소개하 고 3장에서는 위성항법시스템에 적용되는 다양한 재밍 신호원과 재밍 취약성을 분석하고 시뮬레이션 하였다. 4장에서는 현재 소개되고 있는 다양한 항재 밍 기술을 항재밍 위성항법 수신기 구조에 따라 분 류하고 분석하였다. 5장에서는 국내외 항재밍 위성 항법시스템과 관련된 제품과 기술을 분석하고, 6장 에서 본 논문의 결론을 맺는다. II. GPS 시스템의 특징 GPS는 앞서 언급한 바와 같이 미국이 자국의 군 사목적을 위해 개발한 시스템이다. 1978년부터 첫 발사를 시작으로 현재는 24개의 위성과 6개의 보조 위성을 합하여 30개의 위성을 운용하고 있다. GPS 는 민간용으로 개방하고 있지만, 전시에는 미국이 군 전용으로 전환할 가능성이 매우 높기 때문에 세 계 선진국은 자국의 위성항법시스템을 독자적으로 갖추거나 개발을 추진 중에 있다. 예로써, 러시아는 24개의 위성으로 GLONASS(Global Navigation Satellite System)를 운영하고 있으며, 유럽연합(EU) 은 독자적인 위성항법 시스템을 갖추기 위해 32개 의 위성 배치를 목표로 갈릴레오(Galileo) 프로젝트 를 추진 중에 있다. 그 밖에 일본에서는 7개의 위 성으로 동아시아 지역에 위치정보를 제공하는 QZSS(Quasi-Zenith Satellite System) 프로젝트를 추진 중이다. 또한 중국에서는 3개의 위성으로 군사 용 위성항법시스템을 구축하려는 “바이두(北斗)”를 추진하는 등 각 나라마다 미국의 GPS와 유사한 위 성항법시스템 개발에 열을 올리고 있다. 위성항법시스템을 이용하면 기본적으로 위치와 시간 정보를 획득할 수 있다. GPS는 24개의 GPS 위성이 서로 다른 궤도로 지구 대기권을 계속 회전 하고 있는데 이는 지구상 어느 시간 어느 곳에서도 4개 이상의 위성신호를 얻을 수 있도록 하기 위함 이다. 위성항법시스템을 이용하여 위치를 측정하기 위해서는 동시에 최소 4개의 위성으로부터 신호를 받아야 한다. 물론 더 많은 위성으로부터 신호를 받 으면 보다 정확한 위치값을 얻을 수 있다. 일반적으 로 GPS 수신기는 동시에 처리하는 위성신호의 개 수에 따라 4 채널, 8 채널 등으로 구분한다. GPS에는 두 가지 확산코드가 사용되는데 Precision Code(P-code), Coarse-acquisition code(C/A code)가 있다. P-Code는 군사용 및 정밀 위치 측정 서비스를 허가받은 사용자가 사용하며, P-Code에 암호화를 수행한 P(Y) 코드도 있다. C/A Code는 상용에 활용되도록 정확도를 고의적으로 낮 추어 서비스하고 있다. 최근 이러한 오차를 보정하 는 방법으로 특정 위치의 좌표값과 그 곳의 측정값 과의 차이를 이용하여 보정된 데이터를 반영하는 DGPS(Differential GPS)가 사용되기도 하며, GLONASS와 GPS 신호 등 2종 이상의 위성항법시 스템 신호를 동시에 이용해 오차범위를 줄이고 스 마트폰에 탑재 가능한 소형 칩셋이 개발되기도 하 였다. GPS 에는 L1 및 L2 주파수대역이 있으며 각각 한국통신학회논문지(J-KICS) '13-12 Vol.38C No.12 1218 1575 MHz, 1227 MHz의 중심 주파수를 사용한다. C/A code의 경우 2.05 MHz의 대역폭을 사용하고 P-code인 경우 20.46 MHz의 대역폭을 사용한다. 현재 위성항법시스템은 그림 1에 나타낸 바와 같 이 주로 비행기, 선박, 차량의 항법장치에 전자지도 (GIS)와 함께 사용되고 있으며, 사람들이나 차량 등 이동체의 위치를 파악하거나, 철도 선로 제어 (railroad control), 측량, 동기식 이동 통신 시스템 등에 사용되고 있다. 이 밖에 현재 군용 목적으로 위성항법장치는 항공기, 선박, 차량의 항법 시스템 외에도 미사일 유도(missile guidance)와 포대 및 목 표물 위치 파악(position location estimation), 통신 장비간의 동기(synchronization) 등 민군 활동 전반 에 활용되며 의존도 및 중요성이 날로 증가하고 있 다. 그림 1. 위성항법시스템의 민군 응용 분야 Fig. 1. Military and civil applications of GNSS III. 위성항법시스템의 재밍 취약성 분석 위성항법시스템은 유비쿼터스 환경에 진입함에 따라 최근 부각되고 있는 위치기반서비스(LBS), 지 리정보, 이동체 추적, 텔레메틱스, SA(Situation Awareness), C4I(Command, Control, Communication, Computer and Intelligence) 분야 등 상용 및 군용 각종 시스템에 거의 적용될 만큼 중요한 역할을 감당하고 있으나, 약 2만 Km 상공 에 위치한 위성이 방송(broadcasting) 형식의 신호를 지구로 송신하므로 그 수신 감도가 약 -160dBw 수 준으로 미약하여 재밍 및 간섭에 매우 취약하다. 위성항법 수신기에 유입되는 신호 간섭은 의도적 인 간섭과 비의도적인 간섭으로 나눌 수 있다. 의도 적인 간섭(intentional interference)은 주로 군용 시 스템에서 상대의 위성항법 신호 수신을 방해할 목 적으로 상대 위성항법 수신기에 재밍 신호를 인가 하는 경우이며, 비의도적인 간섭(unintentional interference)은 일상에서 다른 주파수 대역에서 발 생하는 TV 및 FM 하모닉 주파수와 Radar, MSS(Mobile Satellite Service) 등에 의해서 발생되 는 경우가 해당한다. 표 1에 GPS 사용 주파수에 영향을 미치는 전형적인 간섭 신호원들을 나타내었 다 [3,6] . 광대역(wide band) 간섭신호원은 확산된 GPS 신 호 대역 전반에 걸쳐 광대역 변조된 신호가 영향을 미치는 것을 의미하며, 의도적 재밍신호를 발생시키 는 재머를 제작할 경우 광대역에 따른 큰 전력과 비용이 소모된다. 반면 협대역(narrow band) 간섭신 호원은 특정 좁은 주파수 대역에 협대역 변조된 신 호가 영향을 미치는 것으로 재머 제작이 쉽고 용이 하나, 일반적 통신환경에서는 FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum) 및 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 기술을 통한 항재밍 대처가 어느 정도 가능한 단점이 있다. 광대역 재밍 의 대표적인 가우시안 잡음(Gaussian noise)은 가우 시안 분포를 따르는 랜덤 특성의 잡음을 인가하여 재밍 여부를 인지하지 못하게 하는 대표적 재밍 방 법이다. 협대역 재밍은 미리 정해진 상대적으로 좁 은 주파수 대역에 재밍을 인가하는 것으로 임의의 순서 또는 swept jamming 으로 불리는 연속적 순서의 재밍을 수행한다. 또한 연속적 파형 (continuous wave)을 인가하여 톤(tone) 내지 협대 역 재밍 신호를 생성하고 더 나아가 다중(multi) 협 대역 재밍을 수행하기도 한다. 때로는 상업용 TV 및 라디오 등의 신호 등이 GPS 신호에 간섭을 일 으키기도 한다. 일례로 미국 메사추세츠 지역의 텔 레비전 방송국은 782 MHz ~ 788 MHz 대역의 주 파수를 2,000 KW급 ERP(Effective Radiated Power)로 송출하였는데, 그 결과 1.564 GHz ~ 1.576 GHz 대역의 하모닉 주파수를 발생시켜 C/A 코드 GPS 수신을 간섭시킨 사례가 있다. 이와 같이 위성항법시스템 사용 중에 여러 간섭 원들의 영향으로 쉽게 동작 정지(outage) 상황이 발 생할 수 있다. 이것은 위성항법시스템의 정확도와 신뢰도가 필수적으로 요구되는 시스템이나 위성항법 시스템을 적용하여 생명을 다루는 상용 시스템, 항 공기의 항법 시스템, 그리고 유도 무기 사용시 오폭 등 치명적인 문제를 야기하게 된다. 논문 / 위성항법시스템을 위한 항재밍 기술 분석 1219 표 1. 위성항법시스템 신호 간섭원 Table 1. Interference sources of GNSS" @default.
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