[논문]Region Defense Technique Using Multiple Satellite Navigation Spoofing Signals

Lee, Chi-Hun; Choi, Seungho; Lee, Young-Joong; Lee, Sang Jeong

doi:10.11003/jpnt.2022.11.3.173

Region Defense Technique Using Multiple Satellite Navigation Spoofing Signals 원문보기

Journal of Positioning, Navigation, and Timing, v.11 no.3, 2022년, pp.173 - 179

Lee, Chi-Hun (Agency for Defense Development) , Choi, Seungho (Agency for Defense Development) , Lee, Young-Joong (Agency for Defense Development) , Lee, Sang Jeong (Department of Electronics Engineering, Chungnam National University)

Abstract ▼ AI-Helper

The satellite navigation deception technology disturbs the navigation solution of the receiver by generating a deceptive signal simulating the actual satellite for the satellite navigation receiver mounted on the unmanned aerial vehicle, which is the target of deception. A single spoofing technique that creates a single deceptive position and velocity can be divided into a synchronized spoofing signal that matches the code delay, Doppler frequency, and navigation message with the real satellite and an unsynchronized spoofing signal that does not match. In order to generate a signal synchronized with a satellite signal, a very sophisticated and high precision signal generation technology is required. In addition, the current position and speed of the UAV equipped with the receiver must be accurately detected in real time. Considering the detection accuracy of the current radar technology that detects small UAVs, it is difficult to detect UAVs with an accuracy of less than one chip. In this paper, we assume the asynchrony of a single spoofing signal and propose a region defense technique using multiple spoofing signals.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Simulation environments.
그림 Fig. 2. Multiple static spoofng simulation results.
그림 Fig. 3. Multiple dynamic spoofng simulation results.
표 Table 1. Commercial SDR receiver tracking loop parameters.
그림 Fig. 4. Simplifed receiver-to-satellite ground distance calculation.
그림 Fig. 5. Region defense signals simulation conditions.
그림 Fig. 6. Code ofset change in the search step.
그림 Fig. 7. Geometric relation of satellite signals with AOI.
그림 Fig. 8. Code ofset change in the PVT movement step.
그림 Fig. 9. Code ofset change in the joining step.
그림 Fig. 10. Simulation results with the region defense signals.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문에서는 단일 방해 신호의 비동기성을 인정하고, 하나의 위치가 아닌 여러 개의 위치와 속도의 신호를 만들어 내는 다중 방해 신호를 제안하였다. 다중 방해 신호는 신호의 동적 형태에 따라 고정 위치 형태의 다중 방해신호, 위치가 이동하는 동적 다중 방해 신호 형태로 모의 시험하였다.

가설 설정

무인기 공격으로부터 보호가 필요한 지역을 방어하기 위한 위성항법 방해 기술을 영역 방어 기술이라고 하고, 영역 방어를 효과적으로 하기 위한 신호를 영역 방어 신호로 한다. 보호가 필요한 특정 영역 (Area of Interest, AOI)의 크기를 10 km x 10 km로 가정한 후 다중 방해 신호를 변형하여 영역 방어 신호를 설계한다.
수신기는 시뮬레이터의 신호와 방해 신호가 합하여 입력된다. 수신기는 100 km/h 이내의 속도로 산악 지형을 낮게 이동하는 무인기에 탑재되는 상황을 가정한다. 이동 속도 변화에도 빠른 응답이 가능한 Frequency Lock Loop (FLL) Assist 구조의 추적 루프 변수를 고려하여 수신기 변수를 Table 1과 같이 설정한다.
첫 번째 단계에서 생성된 다중 신호에 의해 전체 code offset이 sweep을 하게 되면 대상 수신기가 방해 신호 중 하나를 따라서 움직일 것을 가정할 수 있다. 대상 수신기의 위치와 속도를 특정할 수 없기 때문에 모든 방해 신호는 영역 (AOI) 내의 모이기 위한 약속된 위치로 이동시켜야 한다.

제안 방법

3단계로 구분된 각 단계별 영역 방어 신호의 역할 및 기능에 대한 이해를 바탕으로 수신기에서의 동작 변화와 함께 영역 방어 신호를 분석한다. 각 절차의 단계별로 1단계는 code offset sweep이 시작되는 단계, 2단계는 code offset sweep이 끝나고, PVT movement가 시작되는 단계, 3단계는 PVT movement가 끝나고 joining이 시작되는 단계, 4단계는 joining이 끝나는 단계로 구분된다.
본 논문에서는 단일 및 다중 방해 신호 분석 결과를 되짚어보고, 영역 방어 기술의 설계 과정을 설명한다. Software Defined Radio (SDR) 수신기를 이용하여 방해 신호가 수신기에 입력되었을 시의 효과를 시뮬레이션을 통해 살펴보고 예측 결과를 제시한다.
우선 단일 방해 신호의 발생 위치 오차에 따른 분석을 실시하였다. 고정위치 단일 방해 시뮬레이션 조건에서 방해 신호와 표적 간의 위치오차를 C/A 코드 chip을 기준으로 이격거리를 1/2 chip (150 m), 1 chip (300 m), 3 chip (1,000 m) 이상 다르게 하여 방해 효과를 분석하였다. 실험 결과 1 chip 보다 많이 이격된 방해 신호로는 의도된 위치로 방해하기는 어려웠고, 효과적인 방해를 위해서는 1 chip 이내의 정확도로 방해신호를 생성하여야 한다.
다중 방해 기술을 응용하여 여러 개의 방해 신호를 동시에 움직이면서 일정 지역을 방어하기 위한 영역 방어 기술을 제안하였다. 영역 방어 신호는 높은 출력의 방해 신호를 사용하지 않아 항재밍 수신 알고리즘에 강하고, 레이다와 같이 탐지장비가 없는 상황에서도 방해가 가능한 기술이다.
본 논문에서는 단일 방해 신호의 비동기성을 인정하고, 하나의 위치가 아닌 여러 개의 위치와 속도의 신호를 만들어 내는 다중 방해 신호를 제안하였다. 다중 방해 신호는 신호의 동적 형태에 따라 고정 위치 형태의 다중 방해신호, 위치가 이동하는 동적 다중 방해 신호 형태로 모의 시험하였다. 수신기가 고정된 위치에 있는 경우 1 chip 이내 위치 오차의 다중 방해 신호는 효과가 있었으나, 수신기가 움직이는 상황에서는 방해 효과가 낮거나, 원하는 위치로 유도가 되지 않는 결과를 나타냈다.
하나의 위치와 속도를 가지는 단일 방해신호로 무인기를 방해하는 기술은 총알 하나로 무인기를 맞히는 것과 유사하다. 여러 개의 위치와 속도를 가지는 다중 방해 신호를 응용하여 탐지 장비가 없는 조건에서 무인기를 방해할 수 있는 영역 방어 기술을 제안한다.
하나의 위치와 속도를 만들어 내는 방해 신호를 단일 방해 신호라 하고, 2개 이상의 위치와 속도를 만드는 신호를 다중 방해 신호라 한다. 위성항법 방해 신호를 시뮬레이션을 통해 생성하여 소프트웨어 수신기에서 위성항법 방해 신호에 의해 어떠한 변화가 있는지 분석한다.

대상 데이터

2는 고정 위치의 다중 방해 신호를 이용한 시뮬레이션 결과이다. 고정 위치를 모의하는 다중 방해 신호를 표적 수신기의 이동 중심에서 16개의 신호로 이격 배치하였다. 결과적으로 표적은 고정 위치의 다중 방해 신호로 유도되지 않았고, 무인기의 이동 시 항법 오차를 발생시키는 잡음 재밍 수준 정도의 효과를 보였다.
시뮬레이션은 오스트리아 Teleorbit 사의 GSDR2X 소프트웨어 수신기와 GIPSIE GNSS 시뮬레이터를 이용하여 수행된다. Fig.

데이터처리

이동 속도 변화에도 빠른 응답이 가능한 Frequency Lock Loop (FLL) Assist 구조의 추적 루프 변수를 고려하여 수신기 변수를 Table 1과 같이 설정한다. 시뮬레이터 및 방해 장치 설정 값과 SDR 수신기에서 항법 결과를 비교 분석한다.

성능/효과

다중 방해 신호는 신호의 동적 형태에 따라 고정 위치 형태의 다중 방해신호, 위치가 이동하는 동적 다중 방해 신호 형태로 모의 시험하였다. 수신기가 고정된 위치에 있는 경우 1 chip 이내 위치 오차의 다중 방해 신호는 효과가 있었으나, 수신기가 움직이는 상황에서는 방해 효과가 낮거나, 원하는 위치로 유도가 되지 않는 결과를 나타냈다.

후속연구

영역 방어 신호는 높은 출력의 방해 신호를 사용하지 않아 항재밍 수신 알고리즘에 강하고, 레이다와 같이 탐지장비가 없는 상황에서도 방해가 가능한 기술이다. 또한 영역 방어 기술은 보호 영역의 크기와 위협에 방해 대상 수신기의 형태에 따라 최적화된 방해 기법을 찾아낼 수 있고, 다양한 응용이 가능하다.

참고문헌 (8)

Dovis, F. 2015, GNSS Interference Threats and Counter-measures (Boston: Artech House Inc.)
Humphreys, T. E., Bhatti, J. A., & Ledvina, B. M. 2010, The GPS assimilator: A method for upgrading existing GPS user equipment to improve accuracy, robustness, and resistance to spoofing, Proceedings of the 23rd International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS 2010), Portland, OR, 21-24 Sep 2010, pp.1942-1952. https://www.ion.org/publications/abstract.cfm?articleID9306
Humphreys, T. E., Ledvina, B. M., Psiaki, M. L., O'Hanlon, B. W., & Kintner Jr., P. M. 2008, Assessing the spoofing threat: development of a portable GPS civilian spoofer, Proceedings of the 21st International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS 2008), Savannah, GA, 16-19 Sep 2008, pp.2314-2325. https://www.ion.org/publications/abstract.cfm?articleID8132
Lee, C. H., Choi, S. H., Choi, C. T., & Jeong, U. S. 2013, The analysis of effectiveness for the noise jamming signal on the GPS receiver, in 2013 KGS Conf., Ramada Jeju, Korea, 6-8 Nov 2013, p.84. http://ipnt.or.kr/2013proc/58
Lee, C. H., Choi, S. H., Choi, C. T., & Shin, W. H. 2016, The effect analysis for the partial meaconing signal on the GPS receiver, in 2016 KGS Conf., Phoenix Ireland Jeju, Korea, 2-4 Nov 2013, pp.76-79. http://ipnt.or.kr/2016proc/18
Lee, C. H., Choi, S. H., Kim, S. K., Choi, W. S., & Chang, L. K. 2019, Influence analysis of spreading modulated GNSS synchronous spoofing, in 2019 KICS Conf., Ramada Jeju, Korea, June 2019, pp.601-602.
Lee, C. H. & Lee, S. J. 2017, Influence analysis of satellite unsynchronized spoofing, in 2017 IPNT Conf., Ramada Jeju, Korea, 1-3 Nov 2017, pp.602-605. http://ipnt.or.kr/2017proc/132
Lee, C. H. & Lee, S. J. 2020, Analysis of Single and Multiple Spoofing Techniques for GPS Receiver Deception in Low Target Detection Accuracy, The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, 45, 609-615.

상세보기

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증