발표순서 I II III IV V VI VII 위성항법개요 GPS전파교란 GPS전파교란대응동향초기 GPS 혼신원검출장비설치및운용결과위성항법 R&D GPS전파교란대응기술결론

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동수 즙
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1 2016 우주전파기술및환경워크숍 GPS 전파교란감시및대응동향 2016 년 5 월 13 일 ( 금 ) 이상욱한국전자통신연구원 slee@etri.re.kr

2 발표순서 I II III IV V VI VII 위성항법개요 GPS전파교란 GPS전파교란대응동향초기 GPS 혼신원검출장비설치및운용결과위성항법 R&D GPS전파교란대응기술결론

3 200Km 50Km Error 1s 1s Ephemeris 3m S/A(Old) 30m Ionospheric 5m Tropospheric 2m Multi Path 5m Ionospheric Tropospheric MultiPath Receiver Clock Receiver Noise Ephemeris Satellite Clock S/A(Selective Availability) I. 위성항법개요 2 q 위성항법시스템 n 정의 : 궤도상의위성으로부터위성의위치정보와전파를이용한거리측정을통해, 지구상의 3 차원측위및시각정보를제공하는시스템 n 종류 : l GNSS( 전역항법시스템 ) : GPS, GLONASS, Galileo, COMPASS l RNSS( 지역항법시스템 ) : QZSS, BDS, IRNSS l 위성기반보강시스템 (SBAS): WAAS, EGNOS, GAGAN, MSAS, SDCM 200Km Ephemeris Satellite Clock S/A(Selective Availability) 50Km Ionospheric Tropospheric MultiPath Receiver Clock Receiver Noise Error 1s 1s Ephemeris 3m S/A(Old) 30m Ionospheric 5m Tropospheric 2m Multi Path 5m

4 I. 위성항법개요 3 q 위성항법시스템요약 구분 GPS GLONASS Galileo COMPASS QZSS IRNSS 운용국미국러시아유럽중국일본인도 운용연도 1995 년 2011 년 2020 년 2020 년미정 2016 커버리지전지구전지구전지구전지구일본지역인도지역 궤도면수중궤도 : 6 중궤도 : 3 중궤도 : 3 중궤도 : 3 경사궤도 : 3 정지궤도 : 1 고타원궤도 :1 중궤도 : 2 정지궤도 :1 위성주기 11 시간 56 분 11 시간 15 분 14 시간 4 분 - 8 시간 12 시간 궤도경사각 55 도 64.8 도 56 도 - 45 도 29 도 위성수 31 기 (24 기 ) 29 기 (24 기 ) 8 기 (30 기 ) 20 기 (35 기 ) 1 기 (4 기 ) 7 기 (7 기 ) 3 개 2 개 5 개 4 개 5 개 3 개 주파수 1L1: MHz 2L2: MHz 3L5: MHz 1 L1: ~ MHz 2 L2: ~ MHz 1E1: MHz 2E2: MHz 3E5a: MHz 4E5b: MHz 5E6: MHz 1B1: MHz 2B1-2: MHz 3B2 : MHz 4B3 : MHz 1L1: MHz 2L2: MHz 3L5: MHz 4LEX: MHz 5L1-SAIF: MHz 1L1: MHz 2L5: MHz 3S 대역 방식 CDMA FDMA CDMA CDMA CDMA CDMA

5 I. 위성항법개요 4 q 위성항법시스템주파수할당

6 I. 위성항법개요 5 q 위성항법시스템구성 n 우주부 : 우주공간상에위치한항법위성 n 지상제어부문 : 지상에서위성의위치계산, 궤도예측, GPS 시간유지, 위성의작동상태감시및제어를수행 n 사용자부문 : 위성이제공하는신호를수신하여자신의위치정보를산출

7 I. 위성항법개요 6 q 주요응용서비스분야

8 II. GPS 전파교란 7 q GPS 개요 n 미국방부에서개발 / 구축운용중인전지구적전천후위성기반전파항법시스템으로전세계어디에서든지 24 시간 3 차원위치정보및시각정보제공 NAVSTAR GPS : NAVigation System with Time And Ranging Global Positioning System l 중궤도 (20,200 km상공 ) 에 24개의위성배치운용 l 최소 4개위성신호수신시, 위치 / 시각정보획득가능 l 현재 Backup위성등을포함 31개위성운용중 l 새로운제공및성능향상을위한 GPS 현대화추진중 n GPS 역사 l Transit System : 1960년대초기미해군에서개발 l DNSS 및 NTS-2 : 1973년미국방부에의해개발, GPS로발전함 DNSS :Defense Navigation Satellite System l 83 년 KAL-007 기격추이후 GPS 정보의일반인에공개 l 95 년 FOC 에들어가 01 년 12 월부터는 27 개위성동작 (24 기주위성, 3 기예비위성 ) FOC : Full Operation Capability l 1995 년 3 월미국클린턴대통령의선언 : GPS 신호를국제사회에제공 l 2000 년 5 월 1 일 : 미국대통령의 SA 의해제발표

9 II. GPS 전파교란 8 q GPS 전파교란 n GPS 신호대역에강력한전파혹은다양한불요파및잘못된정보를인가함으로써정상적인신호수신처리및정보획득을방해하고자하는일련의행위 l GPS 재밍의형태로는톤, 협대역, 광대역, Sweep, Hopping, Spurious 등이있으며잘못된정보를제공하는스마트재밍 ( 기만 ) 기법과 GPS 신호를수신 / 증폭후, 송신하는재방송재밍도있다 n GPS 전파교란원리 l 약 20,200km 상공의위성에설치된 25W 백열전구를지상에서관찰하는상황으로, l 관찰자근처에서공격자가강한써치라이트를비추면, 간신히보이던백열전구불빛을더이상식별할수없게되는원리

10 II. GPS 전파교란 9 q GPS 재밍 n 공개된 GPS 주파수에톤, 협대역, 광대역, Sweep, Hopping, Spurious 형태의무변조신호를이용하여수신기가잘못된시각과위치를계산하도록하는일련의행위 l 다음그림은재밍신호세기에따른 GPS 코드별대응수준을나타냄

신호를수신하고이를처리할수있는장비를이용하여임의위성신호에대해의도적인오차를포함한정보를생성하고이를실제 GPS 신호보다다소높게송출함으로써목표로삼은수신기가실제

11 II. GPS 전파교란 10 q GPS 기만 (Spoofing) n 공개된 GPS 신호구조를이용하여거짓 GPS 신호를생성하여목표로삼은수신기에송신함으로써수신기가잘못된시각과위치를획득하도록하는일련의행위 l GPS 신호기만을위해 GPS 신호를수신하고이를처리할수있는장비를이용하여임의위성신호에대해의도적인오차를포함한정보를생성하고이를실제 GPS 신호보다다소높게송출함으로써목표로삼은수신기가실제 GPS 신호가아닌기만기가송출한신호를획득, 추적하도록한다 GPS 중급 수신안테나 송신안테나 수신안테나 RF RF 모조 GPS 신호 초급 모조신호생성모듈 GPS 신호처리모듈 GPS 수신기 잘못된위치및시각정보산출 고급

12 II. GPS 전파교란 11 q GPS 재방송재밍 (Meaconing) n GPS 신호를수신 / 증폭후, 송신하는하여 GPS 관련서비스를방해하고자하는일련의행위 l 이경우, 군용암호코드일지라도무용지물이되는치명적인교란이나그위치를손쉽게찾아낼수있다 l 재방송기만은구조가상대적으로간단하나대응이어려움 GPS 위성 PRN 1 PRN 2 PRN 3 PRN 4 수신기 송신기 재방송 수신기 < 재방송기만 > < 재방송기만기구조 >

13 II. GPS 전파교란 12 q GPS 전파교란및그취약성 손쉬운구입과사용법

14 II. GPS 전파교란 13 q GPS 전파교란및산업별영향

15 II. GPS 전파교란 14 q 국내 GPS 전파교란사례 날짜지역피해 ~ (3 일간 ) ~ (10 일간 ) ~ (16 일간 ) ~ (6 일간 ) 김포, 파주등. 서울북서부 김포, 파주등서울북서부 인천강화등서울북서부 인천서부도서경기북부, 및강원북부지역 항공기 15 대 항공기 106 대 선박 7 대 항공기 1,016 대 선박 218 대 항공기 1007 대선박 715 대이통기지국 1,794 개소

16 II. GPS 전파교란 15 q 국내 GPS 전파교란 보도자료 및 항공분야 피해현황 동아일보 MBC News 연합뉴스 Populer Mechanics

운전사들이 회사의 감시를 피할 목적으로 차량에 GPS 담배라이터 형태 GPS 재머를 인터넷 쇼핑몰에서 구입하여 운행 2007년 샌디에고에서 2대

17 II. GPS 전파교란 16 q 국외 GPS 전파교란 사례 u 미국 2009년 미국 NJ Newark 공항 관제탑에서 항공기 이착륙 유도를 위해 GPS 신호를 이용하는 항공기 위치 식별 장치가 하루에도 수차례 장애 발생 ü2개월 조사끝에 밝혀진 원인은 공항 인근 도로(95번) 트럭 운전사들이 회사의 감시를 피할 목적으로 차량에 GPS 담배라이터 형태 GPS 재머를 인터넷 쇼핑몰에서 구입하여 운행 2007년 샌디에고에서 2대 군함이 통신두절 상황 훈련의 일환으로 2시간 이상의 재밍신호 발생으로 DGPS 사이트, AIS표시기 오작동, 인근병원 의료서비스 호출기 사용불가능 발생

18 II. GPS 전파교란 17 q 국외 GPS 신호교란사례

III. GPS 전파교란대응동향 18 q 국외동향 n 미국 l GPS 관리를특정부처역할로한정하지않고, 국토안보부, 연방항공국과해안경비대등이공동으로주요국가기간망으로간주하여보안감시프로그램 IDM 을운영하고있음 IDM : Interference Detection and Mitigation l John Deere 사는항공기장비에대한 DO-229 요구사항 (

19 III. GPS 전파교란대응동향 18 q 국외동향 n 미국 l GPS 관리를특정부처역할로한정하지않고, 국토안보부, 연방항공국과해안경비대등이공동으로주요국가기간망으로간주하여보안감시프로그램 IDM 을운영하고있음 IDM : Interference Detection and Mitigation l John Deere 사는항공기장비에대한 DO-229 요구사항 ( 대역외신호, 대역내 CW 간섭, 펄스방송등의의도적혼신 ) 에정의된상용위성항법수신기용혼신대응기법에대한연구를수행 l 미국은민간회사, 대학등에서 GPS 혼신원감시기술개발중 ü FAA 는이동형혼신원감시장비시스템 (PIMDS) 를이용, GPS L1 신호에대해혼신원검출 / 위치파악, L2C 및 L5 신호에대해서는혼신원검출 ü Navsys 사는디지털빔성형기능을갖춘 GPS 수신기로항법혼신원발생 / 위치파악 ü 스탠포드대학은 GIL 시스템을통한혼신원감시기술제안한바있음 ( 미국 IDM 운영개념도 )

III. GPS 전파교란대응동향 q 국외동향 n 영국 l 영국은정부차원에서 GAARDIAN 및 Sentinel 프로젝트를통해 GPS 신호에대한간섭원파악,

Integrity Assessment for timing and Navigation ( 출처 : Chronos Technology Ltd, 10 년 1 월

uk) l 공항부근에서 GPS 및글로나스신호에대해 GNSS 간섭감시시스템인 GIMOS 운용 ( 항법서비스관리부서에서운영 ) l 독일은 30 미터안테나를이용,

20 III. GPS 전파교란대응동향 q 국외동향 n 영국 l 영국은정부차원에서 GAARDIAN 및 Sentinel 프로젝트를통해 GPS 신호에대한간섭원파악, 위치파악및완화망을위해필요한데이터수집연구등을수행 n 독일 GAARDIAN : Gnss Availability, Accuracy, Reliability and Integrity Assessment for timing and Navigation ( 출처 : Chronos Technology Ltd, 10 년 1 월 5 일, l 공항부근에서 GPS 및글로나스신호에대해 GNSS 간섭감시시스템인 GIMOS 운용 ( 항법서비스관리부서에서운영 ) l 독일은 30 미터안테나를이용, GNSS 신호혼신원감시수행 n 호주 l 호주는 GPS 장비에혼신을발생할수있는장비제작을불법으로규정하고 GPS 주파수를깨끗하게보호하기위한보호기준을제도적으로운영중 19 ( 영국 GAARDIAN 운영개념도 ) ( 영국 Sentinel 운영개념도 ) ( 독일, GIMOD 시스템구성도 )

21 III. GPS 전파교란대응동향 20 q 국내동향 n 미래부 / 중앙전파관리소불법전파감시기술및시스템구축 ( 방통위중앙전파관리소감시시스템 ) l GPS 혼신원감시시스템개발및구축 [ 11~ 16] 및국가 GPS 위기대응표준매뉴얼제정 n 해수부국립해양측위정보원 l GPS 혼신원감시시스템구축완료 ( 13) n 국방부 / 공군 l GPS 재밍감시체계구축완료 ( 12.12) 및 GPS 혼신원감시시스템구축 ( 14 & 16)

형태의불요파신호가유효주파수대역내에서중심주파수를옮겨가며나타남 L2 주파수 협대역 (Narrowband),

22 IV. 초기 GPS 혼신원검출장비설치및운용결과 21 q 2012 년 GPS 전파교란검출결과 u 혼신원감시시제품검출결과 L1 주파수 톤신호, 기타 Spurious 형태의불요파신호가유효주파수대역내에서중심주파수를옮겨가며나타남 L2 주파수 협대역 (Narrowband), 톤신호는유효주파수대역내에서중심주파수를변경하며나타나고, 주기적으로나타남 기만 (Spoofing) 신호송출여부는현재확인되고있지않음 < GPS L1 대역 > < GPS L2 대역 >

IV. 초기 GPS 혼신원검출장비설치및운용결과 22 q 거진 GPS L1 불요파유입분석 u 경과 2012 년 3

ETRI 의 1 차측정결과, 구체적인원인분석이이루어지지못해 2012 년 6 월 20 일 15:00~18:30

23 IV. 초기 GPS 혼신원검출장비설치및운용결과 22 q 거진 GPS L1 불요파유입분석 u 경과 2012 년 3 월거진등대에 GPS L1 대역혼신원장시장비설치후, 해당대역에불요파의유입이지속적으로관측됨 중관소자체적인측정과 ETRI 의 1 차측정결과, 구체적인원인분석이이루어지지못해 2012 년 6 월 20 일 15:00~18:30 거진등대에서 ETRI 의 2 차측정실시 u 분석결과 GPS L1 대역 ( MHz) 기준 Outband(1558 MHz) 부근의불요파는등대북쪽에위치한공군레이더기지로인해발생하는것으로판단됨 Inband( ~ MHz) 에서의불요파는등대내설치된 AIS 및 DSC( 어선위치자동발신시스템 ) 에서고조파에의해발생하는것으로판단됨

24 IV. 초기 GPS 혼신원검출장비설치및운용결과 23 q 국내 GPS 신호교란사례 GPS 위성에서의불요파및고장신호 매년간헐적인불요파, 오류신호, 및고장발생 ü 대부분의고장사실은공식웹사이트 ( 에미리공지됨 ü GPS 불요파

25 IV. 초기 GPS 혼신원검출장비설치및운용결과 24 q 국내 GPS 신호교란사례 2014년도 5월초 GPS L1 대역에서성능에영향미칠수준이아닌불요파발생실제항공기항법에영향없음근거리불요파영양으로추정 Pulsed Train 가능성 무인기모터 무인기 RF 제어등

스마트재밍대응을위한전파교란극복기술개발 l 연구내용 구분 혼신원감시시스템기술개발 GPS

26 V. GPS 전파교란감시및대응관련 R&D 25 q 다원화항법주파수감시및이용기술개발 l GPS 전파혼신세기 / 발생위치등을파악할수있는혼신원감시시스템기술과 GPS 전파교란회피 / 스마트재밍대응을위한전파교란극복기술개발 l 연구내용 구분 혼신원감시시스템기술개발 GPS 전파교란극복기술개발 주요개발내용 GPS 혼신원실시간검출및위치파악기술 GLONASS 신호절체를통한 GPS 전파교란회피기술 스마트재밍신호검출및대응기술

27 V. GPS 전파교란감시및대응관련 R&D 26 q 다원화항법주파수감시및이용기술개발 l 주요결과및기능

28 V. GPS 전파교란감시및대응관련 R&D 27 q 다원화항법주파수감시및이용기술개발 l 주요성과 시범설치운용, 기술이전및사업화 설치구축 ü 해수부 : 4개소구축 ( 13) ü 미래부 : 5개소구축 ( 13 ~ 14) 감시안테나 < 중부 GPS 혼신감시시스템 > < 동부 GPS 혼신감시시스템 > ü 미래부 : 2 개소추가구축예정 ( 16) ü 국방부 : 2 개소추가구축예정 ( 16)

29 28 q GPS 전파교란극복기술개발 l 주요결과및기능 재밍신호생성기 GPS/GLONASS 안테나 신호교란극복장치 ( 재밍회피 ) U-Blox (B) Timeprovider100 (B) U-Blox (A) Timeprovider100(A) 신호교란극복장치 ( 기만검출 ) Novatel 수신기

30 V. GPS 전파교란감시및대응관련 R&D 29 q GNSS 전파혼신검증플랫폼기술개발 l GNSS (GPS L1/L2C 및 GLONASS L1) 신호에대해다양하게발생 변화되는전파혼신에효과적으로시험 검증하는데필요한검증플랫폼기술개발 l 연구내용ㅊ

31 V. GPS 전파교란감시및대응관련 R&D 30 q GNSS 전파혼신검증플랫폼개념도

32 VI. GPS 전파교란대응기술 31 q GPS 항재밍기술발전방향

33 VI. GPS 전파교란대응기술 32 q 혼신대응기술별주요특징

34 VI. GPS 전파교란대응기술 33 q GPS 항재밍 안테나기술 적응형안테나어레이 (adaptive array antenna) Ø 빔조향어레이 (beam steered array) 기술 Ø 널조향 (null steered array) 기술 : CRPA Ø Novatel 사의 GAJT(GPS Anti-Jam Technology, 일명가젯 Gadget"))

35 VI. GPS 전파교란대응기술 34 q GPS 항재밍 FE 필터링기술 : 디지털필터에의한주파수도메인에서의재밍신호 제거 : 노치필터등 광역 Dynamic Range & 다중비트신호처리에의한재밍대응기술 : U-blox 사의항재밍칩등

36 VI. GPS 전파교란대응기술 35 q GPS 항재밍 GPS + INS + 영상 + Other Sensors( 기압, 자기장, 레이더등 ) 의사위성 (Pseudolite) Ø GPS 의사위성 Ø Other 의사위성 : UWB, Bluetooth, Zigbee 등

37 VII. 결론 36 q GPS 전파교란현황, 대응현황및 ETRI 기술개발현황을소개함 q 북한의 GPS 재밍은기존의형태에서벗어나다양하게시도되고있어재방송재밍및기만을포함한 GPS 전파교란에대비한지속적인연구개발로이에대응할필요가있음 q GPS 전파교란의신속한검출및전파와이에대한실질적인대응을위한기술개발및가성비가좋은솔루션의개발이필요함 q 기술개발및장비구축이외에도 GPS 전파교란감시대응국제협력네트워크구축하여객관적인상황파악과국제공동대응노력도필요함 q 금년도 3 월 31 일부터 4 월 5 일까지 5 일간지속된재밍은기존의 2~3 곳에서 5 곳까지확대되었으며 M-code 재밍과 GPS L1 C/A 코드의 Sweep 재밍이특징임 ( 신호세기는감시시스템수신기준 GPS 신호대비 20 ~ 63 db 임 ) q 기만이나재방송재밍은관측되지않음

38 감사합니다

Ⅰ. 서론 최근 차량 내비게이션을 비롯하여 스마트폰 등에서는 자신의 위치 정보와 시각 정보를 산출하는 데 있어 GPS(Global Positioning System) 신호를 사용하고 있 다. 하지만 GPS 신호의 송출전력은 개방된 장소를 기준 으로 했을 때 약 -160

Ⅰ. 서론 최근 차량 내비게이션을 비롯하여 스마트폰 등에서는 자신의 위치 정보와 시각 정보를 산출하는 데 있어 GPS(Global Positioning System) 신호를 사용하고 있 다. 하지만 GPS 신호의 송출전력은 개방된 장소를 기준 으로 했을 때 약 -160 GPS 신호에 대한 스마트 재밍 기술 동향 스마트 미디어 시대의 방송통신 융합기술 특집 정성균 (S.K. Jeong) 김태희 (T.H. Kim) 신천식 (C.S. Sin) 이상욱 (S.U. Lee) 위성항법연구팀 선임연구원 위성항법연구팀 선임연구원 위성항법연구팀 책임연구원 위성항법연구팀 팀장 Ⅰ. 서론 Ⅱ. 스마트 재밍 기술 Ⅲ. 스마트 재밍 극복 기술 동향