GPS 등과 같은 위성항법 시스템은 정밀한 시각동기가 요구되는 동기식 이동통신망, 전력망, 금융망과 같은 분야와 사용자의 정밀한 위치를 요구하는 차량 내비게이션, 항공기 및 자동차, 측지 측량분야는 물론 향후 드론 및 자율주행 차량 등과 같은 다양한 응용분야에서 그 활용도가 증가될 것이다. 또한, 스마트폰에서는 기본적으로 위성항법 칩셋이 내장되어 사용자 위치를 제공하고 있다. 이렇듯 다양한 분야에서 활용되는 위성항법 수신 칩셋 또는 수신 시스템의 기능 및 성능을 다양한 환경에서 검증할 필요성이 대두되고 있다. 본고에서는 다양한 검증 환경을 제공할 수 있는 위성항법 신호생성기의 국외기술 동향을 살펴보고, 미래부 출연사업인 GNSS 전파교란 검증플랫폼 과제를 통해 개발된 GNSS 전파혼신 신호발생장치에서 확보한 실제 GPS 신호와 동기를 유지한 신호생성기술 개발 현황을 소개한다.
GPS 항법 시스템은 재밍(jamming)에 취약한 것으로 알려져 있다. 실제로 2010년부터 북한은 서해상과 수도권에 GPS 전파교란 공격을 감행, 운행 중이던 선박과 항공기의 네비게이션 등에 다수의 장애현상을 유발시켰다. 이것에 대한 대안으로 eLoran(enhanced Long Range Navigation)이 GPS 항법 시스템을 보완할 수 있다고 알려져 있다. 이에 따라 해양수산부(MOF)는 기존 포항·광주 로란-C 송신국에 UTC(Coordinated Universal Time) 기반의 시각동기시스템 구축하여 지상파 eLoran 시스템으로 활용하기 위한 eLoran 사업을 진행하고 있다. 본 논문에서는 기존 포항·광주 로란-C 송신국에 UTC(Coordinated Universal Time) 기반의 시각동기시스템을 구축하기 위한 요구 사항을 살펴보고, 이 요구 사항에 따른 포항·광주 로란-C 시각동기시스템의 구축 결과에 대해 기술하였다.
지진, 쓰나미 등에 의해 지상에서 생성된 에너지는 대기를 통해 전파되어 전리층 전자밀도를 교란시키므로, 위성신호의 전리층 지연을 이용하면 충격파에 의한 교란을 관측할 수 있다. 전리층의 전자밀도는 지상의 교란원인 이외에도 태양활동, 위도, 계절, 지방시 등 다양한 요인들에 의해 영향을 받는데, 지진 및 쓰나미와 같은 이상상황을 구분하기 위해서는 정상상황에서의 전리층 경향분석이 필요하다. 또한 전리층 교란은 지상의 교란원인으로부터 거리가 멀어질수록 크기가 감소하므로, 원거리 전리층 교란을 효과적으로 검출하기 위한 적절한 기법이 필요하다. 본 논문에서는, 정상상황에서의 전리층 경향분석을 위해 ionosphere exchange(IONEX) 데이터를 이용하여 태양극대기 및 극소기, 위도, 계절 등에 의한 전리층 경향을 분석해보았다. 분석한 정상상황 전리층을 바탕으로 경향성이 제거된 감시값을 설정하고, 전리층 교란의 지속성을 이용한 원거리 교란검출 기법을 설계해 이에 대한 오경보율을 분석하였다. 결과적으로 전리층 지연의 2차 미분 값이 감시값으로 선정되었으며, 오경보율은 1.4e-6수준으로 나타났다. 설계한 기법을 2011 도호쿠 대지진 발생 시 수집된 데이터에 적용하여 교란 검출을 확인하였다.
한 전파원으로부터 발생되는 전자파가 태양풍 내의 플라즈마 요동에 따른 굴절 효과때문에 매질 내에서 교란을 받는다. 이 논문에서는 지상 관측을 통하여 이러한 교란인 행성간 공간섬광을 측정하여 지구와 태양 사이의 행성간 공간에서 일어나는 태양풍 활동을 조사하려는 연구의 이론을 제시할 것이다.
최근 국내에서는 북한의 사이버 테러로 추정되는 전산망 해킹(APT공격)사건과 더불어 하나의 전자전으로서 GPS 재밍 사건들이 인천 등 서해에서 다수 발생되어 왔다. 즉, 이러한 GPS 재머는 러시아 등에서 유출되는 간단한 장비에서부터 치명적인 대규모 전파공격까지 다양한 형태가 발생될 수 있다. 특히 GPS 정보를 사용하는 선박의 AIS 정보는 다수의 선박으로부터 전송되는 정보로서 재밍 대응 가능한 고가의 장비를 선박측에서 탑재하기 어려우며, 송신지가 인근 북한의 경우 국내에서 근원지를 탐지하더라도 대응이 어려운 실정이다. 따라서 본 논문에서는 GPS 교란의 지능화된 여러 공격 형태를 파악하고, 해상교통관제 시스템에서 자체적으로 실시간 대응할 수 있는 방안을 검토하여 시스템 설계에 반영 하고, 관제사의 실시간 인지를 통한 혼란을 방지하며, 선박에 해당 교란 정보를 제공함으로서 능동적인 관제 방안을 제시한다. 실제적으로 재밍에 대응하는 시스템 설계가 관제에 효율적인 방안인지 확인되어야 하며, 국가적으로도 VTS 서비스의 안전성을 보장하는 기술개발로 진화가 고려되어야 한다.
본 논문은 레이저를 이용한 지상 광통신에 교란대기가 미치는 영향을 해석하기 위한 것으로, 대기의 교란은 밝은 날이나 흐린 날에도 존재한다. 대기 교란으로 인하여 전파해 가는 광선은 빔의 방황, breathing, 신틸레이션이 발생하며 이는 광통신 시스템 성능의 저하를 가져온다. 이를 해석하기 위하여 대기굴절률 구조상수 측정 시스템 및 레이저 다이오드를 이용한 지상 광통신 시스템을 설계하였고. 이를 이용하여 대기의 굴절률 구조상수에 따른 지상 광통신 시스템의 비트 오류률을 이론적으로 유도하고 실험하였으며, 연집 오류와의 관계를 실험을 통해 구하였다.
본 논문은 확장된 Huygens-Fresnel원리를 이용하여 섭동대기 공간을 통하여 진행하는 스팩클 전파에서 수신된 강도를 통계적으로 해석하였다. 그 결과 이러한 수식들은 파구조 함수뿐만 아니라 log-amplitude 코바리안스를 포함하고, 정규화 바리언스가 섭동세기에 의존하여 1 이상이 되는 것을 알았다.
Global Navigation Satellite Systems (GNSSs)을 이용한 위치정보 서비스가 다양해짐에 따라, 전파 교란 및 기만에 대한 GNSSs의 취약성에 대한 우려도 점점 커지고 있다. 이에 미국, 러시아, 유럽 등 자체적으로 GNSS를 보유하고 운영하고 있는 국가조차도 GNSS의 취약성을 보완할 수 있는 부가적인 항법시스템을 개발하고 있다. 그 중 현재 운영 중인 Medium Frequency (MF) 주파수 대역의 신호를 이용하여 Differential GNSS (DGNSS) 정보를 전달하는 인프라를 활용하여 항법 신호를 송출하는 Ranging Mode (R-Mode) 시스템이 유럽과 한국을 중심으로 개발 중에 있다. 하지만 MF 주파수 대역의 신호는 일몰 이후에 전리층 일부가 소멸되면서 상위 전리층에서 신호가 반사되어 지표면에서 강한 세기로 수신되는 특성을 갖고 있다. 이런 특성은 지표를 통해 전파하는 원 신호를 수신하는 과정에 큰 오차요소로 작용할 수 있다. 본 논문에서는 현재 송출되고 있는 R-Mode 신호의 야간 특성을 분석하고자 한다. 현재 충주, 어청도 DGNSS 기준국에서 송출하고 있는 R-Mode 신호를 다양한 안테나 종류로 수신해보고, 항법 시스템의 정밀도 성능에 악영향을 줄 수 있는 특성에 대한 보완방법을 모색하였다.
제 4차 산업혁명의 도래로 해양 분야에서도 해양산업혁명의 대표 분야인 자율운항선박에 대한 연구개발이 활발히 진행 중이다. 자율운항선박의 원활한 운용을 위해서는 정확한 위치, 항법, 시각 정보가 필수적이다. 현재 해양에서 사용되는 대표적인 항법시스템은 GPS(Global Positioning System)이지만 전파교란, 해킹 등의 취약성이 존재한다. 현재 GPS의 취약점을 보완하기 위한 다양한 항법시스템이 연구되고 있으며, 그 중 다양한 지상파 신호를 동시에 활용하는 지상파 통합항법시스템 R-MODE(Ranging mode)가 있다. 본 논문은 지상파 통합항법시스템 R-Mode 기술 중 지상파 VDES 신호를 활용한 VDES R-Mode에 대한 연구현황 및 향후 계획에 대해 기술하였다.
세계2차대전을 통해 태양폭발은 레이더시스템에 큰 영향을 주는 것으로 밝혀졌다. 1942년 2월 28일의 전파교란 현상은 태양활동의 극대기에 증가한 우주 광선(cosmic ray)에 의한 것이었다. 이러한 사실들이 밝혀지면서 태양폭발 및 태양 입자 활동에 관한 연구가 활발히 이루어졌다. 태양폭발이 우주선에 미치는 영향, 극 운행 비행기에 미치는 영향, 레이더 시스템에 미치는 영향, 무선통신시스템에 미치는 영향 등에 대한 연구가 다양하게 이루어 지고 있다. 본 논문에서는 지난 40여년 간의 태양전파 관측자료를 분석하여 태양폭발에 의해 무선통신에 미치는 영향과 태양활동주기간의 상관관계를 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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