• Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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• 제9권2호
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• pp.59-63
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• 2020

The antenna arrays are known to be effective for GPS anti-jamming and the performance can be improved further if a dual-polarized antenna array is used. However, when the Minimum Variance Distortionless Response (MVDR) beamformer is used as a signal processing algorithm for the dual-polarized antenna array, the anti-jamming performance can degrade in the presence of errors in the steering vector that is a key factor of the MVDR beamformer. Therefore, in this paper, the effect of the steering vector error on the anti-jamming performance of the dual-polarized antenna array is analyzed by simulations and the result is compared to that of the single-polarized antenna array.

• Journal of electromagnetic engineering and science
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• 제17권2호
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• pp.108-110
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• 2017

The global positioning system (GPS) is a useful system in civilian and military applications. However, because of the weak signal, GPS receivers are vulnerable to interference caused by unwanted signals or intentional jammers. To alleviate this issue, a controlled reception pattern antenna (CRPA) array can be employed to adaptively place radiation pattern nulls toward the direction of the signal interference. The performance of the CRPA array improves as the number of antenna elements increases. Therefore, antenna miniaturization is highly desirable for CRPA applications. We designed a compact CRPA array based on seven electrically miniaturized microstrip patch antennas (MPAs) on a 5-inch ground platform. We used a non-Foster matching circuit to match efficiently miniaturized MPAs on an FR-4 substrate. Experimental results show that the non-Foster matching circuit significantly improves such elements of antenna performance as return loss and antenna gain. In addition, we confirmed that the mutual coupling of the proposed CRPA array is less than -45 dB.

• Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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• 제12권2호
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• pp.101-111
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• 2023

Many spoofing detection studies have been conducted to cope with the most difficult types of deception among various disturbances of GPS, such as jamming, spoofing, and meaconing. In this paper, we propose a spoofing detection scheme based on elevation masked-relative received power between GPS L1 and L2 signals in a system using a multi-band array antenna. The proposed scheme focuses on enabling spoofing to be normally detected and minimizes the possibility of false detection in an environment where false alarms may occur due to pattern distortion among elements of an array antenna. The pattern distortion weakens the GPS signal strength at low elevation. It becomes confusing to detect a spoofing signal based on the relative power difference between GPS L1 and L2, especially when GPS L2 has weak signal strength. We propose design parameters for the relative power threshold including beamforming gain, the minimum received power difference between L1 and L2, and the patch antenna gain difference between L1 and L2. In addition, in order to eliminate the weak signal strength of GPS L2 in the spoofing detection process, we propose a rotation matrix that sets the elevation mask based on platform coordinates. Array antennas generally do not have high usefulness in commercial areas where receivers are operated alone, but are considered essential in military areas where GPS receivers are used together with signal processing for beamforming in the direction of GPS satellites. Through laboratory and live sky tests using the device under test, the proposed scheme with an elevation mask detects spoofing signals well and reduces the probability of false detection relative to that without the elevation mask.

• 한국항행학회논문지
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• 제26권1호
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• pp.9-14
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• 2022

종래 유도탄의 경우 대부분 유도탄의 전방부에 GPS (Global Positioning System) 안테나가 장착되는 경우가 많아 종말 유도단계에서 수직 낙하하는 유도탄의 경우 GPS 안테나가 전방부에 위치하면 동체에 의한 위성 신호 가림 현상이 생겨 GPS 성능이 떨어진다. 본 논문에서는 위성 신호에 대한 가시영역을 최대로 확보하기 위해 GPS 안테나를 유도탄의 후방 부에 기울임을 주어 배치하였으며 배열안테나의 패치를 기울여 설계하는 것을 제안하였다. 제안된 안테나 배치 형상에 대하여 GPS 신호의 신호 수신 범위를 분석하기 위해 LOS (Line Of Sight) 관점에서 가시영역을 분석하였고 실제 무반향 챔버에서 수신 신호 세기 측정을 통해 위성 신호의 유효 수신영역을 분석하였다. 또한 야외시험과 비행시험을 통해서 위성 신호의 음영지역이 줄어드는 것을 확인함으로써 GPS 안테나가 유도탄의 후방에 배치되었을 때 얻을 수 있는 장점을 확인하였다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제28권5호
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• pp.355-365
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• 2017

본 논문에서는 간접급전 패드를 이용한 이중 대역 GPS 패치 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 GPS L1 대역에서 공진하는 상부패치, L2 대역에서 공진하는 하부패치, 중간층에 위치하는 2개의 간접급전 패드로 구성되며, 광대역 원형 편파 특성구현을 위해 하이브리드 칩커플러를 사용하여 두 급전 포트 사이에 $90^{\circ}$의 위상차를 갖도록 급전하였다. 제안된 개별 안테나의 측정 결과, 전면 방향 이득은 GPS L1, L2 대역에서 각각 3.0 dBic, 5.1 dBic를 나타내며, 축비 특성은 각각 3.3 dB, 0.3 dB를 나타내는 것을 확인하였다. 제안된 안테나를 동일한 유전체 기판 가장자리에 7소자 배열하여 제작하여 active element pattern을 측정한 결과, 전면 방향 이득은 GPS L1, L2 대역에서 각각 -0.4 dBic, -2.4 dBic를 나타내어 GPS 배열안테나의 개별 소자로 사용 가능함을 확인하였다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제24권7호
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• pp.678-685
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• 2013

본 논문에서는 하이브리드 급전 구조를 가지는 이중 대역 GPS 패치 안테나를 설계하였다. 설계된 개별 안테나는 GPS 배열 안테나로 사용되며, 배열에서 개별 안테나의 방향을 조절하여 패턴 왜곡 및 간섭을 최소화하였다. 제안된 안테나는 GPS $L_1$(1.5754 GHz), $L_2$(1.2276 GHz) 대역에서 각각 공진하는 2개의 방사 패치를 가지고 있으며, 광대역 및 원형 편파 특성을 구현하기 위해 칩 커플러를 이용한 2-포트 급전 방법을 사용하였다. 설계된 개별 안테나를 각각의 장착 위치에서 네 방향(${\phi}=0^{\circ}$, ${\phi}=90^{\circ}$, ${\phi}=180^{\circ}$, ${\phi}=270^{\circ}$)으로 돌려가며 중앙 안테나와 가장 적은 패턴 왜곡과 간섭을 가지는 방향으로 안테나를 장착하였다. 배열 안테나 측정 결과, 중앙 안테나의 전면 방향 이득은 $L_1$과 $L_2$ 대역에서 0.3 dBic, -1.0 dBic, 측면 안테나의 전면 방향 이득은 $L_1$과 $L_2$ 대역에서 1.6 dBic, 1.0 dBic를 가지며, 이를 통해 제안된 배열 안테나가 이중 대역 GPS 배열 안테나로 사용 가능함을 확인하였다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제25권6호
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• pp.628-636
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• 2014

본 논문은 재밍 대응 위성 항법 장치의 5소자 평면 배열 안테나 설계에 대해 기술한다. GPS $L_1/L_2$ 대역에서 공진하는 적층 구조의 패치 안테나 설계를 제안한다. 제안된 안테나는 광대역 및 원형 편파 특성을 구현하기 위해 칩 커플러를 이용한 이중 급전을 사용한다. 배열안테나 측정 결과, 중앙안테나의 전면 방향 이득은 $L_1$과 $L_2$ 대역에서 각각 1.10 dBic, 0.37 dBic, 측면안테나는 $L_1$과 $L_2$ 대역에서 0.99 dBic, -0.57 dBic를 갖는다. 고각 $30^{\circ}$에서 방위각의 이득은 중앙안테나 $L_1$과 $L_2$ 대역에서 평균 -2.08 dBic, -5.33 dBic의 측정 결과를 갖는다. 측면안테나는 $L_1$과 $L_2$ 대역에서 평균 -0.40 dBic, -2.09 dBic의 측정 결과를 갖는다. 제안된 5소자 평면 배열 안테나는 GPS 재밍 대응 장치에 적합함을 확인한다.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제16권11호
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• pp.1367-1378
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• 2002

This paper investigates observability properties of strapdown INS aided by a GPS antenna array. The motivation to consider a GPS antenna array is that the lever-arms between the GPS antennas and IMU play an important role in the estimation of vehicle attitude and biases of IMU. It is shown that time-invariant INS error models are observable with measurements from at least three GPS antennas. It is also shown that time-varying error models are instantaneously observable with measurements from three antennas. Numerical simulation results are given to show the effectiveness of multiple GPS antennas on estimating vehicle attitude and biases of IMU when IMU has considerable magnitude of biases.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2006년도 International Symposium on GPS/GNSS Vol.2
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• pp.411-414
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• 2006

본 논문은 다양한 GPS 재밍대응 기술 중에서 안테나 기반의 CRPA(Controlled Reception Pattern Antenna) 시스템에 관한 소개 및 안테나의 널(null) 패턴 합성에 필요한 핵심 모듈인 디지털 I/Q 벡터모듈레이터(Vector Modulator)를 이용한 GPS용 $2{\times}2$ CRPA 패턴 제어방법에 관한 연구 내용이다. 일반적으로 시스템에서 미리 결정된 방향으로 만들어진 안테나 빔을 이용한 위상배열안테나(phased array antenna)와는 달리 CRPA 구조의 GPS 위성수신용 적응배열안테나(adaptive array antenna)는 각 안테나 소자(element)로부터 수신된 신호들을 실시간으로 해석하여, GPS 배열 안테나의 패턴 특성을 제어한다. 본 연구에서는 $2{\times}2$ 배열 정사각(square) 구조의 CRPA를 채택했으며, 재밍신호 방향으로 널(null) 패턴을 합성하기 위한 방법으로 PC에서 제어 가능한 DAC(Digital to Analog Converter)을 이용하여 I/Q 벡터모듈레이터로 인가되는 RF신호의 위상(phase) 및 진폭(amplitude)을 조절한다. 이때 원하는 널(null) 패턴이 합성되도록 네 개의 각 안테나 소자 쪽으로 8채널의 복소가중치(complex weight)를 인가한다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.491-498
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• 2017

GPS (global positioning system)는 지구 궤도를 도는 여러 GPS 위성의 신호를 수신하여 위성 별 수신 시간 차이를 이용하여 자신의 절대 위치를 알아내는 시스템으로 민간 목적뿐만 아니라 군용 목적으로도 널리 사용되고 있다. 특히 유도무기 등에 사용되기 때문에 신뢰성 있는 GPS 수신은 군에서 훨씬 더 중요하다. 하지만 GPS 는 사용 주파수 대역이 알려져 있고 수신신호 전력이 미약하기 때문에 인위적인 재밍신호를 송출하여 쉽게 GPS 시스템을 무력화 시킬 수 있는 문제가 있다. 이러한 간섭신호에 대응하기 위한 한 가지 방법은 GPS 수신기에 다중 안테나를 설치하고 디지털 빔포밍 기술을 이용하여 GPS 신호는 훼손하지 않으면서 재머만을 제거하는 기술이다. 본 논문에서는 MVDR(minimum variance distortionless response) 기술에 기반하여 새로운 적응형 빔 제어 기술을 제안한다. 제안하는 방식은 알려져 있는 위성 방향으로의 빔을 형성하고 재머 방향으로는 적응형 알고리즘에 의해 널을 형성하여 재머를 제거한다. 제안하는 방식의 성능은 컴퓨터 모의실험을 통해 검증한다.