GPS 재밍(Jamming)과 기만(Spoofing)

1. GPS 신호의 전파교란의 형태

GPS와 같이 위성을 사용하는 GNSS(Global Navigation Satellite System)의 단점은 약 2만 킬로미터 상공에서 운행 중인 위성에서 보내온 신호를 사용하기 때문에 그 신호의 크기가 굉장히 약해 우발적이거나 악의적인 간섭에 취약하다. 태양 활동에 의한 자연적 간섭현상에서부터 우발적인 발신 장치 오작동이나 신호 반사, 악의적인 신호 교란에 이르기까지 다양한 형태로 발생된 교란에 취약하다. GPS 신호에 대한 전파교란의 형태는 크게 GPS 신호가 사용하는 주파수 대역에서 GPS 수신 세기보다 높은 신호를 송출하는 형태인 재밍 (Jamming)과 항법수신기로 하여금 잘못된 위치 및 시각 정보를 산출토록 하는 기만(Spoofing)으로 나눌 수 있다.

 

1) GPS 재밍(Jamming)

GPS 재밍(Jamming)은 GPS 주파 대역에 큰 신호 전력을 송신하여 GPS 수신기가 GPS 위성신호를 수신하지 못하게 하는 공격을 말합니다. GPS는 위성으로부터 전파를 수신하여 위치를 결정하는 시스템이기 때문에, GPS 신호에 간섭을 가하면 위치를 정확하게 파악할 수 없게 됩니다.

GPS 재밍은 다양한 방법으로 수행될 수 있습니다. 예를 들어, GPS 신호를 송출하는 위성에 방사선 또는 전자기파를 보내서 GPS 수신기가 신호를 받지 못하도록 만들 수 있습니다. 또는 GPS 수신기 자체에 전자기파를 보내서 수신기가 GPS 신호를 올바르게 처리하지 못하게 만들 수도 있습니다.

2) GPS 기만(Spoofing)

GPS 기만(Spoofing)은 GPS 기만기를 이용하여 이루어지는데, GPS 기만기는 공개된 GPS 신호 구조를 이용하여 오차가 인가된 거짓 GPS 신호를 생성하여 목표로 삼은 수신기에 송신함으로써 수신기가 잘못된 시각과 위치를 계산하도록 한다. 스마트 재밍을 위해 GPS 기만기는 GPS 신호를 수신하고 이를 처리할 수 있는 장비를이용하여 임의 위성 신호에 대해 오차가 삽입된 정보를 생성하고 이를 실제 GPS 신호보다 다소 높게 송출함으로써 목표로삼은 수신기가 실제 GPS 신호가 아닌 기만기가 송출한 신호를 획득, 추적하도록 한다. GPS 신호를 수신하고 단순히 재방송하는 형태의 전파교란인 재방송은 수신기가 TOA(Time of Arrival) 정보를 사용하여 위치를 계산하는 점을 이용해 수신한 GPS 신호를 일정시간 동안 지연시킨 후 다시 수신기에 재송신함으로써 오차가 인가된 PVT(Positioning, Velocity, Timing) 정보를 산출하도록 하는 것이다.

 

2. GPS 신호의 전파교란의 보호

GPS 재밍 및 GPS 기밤으로부터 보호하는 기법을 항재밍 (Anti-jamming) 기법이라 한다.

위성항법 수신기로 유입되는 간섭 및 재밍신호를 효율적으로 제거 또는 억압하기 위한 항재밍 기술들은 크게 안테나 기술, 프론트 엔드 (Front-End) 필터링 기술, AGC(Automatic Gain Control) 기술, 디지털 항재밍 신호처리 기술, 코드/반송파 추적 루프 기술 등이 있다.

① 안테나 기술

안테나 기술은 적응형 안테나 어레이를 사용하는 기술로서 위성 신호 방향에 매우 좁은 핌폭의 빔을 형성하여 이득을 높이는 빔조향 어레이 기술과 재밍 신호 방향에 널(null)을 형성하여 재밍 신호를 억압 하는 널(null) 조향 기술 등이 있다.

② 프론트 엔드 필터링 기술

프론트 엔드 필터링 기술은 수신기에 강하게 유입되는 재밍 전력을 차단하는 기술로서 위성항법 신호 대역 이외의 재밍 신호를 억압하고 위성항법 신호만을 통과시키는 sharp cut-off 특성을 가지는 대역 필터를 사용하는 방법이다.

③ AGC 기술

AGC 기술은 J/N(Jamming to Noise Power Ratio)를 측정하여 J/N이 기준 임계값 이상이 되면 재밍이 인가되고 있음을 인지 하고 수신기로 가는 신호를 차단하는 방법이다. GPS 위성으로부터 수신되는 신호는 수신기의 열 잡음보다 낮기 때문에 이보다 높은 전력이 검출 될 경우 재밍 환경임을 판단할 수 있다.

④ 디지털 항재밍 신호처리 기술

디지털 항재밍 신호처리 기술은 대표적인 전처리 항재밍 위성항법시스템 기술로 위성항법 수신신호가 복조되기 전에 디지털화된 신호 샘플들을 이용하여 재밍 및 간섭신호를 제거하는 기술이다.

⑤ 코드/반송파 추적 루프 기술

코드/반송파 추적 루프 기술은 위성항법 수신기의 보조를 받는 기술로, 외부의 관성항법장치 등의 속도 정보 등을 활용하여 추적 루프의 대역폭을 정확히 선정할 수 있게 되어 최적의 설계가 가능하다. P코드를 사용하는 군사용 GPS의 경우 미군이 사용하는 암호장비를 통해서만 코드를 해독할 수 있기 때문에 스마트 재밍에 대해서는 안전하다고 할 수 있으나, 잡음 재밍에 대해서는 안테나 기술 등의 항재밍 기법이 필요할 것이다.