KR102163698B1 - Method for detecting GPS SPOOFING signal of small UAVs and apparatus thereof - Google Patents
Method for detecting GPS SPOOFING signal of small UAVs and apparatus thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR102163698B1 KR102163698B1 KR1020190167146A KR20190167146A KR102163698B1 KR 102163698 B1 KR102163698 B1 KR 102163698B1 KR 1020190167146 A KR1020190167146 A KR 1020190167146A KR 20190167146 A KR20190167146 A KR 20190167146A KR 102163698 B1 KR102163698 B1 KR 102163698B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- data
- gps
- neural network
- signal
- network model
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/015—Arrangements for jamming, spoofing or other methods of denial of service of such systems
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
- G06N3/02—Neural networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Computational Linguistics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
본 발명의 일 실시 예는, 기설정된 규격을 만족하는 소형 무인기의 GPS데이터를 수신하는 데이터수신단계; 상기 수신된 GPS데이터를 전처리하는 전처리단계; 전처리된 GPS데이터를 신호시간 및 신호세기에 대한 4개 채널로 구성하여 신경망모델에 입력시켜 학습시키는 학습단계; 학습된 신경망모델에 신규GPS데이터를 전처리하여 입력시키는 시험입력단계; 및 상기 학습된 신경망모델에서 출력된 결과로 상기 신규GPS데이터가 기만신호인지 여부를 판별하는 신호판별단계;를 포함하는 소형 무인기의 GPS 기만신호 탐지방법을 개시한다.According to an embodiment of the present invention, a data receiving step of receiving GPS data of a small unmanned aerial vehicle that satisfies a preset standard; A preprocessing step of preprocessing the received GPS data; A learning step of configuring the pre-processed GPS data into four channels for signal time and signal strength and inputting it to a neural network model to learn; A test input step of preprocessing and inputting new GPS data into the learned neural network model; And a signal discrimination step of determining whether the new GPS data is a spoof signal based on a result output from the learned neural network model.
Description
본 발명은 소형 무인기의 GPS 기만신호 탐지방법 및 장치에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로는, 소형 무인기에 행해질 수 있는 각종 기만공격을 탐지함으로써, 소형 무인기가 추락하거나 정해진 경로를 벗어나는 일이 없도록 도움을 줄 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for detecting a GPS deceptive signal of a small unmanned aerial vehicle, and more specifically, by detecting various deceptive attacks that may be performed by a small unmanned aerial vehicle, it is helpful to prevent the small unmanned aerial vehicle from falling or deviating from a predetermined path. It relates to a method and a device that can be given.
무인기(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)는 비행제어와 자율화 알고리즘 발전에 힘입어 감시 및 정찰 임무를 포함한 다양한 방위 임무에 활용되고 있으며 그 임무의 범위는 점진적으로 확대되고 있다. 이러한 추세에 맞게 무인기 연구의 대부분이 무인기의 활용성을 높이는데 초점이 맞추어져있다. 하지만, 무인기는 별도의 조종사를 두고 있지 않으므로, 외부로부터의 공격에 취약하며, 공격을 받을 경우 그에 대한 적절한 대처가 어려워서, 공격을 받는 즉시 정상적인 임무수행이 불가능해질 수 있다는 단점이 있다. 대표적인 예로 위성항법에 대한 공격이 있으며 GPS 교란 및 기만 공격이 이에 해당된다.Unmanned Aerial Vehicle (UAV) is being used in various defense missions, including surveillance and reconnaissance missions, thanks to advances in flight control and autonomous algorithms, and its scope is gradually expanding. In line with this trend, most of the research on drones is focused on increasing the utility of drones. However, since the UAV does not have a separate pilot, it is vulnerable to attacks from the outside, and if it is attacked, it is difficult to adequately cope with it, so that it may be impossible to perform a normal mission as soon as it is attacked. A typical example is an attack on satellite navigation, such as GPS disturbance and deception attacks.
이러한 공격에 대응하기 위해서는 위성항법 공격에 대해 판단할 수 있어야한다. GPS교란공격의 경우 GPS신호가 잡히지 않기 때문에 공격에 대한 탐지가 어렵지 않으며 대체항법을 사용하는 방식으로 대처할 수 있다. In order to cope with such an attack, it is necessary to be able to judge a satellite navigation attack. In the case of a GPS disturbance attack, it is not difficult to detect the attack because the GPS signal is not captured, and it can be dealt with by using an alternative navigation method.
반면에 GPS기만공격의 경우 진신호(real signal)와 유사한 기만신호가 수신되기 때문에 기만신호 여부를 탐지하기 어렵다. 이로 인해 무인기가 잘못된 항법을 사용하게 되면 임무수행 실패를 야기할 수 있다. 따라서, 무인기가 기만신호를 탐지하는 기술에 대한 연구는 필수적이다.On the other hand, in the case of a GPS deception attack, it is difficult to detect whether a deceptive signal is due to receiving a deceptive signal similar to a real signal. As a result, if the UAV uses the wrong navigation, it may cause the mission to fail. Therefore, it is essential to study the technology for detecting deceptive signals by drones.
특히, 쿼드콥터로 대표되는 중량 30kg 내외 소형 무인기의 경우, 간단하고 쉽게 구할 수 있는 GPS 기만 장치(GPS 시뮬레이터)로도 GPS신호를 기만하여 위치정보를 조작할 수 있다. 이는 소형 무인기를 활용하고 있는 민간에서뿐만 아니라 향후 전장에서 드론봇을 운용하고자 군에게도 큰 위협이다. In particular, in the case of a small unmanned aerial vehicle with a weight of about 30 kg represented by a quadcopter, a GPS deceptive device (GPS simulator) that can be obtained simply and easily can deceive GPS signals to manipulate location information. This is a great threat not only to civilians using small UAVs, but also to the military to operate drone bots in future battlefields.
하지만, 기존에 존재하는 기만탐지 기술을 소형 무인기에 적용하기 위해서는 추가적인 하드웨어를 부착하는 등 일정 이상의 탑재중량과 에너지 소비량이 요구되기 때문에 비용이 과도하게 들고, 소형 무인기의 안정적인 비행을 위해서 물리적인 수치 측정을 다시 해야 하는 문제점이 있다.However, in order to apply the existing deception detection technology to a small UAV, the cost is excessive because a certain amount of payload and energy consumption are required, such as attaching additional hardware, and physical numerical measurements are made for the stable flight of the small UAV. There is a problem to have to do it again.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 기존의 소형 무인기의 기만탐지기술을 개량하는 일환으로, 중량 30kg 내외의 소형 무인기에 추가적인 하드웨어를 부착하지 않고도 GPS 기만신호를 정확하게 탐지하여 대처할 수 있는 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 장치를 제공하는 데에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is a method of accurately detecting and responding to GPS deception signals without attaching additional hardware to a small UAV weighing 30kg or less, as a part of improving the deception detection technology of the existing small UAV. It is to provide an apparatus for implementing the method.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 기설정된 규격을 만족하는 소형 무인기의 GPS데이터를 수신하는 데이터수신단계; 상기 수신된 GPS데이터를 전처리하는 전처리단계; 전처리된 GPS데이터를 신호시간 및 신호세기에 대한 4개 채널로 구성하여 신경망모델에 입력시켜 학습시키는 학습단계; 학습된 신경망모델에 신규GPS데이터를 전처리하여 입력시키는 시험입력단계; 및 상기 학습된 신경망모델에서 출력된 결과로 상기 신규GPS데이터가 기만신호인지 여부를 판별하는 신호판별단계;를 포함한다.A method according to an embodiment of the present invention for solving the above technical problem includes a data receiving step of receiving GPS data of a small UAV that satisfies a preset standard; A preprocessing step of preprocessing the received GPS data; A learning step of configuring the pre-processed GPS data into four channels for signal time and signal strength and inputting it to a neural network model to learn; A test input step of preprocessing and inputting new GPS data into the learned neural network model; And a signal discrimination step of determining whether the new GPS data is a fraudulent signal as a result output from the learned neural network model.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 장치는, 기설정된 규격을 만족하는 소형 무인기의 GPS데이터를 수신하는 데이터수신부; 상기 수신된 GPS데이터를 전처리하는 데이터전처리부; 전처리된 GPS데이터를 신호시간 및 신호세기에 대한 4개 채널로 구성하여 신경망모델에 입력시켜 학습시키는 데이터학습부; 학습된 신경망모델에 신규 GPS데이터를 전처리하여 입력시키는 데이터시험부; 및 상기 학습된 신경망모델에서 출력된 결과로 상기 신규 GPS데이터가 기만신호인지 여부를 판별하는 신호판별부;를 포함한다.An apparatus according to another embodiment of the present invention for solving the above technical problem includes: a data receiving unit for receiving GPS data of a small unmanned aerial vehicle that satisfies a preset standard; A data preprocessor preprocessing the received GPS data; A data learning unit that configures the preprocessed GPS data into four channels for signal time and signal strength, and inputs it to a neural network model for training; A data testing unit for preprocessing and inputting new GPS data into the learned neural network model; And a signal discriminating unit for determining whether the new GPS data is a spoofing signal as a result output from the learned neural network model.
본 발명의 일 실시 예는, 상기 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 개시한다.An embodiment of the present invention discloses a computer-readable recording medium storing a program for executing the method.
본 발명에 따르면, 소형 무인기에 하드웨어적인 구성을 전혀 추가하지 않고도 GPS 데이터를 분석하여 GPS 기만신호를 정확하게 탐지할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to accurately detect a GPS deceptive signal by analyzing GPS data without adding any hardware configuration to a small UAV.
또한, 본 발명에 따르면, 소형 무인기가 GPS 기만신호를 정확히 탐지하는 것에 그치지 않고, 탐지된 GPS 기만신호에 영향을 받지 않게 되어, 소형 무인기가 설정된 경로를 이탈하거나 육지로 추락하는 빈도를 최소화할 수 있게 된다.In addition, according to the present invention, the small unmanned aerial vehicle does not stop accurately detecting the GPS deceptive signal, and is not affected by the detected GPS deceptive signal, thereby minimizing the frequency in which the small unmanned aerial vehicle deviates from a set route or falls to land. There will be.
도 1은 본 발명에 따른 기만신호 탐지장치의 일 예를 블록도로 나타낸 것이다.
도 2는 소형 무인기에 가해질 수 있는 GPS 기만공격 시나리오를 직관적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 GPS 기만탐지 학습데이터가 전처리되는 과정을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따라서, 데이터학습부가 1차원 합성곱 신경망모델을 학습시키는 과정의 일 예를 도식적으로 나타낸다.
도 5는 학습된 1차원 합성곱 신경망 모델에 실시간 GPS데이터가 입력되는 과정을 도식적으로 나타내고 있다.
도 6은 본 발명에 따른 기만신호 탐지방법의 일 예를 흐름도로 나타낸 도면이다.1 is a block diagram showing an example of a fraudulent signal detection apparatus according to the present invention.
2 is a diagram intuitively illustrating a GPS deceptive attack scenario that can be applied to a small UAV.
3 schematically shows the process of pre-processing GPS deception detection learning data.
4 schematically shows an example of a process in which a data learning unit learns a one-dimensional convolutional neural network model according to the present invention.
5 schematically shows a process of inputting real-time GPS data to a learned one-dimensional convolutional neural network model.
6 is a flowchart showing an example of a method for detecting a spoof signal according to the present invention.
실시 예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.As for terms used in the embodiments, general terms that are currently widely used as possible are selected while considering functions in the present invention, but this may vary according to the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When a part of the specification is said to "include" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as "... unit" and "... module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various forms and is not limited to the embodiments described herein.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명에 따른 기만신호 탐지장치의 일 예를 블록도로 나타낸 것이다.1 is a block diagram showing an example of a fraudulent signal detection apparatus according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 기만신호 탐지장치(10)는 데이터수신부(110), 데이터전처리부(130), 데이터학습부(150), 데이터시험부(170) 및 신호판별부(190)를 포함하는 것을 알 수 있다. 전술한 것과 같이, 본 발명에 따른 기만신호 탐지장치(10)는 소형 무인기에 물리적 또는 논리적으로 포함되어 그 기능을 수행할 수 있다. 이하에서는, 기만신호 탐지장치(10)를 구성하는 각각의 구성(블록)에 대해서 포괄적으로 설명한 후에, 구체적으로 각 구성들이 하는 기능에 대해서, 도 2 내지 도 5를 통해서 설명하기로 한다.Referring to FIG. 1, a deception
데이터수신부(110)는, 소형 무인기의 GPS데이터를 수신하는 기능을 수행한다. 여기서, 소형 무인기는 30kg보다 일정이상 무겁거나 일정이상 가벼운 무인기로서 일반적인 쿼드콥터(드론)의 일 예로 가정한다. 무인기는 크기에 따라서, 수백명이 탑승가능한 항공기와 동급이거나 그 이상의 무인기도 존재하지만, 본 발명에서는 GPS신호의 특성을 정확하게 이용하기 위해서, 전술한 범위의 무게를 갖는 소형 무인기의 기만 공격을 탐지하기 위한 방법을 제안한다.The
도 2는 소형 무인기에 가해질 수 있는 GPS 기만공격 시나리오를 직관적으로 나타낸 도면이다.2 is a diagram intuitively illustrating a GPS deceptive attack scenario that can be applied to a small UAV.
도 2를 참조하면, GPS위성으로부터 송신된 신호가 소형 무인기뿐만 아니라 GPS기만기에도 수신되고 나서, GPS기만기로부터 생성된 기만신호가 RF송신기를 통해서 소형 무인기에 송신됨으로써, 소형 무인기는 기만신호에 의해 정상적으로 동작하지 못하게 된다.Referring to FIG. 2, after a signal transmitted from a GPS satellite is received not only by a small unmanned aerial vehicle but also by a GPS deceptive, the deceptive signal generated from the GPS deceptive is transmitted to the small unmanned aerial vehicle through an RF transmitter. It will not work normally.
소형 무인기에 가해질 수 있는 기만공격 방식에는 미코닝(meaconing)과 스푸핑(spoofing)이 있다. 미코닝은 GPS 원시데이터를 수집하고 재생하는 장치를 이용하여 위성항법 신호를 일정시간 동안 지연시킨 후 재방출하는 형태의 공격이다. 미코닝 송출신호는 시간 영역(time domain)에서 비동기 공격 방식으로 분류되며, 수신기가 신호 추적 상태에 있을 경우 수신기는 동기화된 신호만 추적하기 때문에, 기만을 성공시키기 위해서는 재밍을 동원한 재신호 획득을 유도해야한다. Meaconing and spoofing are the methods of deceptive attacks that can be applied to small UAVs. Meconing is an attack in which a satellite navigation signal is delayed for a certain time and then re-emitted using a device that collects and reproduces GPS raw data. Meconing transmission signals are classified as asynchronous attacks in the time domain, and when the receiver is in the signal tracking state, the receiver only tracks the synchronized signal, so to succeed in deception, jamming is used to induce re-signal acquisition. Should be.
반면, 스푸핑은 외부 참조 수신기를 기반으로 만들어진 기만 장치를 통해 진신호와 유사한 동기화된 신호를 생성하여 이를 방출하는 형태의 공격이다. 스푸핑 송출신호는 시간 영역에서 동기 공격 방식으로 분류되며 수신기가 신호 추적 상태에 있는 경우에도 기만을 성공시킬 수 있다. 물론, 기만을 성공시키기 위해서는 소형 무인기의 위치를 특정 오차 내로 알고 이를 송출신호와 동기화시켜야한다. On the other hand, spoofing is an attack in which a synchronized signal similar to a true signal is generated and emitted through a deceptive device based on an external reference receiver. The spoofed transmission signal is classified as a synchronous attack method in the time domain, and deception can succeed even when the receiver is in a signal tracking state. Of course, in order to succeed in deception, it is necessary to know the location of the small UAV within a specific error and synchronize it with the transmitted signal.
본 발명에 따르면, 전술한 미코닝 및 스푸핑 공격방식의 기만신호를 모두 탐지할 수 있으며, 구체적인 방법에 대해서는 이하에서 설명하기로 한다.According to the present invention, it is possible to detect all the deception signals of the above-described meconing and spoofing attack methods, and a specific method will be described below.
데이터전처리부(130)는 수신된 GPS데이터를 전처리한다. 보다 구체적으로, 데이터전처리부(130)는 본 발명에 따른 장치가 기존의 알려진 시스템에서 추가적인 하드웨어를 부가하지 않고도 정확한 기만탐지가 가능하도록 하는 주요기능을 수행하는 것으로서, 후술하는 딥러닝을 효과적으로 수행하고 합리적인 결과가 도출되도록 수신된 GPS데이터를 적절하게 가공하는 기능을 수행한다.The
표 1은 소형 무인기 GPS 수신기에서 흔히 사용되고 있는 NMEA-0183 인터페이스 포맷에서 획득되는 데이터를 나타낸다. 본 발명은 GPS 기만탐지에 단일 안테나와 단일 수신기만을 사용하여 소형 무인기 비행시간에 직접적으로 영향을 끼치는 요소인 에너지 소비와 탑재 중량을 최소화하면서도 기만탐지 기능은 비약적으로 향상시킨 발명으로서, 표 1과 같이 GPS NMEA 인터페이스 포맷으로 획득되는 데이터만을 사용한다.Table 1 shows data acquired in the NMEA-0183 interface format commonly used in small unmanned aerial vehicle GPS receivers. The present invention uses only a single antenna and a single receiver for GPS fraud detection, minimizing energy consumption and loading weight, which are factors that directly affect the flight time of a small UAV, while dramatically improving the fraud detection function, as shown in Table 1. Only data acquired in the GPS NMEA interface format is used.
데이터전처리부(130)는 GPS NMEA 포맷의 데이터를 학습데이터로 전처리한다. 데이터전처리부(130)는 GPS데이터를 학습데이터로 사용하기 위해서, NMEA 클래스의 TPV에서 시간을 추출하여 time_offset으로 가공처리한다. time_offset은 위성들로부터 수신되는 GPS시간(atomic clocks located on satellites)과 임베디드 컴퓨터의 UTC(universal time on computer)시간 차이를 의미한다. 데이터수신부(110)에 미코닝과 같은 비동기화된 신호가 수신되면 GPS 시간과 UTC 시간의 차이가 커지므로, time_offset을 통해 시간영역에서 비동기화된 기만신호를 탐지할 수 있다.The data preprocessor 130 pre-processes the data in the GPS NMEA format as learning data. In order to use the GPS data as learning data, the
다만, 데이터수신부(110)에 스푸핑과 같이 동기화된 기만신호가 수신되면 time_offset만으로는 기만신호를 탐지할 수 없다. 데이터전처리부(130)는 NMEA 클래스의 SKY에서 GPS fix에 사용되는 위성들의 신호세기(SNR: Signal-to-Noise Ratio)값을 추출하여, snr_mean, snr_range1, snr_range2로 각각 가공처리한다.However, when the
※ time(GPS) : atomic clocks located on satellites
※ time(UTC) : coordinated universal time on computertime_offset: time(GPS)-time(UTC)
※ time(GPS): atomic clocks located on satellites
※ time(UTC): coordinated universal time on computer
snr_range1 : max(snr) - min(snr)
snr_range2:standard_deviation(snr)
※ snr : list(snrs of GPS satellites used in fix)snr_mean: mean(snr)
snr_range1: max(snr)-min(snr)
snr_range2:standard_deviation(snr)
※ snr: list(snrs of GPS satellites used in fix)
표 2는 데이터전처리부(130)가 데이터수신부(110)가 수신한 GPS NMEA 인터페이스 포맷 데이터를 학습데이터로 가공처리한 결과를 나타내고 있다. 표 2에서 time_offset은 위성의 GPS시간과 임베디드 컴퓨터의 UTC시간 차이를 의미하는 것으로서, 미코닝 및 스푸닝 기만신호를 탐지하는 데에 사용되는 요소(component)로서, 신호시간에 대한 정보이고, snr_mean, snr_range1 및 snr_range2는 스푸닝 기만신호를 탐지하는 데에 사용되는 요소로서, 신호세기에 대한 정보를 의미한다.Table 2 shows the results of the
특히, snr_mean은 위성신호의 신호세기평균, snr_range1은 위성신호의 세기의 최대값과 최소값의 차이, snr_range2은 위성신호의 세기의 표준편차를 각각 의미한다. 위 세 가지 요소는, 일반적인 기만기에서 생성되는 스푸핑 기만신호는 위성별 신호세기가 진신호보다 더욱 세게 모사되고, 기만기 클럭과 소프트웨어적 특성에 따라서, 위성 간 신호세기의 패턴이 변동하는 특성을 갖는다는 것을 역으로 이용하기 위한 요소로서, 동기화된 기만신호를 효과적으로 탐지할 수 있게 된다.In particular, snr_mean is the average signal strength of the satellite signal, snr_range1 is the difference between the maximum and minimum values of the satellite signal, and snr_range2 is the standard deviation of the strength of the satellite signal. The three factors above are that the spoofing spoofing signal generated by a general spoofing simulates the signal strength of each satellite more strongly than the true signal, and the characteristic that the pattern of the signal strength between satellites fluctuates according to the spoofing clock and software characteristics. As an element to reversely use having, it is possible to effectively detect a synchronized deception signal.
데이터전처리부(130)는 위와 같이 GPS신호로부터 네 가지 요소를 추출한 후에, 딥러닝의 일종인 신경망모델을 이용하기 위해서 추가적으로 데이터를 가공하는 과정을 수행한다.After extracting the four elements from the GPS signal as described above, the
도 3은 GPS 기만탐지 학습데이터가 전처리되는 과정을 도식적으로 나타낸 것이다. 3 schematically shows the process of pre-processing GPS deception detection learning data.
도 3의 좌측은 데이터전처리부(130)에 의해서 가공추출된 네 가지 요소가 시계열로 정리된 도면으로서, 동일한 윈도우 너비(window width)로 윈도우 슬라이싱(window slicing)이 되는 과정을 나타낸다. 도 3의 우측은 윈도우 슬라이싱이 된 네 가지 요소가 시간적 순서에 맞춰서 데이터 길이(data length)인 L방향으로 재정렬되는 과정을 도식적으로 나타내고 있다.The left side of FIG. 3 is a diagram in which four elements processed and extracted by the
데이터전처리부(130)에 의해 표 2와 같이 GPS 데이터의 신호시간 및 신호세기와 관련된 네 가지 요소가 추출되면, 데이터전처리부(130)는 time_offset, snr_mean, snr_range1 및 snr_range2, 이상 4개의 학습 데이터를 각각 윈도우 슬라이싱을 통해 특정 윈도우 너비(window width)로 시간 순으로 자르며, 해당 데이터가 진신호면 '0'으로 기만신호면 '1'로 라벨링시킨다. 위와 같이 라벨링처리된 학습데이터는 학습과정에서 채널로 분류되어 신경망모델에 입력된다. 도 3을 참조하여 예를 들면, 데이터전처리부(130)가 추출한 각 요소들은 윈도우 너비로 잘린(슬라이싱된) 이후에 요소별로 재배치되어 각각 채널을 구성하므로, 신경망모델에 입력되는 입력값(학습데이터)들은 다수의 0또는 1로 라벨링된 4개의 채널로 구성된 데이터라는 것을 알 수 있다.When four elements related to the signal time and signal strength of GPS data are extracted by the
여기서, 윈도우 너비가 넓으면 넓을수록 더 많은 데이터를 통해 기만 여부를 판단할 수 있으나, 그만큼 탐지시간이 길어지는 단점이 있다. 소형 무인기에 장착되어 있는 프로세서의 성능, 운용방식, 기만탐지 후에 대처방식, 이상 세 가지를 종합하여 적절한 윈도우 너비가 선택될 수 있다. 일 예로서, 본 발명에서 소형 무인기 운용에 있어서 3초 이내로 기만이 탐지되는 것을 목표로 한다면, 2~3 pps(pulse per second) GPS 데이터 기준으로 6개에서 9개의 tick을 포함할 수 있는 윈도우 너비가 선택될 수 있다. 전술한 예시뿐만 아니라, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자가 합리적인 결과 유도를 위해서 윈도우 너비를 다양하게 설정할 수 있다는 것은 자명할 것이다.Here, the wider the window width is, the more data can be used to determine whether to be deceived, but there is a disadvantage in that the detection time becomes longer. An appropriate window width can be selected by integrating the above three, the performance of the processor installed in the small UAV, the operation method, and the countermeasure after fraud detection. As an example, if the present invention aims to detect deception within 3 seconds in the operation of a small UAV, a window width that can include 6 to 9 ticks based on 2 to 3 pps (pulse per second) GPS data Can be selected. In addition to the above example, it will be apparent that a person skilled in the art can variously set the window width in order to induce reasonable results.
데이터전처리부(130)는 도 3과 같은 과정을 거쳐서 GPS 데이터를 전처리된 학습 데이터로 가공한 이후에, 데이터학습부(150)는 전처리된 데이터를 신경망모델에 입력하여 데이터를 학습시킨다.After the
도 4는 본 발명에 따라서, 데이터학습부가 1차원 합성곱 신경망모델을 학습시키는 과정의 일 예를 도식적으로 나타낸다.4 schematically shows an example of a process in which a data learning unit learns a one-dimensional convolutional neural network model according to the present invention.
본 발명에서 GPS 기만탐지 알고리즘은 1차원 합성곱 신경망(1-dimension convolution neural network)모델에 의해 학습된다. 일반적으로 합성곱 신경망은 2차원에서 이미지를 분류하는 데에 주로 사용되나, 본 발명에서는 합성곱 신경망의 차원을 하나 낮춰서 시계열 데이터를 분석하는 데에 사용하는 점이 기존의 양태와 구별되는 점이다.In the present invention, the GPS deception detection algorithm is learned by a 1-dimension convolution neural network model. In general, a convolutional neural network is mainly used to classify images in two dimensions, but in the present invention, the convolutional neural network is used to analyze time series data by lowering the dimension of the convolutional neural network.
도 4를 참조하면, 신경망모델에 입력되는 데이터는 도 3과 같은 전처리과정을 거쳐서 time_offset, snr_mean, snr_range1 및 snr_range2가 각각 윈도우 너비만큼의 길이를 갖는다는 것을 알 수 있다. 이 다변량 기만탐지 시계열 데이터는 4개 채널로 1차원 합성곱 신경망에 입력되며, 합성곱계층(Convolution layer)에서 다중 필터(multi-filter)에 의해 특징(feature)이 학습된다. 특징이 학습될시 커널(kernel)은 입력된 데이터를 한 방향으로 이동하면서 특징 벡터(feature vector)를 추출하는데, 각 채널마다 독립적으로 이 과정이 수행된다. 본 발명에서 1차원 합성곱 신경망에 입력된 데이터는 신호시간 및 신호세기에 대한 4개 채널로 구성되어 있으므로, 4개의 채널 각각에서 독립적으로 특징 벡터가 추출되는 과정이 진행된다. Referring to FIG. 4, it can be seen that time_offset, snr_mean, snr_range1, and snr_range2 each have a length equal to the window width through a preprocessing process as shown in FIG. 3. This multivariate fraud detection time series data is input to a one-dimensional convolutional neural network through four channels, and features are learned by a multi-filter in the convolution layer. When a feature is learned, the kernel extracts a feature vector while moving the input data in one direction, and this process is independently performed for each channel. In the present invention, since data input to a one-dimensional convolutional neural network is composed of four channels for signal time and signal strength, a process of independently extracting feature vectors from each of the four channels is performed.
이후, 각 채널마다 추출된 특징 벡터는 데이터 크기를 줄이는 풀링계층(Pooling layer)을 거친다. 합성곱 계층과 풀링 계층을 거치는 과정은 모델 정확도를 높이기 위해 반복 또는 변형될 수 있으며, 그 뒤의 학습 모델 모형은 일반적인 신경망 모형으로 평탄화(Flatten), 완전연결 계층(Fully connected layer)과 분류(Classification)로 구성되어 통상적으로 학습과정이 진행된다.Thereafter, the feature vectors extracted for each channel go through a pooling layer that reduces the data size. The process of going through the convolutional layer and the pooling layer can be repeated or transformed to increase model accuracy, and the subsequent learning model model is a general neural network model, flattened, fully connected layer, and classification. ), and the learning process usually proceeds.
데이터학습부(150)은 도 4에서 설명한 1차원 합성곱 신경망 모델을 학습시키는 기능을 수행하고, 학습이 완료된 신경망모델은 학습데이터와는 다른 시점에 수신된 GPS데이터 또는 학습데이터와 같은 시점이지만 다른 GPS위성으로 수신된 GPS데이터를 수신하여, 수신된 GPS데이터신호가 기만신호인지 진신호인지 판별할 수 있게 된다.The
도 5는 학습된 1차원 합성곱 신경망 모델에 실시간 GPS데이터가 입력되는 과정을 도식적으로 나타내고 있다.5 schematically shows a process of inputting real-time GPS data to a learned one-dimensional convolutional neural network model.
학습된 1차원 합성곱 신경망 모델은 소형 무인기의 임베디드 컴퓨터에 탑재되며 도 5와 같은 추론 과정을 통해 GPS 기만을 탐지하게 된다. 데이터수신부(110)로부터 획득되는 실시간 GPS데이터는 임베디드 컴퓨터에서 time_offset, snr_mean, snr_range1과 snr_range2로 가공되고 가공된 데이터들은 학습이 완료된 1차원 합성곱 신경망 모델에 입력된다. 이 과정에서, 1차원 합성곱 신경망 모델에 입력되기 전에 새로 수신된 GPS데이터는 전술한 데이터전처리부(130)에 의해 전처리될 수 있음은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 즉, 소형 무인기의 임베디드 컴퓨터에는 도 1에서 설명한 기만신호 탐지장치(10)가 물리적 또는 논리적으로 탑재될 수 있으며, 학습된 1차원 합성곱 신경망 모델은 시간의 흐름에 따라 축적되는 GPS데이터를 추가적으로 학습할 수도 있다.The learned one-dimensional convolutional neural network model is mounted on an embedded computer of a small unmanned aerial vehicle, and GPS deception is detected through an inference process as shown in FIG. 5. The real-time GPS data obtained from the
데이터시험부(170)는 학습된 1차원 합성곱 신경망 모델에서 윈도우 내 다중필터에 해당되는 커널들이 한 방향으로 이동하면서 입력 데이터의 특징을 추출하도록 제어하고, 추출된 특징은 신경망 분류에 사용되어 진신호와 기만신호로 분류된다. 이때, 학습된 1차원 합성곱 신경망 모델에는 학습시킬 때와 동일한 윈도우가 존재하여, 데이터시험부(170)의 명령을 받아서, 학습된 1차원 합성곱 신경망 모델에 입력된 신규 GPS데이터의 특징이 추출되도록 한다.The
최종적으로 신호판별부(190)는, 데이터시험부(170)로부터 출력된 결과를 전달받아서 추론과정을 거치고, 추론 과정을 통해 소형 무인기는 GPS 수신기에 수신되고 있는 신호가 진신호인지 기만신호인지 판단할 수 있다. 도 5를 이용하여 예를 들면, 신호판별부(190)는 윈도우 내 다중 필터에 해당하는 커널들이 한 방향으로 이동하면서 입력데이터의 특징을 추출하여 신경망 분류를 거친 결과가 "0000111100"이면, 데이터수신부(110)에 진신호가 계속 수신되고 있다가 잠깐동안 기만신호가 수신되다가 다시 진신호가 계속 수신된 것으로 판별할 수 있다.Finally, the
본 발명에서와 같이 GPS 기만탐지에 표 2의 학습 데이터와 도 4의 학습 모델을 바탕으로 학습하면 수학적 모델링 없이 데이터에 기반한 기만탐지 알고리즘 구현이 가능하다. 또한, 학습 모델에 합성곱계층과 풀링계층을 통해, 신경망모델에 입력신호의 형상 특징을 학습시키고 공간적 위치의 변동성을 완화시킬 수 있다. 그럼으로써, 본 발명에 따르면, 신호의 비선형적인 패턴에 대해서도 높은 정확도로 분류하여 기만신호를 탐지할 수 있게 된다.As in the present invention, if GPS deception detection is learned based on the learning data in Table 2 and the learning model in FIG. 4, it is possible to implement a data-based deception detection algorithm without mathematical modeling. In addition, through the convolutional layer and the pooling layer in the learning model, it is possible to learn the shape characteristics of the input signal in the neural network model and reduce the variability of the spatial position. Thus, according to the present invention, it is possible to detect a deceptive signal by classifying a nonlinear pattern of a signal with high accuracy.
도 6은 본 발명에 따른 기만신호 탐지방법의 일 예를 흐름도로 나타낸 도면이다.6 is a flowchart showing an example of a method for detecting a spoof signal according to the present invention.
도 6에 따른 방법은 도 1에 따른 기만신호 탐지장치(10)에 의해 구현될 수 있으므로, 이하에서는, 도 1을 참조하여 설명하기로 하고, 도 1에서 설명한 내용과 중복된 설명은 생략하기로 한다.Since the method according to FIG. 6 can be implemented by the deceptive
먼저, 데이터수신부(110)는 GPS데이터를 수신한다(S610).First, the
데이터전처리부(130)는 수신된 GPS데이터를 학습데이터로 사용하기 위해 전처리한다(S620).The
데이터학습부(150)는 전처리된 데이터가 4개 채널로 1차원 합성곱 신경망 모델에 입력되어 학습되도록 제어한다(S630).The
데이터시험부(170)는 학습된 GPS데이터와 별개의 신규 GPS데이터가 학습된 기만탐지 모델에 입력되도록 제어하고, 입력된 GPS데이터 특징이 추출되면, 추출된 특징을 신호판별부(190)에 전달한다(S640).The
신호판별부(190)는 데이터시험부(170)의 출력을 전달받아서, 신규 GPS데이터신호가 진신호 또는 기만신호인지 최종판별한다(S650).The
본 발명은, 단일 안테나 및 단일 수신기 사용과 수신기 하드웨어와 펌웨어의 추가 개조 없이 GPS NMEA 인터페이스 포맷으로 획득되는 데이터를 기반으로 GPS 기만을 탐지한다. 이를 통해 기존 기만탐지 방식에서 요구되는 일정 이상 에너지 소비와 탑재 중량에 영향을 받지 않아 소형 무인기에도 GPS 기만탐지 기술을 적용할 수 있다.The present invention detects GPS fraud based on data obtained in a GPS NMEA interface format without the use of a single antenna and a single receiver and additional modification of receiver hardware and firmware. Through this, GPS deception detection technology can be applied to small unmanned aerial vehicles as it is not affected by energy consumption and loading weight over a certain amount required by the existing deception detection method.
또한, 획득되는 GPS NMEA 데이터를 GPS 기만탐지 학습 데이터인 time_offset, snr_mean, snr_range1 및 snr_range2로 가공함으로써 미코닝과 같이 비동기화된 기만신호와 스푸핑과 같이 동기화된 기만신호를 모두 탐지할 수 있다.In addition, by processing the obtained GPS NMEA data into time_offset, snr_mean, snr_range1, and snr_range2, which are GPS fraud detection learning data, both unsynchronized fraudulent signals such as Meaconing and synchronized spoofing signals can be detected.
또한, GPS 기만탐지 학습 데이터로 기만탐지 알고리즘을 학습시킴으로써 수학적 모델링 없이 데이터에 기반한 기만탐지 알고리즘 구현이 가능하다.In addition, by learning a deception detection algorithm with GPS deception learning data, it is possible to implement a data-based deception detection algorithm without mathematical modeling.
또한, GPS 기만탐지 학습 모델 내 1차원 합성곱 신경망 구조를 설계하여 합성곱계층과 풀링계층을 통해 입력 신호의 형상 특징을 학습시키고 공간적 위치의 변동성을 완화시킴으로써 신호의 비선형적인 패턴에 대해서도 높은 정확도로 분류하여 기만신호를 탐지할 수 있다.In addition, by designing a one-dimensional convolutional neural network structure in the GPS deceptive detection learning model, learning the shape features of the input signal through the convolutional layer and the pooling layer, and mitigating the variability of the spatial position, with high accuracy even for nonlinear patterns of signals. It can be classified to detect deceptive signals.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예는 컴퓨터상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.The embodiment according to the present invention described above may be implemented in the form of a computer program that can be executed through various components on a computer, and such a computer program may be recorded in a computer-readable medium. In this case, the medium is a magnetic medium such as a hard disk, a floppy disk, and a magnetic tape, an optical recording medium such as a CD-ROM and a DVD, a magneto-optical medium such as a floptical disk, and a ROM. A hardware device specially configured to store and execute program instructions, such as, RAM, flash memory, and the like.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.Meanwhile, the computer program may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in the computer software field. Examples of the computer program may include not only machine language codes produced by a compiler but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.The specific implementations described in the present invention are examples, and do not limit the scope of the present invention in any way. For brevity of the specification, descriptions of conventional electronic configurations, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connection or connection members of the lines between the components shown in the drawings exemplarily represent functional connections and/or physical or circuit connections. It may be referred to as a connection, or circuit connections. In addition, if there is no specific mention such as “essential” or “importantly”, it may not be an essential component for the application of the present invention.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.In the specification of the present invention (especially in the claims), the use of the term “above” and a similar reference term may correspond to both the singular and the plural. In addition, when a range is described in the present invention, the invention to which an individual value falling within the range is applied (unless otherwise stated), and each individual value constituting the range is described in the detailed description of the invention. Same as Finally, if there is no explicit order or contrary to the steps constituting the method according to the present invention, the steps may be performed in a suitable order. The present invention is not necessarily limited according to the order of description of the steps. The use of all examples or illustrative terms (for example, etc.) in the present invention is merely for describing the present invention in detail, and the scope of the present invention is limited by the above examples or illustrative terms unless limited by the claims. It does not become. In addition, those skilled in the art can recognize that various modifications, combinations, and changes may be configured according to design conditions and factors within the scope of the appended claims or their equivalents.
Claims (9)
상기 수신된 GPS데이터를 전처리하는 전처리단계;
전처리된 GPS데이터를 신호시간 및 신호세기에 대한 4개 채널로 구성하여 신경망모델에 입력시켜 학습시키는 학습단계;
학습된 신경망모델에 신규GPS데이터를 전처리하여 입력시키는 시험입력단계; 및
상기 학습된 신경망모델에서 출력된 결과로 상기 신규GPS데이터가 기만신호인지 여부를 판별하는 신호판별단계;를 포함하고,
상기 4개 채널은,
위성으로부터 수신되는 GPS시간과 컴퓨터의 UTC시간과의 차이로 구성된 1개 채널과 위성들의 신호세기를 기초로 가공된 정보로 구성된 3개 채널을 포함하고,
상기 신경망모델에 입력되는 상기 4개 채널의 데이터는,
각 채널별로 6개 내지 9개의 틱(tick)을 포함하는 윈도우의 너비로 슬라이싱(slicing)되어 상기 신경망모델에 입력되는 것을 특징으로 하는 소형 무인기의 GPS 기만신호 탐지방법.A data receiving step of receiving GPS data of a small unmanned aerial vehicle that satisfies a preset standard;
A preprocessing step of preprocessing the received GPS data;
A learning step of configuring the pre-processed GPS data into four channels for signal time and signal strength and inputting it to a neural network model to learn;
A test input step of preprocessing and inputting new GPS data into the learned neural network model; And
Including; a signal discrimination step of determining whether the new GPS data is a deceptive signal as a result output from the learned neural network model,
The four channels,
It includes one channel composed of the difference between the GPS time received from the satellite and the UTC time of the computer and three channels composed of information processed based on the signal strength of the satellites,
The data of the four channels input to the neural network model,
A method for detecting a GPS spoof signal of a small unmanned aerial vehicle, characterized in that it is sliced to a width of a window including 6 to 9 ticks for each channel and input to the neural network model.
상기 신경망모델은,
1차원 합성곱 신경망(1-dimension convolution neural network)인 것을 특징으로 하는 소형 무인기의 GPS 기만신호 탐지방법.The method of claim 1,
The neural network model,
GPS deceptive signal detection method of a small unmanned aerial vehicle, characterized in that it is a 1-dimension convolution neural network.
상기 GPS데이터는,
GPS NMEA 인터페이스 포맷 데이터인 것을 특징으로 하는 소형 무인기의 GPS 기만신호 탐지방법.The method of claim 1,
The GPS data,
GPS deceptive signal detection method of a small unmanned aerial vehicle, characterized in that the GPS NMEA interface format data.
상기 수신된 GPS데이터를 전처리하는 데이터전처리부;
전처리된 GPS데이터를 신호시간 및 신호세기에 대한 4개 채널로 구성하여 신경망모델에 입력시켜 학습시키는 데이터학습부;
학습된 신경망모델에 신규 GPS데이터를 전처리하여 입력시키는 데이터시험부; 및
상기 학습된 신경망모델에서 출력된 결과로 상기 신규 GPS데이터가 기만신호인지 여부를 판별하는 신호판별부;를 포함하고,
상기 4개 채널은,
위성으로부터 수신되는 GPS시간과 컴퓨터의 UTC시간과의 차이로 구성된 1개 채널과 위성들의 신호세기를 기초로 가공된 정보로 구성된 3개 채널을 포함하고,
상기 데이터학습부는,
상기 4개 채널의 데이터를, 각 채널별로 6개 내지 9개의 틱(tick)을 포함하는 윈도우의 너비로 슬라이싱(slicing)시켜 상기 신경망모델에 입력시키는 것을 특징으로 하는 소형 무인기의 GPS 기만신호 탐지장치.A data receiving unit for receiving GPS data of a small unmanned aerial vehicle that satisfies a preset standard;
A data preprocessor preprocessing the received GPS data;
A data learning unit that configures the preprocessed GPS data into four channels for signal time and signal strength, and inputs it to a neural network model for training;
A data testing unit for preprocessing and inputting new GPS data into the learned neural network model; And
Including; a signal discrimination unit for determining whether the new GPS data is a deceptive signal as a result output from the learned neural network model,
The four channels,
It includes one channel composed of the difference between the GPS time received from the satellite and the UTC time of the computer and three channels composed of information processed based on the signal strength of the satellites,
The data learning unit,
GPS deceptive signal detection apparatus for a small unmanned aerial vehicle, characterized in that the data of the four channels are sliced to the width of a window including 6 to 9 ticks for each channel and input to the neural network model. .
상기 신경망모델은,
1차원 합성곱 신경망(1-dimension convolution neural network)인 것을 특징으로 하는 소형 무인기의 GPS 기만신호 탐지장치.The method of claim 6,
The neural network model,
GPS deceptive signal detection device for a small unmanned aerial vehicle, characterized in that it is a 1-dimension convolution neural network.
상기 GPS데이터는,
GPS NMEA 인터페이스 포맷 데이터인 것을 특징으로 하는 소형 무인기의 GPS 기만신호 탐지장치.The method of claim 6,
The GPS data,
GPS deception signal detection device of a small unmanned aerial vehicle, characterized in that the data in a GPS NMEA interface format.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190167146A KR102163698B1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Method for detecting GPS SPOOFING signal of small UAVs and apparatus thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190167146A KR102163698B1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Method for detecting GPS SPOOFING signal of small UAVs and apparatus thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102163698B1 true KR102163698B1 (en) | 2020-10-08 |
Family
ID=72897372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190167146A Active KR102163698B1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Method for detecting GPS SPOOFING signal of small UAVs and apparatus thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102163698B1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102217159B1 (en) * | 2020-10-30 | 2021-02-19 | 국방과학연구소 | Learning method for detecting spoofing signal and apparatus for detecting spoofing signal using the same |
| CN112564849A (en) * | 2020-12-01 | 2021-03-26 | 国网辽宁省电力有限公司营口供电公司 | Identification and trapping method for multi-model unmanned aerial vehicle |
| CN113406674A (en) * | 2021-05-08 | 2021-09-17 | 山东交通学院 | Navigation satellite weak signal capturing method based on deep convolutional neural network |
| KR102465550B1 (en) * | 2021-09-24 | 2022-11-09 | 이화여자대학교 산학협력단 | Uav controlling system for defens against gps spoofing and method thereof |
| CN115598669A (en) * | 2022-09-26 | 2023-01-13 | 中山大学(Cn) | Navigation multi-feature GNSS deception jamming detection method, system, equipment and medium |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170124224A (en) * | 2016-05-02 | 2017-11-10 | 한국전자통신연구원 | Apparatus for determining spoofing from signal of global-navigation-satellite-system and method using the same |
| KR101910540B1 (en) * | 2018-03-14 | 2018-10-22 | 국방과학연구소 | Apparatus and method for recognizing radar waveform using time-frequency analysis and neural network |
| KR20190065037A (en) | 2017-12-01 | 2019-06-11 | 이윤정 | Gps spoofing to prevent the attack drone |
| US20190260768A1 (en) | 2018-02-20 | 2019-08-22 | General Electric Company | Cyber-attack detection, localization, and neutralization for unmanned aerial vehicles |
-
2019
- 2019-12-13 KR KR1020190167146A patent/KR102163698B1/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170124224A (en) * | 2016-05-02 | 2017-11-10 | 한국전자통신연구원 | Apparatus for determining spoofing from signal of global-navigation-satellite-system and method using the same |
| KR20190065037A (en) | 2017-12-01 | 2019-06-11 | 이윤정 | Gps spoofing to prevent the attack drone |
| US20190260768A1 (en) | 2018-02-20 | 2019-08-22 | General Electric Company | Cyber-attack detection, localization, and neutralization for unmanned aerial vehicles |
| KR101910540B1 (en) * | 2018-03-14 | 2018-10-22 | 국방과학연구소 | Apparatus and method for recognizing radar waveform using time-frequency analysis and neural network |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102217159B1 (en) * | 2020-10-30 | 2021-02-19 | 국방과학연구소 | Learning method for detecting spoofing signal and apparatus for detecting spoofing signal using the same |
| CN112564849A (en) * | 2020-12-01 | 2021-03-26 | 国网辽宁省电力有限公司营口供电公司 | Identification and trapping method for multi-model unmanned aerial vehicle |
| CN113406674A (en) * | 2021-05-08 | 2021-09-17 | 山东交通学院 | Navigation satellite weak signal capturing method based on deep convolutional neural network |
| KR102465550B1 (en) * | 2021-09-24 | 2022-11-09 | 이화여자대학교 산학협력단 | Uav controlling system for defens against gps spoofing and method thereof |
| CN115598669A (en) * | 2022-09-26 | 2023-01-13 | 中山大学(Cn) | Navigation multi-feature GNSS deception jamming detection method, system, equipment and medium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102163698B1 (en) | Method for detecting GPS SPOOFING signal of small UAVs and apparatus thereof | |
| Allahham et al. | Deep learning for RF-based drone detection and identification: A multi-channel 1-D convolutional neural networks approach | |
| CN108280395B (en) | Efficient identification method for flight control signals of low-small-slow unmanned aerial vehicle | |
| Bhattacherjee et al. | Experimental study of outdoor UAV localization and tracking using passive RF sensing | |
| Bruno et al. | Multiframe detector/tracker: Optimal performance | |
| Aissou et al. | Instance-based supervised machine learning models for detecting GPS spoofing attacks on UAS | |
| WO2020209918A2 (en) | Detection of cyber attacks targeting avionics systems | |
| US11309921B2 (en) | Interference level map of radio frequency signals | |
| EP2801838A1 (en) | Evaluating the position of an aerial vehicle | |
| US20230039196A1 (en) | Small unmanned aerial systems detection and classification using multi-modal deep neural networks | |
| US5341435A (en) | System for detection and recognition of an object by video imaging means | |
| Wei et al. | GNSS spoofing detection for UAVs using Doppler frequency and Carrier-to-Noise Density Ratio | |
| CN115524724A (en) | A trusted space-time service method, system and medium for general aviation | |
| CN113253308B (en) | Method and system for determining positioning performance of unmanned aerial vehicle satellite navigation terminal | |
| Wei et al. | SigFeaDet: Signal features-based UAV GPS spoofing detection using machine learning | |
| Hu et al. | Reinforcement Learning Driven Integrated Detection and Mitigation of UAV GPS Spoofing Attacks | |
| Tu et al. | GNSS intermediate spoofing detection via dual‐peak in frequency domain and relative velocity residuals | |
| KR102135725B1 (en) | Automatic landing control device and operation method of the same | |
| CN110927714A (en) | Unmanned aerial vehicle intrusion detection method and device and terminal equipment | |
| Daoud et al. | CNN-based on-board interference detection in satellite systems: An analysis of dataset impact on performance | |
| Molloy et al. | Looming aircraft threats: shape-based passive ranging of aircraft from monocular vision | |
| Wang et al. | YOLOv5 UAV detection algorithm based on attention mechanism | |
| CN120123749A (en) | A detection and identification method and system based on unmanned aerial vehicle radio frequency signal | |
| Sophiayati Yuhaniz et al. | An onboard automatic change detection system for disaster monitoring | |
| JPH09318726A (en) | Tracking device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109 |
|
| PA0201 | Request for examination |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201 |
|
| PA0302 | Request for accelerated examination |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D17-exm-PA0302 St.27 status event code: A-1-2-D10-D16-exm-PA0302 |
|
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902 |
|
| E13-X000 | Pre-grant limitation requested |
St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000 |
|
| P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
| P13-X000 | Application amended |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000 |
|
| PE0701 | Decision of registration |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701 |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002 Fee payment year number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration |
St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 6 |
|
| U11 | Full renewal or maintenance fee paid |
Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-4-4-U10-U11-OTH-PR1001 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE) Year of fee payment: 6 |