DGIST Scholar: An IMU-based MUSIC algorithm for GPS receivers under jamming attack

Department of Electrical Engineering and Computer Science Theses Master

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DC Field	Value	Language
dc.contributor.advisor	Choi, Ji Hwan	-
dc.contributor.author	Lee, Inhwan	-
dc.date.accessioned	2018-03-14T02:03:18Z	-
dc.date.available	2018-03-14T02:03:18Z	-
dc.date.issued	2018	-
dc.identifier.uri	http://dgist.dcollection.net/common/orgView/200000003704	en_US
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/20.500.11750/6020	-
dc.description.abstract	UAV navigation system using Global Positioning System (GPS) is very vulnerable due to malicious at-tacks such as jamming and spoofing. The GPS receiver receives the electromagnetic waves from more than 24 satellites outside the atmosphere and determines its position. However, since GPS signals are received from satellites 20,000 kilometers away, the power of the signal is very weak. One of the most effective way to eliminate malicious interference signals is to use an array antenna in GPS receiver. Capon and Multiple Signal Classification (MUSIC) algorithms are commonly used to estimate the direction of the incident signal, i.e., direction of arrival (DOA) estimation algorithm. The MUSIC algo-rithm is superior to the DOA estimation, but resolution between the desired signal and adjacent signals is low and the computational complexity is high. Therefore, in this paper, we can localize the candidate angle of the MUSIC algorithm by using the angular velocity and acceleration measurement of the inertial measurement unit (IMU), and accurately estimate the DOA and reduce the complexity. ⓒ 2017 DGIST	-
dc.description.statementofresponsibility	open	-
dc.description.tableofcontents	I. Introduction 1-- 1.1 Motivation 1-- 1.2 Objective of the thesis 2-- II. Background 4-- 2.1 Global positioning system 4 2.2 Array antenna 5 2.2.1 Uniform linear array antenna (ULA) 5 2.2.2 Uniform circular array antenna (UCA) 5 2.3 MUSIC algorithm 7 III. Problem of MUSIC 10 3.1 Limitation of MUSIC 10 3.2 Complexity of MUSIC 10 3.3 Vulnerability to Jamming11 IV. Solution and Result 15 V. Conclusion 19 References 20	-
dc.format.extent	22	-
dc.language	eng	-
dc.publisher	DGIST	-
dc.subject	GPS	-
dc.subject	navigation	-
dc.subject	MUSIC algorithm	-
dc.subject	DOA estimation	-
dc.subject	UAV	-
dc.subject	IMU	-
dc.subject	DOA 추정	-
dc.subject	무인기	-
dc.subject	관성 센서	-
dc.title	An IMU-based MUSIC algorithm for GPS receivers under jamming attack	-
dc.title.alternative	MUSIC 알고리즘을 사용한 GPS 수신기에서의 재밍 영향	-
dc.type	Thesis	-
dc.identifier.doi	10.22677/thesis.200000003704	-
dc.description.alternativeAbstract	무인기 (UAV)에서 항법을 위해 주로 사용되는 GPS 는 날씨 환경의 영향과 재밍 또는 스푸핑의 영향에 매우 취약하다. 또한 GPS 스푸핑을 통해 무인기의 위치를 속여서 탈취가 가능하다고 알려져 있으며, 실제로 미국 무인기가 이란의 스푸핑 공격에 의해 탈취되는 사건이 일어나기도 하였다. 그리하여, 본 논문은 무인기 GPS 수신기의 간섭 영향을 알아보기 위해 배열 안테나(array antenna)를 이용해 재밍의 영향을 알아보고 대응 하고자 하였다. 본 논문에서는 4 개의 GPS 신호와 재밍 신호를 분리하기 위해 Multiple Signal classification(MUSIC) 알고리즘을 사용하였다. MUSIC 알고리즘은 신호의 입사 방향 즉, Direction of arrival(DOA) 를 추정하는 대표적인 알고리즘이다. 이 알고리즘을 사용하면 수신기에 입사되는 GPS신호와 재밍 신호의 각도를 추정할 수 있지만, 분해능에 한계가 존재하고, 계산량이 많다는것이 단점이다. 이 문제를 보완하기 위해 관성 센서(IMU)의 각속도 측정값을 사용하면 무인기의 이동에 따라 위성 신호의 DOA 를 좀 더 정밀하게 추정할 수 있고, MUSIC 알고리즘의 후보각을 대폭 줄일 수 있기 때문에 계산량 측면에서도 유리하다. 먼저 MUSIC 알고리즘을 통해 재밍의 영향을 알아보기 위해, 재밍 신호가 있는 환경의 공간 스펙트럼을 계산해 보았고, 관성 센서의 측정값을 사용하였을 때 재밍 신호 세기에 따른 DOA 추정 오차를 시뮬레이션을 통해 알아 보았다. 재밍과 같은 방해 전파가 수신기에 가해지면 DOA 를 추정하는 것이 매우 어렵다. 제안된 알고리즘은 관성 센서의 측정 된 값으로부터 DOA 를 추정 하는데 높은 정확도를 보였고, 계산량 또한 기존 알고리즘의 1/900 로 감소 시켰다.	-
dc.description.degree	Master	-
dc.contributor.department	Information and Communication Engineering	-
dc.contributor.coadvisor	Kim, Jong Hyun	-
dc.date.awarded	2018. 2	-
dc.publisher.location	Daegu	-
dc.description.database	dCollection	-
dc.date.accepted	2018-01-05	-
dc.contributor.alternativeDepartment	대학원 정보통신융합전공	-
dc.contributor.alternativeName	이인환	-
dc.contributor.alternativeName	최지환	-
dc.contributor.alternativeName	김종현	-