KR101617433B1 - Apparatus and method for detecting intruder based on frequency modulated continuous wave - Google Patents

Apparatus and method for detecting intruder based on frequency modulated continuous wave Download PDF

Info

Publication number
KR101617433B1
KR101617433B1 KR1020140055767A KR20140055767A KR101617433B1 KR 101617433 B1 KR101617433 B1 KR 101617433B1 KR 1020140055767 A KR1020140055767 A KR 1020140055767A KR 20140055767 A KR20140055767 A KR 20140055767A KR 101617433 B1 KR101617433 B1 KR 101617433B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
frequency band
preliminary alarm
frequency
period
Prior art date
Application number
KR1020140055767A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20150128415A (en
Inventor
김현국
Original Assignee
주식회사 에스원
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=54839004&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR101617433(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 주식회사 에스원 filed Critical 주식회사 에스원
Priority to KR1020140055767A priority Critical patent/KR101617433B1/en
Publication of KR20150128415A publication Critical patent/KR20150128415A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101617433B1 publication Critical patent/KR101617433B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/18—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength
    • G08B13/181—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using active radiation detection systems
    • 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
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/04—Systems determining presence of a target

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Burglar Alarm Systems (AREA)

Abstract

고주파 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW) 기반 침입 검출 장치는 주기를 변경하면서 송출된 송신 신호가 반사되는 신호를 수신하고, 전체 주파수 대역의 수신 신호로부터 예비경보의 위치를 검출하여 전체 주파수 대역의 복수의 부분 주파수 대역 중 하나의 부분 주파수 대역을 선택하고, 복수의 주기에 대해, 주기를 순차적으로 변경하면서 해당 주기로 송출된 송신 신호가 반사되어 수신되는 신호 중 상기 부분 주파수 대역의 신호로부터 예비경보를 검출하여 복수의 주기 중 하나의 주기를 선택한 후 선택된 주기의 송신 신호가 반사되어 수신된 신호 중 상기 부분 주파수 대역의 신호를 이용하여 물체를 감지한다. An intrusion detection apparatus based on a frequency modulated continuous wave (FMCW) receives a signal reflected from a transmitted signal while changing the period, detects the position of a preliminary alarm from the received signal of the entire frequency band, A preliminary alarm is selected from a signal of the partial frequency band among the signals reflected by the transmission signal transmitted in the corresponding period while sequentially changing the period for a plurality of periods and selecting one partial frequency band among the plurality of partial frequency bands Detects one of the plurality of periods and then detects the object using the signal of the partial frequency band of the received signal after the transmission signal of the selected period is reflected.

Description

고주파 변조 연속파 기반 침입 감지 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING INTRUDER BASED ON FREQUENCY MODULATED CONTINUOUS WAVE} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an intrusion detection apparatus and method based on a continuous wave of a high frequency modulated continuous wave,

본 발명은 고주파 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW) 기반 침입 감지 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for intrusion detection based on frequency modulated continuous wave (FMCW).

최근 고급 레이더 기술이 민간기술로 보급화되면서 고위험용 시큐리티 장비와 차량운행에 적용을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 대표적인 레이더 기술로 펄스(Pulse) 방식, 연속파(Continuous wave) 방식, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)이 있다. 펄스방식은 높은 거리정밀도를 얻기 위해 UWB(Ultra-wideband)를 사용하며 수 cm까지의 정밀거리분해가 가능하나 법규상 무선랜에 비해 약 1/1,000,000 이하의 출력만을 사용하도록 하고 있어 수십m 이상의 원거리 레이더 센서로 활용하기는 어렵다. Recently, as advanced radar technology has been popularized by private technology, many studies are being conducted for high security equipment and vehicle operation. Typical radar technologies include pulse, continuous wave, and frequency modulated continuous wave (FMCW). Pulse method uses UWB (Ultra-wideband) to obtain high distance accuracy and it can disassemble precise distance up to several centimeters. However, according to law, it uses only less than 1 / 1,000,000 output compared with wireless LAN, It is difficult to use it as a radar sensor.

연속파 방식은 상대적으로 매우 높은 송신출력을 사용할 수 있어서 원거리 레이더로 사용가능하나, 단순히 도플러 주파수(Doppler frequency)를 추출하여 목표물을 검출하기 때문에 거리 정보를 산출할 수 없다. The continuous wave method can use a relatively high transmission power, so it can be used as a long-range radar, but it can not calculate the distance information because it extracts the Doppler frequency and detects the target.

연속파 방식에서 부가적으로 대략적 거리정보를 알아내기 위해 사용하는 레이더 기술이 FMCW 방식이다. FMCW 방식의 레이더 시스템은 주파수가 점진적으로 변화되는 연속파 신호를 레이더를 통해 송출하고, 표적에서 반사되는 신호를 수신한다. 반사된 신호는 송출 신호와 믹스되어 거리 정보를 가지고 있는 비트 주파수 신호로 전달되며, FFT(Fast Fourier Transform)를 통한 주파수 측정값으로 표적 거리를 산출한다. In the continuous wave method, the radar technique used to obtain the approximate distance information is the FMCW method. An FMCW radar system transmits a continuous wave signal whose frequency gradually changes through a radar and receives a signal reflected from the target. The reflected signal is mixed with the transmission signal and transmitted as a bit frequency signal having distance information, and the target distance is calculated by frequency measurement value through FFT (Fast Fourier Transform).

이러한 FMCW 방식은 펄스 방식에 비해 거리 분해능(Range-resolution)은 떨어지나 고출력을 사용할 수 있기 때문에 원거리까지 표적을 검출할 수 있는 장점을 가진다. The FMCW method has a merit that it can detect a target to a long distance because a distance-resolution is lower than a pulse method but a high output can be used.

일반적으로 FMCW 레이더 기술에서 높은 거리 분해능을 얻기 위해서는 큰 주파수 대역폭, 매우 높은 샘플링 주파수 및 매우 큰 사이즈의 FFT를 필요로 한다. 큰 주파수 대역폭의 경우 시스템의 비선형 문제로 제약이 있고, 높은 샘플링 주파스 및 큰 사이즈의 FFT를 사용하는 것은 매우 높은 연산량과 전력 소모량을 요구하는 문제점을 가진다. 따라서 낮은 샘플링 주파수에서 높은 거리 분해능을 가질 수 있는 FMCW 레이더 기술이 필요하다. Generally, in order to obtain high range resolution in FMCW radar technology, a large frequency bandwidth, a very high sampling frequency and a very large size FFT are required. Large frequency bandwidths are constrained by nonlinear problems in the system, and using high sampling rates and large size FFTs has problems requiring very high computational complexity and power consumption. Therefore, there is a need for FMCW radar technology that can have high range resolution at low sampling frequencies.

한국공개특허 제2013-0051694호(2013.05.21.)Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0051694 (Feb. 한국공개특허 제2012-0074162호(2012.07.05)Korean Patent No. 2012-0074162 (2012.07.05)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 낮은 샘플링 주파수에서 높은 거리 분해능을 가질 수 있는 고주파 변조 연속파 기반 침입 감지 장치 및 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for intrusion detection based on a high frequency modulated continuous wave which can have a high distance resolution at a low sampling frequency.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 고주파 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW) 기반 침입 검출 장치에서의 침입 감지 방법이 제공된다. 침입 감지 방법은 초기 설정된 주기로 송출된 송신 신호가 반사되는 신호를 수신하는 단계, 전체 주파수 대역의 수신 신호로부터 예비경보를 검출하는 단계, 상기 예비경보의 위치를 이용하여 상기 전체 주파수 대역의 복수의 부분 주파수 대역 중 하나의 부분 주파수 대역을 선택하는 단계, 복수의 주기에 대해, 주기를 순차적으로 변경하면서 해당 주기로 송출된 송신 신호가 반사되어 수신되는 신호 중 상기 부분 주파수 대역의 신호로부터 예비경보를 검출하는 단계, 각 주기에 해당하는 부분 주파수 대역의 신호로부터 검출된 예비경보의 정보를 이용하여 상기 복수의 주기 중 하나의 주기를 선택하는 단계, 그리고 상기 선택된 주기의 송신 신호가 반사되어 수신된 신호 중 상기 부분 주파수 대역의 신호로부터 물체를 감지하는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present invention, an intrusion detection method in an intrusion detection apparatus based on a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) is provided. The intrusion detection method includes the steps of receiving a signal that reflects a transmitted signal transmitted at an initial set period, detecting a preliminary alarm from a received signal of the entire frequency band, detecting a plurality of portions of the entire frequency band Selecting one partial frequency band among the frequency bands, detecting a preliminary alarm from the signal of the partial frequency band among the signals reflected by the transmission signal transmitted at the corresponding period while sequentially changing the period for a plurality of periods Selecting one of the plurality of periods using information of a preliminary alarm detected from a signal of a partial frequency band corresponding to each period, And detecting an object from the signal in the partial frequency band.

상기 부분 주파수 대역을 선택하는 단계는 복수의 부분 주파수 대역 중 상기 예비경보가 가장 많이 검출된 부분 주파수 대역을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.The selecting of the partial frequency band may include selecting a partial frequency band in which the preliminary alarm is most detected among the plurality of partial frequency bands.

상기 부분 주파수 대역을 선택하는 단계는 예비경보 임계값을 설정하는 단계, 그리고 상기 전체 주파수 대역의 신호 중 상기 예비경보 임계값보다 큰 값을 가지는 신호의 주파수 인덱스로부터 상기 예비경보의 위치를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. Wherein the step of selecting the partial frequency band comprises the steps of setting a preliminary alarm threshold value and detecting the position of the preliminary alarm from a frequency index of a signal having a value greater than the preliminary alarm threshold value of the signals of the entire frequency band . ≪ / RTI >

상기 설정하는 단계는 일정오경보율(Constant False Alarm Rate, CFAR) 알고리즘을 통해서 임계값을 결정하는 단계, 그리고 상기 임계값보다 작은 값을 상기 예비경보 임계값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. The setting may include determining a threshold value through a constant false alarm rate (CFAR) algorithm, and setting a value less than the threshold value to the preliminary alarm threshold value.

상기 주기를 선택하는 단계는 각 주기에 해당하는 부분 주파수 대역의 신호로부터 예비경보가 검출된 최대 주파수와 예비경보가 처음 검출된 주파수의 차이를 계산하는 단계, 그리고 상기 복수의 주기 중 예비경보가 검출된 최대 주파수와 상기 예비경보가 처음 검출된 주파수의 차이가 최대가 되는 주기를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. Wherein the step of selecting the period includes calculating a difference between a maximum frequency at which the preliminary alarm is detected and a frequency at which the preliminary alarm is first detected from the signal of the partial frequency band corresponding to each cycle, And selecting a cycle at which the difference between the maximum frequency and the frequency at which the preliminary alarm is first detected is maximized.

상기 감지하는 단계는 상기 부분 주파수 대역의 신호를 샘플링하는 단계, 상기 샘플링된 신호를 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계, 그리고 상기 주파수 영역의 신호 중 침입 감지를 위한 임계값보다 큰 신호가 존재하는 경우에 침입이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다. Wherein the step of detecting includes sampling a signal of the partial frequency band, converting the sampled signal by a fast Fourier transform to a signal of a frequency domain, and extracting a signal having a frequency greater than a threshold value for intrusion detection It may be determined that an intrusion has occurred.

상기 감지하는 단계는 상기 선택된 주기의 송신 신호와 수신 신호를 합성하는 단계, 상기 샘플링하기 전에, 합성된 신호로부터 상기 부분 주파수 대역의 신호를 필터링하는 단계, 그리고 상기 주파수 영역의 신호로부터 상기 침입의 거리를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다. Wherein the detecting step includes the steps of: combining the received signal of the selected period with the received signal; filtering the signal of the partial frequency band from the synthesized signal before sampling; May be obtained.

본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 고주파 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW) 기반 침입 검출 장치가 제공된다. 침입 감지 장치는 신호 처리부, 송신부, 그리고 수신부를 포함한다. 상기 신호 처리부는 초기 설정된 주기로 송출된 제1 송신 신호가 반사되어 수신된, 전체 주파수 대역의 수신 신호로부터, 예비경보를 검출하여 침입 검출할 부분 주파수 대역을 결정하며, 복수의 주기 각각에 대해 순차적으로 주기를 변경하면서 해당 주기로 송출된 제2 송신 신호가 반사되어 수신된 신호 중 상기 부분 주파수 대역의 신호로부터 예비경보를 검출하여 상기 복수의 주기 중 하나의 주기를 선택하며, 결정된 주기의 제3 송신 신호가 반사되어 수신된 신호 중 상기 부분 주파수 대역의 신호를 이용하여 물체를 감지한다. 상기 송신부는 상기 초기 설정된 주기의 상기 제1 송신 신호를 송출하고, 상기 복수의 주기 각각에 대한 제2 송신 신호를 송출하며, 상기 결정된 하나의 주기의 제2 송신 신호를 송출한다. 그리고 상기 수신부는 상기 송신부에 의해 송출된 제1 내지 제3 송신 신호가 반사된 신호를 각각 수신한다. According to another embodiment of the present invention, an intrusion detection apparatus based on a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) is provided. The intrusion detection device includes a signal processing unit, a transmission unit, and a reception unit. The signal processing unit detects a preliminary alarm from a received signal of the entire frequency band reflected by the first transmission signal transmitted at an initial set period and determines a partial frequency band to be intrusion detected, A first preamble signal is detected from the signal of the partial frequency band among the signals received by reflecting the second transmission signal transmitted at the corresponding period while changing the period to select one of the plurality of periods, And detects an object using the signal of the partial frequency band among the received signals. The transmitter transmits the first transmission signal of the initial set period, transmits a second transmission signal of each of the plurality of periods, and transmits the second transmission signal of the determined one period. The receiving unit receives the reflected signals of the first to third transmission signals transmitted by the transmitting unit, respectively.

상기 침입 감지 장치는 주파수 합성기, 저역 통과 필터, 그리고 적응형 대역통과필터를 포함한다. 상기 주파수 합성기는 상기 송신부에 의해 송출된 송신 신호와 상기 수신부에 의해 수신된 신호를 합성한다. 상기 저역 통과 필터는 상기 제1 송신 신호와 상기 제1 송신 신호가 반사되어 수신된 신호가 합성된 신호를 저역 통과 필터링하여 상기 신호 처리부로 전달한다. 그리고 상기 적응형 대역통과필터는 상기 제2 송신 신호와 상기 제2 송신 신호가 반사되어 수신된 신호가 합성된 신호 및 상기 제3 송신 신호와 상기 제3 송신 신호가 반사되어 수신된 신호가 합성된 신호에서, 상기 결정된 부분 주파수 대역의 신호만을 필터링하여 상기 신호 처리부로 전달한다. The intrusion detection apparatus includes a frequency synthesizer, a low-pass filter, and an adaptive band-pass filter. The frequency synthesizer synthesizes a transmission signal transmitted by the transmission unit and a signal received by the reception unit. The low-pass filter low-pass-filters the combined signal of the first transmission signal and the first transmission signal and transmits the signal to the signal processor. The adaptive band pass filter may be configured to combine the signal obtained by combining the second transmission signal and the signal reflected by the second transmission signal and the signal obtained by reflecting the third transmission signal and the third transmission signal, In the signal, only the signal of the determined partial frequency band is filtered and transmitted to the signal processing unit.

상기 침입 감지 장치는 아날로그 디지털 변환부, 제1 고속 푸리에 변환부, 적응형 아날로그 디지털 변환부, 그리고 제2 고속 푸리에 변환부를 포함한다. 상기 아날로그 디지털 변환부는 상기 전체 주파수 대역의 신호를 샘플링한다. 상기 제1 고속 푸리에 변환부는 상기 샘플링된 전체 주파수 대역의 신호를 고속 푸리에 변환하여 상기 신호 처리부로 전달한다. 상기 적응형 아날로그 디지털 변환부는 상기 결정된 부분 주파수 대역의 신호를 샘플링한다. 그리고 상기 제2 고속 푸리에 변환부는 상기 샘플링된 부분 주파수 대역의 신호를 고속 푸리에 변환하여 상기 신호 처리부로 전달한다. The intrusion sensing apparatus includes an analog-digital converter, a first fast Fourier transformer, an adaptive analog-digital converter, and a second fast Fourier transformer. The analog-to-digital converter samples the signal of the entire frequency band. The first fast Fourier transformer performs a fast Fourier transform on the sampled signal of the entire frequency band and transmits the signal to the signal processor. The adaptive analog-to-digital converter samples the signal of the determined partial frequency band. The second fast Fourier transformer performs a fast Fourier transform on the sampled partial frequency band signal and transmits the signal to the signal processor.

상기 신호 처리부는 복수의 부분 주파수 대역 중 상기 예비경보가 가장 많이 검출된 부분 주파수 대역을 상기 침입 검출할 부분 주파수 대역으로 결정할 수 있다. The signal processing unit may determine a partial frequency band in which the preliminary alarm is most detected among the plurality of partial frequency bands as the partial frequency band to be intrusion detected.

상기 신호 처리부는 일정오경보율(Constant False Alarm Rate, CFAR) 알고리즘을 통해서 임계값을 결정하고, 상기 예비경보 임계값을 상기 임계값보다 낮게 결정할 수 있다. The signal processor may determine a threshold value through a constant false alarm rate (CFAR) algorithm and determine the preliminary alarm threshold value to be lower than the threshold value.

상기 신호 처리부는 상기 전체 주파수 대역의 신호 중 예비경보 임계값보다 큰 값을 가지는 신호의 주파수 인덱스로부터 상기 예비경보의 위치를 검출할 수 있다. The signal processor may detect the position of the preliminary alarm from a frequency index of a signal having a value greater than a preliminary alarm threshold value of the signals of the entire frequency band.

상기 신호 처리부는 각 주기에 해당하는 부분 주파수 대역의 신호로부터 예비경보가 검출된 최대 주파수와 예비경보가 처음 검출된 주파수의 차이를 계산하고, 상기 복수의 주기 중 예비경보가 검출된 최대 주파수와 상기 예비경보가 처음 검출된 주파수의 차이가 최대가 되는 주기를 선택할 수 있다. Wherein the signal processor calculates a difference between a maximum frequency at which the preliminary alarm is detected and a frequency at which the preliminary alarm is first detected from the signal of the partial frequency band corresponding to each cycle, It is possible to select a cycle in which the difference of the frequency at which the preliminary alarm is first detected becomes the maximum.

상기 신호 처리부는 상기 부분 주파수 대역의 신호를 이용하여 상기 침입의 거리를 획득할 수 있다. The signal processing unit may obtain the intrusion distance using the signal of the partial frequency band.

본 발명의 실시 예에 의하면, 샘플링 주파수를 높이지 않으면서 매우 높은 거리 분해능을 얻을 수 있는 효과가 있다.According to the embodiment of the present invention, an extremely high range resolution can be obtained without increasing the sampling frequency.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 FMCW 기반 침입 감지 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 FMCW 기반 송신 신호 및 수신 신호를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 침입 감지 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 신호의 주기를 결정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a block diagram of an FMCW-based intrusion detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an FMCW-based transmission signal and a reception signal.
3 is a flowchart illustrating an intrusion detection method according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of determining a period of a transmission signal according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 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. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification and claims, when a section is referred to as "including " an element, it is understood that it does not exclude other elements, but may include other elements, unless specifically stated otherwise.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 고주파 변조 연속파 기반 침입 감지 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An apparatus and method for intrusion detection based on a high frequency modulated continuous wave according to an embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 FMCW 기반 침입 감지 장치를 나타낸 도면이다. 1 is a block diagram of an FMCW-based intrusion detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, FMCW 기반 침입 감지 장치(100)는 전압제어 발진기 (Voltage Controlled Oscillator, VCO)(102), 송신부(104), 수신부(106), 주파수 합성부(108), 저역통과필터(Loss Pass Filter, LPF, 110), 적응형 대역통과필터(Band Pass Filter, BPF, 112), 아날로그 디지털 변환부(Analog to Digital Converter, ADC, 114), 적응형 ADC(116), 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)부(118, 120) 및 신호 처리부(122)를 포함한다. 1, the FMCW-based intrusion detection apparatus 100 includes a voltage controlled oscillator (VCO) 102, a transmitting unit 104, a receiving unit 106, a frequency synthesizing unit 108, a low-pass filter A pass filter (LPF) 110, an adaptive band pass filter (BPF) 112, an analog to digital converter (ADC) 114, an adaptive ADC 116, a fast Fourier transform Fast Fourier Transform (FFT) units 118 and 120, and a signal processing unit 122.

VCO(102)는 인가되는 전압에 의해 발진 주파수를 제어한다. The VCO 102 controls the oscillation frequency by the applied voltage.

송신부(104)는 VCO(120)로부터 출력되는 발진 주파수의 송신 신호를 물체로 송신한다. 송신부(104)는 송신 안테나를 포함할 수 있다. 주파수가 시간에 따라 선형적으로 변하는 신호로서 소정의 주기를 가진다. The transmission unit 104 transmits the transmission signal of the oscillation frequency output from the VCO 120 as an object. The transmitting unit 104 may include a transmitting antenna. And has a predetermined period as a signal whose frequency varies linearly with time.

수신부(106)는 물체로부터 반사되는 신호를 수신한다. 수신부(106)는 수신 안테나를 포함할 수 있다.The receiving unit 106 receives a signal reflected from an object. The receiving unit 106 may include a receiving antenna.

주파수 합성부(108)는 VCO(102)로부터 출력되는 송신 신호와 수신부(106)를 통하여 수신된 수신 신호를 합성한다. The frequency synthesizer 108 synthesizes a transmission signal output from the VCO 102 and a reception signal received via the receiver 106. [

LPF(110)는 합성된 신호를 저역 통과 필터링하여, 고주파수의 노이즈 성분을 제거하고 저주파의 전체 주파수 대역의 신호를 ADC(114)로 출력한다. The LPF 110 performs low-pass filtering on the synthesized signal, removes high frequency noise components, and outputs a low frequency band signal to the ADC 114.

적응형 BPF(112)는 전체 주파수 대역의 복수의 부분 주파수 대역의 신호를 각각 필터링하는 복수의 BPF를 포함한다. 즉 저주파의 전체 주파수 대역이 복수의 부분 주파수 대역으로 나뉘어지고, 복수의 BPF가 각각 복수의 부분 주파수 대역의 신호 처리를 담당한다. 복수의 BPF 중 신호 처리부(122)의 제어에 따라서 하나의 BPF가 선택되고, 선택된 BPF가 동작하여 해당 주파수 대역의 신호만을 필터링하여 적응형 ADC(116)로 출력한다. The adaptive BPF 112 includes a plurality of BPFs for respectively filtering signals of a plurality of partial frequency bands of the entire frequency band. That is, the entire frequency band of the low frequency is divided into a plurality of partial frequency bands, and each of the plurality of BPFs performs signal processing of a plurality of partial frequency bands. One BPF is selected according to the control of the signal processing unit 122 among the plurality of BPFs, and the selected BPF operates to filter only the signal of the corresponding frequency band and output it to the adaptive ADC 116. [

ADC(114)는 LPF(110)로부터 출력된 신호를 샘플링 주파수에 따라서 샘플링한다. 샘플링은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 작업을 말한다. 샘플링된 신호는 FFT부(118)로 출력된다. The ADC 114 samples the signal output from the LPF 110 according to the sampling frequency. Sampling refers to the conversion of analog signals into digital signals. The sampled signal is output to the FFT unit 118.

적응형 ADC(116)는 적응형 BPF(112)로부터 출력된 신호를 샘플링 주파수에 따라서 샘플링하고, 샘플링된 신호를 FFT부(120)로 출력한다. The adaptive ADC 116 samples the signal output from the adaptive BPF 112 according to the sampling frequency, and outputs the sampled signal to the FFT unit 120.

FFT부(118, 200)는 각각 입력되는 신호를 FFT하여 주파수 영역의 신호로 변환하여 신호 처리부(122)로 출력한다.The FFT units 118 and 200 respectively perform FFT on input signals to convert them into frequency domain signals, and output the signals to the signal processing unit 122.

신호 처리부(122)는 FFT부(118)로부터 출력되는 주파수 영역의 신호로부터 예비경보(pre-alarm)의 위치를 확인한다. 신호 처리부(122)는 전체 주파수 대역 중 예비경보의 개수가 가장 많은 부분 주파수 대역을 결정하고, 결정된 부분 주파수 대역의 BPF가 동작하도록 적응형 BPF(112)를 제어한다. 또한 신호 처리부(122)는 송신 신호의 주기를 가변시키면서 예비경보가 발생한 최고 주파수와 최저 주파수의 차이를 이용하여 복수의 주기 정보 중 하나의 주기 정보를 결정하고, 결정된 주기 정보에 따라서 송신 신호가 송출되도록 VCO(102)를 제어한다. The signal processing unit 122 confirms the position of the pre-alarm from the signal in the frequency domain output from the FFT unit 118. The signal processing unit 122 determines a partial frequency band having the largest number of preliminary alarms among the entire frequency bands and controls the adaptive BPF 112 so that the BPF of the determined partial frequency band operates. In addition, the signal processing unit 122 determines one period information among a plurality of period information using a difference between a highest frequency and a lowest frequency at which a preliminary alarm occurs, while varying the period of a transmission signal, So as to control the VCO 102.

이와 같이 FFT부(118)로부터 출력되는 주파수 영역의 신호를 이용하여 부분 주파수 대역과 주기 정보가 결정되면, 해당 주기의 송신 신호가 반사되어 수신된 신호 중에서 결정된 부분 주파수 대역의 신호가 적응형 ADC(116) 및 FFT부(120)를 통과하여 신호 처리부(122)로 입력된다. When the partial frequency band and the period information are determined using the frequency domain signal output from the FFT unit 118, a signal of the determined partial frequency band among the received signals is reflected by the adaptive ADC 116 and the FFT unit 120 and is input to the signal processing unit 122.

신호 처리부(122)는 FFT부(118)로부터 출력되는 주파수 영역의 신호로부터 물체를 감지하고, 물체의 거리를 획득한다. 신호 처리부(122)는 FFT부(118)로부터 출력되는 주파수 영역의 신호를 이용하여 침입 검출 알고리즘을 수행함으로써, FFT부(118)로부터 출력되는 주파수 영역의 신호로부터 침입을 검출할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리부(122)는 FFT부(118)로부터 출력되는 주파수 영역의 신호 중 특정 임계값보다 큰 값을 가지는 신호가 존재하면, 침입인 것으로 판단하고 경보를 발생시킬 수 있다. The signal processing unit 122 detects an object from a frequency-domain signal output from the FFT unit 118 and acquires the distance of the object. The signal processing unit 122 can detect an intrusion from a signal in the frequency domain output from the FFT unit 118 by performing an intrusion detection algorithm using a signal in the frequency domain output from the FFT unit 118. [ For example, if there is a signal having a value greater than a specific threshold value among signals in the frequency domain output from the FFT unit 118, the signal processing unit 122 may determine that the signal is an intrusion and generate an alarm.

이와 같이, 신호 처리부(122)는 전체 주파수 대역의 신호를 이용하여 침입 감지에 처리할 신호 대역과 송신 신호의 주기 정보를 결정함으로써, 샘플링 주파수를 낮추면서 높은 거리 분해능을 제공할 수 있다. As described above, the signal processing unit 122 can use the signals of the entire frequency band to determine the signal band to be processed for intrusion detection and the period information of the transmission signal, thereby providing a high distance resolution while lowering the sampling frequency.

도 2는 FMCW 기반 송신 신호 및 수신 신호를 나타낸 도면이다. 2 is a diagram illustrating an FMCW-based transmission signal and a reception signal.

도 2를 참고하면, 송신부(104)에서 송신되는 송신 신호는 (a)와 같이 주파수가 시간에 따라 선형적으로 변하는 신호로서, 삼각파 형태를 가질 수도 있고, 톱니파 형태를 가질 수도 있다. Referring to FIG. 2, a transmission signal transmitted from the transmitter 104 is a signal whose frequency linearly changes with time as shown in (a), and may have a triangular wave form or a sawtooth wave form.

수신 신호는 물체로부터 반사되어 수신되는 신호로서, (b)와 같이 지연되어 수신된다. 이때 물체와의 거리는 송수신 신호의 시간차가 주파수 차이로 나타나게 된다. The received signal is a signal reflected and received from the object, and is delayed and received as shown in (b). At this time, the distance between the object and the transmission / reception signal is represented by the frequency difference.

주파수 합성부(108)에서 송신 신호와 수신 신호가 합성되고, LPF(110) 또는 BPF를 통과하면 송신 신호와 수신 신호의 합 성분은 제거되고 차 성분만 남게 된다. 차 성분을 FFT하여 비트 주파수를 획득할 수 있다. 비트 주파수는 송신 신호와 수신 신호의 주파수 차이를 나타낸다. 물체의 거리는 수학식 1과 같이 표현된다. When the transmission signal and the reception signal are combined in the frequency synthesizer 108 and passed through the LPF 110 or the BPF, the sum component of the transmission signal and the reception signal is removed and only the difference component is left. It is possible to obtain the bit frequency by FFT the difference component. The bit frequency represents the frequency difference between the transmission signal and the reception signal. The distance of the object is expressed by Equation (1).

Figure 112014043870742-pat00001
Figure 112014043870742-pat00001

수학식 1에서 R은 물체와의 거리이고, c는 전파의 이동 속도(

Figure 112014043870742-pat00002
)이며, T는 송신 신호의 주기이다. BW는 FMCW 기반 침입 감지 장치의 주파수 변화의 폭 즉, 주파수 대역폭이다. In Equation (1), R is the distance from the object, c is the moving speed of the radio wave
Figure 112014043870742-pat00002
), And T is the period of the transmission signal. BW is the width of the frequency change of the FMCW-based intrusion detection device, that is, the frequency bandwidth.

수학식 1을 토대로 비트 주파수는 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.Based on Equation (1), the bit frequency can be expressed as Equation (2).

Figure 112014043870742-pat00003
Figure 112014043870742-pat00003

이와 같이, FMCW 기반 침입 감지 장치의 주파수 변화가 선형적일 경우에는 수학식 1을 토대로 거리 정보를 획득할 수 있다. In this way, when the frequency change of the FMCW based intrusion detection device is linear, the distance information can be obtained based on Equation (1).

또한 수학식 2를 보면, 높은 거리 분해능을 얻기 위해서는 주파수 대역폭(BW)을 높이거나 송신 신호의 주기(T)를 낮추면 된다는 것을 알 수 있다. 송신 신호의 주기(T)를 낮추기 위해서는 높은 샘플링 주파수를 요구하기 때문에 FMCW 기반 침입 감지 장치(100)에 큰 부하를 줄 수 있다. In Equation (2), it can be seen that the frequency bandwidth BW may be increased or the period T of the transmission signal may be decreased in order to obtain high distance resolution. In order to lower the period (T) of the transmission signal, a high sampling frequency is required, which can give a heavy load to the FMCW-based intrusion detection device 100.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 침입 감지 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 신호의 주기를 결정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating an intrusion detection method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of determining a period of a transmission signal according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 초기 설정된 주기의 송신 신호가 송출되고(S302), 물체로부터 반사되는 신호가 FMCW 기반 침입 검출 장치(100)의 수신부(106)를 통해 수신된다(S304). Referring to FIG. 3, a transmission signal of an initial set period is transmitted (S302), and a signal reflected from the object is received through the reception unit 106 of the FMCW-based intrusion detection device 100 (S304).

수신 신호는 주파수 합성부(108), LPF(110), ADC(114) 및 FFT부(118)를 거쳐서 신호 처리부(122)로 전달된다. 수신 신호는 LPF(110), ADC(114) 및 FFT부(118)를 거쳐서 저주파 전체 주파수 대역에 대한 주파수 영역의 신호로 변환된다(S306).The received signal is transmitted to the signal processing unit 122 via the frequency synthesizer 108, the LPF 110, the ADC 114 and the FFT unit 118. The received signal is converted into a frequency-domain signal for the entire low-frequency frequency band via the LPF 110, the ADC 114, and the FFT unit 118 (S306).

신호 처리부(122)는 전체 주파수 대역에 대한 주파수 영역의 신호로부터 일정오경보율(Constant False Alarm Rate, CFAR) 알고리즘의 임계값을 이용하여 예비경보(pre-alarm)의 위치를 검출한다(S308). CFAR 알고리즘은 임계값을 결정하는 알고리즘으로, 임계값은 물체의 존재를 구분하는데 사용되는 중요한 요소이다. CFAR 알고리즘은 이미 알려진 기술이므로, 상세한 설명은 생략한다. The signal processor 122 detects the position of the pre-alarm using a threshold value of a constant false alarm rate (CFAR) algorithm from the frequency-domain signal for the entire frequency band (S308). The CFAR algorithm is an algorithm for determining the threshold value, which is an important factor used to distinguish the existence of an object. Since the CFAR algorithm is a known technique, its detailed description is omitted.

신호 처리부(122)는 CFAR 알고리즘의 임계값보다 낮은 값으로 예비경보를 위한 예비경보 임계값을 설정하고, 전체 주파수 대역의 신호 중 예비경보 임계값보다 큰 값을 가지는 주파수 인덱스로부터 예비경보의 위치를 검출할 수 있다. The signal processing unit 122 sets a preliminary alarm threshold value for the preliminary alarm to a value lower than the threshold value of the CFAR algorithm and outputs the position of the preliminary alarm from the frequency index having a value larger than the preliminary alarm threshold value Can be detected.

신호 처리부(122)는 전체 주파수 대역의 신호 중 예비경보의 개수가 가장 많은 부분 주파수 대역을 선택한다(S310). 즉 전체 주파수 대역이 P개의 주파수 대역으로 나뉘어질 때, 부분 주파수 대역은 수학식 3과 같이 선택될 수 있다. The signal processing unit 122 selects a partial frequency band having the largest number of preliminary alarms among the signals of the entire frequency band (S310). That is, when the entire frequency band is divided into P frequency bands, the partial frequency band can be selected as shown in Equation (3).

Figure 112014043870742-pat00004
Figure 112014043870742-pat00004

수학식 3에서 p*는 선택된 부분 주파수 대역을 나타내며, Sum_of_PreAlarm(p)는 p번째 주파수영역에 대한 예비경보의 합을 나타낸다. In Equation (3), p * represents the selected partial frequency band, and Sum_of_PreAlarm (p) represents the sum of the preliminary alarms for the pth frequency region.

다음, 신호 처리부(122)는 부분 주파수 대역의 신호를 이용하여 복수의 주기 정보 중에서 최적 주기를 선택한다(S312). Next, the signal processing unit 122 selects the optimum period from among the plurality of period information using the signal of the partial frequency band (S312).

도 4를 참고하면, 최적의 주기를 선택하기 위해서 신호 처리부(122)는 복수의 주기 정보 중에서 하나의 주기를 선택하고(S402), 선택된 주기의 송신 신호가 송출되도록 VOC(102)를 제어하고, 부분 주파수 대역(p*)을 처리하도록 적응형 BPF(112) 및 적응형 ADC(116)를 제어한다. 4, in order to select an optimum period, the signal processing unit 122 selects one period among a plurality of period information (S402), controls the VOC 102 to transmit the transmission signal of the selected period, And controls the adaptive BPF 112 and the adaptive ADC 116 to process the partial frequency band p * .

송신부(104)는 선택된 주기에 대응하는 발진 주파수의 송신 신호를 물체로 송신한다. 수신부(106)는 물체로부터 반사된 신호를 수신한다. 수신 신호는 주파수 합성부(108), 적응형 BPF(112), 적응형 ADC(116) 및 FFT부(120)를 거쳐서 신호 처리부(122)로 전달된다. 수신 신호는 적응형 BPF(112), 적응형 ADC(116) 및 FFT부(120)를 거쳐서 신호 처리부(122)에 의해 선택된 부분 주파수 대역에 대한 주파수 영역의 신호로 변환된다. The transmission unit 104 transmits a transmission signal having an oscillation frequency corresponding to the selected period as an object. The receiving unit 106 receives a signal reflected from the object. The received signal is transmitted to the signal processing unit 122 through the frequency synthesizer 108, the adaptive BPF 112, the adaptive ADC 116, and the FFT unit 120. The received signal is converted into a frequency domain signal for the partial frequency band selected by the signal processing unit 122 via the adaptive BPF 112, the adaptive ADC 116 and the FFT unit 120. [

신호 처리부(122)는 선택된 주기로 송출된 송신 신호가 반사되어 수신되는 신호 중 선택된 부분 주파수 대역에 대한 주파수 영역의 신호를 수신하면(S402), 부분 주파수 대역의 주파수 영역 신호로부터 예비경보를 검출하고(S406), 예비경보가 검출된 최대 주파수와 예비경보가 처음 검출된 주파수의 차이(D)를 계산한다(S408). The signal processing unit 122 detects a preliminary alarm from the frequency domain signal of the partial frequency band (S402), and detects a preliminary alarm from the frequency domain signal of the partial frequency band S406), and calculates the difference D between the maximum frequency at which the preliminary alarm is detected and the frequency at which the preliminary alarm is first detected (S408).

신호 처리부(122)는 모든 주기 정보에 대해 예비경보가 검출된 최대 주파수와 예비경보가 처음 검출된 주파수의 차이(D)를 계산하였는지 확인한다(S410). The signal processing unit 122 checks whether the difference D between the maximum frequency at which the preliminary alarm is detected and the frequency at which the preliminary alarm is detected for all the period information is calculated (S410).

신호 처리부(122)는 모든 주기 정보에 대해 예비경보가 검출된 최대 주파수와 예비경보가 처음 검출된 주파수의 차이(D)를 계산하지 않았다면, 복수의 주기 정보 중에서 다른 주기를 선택하고(S412), 앞에서 설명한 동작을 반복하여 예비경보가 검출된 최대 주파수와 예비경보가 처음 검출된 주파수의 차이를 계산한다(S404~S408). If the difference D between the maximum frequency at which the preliminary alarm is detected and the frequency at which the preliminary alarm is first detected is not calculated for all the period information, the signal processing unit 122 selects another period from among the plurality of period information (S412) The above-described operation is repeated to calculate the difference between the maximum frequency at which the preliminary alarm is detected and the frequency at which the preliminary alarm is first detected (S404 to S408).

이와 같은 방법으로, 모든 주기 정보에 대해 예비경보가 검출된 최대 주파수와 예비경보가 처음 검출된 주파수의 차이가 계산되면, 신호 처리부(122)는 복수의 주기 정보 중에서 예비경보가 검출된 최대 주파수와 예비 경보가 처음 검출된 주파수의 차이가 최대가 되는 주기를 선택한다(S414). 예를 들어, 신호 처리부(122)는 수학식 4와 같이 Q개의 주기 정보 중에서 예비경보가 검출된 최대 주파수와 예비 경보가 처음 검출된 주파수의 차이가 최대가 되는 주기(q*)를 선택할 수 있다. When the difference between the maximum frequency at which the preliminary alarm is detected and the frequency at which the preliminary alarm is first detected is calculated for all period information, the signal processing unit 122 calculates a difference between the maximum frequency at which the preliminary alarm is detected The cycle in which the difference of the frequency at which the preliminary alarm is first detected becomes the maximum is selected (S414). For example, the signal processor 122 can select a period (q * ) in which the difference between the maximum frequency at which the preliminary alarm is detected and the frequency at which the preliminary alarm is detected, .

Figure 112014043870742-pat00005
Figure 112014043870742-pat00005

수학식 4에서,

Figure 112014043870742-pat00006
이며, f1은 예비경보가 처음 검출된 주파수이고, f2는 예비경보가 검출된 최대 주파수이다. In Equation (4)
Figure 112014043870742-pat00006
F 1 is the frequency at which the preliminary alarm is first detected, and f 2 is the maximum frequency at which the preliminary alarm is detected.

즉 신호 처리부(122)는 Q개의 주기 정보의 송신 신호 각각에 대응되는 수신 신호에 대한 선택된 부분 주파수 대역의 신호로부터 예비경보의 위치가 검출되면, 예비경보가 검출된 최대 주파수와 예비경보가 처음 검출된 주파수의 차이가 최대가 되는 주기(q*)를 선택한다. That is, when the position of the preliminary alarm is detected from the signal of the selected partial frequency band with respect to the reception signal corresponding to each of the transmission signals of the Q period information, the signal processing unit 122 detects the preliminary alarm, (Q * ) at which the difference between the frequencies becomes maximum.

이와 같이 하여, 최적의 부분 주파수 대역(p*)과 주기(q*)가 결정되면, 신호 처리부(122)는 주기(q*)를 가지는 송신 신호가 송출되도록 VOC(102)를 제어하고, 부분 주파수 대역(p*)을 처리하도록 적응형 BPF(112) 및 적응형 ADC(116)를 제어한다. Thus, when the optimum partial frequency band p * and the period q * are determined, the signal processing unit 122 controls the VOC 102 to transmit the transmission signal having the period (q * ), And controls the adaptive BPF 112 and the adaptive ADC 116 to process the frequency band p * .

다시, 도 3을 보면, 송신부(104)는 주기(q*)에 대응하는 발진 주파수의 송신 신호를 물체로 송신한다(S314). Referring again to Fig. 3, the transmitter 104 transmits a transmission signal having an oscillation frequency corresponding to the period (q * ) as an object (S314).

수신부(106)는 물체로부터 반사된 신호를 수신한다(S316). The receiving unit 106 receives the signal reflected from the object (S316).

수신 신호는 주파수 합성부(108), 적응형 BPF(112), 적응형 ADC(116) 및 FFT부(120)를 거쳐서 신호 처리부(122)로 전달된다. 수신 신호는 적응형 BPF(112), 적응형 ADC(116) 및 FFT부(120)를 거쳐서 신호 처리부(122)에 의해 결정된 부분 주파수 대역에 대한 주파수 영역의 신호로 변환된다(S318). 이때 적응형 ADC(116)의 샘플링 주파수는 수학식 5와 같이 결정될 수 있다. The received signal is transmitted to the signal processing unit 122 through the frequency synthesizer 108, the adaptive BPF 112, the adaptive ADC 116, and the FFT unit 120. The received signal is converted into a frequency domain signal for the partial frequency band determined by the signal processing unit 122 via the adaptive BPF 112, the adaptive ADC 116, and the FFT unit 120 (S318). At this time, the sampling frequency of the adaptive ADC 116 may be determined as shown in Equation (5).

Figure 112014043870742-pat00007
Figure 112014043870742-pat00007

수학식 5에서, B는 신호의 점유 주파수 대역폭을 나타내고, fs는 샘플링 주파수이며, fH는 점유 주파수 대역폭의 최대 주파수 값을 나타내며, k는 자연수 값을 나타낸다. In Equation (5), B represents the occupied frequency bandwidth of the signal, f s represents the sampling frequency, f H represents the maximum frequency value of the occupied frequency bandwidth, and k represents the natural number value.

이와 같이, 적응형 ADC(116)는 결정된 부분 주파수 대역의 신호만을 샘플링하면 되므로, 샘플링 주파수를 낮출 수 있는 장점이 있다. 이때 높은 거리 분해능은 주기(q*) 결정을 통해서 해결함으로써, 샘플링 주파수는 낮추면서 높은 거리 분해능이 가능해진다. As described above, the adaptive ADC 116 has a merit that only the signal of the determined partial frequency band is sampled, so that the sampling frequency can be lowered. At this time, the high distance resolution is solved through the determination of the period (q * ), thereby enabling a high range resolution while lowering the sampling frequency.

신호 처리부(122)는 선택된 부분 주파수 대역의 신호를 이용하여 침입을 감지하고 경보를 결정한다(S320). 또한 신호 처리부(122)는 결정된 부분 주파수 대역의 신호를 중 특정 임계값보다 큰 값을 가지는 신호가 존재하면, 침입인 것으로 판단하고 경보를 발생시킬 수 있다. 신호 처리부(122)는 침입이 감지된 경우에 수학식 1을 토대로 침입의 거리를 획득할 수 있다. The signal processing unit 122 detects the intrusion using the signal of the selected partial frequency band and determines an alarm (S320). Also, if there is a signal having a value greater than a specific threshold value, the signal processing unit 122 may determine that the signal of the determined partial frequency band is an intrusion and generate an alarm. The signal processing unit 122 can acquire the intrusion distance based on Equation (1) when an intrusion is detected.

본 발명의 실시 예에 따른 FMCW 기반 거리 침입 감지 장치는 전체 주파수 대역의 신호를 스캐닝하여 최적의 주파수 대역과 송신 신호의 주기를 결정하고, 결정된 주기의 송신 신호에 대응하는 수신 신호로부터 최적의 주파수 대역의 신호만을 추출하여 침입을 검출하고 거리를 획득함으로써, 낮은 샘플링 주파수에서 높은 거리 분해능을 제공할 수 있다. The FMCW-based distance intrusion detection apparatus according to an embodiment of the present invention scans a signal of an entire frequency band to determine an optimal frequency band and a period of a transmission signal, and determines an optimum frequency band from a reception signal corresponding to a transmission signal of a determined period Lt; RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI > by detecting the intrusion and acquiring the distance.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. The embodiments of the present invention are not limited to the above-described apparatuses and / or methods, but may be implemented through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded, Such an embodiment can be readily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

Claims (15)

고주파 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW) 기반 침입 검출 장치에서의 침입 감지 방법으로서,
초기 설정된 주기로 송출된 송신 신호가 반사되는 신호를 수신하는 단계,
전체 주파수 대역의 수신 신호로부터 설정된 예비경보 임계값에 기초하여 예비경보를 검출하는 단계,
상기 예비경보의 위치를 이용하여 상기 전체 주파수 대역의 복수의 부분 주파수 대역 중 침입을 검출할 하나의 부분 주파수 대역을 선택하는 단계,
복수의 주기에 대해, 주기를 순차적으로 변경하면서 해당 주기로 송출된 송신 신호가 반사되어 수신되는 신호 중 상기 부분 주파수 대역의 신호로부터 예비경보를 검출하는 단계,
각 주기에 해당하는 부분 주파수 대역의 신호로부터 검출된 예비경보의 정보를 이용하여 상기 복수의 주기 중 하나의 주기를 선택하는 단계, 그리고
상기 선택된 주기의 송신 신호가 반사되어 수신된 신호 중 상기 부분 주파수 대역의 신호로부터 물체를 감지하는 단계
를 포함하는 침입 감지 방법. An intrusion detection method in an intrusion detection apparatus based on a frequency modulated continuous wave (FMCW)
Receiving a signal in which a transmission signal transmitted at an initial set period is reflected,
Detecting a preliminary alarm based on the preliminary alarm threshold value set from the received signal of the entire frequency band,
Selecting one partial frequency band to detect an intrusion among a plurality of partial frequency bands of the entire frequency band using the position of the preliminary alarm;
Detecting a preliminary alarm from a signal of the partial frequency band among signals received while being reflected by a transmission signal transmitted in a corresponding cycle while changing the period sequentially for a plurality of periods;
Selecting one of the plurality of periods using the information of the preliminary alarm detected from the signal of the partial frequency band corresponding to each period, and
Detecting an object from the signal of the partial frequency band among signals received by reflecting the transmission signal of the selected period
Wherein the intrusion detection method comprises the steps of: 제1항에서,
상기 부분 주파수 대역을 선택하는 단계는 복수의 부분 주파수 대역 중 상기 예비경보가 가장 많이 검출된 부분 주파수 대역을 선택하는 단계를 포함하는 침입 감지 방법.The method of claim 1,
Wherein the step of selecting the partial frequency band comprises selecting a partial frequency band in which the preliminary alarm is most detected among the plurality of partial frequency bands. 제1항에서,
상기 부분 주파수 대역을 선택하는 단계는 상기 전체 주파수 대역의 신호 중 상기 예비경보 임계값보다 큰 값을 가지는 신호의 주파수 인덱스로부터 상기 예비경보의 위치를 검출하는 단계를 포함하는 침입 감지 방법.The method of claim 1,
Wherein the step of selecting the partial frequency band comprises detecting a position of the preliminary alarm from a frequency index of a signal having a value greater than the preliminary alarm threshold value among the signals of the entire frequency band. 제1항에서,
상기 예비경보를 검출하는 단계는
일정오경보율(Constant False Alarm Rate, CFAR) 알고리즘을 통해서 임계값을 결정하는 단계, 그리고
상기 임계값보다 작은 값을 상기 예비경보 임계값으로 설정하는 단계를 포함하는 침입 감지 방법. The method of claim 1,
The step of detecting the preliminary alarm
Determining a threshold value through a constant false alarm rate (CFAR) algorithm, and
And setting a value smaller than the threshold value as the preliminary alarm threshold value. 제1항에서,
상기 주기를 선택하는 단계는
각 주기에 해당하는 부분 주파수 대역의 신호로부터 예비경보가 검출된 최대 주파수와 예비경보가 처음 검출된 주파수의 차이를 계산하는 단계, 그리고
상기 복수의 주기 중 예비경보가 검출된 최대 주파수와 상기 예비경보가 처음 검출된 주파수의 차이가 최대가 되는 주기를 선택하는 단계를 포함하는 침입 감지 방법. The method of claim 1,
The step of selecting the period
Calculating a difference between a maximum frequency at which the preliminary alarm is detected and a frequency at which the preliminary alarm is first detected from the signal of the partial frequency band corresponding to each cycle, and
And selecting a cycle in which a difference between a maximum frequency at which the preliminary alarm is detected and a frequency at which the preliminary alarm is first detected is the maximum among the plurality of periods. 제1항에서,
상기 감지하는 단계는
상기 부분 주파수 대역의 신호를 샘플링하는 단계,
상기 샘플링된 신호를 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계, 그리고
상기 주파수 영역의 신호 중 침입 감지를 위한 임계값보다 큰 신호가 존재하는 경우에 침입이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 침입 감지 방법.The method of claim 1,
The sensing step
Sampling the signal of the partial frequency band,
Converting the sampled signal by a fast Fourier transform to a frequency domain signal, and
And determining that an intrusion occurs when a signal in the frequency domain is greater than a threshold for intrusion detection. 제6항에서,
상기 감지하는 단계는
상기 선택된 주기의 송신 신호와 수신 신호를 합성하는 단계,
상기 샘플링하기 전에, 합성된 신호로부터 상기 부분 주파수 대역의 신호를 필터링하는 단계, 그리고
상기 주파수 영역의 신호로부터 상기 침입의 거리를 획득하는 단계
를 더 포함하는 침입 감지 방법.The method of claim 6,
The sensing step
Synthesizing a transmission signal and a reception signal of the selected period,
Filtering the signal of the partial frequency band from the synthesized signal before sampling; and
Obtaining a distance of the intrusion from the signal in the frequency domain
Further comprising: 고주파 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW) 기반 침입 검출 장치로서,
초기 설정된 주기로 송출된 제1 송신 신호가 반사되어 수신된, 전체 주파수 대역의 수신 신호로부터, 설정된 예비경보 임계값에 기초하여 예비경보를 검출하여 침입을 검출할 부분 주파수 대역을 결정하며, 복수의 주기 각각에 대해 순차적으로 주기를 변경하면서 해당 주기로 송출된 제2 송신 신호가 반사되어 수신된 신호 중 상기 부분 주파수 대역의 신호로부터 상기 예비경보 임계값에 기초하여 상기 예비경보를 검출하여 상기 복수의 주기 중 하나의 주기를 선택하며, 결정된 주기의 제3 송신 신호가 반사되어 수신된 신호 중 상기 부분 주파수 대역의 신호를 이용하여 물체를 감지하는 신호 처리부,
상기 초기 설정된 주기의 상기 제1 송신 신호를 송출하고, 상기 복수의 주기 각각에 대한 제2 송신 신호를 송출하며, 상기 결정된 하나의 주기의 제2 송신 신호를 송출하는 송신부, 그리고
상기 송신부에 의해 송출된 제1 내지 제3 송신 신호가 반사된 신호를 각각 수신하는 수신부
를 포함하는 침입 감지 장치. An intrusion detection device based on a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW)
A preliminary alarm is detected based on a preliminary alarm threshold value set from a reception signal of the entire frequency band which is received by reflection of the first transmission signal transmitted at an initial set period, and a partial frequency band for detecting intrusion is determined, The preliminary alarm is detected based on the preliminary alarm threshold value from the signal of the partial frequency band among the signals received by reflection of the second transmission signal transmitted at the corresponding period while sequentially changing the period, A signal processor for selecting one period and detecting an object using the signal of the partial frequency band among the signals reflected by the third transmission signal of the determined period,
A transmitter for transmitting the first transmission signal of the initial set period, transmitting a second transmission signal for each of the plurality of periods, and transmitting a second transmission signal of the determined one period, and
And a receiver for receiving the reflected signals of the first to third transmission signals transmitted by the transmitter,
And an intrusion detection device. 제8항에서,
상기 송신부에 의해 송출된 송신 신호와 상기 수신부에 의해 수신된 신호를 합성하는 주파수 합성기,
상기 제1 송신 신호와 상기 제1 송신 신호가 반사되어 수신된 신호가 합성된 신호를 저역 통과 필터링하여 상기 신호 처리부로 전달하는 저역 통과 필터, 그리고
상기 제2 송신 신호와 상기 제2 송신 신호가 반사되어 수신된 신호가 합성된 신호 및 상기 제3 송신 신호와 상기 제3 송신 신호가 반사되어 수신된 신호가 합성된 신호에서, 상기 결정된 부분 주파수 대역의 신호만을 필터링하여 상기 신호 처리부로 전달하는 적응형 대역통과필터
를 포함하는 더 포함하는 침입 감지 장치. 9. The method of claim 8,
A frequency synthesizer for synthesizing a transmission signal transmitted by the transmission unit and a signal received by the reception unit,
A low-pass filter for low-pass-filtering a signal obtained by combining the first transmission signal and the signal reflected by the first transmission signal and transmitting the resultant signal to the signal processor,
A signal obtained by combining the second transmission signal and the signal reflected by the second transmission signal, and a signal obtained by combining the third transmission signal and the signal reflected by the third transmission signal, And an adaptive band-pass filter
Wherein the intrusion detection device further comprises: 제8항에서,
상기 전체 주파수 대역의 신호를 샘플링하는 아날로그 디지털 변환부,
상기 샘플링된 전체 주파수 대역의 신호를 고속 푸리에 변환하여 상기 신호 처리부로 전달하는 제1 고속 푸리에 변환부,
상기 결정된 부분 주파수 대역의 신호를 샘플링하는 적응형 아날로그 디지털 변환부, 그리고
상기 샘플링된 부분 주파수 대역의 신호를 고속 푸리에 변환하여 상기 신호 처리부로 전달하는 제2 고속 푸리에 변환부
를 더 포함하는 침입 감지 장치. 9. The method of claim 8,
An analog-digital converter for sampling the signal of the entire frequency band,
A first fast Fourier transformer for fast Fourier transforming the sampled signal of the entire frequency band and transmitting the signal to the signal processor,
An adaptive analog-digital converter for sampling the signal of the determined partial frequency band, and
A second fast Fourier transform unit for fast Fourier transforming the signal of the sampled partial frequency band and transmitting the signal to the signal processing unit,
The intrusion detection apparatus further comprising: 제8항에서,
상기 신호 처리부는 복수의 부분 주파수 대역 중 상기 예비경보가 가장 많이 검출된 부분 주파수 대역을 상기 침입 검출할 부분 주파수 대역으로 결정하는 침입 감지 장치. 9. The method of claim 8,
Wherein the signal processing unit determines a partial frequency band in which the preliminary alarm is most detected among the plurality of partial frequency bands as a partial frequency band to be intrusion detected. 제8항에서,
상기 신호 처리부는 일정오경보율(Constant False Alarm Rate, CFAR) 알고리즘을 통해서 임계값을 결정하고, 상기 예비경보 임계값을 상기 임계값보다 낮게 결정하는 침입 감지 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the signal processing unit determines a threshold value through a constant false alarm rate (CFAR) algorithm and determines the preliminary alarm threshold value to be lower than the threshold value. 제8항에서,
상기 신호 처리부는 상기 전체 주파수 대역의 신호 중 상기 예비경보 임계값보다 큰 값을 가지는 신호의 주파수 인덱스로부터 상기 예비경보의 위치를 검출하는 침입 감지 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the signal processor detects the position of the preliminary alarm from a frequency index of a signal having a value greater than the preliminary alarm threshold value among signals of the entire frequency band. 제8항에서,
상기 신호 처리부는 각 주기에 해당하는 부분 주파수 대역의 신호로부터 예비경보가 검출된 최대 주파수와 예비경보가 처음 검출된 주파수의 차이를 계산하고, 상기 복수의 주기 중 예비경보가 검출된 최대 주파수와 상기 예비경보가 처음 검출된 주파수의 차이가 최대가 되는 주기를 선택하는 침입 감지 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the signal processor calculates a difference between a maximum frequency at which the preliminary alarm is detected and a frequency at which the preliminary alarm is first detected from the signal of the partial frequency band corresponding to each cycle, Wherein the preliminary alarm selects a cycle at which the difference in the frequency at which the preliminary alarm is first detected becomes the maximum. 제8항에서,
상기 신호 처리부는 상기 부분 주파수 대역의 신호를 이용하여 상기 침입의 거리를 획득하는 침입 감지 장치. 9. The method of claim 8,
Wherein the signal processor obtains the distance of the intrusion by using the signal of the partial frequency band.
KR1020140055767A 2014-05-09 2014-05-09 Apparatus and method for detecting intruder based on frequency modulated continuous wave KR101617433B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140055767A KR101617433B1 (en) 2014-05-09 2014-05-09 Apparatus and method for detecting intruder based on frequency modulated continuous wave

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140055767A KR101617433B1 (en) 2014-05-09 2014-05-09 Apparatus and method for detecting intruder based on frequency modulated continuous wave

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150128415A KR20150128415A (en) 2015-11-18
KR101617433B1 true KR101617433B1 (en) 2016-05-02

Family

ID=54839004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140055767A KR101617433B1 (en) 2014-05-09 2014-05-09 Apparatus and method for detecting intruder based on frequency modulated continuous wave

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101617433B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101908455B1 (en) * 2017-01-06 2018-10-17 비아이에스웍스 주식회사 Low power Frequency Modulated Continuous Waveform system and controlling method thereof
KR102026262B1 (en) * 2017-09-08 2019-09-27 주식회사 에스원 Ladar sensor system and sensing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150128415A (en) 2015-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11204647B2 (en) System and method for radar gesture recognition
KR101625754B1 (en) Radar signal processing method and apparatus for eliminating clutter
EP3286578A1 (en) Gesture recognition using frequency modulated continuous wave radar
JP5980587B2 (en) Radar apparatus and reflected signal processing method
US8754806B2 (en) Pulse radar receiver
KR101404863B1 (en) Object detection method and radar system for providing the same method
JP4930130B2 (en) Active sonar device, received signal processing method for sonar, and signal processing program thereof
US8121222B2 (en) Systems and methods for construction of time-frequency surfaces and detection of signals
JP2014512526A5 (en)
WO2017019378A1 (en) Apparatus and method for mitigating interference in a frequency-modulated continuous-wave (fmcw) automotive radar system
JP2010281643A (en) Pulse radar system
JP2009139321A (en) Device and method for processing radar signal
KR101394603B1 (en) Apparatus and method for detecting intruder
KR101617433B1 (en) Apparatus and method for detecting intruder based on frequency modulated continuous wave
JP5637756B2 (en) Radar apparatus, position / velocity detection method, and program
KR20170052244A (en) SDR Receiver for detecting doppler frequency in CW radar and method for detecting the same
KR101527772B1 (en) METHOD FOR DETECTING TARGET OF FMCW(frequency-modulated continuous wave) RADAR AND FMCW RADAR FOR DETECTING TARGET
JP7440131B2 (en) Method and device for removing random noise from radar collected signals in radar for measuring biological signals
JP2010210394A (en) Underground radar system
US20230258767A1 (en) Signal processing device, radar device, and radar operation method
KR101429361B1 (en) Impulsive radar interference removal method and apparatus using the same
JP2007212413A (en) Object discrimination device
JP2008249541A (en) Pulse signal detector
RU2008118533A (en) METHOD FOR DETECTING PEOPLE AND MOVING OBJECTS FOR AN OBSTACLE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
KR101827509B1 (en) Invasion Detection and Reducing Detection error System by Using Clutter Signal and Method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190401

Year of fee payment: 4

J204 Request for invalidation trial [patent]