KR100959348B1 - 전파 빔 센서 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전파 빔 센서 장치에 있어서, 전파 빔을 발사하는 송신부(Tx)와, 전파 빔을 수신하는 수신부(Rx)와, 상기 송신부 및 상기 수신부와 연결되어 전파 빔의 발사를 제어하고 수신된 신호를 입력받아 처리하고 인터페이스부를 거쳐 컴퓨터로 전달하는 중앙처리부(CPU)와, 상기 송신부 및 상기 수신부에 전원을 공급하는 전원(Power)과, 상기 전원에서 상기 송신부 및 상기 수신부로 공급되는 전원의 스위칭을 수행하는 전원스위칭회로를 구비하며, 상기 전원스위칭회로는 주기적으로 전원의 공급과 차단을 반복하며, 전원을 공급하는 시간이 전원을 차단하는 시간보다 작게 형성되어, 전원이 공급되는 동안 송신부와 수신부에서 전파빔의 발사 및 수신이 각각 이루어지고 전원이 차단되는 동안 수신된 검출신호가 중앙처리부에서 처리되고 인터페이스부를 통해 컴퓨터로 전달되는 것을 그 특징으로 하는 전파 빔 센서 장치에 관한 것이다.

전파 빔, 센서

Description

전파 빔 센서 장치{A radio wave beam sensing apparatus}

본 발명은 전파 빔 센서 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 전파 빔을 이용하여 일정 구역 내에 침입자가 있는지를 감지하는 전파 빔 센서 장치에 관한 것이다.

종래의 전파 빔 센서는 전파를 발사하여 물체에 부딪혀 되돌아오는 것을 수신하여 물체의 위치를 감지하는 장치이다. 이러한 장치는 군사용으로 사용되는데 어떠한 지역에 존재하는 물체의 움직임을 육안에 의하지 않고 감지하는데 사용된다. 그런데 이러한 전파 빔 센서를 통한 감지장치는 기술의 발달에 의하여 휴대용으로도 제작할 수 있게 되었는데 이 경우 전원은 배터리에 의하여 공급되게 된다. 이와 같이 배터리에 의하여 전원을 공급받는 휴대용 장치에 있어서 배터리의 수명을 길게 할 수 있는 기술이 요구된다. 한편, 종래의 장치는 출력회로의 과열로 인하여 고장이 발생하는 등의 문제가 있었다.

본 발명은 전파빔 센서에 있어서 전력 소모를 절반 이상 대폭 절감하여 휴대용 장비에 있어서 배터리 사용시간을 두 배 이상으로 크게 늘려주는 것을 그 목적으로 한다.

한편, 마이크로웨이브용 증폭기와 발진기 믹서들을 포함한 송수신부의 발열 연속 동작시에 비해 절반 이하로 줄어들어 전파 빔 센서의 출력 회로의 과열을 방지하는 것을 그 목적으로 한다.

한편, 군사용으로 사용시 본 센서의 위치를 은페할 것이 요구되는데 은폐에 용이한 전파 빔 센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

한편, 본 발명은 실제로 실시간 재생되는 소리에 의하여 침입한 물체에 대한 유용한 정보를 얻을 수 있게 하여 영상 정보가 없더라도 신속한 초기대응이 효과적으로 이루어지게 하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 전파 빔 센서 장치에 있어서, 전파 빔을 발사하는 송신부(Tx)와, 전파 빔을 수신하는 수신부(Rx)와, 상기 송신부 및 상기 수신부와 연결되어 전파 빔의 발사를 제어하고 수신된 신호를 입력받아 처리하고 인터페이스부를 거쳐 컴퓨터로 전달하는 중앙처리부(CPU)와, 상기 송신부 및 상기 수신부에 전원을 공급하는 전원(Power)과, 상기 전원에서 상기 송신부 및 상기 수신부로 공급되는 전원의 스위칭을 수행하는 전원스위칭회로를 구비하며, 상기 전원스위칭회로는 주기적으로 전원의 공급과 차단을 반복하며, 전원을 공급하는 시간이 전원을 차단하는 시간보다 작게 형성되어, 전원이 공급되는 동안 송신부와 수신부에서 전파빔의 발사 및 수신이 각각 이루어지고 전원이 차단되는 동안 수신된 검출신호가 중앙처리부에서 처리되고 인터페이스부를 통해 컴퓨터로 전달되는 것을 그 특징으로 하는 전파 빔 센서 장치에 관한 것이다.

여기서, 수신부에서 검출된 신호가 아날로그디지털컨버터(ADC)에서 디지털 신호로 변환된 후 상기 중앙처리부로 전달되고 중앙처리부에서 시도메인 신호로 컴퓨터(PC)로 전달되며, 전달된 신호는 음성신호로 재생하며, 상기 전원스위칭회로는 송신부 및 수신부에 80 ms 내지120 ms 동안 전원을 공급하고, 130 ms 내지170ms 동안 전원을 차단한다.

본 발명은 전파빔 센서에 있어서 전력 소모를 절반 이상 대폭 절감하여 휴대용 장비에 있어서 배터리 사용시간을 두 배 이상으로 크게 늘려주는 효과를 갖는다.

한편, 마이크로웨이브용 증폭기와 발진기 믹서들을 포함한 송수신부의 발열 연속 동작시에 비해 절반 이하로 줄어들어 전파 빔 센서의 출력 회로의 과열을 방지하는 효과를 갖는다.

전파 탐지기를 사용하여 위치를 탐지하는 경우 본 발명의 장치는 연속 동작하는 전파 빔 센서에 비하여 발사되는 센서의 위치와 주파수 신호를 찾아내기가 더욱 어렵게 되어 군사용 사용에 부합하게 되는 효과를 갖는다.

한편, 본 발명은 실제로 실시간 재생되는 소리에 의하여 침입한 물체에 대한 유용한 정보를 얻을 수 있게 하여 영상 정보가 없더라도 신속한 초기대응이 효과적으로 이루어지게 하는 효과를 갖는다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

레이더

레이더(RAidowave Detect and Ranging : RADAR)의 원리를 설명하면 다음과 같다. 도 1에 도시된 바와 같이 전파를 발사하고 물체에 반사되어 돌아오는 전파를 감지하여 물체의 거리를 알아내는 원리이다. 즉, 발사한 전파와 수신된 전파 간의 시간차를 측정하여 거리를 알아낸다.

그런데 이 방식에서는 송신신호를 고속으로 스위칭할 수 없으므로 가까운 거리는 검출하기 어렵다. 이 방식은 수 km 이상의 장거리 레이더에서 사용하는데 수백미터 범위를 1m 이내의 정확도로 측정해야하는 근거리 지상 레이더에서는 기술적인 어려움이 많아 잘 사용되지 않는다.

FMCW 방식의 레이더 원리

주파수가 시간에 따라 일정하게 증가하도록 하여 전파를 발사하면서 되돌아 오는 전파와 차이 주파수를 비교하면 거리에 비례한 주파수 신호가 만들어진다. 예를 들어 1ms에 1MHz의 주파수가 변하도록 하여 전파를 발사시키면 150m 떨어진 곳에서 반사되어 돌아온 전파는 현재보다 1us 이전에 발사된 전파가 되므로 10kHz 낮은 주파수가 될 것이다. 현재 주파수와 수신 전파와의 차이 주파수를 출력하는 믹서를 사용하여 IF 주파수를 측정하면 거리를 알 수 있게 된다. 이 방식은 앞에서 설명한 일반 레이더 방식보다 근거리에서 정확한 측정이 가능한 장점이있다.

도 2에 도시된 것처럼 두 가지 이상의 물체로부터 반사되어 돌아오는 경우에는 두가지 주파수 성분의 IF신호가 만들어지므로 이것을 실시간으로 분석하기 위한 FFT 변환 기술과 고속 연산 처리기가 사용된다.

도 4에 본 발명의 블럭도가 도시되어 있다. 이에 도시된 바와 같이 전파빔을 발사하는 송신부(Tx)와 전파빔을 수신하는 수신부(Rx)를 지속적으로 온 상태로 가동시키는 것이 아니라 전원 스위칭 회로를 사용하여 단속적으로 전원을 공급하여 온 상태와 오프 상태가 반복되도록 한다.

이러한 방식으로 전원을 단속적으로 공급하여도 물체 감지에는 지장이 없는데, 그 이유는 다음과 같다. 종래의 전파 빔을 이용한 센서는 물체의 움직임이 생겼을 때 발생하는 도플러 음을 검출하기 위해 송수신부를 대기 상태에서도 계속 ON 상태로 유지하여 많은 전력을 소모하였다. 그런데, 본 고안의 전파 빔 센서는 FMCW 방식으로 순간적으로 발사한 빔의 반사파만으로 물체들의 위치들을 알 수 있는데 이것을 기억하여 이전의 상태와 비교하여 변화가 생긴 경우에 침입 감지를 함으로써 연속으로 전파를 발사하지 않고도 물체의 감지가 가능하다.

즉, 통상의 침입 검출에 필요한 전파빔의 발사와 수신에 필요한 시간은 100 ms 이내이다. 한편, 이것을 처리하고 인터페이스하는 시간은 150 ms 이상 소요되게 된다. 따라서 예를 들어 100 ms 동안에는 전파빔을 발사하고 수신하는 동작이 송신부 수신부에서 행해지게 하고, 그 후 150 ms 동안에는 송신부와 수신부를 오프시켜 전력 소모를 방지하면서 수신된 전파빔을 처리를 한다. 그러면, 절반 이상 거의 70%에 육박하는 시간 동안의 RF 송수신부의 전원을 절약하게 되어 전력 소모량이 크게 줄어들게 된다. 도 5의 전원제어신호에 도시된 바와 같이 전파빔을 발사하여 수신하는 시간을 단속적으로 제어하여 송수신부를 항상 가동하지 않는다. 그리고 도신된 바와 같이 송수신부가 가동되는 동안 검출된 신호는 송수신부가 오프되어 있는 동안 신호를 처리하고 인터페이스하는 작업을 수행하는 것이다. 실제로 송수신부의 전원이 공급되는 주기는 10 ms 내지 100 ms 단위라서 어떠한 물체의 움직이는 속도에 비하여 훨씬 짧은 순간이며 이러한 방식을 사용하여도 감시의 정확성을 떨어뜨리지 않게 되는 것이다. 이런 방식을 사용함으로써 휴대용 감시장비의 전지 수명을 두 배 이상으로 크게 늘려 줄 수 있으며, 나아가 전파빔 센서의 고장 원인으로 문제가 되는 출력회로의 과열을 방지할 수 있어서 장비의 내구성을 개선하는 효과를 얻게 된다.

도플러음의 감지

한편, 본 발명의 전파 빔 센서는 FMCW 방식의 센싱을 이용하여 침입을 감지한 후 사용자의 선택에 따라 도플러 방식으로 전환할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 일단 전술한 바와 같은 FMCW 방식의 센싱을 통하여 침입이 감지되면, 다시 도플러 음색을 분석하여 침입물체에 대한 보다 정확한 정보를 얻는 것을 그 특징으로 한다. 예컨데, 자동차의 움직임, 자전거를 타고 움직이는 경우의 도플러 음은 연속으로 삐---- 하는 단음으로 들리고 사람이 걷는 음은 삐이~~~하는 높낮이가 있는 음으로 들리게 되는 등 침입한 물체가 무엇인지를 도플러음을 통하여 감지할 수 있게 되는 것이다. 또한 움직이는 속도에 비례하는 음으로서 동물과 사람 을 구분하거나 침투자가 한 명인지 여럿인지 등의 정보를 취득할 수 있는 것이다.

나아가 본 센서는 은폐된 지형에 사용되는 경우가 많은데, 이 경우 도플러음등의 기능을 사용하면 카메라로 취득한 영상을 보지 않고도 침입물체에 대한 개략적인 정보를 알 수 있어서 효과적인 초기 대응을 할 수 있게 되는 것이다.

우선, 도플러 효과에 의한 레이더 센서에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이 전파 신호가 움직이는 물체에 부딪혀 되돌아오는 경우 반사파는 물체의 속도에 비례하여 주파수가 달라지게 된다(도플러 효과). 송신 신호(Lo)와 수신신호(RF)를 비교하여 얻어지는 IF 신호를 검출하면 주파수 차이가 있고 없음을 알아낼 수 있다.

이렇게 검출된 IF 신호는 도플러 주파수라고 하는데 이것을 분석하여 움직이는 물체가 있는지 알아낼 수 있고 주파수를 분석하여 이동 속도를 계산할 수 있다. 조명 제어용 감지 스위치나 야구공의 구속을 재는 장치, 자동차의 속도 측정용 스피드 건 등에 사용된다.

즉, Fd = 2Vf/C (Fd-->도플러 주파수, V-->물체의 속도, f-->전파의 주파수, C-->전파의 속도)와 같이 되는데 이러한 주파수를 분석하여 이동 속도를 계산 할 수 있다.

이를 위한 장치의 블럭도는 도 6에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 스위치를 구비하여 FFT를 사용한 도플러 주파수 분석모드가 가능하게 한다. 수신부(Rx)에서 수신된 신호를 디지털 변환한 것을 FFT 변환하여 중앙제어부(CPU)로 넘겨 처리하여 주파수 영역에서의 신호크기의 변화를 분석하여 물체의 침입을 검출할 뿐 아니라 검출신호를 바로 아날로그디지털 변환한 후 시간 도메인(time domain)신호를 컴퓨터(PC)로 전송하고 전송된 신호는 음성신호로 바로 재생하여 들을 수 있게 한다. 예를 들어 음성 파일과 같은 구조로 저장하고 미디어 플레이어 같은 응용 소프트웨어로 재생할 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 본 발명의 실시 태양 중 하나의 예를 든 것으로 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 이와 등가물, 균등물을 포함함을 밝혀 둔다.

도 1은 레이더에 대하여 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 FMCW 방식의 레이더에 대하여 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 레이더 센서에 대하여 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예의 블럭도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예의 신호도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예의 블럭도이다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 전파 빔 센서 장치에 있어서,

   전파 빔을 발사하는 송신부(Tx)와,

   전파 빔을 수신하는 수신부(Rx)와,

   상기 송신부 및 상기 수신부와 연결되어 전파 빔의 발사를 제어하고 수신된 신호를 입력받아 처리하고 인터페이스부를 거쳐 컴퓨터로 전달하는 중앙처리부(CPU)와,

   상기 송신부 및 상기 수신부에 전원을 공급하는 전원(Power)과,

   상기 전원에서 상기 송신부 및 상기 수신부로 공급되는 전원의 스위칭을 수행하는 전원스위칭회로를 구비하며,

   상기 전원스위칭회로는 주기적으로 전원의 공급과 차단을 반복하며, 전원을 공급하는 시간이 전원을 차단하는 시간보다 작게 형성되어, 전원이 공급되는 동안 송신부와 수신부에서 전파빔의 발사 및 수신이 각각 이루어지고 전원이 차단되는 동안 수신된 검출신호가 중앙처리부에서 처리되고 인터페이스부를 통해 컴퓨터로 전달되며,

   수신부에서 검출된 신호가 아날로그디지털컨버터(ADC)에서 디지털 신호로 변환된 후 상기 중앙처리부로 전달되고 중앙처리부에서 시도메인 신호로 컴퓨터(PC)로 전달되며, 전달된 신호는 음성신호로 재생하는 것을 그 특징으로 하는

   전파 빔 센서 장치
3. 제 2 항에 있어서

   상기 전원스위칭회로는 송신부 및 수신부에 80 ms 내지120 ms 동안 전원을 공급하고, 130 ms 내지170ms 동안 전원을 차단하는 것을 그 특징으로 하는

   전파 빔 센서 장치
4. 제 2 항에 있어서

   침입감지된 경우 검출신호를 바로 아날로그디지털 변환한 후 시간 도메인(time domain)신호를 컴퓨터(PC)로 전송하고 전송된 신호는 음성신호로 바로 재생하여 들을 수 있게 하는 것을 그 특징으로 하는

   전파 빔 센서 장치

Images