KR100976941B1 - 전파 빔 센서를 통한 침입 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전파 빔 센서를 사용하는 침입 검출 방법에 관한 것으로, 외부 침입이 없는 경우의 표준시 수신되는 전파 데이터를 취득하는 단계와, 상기 표준시 전파 데이터에 일정 오프셋을 더하여 한계치를 설정하는 단계와, 실시간으로 수신되는 전파로부터 얻는 수신값과 상기 한계치를 비교하여 침입 검출을 시행하는 단계를 포함하는 전파 빔 센서를 사용하는 침입 검출 방법에 관한 것이다.

검출, 침입, 주파수

Description

전파 빔 센서를 통한 침입 검출 방법{A raid detecting method with a radiowave beam sensor}

본 발명은 전파 빔 센서에 의하여 외부 침입자를 알아내는 장치에 있어서 수신된 신호를 처리하여 검출하는 침입 검출방법에 관한 것이다.

전파 빔 센서는 발사된 전파를 반사하는 신호를 검출하여 침입자를 알아내는 것이다. 이하 전파 빔 센서의 기본 원리를 설명하면 다음과 같다.

레이더(Radiowave 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 수 백미터 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.

그런데 거리에 따라 전파의 세기가 약해져 검출 신호의 침입 검출 한계치를 설정하는 어려움이 있다. 종래의 센서는 도 3에 도시된 바와 같이 이것을 자동 이득조절증폭기(AGC Amplifier)를 이용하여 일정한 레벨로 만들어 AD 변환하는 기법을 사용한다. 그런데, 자동 이득 조절 AMP는 고가의 반도체로 구성되며 신호의 크 기의 변화가 생기면 바로 추적하지 못하거나 발진하는 경우가 많다는 단점이 있었다.

본 발명은 고가의 자동이득조절증폭기를 사용하지 않음으로써 제조단가를 낮추고 동시에 신호의 크기의 변화 등에도 검출 오류를 최소화하는 신호 검출방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 전파 빔 센서를 사용하는 침입 검출 방법에 관한 것으로, 외부 침입이 없는 경우의 표준시 수신되는 전파 데이터를 취득하는 단계와, 상기 표준시 전파 데이터에 일정 오프셋을 더하여 한계치를 설정하는 단계와, 실시간으로 수신되는 전파로부터 얻는 수신값과 상기 한계치를 비교하여 침입 검출을 시행하는 단계를 포함하는 전파 빔 센서를 사용하는 침입 검출 방법에 관한 것이다.

여기서, 상기 한계치를 설정하는 단계에서 센서로부터 일정 거리 떨어진 거리에 해당하는 수신값에 대해서는 침입감지를 하지 않도록 설정하며, 전파를 발사하는 검출주기(T) 보다 큰 시간 T₁ 에 대하여 연속하는 복수의 T₁ 구간 중에 한계치 이상의 신호가 소정의 한계회수 이상의 복수 회수 감지되는 경우만 침입으로 인정하며, 발신 주파수 주변의 복수 주파수에 대하여 검출치를 획득하고, 상기 획득한 검출치를 평균하여 이를 한계치와 비교하는 것이 바람직하다.

본 발명은 고가의 자동이득조절증폭기를 사용하지 않음으로써 제조단가를 낮추고 동시에 신호의 크기의 변화 등에도 검출 오류를 최소화하는 신호 검출방법을 제공하는 효과를 갖는다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이 전파빔을 발사하는 송신부(Tx)와 전파빔을 수신하는 수신부(Rx)를 포함하여 수신된 전파를 통하여 물체를 감지한다. 본 발명은 검출 감도 조정에 있어서 오경보를 최소화할 수 있도록 개선된 방법을 제공한다.

종래의 센서들도 검출 감도를 조정할 수 있는 기능이 있다. 이러한 센서들은 검출 감도를 높게 하면 침입 감지 센서의 오경보율이 높아지고 반대로 감도를 낮추면 오경보율은 낮아지지만 미세한 변화를 검출하지 못하게 된다.

표준시 검출레벨을 통한 검출 감도 조정 방법

본 발명에서는 침입 감지된 검출 신호를 FFT 변환하여 주파수 영역에서 침입 검출 한계치를 설정할 수 있게 한다. 즉 아무런 침입이 없는 상태에서의 검출 레벨 을 기억한다. 이를 표준시 검출 레벨이라고 하는데 이 경우의 검출 레벨을 기억하였다가 이것을 기준으로 이에 대하여 상대값을 더하여 부가하여 설정된 한계치를 넘으면 침입으로 검출하는 것이다. 따라서 이 경우는 표준시의 검출 레벨에 의하여 오경보율이 발생하는 것을 방지하면서 동시에 검출의 감도를 유지할 수 있게 되는 것이다.

도 5에 도시된 것처럼 표준시 검출레벨(표준값)(도면 상의 분홍색 라인) 데이터를 취득하고, 이에 대하여 어떤 부가적인 수치를 더한 한계치를 설정하여 두고, 감지되는 신호가 이러한 한계치를 넘어서는지 여부에 의하여 침입 유무를 검출한다. 즉, 이러한 한계치를 넘는 신호의 검출 여부로 침입 유무를 검출하는 것이다.

한편, 설정하는 오프셋은 거리에 따라 각각 다르게 설정할 수 있는데 거리에 따라 각각 다른 감도를 지정할 수 있게 하는 것이다. 예를 들어, 도 5에서는 센서로부터 거리가 22m 내지 27m 에 해당하는 특정 지역은 침입 감지를 하지 않도록 설정한 것인데, 이는 해당 지역에 대해서는 한계치를 실질적으로 무한대로 설정함으로써 달성 가능하다. 이처럼 특정 지역은 침입감지를 하지 않게 설정할 수도 있게 함으로써 센서를 안정된 감도로 사용할 수 있게 한다. 이는 일정 지역에서 발생하는 예외적 신호 검출에 의하여 침입 검출의 오류가 발생하지 않게 함으로써 감시 대상 지역 중 일정 지역을 예외적으로 제외할 수도 있게 하여 실제적 상황에 적합 하게 침입 감시를 할 수 있게 된다.

검출 회수 설정을 통한 검출 방법

한편, 감시 대상 지역 내에서 순간적으로 새가 날아가는 등 날아가는 물체로 인하여 오경보가 생기는 것을 방지하고, 나아가 노이즈에 의한 오경보를 줄이기 위하여 침입 검출 횟수를 설정하여 같은 위치에서 설정한 횟수 반복적으로 한계치 이상의 신호 검출이 발생하는 경우를 침입으로 인정하여 침입 알람을 가동하는 방법을 사용할 수 있다.

이를 위하여 예를 들면 1초 이내에 10번 한계치 이상의 신호가 감지되었다고 하더라도 그 이후에 아무런 침입 심호가 검출되지 않는다면 이는 노이즈에 의한 오경보라고 판단하여 침입 알람으로 인정하지 않고, 최초로 검출된 시각을 기준으로 해서 1초씩 나누어 10개의 1초 구간 중에 적어도 3번 이상의 구간 중에 1번 이상의 한계치 이상의 신호가 감지된 경우 침입 알람으로 인정하는 것이다.

즉, 검출주기 T 보다 훨씬 큰 T₁ (예를 들면 T₁=1sec)을 N번(예를 들면 N=10)의 연속하는 T₁ 구간 중에 N₁번(예를 들면 N₁=3)이상 한계치 이상의 신호가 감지되는 경우만 침입으로 인정하여 침입 알람을 가동하는 것이다.

주파수 평균법을 사용하는 검출 방법

한편, 침입자가 움직이는 경우 도플러 효과에 의한 주파수 변화로 검출 신호가 순간적으로 크기가 줄어드는 경우가 있다. 이것은 신호의 도플러 효과에 의하여 주파수가 바뀐 것이므로 단일 주파수에 대하여 검출값을 획득하는 방법은 오류가 발생할 수 있게 된다. 따라서 검출의 정밀도를 높이기 위하여 발사된 주파수를 기준으로 하여 이와 인접된 주변 주파수에서 검출되는 값이 없는지를 파악하고 다수 주파수에 대하여 검출된 값을 이를 하나의 그룹으로 평균내는 방법을 사용하여 오경보를 줄일 수 있게 하였다.

즉, 얻어지는 데이터에서 발신 주파수 외에 그 주변의 몇 개의 주파수에 대한 검출값도 획득하고 이를 평균하여 그 값이 한계치 이상인지를 비교하여 침입 알람을 가동하는 것이다.

즉, 단일 주파수 f₀에서의 검출값 V_f0 를 한계치 V_thr 와 비교하는 경우 도플러 효과에 의한 검출 오류가 생기는 것을 방지하기 위하여, 이 외에 주변 주파수에서의 검출 값 V_{f0 +△}, V_{f0 -△}, V_{f0 +2△}, V_{f0 -2△} 등도 검출값을 획득한 후 이들을 평균낸 <V>avr 를 새로운 한계치 예를 들면 V_thr /5 와 비교하여 침입 여부를 판정하도록 하게 한다.

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 1 및 도 2는 전파 빔 센서에 의한 침입 검출에 대하여 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 종래 기술에 대한 도면이다.

도 4는 본 발명의 전파 빔 센서 침입 감지 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.

도 5는 본 발명의 신호 처리를 통한 침입 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (4)

1. 전파 빔 센서를 사용하는 침입 검출 방법에 있어서,

   외부 침입이 없는 경우의 표준시 수신되는 전파 데이터를 취득하는 단계와,

   상기 표준시 전파 데이터에 일정 오프셋을 더하여 한계치(V_thr)를 설정하는 단계와,

   실시간으로 수신되는 전파로부터 수신값을 얻되 발신 주파수 주변의 복수 주파수에 대하여 검출치를 획득하는 단계와,

   상기 획득한 복수 주파수에 대한 검출치를 평균하는 단계와,

   상기 복수 주파수의 검출치를 평균한 값을 상기 한계치를 검출치를 획득한 주파수의 개수(N)로 나눈 값(V_thr/N)을 비교하여 침입 검출을 시행하는 것을 그 특징으로 하는

   전파 빔 센서를 사용하는 침입 검출 방법
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 한계치를 설정하는 단계에서 센서로부터 일정 거리 떨어진 거리에 해당하는 수신값에 대해서는 침입감지를 하지 않도록 설정하는 것을 그 특징으로 하는

   전파 빔 센서를 사용하는 침입 검출 방법
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