KR101104944B1 - 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치 추정 장치 - Google Patents

마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치 추정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치 추정 장치와 이를 이용한 위치추정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 군용 개인화기 또는 전투용 헬멧 등에 장착되어 적(敵) 소화기의 발사음을 감지하여 발사위치를 추정하거나 소형선박에 장착되어 타 선박의 기적음을 수신하여 접근하고 있는 선박의 위치를 추정할 수 있는 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치 추정 장치와 이를 이용한 위치추정 방법에 관한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 2개의 마이크로폰(130, 140)이 일정 간격으로 프레임(110)에 고정되어 있는 수신부(100);와 상기 수신부(100)에 연결되어 상기 마이크로폰(130, 140)으로부터 수신된 데이터를 이용하여 음원의 위치를 산출하는 연산부(200);와 상기 연산부(200)에 의하여 산출된 음원의 위치를 표시하는 디스플레이부(300); 및 상기 연산부(200) 및 디스플레이부(300)와 연결되어 상기 연산부(200)에 의하여 산출된 자료에 기초하여 상기 디스플레이부(300)를 조절하는 제어부(500);로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치 추정 장치{ESTIMATION SYSTEM AND METHOD OF AZIMUTH AND LOCATION USING MICROPHONE}
본 발명은 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치 추정 장치와 이를 이용한 위치추정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 군용 개인화기 또는 전투용 헬멧 등에 장착되어 적(敵) 소화기의 발사음을 감지하여 발사위치를 추정하거나 소형선박에 장착되어 타 선박의 기적음을 수신하여 접근하고 있는 선박의 위치를 추정할 수 있는 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치 추정 장치에 관한 것이다.
전투시 극소수의 적군 저격수들에 의해 어디에서 날아오는지도 모르는 총알에 아군이 목숨을 잃거나 부상을 당하면 군의 전투력은 심하게 위축되게 된다. 이러한 저격수의 높은 효율성으로 전투시 많은 수의 정찰 저격수를 배치하고 있는 것이 실정이다.
따라서 시가전이나 개활지 전투에 있어 적의 위치를 파악하는 것은 군의 전략상 매우 중요하기 때문에 적 저격수의 위치를 추정하는 시스템이 요구되고 있다.
그리고 선박 등의 운항에 있어서도 안개 등으로 인하여 시계(視界)가 짧거나 야간운항의 경우에는 다른 선박과 충돌할 위험이 있다.
대형선박의 경우에는 일반적으로 레이더 장비를 갖추고 있기 때문에 다른 선박의 접근을 쉽게 파악할 수 있지만, 소형선박은 이러한 장비가 구비되지 않아 항상 사고의 위험에 노출되어 있는 것이 현실이다.
이와 같이, 피아식별이 어려운 전투상황에서 적 소화기의 발사음으로부터 적군의 위치를 파악하여 대응한다면 화력의 집중효과를 얻을 수 있어 전투력을 향상시킬 수 있으며, 소형선박의 경우에 다른 선박의 기적음을 이용한 위치추정 시스템이 장착되면 선박충돌사고를 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 종래에는 7개의 마이크로폰을 이용한 위치추정 시스템 또는 4개의 마이크로폰을 이용한 위치추정 시스템이 개발되어 총소리의 위치를 추정하는 기술이 개발되고 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 위치추정 시스템은 부피가 크고 무겁기 때문에 휴대가 용이하지 않다는 단점이 있다. 특히 우리나라와 같이 산악지대가 많은 지형에서는 휴대성의 곤란으로 인하여 실전에서 사용하기에는 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 2~3개의 마이크로폰을 사용하여 적 소화기의 발사음 또는 선박의 기적음을 수신하여 음원의 방위각 또는 위치를 추정할 수 있으며, 군사작전 중에 차량을 이용하지 않더라도 개인이 휴대하기 용이하고 조립이 용이한 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 2개의 마이크로폰(130, 140)이 일정 간격으로 프레임(110)에 고정되어 있는 수신부(100);와 상기 수신부(100)에 연결되어 상기 마이크로폰(130, 140)으로부터 수신된 데이터를 이용하여 음원의 위치를 산출하는 연산부(200);와 상기 연산부(200)에 의하여 산출된 음원의 위치를 표시하는 디스플레이부(300); 및 상기 연산부(200) 및 디스플레이부(300)와 연결되어 상기 연산부(200)에 의하여 산출된 자료에 기초하여 상기 디스플레이부(300)를 조절하는 제어부(500);로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정시스템에 의하면, 첫째, 경계근무시 또는 피아식별이 불가능한 상황에서 적 소화기의 발사음 등을 이용하여 적군의 방향을 표시해 줌으로써 전투에서 우위를 점할 수 있는 효과가 있고, 둘째, 2~3개의 마이크로폰을 이용하여 음원의 위치를 파악할 수 있으므로 장비를 경량화할 수 있어 개인이 휴대하거나 개인용 전투장비 또는 소형선박에 장착하기 용이하다는 장점이 있으며, 셋째, 음원의 위치를 시각적으로 표시해 줌으로 전문적인 지식이나 기술이 없이도 쉽게 사용할 수 있으며, 지형데이터를 이용하여 방위각 내에서도 음원 위치의 우선순위를 산정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치 추정시스템의 계략적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 마이크로폰의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 도 1에 도시된 디스플레이부를 나타내는 도면.
도 4는 음원의 위치가 다수개인 경우에 디스플레이부에 음원의 방향을 표시하는 일례를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정시스템이 소총에 장착된 상태를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정시스템이 헬멧에 장착된 상태를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정 방법을 나타내는 도면.
도 9는 3개의 마이크로폰이 수평으로 놓인 음원의 방향을 나타내는 그래프.
도 10은 3개의 마이크로폰이 수직으로 놓인 경우에 음원의 방향을 나타내는 그래프.
도 11은 3개의 마이크로폰이 수직으로 놓인 경우에 음원의 방향을 3차원으로 나타내는 도면.
도 12는 2개의 마이크로폰을 이용하여 센서의 전방 1m 이상에 있는 음원을 측정한 결과를 나타내는 그래프.
도 13은 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치 추정 장치와 이를 이용한 위치추정 방법을 이용하여 접근하는 배의 위치를 측정하는 상태를 보여주는 도면.
도 14는 지형데이터를 이용하여 음원의 위치를 보여주는 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치 추정시스템의 계략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 마이크로폰의 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 디스플레이부의 일예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치 추정 시스템은, 2개 또는 3개의 마이크로폰과 상기 마이크로폰을 고정하는 프레임으로 구성되는 수신부(100)와; 상기 수신부(100)와 전기적으로 연결되어 상기 마이크로폰으로부터 수집된 데이터를 이용하여 음원의 위치를 산출하는 연산부(200)와; 상기 연산부(200)에 의하여 산출된 음원의 위치를 표시하는 디스플레이부(300)와; 상기 음원 방향을 촬영하는 카메라부(400); 및 상기 연산부(200), 상기 디스플레이부(300) 및 상기 카메라부(400)와 연결되어 상기 연산부(200)에 의하여 산출된 자료에 기초하여 상기 디스플레이부(300)와 상기 카메라부(400)를 조절하는 제어부(500)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 2를 참조하면, 수신부(100)는 프레임(110)과 상기 프레임(110)의 양단과 중앙에 각각 하나씩 구비되는 3개의 마이크로폰(130, 140, 150)으로 구성된다. 이때 프레임(110)의 어느 한 부분에는 조절부(170)가 구비되어 상기 프레임(110)의 일단에 고정된 마이크로폰(130)의 위치를 다른 마이크로폰(140, 150)에 대하여 수직방향, 수평방향 또는 상부 중앙에 위치하도록 변경할 수 있다. 조절부(170)는 힌지결합 등과 같이 통상적인 회동가능한 결합구조로서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 프레임(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 길이방향으로 연장되어 있는 형상을 기본으로 하되, 프레임(110)의 구체적인 형상은 설치상태 및 장소에 따라 변형되어 사용될 수 있음은 물론이다.
이때, 마이크로폰은 필요에 따라서는 프레임의 양단에 각각 하나씩 두 개(130, 140)가 구비될 수 있다(도 5 참조).
마이크로폰의 개수가 두 개인 경우에는 음원의 좌우방향만 측정할 수 있으며, 마이크로폰의 개수가 세 개인 경우에는 음원의 좌우방향 및 상하방향을 동시에 측정할 수 있다. 마이크로폰의 개수에 따른 음원의 방위각 측정방법에 관하여는 후술하여 상세하게 설명한다.
연산부(200)는 마이크로폰(130, 140, 150)으로부터 수신된 데이터를 이용하여 음원의 방위각 및 위치를 산출하는 것으로, 연산부(200)에서 음원의 방위각 및 위치를 산출하는 방법에 관하여는 후술하여 설명하기로 한다.
디스플레이부(300)는 연산부(200)에 의하여 산출된 데이터를 기초로 음원의 방향을 표시하는 장치이다. 디스플레이부(300)는 LED 또는 LCD 등의 다양한 공지의 디스플레이장치가 사용될 수 있다. 또한 디스플레이부(300)에 음원의 방향을 표시하는 방법은 음원의 각도를 표시하는 방법, 음원의 방향을 시계방향을 나타내는 숫자로 표시하는 방법 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 음원의 방향을 미세표시수단을 이용하여 표시하는 방법을 사용한다.
다만, 도 3 및 도 4에 도시된 디스플레이부(300)는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 것으로, 이에 한정되는 것은 아니며 후술하여 설명할 지형데이터를 이용하는 경우 또는 그래프를 나타내는 경우에는 영상 또는 이미지를 표현할 수 있는 다양한 공지의 디스플레이장치가 사용될 수 있다.
도 3 을 참조하면, 미세표시수단을 이용하여 음원의 방향을 표시하는 경우에, 디스플레이부(300)는 다수개의 영역으로 나뉘어 구분되며, 각 영역은 군에서 일반적으로 방향을 지시할 때 사용하는 시계방향을 나타낸다.
즉, 제1 영역(310)은 12시 방향을, 제2 영역(320)은 1시 방향, 제3 영역(330)은 11시 방향, 제4 영역(340)은 2시 방향, 제5 영역(350)은 10시 방향 등을 나타낸다. 이때, 디스플레이부(300)의 영역은 필요에 따라 더욱 세분화하여 나눌 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예로 방향을 지시하는 디스플레이부(300)의 각 영역은 양단으로 갈수록 크게 하며, 본 발명의 더욱 바람직한 실시예로 상기 디스플레이부(300)는 사용자의 시선이 위치하는 방향으로 오목하게 라운드 지도록 한다.
통상적으로 디스플레이장치는 비스듬한 각도에서 바라볼수록 흐리게 보이게 된다. 따라서 시선으로부터 멀리 떨어져 있는 영역을 넓게 하거나 디스플레이부의 형상을 시선이 위치하는 방향으로 오목하게 라운드 지도록 하면 시각적으로 더욱 용이하게 인식할 수 있다.
상기와 같이 구성된 미세표시수단은 연산부(200)에서 산출된 음원의 위치를 시각적으로 표시하여 사용자가 쉽게 알 수 있도록 한다. 즉, 음원의 위치가 12시 방향인 경우에는 제1 영역(310)이 온(ON)되고 나머지 영역은 오프(OFF)되며, 음원의 위치가 2시 방향인 경우에는 제4 영역(340)이 온(ON)되고 나머지 영역은 오프(OFF)되는 방식으로 표현된다. 이 외에도 음원이 위치하는 방향과 그 외의 방향을 서로 구분되도록 표시하는 다양한 방식으로 표현될 수 있다.
도 4는 음원의 위치가 다수 개인 경우에 디스플레이부에 음원의 방향을 표시하는 일례를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 1차 음원, 2차 음원 및 3차 음원이 있는 경우에 디스플레이부(300)는 각 방향을 서로 다른 방법으로 표시한다. 예를 들어, 1차 음원은 빨간색, 2차 음원은 파란색, 3차 음원은 노란색으로 각각 표시하거나, 각 방향을 동일한 색으로 표시하면서 1차 음원의 방향을 나타내는 영역에는 1을 표시하고, 2차 음원의 방향을 나타내는 영역에는 2를 표시하며, 3차 음원의 방향을 나타내는 영역에는 3을 표시하는 방법이 사용될 수 있다.
카메라부(400)는 연산부(200)에 의하여 음원의 방향이 산출된 경우에 음원의 방향으로 회전하여 그 영역을 감시할 수 있도록 한다. 카메라부(400)는 필요에 따라 생략될 수 있는데, 카메라부가 구비된 실시예에 관하여는 후술하여 설명하기로 한다.
제어부(500)는 연산부(200)에 의하여 추출된 데이터를 이용하여 디스플레이부(300)가 방향정보를 표시할 수 있도록 제어하거나 후술하여 설명할 카메라부(400)를 제어한다.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정시스템이 소총에 장착된 상태를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정시스템이 헬멧에 장착된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정시스템은 소총(50)의 총열(51) 상단에 횡방향으로 프레임(110)을 고정하여 설치되고, 상기 프레임(110)의 양단에는 각각 마이크로폰(130, 140)이 설치되어 있으며, 상기 프레임(110)의 중앙부에는 디스플레이부(300)가 구비된다.
마이크로폰(130, 140)은 도 5에 도시된 바와 같이 프레임(110)의 양단에 하나씩 두 개가 구비될 수도 있으며, 필요에 따라서는 도 2에 도시된 바와 같은 방식으로 세 개가 구비될 수도 있음은 물론이다.
프레임(110)은 총열의 상단에 탈부착할 수 있도록 고정수단(미도시)에 의하여 고정된다. 이때 상기 고정수단은 총열의 상단에 레일을 형성하고, 프레임(110)에는 상기 레일에 결합될 수 있는 형상의 결합부가 구비되어 전장에서 신속하게 탈부착할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정시스템은 전투용 헬멧(70)에 장착되어 사용될 수도 있다.
전투용 헬멧(70)에 본 발명에 따른 위치추정시스템을 장착하는 경우에 전방에 두 개의 마이크로폰(130, 140)이 프레임(110)에 의하여 설치되고, 상기 마이크로폰(130, 140)의 중앙부분으로서 시선이 닿기 용이한 부분에는 디스플레이부(300)가 구비된다. 프레임(110)은 고정수단에 의하여 전투용 헬멧(70)에 고정된다.
또한, 필요에 따라서는 전투용 헬멧(70)의 상부에도 탈부착이 가능한 마이크로폰(150)을 장착할 수 있다. 마이크로폰의 개수가 세 개인 경우에는 전술하여 설명한 바와 같이 음원의 상하위치를 탐지할 수 있다.
한편, 소총이나 헬멧 등에 장착되는 경우에는 휴대성을 고려하여 디스플레이부(300)를 전술하여 설명한 미세표시수단으로 하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정시스템은 프레임의 양단에 두 개의 마이크로폰(130, 140)이 구비되고, 프레임(110)의 중앙부에는 카메라부(400)가 구비된다.
카메라부(400)는 제어부(500)와 전기적으로 연결되어 상기 제어부(500)의 조절에 의하여 상하좌우방향으로 회동될 수 있도록 구비된다. 제어부(500)는 연산부(200)에 의하여 음원의 방향이 결정되면 카메라부(400)를 음원의 방향으로 회전시켜 감시할 수 있도록 한다.
이때, 본 발명의 또 다른 실시예에서 마이크로폰은 도 7에 도시된 바와 같이 두 개가 구비될 수도 있으나 바람직하게는 세 개가 구비되어 음원의 위치를 더욱 정확하게 측정하여 카메라부(400)가 음원의 방향으로 정확하게 조준 되도록 한다.
최근에는 감시용 로봇에 관한 연구가 활발하게 진행중이며, 국방부와 정보통신부의 발표에 따르면 2012년 이후에는 최전방 근무를 로봇으로 대체한다고 한다. 따라서 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치 추정 시스템은 이러한 무인 감시로봇 등에 장착되어 사용될 수 있다.
카메라부(400)에 의하여 촬영된 영상은 유무선 통신에 의하여 관제실에 있는 디스플레이부를 통하여 볼 수 있으며, 이 경우에는 유무선 송신부가 더 구비될 필요가 있다.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정 방법을 나타내는 도면이고, 도 9는 3개의 마이크로폰이 수평으로 놓인 경우에 음원의 방향을 나타내는 그래프이고, 도 10은 3개의 마이크로폰이 수직으로 놓인 경우에 음원의 방향을 나타내는 그래프이고, 도 11은 3개의 마이크로폰이 수직으로 놓인 경우에 음원의 방향을 3차원으로 나타내는 도면이고, 도 12는 2개의 마이크로폰을 이용하여 센서의 전방 1m 이상에 있는 음원을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정 방법은, 수신부(100)로부터 데이터를 수집하는 단계(S10)와, 상기 수신부(100)로부터 수집된 데이터를 필터링하는 단계(S20)와, 상기 필터링된 데이터의 시간차를 구하는 단계(S30)와, 상기 시간차를 이용하여 쌍곡선 방정식을 정의하는 단계(S40)와, 상기 정의된 쌍곡선 방정식의 점근선을 이용하여 방위각을 설정하는 단계(S50) 및 상기 설정된 방위각을 디스플레이장치에 표시하는 단계(S60)로 구성된다.
수신부(100)로부터 데이터를 수집하는 단계(S10)는 마이크로폰(130, 140, 150)으로부터 전기적 신호를 받는 것이며, 수신부(100)로부터 수집된 데이터를 필터링하는 단계(S20)는 수집된 데이터에서 노이즈를 제거하는 단계로서 대역필터를 이용하여 원하는 신호만을 추려내는 것이다. 대역필터를 이용하여 노이즈를 제거하는 것은 공지의 기술로서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
필터링된 데이터의 시간차를 구하는 단계(S30)는 공지의 다양한 방법이 사용될 수 있는데, 본 발명에서는 교차상관관계(Cross-Correlation)를 사용하여 전기신호간의 도달시간(
Figure 112010008132256-pat00001
)를 비교함으로써 수학식 1과 같이 구할 수 있다.
Figure 112010008132256-pat00002
시간차를 이용하여 쌍곡선 방정식을 정의하는 단계(S40)는 상기 시간차로부터 음원이 위치할 수 있는 쌍곡선의 자취 또는 점근선을 연산하는 것으로, 시간차로부터 거리차(시간차*음속, K)를 구하고, 두 마이크포폰과 중심사이의 거리(쌍곡선에서 초점거리, c)와 거리차(K)로부터 쌍곡선의 방정식을 수학식 2와 같이 구한다.
Figure 112010008132256-pat00003
Figure 112010008132256-pat00004
Figure 112010008132256-pat00005

위와 같이 구해진 쌍곡선의 방정식으로부터 점근선 방정식은 아래의 수학식 3과 같이 구한다.
Figure 112010008132256-pat00006
여기서, 방위각을 설정하는 단계(S50)는 두 마이크로폰 중 어느 하나의 마이크로폰의 위치에 가까운 그래프의 기울기와 음양에 의하여 결정된다. 하지만, 3개의 마이크로폰을 이용하여 점근선 방정식을 이용할 경우에는 2개의 점근선의 교점을 이용하여 실제 음원의 위치를 구하게 된다.
도 9를 참조하면, 3개의 마이크로폰을 수평으로 놓은 상태에서 음원의 위치를 측정하면 마이크로폰(130)과 마이크로폰(140) 사이에서는 마이크로폰(140)에 근접한 곡선(S1)이 그려지고, 마이크로폰(140)과 마이크로폰(150) 사이에는 마이크로폰(140)에 근접한 곡선(S2)가 그려진다. 여기서 음원의 위치는 X1 또는 X2 중 어느 하나가 될 것이다.
일반적으로 측정장치의 위치에 따라 음원의 위치는 X1 또는 X2 중 어느 위치에 있는지를 쉽게 알 수 있다. 예를 들어 본 발명에 따른 음원 측정장치를 이용하여 지면에서 측정하는 경우에는 X1이 될 것이고, 높은 건물에서 측정하는 경우에는 X2가 될 가능성이 크다. 이는 측정자의 청각을 이용하여도 쉽게 예측할 수 있을 것이다.
도 10을 참조하면, 3개의 마이크로폰을 수직방향으로 놓은 상태에서 음원의 위치를 측정하면, 마이크로폰(130)과 마이크로폰(140) 사이에는 곡선(S1)이 그려지고, 마이크로폰(140)과 마이크로폰(150) 사이에서는 곡선(S2)가 그려지며, 음원의 위치는 양 곡선의 교점인 X점이 된다. 다만, 도 10은 음원과 마이크로폰(130 및 140)이 서로 평행한 상태인 경우를 나타내는 것으로 마이크로폰(130 및 140)이 평행하게 놓여있지 않은 경우에는 실제 음원의 위치는 양 곡선의 교점인 X점과 다른 위치가 될 수 있다. 이러한 경우에는 측정자가 음원의 위치를 청각을 이용하여 대략 예측한 다음 마이크로폰(130 및 140)이 음원의 위치와 수평이 되도록 위치하여 측정하거나 도 11과 같이 3차원 그래프를 이용하여 실제 음원의 위치를 측정함으로써 오차범위를 최소화할 수 있다.
도 11을 참조하면, 음원의 위치는 2개의 3차원 곡선이 교차하는 곡선 중의 어느 한 점에 위치하게 되는데, 이러한 경우에는 전술한 방법과 같이 음원의 위치와 마이크로폰의 위치를 수평이 되도록 하거나 후술하여 설명할 지형데이터를 적용하여 음원의 위치를 측정할 수 있다.
도 12를 참조하면, 센서의 전방 1m 이상의 거리에서는 궤적이 선형적으로 나타남을 알 수 있다. 따라서 2개의 마이크로폰을 이용하여 실질적으로 쌍곡선의 점근선을 소화기 발사음의 방위각으로 선정하여 사용하여도 소화기 발사음의 방위각을 정확하게 선정할 수 있다. 즉, 쌍곡선의 교점으로 구하는 것과 점근선의 교점으로 구하는 것은 그 결과에 있어서 큰 차이가 없다.
도 13은 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치 추정 장치와 이를 이용한 위치추정 방법을 이용하여 접근하는 배의 위치를 측정하는 상태를 보여주는 도면이다.
도 13을 참조하면, 고가의 레이더를 탑재하기 어려운 소형선박에 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치 추정장치를 구비하여 다른 배의 기적소리를 측정하여 접근하는 선박의 위치를 측정할 수 있다.
도 14는 지형데이터를 이용하여 음원의 위치를 보여주는 도면이다.
도 14를 참조하면, 지형데이터를 이용하여 측정된 그래프를 조합하면 음원의 쌍곡선과 지형이 교차하는 곳에 음원이 있음을 알 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에서는 지형데이터를 저장하는 저장장치(미도시)와 현재의 위치를 측정하는 GPS수신기(미도시)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
저장장치에는 지형데이터가 저장되어 있다. 저장장치와 GPS수신장치는 제어부(500)와 전기적으로 연결되어 있다.
제어부(500)는 GPS수신장치를 통하여 현재의 위치를 특정하고, 현재 위치의 지형데이터를 저장장치로부터 불러와서 음원의 위치를 측정한 쌍곡선을 조합함으로써 음원의 위치를 더욱 정확하게 측정할 수 있다. 이와 같이 산출된 음원의 위치는 지형데이터와 결합되어 디스플레이부(300)에 표시된다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 수신부 110: 프레임
130, 140, 150: 마이크로폰
170: 조절부 200: 연산부
300: 디스플레이부 400: 카메라부
500: 제어부

Claims (8)

  1. 2개의 마이크로폰(130, 140)이 일정 간격으로 프레임(110)에 고정되어 있는 수신부(100);와
    상기 수신부(100)에 연결되어 상기 마이크로폰(130, 140)으로부터 수신된 데이터를 이용하여 음원의 위치를 산출하는 연산부(200);와
    상기 연산부(200)에 의하여 산출된 음원의 위치를 표시하는 디스플레이부(300); 및
    상기 연산부(200) 및 디스플레이부(300)와 연결되어 상기 연산부(200)에 의하여 산출된 자료에 기초하여 상기 디스플레이부(300)를 조절하는 제어부(500);
    를 포함하여 구성되되,
    상기 수신부(100)는,
    3개의 마이크로폰(130, 140, 150)이 일정한 간격으로 프레임(110)에 고정되고,
    상기 프레임(110)에는 조절부(170)가 구비되어, 상기 프레임(110)의 일단에 고정되어 있는 마이크로폰(130)의 위치를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이부(300)는, 다수개의 영역으로 구분되는 미세표시수단으로 구성되어 음원의 위치에 해당하는 영역을 시각적으로 구분되도록 표시하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임(110)은, 고정수단에 의하여 총열의 상단 또는 전투용 헬멧의 전방에 고정되는 것을 특징으로 하는 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(500)와 전기적으로 연결되어 상기 제어부(500)의 조절에 의하여 상하 및 좌우방향으로 회동되는 카메라부(400)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정 장치에는,
    지형데이터가 저장되어 있는 저장장치와 현재의 위치를 측정하는 GPS수신기가 더 구비되며, 상기 저장장치와 상기 GPS수신기는 상기 제어부(500)와 전기적으로 연결되어 측정된 음원의 위치를 지형데이터와 결합하여 표시하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰을 이용한 음원의 방위각 및 위치추정 장치.
  8. 삭제
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KR20030046727A (ko) * 2001-12-06 2003-06-18 박규식 서브밴드 씨피에스피 알고리듬을 이용한 음원위치추정방법및 그 시스템
KR20090017208A (ko) * 2007-08-14 2009-02-18 엘지전자 주식회사 음원 위치 추적 방법 및 장치

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