KR101206822B1

KR101206822B1 - 보안감지장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR101206822B1
Application number: KR1020110106271A
Authority: KR
Inventors: 김용현; 이노복
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2012-11-30

Abstract

외부에서 사람이 칩입할 시에 사람의 발자국은 사람이 걸을 때 걸음자세에 나타나는 독특한 특징인 주기성(cadence)과 heel?to?toe 동작을 찾음으로써 구분할 수 있다. 사람을 진동으로 정확하게 탐지할 수 있는 알고리즘이 존재하지만 이를 적용하는 것은 여러 가지 어려운 점이 있다. 좀 더 효율적이고 전력소비량과 메모리 능력이 적은 알고리즘의 필요성이 증가하고 있지만 기존의 알고리즘은 이러한 요구사항을 충족하지 못한 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 센서의 감지영역을 기준으로 운용 상태를 세가지로 구분하여 각 운용 상태에 적합한 센서와 처리기를 선택할 수 있는 제어장치와 각 운용 상태 수준에 맞는 알고리즘을 달리 적용하여 표적탐지의 오경보율을 최소화하고 센서의 전력소비를 최소화시키는 방법을 제공한다.

Description

보안감지장치 및 그 방법{DETECTION APPARUTUS FOR GUARD AND THE METHOD}

본 발명은 외부에서 침입자가 감지영역에 접근할 때 그 감지영역을 세가지로 구분하여, 각 운영상태에 적합한 보안감지장치를 동작시키는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

외부에서 사람이 칩입할 시에 사람의 발자국은 사람이 걸을 때 걸음자세에 나타나는 독특한 특징인 주기성(cadence)과 heel?to?toe 동작을 찾음으로써 구분할 수 있다. 사람을 진동으로 정확하게 탐지할 수 있는 알고리즘이 존재하지만 이를 적용하는 것은 여러 가지 어려운 점이 있다. 좀 더 효율적이고 전력소비량과 메모리 능력이 적은 알고리즘의 필요성이 증가하고 있지만 기존의 알고리즘은 이러한 요구사항을 충족하지 못한 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 센서의 감지영역을 기준으로 운용 상태를 세가지로 구분하여 각 운용 상태에 적합한 센서와 처리기를 선택할 수 있는 제어장치와 각 운용 상태 수준에 맞는 알고리즘을 달리 적용하여 표적탐지의 오경보율을 최소화하고 센서의 전력소비를 최소화시키는 방법을 제공하는데 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 보안감지장치는,

전(前)감지단계,감지단계,후(後)감지단계의 감지영역을 포함하는 감지영역을 감지하는 보안감지장치로서, 상기 전감지단계,감지단계,후감지단계의 영역에서 침입자를 탐지하는 복수의 센서, 상기 센서의 신호를 증폭하는 복수의 증폭기, 상기 복수의 증폭기로부터 들어 오는 신호를 스위칭하는 스위치, 상기 스위치에서 들어오는 신호를 분배하는 분배기,상기 분배기로부터 들어오는 아나로그 신호를 디지털 신호로 바꾸어 주는 복수의 AD변환기, 상기 스위치 및 상기 분배기를 제어하고, 상기 복수의 AD변환기의 하나로부터 들어오는 신호를 수신하여 신호처리 알고리즘을 수행하는 주제어처리기(MCU), 상기 복수의 AD변환기의 다른 하나로부터 들어오는 신호를 수신하여 신호처리 하는 신호전용처리기(DSP)를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 주제어처리기의 신호처리 알고리즘은, 전감지단계의 감시경계,감지단계의 표적탐지 및 표적추적에 대한 알고리즘인 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은,상기 감시경계,상기 표적탐지 및 상기 표적추적 알고리즘은 저전력 MCU에서수행되는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은,상기 신호전용처리기의 신호처리는, 감지단계의 표적식별에 대한 알고리즘을 수행하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은,상기 표적식별 알고리즘은 정밀신호처리가 가능한 DSP 칩에서 수행되는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은,상기 주제어처리기에 의해 상기 스위치 및 상기 분배기를 제어하는 것에 의해 상기 전감지단계,감지단계,후감지단계의 운영상태에 따라서 상응하는 신호처리 알고리즘이 구동되는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은,상기 복수의 센서 중 전감지단계에서는 전력소비가 적고 탐지거리가 먼 센서를 구동하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은,상기 전력소비가 적고 탐지거리가 먼 센서는 진동센서 또는 PIR 센서인 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은,상기 복수의 센서 중 감지단계에서는 표적 식별이 가능한 센서를 구동하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은,상기 표적 식별이 가능한 센서는 진동센서,음향센서,UWB 센서인 것이다.

본 발명에 따른 보안감지방법은, 전감지단계,감지단계,후감지단계의 감지영역을 포함하는 감지영역을 감지하는 보안감지방법으로서, (a) 침입자의 접근으로 전감지단계의 센서가 구동하고 이 입력신호(A(n)) 가 주제어처리기에 전달되고 감시경계 알고리즘이 수행되는 감시경계단계; (b) 상기 입력신호가 지정한 임계값(T_h)보다 큰지 여부를 판단하여 상기 입력신호(A(n))가 임계값(T_h) 보다 크면 다음 단계로 이동하고 작으면 (a)단계로 이동하는 입력신호 판단단계; (c) 표적탐지(칩입자의 칩입여부) 알고리즘을 수행하는 표적탐지단계; (d) 상기 표적탐지 알고리즘 수행결과 칩입자가 칩입한 것으로 판단되면 다음 단계로 이동하고 칩입한 것이 아니면 (a)단계로 이동하는 표적여부 판단단계; (e) 상기 표적여부의 판단결과인 탐지정보를 센서와 연결된 다른 서버(C2 서버)로 전송하는 탐지정보전송단계; (f) 상기 표적식별 알고리즘 구동으로 표적식별(사람 또는 차량)를 하는 단계; (g) 상기 식별결과인 식별정보를 상기 C2 서버로 전송하는 식별정보전송단계; (h) 상기 식별정보 전송 후에 표적추적알고리즘으로 전환하여 칩입자가 탐지영역 내에 있는가를 추적하는 표적추적단계; (i) 표적추적알고리즘 수행에서 이전신호와 입력신호의 상관도를 계산하여 상관도가 상관도가 임계값보다 크면 (h)단계로 이동하고, 작으면 다음 단계로 이동하는 상관도 판단단계;와 (j) 추적해제메세지를 상기 C2 서버로 전송하고 , 전송 후에는 (a)단계로 이동하는 추적해제전송단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 센서가 탐지한 표적에 대한 탐지정보((e)단계),식별정보((g)단계),추적해제메시지((j)단계)만을 C2 서버로 전송하고 C2 서버에서는 동일 센서로부터 수신되는 데이터를 관리함으로서 센서의 송신 데이터량을 줄이는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 센서의 감지영역을 기준으로 운용 상태를 세가지로 구분하여 각 운용 상태에 적합한 센서와 처리기를 선택할 수 있는 제어장치와 각 운용 상태 수준에 맞는 알고리즘을 달리 적용하여 표적탐지의 오경보율을 최소화하여 정확도를 높이고, 센서의 소비전력을 최소화시키며,운용시간을 늘릴수 있고,무인 감시경계분야에 활용이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 센서의 운용 상태이다.
도 2는 본 발명에 따른 센서 내 센서 제어장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 운용 상태별 센서노드에서 구동되는 신호처리 알고리즘의 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 센서노드에서 구동되는 신호처리 알고리즘의 동작 순서를 나타낸 플로우차트이다.

이하,첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서의 운용 상태를 나타낸 것이다. 센서의 전력소비를 최소화시키기 위해 센서의 운용 상태는 센서노드의 감지영역을 기준으로 전감지(Pre-Detection)단계, 감지(Detection)단계, 후감지(Post-Detection) 단계로 구분한다. 전감지단계는 침입자가 센서 탐지범위 내에 들어오기 전으로 표적을 탐지하기 이전 단계이며, 감지단계는 침입자가 센서 탐지범위에 들어와서 센서가 침입자를 탐지하는 단계이고, 후감지단계는 침입자가 센서 탐지범위를 벗어나 침입자 탐지가 없는 단계이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서노드 내 센서 제어장치의 블록도이다. 본 발명은, 전감지단계, 감지단계, 후감지단계의 영역에서 침입자를 탐지하는 복수의 센서(100, 101), 상기 센서(100, 101)의 신호를 증폭하는 복수의 증폭기(AMP)(110, 111), 상기 복수의 증폭기(110, 111)로부터 들어오는 신호를 스위칭하는 스위치(120), 상기 스위치(120)에서 들어오는 신호를 분배하는 분배기(130), 상기 분배기(130)로부터 들어오는 아나로그 신호를 디지털 신호로 바꾸어 주는 복수의 AD변환기(140, 141), 상기 스위치(120) 및 상기 분배기(130)를 제어하고 상기 복수의 AD변환기(140, 141)의 하나로부터 들어오는 신호를 수신하여 신호처리 알고리즘을 수행하는 주제어처리기(MCU;Main Control Unit)(150), 상기 복수의 AD변환기(140, 141)의 다른 하나로부터 들어오는 신호를 수신하여 신호처리 하는 신호전용처리기(DSP;Digital Signal Processor)(160)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

도 2를 참조하면서 본 발명의 제어 장치의 운용 방법을 설명하면 다음과 같다.

주제어처리기(150)에 의해 상기 스위치(120) 및 상기 분배기(130)를 제어하는 것에 의해 상기 전감지단계, 감지단계, 후감지단계의 운영상태에 따라 적합한 센서의 신호를 상기 운영상태에 따라 수행되는 신호처리 알고리즘이 구동되는 처리기로 전달한다.

센서와 처리기 사이에 주제어처리기(MCU)(150)에 의해 제어가 가능한 스위치(120)와 분배기(130)를 두어서 운용 상태에 따라 적합한 센서의 신호를 역시 운용 상태에 따라 수행되는 신호처리 알고리즘이 구동되는 처리기로 전달한다. 전감지(Pre-Detection)단계에서는 전력소비가 적고 탐지거리가 먼 센서를 구동한다. 보통 진동센서나 PIR 센서가 여기에 속한다. 감지(Detection)단계에서는 표적식별이 가능한 센서를 구동한다. 보통 진동센서, 음향센서, UWB센서가 여기에 속한다. 후감지(Post-Detection)단계에서는 다시 전감지단계에서 사용한 센서로 전환한다.

도 2는 센서노드에 여러 개의 센서를 장착하여 운용 상태에 따라 적합한 센서를 선택하는 경우를 나타낸 것이다. 진동센서의 경우 진동센서 하나로 전감지단계, 감지단계, 후감지단계에 맞는 신호처리 알고리즘을 달리하여 수행할 수 있다.

도 3은 센서노드에서 구동되는 신호처리 알고리즘을 운용 상태에 따라 구분하여 나타낸 것이며, 수행되는 신호처리 알고리즘은 알고리즘의 복잡도에 따라 구동되는 처리기를 달리한다.

도 3에서와 같이 센서노드에서 구동되는 알고리즘은 센서노드 운용상태에서 따라 네 개로 구분한다. 전감지단계에서는 감시경계 알고리즘이 수행되며, 감지 단계에서는 표적탐지, 표적식별, 표적추적 알고리즘이 수행된다. 후감지단계는 전감지단계와 동일한 감시경계 알고리즘이 수행된다. 네 개의 알고리즘은 16bit 저전력 MCU와 신호처리 전용 DSP칩으로 나눠서 수행된다. 감시경계, 표적탐지, 표적추적 알고리즘은 MCU에서 수행되고, 표적식별 알고리즘은 DSP칩에서 수행된다.상기 MCU은 MSP430을 DSP 칩은 TMS320을 사용할 수 있다.

그러므로, 상기 주제어처리기(150)의 신호처리 알고리즘은, 전감지단계의 감시경계, 감지단계의 표적탐지 및 표적추적에 대한 알고리즘이며, 신호전용처리기(160)의 신호처리는, 감지단계의 표적식별에 대한 알고리즘을 수행하는 것이다.

감시경계는 배경잡음보다 큰 신호가 있는가를 모니터링 하는 것으로 구현이 간단한 Adaptive Threshold 알고리즘을 적용한다. 표적탐지는 감시경계에서 이벤트를 발생시키면 전환되어 수행되는 것으로 신호를 분석하여 탐지대상인지를 판단하는 것이다. 표적탐지에서는 MSP430과 같이 제한된 자원에서 오경보율이 낮아야 하는데 이를 위해 Envelope Analysis 알고리즘을 적용한다. 만약 이 단계에서 분석결과 탐지대상이 아니면 다시 감시경계로 전환한다. 표적식별은 표적종류를 정확히 식별하기 위한 것으로 정밀신호처리가 필요하다. 정밀신호처리를 위해서 신호처리 전용인 DSP칩을 사용한다. 정밀신호처리는 주파수 영역으로 신호를 바꿔 분석하는 Spectrum Analysis 알고리즘을 적용한다. 표적식별에서는 탐지대상에 따라 알고리즘이 변경될 수 있다. 탐지대상이 사람과 차량일 때와 사람과 동물일 때는 표적을 구분할 수 있는 특징이 다르기 때문이다. 표적 추적은 탐지영역에 있는 표적종류까지 식별된 상태에서 표적이 탐지영역 내에 있는가를 모니터링 하는 것이다. 따라서 이전에 수집한 신호와 새로 입력되는 신호를 비교할 수 있는 알고리즘인 Average energy Autocorrelation을 적용한다.

도 4는 본 발명의 센서에서 구동되는 신호처리 알고리즘의 동작 순서를 나타낸 것으로서 도 3과 연계하여 설명한다.

센서가 동작하면 센서의 제어장치는 전감지단계의 센서를 구동하고 이 입력신호(A(n))를 MCU로 전송하고, MCU에서는 입력되는 신호를 이용하여 감시경계 알고리즘을 수행한다. 입력되는 신호가 지정한 임계값(T_h)보다 크면 표적탐지 알고리즘으로 전환한다. 표적탐지 알고리즘을 통해 침입자가 침입한 것으로 판단되면 탐지정보를 C2서버로 전송하고 표적식별 알고리즘으로 전환한다. 표적식별 알고리즘은 DSP 칩에서 구동되는 것으로 정밀 신호처리를 수행한다. 식별된 결과도 C2서버로 전송한다. 침입자가 식별된 이후는 전력소비를 줄이기 위해 침입자가 탐지영역 내에 있는가를 모니터링하는 표적추적 알고리즘으로 전환한다. 표적추적 알고리즘에서는 이전신호와 입력되는 신호간의 상관도를 계산하는데 상관도가 임계값(T_h)보다 작으면 침입자가 센서의 탐지범위를 벗어난 것으로 판단하고 표적 추적 해제 메시지를 센서와 연결되어 있는 다른 서버인 C2서버(도면에 미표시)에 전송하고 다시 감시경계 알고리즘으로 전환한다.

침입자가 센서의 탐지범위에 들어와서 탐지범위를 벗어날 때까지 센서는 C2서버에 데이터를 세번 전송(탐지정보통보((e)단계),식별정보통보((g)단계),추적해제메시지통보((j)단계))한다. C2서버는 동일 센서로부터 수신되는 데이터를 연계시켜 관리함으로써 세 번의 수신데이터로 표적을 관리할 수 있다. 이는 센서의 통신 데이터량을 최소화시킴으로써 통신에서 발생하는 전력소비를 줄일 수 있다. 이상의 본 발명을 방법발명으로 정리하면 다음과 같다.

본 발명의 보안감지방법은, 전감지단계,감지단계,후감지단계의 감지영역을 포함하는 감지영역을 감지하는 보안감지방법으로서, (a) 침입자의 접근으로 전감지단계의 센서가 구동하고 이 입력신호(A(n)) 가 주제어처리기에 전달되고 감시경계 알고리즘이 수행되는 감시경계단계; (b) 상기 입력신호가 지정한 임계값(T_h)보다 큰지 여부를 판단하여 상기 입력신호(A(n))가 임계값(T_h) 보다 크면 다음 단계로 이동하고 작으면 (a)단계로 이동하는 입력신호 판단단계; (c) 표적탐지(칩입자의 칩입여부) 알고리즘을 수행하는 표적탐지단계; (d) 상기 표적탐지 알고리즘 수행결과 칩입자가 칩입한 것으로 판단되면 다음 단계로 이동하고 칩입한 것이 아니면 (a)단계로 이동하는 표적여부 판단단계; (e) 상기 표적여부의 판단결과인 탐지정보를 센서와 연결된 다른 서버(C2 서버)로 전송하는 탐지정보전송단계; (f) 상기 표적식별 알고리즘 구동으로 표적식별(사람 또는 차량)를 하는 단계; (g) 상기 식별결과인 식별정보를 상기 C2 서버로 전송하는 식별정보전송단계; (h) 상기 식별정보 전송 후에 표적추적알고리즘으로 전환하여 칩입자가 탐지영역 내에 있는가를 추적하는 표적추적단계; (i) 표적추적알고리즘 수행에서 이전신호와 입력신호의 상관도를 계산하여 상관도가 상관도가 임계값보다 크면 (h)단계로 이동하고, 작으면 다음 단계로 이동하는 상관도 판단단계;와 (j) 추적해제메세지를 상기 C2 서버로 전송하고, 전송 후에는 (a)단계로 이동하는 추적해제전송단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

100,101...센서 130..... 분배기
110,111...AMP 140,141...ADC(아나로그 디지털 컨버터)
120 ......스위치 150.......주제어처리기(MCU)
160......신호전용처리기(DSP)

Claims

전감지단계,감지단계,후감지단계의 감지영역을 포함하는 감지영역을 감지하는 보안감지장치로서,
상기 전감지단계, 감지단계, 후감지단계의 영역에서 침입자를 탐지하는 복수의 센서, 상기 센서의 신호를 증폭하는 복수의 증폭기, 상기 복수의 증폭기로부터 들어 오는 신호를 스위칭하는 스위치, 상기 스위치에서 들어오는 신호를 분배하는 분배기,상기 분배기로부터 들어오는 아나로그 신호를 디지털 신호로 바꾸어 주는 복수의 AD변환기, 상기 스위치 및 상기 분배기를 제어하고, 상기 복수의 AD변환기의 하나로부터 들어오는 신호를 수신하여 신호처리 알고리즘을 수행하는 주제어처리기(MCU), 상기 복수의 AD변환기의 다른 하나로부터 들어오는 신호를 수신하여 신호처리 하는 신호전용처리기(DSP)를 포함하는 보안감지장치.
제1항에 있어서,
상기 주제어처리기의 신호처리 알고리즘은, 전감지단계의 감시경계,감지단계의 표적탐지 및 표적추적에 대한 알고리즘인 것을 특징으로 하는 보안감지장치.
제2항에 있어서,
상기 감시경계,상기 표적탐지 및 상기 표적추적 알고리즘은 저전력 MCU에서수행되는 것을 특징으로 하는 보안감지장치.
제1항에 있어서,
상기 신호전용처리기의 신호처리는, 감지단계의 표적식별에 대한 알고리즘을 수행하는 것을 특징으로 하는 보안감지장치.
제4항에 있어서,
상기 표적식별 알고리즘은 정밀신호처리가 가능한 DSP 칩에서 수행되는 것을 특징으로 하는 보안감지장치.
제1항에 있어서,
상기 주제어처리기에 의해 상기 스위치 및 상기 분배기를 제어하는 것에 의해 상기 전감지단계,감지단계,후감지단계의 운영상태에 따라 센서의 신호를 상기 운영상태에 따라 수행되는 신호처리 알고리즘이 구동되는 처리기로 전달하는 것을 특징으로 하는 보안감지장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 센서 중 전감지단계에서는 전력소비가 적고 탐지거리가 먼 센서를 구동하는 것을 특징으로 하는 보안감지장치.
제7항에 있어서,
상기 전력소비가 적고 탐지거리가 먼 센서는 진동센서 또는 PIR 센서인 것을 특징으로 하는 보안감지장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 센서 중 감지단계에서는 표적 식별이 가능한 센서를 구동하는 것을 특징으로 하는 보안감지장치.
제9항에 있어서,
상기 표적 식별이 가능한 센서는 진동센서,음향센서,UWB 센서인 것을 특징으로 하는 보안감지장치.
전감지단계, 감지단계, 후감지단계의 감지영역을 포함하는 감지영역을 감지하는 보안감지방법으로서,
(a) 침입자의 접근으로 전감지단계의 센서가 구동하고 이 입력신호(A(n))가 주제어처리기에 전달되고 감시경계 알고리즘이 수행되는 감시경계단계;
(b) 상기 입력신호가 지정한 임계값(T_h)보다 큰지 여부를 판단하여 상기 입력신호(A(n))가 임계값(T_h) 보다 크면 다음 단계로 이동하고 작으면 (a)단계로 이동하는 입력신호 판단단계;
(c) 표적탐지(칩입자의 칩입여부) 알고리즘을 수행하는 표적탐지단계;
(d) 상기 표적탐지 알고리즘 수행결과 칩입자가 칩입한 것으로 판단되면 다음 단계로 이동하고 칩입한 것이 아니면 (a)단계로 이동하는 표적여부 판단단계;
(e) 상기 표적여부의 판단결과인 탐지정보를 센서와 연결된 다른 서버(C2 서버)로 전송하는 탐지정보전송단계;
(f) 표적식별 알고리즘 구동으로 표적식별(사람 또는 차량)를 하는 단계;
(g) 상기 식별결과인 식별정보를 상기 C2 서버로 전송하는 식별정보전송단계;
(h) 상기 식별정보 전송 후에 표적추적알고리즘으로 전환하여 칩입자가 탐지영역 내에 있는가를 추적하는 표적추적단계;
(i) 표적추적알고리즘 수행에서 이전신호와 입력신호의 상관도를 계산하여 상관도가 상관도가 임계값보다 크면 (h)단계로 이동하고, 작으면 다음 단계로 이동하는 상관도 판단단계;와
(j) 추적해제메세지를 상기 C2 서버로 전송하고 , 전송 후에는 (a)단계로 이동하는 추적해제전송단계;
를 포함하는 감지영역을 감지하는 보안감지방법.
제11항에 있어서,
상기 센서가 탐지한 표적에 대한 탐지정보((e)단계),식별정보((g)단계),추적해제메시지((j)단계)만을 C2 서버로 전송하고 C2 서버에서는 동일 센서로부터 수신되는 데이터를 관리함으로서 센서의 송신 데이터량을 줄이는 것을 특징으로 하는 보안감지방법.