KR101302060B1 - 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템 및 이를 이용한 표적 탐지 방법 - Google Patents

진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템 및 이를 이용한 표적 탐지 방법 Download PDF

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Abstract

진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템 및 이를 이용한 표적 탐지 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예들에 의하면, 표적 탐지 시스템이 운용되는 환경에 따라 변화하는 잡음 신호를 문턱값을 산출에 반영할 수 있고, 산출된 문턱값과 진동센서를 통해 검출된 진동신호의 주기적 특성을 이용하여 검출되는 표적 신호의 점유 시간을 지속적으로 감시하여서 최종 표적을 확정함으로써, 오경보율이 감소되고 표적 탐지의 신뢰성이 향상된다.

Description

진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템 및 이를 이용한 표적 탐지 방법{TARGET DETECTION SYSTEM USING A ACTIVE THRESHOLD VALUE BASED ON A VIBRATION SENSOR AND TARGET DETECTION METHOD THEREOF}
본 발명은 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템 및 이를 이용한 표적 탐지 방법에 관한 것이다.
일반적으로 표적 탐지 시스템은 표적을 탐지하기 위한 신호를 외부로 송신하고, 송신된 신호가 표적물을 맞고 반사된 신호를 수신하여 표적을 탐지한다. 이와 같이 표적을 탐지 및 식별하기 위한 표적 탐지 시스템에서, 탐지를 위한 센서로는 음향, 자기, 진동, 적외선 센서 등이 사용되어 왔다.
이중, 진동센서를 이용한 표적 탐지 시스템에서는 표적의 걸음걸이 신호와 잡음신호가 함께 측정된다. 이와 같이, 진동센서를 이용하여 감지된 신호에서 정확한 표적 신호를 검출하기 위해서는 걸음걸이 신호와 잡음신호의 확률 및 통계적 개념이 필요하다.
일반적으로, 걸음걸이 신호와 잡음 신호의 확률적 분포는 가우시안(Gaussian) 분포 특성을 따른다. 예를 들어, 상기 진동센서에 의해 수집된 진동신호에서 걸음걸이 신호의 주파수 특성은 약 10Hz~40Hz의 저주파 대역에 분포한다. 그에 따라, 표적 탐지 시스템이 운용되는 환경에서의 잡음 등에 따라 광범위한 주파수 대역의 오염된 신호가 걸음걸이 신호와 함께 측정된다.
또한, 상기 표적 탐지 시스템은 전처리 과정을 거친 신호의 세기가 소정의 문턱값(threshold)을 넘는가에 따라서 표적을 탐지하는데, 시스템이 운용되는 환경의 특성, 날씨 등이 변경됨에 따라 표적물과 관련 없는 잡음 신호의 세기가 증가하게 되는 경우 문턱값을 초과하게 되어 허위 표적 신호가 증가하는 문제가 있다.
이에, 본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 표적 탐지 시스템이 운용되는 환경에서의 잡음 특성에 따른 능동형 문턱값을 이용하여 표적 탐지의 신뢰도를 향상시키고, 탐지된 표적 신호를 주기적으로 감시하여 표적 상태의 위험을 단계적으로 알림으로써 오경보율을 감소시킨 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템 및 이를 이용한 표적 탐지 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템은, 표적의 움직임에 대응되는 진동 신호를 감지하는 진동 센서부와, 상기 진동 신호로부터 고주파 신호를 제거하고 원하는 주파수 신호를 검출하는 저역 통과 필터부와, 상기 검출된 주파수 신호의 주파수 변화량에 대응되는 포락선 신호를 검출하는 포락선 검출부와, 상기 포락선 신호에 대한 상기 진동 신호와 잡음 신호의 분포 특성을 추출하고, 추출된 분포 특성에 따라 기설정된 범위내의 오경보율을 만족하는 문턱값을 산출하는 문턱값 산출부와, 상기 산출된 문턱값을 초과하는 표적 신호를 탐지하고, 상기 표적 신호의 점유 시간을 모니터링한 결과 기설정된 임계치를 초과하면 표적을 확정하고 상기 지속시간에 대응하는 표적의 이동 상태를 표시하는 표적 탐지부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 문턱값 산출부는, 상기 포락선 신호에 대한 잡음 신호의 통계학적 분포 특성을 주기적으로 추출하는 잡음 신호 특성 추출부와, 상기 추출된 잡음 신호의 통계학적 분포 특성에 근거하여 최적의 커널 함수를 획득하고, 상기 문턱값을 산출하기 위하여 상기 획득된 커널 함수에 잡음평균값을 적용하는 커널 함수 적용부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 표적 탐지부는, 상기 표적 신호의 점유 시간이 제1 임계치와 제2 임계치 사이값이면 예비 경고를 수행하고 상기 표적 신호의 점유 시간이 제2임계치와 제3임계치 사이값이면 표적을 확정하고 경고를 수행한다. 여기서, 상기 제1 임계치, 상기 제2 임계치, 및 상기 제3 임계치는 서로 다른 값이고, 상기 제2 임계치는 상기 제1 임계치보다 크고 상기 제3 임계치보다 작은 값인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 기설정된 임계치는 상기 표적의 특성에 따라 변경되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 능동형 문턱값은 이하의 커널함수를 이용하여 주기적으로 산출될 수 있다.
VT = ax + b
여기서, VT는 능동형 문턱값이고, a, b는 포락선 신호에 대한 표적 신호와 잡음 신호의 통계학적 변화 특성을 나타내고, x는 잡음평균값을 나타낸다.
일 실시예에서, 상기 시스템은 상기 저역 통과 필터부와 상기 포락선 검출부 사이에 위치하여, 상기 저역 통과 필터부를 통과한 주파수 신호를 정류하는 정류하는 정류부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 목적을 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 방법은, 표적의 움직임에 대응되는 진동 신호를 감지하는 단계와, 상기 진동 신호로부터 고주파 신호를 제거하고 원하는 주파수 신호를 검출하는 단계와, 상기 검출된 주파수 신호의 주파수 변화량에 대응되는 포락선 신호를 검출하는 단계와, 상기 포락선 신호에 대한 상기 진동 신호와 잡음 신호의 분포 특성을 추출하고, 추출된 분포 특성에 따라 기설정된 범위내의 오경보율을 만족하는 문턱값을 산출하는 단계와, 상기 산출된 문턱값을 초과하는 표적 신호를 탐지하는 단계와, 상기 표적 신호의 점유 시간을 모니터링하고, 모니터링 결과 기설정된 임계치를 초과하면 표적을 확정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 표적을 확정하는 단계는, 상기 표적 신호의 점유 시간에 대응하는 표적의 이동 상태를 단계적으로 표시하는 단계를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템 및 이를 이용한 표적 탐지 방법에 의하면, 표적 탐지 시스템이 운용되는 환경에 따라 변화하는 잡음 신호를 반영하여 문턱값을 결정하고, 상기 결정된 문턱값과 진동신호의 주기적 특성을 이용하여 탐지된 표적신호의 점유 시간을 주기적으로 감시하여서 최종적으로 의미 있는 표적 신호를 확정함으로써, 오경보율을 최소화하고 표적 탐지의 신뢰성을 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템의 구성을 보인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 능동형 문턱값을 산출하기 위한 구성을 보인 블록도이다.
도 3은 고정형 문턱값을 이용한 표적 탐지 과정의 예를 보인 도면이다.
도 4는 잡음신호의 통계학적 분포 특성의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 과정을 보인 흐름도이다.
도 6은 도 5에서 능동형 문턱값의 산출과정과 표적 확정 과정의 일 예를 보인 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 진동 신호와 잡음 신호의 통계학적 분포 특성의 획득 예를 보인 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 사람의 뛰기 행동에 따른 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 과정의 예를 보인 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 표적 확정 단계의 예시를 보인 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 표적 탐지 결과를 보인 도면이다.
이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템 및 이를 이용한 표적 탐지 방법에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명을 설명하는데 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템 및 이를 이용한 표적 탐지 방법은, 진동 센서를 이용하여 표적의 움직임에 대응되는 진동 신호를 감지하고, 감지된 진동 신호로부터 고주파 신호를 제거하고 원하는 주파수 신호를 검출하고, 검출된 주파수 신호의 주파수 변화량에 대응되는 포락선 신호를 검출한다. 그런 다음, 포락선 신호에 대한 진동 신호와 잡음 신호의 분포 특성에 따라 기설정된 범위내의 오경보율을 만족하는 능동형 문턱값을 산출하고, 산출된 능동형 문턱값을 초과하는 표적 신호를 탐지하되, 상기 표적 신호의 점유 시간을 모니터링한 결과 기설정된 임계치를 초과하는 경우에 표적을 확정하고 상기 지속시간에 대응하는 표적의 이동 상태를 단계적으로 표시한다. 이에 의하여 표적 탐지의 오경보를 최소화하고 신뢰성을 보다 향상시킨다.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템의 구성을 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 표적 탐지 시스템은, 진동 센서부(10), 저역 통과 필터부(20), 포락선 검출부(40), 문턱값 산출부(50), 및 표적 탐지부(60)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 표적 탐지 시스템은 정류부(30)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 진동 센서부(10)는 표적의 움직임에 대응되는 진동 신호를 감지할 수 있다. 진동 센서부(10)에 의해 측정되는 주파수 대역은 예를 들어 10Hz 내지 40Hz 범위내일 수 있다.
상기 저역 통과 필터부(20)는 진동 센서부(10)를 통해 감지된 진동 신호로부터 고주파 신호를 제거하고 원하는 주파수 신호를 검출할 수 있다. 즉, 상기 저역 통과 필터부(20)는 감지된 진동 신호에서 의미 있는 신호를 검출하기 위한 필터이다.
상기 포락선 검출부(40)는 저역 통과 필터부(20)를 통과한 주파수 신호의 주파수 변화량에 대응되는 포락선 신호를 검출할 수 있다. 이와 같이, 포락선 검출부(40)를 통과하면 감지된 진동 신호에 포함된 잡음 신호가 가우시안 분포 특성에서 레일레이 분포 특성으로 변할 수 있다.
상기 정류부(30)는 상기 저역 통과 필터부(20)와 상기 포락선 검출부(40) 사이에 위치하고, 상기 저역 통과 필터부(20)를 통과한 주파수 신호를 정류하여 출력할 수 있다.
상기 문턱값 산출부(50)는 상기 포락선 검출부(40)에 의해 검출된 포락선 신호에 대한 진동 신호와 잡음 신호의 분포 특성을 추출할 수 있다. 또한, 상기 문턱값 산출부(50)는 추출된 진동 신호와 잡음 신호의 분포 특성에 따라 기설정된 범위내의 오경보율을 만족하는 문턱값을 산출할 수 있다.
여기서, 상기 잡음 신호의 분포 특성은 상기 표적 탐지 시스템이 운용되는 환경의 특성, 예를 들어 배경 잡음 등에 따라 변경될 수 있다. 또한, 상기 기설정된 범위의 오경보율은 예를 들어 약 15% 내외일 수 있다. 그러나, 추출된 잡음 신호의 크기에 비례하여 문턱값이 지나치게 증가하는 것을 방지하기 위해 상기 오경보율의 범위는 시스템이 운용되는 환경의 특성에 따라 능동적으로 변경될 수 있다.
이와 관련하여 도 4를 참조하면, 도 4는 잡음신호의 통계학적 분포 특성의 변화를 보여준다. 도 4에 도시된 바와 같이, 표적 탐지 시스템이 운용되는 환경의 지질, 토양, 조밀도 등의 지리적 특성과 습도, 날씨 등의 환경적 특성에 따라서 잡음 신호의 특성이 시간에 따라 변화함을 알 수 있다. 따라서, 이와 같은 특성들을 고려하지 않는 고정형 문턱값의 경우 표적 탐지 시스템의 성능 저하와 높은 오경보율을 발생시킬 수 있다.
한편, 도 2는 능동형 문턱값을 산출하기 위한 구성을 보여주고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 문턱값 산출부(200)는 잡음 신호 특성 추출부(210)와 커널 함수 적용부(220)를 포함할 수 있다.
여기에서, 잡음 신호 특성 추출부(210)는 포락선 검출부(40)를 통과한 포락선 신호에 대한 잡음 신호의 통계학적 분포 특성을 주기적으로 추출한다. 예를 들어, 사람의 걷기 행동, 뛰기 행동, 개의 이동 등에 따른 진동 신호의 포락선으로부터 잡음 신호와 표적 신호의 통계학적 분포 특성을 파악하기 위하여 실험을 통해 얻어지는 히스토그램을 이용할 수 있다.
커널 함수 적용부(220)는 추출된 잡음 신호의 통계학적 분포 특성에 근거하여 최적의 커널 함수를 획득할 수 있다.
또한, 상기 커널 함수 적용부(220)는 상기 획득된 커널 함수에 잡음평균값을 적용하여 능동형 문턱값을 산출한다. 이와 같이 잡음 변화에 따른 잡음평균값을 능동형 문턱값을 산출하는데 적용하면 표적 신호의 검출 성능이 향상시킬 수 있다. 상기 커널 함수 적용부(220)는 능동형 문턱값을 주기적으로 산출하고, 변경이 있으면 변경된 값을 반영한다.
커널 함수는 실험을 통해 다음과 같은 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112013023129690-pat00001
여기에서, 상기 VT는 능동형 문턱값을 나타내고, a, b는 포락선 신호에 대한 진동 신호와 잡음 신호의 분포 특성을 나타내고, x는 잡음평균값을 가리킨다.
또한, 상기 커널 함수 적용부(220)는 사용자 입력에 따라 2차 또는 3차와 같은 다차 함수를 능동형 문턱값을 산출하는데 사용할 수 있다. 또, 상기 커널 함수 적용부(220)는 포락선 신호에 대한 잡음 신호의 특성에 따라 커널 함수의 계수를 자동 계산하는 프로그램이 임베디드될 수 있다. 또, 상기 커널 함수 적용부(220)는 지속적으로 추출된 잡음 신호의 통계학적 분포 특성에 따라 최적의 커널 함수를 자동으로 생성할 수도 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 상기 표적 탐지부(60)는 상기 문턱값 산출부(50)에 의해 산출된 문턱값을 초과하는 표적 신호를 탐지할 수 있다. 또한, 상기 표적 탐지부(60)는 탐지된 표적 신호의 점유 시간을 모니터링하고, 모니터링 결과 기설정된 임계치를 초과하는 경우에 표적으로 확정할 수 있다.
상기 표적 탐지부(60)는 상기 표적 신호의 점유 시간에 대응되는 표적의 이동 상태를 단계적으로 표시할 수 있다.
여기에서, 상기 기설정된 임계치는 탐지된 신호를 잡음 신호가 아닌 표적 신호로 판단하기 위해 문턱값을 초과하는 신호의 최소 탐지 지속 시간을 가리킨다. 잡음 신호가 표적 신호로 잘못 탐지되지 않기 위한 것으로 상기 기설정된 임계치는 표적의 특성에 따라 변경될 수 있다.
또한, 상기 표적 탐지부(60)는 상기 표적 신호의 점유 시간이 제1 임계치와 제2 임계치 사이값이면 예비 경고를 수행할 수 있고, 상기 표적 신호의 점유 시간이 제2임계치와 제3임계치 사이값이면 표적을 확정하고 경고를 수행할 수 있다.
여기서, 상기 제1 임계치, 상기 제2 임계치, 및 상기 제3 임계치는 서로 다른 값이고, 상기 제2 임계치는 상기 제1 임계치보다 크고 상기 제3 임계치보다 작은 값이다.
또한, 점유 시간에 대응되는 표적의 이동 상태는 단계적으로 표시될 수 있다. 예를 들어, 탐지된 표적 신호의 점유 시간이 제1값(제1임계치)을 초과하면 상기 표적 탐지부(60)는 상기 표적이 '준비' 에 대응되는 이동 상태임을 나타내는 제1단계 경고 표시를 할 수 있다. 또, 탐지된 표적 신호의 점유 시간이 제1값을 넘는 제2값(제2임계치)을 초과하면 상기 표적 탐지부(60)는 표적이 '경고' 또는 '위험'에 대응되는 이동 상태임을 나타내는 제2단계 경고 표시를 할 수 있다.
이와 같이, 표적 탐지 시스템이 운용되는 환경에 따른 잡음 신호의 분포 특성에 따라 능동형 문턱값을 산출하고, 산출된 문턱값을 이용하여 탐지되는 표적 신호의 점유 시간을 지속적으로 감시하여 최종적으로 표적을 확정하도록 구현함으로써, 오경보율이 감소되고 표적 탐지의 신뢰성이 향상된다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 따라 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템의 구성을 설명하였다. 이하에서는, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 과정을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 도 5를 참조하면, 표적의 움직임에 대응되는 진동 신호를 감지한다(S510). 감지된 진동 신호로부터 고주파 신호를 제거하고 원하는 주파수 신호를 검출한다(S520). 그런 다음, 검출된 주파수 신호의 주파수 변화량에 대응되는 포락선 신호를 검출한다(S530).
검출된 포락선 신호에 대한 진동 신호와 잡음 신호의 분포 특성을 추출하고, 추출된 분포 특성에 따라 기설정된 범위내의 오경보율을 만족하는 능동형 문턱값을 산출한다(S540).
그런 다음, 감지되는 진동 신호에서 상기 산출된 문턱값을 초과하는 표적 신호를 탐지해낸다(S550).
탐지된 표적 신호의 점유 시간을 모니터링하고, 모니터링 결과 기설정된 임계치를 초과하면 표적을 확정한다(S560).
이와 같이, 1과정으로 시스템이 운용되는 환경에 따른 잡음 신호의 분포 특성에 따라 변화하는 능동형 문턱값을 산출하고, 제2과정으로 산출된 문턱값을 이용하여 탐지되는 표적 신호의 점유 시간을 지속적으로 감시하여서 최종 표적을 확정함으로써 표적 탐지의 오경보율을 감소시키고 시스템의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
한편, 도 6은 능동형 문턱값의 산출과정과 표적 확정 과정의 구체적인 예를 보다 상세하게 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 구성에 따라, 표적 탐지 시스템은 표적의 움직임에 대응되는 진동 신호를 감지하고, 감지된 진동 신호로부터 고주파 신호를 제거하고 원하는 주파수 신호를 검출한다. 그런 다음, 검출된 주파수 신호의 주파수 변화량에 대응되는 포락선 신호를 검출한다.
그런 다음 도 6에 도시된 바와 같이, 검출된 포락선 신호로부터 능동형 문턱값을 산출한다(S640). 이때, 전처리 과정을 거친 포락선 신호(S)를 잡음 신호의 통계학적 분포 특성을 계산하여 얻어진 커널 함수 결과값(VT)과 비교한다(S641).
비교 결과, 커널 함수 결과값(VT)이 크면 문턱값을 다시 계산하여 변경된 문턱값을 적용한다(S642). 구체적으로, 상기 수학식 1의 커널 함수에서, 시스템이 운용되는 환경에서 잡음 신호의 변화 특성에 따라 최적의 커널 함수 계수를 확정하고, 잡음평균을 함수 결과값(VT)에 적용하여 문턱값을 변경할 수 있다.
한편, 비교 결과, 전처리 과정을 거친 포락선 신호(S)가 커널 함수 결과값(VT) 이상이면 이전 문턱값을 사용하여 표적을 탐지한다.
문턱값이 결정되면, 감지된 진동 신호에서 상기 문턱값을 초과하는 표적 신호를 탐지해낸다(S650). 탐지된 표적 신호의 점유 시간을 산출하고, 산출된 점유 시간을 지속적으로 모니터링한다(S661).
모니터링 결과, 표적 신호의 점유 시간에 대응하는 표적의 이동 상태를 단계적으로 표시한다.(S662)
도 7은 발명의 실시예에 따라 능동형 문턱값을 산출하기 위하여 포락선 신호로에 대한 표적 신호와 잡음 신호의 통계학적 분포 특성의 획득 예를 히스토그램으로 나타낸 것이다. 도 7에서 위에 도시된 그래프는 표적의 걸음걸이 신호의 확률적 분포를 나타낸 히스토그램이고, 도 7에서 아래에 도시된 그래프는 잡음 신호의 평균과 확률적 분포 특성을 나타낸 히스토그램이다. 이와 같은 히스토그램들로부터 약 15% 범위내의 오경보율을 갖는 능동형 문턱값을 획득할 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면 상기 능동형 문턱값과 달리 기존의 고정형 문턱값을 이용하는 경우의 탐지 처리 예시가 도시된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어 일정 거리내에서 사람의 걷기 행동에 의해 감지되는 진동 신호를 처리하기 위한 문턱값으로 고정된 값을 사용할 경우, (a)감지된 진동 신호를 저역 통과 필터 처리하고, (b)저역 통과 필터 처리된 주파수 신호의 절대값을 취하고, (c)포락선 검출기를 이용하여 주파수 변화량을 획득하더라도, (d)목표물에 대한 탐지 신호 외의 잡음 신호가 고정된 문턱값을 초과하는 경우에는 오경보가 발생됨을 알 수 있다.
또 8은 본 발명의 실시예에 따라 사람의 뛰기 행동에 따른 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 과정의 예시를 보인 도면이다. 도 8에서 맨위의 그래프는 진동 센서를 통해 감지된 진동 신호가 저역 통과 필터부를 통과하여 얻어진 주파수 신호의 주파수 변화량을 보인 것이고, 도 8에서 중간 그래프는 능동형 문턱값을 초과하는 것으로 최초 탐지된 표적 신호를 보인 것이다. 그리고 도 8의 맨 아래 도시된 그래프는 능동형 문턱값을 초과하는 표적 신호의 샘플 수를 나타낸 것이다. 실험에 의하여 허위 표적 신호의 샘플 수는 100개 미만임을 알 수 있다. 이를 표적 신호의 점유 시간으로 전환하면 허위 표적 신호의 점유 시간은 약 50ms를 초과하지 않음을 도출할 수 있다.
도 9는, 이와 같이 실험에 의해 얻어진 허위 표적 신호의 샘플 수를 이용하여, 본 발명의 실시예에 따른 표적 확정 단계의 예시를 보인 것이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 표적을 최종 확정하는 단계는 예를 들어 4단계로 구별될 수 있다. 제1단계는 50샘플(대응되는 점유 시간은 약 25ms) 이하의 샘플 수가 탐지된 경우로서 표적으로 의심되는 단계, 즉‘준비’를 표시할 수 있다. 제2단계는 50~100샘플(대응되는 점유 시간은 약25ms~50ms) 개수가 탐지된 경우로서 의미 있는 표적신호로 판단되는 단계, 즉 ‘경고’를 표시할 수 있다. 그리고, 제3단계는 100~200샘플(대응되는 점유 시간은 약50ms~0.1s) 개수가 탐지되는 경우로서‘위험’으로 판단되는 경우로 정의할 수 있으며, 제4단계는 200샘플(대응되는 점유 시간은 약0.1s) 이상의 개수가 탐지된 경우로서‘침입자 확정’으로 판단되는 단계로 정의될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서는 표적 확정을 위한 기설정된 임계치로서 예를 들어 제3단계 이상의 신호를 신뢰할 수 있는 표적 탐지로 판단하는 것으로 설정가능하다.
도 10은, 도 9에서 제3단계 이상의 신호로 탐지된 주파수 신호를 탐지 결과로 나타낸 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 예를 들어 표적의 걸음걸이 탐지 결과, 도 10의 위에 도시된 그래프는 감지된 진동 신호와 능동형 문턱값을 나타낸 그래프이고, 도 10에서 아래 도시된 그래프는 위 그래프에서 탐지된 표적 신호의 점유 시간이 약50ms~0.1s 이상이 되는 신호를 ①~⑦로 표시하였다. 표시된 ①~⑦ 신호들은 의미 있는 표적 신호로 판단하여 저장 및 경고 표시 등을 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되고 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 범위에 의해 정해져야 한다.
이상에서와 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템 및 이를 이용한 표적 탐지 방법에 의하면, 표적 탐지 시스템이 운용되는 환경에 따라 변화하는 잡음 신호를 반영하여 문턱값을 결정하고, 상기 결정된 문턱값과 진동센서를 통해 검출된 진동신호의 주기적 특성을 이용하여 검출되는 표적신호의 지속성을 감시하여 최종적으로 표적을 확정함으로써, 오경보를 최소화하고 표적 탐지의 신뢰성이 향상되는 효과를 제공한다.
10 - 진동 센서부 20 - 저역 통과 필터부
30 - 정류부 40 - 포락선 검출부
50 - 문턱값 산출부 60 - 표적 탐지부

Claims (8)

  1. 표적의 움직임에 대응되는 진동 신호를 감지하는 진동 센서부;
    상기 진동 신호로부터 고주파 신호를 제거하고 원하는 주파수 신호를 검출하는 저역 통과 필터부;
    상기 검출된 주파수 신호의 주파수 변화량에 대응되는 포락선 신호를 검출하는 포락선 검출부;
    상기 포락선 신호에 대한 표적 신호와 잡음 신호의 분포 특성을 추출하고, 추출된 분포 특성에 따라 기설정된 범위내의 오경보율을 만족하는 문턱값을 산출하는 문턱값 산출부; 및
    상기 산출된 문턱값을 초과하는 표적 신호를 탐지하고, 상기 표적 신호의 점유 시간을 모니터링한 결과 기설정된 임계치를 초과하면 표적을 확정하고 상기 표적 신호의 점유시간에 대응하는 표적의 이동 상태를 표시하는 표적 탐지부를 포함하는 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    문턱값 산출부는,
    상기 포락선 신호에 대한 잡음 신호의 통계학적 분포 특성을 주기적으로 추출하는 잡음 신호 특성 추출부; 및
    상기 추출된 잡음 신호의 통계학적 분포 특성에 근거하여 최적의 커널 함수를 획득하고, 상기 문턱값을 산출하기 위하여 상기 획득된 커널 함수에 잡음평균값을 적용하는 커널 함수 적용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 표적 탐지부는
    상기 표적 신호의 점유 시간이 제1 임계치와 제2 임계치 사이값이면 예비 경고를 수행하고 상기 표적 신호의 점유 시간이 제2임계치와 제3임계치 사이값이면 표적을 확정하고 경고를 수행하고,
    여기서, 상기 제1 임계치, 상기 제2 임계치, 및 상기 제3 임계치는 서로 다른 값이고, 상기 제2 임계치는 상기 제1 임계치보다 크고 상기 제3 임계치보다 작은 값인 것을 특징으로 하는 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기설정된 임계치는 상기 표적의 특성에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 능동형 문턱값은 이하의 수학식을 이용하여 주기적으로 산출되고,
    VT = ax + b
    여기서, VT는 능동형 문턱값이고, a, b는 포락선 신호에 대한 표적 신호와 잡음 신호의 통계학적 변화 특성을 나타내고, x는 잡음평균값을 나타내는 것을 특징으로 하는 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 저역 통과 필터부와 상기 포락선 검출부 사이에 위치하여, 상기 저역 통과 필터부를 통과한 주파수 신호를 정류하는 정류하는 정류부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 시스템.
  7. 표적의 움직임에 대응되는 진동 신호를 감지하는 단계;
    상기 진동 신호로부터 고주파 신호를 제거하고 원하는 주파수 신호를 검출하는 단계;
    상기 검출된 주파수 신호의 주파수 변화량에 대응되는 포락선 신호를 검출하는 단계;
    상기 포락선 신호에 대한 상기 진동 신호와 잡음 신호의 분포 특성을 추출하고, 추출된 분포 특성에 따라 기설정된 범위내의 오경보율을 만족하는 문턱값을 산출하는 단계;
    상기 산출된 문턱값을 초과하는 표적 신호를 탐지하는 단계; 및
    상기 표적 신호의 점유 시간을 모니터링하고, 모니터링 결과 기설정된 임계치를 초과하면 표적을 확정하는 단계를 포함하는 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 표적을 확정하는 단계는,
    상기 표적 신호의 점유 시간에 대응하는 표적의 이동 상태를 단계적으로 표시하는 단계를 포함하는 진동센서 기반의 능동형 문턱값을 이용한 표적 탐지 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016114321A (ja) * 2014-12-16 2016-06-23 忠 上代 エアガン用の標的及び着弾検知装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11127123A (ja) * 1997-10-22 1999-05-11 Murata Mfg Co Ltd 高周波ノイズの除去方法および高周波ノイズ除去装置
WO2010032906A1 (ko) 2008-09-19 2010-03-25 주식회사 애트랩 센서, 센서의 센싱 방법, 및 센서의 필터
KR101035267B1 (ko) 2009-11-13 2011-05-18 국방과학연구소 배경 움직임에 의한 오경보를 제거한 도플러 레이더 기반의 표적이동 탐지 방법
KR101206822B1 (ko) 2011-10-18 2012-11-30 국방과학연구소 보안감지장치 및 그 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11127123A (ja) * 1997-10-22 1999-05-11 Murata Mfg Co Ltd 高周波ノイズの除去方法および高周波ノイズ除去装置
WO2010032906A1 (ko) 2008-09-19 2010-03-25 주식회사 애트랩 센서, 센서의 센싱 방법, 및 센서의 필터
KR101035267B1 (ko) 2009-11-13 2011-05-18 국방과학연구소 배경 움직임에 의한 오경보를 제거한 도플러 레이더 기반의 표적이동 탐지 방법
KR101206822B1 (ko) 2011-10-18 2012-11-30 국방과학연구소 보안감지장치 및 그 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016114321A (ja) * 2014-12-16 2016-06-23 忠 上代 エアガン用の標的及び着弾検知装置

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