KR101350268B1 - 전파를 이용한 침입 감시 방법 및 시스템 - Google Patents

전파를 이용한 침입 감시 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 감지율과 오보율의 트레이드오프(trade off) 포인트를 넓혀, 감지율의 상승과 오보율의 감소를 동시에 만족할 수 있는 전파를 이용한 침입 감시 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 전파를 이용한 침입 감시 방법에 있어서, (a) 송신부는 제1 전파를 출력하고, 수신부는 특정 공간을 거친 제2 전파를 수신하는 단계; (b) 감지부는 상기 제1 및 상기 제2 전파를 이용하여, 상기 특정 공간에 대한 제1 채널 행렬을 생성하는 단계; (c) 상기 감지부는 상기 수신부에서 상기 제2 전파가 입사되는 방향 벡터를 계산하여, 새로운 제2 채널 행렬을 생성하는 단계; (d) 상기 감지부는 상기 특정 공간에서 침입 물체에 의해 변화하는 상기 제2 채널 행렬의 변화량을 판정지수로 산정하는 단계; 및 (e) 상기 감지부는 상기 판정지수에 따라 기 설정된 임계값을 기준으로 상기 특정 공간에 대한 침입 여부를 판정하는 단계; 를 포함하는 전파를 이용한 침입 감시 방법을 제공한다.
이상의 본 발명에 따른 전파를 이용한 침입 감시 방법 및 시스템은 특정 공간에서 물리적인 침입 여부를 감시하되, 감지율의 상승과 오보율의 감소를 동시에 만족시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

전파를 이용한 침입 감시 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR MONITORING INVASION USING THE RADIO WAVE}
본 발명은 침입 감시 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전파를 이용하여, 특정 공간에서 물리적인 침입 상황을 효과적으로 감시하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
도 1은 특정 공간의 침입 여부를 전파를 이용하여 감시하는 경우, 그 전파의 전달 경로를 나타낸 도면이다. 즉, 도 1a에 도시한 바와 같이, 특정 공간에 침입 여부를 감시하기 위해 전파를 이용할 때, 송신기가 수신기를 향해 방향성 없이 전파를 전송하는 경우, 전파가 송신기에서 수신기로 직접 전송되거나, 장애물 등과 같은 물체에 의한 반사, 굴절, 회절 등이 발생하여 다양한 경로를 따라 전송되기도 한다.
이러한 전파 전달 경로에 따른 전파의 특성(일 예로서, 전파의 크기 및/또는 위상)은 변함없이 일정하나, 도 1b에 도시한 바와 같이, 특정 공간에 침입자가 존재하는 경우, 그 전파의 특성은 변하게 된다.
다시 말해, 특정 공간에의 침입 여부 감지는 전파의 특성 변화에 대한 분석을 통해 이루어지나, 종래에는 단순히 상관계수(simple correlation-coefficient)를 이용하여 침입 여부를 판단하였다.
즉, 도 1a에 도시한 바와 같이, 특정 공간에 침입이 없을 때를 기준으로 한 일 전파 특성과 도 1b에 도시한 바와 같이, 특정 공간에 침입자에 의한 침입 등과 같은 이벤트가 발생하였을 때를 기준으로 한 일 전파 특성 간의 상관계수를 산출하여, 계산된 상관 계수가 기 설정된 특정 임계값(threshold)을 벗어났는지 여부로 침입 여부를 판단한다.
종래와 같이, 상관계수를 이용하여 침입 여부를 판단할 경우, 단순히 임계값을 기준으로 하기 때문에, 감지율 및 오보율은 상기 임계값의 조절에 의해 정해지게 된다. 즉, 감지율을 올릴 경우 감소율도 같은 비율로 증가하고, 오보율을 줄일 경우 감지율 역시 같은 비율로 감소하게 되는 문제가 있다.
따라서, 종래와 같은 문제를 해소하기 위한 필요 기술이 절실하게 요구되는 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 바와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 감지율과 오보율의 트레이드오프(trade off) 포인트를 넓혀, 감지율의 상승과 오보율의 감소를 동시에 만족할 수 있는 전파를 이용한 침입 감시 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 전파를 이용한 침입 감시 방법에 있어서, (a) 송신부는 제1 전파를 출력하고, 수신부는 특정 공간을 거친 제2 전파를 수신하는 단계; (b) 감지부는 상기 제1 및 상기 제2 전파를 이용하여, 상기 특정 공간에 대한 제1 채널 행렬을 생성하는 단계; (c) 상기 감지부는 상기 수신부에서 상기 제2 전파가 입사되는 방향 벡터를 계산하여, 새로운 제2 채널 행렬을 생성하는 단계; (d) 상기 감지부는 상기 특정 공간에서 침입 물체에 의해 변화하는 상기 제2 채널 행렬의 변화량을 판정지수로 산정하는 단계; 및 (e) 상기 감지부는 상기 판정지수에 따라 기 설정된 임계값을 기준으로 상기 특정 공간에 대한 침입 여부를 판정하는 단계; 를 포함하는 전파를 이용한 침입 감시 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 (c) 단계의 상기 방향 벡터가 root-MUSIC 기법을 이용하여 계산될 수 있다.
바람직하게는, 상기 (d) 단계의 상기 판정지수가 상기 제2 채널 행렬의 크기 및 각도 변화량을 반영하여 산정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 크기 변화량이
Figure 112012089097617-pat00001
이고,
상기 각도 변화량은
Figure 112012089097617-pat00002
이되,
여기서,
Figure 112012089097617-pat00003
는 상기 특정 공간에 침입 물체가 존재할 경우의 제2 채널 행렬이고,
Figure 112012089097617-pat00004
은 상기 특정 공간에 침입 물체가 존재하지 않을 경우의 제2 채널 행렬일 수 있다.
바람직하게는, 상기 (d) 단계의 상기 판정지수가 상기 제2 채널 행렬의 크기 및 각도 변화량과 변화지수를 반영하여 산정될 수 있고, 상기 변화지수는 기 설정된 제3 전파와 상기 제2 전파의 상관계수가 이용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 변화지수를 1을 상기 상관계수로 modulo 연산한 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 (e) 단계 이후에, (f) 상기 감지부는 주기적으로 상기 (c) 단계부터 반복하여 상기 제2 채널 행렬을 갱신하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 (e) 단계에서 상기 감지부가 침입을 감지한 경우에는 침입 물체에 의해 변화된 상기 제2 채널 행렬로 상기 (c) 단계의 제2 채널 행렬을 갱신할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 전파를 이용한 침입 감시 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
또한, 본 발명은 제1 전파를 출력하는 송신부; 및 상기 제1 전파가 특정 공간을 거친 제2 전파를 수신하는 수신부; 를 포함하는 전파를 이용한 침입 감시 시스템에 있어서, 상기 제1 및 제2 전파를 이용하여 상기 특정 공간에 대한 제1 채널 행렬을 생성하고, 상기 제2 전파가 상기 수신부에 입사되는 방향 벡터를 계산하여 새로운 제2 채널 행렬을 생성함으로써, 기 설정된 임계값을 기준으로 침입 물체에 의해 변화하는 상기 제2 채널 행렬의 변화량에 따라 침입 여부를 판정하는 감지부; 를 더 포함하는 전파를 이용한 침입 감시 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 감지부가 상기 제2 채널 행렬의 크기 및 각도 변화량을 이용하여, 침입 여부를 판정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 감지부가 상기 제2 채널 행렬의 크기 및 각도 변화량, 그리고 기 설정된 제3 전파와 상기 제2 전파의 상관계수를 반영한 변화지수를 이용하여, 침입 여부를 판정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 감지부가 상기 변화지수를 1을 상기 상관계수로 modulo 연산하여 산정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 감지부가 상기 특정 공간에 대한 침입을 감지하지 못한 경우에는 주기적으로 상기 제2 채널 행렬을 갱신하거나, 침입을 감지한 경우에는 침입 물체에 의해 변화된 상기 제2 채널 행렬로 갱신할 수 있다.
이상의 본 발명에 따른 전파를 이용한 침입 감시 방법 및 시스템은 특정 공간에서 물리적인 침입 여부를 감시하되, 감지율의 상승과 오보율의 감소를 동시에 만족시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 특정 공간의 침입 여부를 전파를 이용하여 감시하는 경우, 그 전파의 전달 경로를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전파를 이용한 침입 감시 방법을 단계별로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전파를 이용한 침입 감시 시스템을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4는 특정 공간 내에서 침입과 같은 이벤트(event)가 발생하지 않은 상황에서 열 잡음(thermal noise)만 수신되는 경우 시간에 따른 상관계수 값을 나타낸 도면이다.
아래에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구성될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하고도 명확하게 설명하기로 한다.
전파를 이용한 침입 감시 방법
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전파를 이용한 침입 감시 방법을 단계별로 나타낸 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 송신부에서 출력된 전파를 수신부에서 수신하는 단계(S10), 제1 채널 행렬을 생성하는 단계(S20), 방향 벡터를 계산하여 제2 채널 행렬을 생성하는 단계(S30), 판정지수를 산정하는 단계(S40) 및 침입 여부를 판단하는 단계(S50)를 포함하여, 특정 공간 내 물리적인 침입 물체에 의한 침입 여부를 판단한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 상기 침입 물체에 의한 전파 변화를 수신부에서 수신되는 전파의 방향 벡터를 계산함으로써, 침입 물체의 움직임 변화를 감지하여, 침입 상황에 대한 감지율을 향상시킴과 동시에 오보율을 감소시킬 수 있도록 한다.
이하에서는, 각 단계에 대해 도 3을 참조하여, 자세히 살펴보기로 한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전파를 이용한 침입 감시 시스템은 송신부(10), 수신부(20) 및 감지부(30)를 포함한다. 즉, 특정 공간 내 침입 상황을 감지하기 위해, 송신부(10)에서는 안테나를 통해 제1 전파를 출력하고, 수신부(20)에서는 상기 특정 공간을 거친 제2 전파를 수신하게 된다(S10).
송신부(10)에서는 적어도 하나 이상 바람직하게는 다수 배열된 방향성이 없는 안테나를 사용하여 출력된 제1 전파는 창고나 공장 등과 같은 특정 공간 내에서 반사, 굴절, 회절 등에 의해 다양한 경로를 거친 제2 전파를 M개의 안테나를 가진 수신부(20)가 수신하게 된다.
이때, 송신부(10)에서 방향성이 없는 안테나를 사용함으로써, 전파가 특정 공간 내에서 반사, 굴절 등을 통해 열선 감지기와 같은 다른 감지기가 모니터링할 수 없는 부분까지 도달하도록 하여, 특정 공간 내 침입 상황을 빈틈없이 감지하게 된다. 특정 공간 내 침입이 발생한 경우에는 송신부(10)에서 출력한 제1 전파에 흔들림이 발생하게 되고, 수신부(20)는 왜곡(distortion)된 제1 전파를 수신/감지하여 침입 상황임을 판단하게 되고(도 1b 참조), 침입이 발생하지 않으면, 수신부(20)는 왜곡되지 않은 제1 전파와 유사한 제2 전파(잡음이 포함될 수 있음)를 수신/감지하여, 침입 상황이 아님을 판단하게 된다.
다음으로, 감지부(30)는 제1 및 제2 전파를 이용하여, 특정 공간에 대한 제1 채널 행렬(channel matrix)을 생성한다(S20).
수신부(20)가 수신한 제2 전파에 대한 신호를 Y(t)라 하고, 송신부(10)가 송신한 제1 전파에 대한 신호를 X(t)라 한다면, Y(t)는 하기의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012089097617-pat00005
여기서, N(t)는 잡음으로서, 평균이 0이고 분산이
Figure 112012089097617-pat00006
인 가우시안(gaussian) 분포를 가질 수 있다.
즉, 감지부(30)는 상기 수학식 1을 통해 특정 공간에 대한 채널 행렬 A를 생성하게 된다. 채널 행렬 A는 각 안테나별로 수신한 제2 전파에 대한 신호의 크기 및 안테나에 대한 입사각 정보를 포함한 것으로서, 전파를 전달하는 매체의 특성(침입 물체 또는 특정 공간의 환경에 대한 매체 포함)을 나타내게 된다.
다음으로, 감지부(30)는 수신부(20)에서 수신하는 제2 전파의 입사되는 방향 벡터를 계산하여, 새로운 제2 채널 행렬을 생성한다(S30).
감지부(30)가 계산하는 제2 전파에 대한 방향 벡터는 EVD(eigenvalue decomposition)을 사용한 MUSIC(multiple signal classification) 기법이나, SVD(singular value decomposition)을 사용한 ESPRIT(estimation of signal parameters via rotational invariance techniques) 기법을 이용하여 계산될 수 있으나, AOA(angle of arrival) 혹은 DOA(direction of arrival)의 추정 성능이 우수한 MUSIC 기법을 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 낮은 계산량 및 높은 분해능(resolution), 빠른 추정 속도를 가진 root-MUSIC 기법을 사용할 수 있다.
MUSIC 기법 및 root-MUSIC 기법은 수신 신호 Y(t)의 공간 공분산 행렬에서 고유값을 분해하고, 이를 잡음 부공간(noise subspace)과 신호 부공간(signal subspace)으로 분리하는 과정을 거친 후 부공간 간의 직교성(orthogonal)을 이용하여 안테나에 대한 신호의 입사각을 도출하게 된다.
간략하게 살펴보면, 먼저, 수신 신호 행렬 Y(t)에 포함된 각 원소들 간의 상관관계를 얻기 위하여 Y(t)의 공분산을 구하면 하기 수학식 2와 같이 구할 수 있고,
Figure 112012089097617-pat00007
신호의 공분산에 고유값 분해(EVD)를 수행하면, 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012089097617-pat00008
여기서, 행렬 Q와 D는 각각 고유치와 고유벡터에 대한 행렬로 행렬 Q의 고유벡터 qx는 A행렬의 방향 벡터와 직교하므로, 하기의 수학식 4를 만족하며,
Figure 112012089097617-pat00009
여기서,
Figure 112012089097617-pat00010
가 qx벡터의 고유값이 된다.
Ryy에 N개의 신호 또는 잡음 고유벡터가 있다면, N개의 벡터를 이용하여 신호 또는 잡음 부공간을 정의할 수 있다. 여기서, Ryy는 positive definite Hermitian 행렬이어서 고유값들은 0보다 큰 값을 가지며, 고유벡터들은 서로 직교함에 따라, 신호 부공간과 잡음 부공간은 직교한다.
이때, Ryy의 고유값이 내림차순으로
Figure 112012089097617-pat00011
과 같이 정렬된다면,
Figure 112012089097617-pat00012
로 나타낼 수 있고, 상기 수학식 3 및 4에 의해 하기 수학식 5이 유도될 수 있다.
Figure 112012089097617-pat00013
이렇게 분해된 신호 부공간과 잡음 부공간을 통해 MUSIC 기법을 이용함으로써, 방향 벡터를 계산할 수 있다. 즉, 수신 신호의 전력과 방향 벡터 a(θ)의 관계를 잡음 고유벡터를 이용함으로써, 하기의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012089097617-pat00014
여기서, θ는 수신되는 전파의 신호의 AOA와 같다.
위와 같은 MUSIC 기법을 이용하여, 방향 벡터를 계산할 수 있으나, MUSIC 기법은 후보 각 θ에 따른 방향 벡터 α(θ)를 이용해 전력 PMUSIC(θ)을 반복적으로 계산함으로써, 전력이 최대값을 가질 때의 θ를 구하므로, 계산량이 많아지는 문제가 있다. 따라서, root-MUSIC 기법을 이용하여 상기 수학식 6의 근을 직접적으로 구하여 θ를 계산하는 것이, 계산량을 줄일 수 있고, 정확한 값을 산출할 수 있으므로 바람직하다.
α(θ)와 신호의 고유벡터가 일치한다는 것은 α(θ)와 잡음 고유벡터가 직교 관계에 있다는 것과 동일하며, 따라서, θ가 신호의 입사각일 경우, 수학식 6의 분모는 0이 된다. 즉, 상기 수학식 6에서
Figure 112012089097617-pat00015
를 행렬 A로 표시하면, 하기 수학식 7과 같고,
Figure 112012089097617-pat00016
여기서, 분모가 0일 때의 근을 구하기 위해, 수학식 8과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112012089097617-pat00017
여기서, αl은 행렬 A에서 대각으로 l번째까지의 원소 합이 되고, 방향 벡터를 포함한 행렬은
Figure 112012089097617-pat00018
와 같이 나타낼 수 있으며, d는 ULA(uniform linear array) 환경에서 배치된 안테나의 서로 이웃한 안테나 간의 간격을 나타낸다.
한편, 근을 구하기 위해 상기 수학식 8을 z-변환을 이용하여 다시 정의하면, 하기 수학식 9과 같이 나타낼 수 있으며,
Figure 112012089097617-pat00019
z-domain 평면에 도시하였을 때, 단위 원 내부에 있으면서 단위 원의 경계에 가장 근접한 근을 신호의 입사각으로 결정하면 된다. 즉, D(z)의 근을 z1으로 하여 표현하면, z1은 하기 수학식 10과 같이 나타낼 수 있고, 이에 따라 입사각을 하기 수학식 11과 같이 구할 수 있다.
Figure 112012089097617-pat00020
Figure 112012089097617-pat00021
이와 같이, 제2 전파에 대한 신호의 입사각을 산출하고, 이를 방향 벡터로 계산하고, 이를 이용하여 새로운 제2 채널 행렬을 생성할 수 있다.
이로써, 상기 제2 채널 행렬을 S20 단계에서 생성된 제1 채널 행렬과 비교하고, 그 변화량을 기준으로 침입 여부를 판단함으로써, 특히 움직이는 침입 물체에 대해 감지율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 위와 같이 방향 벡터를 계산함으로써, 침입 물체에 의한 신호 변화 중 잡음에 대한 성분을 제거할 수 있으므로, 변화량에 대한 신뢰성도 확보할 수 있다.
다음으로, 감지부(30)는 특정 공간에서 침입 물체에 의해 변화하는 제2 채널 행렬의 변화량을 판정 지수로 산정한다(S40).
판정 지수는 변화량이 반영된 것이면 족하되, 일 예로서, 그 판정 지수(v(t))는 S30 단계에서 구한 방향 벡터의 크기 변화량(AOAchange(t)) 및 방향 벡터의 각도 변화량(Ampchange(t))을 곱하여 산정될 수 있다. 즉, 제2 채널 행렬의 크기 변화량 및 각도의 변화량은 각각 하기의 수학식 12 및 13과 같이 구할 수 있다.
Figure 112012089097617-pat00022
Figure 112012089097617-pat00023
여기서,
Figure 112012089097617-pat00024
는 상기 S30 단계에서 계산된 제2 채널 행렬로서, 침입 여부 판단의 기준이 되는 행렬이고,
Figure 112012089097617-pat00025
는 시간 t에서 계산된 제2 채널 행렬로서, 침입 여부를 판단하게 되는 행렬이다.
즉, 하기 S60 단계를 통해 상기
Figure 112012089097617-pat00026
행렬은 주기적으로 갱신되거나, 침입이 발생한 경우에는 침입 물체에 의해 변화된 제2 채널 행렬로 갱신되어, 시간 t에서 계산된 제2 채널 행렬과 비교되며, 그 변화량에 의해 침입 여부를 판단하게 된다.
이와 같이, 침입 여부를 판정하는 판정 지수에 크기의 변화량 및 각도의 변화량을 각각 분리하여 반영함으로써, 특정 공간 내에 움직이는 물체에 대한 감지율을 더욱 높일 수 있다.
또 다른 실시예로서 판정 지수는 하기의 수학식 14와 같이, 방향 벡터의 크기 변화량(AOAchange(t)), 각도 변화량(Ampchange(t)) 및 변화지수(Corrft(t))를 곱하여 산정될 수도 있다.
Figure 112012089097617-pat00027
이때, 변화지수(Corrft(t))는 종래 침입 여부를 판단하기 위해 사용되었던 상관계수를 이용한 값인 것이 바람직하다.
변화지수(Corrft(t))를 구하는 과정을 보다 구체적으로 살펴보면, 먼저 특정 공간 내에 침입 상황을 가정하였을 때 수신부(20)를 통해 수신한 제3 전파(일 예로, 다양한 침입 상황을 가정하였을 때 수신되는 신호의 평균일 수 있다) 혹은 임의로 설정한 제3 전파와, S10 단계에서 수신부(20)를 통해 수신한 제2 전파를 이용하여 상관계수를 계산하고(S401), 이후, 1을 상기 S401 단계에서 계산된 상관계수로 modulo 연산한 값을 기 설정된 값 F와 대소 비교한다(S402).
이때, 기 설정된 F 값은 하기의 수학식 15에서와 같이, 1을 열 잡음과의 상관계수 중 최소값 Min으로 modulo 연산하여 구해질 수 있다.
Figure 112012089097617-pat00028
여기서, Min은 도 4에 도시한 바와 같이, 특정 공간 내에서 침입과 같은 이벤트(event)가 발생하지 않은 상황에서 수신부(20)를 통해 열 잡음(thermal noise)만 수신되는 경우의 수신 신호와, 상기의 제3 전파 간에 계산된 상관계수 중 가장 낮은 값을 나타낸다.
만약, S402 단계에서 1을 S401 단계에서 계산된 상관계수와 modulo 연산한 값이 기 설정된 값 F보다 큰 경우에는 변화지수 Corrft(t)를 1로 하고(S4031), 그렇지 않고 작은 경우에는 값 F와 대소비교한 값인 1을 상기 S401 단계에서 계산된 상관계수로 modulo 연산한 값을 변화지수 Corrft(t)로 할 수 있다(S4032).
전술한 변화지수 값을 구하는 과정을 요약하면, 하기의 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012089097617-pat00029
여기서, C(t)는 전술한 기 설정된 제3 전파와 제2 전파와의 상관계수를 나타낸다.
이와 같이, 변화지수 Corrft(t)에 modulo 연산을 이용한 값이 반영됨으로써, 변화지수 값은 침입과 같은 이벤트가 발생한 경우에는 그 값이 더욱 커지고, 침입 상황이 아닌 경우에는 0에 가까운 작은 값으로 더욱 작아진다. 이로써, 침입 여부를 명확하게 구별가능하여, 침입 여부에 대한 감지율을 높임과 동시에 오보율을 낮출 수 있게 된다.
이후, S40단계에서 산정된 판정지수에 따라 감지부(30)는 기 설정된 임계값(threshold)을 기준으로 특정 공간에 대한 침입 여부를 판정한다(S50).
전술한 바와 같이, 판정지수는 수신부(20)를 통해 수신한 전파의 크기 변화 및 수신부(20)에 입사되는 전파의 입사 각도의 변화 아울러, modulo 연산을 이용한 변화지수를 반영함으로써, 특정 공간 내에서 움직이는 물체에 대한 감지 효과를 향상시킴과 동시에, 감지율을 높임과 동시에 오보율을 낮출 수 있게 된다.
이러한 판정지수를 이용하여 특정된 임계값과 대소 여부를 판단함으로써, 침입 여부를 결정하게 되고, 판정지수가 특정된 임계값 이상이 되어 침입 상황으로 판단한 경우에는 시각 및/또는 청각으로 경고를 하거나, 기타 원격지에 있는 자에게 유/무선 등으로 연락을 취하는 방법 등으로 경고할 수 있다.
마지막으로, 상기 S30 단계에서 새로 생성된 제2 채널 행렬은 일정 조건 하에서 반복 갱신되는 것이 바람직하다(S60).
특정 공간에 대한 침입을 감지하지 못하고, 일정한 시간을 도과한 경우에는 주기적으로 제2 채널 행렬을 갱신하는 것이 바람직하다(S601). 상기 수학식 12 또는 13에서 침입 여부 판단의 기준이 되는
Figure 112012089097617-pat00030
행렬을 주기적으로 갱신하여, 침입 여부 판단시 그 직전의 행렬을 기준으로 비교함으로써, 침입 물체의 움직임 변화에 대하여 더욱 민감하게 판단할 수 있다.
이와 달리, 특정 공간에 대한 침입을 감지한 경우에도, 제2 채널 행렬을 갱신하는 것이 바람직하다(S602). 즉, 침입 물체에 의해 변화된 제2 채널을 상기 수학식 12 또는 13에서 침입 여부 판단의 기준이 되는
Figure 112012089097617-pat00031
행렬로 갱신함으로써, 침입 물체에 의해 발생한 영향이 아닌 특정 공간 내의 환경 변화에 의해 발생할 수 있는 전파의 변화에 대해 침입 상황으로 감지할 수 있는 오류를 줄여, 오보율을 더욱 감소시킬 수 있다.
컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체
이상 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 전파를 이용한 침입 감시 방법은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당 업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크, 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
전파를 이용한 침입 감시 시스템
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전파를 이용한 침입 감시 시스템을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제1 전파를 출력하는 송신부(10), 제1 전파가 특정 공간을 거친 제2 전파를 수신하는 수신부(20) 및 침입 여부를 감지하는 감지부(30)를 포함하되, 감지부(30)는 특정 공간에 대한 제1 채널 행렬을 생성하고, 제2 전파에 대한 방향 벡터를 계산하여 새로운 제2 채널 행렬을 생성함으로써, 침입 물체에 의해 변화하는 제2 채널 행렬의 변화량을 기 설정된 임계값과 대소를 비교하여, 침입 여부를 판정한다.
이하, 각 구성에 대해 설명하되, 앞선 전파를 이용한 침입 감시 방법에서 전술한 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 중복된 설명은 피하기로 한다.
감지부(30)는 제2 채널 행렬의 크기 변화량 및 각도 변화량을 이용하여 침입 여부를 판정하는 것이 움직이는 물체에 대한 침입 여부를 판정하는 데 바람직하나, 더욱 바람직하게는 이에 기 설정된 제3 전파와 상기 수신부(20)에서 수신한 제2 전파와의 상관계수가 반영된 변화지수 Corrft(t)를 이용하여 판정지수로 계산하고, 판정지수를 기준으로 침입 여부를 판정할 수 있다.
이때, 변화지수 Corrft(t)는 위의 수학식 16과 같이 modulo 연산을 통해 산정될 수 있으며, 이로써, 감지율과 오보율 간의 트레이드오프(trade off) 포인트를 넓힐 수 있게 된다.
아울러, 감지부(30)는 수신부(20)를 통해 수신한 제2 전파에 대한 방향 벡터를 계산하고, 이를 통해 제2 채널 행렬을 생성한 이후에는, 주기적으로 혹은 침입 상황을 감지한 경우에는 침입 물체에 의해 변화된 제2 채널 행렬(시간 t에서 계산된 제2 채널 행렬
Figure 112012089097617-pat00032
)로 침입 여부 판단의 기준이 되는 제2 채널 행렬(
Figure 112012089097617-pat00033
)을 갱신함으로써, 특정 공간 내의 환경 변화에 적응하여, 침입 상황 판단시 감지율을 더욱 높일 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 수신부(20)와 감지부(30)를 기능적으로 분리하였으나, 물리적으로 각 부가 분리되어야하는 것은 아니며, 하나의 장치 또는 구성이 수신부(20) 및 감지부(30)의 기능을 수행되도록 구현될 수 있음은 물론이다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 송신부 20: 수신부
30: 감지부

Claims (14)

  1. 전파를 이용한 침입 감시 방법에 있어서,
    (a) 송신부는 제1 전파를 출력하고, 수신부는 특정 공간을 거친 제2 전파를 수신하는 단계;
    (b) 감지부는 상기 제1 및 상기 제2 전파를 이용하여, 상기 특정 공간에 대한 제1 채널 행렬을 생성하는 단계;
    (c) 상기 감지부는 상기 수신부에서 상기 제2 전파가 입사되는 방향 벡터를 계산하여, 새로운 제2 채널 행렬을 생성하는 단계;
    (d) 상기 감지부는 상기 특정 공간에서 침입 물체에 의해 변화하는 상기 제2 채널 행렬의 변화량을 판정지수로 산정하는 단계; 및
    (e) 상기 감지부는 상기 판정지수에 따라 기 설정된 임계값을 기준으로 상기 특정 공간에 대한 침입 여부를 판정하는 단계;
    를 포함하는 전파를 이용한 침입 감시 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 방향 벡터를 root-MUSIC 기법을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 전파를 이용한 침입 감시 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계의 상기 판정지수는,
    상기 제2 채널 행렬의 크기 및 각도 변화량을 반영하여 산정되는 것을 특징으로 하는 전파를 이용한 침입 감시 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 크기 변화량은
    Figure 112012089097617-pat00034
    이고,
    상기 각도 변화량은
    Figure 112012089097617-pat00035
    이되,
    여기서,
    Figure 112012089097617-pat00036
    는 상기 특정 공간에 침입 물체가 존재할 경우의 제2 채널 행렬이고,
    Figure 112012089097617-pat00037
    은 상기 특정 공간에 침입 물체가 존재하지 않을 경우의 제2 채널 행렬인 것을 특징으로 하는 전파를 이용한 침입 감시 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계의 상기 판정지수는,
    상기 제2 채널 행렬의 크기 및 각도 변화량과 변화지수를 반영하여 산정되는 것을 특징으로 하되,
    상기 변화지수는, 기 설정된 제3 전파와 상기 제2 전파의 상관계수를 이용한 것을 특징으로 하는 전파를 이용한 침입 감시 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 변화지수는,
    1을 상기 상관계수로 modulo 연산한 것을 특징으로 하는 전파를 이용한 침입 감시 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후에,
    (f) 상기 감지부는 주기적으로 상기 (c) 단계부터 반복하여 상기 제2 채널 행렬을 갱신하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전파를 이용한 침입 감시 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    상기 (e) 단계에서 상기 감지부가 침입을 감지한 경우에는 침입 물체에 의해 변화된 상기 제2 채널 행렬로 상기 (c) 단계의 제2 채널 행렬을 갱신하는 것을 특징으로 하는 전파를 이용한 침입 감시 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  10. 제1 전파를 출력하는 송신부; 및
    상기 제1 전파가 특정 공간을 거친 제2 전파를 수신하는 수신부;
    를 포함하는 전파를 이용한 침입 감시 시스템에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전파를 이용하여 상기 특정 공간에 대한 제1 채널 행렬을 생성하고, 상기 제2 전파가 상기 수신부에 입사되는 방향 벡터를 계산하여 새로운 제2 채널 행렬을 생성함으로써, 기 설정된 임계값을 기준으로 침입 물체에 의해 변화하는 상기 제2 채널 행렬의 변화량에 따라 침입 여부를 판정하는 감지부;
    를 더 포함하는 전파를 이용한 침입 감시 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 제2 채널 행렬의 크기 및 각도 변화량을 이용하여, 침입 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 전파를 이용한 침입 감시 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 제2 채널 행렬의 크기 및 각도 변화량, 그리고 기 설정된 제3 전파와 상기 제2 전파의 상관계수를 반영한 변화지수를 이용하여, 침입 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 전파를 이용한 침입 감시 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 변화지수를 1을 상기 상관계수로 modulo 연산하여 산정하는 것을 특징으로 하는 전파를 이용한 침입 감시 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 특정 공간에 대한 침입을 감지하지 못한 경우에는 주기적으로 상기 제2 채널 행렬을 갱신하거나, 침입을 감지한 경우에는 침입 물체에 의해 변화된 상기 제2 채널 행렬로 갱신하는 것을 특징으로 하는 전파를 이용한 침입 감시 시스템.
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