KR101564086B1 - 다중 안테나를 이용한 침입 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

침입 감지 시스템은 감시 모드에서 설정된 시간 간격마다 복수의 수신 안테나를 통해 수신된 무선 신호를 이용하여 침입을 감지하고, 감시 모드에서 침입이 감지되면 경보 모드로 전환하며, 경보 모드에서 설정된 시간 간격마다 복수의 수신 안테나를 통해 수신된 무선 신호를 이용하여 침입을 감지하여 경보를 발생시킨다.

Description

다중 안테나를 이용한 침입 감지 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR INTRUDER DETECTION USING MULTI ANTENNA}
본 발명은 다중 안테나를 이용한 침입 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 장소나 환경에 따라서 침입 감지 성능을 최적화시킬 수 있는 다중 안테나를 이용한 침입 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
다중 안테나를 이용한 침입 감지 시스템은 복수의 송신 안테나를 통해 송신한 전파 신호를 복수의 수신 안테나를 통해 수신한 후 수신된 전파 신호의 변화 값을 임계 값과 비교하여 실내의 침입자를 감지한다.
전파 신호는 전파 환경에 영향을 받는다. 전파 신호는 실내 환경이나 장소의 크기, 혹은 장소의 구성 재질에 영향을 받는다. 따라서 좁은 장소와 넓은 장소에서 침입 판단을 위한 임계 값은 다르게 설정되어야 한다. 그런데 일반적으로 임계 값은 관리자가 임의적으로 결정하므로, 실내 환경이나 장소의 크기, 혹은 장소의 구성 재질에 따라 최적화된 임계 값을 설정하기가 어렵다. 또한 전파 신호는 투과 특성을 가진다. 이러한 전파 신호의 투과 특성에 의해 감시 영역 외의 전파 변화로부터 오보가 발생할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 장소나 환경에 따라서 침입 감지 성능을 최적화시킬 수 있는 다중 안테나를 이용한 침입 감지 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 무선 신호를 송신하는 복수의 송신 안테나와 상기 무선 신호를 수신하는 복수의 수신 안테나를 포함하는 침입 감지 시스템에서 감시 공간에 대한 침입 감지 방법이 제공된다. 침입 감지 방법은 감시 모드에서 상기 복수의 수신 안테나를 통해 수신된 무선 신호를 이용하여 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계, 상기 감시 모드에서 침입 감지 횟수가 제1 설정 값 이상이 되면, 경보 모드로 전환하는 단계, 상기 경보 모드에서 상기 복수의 수신 안테나를 통해 수신된 무선 신호를 이용하여 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계, 그리고 상기 경보 모드에서 침입 감지 횟수가 제2 설정 값 이상이 되면, 상기 감시 공간에 침입이 발생한 것으로 판단하고 경보를 발생시키는 단계를 포함한다.
상기 경보 모드에서 상기 침입을 감지하는 단계는 제1 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호의 신호 특성 값과 제1 임계 값과의 비교 결과에 따라서 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계, 상기 제1 측정 구간에서 상기 감시 공간의 침입이 감지되면, 제2 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호의 신호 특성 값과 제2 임계 값과의 비교 결과에 따라서 상기 감시 공간의 침입을 감지한 후, 제3 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호의 신호 특성 값과 제3 임계 값과의 비교 결과에 따라서 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계, 그리고 상기 제1 내지 제3 측정 구간 동안 침입 감지 횟수가 상기 제1 설정 값 이상이 되면, 상기 경보 모드로 전환하는 단계를 포함하며, 상기 제1 내지 제3 임계 값은 서로 다를 수 있다.
상기 경보 모드에서 상기 침입을 감지하는 단계는 상기 제1 측정 구간에서 상기 감시 공간의 침입이 감지되지 않으면 상기 제1 측정 구간을 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 경보 모드에서 상기 침입을 감지하는 단계는 상기 측정 구간 동안 상기 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호를 이용하여 제4 임계 값을 설정하는 단계, 그리고 측정 구간 동안 설정된 시간 간격마다 상기 복수의 수신 안테나를 통해 수신된 무선 신호의 신호 특성 값과 상기 제2 임계 값과의 비교 결과에 따라서 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 설정하는 단계는 상기 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호로부터 상기 설정된 시간 간격마다 위상의 변화량과 크기의 변화량을 계산하는 단계, 그리고 상기 설정된 시간 간격으로 계산된 위상의 변화량과 크기의 변화량을 이용하여 상기 제4 임계 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 결정하는 단계는 상기 설정된 시간 간격으로 계산된 위상의 변화량과 크기의 변화량을 이용하여 상기 설정된 시간 간격에 각각 대응하는 상대적 변화량을 계산하는 단계, 상기 설정된 시간 간격에 각각 대응하는 상대적 변화량으로부터 최대 값과 최소 값을 계산하는 단계, 상기 최대 값과 상기 최소 값을 이용하여 기울기 인자를 계산하는 단계, 상기 기울기 인자를 이용하여 감지 범위를 나타내는 인자를 결정하는 단계, 그리고 상기 최대 값과 상기 최소 값 및 상기 감지 범위를 나타내는 인자를 이용하여 상기 제4 임계 값을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 상대적 변화량을 계산하는 단계는 상기 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호와 침입이 없는 상태에서 상기 설정된 시간 간격으로 수신된 기준 신호를 상관하여 상기 설정된 시간 간격 각각에 대한 상관 계수를 계산하는 단계, 상기 설정된 시간 간격 각각에 대한 상관 계수와 설정 값과의 비교 결과를 이용하여 상기 설정된 시간 간격 각각에 대한 변화 인자를 계산하는 단계, 그리고 상기 설정된 시간 간격으로 계산된 위상의 변화량과 크기의 변화량 및 변화 인자를 곱하여 상기 설정된 시간 간격 각각 해당하는 상대적 변화량을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 변화 인자를 계산하는 단계는 상기 상관 계수가 설정 값보다 크면 상기 변화 인자를 1로 설정하고, 상기 상관 계수가 상기 설정 값 이하이면 상기 변화 인자를 (1/상기 상관 계수)의 모듈러 값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 감시 모드 및 상기 경보 모드에서 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계는 상기 최대 값의 로그 값을 상기 신호 특성 값으로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 감시 모드 및 상기 경보 모드에서 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계는 이벤트 카운트 값을 0으로 초기화하는 단계, 상기 측정 구간에서의 신호 특성 값이 상기 임계 값보다 크면 상기 이벤트 카운트 값을 증가시키는 단계, 그리고 상기 이벤트 카운트 값이 연속하여 상기 제2 설정 값까지 증가되면, 상기 감시 공간에 침입이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 감시 모드 및 상기 경보 모드에서 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계는 상기 감시 공간에 침입이 발생한 것으로 판단되면 상기 이벤트 카운트 값을 0으로 리셋시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 감시 모드 및 상기 경보 모드에서 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계는 상기 측정 구간에서의 신호 특성 값이 상기 임계 값 이하이면 상기 이벤트 카운트 값을 유지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 침입 감지 방법은 상기 경보 모드에서 침입 감지 횟수가 상기 제2 설정 값보다 작으면, 상기 감시 모드로 전환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 무선 신호를 송신하는 복수의 송신 안테나와 상기 신호를 감지하는 복수의 수신 안테나를 포함하는 침입 감지 시스템이 제공된다. 침입 감지 시스템은 신호 분석부, 그리고 침입 결정부를 포함한다. 상기 신호 분석부는 매 측정 구간 동안 설정된 시간 간격마다 상기 복수의 수신 안테나를 통해 수신된 무선 신호의 변화를 분석한다. 그리고 상기 침입 결정부는 감시 모드와 경보 모드로 동작하고, 상기 감시 모드에서 상기 무선 신호의 변화로부터 침입이 감지되면 상기 경보 모드로 전환하고, 상기 경보 모드에서 상기 무선 신호의 변화로부터 침입이 감지되면 경보를 발생시킨다.
상기 침입 결정부는 매 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호의 신호 특성 값과 임계 값과의 비교 결과에 따라서 상기 감시 공간의 침입을 감지하고, 상기 감시 모드에서 침입 감지 횟수가 제1 설정 값 이상이 되면, 경보 모드로 전환하며, 상기 경보 모드에서 침입 감지 횟수가 제2 설정 값 이상이 되면 상기 감시 공간에 침입이 발생한 것으로 판단하고 경보를 발생시킬 수 있다.
상기 침입 감지 시스템은 임계 값 설정부를 더 포함할 수 있다. 상기 임계 값 설정부는 상기 경보 모드에서 해당 측정 구간 동안 상기 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호의 변화에 따라서 적응적으로 상기 임계 값을 설정한다.
상기 신호 분석부는 크기 및 위상 변화 계산부, 그리고 상대 행렬 계산부를 포함할 수 있다. 상기 크기 및 위상 변화 계산부는 상기 측정 구간 동안 상기 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호를 이용하여 상기 설정된 시간 간격 각각에서 위상의 변화량과 크기의 변화량을 계산한다. 그리고 상기 상대 행렬 계산부는 상기 측정 구간 동안 설정된 시간 간격마다 계산된 위상의 변화량과 크기의 변화량 및 상기 설정된 시간 간격 각각에 대한 변화 인자를 이용하여 상기 측정 구간 동안 상기 설정된 시간 간격 각각에 대한 상대적 변화량을 계산한다. 이때 상기 임계 값 설정부는 상기 상대적 변화량의 최대 값과 최소 값을 이용하여 상기 임계 값을 결정할 수 있다.
상기 침입 결정부는 상기 최대 값의 로그 값을 상기 신호 특성 값으로 결정하고, 상기 경보 모드에서 상기 최대 값의 로그 값이 상기 임계 값보다 크면 이벤트 카운트를 증가시키며, 상기 이벤트 카운트가 연속하여 제2 설정 값까지 증가하면 상기 침입이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 침입 결정부는 상기 감시 모드에서 제1 측정 구간 내지 제3 측정 구간 각각에서 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호의 신호 특성 값과 상기 임계 값과의 비교 결과에 따라서 상기 감시 공간의 침입을 감지하며, 상기 제1 측정 구간 내지 제3 측정 구간 동안 상기 침입 감지 횟수가 제1 설정 값 이상이 되면 경보 모드로 전환하며, 상기 제1 측정 구간 내지 제3 특정 구간에서의 임계 값은 서로 다를 수 있다.
상기 침입 결정부는 상기 감시 모드에서 침입 감지 횟수가 상기 제1 설정 값보다 작으면 상기 감시 모드를 유지하고, 상기 경보 모드에서 침입 감지 횟수가 상기 제2 설정 값보다 작으면 상기 감시 모드로 전환할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 장소나 환경에 의해서 발생될 수 있는 전파의 변화에 따라서 적응적으로 침임 판단을 위한 임계 값을 설정함으로써, 침입 감지 성능을 향상시킬 수 있다.
또한 전파 신호의 변화가 침입에 의한 것인지 감시하는 감시 구간을 설정함으로써, 전파 변화로부터 발생할 수 있는 오보를 획기적으로 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나를 이용한 침입 감지 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 감지부를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 감지부의 경보 모드에서의 침입 감지 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 도 2에 도시된 침입 결정부의 침입 결정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 도 2에 도시된 신호 분석부를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 신호 분석부에서 수신 신호를 분석하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 도 5에 도시된 기준 행렬 설정부에서 기준 행렬을 설정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 도 2에 도시된 감지부의 감시 모드에서의 침입 감시 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 제1 측정 구간에서의 침입 감지 방법을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나를 이용한 침입 감지 시스템 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나를 이용한 침입 감지 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 다중 안테나를 이용한 침입 감지 시스템(100)은 송신부(110), 송신 안테나(1201~120M), 수신 안테나(1301~130N), 수신부(140) 및 감지부(150)를 포함한다. 이들 송신부(110), 송신 안테나(1201~120M), 수신 안테나(1301~130N), 수신부(140) 및 감지부(150)는 실내의 감시 영역 내에 설치될 수 있다.
송신부(110)는 경비 개시 신호에 따라서 무선 신호를 생성하고, 생성한 무선 신호를 송신 안테나(1201~120M)를 통해 송신한다. 예를 들어 송신부(110)는 447MHz의 무선 신호를 생성하여 송신 안테나(1201~120M)를 통해 송신할 수 있다.
송신 안테나(1201~120M)는 방향성이 없는 안테나로서, 무선 신호는 송신 안테나(1201~120M)를 통해서 감시 영역으로 송출된다.
수신 안테나(1301~130N)는 송신 안테나(1201~120M)를 통해 송출된 무선 신호를 수신하고, 이 수신 신호를 수신부(140)로 전달한다.
수신부(140)는 수신 안테나(1301~130N)로부터의 수신 신호를 감지부(150)로 전달한다.
감지부(150)는 감시 영역 내부에서 수신 안테나(1301~130N)로부터의 수신 신호를 분석하여 감시 영역 내의 침입을 감지한다.
일반적으로 감시 영역에 침입자가 없는 경우 수신 안테나(1301~130N)를 통해서 수신되는 무선 신호의 크기 및 위상은 시간이 지나도 변화가 없다. 그러나, 감시 영역에 침입자가 있으면 송신 안테나(1201~120M)를 통해서 송출되는 무선 신호는 침입자에 의해 반사 또는 회절되고, 침입자로부터 반사 또는 회절된 신호는 수신 안테나(1301~130N)를 통해서 수신되면서 신호의 크기나 위상이 변하게 된다. 따라서, 감지부(150)는 수신 안테나(1301~130N)를 통해서 수신되는 무선 신호의 위상과 크기를 이용하여 하나의 신호 특성 값을 생성하고, 생성한 신호 특성 값을 설정된 임계 값과 비교하여 감시 영역의 침입을 감지할 수 있다.
감지부(150)는 감시 모드와 경보 모드로 동작한다. 감지부(150)는 감시 모드에서 무선 신호의 특성 값과 임계 값을 비교하여 감시 영역 내 침입을 감시하며, 감시 모드에서 침입이 감지되면 경보 모드로 전환하고 그렇지 않으면 감시 모드를 유지한다. 감시 모드는 무선 신호와 같은 전파 신호의 투과 특성에 의해 감시 영역 외의 변화에 의해 발생할 수 있는 오보를 줄이기 위한 것으로, 감시 모드에서는 무선 신호의 변화가 침입에 의한 것인지 단순 일회성 스파이크인지, 아니면 감시 구역 외에서 발생되는 변화인지를 감시한다. 감시 모드에서 무선 신호의 변화가 침입에 의한 것으로 판단되면 경보 모드로 전환되며, 이때에는 경보가 발생되지 않는다.
감지부(150)는 경보 모드에서 무선 신호의 특성 값과 임계 값을 비교하여 감시 영역의 침입을 감지하고, 침입이 감지되면 경보를 울려서 침입을 알린다. 한편, 감지부(150)는 경보 모드에서 침입이 감지되지 않으면 다시 감시 모드로 전환한다.
그리고 감지부(150)는 감시 모드에서의 임계 값과 경보 모드에서의 임계 값은 다르게 설정한다. 특히 감지부(150)는 경보 모드에서의 임계 값을 장소나 환경 변화에 적응적으로 갱신한다. 이를 위해 감시부(150)는 시간의 변화에 따라서 변화되는 무선 신호의 변화에 따라서 임계 값을 적응적으로 갱신할 수 있다.
감시 모드에서의 임계 값은 관리자에 의해 설정될 수 있으며, 경보 모드에서의 임계 값보다 높게 설정될 수 있다. 또는 감시 모드에서의 임계 값은 경보 모드에서의 임계 값보다 낮게 설정될 수도 있다.
이와 같이, 감지부(150)는 감시 모드를 설정하여 감시 구역 외에서 발생되는 변화이거나 단순 일회성 스파이크의 경우 알람을 발생시키지 않음으로써, 오보의 확률을 줄일 수 있다.
또한 송신 안테나(1201~120M)에 의해 송출되는 무선 신호는 감시 영역 내에서 반사 및/또는 회절 등을 통해 열선 감지기로 감시할 수 없는 부분까지 도달하게 되므로, 다중 안테나를 이용한 침입 감지 시스템(100)은 가림막과 적재물로 인해 열선 감지기로 감지가 어려운 침입을 감지할 수 있게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 감지부를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 감지부의 경보 모드에서의 침입 감지 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참고하면, 감지부(150)는 신호 분석부(152), 임계 값 설정부(154) 및 침입 결정부(156)를 포함한다.
신호 분석부(152)는 측정(window) 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신 안테나(1301~130N)로부터 무선 신호를 수신한다(S300). 예를 들어, 측정 구간은 1초로 설정될 수 있고, 시간 간격은 0.1초 간격으로 설정될 수 있다.
도 3을 보면, 신호 분석부(152)는 경보 모드가 되면, 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호(이하, "수신 신호"라 함)를 분석하여 위상과 크기를 추출하고(S310), 기준 무선 신호의 위상과 크기로부터 설정된 시간 간격 마다 위상의 변화량과 크기의 변화량을 계산한다(S320).
신호 분석부(152)는 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 각각 계산된 위상의 변화량과 크기의 변화량을 이용하여 설정된 시간 간격마다 상대적 변화량을 계산한다(S330).
임계 값 설정부(154)는 측정 구간 동안 설정된 시간 간격에 따라 계산된 상대적 변화량으로부터 최대 값과 최소 값을 추출하고(S340), 최대 값과 최소 값을 이용하여 기울기 인자(inclining factor)를 계산한다(S350).
임계 값 설정부(154)는 계산된 기울기 인자를 이용하여 임계 값을 결정한다(S360). 임계 값은 수학식 1과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112013082398121-pat00001
여기서, TH는 임계 값이고, a와 b는 전파 변화에 대한 감지 범위를 나타내는 인자로서, 1보다 작은 양의 값을 가질 수 있다. 또한 Min은 최소 값을 나타낸다. 특히, a와 b는 각각 0.6 및 08로 설정되어, 임계 값은 기울기 인자에 따라서 수학식 2와 같이 주어질 수 있다.
Figure 112013082398121-pat00002
즉 임계 값 설정부(154)는 시간에 따라 능동적으로 전파 변화에 대한 감지 범위를 달리 설정함으로써, 임계 값을 전파 변화에 적응적으로 설정되도록 한다.
침입 결정부(156)는 최대 값의 로그 값과 임계 값을 비교하고(S370), 비교 결과로부터 침입을 결정한다(S380). 특히, 침입 결정부(156)는 감시 모드에서 침입을 결정하고, 감시 모드에서 침입으로 결정되면, 경보 모드로 전환한다. 또한 침입 결정부(156)는 경보 모드에서 침입이 발생하지 않은 것으로 결정되면 다시 감시모드로 전환한다.
도 4는 도 2에 도시된 침입 결정부의 침입 결정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참고하면, 침입 결정부(156)는 침입 감지가 시작되면, 이벤트 카운트(D_COUNT)를 0으로 초기화한다(S400).
다음, 침입 결정부(156)는 측정 구간 동안 추출된 최대 값의 로그 값을 계산한다(S410).
침입 결정부(156)는 최대 값의 로그 값을 임계 값과 비교한다(S420).
침입 결정부(156)는 최대 값의 로그 값이 임계 값보다 크면, 이벤트 카운트(D_COUNT)를 증가시키고(S430), 최대 값의 로그 값이 임계 값 이하이면 이벤트 카운트(D_COUNT)를 그대로 유지한다(S440). 침입 결정부(156)는 최대 값의 로그 값이 임계 값보다 크면, 이벤트 카운트(D_COUNT)를 1씩 증가되도록 설정할 수 있다.
침입 결정부(156)는 이벤트 카운트(D_COUNT) 값을 설정 값과 비교하고(S450), 이벤트 카운트(D_COUNT) 값이 연속하여 설정 값까지 증가되면, 경보를 발생시키고(S460), 이벤트 카운트(D_COUNT) 값을 0으로 리셋시킨다(S470). 이때 설정 값은 관리자에 의해 결정되며, 예를 들어 2로 설정될 수 있다.
다음, 침입 결정부(156)는 다음 측정 구간에서 최대 값이 추출될 때까지 대기한다(S480).
한편, 침입 결정부(156)는 이벤트 카운트(D_COUNT) 값이 설정 값이 아니면, 경보 모드에서 감시 모드로 전환한다(S490).
도 5는 도 2에 도시된 신호 분석부를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 신호 분석부에서 수신 신호를 분석하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참고하면, 신호 분석부(152)는 기준 행렬 설정부(1521), 채널 행렬 생성부(1522), 변화 인자 계산부(1523), 크기 및 위상 변화 계산부(1524) 및 상대 행렬 계산부(1525)를 포함한다.
도 6을 보면, 기준 행렬 설정부(1521)는 기준 행렬을 설정한다(S602).
채널 행렬 생성부(1522)는 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신 안테나(1301~130N)의 수신 신호를 수신한다(S604).
채널 행렬 생성부(1522)는 설정된 시간 간격 마다 수신 신호로부터 크기와 위상을 각각 추출한다(S606).
채널 행렬 생성부(1522)는 측정 구간 동안 설정된 시간 간격 마다 각각 추출된 크기와 위상을 이용하여 설정된 시간 간격 마다 채널 행렬을 생성한다(S608). 이때 채널 행렬의 크기는 M*N일 수 있다.
시간 t에서 수신 신호는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013082398121-pat00003
수학식 3에서, Y(t)는 수신 신호이고, X(t)는 송신 신호이며, N(t)는 분산이
Figure 112013082398121-pat00004
이고 평균이 0인 AWGN(Additive White Gaussian Noise)이다. 그리고 행렬 A의 열(Column)은 수학식 4와 같이
Figure 112013082398121-pat00005
로 표현될 수 있으며, 방향 벡터(steering vector)를 나타낸다.
Figure 112013082398121-pat00006
수학식 4에서, d는 D/λ이며, λ는 전파의 파장이고, D는 안테나와 안테나간의 거리이다.
이때 채널 행렬은 수학식 5와 같이 생성될 수 있다.
수학식 5에서,
Figure 112013082398121-pat00008
로 정의된다. Ryy는 채널 행렬을 나타내고, H는 복소 공액 전치(transpose conjugate 또는 Hermitian) 연산을 나타내며, I는 단위 행렬을 나타낸다.
채널 행렬 생성부(1522)는 측정 구간 동안 설정된 시간 간격마다 방향 벡터(steering vector)를 각각 계산한다(S610). 채널 행렬 생성부(1522)는 채널 행렬의 각 원소로부터 수신 방향(Direction of Arrival, DOA)을 계산하여 방향 벡터를 계산할 수 있다. 이때 DOA를 계산하는 방법으로는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 지연합법, 최소분산법, MUSIC(MUltiple SIgnal Classification) 알고리즘, 루트(root) MUSIC 알고리즘, ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique) 알고리즘, ML(Maximum Likelihood)법 등을 이용하여 DOA가 계산될 수 있다.
채널 행렬 생성부(1522)는 측정 구간 동안 설정된 시간 간격 마다 계산된 방향 벡터를 이용하여 측정 구간 동안 설정된 기간 간격 마다 채널 행렬을 다시 생성한다(S612). 이때 설명의 편의상 단계(S608)에서 생성된 채널 행렬과 단계(S612)에서 생성된 채널 행렬을 구분하기 위해서, 단계(S608)에서 생성된 채널 행렬을 원(original) 채널 행렬이라 명명하고, 단계(S612)에서 생성된 채널 행렬을 새로운(new) 채널 행렬이라 명명한다. 이때 루트 MUSIC에 의해 생성되는 새로운 채널 행렬은 수학식 6에서 응용된 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013082398121-pat00009
Figure 112013082398121-pat00010
루트 MUSIC에 의해 시간 t에서의 수신 신호는 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013082398121-pat00011
여기서,
Figure 112013082398121-pat00012
은 루트 MUSIC에 의해 계산된 방향 벡터가 적용된 행렬을 나타낸다.
변화 인자 계산부(1523)는 측정 구간 동안 설정된 시간 간격 각각에 대한 원 채널 행렬의 각 원소와 기준 행렬의 각 원소를 상관하여 측정 구간 동안 설정된 시간 간격 각각에 대한 상관 계수를 계산한다(S614).
변화 인자 계산부(1523)는 측정 구간 동안 설정된 시간 간격에 따른 상관 계수로부터 임펄스 성분이 존재하는지 판단하고(S616), 임펄스 성분에 해당하는 상관 계수를 보정한다(S618). 이때 변화 인자 계산부(1523)는 임펄스 성분에 해당하는 상관 계수를 임펄스 성분이 아닌 수신 신호에 해당하는 상관 계수로 보정할 수 있다.
변화 인자 계산부(1523)는 측정 구간 동안 설정된 시간 간격에 따른 상관 계수를 각각 설정 값과 비교하고(S620), 상관 계수가 설정 값보다 크면 변화 인자를 1로 설정하고(S622), 그렇지 않으면 수학식 9와 같이 설정한다(S624).
Figure 112013082398121-pat00013
수학식 9에서, mod는 모듈러 연산을 나타낸다.
변화 인자 계산부(1523)는 이와 같은 방법으로 측정 구간 동안 설정된 시간 간격에 따른 변화 인자를 계산한다(S626).
크기 및 위상 변화 계산부(1524)는 새로운 채널 행렬의 각 원소와 기준 행렬의 각 원소로부터 측정 구간 동안 설정된 시간 간격마다 위상의 변화량과 크기의 변화량을 계산한다(S628).
크기 및 위상 변화 계산부(1524)는 측정 구간 동안 설정된 시간 간격마다 계산된 위상의 변화량과 크기의 변화량으로부터 임펄스 성분이 존재하는지 판단하고(S628), 임펄스 성분에 해당하는 위상의 변화량과 크기의 변화량을 보정한다(S630). 이때 크기 및 위상 변화 계산부(1524)는 임펄스 성분에 해당하는 위상의 변화량과 크기의 변화량을 침입 감지 판단에 영향을 주지 않는 값(예를 들면, 0)으로 보정할 수 있다.
상대 행렬 계산부(1525)는 측정 구간 동안 설정된 시간 간격마다 계산된 위상의 변화량과 크기의 변화량 및 변화 인자를 이용하여 측정 구간에 대한 상대 행렬을 계산한다(S632). 상대 행렬의 각 원소는 설정된 시간 간격에 따른 상대적 변화량을 나타내며, 상대적 변화량은 수학식 10과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112013082398121-pat00014
상대 행렬 계산부(1525)에서 수학식 10 같이 측정 구간에 대한 상대 행렬을 계산하고 나면, 상대 행렬의 각 요소의 최대 값과 최소 값으로부터 기울기 인자가 계산될 수 있다.
도 7은 도 5에 도시된 기준 행렬 설정부에서 기준 행렬을 설정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참고하면, 기준 행렬 설정부(1521)는 기준 행렬을 저장한다(S710). 기준 행렬은 침입이 없는 상황에서 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신 안테나(1301~130N)를 통해 수신되는 무선 신호를 이용하여, 원 채널 행렬을 재생성하는 방법과 동일한 방법을 통해서, 생성될 수 있다.
기준 행렬 설정부(1521)는 침입 감지 시간(T_COUNT)이 설정 시간을 초과하면, 기준 행렬을 갱신한다. 이때 기준 행렬 설정부(1521)는 설정 시간을 측정 구간에 해당하는 시간으로 설정할 수 있으며, 새로운 채널 행렬을 다음 측정 구간을 위한 기준 행렬로 설정할 수 있다. 이와 같이, 기준 행렬을 무선 신호의 변화에 따라 설정하면, 시간에 따른 무선 신호의 변화에 보다 적응적으로 침입 감지를 수행할 수 있다.
도 8은 도 2에 도시된 감지부의 감시 모드에서의 침입 감시 방법을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8에 도시된 제1 측정 구간에서의 침입 감지 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8을 참고하면, 감지부(150)는 감시 모드가 시작되면(S802), 제1 측정 구간으로 천이한다(S804).
감지부(150)는 제1 측정 구간에서 침입을 결정한다(S806). 이때 침입을 결정하는 방법은 도 9에 도시한 바와 같다.
도 9를 보면, 침입을 결정하는 방법(S910~S970)은 도 3에서 설명한 방법과 유사하다. 다만, 도 3과 달리 감시 모드의 제1 측정 구간에서는 임계 값이 미리 설정되어 있기 때문에 제1 측정 구간에서의 침입 결정은 임계 값을 결정하기 위한 단계(S350, S360)가 생략된다. 이와 같이, 제1 측정 구간에서의 침입 결정은 임계 값을 결정하기 위한 단계(S350, S360)를 제외하고 도 3에서 설명한 침입 결정 방법과 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
감지부(150)는 제1 측정 구간에서 침입이 감지되면(S808), 제2 측정 구간으로 천이한다(S810).
감지부(150)는 제2 측정 구간에서 침입을 결정한다(S812). 제2 측정 구간에서 감지부(150)의 침입 감지 방법은 제1 측정 구간과 동일하다. 제2 측정 구간에서의 임계 값 또한 관리자에 의해 미리 설정된다. 다만, 제2 측정 구간에서의 임계 값은 제1 측정 구간에서의 임계 값보다 크게 설정될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 설정되는 측정 구간들은 매우 짧은 시간이기 때문에 제1 측정 구간에서의 무선 신호의 변화가 제2 측정 구간에도 영향을 미칠 수가 있다. 따라서 제2 측정 구간에서의 임계 값을 제1 측정 구간에서의 임계 값과 동일하게 설정하면 제1 측정 구간에서의 무선 신호의 변화에 의해 제2 측정 구간에서도 침입이 감지된 것으로 결정될 수 있다. 이와 같이, 제1 측정 구간에서의 무선 신호의 변화가 제2 측정 구간에서 침입 감지에 주는 영향을 줄이기 위해서 제2 측정 구간에서의 임계 값을 제1 측정 구간에서의 임계 값보다 높게 설정할 수 있다.
감지부(150)는 제2 측정 구간에서 침입 감지 여부에 상관 없이 제2 측정 구간이 종료되면 제3 측정 구간으로 천이한다(S814). 감지부(150)는 제3 측정 구간에서 침입을 결정한다(S816). 제3 측정 구간에서 감지부(150)의 침입 감지 방법 또한 제1 및 제2 측정 구간과 동일하다. 제3 측정 구간에서의 임계 값 또한 관리자에 의해 미리 설정된다. 다만, 제3 측정 구간에서의 임계 값은 제2 측정 구간에서의 임계 값보다 크게 설정될 수도 있고 작게 설정될 수도 있다. 제3 측정 구간은 침입 감지를 재확인하는 구간으로, 제3 측정 구간에서의 임계 값은 제1 측정 구간에서의 임계 값과 동일하게 설정될 수도 있고, 제2 측정 구간에서의 임계 값보다 크게 설정될 수도 있으며, 제1 측정 구간에서의 임계 값과 제2 측정 구간에서의 임계 값 사이의 값으로 설정될 수도 있다.
감지부(150)는 제1 측정 구간 내지 제3 측정 구간에서 침입 감지 횟수가 2 이상이 되면(S818), 경보 모드로 전환하고(S820), 그렇지 않으면 다시 제1 측정 구간으로 천이한다(S804).
반면, 감지부(150)는 제1 측정 구간에서 침입이 감지되지 않으면(S808), 제1 측정 구간을 유지한다(S822). 즉, 제1 측정 구간에서 침입이 감지되지 않으면 제1 측정 구간을 반복함으로써, 감시 모드를 유지한다.
이때 제1 측정 구간 내지 제3 측정 구간은 조건에 따라 다르게 설정될 수 있으며, 감시 모드에서 기준 행렬 또한 도 7과 같은 방법으로 설정될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (21)

  1. 무선 신호를 송신하는 복수의 송신 안테나와 상기 무선 신호를 수신하는 복수의 수신 안테나를 포함하는 침입 감지 시스템에서 감시 공간에 대한 침입 감지 방법으로서,
    감시 모드에서 상기 복수의 수신 안테나를 통해 수신된 무선 신호를 이용하여 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계,
    상기 감시 모드에서 침입 감지 횟수가 제1 설정 값 이상이 되면, 경보 모드로 전환하는 단계,
    상기 경보 모드에서 상기 복수의 수신 안테나를 통해 수신된 무선 신호를 이용하여 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계, 그리고
    상기 경보 모드에서 침입 감지 횟수가 제2 설정 값 이상이 되면, 상기 감시 공간에 침입이 발생한 것으로 판단하고 경보를 발생시키는 단계
    를 포함하는 침입 감지 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 경보 모드에서 상기 침입을 감지하는 단계는
    제1 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호의 신호 특성 값과 제1 임계 값과의 비교 결과에 따라서 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계,
    상기 제1 측정 구간에서 상기 감시 공간의 침입이 감지되면, 제2 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호의 신호 특성 값과 제2 임계 값과의 비교 결과에 따라서 상기 감시 공간의 침입을 감지한 후, 제3 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호의 신호 특성 값과 제3 임계 값과의 비교 결과에 따라서 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계, 그리고
    상기 제1 내지 제3 측정 구간 동안 침입 감지 횟수가 상기 제1 설정 값 이상이 되면, 상기 경보 모드로 전환하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 내지 제3 임계 값은 서로 다른 침입 감지 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 경보 모드에서 상기 침입을 감지하는 단계는 상기 제1 측정 구간에서 상기 감시 공간의 침입이 감지되지 않으면 상기 제1 측정 구간을 유지하는 단계를 더 포함하는 침입 감지 방법.
  4. 제2항에서,
    상기 경보 모드에서 상기 침입을 감지하는 단계는
    상기 측정 구간 동안 상기 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호를 이용하여 제4 임계 값을 설정하는 단계, 그리고
    측정 구간 동안 설정된 시간 간격마다 상기 복수의 수신 안테나를 통해 수신된 무선 신호의 신호 특성 값과 상기 제2 임계 값과의 비교 결과에 따라서 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계를 포함하는 침입 감지 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 설정하는 단계는
    상기 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호로부터 상기 설정된 시간 간격마다 위상의 변화량과 크기의 변화량을 계산하는 단계, 그리고
    상기 설정된 시간 간격으로 계산된 위상의 변화량과 크기의 변화량을 이용하여 상기 제4 임계 값을 결정하는 단계를 포함하는 침입 감지 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 결정하는 단계는
    상기 설정된 시간 간격으로 계산된 위상의 변화량과 크기의 변화량을 이용하여 상기 설정된 시간 간격에 각각 대응하는 상대적 변화량을 계산하는 단계,
    상기 설정된 시간 간격에 각각 대응하는 상대적 변화량으로부터 최대 값과 최소 값을 계산하는 단계,
    상기 최대 값과 상기 최소 값을 이용하여 기울기 인자를 계산하는 단계,
    상기 기울기 인자를 이용하여 감지 범위를 나타내는 인자를 결정하는 단계, 그리고
    상기 최대 값과 상기 최소 값 및 상기 감지 범위를 나타내는 인자를 이용하여 상기 제4 임계 값을 계산하는 단계를 포함하는 침입 감지 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 상대적 변화량을 계산하는 단계는
    상기 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호와 침입이 없는 상태에서 상기 설정된 시간 간격으로 수신된 기준 신호를 상관하여 상기 설정된 시간 간격 각각에 대한 상관 계수를 계산하는 단계,
    상기 설정된 시간 간격 각각에 대한 상관 계수와 설정 값과의 비교 결과를 이용하여 상기 설정된 시간 간격 각각에 대한 변화 인자를 계산하는 단계, 그리고
    상기 설정된 시간 간격으로 계산된 위상의 변화량과 크기의 변화량 및 변화 인자를 곱하여 상기 설정된 시간 간격 각각 해당하는 상대적 변화량을 계산하는 단계를 포함하는 침입 감지 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 변화 인자를 계산하는 단계는 상기 상관 계수가 설정 값보다 크면 상기 변화 인자를 1로 설정하고, 상기 상관 계수가 상기 설정 값 이하이면 상기 변화 인자를 (1/상기 상관 계수)의 모듈러 값으로 설정하는 단계를 포함하는 침입 감지 방법.
  9. 제6항에서,
    상기 감시 모드 및 상기 경보 모드에서 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계는 상기 최대 값의 로그 값을 상기 신호 특성 값으로 결정하는 단계를 더 포함하는 침입 감지 방법.
  10. 제4항에서,
    상기 감시 모드 및 상기 경보 모드에서 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계는
    이벤트 카운트 값을 0으로 초기화하는 단계,
    상기 측정 구간에서의 신호 특성 값이 상기 임계 값보다 크면 상기 이벤트 카운트 값을 증가시키는 단계, 그리고
    상기 이벤트 카운트 값이 연속하여 상기 제2 설정 값까지 증가되면, 상기 감시 공간에 침입이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 침입 감지 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 감시 모드 및 상기 경보 모드에서 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계는 상기 감시 공간에 침입이 발생한 것으로 판단되면 상기 이벤트 카운트 값을 0으로 리셋시키는 단계를 더 포함하는 침입 감지 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 감시 모드 및 상기 경보 모드에서 상기 감시 공간의 침입을 감지하는 단계는 상기 측정 구간에서의 신호 특성 값이 상기 임계 값 이하이면 상기 이벤트 카운트 값을 유지시키는 단계를 더 포함하는 침입 감지 방법.
  13. 제1항에서,
    상기 경보 모드에서 침입 감지 횟수가 상기 제2 설정 값보다 작으면, 상기 감시 모드로 전환하는 단계
    를 더 포함하는 침입 감지 방법.
  14. 무선 신호를 송신하는 복수의 송신 안테나와 상기 신호를 감지하는 복수의 수신 안테나를 포함하는 침입 감지 시스템으로서,
    매 측정 구간 동안 설정된 시간 간격마다 상기 복수의 수신 안테나를 통해 수신된 무선 신호의 변화를 분석하는 신호 분석부, 그리고
    감시 모드와 경보 모드로 동작하고, 상기 감시 모드에서 상기 무선 신호의 변화로부터 침입이 감지되면 상기 경보 모드로 전환하고, 상기 경보 모드에서 상기 무선 신호의 변화로부터 침입이 감지되면 경보를 발생시키는 침입 결정부
    를 포함하는 침입 감지 시스템.
  15. 제14항에서,
    상기 침입 결정부는 매 측정 구간 동안 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호의 신호 특성 값과 임계 값과의 비교 결과에 따라서 상기 감시 공간의 침입을 감지하고,
    상기 감시 모드에서 침입 감지 횟수가 제1 설정 값 이상이 되면 경보 모드로 전환하며, 상기 경보 모드에서 침입 감지 횟수가 제2 설정 값 이상이 되면 상기 감시 공간에 침입이 발생한 것으로 판단하고 경보를 발생시키는 침입 감지 시스템.
  16. 제15항에서,
    상기 경보 모드에서 해당 측정 구간 동안 상기 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호의 변화에 따라서 적응적으로 상기 임계 값을 설정하는 임계 값 설정부
    를 더 포함하는 침입 감지 시스템.
  17. 제16항에서,
    상기 신호 분석부는
    상기 측정 구간 동안 상기 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호를 이용하여 상기 설정된 시간 간격 각각에서 위상의 변화량과 크기의 변화량을 계산하는 크기 및 위상 변화 계산부, 그리고
    상기 측정 구간 동안 설정된 시간 간격마다 계산된 위상의 변화량과 크기의 변화량 및 상기 설정된 시간 간격 각각에 대한 변화 인자를 이용하여 상기 측정 구간 동안 상기 설정된 시간 간격 각각에 대한 상대적 변화량을 계산하는 상대 행렬 계산부를 포함하고,
    상기 임계 값 설정부는 상기 상대적 변화량의 최대 값과 최소 값을 이용하여 상기 임계 값을 결정하는 침입 감지 시스템.
  18. 제17항에서,
    상기 신호 분석부는 상기 측정 구간 동안 상기 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호와 침입이 없는 상태에서 상기 설정된 시간 간격으로 수신된 기준 신호와의 상관 계수를 이용하여 상기 설정된 시간 간격 각각에 대한 변화 인자를 계산하는 변화 인자 계산부를 더 포함하는 침입 감지 시스템.
  19. 제18항에서,
    상기 침입 결정부는 상기 최대 값의 로그 값을 상기 신호 특성 값으로 결정하고,
    상기 경보 모드에서 상기 최대 값의 로그 값이 상기 임계 값보다 크면 이벤트 카운트를 증가시키며, 상기 이벤트 카운트가 연속하여 제2 설정 값까지 증가하면 상기 침입이 발생한 것으로 판단하는 침입 감지 시스템.
  20. 제15항에서,
    상기 침입 결정부는 상기 감시 모드에서 제1 측정 구간 내지 제3 측정 구간 각각에서 설정된 시간 간격으로 수신된 무선 신호의 신호 특성 값과 상기 임계 값과의 비교 결과에 따라서 상기 감시 공간의 침입을 감지하며,
    상기 제1 측정 구간 내지 제3 측정 구간 동안 상기 침입 감지 횟수가 제1 설정 값 이상이 되면, 경보 모드로 전환하며,
    상기 제1 측정 구간 내지 제3 특정 구간에서의 임계 값은 서로 다른 침입 감지 시스템.
  21. 제15항에서,
    상기 침입 결정부는 상기 감시 모드에서 침입 감지 횟수가 상기 제1 설정 값보다 작으면 상기 감시 모드를 유지하고, 상기 경보 모드에서 침입 감지 횟수가 상기 제2 설정 값보다 작으면 상기 감시 모드로 전환하는 침입 감지 시스템.
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