KR101668478B1 - 존재 및 움직임 검출을 위한 패시브 레이더 - Google Patents

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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

패시브 검출기(10)는 환경에서 패시브 방사(12)를 수집하도록 구성된 수신기(11)를 포함하고, 패시브 방사의 부분에 관한 상세한 정보는 패시브 에너지의 베이스라인으로서 추정된다. 패시브 에너지는 검출기에 무관한 패시브 소스에 의해 생성된다. 모니터(24)는 베이스라인에서의 변동을 측정하도록 구성된다. 결정 모듈(34)은 변동이 환경에서의 존재 또는 움직임을 나타내는지를 결정하기 위해 모니터에 결합된다. 검출 방법들이 또한 개시된다.

Description

존재 및 움직임 검출을 위한 패시브 레이더{PASSIVE RADAR FOR PRESENCE AND MOTION DETECTION}
본 발명은 전자 검출 시스템들에 관한 것으로, 특히, 패시브 배경 에너지(passive background energy)를 사용함으로써 존재 및 움직임을 검출하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
움직임 및 존재 검출에 대한 관심이 증가되고 있다. 주요 원동력들(major driving factors)은 오피스 빌딩들 및 가정들에서의 에너지 절감을 포함한다. 움직임 검출기들 및 감지기들은 수요가 빠르게 증가할 것으로 예측되며, 2012년까지는 90억 달러를 초과할 것으로 기대된다. 이 증가하는 관심으로, 최소의 허위 경보들(false alarms)을 갖는 단방향 검출형의 낮은 프로파일 인비저블 감지기들(low profile invisible sensors)을 인에이블하는 보다 높은 기능성 감지기들이 필요하다. 다수의 사람들 및 룸(room) 내 사람들의 위치들 또는 위치에 대한 검출을 인에이블하는 보다 지능적인 감지기들이 필요하다.
실내 환경(outdoor environment)에서 RF 파들(waves)을 사용하여 인간의 움직임을 수동적으로 검출하는 아이디어는 과학적인 간행물들(scientific publications)을 제공하였다. (예컨대, 2006년, 9월, 2006 IEEE 17차 국제 심포지엄의, 개인, 실내 및 모바일 무선 통신들(Personal, Indoor and Mobile Radio Communications)에서, 니시, 엠(Nishi, M).: 타카하시, 에스(Takahahi, S).: 요시다, 티(Yoshidal, T)., "VHF-FM 및 UHF-TV 방송파들을 사용하는 실내 인간 검출 시스템들(Indoor Human Detection Systems Using VHF-FM and UHF-TV Broadcasting Waves)" 페이지(들) 1-5, 이하 니시(Nishi)). 니시에서, 저자들은 기대된 RF 신호의 스펙트럼의 파워 스펙트럼 밀도(power spectrum density)를 고찰하고, 그들은, 파워 스펙트럼 변화(power spectrum variation)와 인간이 룸에 들어가는 이벤트(event) 사이의 관계를 관찰하려고 시도한다.
실외 환경에서, 움직이는 오브젝트를 배치하고 추적하기 위해 이용가능한 무선 주파수(RF) 스펙트럼 모두를 사용하는 경향이 있는 군사 애플리케이션들(military applications)을 위한 패시브 레이더 상에서 행해지는 많은 작업이 존재한다. RF 신호의 시간 변화 특성(time varying nature)의 패시브 관찰(passive observation)에 기초한 인간 검출은 여전히 신뢰할 수 없으며, 현재는 사용되지 않는다.
본 발명에 따라, 검출 프로세스의 신뢰성을 향상시키는 보다 강력한 방식이 제공된다. 오브젝트, 특히 어떠한 파워를 방사(radiating)하지 않는 인간의 실내 움직임을 검출하는 새로운 시스템 및 방법이 제공된다. 무선 신호들 또는 공기 중에 이미 존재하는 다른 신호들에 대한 상세한 지식은, 이들 신호들이 시간에 대해 변화하는 방식을 특징짓기 위해 사용된다. 그렇게 함으로써, 우리는 움직임을 구별할 수 있다.
본 발명의 원리들에 따라, 패시브 검출기는, 패시브 방사 부분에 관한 상세한 정보가 패시브 에너지의 베이스라인(baseline)으로서 추정되는, 환경에서 패시브 방사를 수집(collect)하도록 구성된 수신기를 포함한다. 패시브 에너지는 검출기에 무관한 패시브 소스(passive source)에 의해 생성된다. 모니터는 베이스라인에서의 변동(fluctuation)을 측정하도록 구성된다. 상기 변동이 상기 환경에서 존재 또는 움직임을 나타내는지를 결정하기 위해 결정 모듈이 모니터에 결합된다. 검출 방법들이 또한 개시된다.
또 다른 패시브 움직임 검출기는 환경으로부터 무선 통신 신호를 수집하고, 통신 신호의 기대되거나 주기적인 부분으로부터 베이스라인 에너지를 추정하도록 구성된 수신기를 포함한다. 베이스라인 에너지는 검출기에 무관한 패시브 소스에 의해 생성되고, 수신기는 베이스라인 에너지로 모니터링되는 최상의 채널을 결정하도록 구성된 채널 추정 모듈(channel estimation module)을 포함한다. 모니터는 최상의 채널에서의 변동들을 측정하도록 구성된다. 결정 모듈은 모니터에 결합되고, 변동들이 상기 환경에서의 존재 또는 움직임을 나타내는지를 결정하기 위해 임계치와 상기 변동들을 비교하도록 구성된다.
환경에서의 존재 또는 움직임을 결정하는 방법은, 패시브 방사가 무관한 패시브 소스에 의해 생성되는 환경에서 기존의 패시브 방사로부터 최상의 채널을 추정하는 단계; 최상의 채널의 패시브 방사에서의 변동들을 모니터링하는 단계; 및 상기 변동들이 상기 환경에서 존재 또는 움직임을 나타내는지를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 여러 가지 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들과 연계하여 읽혀지는 예시적인 실시예들의 후속하는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 실시예들은 패시브 및 저렴한 존재 검출 시스템을 제공한다. 본 실시예들은 보안 애플리케이션들 및 조명 애플리케이션들(본 발명에 따라 조명들 또는 다른 디바이스들을 턴 온 및 오프함)에 유용하다. 본 발명의 원리들은, 사용되는 신호들이 이들 신호들을 생성하는 것과는 반대로, 공기 중에 이미 있으므로, 동작들(operations)을 수행하기에 필요한 에너지의 감소를 제공한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 예시적인 패시브 레이더 검출기 또는 움직임/존재 감지기를 도시하는 블록도.
도 2는 미드-엠블(mid-amble)을 보여주는 확대된 부분 및 GSM 프레임을 포함하는 예시적인 패시브 에너지 소스를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 원리들에 따라, 베이스라인으로서 최상의 경로 또는 채널을 선택하는 하나의 예시적인 방법을 설명하기 위한 에너지 대 지연(delay)의 플로트.
도 4는 예시적인 실시예에 따라 존재 또는 움직임을 검출하는 시스템/방법을 도시하는 블록도/흐름도.
도 5는 예시적인 실시예에 따라 존재 또는 움직임을 결정하기 위해 결정 변수와 임계치 사이의 비교를 도시하는 플로트.
본 발명은 오브젝트, 특히 어떠한 파워도 방사하지 않는 인간의 실내 움직임을 검출하는 시스템들 및 방법들을 개시한다.
이미 공기 내에 있는 무선 신호들에 대한 상세한 지식(knowledge))은 신호들이 시간에 대해 변화하는 방식을 특징짓기 위해 사용된다. 그렇게 함으로써, 인간 존재 및/또는 움직임이 환경에서 구별될 수 있다.
본 발명이 움직임 감지에 대해 설명될 것이지만, 본 발명의 교시는 훨씬 광범위하고, 국부적인 전자기 신호를 변경함으로써 검출될 수 있는 임의의 성분들에 적용가능함을 이해해야 한다. 여기에서 설명되는 실시예들은 바람직하게는, 보안(security) 또는 다른 검출 시스템들에서 사용될 수 있지만, 사진촬영 애플리케이션들(photography applications) 및 움직임 감지 또는 살아있는 존재가 검출될 필요가 있는 임의의 다른 애플리케이션들에서 사용될 수 있다. 여기에서 설명되는 바와 같은 감지기들 또는 검출기들은 반도체 디바이스들, 소프트웨어, 인쇄된 배선 보드들(printed wiring boards), 및 임의의 다른 전자 설비를 사용하여 구현될 수 있다. 검출기들의 예시적인 예들이 알람들(alarms), 조명들(lights), 또는 저장 디바이스들 및 미디어와 같은 부가적인 전자 성분들을 포함하도록 채택될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이들 성분들은 검출기들과 통합하여 형성될 수 있고, 또는 분리하여 사용될 수 있다.
도면들에 도시된 요소들은 하드웨어와 소프트웨어의 다양한 조합들로 구현될 수 있고, 단일 요소 또는 다중 요소들로 조합될 수 있는 펑션들(functions)을 제공할 수 있다.
오브젝트의 움직임, 특히 인간의 실내 움직임을 검출하는 장치 및 방법은, 신호들이 시간에 대해 변화하는 방식을 특징짓기 위해 이미 공기(예컨대, 패시브 레이더) 내에 있는 무선 신호들에 대한 상세한 지식을 사용한다. 본 실시예들은 실내와 실외 움직임 사이를 구별할 수 있게 한다. 인간 존재/활동을 검출하는 것은, RF 신호의 구조를 활용함으로써 행해진다. 검출을 위해 사용하는 방사 파워가 요구되지 않는다.
종래의 RF 수신기의 기본 요소들, 예컨대 모바일 통신(Mobile Communications: GSM) 수신기용 글로벌 시스템은 신호에 대해 동기화하고, 채널 추정을 수행하는데 사용될 수 있다. 추정된 채널은 움직임이 실내 환경에서 일어날 때 관찰하는 보다 강력한 방식을 찾는데 사용된다. 본 발명은, 기존의 GSM 또는 다른 신호들을 사용하지만, 종래의 통신 시스템의 소수 요소들만을 사용하는 실내 움직임 검출기를 가능하게 한다. 종래의 수신기에 비하여, 통신 시스템의 종래의 물리층(physical layer)의 소수 요소들만을 필요로 하므로, 필요한 복잡성이 매우 제한된다. 하나의 애플리케이션에서, 통신 시스템 하드웨어의 사용은 전화기 또는 등가 디바이스(equivalent device)에서 움직임 감지 애플리케이션의 사용을 허용한다.
동일한 원리를 따라서, 다른 무선 신호들은 인간 존재를 검출하는데 사용될 수 있다. 여기에서 개시된 것들 이외의 다른 방법들이 또한 사용될 수 있고, 정확도를 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 본 발명이 패시브 검출을 이용하기 때문에, 그것은 액티브 시스템들에 비하여 "에너지 부족(energy hungry)"이 거의 없으며, 에너지 관리 애플리케이션들 또는 보안 애플리케이션들용으로 사용된다. 또한, 존재 검출에 관련되는 다른 애플리케이션들은 예컨대, 정원 조명(garden lighting), 가전기기 활성/비활성 등과 같은 애플리케이션들에 사용될 수 있다.
동일한 번호들이 동일 또는 유사한 요소들을 나타내는 도면들 및 초기에 도 1을 참조하면, 패시브 움직임/존재 검출기 또는 패시브 레이더 검출기(10)가 일 실시예에 따라 도시된다. 검출기(10)는 룸 또는 환경에서 주변 방사(ambient radiation: 12)를 수신할 수 있는 감지기 또는 안테나(25)를 포함한다. 주변 방사는 무선 주파수 방사 또는 제공될 수 있는 다른 타입들의 방사를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 무선 통신 방사(예컨대, GSM과 같은, 코드 분할 다중 액세스(CDMA), 시분할 다중 액세스(TDMA)) 또는 다른 패킷화되거나 변조된 신호들이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 특정한 위치(location)에서 또는 그 근처에 제공되는 보안 시스템 또는 다른 디바이스가 위치에서의 존재 또는 움직임을 검출하도록 사용될 수 있는 방사를 방출할 수 있다. 이러한 실시예에서, 주변의 디바이스는 움직임 또는 존재를 수동으로 검출하는데 사용되는 에너지를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 주변의 디바이스로부터 방출하는 에너지가 주기적이고 그리고/또는 공지된 지속기간 동안 예측가능한 펄스 또는 일정한 에너지를 제공하면 바람직하다.
GSM 표준은 항상 서비스 영역에서 전송 및 제공되는 방송 채널들을 정의한다. 효율성을 위해, 본 실시예들은 GSM 신호들/방사를 사용하여 설명될 것이다. 하지만, 본 원리들은 이 예에 의해 제한되는 것으로 고려되지 않아야 한다. GSM 신호들은, 셀룰러 네트워크의 일부로서 사용되는 GSM 신호들이 빌딩들에 들어가고, 부분적으로 튀어나오거나(bounce off), 사람들에 의해 부분적으로 흡수될 수 있으므로, 바람직한 예를 제공한다. 그러므로, GSM 신호들이 환경에서 사람의 움직임이나 단순한 존재에 대해 변할 수 있다.
GSM 신호들은, 신호의 다른 부분들이 또한 사용될 수 있지만, 소위 미드-엠블이라고 하는 고정된 공지된 시퀀스(fixed known sequence)를 포함한다. 디바이스(10)는 GSM 신호들을 수신하고, 신호의 미드-엠블을 찾는다. 예시적인 실시예에서, 디바이스(10)는 예컨대, 가우시안 최소 시프트 키잉(Gaussian minimum shift keying: GMSK) 변조기(13)를 갖는 GSM 수신기(11)를 포함한다. 수신된 신호는 상이하게 프리코딩(precode)되고, 변조기(13)에 의해 변조되고, 위상 회전자(phase rotator:15)에 의해 위상 회전될 수 있다.
미드-엠블은 채널 추정 모듈(14)을 사용함으로써 신호에서 가장 강한 채널을 추정하는데 사용될 수 있는 파일럿 신호를 포함한다. 일단, 추정된 채널이 발견되면, 채널은 채널 모니터링 모듈(24)에 의한 변경들을 위해 모니터링될 수 있다. 채널 모니터링 모듈(24)은 인입하는 신호의 상태를 모니터링하고, 결정 모듈(34)에 입력을 제공한다. 결정 모듈(34)은 주어진 시간에 채널 세기를 계산하고, 채널 세기의 현재 값을 상기 임계치와 비교함으로써 유도될 수 있는 임계치(S)를 포함할 수 있다. 임계치가 초과되면, 움직임이 검출되거나, 인간의 존재가 검출된다. 이어서, 결정 모듈(34)은, 모니터링되는 환경에서의 존재 또는 움직임 중 하나를 나타내는데 사용될 수 있는 알람 또는 트리거 신호(trigger signal: 26)에 출력한다. 바람직한 실시예의 추가적인 세부사항들이 본 발명의 원리에 따라 이제 설명된다.
도 2를 참조하면, GSM 예에서, GSM 방송 패킷 프레임(202)은 동기화 채널(SCH)(204)을 포함한다. 동기화 채널(204)은 GSM 프레임(202)에서 데이터(208) 사이에 샌드위치된 미드-엠블(206)을 형성한다. GSM 표준은 현재, 모든 디지털 셀룰러 표준들 중에서 가장 성공적인 것이다. GSM은 시분할 다중 액세스(TDMA) 방식을 사용하여 데이터 및 디지털화된 스피치(speech)의 전송을 제공한다. 각각의 TDMA 프레임은, 각각의 슬롯이 한명의 사용자를 서브(serve)하는 8개의 시간 슬롯들로 나눠진다. 각각의 시간 슬롯은 채널 임펄스 응답(channel impulse response)을 추정하는데 사용되는 타이밍 시퀀스뿐만 아니라 데이터를 포함하는 버스트(burst)를 위한 룸(room)을 제공한다. 미드-엠블 또는 트레이닝 신호(206)의 각 측면 상에 39 비트 인코딩된 데이터 시퀀스(208)를 갖는, 각각의 동기화 버스트의 중앙에 64 비트 트레이닝 시퀀스가 존재한다. 데이터(208)는 정규화된 대역폭, 예컨대 BT=0.3을 갖는 (GMSK)를 사용하여 전송되고, 여기에서, B는 대역폭이고, T는 심볼 지속기간이다.
GMSK의 단점은, 상이한 변조 방식으로 인해 심볼간 간섭(Inter Symbol Interference: ISI)의 영향을 증가시킨다는 점이다. 낮은 측-로브 레벨(low side-lobe level) 및 일정한 모듈러스(constant modulus)가 무선 통신 시스템들에서 GMSK를 사용하는 두 가지 주요한 이점들이다. GMSK는 신중히, 스펙트럼 효과(spectral efficiency)를 향상시키기 위해 제어된 ISI를 도입한다.
심볼 레이트(m)로 샘플링된 수신된 신호(r)는 다음과 같이 표현될 수 있으며:
Figure 112010073989449-pct00001
여기에서, m은 수신된 심볼 인덱스(symbol index)이고, n은 채널 경로 인덱스이고, Nh는 복소수 전체 채널 임펄스 응답(complex overall channel impulse response)(h(n))의 채널 탭들(channel taps)의 수이고, p(m)는 미드-엠블(206) 내에서 전달되는 파일럿 신호 시퀀스이고,
Figure 112010073989449-pct00002
은 노이즈 항(term)이다.
도 1을 다시 참조하면, 일 실시예에서, 우리는 동위상(in-phase)(I) 성분을 사용하고, 구적(Q) 성분을 무시할 수 있고, 결국, 수신된 신호의 실수부만을 처리하여, 그것을 BPSK(bi-phase shift keying) 타입 신호로서 취급한다. 그러므로, 검출기(10)는 실수일 수 있고, 그것의 복소수 대응부보다 계산상 훨씬 단순하다. 이러한 타입의 수신기는 병렬 수신기와는 반대인 것으로서, 직렬 수신기로서 언급된다. GSM 시스템에 의해 마주치게 되는 모바일 무선 채널들의 가간섭성 시간들(coherence times)은 TDMA 시간 슬롯의 지속기간보다 훨씬 크고, 이들 채널들은 느린 시간 변화로 특징지어 질 수 있다. 우리는 이 경우에, GSM 수신기 설계에 유용한 접근법에 따르며, 채널을 버스트 기간 동안 고정되는 것으로서 고려하고, 그 결과, 버스트 당 1회만 채널 추정을 계산한다. 원래 시퀀스와 수신된 버스트(위상 회전 후)의 중간 부분(미드-엠블)을 교차 상관시킴으로써 추정이 수행된다. 상관 피크(correlation peak)의 위치는 버스트 동기화를 위해 활용된다.
채널 추정은 매칭된 필터(30)에 의해서뿐만 아니라, 다양한 데이터 검출기 방식들에 의해 활용된다. 시스템을 위한 최적의 수신기는 심볼-스페이스 샘플러(symbol-space sampler:31) 및 MLSE(Maximum Likelihood Sequence Estimation) 검출기(32)에 선행하는, 전체 채널에 매칭된 연속 시간 필터(continuous-time filter:30)를 포함한다. 하지만, 이산-시간 매칭된 필터(discrete-time matched filter:30)는 적응형으로(adaptively) 버스트당 1회 설정될 수 있고, 임펄스 응답이 {hn}의 시간 반전된 공액 복소수이다. 위상 회전과 수신된 신호 상에서 수행된 매칭된 필터링의 조합은, 실수 성분이 데이터 시퀀스{dn}를 추정하는데 사용되는 출력을 생성한다.
동기화 채널 내에서, 패킷은 기지국에 의해 모바일 단말들에 방송된다. 패킷이 모바일 단말에 도달하기 전에, 그것은, 경로를 둘러싸는 오브젝트들에 의해 반사(reflect)된다. 패킷의 수신된 신호에 대한 이들 기여들(contributions)이 축적하고, 그러므로, 적어도, 이들 기여들이 시간에 대해 변하는 경우에, 통신 채널이 시간에 대해 변한다. 움직임을 검출하는 두 가지 방법들이 사용될 수 있다. 첫 번째 것은, 도플러 효과를 포함하는 반면에, 두 번째 것은 시간에 대해 채널 에너지의 편차들(deviations)에 초점을 맞춘다. 결정 모듈(34)은 움직임 또는 존재를 결정하는데 사용된다.
도플러 효과는 파들의 소스에 대해 상대적으로 움직이는 관찰자에 의해 인지되는 것으로서 파의 주파수의 변경이다. 전파하는 파들에 대해, 관찰자와 소스의 속도는, 파들이 전송되는 매체에 대해 상대적이다. 그러므로, 총 도플러 효과는 소스의 움직임, 관찰자의 움직임, 또한 파 반사된 오브젝트들(wave reflected objects)의 움직임으로부터 얻어질 수 있다. 도플러 효과를 검출하기 위해, 우리는 채널 추청을 그것의 지연된 버전과 상관시킨다. 그러므로, 우리는 우선, 채널의 정확한 추정을 필요로 한다.
GSM 시스템에서, 기지국에 의해 전송되는 각각의 동기화 버스트는 64 비트 트레이닝 시퀀스(64 bit training sequence)를 포함하는 "미드-엠블"(206)을 포함한다. 이들 트레이닝 시퀀스들은, GSM 기지국으로부터 전송된 각각의 시간슬롯 내의 데이터의 복조를 위해 필요한 채널 탭들을 계산하기 위해 이동국에 의해 사용된다. 에러 프리 데이터(error free data)를 재구성하기 위한 복조기의 성능은 채널 추정의 품질에 의해 제한될 수 있다. 이동국은 그것을 포함하는 신호 버스트의 중앙에 위치하도록 각각의 트레이닝 시퀀스를 사용한다. 그것은, 트레이닝 시퀀스가 기대된 트레이닝 시퀀스에 매칭하는 국부적으로 생성된 시퀀스와 함께 있을 것으로 기대되는 버스트의 부분을 비교함으로써 이것을 행한다. 종래의 채널 추정 디바이스들에서, 트레이닝 시퀀스의 중심 비트들은 기대된 시퀀스와 상관되고, 그 결과는 채널 탭들이 그에 따라 세팅될 수 있도록 타이밍 에러를 추정하는데 사용된다. 바람직하게는 공지되거나 기대된 특성들을 갖는 다른 신호들이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 이러한 신호들은 배경(background)에서 모니터링될 수 있고, 시간 기간에 대해 검출기에 의해 학습(learn)된다.
추정된 채널(14)은 아래의 수식을 사용하여 결정될 수 있다:
Figure 112010073989449-pct00003
여기에서, r(l)는 수신된 신호이고, n은 미드-엠블 시퀀스 인덱스이고, Np은 미드-엠블 시퀀스의 길이이고, p*(n)는 미드-엠블 트레이닝 시퀀스이고, l은 채널 경로 인덱스이다. 여기에서, p는 위상 수정된 트레이닝 시퀀스(phase corrected training sequence)(dnjn)이고, Np은 트레이닝 시퀀스의 길이이다.
채널 추정에서의 주파수 변경, 즉 도플러 효과를 시각화하기(visualize) 위해, 우리는 그것의 지연된 버전과 채널의 주요 경로를 상관시킨다:
Figure 112010073989449-pct00004
. 여기에서,
Figure 112010073989449-pct00005
는 패킷(l)의 채널의 주요 경로이고, Mp은 지연된 패킷들의 수이고,
Figure 112010073989449-pct00006
는 채널 패킷(l-m)의 주요 경로이고, chh(-)는 상관 계수이다. 상관 계수에 대한 기대 값은 움직임이 검출되는지를 나타낸다. 시간에 대한 갑작스런 드롭(drop)은, 낮은 상관 및 추정된 채널 내에서의 위상 드리프트(phase drift)를 나타낸다.
시간에 대한 채널의 주요 경로들의 순간적인 수신 에너지의 변동이 또한 움직임을 검출하는데 사용될 수 있다. 다시, 우리는 앞에서 설명된 바와 같은 동일한 채널 추정 방법을 사용한다. 우리는, 아래 수식으로서 채널의 에너지를 정의한다:
Figure 112010073989449-pct00007
.
시간에 대한 채널 에너지 편차를 모델링하기 위해 여러 가지 옵션들이 존재한다. 우리는, 에너지의 표준 편차에 초점을 맞출 것이다. 그러므로, 우리는 결정 변수(decision variable)를 도입한다. 결정 변수가 임의의 임계치를 초과하면, 우리는 움직임이 검출되었다고 주장한다.
도 3을 참조하면, 채널 추정의 예가 예시적으로 도시된다. 도 3은 채널 에너지(
Figure 112010073989449-pct00008
) 대 지연(l)의 크기를 플로트한다. 추정된 채널 에너지들을 플로트함으로써, 채널들의 주요 경로가 결정될 수 있다. 방송 패킷(k)(202)의 주요 경로
Figure 112010073989449-pct00009
는 가장 강한 에너지
Figure 112010073989449-pct00010
를 경로에 제공한다. 방송 패킷(k)의 주요 경로 주변의 채널 에너지는 다음 수식과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112010073989449-pct00011
. 이 에너지 프로파일을 사용하여, 결정 변수는 에너지 프로파일에서의 변동들을 측정하기 위해 유도될 수 있다. 결정 변수는 진폭에서의 시프트들, 위상에서의 시프트들, 주파수에서의 변경들, 또는 임의의 다른 파라미터 변경과 같은 에너지 프로파일에서의 상이한 변경들에 대해 유도 또는 맞춤화(customize)될 수 있다. 각각의 변경은 상이한 환경 변경들 또는 조건들을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 결정 변수(⑨)는 다음의 것을 포함한다:
Figure 112010073989449-pct00012
, 여기에서, 랜덤 변수
Figure 112010073989449-pct00013
의 표준 변화가 추정된다. 항
Figure 112010073989449-pct00014
은 채널의 에너지의 평균 값, 즉
Figure 112010073989449-pct00015
의 추정을 나타내고, L'는 그것의 평균 값을 유도하는데 사용되는
Figure 112010073989449-pct00016
의 관찰들(observations)의 수를 나타내고, L는 r.v.의 표준 변화를 추정하는데 사용되는
Figure 112010073989449-pct00017
의 관찰들의 수를 나타내고, l은 r.v.의 인덱스이고, L 및 L'은 동일할 수 있다.
다른 결정 함수들/변수들이 사용될 수 있고, 다른 파워 분포 함수들(distribution functions)을 사용할 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 함수들 및 분포들은, 이러한 변화들이 특정한 애플리케이션을 최적화하거나 부가적인 감도(sensitivity)를 제공하는데 사용될 수 있으므로, 환경에서 제공된 에너지 또는 방사의 대한 특별한 양태들에 보다 민감할 수 있다.
도 4를 참조하면, 움직임 검출 또는 살아있는 존재에 대한 환경을 모니터링하기 위한 블록도/흐름도가 예시적으로 도시된다. 블록(302)에서, 본 발명의 원리에 따르는 검출기기 초기화된다. 이것은, 로컬 GSM 또는 다른 무선 기지국에 대한 동기화를 포함할 수 있다. 예를 들어, GSM 방송 패킷의 미드-엠블은 기준으로서 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 동기화가 행해질 수 있거나 주변 방사의 베이스라인이 상기 방법에 대한 기준 또는 베이스라인을 제공하기 위해 수집될 수 있다. 초기화는 블록(303)에서, 요구된 애플리케이션에 따라, 파라미터들 또는 변수들(예컨대, 감도 등에 대한 것)을 튜닝(tune)하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 평균 윈도우(averaging window: L) 및 임계치(S)는 상이한 감도를 제공하거나 상이한 특성들을 탐색하기 위해 튜닝될 수 있다. 보다 개선된 변수들이 또한 사용 및 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 도플러 스펙트럼 또는 채널 가간섭성 시간이 모니터링 및 사용될 수 있다.
블록(304)에서, 채널 추정은 모니터링되는 에너지의 소스 또는 바람직한 채널을 결정하기 위해 수행된다. 블록(306)에서, 시간에 대해 신호를 모니터한다. 블록(307)에서, 결정 변수는 모니터링된 신호에 관한 업데이트된 정보에 대해 추정 또는 측정되는 것으로부터 계산된다. 블록(308)에서, 임계값과 계산된 결정 변수 사이에 비교가 행해진다. 결정 변수가 블록(309)에서 임계치보다 크면(또는, 선택된 방법론에 의존하여, 작으면), 존재 또는 움직임은 블록(310)에서 모니터링된 영역에서 검출된다.
출력 신호는 블록(312)에서 생성된다. 신호는 디바이스를 트리거할 수 있고, 경보 또는 알람을 제공하거나, 컴퓨터 등과 같은, 저장 디바이스에서의 변경시에 간단히 로그(log)할 수 있다. 이러한 신호들은 사람 또는 오브젝트를 트랙(track)하거나, 영역 내의 사람들의 밀도에 관한 정보를 얻기 위해 사용될 수 있다.
그렇지 않으면, 블록(312)에서, 영역에서 움직임 또는 존재가 존재하지 않는다. 모니터링 프로세스가 지속되고, 프로그램 경로는 모니터링되는 신호에서의 업데이트들 또는 디폴트 세팅들(default settings) 또는 논리(logic)에 기초하여 결정 변수를 어떻게든지 재초기화하거나, 모니터링하거나, 재연산(recalculate)하도록 리턴(return)한다.
도 5를 참조하면, 모니터링되는 신호 대 시간(초)의 표준 편차/변동을 나타내는 결정 변수(⑨)의 플로트가 예시적으로 도시된다. 결정되는 위치를 표시하고, 모니터링되는 환경에서 사람 또는 살아있는 것의 존재를 나타내는 임계치(S)가 도시된다. 임계치 아래에서, 영역들(404)은 상기 환경에서 인간 또는 살아있는 것의 움직임 또는 존재의 부재(absence) 또는 현상(status quo)을 나타낸다. 표시되는 바와 같이, 영역(402)에서, 결정 변수 또는 함수(
Figure 112010073989449-pct00018
)는 로컬 최대치를 갖는다(k는 시간 인덱스임).
본 실시예들은 패시브 및 저렴한 존재 검출 시스템을 제공한다. 본 실시예들은 보안 애플리케이션들 및 조명 애플리케이션들(본 발명에 따라 조명들 또는 다른 디바이스들을 턴 온 및 오프함)에 유용하다. 본 발명의 원리들은, 사용되는 신호들이 이들 신호들을 생성하는 것과는 반대로, 공기 중에 이미 있으므로, 동작들(operations)을 수행하기에 필요한 에너지의 감소를 제공한다.
첨부된 청구범위를 해석하는데 있어, 다음의 것들을 이해해야 한다:
a) 단어 "포함하는"은 주어진 청구항에 열거된 것들 이외의 요소들 또는 동작들의 존재를 배제하지 않는다;
b) 요소에 선행하는 단어 "a" 또는 "an"은 복수의 그러한 요소들의 존재를 배제하지 않는다;
c) 청구범위에서 임의의 도면번호들은 그것들의 범위를 제한하지 않는다;
d) 여러 가지 "수단"은 동일한 항목 또는 하드웨어 또는 소프트웨어 구현된 구조 또는 기능으로써 나타내질 수 있다;
e) 동작들의 특정한 시퀀스는 특별히 표시되지 않으면 요구되지 않도록 의도된다.
(예시하고, 제한하지 않도록 의도되는) 존재 및 움직임 검출을 위한 패시브 레이더를 위한 시스템들 및 방법들에 대한 바람직한 실시예들을 설명하였으며, 수정예들 및 변형예들이 상기 교시들을 고려하여 기술분야의 당업자들에 의해 행해질 수 있음에 유의하자. 그러므로, 첨부된 청구범위에 의해 개요된 것으로서 개시된 실시예들의 범위 및 사상 내에 있는 설명의 특정한 실시예들에서 변경들이 행해질 수 있음을 이해해야 한다. 그러므로, 세부사항들을 설명하고, 특허법에 의해 특별히 요구되면, 레터스 특허(Letters Patent)에 의해 청구되고 바람직하게 보호되는 것이 첨부된 청구범위에서 개시된다.
10: 검출기 11: GSM 수신기
13: 변조기 14: 채널 추정 모듈
15: 위상 회전자 24: 채널 모니터링 모듈
30: 매칭된 필터 31: 샘플러
32: 시퀀스 추정 검출기 34: 결정 모듈

Claims (22)

  1. 패시브 검출기(passive detector)에 있어서,
    환경(environment)에서 주변 방사(ambient radiation:12)를 수집하도록 구성된 수신기(11)로서, 상기 주변 방사의 부분은 상기 패시브 검출기에 무관한 소스에 의해 생성되는, 상기 수신기(11)를 포함하고,
    상기 수신기(11)는,
    상기 주변 방사의 부분에서 가장 강한 채널의 추정을 결정하고 상기 가장 강한 채널의 순간 에너지를 결정하도록 구성되는 채널 추정 모듈; 및
    시간에 대한 상기 가장 강한 채널의 순간 에너지의 변동(fluctuation)을 측정하도록 구성된 모니터(24)로서, 그리하여 상기 가장 강한 채널의 에너지 프로파일을 생성하는, 상기 모니터(24)를 포함하고,
    상기 패시브 검출기는,
    상기 모니터에 연결되고, 상기 에너지 프로파일 내 상기 가장 강한 채널의 에너지의 표준 편차를 계산 및 상기 표준 편차가 임계값보다 위에 있는 경우 상기 환경에서 사람의 존재 또는 움직임을 결정하도록 구성된 결정 모듈(34)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 패시브 검출기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주변 방사(12)의 부분은 무선 통신 네트워크에 의해 생성되는, 패시브 검출기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주변 방사(12)의 부분은 GSM(Global System for Mobile Communications) 표준 무선 통신 네트워크 신호의 미드-엠블(mid-amble)을 포함하는, 패시브 검출기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정 모듈(34)은 감지된 존재 또는 움직임에 부합되게 신호를 출력하는, 패시브 검출기.
  5. 환경에서 존재 또는 움직임을 결정하기 위한 패시브 검출기의 동작에 관한 방법에 있어서,
    상기 환경에서 주변 방사를 수신하는 단계로서, 상기 주변 방사의 부분은 관련 없는 소스에 의해 생성되는, 상기 주변 방사를 수신하는 단계;
    상기 주변 방사의 부분에서 가장 강한 채널의 추정을 결정하기 위해 채널 추정(304)을 수행하고, 상기 가장 강한 채널의 순간 에너지를 결정하는 단계; 및
    시간에 대한 상기 가장 강한 채널의 순간 에너지의 변동(fluctuation)을 모니터링하는 단계(306)로서, 그리하여 상기 가장 강한 채널의 에너지 프로파일을 생성하는, 상기 모니터링하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 에너지 프로파일 내 상기 가장 강한 채널의 에너지의 통계적 변화를 계산하는 단계(307); 및
    표준 편차가 임계값보다 위에 있는 경우, 상기 환경에서 사람의 존재 또는 움직임을 결정하는 단계(308-310)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 환경에서 존재 또는 움직임을 결정하기 위한 패시브 검출기의 동작에 관한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 주변 방사의 부분은 무선 통신 네트워크에 의해 생성되는, 환경에서 존재 또는 움직임을 결정하기 위한 패시브 검출기의 동작에 관한 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 주변 방사의 부분은 GSM(Global System for Mobile Communications) 표준 무선 통신 네트워크 신호의 미드-엠블(mid-amble)을 포함하는, 환경에서 존재 또는 움직임을 결정하기 위한 패시브 검출기의 동작에 관한 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 임계값을 조정함으로써, 감지 민감도를 조정하는 단계(303)를 추가로 포함하는, 환경에서 존재 또는 움직임을 결정하기 위한 패시브 검출기의 동작에 관한 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    감지된 존재 또는 움직임에 부합되게 신호를 출력하는 단계(310)를 추가로 포함하는, 환경에서 존재 또는 움직임을 결정하기 위한 패시브 검출기의 동작에 관한 방법.
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