KR101735781B1 - 침입 감시 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

임의의 시각 t에서 레이더로 수신된 수신 신호에 대한 미분값을 계산하는 단계, 미분값을 바탕으로 유효 주파수를 결정하는 단계, 그리고 유효 주파수의 간격을 바탕으로 수신 신호가 침입 신호인지 간섭 신호인지 판단하는 단계를 통해 레이더를 이용하여 침입을 감시하는 방법 및 장치가 제공된다.

Description

침입 감시 방법 및 장치{Method and apparatus for detecting intrusion}

본 발명은 레이더를 이용하여 침입을 감시하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 차량 또는 시설물에 대한 침입 감시의 목적으로 레이더가 광범위하게 사용되고 있다. 레이더를 이용한 침입 감시 장치는, 전방으로 방사된 신호가 침입자에서 반사된 후 레이더로 수신되면 수신된 신호를 통해 침입을 판단할 수 있다. 이때, 레이더로 수신된 수신 신호가 침입자에서 반사된 신호가 아닌 경우(간섭 신호 등) 침입 감시 장치가 침입자를 잘못 탐지하게 된다.

레이더로 수신되는 간섭 신호를 제거하기 위하여, 기존에는 하드웨어의 관점에서 부품을 추가하는 등의 방법을 사용하였기 때문에 비용이 증가할 수 밖에 없었다. 또한, 소프트웨어의 관점에서 신호 처리를 통해 간섭 신호를 걸러내는 방법은, 복잡한 신호 처리를 위해 고가의 장비가 사용되거나, 신호 처리에 다소 긴 시간이 소요되어 실시간성이 요구되는 레이더 침입 감시 장치에 적용되기 어렵다.

본 발명이 이루고자 하는 과제는, 적은 비용으로 신속하게 침입 신호로부터 간섭 신호를 구분해낼 수 있는 침입 감시 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 레이더를 이용한 침입 감시 장치가 제공된다. 상기 침입 감시 장치는, 임의의 시각 t에서 레이더로 수신된 수신 신호에 대한 미분값을 계산하는 미분 처리부, 미분값을 바탕으로 유효 주파수를 결정하는 유효 주파수 결정부, 그리고 유효 주파수의 간격을 바탕으로 주파수 영역에서 수신 신호가 침입 신호인지 간섭 신호인지 판단하는 경보 판단부를 포함한다.

상기 침입 감시 장치에서 미분값은, 수신 신호와, 시각 t의 이전 시각인 시각 t-1에서 수신된 수신 신호의 세기 차이를 나타내는 값일 수 있다.

상기 침입 감시 장치에서 유효 주파수 결정부는, 미리 결정된 시간 동안 미분값의 평균값을 계산하고, 평균값보다 큰 값을 미분값으로 갖는 주파수를 유효 주파수로 결정할 수 있다.

상기 침입 감시 장치에서 유효 주파수 결정부는 미분값의 크기 분포를 바탕으로 가장 많은 주파수가 분포된 주파수 영역을 유효 주파수 영역으로 결정하고, 유효 주파수 영역에서 유효 주파수를 결정할 수 있다.

상기 침입 감시 장치에서 유효 주파수 결정부는, 유효 주파수 영역에서 피크를 갖는 주파수를 유효 주파수로 결정할 수 있다.

상기 침입 감시 장치에서 경보 판단부는, 유효 주파수의 간격이 규칙적인 경우, 수신 신호를 간섭 신호로 판단할 수 있다.

상기 침입 감시 장치에서 경보 판단부는, 유효 주파수의 간격이 불규칙적인 경우, 수신 신호를 침입 신호로 판단할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 레이더를 이용한 침입 감시 장치의 침입 감시 방법이 제공된다. 상기 침입 감시 방법은, 임의의 시각 t에서 레이더로 수신된 수신 신호에 대한 미분값을 계산하는 단계, 미분값을 바탕으로 유효 주파수를 결정하는 단계, 그리고 유효 주파수의 간격을 바탕으로 주파수 영역에서 수신 신호가 침입 신호인지 간섭 신호인지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 침입 감시 방법에서 미분값은, 수신 신호와, 시각 t의 이전 시각인 시각 t-1에서 수신된 수신 신호의 세기 차이를 나타내는 값일 수 있다.

상기 침입 감시 방법에서 결정하는 단계는, 미리 결정된 시간 동안 미분값의 평균값을 계산하는 단계, 그리고 평균값보다 큰 값을 미분값으로 갖는 주파수를 유효 주파수로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 침입 감시 방법에서 결정하는 단계는, 미분값의 크기 분포를 바탕으로 가장 많은 주파수가 분포된 주파수 영역을 유효 주파수 영역으로 결정하는 단계, 그리고 유효 주파수 영역에서 유효 주파수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 침입 감시 방법에서 유효 주파수 영역에서 유효 주파수를 결정하는 단계는, 유효 주파수 영역에서 피크를 갖는 주파수를 유효 주파수로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 침입 감시 방법에서 판단하는 단계는, 유효 주파수의 간격이 규칙적인 경우, 수신 신호를 간섭 신호로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 침입 감시 방법에서 판단하는 단계는, 유효 주파수의 간격이 불규칙적인 경우, 수신 신호를 침입 신호로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 위와 같이 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 장치는, 수신 신호의 유효 주파수를 분석하고, 분석된 유효 주파수의 간격을 확인하여 침입 신호와 간섭 신호를 정확하게 구분해낼 수 있다. 또한, 낮은 복잡도로 정확하게 침입 신호와 간섭 신호를 구분해냄으로써 침입 감지 목적의 레이더 감지 장치 비용도 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 한 실시 예에 따른 간섭 신호의 유효 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 신호의 유효 주파수를 나타낸 그래프이다.

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.

도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 시스템(100)은, 레이더(110) 및 침입 감시 장치(120)를 포함한다. 침입 감시 장치(120)는, 미분 처리부(121), 유효 주파수 결정부(122), 그리고 경보 판단부(123)를 포함한다.

레이더는 미리 설정된 시간 간격 및/또는 주파수 간격으로 빔을 방사하고, 수신된 수신 신호를 침입 감시 장치(120)로 전달한다. 본 발명의 한 실시 예에서 레이더로 주파수 변조 연속파(frequency modulated continuous wave) 레이더가 사용될 수 있다.

미분 처리부(121)는, 임의의 시각 t에서 레이더로 수신된 수신 신호에 대한 미분값을 계산한다. 이때 미분값은 임의의 시각 t에서의 수신 신호와 임의의 시각 t의 이전 시각인 t-1에서의 수신 신호의 세기 차이를 나타내며, 신호의 세기가 갑자기 증가하거나 감소한 시점 및 주파수를 나타낼 수 있다.

유효 주파수 결정부(122)는, 미분값을 바탕으로 유효 주파수를 결정할 수 있다. 즉, 유효 주파수 결정부(122)는, 가장 미분값이 큰 신호의 주파수를 통해 수신 신호의 주파수를 유효 주파수로 결정할 수 있다.

경보 판단부(123)는, 유효 주파수의 간격을 바탕으로 수신 신호가 침입에 의한 침입 신호인지 또는 간섭 신호인지 판단하고, 판단 결과에 따라 경보 발생 여부를 결정할 수 있다.

본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 장치(120)는, 프로세서 및 메모리를 포함한다. 메모리는 프로세서와 연결되어 프로세스를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 프로세서(821)는 본 발명의 실시 예에서 제안한 기능, 단계, 또는 방법을 구현할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 침입 감시 장치(120)의 동작은 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에서 메모리는 프로세서의 내부 또는 외부에 위치할 수 있고, 메모리는 이미 알려진 다양한 수단을 통해 프로세서와 연결될 수 있다. 메모리는 다양한 형태의 휘발성 또는 비휘발성 저장 매체이며, 예를 들어, 메모리는 읽기 전용 메모리(read-only memory, ROM) 또는 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM)를 포함할 수 있다.

이후, 아래에서 미분 처리부(121), 유효 주파수 결정부(122), 그리고 경보 판단부(123)가 포함된 침입 감시 장치(120)의 동작을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 방법을 나타낸 흐름도이다.

본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 장치(120)는, 레이더를 통해 수신된 신호를 판단하여 시설물 등에 대한 침입이 감지된 경우 알람을 발생시킬 수 있다. 이때, 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 장치(120)는, 레이더를 통해 수신된 신호가 침입자 등에서 반사된 신호 아니면 간섭 신호인지 판단하여 간섭 신호에 대해서는 경보를 발생시키지 않으므로 오탐 가능성을 현저히 줄일 수 있다.

먼저, 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 장치(120)는, 레이더를 통해 신호가 수신되면, 수신 신호의 도메인을 주파수 도메인으로 변경한다(S201). 이때 수신 신호를 주파수 도메인으로 변경하기 위해서 고속 푸리에 변환(fast fourier transform, FFT) 기법이 적용될 수 있다.

이후, 각 시각 t에서 수신된 수신 신호에 대한 미분값을 계산한다(S202). 이때 미분값은 신호가 수신된 이후 미리 정해진 시간 동안 계속해서 생성될 수 있고, 미리 정해진 시간동안 미분값의 평균값이 계산되어 미분값의 크기를 판단하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 장치(120)는 수학식 1을 통해 미분값 D를 계산할 수 있다.

수학식 1에서 S(t, bin)은 시각 t에서의 수신 신호이고, S(t-1, bin)은 시각 t-1에서의 수신 신호이며, bin은 신호의 주파수를 나타낸다. 즉, 시각 t에서의 수신 신호와 시각 t의 이전 시각인 t-1에서의 수신 신호의 차이가 미분값 D로 계산될 수 있다. 따라서 특정 주파수의 신호에 대한 미분값 D는 매시각 마다 변경될 수 있다.

이후, 본 발명의 실시 예에 따른 침입 감시 장치(120)는, 미분값을 바탕으로 간섭 신호 판단을 위한 유효 주파수를 결정할 수 있다(S203).

먼저, 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 장치(120)는, 미분값을 바탕으로 유효 주파수 영역으로 결정하고, 유효 주파수 영역에서 유효 주파수를 결정할 수 있다. 먼저, 계산된 미분값의 크기 분포를 통해 가장 많은 미분값이 분포된 주파수 영역이 유효 주파수 영역으로 결정된다. 미분값 D의 크기 분포는 미분값 D의 최대값을 10등분하여 결정된 크기 레벨로 나타날 수 있고, 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 장치(120)는, 가장 많은 크기가 분포된 레벨의 주파수 영역을 유효 주파수 영역으로 결정할 수 있다. 다음, 침입 감시 장치(120)는, 유효 주파수 영역에서 수신 신호의 유효 주파수를 결정한다. 이때 유효 주파수는 레이더로 수신된 신호의 중심 주파수이다. 유효 주파수는 유효 주파수 영역내에서 피크(peak)를 갖는 주파수로 결정될 수 있고, 피크를 갖는지 여부는 각 주파수가 변곡점에 해당하는지 판단함으로써 결정될 수 있다. 예를 들어, 특정 주파수의 앞뒤 주파수의 크기가 특정 주파수보다 작다면 특정 주파수는 피크를 갖는 유효 주파수로 결정될 수 있다.

본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 장치(120)는 유효 주파수를 명확히 알 수 있도록 유효 주파수가 아닌 유효 주파수 영역 내에서 유효 주파수가 아닌 bin의 크기는 모두 0으로 처리할 수 있다.

한편, 유효 주파수는, 미분값의 평균값보다 큰 값을 미분값으로 갖는 주파수로 결정될 수 있다. 즉, 그리고, 평균값보다 작은 미분값에 해당하는 주파수의 크기를 모두 0으로 처리할 수 있다. 즉, 유효 신호 없이 노이즈만이 수신되는 경우, 신호의 주파수 영역 스펙트럼은 전 주파수 대역에 걸쳐 낮은 세기의 신호로 나타나는데, 미분값의 평균값보다 낮은 세기의 신호는 모두 0으로 처리함으로써 유효 주파수가 더욱 잘 결정될 수 있다.

이후, 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 장치(120)는, 유효 주파수의 간격을 통해 주파수 영역에서 수신 신호가 침입에 의한 신호인지 아니면 간섭 신호인지 판단할 수 있다(S204). 예를 들어, 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 장치(120)는, 유효 주파수의 간격이 일정한 경우 수신 신호를 간섭 신호로 결정하고(S205), 유효 주파수의 간격이 일정하지 않은 경우에는 수신 신호를 침입 신호로 결정할 수 있다(S206).

도 3 및 도 4는 본 발명의 한 실시 예에 따른 간섭 신호의 유효 주파수를 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 신호의 유효 주파수를 나타낸 그래프이다.

도 3 내지 도 5에서 점선은 입사 신호이며 실선은 미분값 및 변곡점 탐색을 통해 추출된 유효 신호이다.

일반적으로 유효 주파수의 간격이 동일하거나 복수의 간격이 서로 배수 관계에 있다면 침입체에 의해 반사된 신호가 아닌 간섭 신호로 간주될 수 있다. 도 2를 참조하면, 13번, 23번, 33번 bin은 모두 피크를 갖는 유효 주파수임을 알 수 있고, 유효 주파수의 각 간격이 규칙적이다. 또한, 도 3에서도 13번, 23번, 33번 bin은 모두 피크를 갖는 유효 주파수이고, 유효 주파수의 각 간격은 서로 일정하다. 따라서, 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 장치(120)는 도 2 또는 도 3과 같은 유효 주파수 분포를 갖는 신호가 수신된 경우 간섭 신호로 결정하고 경보를 발생시키지 않는다.

하지만, 도 4를 참조하면, 피크를 갖는 bin(유효 주파수)은 2번, 8번, 11번, 16번, 29번이고, 유효 주파수의 간격이 불규칙하게 형성되어 있다. 따라서, 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 장치(120)는 도 4와 같은 유효 주파수 분포를 갖는 신호가 수신된 경우 간섭 신호가 아닌 것으로 결정하고 경보를 발생시킬 수 있다.

위와 같이 본 발명의 한 실시 예에 따른 침입 감시 장치는, 수신 신호의 유효 주파수를 분석하고, 분석된 유효 주파수의 간격을 확인한 후 간섭 신호가 하모닉 특성을 가짐을 이용하여 침입 신호와 간섭 신호를 정확하게 구분해낼 수 있다. 또한, 낮은 복잡도로 정확하게 침입 신호와 간섭 신호를 구분해냄으로써 침입 감지 목적의 레이더 감지 장치 비용도 절감할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (14)

1. 레이더를 이용한 침입 감시 장치로서,
   임의의 시각 t에서 상기 레이더로 수신된 수신 신호에 대한 미분값을 계산하는 미분 처리부,
   상기 미분값을 바탕으로 유효 주파수를 결정하는 유효 주파수 결정부, 그리고
   상기 유효 주파수의 간격을 바탕으로 주파수 영역에서 상기 수신 신호가 침입 신호인지 간섭 신호인지 판단하는 경보 판단부
   를 포함하고,
   상기 유효 주파수 결정부는, 상기 미분값의 크기 분포를 바탕으로 가장 많은 미분값이 분포된 주파수 영역을 유효 주파수 영역으로 결정하고, 상기 유효 주파수 영역에서 상기 유효 주파수를 결정하는, 침입 감시 장치.
2. 제1항에서,
   상기 미분값은,
   상기 수신 신호와, 상기 시각 t의 이전 시각인 시각 t-1에서 수신된 수신 신호의 세기 차이를 나타내는 값인 침입 감시 장치.
3. 제1항에서,
   상기 유효 주파수 결정부는,
   미리 결정된 시간 동안 상기 미분값의 평균값을 계산하고, 상기 평균값보다 큰 값을 미분값으로 갖는 주파수를 상기 유효 주파수로 결정하는 침입 감시 장치.
4. 삭제
5. 제1항에서,
   상기 유효 주파수 결정부는,
   상기 유효 주파수 영역에서 피크를 갖는 주파수를 상기 유효 주파수로 결정하는 침입 감시 장치.
6. 제1항에서,
   상기 경보 판단부는,
   상기 유효 주파수의 간격이 규칙적인 경우, 상기 수신 신호를 상기 간섭 신호로 판단하는 침입 감시 장치.
7. 제1항에서,
   상기 경보 판단부는,
   상기 유효 주파수의 간격이 불규칙적인 경우, 상기 수신 신호를 상기 침입 신호로 판단하는 침입 감시 장치.
8. 레이더를 이용한 침입 감시 장치의 침입 감시 방법으로서,
   임의의 시각 t에서 상기 레이더로 수신된 수신 신호에 대한 미분값을 계산하는 단계,
   상기 미분값을 바탕으로 유효 주파수를 결정하는 단계, 그리고
   상기 유효 주파수의 간격을 바탕으로 주파수 영역에서 상기 수신 신호가 침입 신호인지 간섭 신호인지 판단하는 단계
   를 포함하고,
   상기 결정하는 단계는,
   상기 미분값의 크기 분포를 바탕으로 가장 많은 미분값이 분포된 주파수 영역을 유효 주파수 영역으로 결정하는 단계, 그리고
   상기 유효 주파수 영역에서 상기 유효 주파수를 결정하는 단계
   를 포함하는, 침입 감시 방법.
9. 제8항에서,
   상기 미분값은,
   상기 수신 신호와, 상기 시각 t의 이전 시각인 시각 t-1에서 수신된 수신 신호의 세기 차이를 나타내는 값인 침입 감시 방법.
10. 제8항에서,
    상기 결정하는 단계는,
    미리 결정된 시간 동안 상기 미분값의 평균값을 계산하는 단계, 그리고
    상기 평균값보다 큰 값을 미분값으로 갖는 주파수를 상기 유효 주파수로 결정하는 단계
    를 포함하는 침입 감시 방법.
11. 삭제
12. 제8항에서,
    상기 유효 주파수 영역에서 상기 유효 주파수를 결정하는 단계는,
    상기 유효 주파수 영역에서 피크를 갖는 주파수를 상기 유효 주파수로 결정하는 단계
    를 포함하는 침입 감시 방법.
13. 제8항에서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 유효 주파수의 간격이 규칙적인 경우, 상기 수신 신호를 상기 간섭 신호로 판단하는 단계
    를 포함하는 침입 감시 방법.
14. 제8항에서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 유효 주파수의 간격이 불규칙적인 경우, 상기 수신 신호를 상기 침입 신호로 판단하는 단계
    를 포함하는 침입 감시 방법.

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