KR102284926B1 - 인원 간의 상대위치와 시각동기를 이용한 소음원 추적 시스템 및 소음원 추적 방법 - Google Patents

인원 간의 상대위치와 시각동기를 이용한 소음원 추적 시스템 및 소음원 추적 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인원 간의 상대위치와 시각동기를 이용한 소음원 추적 시스템 및 소음원 추적 방법에 관한 것으로, 복수의 사용자들이 각각 착용한 복수의 사용자장비; 및 상기 사용자장비와 데이터 통신하는 연산장비;를 포함하며, 상기 사용자장비는, 외부의 소음을 측정하는 청음기, 사용자 간의 상대위치를 측정하는 측정수단 및, 실시간 클록(Real Time Clock, RTC)이 이루어지는 시계를 포함하고, 상기 청음기에 설정된 데시벨(dB) 이상의 소음이 수신되면, 복수의 상기 사용자장비 각각에서 측정된, 다른 사용자와의 상대위치 및 측정시각에 대한 정보를 상기 연산장비로 전송하도록 구성되어, 소음원의 위치에 대해서 보다 정밀한 탐지가 가능한 소음원 추적 시스템 및 소음원 추적 방법이다.

Description

인원 간의 상대위치와 시각동기를 이용한 소음원 추적 시스템 및 소음원 추적 방법{NOISE SOURCE TRACKING SYSTEM AND NOISE SOURCE TRACKING METHOD USING RELATIVE POSITION AND TIME SYNCHRONIZATION BETWEEN PERSONNEL}
본 발명은, 인원 간의 상대위치와 시각동기를 이용한 소음원 추적 시스템 및 소음원 추적 방법으로, 보다 상세히는 복수의 인원들이 각각 지참하고 있는 청음기에 도달된 소음의 시각(時刻)에 대한 정보를 기반으로, 소음원의 위치를 추적할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
무장간첩 제압이나 대테러 작전 수행 등의 군사 활동에서는 분대, 소대 및 중대 등의 규모로 작전지역까지 이동하는 것이 일반적이다. 이때 제압대상인 적의 위치를 파악하지 못한 경우에는 사주 경계를 통해 주변 일대에서의 적을 감지한다. 여기서 적이 아군을 먼저 발견한 후에 무기를 통해 공격을 가하면, 아군은 총성이나 발포 소음을 통해 적의 위치를 파악하는 것이 일반적이다.
하지만, 군인들의 청각만을 의존하여 소음원을 추적하는 경우에는, 작전수행지역 내에서 반사되어 도달하는 잡음으로 인하여, 상대의 정확한 위치를 파악하기 어려운 문제점이 있다. 이에 따라 한국등록특허공보 제10-1614602호("음향 신호의 도달 시간차를 이용한 위치 탐지 방법 및 장치", 이하 '선행기술 1'이라 함.)에서는, 복수의 마이크로폰을 구비한 장치를 통해 화기에서 발생된 음향 신호를 추적하는 기술을 개시하고 있다.
도 1을 참조하여 선행기술 1을 간략히 설명하자면, 선행기술 1은 서로 다른 방향으로 배치되는 제1마이크로폰(631) 내지 제7마이크로폰(637)을 이용하여 수신된 음향신호의 입사각과 도달 순서에 기초하여 입사된 방향을 추적하도록 제공되고 있다. 하지만, 선행기술 1은 복수의 마이크로폰이 형성된 장치를 탑재한 차량이 함께 이동하거나, 몇몇의 인원이 장치를 들고 이동해야 하므로, 인원의 손실이 발생되는 단점이 있다.
이와 더불어, 하나의 장치에서 복수의 마이크로폰이 서로 이격되는 경우에는 상대거리가 협소하기 때문에, 각각의 마이크로폰으로 도달되는 소음 시각의 차이가 근소한 문제점이 있다. 이에 따라 마이크로 초 또는 나노 초 등으로 세밀화하여 판별한다 하여도, 마이크로폰이나 프로세서에서 나타나는 오차로 인하여 소음원의 정확한 위치를 산출하기가 어려운 문제점이 있다. 이에 따라 적의 위치에 대해서 방향성만 인지하기 때문에 산개하여 포위하는 등의 작전을 수행하기도 어렵고, 참여 인원들의 피로가 가중되어 효율이 저하되는 문제점으로 이어질 수 있다.
아울러 현재 공개되어 있는 한국등록특허공보 제10-0937525호("음향 센서를 이용한 치안 유지 ＵＳＮ 시스템 및 이를이용한 치안 유지 방법", 이하 '선행기술 2'라 함.)에서는, 치안 유지를 필요로 하는 장소에 다수 개의 음향 센서가 임의로 산란되어 위치하되 각각 센서 노드를 형성하며, 다수 개의 센서 노드 간의 분산 방식을 통해 사건 또는 사고와 관련된 음향을 인식하고 위치를 추정하는 기술이 개시되어 있다.
도 2를 참조하여 선행기술 2를 간략히 설명하자면, 선행기술 2는 다수 개의 센서 노드(12), 다수 개의 센서 노드(12)에서 발생된 정보를 수집하는 싱크 노드(14), 상기 싱크 노트(14)를 통해 정보를 수신받아 치안 유지 기관(30)으로 전달하는 베이스 스테이션(20)을 포함하여 구성된다. 이때 상술한 다수 개의 센서 노드(12)는 이벤트의 발생 음향을 중심으로 그룹을 형성해야 하므로, 선행기술 2는 광활한 필드 상에 많은 양의 음향센서를 통해 시스템을 구축해야 하는 문제점이 있다.
이와 같은 시스템을 도심지에 설치하여도 많은 초기비용 및 유지비용이 필요로 하는 문제점이 있음과 더불어, 군사 작전이 도심지에 국한되지 않기 때문에 실용적이지 않은 단점이 있다. 그리고 해당 시스템은 다수 개의 센서 노드를 통해 음향의 발생 위치를 파악한다 하여도 치안 유지 기관으로부터 별도의 파견 인력을 요청해야 하여 진압 시간이 지연되는 문제점이 있으며, 출동한 경찰 또는 보안인력에게 정확한 음향 발생 위치가 아닌 초기에 방문해야 할 영역만 알려주기 때문에 현장에서의 사용이 어려운 단점이 있다.
아울러, 상술한 선행기술들은 정해진 위치에 기 설치되어 있는 마이크를 통해 소음발생원을 추적하기 때문에, 설치 장소를 변경하기가 어려운 문제점과 더불어, 이동하면서 사용할 수 없는 단점이 있다. 그리고 종래 기술에는 설치된 복수의 마이크 간 시각 동기화 방안에 대해서는 별도로 기술되어 있지 않음에 따라, 사용하면서 나타나는 오차에 의해서 정확한 소음발생원의 위치를 추적할 수 없는 문제점이 있다.
한국등록특허공보 제10-1645135호("마이크로폰 어레이와 좌표변환 기법을 이용하는 음원 추적 방법 및 시스템") 2016.08.03. 공고 한국등록특허공보 제10-1614602호("음향 신호의 도달 시간차를 이용한 위치 탐지 방법 및 장치") 2016.04.21. 공고 한국등록특허공보 제10-0937525호("음향 센서를 이용한 치안 유지 ＵＳＮ 시스템 및 이를이용한 치안 유지 방법") 2010.01.19. 공고
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 복수의 인원들에게 각각, 음향신호를 수집하는 청음기와, 상호 거리를 측정하는 거리측정수단을 지급하고, 각각의 청음기로 도달되는 소음의 시각 정보를 바탕으로, 소음원의 위치를 추적하는 인원 간의 상대위치와 시각동기를 이용한 소음원 추적 시스템 및 소음원 추적 방법에 관한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소음원 추적 시스템은, 복수의 사용자들이 각각 착용한 복수의 사용자장비; 및 상기 사용자장비와 데이터 통신하는 연산장비;를 포함하며, 상기 사용자장비는, 외부의 소음을 측정하는 청음기, 사용자 간의 상대위치를 측정하는 측정수단 및, 사용자간 동기가 가능한 실시간 클록(Real Time Clock, RTC)이 이루어지는 시계를 포함하고, 상기 청음기에 설정된 데시벨(dB) 이상의 소음이 수신되면, 복수의 상기 사용자장비 각각에서 측정된, 다른 사용자와의 상대위치 및 측정시각에 대한 정보를 상기 연산장비로 전송할 수 있다.
또한, 복수의 상기 사용자장비의 시계 중, 어느 하나 이상의 시계가 기준 시계로 설정되고, 다른 시계가 상기 기준 시계의 시간을 기준으로 시각 동기가 이루어질 수 있다.
또한, 상기 측정수단은 IR-UWB(Impulse-Radio Ultra-Wideband)를 포함하여 TWR(Two-Way Ranging) 방식으로 다른 사용자와의 상대위치를 측정할 수 있다.
또한, 복수의 사용자장비 간 IR-UWB(Impulse-Radio Ultra-Wideband)를 이용하여 TWR(Two-Way Ranging) 방식으로 시각 동기화가 이루어질 수 있다.
또한, 상기 연산장비는, 수신된 복수의 상기 사용자장비에 대한 정보 중 셋 이상의 사용자장비를 선정하고, 셋 이상의 상기 사용자장비 간의 상대위치와, 셋 이상의 상기 사용자장비 각각의 측정시간을 기반으로, 상기 소음원의 위치를 산출할 수 있다.
또한, 본 발명은 수신된 복수의 상기 사용자장비에 대한 정보 중 넷 이상의 사용자장비를 후보로 선정하고, 넷 이상의 상기 사용자장비 중에서 두 개의 사용자장비에서 측정된 정보를 매칭하되 nC2회 반복하여, 상대적으로 관련도가 높은 셋 이상의 사용자장비를 선정할 수 있다. (여기에서, n = 선정된 후보 사용자장비의 수)
또한, 상기 연산장비는, 복수의 상기 사용자장비로 산출된 소음원의 위치를 포함하는 위치정보를 전송하되, 상기 위치정보에는, 상기 사용자장비의 위치를 기준으로 상기 소음원까지의 거리와, 상기 소음원으로의 방향에 대한 정보가 포함될 수 있다.
또한, 상기 사용자장비는, 상기 위치정보가 출력되는 디스플레이가 형성될 수 있다.
또한, 복수의 상기 사용자장비 중 어느 하나 이상의 사용자장비에는, GPS모듈이 형성될 수 있다.
아울러, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사용자장비는, 측위를 측정하는 IR-UWB를 포함하는 측정수단; 실시간 클록이 이루어지는 시계; 연산장비와의 데이터통신이 이루어지는 통신장치; 및 외부의 소음을 측정하는 청음기;를 포함할 수 있다.
이때 상기 사용자장비는, 소음원의 위치정보가 출력되는 디스플레이;를 더 포함할 수 있다.
아울러, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 설정된 데시벨 이상의 소음이 발생된 경우에 소음원의 위치를 추적하기 위한 소음원 추적 방법에 있어서, a) 연산장비의 통신장치로 복수의 사용자장비에서 각각 측정된 다른 사용자와의 상대위치 및 측정시각에 대한 정보가 수신되는 단계; b) 연산장비의 프로세서가 상대위치 및 측정시간에 대한 복수의 정보를 이용하여 소음원의 위치를 산출하는 단계; 및 c) 연산장비의 통신장치가 소음원의 위치정보를 복수의 상기 사용자장비 각각에 전송하는 단계;를 포함하며, 상기 b단계에서 상기 프로세서가 산출된 소음원의 위치에 대해서 개별 상기 사용자장비의 위치를 기준으로 거리 및 방향을 연산하며, 상기 c단계에서 상기 통신장치는 개별 상기 사용자장비에 대해서 맞춤형 정보를 제공할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 인원 간의 상대위치와 시각동기를 이용한 소음원 추적 시스템 및 소음원 추적 방법은, IR-UWB 및 TWR(Two-Way Ranging)을 이용한 거리 측정 및 시각 동기가 동시에 이루어져, 보다 활용도가 높은 이동식 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라 복수의 사용자들이 사용자장비를 착용한 상태로 작전을 수행할 수 있어, 복수의 청음기 간의 물리적인 이격거리가 넓어져, 연산장비에서 보다 정확한 소음원의 위치를 산출할 수 있는 장점이 있다.
그리고 본 발명은 사용자장비 각각의 IR-UWB를 이용하여 무선 시각 동기가 이루어져 고정밀 시각 동기화가 가능한 장점이 있다. 이에 따라 정밀한 시각 동기화를 통해, 발생된 소음원에 대한 정보를 연산장비로 전달 시에 내재된 데이터가 보다 정확한 결과를 산출할 수 있도록 제공될 수 있다.
이에 따라 본 발명은 각 사용자들에게 소음원 위치에 대한 맞춤형 정보를 제공할 수 있으므로, 정밀한 작전 수행이 가능해지는 장점이 있다. 즉, 본 발명은 각 사용자들의 위치를 중심으로 소음원까지의 방향 및 거리를 보다 정확하게 제공할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 음향 신호의 도달 시간차를 이용한 위치 탐지 방법을 수행하는 위치 탐지 장치를 나타내는 개념도.
도 2는 종래기술에 따른 음향 센서를 이용한 치안 유지 USN(Ubiquitous Sensor Network) 시스템에 적용된 DASL(Distributed Acoustic Source Localization) 인식 방법을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 소음원 추적 시스템의 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 소음원 추적 시스템의 세부구성을 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 소음원 추적 시스템에서 복수의 인원 간 상대위치 및 시각동기 과정을 나타낸 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 소음원 추적 시스템에서 소음원으로부터 소음이 발생될 시에 각각의 인원이 착용한 장비에서 서버로 정보를 전달하는 것을 도시한 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 소음원 추적 시스템의 연산장비에서 두 개의 청음기를 통해 하나의 추적선을 산출하는 것을 나타낸 예시도.
도 8은 본 발명에 따른 소음원 추적 시스템의 연산장비에서 수신된 정보를 통해 소음원의 위치를 산출하는 것을 나타낸 예시도.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 인원 간의 상대위치와 시각동기를 이용한 소음원 추적 시스템 및 소음원 추적 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 3 및 도 4는 인원 간의 상대위치와 시각동기를 이용한 소음원 추적 시스템에 관한 것으로, 도 3은 소음원 추적 시스템의 개략도를, 도 4는 소음원 추적 시스템의 세부구성을 나타낸 블록도를 각각 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 소음원 추적 시스템은, 외부와의 데이터통신이 가능한 통신장치 및 데이터 연산과 제어가 이루어지는 프로세스를 포함하는 연산장비(100), 사용자장비를 각각 착용한 복수의 사용자(210,220,230,240,250)로 구성되는 작전수행인원(200) 및, 소음을 발생시키는 소음원(300) 사이에서 데이터를 운용하는 시스템에 관한 것이다. 여기서, 상기 소음원(300)은 상기 작전수행인원(200)의 복수의 사용자(210,220,230,240,250)들이 직접 청각으로 인식할 수는 있으나, 상술한 바와 같이 사람의 청각으로 확인할 수 있는 것은 주관적인 요소가 많이 개입될 수 있다.
이에 따라 본 발명은 이하 서술하는 상기 작전수행인원(200)이 소음원(300)에서 발생되는 소음을 측정하는 기반은, 상기 작전수행인원(200)이 각각 착용한 사용자장비(211,221,231,241,251)로부터 측정되는 것으로, 보다 상세히는 상기 사용자장비(211,221,231,241,251) 각각에 포함되는 청음기를 이용하여 외부의 소음을 측정할 수 있다. 이때 상기 청음기는, 마이크로폰(Microphone)을 포함하는 사운드센서(Sound Sensor)로 구성되어 수신된 소음의 진동을 전류로 변환할 수 있으며, 보다 고감도의 측정을 위하여 수신된 음을 증폭하는 구성이 더 포함될 수도 있다. 그리고 청음기가 형성된 상기 사용자장비는 3개 이상의 복수로 구성된다면, 상기 연산장비(100)에서 각각의 상기 사용자장비로부터 관련 데이터들을 수신받아 상기 소음기의 위치를 산출할 수 있으므로, 이하 후술되는 복수의 사용자장비는 3개 이상의 사용자장비일 수 있다.
상기 사용자장비는 각각 통신장치, 청음기, 시계 및 측정수단을 포함할 수 있다. 여기서 상기 사용자장비의 통신장치는 상기 연산장비의 통신장치와 서로 데이터통신이 이루어질 수 있는 모듈일 수 있다. 그리고 상기 연산장비는 원격에 배치된 별도의 관제센터나, 작전수행인원들과 함께 이동되는 이동식 연산장치이거나, 복수의 사용자장비 중 어느 하나의 사용자장비에 형성될 수도 있다. 각각의 경우에 따라 상기 통신장치의 또한 다른 통신모듈로 구성될 수 있으며, 예컨대 연산장비가 원격에 배치된 관제센터인 경우에는 상기 통신장치가 중장거리 무선통신 인터페이스로 구성될 수 있고, 어느 하나의 사용자장비에 연산장비가 구성된 경우에는 근접 무선통신 인터페이스 또는 중거리 무선통신 인터페이스로 구성되거나 유선통신이 이루어질 수도 있다.
상기 사용자장비의 시계는 실시간 클록(Real Time Clock, RTC)이 이루어질 수 있으며, 보다 상세히는 카운터, 타이머 또는 지연 방식으로 RTC 값을 증가시켜 자체적인 시간 영역을 구축할 수 있다. 여기서 시간은 복수의 상기 사용자장비 중 어느 하나의 사용자장비를 기준 시계로 결정하여 다른 사용자장비의 시계가 이에 동기화되도록 구성될 수 있다. 물론 상기 기준 시계가 협정 시계시(UTC)에 따른 시스템 시간에 동기화하고 다른 시계들이 상기 기준 시계에 동기화되는 방식도 사용될 수 있으며, 상기 기준 시계가 상기 시스템 시간과는 별개의 시간 영역을 구축할 수도 있다. 이를 통해 본 발명은, 각각의 사용자장비가 시스템 시간에 동기화하여 각기 다른 시간지연으로 인해 나타나는 오류나, 각 사용자장비의 프로세서의 RTC 클록 연산에서 나타나는 지연으로 인한 오류에 의해서 발생되는 소음 측정 시각의 오차를 감소시켜, 보다 정확한 시각을 측정할 수 있는 장점이 있다.
상기 사용자장비의 측정수단은, 다른 사용자와의 거리를 측정하도록 거리감지센서가 포함될 수 있다. 그리고 상기 거리감지센서는 초음파 거리센서나 레이저 센서 등으로 구성될 수 있으며, 본 발명의 일 예에서는 상기 거리감지센서가 IR-UWB(Impulse-Radio Ultra-Wideband)로 구성될 수 있다. 이때 상기 IR-UWB는 TWR(Two-Way Ranging) 방식으로 상대 측위를 측정할 수 있다. 여기서 TWR은 IR-UWB를 각각 포함하는 2개의 사용자장비 간의 신호 송수신을 통해 거리를 측정하는 방식으로, 두 개의 IR-UWB 간의 신호의 왕복시간을 측정하여 상대위치를 산출하고, 복수의 IR-UWB들이 이를 수행하여 위치정보를 보다 정밀하게 산출할 수 있다. 이때 복수의 사용자장비 각각의 IR-UWB에서 상호 간에 전파를 송수신하여 신호의 왕복시간에 대한 리포트 데이터를 상기 연산장비로 송신하면, 상기 연산장비에서는 각 사용자장비로부터 수신된 리포트 데이터를 통해 다른 사용자장비와의 상대위치를 산출할 수 있다. 또는 상기 IR-UWB가 TWR(Two-Way Ranging), ToA(Time of Arrival), AoA(Angle of Arrival) 및 TDoA(Time Difference of Arrival) 중 어느 하나 또는 둘 이상을 함께 사용하여 측위가 이루어질 수도 있다. 이 외에도, 상기 측정수단은 각 사용자장비에서 도달 주파수를 측정하고 이에 대한 데이터를 상기 연산장비로 전송하여 상대위치를 산출하는 등 다양한 방식으로 측위를 측정할 수도 있다.
이와 더불어 본 발명은 복수의 사용자장비 간 IR-UWB을 이용한 TWR 기반의 시각 동기화가 이루어질 수 있다. 이때 복수의 사용자장비 중 어느 하나는 상술한 바와 같이 기준시계로 설정하고, 기준 시계가 포함된 상기 사용자장비는 IR-UWB 또는 다른 별도의 신호전송수단을 이용하여, 기준시계의 일정 기준 시각으로 동기된 펄스(Pulse) 신호를 생성하고, 생성된 상기 펄스 신호를 다른 사용자장비로 전송할 수 있다. 그리고 다른 사용자장비는 기준 시계가 포함된 상기 사용자장비와의 신호 교류를 통해, 다른 사용자장비의 시계가 기준 시계의 시간으로 동기화될 수 있다. 이에 따라 동일한 시간으로 동기된 복수의 사용자장비는, 소음원이 발생되면 동기화된 시간을 통해 각자의 측정시각이 생성될 수 있다.
아울러 상기 작전수행인원(200)은 대테러 작전이나 군사임무를 수행하는 경찰, 군인 또는 보안요원 등일 수 있다. 나아가 본 발명의 소음원 추적 시스템은 화재 현장에 접목하여 소방관이 폭발원의 위치를 추적하기 위해 사용되는 등 다양한 방식으로 활용될 수 있다. 이 외에도 본 발명의 소음원 추적 시스템은 수색작전, 군사훈련, 건물 내 소음원 추적, 경계 등 다양한 영역에서 활용될 수 있기에, 도면 상에서 도시하고 있는 스나이퍼의 위치를 추적하는 것은 하나의 예시일 뿐, 이에 한정하지는 아니한다.
도 5 및 도 6은 인원 간의 상대위치와 시각동기를 이용한 소음원 추적 시스템에 관한 것으로, 도 5는 인원 간 상대위치 및 시각동기가 되는 것을 나타낸 개략도를, 도 6은 소음원으로부터 소음이 발생될 시에 각각의 인원이 착용한 장비에서 서버로 정보를 전달하는 것을 도시한 개략도를 각각 나타낸다.
먼저 도 5를 참조하면, 상기 작전수행인원(200)은 주어진 임무에 따른 활동을 수행할 수 있다. 이때 상기 작전수행인원(200)의 복수의 사용자가 각각 착용한 복수의 사용자장비는 서로의 상대위치를 측정하고, 기준 시계를 기준으로 각자의 시계가 실시간 동기화될 수 있다.
이어 도 6을 참조하면, 소음원(300)으로부터 소음이 발생되면, 상기 복수의 사용자장비 각각의 청음기에서 상기 소음에 대한 디지털 정보가 생성될 수 있다. 여기서 소음의 세기가 각각의 청음기에 설정된 기준 데시벨(dB) 이상인 경우, 상기 사용자장비는 청음기에서 소음이 측정된 시각에 대한 인터럽트 정보를 생성하고, 통신장치를 이용하여 소음 측정 시각을 연산장비로 전송할 수 있다. 이때 복수의 사용자장비 각각은 서로 동일한 기준 데시벨(dB)로 설정되거나, 일부가 다른 기준의 데시벨(dB)로 설정될 수 있다. 예컨대, 복수의 사용자가 전방을 향해서 보행하는 경우, 전방 측 사용자들의 사용자장비에 설정된 기준 데시벨(dB)이 후방 측 사용자들의 사용자장비에 설정된 기준 데시벨(dB) 보다 높게 설정될 수 있다.
이와 더불어, 소음원(300)에서 발생된 소음이 각각의 사용자장비에 설정된 기준 데시벨(dB) 보다 높은 경우에, 상기 사용자장비의 측정수단에서 측정된 측위정보도 함께 상기 연산장비로 전송될 수 있다. 그리고 상기 연산장비는, 복수의 사용자장비에서 수신된 소음원에 대한 복수의 측정시각과, 복수의 사용자장비들의 측위정보를 통해 소음원의 위치를 산출할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 하나의 장치에 복수의 마이크가 형성된 기존 기술에 대비하여, 물리적으로 보다 먼 거리 이격된 복수의 사용자에 포함된 청음기를 통하여 보다 정확한 소음원의 위치를 추적할 수 있는 장점이 있다.
도 7 및 도 8은 인원 간의 상대위치와 시각동기를 이용한 소음원 추적 시스템에 관한 것으로, 도 7은 소음원 추적 시스템의 연산장비에서 두 개의 청음기를 통해 하나의 추적선을 산출하는 것을 나타낸 예시도를, 도 8은 소음원 추적 시스템의 연산장비에서 수신된 정보를 통해 소음원의 위치를 산출하는 것을 나타낸 예시도를 각각 나타낸다.
먼저 도 7을 참조하면, 본 발명의 연산장비는 두 개의 청음기 상에 각각 수신된 소음의 측정시각과, 두 개의 청음기 사이의 거리를 통해 하나의 추적선을 산출할 수 있다.
Figure 112019130955669-pat00001
먼저, 연산장비는 사용자장비 또는 별도의 수단을 통해 측정된 해당 지역의 온도를 실시간으로 수신받을 수 있다. 그리고 연산장비는 수신 받은 온도(
Figure 112019130955669-pat00002
)를 위의 식에 입력하여 음속(Vair)을 산출할 수 있다. 그리고 소음원으로부터 상대적으로 더 이격된 청음기에서 측정되는 시각이 보다 지연되므로, 두 개의 상기 청음기에서 측정된 측정시간은 일정시간 지연된다.
Figure 112019130955669-pat00003
청음기 1의 측정시각(T1)과 청음기 2의 측정시각(T2) 사이의 지연시간(TL)은, 위 식과 같이 측정시각 차이의 절대값을 통해 산출될 수 있다.
Figure 112019130955669-pat00004
그리고 본 발명은 상술한 바와 같이 상기 측정수단을 통해 청음기 1과 청음기 2 사이의 이격거리(DS)를 산출될 수 있다. 이와 더불어 음속과 지연시간을 통해 보정거리(DE)를 산출할 수 있으며, 보정거리는, 소음원이 청음기 1 및 청음기 2 중에서 상대적으로 인접한 위치가 어디인지를 보정할 수 있다. 여기서 상기 청음기 1 및 청음기 2에서 측정된 측정시각이 동일한 경우에는 보정거리(DE)는 0일 수 있으며, 소음원, 청음기 1 및 청음기 2 가 나란하게 배치되는 경우에는 상기 이격거리(Ds)와 보정거리(DE)과 동일할 수 있다.
Figure 112019130955669-pat00005
,
Figure 112019130955669-pat00006
이어 추적선의 기준점을 소음원이 상기 청음기 1 및 청음기 2 사이에 배치되는 점이고 상기 청음기 1에서 측정된 측정시각이 더 앞선 경우라 가정하면, 청음기 1과 기준점 사이의 거리(X) 및 청음기 2와 기준점 사이의 거리(Y)가 각각 산출될 수 있다.
Figure 112019130955669-pat00007
,
Figure 112019130955669-pat00008
,
Figure 112019130955669-pat00009
이어 청음기 1과 청음기 2 사이 지연시간(TL)이 일정하도록 위의 식을 만족하는 추적선(A1)이 산출될 수 있으며, 상기 추적선은 점진적으로 가산되는 가산거리(N)에 따라 변동되는 청음기 1과 기준점 사이의 거리(xn) 및 변동되는 청음기 2와 기준점 사이의 거리(yn)의 좌표가 만나는 점이 이어진 선으로 구성될 수 있다. 기준점을 제외하면 도시된 바와 같이, 가산거리(N)에 따라 xn과 yn을 모두 만족하는 두 지점이 각각 산출될 수 있으며, 서로 측정시각이 동일한 경우에는 선형으로 나타나지만, 서로 측정시각이 상이한 경우에는 상대적으로 먼저 측정된 청음기로 휘어진 호의 형상으로 나타날 수 있다. 이는 보다 명확하게 설명하기 위해 개략적으로 표기한 것으로, 각 가산거리(N)에 따라 서로 다른 위치에서 반지름이 xn 또는 yn을 나타내는 좌표계의 식으로 변환하여 산출될 수도 있다.
이어 도 8을 참조하면, 두 개의 청음기를 통해 하나의 추적선이 산출될 수 있으므로, 총 N개의 청음기가 형성된 경우 최대 NC2개의 추적선이 산출될 수 있다. 여기서 C는 콤비네이션(Combination)을 나타낸다. 그리고 3개의 청음기가 있는 경우에는 2개의 추적선이 하나의 지점에서 접하거나, 3개의 추적선이 하나의 지점 인근에서 접할 수 있으며, 소음원의 위치는 접하거나 인근 지점에 배치되는 것으로 산출될 수 있다.
여기서, 본 발명은 4개 이상의 청음기를 이용할 수 있으며, 4개 이상의 청음기를 각각 후보로 선정할 수 있다. 여기서 후보로 선정되는 기준은, 측정된 데시벨의 크기나, 이격거리가 보정거리 보다 큰지 여부 등을 통해 선정될 수 있다. 그리고 후보로 선정된 청음기들에 대해서 재차 검증이 이루어질 수 있으며, 검증과정은 다음과 같다.
후보로 선정된 4개 이상의 청음기 중 2개의 청음기를 매칭하여 총 nC2회(n은 선정된 후보 청음기의 수량) 반복할 수 있다. 이어 nC2회 반복하여 산출된 nC2개의 추적선 간의 접하는 지점을 산출할 수 있다. 여기서, 다수의 추적선이 인접한 지점에서 만나지만 상대적으로 이격된 지점에서 다른 추적선들과 만나는 하나 이상의 추적선이 발생될 수 있다. 이때 본 발명의 연산장비는 이러한 추적선을 구성하는 청음기의 식별정보를 확인하고, 해당 청음기에 대한 정보를 제외하여 n-1C2회 반복하여 산출된 n-1C2개의 추적선을 이용하여 최종 소음원 위치를 산출할 수도 있다. 이는 청음기와 소음원 사이에 장애물이 많거나, 청음기의 현재 위치가 소음원으로부터 직접 소리가 도달되는 것이 아니라 반사되어 도달되는 등 사용자가 직접 착용함에 따라 나타나는 여러 문제점으로 인하여 올바른 측정이 이루어질 수 있지 않으므로, 신뢰도가 낮은 정보를 배제하여 보다 정확한 소음원 위치를 추정할 수 있는 장점이 있다.
아울러 본 발명은 복수의 사용자장비 중 어느 하나 이상의 사용자장비에 GPS모듈이 형성될 수 있다. 그리고 상기 GPS모듈에서 측정되는 위성항법시스템에 따른 일정 사용자장비의 실시간 위치를 통해 다른 사용자장비들의 위치를 산출할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 보다 경량화되면서도 보다 정확한 위치를 판별할 수 있는 소음원 추적 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명은 상술한 소음원 추적 시스템을 이용하여 다음과 같은 프로세스를 통해 소음원의 위치를 추적할 수 있다.
먼저 본 발명은, 각 사용자장비에 설정된 데시벨 이상의 소음이 발생된 경우에 연산장비의 통신장치로 복수의 사용자장비에서 각각 측정된 다른 사용자와의 상대위치 및 측정시각에 대한 정보가 전달될 수 있다.
그리고 본 발명은, 연산장비의 프로세서가 상대위치 및 측정시간에 대한 복수의 정보를 이용하여 소음원의 위치를 산출할 수 있다. 여기서, 상기 연산장비의 프로세서는 산출된 소음원의 위치에 대해서 개별 상기 사용자장비의 위치를 기준으로 거리 및 방향을 연산할 수 있다. 즉, 전체 지도로 살펴보면 일정 경도 및 위도 상에 위치됨은 판단이 되지만, 각 사용자들의 위치가 서로 다르므로, 각 사용자들을 기준으로 소음원까지의 거리와 방향은 서로 다르게 형성된다. 본 발명의 프로세서는 각 사용자들의 GPS를 통한 위치, 각 사용자장비 간의 상대위치 등을 통해 각 사용자에게 필요한 정보를 가공할 수 있다.
이어 본 발명은 연산장비의 통신장치에 의해서 소음원의 위치정보를 복수의 상기 사용자장비 각각에 전송하도록 형성될 수 있다. 이에 따라 본 발명은 개별 상기 사용자장비에 대해서 맞춤형 정보를 제공할 수 있다.
또한 각 사용자장비에는 디스플레이가 형성되어, 상기 연산장비로부터 제공받은 소음원까지의 거리와 방향이 출력될 수 있다. 그리고 사용자는 자신의 사용자장비에 출력된 소음원까지의 거리와 방향을 기초로, 자신에게 부여진 임무를 수행할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 연산장비
200 : 작전수행인원
210 : 제1사용자
211 : 제1사용자장비
220 : 제2사용자
221 : 제2사용자장비
230 ; 제3사용자
231 : 제3사용자장비
240 : 제4사용자
241 : 제4사용자장비
250 : 제5사용자
251 : 제5사용자장비
300 : 소음원

Claims (12)

  1. 복수의 사용자들이 각각 착용한 복수의 사용자장비; 및
    상기 사용자장비와 데이터 통신하는 연산장비;
    를 포함하며,
    상기 사용자장비는,
    외부의 소음을 측정하는 청음기, 사용자 간의 상대위치를 측정하는 측정수단 및, 사용자간 동기가 가능한 실시간 클록(Real Time Clock, RTC)이 이루어지는 시계를 포함하고,
    상기 청음기에 설정된 데시벨(dB) 이상의 소음이 수신되면,
    복수의 상기 사용자장비 각각에서 측정된,
    다른 사용자와의 상대위치 및 측정시각에 대한 정보를 상기 연산장비로 전송하고,
    상기 연산장비는,
    수신된 복수의 상기 사용자장비에 대한 정보 중 셋 이상의 사용자장비를 선정하고,
    셋 이상의 상기 사용자장비 간의 상대위치와,
    셋 이상의 상기 사용자장비 각각의 측정시간을 기반으로,
    소음원의 위치를 산출하며,
    수신된 복수의 상기 사용자장비에 대한 정보 중 넷 이상의 사용자장비를 후보로 선정하고,
    넷 이상의 상기 사용자장비 중에서 두 개의 사용자장비에서 측정된 정보를 매칭하되 nC2회 반복하여,
    상대적으로 관련도가 높은 셋 이상의 사용자장비를 선정하는 것을 특징으로 하는 소음원 추적 시스템. (여기에서, n = 선정된 후보 사용자장비의 수)
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 사용자장비의 시계 중,
    어느 하나 이상의 시계가 기준 시계로 설정되고,
    다른 시계가 상기 기준 시계의 시간을 기준으로 시각 동기가 이루어지는 것을 특징으로 하는 소음원 추적 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 측정수단은 IR-UWB(Impulse-Radio Ultra-Wideband)를 포함하여 TWR(Two-Way Ranging) 방식으로 다른 사용자와의 상대위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 소음원 추적 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    복수의 사용자장비 간 IR-UWB(Impulse-Radio Ultra-Wideband)를 이용하여 TWR(Two-Way Ranging) 방식으로 시각 동기화가 이루어지는 것을 특징으로 하는 소음원 추적 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연산장비는,
    복수의 상기 사용자장비로 산출된 소음원의 위치를 포함하는 위치정보를 전송하되,
    상기 위치정보에는,
    상기 사용자장비의 위치를 기준으로 상기 소음원까지의 거리와, 상기 소음원으로의 방향에 대한 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 소음원 추적 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 사용자장비는,
    상기 위치정보가 출력되는 디스플레이가 형성된 것을 특징으로 하는 소음원 추적 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 사용자장비 중 어느 하나 이상의 사용자장비에는,
    GPS모듈이 형성된 것을 특징으로 하는 소음원 추적 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 설정된 데시벨 이상의 소음이 발생된 경우에 소음원의 위치를 추적하기 위한 제1항의 소음원 추적 시스템을 이용한 소음원 추적 방법에 있어서,
    a) 연산장비의 통신장치로 복수의 사용자장비에서 각각 측정된 다른 사용자와의 상대위치 및 측정시각에 대한 정보가 수신되는 단계;
    b) 연산장비의 프로세서가 상대위치 및 측정시간에 대한 복수의 정보를 이용하여 소음원의 위치를 산출하는 단계; 및
    c) 연산장비의 통신장치가 소음원의 위치정보를 복수의 상기 사용자장비 각각에 전송하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 b단계에서 상기 프로세서가 산출된 소음원의 위치에 대해서 개별 상기 사용자장비의 위치를 기준으로 거리 및 방향을 연산하며,
    상기 c단계에서 상기 통신장치는 개별 상기 사용자장비에 대해서 맞춤형 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 소음원 추적 방법.
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