KR200462848Y1

KR200462848Y1 - 영상 전시 핸드 헬드 지뢰 탐지 장치

Info

Publication number: KR200462848Y1
Application number: KR2020110011035U
Authority: KR
Inventors: 한승훈; 유경주
Original assignee: 삼성탈레스 주식회사
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2012-10-09

Abstract

본 고안은 영상 전시 핸드 헬드 지뢰 탐지 장치에 관한 것으로서, 지중에 매설된 지뢰를 탐지(detection)하여 사용자가 이를 위치정보(X,Y(즉, 위도,경도))와 깊이정보(Z)로 인지(recognition)하는 영상 전시 핸드 헬드 지뢰 탐지 장치이다. 본 고안은 지중에 매설된 지뢰를 감지하여 탐지 신호를 발생하는 탐지체와, 상기 탐지체에서의 탐지 신호를 수신하여, 탐지 시작점에서부터 탐지 완료점까지의 탐지 신호를 탐지 영상으로 생성하고, 탐지할 때의 위치정보(X,Y) 및 움직임정보를 파악하여 상기 탐지 영상에 동기화하고, 상기 탐지 영상, 위치정보(X,Y) 및 움직임정보를 함께 인지할 수 있도록 하나의 화면에 디스플레이하는 지뢰 탐지 어플리케이션이 탑재된 개인 통신 단말기를 포함하며, 상기 개인 통신 단말기는, 사용자로부터 탐지 시간, 탐지 위치를 포함하는 탐지 정보를 입력받는 입력부와, 상기 탐지 영상을 시간대별, 탐지 위치별로 저장하는 저장부와, 상기 탐지 영상, 위치정보(X,Y) 및 움직임정보를 디스플레이하는 표시부와, 상기 탐지체로부터의 탐지 신호를 수신하며, 탐지 영상, 위치 정보, 움직임 정보를 네트워크 상의 관리 서버로 전송하는 단말기 유무선 통신부를 포함한다.

Description

영상 전시 핸드 헬드 지뢰 탐지 장치{Hand-held landmine detector with image display}

본 고안은 영상 전시 핸드 헬드 지뢰 탐지 장치에 관한 것으로서, 지중에 매설된 지뢰를 탐지(detection)하여 사용자가 이를 위치정보(X,Y(즉, 위도,경도))와 깊이정보(Z)로 인지(recognition)하는 영상 전시 핸드 헬드 지뢰 탐지 장치이다.

핸드 헬드(Hand-held)형 지뢰 탐지기는 지표 아래에 매설되어 있는 대인 혹은 대전차 지뢰를 탐지하기 위한 개인이 지면과 이격된 거리에서 운용할 수 있는 군용과 민간용으로 개발되어 사용되고 있다.

기존의 핸드 헬드(Hand-held)형 지뢰 탐지기는 주로 금속 탐지기(MD;Metal Detector)를 기반으로 하였다. 금속 탐지기는 코일에 전자기장이 인가된 상태에서, 금속 물질이 주변에 있으면 전자기장의 특성이 변하게 되어 금속의 존재 유/무를 판단하는 장치이다. 금속 탐지기의 경우에는 지뢰에 포함된 금속 물질을 탐지하는 방법으로 탐지율(PD;Probability of Detection)은 높지만 그에 못지 않게 오경보율(FAR;False Alarm Rate)도 상당히 높다. 야전 상황에서 탄피, 금속 캔, 동전 등 많은 금속 물질이 존재하는 상황에서 높은 오경보율은 지뢰 탐지의 속도를 저하시키는 요인이다. 또한 최근에는 금속 물질이 전혀 없는 플라스틱 지뢰가 개발되어 살포되어 있다. 이 경우에는 기존의 금속 탐지기를 기반으로 한 지뢰 탐지기는 탐지를 할 수 없다. 반면에 지표 투과 레이더(GPR;Ground Penetrating Radar)의 경우 사용되는 주파수 대역에 따라 특정 매질을 투과하는 특성을 가지고 있어 금속과 비금속 재질의 반사 신호 세기를 활용하여 영상화된 지뢰탐지가 가능하다.

따라서 오경보율을 낮추고 또한 플라스틱 류의 지뢰를 탐지하기 위해서 최근에는 금속 탐지기(MD;Metal Detector) 및 지표 투과 레이더(GPR;Ground Penetrating Radar)를 결합한 이중 센싱 지뢰 탐지기가 각광을 받고 있다.

금속 탐지기(MD;Metal Detector) 및 지표 투과 레이더(GPR;Ground Penetrating Radar)의 이중 센싱 지뢰 탐지기의 대표적인 제품으로는, 미국에서 개발한 HSTAMIDS와 독일에서 개발한 MINEHOUD가 있다. 두 제품은 모두 금속 탐지기와 지표 투과 레이더(GPR) 센서가 각각 사용되었다. 기존의 제품들은 모두 금속 탐지기 및 지표 투과 레이더 신호를 소리로 변환하여 제공되고 있다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이 지뢰 탐지 작업 시에 진행 방향과 탐지 방향이 다르기 때문에 탐지 방향에 대한 정보가 없기 때문에 매설물에 대한 영상화에 어려움이 있어, 단순히 경보음과 같은 소리로만 단순 청각 정보를 제공하고 있다. 또한, 소리 이외에 시각 확인을 위하여 소리 정보를 단순한 바(bar) 증감 형태의 시각 정보로 변환하여 도 2와 같은 상태바(LED BAR)를 통해 사용자에게 제공하고 있다.

그러나, 상기의 단순한 시각 정보 및 청각 정보를 제공하는 지뢰 탐지 정보 제공 방식의 경우 다음과 같은 문제가 있다.

각 센서의 정보를 소리라는 청각 정보로 변환할 경우 미세한 소리의 차이를 통해 지뢰의 존재 유무를 판단하기 때문에 운용병의 숙련도가 높아야 한다는 단점을 가지고 있다. 또한 소리는 시간에 따라 흘러가는 정보이기 때문에 정밀한 탐색에 어려움이 있다. 또한 도 2에 도시한 바와 같이 상태바(LED BAR) 형태의 시각 정보로 제공할 경우, 이는 소리의 강도를 단순히 상태바(LED BAR) 형태로 표현한 것일 뿐이지 지하 매설물에 대한 정확한 위치정보(X,Y)와 깊이정보(Z)를 영상으로 나타내지 못하는 문제가 있다.

결국, 금속 탐지기(MD;Metal Detector) 및 지표 투과 레이더(GPR;Ground Penetrating Radar)의 이중 센싱 지뢰 탐지기로부터 제공받는 단순한 청각 정보 및 단순한 시각 정보만으로는 기존의 낮은 탐지 확률(Probability of Detection)과 높은 오경보율(False Alarm Rate)의 문제점을 극복할 수 없다. 따라서 이러한 낮은 탐지 확률(Probability of Detection)과 높은 오경보율(False Alarm Rate)을 극복할 수 있는 핸드 헬드형 지뢰 탐지기의 개발이 시급한 실정이다.

또한 지뢰 탐침자끼리 지뢰 제거 정보를 서로 공유하지 못하여 지뢰 제1탐침자에 의해 지뢰 탐침이 이루어진 지역에 대해서 다른 지뢰 제2탐침자에 의해 다시 지뢰 탐침이 이루어지는 비효율성이 있다. 반대로 지뢰 탐침이 이루어지지 않은 지역임에도 다른 지뢰 탐침자에 의해 탐침되었다고 착각하고 지뢰 탐침이 수행되지 않는 문제가 있다.

또한 기존에는 탐지된 정보를 사용자가 획득하기 위하여 별도의 전용 단말기를 이용해야 하기 때문에 탐지 비용이 증대되는 문제가 있다.

한국공개특허 10-2002-0017491

본 고안의 기술적 과제는 지뢰를 탐지하는 영역 및 탐지 방향을 고려하여 효과적이며 실시간으로 영상 정보를 사용자에게 제공하는데 있다. 또한 본 고안의 기술적 과제는 소리이외에 다른 형태로 탐지 정보를 제공하는 위치정보(X,Y)와 깊이정보(Z)를 인지하는데 있다. 또한 본 고안의 기술적 과제는 개인이 사용하는 스마트폰이나 태블릿 PC와 같은 개인 휴대 통신 단말기를 통하여 지뢰 탐지 정보를 열람할 수 있도록 하는데 있다.

본 고안은 지중에 매설된 지뢰를 감지하여 탐지 신호를 발생하는 탐지체와, 상기 탐지체에서의 탐지 신호를 수신하여, 탐지 시작점에서부터 탐지 완료점까지의 탐지 신호를 탐지 영상으로 생성하고, 탐지할 때의 위치정보(X,Y) 및 움직임정보를 파악하여 상기 탐지 영상에 동기화하고, 상기 탐지 영상, 위치정보(X,Y) 및 움직임정보를 함께 인지할 수 있도록 하나의 화면에 디스플레이하는 지뢰 탐지 어플리케이션이 탑재된 개인 통신 단말기를 포함하며, 상기 개인 통신 단말기는, 사용자로부터 탐지 시간, 탐지 위치를 포함하는 탐지 정보를 입력받는 입력부와, 상기 탐지 영상을 시간대별, 탐지 위치별로 저장하는 저장부와, 상기 탐지 영상, 위치정보(X,Y) 및 움직임정보를 디스플레이하는 표시부와, 상기 탐지체로부터의 탐지 신호를 수신하며, 탐지 영상, 위치 정보, 움직임 정보를 네트워크 상의 관리 서버로 전송하는 단말기 유무선 통신부를 포함한다.

또한 영상 전시 핸드 헬드형 지뢰 탐지 장치는, 상기 탐지체에 탐지 구동 신호를 인가하여 상기 탐지체로부터 탐지 신호를 상기 개인 통신 단말기로 중계하는 탐지 신호 송수신기와, 상기 탐지체 및 개인 통신 단말기가 부착된 탐지 파지체를 더 포함한다.

또한 개인 통신 단말기는, 운영체계(OS)에 의해 구동되는 스마트폰, 태블릿 PC 중 어느 하나로 구현된다. 개인 통신 단말기는, 상기 탐지 영상, 위치정보(X,Y) 및 움직임정보를 유무선 네트워크를 통하여 외부의 관리 서버로 전송한다.

지뢰 탐지 어플리케이션은, 탐지 방향에서의 탐지가 완료되면 탐지 시작점에서부터 탐지 완료점까지의 탐지 신호를 필터링하여 탐지 영상으로 생성하는 신호 처리부와, 탐지가 이루어지는 지점의 위치 정보 및 움직임정보를 감지하는 탐지위치 및 움직임 센싱부와, 상기 탐지 영상에 위치 정보 및 움직임정보를 동기화하는 탐지 영상 동기화부를 포함한다.

본 고안의 실시 형태에 따르면 스마트폰이나 태블릿 PC와 같은 개인 휴대 통신 단말기를 통하여 청각 및 시각 영상 정보를 취득할 수 있어서, 지중 매설된 지뢰에 대해서 높은 탐지율을 가질 수 있다. 또한 본 고안의 실시 형태에 따르면 지뢰 탐지 어플리케이션을 구동하여 실시간으로 지중의 영상 정보를 위치정보(X,Y), 깊이정보(Z)와 함께 인지할 수 있도록 사용자에게 제공할 수 있다.

도 1은 지뢰 탐지 작업시의 탐지 방향과 진행 방향을 나타낸 그림이다.
도 2는 지뢰 탐지 상태를 바 형태로 디스플레이한 것을 나타낸 그림이다.
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 핸드 헬드형 지뢰 탐지 장치의 사시도이다.
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 핸드 헬드형 지뢰 탐지 장치의 구성 블록도이다.
도 5는 본 고안의 실시예에 따른 개인 통신 단말기에 지뢰 탐지 영상이 디스플레이된 모습을 도시한 사시도이다.
도 6은 필터링 전의 탐지 신호를 도시한 그림이다.
도 7은 본 고안의 실시예에 따라 수평 방향 필터링 후의 탐지 신호를 도시한 그림이다.
도 8은 본 고안의 실시예에 따라 세밀하게 스케일 단위를 변경한 후의 탐지 신호를 도시한 그림이다.
도 9는 본 고안의 실시예에 따라 넓은 스케일 단위를 변경한 후의 탐지 신호를 도시한 그림이다.
도 10은 본 고안의 실시예에 따른 시작 방위각과 종료 방위각을 나타낸 그림이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 고안은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 고안의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 고안의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 3은 본 고안의 실시예에 따른 핸드 헬드형 지뢰 탐지 장치의 사시도이며, 도 4는 본 고안의 실시예에 따른 핸드 헬드형 지뢰 탐지 장치의 구성 블록도이며, 도 5는 본 고안의 실시예에 따른 개인 통신 단말기를 도시한 사시도이다.

탐지체(100)는 지중에 묻혀 있는 매설물을 탐지하여 탐지 신호(금속 탐지 신호 및 지표 투과 레이더 신호)를 발생하는 수단체로서, 탐지하는 수단체로는 금속 탐지기(110;MD;Metal Detector)와 지표 투과 레이더(120;GPR;Ground Penetrating Radar)를 포함한다.

금속 탐지기(110;MD;Metal Detector)는 지뢰에 포함된 금속 물질을 탐지하는 장치로서, 금속 탐지기는 한 쌍의 탐지 코일과 제어를 위한 전자회로로 구성된다. 코일에 교류 전류를 흘려주면 코일에 주기적으로 변하는 자기장이 발생하는데, 코일 아래에 금속 물질이 있을 경우 변하는 자기장에 의해 와전류가 유도된다. 유도된 와전류에 의해 금속 물질이 자기장을 발생시키게 되는데, 금속탐지기(MD)는 이러한 자기장의 변화를 감지하여 금속 물질을 감지한다. 따라서 금속 탐지기는 금속 물질에 따라 변화하는 자기장 변화값(이하, '금속 탐지 신호'라 함)을 탐지 신호 송수신기로 출력한다.

지표 투과 레이더(120;GPR;Ground Penetrating Radar)는 안테나를 구비하여, 안테나를 통해 방사된 전파로 인해 목표물에 반사된 신호를 수집하여 해당 물체를 감지하는 레이더 장치이다. 일반적으로 레이더는 방사하는 신호의 대역폭을 크게 할 경우 더 높은 거리 해상도로 목표물을 탐지할 수 있다. 근거리 레이더에서는 상대적으로 작은 크기의 목표물을 탐지해야 하기 때문에 초광대역(UWB;Ultra Wide Band) 신호를 방사한다. 또한 전파의 경우 주파수 대역에 따라 특정 매질을 투과하는 특성을 가지고 있는데, 지표 투과 레이더(GPR)는 이러한 전파 특성을 이용하여 지중에 묻힌 비금속 재질의 지뢰를 탐지할 수 있다. 따라서 지표 투과 레이더(GPR) 지중으로 레이더 신호를 전파하고, 이러한 전파 신호의 반사 신호(이하, '레이더 탐지 신호'라 함)를 수신하여 탐지 신호 송수신기로 출력한다. 레이더 탐지 신호는 반사 신호 형태를 가지고 있기 때문에 지뢰와 같은 매설물이 매설된 깊이 정보도 함께 가지고 있다.

탐지 파지체(200)는 사람이 지뢰를 탐지할 수 있도록 탐지체와 개인 통신 단말기를 결합시킨 기구체이다. 탐지 파지체(200)는 탐지봉(210), 손잡이(220), 개인 통신 단말기 거치대(230)를 포함한다. 상기 탐지봉(210)은 막대 형태의 바(bar)로 되어 있어, 탐지봉의 하부 끝단에 탐지체(100)가 결합된다. 또한 탐지봉의 일측변에는 손잡이(220)가 돌출되어 형성되어 있어, 사람이 손잡이를 파지하여 탐지봉을 움직이기 쉽도록 한다. 또한 탐지봉의 타측변에는 개인 통신 단말기를 착탈시킬 수 있는 개인 통신 단말기 거치대(230)가 구비된다. 상기 개인 통신 단말기 거치대에는 개인 통신 단말기를 부착할 수 있어, 사용자가 지뢰 탐지 작업 중에 개인 통신 단말기의 표시부를 통하여 실시간으로 지뢰 탐지 위치를 확인할 수 있다.

탐지 신호 송수신기(300)는 탐지체에 지표 투과 레이더(GPR) 탐지를 위한 레이더 신호를 생성하여 전송한다. 또한, 탐지체로부터 수신되는 탐지 신호(금속 탐지 신호 및 레이더 탐지 신호)를 수신하여 개인 통신 단말기로 중계한다. 탐지 신호 송수신기는 RF 유선 케이블을 통해 탐지체와 연결되어 유선 통신을 수행한다. 즉, 금속 탐지 신호 수신부 및 레이더 탐지 신호 송수신부는 RF 유선 케이블을 통하여 탐지체와 신호를 송수신 교환한다. 이밖에도 본 고안의 실시예는 이러한 유선 통신이 아니라 근거리 무선 통신을 이용하여 탐지 신호 송수신기와 탐지체 간의 데이터를 교환할 수 있다. 탐지 신호 송수신기는 백팩 구조로 되어 있어, 탐지 운용병이 어깨에 매고 지뢰 탐지를 수행한다.

탐지 신호 송수신기는 송수신기 유무선 통신부(330), 금속 탐지 신호 수신부(310), 레이더 탐지 신호 송수신부(320)를 포함한다.

송수신기 유무선 통신부(330)는 개인 통신 단말기와 유선 통신 또는 무선 통신을 수행하며 데이터를 교환한다. 송수신기 유무선 통신부의 통신 방식은 이더넷(Ethernet), 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus), IEEE 1394, 직렬 통신(serial communication) 및 병렬 통신(parallel communication)과 같은 유선 통신 방식이 사용될 수 있으며, 적외선 통신(Infrared Radiation), 블루투스(Bluetooth), 홈 RF(Radio Frequency) 및 무선 랜(Wireless LAN)과 같은 무선 통신 방식이 사용될 수도 있다. 따라서 송수신기 유무선 통신부는 개인 통신 단말기로부터 레이더 신호를 생성하라는 명령을 수신하여 레이더 신호를 생성하며, 탐지체로부터 수신한 메탈 감지 신호와 레이더 탐지 신호를 유무선 통신을 이용하여 개인 통신 단말기로 전송한다.

금속 탐지 신호 수신부(310)는 탐지체의 금속 탐지기로부터 수신되는 자장 변화값인 금속 탐지 신호를 수신한다. 이를 위하여 금속 탐지 신호 수신부는 개인 통신 단말기의 명령 제어에 따라 금속 탐지기의 코일에 전력을 인가하여 측정되는 자장 변화값을 읽어들인다.

레이더 탐지 신호 송수신부(320)는 탐지에 사용될 레이더 신호를 생성하여 지표 투과 레이더에 전송하며, 반사되는 레이더 탐지 신호를 지표 투과 레이더로부터 수신한다. 레이더 탐지 신호 송수신부는 개인 통신 단말기의 명령 제어에 따라 레이더 신호를 생성하여 지표 투과 레이더에 제공한다.

개인 통신 단말기(400)는 스마트폰, 태블릿 PC와 같이 운영체계(OS)에 의해 구동되는 개인이 휴대하는 이동통신단말기로서, 지뢰 탐지 어플리케이션(410)이 실려서 탐지신호 송수신기로부터 수신되는 탐지신호를 탐지 영상으로 변환하여 디스플레이한다. 지뢰 탐지 어플리케이션(400)은 운영체계(OS)에 의해 구동되는 소프트웨어 프로그램으로서, 사용자에 의해 다운로드되어 개인 통신 단말기(400)에 설치되거나, 개인 통신 단말기(400) 제조시에 미리 설치되어 개인통신 단말기에 내장될 수 있다.

상기 개인 통신 단말기에 탑재되는 지뢰 탐지 어플리케이션(410)은 사용자로부터 탐지 명령 제어를 수신하여 이에 따른 탐지 명령 신호를 탐지 신호 송수신기로 전송하며, 탐지 신호 송수신기로부터 수신한 탐지 신호(금속 탐지 신호 및 레이더 탐지 신호)를 필터링 처리하고 탐지 영상으로 생성한 후, 탐지체의 위치정보 및 움직임정보와 함께 디스플레이한다. 지뢰탐지 어플리케이션은 탐지 방향에서의 탐지가 완료되면 탐지 시작점에서부터 탐지 완료점까지의 탐지 신호를 탐지 영상으로 생성하고, 탐지할 때의 탐지체의 위치정보(X,Y, 즉, 경도 및 위도) 및 움직임정보를 파악하여 상기 탐지 영상에 동기화하고, 상기 탐지 영상, 위치정보(X,Y) 및 움직임정보를 함께 인지할 수 있도록 하나의 화면에 디스플레이한다.

이를 위하여 지뢰 탐지 어플리케이션(410)은 신호처리부(411), 탐지영상 합성부(412), 위치센싱부(413)를 포함한다.

신호 처리부(411)는 탐지 신호 송수신부로부터 수신한 탐지 신호(금속 탐지 신호 및 레이더 탐지 신호)를 필터링하여 탐지 영상으로 생성한다. 즉, 탐지 방향에서의 탐지가 완료되면 탐지 시작점에서부터 탐지 완료점까지의 탐지 신호를 필터링하여 탐지 영상으로 생성한다. 이때의 탐지 신호들에는 깊이정보가 포함되어 있어, 탐지 영상에는 깊이정보도 함께 가지게 된다.

금속 탐지 신호는 경우에 따라서 측정 위치에 따른 자기장 변화값으로 별도의 필터링 처리 작업이 필요하지 않을 수 있다. 그러나 레이더 탐지 신호의 경우에는 레이더 신호의 특성상 필터링 처리 작업이 이루어지지 않을 경우 육안으로 매설물을 판단하기 어렵기 때문에 필터링 작업이 필요하다. 예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이 레이더 탐지 신호를 필터링하지 않고 디스플레이할 경우 지중에 매설물이 매립되어 있는지를 판단하기 어렵다. 따라서 레이더 탐지 신호에 대한 다양한 필터링을 수행하여 육안으로 관측할 수 있도록 한다. 예를들어, 도 7에 도시한 바와 같이 레이더 탐지 신호에 대하여 수평 필터링 작업을 수행한 결과를 도시한 그래프로서, 수평 방향으로 고정적으로 발생되는 성분을 제거하여 탐지된 물체를 보다 명확히 구분할 수 있다. 또는 가시화 기법으로서 도 8과 같이 dB 스케일(0~70 dB 범위)로 변환하여 나타냄으로써, 정보를 획득하는데 유용하도록 나타낼 수 있다. 또는 도 9와 같이 넓은 dB 스케일(0~1800 dB 범위)로 변환하여 정보를 제공하는 것이 상대적으로 작은 표적에 대한 정보를 획득하는데 유용할 수 있다. 이밖에도 신호 처리부는 다양한 필터링 기법 및 영상 처리 그리고 가시화 기법 등을 활용하여 사용자에게 매설물에 대한 다양한 영상 정보를 제공할 수 있다. 참고로, 도 6에서 세로축은 GPR(지표투과레이더) 영상 정보에 있어서의 깊이정보(Z)를 나타내는 값으로서, 세로축으로 '500'으로 표시된 가로선이 지면이며, '50'으로 갈수록 지중으로 깊어짐을 나타낸다. 또한, 참고로, 상기에서 필터링시의 수평 방향은 지면이 XY 방향이라 하면 지면에서의 Z방향, 즉 깊이 방향을 말하는 것으로서, 따라서 수평 방향 필터링이라 함은 신호에 대한 수평 방향 필터링으로서, 결국, 지중의 깊이 방향에서의 필터링을 말한다.

한편, 상기 신호 처리부는, 탐지 영상 생성 조건에 충족할 경우에만 탐지 방향으로의 탐지가 완료되었다고 판단하여 탐지영상을 생성하며, 이때, 상기 탐지 영상 생성 조건은, 탐지 방향으로의 작업 방위각, 작업 시간, 지표 투과 레이더의 측정값 및 금속 탐지기의 측정값 갯수인 처리정보갯수이다.

상기 탐지 영상 생성 조건은 다음과 같은 세가지 조건이 충족되어야 한다.

작업 방위각(탐지 종료점에서의 종료 방위각 - 탐지 시작점에서의 시작 방위각) : 10도 이상

작업 시간(종료 시각 -기준 시각) : 1초 이상

처리정보갯수(움직임 30 이상) : 지표 투과 레이더의 측정값 갯수가 64개 이상 또는 금속 탐지기의 측정값 갯수가 10개 이상

참고로 상기의 수치는 입력 변수로서 운용 조건 및 사용자의 운용 습관에 따라 변경될 수 있다.

작업 방위각이 최소 10도 이상되어야 좌우의 탐지 방향에서의 탐지가 이루어졌다고 판단할 수 있으며, 좌우 탐지 방향에서의 작업 시간이 1초 이상 되어야 유효한 탐지가 이루어졌다고 판단할 수 있으며, 측정된 정보 갯수가 일정 갯수 이상 되어야 유효한 탐지가 이루어졌다고 판단할 수 있다.

탐지위치 및 움직임 센싱부(413)는 방위각 및 가속도를 감지하여 움직임정보를 획득하고, 아울러 GPS를 이용하여 경도, 위도를 감지하여 획득하는 수단이다. 탐지위치 및 움직임 센싱부는 현재 향하는 방향의 방위각을 측정하는 방위각 센서, 움직일 때의 가속도를 측정하는 가속도 센서, GPS 위성 정보를 수신하여 경도 및 위도를 측정하는 GPS 센서를 포함한다. 일반적으로 스마트폰의 경우 방위각 센서, 가속도 센서, GPS 센서를 구비하고 있으며, 특히, 방향 및 가속도 감지를 위하여 3축센서 또는 6축센서로 구현된다. 따라서 개인 통신 단말기가 스마트폰으로 구현될 경우 별도의 센서를 구비할 필요없이, 스마트폰에 내장된 방위각 센서, 가속도 센서, GPS 센서를 이용할 수 있다. 또한 이하에서 위치정보라 함은 방위각 센서에서 측정된 방위각, GPS 센서에서 측정된 위도 및 경도를 포함하는 정보를 말한다.

방위각은 지뢰 탐지 장치에 부착된 개인 통신 단말기가 현재 향하고 있는 방위각을 측정한 방위각 센서의 측정값이다. 방위각 센서는 기준 방향을 중심으로 소정 단위(예컨대,0.1°단위)로서 360°방향의 각도를 측정할 수 있다. 예컨대, 기준 방향이 0°이고, 탐지체의 방위각이 0°라고 가정할 때, 탐지체가 향하는 방향에 대해서, 기준 방향을 기준으로 0°~ 360°의 방위각으로서 검출한다. 따라서 개인 통신 단말기에 탑재되거나 탐지체에 탑재된 방위각센서는 360°전체 방면에 대해서 지뢰 탐지기가 향하는 방향에 따라 방위각을 각각 측정할 수 있다.

가속도는 지뢰 탐지 장치에 부착된 개인 통신 단말기가 움직이는 속도를 측정한 가속도 센서의 측정값이다. 가속도 센서는 이동하는 물체의 가속도나 충격의 세기를 측정하는 센서로서, 출력신호를 처리하여 물체의 가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 측정한다.

움직임정보는 개인 통신 단말기의 움직임 상태를 나타내는 값으로서, 상기의 방위각 및 가속도를 이용하여 산출할 수 있다. 개인 통신 단말기가 도 10에 도시한 바와 같은 탐지 방향을 가진다고 할 때, 탐지 방향의 시작 방위각과 종료 방위각 사이의 움직임을 속도값으로서 움직임정보로 표현하는 것이다.

개인 통신 단말기는 탐지체와 탐지봉에 의해 일체로 되어 있어, 개인 통신 단말기의 움직임정보는 탐지체의 움직임정보라 할 수 있다. 탐지 방향의 좌우로 탐지하는 영역을 감지하는 것은 일반화될 수 있다. 또한 좌에서 우로 그리고 우에서 좌로 행동 반경을 스캔할 경우 방향이 바뀌게 되는 경우에는 가속도가 감소하며 순간적으로 움직임이 없게 된다 따라서 이러한 움직임정보를 모션 센서 정보를 활용할 경우 좌->우 또는 우->좌로 이동 및 방향 전환된 정보를 획득할 수 있게 된다.

움직임정보의 정확성을 높이기 위하여 최근 N개의 움직임 측정치의 평균값을 움직임정보로서 이용한다.

N은 정수이며, 방위각 변경값은 종료 방위각에서 시작 방위각을 차감한 값, 측정 시간을 시작 방위각에서 종료 방위각에 이를때까지 걸리는 시간이라 할 때 움직임정보의 산출식은 다음과 같다.

[식 1]

움직임 측정치 = (가속도 센서의 X 좌표 변경값 + 가속도 센서의 Y 좌표 변경값) * 방위각 변경값 / 측정 시간

움직임정보 = 최근 N개의 움직임 측정치 / N

참고로, 상기 N은 최근 5개 이상의 움직임 측정치를 이용하여 평균값을 산출하며 측정 주기는 50ms 이상으로 함이 바람직하다. 최근 N개의 움직임 측정치라 함은 현재 시점을 포함하여 현재 시점에 가장 가까운 최근의 움직임 측정치를 말한다.

탐지 영상 동기화부(412)는 신호 처리부를 통해 생성된 탐지 영상(금속 탐지 영상 및 레이더 탐지 영상)에 위치정보(X,Y, 즉, 위도,경도) 및 움직임정보와 함께 동기화한다. 즉, 탐지 방향의 탐지 방위각 내의 탐지 영상에 위치정보 및 움직임정보를 동기화한다.

지뢰 탐지를 위하여 지뢰 탐지기를 운용할 시에, 지뢰 탐지기는 도 10에 도시한 바와 같이 좌우의 탐지 방향으로 탐지하며 좌우 탐지 방향의 탐지 완료 후에는 다음의 진행 방향으로 진행해 나간다. 탐지 영상 동기화부는 이러한 특징을 이용하여 지뢰 탐지 작업의 좌우 탐지 시작 방위각과 종료 방위각을 기준으로 생성된 탐지 영상에, 해당 탐지될때의 위치정보 및 움직임정보를 동기화하는 것이다.

개인 통신 단말기는 상기 지뢰탐지 어플리케이션에서 수행되는 작업들을 보조하기 위하여 입력부(420), 저장부(430), 표시부(440), 단말기 유무선 통신부(450)를 포함한다.

입력부(420)는 숫자 및 문자 정보를 입력하기 위한 숫자 키들 및 각종 기능들을 설정하기 위한 기능 키로서 동작한다. 상기 기능키로는 스피커 온/오프 버튼, 음량조절버튼이 구비된다. 입력부는 터치패드 등과 같이 다양한 하드웨어 구조를 가질 수 있다.

저장부(430)는 상기 탐지 영상을 저장하는 저장체이다. 이러한 저장부에 저장된 탐지 영상은 시간대별 또는 탐지 위치별로 저장되어 지뢰 탐지 분석 등에 이용될 수 있다. 저장부는 하드디스크(Hard Disk), 플래시메모리(Flash Memory), CF카드(Compact Flash Card), SD카드(Secure Digital Card), SM카드(Smart Media Card), MMC 카드(Multi-Media Card) 또는 메모리 스틱(Memory Stick) 등 정보의 입출력이 가능한 모듈로서 개인 통신 단말기의 내부에 구비되어 있을 수도 있고, 별도의 외부 장치에 구비되어 있을 수도 있다.

표시부(440)는 LCD, LED 등의 액정표시장치로서, 영상합성부에서 출력되는 탐지 영상을 하나의 화면으로 표시하며, 또한, 사용자 데이터를 표시하는 디스플레이 장치(터치스크린 포함)이다. 탐지 영상은 플라스틱 지뢰 탐지 영상을 도시한 도 5와 같이 지표 투과 레이더 영상(①), 금속 탐지 영상(②), 위치정보인 경도 및 위도(③), 방위각(④), 움직임정보(⑤), 동작상태(⑥)를 하나의 화면에 표시된다. 가로축은 탐지 방위각에 해당된다. 또한 세로축은 탐지 방위각 별로 탐지된 깊이정보를 나타내는데, 예컨대, 지표 투과 레이더 신호의 경우 탐지 신호 이외에 깊이정보도 함께 가지고 있어, 결국, 지표 투과 레이더 영상(①)은 깊이정보도 나타나게 된다.

도 5의 지표 투과 레이더 영상(①)은 도 10의 탐지 방향 전체에서의 지표 투과 레이더 영상을 하나의 화면으로 나타낸 것이며, 금속 탐지 영상(②)은 탐지 방향 전체에서의 금속 탐지 영상을 하나의 화면으로 나타낸 것이다. 경도 및 위도(③)는 현재 지뢰 탐지기(실제로는 개인 통신 단말기)가 위치한 지점의 위치정보를 나타내며, 방위각(④)은 도 10에 도시한 바와 같이 시작 방위각과 종료 방위각의 1/2 지점의 방위각을 대표로 하여 나타내며, 움직임정보(⑤)는 시작 방위각과 종료 방위각으로 작업 시의 움직임정보를 나타낸다. 또한 동작 상태(⑥)는 탐지 영상의 상태를 타나낸 것으로서, '수집대기', '수집중', '그리기 성공', '그리기 실패'의 상태를 아이콘으로 나타낸다.

또한, 표시부는 기존에 축적된 지뢰에 대한 영상의 패턴을 분석하고 이를 금속 탐지기정보와 융합하여 현재 획득된 영상의 특징점과 비교하여 지뢰의 가능성이 높은 경우 사용자에게 경고 표시를 할 수 있다.

단말기 유무선 통신부(450)는 탐지신호 송수신기와 유무선 통신하여 탐지 신호를 수신하거나 탐지 명령 신호와 같은 데이터를 전송한다. 단말기 유무선 통신부는 송수신 유무선 통신부와 동일한 프로토콜을 가지는 통신 스펙으로 구현된다. 예를 들어, 송수신 유무선 통신부가 근거리 무선 통신 수단인 블루투스로 구현될 경우, 데이터 통신 교환하는 단말기 유무선 통신부 역시 블루투스 통신 수단으로 구현되어야 한다. 만약, 송수신 유무선 통신부가 직렬 통신 수단으로 구현될 경우에는 단말기 유무선 통신부 역시 직렬 통신 수단으로 구현되어야 한다. 또한 단말기 유무선 통신부(450)는 탐지 영상, 위치 정보, 움직임 정보를 네트워크 상의 관리 서버로 전송한다.

본 고안을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 고안은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100: 탐지체 200: 탐지 파지체
300: 탐지신호 송수신기 400: 개인 통신 단말기
410: 지뢰 탐지 어플리케이션 411: 신호처리부
412: 탐지 영상 동기화부 413: 탐지위치 및 움직임 센싱부
420: 입력부 430: 저장부
440: 표시부 450: 단말기 유무선 통신부

Claims

지중에 매설된 지뢰를 감지하여 탐지 신호를 발생하는 탐지체;
상기 탐지체에서의 탐지 신호를 수신하여, 탐지 시작점에서부터 탐지 완료점까지의 탐지 신호를 탐지 영상으로 생성하고, 탐지체의 위치정보(X,Y) 및 움직임정보를 파악하여 상기 탐지 영상에 동기화하고, 상기 탐지 영상, 탐지체의 위치정보(X,Y) 및 움직임정보를 함께 인지할 수 있도록 하나의 화면에 디스플레이하는 지뢰 탐지 어플리케이션이 탑재된 개인 통신 단말기를 포함하며,
상기 개인 통신 단말기는,
사용자로부터 탐지 시간, 탐지 위치를 포함하는 탐지 정보를 입력받는 입력부;
상기 탐지 영상을 시간대별, 탐지 위치별로 저장하는 저장부;
상기 탐지 영상, 탐지체의 위치정보(X,Y) 및 움직임정보를 디스플레이하는 표시부;
상기 탐지체로부터의 탐지 신호를 수신하며, 탐지 영상, 탐지체의 위치 정보 및 움직임 정보를 네트워크 상의 관리 서버로 전송하는 단말기 유무선 통신부;를 포함하며,
상기 지뢰 탐지 어플리케이션은,
탐지 방향에서의 탐지가 완료되면 탐지 시작점에서부터 탐지 완료점까지의 탐지 신호를 필터링하여 탐지 영상으로 생성하는 신호 처리부;
탐지가 이루어지는 지점에서의 탐지체의 위치 정보 및 움직임정보를 감지하는 탐지위치 및 움직임 센싱부;
상기 탐지 영상에 탐지체의 위치 정보 및 움직임정보를 동기화하는 탐지 영상 동기화부;를 포함하며,
상기 신호 처리부는, 탐지 영상 생성 조건에 충족할 경우에만 탐지 방향에서의 탐지가 완료되었다고 판단하여 탐지 영상을 생성하며, 이때, 상기 탐지 영상 생성 조건은, 탐지 방향에서의 작업 방위각, 작업 시간, 지표 투과 레이더의 측정값 및 금속 탐지기의 측정값 갯수인 처리정보갯수인 영상 전시 핸드 헬드형 지뢰 탐지 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 영상 전시 핸드 헬드형 지뢰 탐지 장치는,
상기 탐지체에 탐지 구동 신호를 인가하여 상기 탐지체로부터 탐지 신호를 상기 개인 통신 단말기로 중계하는 탐지 신호 송수신기;
상기 탐지체 및 개인 통신 단말기가 부착된 탐지 파지체;
를 더 포함하는 영상 전시 핸드 헬드형 지뢰 탐지 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 개인 통신 단말기는, 운영체계(OS)에 의해 구동되는 스마트폰, 태블릿 PC 중 어느 하나로 구현되는 영상 전시 핸드 헬드형 지뢰 탐지 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 개인 통신 단말기는, 상기 탐지 영상, 탐지체의 위치정보(X,Y) 및 움직임정보를 유무선 네트워크를 통하여 외부의 관리 서버로 전송하는 영상 전시 핸드 헬드형 지뢰 탐지 장치.
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청구항 1에 있어서, 상기 탐지 영상 생성 조건은,
작업 방위각(종료 방위각 - 시작 방위각)이 10도 이상, 작업 시간(종료 시각 -기준 시각)이 1초 이상, 지표 투과 레이더의 측정값 갯수가 64개 이상되거나 금속 탐지기의 측정값 갯수가 10개 이상되는 모든 조건을 충족한 조건인 영상 전시 핸드 헬드형 지뢰 탐지 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 움직임정보는 상기 개인 통신 단말기의 움직임 상태를 나타내는 값으로서, N을 정수, 방위각 변경값은 종료 방위각에서 시작 방위각을 차감한 값, 측정 시간을 시작 방위각에서 종료 방위각에 이를때까지 걸리는 시간이라 할 때,
움직임 측정치 = (가속도 센서의 X 좌표 변경값 + 가속도 센서의 Y 좌표 변경값) * 방위각 변경값 / 측정 시간 움직임정보 = N개의 움직임 측정치 / N
에 의해 산출되는 영상 전시 핸드 헬드형 지뢰 탐지 장치.