KR20140019586A - Apparatus and method for detecting intruder - Google Patents

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Abstract

A device for detecting intrusion generates a UWB signal to be emitted through a transmission antenna and selects one sub-range gate of a plurality of sub-range gates for each range gate using signals received through a reception antenna under no intrusion condition. The device for detecting intrusion detects intrusion using a signal of the sub-range gate selected in each range gate in the signals received through the reception antenna. [Reference numerals] (100) transmission unit; (200) Range gate selection unit; (330) Filter unit; (340) Integrator; (350) Sampling unit; (360) Signal processing unit

Description

침입 감지 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING INTRUDER}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING INTRUDER [0002]

본 발명은 침입 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 레인지 게이트(range-gate)를 이용한 침입 감지 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an intrusion detection apparatus and method, and more particularly, to an intrusion detection apparatus and method using a range-gate.

무선통신시스템에서 UWB(Ultra-wideband)는 매우 넓은 대역폭 사용으로 근거리에서 고속데이터 통신을 가능하게 한다. 또한 센서 측면에서 UWB는 일반 협대역 마이크로 웨이브 센서에 비해 높은 투과력 및 거리 분해능을 가진다는 장점이 있다. 일 예로 UWB 센서의 거리 분해능은 응용범위에 따라서 수mm ~ 수m 까지를 구현 가능하다. Ultra-wideband (UWB) in wireless communication systems enables high-speed data communication at close range with very wide bandwidth usage. In addition, UWB has the advantages of high penetration power and distance resolution compared to general narrow band microwave sensor. For example, the distance resolution of the UWB sensor can range from several millimeters to several meters depending on the application range.

이에 UWB 센서에서는 벽의 매질 특성을 파악하거나, 벽 뒤의 침입자 움직임을 검출하거나, 일반 실내에서 침입자의 위치 정보 획득을 위해 거리 별로 정보를 수신하는 레인지 게이트(range-gate) 기법을 사용한다. UWB sensors use a range-gate technique to detect wall characteristics, to detect intruder movements behind walls, and to receive information by distance to acquire location information of an intruder in a typical room.

레인지 게이트를 적용한 시스템의 오보율(false alarm)은 각 레인지 게이트의 신호 처리 방식에 따라서 결정된다. 그러나 레인지 게이트를 적용한 시스템 기술로 현재까지 각 거리별 레인지 게이트를 적용하거나 각 레인지 게이트에서 주변 배경에 반사되어 들어오는 신호를 제거하는 방법 등이 제안되어 있을 뿐 시스템 오보율을 줄일 수 있는 방안에 대해서는 제안되어 있지 않다. The false alarm of the system to which the range gate is applied is determined according to the signal processing method of each range gate. However, with the system technology applying the range gate, there has been proposed a method of applying the range gate to each distance or removing the signal reflected from the surrounding background in each range gate, and suggesting a method of reducing the system error rate .

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 레인지 게이트를 적용한 시스템에서 오보율을 줄일 수 있는 침입 감지 장치 및 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an intrusion detection apparatus and method capable of reducing a false rate in a system using a range gate.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 감지 영역 내 침입자를 감지하는 장치가 제공된다. 침입 감지 장치는 송신부, 레인지 게이트 제어부, 그리고 수신부를 포함한다. 상기 송신부는 송신 신호를 생성하여 송신 안테나를 통해 방사한다. 상기 레인지 게이트 제어부는 상기 감지 영역의 신호를 각각의 시간 단위로 수신하기 위한 복수의 레인지 게이트 각각을 복수의 서브 레인지 게이트로 나누어 설정하고, 각 레인지 게이트에서 상기 복수의 서브 레인지 게이트 중 하나의 서브 레인지 게이트를 선택한다. 그리고 상기 수신부는 수신 안테나를 통해 수신되는 신호 중에서 상기 각 레인지 게이트에서 선택된 서브 레인지 게이트에서의 신호로부터 침입을 감지한다. According to one embodiment of the present invention, an apparatus for detecting an intruder in a sensing area is provided. The intrusion detection device includes a transmission unit, a range gate control unit, and a reception unit. The transmission unit generates a transmission signal and radiates the transmission signal through a transmission antenna. The range gate control unit divides each of the plurality of range gates for receiving the signal of the sensing area in each time unit into a plurality of sub-range gates, and sets one of the plurality of sub- Select the gate. The receiver detects an intrusion from a signal at a sub-range gate selected at each of the range gates among signals received through a reception antenna.

상기 레인지 게이트 제어부는 각 레인지 게이트에 대해 복수의 서브 레인지 게이트에서의 오보 확률을 계산하고, 상기 오보 확률이 최소가 되는 서브 레인지 게이트를 상기 하나의 서브 레인지 게이트로 선택할 수 있다. The range gate control unit may calculate an error probability of a plurality of sub-range gates for each of the range gates, and may select a sub-range gate having the lowest error probability as the one sub-range gate.

상기 레인지 게이트 제어부는 침입이 없는 상태에서 상기 수신 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 각 서브 레인지 게이트에서의 채널 분산 값을 계산하고, 상기 각 서브 레인지 게이트에서의 채널 분산 값으로부터 상기 각 서브 레인지 게이트에서의 오보 확률을 계산할 수 있다. The range gate control unit calculates a channel variance value at each sub-range gate using a signal received through the receive antenna in the absence of intrusion, and calculates a channel variance value at each sub- The probability of error can be calculated.

본 발명의 다른 할 실시 예에 따르면, 침입 감지 장치에서 침입을 감지하는 방법이 제공된다. 침입 감지 방법은 상기 감지 영역의 신호를 제1 시간 단위로 수신하기 위한 복수의 레인지 게이트 각각을 제2 시간 단위로 나누어 복수의 서브 레인지 게이트를 설정하는 단계, UWB 신호를 생성하여 송신 안테나를 통해 방사하는 단계, 침입이 없는 상태에서 수신 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 각 레인지 게이트에 대해 하나의 서브 레인지 게이트를 선택하는 단계, 그리고 수신 안테나를 통해 수신되는 신호 중에서 상기 각 레인지 게이트에서 선택된 서브 레인지 게이트에서의 신호를 이용하여 침입을 감지하는 단계를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, a method of detecting an intrusion in an intrusion detection apparatus is provided. An intrusion detection method includes: setting a plurality of sub-range gates by dividing each of a plurality of range gates for receiving a signal of the detection area in a first time unit into a second time unit; generating a UWB signal, Selecting one sub-range gate for each range gate using a signal received through a receive antenna in the absence of intrusion; and selecting a sub-range from among the signals received via the receive antenna, And detecting an intrusion using a signal at the gate.

상기 선택하는 단계는 상기 수신 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 상기 각 레인지 게이트에 대해 복수의 서브 레인지 게이트에서의 오보 확률을 계산하는 단계, 그리고 상기 오보 확률이 최소 값을 가지는 서브 레인지 게이트를 상기 하나의 서브 레인지 게이트로 선택하는 단계를 포함할 수 있다. Wherein the selecting comprises calculating a probability of an error in a plurality of sub-range gates for each of the range gates using a signal received via the receive antenna, and calculating a sub- And selecting one sub-range gate.

상기 선택하는 단계는 상기 수신 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 상기 각 레인지 게이트에 대해 복수의 서브 레인지 게이트 각각에서의 채널 분산 값을 계산하는 단계, 그리고 상기 각 레인지 게이트에서 채널 분산 값이 최소 값을 가지는 서브 레인지 게이트를 상기 하나의 서브 레인지 게이트로 선택하는 단계를 포함할 수 있다. Wherein the selecting comprises: calculating a channel variance value at each of a plurality of sub-range gates for each of the range gates using a signal received through the receive antenna; and calculating a channel variance value at each of the sub- And selecting the sub-range gate having the sub-range gate as the one sub-range gate.

상기 선택하는 단계는 설정된 주기에 따라 상기 하나의 서브 레인지 게이트를 재선택하는 단계를 포함할 수 있다. The selecting may comprise reselecting the one sub-range gate according to a set period.

본 발명의 실시 예에 의하면, 서브 레인지 게이트 선택을 통해 획기적으로 침입 감지 장치의 오보율을 줄일 수 있다. According to the embodiment of the present invention, it is possible to dramatically reduce the false rate of the intrusion detection apparatus by selecting the sub-range gate.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레인지 게이트의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 침입 감지 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 서브 레인지 게이트의 개념을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 레인지 게이트 제어부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 침입 감지 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 침입 감지 장치의 모의 실험 결과를 나타낸 도면이다. 1 is a view for explaining the concept of a range gate according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating an intrusion detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the concept of a sub-range gate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the range gate control unit shown in FIG. 2. FIG.
5 is a flowchart illustrating an intrusion detection method according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating simulation results of an intrusion detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

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. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

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. Throughout the specification and claims, when a section is referred to as "including " an element, it is understood that it does not exclude other elements, but may include other elements, unless specifically stated otherwise.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 침입 감지 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다. Now, an intrusion detection apparatus and method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레인지 게이트의 개념을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the concept of a range gate according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, UWB 센서(10)의 안테나 빔 패턴(20)은 UWB 센서(10)의 송신 신호가 도달하는 모양을 나타낸 것으로, 여기서 레인지 게이트(range-gate)는 UWB 센서(10)에서 안테나 빔이 도착하는 공간에서 특정 공간(30)의 신호를 수신할 수 있는 시점을 의미한다. 일 예로, 10m까지 송신 신호가 도착하는 공간에서 1m 단위로 10개의 레인지 게이트를 구현한 경우, 10개의 레인지 게이트로 1m 단위의 각 구간의 신호를 수신할 수 있다. Referring to FIG. 1, the antenna beam pattern 20 of the UWB sensor 10 shows a transmission signal of the UWB sensor 10 reaching a range-gate, Means a point in time when a signal in a specific space 30 can be received in a space in which an antenna beam arrives. For example, if 10 range gates are implemented in units of 1m in a space where transmission signals arrive up to 10m, signals of each interval of 1m can be received by 10 range gates.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 침입 감지 장치를 나타낸 도면이다. 2 is a block diagram illustrating an intrusion detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 침입 감지 장치는 송신부(100), 레인지 게이트 제어부(200) 및 수신부(300)를 포함한다. 이러한 침입 감지 장치는 UWB 센서일 수 있으며, 아래에서는 설명의 편의상 침입 감지 장치를 UWB 센서인 것으로 가정하고 설명한다. Referring to FIG. 2, the intrusion detection apparatus includes a transmitter 100, a range gate controller 200, and a receiver 300. Such an intrusion detection device may be a UWB sensor, and the following description assumes that the intrusion detection device is a UWB sensor for convenience of explanation.

송신부(100)는 송신 안테나(110)를 포함하고, 송신 신호를 송신 안테나(110)를 통해 방사한다. The transmission unit 100 includes a transmission antenna 110 and emits a transmission signal through the transmission antenna 110. [

송신 안테나(110)를 통해 방사되는 UWB 신호는 수학식 1과 같다. The UWB signal radiated through the transmission antenna 110 is expressed by Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, p(t)는 UWB 신호이고, Ts는 p(t)가 송신되는 주기인 PRT(pulse repetition time)이다. Here, p (t) is a UWB signal, and Ts is a pulse repetition time (PRT) in which p (t) is transmitted.

레인지 게이트 제어부(200)는 각 레인지 게이트에서 오보율이 최소가 되는 서브 레인지 게이트를 선택하고, 선택한 서브 레인지 게이트에 따라서 펄스를 발생시켜 수신부(300)로 전달한다. 이때 펄스는 0 또는 1을 가지는 신호로서, 선택한 서브 레인지 게이트의 시간 간격 동안 1이 될 수 있다. The range gate control unit 200 selects a sub-range gate having the minimum rate of error in each range gate, generates a pulse according to the selected sub-range gate, and transmits the generated pulse to the receiving unit 300. At this time, the pulse is a signal having 0 or 1, which may be 1 during the time interval of the selected sub-range gate.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 서브 레인지 게이트의 개념을 설명하는 도면이다. 3 is a view for explaining the concept of a sub-range gate according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 침입 감지 장치에서 안테나 빔이 도착하는 전체 공간이 P개의 공간으로 나뉘어지는 경우, 레인지 게이트 제어부(200)는 P개의 레인지 게이트를 각각 P개의 공간에서 신호를 수신하기 위해 설정한다. 각 레인지 게이트는 Tw의 시간 간격을 가진다. 또한 레인지 게이트 제어부(200)는 각 레인지 게이트를 Tsub의 시간 간격을 Q개의 서브 레인지 게이트로 나누어 설정한다. 즉, Tw=Q×Tsub의 조건이 성립한다. 3, when the entire space in which the antenna beam arrives in the intrusion detection apparatus is divided into P spaces, the range gate control unit 200 sets P range gates to receive signals in P spaces, respectively . Each range gate has a time interval of Tw. In addition, the range gate control unit 200 divides each of the range gates into Q sub-range gates by setting the time interval of T sub to be Q sub-gates. That is, a condition of Tw = Q x T sub is established.

이와 같이 설정하면, 수신부(300)는 각 레인지 게이트에서 순차적으로 Tw의 시간 간격으로 신호를 수신할 수 있는데, 특히 수신부(300)는 각 레인지 게이트 중에서 선택된 서브 레인지 게이트에서 신호를 수신할 수 있게 된다. In this case, the receiving unit 300 can sequentially receive signals at intervals of T w in each of the range gates. Particularly, the receiving unit 300 can receive signals from the selected sub-range gates do.

다시, 도 2를 보면, 수신부(300)는 레인지 게이트 제어부(200)로부터 선택된 서브 레인지 게이트에서의 수신 신호로부터 침입을 감지한다. 구체적으로, 수신부(300)는 수신 안테나(310), 곱셈부(320), 필터부(330), 적분기(340), 샘플링부(350) 및 신호 처리부(360)를 포함한다. 2, the receiving unit 300 detects an intrusion from a received signal at a sub-range gate selected from the range gate control unit 200. [ The receiving unit 300 includes a receiving antenna 310, a multiplier 320, a filter 330, an integrator 340, a sampling unit 350, and a signal processor 360.

수신 안테나(310)는 송신 안테나를 통해 방사되는 UWB 신호를 수신하고, 수신한 UWB 신호를 곱셈부(320)로 전달한다. The receiving antenna 310 receives the UWB signal radiated through the transmitting antenna and transmits the received UWB signal to the multiplier 320.

곱셈부(320)는 수신 안테나(310)를 통해 수신된 UWB 신호와 레인지 게이트 제어부(200)로부터 전달된 펄스를 곱셈하여 필터부(330)로 출력한다. 이렇게 하면, 수신 안테나(310)를 통해 수신된 UWB 신호 중에서 선택된 서브 게이트 레인지의 시간 구간에 해당되는 UWB 신호만이 추출되어 필터부(300)로 출력된다. The multiplier 320 multiplies the UWB signal received through the receive antenna 310 by the pulse transmitted from the range gate controller 200 and outputs the multiplied signal to the filter unit 330. In this case, only the UWB signal corresponding to the time interval of the selected sub-gate range among the UWB signals received through the reception antenna 310 is extracted and output to the filter unit 300.

필터부(330)는 곱셈부(330)의 출력 신호를 저역 통과 필터링하여 원하는 대역의 신호를 추출하여 적분기(340)로 출력한다. The filter unit 330 low-pass-filters the output signal of the multiplier 330 to extract a signal of a desired band and outputs the signal to the integrator 340.

적분기(340)는 필터부(330)에 의해 추출된 신호를 적분하여 샘플링부(350)로 출력한다. The integrator 340 integrates the signal extracted by the filter unit 330 and outputs the integrated signal to the sampling unit 350.

샘플링부(350)는 적분기(340)의 출력 신호를 샘플링하여 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환한다. The sampling unit 350 samples the output signal of the integrator 340 and converts the analog signal into a digital signal.

신호 처리부(360)는 샘플링부(350)에 의해 샘플링된 신호를 설정된 방식으로 처리하여 침입자를 감지하고, 침입자 여부에 따라 알람 여부를 결정한다. 예를 들면, 신호 처리부(360)는 수신 신호의 크기나 위상 등 수신 신호의 변화로부터 침입자를 감지할 수 있고, 이와 다른 방식으로 침입자를 감지할 수도 있다. The signal processing unit 360 processes a signal sampled by the sampling unit 350 in a predetermined manner to detect an intruder and determines whether or not the intruder is an alarm. For example, the signal processing unit 360 may detect an intruder from a change of a received signal such as a magnitude or a phase of a received signal, or may detect an intruder in a different manner.

그러면, 각 레인지 게이트에서 오보의 최소화가 가능한 서브 레인지 게이트를 선택하는 방법에 대해서 설명한다. A method of selecting a sub-range gate capable of minimizing mis-detection in each range gate will be described below.

도 4는 도 2에 도시된 레인지 게이트 제어부를 나타낸 도면이다. FIG. 4 is a diagram showing the range gate control unit shown in FIG. 2. FIG.

도 4를 참고하면, 레인지 게이트 제어부(200)는 펄스 발생부(210), 곱셈부(220) 및 레인지 게이트 선택부(230)를 포함한다. 4, the range gate controller 200 includes a pulse generator 210, a multiplier 220, and a range gate selector 230.

펄스 발생부(210)는 레인지 게이트 선택부(230)에 의해 선택된 레인지 게이트(p)와 서브 레인지 게이트(q)에 따라 펄스를 발생시키고, 이 펄스를 곱셈부(220)로 전달한다. The pulse generator 210 generates pulses according to the range gate p and the sub-range gate q selected by the range gate selector 230 and transfers the pulses to the multiplier 220.

펄스 발생부(210)에 의해 발생된 펄스는 수학식 2와 같다. 즉, 펄스는 0 또는 1을 가지는 신호로서, 선택한 서브 레인지 게이트의 시간 간격 동안 1이 될 수 있다. The pulse generated by the pulse generator 210 is expressed by Equation (2). That is, the pulse is a signal having 0 or 1, which can be 1 during the time interval of the selected sub-range gate.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, p는 p번째 레인지 게이트를 나타내고, P는 최대 레인지 게이트의 수를 나타낸다. 또한 q는 q번째 서브 레인지 게이트를 나타낸다. 그리고 Pw는 레인지 게이트 시간을 나타내고, Psub는 서브 레인지 게이트 시간을 나타낸다.Here, p represents the p-th range gate and P represents the maximum range gate. Q denotes a q-th sub-range gate. P w represents the range gate time, and P sub represents the sub-range gate time.

곱셈부(220)는 송신 안테나를 통해 방사된 UWB 신호와 펄스 발생부(210)에 의해 발생된 펄스를 곱셈하여 수신부(300)의 곱셈부(320)로 전달한다. The multiplier 220 multiplies the UWB signal radiated through the transmission antenna with the pulse generated by the pulse generator 210 and transmits the multiplied signal to the multiplier 320 of the receiver 300.

레인지 게이트 선택부(230)는 각 레인지 게이트(p)에서 오보율이 최소가 되는 서브 레인지 게이트(q)를 선택한다. 레인지 게이트 선택부(230)는 수신부(300)의 샘플링부(350)에 의해 샘플링된 신호를 기반으로 감지 영역 내에서 레인지 게이트(p)와 서브 레인지 게이트(q)를 선택한다. 여기서, 감지 영역은 송신 안테나의 안테나 빔 영역일 수 있다. The range gate selector 230 selects the sub-range gate q having the minimum rate of error in each range gate p. The range gate selector 230 selects the range gate p and the sub-range gate q in the sensing area based on the signal sampled by the sampling unit 350 of the receiver 300. Here, the sensing region may be an antenna beam region of the transmission antenna.

그러면, 각 레인지 게이트에서 오보율이 최소가 되는 서브 레인지 게이트를 선택하는 방법에 대해서 설명한다. A method of selecting a sub-range gate having the minimum rate of error in each range gate will be described below.

먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 침입 감지 장치는 수학식 3과 같은 모델을 사용한다. First, the intrusion detection apparatus according to an embodiment of the present invention uses a model as shown in Equation (3).

Figure pat00003
Figure pat00003

수학식 3에서, p는 p번째 레인지 게이트를 나타내는 인덱스이고, q는 q번째 서브 레인지 게이트를 나타내는 인덱스이다. k는 샘플 인덱스이고, H0는 침입자가 없는 경우에 대한 가설을 나타내고, H1은 침입자가 있는 경우의 가설을 나타낸다. yp,q,k는 수신 신호로, 시간 k에서 p번째 레인지 게이트의 q번째 서브 레인지 게이트의 수신 신호를 나타낸다. h0,p,q,k는 침입자가 없는 정상 상태에서의 채널 특성이며, 정규 분포를 따르고

Figure pat00004
이다. h1 ,p,q,k는 침입자가 있는 경우에서의 채널 특성이며, 정규 분포를 따르고
Figure pat00005
이다. 이때, 침입자가 있는 경우 더욱 큰 분산의 값을 가지기 때문에
Figure pat00006
를 만족한다. 그리고 wp ,q,k는 정규 분포를 따르는 잡음이며,
Figure pat00007
이다. In Equation (3), p is an index indicating a p-th range gate and q is an index indicating a q-th sub-range gate. k is a sample index, H 0 represents a hypothesis for the absence of an intruder, and H 1 represents a hypothesis for an intruder. y p, q, k denote the received signals of the q th sub-range gate of the p-th range gate at time k, respectively. h 0, p, q, k are channel characteristics in steady-state without intruders and follow the normal distribution
Figure pat00004
to be. h 1 , p, q, k are the channel characteristics in the presence of intruders, followed by a normal distribution
Figure pat00005
to be. In this case, if there is an intruder,
Figure pat00006
. And w p , q, k are the noise along the normal distribution,
Figure pat00007
to be.

오보 확률(false alarm probability)은 침입자가 없는 정상 상태인 H0에 의해서 결정된다. Q개의 서브 레인지 게이트로 구성된 p번째 레인지 게이트에서의 수신신호의 오보 확률 분포 함수는 수학식 4와 같이 계산될 수 있다.The false alarm probability is determined by the steady state H 0 without intruders. The error probability distribution function of the received signal at the p < th > range gate composed of Q sub-range gates can be calculated as shown in Equation (4).

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서,

Figure pat00009
이며,
Figure pat00010
는 수학식 5와 같다. here,
Figure pat00009
Lt;
Figure pat00010
Is the same as Equation 5.

수학식 5에In Equation (5)

서, I는 _의 아이덴티티 행렬이다. I, is the identity matrix of _.

수학식 4는 수학식 5의 특징을 이용할 경우, 수학식 6과 같이 단순화가 가능하다.Equation (4) can be simplified as Equation (6) when using the feature of Equation (5).

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서,

Figure pat00013
이다. here,
Figure pat00013
to be.

수학식 6으로부터 각 서브 레인지 게이트는 동일한 확률 분포를 가지나, 다른 분산 값을 가짐을 알 수 있다. From Equation (6), it can be seen that each sub-range gate has the same probability distribution but different dispersion values.

이러한 수학식 6의 값을 이용하여 p번째 레인지 게이트에 대한 오보 확률이 수학식 7과 같이 계산될 수 있다. The error probability for the p-th range gate can be calculated by Equation (7) using the value of Equation (6).

Figure pat00014
Figure pat00014

여기서,

Figure pat00015
이며, E는 송신 신호의 에너지를 나타내고, SNR(signal-to-noise ratio)은 신호대 잡음비를 나타낸다. 여기서, θ는 감지 기준 임계 값을 나타낸다. here,
Figure pat00015
E is the energy of the transmitted signal, and signal-to-noise ratio (SNR) is the signal-to-noise ratio. Here, [theta] represents a detection reference threshold value.

위에서 도출된 수학식 7로부터, 서브 레인지 게이트 개념을 적용하면, 오보율은 각 서브 레인지 게이트 오보율의 곱으로 나타나고, 오보율이 서브 레인지 게이트의 오보율의 곱으로 나타나기 때문에 서브 레인지 게이트의 개수가 증가하면 할 수록 오보율은 지수함수적으로 감소 가능하다는 것을 알 수 있다. 또한 각 서브 레인지 게이트의 오보율은 채널의 분산이 증가할수록 증가하며, 레인지 게이트의 전체 오보율은 최소 오보율을 가지는 서브 레인지 게이트의 값보다 같거나 작은 값을 가지는 것을 알 수 있다. From Equation (7) derived from Equation (7), when the subrange gate concept is applied, the error rate is represented as a product of the respective subrange gate error rates and the error rate is represented as a product of the error rate of the subrange gate. It can be seen that the error rate can be reduced exponentially as the number increases. Also, it can be seen that the error rate of each sub-range gate increases as the channel dispersion increases, and the total error rate of the range gate is equal to or smaller than the value of the sub-range gate having the lowest error rate.

따라서 레인지 게이트 선택부(230)는 침입 감지 장치의 오보율을 개선하기 위해 수학식 7을 기반으로 서브 레인지 게이트를 선택한다. 이때 레인지 게이트 선택부(230)는 침입 감지 장치의 복잡도를 감소시키기 위해 Q개의 서브 레인지 게이트 중 오보율이 최소가 되는 서브 레인지 게이트를 수학식 8을 기반으로 선택할 수 있다. Therefore, the range gate selector 230 selects the sub-range gate based on Equation (7) to improve the false rate of the intrusion detection apparatus. At this time, the range gate selector 230 may select the sub-range gate having the smallest error rate among the Q sub-range gates based on Equation (8) to reduce the complexity of the intrusion detection device.

Figure pat00016
Figure pat00016

실제 낮은 가격의 침입 감지 장치에서는 앞에서 언급된 Q(x)를 계산하기가 어려우며, 또한 룩업 테이블을 적용하더라도 정확하게 계산하기가 매우 어렵다. 반면, Q(x)가 단조증가(monotonically increasing) 함수이기 때문에 수학식 9와 같이 단순하게 계산 가능하다. In actual low cost intrusion detection apparatus, it is difficult to calculate the above-mentioned Q (x) and it is very difficult to accurately calculate even if a lookup table is applied. On the other hand, since Q (x) is a monotonically increasing function, it can be simply calculated as in Equation (9).

Figure pat00017
Figure pat00017

즉, 레인지 게이트 선택부(230)는 수학식 9를 기반으로 각 게이트 레인지에서 서브 레인지 게이트를 선택할 수 있다. That is, the range gate selector 230 can select a sub-range gate in each gate range based on Equation (9).

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 침입 감지 방법을 나타낸 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating an intrusion detection method according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 레인지 게이트 제어부(200)는 감지 영역의 신호를 Tw의 시간 간격으로 수신하기 위한 복수의 레인지 게이트와 각 레인지 게이트에서 Tsub의 시간 간격으로 신호를 수신하기 위한 복수의 서브 레인지 게이트를 설정한다(S500). Referring to Figure 5, the range gate control unit 200 are a plurality of the range gate for receiving a signal of a detection area in a time interval of T w and the plurality of sub for receiving a signal in a time interval of T sub in each range gate The range gate is set (S500).

송신부(100)는 UWB 신호를 송신 안테나를 통해 방사한다(S502). The transmitting unit 100 emits the UWB signal through the transmitting antenna (S502).

레인지 게이트 제어부(200)는 정해진 주기마다 각 레인지 게이트에서의 수신 신호를 이용하여 각 레인지 게이트에서 수학식 8 또는 수학식 9를 기반으로 오보율이 최소가 되는 서브 레인지 게이트를 선택한다(S504). The range gate control unit 200 selects a sub-range gate having a minimum rate of error based on Equation (8) or Equation (9) in each range gate using the received signal at each range gate at a predetermined period (S504).

레인지 게이트 제어부(200)는 첫 번째 레인지 게이트에서 선택된 서브 레인지 게이트에 따라서 펄스를 생성한 후(S506), 펄스와 송신부(100)의 UWB 신호를 곱하여 수신부(300)로 출력한다. The range gate control unit 200 generates a pulse according to the selected sub-range gate in the first range gate (S506), and then multiplies the pulse and the UWB signal of the transmission unit 100 and outputs the multiplied signal to the reception unit 300.

수신부(300)는 레인지 게이트 제어부(200)에 의해 첫 번째 레인지 게이트에서 선택된 서브 레인지 게이트에서의 수신 신호를 신호 처리하여 침입을 감지한다(S508). The receiving section 300 processes the received signal at the sub-range gate selected in the first range gate by the range gate control section 200 to detect the intrusion (S508).

이러한 동작(S506~S508)은 마지막 레인지 게이트까지 반복되며, 설정된 주기가 되면 단계(S504)를 수행함으로써, 각 레인지 게이트에서의 서브 레인지 게이트를 갱신할 수 있다. These operations (S506 to S508) are repeated until the last range gate, and when the set period is reached, the sub-range gate in each range gate can be updated by performing step S504.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 침입 감지 장치의 모의 실험 결과를 나타낸 도면이다. 6 is a diagram illustrating simulation results of an intrusion detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6에서는 기존의 단순 레인지 게이트를 적용하는 방법(conventional)과 본 발명의 실시 예와 같이 서브 레인지 게이트를 적용하여 하나의 서브 레인지 게이트를 선택하는 방법(proposed 1 of 4, proposed 1 of 8)에 대한 오보율을 도시하였다. 여기서, proposed 1 of 4는 4개의 서브 레인지 게이트 중 하나의 서브 레인지 게이트를 선택한 경우의 오보율을 나타내고, proposed 1 of 8은 8개의 서브 레인지 게이트 중 하나의 서브 레인지 게이트를 선택한 경우의 오보율을 나타낸다. 6 shows a conventional method of applying a simple range gate and a method of selecting one sub-range gate by applying a sub-range gate according to an embodiment of the present invention (proposed 1 of 4, proposed 1 of 8) And the rate of false alarms. Here, proposed 1 of 4 represents the error rate when one of the four sub-range gates is selected, and proposed 1 of 8 represents the error rate when one sub-range gate of 8 sub-range gates is selected .

도 6에 도시한 바와 같이, 단순히 레인지 게이트를 적용하는 방법에 비해 서브 레인지 게이트를 적용하면, 오보율이 낮아지는 것을 알 수 있다. 또한, 하나의 레인지 게이트에서 더 많은 서브 레인지 게이트에서 하나를 선택할수록 오보율이 낮아지는 것을 확인할 수 있다. As shown in Fig. 6, when the sub-range gate is applied to the method of simply applying the range gate, the false rate is lowered. Also, it can be seen that the more the selection of one of the sub-range gates in one range gate, the lower the false rate.

이때, θ는 4를 사용한 경우 오보율을 계산해 본 결과, 기존 방식의 최소 오보율은 7×10-5을 가지는 반면, proposed 1 of 4 및 proposed 1 of 8은 각각 4×10-6 및 3×10-8을 가지는 것을 확인하였다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 침입 감지 방법을 사용하면 오보율을 획기적으로 줄일 수가 있다. In this case, when the error rate is 4 when θ is 4, the minimum error rate of the conventional method is 7 × 10 -5 , while the proposed 1 of 4 and the proposed 1 of 8 are 4 × 10 -6 and 3 × 10 -8 . ≪ / RTI > That is, if the intrusion detection method according to the embodiment of the present invention is used, the false rate can be drastically reduced.

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. The embodiments of the present invention are not limited to the above-described apparatuses and / or methods, but may be implemented through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded, Such an embodiment can be readily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.

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. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

Claims (10)

감지 영역 내 침입자를 감지하는 장치로서,
송신 신호를 생성하여 송신 안테나를 통해 방사하는 송신부,
상기 감지 영역의 신호를 각각의 시간 단위로 수신하기 위한 복수의 레인지 게이트 각각을 복수의 서브 레인지 게이트로 나누어 설정하고, 각 레인지 게이트에서 상기 복수의 서브 레인지 게이트 중 하나의 서브 레인지 게이트를 선택하는 레인지 게이트 제어부, 그리고
수신 안테나를 통해 수신되는 신호 중에서 상기 각 레인지 게이트에서 선택된 서브 레인지 게이트에서의 신호로부터 침입을 감지하는 수신부
를 포함하는 침입 감지 장치.An apparatus for detecting an intruder in a detection area,
A transmitter for generating a transmission signal and radiating the transmission signal through a transmission antenna,
A range in which each of the plurality of range gates for receiving the signal of the sensing region in each time unit is divided into a plurality of sub range gates, and one sub range gate of the plurality of sub range gates is selected from each range gate; A gate controller, and
A receiver for detecting an intrusion from a signal at a sub-range gate selected at each of the range gates,
And an intrusion detection device. 제1항에서,
상기 레인지 게이트 제어부는 각 레인지 게이트에 대해 복수의 서브 레인지 게이트에서의 오보 확률을 계산하고, 상기 오보 확률이 최소가 되는 서브 레인지 게이트를 상기 하나의 서브 레인지 게이트로 선택하는 침입 감지 장치. In claim 1,
And the range gate controller calculates a false probability of a plurality of sub range gates for each range gate, and selects a sub range gate of which the false probability is minimum as the one sub range gate. 제2항에서,
상기 레인지 게이트 제어부는 침입이 없는 상태에서 상기 수신 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 각 서브 레인지 게이트에서의 채널 분산 값을 계산하고, 상기 각 서브 레인지 게이트에서의 채널 분산 값으로부터 상기 각 서브 레인지 게이트에서의 오보 확률을 계산하는 침입 감지 장치. 3. The method of claim 2,
The range gate controller calculates a channel dispersion value at each sub-range gate using a signal received through the reception antenna in the absence of intrusion, and calculates the channel dispersion value at each sub-range gate from the channel dispersion value at each sub-range gate. Intrusion detection device that calculates the false probability of 제1항에서,
상기 레인지 게이트 제어부는
상기 각 레인지 게이트에서 상기 선택된 하나의 서브 레인지 게이트에 따라서 펄스를 생성하는 펄스 생성부, 그리고
상기 펄스를 상기 송신 신호에 곱하여 상기 수신부로 출력하는 제1 곱셈부를 포함하는 침입 감지 장치. In claim 1,
The range gate control unit
A pulse generator for generating pulses according to the selected one sub-range gate in each of the range gates, and
And a first multiplier multiplying the transmission signal by the pulse to output the multiplied signal to the receiver. 제4항에서,
상기 수신부는
상기 수신 안테나를 통해 수신되는 신호와 상기 제1 곱셈부의 출력 신호를 곱하는 제2 곱셈부, 그리고
상기 제2 곱셈부의 출력 신호로부터 침입을 감지하는 신호 처리부를 포함하는 침입 감지 장치. 5. The method of claim 4,
The receiving unit
A second multiplier for multiplying a signal received through the receive antenna by an output signal of the first multiplier,
And a signal processor for detecting an intrusion from an output signal of the second multiplier. 제1항에서,
상기 감지 영역은 상기 송신 신호가 송신 안테나를 통해 도달하는 공간을 포함하는 침입 감지 장치. In claim 1,
Wherein the sensing area includes a space that the transmission signal reaches via a transmission antenna. 침입 감지 장치에서 침입을 감지하는 방법으로,
상기 감지 영역의 신호를 제1 시간 단위로 수신하기 위한 복수의 레인지 게이트 각각을 제2 시간 단위로 나누어 복수의 서브 레인지 게이트를 설정하는 단계,
UWB 신호를 생성하여 송신 안테나를 통해 방사하는 단계,
침입이 없는 상태에서 수신 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 각 레인지 게이트에 대해 하나의 서브 레인지 게이트를 선택하는 단계, 그리고
수신 안테나를 통해 수신되는 신호 중에서 상기 각 레인지 게이트에서 선택된 서브 레인지 게이트에서의 신호를 이용하여 침입을 감지하는 단계
를 포함하는 침입 감지 방법. A method for detecting an intrusion from an intrusion detection device,
Setting a plurality of sub-range gates by dividing each of the plurality of range gates for receiving the signal of the sensing area in a first time unit by a second time unit,
Generating a UWB signal and radiating through a transmission antenna,
Selecting one sub-range gate for each range gate using a signal received through the receiving antenna in the absence of intrusion; and
Detecting an intrusion using a signal at a sub-range gate selected at each of the range gates among signals received through a reception antenna
Wherein the intrusion detection method comprises the steps of: 제7항에서,
상기 선택하는 단계는
상기 수신 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 상기 각 레인지 게이트에 대해 복수의 서브 레인지 게이트에서의 오보 확률을 계산하는 단계, 그리고
상기 오보 확률이 최소 값을 가지는 서브 레인지 게이트를 상기 하나의 서브 레인지 게이트로 선택하는 단계를 포함하는 침입 감지 방법. In claim 7,
The step of selecting
Calculating misprobability at a plurality of sub-range gates for each range gate using the signal received through the receive antenna, and
Selecting a sub-range gate having the minimum mismatch probability as the one sub-range gate. 제7항에서,
상기 선택하는 단계는
상기 수신 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 상기 각 레인지 게이트에 대해 복수의 서브 레인지 게이트 각각에서의 채널 분산 값을 계산하는 단계, 그리고
상기 각 레인지 게이트에서 채널 분산 값이 최소 값을 가지는 서브 레인지 게이트를 상기 하나의 서브 레인지 게이트로 선택하는 단계를 포함하는 침입 감지 방법. In claim 7,
The step of selecting
Calculating a channel dispersion value at each of the plurality of sub range gates for each range gate using the signal received through the reception antenna, and
Selecting a sub-range gate having a minimum channel dispersion value in each of the range gates as the one sub-range gate. 제7항에서,
상기 선택하는 단계는 설정된 주기에 따라 상기 하나의 서브 레인지 게이트를 재선택하는 단계를 포함하는 침입 감지 방법. In claim 7,
The selecting step includes reselecting the one sub-range gate according to a set period.
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