WO2015163648A1 - 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치 - Google Patents

스마트 웨어러블 지뢰탐지장치 Download PDF

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WO2015163648A1
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mine
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김치욱
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서울과학기술대학교 산학협력단
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    • F41H11/00—Defence installations; Defence devices
    • F41H11/12—Means for clearing land minefields; Systems specially adapted for detection of landmines
    • F41H11/13—Systems specially adapted for detection of landmines
    • F41H11/136—Magnetic, electromagnetic, acoustic or radiation systems, e.g. ground penetrating radars or metal-detectors
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    • G01V3/083—Controlled source electromagnetic [CSEM] surveying
    • G01V2003/084—Sources

Definitions

  • the present invention relates to a smart wearable mine detection device capable of combating landmines while combatants can improve combat efficiency by 90%.
  • a vehicle type mine detection device does not detect a mine directly but is equipped with a detection device in a robot or a vehicle. Mines can also be detected, minimizing the damage incurred during the mine detection process.
  • Korean Patent Publication No. 10-1329090 has been proposed a portable land mine detection device using a motion capture and the method, which is composed of a marker, an imaging unit, a measuring unit in combat
  • a problem that can not be used in the actual combat situation, just detect the mine through the voice, coordinate markers, and the coordinate signal image when peaceful.
  • Korean Patent Publication No. 10-1348989 discloses a mine detection device that can be attached to or detached from a combat shoe, but this is a recognition device that not only detects, but also detects a mine detection unit is configured in the combat shoe. There is no configuration, a lot of noise is generated due to dirt and foreign matter attached to the combat shoes, there is a problem that accurate mine detection is difficult.
  • the conventional mine detection device does not detect the mines correctly, or even if the mines are detected, there is a problem in that damage does not occur immediately.
  • the conventional portable land mine detection device has a problem that the user can not accurately detect the land mine when the user does not move the sensor head portion at a constant speed or moves too fast.
  • Patent Document 1 Domestic Registered Patent Publication No. 10-1329090
  • Patent Document 2 2. Domestic Patent Publication No. 10-1348989
  • a human body antenna unit which is detachably attached to the body and is attached to the body and detects landmines through a high-frequency RF beam and a neutron technique, is applied to identify landmines while identifying metals, nonmetals, and initiators of landmines. Detects land and underground mines in all directions (360 °), and twins of portable batteries and belt-type power supplies can battle for a long time without a separate power supply.
  • the purpose of the present invention is to provide a smart wearable mine detection device that can build a command system.
  • the smart wearable landmine detection device is a human body antenna unit 100, which is installed detachably on a body and detects landmines through an ultra-high frequency RF beam and neutron technique, and each device.
  • the main microprocessor unit 200 for controlling the overall operation of the, and the mine surface location material received from the main microprocessor unit 200 on the glass surface worn on the eyes of the combat soldiers 2D / 3D expression data, GPS Position information data, smart spectacles 300 to express a special mission command signal sent from the combat command server.
  • the present invention can be mounted on the head, torso, arms, waist, legs, etc. of the body in a state of wearing combat clothes, and can be attached to the body, excellent compatibility with the existing combat clothes, detachable, attached to the body
  • a human body antenna unit that detects landmines through ultra-high frequency RF beams and neutron techniques
  • mines can be detected while identifying mines, metals, and initiators. 360 °) can be detected, and mine distance position type material can be displayed in 2D or 3D image on the smart glasses and body mounted LCD monitor in real time. It can be improved by 90%, and the twin battery of the portable battery and the belt-type power supply system can be used for 3 to 7 days without additional power charging.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing the components of the smart wearable mine detection device 1 according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the components of the human body antenna unit of the smart wearable mine detection device according to the present invention
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the components of a human body antenna unit according to the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the components of the first battery unit of the configuration of the human body antenna unit according to the present invention.
  • Figure 5 is a block diagram showing the components of the metal and non-metal, initiator pre-treatment portion of the RF radiation beam receiving antenna portion according to the present invention
  • FIG. 6 is a block diagram showing the components of a nonlinear regression model algorithm engine of the configuration of the GPR control unit according to the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the components of the spatiotemporal correlation analysis mode according to the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram showing components of the main microprocessor unit unit according to the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing the external components of the smart glasses according to the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram showing the components of the smart glasses unit according to the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram showing components of a second battery unit according to the present invention.
  • FIG. 12 is a configuration of a smart wearable mine detection device including a human body antenna unit 100, a main microprocessor unit unit 200, a smart glasses unit 300, and a body mounted LCD monitor unit 400 according to the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view showing the external components of the body-mounted LCD monitor unit according to the present invention.
  • FIG. 14 is a component of a smart wearable mine detection device including a human body antenna unit 100, a main microprocessor unit unit 200, a smart glasses unit 300, and a wireless data transmission and reception unit 500 according to the present invention.
  • FIG. 15 is a component of a smart wearable mine detection device including a human body antenna unit 100, a main microprocessor unit unit 200, a smart glasses unit 300, and a belt type power supply unit 600 according to the present invention.
  • 16 is a perspective view showing the external components of the belt-type power supply 600 according to the present invention.
  • FIG. 17 is a component of a smart wearable mine detection device including a human body antenna unit 100, a main microprocessor unit unit 200, a smart glasses unit 300, and a black box type camera unit 700 according to the present invention.
  • FIG. 18 is a perspective view showing the external components of the black box-type camera unit according to the present invention.
  • 19 is a block diagram showing the components of the black box-type camera unit according to the present invention.
  • FIG. 20 is a component of a smart wearable mine detection device including a human body antenna unit 100, a main microprocessor unit unit 200, a smart glasses unit 300, and a security communication headset 800 according to the present invention.
  • 21 is a perspective view showing the external components of the security communication headset according to the present invention.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating an example of detecting a mine by forming a dual-ridged ultra-high frequency radiation beam pattern through an RF radiation beam transmission antenna unit according to the present invention.
  • Figure 23 is an embodiment showing that the smart wearable landmine detection device is configured in the head, torso, arms, waist, legs, etc. of the body in a state of combat clothing according to the present invention
  • 24 is a flowchart illustrating a smart wearable mine detection method according to the present invention.
  • 25 is a flowchart illustrating a specific operation S300 of the human body antenna unit driven under the control of the main microprocessor unit unit according to the present invention
  • FIG. 26 is a smart wearable mine detection device according to the present invention, which is detachably attached to a body to apply a high frequency RF beam to metals and nonmetals of mines located at the front and side, and the initiator is 360 ° by applying a neutron technique.
  • the combatant is notified to perform the battle while avoiding the mines.
  • 27 is a graph showing the results of the nonlinear specific correction mode according to the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing the components of the smart wearable land mine detection device 1 according to the present invention, which is attached to the body detachably, attached to the body in the state of combat clothes, located in the front and side metal And by applying the ultra-high frequency RF beam to the non-metal and the initiator is detected in 360 ° front by applying the neutron technique, it is characterized by transmitting real-time data to warn the soldiers to combat the mine while avoiding mines.
  • the smart wearable mine detection device 1 is composed of a human body antenna unit 100, a main microprocessor unit unit 200, and a smart glasses unit 300.
  • the human body antenna part 100 is installed on the body detachably, and serves to detect land mines through an ultra-high frequency RF beam and neutron technique.
  • the antenna body 110 the first battery unit 120, the RF radiation beam transmission antenna unit 130, the RF radiation beam reception antenna unit 140, and the GPR control unit 150.
  • the first Bluetooth communication module 160 The first Bluetooth communication module 160.
  • the antenna body 110 according to the present invention will be described.
  • the antenna body 110 is formed to protrude in a round fan shape serves to protect and support each device from external pressure.
  • It is formed to protrude in the shape of a round fan in the front and lateral directions with respect to the knee, and is configured to radiate the RF radiation beam to the front surface and side prevention surface through the RF radiation beam transmission antenna.
  • the antenna body 110 is generally formed of a shape alloy, and is formed of a plastic resin of a flexible material that is bent when lying on the RF radiation beam transmission antenna portion.
  • the first battery unit 120 is located at one side inside the antenna body, and serves to supply power to each device.
  • the first portable battery 121 and the first self-power connecting portion 122 are configured.
  • the first portable battery 121 has a lithium ion battery pack structure and serves to supply main power to each device.
  • the first self-power connector 122 serves to receive emergency self-power by wire through a belt-type power supply when the first portable battery is discharged.
  • the RF radiation beam transmitting antenna 130 is located on the head of the antenna body, applying the oscillation frequency bandwidth 300MHz ⁇ 500MHz electromagnetic wave flow scheme, and set the audible detection frequency of the mine detection message to 1000Hz ⁇ 2000Hz, flexible loop Radial antenna structure serves to emit a plurality of ultra-high frequency RF radiation beam to the front surface, side prevention surface.
  • the present invention while the average height of 60cm from the ground, it can be detected in real time while moving the metal and non-metal and the initiator of the mine located in the ground of 5cm ⁇ 20cm.
  • the RF radiation beam receiving antenna unit 140 is a radioactive RF radiation beam radiated through the RF radiation beam transmission antenna unit serves to detect the return signal is reflected or scattered from the metal and nonmetal and neutron technique of the mine.
  • It is configured to include metal and non-metals and initiator pretreatment unit 141.
  • the metal and nonmetal and the initiator pretreatment unit 141 pretreat the ultra-high frequency RF radiation beam reflected from the metallurgical can, tin can, tree root, stone, hard soil, and initiator form, which are similar to mines, such as metal, nonmetal, and initiator. It serves to eliminate the source of error in order to select the signals of landmines and explosives included.
  • the data alignment operation mode 141a, the ground surface signal removing mode 141b, and the adaptive filtering mode 141c are configured.
  • the data alignment operation mode 141a corrects the phenomenon in which the surface signals overlap with each other when the antenna body is shaken due to the impact during walking, thereby forming a clean surface signal.
  • It is composed of a trigger signal unit and a vector analyzer, assuming that the values corresponding to the maximum value of the one-dimensional signals transmitted and received by one sensor as the ground surface signal and arranged in the same depth value.
  • the trigger signal unit forms a signal in the form of a pulse to give a device to start the operation to each device.
  • the vector analyzer is a high frequency RF radiation beam signal that is reflected or scattered from the metal and nonmetals of the landmine and the initiator, and returned or scattered from the metal, tin, tree roots, stones, hard soil, and the initiator, which is similar to mines.
  • Ultra-high frequency RF radiation beam signal, surface signal is aligned and inspected.
  • the ground signal removing mode 141b serves to remove the hair cutting method based on the aligned ground signal.
  • the adaptive filtering mode 141c compares the difference between the signal modeled based on the spatial modeling of the soil signal and the received signal from which the microwave signal is reflected or scattered from the metal, nonmetal, and initiator of the mine. To extract points where landmines and explosives are most likely to be present.
  • the soil signal is modeled spatially only for the three-dimensional space-time data.
  • the process of spatial modeling the soil signal is as follows.
  • the input signal x and the desired signal d are input as data on the mine-ground soil containing metals, nonmetals, and initiators.
  • the error e is calculated by calculating a difference between the value y output as a result of the calculation and the desired signal d.
  • the coefficient of the adaptive filter is updated through an adaptive algorithm so that the error has a minimum value.
  • the filter For example, if the size of the filter is 5 * 8, the most center pixel becomes the desired signal, and the remaining signals except for the 1 * 9 pixel before and after the center pixel as the combatant's advancing direction become the input signal x.
  • This excluded region is called a blocking film, and is set to block such effects in advance because signals may be spatially correlated.
  • the metal and nonmetal, initiator pre-processing unit 141 including the data sorting operation mode 141a, the ground surface signal removing mode 141b, and the adaptive filtering mode 141c is included in the RF radiation beam receiving antenna unit 140.
  • the metal and nonmetal, initiator pre-processing unit 141 including the data sorting operation mode 141a, the ground surface signal removing mode 141b, and the adaptive filtering mode 141c is included in the RF radiation beam receiving antenna unit 140.
  • the GPR (Ground Penetrating Radar) control unit 150 is driven according to the mine detection command signal transmitted from the first Bluetooth communication module to control the overall operation of each device, the delay of the signal received from the RF radiation beam receiving antenna unit It analyzes the time and signal strength to form metal, nonmetal, and initiator detection data, and then corrects it through a nonlinear regression model to control transmission to the main microprocessor unit.
  • the ground penetrating radar (GPR) controller 150 includes a nonlinear regression model algorithm engine unit 151 as illustrated in FIG. 6.
  • the nonlinear regression model algorithm engine 151 reflects the phenomenon of exponentially attenuating the intensity of the signal detected by the received microwave radiation beam according to the transmitted and received depth, and thus there is a possibility that landmines and explosives exist from soil signals and noise. It serves to detect high signals.
  • this includes a nonlinear characteristic correction mode 151a, an outlier extraction mode 151b, and a spatiotemporal correlation analysis mode 151c.
  • the nonlinear characteristic correction mode 151a reflects a phenomenon of exponentially attenuating the intensity of a signal detected by a high frequency RF beam received based on the assumption that soil characteristics are uniform according to the depth of transmission and reception (Log Transformed model). It estimates the regression model, and based on this, the nonlinear characteristics correct the inherent characteristics of metal, nonmetal, and initiator detection data without distortion.
  • log transform regression model is estimated through the following process.
  • the metal, nonmetal, and initiator detection data are expressed as scatter plots in which delay time and intensity of the ultra-high frequency RF beam received signal are independent variables and dependent variables, the dependent variable and the independent variable have a nonlinear relationship.
  • Equation 1 the correlation between the dependent variable and the log-independent variable is estimated using the log transform regression model shown in Equation 1 below.
  • t and y represent the delay time and the strength of the ultra-high frequency RF beam received signal
  • ⁇ 0 represents the intensity value of the received signal at the ground surface
  • ⁇ 1 represents an attenuation constant that depends on the loss of the medium.
  • Fig. 27 it relates to a graph showing the results of the nonlinear specific correction mode according to the present invention.
  • the soil signal is mainly concentrated near the regression line, and the mine detection signal (target signal) is distributed far from the regression line.
  • the reason is that the soil signal and the mine detection signal are different in magnitude, and the signal which occupies the largest portion among the signals constituting the metal, nonmetal, and initiator detection data is the soil signal.
  • Equation 1 ⁇ 0 and ⁇ 1 in Equation 1 are values that vary depending on the medium, and are estimated using input metal, nonmetal, and initiator detection data.
  • t i and ⁇ i denote an antenna measured noise signal at the i th delay sample and the i th delay time in the metal, nonmetal, and initiator detection data, respectively.
  • the outlier extraction mode 151b sets outliers for signals distributed far from the regression curve of the log transformation regression model and detects the mine detection signal by repeating the pixels in order to extract similar mine signals. Play a role.
  • the student estimation error algorithm unit serves to calculate the distance away from the regression curve of the logarithmic regression model of the metal, non-metal, and initiator detection data.
  • the spatiotemporal correlation analysis mode 151c detects metal, nonmetal, and initiator detection data by using a correlation measure based on the spatiotemporal characteristics of the mine detection signal to distinguish the noise and the mine detection signal.
  • the three-dimensional labeling unit 151c-1 As shown in FIG. 7, the three-dimensional labeling unit 151c-1, the temporal central consistency unit 151c-2, the circularity inspection unit 151c-3, the metal and the nonmetal, and the initiator detection data detection unit 151c-4. It consists of
  • the three-dimensional labeling unit 151c-1 serves to perform three-dimensional labeling on the extracted plurality of mine detection signals.
  • the temporal central consistency unit 151c-2 filters noise by a difference between the center coordinates of the time slices included in one label and the coordinates of the entire space center of the label.
  • the signal is determined to be eliminated as a noise signal.
  • the circularity inspection unit 151c-3 performs circularity on the remaining labels as a result of the temporal central consistency unit and then adds all the time slices included in one label to 0 and 255. It plays a role of making one slice.
  • the circularity (R) is a measure of how close the shape of the shape is to the circle, a value of 1 for the ideal circle, the value becomes smaller as the distance from the circle.
  • Equation 6 the calculation formula of the circularity (R) is expressed as Equation 6 below.
  • L is the unique number of the label
  • a (L) is the area of the L-th label
  • l (L) is the perimeter or shape boundary length of the L-th label.
  • the metal and nonmetal, initiator detection data detection unit (151c-4) is based on the results of the time-centered consistency and circularity test unit, based on the results of the detection of metal and nonmetals, initiators having a high probability of the presence of mines and explosives It serves to detect data.
  • the nonlinear regression model algorithm engine 151 including the nonlinear characteristic correction mode 151a, the outlier extraction mode 151b, and the spatiotemporal correlation analysis mode 151c is included in the GPR controller 150, thereby providing a GPR controller ( 150) to estimate the Log Transformed regression model by reflecting the phenomenon of exponentially attenuating the intensity of the signal detected in the second-frequency RF beam according to the depth of transmission and reception.
  • the GPR controller 150 150
  • the first Bluetooth communication module 160 is connected to the main microprocessor unit unit 200 via a Bluetooth communication network, receives a mine detection command signal from the main microprocessor unit unit, transmits the signal to the GPR control unit, and detects metal, nonmetal, and initiator. It serves to transmit data to the main microprocessor unit.
  • the human body antenna unit is connected to the interface via the SPI communication in place of the first Bluetooth communication module, receives a mine detection command signal from the main microprocessor unit unit, the human body to the main microprocessor unit unit It is configured to transmit the detected metal and non-metal, initiator detection data in the antenna unit.
  • the main microprocessor unit 200 serves to control the overall operation of each device.
  • each device receives the signal detected from the human body antenna unit to calculate the mine distance position shape material and position topography in 2D or 3D, then received It is controlled to output to the smart glasses part and the body mounted LCD monitor along with the GPS location information data, and through the wireless data transmission and reception unit, the current mine position data, the image data of the surrounding terrain, the location of the current combat soldier, the battery status of the belt-type power supply unit. And to control radio transmission.
  • the main microprocessor unit unit 200 includes a power control unit 210, a voice command transmitter 220, a camera driving control unit 230, a metal and a nonmetal, an initiator detecting unit 240, Host computer interface unit 250, detection signal analysis algorithm engine unit 260, detection image display control unit 270, memory unit 280, lighting control unit 290, Morse code transmission and reception control unit 290a, semiconductor laser emergency lighting The control unit 290b.
  • the power control unit 210 checks the power state of the smart glasses, the body-mounted LCD monitor, the wireless data transmission and reception unit, the black box type camera unit, the security communication headset, and when the power supply of the portable battery is insufficient, the belt-type power supply unit is wired. It sends a control command signal to supply power by connecting to.
  • the voice command transmitter 220 outputs the voice command signal and the special mission command signal to the security communication headset as a speaker sound.
  • the camera driving control unit 230 is connected to the black box-type camera unit via a Bluetooth communication network, and outputs a driving command signal to the black box-type camera unit, and receives and transmits the image data photographed by the black box-type camera unit to the memory unit. .
  • the metal and nonmetal and initiator detection control unit 240 is connected to the human body antenna part and the Bluetooth communication network, and outputs a mine detection command signal to the human body antenna part, and receives and detects the metal and nonmetal and initiator detection data from the human body antenna. Signal analysis algorithm It delivers to engine part.
  • the host computer interface 250 serves to connect the battle command server and the wired or wireless remote through the RS-232C, USB, WiFi.
  • the detection signal analysis algorithm engine unit 260 compares the metal and nonmetal and the initiator detection data received from the metal and nonmetal and the initiator detection control unit with a preset reference detection modeling, and then mines the location type material and position topography 2D. Or 3D.
  • the standard detection modeling includes the cylindrical drum type of M-14 anti-personnel mines, plastic and detonator detection data, the cylindrical drum type of M-16A1 anti-personnel mines, the metal and detonator detection data, and the cylindrical drum type of M-15 antitank mines.
  • Metal and nonmetal materials and initiator detection data rectangular box type of M-19 antitank mines and metal and nonmetal materials and initiator detection data, metal and initiator detection data in the form of cylindrical drums of K-442 antitank mines, M-15,19 KM1 manpower ignition device installed on the side of the anti-tank mine, KM1A1 pressure type, plastic material ignition device installed on the lower part of steel and plastic material in the form of thin rods, initiator detection data, improper explosives (IED) steel, plastic material Detonator detection data such as bowling balls, detonator detection data for pile type mines of steel anti-infantry mines (2.2t), and wooden lunch boxes of wooden anti-infantry mines (6/57).
  • IED improper explosives
  • the detection image display control unit 270 controls to display the current mine position data, the image data of the surrounding terrain, and the emergency message signal toward the smart eyeglass unit and the body mounted LCD monitor.
  • the memory unit 280 stores image data, metal and nonmetals, initiator detection data, and GPS location data.
  • the lighting control unit 290 serves to control the lighting brightness and on-off driving of each device.
  • the Morros code transmission and reception control unit 290a serves to control the on / off light emission period of the semiconductor laser diode by using an emergency Morse code method to synchronize with another smart wearable mine detection device to make a wireless call.
  • a wireless communication network fails due to an EMP (electromagnetic pulse) attack, it is configured to communicate with a semiconductor laser diode.
  • EMP electromagnetic pulse
  • the semiconductor laser emergency lighting control unit 290b serves to inform that emergency situations are generated through emergency lighting through another neighboring smart wearable mine detection device and a semiconductor laser when an emergency occurs.
  • the smart wearable mine detection device As such, the smart wearable mine detection device according to the present invention
  • the RF radiation beam receiving antenna unit 140 pretreats the ultra-high frequency RF radiation beam reflected from the mines, cans, tree roots, stones, hard soil, and initiators, which are similar to mines, and secondly, the GPR control unit 150. ) And corrects the signal through an exponential decay according to the depth of the signal detected by the GPR in accordance with the transmission and reception, and thirdly, through the detection signal analysis algorithm engine unit 260, metal and non-metal, initiator detection control unit ( By comparing and analyzing the metal, nonmetal, and initiator detection data received from 240) with the preset standard detection modeling, it is possible to identify the metal and nonmetals of mines and the initiators of mines and explosives. % Can be improved.
  • the main microprocessor unit unit 200 is a smart wearable mine detection device between the other combat soldiers to conduct a battle using a Wi-Fi communication network or a Bluetooth communication network after the mine detection is determined through the detection signal analysis algorithm engine unit 260 It is configured to deliver information by selecting any one of a text transmission, TTS (Text to Speech) signal, image transmission.
  • TTS Text to Speech
  • the smart glasses unit 300 wears on the eyes of a combat soldier and displays the mine distance position type material received from the main microprocessor unit unit 200 on the glass surface. It displays location information data and special mission command signals sent from the combat command server, and converts into infrared glasses mode at night to identify surrounding objects.
  • the glasses frame 310 As shown in FIG. 10, the glasses frame 310, the augmented reality display unit 320, the virtual image generator 330, the second battery unit 340, the inertial sensor 350, and the temperature sensor 360. , A second Bluetooth communication module 370.
  • the eyeglass frame 310 is composed of two lenses, an eyebrow support frame, a nose bridge, and an ear holder so as to be attached to the nose and ears of the body.
  • the augmented reality display unit 320 is composed of an optical guide optical component, an opaque filter, a perspective lens to receive the virtual image generated from the virtual image generating unit to the mine distance position shape material and special mission command signal on the perspective lens as a letter And 2D / 3D expression data and GPS location information data to augmented reality.
  • It is composed of multiple micro displays to improve resolution and field of view by forming OLEDs on glass, opaque filters and see-through lenses.
  • the virtual image generator 330 serves to project the virtual image onto the optical guide optical component through the aiming lens.
  • the virtual image is converted into an infrared glasses mode by projecting the color conversion image through the aiming lens onto the optical guide optical component.
  • the second battery unit 340 is located at one end of the ear holder of the eyeglass frame, and serves to supply power to each device.
  • the second portable battery 341 and the second self-powered connector 342 are configured.
  • the second portable battery 341 has a lithium ion battery pack structure and serves to supply main power to each device.
  • the second self-power connection 342 serves to receive emergency self-power by wire through the belt-type power supply 600 when the second portable battery is discharged.
  • the inertial sensor 350 serves to detect the position, direction, and acceleration of the glasses frame.
  • the temperature sensor 360 serves to detect a temperature around the glasses frame.
  • the second Bluetooth communication module 370 is connected to the main microprocessor unit unit 200 via a Bluetooth communication network, the mine distance position type material data, special mission command signal data, 2D / 3D display data, Receives GPS location information data and transmits it to the augmented reality display unit 320, and transmits the inertial sensor value and the temperature sensor value.
  • Smart glasses 300 is configured to include an auxiliary camera unit 380 to capture the image around the eyes of the combat soldier by recognizing the voice of the combat soldier on the upper side of the augmented reality display unit 320. .
  • the smart wearable landmine detection device 1 as shown in Figure 12, the body-mounted LCD in the human body antenna unit 100, the main microprocessor unit unit 200, the smart glasses unit 300
  • the monitor 400 is configured to be included.
  • the body-mounted LCD monitor 400 is detachably attached to the body and displays 2D / 3D display data and GPS position information data on the LCD screen of the mine distance position type material received from the main microprocessor unit. It transmits the request signal of the combat soldier input through the keypad to the main microprocessor unit, and outputs a warning sound for each distance approaching the mine.
  • the monitor body 410, the keypad 420, and the second Bluetooth communication module 430 are configured.
  • the monitor body 410 has a rectangular shape, and serves to protect and support each device from external pressure.
  • the keypad unit 420 is composed of numbers and Korean characters, and serves to input a request signal of a combat soldier (battle command signal, combat equipment supply signal, injury signal, etc.).
  • the second Bluetooth communication module 430 is connected to the main microprocessor unit unit 200 via a Bluetooth communication network, and receives 2D / 3D display data and GPS position information data from the main microprocessor unit unit by receiving the mine distance position type material. It transmits to the monitor main body, and transmits the request signal of the combat soldier input through the keypad unit to the main microprocessor unit.
  • the smart wearable landmine detection device 1 as shown in Figure 14, the human body antenna unit 100, the main microprocessor unit unit 200, smart glasses 300 and the wireless data transmission and reception The unit 500 is configured to be included.
  • the wireless data transmission and reception unit 500 is formed on the inner bottom side of the bulletproof vest body connected to the remote battle command server and the WiFi wireless communication network under the control of the main microprocessor unit, the current mine location data, video data of the surrounding terrain, current combat soldiers
  • the position of the belt-type power supply unit transmits the battery state, and receives the voice command signal and the special mission command signal as a response signal, thereby delivering the main microprocessor unit.
  • WiFi wireless communication module It is composed of WiFi wireless communication module.
  • the smart wearable landmine detection device 1 as shown in Figure 15, the human body antenna unit 100, the main microprocessor unit unit 200, the smart glasses unit 300 in addition to the belt-type power supply
  • the supply unit 600 is configured to be included.
  • the belt-type power supply unit 600 is attached to the body serves to supply power to each device.
  • a plurality of portable lithium ion batteries 620 are mounted on the belt-shaped body 610.
  • the plurality of portable lithium-ion batteries include a main microprocessor unit unit 200, a smart glasses unit 300, a body mounted LCD monitor unit 400, and a wireless data transmission / reception unit 500 through a DC 5V, 12V, and 24V conversion adapter.
  • a main microprocessor unit 200 After the black box-type camera unit 700 is converted to fit the security communication headset 800, according to the control signal of the main microprocessor unit 200, smart glasses 300, body-mounted LCD monitor 400 It is supplied to the wireless data transmission and reception unit 500, the black box-type camera unit 700, the security communication headset 800.
  • the belt-type power supply unit comprises a solar cell-type power supply unit for forming a solar cell on the back of the body or bulletproof helmet, to accumulate solar electricity.
  • the smart wearable landmine detection device 1 as shown in Figure 17, the human body antenna unit 100, the main microprocessor unit unit 200, the smart glasses unit 300 in addition to the black box-type camera
  • the unit 700 is configured to be included.
  • the black box-type camera unit 700 is located at one side of the bulletproof helmet covered by the head of the body to capture a real-time image of the surrounding situation of the combat soldier moving and to store the captured image data. Play a role.
  • the camera body 710, the GPS receiver 720, the camera unit 730, the internal memory unit 740, and the third Bluetooth communication module 750 are configured.
  • the camera body 710 has an external structure, and has a cylindrical shape to support and protect each device.
  • the GPS receiver 720 is formed on one side of the camera body 710 to receive the GPS position from the GPS satellite and serves to receive the current position of the combat soldier.
  • the camera unit 730 is formed on the head of the camera body serves to take a real-time image of the surrounding situation in which the combat soldier moves.
  • the internal memory unit 740 is formed in a sealed box shape in the inner space of the camera body, and serves to store the current position data of the combat soldier received from the GPS receiver, and the image data photographed from the camera unit.
  • the third Bluetooth communication module 750 is located at one side of the internal memory unit, is connected to the main microprocessor unit unit 200 via a Bluetooth communication network, and transmits the current position data and image data of the combat soldier stored in the internal memory unit. Do it.
  • the smart wearable mine detection device 1 as shown in Figure 20, the human body antenna unit 100, the main microprocessor unit unit 200, the smart glasses unit 300 and secure communication headset 800 is configured to be included.
  • the secure communication headset 800 is worn on the fighter's ear and mouth to make a wireless call by synchronizing with another neighboring smart wearable mine detection device in an emergency Morse code method, and transmitting it to the main microprocessor unit. It outputs the voice command signal and the special mission command signal to the speaker sound.
  • the secure communication headset is configured to transmit and receive the analyzed voice signal information and the detective voice signal.
  • the smart wearable landmine detection device has a body-mounted LCD monitor unit in addition to the human body antenna unit 100, the main microprocessor unit unit 200, and the smart glasses unit 300 as illustrated in FIG. 23. 400, the wireless data transmission and reception unit 500, the belt-type power supply unit 600, the black box-type camera unit 700, or any one or two or more of the security communication headset 800 is selected and configured, in a state of wearing a combat suit Detachable and attached to the body to detect the metal, non-metal, and detonator of mines located on the front and side at 360 ° through the high-frequency RF beam and neutron technique, and then inform the combatants to combat the mines.
  • Real-time data can be sent so that
  • a plurality of ultra-high frequency RF radiation beams and neutrons are radiated to the front surface and the side prevention surface by the flexible loop radiation antenna structure through the RF radiation beam transmission antenna unit (S10).
  • the RF beam radiated from the RF radiation beam receiving antenna unit through the RF radiation beam transmission antenna unit detects a signal that is reflected or scattered from the metal and nonmetals of the mine, or the scattering agent (S20).
  • the GPR controller analyzes the delay time and the signal strength of the signal received from the RF radiation beam receiving antenna unit to form metal, nonmetal, and initiator detection data, and then corrects it through the nonlinear regression model to the main microprocessor unit unit. To transmit (S30).
  • the main microprocessor unit unit receives the signal detected from the human body antenna unit to calculate the mine distance position type material and position topography in 2D or 3D (S40).
  • the smart wearable landmine detection device is detachably attached to the head, torso, arms, waist, legs of the body, attached to the metal and non-metallic mines located in the front and side, Detonators are detected at 360 ° in all directions using ultra-high-frequency RF beam and neutron techniques, and then informed the combatants to combat the mines.
  • the human body antenna unit is driven under the control of the main microprocessor unit unit (S310). At this time, execute the self-diagnosis mode and check for abnormalities.
  • the GPR operation mode (GPR automatic mode or GPR semi-automatic mode) of the human body antenna unit is determined, and after checking the battery state of the human body antenna unit, the belt-type power supply with an alarm signal when the battery is low.
  • the power supply unit supplies power to the human body antenna through the emergency self-power mode (S320).
  • the selected terminal is registered or deleted to register and register the video terminal and the audio headset (S330).
  • the human body antenna unit is driven to generate detection waves through the RF radiation beam transmission antenna unit (S340).
  • the detection signal analysis algorithm engine 260 of the main microprocessor unit 200 compares the metal, nonmetal, and initiator detection data received from the human body antenna unit 100 with a preset reference detection modeling.
  • the mine distance location type material and the location terrain are calculated in 2D or 3D.
  • the detection image display control unit 270 of the main microprocessor unit unit controls to display the current mine location data, the image data of the peripheral features, the emergency message signal toward the smart glasses unit and the body-mounted LCD monitor unit (S360).
  • the current mine location data, the image data of the peripheral terrain feature, the emergency message signal is stored in the memory unit (S370).

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Abstract

본 발명에서는 종래의 지뢰탐지 장치의 문제점들을 개선하고자, 휴먼바디 안테나부(100), 메인 마이크로프로세서 유닛부(200), 스마트 안경부(300), 바디장착형 LCD 모니터부(400), 무선데이터 송수신부(500), 벨트형 전원공급부(600), 블랙박스형 카메라부(700), 보안통신 헤드셋(800)으로 구성됨으로서, 전투복을 입은 상태에서 신체의 머리, 몸통, 팔, 허리, 다리 등에 탈,부착식으로 장착할 수 있어, 기존의 전투복과 호환성이 우수하고, 신체에 탈,부착식으로 부착되어, 초고주파 RF빔과 중성자 기법을 통해 지뢰를 탐지하는 휴먼바디 안테나부를 적용하여 지뢰의 금속과 비금속 및 기폭제를 식별하면서 지뢰를 탐지할 수 있으며, 지상 및 지하에 매설된 지뢰를 전방위(360°)로 탐지할 수 있고, 지뢰거리위치형태재질과 위치를 2D 또는 3D영상으로 스마트 안경 및 신체장착형 LCD 모니터부에 실시간 표출시킬 수 있으며, 이로 인해 전투병이 지뢰를 회피하면서 전투를 할 수 있어 전투효율을 기존에 비해 90% 향상시킬 수 있고, 휴대용 배터리와 벨트형 전원공급부의 트윈자가 전원공급시스템을 통해 별도의 전원충전 없이도 3일~7일동안 전투를 수행할 수 있으며, 원격지의 전투상황을 원격지 전투지휘서버에서 실시간 모니터링 할 수 있고, 각 전투병 1:1로 전투정보를 공유할 수 있어, 전투현장에 있는 것과 같은 생동감 있는 전투상황을 원격지휘 할 수 있는 스마트전투지휘시스템을 구축할 수 있는 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

스마트 웨어러블 지뢰탐지장치
본 발명에서는 신체에 탈, 부착식으로 부착되어, 초고주파 RF빔과 중성자 기법을 통해 지뢰를 탐지하는 휴먼바디안테나부를 적용하여 지상 및 지하에 매설된 지뢰를 전방위(360°)로 탐지할 수 있어, 전투병이 지뢰를 회피하면서 전투를 수행시킬 수 있어 전투효율을 기존에 비해 90% 향상시킬 수 있는 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치에 관한 것이다.
현재 세계 64개국에 1억 2천만 여개의 지뢰가 살포되어 있으며, 매년 만여명 이상이 팔다리에 상해를 당하고 있다.
지하에 매설된 지뢰에 대한 획기적인 탐지 및 제거기술이 미흡한 상태이며, 현장에서는 1차 대전 당시의 금속탐지기와 탐침봉에 의한 재래식 방법이 아직까지 그대로 사용되고 있다.
따라서, 최근에서야 지뢰를 탐지하고 제거하는 기술에 많은 관심이 집중되어 연구개발 되고 있으며, 현재 국내, 외에서 상용화되어 운용 중이거나 또는 연구개발 중인 주요 지뢰탐지 센서 기술은 금속 탐지기, 지반침투레이더, 적외선 탐지, 전자기유도방식, 중성자기법, 핵4극공명, 화학 및 생물학적 탐지 기법 등이 있다.
그리고, 탐지 방법에 따라 휴대형 지뢰탐지 장치 및 차량형 지뢰탐지 장치로 구분되며, 휴대형 지뢰탐지 장치와 달리 차량형 지뢰탐지 장치는 사람이 직접 지뢰를 탐지하는 것이 아니라 로봇이나 차량에 탐지장치를 장착하여 지뢰를 탐지할 수도 있어, 지뢰를 탐지하는 과정에서 발생되는 피해를 최소화할 수 있게 되었다.
그러나, 지뢰 매설 지형은 수목이 우거진 산악지형, 바위, 모래, 흙, 개활지, 숲 등 실로 다양해서 로봇이나 차량용 탐지 장비의 운용이 불가한 경우가 대부분이므로, 아직도 많은 현장에서는 휴대용 탐지기를 이용해 사람이 직접 지뢰를 탐지해야만 한다.
특히, 바위, 자갈이 많은 산과 논, 강 등의 습지들이 존재하는 지형에서 지뢰를 탐지하는 경우에 낮은 탐지확률과 높은 오경보율(Constant False Alarm Rate, CFAR)등의 많은 취약점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 선행특허로서, 국내등록특허공보 제10-1329090호에서는 모션 캡쳐를 이용한 휴대형 지뢰탐지장치 및 그 방법이 제시된 바 있으나, 이는 표식부, 촬상부, 측정부로 이루어져 전투중이 아닌, 평화로울 때 음성과 좌표표식, 그리고, 좌표신호 이미지를 통해 지뢰를 탐지할 뿐, 실제 전투 상황에서는 전혀 사용할 수 없는 문제점이 있다.
또 다른 선행특허로서, 국내등록특허공보 제10-1348989호에서는 전투화에 탈부착이 가능한 지뢰탐지장치가 제시된 바 있으나, 이는 전투화에 지뢰탐지용 탐지부가 구성되어 탐지만 할 뿐, 전투병에 알려주는 인식장치의 구성이 없고, 전투화에 부착된 흙과 이물질로 인해 잡음이 많이 발생되며, 정확한 지뢰탐지가 어려운 문제점이 있다.
이처럼, 종래의 지뢰탐지 장치는 지뢰를 정확히 탐지하지 못하거나, 지뢰를 탐지했다 하더라도 이를 바로 제거하지 않아 피해가 발생하는 문제가 있다.
또한, 지뢰탐지를 실시한 곳과 탐지를 실시하지 않은 지역을 구분할 수 없으므로, 많은 인력 및 시간이 낭비되었다.
특히, 종래의 휴대형 지뢰탐지 장치는 사용자가 센서 헤드부를 일정한 속도로 움직이지 않거나 너무 빨리 움직이는 경우, 지뢰를 정확히 탐지하지 못하는 문제가 있다.
(특허문헌 1) 1. 국내등록특허공보 제10-1329090호
(특허문헌 2) 2. 국내등록특허공보 제10-1348989호
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 신체에 탈, 부착식으로 부착되어, 초고주파 RF빔과 중성자 기법을 통해 지뢰를 탐지하는 휴먼바디 안테나부를 적용하여 지뢰의 금속과 비금속 및 기폭제를 식별하면서 지뢰를 탐지할 수 있고, 지상 및 지하에 매설된 지뢰를 전방위(360°)로 탐지할 수 있으며, 휴대용 배터리와 벨트형 전원공급부의 트윈자가 전원공급시스템을 통해 별도의 전원충전 없이도 장시간 전투를 수행할 수 있고, 원격지의 전투상황을 원격지 전투지휘서버에서 실시간 모니터링 할 수 있고, 각 전투병 1:1로 전투정보를 공유할 수 있어, 전투현장에 있는 것과 같은 생동감 있는 전투상황을 원격 지휘할 수 있는 스마트전투지휘시스템을 구축할 수 있는 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치는, 신체에 탈, 부착식으로 설치되어 초고주파 RF빔과 중성자 기법을 통해 지뢰를 탐지하는 휴먼바디 안테나부(100)와, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하는 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)와, 전투병의 눈에 착용하여 글라스 표면상에 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)로부터 전달받은 지뢰거리위치형태재질을 2D/3D 표출데이터, GPS 위치정보데이터, 전투지휘서버에서 보내온 특수임무지령신호를 표출시키는 스마트 안경부(300)를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 전투복을 입은 상태에서 신체의 머리, 몸통, 팔, 허리, 다리 등에 탈, 부착식으로 장착할 수 있어, 기존의 전투복과 호환성이 우수하고, 신체에 탈, 부착식으로 부착되어, 초고주파 RF빔과 중성자 기법을 통해 지뢰를 탐지하는 휴먼바디 안테나부를 적용하여 지뢰의 금속과 비금속 및 기폭제를 식별하면서 지뢰를 탐지할 수 있으며, 지상 및 지하에 매설된 지뢰를 전방위(360°)로 탐지할 수 있고, 지뢰거리위치형태재질을 2D 또는 3D영상으로 스마트 안경 및 신체 장착형 LCD 모니터부에 실시간 표출시킬 수 있어, 전투병이 지뢰를 회피하면서 전투를 할 수 있어 전투효율을 기존에 비해 90% 향상시킬 수 있고, 휴대용 배터리와 벨트형 전원공급부의 트윈자가 전원공급시스템을 통해 별도의 전원충전 없이도 3일~7일 동안 전투를 수행할 수 있으며, 원격지의 전투상황을 원격지 전투지휘서버에서 실시간 모니터링 할 수 있고, 각 전투병 1:1로 전투정보를 공유할 수 있어, 전투현장에 있는 것과 같은 생동감 있는 전투상황을 원격지휘 할 수 있는 스마트전투지휘시스템을 구축할 수 있는 좋은 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치 중 휴먼바디안테나부의 구성요소를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 휴먼바디안테나부의 구성요소를 도시한 분해사시도,
도 4는 본 발명에 따른 휴먼바디안테나부의 구성 중 제1 배터리부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 RF방사빔 수신안테나부의 구성 중 금속 및 비금속, 기폭제 전처리부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 GPR 제어부의 구성 중 비선형 회귀모델알고리즘엔진부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 7은 본 발명에 따른 시공간적 상관성 분석모드의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 8은 본 발명에 따른 메인 마이크로프로세서 유닛부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 9는 본 발명에 따른 스마트안경부의 외형 구성요소를 도시한 사시도,
도 10은 본 발명에 따른 스마트안경부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 11은 본 발명에 따른 제2 배터리부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 12는 본 발명에 따른 휴먼바디안테나부(100), 메인 마이크로프로세서 유닛부(200), 스마트안경부(300)에다가 바디장착형 LCD 모니터부(400)가 포함되어 구성된 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 13은 본 발명에 따른 바디장착형 LCD 모니터부의 외형구성요소를 도시한 사시도,
도 14는 본 발명에 따른 휴먼바디안테나부(100), 메인 마이크로프로세서 유닛부(200), 스마트안경부(300)에다가 무선데이터송수신부(500)가 포함되어 구성된 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 15는 본 발명에 따른 휴먼바디안테나부(100), 메인 마이크로프로세서 유닛부(200), 스마트안경부(300)에다가 벨트형 전원공급부(600)가 포함되어 구성된 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 16은 본 발명에 따른 벨트형 전원공급부(600)의 외형구성요소를 도시한 사시도,
도 17은 본 발명에 따른 휴먼바디안테나부(100), 메인 마이크로프로세서 유닛부(200), 스마트안경부(300)에다가 블랙박스형 카메라부(700)가 포함되어 구성된 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 18은 본 발명에 따른 블랙박스형 카메라부의 외형구성요소를 도시한 사시도,
도 19는 본 발명에 따른 블랙박스형 카메라부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 20은 본 발명에 따른 휴먼바디안테나부(100), 메인 마이크로프로세서 유닛부(200), 스마트안경부(300)에다가 보안통신헤드셋(800)이 포함되어 구성된 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 21은 본 발명에 따른 보안통신헤드셋의 외형구성요소를 도시한 사시도,
도 22는 본 발명에 따른 RF방사빔 송신안테나부를 통해 이중융기 혼합형(Double-Ridged)으로 초고주파 방사빔 패턴이 형성되어 지뢰를 탐지하는 것을 도시한 일실시예도,
도 23은 본 발명에 따른 전투복을 입은 상태에서 신체의 머리, 몸통, 팔, 허리, 다리 등에 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치가 구성된 것을 도시한 일실시예도,
도 24는 본 발명에 따른 스마트 웨어러블 지뢰탐지방법을 도시한 순서도,
도 25는 본 발명에 따른 메인 마이크로프로세서 유닛부 제어하에 구동되는 휴먼바디안테나부의 구체적인 동작과정(S300)을 도시한 순서도,
도 26은 본 발명에 따른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치를 신체에 탈, 부착식으로 부착되어 전방과 측면에 위치한 지뢰의 금속 및 비금속을 초고주파 RF빔을 적용하고 기폭제는 중성자 기법을 적용하여 360°전방위로 탐지한 후, 전투병에게 알려주어 지뢰를 회피하면서 전투를 수행하는 것을 도시한 일실시예도,
도 27은 본 발명에 따른 비선형 특정보정모드의 결과를 도시한 그래프.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것으로, 이는 전투복을 입은 상태에서 신체에 탈, 부착식 으로 부착되어 전방과 측면에 위치한 지뢰의 금속 및 비금속을 초고주파 RF빔을 적용하고 기폭제는 중성자 기법을 적용하여 360°전방위로 탐지한 후, 전투병에게 알려주어 지뢰를 회피하면서 전투를 수행할 수 있도록 실시간 데이터를 전송시켜주는 것을 특징으로 한다.
상기 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치(1)는 휴먼바디안테나부(100), 메인 마이크로프로세서유닛부(200), 스마트 안경부(300)로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 휴먼바디안테나부(100)에 관해 설명한다.
상기 휴먼바디안테나부(100)는 신체에 탈, 부착식으로 설치되어 초고주파 RF빔과 중성자 기법을 통해 지뢰를 탐지하는 역할을 한다.
이는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 안테나몸체(110), 제1 배터리부(120), RF방사빔 송신안테나부(130), RF방사빔 수신안테나부(140), GPR 제어부(150), 제1 블루투스통신모듈(160)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 안테나몸체(110)에 관해 설명한다.
상기 안테나몸체(110)는 둥근 부채꼴형상으로 돌출형성 되어 외압으로부터 각 기기를 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 무릎을 기준으로 전단, 측단 방향으로 둥근 부채꼴형상으로 돌출형성 되어, RF방사빔 송신안테나부를 통해 RF 방사빔을 전방지면, 측방지면으로 방사시키도록 구성된다.
상기 안테나몸체(110)는 전반적으로 형상합금형태로 이루어지고, RF방사빔 송신안테나부쪽으로 엎드릴 경우에 휘어지는 플렉시블 소재의 플라스틱 수지로 형성된다.
둘째, 본 발명에 따른 제1 배터리부(120)에 관해 설명한다.
상기 제1 배터리부(120)는 안테나몸체 내부 일측에 위치되어, 각 기기에 전원을 공급시키는 역할을 한다.
이는 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 휴대용 배터리(121), 제1 자가전원연결부(122)로 구성된다.
상기 제1 휴대용 배터리(121)는 리튬이온배터리 팩구조로 형성되어 각 기기에 메인전원을 공급시키는 역할을 한다.
상기 제1 자가전원연결부(122)는 제1 휴대용 배터리의 방전시, 벨트형 전원공급부를 통해 유선으로 비상용 자가전원을 공급받는 역할을 한다.
셋째, 본 발명에 따른 RF방사빔 송신안테나부(130)에 관해 설명한다.
상기 RF방사빔 송신안테나부(130)는 안테나몸체의 헤드상에 위치되어, 발진주파수 대역폭 300MHz~500MHz 전자파유동방식을 적용시키고, 지뢰탐지메시지 발생 가청주파수를 1000Hz~2000Hz로 설정한 후, 플렉시블 루프방사형 안테나구조로 초고주파 RF 방사빔을 전방지면, 측방지면으로 복수개로 방사시키는 역할을 한다.
이는 도 22에서 도시한 바와 같이, 신체의 양쪽 무릎에 설치되어, 전단, 측단방향 으로 둥근 부채꼴형상으로 돌출형성 되고, 무릎과 허벅지 사이에 이중융기 혼합형(Double-Ridged)으로 초고주파 방사빔 패턴이 형성되어 전방최대 150cm 범위까지 탐지되고, 측방최대 30cm 범위까지 탐지되도록 구성된다.
이로 인해, 본 발명에서는 지면에서 평균높이 60cm인 상태에서, 5cm~20cm의 지면 속에 위치한 지뢰의 금속 및 비금속과 기폭제를 이동하면서 실시간으로 탐지할 수가 있다.
넷째, 본 발명에 따른 RF방사빔 수신안테나부(140)에 관해 설명한다.
상기 RF방사빔 수신안테나부(140)는 RF방사빔 송신안테나부를 통해 방사된 RF방사빔은 지뢰의 금속 및 비금속과 중성자 기법은 기폭제로부터 반사되거나 산란되어 되돌아오는 신호를 감지하는 역할을 한다.
이는 금속 및 비금속과 기폭제 전처리부(141)가 포함되어 구성된다.
상기 금속 및 비금속과 기폭제 전처리부(141)는 지뢰와 유사한 물체인 쇠붙이, 깡통, 나무뿌리, 돌, 굳은 흙덩이, 기폭제 형상에서 반사된 초고주파 RF방사빔을 전처리시켜 지뢰의 금속과 비금속과, 기폭제가 포함된 지뢰 및 폭약의 신호를 선정하기 위해 오차 요인을 제거시키는 역할을 한다.
이는 도 5에 도시한 바와 같이, 데이터 정렬 작업모드(141a), 지표면 신호 제거모드(141b), 적응필터링모드(141c)로 구성된다.
상기 데이터 정렬 작업모드(141a)는 보행시, 충격으로 인해 안테나본체가 흔들리는 경우에 지표면 신호가 여러 겹으로 겹쳐서 보이는 현상을 보정하여 깨끗하게 지표면 신호로 형성시키는 역할을 한다.
이는 트리거신호부와 벡터분석기가 구성되어, 하나의 센서에서 송수신한 1차원 신호들의 최대치에 해당하는 값들을 지표면 신호로 가정하여 동일 깊이 값에 정렬시켜 구성한다.
여기서, 트리거신호부는 각 기기에 동작 시작의 계기를 주는 신호를 펄스 상태의 파형으로 형성시킨다.
상기 벡터분석기는 지뢰의 금속 및 비금속과 기폭제로부터 반사되거나 산란되어 되돌아오는 초고주파 RF 방사빔 신호, 지뢰와 유사한 물체인 쇠붙이, 깡통, 나무뿌리, 돌, 굳은 흙덩이, 기폭제로 부터 반사되거나 산란되어 되돌아오는 초고주파 RF 방사빔 신호, 지표면 신호를 정렬시켜 검사하는 역할을 한다.
상기 지표면 신호 제거모드(141b)는 정렬된 지표면 신호를 기준으로 헤어커팅방식을 적용하여 제거시키는 역할을 한다.
이는 포지션검출기(Position Detection)와 스캔오브젝터(X,Y Stage Scan Objector)를 통해 정렬된 지표면 신호와 그 주변 신호를 일정 범위 내에서 함께 제거시킨다.
이때, 지표면 신호와 지표면 근처의 지뢰신호가 함께 사라지는 위험이 있으나, 초고주파 RF빔이 지뢰의 금속 및 비금속, 기폭제로부터 반사되거나 산란되어 되돌아오는 신호가 머물면, 시공간에 대한 상관성이 있기 때문에 링 형태로 울려 퍼지는 신호가 남아, 이것을 지뢰 및 폭약에 대한 신호로서 설정시키는 역할을 한다.
상기 적응필터링모드(141c)는 토양에 대한 신호를 공간적으로 모델링하여 이를 기반으로 모델링된 신호와, 초고주파 RF빔이 지뢰의 금속 및 비금속, 기폭제로부터 반사되거나 산란되어 되돌아오는 수신신호와의 차이를 비교하여 지뢰 및 폭약이 존재할 가능성이 높은 지점을 추출한다.
이는 필터링(Filtering)부가 포함되어 구성된다.
즉, 깊이에 따른 신호 크기의 감쇠 현상이 발생하기 때문에 3차원 시공간 데이터에 대하여 오직 공간적으로만 토양신호를 모델링한다.
토양신호를 공간적으로 모델링하는 과정은 다음과 같다.
즉, 금속 및 비금속, 기폭제가 포함된 지뢰가 있는 토양에 대한 데이터로서 입력신호 x와 원하는 신호 d가 들어오게 된다.
입력신호 x에 대하여 적응 필터링을 수행한 후, 산출결과로 출력된 값 y와 원하는 신호 d 사이의 차이를 계산함으로써 오차 e를 연산한다.
그리고 이러한 오차가 최소값을 가지도록 적응 알고리즘을 통해 적응 필터의 계수를 업데이트시킨다.
일예로, 필터의 크기가 5*8이라고 한다면, 가장 중심 픽셀이 원하는 신호가 되고, 중심 픽셀을 전투병의 진행 방향 전후로 1*9 픽셀을 제외한 나머지 신호들이 입력신호 x가 된다. 이 제외한 영역을 차단막이라 부르는데, 신호들이 공간적으로 상관관계가 있을 수 있기 때문에 이러한 효과를 미리 차단하고자 설정된다.
이처럼, 데이터 정렬 작업모드(141a), 지표면 신호 제거모드(141b), 적응필터링모드(141c)로 이루어진 금속 및 비금속, 기폭제 전처리부(141)가 RF방사빔 수신안테나부(140)에 포함되어 구성됨으로서, RF방사빔 수신안테나부(140)에서 지뢰와 유사한 물체인 쇠붙이, 깡통, 나무뿌리, 돌, 굳은 흙덩이, 기폭제 형상에서 반사된 초고주파 RF방사빔을 전처리시켜 1차로, 지뢰의 금속과 비금속, 기폭제가 포함된 지뢰 및 폭약일 가능성이 높은 신호를 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터로 선정할 수가 있다.
다섯째, 본 발명에 따른 GPR 제어부(150)에 관해 설명한다.
상기 GPR(Ground Penetrating Radar) 제어부(150)는 제1 블루투스통신모듈로부터 전송된 지뢰탐지명령신호에 따라 구동되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, RF방사빔 수신안테나부로터 수신된 신호의 지연시간과 신호의 세기를 분석하여 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터를 형성시킨 후, 비선형 회귀모델을 통해 보정시켜 메인 마이크로프로세서유닛부로 전송시키도록 제어하는 역할을 한다.
이는 RF방사빔 송신안테나부로부터 방사된 전자파가 매질의 유전적 특성이 달라지는 경계면으로부터 반사되거나 산란되어 돌아오는 신호를 RF방사빔 수신안테나부에 감지하여 이를 처리하고 분석하는 과정을 통해 지뢰를 탐지한다.
그래서 금속탐지기와는 다르게 지뢰의 금속 및 비금속, 기폭제탐지가 가능하다는 장점을 지닌다. 하지만, 유전적 특성이 다른 경계면에서 반사되어 돌아오는 신호가 무엇이든 탐지하기 때문에 지뢰가 아닌 물체임에도 불구하고 지뢰라고 판단하는 오검출율이 높은 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위해 본 발명에 따른 GPR(Ground Penetrating Radar) 제어부(150)는 도 6에 도시한 바와 같이, 비선형 회귀모델알고리즘엔진부(151)가 포함되어 구성된다.
상기 비선형 회귀모델알고리즘엔진부(151)는 수신되는 초고주파 RF방사빔에서 감지되는 신호의 세기를 송수신되는 깊이에 따라 지수적으로 감쇠하는 현상을 반영하여 토양신호와 잡음으로부터 지뢰 및 폭약이 존재할 가능성이 높은 신호를 검출하는 역할을 한다.
이는 도 6에 도시한 바와 같이, 비선형특성보정모드(151a), 이상치 추출모드(151b), 시공간적 상관성 분석모드(151c)로 구성된다.
상기 비선형 특성보정모드(151a)는 토양의 특성이 균일하다는 가정 아래 수신되는 초고주파 RF빔에서 감지되는 신호의 세기를 송수신되는 깊이에 따라 지수적으로 감쇠하는 현상을 반영하여 로그변환 회귀모형(Log Transformed regression model)을 추정하고, 이를 기반으로 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터가 갖는 고유 특성을 왜곡 없이 비선형 특성이 보정하는 역할을 한다.
여기서, 로그변환 회귀모형은 다음과 같은 과정을 통해 추정된다.
즉, 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터를 지연 시간과 초고주파 RF빔 수신 신호의 세기를 각각 독립변수와 종속변수로 하는 산점도로 표현하면 종속변수와 독립변수는 비선형적 관계를 갖는다.
독립변수에 로그 변환을 취하면 두 변수의 관계는 선형적으로 변환된다.
먼저, 종속변수와 로그-독립 변수간의 상관관계를 다음의 수학식 1과 같은 로그변환 회귀모형을 이용하여 추정한다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2015003901-appb-I000001
여기서, t와 y는 각각 지연 시간과 초고주파 RF빔 수신 신호의 세기를 의미하고, β0는 지표면에서의 수신 신호의 세기값을 뜻하고, β1은 매질의 손실 정도에 따라 달라지는 감쇠 상수를 말한다.
즉, 도 27에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 비선형 특정보정모드의 결과를 도시한 그래프에 관한 것이다.
여기서, 토양 신호는 주로 회귀 직선의 근처에 밀집해 있고, 지뢰탐지신호(target signal)는 회귀 직선으로부터 멀리 떨어져서 분포되는 특성을 보였다.
그 이유는 토양 신호와 지뢰탐지신호의 크기가 다르고, 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터를 구성하는 신호 중 가장 많은 비중을 차지하는 신호가 토양신호이기 때문이다.
상기 수학식 1의 β0, β1은 매질에 따라 달라지는 값이므로 입력되는 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터를 이용하여 추정한다.
로그변환 회귀모형을 통해 추정한 신호세기(
Figure PCTKR2015003901-appb-I000002
)는 다음의 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2015003901-appb-I000003
여기서, ti, εi는 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터에서 각각 i번째 지연시간 샘플과 i번째 지연시간에서의 안테나 측정 잡음 신호를 의미한다.
안테나 측정 잡음은 평균이 0, 표준편차가 σ인 정규 분포를 따르므로 추정신호의 세기는 다음의 수학식 3과 같은 정규분포를 따른다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2015003901-appb-I000004
상기 이상치 추출모드(151b)는 유사 지뢰 신호들을 추출하기 위해, 로그변환 회귀모형의 회귀 곡선으로부터 멀리 떨어져 분포하는 신호들에 대해 이상치를 설정하고 해당 픽셀들을 반복적인 과정을 통해 지뢰탐지신호를 검출하는 역할을 한다.
이는 스튜던트 추정오차알고리즘엔진부(Studentized residual)가 포함되어 구성된다.
상기 스튜던트 추정오차알고리즘엔진부(Studentized residual)는 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터 중 로그변환회귀모형의 회귀 곡선으로부터 멀리 떨어진 거리를 연산시키는 역할을 한다.
이는 다음의 수학식 4와 같이 표현된다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2015003901-appb-I000005
여기서, yij와
Figure PCTKR2015003901-appb-I000006
는 각각 i번째 시간 슬라이스의 j번째 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터 신호의 세기와 i번째 시간 슬라이스의 금속 및 비금속,기폭제탐지데이터 신호 세기의 추정 값을 말하고,
Figure PCTKR2015003901-appb-I000007
는 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터의 표준오차에 대한 비 편향 추정치에 관한 것이다.
Figure PCTKR2015003901-appb-I000008
는 ln(t)의 평균값이고, ti는 i번째 지연 시간 샘플의 값이며,
스튜던트 추정오차알고리즘엔진부(Studentized residual)를 통한 스튜던트 추정오차(STT)는 다음의 수학식 5과 같이 표현된다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2015003901-appb-I000009
이때, 스튜던트 추정오차(STT)의 값이 특정 값(threshold)보다 작다면 토양신호로 판단하여 제거하고 그렇지 않다면 다시 로그변환 회귀모형의 입력 신호로 넣고 앞서 설명한 과정을 반복한다. 이 반복 과정에서 수렴하는 신호들을 지뢰탐지신호(=target signal)로서 검출한다.
상기 시공간적 상관성 분석모드(151c)는 잡음과 지뢰탐지신호를 구별하기 위해 지뢰탐지신호가 지니는 시공간적 특징에 기반 한 상관성 척도를 활용하여 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터를 검출하는 역할을 한다.
이는 도 7에 도시한 바와 같이, 3차원 레이블링부(151c-1), 시간적 중심일관성부(151c-2), 원형도검사부(151c-3), 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터검출부(151c-4)로 구성된다.
상기 3차원 레이블링부(151c-1)는 추출된 복수개의 지뢰탐지신호들에 대하여 3차원 레이블링을 수행시키는 역할을 한다.
이는 공간적으로 뭉쳐져 있는 신호들을 하나의 객체로 분리하고 고유번호를 부여시킨다.
상기 시간적 중심일관성부(151c-2)는 하나의 레이블에 포함된 시간 슬라이스들의 중심 좌표와 레이블 전체 공간 중심 좌표 사이의 차이를 통해 잡음을 필터링시키는 역할을 한다.
이는 임의의 레이블에 포함된 시간 슬라이스들의 중심좌표와 레이블 전체의 공간 중심 좌표의 차이가 미리 설정된 기준치보다 크다면 잡음신호로 판단하여 제거시키도록 구성된다.
상기 원형도검사부(151c-3)는 시간적 중심일관성부를 통해 수행한 결과 남아 있는 레이블들에 대하여 원형도를 레이블단위로 실시한 후, 하나의 레이블에 포함된 시간 슬라이스들을 모두 합산하여 0과 255만으로 이루어진 한장의 슬라이스로 만들어 수행시키는 역할을 한다.
여기서, 원형도(R)은 형상의 모양이 얼마나 원에 가까운가를 나타내는 척도로써, 이상적인 원에 대해 1의 값이 나오며, 원형에서 멀어질수록 값이 작아지게 된다.
이때, 원형도(R)의 계산식은 다음의 수학식 6과 같이 표현된다.
[수학식 6]
Figure PCTKR2015003901-appb-I000010
여기서, L은 레이블의 고유번호, A(L)은 L번째 레이블의 면적, l(L)은 L번째 레이블의 둘레 또는 형상의 경계 길이이다.
동일한 면적에서 형상이 복잡해질수록 경계의 길이가 늘어나므로 원형도는 떨어지게 된다.
상기 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터검출부(151c-4)는 상기 시간중심일관성부와 원형도검사부를 통해 수행한 결과를 기준으로, 지뢰 및 폭약이 존재할 가능성이 높은 위치를 나타내는 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터를 검출시키는 역할을 한다.
이처럼, 비선형특성보정모드(151a), 이상치 추출모드(151b), 시공간적 상관성 분석모드(151c)로 이루어진 비선형 회귀모델알고리즘엔진부(151)가 GPR 제어부(150)에 포함되어 구성됨으로서, GPR 제어부(150)를 통해, 2차로 수신되는 초고주파 RF빔에서 감지되는 신호의 세기를 송수신되는 깊이에 따라 지수적으로 감쇠하는 현상을 반영하여 로그변환 회귀모형(Log Transformed regression model)을 추정하고, 이를 기반으로 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터가 갖는 왜곡 없는 비선형감쇠특성을 보상시킨 후, 포물면 특성을 지닌 지뢰탐지신호의 시간적 중심일관성과 원형성을 활용하여 지뢰 및 폭약이 존재할 가능성이 높은 위치를 검출할 수가 있다.
여섯째, 본 발명에 따른 제1 블루투스통신모듈(160)에 관해 설명한다.
상기 제1 블루투스통신모듈(160)은 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)와 블루투스통신망으로 연결되어, 메인 마이크로프로세서 유닛부로부터 지뢰탐지명령신호를 수신 받아 GPR 제어부로 전달시키고, 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터를 메인 마이크로프로세서유닛부로 송신시키는 역할을 한다.
또한, 본 발명에 따른 휴먼바디 안테나부는 제1 블루투스통신모듈을 대신하여, SPI 통신을 통해 인터페이스로 연결되어, 메인 마이크로프로세서 유닛부로부터 지뢰탐지명령신호를 수신 받고, 메인 마이크로프로세서 유닛부에는 휴먼바디안테나부에서 감지된 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터를 송신시키도록 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)에 관해 설명한다.
상기 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)는 각 기기의 전반적인 동작을 제어하는 역할을 한다.
이는 방탄조끼몸체의 내부 일측에 형성되어 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 휴먼바디 안테나부로부터 탐지된 신호를 수신 받아 지뢰거리위치형태재질과, 위치지형을 2D 또는 3D로 연산시킨 후, 수신 받은 GPS 위치정보데이터와 함께 스마트안경부와 바디장착형 LCD 모니터로 출력시키도록 제어하며, 무선데이터송수신부를 통해 현재 지뢰위치데이터, 주변지형지물의 영상데이터, 현재 전투병의 위치, 벨트형 전원공급부의 배터리상태를 무선전송을 제어하도록 구성된다.
상기 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)는 도 8에 도시한 바와 같이, 전원 제어부(210), 음성명령 전송부(220), 카메라구동 제어부(230), 금속 및 비금속, 기폭제탐지 제어부(240), 호스트컴퓨터 인터페이스부(250), 탐지신호분석알고리즘 엔진부(260), 탐지영상표출 제어부(270), 메모리부(280), 조명 제어부(290), 모로스부호송수신 제어부(290a), 반도체레이져긴급조명 제어부(290b)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 전원 제어부(210)에 관해 설명한다.
상기 전원 제어부(210)는 스마트안경부, 바디장착형 LCD 모니터부, 무선데이터송수신부, 블랙박스형 카메라부, 보안통신헤드셋의 전원상태를 체크하여, 휴대용 배터리의 전원 부족시, 벨트형 전원공급부를 유선으로 연결시켜 전원을 공급 시키도록 제어명령신호를 보내는 역할을 한다.
둘째, 본 발명에 따른 음성명령 전송부(220)에 관해 설명한다.
상기 음성명령 전송부(220)는 보안통신헤드셋에 음성명령신호와 특수임무지령신호를 스피커음 으로 출력시키는 역할을 한다.
셋째, 본 발명에 따른 카메라구동 제어부(230)에 관해 설명한다.
상기 카메라구동 제어부(230)는 블랙박스형 카메라부와 블루투스통신망으로 연결되어, 블랙박스형 카메라부로 구동명령신호를 출력시키고, 블랙박스형 카메라부에서 촬영한 영상데이터를 수신 받아 메모리부에 전달시키는 역할을 한다.
넷째, 본 발명에 따른 금속 및 비금속, 기폭제탐지 제어부(240)에 관해 설명한다.
상기 금속 및 비금속, 기폭제탐지 제어부(240)는 휴먼바디안테나부와 블루투스통신망으로 연결되어, 휴먼바디안테나부로 지뢰탐지명령신호를 출력시키고, 휴먼바디안테나로부터 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터를 수신 받아 탐지신호분석알고리즘엔진부에 전달시키는 역할을 한다.
다섯째, 본 발명에 따른 호스트컴퓨터 인터페이스부(250)에 관해 설명한다.
상기 호스트컴퓨터 인터페이스부(250)는 RS-232C, USB, WiFi를 통해 원격지 전투지휘서버와 유무선 으로 연결시키는 역할을 한다.
여섯째, 본 발명에 따른 탐지신호분석알고리즘 엔진부(260)에 관해 설명한다.
상기 탐지신호분석알고리즘 엔진부(260)는 금속 및 비금속, 기폭제탐지제어부로부터 수신 받은 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터를 미리 설정된 기준탐지모델링과 비교분석한 후, 지뢰거리위치형태재질과 위치지형을 2D 또는 3D로 연산시키는 역할을 한다.
여기서, 기준탐지모델링은 M-14 대인지뢰의 원통드럼형태와 플라스틱재질과 기폭제탐지데이터, M-16A1 대인지뢰의 원통드럼형태와 금속재질과 기폭제탐지데이터, M-15 대전차 지뢰의 원통드럼형태와 금속 및 비금속재질과 기폭제탐지데이터, M-19대전차지뢰의 사각박스형태와 금속 및 비금속 재질과 기폭제탐지데이터, K-442 대전차지뢰의 원통드럼형태인 금속재질과 기폭제탐지데이터, M-15,19 대전차지뢰 측면에 설치되는 KM1 인력식 발화장치와, 하단부에 설치되는 KM1A1 압력식, 플라스틱재 발화장치의 가느다란 봉의 형태인 철재 및 플라스틱 재질과 기폭제탐지데이터, 급조폭발물(IED)의 철재, 플라스틱 재질 및 볼링공과 같은 기폭제탐지데이터, 철재 반보병 지뢰(2.2t)의 말뚝형 지뢰에 관한 기폭제탐지데이터, 목함 반보병 지뢰(6/57)의 나무도시락형태로 이루어진 기폭제탐지데이터, 목함 반보병 지뢰(44/64)를 나무직사각형 상자형태로 이루어진 기폭제탐지데이터, 철제반보형지뢰(41/46)의 원통드럼형태인 금속재질과 기폭제탐지데이터가 데이터 베이스화로 미리 설정되어, 기폭제탐지 제어부로부터 수신 받은 현재 감지된 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터와 비교기준 값을 비교분석하도록 구성된다.
일곱째, 본 발명에 따른 탐지영상표출 제어부(270)에 관해 설명한다.
상기 탐지영상표출 제어부(270)는 스마트안경부와 바디장착형 LCD 모니터쪽으로 현재 지뢰위치데이터, 주변지형지물의 영상데이터, 비상메세지신호를 표출시키도록 제어시키는 역할을 한다.
여덟째, 본 발명에 따른 메모리부(280)에 관해 설명한다.
상기 메모리부(280)는 영상데이터, 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터, GPS위치데이터를 저장시키는 역할을 한다.
아홉째, 본 발명에 따른 조명 제어부(290)에 관해 설명한다.
상기 조명 제어부(290)는 각 기기의 조명밝기와 온오프구동을 제어시키는 역할을 한다.
열째, 본 발명에 따른 모로스부호송수신 제어부(290a)에 관해 설명한다.
상기 모로스부호송수신 제어부(290a)는 반도체 레이저 다이오드의 온/오프 발광주기를 비상모로스부호방식으로 선택해서 또 다른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치와 동기화시켜 무선통화 시키도록 제어시키는 역할을 한다.
이는 반도체 레이저 다이오드를 통한 중거리, 단거리 광통신 기능으로 GPS정보를 포함한 판독데이터를 원격지의 전략지휘서버로 전송시킨다.
즉, 전투시, EMP(전자기펄스)공격으로 인해 무선통신망이 고장 났을 경우를 대비하여, 반도체 레이저 다이오드 으로 통신시키도록 구성된다.
열한번째, 본 발명에 따른 반도체레이져긴급조명 제어부(290b)에 관해 설명한다.
상기 반도체레이져긴급조명 제어부(290b)는 비상상황발생시, 이웃하는 또 다른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치와 반도체 레이저를 통해 긴급조명으로 비상상황이 발생되었음을 알려주는 역할을 한다.
이처럼, 본 발명에 따른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치는
1차로, RF방사빔 수신안테나부(140)에서 지뢰와 유사한 물체인 쇠붙이, 깡통, 나무뿌리, 돌, 굳은 흙덩이, 기폭제 형상에서 반사된 초고주파 RF방사빔을 전처리시키고, 2차로, GPR 제어부(150)에서 GPR에 감지되는 신호의 세기가 송수신되는 깊이에 따라 지수적으로 감쇠하는 현상을 통해 신호를 보정시키며, 3차로, 탐지신호분석알고리즘 엔진부(260)를 통해 금속 및 비금속, 기폭제탐지 제어부(240)로부터 수신 받은 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터를 미리 설정된 기준탐지모델링과 비교분석해서, 지뢰의 금속 및 비금속과, 지뢰 및 폭약의 기폭제를 식별할 수가 있어, 기존에 비해 지뢰 및 폭약 식별력을 90% 향상시킬 수가 있다.
상기 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)는 탐지신호분석알고리즘 엔진부(260)를 통해 지뢰여부가 판정된 후 와이파이통신망 또는, 블루투스통신망을 이용하여 전투를 수행하는 또 다른 전투병 간의 스마트 웨어러블 지뢰탐지 장치쪽 으로 문자전송, TTS(Text to Speech)신호, 영상전송 중 어느 하나를 선택하여 정보를 전달시키도록 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 스마트 안경부(300)에 관해 설명한다.
상기 스마트 안경부(300)는 도 9에 도시한 바와 같이, 전투병의 눈에 착용하여 글라스 표면상에 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)로부터 전달받은 지뢰거리위치형태재질을 2D/3D 표출데이터, GPS 위치정보데이터, 전투지휘서버에서 보내온 특수임무지령신호를 표출시키고, 야간에 적외선안경모드로 변환되어 주변 객체를 식별시키는 역할을 한다.
이는 도 10에 도시한 바와 같이, 안경프레임(310), 증강현실 디스플레이부(320), 가상이미지 생성부(330), 제2 배터리부(340), 관성센서(350), 온도센서(360), 제2 블루투스통신모듈(370)로 구성된다.
상기 안경프레임(310)은 신체의 코와 귀에 부착되도록 두개의 렌즈, 눈썹 지지틀, 코 브릿지, 귀거치대로 이루어진다.
상기 증강현실디스플레이부(320)는 광가이드 광학부품, 불투명필터, 투시렌즈로 이루어져 가상이미지생성부로부터 생성된 가상이미지를 전달받아 투시 렌즈상에 지뢰거리위치형태재질과 특수임무지령신호를 문자로 표출시키고, 2D/3D 표출데이터와 GPS 위치정보데이터를 증강현실로 표출시키는 역할을 한다.
이는 글라스, 불투명필터, 투시렌즈에다가 OLED 디스플레이로 형성시켜 해상도와 시야를 향상시키기 위해 다중 마이크로 디스플레이로 구성된다.
상기 가상이미지 생성부(330)는 가상이미지를 조준렌즈를 통해 광가이드 광학부품으로 투사시키는 역할을 한다.
이는 야간 전투시, 가상이미지에다가 색상변환이미지를 조준렌즈를 통해 광가이드 광학부품으로 투사시켜 적외선 안경모드로 변환시킨다.
상기 제2 배터리부(340)는 안경프레임의 귀 거치대 선단 일측에 위치되어, 각 기기에 전원을 공급시키는 역할을 한다.
이는 도 11에 도시한 바와 같이, 제2 휴대용 배터리(341), 제2 자가전원연결부(342)로 구성된다.
상기 제2 휴대용 배터리(341)는 리튬이온 배터리가 팩구조로 형성되어 각 기기에 메인전원을 공급시키는 역할을 한다.
상기 제2 자가전원연결부(342)는 제2 휴대용 배터리의 방전시, 벨트형 전원공급부(600)를 통해 유선으로 비상용 자가전원을 공급받는 역할을 한다.
상기 관성센서(350)는 안경프레임의 위치, 방향, 가속을 감지하는 역할을 한다.
상기 온도센서(360)는 안경프레임 주변의 온도를 감지하는 역할을 한다.
상기 제2 블루투스통신모듈(370)은 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)와 블루투스통신망으로 연결되어, 메인 마이크로프로세서 유닛부로부터 지뢰거리위치형태재질데이터, 특수임무지령신호데이터, 2D/3D 표출데이터, GPS 위치정보데이터를 수신 받아 증강현실디스플레이부(320)에 전달시키고, 관성센서값과 온도센서값을 송신시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 스마트 안경부(300)는 증강현실디스플레이부(320) 상단 일측에 전투병의 음성을 인식하여 전투병이 바라보는 시선을 중심으로 영상을 촬영시키는 보조 카메라부(380)가 포함되어 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치(1)는 도 12에 도시한 바와 같이, 휴먼바디 안테나부(100), 메인 마이크로프로세서 유닛부(200), 스마트 안경부(300)에다가 바디장착형 LCD 모니터부(400)가 포함되어 구성된다.
상기 바디장착형 LCD 모니터부(400)는 신체에 탈, 부착식으로 설치되어, 메인 마이크로프로세서 유닛부로부터 전달받은 지뢰거리위치형태재질을 2D/3D 표출데이터, GPS 위치정보데이터를 LCD 화면상에 표출시키고, 키패드를 통해 입력된 전투병의 요청신호(Request)를 메인 마이크로프로세서 유닛부로 전달시키며, 지뢰에 접근하는 거리별로 경고음을 출력시키는 역할을 한다.
이는 도 13에 도시한 바와 같이, 모니터본체(410), 키패드부(420), 제2 블루투스통신모듈(430)로 구성된다.
상기 모니터본체(410)는 사각형상으로 이루어져, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 LCD 모니터, LED 모니터 중 어느 하나로 구성된다.
상기 키패드부(420)는 숫자와 한글로 이루어져, 전투병의 요청신호(전투명령신호, 전투장비 보급신호, 부상신호 등)를 입력시키는 역할을 한다.
상기 제2 블루투스통신모듈(430)은 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)와 블루투스통신망으로 연결되어, 메인 마이크로프로세서 유닛부로부터 지뢰거리위치형태재질을 2D/3D 표출데이터, GPS 위치정보데이터를 수신 받아 모니터본체로 전달시키고, 키패드부를 통해 입력된 전투병의 요청신호를 메인 마이크로프로세서 유닛부로 송신시키는 역할을 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치(1)는 도 14에 도시한 바와 같이, 휴먼바디 안테나부(100), 메인 마이크로프로세서 유닛부(200), 스마트 안경부(300)에다가 무선데이터 송수신부(500)가 포함되어 구성된다.
상기 무선데이터 송수신부(500)는 방탄조끼몸체의 내부 하단 일측에 형성되어 원격지 전투지휘서버와 WiFi 무선통신망으로 연결시켜 메인 마이크로프로세서 유닛부의 제어하에 현재 지뢰위치데이터, 주변지형지물의 영상데이터, 현재 전투병의 위치, 벨트형 전원공급부의 배터리 상태를 송신시키고, 이에 따른 응답신호로서 음성명령신호와 특수임무지령신호를 수신 받아 메인 마이크로프로세서 유닛부로 전달시키는 역할을 한다.
이는 WiFi 무선통신모듈로 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치(1)는 도 15에 도시한 바와 같이, 휴먼바디 안테나부(100), 메인 마이크로프로세서 유닛부(200), 스마트 안경부(300)에다가 벨트형 전원공급부(600)가 포함되어 구성된다.
상기 벨트형 전원공급부(600)는 신체에 부착되어 각 기기에 전원을 공급시키는 역할을 한다.
이는 도 16에 도시된 바와 같이, 벨트형상의 몸체(610)에 복수개의 휴대용 리튬이온 배터리(620)가 장착되어 구성된다.
그리고, 복수개의 휴대용 리튬이온 배터리는 DC 5V, 12V, 24V 변환 아답터를 통해 메인 마이크로프로세서 유닛부(200), 스마트 안경부(300), 바디장착형 LCD 모니터부(400), 무선데이터 송수신부(500), 블랙박스형 카메라부(700), 보안통신헤드셋(800)에 맞게 변환된 후, 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)의 제어신호에 따라 스마트 안경부(300), 바디장착형 LCD 모니터부(400), 무선데이터 송수신부(500), 블랙박스형 카메라부(700), 보안통신헤드셋(800)에 공급된다.
또한, 본 발명에 따른 벨트형 전원공급부는 신체의 등 부위 또는 방탄헬멧 상에 태양 전지셀을 형성시켜, 태양전기를 축전시키는 태양 전지형 전원공급부가 포함되어 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치(1)는 도 17에 도시한 바와 같이, 휴먼바디 안테나부(100), 메인 마이크로프로세서 유닛부(200), 스마트 안경부(300)에다가 블랙박스형 카메라부(700)가 포함되어 구성된다.
상기 블랙박스형 카메라부(700)는 도 18에 도시한 바와 같이, 신체의 머리에 씌워지는 방탄헬멧 상단 일측에 위치되어, 전투병이 이동하는 주변상황을 실시간 영상촬영 시키고, 촬영한 영상데이터를 저장시키는 역할을 한다.
이는 도 19에 도시한 바와 같이, 카메라본체(710), GPS 수신기(720), 카메라부(730), 내부 메모리부(740), 제3 블루투스통신모듈(750)로 구성된다.
상기 카메라본체(710)는 외형구조로서, 원통형상으로 이루어져 각 기기를 지지하고 보호하는 역할을 한다.
상기 GPS 수신기(720)는 카메라본체(710)의 측면 일측에 형성되어 GPS 위성으로부터 GPS 정보를 수신하면서 전투병의 현재 위치를 수신 받는 역할을 한다.
이는 신체의 헤드상에 위치되어, 숲이나, 산악지대에서 정확하게 GPS 정보를 수신 받을 수 있도록 구성된다.
상기 카메라부(730)는 카메라본체의 헤드부상에 형성되어 전투병이 이동하는 주변상황을 실시간 영상 촬영하는 역할을 한다.
상기 내부 메모리부(740)는 카메라본체의 내부공간에 밀폐박스형상으로 형성되어, GPS 수신기로부터 수신된 전투병의 현재위치데이터와, 카메라부로부터 촬영된 영상데이터를 저장시키는 역할을 한다.
상기 제3 블루투스통신모듈(750)은 내부 메모리부 일측에 위치되고, 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)와 블루투스통신망으로 연결되어, 내부 메모리부에 저장된 전투병의 현재위치데이터와 영상데이터를 전송시키는 역할을 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치(1)는 도 20에 도시한 바와 같이, 휴먼바디 안테나부(100), 메인 마이크로프로세서 유닛부(200), 스마트 안경부(300)에다가 보안통신헤드셋(800)가 포함되어 구성된다.
상기 보안통신헤드셋(800)는 도 21에 도시한 바와 같이, 전투병의 귀와 입에 착용하여 이웃하는 또 다른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치와 비상 모로스부호방식으로 동기화시켜 무선 통화시키고, 메인 마이크로프로세서 유닛부로 전송된 음성명령신호와 특수임무지령신호를 스피커음 으로 출력시키는 역할을 한다.
이는 이어폰과 마이크가 일체형으로 구성된다.
상기 보안통신헤드셋은 분석된 음성신호 정보와 탐지병의 음성신호를 송수신시키도록 구성된다.
이처럼, 본 발명에 따른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치는 도 23에 도시한 바와 같이, 휴먼바디 안테나부(100), 메인 마이크로프로세서 유닛부(200), 스마트 안경부(300)에다가 바디장착형 LCD 모니터부(400), 무선데이터 송수신부(500), 벨트형 전원공급부(600), 블랙박스형 카메라부(700), 보안통신 헤드셋(800) 중 어느 하나 또는 둘 이상이 선택되어 구성됨으로서, 전투복을 입은 상태에서 신체에 탈,부착식으로 부착되어 전방과 측면에 위치한 지뢰의 금속 및 비금속, 기폭제를 초고주파 RF빔과 중성자 기법을 통해 360°전방위로 탐지한 후, 전투병에게 알려주어 지뢰를 회피하면서 전투를 수행할 수 있도록 실시간 데이터를 전송시켜줄 수가 있다.
이하, 본 발명에 따른 스마트 웨어러블 지뢰탐지방법에 관해 설명한다.
먼저, 도 24에 도시한 바와 같이, RF방사빔 송신안테나부를 통해 플렉시블 루프방사형 안테나구조로 초고주파 RF 방사빔과 중성자를 전방지면, 측방지면으로 복수개로 방사시킨다(S10).
다음으로, RF방사빔 수신안테나부에서 RF방사빔 송신안테나부를 통해 방사된 RF빔이 지뢰의 금속 및 비금속, 기폭제로부터 반사되거나 산란되어 되돌아오는 신호를 감지한다(S20).
다음으로, GPR 제어부에서 RF방사빔 수신안테나부로터 수신된 신호의 지연시간과 신호의 세기를 분석하여 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터를 형성시킨 후, 비선형 회귀모델을 통해 보정시켜 메인 마이크로프로세서 유닛부로 전송시킨다(S30).
다음으로, 메인 마이크로프로세서 유닛부에서 휴먼바디 안테나부로부터 탐지된 신호를 수신 받아 지뢰거리위치형태재질과 위치지형을 2D 또는 3D로 연산시킨다(S40).
끝으로, 메인 마이크로프로세서 유닛부를 통해 지뢰거리위치형태재질을 2D/3D 표출데이터, GPS 위치정보데이터를 스마트안경부와 바디장착형 LCD 모니터로 출력시킨다(S50).
즉, 도 26에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치를 신체의 머리, 몸통, 팔, 허리, 다리 등에 탈, 부착식으로 부착되어 전방과 측면에 위치한 지뢰의 금속 및 비금속, 기폭제를 초고주파 RF빔과 중성자 기법을 통해 360°전방위로 탐지한 후, 전투병에게 알려주어 지뢰를 회피하면서 전투를 수행시킨다.
이하, 본 발명에 따른 메인 마이크로프로세서 유닛부의 제어하에 구동되는 휴먼바디 안테나부의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
먼저, 도 25에 도시한 바와 같이, 메인 마이크로프로세서 유닛부의 제어하에 휴먼바디 안테나부를 구동시킨다(S310). 이때, 자체 진단모드를 실시하여 이상 유무를 점검한다.
다음으로, 메인 마이크로프로세서 유닛부의 제어하에 휴먼바디 안테나부의 GPR 운영모드(GPR 자동모드 또는 GPR 반자동모드)를 결정하고, 휴먼바디 안테나부의 배터리 상태를 점검 후, 배터리 부족시 알람신호와 함께 벨트형 전원공급부를 통해 비상용 자가전원모드를 통해 휴먼바디 안테나부에 전원을 공급시킨다(S320).
다음으로, 휴먼바디 안테나부의 GPR 운영모드가 선택되지 않으면, 서브 터미널을 통해 수동검색 후, 선택된 터미널을 등록 또는 삭제시켜 비디오 터미널과 오디오 헤드셋을 설정 등록시킨다(S330).
다음으로, 휴먼바디 안테나부의 GPR 운영모드가 선택되면, 휴먼바디 안테나부를 구동시켜 RF방사빔 송신안테나부를 통해 탐지전파를 발생시킨다(S340).
다음으로, 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)의 탐지신호분석 알고리즘엔진부(260)에서 휴먼바디 안테나부(100)로부터 수신 받은 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터를 미리 설정된 기준탐지모델링과 비교분석한 후, 지뢰거리위치형태재질과 위치지형을 2D 또는 3D로 연산시킨다(S350).
다음으로, 메인 마이크로프로세서 유닛부의 탐지영상 표출제어부(270)에서 스마트 안경부와 바디장착형 LCD 모니터부쪽으로 현재 지뢰위치데이터, 주변지형지물의 영상데이터, 비상 메시지 신호를 표출시키도록 제어시킨다(S360).
다음으로, 현재 지뢰위치데이터, 주변지형지물의 영상데이터, 비상 메시지 신호를 메모리부에 저장시킨다(S370).
다음으로, 계속해서 메인 마이크로프로세서 유닛부의 제어하에 휴먼바디 안테나부를 통해 지뢰를 탐지할 것인지 여부를 체크한다(S380).
끝으로, 지뢰탐지를 종료한다는 신호가 입력되면, 지뢰탐지를 종료시킨다(S390).
지상 및 지하에 매설된 지뢰를 효과적으로 탐지할 수 있고, 전투병이 지뢰를 회피하면서 전투를 할 수 있어 전투효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 신체에 탈, 부착식으로 설치되어 초고주파 RF빔과 중성자 기법을 통해 지뢰를 탐지하는 휴먼바디 안테나부(100)와,
    각 기기의 전반적인 동작을 제어하는 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)와,
    전투병의 눈에 착용하여 글라스 표면상에 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)로부터 전달받은 지뢰거리위치형태재질을 2D/3D 표출데이터, GPS 위치정보데이터, 전투지휘서버에서 보내온 특수임무지령신호를 표출시키는 스마트 안경부(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 휴먼바디 안테나부(100)는
    발진주파수 대역폭 300MHz~500MHz 전자파유동방식을 적용시키고, 지뢰탐지메시지 발생 가청주파수를 1000Hz~2000Hz로 설정한 후, 플렉시블 루프방사형 안테나구조로 초고주파 RF 방사빔과 중성자 기법을 전방지면, 측방지면으로 복수개로 방사시키는 것을 특징으로 하는 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 휴먼바디 안테나부(100)는
    지뢰와 유사한 물체인 쇠붙이, 깡통, 나무뿌리, 돌, 굳은 흙덩이, 기폭제 형상에서 반사된 초고주파 RF방사빔과 중성자를 전처리시켜 지뢰의 금속 및 비금속 과, 기폭제가 포함된 지뢰 및 폭약의 신호를 선정하기 위해 오차 요인을 제거시키는 기폭제 전처리부(141)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 휴먼바디 안테나부(100)는
    수신되는 초고주파 RF방사빔과 중성자 기법에서 감지되는 신호의 세기를 송수신되는 깊이에 따라 지수적으로 감쇠하는 현상을 반영하여 토양신호와 잡음으로부터 지뢰 및 폭약이 존재할 가능성이 높은 신호를 검출하는 비선형 회귀모델알고리즘 엔진부(151)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 휴먼바디 안테나부(100)는
    둥근 부채꼴형상으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)는
    수신받은 금속 및 비금속, 기폭제탐지데이터를 미리 설정된 기준탐지모델링과 비교분석한 후, 지뢰거리위치형태재질과 위치지형을 2D 또는 3D로 연산시키는 탐지신호분석 알고리즘 엔진부(260)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치는
    신체에 탈,부착식으로 설치되어, 메인 마이크로프로세서 유닛부(200)로부터 전달받은 지뢰거리위치형태재질을 2D/3D 표출데이터, GPS 위치정보데이터를 LCD 화면상에 표출시키는 바디장착형 LCD 모니터부(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치는
    원격지 전투지휘서버와 WiFi 무선통신망으로 연결되어 양방향 데이터 통신을 하는 무선데이터 송수신부(500)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 웨어러블 지뢰탐지장치.
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