KR102135121B1 - 무감지 구간 없이 연속 설치 가능한 전파 반사체 기반 fmcw 레이더 센서 및 이를 이용한 연속 설치가 가능한 fmcw 레이더 센서의 무감지 구간을 없애는 감시 방법 - Google Patents

무감지 구간 없이 연속 설치 가능한 전파 반사체 기반 fmcw 레이더 센서 및 이를 이용한 연속 설치가 가능한 fmcw 레이더 센서의 무감지 구간을 없애는 감시 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명 무감지 구간 없이 연속 설치 가능한 전파 반사체 기반 FMCW 레이더 감지기는 레이더 신호를 생성하는 레이더 신호 생성부와 상기 레이더 신호 생성부에서 생성된 레이더 신호를 감시 영역으로 방사하는 레이더 신호 송신부와 상기 감지 영역으로 방사된 레이더 신호를 반사하는 것으로 감지 영역의 끝부에 설치되는 기준 반사판과 기준 반사판에 의한 반사 신호와 감지 영역 내의 침입자에 의한 반사 신호와 확장 감지 영역의 침입자에 의한 반사 신호 및 감지 영역 밖의 반사체에 의한 반사 신호를 수신하는 레이더 신호 수신부와, 수신된 신호가 상기 기준 반사판에서 반사된 반사 신호인지 여부, 기본 감지 영역 내의 침입자 존재에 의한 반사 신호인지 여부, 확장 감지 영역 내의 침입자 존재에 의한 반사 신호인지 여부, 감지 영역 밖의 반사체에 의한 신호인지 여부를 판단하는 신호 처리부로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

무감지 구간 없이 연속 설치 가능한 전파 반사체 기반 FMCW 레이더 센서 및 이를 이용한 연속 설치가 가능한 FMCW 레이더 센서의 무감지 구간을 없애는 감시 방법{Reflector based FMCW radar Sensor capable of Casaded Radar Installation without Non Detecting Area and Method thereof}
본 발명은 반사체 위치 및 감지 영역 내외부에서의 복합적인 신호 변화 분석을 통하여 레이더 센서를 연속하여 설치하는 경우에 발생하는 연결 부위에서의 무감지 영역 문제를 해결하기 위한 전파 반사체 기반의 주파수 변조(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 센서에 관한 것이다.
본 발명과 관련된 종래 기술은 대한민국 공개특허 제10-2018-0062558호(2018. 6. 11. 공개)에 개시되어 있는 것이다. 도 1은 상기 종래의 반사판 기반 침입 탐지 레이더에서 침입자 위치 측정 방법 흐름도이다. 상기도 1에서 종래의 반사판 기반 침입 탐지 레이더에서 침입자 위치 측정 방법은 레이더에서 레이더 신호를 감지 구역으로 방사하는 단계(S11)와, 레이더 감지 영역 끝에 설치된 반사판에서 반사되는 레이더 반사 신호를 수신하는 단계(S12)와, 상기 레이더 신호와 반사 수신 신호를 기초로 반사판의 위치를 산정하는 단계(S13)와, 반사 수신 신호의 S/N을 산정하는 단계(S14)와, 상기 S/N을 기초로 반사판 위치의 수신 신호가 기준 신호보다 많이 변하는지 여부를 판단하는 단계(S15)와, 수신 신호가 기준보다 많이 변화하면 반사판이 아닌 다른 주파수에서 침입 신호가 있는지 여부를 판단하는 단계(S16)와, 다른 주파수에서의 침입 신호가 있는 경우 침입 위치를 산정하는 단계(S17) 및 알람을 제공하는 단계(S18)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 상기 S15 단계에서 기준 신호보다 많이 변화하지 않으면 S14 단계부터 다시 시작하는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 상기 S16 단계에서 다른 주파수에서 침입 신호가 없는 경우에 레이더 근거리 침입 여부를 판단하는 단계(S19) 및 상기 S19 단계에서 레이더 근거리 침입의 경우 S18 단계로 이행되는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 상기 S19 단계에서 레이더 근거리 침입이 아닌 경우 반사판 근거리 침입으로 판단하는 단계(S20)를 거쳐 S18 단계로 이행되는 것을 특징으로 하는 것이다. 상기 S15 단계에서 기준 신호는 최초 시스템 기동 시 일정 시간(주기) 동안의 Max(큰 값들)의 평균값이거나 Min(작은 값들)의 평균값이 되고 이 기준 신호는 정해진 주기마다 업데이트되는 것이다.
도 2는 기존 반사체 기반 레이더 센서를 연속설치하는 구성도이다. 상기도 2에서 기존 반사체 기반 레이더 센서를 연속설치하면 연결 부위에서 무감지 구간이 발생하는 것을 나타내고 있는 것이다. 따라서 무감지 구간의 감지 성능 보완을 위하여 별도의 센서를 추가하거나 레이더 센서를 교차 설치하여야 하는 것이다.
상기와 같이 구성된 종래의 반사판 기반 침입 탐지 레이더에서 침입자 위치 측정 방법은 레이더와 반사판 사이의 감시 구역 내의 침입자를 감시할 수 있으나 레이더를 연속 설치하는 경우 연결 부위에서의 무감지 영역이 발생하는 문제점이 있는 것이다. 따라서 본 발명의 목적은 감시 구역을 감시하기 위하여 레이더를 연속설치하는 경우에도 침입자의 무감지 영역이 발생하지 않도록 하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명 무감지 구간 없이 연속 설치 가능한 전파 반사체 기반 FMCW 레이더 감지기는 레이더 신호를 생성하는 레이더 신호 생성부와 상기 레이더 신호 생성부에서 생성된 레이더 신호를 감시 영역으로 방사하는 레이더 신호 송신부와 상기 감지 영역으로 방사된 레이더 신호를 반사하는 것으로 감지 영역의 끝 부분에 설치되는 기준 반사판과 기준 반사판에 의한 반사 신호와 감지 영역 내의 침입자에 의한 반사 신호와 확장 감지 영역의 침입자에 의한 반사 신호 및 감지 영역 밖의 반사체에 의한 반사 신호를 수신하는 레이더 신호 수신부와, 수신된 신호가 상기 기준 반사판에서 반사된 반사 신호인지 여부, 기본 감지 영역 내의 침입자 존재에 의한 반사 신호인지 여부, 확장 감지 영역 내의 침입자 존재에 의한 반사 신호인지 여부, 감지 영역 밖의 반사체에 의한 신호인지 여부를 판단하는 신호 처리부로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명 무감지 구간 없이 연속 설치 가능한 전파 반사체 기반 FMCW 레이더 센서 및 이를 이용한 연속 설치가 가능한 FMCW 레이더 센서의 무감지 구간을 없애는 감시 방법은 FMCW 레이더 센서를 연속 설치하는 경우에도 무감지 영역을 없앨 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 효과는 추가 적인 센서의 설치가 없으므로 전체 구축 비용을 절감할 수 있는 것이다.
도 1은 종래 반사판 기반 침입 탐지 레이더에서 침입자 위치 측정 방법 흐름도,
도 2는 종래 반사체 기반 레이더 감지기의 연속 설치 구성도,
도 3은 본 발명에 적용되는 반사체 기반 FMCW 레이더 센서(감지기)의 기준 반사체 반사 신호,
도 4는 본 발명에 적용되는 확장 감지 구역을 갖는 제안된 반사체 기반 레이더 센서(감지기) 개념도,
도 5는 본 발명 반사체 기반 FMCW 레이더 감지기의 감지 원리 개념도,
도 6은 본 발명에 적용되는 신호 처리부 구성도,
도 7은 본 발명 무감지 구간 없이 연속 설치 가능한 전파 반사체 기반 FMCW 레이더 감지기 구성도,
도 8은 본 발명 연속 설치가 가능한 FMCW 레이더 감지기의 무감지 구간을 없애는 감시 방법에 대한 제어 흐름도이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명 무감지 구간 없이 연속 설치 가능한 전파 반사체 기반 FMCW 레이더 센서(감지기) 및 이를 이용한 연속 설치가 가능한 FMCW 레이더 센서의 무감지 구간을 없애는 감시 방법을 도 3 내지 도 8을 기초로 하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 적용되는 반사체 기반 FMCW 레이더 센서(감지기)의 기준 반사체 반사 신호이다. 상기도 3에서 기존의 반사체 기반 레이더 센서(감지기)는 레이더 감지기 송신부에서 송신한 주파수 신호(fo)를 반사체에서 반사(fo+fb)하여 레이더 감지기의 수신부에서 수신하며 이때의 반사 신호의 변화를 감지하여 경보를 발생시키는 원리이므로 레이더 감지기와 기준 반사체 사이 영역이 기본 감지 구역으로 설정되는 것이다. 즉 기존 반사체 기반 레이더 감지기의 감지 구역은 다음 식 (1)의 fb(beat frequency)를 통하여 구할 수 있는 것이다.
Figure 112018063875518-pat00001
식(1)
여기서 BW(Bandwidth)는 대역폭이고, PRI(pulse Repetition Interval)는 레이더 감지기의 연속적인 Chirp 신호 사이의 시간 간격이고, R은 레이더 감지기로부터 기준 반사체까지의 거리이고, C는 빛의 속도이다. 예를 들어, 대역폭이 40MHz, PRI가 5ms, 반사체까지의 거리가 100m인 기존 반사체 기반 레이더 감지기의 fb 는 5.3KHz이며 주파수 영역에서의 반사체까지의 거리는 약 53Bin(1Bin 당 100Hz 인 경우)이 되는 것이다. 즉 0 ~ 53Bin 까지가 레이더 감지기의 주파수 영역에서의 기본 감지 영역이 되는 것이다. 본 발명에서는 무감지 영역을 없애기 위하여 53Bin 이후의 구간에 대한 수신 신호 해석을 동시에 하여 레이더 감지기 연속 설치 시의 반사체 근거리 이후 구간에 대한 영역까지 감지 구역을 확정하도록 하는 것이다. 이때 레이더 감지기의 연속 설치 시 필요로 하는 반사체 뒤 감지 영역 이외의 구간에서 지나가는 물체들(사람 및 차량 등)에 대한 기준 반사체 신호의 흔들림은 신호 변화의 임계값을 적용하여 적절히 필터링시켜 해당 물체들에 대한 오보를 제거할 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 확장 감지 구역을 갖는 제안된 반사체 기반 레이더 감지기 개념도 이다. 상기도 4에서 본 발명에 적용되는 확장 감지 구역을 갖는 제안된 반사체 기반 레이더 센서(감지기)는 기본 감지 영역 밖의 확장 감지 구역(do ~ dc, 레이더 감지기 연속 설치 시 감지 구역의 확장이 필요한 영역)에서의 수신 신호 변화까지 분석하여 반사체 근거리 이후 및 해당 영역의 위/아래 영역까지 경계할 수 있는 종래보다 더 훨씬 진보된 반사체 기반 레이더 감지기인 것이다.
도 5는 본 발명 반사체 기반 FMCW 레이더 감지기의 감지 원리 개념도 이다. 상기도 5에서 본 발명 반사체 기반 FMCW 레이더 센서(감지기)는 기본 감지 구역 내에서 사람이 dh 위치에 침입할 경우에는 기준 반사체의 신호 변화가 발생함과 동시에 침입한 사람의 위치에서 사람에 의한 반사 신호 또한 존재하게 되는 것이다. 따라서 기준 반사체 신호가 변화해서 기준 경보 임계치(Threshold #1)를 넘었을 때, 이와 동시에 감지 영역 내부에서 일정 크기(또는 변화량)를 넘는 침입 신호가 발견되면 해당 이벤트는 감지 영역 내부에 침입한 것으로 간주하여 최종적으로 침입 행위가 있는 것으로 간주하여 경보를 울리는 것이다. 그리고 기준 반사체의 신호가 변화해서 기준 임계치(Threshold #1)를 넘었지만 감지 영역 내부에는 침입 신호가 발견되지 않고 기준 반사체 뒤쪽 영역인 do ~ dc에서 별도의 기준 임계치(Threshold #2)를 넘는 신호가 발생하면 해당 구간에서 침입 행위가 이루어진 것으로 간주하여 경보를 울리는 것이다. 이에 반해 기준 반사체의 신호가 기준 경보 임계치(Threshold #1)를 넘고, 동시에 기본 감지 영역(0 ~ do) 및 확장된 감지 영역(do ~ dc) 내에서 침입 신호가 발견되지 않으며 dc 이외의 영역에서 신호 변화가 발생했을 경우에는 원하지 않는 감지 영역(확장 감지 영역 외)에 다양한 물체(사람 및 차량 등)들이 감지된 경우로 판단하여 최종적으로 경보를 울려 주지 않는 것이다. 상기에서 레이더 감지기의 확장 구간을 정의하는 거리인 dc는 레이더 감지기를 연속하여 설치할 때 발생하는 감지기와 설치 pole의 물리적인 폭(기존의 무감지 영역)보다 넓게 설정한다. 예를 들어, 레이더 감지기를 도 2와 같이 연속으로 설치하는 경우 감지기, 반사체 및 설치 Pole의 물리적인 폭이 50cm이고 앞서 설명한 주파수 영역에서의 감지 거리 53 Bin, 100m 감지영역을 갖는 레이더 감지기인 경우에는 1Bin 당 약 1.9m 이므로 물리적인 폭 50cm 구간을 감지하기 위하여 필요한 확장 구간 dc는 54Bin(53Bin+1Bin)이 되는 것이다. 따라서 본 발명은 기준 반사체의 신호 변화뿐만 아니라 감지 영역 내부 및 감지 영역 외부의 신호 변화를 복합적으로 분석한 후 최종적으로 경보를 울리는 레이더 감지기이기 때문에 감지기를 연속하여 설치할 때 기준 반사체 근거리 뒤 영역까지 확장해서 경보를 울려줄 수도 있는 것이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 신호 처리부 구성도이다. 상기도 6에서 본 발명에 적용되는 신호 처리부는 기준 반사체 신호 변화(도 5의 ①) 판단 블록(42)과, 감지 영역 내부 신호 변화(도 5의 ②) 판단 블록(44)과, 확장 감지 영역 신호 변화(도 3의 ③) 판단 블록(46)과, 감지 영역 외부 신호 변화(도 5의 ④)판단 블록(48)으로 구성되고, 기준 반사체 신호 변화 판단 블록(42)은 기준 반사체(do) 반사 신호의 변화를 판단하는 블록으로써 고유의 기준 임계치(Threshold #1)를 기준으로 신호 변화 유무를 판단하는 것이고, 감지 영역 내부(0 ~ do) 신호 변화 판단 블록(44)은 감지 영역 내부에서의 신호 변화를 판단하는 블록으로써 고유의 기준 임계치(Threshold #2)를 기준으로 침입 유무를 판단하는 것이고, 확장 감지 영역 신호 변화 판단 블록(46)은 확장 감지영역에서의 신호 변화를 판단하는 블록으로써 고유의 기준 임계치(Threshold #3)를 기준으로 확장 감지 영역(do ~ dc)에서의 침입 유무를 판단하는 것이고, 감지 영역 외부 신호 변화 판단 블록(48)은 감지영역 외부에서의 신호 변화를 판단하는 블록으로써 고유의 기준 임계치(Threshold #4)를 기준으로 감지 영역 외부(dc 외부)에서의 반사체 존재 유무를 판단하는 것이다.
도 7은 본 발명 무감지 구간 없이 연속 설치 가능한 전파 반사체 기반 FMCW 레이더 감지기 구성도이다. 상기도 7에서 본 발명 무감지 구간 없이 연속 설치 가능한 전파 반사체 기반 FMCW 레이더 감지기는 레이더 신호를 생성하는 레이더 신호 생성부(10)와 상기 레이더 신호 생성부에서 생성된 레이더 신호를 감지 영역으로 방사하는 레이더 신호 송신부(20)와 상기 감지 영역으로 방사된 레이더 신호를 반사하는 것으로 감지 영역의 끝부에 설치되는 반사판(50)과 반사판에 의한 반사 신호와 감지 영역 내의 침입자에 의한 반사 신호와 확장 감지 영역의 침입자에 의한 반사 신호 및 감지 영역 밖의 반사체에 의한 반사 신호를 수신하는 레이더 신호 수신부(30)와, 수신된 신호가 상기 반사판에서 반사된 반사 신호인지 여부, 기본 감지 영역 내의 침입자 존재에 의한 반사 신호인지 여부, 확장 감지 영역 내의 침입자 존재에 의한 반사 신호인지 여부, 감지 영역 밖의 반사체에 의한 반사 신호인지 여부를 판단하고 감지 영역 또는 확장 감지 영역 내에 침입자가 존재하는 것으로 판단되는 경우 알람부(60)로 제어 신호를 전송하여 경보를 발생키시는 신호 처리부(40)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
도 8은 본 발명 연속 설치가 가능한 FMCW 레이더 감지기의 무감지 구간을 없애는 감시 방법에 대한 제어 흐름도 이다. 상기도 8에서 본 발명 연속 설치가 가능한 FMCW 레이더 감지기의 무감지 구간을 없애는 감시 방법은 레이더 감지기가 레이더 반사 신호를 수신하는 단계(S11)와, 레이더 반사 신호가 기준 반사체의 의한 신호의 변화가 있는지 여부를 판단하는 단계(S12)와, 기준 반사체에 의한 신호의 변화가 있으면, 기본 감지 영역 내부의 신호의 변화가 있는지 여부를 판단하는 단계(S13)와, 상기 S13 단계에서 기본 감지 영역 내부 신호의 변화가 있으면 기본 감지 영역 내에 침입자가 존재하는 것으로 판단하여 경보를 발생시키는 단계(S14)와, 상기 S13 단계에서 신호 변화가 없으면, 확장 감지 영역 신호의 변화가 있는지 여부를 판단하는 단계(S15)와, 확장 감지 영역 신호의 변화가 있으면, 확장 감지 영역 외부 신호의 변화가 있는지 여부를 판단하는 단계(S16)와, 신호의 변화가 없으면 확장 감지 영역 내의 침입자가 있는 것으로 판단하여 경보를 발생시키는 단계(S14)로 이어지고, 상기 S15 단계에서 확장 감지 영역 신호의 변화가 없거나 상기 S16 단계에서 확장 감지 영역 외부 신호의 변화가 있으면 외부 반사체에 의한 오보로 판단하여 경보를 미발령하는 단계(S17)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
10 : 레이더 신호 생성부, 20 : 레이더 신호 송신부,
30 : 레이더 신호 수신부, 40 : 신호 처리부,
50 : 반사판

Claims (9)

  1. 레이더를 연속 설치하는 경우 연결 부위에서의 무감지 구간 없이 연속 설치 가능한 전파 반사체 기반 FMCW 레이더 감지기에 있어서,
    상기 레이더를 연속 설치하는 경우 연결 부위에서의 무감지 구간 없이 연속 설치 가능한 전파 반사체 기반 FMCW 레이더 감지기는,
    레이더 신호를 생성하는 레이더 신호 생성부(10)와;
    상기 레이더 신호 생성부에서 생성된 레이더 신호를 감시 영역으로 방사하는 레이더 신호 송신부(20)와;
    감지 영역으로 방사된 레이더 신호를 반사하는 것으로 감지 영역의 끝부에 설치되는 반사판(50)과;
    반사판에 의한 반사 신호와 감지 영역 내의 침입자에 의한 반사 신호와 확장 감지 영역의 침입자에 의한 반사 신호 및 감지 영역 밖의 반사체에 의한 반사 신호를 수신하는 레이더 신호 수신부(30);
    및 수신된 신호가 상기 반사판에서 반사된 반사 신호인지 여부, 기본 감지 영역 내의 침입자 존재에 의한 반사 신호인지 여부, 확장 감지 영역 내의 침입자 존재에 의한 반사 신호인지 여부, 감지 영역 밖의 반사체에 의한 반사 신호인지 여부를 판단하고 감지 영역 또는 확장 감지 영역 내에 침입자가 존재하는 것으로 판단되는 경우 알람부(60)로 제어 신호를 전송하여 경보를 발생키시는 것으로 기준 반사체 신호 변화 판단 블록(42)과 감지 영역 내부 신호 변화 판단 블록(44)과 확장 감지 영역 신호 변화 판단 블록(46)과 감지 영역 외부 신호 변화 판단 블록(48)으로 구성된 신호 처리부(40)로 이루어지고,
    상기 기준 반사체 신호 변화 판단 블록(42)은,
    기준 반사체(do) 반사 신호의 변화를 판단하는 블록으로써 고유의 기준 임계치(Threshold #1)를 기준으로 신호 변화 유무를 판단하는 것이고,
    상기 감지 영역 내부(0 ~ do) 신호 변화 판단 블록(44)은,
    감지 영역 내부에서의 신호 변화를 판단하는 블록으로써 고유의 기준 임계치(Threshold #2)를 기준으로 침입 유무를 판단하는 것이고,
    상기 확장 감지 영역 신호 변화 판단 블록(46)은,
    확장 감지영역에서의 신호 변화를 판단하는 블록으로써 고유의 기준 임계치(Threshold #3)를 기준으로 확장 감지 영역(do ~ dc)에서의 침입 유무를 판단하는 것이고,
    상기 감지 영역 외부 신호 변화 판단 블록(48)은,
    감지영역 외부에서의 신호 변화를 판단하는 블록으로써 고유의 기준 임계치(Threshold #4)를 기준으로 감지 영역 외부(dc 외부)에서의 반사체 존재 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 무감지 구간 없이 연속 설치 가능한 전파 반사체 기반 FMCW 레이더 감지기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 레이더를 연속 설치하는 경우 연결 부위에서의 무감지 없이 연속 설치가 가능한 FMCW 레이더 감지기의 무감지 구간을 없애는 감시 방법에 있어서,
    상기 레이더를 연속 설치하는 경우 연결 부위에서의 무감지 없이 연속 설치가 가능한 FMCW 레이더 감지기의 무감지 구간을 없애는 감시 방법은,
    레이더 감지기가 레이더 반사 신호를 수신하는 단계(S11)와;
    레이더 반사 신호가 기준 반사체의 의한 신호의 변화가 있는지 여부를 판단하는 단계(S12)와;
    기준 반사체에 의한 신호의 변화가 있으면 기본 감지 영역 내부의 신호의 변화가 있는지 여부를 판단하는 단계(S13)와;
    상기 S13 단계에서, 신호 변화가 없으면, 확장 감지 영역 신호의 변화가 있는지 여부를 판단하는 단계(S15)와;
    확장 감지 영역 신호의 변화가 있으면, 확장 감지 영역 외부 신호의 변화가 있는지 여부를 판단하는 단계(S16);
    상기 S13 단계에서 기본 감지 영역 내부 신호의 변화가 있거나 상기 S16 단계에서 신호의 변화가 없으면 확장 감지 영역 내의 침입자가 있는 것으로 판단하여 경보를 발생시키는 단계(S14);
    및 상기 S15 단계에서 확장 감지 영역 신호의 변화가 없거나 상기 S16 단계에서 확장 감지 영역 외부 신호의 변화가 있으면 외부 반사체에 의한 오보로 판단하여 경보를 미발령하는 단계(S17)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이더를 연속 설치하는 경우 연결 부위에서의 무감지 없이 연속 설치가 가능한 FMCW 레이더 감지기의 무감지 구간을 없애는 감시 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서
    상기 S12 단계에서 신호 변화가 없으면 반사 신호를 반복하여 수신하는 것을 특징으로 하는 레이더를 연속 설치하는 경우 연결 부위에서의 무감지 없이 연속 설치가 가능한 FMCW 레이더 감지기의 무감지 구간을 없애는 감시 방법.




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