KR20180041834A - 전자기파 반사체를 이용한 가상 경계시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 레이더와 레이더로부터 일정 거리를 두고 반사체를 배치하여 레이더에서 송출된 전자기파를 반사체가 반사하여 레이더 센서에서 수신되는 전자기파의 수신감도를 측정 및 기록하여 기준치로 삼고, 이후, 반사체로부터 반사된 전자기파의 수신감도의 급격한 저하가 생기면 이때 경계 구역에 침입이 발생하였다고 판단하여 알람을 비롯한 조처를 취할 수 있게 한 가상펜스를 제공한다.
상기 가상 펜스에서 레이더와 반사체 사이의 거리가 멀어질수록 전자기파의 반사량이 줄어들어 신뢰도 있는 침입 감시를 할 수 없으므로 본 발명은 레이더와 반사체 사이의 거리에 따라 반사체의 크기를 키워 배치하도록 하였다.

Description

전자기파 반사체를 이용한 가상 경계시스템{VIRTUAL GUARD SYSTEM USING ELECTROMAGNETIC WAVE REFLECTOR}

본 발명은 경계시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 물리적인 울타리를 설치하지 않고 경계하고자 하는 구역에 전자기파를 방사하고 반사체를 이용하여 전자적으로 침입을 감지하는 가상 경계시스템에 관한 것이다.

사람의 접근이 허용되지 않는 경계구역에는 대개 물리적인 울타리(펜스)가 쳐지고 경계근무를 하거나 CCTV와 같은 감시장치를 설치한다. 또한, 물리적인 울타리 근처에 접근하는 것도 금지되는 경우가 있고, 울타리를 치지 않고 특정 구역에 접근을 금지하여야 하는 경우도 있다. 이러한 경계 구역에 사람의 침입을 감시할 필요가 있으며, 도 1에 보인 바와 같이 감시용으로 레이저 빔을 이용할 수 있다. 레이저의 경우는 빔폭을 화살촉처럼 날카롭게 만들어 발사할 수 있는 기술이 보편화 되어 송/수신부를 1:1로 배치하면 직선 구간의 경우, 매우 정밀하게 보안 경계 구역을 설정할 수 있다. 그러나 빛의 특성상 먼지, 안개, 비와 같은 환경적인 영향으로 인한 오감지 확률이 높아 외부보다 실내용으로 유효하다. 즉, 외부 경계 구역에 대하여는 레이저 빔에 의한 가상 펜스는 오감지가 빈번하게 되어 적용하기 어렵다.

한편, 도 1의 아래쪽 그림은 전자기파에 의한 경계설정의 예와 문제점을 보여준다. 레이더에서 송출되는 전자기파는 안개, 비, 먼지 등의 환경에 의한 오감지 문제는 레이저 빔에 비해 거의 없어 외부에 설치되는 가상 펜스에 적합하다. 그러나 전자기파는 직진성은 있지만 진행할수록 방사상으로 퍼지는 특성이 있어, 본래 경계구역이 아닌 곳까지 경계하게 되는 문제가 생긴다. 즉, 본래 경계 구역이 직선의 펜스일 경우, 해당 구역에서 벗어난 곳은 자유롭게 사람이 다닐 수 있어야 하므로 칩임으로 감지되는 것은 오작동인데, 전자기파의 퍼짐성으로 인해 레이더에서 멀리 떨어진 곳은 경계구역이 넓어져 오작동이 일어나는 문제가 있다.

즉, 외부에 가상펜스를 설치하고 경계하고자 하는 경우, 레이저 빔을 사용할 경우, 레이저의 예리한 직진성은 바람직하나 외부 환경의 영향으로 인한 오작동이 문제되고, 레이더를 이용할 경우, 외부 환경의 영향은 극복되나 전자기파의 퍼짐성으로 인해 감시구역이외의 자유구역에서의 감지로 인한 오작동이 문제될 수 있다.

대한민국 등록특허 10-1507238호는 레이더를 일정 간격으로 배치하여 가상펜스를 형성하고 있으나, 전자기파의 퍼짐성에 의한 오감지 여지가 있고, 무엇보다 노드마다 레이더 센서를 배치하여야 하므로 고가의 레이더 센서가 많이 필요하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 오감지를 방지하고 레이더 센서의 설치 대수를 최소화 할 수 있는 가상 펜스를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은, 레이더와 레이더로부터 일정 거리를 두고 반사체를 배치하여 레이더에서 송출된 전자기파를 반사체가 반사하여 레이더 센서에서 수신되는 전자기파의 수신감도를 측정 및 기록하여 기준치로 삼고, 이후, 반사체로부터 반사된 전자기파의 수신감도의 급격한 변화가 생기면 이때 경계 구역에 침입이 발생하였다고 판단하여 알람을 비롯한 조처를 취할 수 있게 한 가상펜스를 제공한다.

상기 가상 펜스에서 레이더와 반사체 사이의 거리가 멀어질수록 전자기파의 반사량이 줄어들어 신뢰도 있는 침입 감시를 할 수 없으므로 본 발명은 레이더와 반사체 사이의 거리에 따라 반사체의 크기를 키워 배치하도록 하였다.

즉, 본 발명은,

가상 경계 시스템에 있어서,

송신안테나와 수신안테나를 구비한 레이더 센서;

상기 레이더 센서로부터 소정 간격을 두고 배치되는 반사체; 및

상기 레이더 센서에서 수신한 반사체로부터의 반사량에 대해 레이더 센서와 반사체 사이에 침입 사건이 있음을 감지하고 경보를 발하게 하는 제어모듈;을 포함하여,

상기 레이더의 송신안테나에서 송출된 전자기파를 상기 반사체에서 반사하여 레이더의 수신안테나에서 수신하여 반사량을 측정하며, 상기 레이더와 상기 반사체 사이에 침입 사건이 없는 경우 측정되거나 사전에 알려진 반사량을 기준으로 하여 반사량이 급감 되거나 변화된 상황을 침입사건 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 가상 경계 시스템을 제공한다.

상기에 있어서, 가상 경계 시스템의 거리가 길어질수록 반사체의 크기를 큰 것으로 사용하는 것을 특징으로 하는 가상 경계 시스템을 제공한다.

상기에 있어서, 레이더 센서와 반사체가 형성하는 직선 구간이 가상 경계 구간이 되는 것을 특징으로 하는 가상 경계 시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면 레이더와 반사체를 이용함으로써 레이더에서 송출되는 전자기파가 퍼짐성을 갖는다는 사실에도 불구하고 반사체에 의해 레이더 센서로 되돌아 오는 전자기파의 반사량이 일정하다는 사실에 근거하여 반사량이 급감되거나 변동될 경우, 레이더와 반사체 사이에 침입이 발생하였음을 높은 신뢰도로 확신할 수 있다. 즉, 레이더 센서의 전자기파의 퍼짐성에 따른 경계구역 외의 오감지 현상을 반사체에 의해 제거할 수 있어 레이저와 같은 직진성 빔에 의한 가상 펜스를 전자기파로 구현할 수 있다.

본 발명의 경우, 전자기파에 의해 침입을 감지하므로 레이저 빔과 달리 안개, 먼지, 비와 같은 환경에 의한 오작동은 거의 일어나지 않으며 거리와 관계없이 반사체를 충분히 가릴 정도의 크기가 아닌 작은 물체에 대해 반응하지 않아 센서의 신뢰성을 높일 수 있다..

또한, 본 발명은 레이더 센서와 반사체 사이의 거리가 멀어지면 크기가 더 큰 반사체를 배치하여 전자기파의 반사량이 감소되는 현상을 예방함으로써 레이더 센서의 개수를 늘리지 않고도 신뢰도 높은 경계시스템을 구현할 수 있다.

도 1은 레이저 빔에 의한 경계시스템과 전자기파에 의한 경계시스템의 문제점을 설명하기 위한 도해도 이다.
도 2는 레이더 센서와 반사체에 의한 전자기파의 행동을 보여주며 그에 따른 가상 펜스 구현 원리를 설명하는 도해도 이다.
도 3은 본 발명에 따라 레이더 센서와 반사체를 이용하여 구현한 가상 펜스의 동작을 보여주는 도해도이다.
도 4는 본 발명에 따라 가상 펜스의 길이가 길어질수록 크기가 큰 반사체를 사용하는 것을 설명하는 도해도 이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 전자기파를 이용하되, 반사체를 적용하여 가상펜스를 구현하는 원리를 설명하는 도해도이다.

보안이 필요한 구역에 설치되는 담이나 펜스의 경우, 그보다 약간 못 미치는 곳을 접근 금지 경계선으로 삼는 경우가 대부분이다. 경계선 안쪽은 자유구역에 해당한다. 이러한 경우, 경계선을 물리적인 줄을 쳐놓거나 하여도 쉽게 침입 될 수 있다. 따라서 그와 같은 경계선에 침입 사건이 발생했을 때 이를 즉시 알아차릴 수 있는 가상 펜스를 구현하는 것이 필요하다. 레이저 빔을 사용할 경우, 정밀한 보안 경계를 형성할 수 있지만 먼지나 비, 안개와 같은 환경의 침입조차 경보 대상이 되기 때문에 오작동이 심해 실외에는 적용되기 어렵다. 도 2에는 송신 안테나와 수신안테나를 구비한 레이더 센서와 일정 거리를 두고 배치된 표준반사체가 나와있다. 송신 안테나에서 송출된 전자기파는 적색의 구면으로 표시된 바와 같이 방사상으로 퍼지면서 직진한다. 이와 같이 퍼짐성을 나타내며 진행된 전자기파는 표준반사체에 입사되며, 입사된 전자기파는 거의 감쇄 없이 표준반사체에 의해 레이더의 수신 안테나 쪽으로 반사된다. 표준 반사체는 도 2에 나타낸 바와 같이 삼각뿔형인 것도 있지만 사각뿔 등 다른 형상을 지닌 것도 있다.

본 발명에서 표준반사체를 이용하면 가상 펜스 구현이 좀 더 편리하지만, 별도의 반사체를 제작하여 레이더 센서와 일정간격을 두고 반사량을 측정하여 기준치를 측정하여 사용할 수도 있다.

레이더의 성능 실험은 이와 같은 표준반사체에 의해 반사된 전자기파 반사량 측정에 의해 실시되고 있다. 또한, 전자기파의 주파수나 출력을 미리 알고 있다면 해당 레이더 센서와 반사체 간의 거리별로 반사되어 되돌아오는 표준 반사량을 나타내는 반사체를 크기별로 사전에 제작할 수 있다. 이런 특징으로 레이더와 같은 전자기파 출력 센서의 성능을 점검하기 위해 일반적으로 표준반사체를 사용한다. 표준 반사체는 반사량의 크기(RCS: Radar Cross Section)에 따라 감지되는 거리를 증대시킬 수 있다. 예를 들면 24GHz Radar 시스템에서 1dBsm (30m), 10dBsm (100m), 20dBsm (200m)와 같은 식으로 RCS 크기를 키워 표준 반사체를 제작하면 반사량의 크기가 커진 비율에 따라 감지 거리가 증대된다. 따라서 레이더 센서로부터 일정 거리에 표준반사체를 배치할 경우, 레이더 센서와 표준 반사체 서이에 방해물체가 없다면 예상되는 전자기파의 반사량(RCS)은 이미 알 수 있는 상태이다.

따라서 이러한 원리에 근거하여 레이더 센서와 표준반사체를 이용하면 가상펜스를 구현할 수 있다. 다시 말해, 레이더에서 송출되는 전자기파의 퍼짐성에도 불구하고 반사체를 배치하면 직진 된 전자기파만이 반사되어 반사량을 측정하게 되므로 직선 구간의 경계 설정이 이루어질 수 있고, 전자기파가 퍼져 직선 구간 외에 분포된 구역에 침입이 일어나도 레이더에서 이에 대한 감지도 하지 않으며 그에 따라 경보를 발하지 않게 된다.

도 3은 레이더 센서와 반사체를 이용하여 구현한 가상 펜스의 동작을 설명한다.

레이더 센서로부터 방사상으로 퍼지며 진행한 전자기파는 표준반사체에 도달하여 반사되며, 표준 반사체가 반사하는 전자기파는 레이더 센서의 수신안테나를 향해 직진하게 된다. 이때에도 녹색 점선으로 나타낸 구면과 같이 퍼짐성이 나타나지만, 수신 안테나에 도달되어 반사량이 측정되는 전자기파는 오로지 직선을 이루며 도달한 것들뿐이다. 따라서 도 3의 그림과 같이 해당 직선 구간에 침입이 일어난 경우는 수신안테나에서 수신한 반사량이 현저히 줄어 레이더 센서에서 가상 펜스에 대한 침입이 일어났다고 판단된다. 그러나 반사체와 레이더 수신 안테나 사이의 직선 구간을 벗어난 곳에 위치하는 사람 또는 동믈, 사물에 대해서는 전자기파가 존재하여도 레이더 센서에서 수신된 반사량에 영향을 미치지 않아 침입 사건은 없는 것으로 된다. 따라서 레이저 빔에 의한 경계와 같이 직선으로 된 가상 펜스 외의 자유 구역에 대한 오감지는 일어나지 않는다.

즉, 레이더 센서와 반사체가 형성하는 직선 구간이 가상 펜스가 된다. 좀 더 상세히 보면, 레이더 센서의 송신 안테나와 수신 안테나 그리고 반사체의 연직 길이가 만드는 직선 구간이 가상 펜스가 된다. 직선 구간은 일종의 폭(높이)를 가질 수 있는데, 이 폭은 송신 안테나와 수신 안테나가 이루는 높이와 반사체의 연직 길이 중 작은 쪽이 될 것이다.

이에 따라 레이저 빔과 같이 직선구간으로 된 경계구역을 레이더 센서로 도 형성할 수 있으며, 레이저 빔과 달리, 먼지, 안개, 빗물 등의 환경적인 요인에 의한 오감지가 없어 외부 환경 적응성 내지 신뢰도가 우수하다.

도 4는 본 발명에 따라 가상 펜스의 길이가 길어질수록 크기가 큰 반사체를 사용하는 것을 설명하는 도해도 이다.

표준반사체에의 레이더 수신 안테나에서의 반사량 감쇄 여부로 가상펜스침입을 판단하는 방식은 레이더 센서 개수를 늘이지 않고도 가상펜스의 길이, 즉, 감시거리를 획기적으로 늘릴 수 있다.

일반적으로 전자기파는 주파수 대역 별로 출력제한규제가 있고 거리에 따라 전자기파가 퍼지는 특성에 따라 같은 크기의 대상물체는 거리가 멀어질수록 대상물체에 의한 전자기파 반사량도 거리에 비례적으로 줄어듦에 따라 어느 한계점에서부터는 대상물체의 감지가 불가능하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은, 레이더 센서로부터 표준반사체까지의 거리(가상 펜스의 길이가 된다)가 증가하면, 표준반사체의 크기를 큰 것으로 배치하여 표준반사체에 의한 반사량이 줄어들지 않게 하였다. 즉, 레이더 센서로부터 거리가 멀어지면 전자기파의 퍼짐 정도가 증가되므로 작은 반사체에 의해서는 반사되는 전자기파의 양이 감소되어 반사량이 작아 침입 사건 발생시 감도가 떨어지게 된다. 그러나 레이더 센서로부터 거리가 먼 경우, 배치되는 표준반사체의 크기를 큰 것으로 사용하면, 퍼져있는 전자기파도 반사체에서 반사될 수 있어 레이더 수신안테나에서의 반사량이 줄어들지 않기 때문에 침입 사건 발생시 반사량의 급변을 충분히 감지할 수 있다.

즉, 수신안테나와 반사체 사이에 대상물체가 들어온다면 표준반사량이 사라지거나 현저히 변동되며 이 경우를 침입으로 인식하면 된다.

예를 들어, 1dBsm 성능의 표준반사체는 레이더 센서로부터 30m 되는 지점에 배치하고, 10dBsm 성능의 표준반사체는 100m에 배치하고, 20dBsm 성능의 표준반사체는 200m에 배치하는 것이다. 레이더 센서와 반사체를 더 멀리 떨어져 배치하고자 하면, 더 크기가 큰 반사체를 제작하여 반사량 성능 실험을 한 다음 반사량 결과 값을 얻어 가상 펜스를 구성한다.

이와 같이 가상 펜스의 길이를 길게 하여도 반사체의 크기만 키우면 되므로 다수의 레이더 센서를 배치할 필요가 없어 설비비를 줄일 수 있으며, 설치작업의 용이성, 유지 보수의 용이성을 모두 얻을 수 있다.

상기에서, 레이더 센서와 반사체를 이용한 가상 펜스에 대한 경보와 관제를 위한 서버, 모니터 등을 포함할 수 있다. 침입 감지 시 서버는 음성 또는 경광등과 같은 알람 경보를 발하게 하고 모니터에 해당 구역이 표시되게 하는 제어모듈을 구비할 수 있다.

또한, 본 발명의 가상 경계 시스템은 반사체를 충분히 가리는 크기의 물체만을 감지하며 반사체 보다 작은 크기의 물체에 대해 감지를 회피한다.

한편, 본 발명의 가상펜스 시스템에서, 반사판에 비해 투사된 단면적이 더 큰 물체가 침입하여 반사판 전체를 가리게 되면 반사량이 0이 되고, 반정도 가리면 50%정도로 반사량이 줄어든다.

따라서 레이전 센서에 대해 설치된 반사체에 의한 최대 반사량과 최저 반사량을 사전에 측정하여 알고 있는 상태에서 최대반사량 대비 침입 물체에 의한 반사량의 비율에 따라 침입한 물체의 크기를 판단하고 민감도를 조절할 수 있다.

대형 반사체를 설치한 경우는 사람 침입자에 의한 반사량의 변화가 일정 수준 이하일 경우로 한정될 수 있을 것이다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실례에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도면부호 없음.

Claims (1)

1. 가상 경계 시스템에 있어서,
   송신안테나와 수신안테나를 구비한 레이더 센서;
   상기 레이더 센서로부터 소정 간격을 두고 배치되는 반사체; 및
   상기 레이더 센서에서 수신한 반사체로부터의 반사량에 대해 레이더 센서와 반사체 사이에 침입 사건이 있음을 감지하고 경보를 발하게 하는 제어모듈;을 포함하여,
   상기 레이더의 송신안테나에서 송출된 전자기파를 상기 반사체에서 반사하여 레이더의 수신안테나에서 수신하여 반사량을 측정하며, 상기 레이더와 상기 반사체 사이에 침입 사건이 없는 경우 측정되거나 사전에 알려진 반사량을 기준으로 하여 반사량이 급감되거나 변동 된 상황을 침입사건 발생으로 판단하며,
   물체가 반사체를 가릴 때 변화되는 반사량을 계산하고 반사량의 크기 변화가 일정수준 이상 또는 이하일 때 침입으로 판단하게 하는 것을 특징으로 하는 가상 경계 시스템.
   

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