KR101128509B1 - Method and system for threshold estimation of intrusion detection in UWB sensor - Google Patents
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Abstract
센서에서 침입 감지를 위한 임계값을 추정하기 위해, 외부로부터 수신한 수신 신호로부터 수신 신호 값을 계산한 후, 계산한 수신 신호 값으로부터 평균 수신 레벨 값을 계산한다. 그리고 평균 수신 레벨 값을 이용하여 임계값을 계산한다. 이때, 평균 수신 레벨 값은 하드웨어 편차를 가지는 UWB 센서에서 성능 편차를 고려한 값이다.In order to estimate the threshold value for intrusion detection in the sensor, the received signal value is calculated from the received signal received from the outside, and then the average reception level value is calculated from the calculated received signal value. The threshold value is calculated using the average reception level value. At this time, the average reception level value is a value in consideration of the performance deviation in the UWB sensor having a hardware deviation.
Description
본 발명은 UWB 센서에서의 하드웨어 편차를 고려한 침입 감지 임계값 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for estimating an intrusion detection threshold in consideration of hardware deviation in a UWB sensor.
일반적으로 무선 시스템에서는, 수신되는 신호의 변화를 일정한 범위 내에서 무선 시스템이 동작하기 위해 자동 이득 제어 장치(AGC: Automatic Gain Control)를 사용하거나, 일정한 성능을 가지도록 하드웨어를 설계한다. In general, in a wireless system, an automatic gain control (AGC) is used to operate a wireless system within a predetermined range of a change in a received signal, or hardware is designed to have a certain performance.
그러나, 자동 이득 제어 장치를 무선 센서에 사용할 경우, 무선 센서의 가격이 비싸지는 문제점이 있다. 또한, 실제 UWB(Ultra Wideband)와 같은 시스템이 일정한 하드웨어 성능을 가지도록 설계할 경우, 하드웨어의 복잡도가 높아지는 문제점도 있다. However, when the automatic gain control device is used for the wireless sensor, there is a problem that the price of the wireless sensor is expensive. In addition, when a system such as an actual ultra wideband (UWB) is designed to have a certain hardware performance, there is a problem in that hardware complexity increases.
반면 자동 이득 제어 장치를 사용하지 않는 무선 센서의 경우에는, 가격이 낮아지고 하드웨어 복잡도는 낮아지는 반면에 하드웨어 성능의 편차가 크게 발생하여 심각한 성능 열화가 발생하는 문제점이 있다.On the other hand, in the case of a wireless sensor that does not use the automatic gain control device, the price is lowered and the hardware complexity is lowered, while the deviation of hardware performance is large, causing serious performance degradation.
따라서, 본 발명은 다양한 하드웨어 편차를 가지는 UWB 센서에서 하드웨어 편차로 인한 성능 편차를 고려하여, 침입 감지를 위한 임계값을 추정하는 장치 및 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides an apparatus and method for estimating a threshold for intrusion detection in consideration of a performance deviation due to hardware deviation in a UWB sensor having various hardware deviations.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 센서에서 침입 감지를 위한 임계값을 추정하는 장치는,Apparatus for estimating the threshold for intrusion detection in the sensor which is one feature of the present invention for achieving the technical problem of the present invention,
상기 센서를 통해 수신한 아날로그 수신 신호를 디지털 수신 신호로 변환하여 수신 신호 값을 출력하는 아날로그 디지털 변환부 상기 수신 신호 값을 이용하여 평균 수신 레벨 값을 계산하는 평균 수신 레벨 계산부; 및 상기 평균 수신 레벨 값과 미리 저장되어 있는 복수의 계수를 이용하여 임계값을 계산하는 임계값 계산부를 포함한다.An analog-digital converter for converting an analog received signal received through the sensor into a digital received signal and outputting a received signal value; an average received level calculator for calculating an average received level value using the received signal value; And a threshold calculator which calculates a threshold value using the average reception level value and a plurality of coefficients stored in advance.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 센서에서 침입 감지를 위한 임계값을 추정하는 방법은,Method for estimating the threshold value for intrusion detection in the sensor which is another feature of the present invention for achieving the technical problem of the present invention,
외부로부터 수신한 수신 신호로부터 수신 신호 값을 계산하는 단계; 상기 계산한 수신 신호 값으로부터 평균 수신 레벨 값을 계산하는 단계; 및 상기 계산한 평균 수신 레벨 값을 이용하여 임계값을 계산하는 단계를 포함한다.Calculating a received signal value from a received signal received from the outside; Calculating an average reception level value from the calculated reception signal value; And calculating a threshold value using the calculated average reception level value.
본 발명의 실시예에 따르면 침입 감지를 위한 센서에 대하여 하드웨어 편차를 고려하여 침입자의 침입 감지를 위한 임계값을 설정함으로써, 센서가 일정한 감지 영역을 가질 뿐만 아니라, 낮은 복잡도로 구현할 수 있기 때문에 제조 비용을 낮출 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by setting a threshold for intrusion detection of an intruder in consideration of hardware deviation for the sensor for intrusion detection, not only does the sensor have a constant detection area but also can be implemented with low complexity, so that the manufacturing cost Can be lowered.
도 1은 일반적인 UWB 센서의 감지 영역 및 감시 영역을 나타낸 예시도이다.
도 2는 일반적인 UWB 센서의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 UWB 센서의 임계값 추정 장치의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 침입 임계값을 추정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 침입자 검출 임계값과 평균 수신 레벨 간의 관계를 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary view illustrating a sensing area and a monitoring area of a general UWB sensor.
2 is a structural diagram of a general UWB sensor.
3 is a structural diagram of a threshold estimating apparatus of a UWB sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of estimating an intrusion threshold according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary diagram illustrating a relationship between an intruder detection threshold value and an average reception level according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.
이하 도면을 참조로 하여 UWB 센서에서 하드웨어 편차를 고려한 침입 감지 임계값을 추정하는 방법 및 장치에 대하여 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기에 앞서, 일반적인 UWB 센서와 이를 이용한 침입 감지 영역에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method and apparatus for estimating an intrusion detection threshold in consideration of hardware deviation in a UWB sensor will be described with reference to the accompanying drawings. Before describing an embodiment of the present invention, a general UWB sensor and an intrusion detection area using the same will be described.
도 1은 일반적인 UWB 센서를 이용한 감지 영역 및 감시 영역을 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary view illustrating a sensing area and a monitoring area using a general UWB sensor.
도 1에 도시된 바와 같이 UWB 센서를 이용하여 침입자를 감지하는 경우, UWB 센서가 설치된 영역은 UWB 센서를 중심으로 감시 영역과 감지 영역으로 나뉜다. As shown in FIG. 1, when an intruder is detected using a UWB sensor, an area in which the UWB sensor is installed is divided into a surveillance area and a detection area around the UWB sensor.
감시 영역은 침입이 발생할 때, UWB 센서의 안테나의 물리적 특성으로 침입자 검출이 가능한 지역을 의미하며, 감지 영역은 감시 영역 내에서 원하는 영역만큼만 침입 여부를 감시하기 위해 설정된 영역을 의미한다. 이러한 영역 내에서 침입 여부를 감시하는 UWB 센서에 대하여 도 2를 참조로 설명하기로 한다.The surveillance area refers to a region where intruders can be detected by the physical characteristics of the antenna of the UWB sensor when the intrusion occurs, and the detection region refers to an area set to monitor the intrusion as much as desired within the surveillance area. A UWB sensor for monitoring an intrusion within such an area will be described with reference to FIG. 2.
도 2는 일반적인 UWB 센서의 구조도이다.2 is a structural diagram of a general UWB sensor.
도 2에 도시된 바와 같이, UWB 센서는 송신부(10)와 수신부(20)로 구분된다. 송신부(10)는 제1 신호 발생부(11), 제1 믹서(12), 제2 신호 발생부(13), 전력 증폭부(14) 및 지연부(15)를 포함하고, 수신부(20)는 저잡음 증폭부(21), 제2 믹서(22), 제3 신호 발생부(23), 제3 믹서(24), 적분기(25) 및 임계값 추정부를 포함한다. 여기서 임계값 추정부는 ADC(Analog Digital Conversion)(26)와 알람 발생부(27)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the UWB sensor is divided into a
송신부(10)의 제1 신호 발생부(11)는 미리 설정한 영역 내에 움직임이 감지되는지 여부를 확인하기 위해 신호를 발생시킨다. 이때 발생시킨 신호는 UWB 신호라 지칭한다. 제2 신호 발생부(13)는 캐리어 신호를 발생시킨다.The
제1 믹서(12)는 제1 신호 발생부(11)에서 발생된 UWB 신호와 제2 신호 발생부(13)에서 발생된 캐리어 신호를 믹싱하고, 전력 증폭부(14)는 제1 믹서(12)에서 믹싱된 신호의 전력을 증폭하여 송신 안테나를 통해 출력한다. 지연부(15)는 제1 신호 발생부(11)에서 발생된 UWB 신호를 미리 설정한 시간만큼 지연하여 출력한다.The
수신부(20)의 저잡음 증폭부(21)는 송신 안테나에서 출력된 후 외부로부터 수신 안테나를 통해 수신된 신호를 증폭하여 출력한다. 제3 신호 발생부(23)는 캐리어 신호를 발생시키고, 제2 믹서(22)는 제3 신호 발생부(23)에서 발생된 캐리어 신호와 저잡음 증폭부(21)에서 증폭된 수신 신호를 믹싱한다. The
제3 믹서(24)는 제2 믹서(22)에서 믹싱된 신호와 송신부(10)의 지연부(15)를 통해 지연된 UWB 신호를 믹싱한다. 적분부(25)는 제3 믹서(24)에서 출력되는 신호들을 적분 시간 동안 적분하여, 아날로그 신호를 출력한다. ADC(26)는 적분부(25)에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 수신 신호로 변환하고, 알람 발생부(27)는 알람을 발생시킨다. 이때, ADC(26)와 알람 발생부(27)를 포함하는 구성 요소를 임계값 추정부라 지칭하고, 임계값 추정부에서 임계값을 추정하는 방법은 수학식 1과 같다.The
여기서 yk는 디지털 변환된 후의 수신 신호 값을 의미한다. wk는 잡음 신호를 의미한다. 이때의 잡음은 정규 분포를 따르며 평균은 0이고 분산은 σ2이다.Here y k means the received signal value after the digital conversion. w k means a noise signal. At this time, the noise follows a normal distribution, with an average of 0 and a variance of σ 2 .
μ는 송신 신호가 반사되어 수신되는 평균 수신 레벨 값(평균 반사 수신 레벨이라 지칭함)을 의미하며, μ=Vbias+G로 계산된다. 이때 Vbias는 ADC(26)의 공급 전압이고 G는 반사되어 수신되는 신호의 이득을 의미한다.μ denotes an average reception level value (referred to as an average reflection reception level) at which a transmission signal is reflected and received, and is calculated as μ = V bias + G. In this case, V bias is the supply voltage of the
침입자를 감지하기 위해서는, 평균 반사 수신 레벨의 임의의 값인 T = aμ (a>0)을 이용한다. 예를 들어, yk≥T인 경우, 침입이 발생하였다고 간주하며, 이에 따라 알람 발생부(27)는 알람 신호를 발생시킨다.To detect an intruder, use T = aμ (a> 0), which is an arbitrary value of the average reflection reception level. For example, if y k ≥ T, it is assumed that an intrusion has occurred, and accordingly, the
일반적인 UWB 센서를 이용할 경우, UWB 센서를 대량으로 생산하게 되면 센서들간 편차로 인하여 Vbias 값이 다른 값을 가지게 되고, 센서들간 성능 편차로 인하여 G 값이 다른 값을 갖게 된다. 또한, UWB 센서를 이용한 시스템의 경우 매우 약한 신호의 세기를 가지면서 넓은 주파수 대역폭을 갖는 시스템이기 때문에 센서들간 편차(Vbias 및 G)가 더욱 크게 발생한다.In the case of using a general UWB sensor, when a large volume of UWB sensors are produced, the Vbias value is different due to the deviation between the sensors, and the G value is different due to the performance deviation between the sensors. In addition, in the case of a system using a UWB sensor, since the system has a very weak signal strength and a wide frequency bandwidth, variations between the sensors (V bias and G) occur more.
즉, 센서 간 Vbias 및 G가 큰 편차를 보이는 시스템에서 동일한 임계값(T=aμ)으로 침입 감지를 판단할 경우, 센서의 감지 영역에 큰 편차가 발생하여 실제 현장 적용에 많은 문제점을 갖게 된다. 일반적인 UWB 센서를 이용할 경우의 감지 영역은 표 1과 같다. 표 1은 침입 감지를 위해 하나의 임계값을 사용한 경우의 감지 영역을 나타낸 것이다.In other words, in case of detecting intrusion detection with the same threshold value (T = aμ) in a system having a large deviation between V bias and G between sensors, a large deviation occurs in the sensing area of the sensor, which causes many problems in actual field application. . Table 1 shows the detection area when using a general UWB sensor. Table 1 shows the detection area when one threshold is used for intrusion detection.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 하드웨어 편차를 고려하여 침입자의 침입을 감지할 수 있는 임계값을 추정하고자 한다. 임계값 추정 장치에 대해 다음 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.Therefore, in the embodiment of the present invention, a threshold value for detecting an intruder's intrusion is considered in consideration of hardware deviation. The threshold estimating apparatus will be described with reference to FIG. 3.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 UWB 센서의 임계값 추정 장치의 구조도이다.3 is a structural diagram of a threshold estimating apparatus of a UWB sensor according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 임계값 추정 장치(100)는 ADC(110), 평균 수신 레벨 계산부(120), 임계값 계산부(130) 및 알람 발생부(140)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the
ADC(110)는 송신 안테나(도면 미도시)로부터 수신한 복수의 아날로그 형태의 수신 신호를 복수의 디지털 수신 신호로 변환하여 출력한다.The
평균 수신 레벨 계산부(120)는 ADC(110)에서 변환되어 출력된 복수의 디지털 수신 신호를 받아 평균 수신 레벨 값을 계산한다. 디지털 수신 신호로부터 평균 수신 레벨 값을 계산하는 방법에 대해서는 이후 설명하기로 한다.The average
임계값 계산부(130)는 평균 수신 레벨 계산부(120)에서 계산된 평균 수신 레벨 값과 미리 저장되어 있는 두 개의 계수(β0, β1)를 이용하여 임계값을 계산하여 출력한다. 임계값 계산부는 자승기(131), 두 개의 곱셈기(132, 133) 및 덧셈기(134)로 구성된다. 평균 수신 레벨 값으로부터 임계값을 계산하는 방법과 미리 저장되어 있는 두 개의 계수를 계산하는 방법에 대해서는 이후 설명하기로 한다.The
알람 발생부(140)는 임계값 계산부(130)에서 계산된 임계값을 토대로 알람을 발생한다.The
이러한 침입자 임계값을 추정하는 장치를 통해, 하드웨어 편차를 고려하여 임계값을 추정하는 방법에 대하여 도 4를 참조로 설명하기로 한다.A method of estimating the threshold value in consideration of hardware deviation will be described with reference to FIG. 4 through the apparatus for estimating the intruder threshold value.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 침입자 임계값을 추정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of estimating an intruder threshold according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 임계값 추정 장치의 ADC(110)는 복수의 아날로그 수신 신호를 디지털 수신 신호로 변환하여 수신 신호 값()을 출력한다(S100). 이때 수신 신호 값()은 다음 수학식 2와 같이 정의할 수 있다. As shown in FIG. 4, the
여기서 k는 시간 인덱스를 의미하고, N은 샘플의 수이며, l ∈ {1, 2, …, N}이다. 는 l번째 샘플의 디지털 변환을 수행하고 난 후의 수신 신호 값이다. 여기서 샘플이라 함은 복수의 센서 중 임의로 선택된 센서를 의미한다.Where k is the time index, N is the number of samples, and l ∈ {1, 2,... , N}. Is the received signal value after performing digital conversion of the l th sample. Herein, the sample refers to a sensor arbitrarily selected from among a plurality of sensors.
는 l번째 샘플의 잡음 신호를 나타내며, 이때 잡음은 정규 분포를 따르며 평균은 0, 분산은 σ2이다. Denotes the noise signal of the l-th sample, where noise follows a normal distribution, with an average of 0 and a variance of σ 2 .
μ(l)는 l번째 샘플인 센서의 반사 되어 수신되는 평균 수신 레벨 값이고, 와 같이 계산된다. 여기서 는 l번째 샘플의 ADC(110)로 공급되는 전압이고, 는 l번째 샘플로 반사되어 수신되는 신호의 이득을 의미한다.μ (l) is the average received level value received from the reflected sensor of the first sample, Is calculated as here Is the voltage supplied to the
를 계산하는 방법에 대하여 상세하게 설명하면, 먼저 ADC(110)에서 수신 신호 값()이 출력되면, 평균 수신 레벨 계산부(120)는 수신한 디지털 수신 신호의 값으로부터 평균 수신 레벨 값(μ(l))을 계산한다(S110). In detail, a method of calculating the received signal value in the ADC 110 ( ) Is output, the average
l번째 샘플의 UWB 센서로 수신되는 평균 수신 레벨 값인 평균 수신 레벨 값(μ(l))을 계산하는 방법은 다음 수학식 3을 이용한다.A method of calculating an average reception level value μ (l) , which is an average reception level value received by the UWB sensor of the first sample, uses Equation 3 below.
평균 수신 레벨 계산부(120)가 평균 수신 레벨 값(μ(l))을 계산하면, 임계값 계산부(130)는 평균 수신 레벨 값(μ(l))을 수신하여 임계값을 계산한다(S120). 이때 임계값은 다음 수학식 4와 같다.When the average
즉, 임계값 계산부(130)로 입력된 평균 수신 레벨 값(μ(l))은 자승기(131)와 제1 곱셈기(132)로 각각 입력된다. 자승기(131)는 평균 수신 레벨 값(μ(l))을 자승 곱하고, 제1 곱셈기(132)는 미리 저장되어 있는 제1 계수(β0)와 평균 수신 레벨 값(μ(l))을 곱하여 출력한다.That is, the average reception level value μ (l) input to the
제2 곱셈기(133)는 자승기(131)에서 자승 곱해진 평균 수신 레벨 값(μ(l))과 미리 저장되어 있는 제2 계수(β1)를 곱하여 출력한다. 그리고 덧셈기(134)는 제1 곱셈기(132)와 제2 곱셈기(133)의 출력을 더해 임계값으로 출력한다.The
이때, 미리 저장되어 있는 제1 계수(β0) 및 제2 계수(β1)를 계산하는 방법은 다음과 같다. At this time, a method of calculating the first coefficient β 0 and the second coefficient β 1 stored in advance is as follows.
상기에서 설명한 수학식 2를 이용하여 침입자의 침입을 감지할 때, 각 임의의 UWB 센서인 샘플의 평균 반사 수신 레벨의 임의의 값 를 이용한다. 모든 샘플에 일정한 T 대신에 각 샘플에 적합한 임계값 를 이용하면 각 샘플에 적합한 임계값을 갖게 되어, 복수의 센서들은 일정한 감지 영역을 가질 수 있게 된다. 그러나, 센서 제조 공정상에서 106 이상의 샘플들이 제작된다고 가정하면, 모든 샘플의 및 를 측정하여 침입 감지를 위한 임계값 를 얻는 것은 불가능하다.When detecting an intruder's intrusion using Equation 2 described above, an arbitrary value of the average reflection reception level of the sample, which is each arbitrary UWB sensor Use Threshold appropriate for each sample instead of constant T for all samples Using a threshold value suitable for each sample, the plurality of sensors can have a constant detection area. However, assuming that at least 10 6 samples are produced in the sensor manufacturing process, And The threshold for intrusion detection by measuring It is impossible to get it.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 모든 샘플에 대한 임계값 를 계산하기보다, 실제 측정된 데이터를 기반으로 를 추정하는 방법을 이용하기로 한다. 즉, 일정한 감지 영역을 가지기 위해, 평균 수신 레벨 값에 대한 임계값을 측정한다. Thus, in the embodiment of the present invention, the threshold for all samples Rather than calculating, based on the actual measured data We will use the method of estimating. That is, in order to have a constant sensing area, the threshold value for the average reception level value is measured.
그리고 각 샘플에 대한 근사적 임계값을 계산한다. 수학식 4로 계산한 근사적 임계값을 적용할 경우, 모든 샘플에 대한 임계값을 구하지 않고도 모든 샘플에서 일정한 감지 영역을 가질 수 있게 된다.We then calculate an approximate threshold for each sample. When the approximate threshold calculated by Equation 4 is applied, it is possible to have a constant sensing area in every sample without obtaining the threshold for every sample.
근사적 임계값을 계산하기 위해서 수학식 4를 이용한다. 이때 실제 임계값과 근사적 임계값과의 평균 자승 오차는 수학식 5와 같다.Equation 4 is used to calculate an approximate threshold. At this time, the mean square error between the actual threshold and the approximate threshold is expressed by Equation 5.
수학식 5를 통해, 최적의 해인 β0,opt, β1,opt 값은 다음 수학식 6을 이용하여 구할 수 있다.Through Equation 5, the optimal solution β 0, opt and β 1, opt values can be obtained using Equation 6 below.
수학식 6에 의해 최적의 해 β0,opt, β1,opt 값은 다음 수학식 7과 같다.The optimal solution β 0, opt and β 1, opt values by Equation 6 are given by Equation 7 below.
수학식 7에 나타낸 최적의 해 β0,opt, β1,opt 계수(즉, 제1 계수 및 제2 계수)를 이용하여, 상기 수학식 4에 따른 각 샘플에서의 근사적 임계값 의 계산이 가능하다. 즉, 제1 계수 및 제2 계수는 임계값과 평균 수신 레벨을 이용하여 수학식 7과 같이 계산될 수 있다. 이때, 각 샘플의 평균 수신 신호 레벨 μ(l)은 각 샘플에서의 수신 신호 처리를 통해 쉽게 획득할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 이에 대한 설명을 생략하기로 한다.Approximate thresholds in each sample according to Equation 4, using the optimal solution β 0, opt , β 1, opt coefficients (ie, first coefficient and second coefficient) shown in equation (7). The calculation of is possible. That is, the first coefficient and the second coefficient may be calculated by using Equation 7 using the threshold value and the average reception level. At this time, the average received signal level μ (l) of each sample can be easily obtained through the received signal processing in each sample, and the description thereof will be omitted in the embodiment of the present invention.
상기에서 설명한 바와 같이 임계값 계산부(130)에서 임계값을 계산하면, 알람 발생부(140)는 ADC(110)에서 출력된 디지털 수신 신호와 임계값 계산부(130)에서 출력된 임계값을 수신하여 알람 발생 여부를 판단한다(S130). 즉, 알람 발생부(140)는 ADC(110)에서 출력된 디지털 수신 신호 값이 임계값 계산부(130)에서 계산된 임계값 이상일 경우 침입이 발생하였다고 간주하여 알람 신호를 발생시킨다(S140).As described above, when the threshold is calculated by the
이와 같이 본 발명의 실시예에 따라 하드웨어 편차가 발생하는 경우 침입자 존재 여부를 판별하기 위한 임계값을 결정하는 경우, 모든 샘플들에 대한 임계값을 측정하지 않고 대표 샘플들을 선택하여 평균 수신 레벨 값을 계산하고 이를 토대로 임계값을 추정한다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 UWB 센서를 이용할 경우의 감지 영역은 표 2과 같다.As such, when determining a threshold for determining whether an intruder exists when hardware deviation occurs according to an embodiment of the present invention, the average reception level value is selected by selecting representative samples without measuring the threshold for all samples. Calculate and estimate the threshold based on this. In addition, the sensing area in the case of using the UWB sensor according to an embodiment of the present invention is shown in Table 2.
표 2에 나타낸 바와 같이, 하드웨어 편차가 없을수록 샘플인 센서들 간에 감지하는 영역의 모양은 일정함을 알 수 있다. 즉, 센서를 기준으로 360도의 감지 영역이 발생할 경우, 표 2에 나타낸 바와 같이 제1 센서는 0도 부분은 1.5m까지 감지할 수 있고, 90도 부분은 1.6m, 180도 부분은 1.7m 그리고 270도 부분은 1.6m까지 감지할 수 있다. 이와 마찬가지로 또 다른 센서인 제2 센서는 0도, 90도, 180도 및 270도 부분이 각각 1.4m, 1.5m, 1.7m 및 1.8m까지의 감지 영역을 갖게 된다. As shown in Table 2, it can be seen that the shape of the area detected between the sensors, which are samples, is uniform as there is no hardware deviation. That is, when a 360 degree detection area occurs based on the sensor, as shown in Table 2, the first sensor can detect a 0 degree part up to 1.5 m, a 90 degree part 1.6 m, a 180 degree part 1.7 m, and The 270-degree part can detect up to 1.6m. Similarly, another sensor, the second sensor, has a sensing area of 0, 90, 180, and 270 degrees of 1.4 m, 1.5 m, 1.7 m and 1.8 m, respectively.
즉, 상기 표 1에서 나타낸 바와 같이 기존에 하나의 임계값을 적용하여 구현된 제1 센서와 제2 센서가 큰 편차를 나타내며 불규칙한 감지 영역을 갖는다. 반면, 본 발명의 실시예에 따라 하드웨어 편차를 고려하여 평균 수신 레벨 값을 이용하여 임계값을 추정하는 방법을 통해 구현된 센서인 제1 센서와 제2 센서는 비슷한 감지 영역을 갖는 것을 알 수 있다. That is, as shown in Table 1, the first sensor and the second sensor, which are conventionally implemented by applying one threshold value, exhibit a large deviation and have an irregular sensing area. On the other hand, it can be seen that the first sensor and the second sensor, which are implemented through the method of estimating the threshold value using the average reception level value in consideration of hardware deviation, according to the embodiment of the present invention, have a similar sensing area. .
그리고 샘플간 편차 보정을 위한 침입자 임계치 값은 다음 도 5와 같이 나타나게 된다.And the intruder threshold value for the deviation correction between samples will appear as shown in FIG.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 침입자 검출 임계값과 평균 수신 레벨간의 관계를 나타낸 예시도이다.5 is an exemplary diagram illustrating a relationship between an intruder detection threshold value and an average reception level according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 샘플간 편차 보정을 위한 침입자의 임계값은 평균 수신 레벨 값이 높을수록 증가하는 것을 알 수 있다. 즉 일반적인 임계값을 추정하는 방법을 이용하면 하드웨어 편차가 심한 샘플들에 하나의 임계값만 적용하기 때문에 감지 영역이 매우 불규칙하게 되나, 본 발명의 실시예와 같이 하드웨어 편차를 고려하여 임계값을 적용하면 감지 영역이 규칙적으로 나타날 수 있게 된다.As shown in Figure 5, it can be seen that the threshold value of the intruder for the deviation correction between samples increases as the average reception level value is higher. In other words, in the method of estimating a general threshold value, the detection area becomes very irregular because only one threshold value is applied to samples having a high hardware deviation. However, as in the embodiment of the present invention, the threshold value is applied in consideration of the hardware deviation. This allows the detection area to appear regularly.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
Claims (10)
상기 센서를 통해 수신한 복수의 아날로그 수신 신호를 디지털 수신 신호로 변환하여 복수의 수신 신호 값을 출력하는 아날로그 디지털 변환부;
상기 아날로그 디지털 변환부로부터 출력되는 복수의 수신 신호 값을 이용하여 평균 수신 레벨 값을 계산하는 평균 수신 레벨 계산부; 및
상기 평균 수신 레벨 값과 미리 저장되어 있는 복수의 계수를 이용하여 임계값을 계산하는 임계값 계산부
를 포함하며, 상기 임계값 계산부는,
상기 평균 수신 레벨 값을 자승 곱 하여 평균 수신 레벨 자승 값을 출력하는 자승기;
상기 자승 곱하여 출력된 평균 수신 레벨 자승 값과 상기 복수의 계수 중 제1 계수를 곱하여 출력하는 제1 곱셈기;
상기 평균 수신 레벨 값과 상기 복수의 계수 중 제2 계수를 곱하여 출력하는 제2 곱셈기; 및
상기 제1 곱셈기 및 제2 곱셈기에서 각각 출력한 값을 더하여 상기 임계값으로 출력하는 덧셈기를 포함하는 임계값 추정 장치.An apparatus for estimating a threshold for intrusion detection in a plurality of sensors, the apparatus comprising:
An analog-digital converter converting a plurality of analog received signals received through the sensor into digital received signals and outputting a plurality of received signal values;
An average reception level calculator for calculating an average reception level value using a plurality of reception signal values output from the analog-digital converter; And
A threshold calculator configured to calculate a threshold value using the average reception level value and a plurality of pre-stored coefficients
Includes, the threshold calculator,
A squarer for outputting an average reception level squared value by multiplying the average reception level value;
A first multiplier for multiplying and outputting an average received level squared value multiplied by the squared multiplied by a first coefficient among the plurality of coefficients;
A second multiplier configured to multiply the average reception level value by a second coefficient of the plurality of coefficients to output the multiplier; And
And an adder configured to add the output values of the first multiplier and the second multiplier, respectively, and output the sum value as the threshold value.
상기 계산한 임계값과 상기 복수의 수신 신호 값을 토대로 상기 아날로그 수신 신호에 대한 알람 발생 여부를 판단하여 알람을 발생하는 알람 발생부
를 포함하는 임계값 추정 장치.The method of claim 1,
An alarm generating unit for generating an alarm by determining whether an alarm occurs for the analog received signal based on the calculated threshold value and the plurality of received signal values.
Threshold estimating apparatus comprising a.
상기 제1 계수 및 제2 계수는 평균 수신 레벨 및 임계값을 토대로 각각 계산되는 임계값 추정 장치.The method of claim 1,
And the first coefficient and the second coefficient are respectively calculated based on an average reception level and a threshold value.
외부로부터 수신한 복수의 수신 신호로부터 상기 복수의 센서 중 임의로 선택된 센서인 샘플의 평균 수신 레벨 값과 상기 샘플의 잡음 신호의 합으로 복수의 수신 신호 값을 각각 계산하는 단계;
복수의 수신 신호 값으로부터 평균 수신 레벨 값을 계산하는 단계; 및
상기 계산한 평균 수신 레벨 값을 이용하여 임계값을 계산하는 단계
를 포함하는 임계값 추정 방법.
In the method for estimating the threshold for intrusion detection in a plurality of sensors,
Calculating a plurality of received signal values based on a sum of an average received level value of a sample, which is a randomly selected sensor among the plurality of sensors, and a noise signal of the sample, from a plurality of received signals received from the outside;
Calculating an average reception level value from the plurality of received signal values; And
Calculating a threshold value using the calculated average reception level value
Threshold estimation method comprising a.
상기 임계값을 계산하는 단계는,
상기 평균 수신 레벨 값을 자승 곱하여 평균 수신 레벨 자승 값을 계산하는 단계;
상기 평균 수신 레벨 자승 값과 미리 저장되어 있는 제1 계수를 곱하여 제1 값을 계산하는 단계;
상기 평균 수신 레벨 값과 미리 저장되어 있는 제2 계수를 곱하여 제2 값을 계산하는 단계; 및
상기 제1 값과 상기 제2 값을 더하여 상기 임계값으로 계산하는 단계
를 포함하는 임계값 추정 방법.The method of claim 5,
Computing the threshold value,
Calculating an average reception level squared value by multiplying the average reception level value;
Calculating a first value by multiplying the mean reception level squared value by a pre-stored first coefficient;
Calculating a second value by multiplying the average reception level value by a second stored coefficient; And
Calculating the threshold by adding the first value and the second value;
Threshold estimation method comprising a.
상기 제1 계수는 를 통해 계산되고, 상기 제2 계수는
(여기서 상기 T(l)은 임계값이고, μ(l) 는 평균 수신 레벨임. l은 l번째 샘플을 나타내며 l ∈ {1, 2, …, N}이고, N은 샘플의 수임)
를 통해 계산되는 임계값 추정 방법.The method of claim 7, wherein
The first coefficient is Is calculated through the second coefficient
Where T (l) is the threshold and μ (l) is the average reception level, l represents the l th sample and l ∈ {1, 2, ..., N}, where N is the number of samples)
Threshold estimation method calculated through.
상기 임계값을 계산하는 단계 이후에,
상기 복수의 수신 신호 값과 상기 임계값을 이용하여 알람 발생 여부를 판단하는 단계
를 더 포함하는 임계값 추정 방법.The method of claim 5,
After calculating the threshold,
Determining whether an alarm occurs using the plurality of received signal values and the threshold value;
Threshold estimation method further comprising.
상기 알람 발생 여부를 판단하는 단계는,
상기 복수의 수신 신호 값이 상기 계산된 임계값보다 큰지 판단하는 단계; 및
상기 복수의 수신 신호 값이 상기 임계값보다 크면, 침입을 알리는 알람 신호를 발생하는 단계
를 포함하는 임계값 추정 방법.10. The method of claim 9,
Determining whether the alarm occurs,
Determining whether the plurality of received signal values are greater than the calculated threshold value; And
Generating an alarm signal informing of an intrusion if the plurality of received signal values are greater than the threshold value;
Threshold estimation method comprising a.
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