KR100331182B1 - System for locating sound generation source - Google Patents
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Abstract
공간상의 네 곳에 위치한 음파감지기의 위치를 알고 있을 때 각각의 감지기에 도달하는 음파의 도달 시간차를 측정하여 실제 음원의 위치를 추적하는 시스템에 대해 개시하고 있다. 본 발명의 위치추적 시스템은, 음파감지기와 GPS 수신기 및 무선송신장치로 이루어진 음원감지부들과, 여러 개의 음원감지부에서 보내온 자료를 처리하여 음원위치를 추적하는 중앙통제센터로 구성되어 있다. GPS 시스템에 의해 음원감지부의 시각동기 및 위치정보 확보가 가능하므로 음원감지부가 이동하더라도 음원의 자동적인 위치추적이 가능하다.Disclosed is a system for tracking the position of an actual sound source by measuring the time difference of arrival of sound waves reaching each detector when the positions of the sound wave detectors located in four places in space are known. The location tracking system of the present invention comprises a sound source detector consisting of a sound wave detector, a GPS receiver and a wireless transmitter, and a central control center for processing the data sent from a plurality of sound source detectors to track the location of the sound source. It is possible to secure the time synchronization and location information of the sound source detection unit by the GPS system, it is possible to automatically track the location of the sound source even if the sound source detection unit moves.
Description
본 발명은 위치 추적 시스템에 관한 것으로, 특히 음원의 위치를 자동적으로 파악하는 위치 추적 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a location tracking system, and more particularly to a location tracking system for automatically detecting the position of the sound source.
GPS(Global Positioning System)분야에서 GPS수신기로 사용되는 무선단말기를 갖고 있는 사용자가 자신의 위치를 파악하는 방법은 일반적으로 많이 알려져 있다. 그러나, 미지의 위치에 있는 음원의 위치를 GPS수신기용 무선단말기 등을 이용하여 추적하는 방법은 알려져 있지 않다.In the GPS (Global Positioning System) field, a user who has a wireless terminal used as a GPS receiver to determine his or her location is generally known. However, a method of tracking the location of a sound source at an unknown location using a GPS receiver radio terminal or the like is not known.
GPS분야는 아니지만, 미지의 음파발생원의 위치를 추적하고자 하는 노력은 수도관과 같은 수송관의 파열부분을 찾아내는 분야에서 이미 이루어진 바 있다. 예를 들어, 노드스트롬(Nordstrom) 등에게 허여된 미국특허 제 5,058,419호에서는, 수송관의 파열부분에서 발생하는 소리를 수도관의 양끝에서 측정하여 특정 범위의 주파수 대역에서 신호처리함으로써 땅을 파헤치지 않고 파열위치를 찾아내는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 기술은 일차원적으로만 적용된다는 점에서 한계를 가지고 있다.Although not in the GPS field, efforts to track the location of unknown sound sources have already been made in the field of rupture of transport pipes, such as water pipes. For example, U.S. Patent No. 5,058,419 issued to Nordstrom et al., Ruptures without digging ground by measuring the sound generated at the rupture of the pipeline at both ends of the water pipe and processing the signal in a specific range of frequency bands. Disclosing a technique for finding a location. However, this technique is limited in that it is applied only in one dimension.
주파수 발생원의 위치를 추적하기 위해 셀룰러 망의 기지국을 이용하는 삼각측량법의 경우, 주파수 발생원으로부터 기지국들 사이의 거리 혹은 주파수 발생원에서 각 기지국들 사이에 신호가 도달하는 시간차를 정확히 알아야 하는 제약이 있을 뿐 아니라 기지국이 대부분 고정되어 있다는 제약을 갖는다.Triangulation, which uses a base station in a cellular network to track the location of a frequency source, not only has the constraint of knowing exactly the distance between the base station from the source or the time difference at which the signal arrives between each base station at the source. There is a constraint that the base station is mostly fixed.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 미지의 위치에 있는 음원에서 음원감지수단까지의 정확한 거리를 모르더라도 용이하게 음원의 위치를 파악할 수 있는 음원 위치추적 시스템을 제공하는 데 있다.Therefore, the technical problem of the present invention is to provide a sound source location tracking system that can easily grasp the position of the sound source even if you do not know the exact distance from the sound source in the unknown position to the sound source detection means.
본 발명의 다른 기술적 과제는 음원감지수단이 움직이더라도 용이하게 음원의 위치를 파악할 수 있는 음원 위치추적 시스템을 제공하는 데 있다.Another technical problem of the present invention is to provide a sound source position tracking system that can easily determine the position of the sound source even if the sound source detecting means moves.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음원 위치추적 시스템의 개념을 나타내는 블록도;1 is a block diagram showing the concept of a sound source location tracking system according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 일 적용례를 나타낸 도면이다.2 is a view showing an application example of the present invention.
상기한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 위치추적 시스템에서는, 서로 분산된 장소에 위치한 적어도 3개의 음원감지수단들과; 상기 음원감지수단들의 각각에 설치되는 GPS 수신기와; 중앙통제센터를 구비하는 음원의 위치추적 시스템에 있어서, 상기 음원감지수단들 각각은, 미지의 음원에서 발생한 음파를 감지하는 수단과 각각의 상기 GPS 수신기로부터 음파 감지시의 시간정보와 상기 음원감지수단들 각각의 위치정보를 상기 중앙통제센터로 전송하는 각각의 전송수단을 포함하며; 각각의 상기 GPS 수신기들은, GPS 위성에서 GPS 위성신호를, 이미 알려진 위치에 소재한 GPS 기준국에서 보정신호를 각각 수신하여 상기 음원감지수단들의 위치정보를 발생시키고 GPS 수신기 시간에서 수신기 시계오차를 소거한 시간인 GPS 시간으로 상기 음원감지수단들 각각의 시각을 동기시키며; 상기 중앙통제센터는, 상기 전송수단으로부터 상기 음원감지수단들 각각의 음파 감지시의 시간정보 및 위치정보를 수신하고, 음원과 음원감지수단 사이의 정확한 거리를 구하는 대신 음파가 각 음원감지수단에 도달하는 시간이 각기 다르므로 음원의 음파발생시각을 가정하여 음파의 가정 이동시간을 구하여 여기에 음속을 곱하여 의사거리(pseudorange)를 생성하고, 실제거리는 음원의 위치와 음원감지수단의 위치의 함수이고 의사거리는 설제거리와 의사거리 공통오차의 합이므로, 생성된 의사거리와 음파 감지시의 음원감지수단의 위치와 의사거리 관계식(의사거리=실제거리+공통오차)으로부터 연립방정식을 구성하고 수치해법을 적용하여 가정 음파발생시각에 의한 의사거리 공통오차와 미지의 음원의 위치를 동시에 추정하는 것을 특징으로 한다.이때, GPS 위성신호를 이용하여 음원감지수단의 위치를 실시간으로 파악할 수 있으므로 상기 음원감지수단들의 적어도 하나가 이동 가능한 것을 특징으로 한다.In the position tracking system of the present invention for solving the above technical problems, and at least three sound source sensing means located in a place separated from each other; A GPS receiver installed at each of the sound source detecting means; In the position tracking system of the sound source having a central control center, each of the sound source detection means, means for detecting sound waves generated from an unknown sound source and time information and sound source detection means when detecting the sound wave from each of the GPS receiver Each transmission means for transmitting the respective location information to the central control center; Each of the GPS receivers receives a GPS satellite signal from a GPS satellite and a correction signal from a GPS reference station located at a known location, thereby generating position information of the sound source sensing means and canceling a receiver clock error from the GPS receiver time. Synchronizing the time of each of the sound source detecting means with GPS time, which is time; The central control center receives time information and position information at the time of detecting sound waves of each of the sound source sensing means from the transmitting means, and instead of obtaining an accurate distance between the sound source and the sound source sensing means, sound waves reach each sound source detecting means. Since the time required is different, the assumption is made of the sound wave generation time of the sound source, and the estimated travel time of the sound wave is multiplied by the sound velocity to generate a pseudorange, and the actual distance is a function of the position of the sound source and the sound source sensing means. Since distance is the sum of common error and pseudo-range common error, construct the system of equations from the pseudo-range and the position of the sound source sensing means and pseudo-distance relation (pseudo distance = actual distance + common error) and apply numerical solution. It is characterized by simultaneously estimating the pseudo-range common error and the location of the unknown sound source due to the assumption sound wave generation time. When using a GPS satellite signal, it may determine the location of the sound source detecting means in real time, it characterized in that the available at least one of the sound source movement sensing means.
본 발명의 다른 측면은 음원감지수단이 고정되어 있는 경우에 대한 것으로서, 이 때에는 GPS 위성신호를 이용할 필요가 없다. 이 경우에는, 서로 분산된 기지의 장소에 위치한 적어도 3개의 음원감지수단들과, 상기 음원감지수단들에 각각 유선으로 설치되는 시각동기수단과, 중앙통제센터를 구비하는 음원의 위치추적 시스템에 있어서, 상기 음원감지수단들 각각은, 미지의 음원에서 발생한 음파를 감지하는 수단과, 상기 시각동기수단으로부터 제공되는 클럭펄스로 시각이 동기되며, 음파 감지시의 시간장보를 상기 중앙통제센터로 전송하는 각각의 유선전송수단들을 포함하며; 각각의 상기 시각동기수단들은, 하나의 클럭펄스 발생수단으로부터 유선으로 각각의 음원감지수단들에 클럭펄스를 보내어 시각을 동기시키고 카운터를 이용하여 클럭펄스의 개수로 각각의 음원감지수단의 시각정보를 제공하며; 상기 중앙통제센터는, 상기 유선전송수단들로부터 음파 감지시의 시간정보를 수신하고 음원과 음원감지수단 사이의 정확한 거리를 구하는 대신 음파가 음원감지수단에 도달하는 시간이 각기 다르므로 음원이 음파발생시각을 가정하여 음파의 가정 이동시간을 구하고 여기에 음속을 곱하여 의사거리(pseudorange)를 생성하고, 유선전송수단을 통하여 하드웨어적으로 음원감지수단들을 식별하여 메모리에 저장된 음원감지수단의 위치정보를 읽어들이고, 생성된 의사거리와 음원감지수단의 위치와 의사거리 관계식(의사거리=실제거리+공통오차)으로부터 연립방정식을 구성하고 수치해법을 적용하여 가정 음파발생시각에 의한 의사거리 공통오차와 미지의 음원의 위치를 동시에 추정하는 것을 특징으로 한다.Another aspect of the present invention is for the case where the sound source detecting means is fixed, and there is no need to use a GPS satellite signal. In this case, in the location tracking system of the sound source having at least three sound source detection means located in a site distributed from each other, the visual synchronization means installed in each of the sound source detection means by wires, and a central control center Each of the sound source detecting means includes a means for detecting sound waves generated from an unknown sound source, a time synchronized with a clock pulse provided from the time synchronizing means, and transmitting a time information for detecting sound waves to the central control center. Each wired transmission means; Each of the time synchronizing means transmits clock pulses to the respective sound source sensing means from one clock pulse generating means by wire to synchronize the time, and uses the counter to display the time information of each sound source detecting means by the number of clock pulses. Provide; The central control center receives the time information at the time of sound wave detection from the wired transmission means and obtains the correct distance between the sound source and the sound source sensing means, so that the sound waves reach the sound source sensing means differently so that the sound source is generated. Assuming the time, find the home travel time of sound waves, multiply the sound velocity to generate pseudorange, identify the sound source sensing means by hardware through wire transmission means, and read the location information of the sound source sensing means stored in memory In this paper, we construct a system of equations from the pseudo-ranges, the position of the sound source sensing means, and the pseudo-range relations (pseudo-real distance + common error) and apply a numerical solution to the common pseudo-ranges and unknowns due to the time of home sound wave generation. It is characterized by estimating the position of the sound source at the same time.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음원의 위치추적 시스템의 개념을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing the concept of a location tracking system of a sound source according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 음원(10)에서 발생한 음파가 적어도 3개 이상의 음원감지부(20)에 의해 감지된다. 이론적으로, 음원의 위치를 파악하기 위해서는 4개 이상의 음원감지부(20)가 필요하지만, 도심의 평탄 지형과 같이 고도(altitude)를 변수로 생각할 필요가 없는 경우에는 음원감지부를 3개만 사용하여도 된다. 각각의 음원감지부(20)에는 음파감지기(22), GPS수신기(24) 및 무선송신장치(26)가 마련되어 있다.Referring to FIG. 1, sound waves generated in the sound source 10 are detected by at least three or more sound source detection units 20. Theoretically, four or more sound source sensing units 20 are required to determine the position of the sound source. However, if only three sound source detecting units are used when altitude is not required as a variable such as flat terrain in the city, do. Each sound source detecting unit 20 is provided with a sound wave detector 22, a GPS receiver 24, and a wireless transmitter 26.
음파감지기(22)는 다양한 음원(10)에서 발생한 음파 중에서도 일정 강도 이상이면서 일정 지속시간(duration time) 이하의 펄스 음파만을 감지하는 역할을 한다. 이러한 펄스 음파는 현실적으로 총성이나 폭발음, 비상 시에 발하는 경보음에 해당한다. 그러나, 음파감지기가 반드시 펄스 음파만을 감지하는 것이 아니라, 감지대상에서 발생하는 음파의 전형적인 파형을 미리 감지기에 설정하여 놓으면 정확하고 신속한 음파감지를 할 수 있다.The sound wave detector 22 detects only pulse sound waves having a predetermined intensity or more and a predetermined duration time among sound waves generated from the various sound sources 10. These pulsed waves are realistic gunshots, explosions, and emergency alarms. However, the sound wave sensor does not necessarily detect only the pulsed sound wave, but if the typical waveform of the sound wave generated from the sensing object is set in advance in the detector, accurate and fast sound wave detection can be achieved.
GPS 수신기(24)는 GPS 위성신호 및 보정신호(30)를 위성과 기준국으로부터 각각 수신하는 보정위성항법시스템(DGPS)을 사용한다. 보정위성항법시스템(DGPS)은 기지의 위치에 소재한 기준국에서 계산된 GPS 의사거리 공통오차를 사용자 수신기에서 보정함으로써 수m의 위치 정확도와 정확한 시간정보를 얻을 수 있는 시스템을 말한다. GPS 수신기(24)는 음원감지부(20)의 위치정보와 GPS 시간정보를 발생시킨다. 이때, GPS 시간은 GPS 수신기 시간에서 수신기 시계오차를 소거한 시간으로 정의되며 정확한 GPS 시스템 시간을 제공하므로 GPS 시간으로 음원감지부(20)의 시각이 동기화 된다.The GPS receiver 24 uses a calibration satellite navigation system (DGPS) that receives GPS satellite signals and correction signals 30 from satellites and reference stations, respectively. Corrected satellite navigation system (DGPS) is a system that can obtain position accuracy and accurate time information of several meters by compensating GPS pseudo-range common error calculated at the reference station located at the known location in the user receiver. The GPS receiver 24 generates position information and GPS time information of the sound source detecting unit 20. In this case, the GPS time is defined as a time when the receiver clock error is eliminated from the GPS receiver time, and the time of the sound source sensor 20 is synchronized with the GPS time because it provides an accurate GPS system time.
무선송신장치(26)는, 음원(10)에서 발생한 음파가 음파감지기(22)에 이미 설정된 것에 해당하면, GPS 수신기로부터 음파감지 순간의 음원감지부(20)의 위치정보와 GPS 시간정보를 중앙통제센터(40)로 전송한다.중앙통제센터(40)는 무선송신장치(26)로부터 음파감지 순간의 각각의 음원감지부(20)의 위치정보와 GPS 시간정보를 수신하고 음원의 음파발생시각을 가정하여 음파의 가정 이동시간을 구하여 여기에 음속을 곱하여 음원(10)에서 각 음원감지부(20)까지의 의사거리를 생성한다. 음원의 가정 음파발생시각을 음원감지부에 최초로 도달하는 시간으로 가정하면 최초로 음파가 도달하는 음원감지부와 나머지 음원감지부의 음파 도달시간차이가 가정 이동시간이 된다. 의사거리와 각 음원감지부(20)의 위치정보에 대한 관계식을 풀어 음원(10)의 절대적인 위치를 추적하는 것이 가능하다.If the sound wave generated in the sound source 10 is already set in the sound wave detector 22, the wireless transmitter 26 centers the position information and the GPS time information of the sound source sensor 20 at the moment of sound wave detection from the GPS receiver. The central control center 40 receives the location information and GPS time information of each sound source detecting unit 20 at the time of sound wave detection from the wireless transmitting device 26, and the sound wave generation time of the sound source. It is assumed that the movement time of the sound wave is calculated and multiplied by the sound velocity to generate a pseudo distance from the sound source 10 to each sound source detection unit 20. Assuming that the sound source generation time of the sound source first reaches the sound source detection unit, the difference in time of arrival of the sound source reaching the sound wave for the first time from the sound source detection unit and the remaining sound source detection unit becomes the home movement time. It is possible to track the absolute position of the sound source 10 by solving the relationship between the pseudorange and the position information of each sound source detection unit 20.
이를 이론적으로 정리하면 다음과 같다. 소리의 속도는 매질에 따라 다르고 또한 매질의 상태에 의해서도 영향을 받는다. 하지만 일반적으로 음의 높낮이나 진동수에 관계없이 그 속도는 일정하다. 음속과 음파의 도달시간의 곱은 음원(10)과 음파 감지위치 사이의 거리에 밀접하게 관련되어 있다. 이를 이용하여 음파를 발생시키는 음원(10)의 위치를 구할 수 있는 것이다. 즉, 한 음원에서 음파가 발생할 경우, 음원에서 음파 감지위치까지의 거리에 따라 이를 감지하는 시간이 서로 다르므로 여러 곳(예컨대 고도를 고려하지 않은 평탄지형일 경우 세 곳에서)에서 음파를 감지하면, 각각의 음파도달 시간차와 음파발생시각을 가정하여 각각의 의사거리를 구할 수 있다. 즉, 평탄지형일 경우 음파감지위치와 음속을 알고 있을 때, 실제거리는 음원의 위치와 음원감지수단의 위치의 함수이고 의사거리는 실제거리와 의사거리 공통오차의 합이므로 의사거리 관계식(의사거리=실제거리+공통오차)에서 미지수는 음원의 위치 좌표값과 가정 음파발생시각에 의한 의사거리 공통오차(의사거리와 실제거리의 차)로 세 개가 되며 따라서 세 개의 의사거리만 생성하면 수치해법을 이용하여 실제 음원의 위치를 알아낼 수 있다.이하에는, 중앙통제센터에서 음원의 위치를 알아내기 위한 연산과정을 수학식들을 참조하여 자세히 설명한다.의사거리는 음원과 음원감지수단까지의 실제거리에 음원의 음파발생시각을 모르기 때문에 이를 가정하여 생기는 오차항이 더해진 형태이고 오차항은 모든 의사거리에 공통으로 작용하는 오차이다. 의사거리를 생성하는 방식은 여러 가지가 있을 수 있고 여기서는 음파가 가장 먼저 도달하는 음원감지수단의 음파감지시각을 기준으로 도달시간차를 구하고 음파가 발생하여 가장 먼저 음원감지수단에 도달하는데 걸리는 시간을 가정하여 음파의 가정 이동시간을 구하여 여기에 음속을 곱하여 의사거리를 생성한다.의사거리()는 실제거리와 공통오차의 합으로 표현될 수 있고 수식으로 표시하면 수학식 1과 같다.[수학식 1]= 음파의 가정 이동시간 * 음속===여기서,a = 음속,= 음파가 발생하여 가장 먼저 음원감지수단에 도달하는데 걸리는 가정 이동시간 (모든 의사거리에 공통),= j번 음원감지수단과 가장 먼저 도달하는 음원감지수단의 도달 시간 차이,= 음원과 j번 음원감지수단까지의 실제거리,() = 음원의 위치,() = j번 음원감지수단의 위치, B = 공통오차항으로 정의된다.이때, 아래첨자 j는 j번째 음원감지수단을 나타내고 m개의 음원감지수단에서 측정이 이루어졌다고 가정한다. 3차원 음원의 위치를 구하기 위해서는 4개 이상의 측정식이 필요하고 2차원 음원의 위치를 구하기 위해서는 3개 이상의 측정식이 필요하다. 수학식 1에서 의사거리를 우변으로 넘겨 다시 정리하면, 수학식 2와 같다.[수학식 2]여기서, 수학식 2를 벡터 형식으로 나타내면 수학식 3과 같다.[수학식 3]여기서,: 음원의 위치좌표 및 의사거리 공통오차로 이루어진 벡터수학식 3에서를 추측값근방에서 테일러 급수(Taylor series) 전개하면 수학식 4와 같다.[수학식 4]고차항을 무시하고 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.[수학식 5]여기서, 그리고, 최소자승법을 이용하여을 구하면 수학식 6과 같다.[수학식 6]따라서, 구하고자하는 값은이다. 그러나 고차항에 의한 영향을 없애기 위해의 norm이 정해진 기준값 이하로 수렴할 때까지 위의 과정을 반복한다.여기서 정확한 음속을 모르더라도 가정 음속을 이용하여 위치를 구할 수도 있는데, 이 경우에는 그 정확도가 다소 떨어진다. 이와 같은 개념을 역으로 적용하면, 음원의 위치를 정확히 알 경우 정확한 음속을 구하는 데 이용될 수 있다. 이 때에는 실제 음파발생시각과 가정 음파발생시각의 차와 음속이 미지수가 된다.본 실시예에서는 음파감지기(22)의 시각 동기를 위해 GPS 위성신호를 수신하는 GPS수신기(24)를 이용하였지만, 경우에 따라서 음파감지기를 중앙통제센터에 유선으로 연결하고 하나의 클럭펄스 발생수단에서 각각의 음파감지기로 클럭펄스를 보내어 음파감지부(20)들 사이의 시각을 동기시킬 수도 있다. 여기서는 클럭펄스와 카운터를 이용하여 카운터 개수로 시간정보를 제공하고 다시 말해 클럭펄스의 카운터 개수에 클럭펄스의 주기를 곱하면 시간이 된다. 음파감지기에서 음파감지를 한 순간의 카운터 개수, 즉 시간정보를 유선전송수단을 통하여 중앙통제센터로 전송하고 상기에 상술한 방법을 이용하여 음원의 위치를 구할 수 있다. 본 발명의 발명자들은 전화기의 송수화기 유닛을 음파감지기로, 산업용 PC를 중앙통제센터로, 시각 동기 및 시각정보 발생수단으로 TCXO(클럭펄스 발생수단)를 이용하여 높은 정확도의 음원의 위치추적 시스템을 구성한 바 있다.Theoretically, this is as follows. The speed of sound depends on the medium and also on the condition of the medium. In general, however, the speed is constant regardless of the pitch or frequency of the sound. The product of the speed of sound and the arrival time of the sound wave is closely related to the distance between the sound source 10 and the sound wave detection position. Using this, the position of the sound source 10 generating sound waves can be obtained. That is, when sound waves occur in one sound source, the time to detect them differs depending on the distance from the sound source to the sound wave detection position. Therefore, when sound waves are detected in several places (for example, in three places in a flat terrain without considering altitude), Each pseudodistance can be calculated assuming each sound wave arrival time difference and sound wave generation time. That is, in case of a flat terrain, when the sound wave detection position and sound velocity are known, the actual distance is a function of the position of the sound source and the position of the sound source detection means, and the pseudo distance is the sum of the common distance and the pseudo distance common error. In the case of common error), there are three unknowns of the common distance (the difference between the pseudo distance and the actual distance) due to the positional coordinate value of the sound source and the time when the sound wave is generated. Therefore, if only three pseudo distances are generated, the numerical method The location of the sound source can be determined. Hereinafter, the calculation process for locating the sound source at the central control center will be described in detail with reference to equations. The pseudo distance is the sound wave generation of the sound source at the actual distance between the sound source and the sound source detection means. Since we don't know the time, it is the form of the error term that assumes this, and the error term is the error that is common to all pseudoranges. . There can be various ways of generating pseudo distance. Here, the difference of arrival time is calculated based on the sound wave detection time of the sound source detection means that the sound wave arrives first, and it is assumed that the time it takes for the sound wave to reach the sound source detection means first. Calculate the pseudo travel time of the sound wave and multiply it by the speed of sound to generate a pseudo distance. ) Can be expressed as the sum of the actual distance and the common error, and is expressed as Equation 1. [Equation 1] = Home travel time of sound waves * sound velocity = = = Where a = sound velocity, = Home travel time it takes for sound waves to reach the sound source detection means first (common to all pseudoranges), = difference in arrival time between the sound source detecting means j and the first sound source detecting means, = Actual distance between the sound source and the j sound source detection means, ( ) = The location of the sound source, ( ) = j is the position of the sound source sensing means, B = the common error term, where the subscript j denotes the jth sound source sensing means and assumes that measurements have been made at m sound source sensing means. Four or more measurement equations are required to determine the location of the three-dimensional sound source, and three or more measurement equations are required to obtain the location of the two-dimensional sound source. In Equation 1, the pseudo distance is returned to the right side and rearranged as shown in Equation 2. [Equation 2] Here, Equation (2) is expressed in Equation (3). here, : In Equation 3 consisting of common coordinates of positional coordinates and pseudorange of sound source Guess Taylor series expansion in the vicinity of Equation (4). The higher order term can be ignored and can be expressed as Equation 5. [Equation 5] here, And, using the least square method Is obtained as shown in Equation 6. Equation 6 Thus, the value you want to find silver to be. But to eliminate the effects of higher order terms Repeat the above process until the norm of converges to the specified reference value, even if you don't know the exact sound velocity, but you can find the position using the home sound velocity. If the concept is reversed, it can be used to find the correct sound velocity if the location of the sound source is known correctly. In this case, the difference between the actual sound wave generation time and the home sound wave generation time and the sound velocity are unknown. In this embodiment, although the GPS receiver 24 which receives the GPS satellite signal is used for time synchronization of the sound wave detector 22, Accordingly, the sound wave detector may be connected to the central control center by wire and the clock pulse may be sent from each clock pulse generating unit to each sound wave detector to synchronize the time between the sound wave detectors 20. In this case, the clock pulse and the counter are used to provide time information by the number of counters. In other words, time is obtained by multiplying the counter of the clock pulse by the period of the clock pulse. The sound wave detector transmits the number of counters at one time, that is, time information, to the central control center through a wired transmission means, and obtains the position of the sound source using the above-described method. The inventors of the present invention constitute a high-precision location tracking system using TCXO (clock pulse generating means) as a handset unit of a telephone, an acoustic wave detector, an industrial PC as a central control center, and a means for generating time synchronization and time information. There is a bar.
또한, 본 발명은 의도적인 특정 패턴(pattern)을 가진 초음파를 발생하는 물체의 위치를 추적하는 데도 사용될 수 있는데, 이는 수중에서의 위치추적에 특히 유용하다.The invention can also be used to track the position of an object that generates ultrasonic waves with a specific pattern intentional, which is particularly useful for location tracking in water.
그 외에도 음파가 아닌 전파에도 이 개념을 적용할 수 있는데, 이 경우에 특정 주파수의 무선송신기에서 송출되는 전파를 감지하여 여기서 반송파를 제거한 신호를 비교하여 전파의 도달시간차를 구할 수 있고 여기에 전파의 속도를 곱하여 생성된 의사거리와 전파감지기 위치를 이용하여 무선송신기의 위치를 구할 수 있다.In addition, this concept can be applied to radio waves other than sound waves. In this case, the radio wave of a specific frequency can be detected, and the time difference of the radio waves can be obtained by comparing the signals from which the carrier is removed. The position of the radio transmitter can be obtained by using the pseudorange generated by multiplying the speed and the position of the radio detector.
그리고, 이 개념을 이용하면 GPS 위성과 같이 PRN(Pseudo Random Noise) 골드 코드(gold code)를 발생하는 이동체의 위치도 구할 수 있다. 즉, GPS 수신기의 특정 채널을 이동체에서 발생하는 PRN 골드 코드를 받아들이는 것으로 잡아 GPS 시간, GPS 수신기의 위치와 이동체에서 보내온 PRN 골드 코드를 무선송신장치를 통해통제센터로 보내고 통제센터에서 교차 상관(cross-correlation)기법을 통해 전파의 도달 시간차를 구할 수 있으므로 이동체의 위치를 파악할 수 있다.Using this concept, the position of the moving object that generates PRN (Pseudo Random Noise) gold code can be obtained like a GPS satellite. In other words, the GPS channel, the position of the GPS receiver and the PRN gold code sent from the mobile device are sent to the control center through the radio transmitter, and the cross-correlation at the control center is determined. The cross-correlation technique can be used to determine the time difference of arrival of the propagation, so that the position of the moving object can be determined.
다음, 본 발명의 일 적용례를 도 2를 참조하여 설명한다.Next, an application example of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
도 2를 참조하면, 시가지 내의 건물(210) 사이에서 4대의 순찰차(220)가 순찰을 행하고 있다. 각각의 순찰차(220)에는 음파감지기(222), GPS 수신기(224) 및 무선송신장치(226)가 장착되어 있다. GPS 수신기(224)는 GPS 위성(240)으로부터 GPS 위성신호(245)를 수신하고 또한, GPS 위성신호(245)를 수신하는 기지 위치의 기준국(250)으로부터 위치 보정신호(255)를 수신하여 순찰차(220)가 자신의 위치정보와 GPS 시간정보를 보유하도록 해준다.Referring to FIG. 2, four patrol cars 220 patrol between buildings 210 in the city area. Each patrol car 220 is equipped with a sound wave detector 222, a GPS receiver 224 and a radio transmitter 226. The GPS receiver 224 receives the GPS satellite signal 245 from the GPS satellite 240 and also receives the position correction signal 255 from the reference station 250 of the known location that receives the GPS satellite signal 245. The patrol car 220 allows to hold its location information and GPS time information.
순찰구역 내에서 갑작스러운 총성이나 폭발사고가 발생할 경우, 그 음원(S)에서 나오는 강한 펄스 음파(230)가 순찰차(220)의 음파감지기(222)에 의해 포착된다. 음파감지기(222)가 음파(230)를 감지함과 동시에, 무선송신장치(226)는 그 시각의 GPS 시간정보와 순찰차의 위치정보(265)를 중앙통제센터(270)로 전송한다. 중앙통제센터(270)는 상기 실시예에서 설명된 바와 같은 방법으로 음원의 위치를 추적할 수 있으며, 추적된 위치는 다시 중앙통제센터(270)에서 전송되어 순찰차가 적절한 대응조치를 할 수 있도록 한다.When a sudden gunshot or an explosion occurs in the patrol area, a strong pulse sound wave 230 emitted from the sound source S is captured by the sound wave detector 222 of the patrol car 220. As the sound wave detector 222 detects the sound wave 230, the wireless transmitter 226 transmits the GPS time information of the time and the position information 265 of the patrol car to the central control center 270. The central control center 270 can track the location of the sound source in the same manner as described in the above embodiment, and the tracked position is transmitted from the central control center 270 to allow the patrol car to take appropriate countermeasures. .
본 발명의 음원 위치추적 시스템은 다양한 상황에 적용될 수 있다. 그 예를 들자면, 산악지형에서 고정된 음원감지부를 설치하여 불법적인 사냥행위를 적발할 수 있고, 무장간첩이 출현하였을 경우 음원감지부를 기구(balloon)나 열기구에 부착하여 총격전이 발생하면 무장간첩의 정확한 위치를 파악할 수도 있다.The sound source location tracking system of the present invention can be applied to various situations. For example, in the mountainous terrain, a fixed sound source detector can be installed to detect illegal hunting.In the event of an armed spy, the sound source detector can be attached to a balloon or a hot air balloon. You can also determine the exact location.
또한, 부표(buoy)에 GPS 수신기를 설치하고 수중에 음파감지기를 설치하는 방식으로 음원감지부를 구성하면 잠수함 등의 수중물체의 위치를 추적하는 데 이용할 수 있다. 이러한 구성은 수중 생태 관찰분야에 유용하게 사용될 수 있는데, 잠수를 할 경우에 관찰 지역둘레의 부표에 음원감지부를 설치하고 통제센터를 인근 선박에 설치한 후 잠수부의 몸에 초음파 발생장치를 부착하면 잠수부의 위치를 계속 추적할 수 있을 뿐 아니라 발생음의 종류를 달리할 경우에는 위급한 상황이나 기타 상황에 대한 정보를 잠수부로부터 전송받을 수 있다.In addition, if the sound source detector is configured by installing a GPS receiver on a buoy and installing a sound wave detector in the water, it can be used to track the position of an underwater object such as a submarine. This configuration can be useful for underwater ecological observation. When diving, install a sound source detector on the buoys around the observation area, install a control center on a nearby ship, and attach an ultrasonic generator to the body of the diver. In addition to keeping track of the location of the sound, divers may receive information about emergencies or other situations in the case of different types of sounds.
만약, 해안에서 부표 또는 경비선박에 음원감지부가 설치되어 있다면 인근 선박은 긴박한 상황이 발생했을 경우 강한 음을 내는 장치를 통해 위기상황과 자신의 위치 알리어 구조 요청을 하는데 이용할 수 있다.If the sound source detection unit is installed on the buoy or guard ship at the coast, nearby vessels can be used to request a rescue situation by informing them of the crisis and their location through a strong sounding device when an urgent situation occurs.
더욱이, 감시카메라에 의해 감시되는 주차장 등에서 감시 사각지대를 극복할 수 있는 대안이 될 수도 있다.Furthermore, it may be an alternative to overcome surveillance blind spots in a parking lot or the like monitored by a surveillance camera.
본 발명은 음파와 관련하여 음원의 위치를 추적하는 분야에 이용될 수 있다. 음파의 특성상 대기와 수중에서도 적용될 수 있기 때문에 장소의 구애를 받지 않고 긴급상황 등에 용이하게 사용될 수 있다는 장점을 갖는다.The present invention can be used in the field of tracking the position of a sound source in relation to sound waves. Because of the nature of sound waves can be applied in the atmosphere and underwater, it has the advantage that it can be easily used for emergencies without regard to the place.
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