무선 센서 네트워크에서 센서 노드는 그 목적에 따라 다양한 신호처리 기능을 가져야 한다. 센서 노드의 에너지 제약과 통신 대역폭 제한은 센서 노드에서의 가벼운 신호처리 기법을 필요로 한다. 일반적인 센서 노드에서의 신호처리 기법은 센서 노드에 수신된 신호를 잡음제거 등의 전처리를 수행하고, 에너지를 계산하여 표적의 위치를 탐지하고 기지국에서의 위치추정 및 식별을 위하여 특징 추출하거나 압축하여 전송하는 등의 방법으로 구성된다. 이러한 센서 노드에서 필수적인 신호처리 기법들은 에너지 효율적인 신호처리 기법은 무선 센서 네트워크의 생존 시간과 표적 탐지 및 식별이라는 목적에 대한 성능에 큰 영향을 끼치게 된다. 본 논문에서는 무선 센서 네트워크에서 센서 노드의 필수적인 신호처리를 Lifting scheme wavelet 방법을 이용하여 센서 노드에서 에너지 효율적인 신호처리 기법을 제안한다.
무선 센서 네트워크에서 이동하는 표적의 위치를 추정하기 위한 연구는 센서 노드의 에너지가 제한 되어 있어 센서 노드 상호간의 협력적인 신호처리 기법이 필수적이다. 기존의 무선 센서 네트워크에서 이동 표적의 위치를 추정하는 방법은 각 센서 노드에서 이동 표적으로부터 수신된 신호를 이용해 수신신호강도, 잡음제거, 압축 등의 신호처리를 수행하고 기지국으로 전송하는 형태이다. 이런 기존의 기법은 애드 호크 방법의 무선 센서 네트워크에는 적용이 어렵고, 각 센서 노드에서 신호처리 및 통신에 의한 에너지 소모가 크기 때문에 무선 센서 네트워크의 생존 시간이 짧아지게 된다. 본 논문에서는 웨이블릿 기반의 무선 센서 네트워크의 협력적 신호 처리 방법을 제안한다. 제안된 방법은 웨이블릿 변환을 이용한 센서노드에서의 에너지 효율적 특징추출을 수행하고 각 센서 노드간의 특징 전송을 통해 표적의 위치를 추정한다.
무선 센서네트워크 기술의 발달과 센서네트워크 응용서비스의 성장에 따라, 다양한 이종 복합 센서로부터 획득 되는 센서 데이터의 융합 및 신호처리 알고리즘에 대한 연구 필요성이 증가하고 있다. 특히 복잡한 신호처리 알고리즘 수행의 필요성이 증가함에 따라 신호처리 전용 프로세서의 적용 및 데이터처리에 대한 연구가 증가하고 있다. 그러나 전용프로세서를 사용하는 경우 배터리로 동작하는 센서네트워크의 특성상 운용시간이 제약된다. 본 연구는 신호처리 전용 프로세서를 사용하는 센서네트워크 응용에서 전력 소모로 인한 운용시간 제약의 문제를 극복하기 위해, 운용 중 전원 제어가 가능한 하이브리드 센서모듈 아키텍처 및 이벤트 발생에 따른 웨이크업/슬립 기반 데이터처리 프레임워크를 제시하고, 실제 제안 된 센서노드 플랫폼을 구현하고, 성능을 제시 한다.
표적 탐지 및 추적을 위한 무선 센서 네트워크에서 센서 노드는 다양한 신호처리 기능을 가져야 한다. 센서 노드의 에너지 제약과 통신 대역폭 제한은 센서 노드에서의 가벼운 신호처리 기법을 필요로 한다. 일반적인 센서 노드에서의 신호처리 기법은 센서 노드에 수신된 신호를 잡음제거와 같은 전처리를 수행하고, 에너지를 계산하여 표적의 위치를 탐지하고 기지국에서의 위치추정 및 식별을 위하여 특징 추출하거나 압축하여 전송하는 등의 방법으로 구성된다. 이러한 센서 노드에서 필수적인 신호처리 기법들은 무선 센서 네트워크의 생존 시간과 표적 탐지 및 식별 성능에 큰 영향을 끼치게 된다. 본 논문에서는 무선 센서 네트워크에서 센서 노드의 필수적인 신호처리들을 리프팅 스킴 웨이블릿 변환 방법을 이용하여 센서 노드에서 에너지 효율적인 신호처리를 수행하고 표적의 정확한 위치를 추정하는 방법을 제안한다.
최근 유비쿼터스 컴퓨팅과 유비쿼터스 네트워크를 활용하여 새로운 서비스들을 개발하려는 노력이 진행 중이며, 이에 관련된 기술의 중요성도 급증하고 있다. 특히 감시정찰 센서네트워크의 핵심 구성요소인 저가의 경량 센서노드에서 측정한 미가공 데이터(raw data)를 사용하여 침입 물체의 실시간 탐지, 식별, 추적 및 예측하기 위한 디지털 신호처리 기술은 주요 기술 중 하나이다. 본 논문에서는 감시정찰 센서네트워크의 핵심 구성요소인 자기 센서노드에서 측정한 자기 미가공 데이터를 사용하여 사람과 차량을 탐지할 수 있는 자기 센서 디지털 신호처리 알고리즘을 설계한다. 알고리즘의 주 목표는 감시정찰용 센서노드의 탐지 신뢰성을 높이기 위한 높은 침입물체 탐지 성공률(success rate)과 낮은 허위신고(false alarm) 횟수를 가지는 것이다.
본 논문에서는 반도체 방식의 직접 터치식 용량 형 지문인식센서의 신호처리를 위한 회로를 제안하였다. 센서로부터의 용량의 변화를 전압의 신호로 전환하기 위해서 전하분할 방식의 회로를 적용하였다. 지문센서 감도저하의 가장 큰 원인인 센서 플레이트에 존재하는 기생용량을 제거하고 융선과 계곡 사이의 전압차를 향상시키기 위하여 기존과는 다른 아날로그 버퍼회로를 설계 적용하였다. 센서 하부회로와의 isolation 대책을 통하여 ESD 및 노이즈방지를 위한 설계를 실시하였다. 제안된 신호 처리회로는 0.35마이크론 표준 CMOS 공정에 의해 레이아웃 되었다.
본 눈문에서는 뒤틀림, 응력, 압력[1], 토크, 가속도 등의 물리적인 동적 현상을 측정하여 수집된 데이터를 처리하기 위한 신호처리(Signal Processins) 기능이 결합되어 넓은 용도로 활용할 수 있는 센서 신호 수집 시스템을 구현하였다. 구현된 시스템은 data acquisition board 의 하드웨어와 소프트웨어로 나누어 볼 수 있다. 하드웨어의 구성은 아날로그부, 디지털부, 그리고 시스템 인터페이스 처리부로 되어 있다. 아날로그부에서는 센서신호를 받아서, PGA (Programmable Gain Amplifier)[2]와 Op-Amp를 사용하여 signal conditioning 처리하여 8차 Lowpass Filter 로 보낸다. Filtering 된 신호는 ADC (Analog to Digital Converter) 가 내장되어 있는 PIC(3) microcontroller로 보내져 AD변환과 디지털 신호 처리를 한다. 처리된 신호는 RS232 인터페이스를 통해 호스트 컴퓨터로 보내 사용자가 분석할 수 있도록 한다. 또한 LCD display 실시간으로 확인, 분석할 수 있으며 동시에analog output에서 센서신호의 특징을 분석 할 수 있도록 한다.
가전제품은 최근 수년 사이에 급격한 사회정세의 변화와 더불어 소비자의식에 대폭적인 변혁을 가져온 가운데 적절한 가격의 납득이 가는 진짜상품이 요구되는 추세이다. 한편 가전제품에서의 센서(Sensor)기술은, 참으로 성능쇄신의 요소기술을 담당하는 중요한 기술로 센서 그 자체의 고도화$\cdot$다양화에 더하여 마이크로 프로세서를 주체로 하는 지적인 신호처리에 의한 기능과 성능의 향상이 눈부신 바 있으며, 이 두 수레바퀴에 의하여 가전제품용 센서의 인텔리전트시스템이 구성되고 있다. 본고에서는 후자의 신호처리에 의한 인텔리전트화 기술을 지적제어 처리로 간주하여, 센싱 기술에서의 지적제어처리의 자리매김과 구체적인 가전품에서의 응용 예로서 세탁기에 지적제어처리를 탑재하여 기능 향상을 도모한 개발사례를 중심으로 그 개요를 소개한다. 최근의 개발사례로서 세탁기, 에어컨, 냉장고, 청소기 등에 퍼지제어나 뉴럴네트워크, 또한 비선형 처리 등의 응용 예를 표로서 나타내었다. 특히 세탁기에서는 모터의 회전수를 검출하는 회전센서출력의 처리에 의해 다음의 두가지 센싱시스템을 개발하였다. (1) 부하량 검지 시스템 무단계 부하량 검출을 실현하여 검출오차를 약 1/3로 저감시킴과 동시에 에너지 절약(물$\cdot$세제$\cdot$시간)을 도모한다. (2) 언밸런스 건지 시스템 속도감속 성분량 추출에 의한 검출정도 향상과 현행센서 삭제에 의한 코스트 저감을 이룬다.
본 논문에서는 멀티센서 신호처리용 집적회로를 구성하였다. 제안된 회로는 멀티센서 신호 선택을 위한 아날로그 멀티플렉서, 노이즈 제거와 신호증폭을 위한 능동 필터, 디지탈 신호처리부와의 인터페이스를 위한 샘플-홀드 회로 등으로 구성하였다. 이러한 기능회로들을 CMOS 트랜지스터로 설계하여 집적화를 가능케 하였으며, 이로 인해 멀티센서 신호처리 시스템의 저소비전력화, 소형화를 구현케하였다.
레이저 다이오드 구동 전류펄스기간의 발진주파수 변조와 간섭계 출력신호의 시간지연 샘플링을 이용하여 3x3 coupler등과 같은 특수 광부품을 사용하지 않고도 1개씩의 광원과 광검출기를 이용하여 측정신호의 변화방향과 함께 half fringe의 수를 count할 수 있으며 광연결선 주변환경의 변화에 의한 세기변화 에러도 피할 수 있는 간섭형 센서를 위한 새로운 신호처리방식을 제안하고 이 방식을 거울내장형 FP간섭계를 이용한 온도센서에 적용하였다. 온도센서소자로 cavity length가 1cm인 FP간섭계를 이용하여 실온에서 360.deg.C에 걸쳐 분해능 2.7.deg.C로 측정하였으며 이때 최대측정속도는 $ 1.378*10^{5}$.deg.C/sec로 계산되었다. 이 방식에서 분해능과 최대측정속도는 반비례 관계를 가지며 감지 광섬유의 길이에 비례하여 분해능을 높일 수 있다. 또한 6개까지의 센서소자를 한개의 광원과 광검출기로 모니터하는 다중화 센싱 또한 가능한 신호처리 방식으로써 불평형 간섭계를 이용한 모든 종류의 센서에 대해 적용이 가능하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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