KR102325172B1

KR102325172B1 - Method for detecting biosignal using diversity technique and bio radar system implementing the same

Info

Publication number: KR102325172B1
Application number: KR1020190158545A
Authority: KR
Inventors: 이계산; 한두희
Original assignee: 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2021-11-11
Also published as: KR20200071013A

Abstract

바이오 레이더 시스템으로서, 정현파 신호가 인체로부터 반사되어 생성된 반사파들을 복수의 안테나들을 통해 각각 수신하고, 상기 반사파들의 신호 대 잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio)를 기준으로 상기 반사파들에 가중치를 각각 적용하여 합성 반사파를 생성하는 합성 반사파 생성기, 상기 합성 반사파의 주파수를 변환하고, 상기 합성 반사파를 저역 통과 필터로 필터링하여 상기 합성 반사파에 대한 기저 대역 신호를 생성하는 기저 대역 신호 생성기, 상기 기저 대역 신호를 직교 변조하여 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호를 생성하는 변조기, 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호를 각각 필터링하여, 상기 제1 변조 신호에서 제1 호흡 신호를 추출하고, 상기 제2 변조 신호에서 제2 호흡 신호를 추출하는 베이스밴드, 그리고 진폭에 기초하여 상기 제1 호흡 신호 및 상기 제2 호흡 신호 중에서 분석 대상 호흡 신호를 결정하고, 상기 분석 대상 호흡 신호의 진폭을 상위 임계값 및 하위 임계값과 비교하여 인체의 무호흡 여부를 결정하는 단말을 포함한다.As a bio-radar system, reflected waves generated by reflecting a sinusoidal signal from a human body are respectively received through a plurality of antennas, and weights are applied to the reflected waves based on a signal-to-noise ratio (SNR) of the reflected waves, respectively. a synthesized reflected wave generator that generates a synthesized reflected wave by performing A modulator for generating a first modulated signal and a second modulated signal by orthogonal modulation, by filtering the first modulated signal and the second modulated signal, respectively, extracting a first breathing signal from the first modulated signal, the second Based on the baseband for extracting the second respiration signal from the modulated signal, and the amplitude, determining the respiration signal to be analyzed from among the first respiration signal and the second respiration signal, and the amplitude of the respiration signal to be analyzed is an upper threshold and and a terminal for determining whether the body is apnea by comparing it with a lower threshold value.

Description

Bio-signal detection method using diversity technique and bio-radar system implementing the same

본 발명은 다이버시티 기법을 이용한 생체 신호 검출 방법 및 이를 구현하는 바이오 레이더 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a bio-signal detection method using a diversity technique and a bio-radar system implementing the same.

바이오 레이더 시스템은 무선 신호를 인체에 송신하고, 무선 신호에 대응하여 수신된 생체 신호를 검출하여 심박 및 호흡의 변이량을 측정한다. 한편, 통상적인 바이오 레이더 시스템은 인체의 움직임이 없는 경우 생체 신호를 정확히 검출할 수 있으나, 인체가 움직이거나 인체 주변 사물이 움직이는 경우 생체 신호를 제대로 검출할 수 없다는 한계가 존재한다.The bio-radar system transmits a radio signal to the human body, detects a received bio-signal in response to the radio signal, and measures variations in heart rate and respiration. On the other hand, a conventional bio-radar system can accurately detect a bio-signal when there is no movement of the human body, but there is a limitation in that the bio-signal cannot be properly detected when the human body moves or objects around the human body move.

따라서, 이와 같은 한계를 극복하고자, 최근에는 다중 안테나(MIMO, Multiple Input MultipleOutput) 신호 처리 기술을 이용한 바이오 레이더 시스템이 연구되고 있다. 또한, 이외에도 아크탄젠트(arctangent) 복조 방식을 이용한 바이오 레이더 시스템 및 바이오 레이더 시스템 자체에서 움직임에 의한 잡음을 없애기 위한 센서 노드 등 다양한 연구가 진행되고 있다.Therefore, in order to overcome this limitation, a bio-radar system using a multiple-antenna (MIMO, Multiple Input Multiple Output) signal processing technology has recently been studied. In addition, various studies such as a bio-radar system using arctangent demodulation and a sensor node for removing noise caused by motion in the bio-radar system itself are being conducted.

그러나, 이러한 연구들은 신호 대 잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio) 측면에서 바이오 레이더 시스템을 체계적으로 설계하지 못하는 한계를 갖는다. 구체적으로, 송신된 무선 신호는 전송 경로에 따라 신호에 손실이 발생하게 되는데, 바이오 레이더 시스템은 인체에 무선 신호를 송신하게 되며, 이 경우 인체에 의한 경로 손실을 계산하기 어렵기 때문이다.However, these studies have a limitation in that they cannot systematically design a bioradar system in terms of a signal to noise ratio (SNR). Specifically, the transmitted radio signal causes a loss in the signal according to the transmission path, because the bio-radar system transmits the radio signal to the human body, and in this case, it is difficult to calculate the path loss due to the human body.

따라서, 본 발명은 통신에서 주로 사용되는 다이버시티 기법을 바이오 레이더 시스템 상에서 적용하여, 인체에 의한 경로 손실로 인해 발생하는 페이딩을 방지하는 기술을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a technique for preventing fading caused by path loss caused by a human body by applying a diversity technique mainly used in communication on a bio-radar system.

한 실시예에 따른 바이오 레이더 시스템으로서, 정현파 신호가 인체로부터 반사되어 생성된 반사파들을 복수의 안테나들을 통해 각각 수신하고, 상기 반사파들의 신호 대 잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio)를 기준으로 상기 반사파들에 가중치를 각각 적용하여 합성 반사파를 생성하는 합성 반사파 생성기, 상기 합성 반사파의 주파수를 변환하고, 상기 합성 반사파를 저역 통과 필터로 필터링하여 상기 합성 반사파에 대한 기저 대역 신호를 생성하는 기저 대역 신호 생성기, 상기 기저 대역 신호를 직교 변조하여 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호를 생성하는 변조기, 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호를 각각 필터링하여, 상기 제1 변조 신호에서 제1 호흡 신호를 추출하고, 상기 제2 변조 신호에서 제2 호흡 신호를 추출하는 베이스밴드, 그리고 진폭에 기초하여 상기 제1 호흡 신호 및 상기 제2 호흡 신호 중에서 분석 대상 호흡 신호를 결정하고, 상기 분석 대상 호흡 신호의 진폭을 상위 임계값 및 하위 임계값과 비교하여 인체의 무호흡 여부를 결정하는 단말을 포함한다.As a bio-radar system according to an embodiment, each of the reflected waves generated by reflecting a sinusoidal signal from a human body is received through a plurality of antennas, and the reflected waves are transmitted based on a signal-to-noise ratio (SNR) of the reflected waves. A synthesized reflected wave generator for generating a synthesized reflected wave by applying a weight to , a baseband signal generator for converting a frequency of the synthesized reflected wave, and filtering the synthesized reflected wave with a low-pass filter to generate a baseband signal for the synthesized reflected wave; A modulator that orthogonally modulates the baseband signal to generate a first modulated signal and a second modulated signal, by filtering the first modulated signal and the second modulated signal, respectively, extracting a first breathing signal from the first modulated signal And, on the basis of the baseband for extracting the second respiration signal from the second modulated signal, and the amplitude, determine the respiration signal to be analyzed among the first respiration signal and the second respiration signal, and the amplitude of the respiration signal to be analyzed and a terminal for determining whether the human body is apnea by comparing it with an upper threshold and a lower threshold.

상기 합성 반사파 생성기는 상기 반사파들의 신호 대 잡음비를 각각 결정하고, 상기 신호 대 잡음비가 높은 반사파 순으로 높은 가중치를 적용하여 상기 합성 반사파를 생성할 수 있다.The synthesized reflected wave generator may generate the synthesized reflected wave by determining a signal-to-noise ratio of the reflected waves, respectively, and applying a high weight to a reflected wave having a high signal-to-noise ratio.

상기 변조기는 상기 기저 대역 신호의 위상들 중에서 상기 인체와 상기 안테나 사이의 거리에 의한 위상을 직교 변조하여 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호를 생성할 수 있다.The modulator may generate the first modulated signal and the second modulated signal by orthogonally modulating a phase based on a distance between the human body and the antenna among the phases of the baseband signal.

상기 단말은 상기 제1 호흡 신호 및 상기 제2 호흡 신호 중에서 평균 진폭값이 큰 호흡 신호를 상기 분석 대상 호흡 신호로 결정할 수 있다.The terminal may determine a respiration signal having a large average amplitude value among the first respiration signal and the second respiration signal as the analysis target respiration signal.

상기 상위 임계값은 상기 분석 대상 호흡 신호의 최대 진폭값에 의해 결정되고, 상기 하위 임계값은 상기 분석 대상 호흡 신호의 최저 진폭값에 의해 결정될 수 있다.The upper threshold may be determined by the maximum amplitude value of the analysis target respiration signal, the lower threshold may be determined by the lowest amplitude value of the analysis target respiration signal.

상기 단말은 상기 분석 대상 호흡 신호의 진폭이 상기 상위 임계값 및 상기 하위 임계값 사이에 미리 설정된 시간 동안 존재하는 경우 인체가 무호흡하고 있다고 결정할 수 있다.The terminal may determine that the human body is apnea when the amplitude of the analysis target respiration signal exists for a preset time between the upper threshold value and the lower threshold value.

한 실시예에 따른 바이오 레이더 시스템으로서, 정현파 신호가 인체로부터 반사되어 생성된 반사파들을 복수의 안테나들을 통해 각각 수신하고, 상기 반사파들의 신호 대 잡음비를 기준으로 상기 반사파들에 가중치를 각각 적용하여 합성 반사파를 생성하는 합성 반사파 생성기, 상기 합성 반사파의 주파수를 변환하고, 상기 합성 반사파를 저역 통과 필터로 필터링하여 상기 합성 반사파에 대한 기저 대역 신호를 생성하는 기저 대역 신호 생성기, 상기 기저 대역 신호를 직교 변조하여 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호를 생성하는 변조기, 그리고 진폭에 기초하여 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중에서 분석 대상 변조 신호를 결정하고, 상기 분석 대상 변조 신호의 진폭을 심박 피크값과 비교하여 상기 분석 대상 변조 신호에서 심박 신호를 추출하는 단말을 포함한다.As a bio-radar system according to an embodiment, each of the reflected waves generated by reflecting a sinusoidal signal from a human body is received through a plurality of antennas, and a weight is applied to each of the reflected waves based on the signal-to-noise ratio of the reflected waves to obtain a synthesized reflected wave. A synthesized reflected wave generator generating a modulator generating a first modulated signal and a second modulated signal, and a modulated signal to be analyzed is determined from among the first modulated signal and the second modulated signal based on amplitude, and the amplitude of the modulated signal to be analyzed is set as a heartbeat peak value and a terminal for extracting a heartbeat signal from the modulated signal to be analyzed in comparison with .

상기 단말은 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중에서 평균 진폭값이 큰 변조 신호를 상기 분석 대상 변조 신호로 결정할 수 있다.The terminal may determine a modulated signal having a large average amplitude value among the first modulated signal and the second modulated signal as the modulated signal to be analyzed.

상기 단말은 상기 분석 대상 변조 신호의 미리 설정된 시구간 동안의 피크값을 이용하여 상기 심박 피크값을 결정할 수 있다.The terminal may determine the heartbeat peak value by using a peak value for a preset time period of the modulated signal to be analyzed.

상기 단말은 상기 심박 피크값의 평균값을 이용하여 상기 분석 대상 변조 신호의 진폭과 상기 심박 피크값을 비교할 세그먼트 구간을 결정하고, 상기 세그먼트 구간 동안 상기 분석 대상 변조 신호의 진폭의 로컬 피크값과 상기 심박 피크값을 비교하여 상기 심박 신호를 추출할 수 있다.The terminal determines a segment section in which the amplitude of the modulated signal to be analyzed and the heartbeat peak value is compared using the average value of the heartbeat peak values, and a local peak value of the amplitude of the modulated signal to be analyzed during the segment section and the heartbeat The heartbeat signal may be extracted by comparing peak values.

상기 심박 신호의 피크간 간격과 상기 심박 피크값의 간격 간의 차이를 이용하여 상기 심박 신호를 보정할 수 있다.The heartbeat signal may be corrected using a difference between an interval between peaks of the heartbeat signal and an interval between the heartbeat peak values.

본 발명에 따르면, 기존의 연구들이 신호 대 잡음비 측면에서 바이오 레이더 시스템을 체계적으로 설계하지 못하는 한계를 극복하고, 인체에 의한 경로 손실을 극복할 수 있어 생체 신호 검출의 효율성이 증가할 수 있다.According to the present invention, it is possible to overcome the limitations of existing studies that fail to systematically design a bio-radar system in terms of a signal-to-noise ratio, and to overcome a path loss caused by a human body, thereby increasing the efficiency of bio-signal detection.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 바이오 레이더 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 분석 대상 호흡 신호를 이용하여 무호흡 여부를 결정하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 단말이 분석 대상 변조 신호를 전처리하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 4는 단말이 전처리된 분석 대상 변조 신호를 이용하여 심박 신호를 추출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 단말이 심박 신호를 보정하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 바이오 레이더 시스템이 인체의 무호흡 여부를 결정하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 바이오 레이더 시스템이 인체의 심박 신호를 검출하는 방법을 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a bio-radar system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a method of determining whether apnea using the analysis target respiration signal.
3 is a diagram for explaining a process in which a terminal pre-processes a modulation signal to be analyzed.
4 is a diagram for explaining a method of extracting a heartbeat signal by using a pre-processed analysis target modulated signal by a terminal.
5 is a diagram for explaining a method for a terminal to correct a heartbeat signal.
6 is a diagram for explaining a method for determining whether a human body is apnea by a bio-radar system according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining a method of detecting a human heartbeat signal by a bioradar system 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.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar 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 "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.

이하 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 도플러 효과를 이용한 생체 신호 검출 방법 및 이를 구현하는 바이오 레이더 시스템에 대해 설명한다.Hereinafter, a bio-signal detection method using the Doppler effect and a bio-radar system implementing the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 바이오 레이더 시스템을 설명하는 도면이고, 도 2는 분석 대상 호흡 신호를 이용하여 무호흡 여부를 결정하는 방법을 설명하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a bio-radar system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a method of determining whether or not apnea is performed using a respiration signal to be analyzed.

도 1을 참고하면, 바이오 레이더 시스템(100)은 합성 반사파 생성기(110), 기저 대역 신호 생성기(120), 변조기(130), 베이스밴드(140) 및 단말(150)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , the bio-radar system 100 includes a synthesized reflected wave generator 110 , a baseband signal generator 120 , a modulator 130 , a baseband 140 , and a terminal 150 .

합성 반사파 생성기(110)는 정현파 신호가 인체로부터 반사되어 생성된 반사파들을 복수의 안테나들(111)을 통해 각각 수신하고, 반사파들의 신호 대 잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio)를 기준으로 반사파들에 가중치를 각각 적용하여 합성 반사파를 생성한다.The synthesized reflected wave generator 110 receives the reflected waves generated by reflecting the sinusoidal signal from the human body through the plurality of antennas 111, respectively, and applies the reflected waves to the reflected waves based on the signal-to-noise ratio (SNR) of the reflected waves. A composite reflected wave is generated by applying weights to each.

구체적으로, 합성 반사파 생성기(110)는 복수의 안테나들(111), 가중치 회로(112) 및 합성기(113)를 포함한다.Specifically, the synthesized reflected wave generator 110 includes a plurality of antennas 111 , a weighting circuit 112 , and a synthesizer 113 .

복수의 안테나들(111)은 서로간에 미리 설정된 거리만큼 떨어져 위치하여 반사파들을 각각 수신한다. 이 경우, 반사파들은 동일한 정현파 신호가 인체로부터 반사되어 생성된 것이고, 복수의 안테나들(111)은 공간적으로 분리된바 수신 전계 강도의 페이딩 상태가 서로 다른 전자파들을 각각 수신할 수 있게 된다. 이를 공간 다이버시티(space diversity)라 하며, 복수의 안테나들(111)은 공간 다이버시티를 구현하도록 설계된다.The plurality of antennas 111 are positioned apart from each other by a preset distance to receive reflected waves, respectively. In this case, the reflected waves are generated by reflection of the same sinusoidal signal from the human body, and the plurality of antennas 111 are spatially separated, so that electromagnetic waves having different fading states of received electric field strengths can be respectively received. This is called space diversity, and the plurality of antennas 111 are designed to implement space diversity.

가중치 회로(112)는 반사파들의 신호 대 잡음비를 기준으로 각 반사파들에 적용될 가중치를 각각 결정한다.The weight circuit 112 determines a weight to be applied to each reflected wave based on a signal-to-noise ratio of the reflected waves, respectively.

구체적으로, 가중치 회로(112)는 반사파들의 신호 대 잡음비를 각각 결정하고, 신호 대 잡음비가 높은 반사파 순으로 높은 가중치를 결정한다. 예를 들면, 가중치 회로(112)는 제1 반사파의 신호 대 잡음비가 제2 반사파의 신호 대 잡음비보다 높은 경우, 제1 반사파에 적용될 제1 가중치를 제2 반사파에 적용될 제2 가중치보다 높게 결정할 수 있다.Specifically, the weight circuit 112 determines the signal-to-noise ratio of the reflected waves, and determines the weight with the highest signal-to-noise ratio in the order of the reflected waves with the highest signal-to-noise ratio. For example, when the signal-to-noise ratio of the first reflected wave is higher than the signal-to-noise ratio of the second reflected wave, the weighting circuit 112 may determine that the first weight to be applied to the first reflected wave is higher than the second weight to be applied to the second reflected wave. have.

또한, 합성기(113)는 각 반사파들에 대해 결정된 가중치를 대응하는 반사파에 적용하여 합성 반사파를 생성한다.In addition, the synthesizer 113 generates a synthesized reflected wave by applying the weight determined for each reflected wave to the corresponding reflected wave.

예를 들면, 합성기(113)는 제1 반사파에 제1 가중치를 적용하고, 제2 반사파에 제2 가중치를 적용하고, 가중치가 적용된 반사파들의 위상을 조절한 이후 위상이 적용된 반사파들을 더하여 합성 반사파를 생성할 수 있다.For example, the synthesizer 113 applies a first weight to the first reflected wave, applies a second weight to the second reflected wave, adjusts the phases of the weighted reflected waves, and then adds the phased reflected waves to form a composite reflected wave. can create

즉, 합성 반사파 생성기(110)는 수신된 복수의 반사파들을 최대비 합성법(MRC, Maximum Ratio Combining)을 통해 합성하여 합성 반사파를 생성한다. 최대비 합성법으로 복수의 반사파들을 합성함으로써, 합성 반사파 생성기(110)는 복수의 안테나들(111)로부터 수신된 복수의 반사파들을 통해 신호 대 잡음비를 최적으로 유지할 수 있는 합성 반사파를 생성할 수 있고, 이를 통해 신호 대 잡음비 측면에서 바이오 레이더 시스템을 체계적으로 설계할 수 있다. 최대비 합성법에 대한 내용은 이미 공지된 사항으로 자세한 내용은 생략한다.That is, the synthesized reflected wave generator 110 generates a synthesized reflected wave by synthesizing a plurality of received reflected waves through a Maximum Ratio Combining (MRC) method. By synthesizing a plurality of reflected waves by a maximum ratio synthesis method, the combined reflected wave generator 110 can generate a combined reflected wave capable of optimally maintaining a signal-to-noise ratio through a plurality of reflected waves received from a plurality of antennas 111, This makes it possible to systematically design a bioradar system in terms of signal-to-noise ratio. The details of the maximum ratio synthesis method are already known, and thus detailed information will be omitted.

기저 대역 신호 생성기(120)는 합성 반사파의 주파수를 변환하고, 합성 반사파를 저역 통과 필터로 필터링하여 합성 반사파에 대한 기저 대역 신호를 생성한다.The baseband signal generator 120 converts the frequency of the synthesized reflected wave and filters the synthesized reflected wave with a low-pass filter to generate a baseband signal for the synthesized reflected wave.

구체적으로, 기저 대역 신호 생성기(120)는 발진기(121) 및 믹서(122)를 포함한다.Specifically, the baseband signal generator 120 includes an oscillator 121 and a mixer 122 .

만일 정현파 신호가 단일 톤 신호인 연속 정현파(CW, Continuous Wave) 신호인 경우, 정현파 신호 T(t)는 수학식 1과 같이 정의된다.If the sine wave signal is a continuous sine wave (CW) signal that is a single tone signal, the sine wave signal T(t) is defined as in Equation 1.

수학식 1에서, f는 정현파 신호 T(t)의 주파수이고,

는 발진기(121)의 위상 잡음이다.In Equation 1, f is the frequency of the sinusoidal signal T(t),

is the phase noise of the oscillator 121 .

또한, 정현파 신호 T(t)가 인체로 전송된 경우, 정현파 신호 T(t)에 의해 반사된 복수의 반사파들을 합성한 합성 반사파 R(t)는 수학식 2와 같이 정의된다.In addition, when the sinusoidal signal T(t) is transmitted to the human body, a combined reflected wave R(t) obtained by synthesizing a plurality of reflected waves reflected by the sinusoidal signal T(t) is defined as in Equation 2 below.

수학식 2에서, d₀는 복수의 안테나들(111)와 인체 사이의 평균 직선 거리이고,

는 정현파 신호 T(t)의 파장이고, c는 빛의 속도이다.In Equation 2, d ₀ is the average linear distance between the plurality of antennas 111 and the human body,

is the wavelength of the sinusoidal signal T(t), and c is the speed of light.

또한, 정현파 신호 T(t)에 따른 합성 반사파 R(t)는 인체 정보 중 호흡 신호 및 심박 신호를 포함하는데, 호흡 신호 및 심박 신호는 인체 내 물리적인 장기의 변화를 동반하는 신호이므로 인체의 변위 x(t)에 따라 합성 반사파 R(t)의 위상이 변하게 된다. 즉, 수학식 2에서, x(t)는 인체의 변위이며, 합성 반사파 R(t)의 위상에는 인체의 변위 x(t)에 따른 위상 변위가 나타난다.In addition, the synthesized reflected wave R(t) according to the sinusoidal signal T(t) includes a respiration signal and a heartbeat signal among human body information. Since the respiration signal and heartbeat signal are signals accompanying changes in physical organs in the human body, the displacement of the human body The phase of the synthesized reflected wave R(t) changes according to x(t). That is, in Equation 2, x(t) is the displacement of the human body, and the phase displacement according to the displacement x(t) of the human body appears in the phase of the synthesized reflected wave R(t).

이후, 발진기(121)가 미리 설정된 주파수를 갖는 전파를 발진시키면, 믹서(122)는 발진기(121)에 의해 발진된 전파를 이용하여 합성 반사파 R(t)의 주파수를 변환한다. 또한, 주파수가 변환된 반사파를 저역 통과 필터(LPF, Low Pass Filter)에 통과시키면 기저 대역 신호 B(t)가 발생하는데, 기저 대역 신호 B(t)는 수학식 3으로 정의될 수 있다.Thereafter, when the oscillator 121 oscillates a radio wave having a preset frequency, the mixer 122 converts the frequency of the synthesized reflected wave R(t) using the radio wave oscillated by the oscillator 121 . In addition, when the frequency-converted reflected wave is passed through a low pass filter (LPF), a baseband signal B(t) is generated, and the baseband signal B(t) may be defined by Equation (3).

수학식 3에서,

는 시간에 따른 위상 변화량이다. 수학식 3에서,

는 d₀에 의한 위상 변화값으로서, 수학식 4로 정의될 수 있다.In Equation 3,

is the amount of phase change with time. In Equation 3,

is a phase change value due to d ₀ , and may be defined by Equation (4).

수학식 4에서,

는 초기 위상값이다.In Equation 4,

is the initial phase value.

변조기(130)는 기저 대역 신호를 직교 변조하여 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호를 생성한다.The modulator 130 orthogonally modulates the baseband signal to generate a first modulated signal and a second modulated signal.

구체적으로, 변조기(130)는 기저 대역 신호의 위상들 중에서 인체와 안테나 사이의 거리에 의한 위상을 직교 변조하여 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호를 생성한다.Specifically, the modulator 130 generates a first modulated signal and a second modulated signal by orthogonally modulating a phase according to a distance between the human body and the antenna among the phases of the baseband signal.

즉,

의 크기에 따라 최적으로 변조 가능한 최적 위상 변조점(optimum phase-demodulation point)과 변조가 되지 않는 영점(null point)이 발생하게 되는데, 변조기(130)는 영점을 피해 기저 대역 신호를 변조하기 위해 기저 대역 신호를 직교 변조하여 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호를 생성한다. 이 경우, 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호는 90도의 위상 차이를 갖게 된다. 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호는 수학식 5와 같이 정의될 수 있다.in other words,

An optimal phase-demodulation point that can be optimally modulated and a null point that is not modulated are generated according to the magnitude of . The band signal is orthogonally modulated to generate a first modulated signal and a second modulated signal. In this case, the first modulated signal and the second modulated signal have a phase difference of 90 degrees. The first modulated signal and the second modulated signal may be defined as in Equation (5).

수학식 5에서, B_I(t)는 제1 변조 신호이고, B_Q(t)는 제2 변조 신호이다. 즉, 제1 변조 신호는 In-phase(I) 신호이고, 제2 변조 신호는 quadrature(Q) 신호일 수 있다. 또한, A는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호의 진폭이고, n(t)는 열 잡음을 의미한다.In Equation 5, B _I (t) is the first modulated signal, and B _Q (t) is the second modulated signal. That is, the first modulated signal may be an in-phase (I) signal, and the second modulated signal may be a quadrature (Q) signal. Also, A is the amplitude of the first modulated signal and the second modulated signal, and n(t) is thermal noise.

베이스밴드(140)는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호를 각각 필터링하여, 제1 변조 신호에서 제1 호흡 신호를 추출하고, 제2 변조 신호에서 제2 호흡 신호를 추출한다.The baseband 140 filters the first modulated signal and the second modulated signal, respectively, extracts the first respiration signal from the first modulated signal, and extracts the second respiration signal from the second modulated signal.

구체적으로, 베이스밴드(140)는 아날로그 필터 및 아날로그 디지털 변환기(ADC, Analog-Digital Converter)로 구성되며, 아날로그 필터를 통해 각 변조 신호들을 필터링하고, 필터링된 각 변조 신호들을 아날로그 디지털 변환기를 통해 디지털 신호로 변환하여 각 변조 신호들에서 호흡 신호를 추출한다. 베이스밴드(140)의 기능은 이미 공지된 내용으로 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략한다.Specifically, the baseband 140 is composed of an analog filter and an analog-to-digital converter (ADC), filters each modulated signal through the analog filter, and digitally converts each filtered modulated signal through an analog-to-digital converter. It is converted into a signal and a breathing signal is extracted from each modulated signal. Since the function of the baseband 140 is already known, detailed description thereof will be omitted herein.

단말(150)은 진폭에 기초하여 제1 호흡 신호 및 제2 호흡 신호 중에서 분석 대상 호흡 신호를 결정한다.The terminal 150 determines an analysis target respiration signal from among the first respiration signal and the second respiration signal based on the amplitude.

즉, 변조기(130)는 영점 문제를 피하기 위해 직교 변조 방식을 통해 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호를 생성하였는바, 무호흡 여부를 결정하기 위해 제1 변조 신호에 따른 제1 호흡 신호 및 제2 변조 신호에 따른 제2 호흡 신호 중 어느 하나를 선택하여야 한다.That is, the modulator 130 generates a first modulated signal and a second modulated signal through an orthogonal modulation method to avoid a zero point problem, a first respiration signal and a second modulated signal according to the first modulated signal to determine whether apnea is You must select any one of the second respiration signal according to the modulation signal.

따라서, 단말(150)은 제1 호흡 신호 및 제2 호흡 신호의 평균 진폭값을 각각 결정하고, 제1 호흡 신호 및 제2 호흡 신호 중에서 평균 진폭값이 큰 호흡 신호를 분석 대상 호흡 신호로 결정한다.Therefore, the terminal 150 determines the average amplitude value of the first respiration signal and the second respiration signal, respectively, and determines the respiration signal having a larger average amplitude value among the first respiration signal and the second respiration signal as the analysis target respiration signal. .

단말(150)은 분석 대상 호흡 신호의 진폭을 상위 임계값 및 하위 임계값과 비교하여 인체의 무호흡 여부를 결정한다.The terminal 150 compares the amplitude of the analysis target respiration signal with an upper threshold value and a lower threshold value to determine whether the human body is apnea.

구체적으로, 단말(150)은 분석 대상 호흡 신호의 최대 진폭값을 이용하여 상위 임계값을 결정하고, 분석 대상 호흡 신호의 최저 진폭값을 이용하여 하위 임계값을 결정한다.Specifically, the terminal 150 determines the upper threshold value using the maximum amplitude value of the analysis target respiration signal, and determines the lower threshold value using the lowest amplitude value of the analysis target respiration signal.

예를 들면, 도 2를 참고하면, 단말(150)은 분석 대상 호흡 신호의 최대 진폭값 0.4의 1/4에 해당하는 값인 0.1을 상위 임계값으로 결정할 수 있고, 분석 대상 호흡 신호의 최저 진폭값 -0.4의 1/4에 해당하는 값인 -0.1을 하위 임계값으로 결정할 수 있다.For example, referring to FIG. 2 , the terminal 150 may determine 0.1, which is a value corresponding to 1/4 of the maximum amplitude value of 0.4 of the respiratory signal to be analyzed as the upper threshold, and the lowest amplitude value of the respiratory signal to be analyzed. -0.1, which is a value corresponding to 1/4 of -0.4, can be determined as the lower threshold value.

이후, 단말(150)은 분석 대상 호흡 신호의 진폭이 상위 임계값 및 하위 임계값 사이에 미리 설정된 시간 동안 존재하는 경우 인체가 무호흡하고 있다고 결정한다.Thereafter, the terminal 150 determines that the human body is apnea when the amplitude of the analysis target respiration signal exists for a preset time between the upper threshold value and the lower threshold value.

예를 들면, 도 2를 참고하면, 단말(150)은 분석 대상 호흡 신호의 진폭이 상위 임계값 및 하위 임계값 사이에 10초 동안 존재하는 경우 인체가 무호흡하고 있다고 결정할 수 있다.For example, referring to FIG. 2 , the terminal 150 may determine that the human body is apnea when the amplitude of the respiration signal to be analyzed exists for 10 seconds between the upper and lower thresholds.

한편, 단말(150)은 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호를 이용하여 심박 신호를 추출할 수도 있으며, 이하 단말(150)이 심박 신호를 추출하는 방법에 대해 설명한다.Meanwhile, the terminal 150 may extract a heartbeat signal using the first modulated signal and the second modulated signal. Hereinafter, a method for the terminal 150 to extract the heartbeat signal will be described.

도 3은 단말이 분석 대상 변조 신호를 전처리하는 과정을 설명하는 도면이고, 도 4는 단말이 전처리된 분석 대상 변조 신호를 이용하여 심박 신호를 추출하는 방법을 설명하는 도면이고, 도 5는 단말이 심박 신호를 보정하는 방법을 설명하는 도면이다.3 is a diagram illustrating a process in which the terminal pre-processes a modulated signal to be analyzed, FIG. 4 is a diagram illustrating a method in which the terminal extracts a heartbeat signal using the preprocessed modulated signal to be analyzed, and FIG. 5 is a diagram illustrating the terminal It is a diagram explaining a method of correcting a heartbeat signal.

단말(150)은 진폭에 기초하여 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중에서 분석 대상 변조 신호를 결정한다.The terminal 150 determines a modulated signal to be analyzed from among the first modulated signal and the second modulated signal based on the amplitude.

즉, 변조기(130)는 영점 문제를 피하기 위해 직교 변조 방식을 통해 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호를 생성하였는바, 심박 신호를 추출하기 위해 제1 변조 신호에 따른 제1 호흡 신호 및 제2 변조 신호에 따른 제2 호흡 신호 중 어느 하나를 선택하여야 한다.That is, the modulator 130 generates a first modulated signal and a second modulated signal through an orthogonal modulation method to avoid a zero point problem. In order to extract a heartbeat signal, the first respiration signal and the second modulated signal are Any one of the second respiration signals according to the modulation signal should be selected.

따라서, 단말(150)은 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호의 평균 진폭값을 각각 결정하고, 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중에서 평균 진폭값이 큰 변조 신호를 분석 대상 호흡 신호로 결정한다.Therefore, the terminal 150 determines the average amplitude value of the first modulated signal and the second modulated signal, respectively, and determines the modulated signal having a large average amplitude value among the first modulated signal and the second modulated signal as the analysis target respiration signal. .

예를 들면, 도 3을 참고하면, 단말(150)은 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중에서 평균 진폭값이 큰 제2 변조 신호를 분석 대상 변조 신호로 결정할 수 있다.For example, referring to FIG. 3 , the terminal 150 may determine a second modulated signal having a large average amplitude value among the first modulated signal and the second modulated signal as the modulated signal to be analyzed.

단말(150)은 분석 대상 변조 신호의 진폭을 심박 피크값과 비교하여 분석 대상 변조 신호에서 심박 신호를 추출한다.The terminal 150 compares the amplitude of the modulated signal to be analyzed with a heartbeat peak value and extracts a heartbeat signal from the modulated signal to be analyzed.

이 경우, 단말(150)은 전처리 과정을 거쳐 분석 대상 변조 신호에서 스파이크 잡음 및 고주파 잡음을 제거하고, 분석 대상 변조 신호에서 심박 신호를 다른 신호에 비해 부각시킬 수 있다.In this case, the terminal 150 may remove spike noise and high-frequency noise from the modulated signal to be analyzed through a preprocessing process, and may highlight the heartbeat signal from the modulated signal to be analyzed compared to other signals.

예를 들면, 도 3을 참고하면, 단말(150)은 중앙값 필터 및 저역 통과 필터를 통해 분석 대상 변조 신호를 필터링하여 스파이크 잡음 및 고주파 잡음을 제거할 수 있다. 이후, 단말은 스파이크 잡음 및 고주파 잡음이 제거된 분석 대상 변조 신호를 대역 통과 필터를 통해 필터링함으로써 심박 신호를 부각시킬 수 있다. 이 경우, 대역 통과 필터의 차단 주파수는 심박 신호에 대응하는 주파수가 필터링되도록 설정될 수 있다.For example, referring to FIG. 3 , the terminal 150 may filter the modulation signal to be analyzed through a median filter and a low-pass filter to remove spike noise and high-frequency noise. Thereafter, the terminal may highlight the heartbeat signal by filtering the analysis target modulation signal from which the spike noise and the high frequency noise are removed through a bandpass filter. In this case, the cut-off frequency of the band-pass filter may be set so that a frequency corresponding to the heartbeat signal is filtered.

이후, 단말(150)은 전처리 과정을 통해 심박 정보가 부각된 변조 신호로부터 심박 신호를 검출하기 위해, 세그먼트 기반의 피크 검출 기법과 피크 간격을 이용한 보정 기법을 이용하여 최종적으로 심박 심호를 검출한다.Thereafter, the terminal 150 finally detects a heartbeat heartbeat by using a segment-based peak detection technique and a correction technique using a peak interval in order to detect a heartbeat signal from a modulated signal in which heartbeat information is emphasized through a preprocessing process.

구체적으로, 단말(150)은 분석 대상 변조 신호의 미리 설정된 시구간 동안의 피크값을 이용하여 심박 피크값을 결정한다.Specifically, the terminal 150 determines the heartbeat peak value by using the peak value during a preset time period of the modulated signal to be analyzed.

예를 들면, 도 4를 참고하면, 단말(150)은 분석 대상 변조 신호의 0초부터 10초까지의 데이터를 이용하여 심박 피크값을 결정할 수 있다.For example, referring to FIG. 4 , the terminal 150 may determine a heartbeat peak value using data from 0 seconds to 10 seconds of the modulated signal to be analyzed.

또한, 단말(150)은 심박 피크값의 평균값을 이용하여 분석 대상 변조 신호의 진폭과 심박 피크값을 비교할 세그먼트 구간을 결정하고, 세그먼트 구간 동안 분석 대상 변조 신호의 진폭의 로컬 피크값과 심박 피크값을 비교하여 심박 신호를 추출한다.In addition, the terminal 150 determines a segment section in which the amplitude of the modulated signal to be analyzed and the peak heart rate are compared using the average value of the heartbeat peak values, and the local peak value and the heartbeat peak value of the amplitude of the modulated signal to be analyzed during the segment section to extract the heart rate signal.

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도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 바이오 레이더 시스템이 인체의 무호흡 여부를 결정하는 방법을 설명하는 도면이다.6 is a diagram for explaining a method of determining whether a human body is apnea by a bio-radar system according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 바이오 레이더 시스템(100)은 정현파 신호가 인체로부터 반사되어 생성된 반사파들을 복수의 안테나들을 통해 각각 수신한다(S100).Referring to FIG. 6 , the bio-radar system 100 receives reflected waves generated by reflecting a sinusoidal signal from a human body through a plurality of antennas ( S100 ).

바이오 레이더 시스템(100)은 반사파들의 신호 대 잡음비를 기준으로 반사파들에 가중치를 각각 적용하여 합성 반사파를 생성한다(S110).The bio-radar system 100 generates a synthesized reflected wave by applying a weight to each of the reflected waves based on the signal-to-noise ratio of the reflected waves ( S110 ).

구체적으로, 바이오 레이더 시스템(100)은 반사파들의 신호 대 잡음비를 각각 결정하고, 신호 대 잡음비가 높은 반사파 순으로 높은 가중치를 적용하여 합성 반사파를 생성한다.Specifically, the bio-radar system 100 determines the signal-to-noise ratio of the reflected waves, respectively, and applies a high weight to the reflected waves having the highest signal-to-noise ratio to generate the synthesized reflected wave.

바이오 레이더 시스템(100)은 기저 대역 신호를 직교 변조하여 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호를 생성한다(S120).The bio-radar system 100 orthogonally modulates the baseband signal to generate a first modulated signal and a second modulated signal (S120).

구체적으로, 바이오 레이더 시스템(100)은 기저 대역 신호의 위상들 중에서 상기 인체와 상기 안테나 사이의 거리에 의한 위상을 직교 변조하여 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호를 생성한다. 이 경우, 제1 변조 신호는 In-phase(I) 신호이고, 제2 변조 신호는 quadrature(Q) 신호일 수 있으며, 제1 변조 신호와 제2 변조 신호는 90도의 위상 차이를 가질 수 있다.Specifically, the bio-radar system 100 generates a first modulated signal and a second modulated signal by orthogonally modulating a phase according to a distance between the human body and the antenna among the phases of the baseband signal. In this case, the first modulated signal may be an in-phase (I) signal, the second modulated signal may be a quadrature (Q) signal, and the first modulated signal and the second modulated signal may have a phase difference of 90 degrees.

바이오 레이더 시스템(100)은 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호를 각각 필터링하여, 제1 변조 신호에서 제1 호흡 신호를 추출하고, 제2 변조 신호에서 제2 호흡 신호를 추출한다(S130).The bio-radar system 100 filters the first modulated signal and the second modulated signal, respectively, to extract a first respiration signal from the first modulated signal, and extracts a second respiration signal from the second modulated signal (S130).

바이오 레이더 시스템(100)은 진폭에 기초하여 제1 호흡 신호 및 제2 호흡 신호 중에서 분석 대상 호흡 신호를 결정한다(S140).The bio-radar system 100 determines a respiration signal to be analyzed from among the first respiration signal and the second respiration signal based on the amplitude ( S140 ).

구체적으로, 바이오 레이더 시스템(100)은 제1 호흡 신호 및 제2 호흡 신호 중에서 평균 진폭값이 큰 호흡 신호를 분석 대상 호흡 신호로 결정한다.Specifically, the bio-radar system 100 determines a respiration signal having a large average amplitude value among the first respiration signal and the second respiration signal as the respiration signal to be analyzed.

바이오 레이더 시스템(100)은 분석 대상 호흡 신호의 진폭을 상위 임계값 및 하위 임계값과 비교하여 인체의 무호흡 여부를 결정한다(S150).The bio-radar system 100 compares the amplitude of the respiration signal to be analyzed with the upper threshold value and the lower threshold value to determine whether the human body is apnea (S150).

이 경우, 상위 임계값은 분석 대상 호흡 신호의 최대 진폭값에 의해 결정되고, 하위 임계값은 분석 대상 호흡 신호의 최저 진폭값에 의해 결정되며, 바이오 레이더 시스템(100)은 분석 대상 호흡 신호의 진폭이 상위 임계값 및 하위 임계값 사이에 미리 설정된 시간 동안 존재하는 경우 인체가 무호흡하고 있다고 결정한다.In this case, the upper threshold is determined by the maximum amplitude value of the respiration signal to be analyzed, the lower threshold is determined by the lowest amplitude value of the respiration signal to be analyzed, and the bio-radar system 100 is the amplitude of the respiration signal to be analyzed. If it exists for a preset amount of time between this upper and lower threshold, it is determined that the body is apnea.

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 바이오 레이더 시스템이 인체의 심박 신호를 검출하는 방법을 설명하는 도면이다.7 is a diagram for explaining a method of detecting a human heartbeat signal by a bioradar system according to an embodiment of the present invention.

도 7에서, 단계 S200 내지 단계 S220은 단계 S100 내지 단계 S120과 동일하므로, 이하 단계 S230 이후의 과정에 대해서만 설명한다.In FIG. 7 , since steps S200 to S220 are the same as steps S100 to S120, only the processes after step S230 will be described below.

바이오 레이더 시스템(100)은 진폭에 기초하여 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중에서 분석 대상 변조 신호를 결정한다(S230).The bio-radar system 100 determines a modulated signal to be analyzed from among the first modulated signal and the second modulated signal based on the amplitude ( S230 ).

구체적으로, 바이오 레이더 시스템(100)은 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중에서 평균 진폭값이 큰 변조 신호를 분석 대상 변조 신호로 결정한다.Specifically, the bio-radar system 100 determines a modulated signal having a large average amplitude value among the first modulated signal and the second modulated signal as the modulated signal to be analyzed.

바이오 레이더 시스템(100)은 분석 대상 변조 신호의 진폭을 심박 피크값과 비교하여 분석 대상 변조 신호에서 심박 신호를 추출한다(S240).The bio-radar system 100 compares the amplitude of the modulated signal to be analyzed with a heartbeat peak value and extracts a heartbeat signal from the modulated signal to be analyzed ( S240 ).

구체적으로, 바이오 레이더 시스템(100)은 분석 대상 변조 신호의 미리 설정된 시구간 동안의 피크값을 이용하여 심박 피크값을 결정한다.Specifically, the bio-radar system 100 determines the heartbeat peak value by using the peak value during a preset time period of the modulated signal to be analyzed.

이후, 바이오 레이더 시스템(100)은 심박 피크값의 평균값을 이용하여 분석 대상 변조 신호의 진폭과 심박 피크값을 비교할 세그먼트 구간을 결정하고, 세그먼트 구간 동안 분석 대상 변조 신호의 진폭의 로컬 피크값과 심박 피크값을 비교하여 심박 신호를 추출한다.Thereafter, the bio-radar system 100 determines a segment section in which the amplitude of the modulated signal to be analyzed and the heart rate peak value is compared using the average value of the heartbeat peak values, and the local peak value of the amplitude of the modulated signal to be analyzed and the heart rate during the segment section. A heartbeat signal is extracted by comparing the peak values.

또한, 바이오 레이더 시스템(100)은 심박 신호의 피크간 간격과 심박 피크값의 간격 간의 차이를 이용하여 심박 신호를 보정한다.Also, the bioradar system 100 corrects the heartbeat signal by using a difference between the interval between the peaks of the heartbeat signal and the interval between the peak values of the heartbeat.

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 improved forms of the present invention are also provided by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims. is within the scope of the right.

Claims

A bioradar system comprising:
The reflected waves generated by the reflection of the sinusoidal signal from the human body are respectively received through a plurality of antennas, the signal-to-noise ratio of the reflected waves is determined, respectively, and the signal-to-noise ratio (SNR) of the reflected waves is in the order of the highest. A synthesized reflected wave generator that generates a composite reflected wave by applying a high weight to each of the reflected waves;
a baseband signal generator that converts a frequency of the synthesized reflected wave and filters the synthesized reflected wave with a low-pass filter to generate a baseband signal for the synthesized reflected wave;
a modulator for orthogonally modulating the baseband signal to generate a first modulated signal and a second modulated signal;
A baseband for filtering each of the first modulated signal and the second modulated signal, extracting a first respiration signal from the first modulated signal, and extracting a second respiration signal from the second modulated signal, and
The first respiration signal and the second respiration signal to determine the respiration signal to analyze a respiration signal having a large average amplitude value among the respiration signal, using the maximum and minimum amplitude values of the respiration signal to analyze the upper threshold and lower threshold values Including a terminal that determines each and determines the apnea of the human body when the amplitude of the analysis target respiration signal exists for a preset time between the upper threshold value and the lower threshold value,
The sinusoidal signal, T(t), is

is expressed as, and

is the phase noise of the oscillator,
R(t), which is the synthesized reflected wave, is

is expressed as
wherein f is the frequency of the sinusoidal signal, d ₀ is the average straight line distance between the plurality of antennas and the human body, and

is the wavelength of the sinusoidal signal, c is the speed of light, and x(t) is the displacement of the human body according to respiration,
The phase of the synthesized reflected wave varies according to the x(t).

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In claim 1,
the modulator
The bio-radar system generates the first modulated signal and the second modulated signal by orthogonally modulating a phase according to a distance between the human body and the antenna among the phases of the baseband signal.

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