KR102467923B1 - Radar system and radar signal processing method performed thereby - Google Patents

Radar system and radar signal processing method performed thereby Download PDF

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최수호
양희진
정정수
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Abstract

The present invention relates to a passenger monitoring radar system and a radar signal processing method performed therein. The method comprises the steps of: (a) removing, by a preprocessing unit, a fixed target included in a received signal and preprocessing to detect a biosignal which is a moving target; (b) storing, by a data buffer unit, the data preprocessed by the preprocessing unit and monitoring a power value of the signal; (c) detecting, by a multiple targets detection unit, multiple targets including the presence or absence of living things, 3D location information of the living things, and information on the number of living things through a multiple target detection signal processing process for the preprocessed data; and (d) detecting, by a biosignal detection unit, a biosignal including respiration and heart rate BPM of the living things. The present invention can remove the fixed object existing in a space to be detected, and detect the presence or absence of the living things, the 3D location information of the living things, the number of the living things, and biosignal information for each the living things.

Description

탑승객 감시 레이더 시스템 및 그에서 수행되는 레이더 신호처리방법{RADAR SYSTEM AND RADAR SIGNAL PROCESSING METHOD PERFORMED THEREBY}RADAR SYSTEM AND RADAR SIGNAL PROCESSING METHOD PERFORMED THEREBY}

본 발명은 레이더 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이더 센서를 이용해서 건물이나 차량의 실내에 존재하는 살아있는 생명체를 탐지하는 탑승객 감시 레이더 시스템 및 그에서 수행되는 레이더 신호처리방법에 관한 것이다. The present invention relates to a radar system, and more particularly, to a passenger monitoring radar system for detecting living organisms existing inside a building or vehicle using a radar sensor and a radar signal processing method performed therein.

레이더 센서는 마이크로파(microwave)를 이용하여 전파를 송신하고 표적에서 반사된 일부 반사(reflection) 신호를 수신하여 거리, 속도, 각도 정보를 측정하는 감지수단이다.A radar sensor is a sensing means that transmits radio waves using microwaves and receives a partial reflection signal reflected from a target to measure distance, speed, and angle information.

최근에는 차량 주행 중 충돌을 방지하고, 안전운전을 지원하기 위해 차량에 레이더 센서가 적용되고 있다.Recently, radar sensors are being applied to vehicles to prevent collisions while driving and to support safe driving.

본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 레이더 센서 기술을 개시해서 특허 출원하여 등록받은 바 있다.The present applicant has disclosed and registered a radar sensor technology in a number of patent documents 1 and 2 below.

한편, 최근에는 레이더 센서를 이용해서 생체신호 정보를 검출하는 기술이 개발되고 있다. Meanwhile, recently, a technology for detecting bio-signal information using a radar sensor has been developed.

일반적으로, 종래기술에 따른 생체신호 측정장치는 접촉식 센서를 이용해서 호흡수나 심박수를 감지하였다.In general, a bio-signal measuring device according to the prior art detects a respiratory rate or a heart rate using a contact sensor.

그러나 화상 환자나 유아 등 접촉식 센서를 이용하기 어려운 경우, 레이더 센서를 이용해서 생체신호를 탐지하는 기술이 개발되고 있다. However, when it is difficult to use a contact sensor, such as a burn patient or an infant, a technology for detecting a biosignal using a radar sensor is being developed.

즉, 상기 생체신호 중에서 호흡 신호와 심박 신호는 주기성을 가짐에 따라, 주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW), 연속파(Continuous Wave, CW), 펄스(pulse), 초광대역(Ultra Wide Band, UWB) 레이더와 같이 전파를 이용하는 레이더 센서를 이용해서 생체신호의 주기적인 신호 특성을 탐지하여 호흡수와 심박수를 측정한다. That is, among the biosignals, as the respiration signal and the heartbeat signal have periodicity, frequency modulated continuous wave (FMCW), continuous wave (CW), pulse, ultra wide band, UWB) radar sensors that use radio waves, such as radar, are used to detect periodic signal characteristics of biosignals to measure respiratory rate and heart rate.

이와 같이, 레이더 센서는 기본적으로 호흡과 심박을 포함하는 생체신호의 도플러 주파수(Doppler Frequency) 특성을 기반으로 표적을 탐지하고, 생체신호 정보를 검출한다. As such, the radar sensor basically detects a target and detects biosignal information based on Doppler frequency characteristics of biosignals including respiration and heartbeat.

상기 생체신호의 도플러 주파수 특성은 약 0.2 Hz 내지 1.0 Hz 정도로 매우 천천히 변화하기 때문에, 종래기술에 따라 생체신호 탐지에 이용되는 레이더 센서는 생체신호의 도플러 주파수 특성을 탐지하기 위한 레이더 파형 주기(PRI)를 길게 설계해야만 한다. Since the Doppler frequency characteristic of the bio-signal changes very slowly at about 0.2 Hz to 1.0 Hz, the radar sensor used for detecting the bio-signal according to the prior art has a radar waveform period (PRI) for detecting the Doppler frequency characteristic of the bio-signal. should be designed long.

그리고 레이더 파형 주기를 길게 설계하면, 레이더 신호처리 시간(Processing Time)이 증가하여 생체신호 검출 속도가 느려지고, 레이더 센서의 반응 속도도 느려진다.In addition, if the radar waveform period is designed to be long, the radar signal processing time increases, which slows down the bio-signal detection speed and slows down the response speed of the radar sensor.

상기 FMCW 레이더 파형을 이용하는 경우, 많은 첩(Chirp) 데이터를 이용해야 하기 때문에, 저장해야 할 데이터 메모리(SRAM)가 증가함에 따라, 레이더 센서의 제조 비용이 상승하는 문제점이 있었다. In the case of using the FMCW radar waveform, since a lot of chirp data must be used, there is a problem in that the manufacturing cost of the radar sensor increases as the data memory (SRAM) to be stored increases.

따라서 상기한 문제점들을 해결하고 복수의 생명체에 대한 거리, 방위각, 고각 정보를 포함하는 3차원 공간 정보 및 생명체의 호흡 및 심박의 BPM(beats per minute)을 포함하는 생체정보를 검출할 수 있는 기술에 대한 필요성이 대두되고 있다. Therefore, a technique capable of solving the above problems and detecting 3D spatial information including distance, azimuth, and elevation information for a plurality of living things and biometric information including respiration and heart rate BPM (beats per minute) of living things is developed. There is a growing need for

대한민국 특허 등록번호 제10-1513878호(2015년 4월 22일 공고)Korean Patent Registration No. 10-1513878 (published on April 22, 2015) 대한민국 특허 등록번호 제10-1505044호(2015년 3월 24일 공고)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1505044 (Announced on March 24, 2015)

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 주기적인 특성을 갖는 생명체의 호흡과 심박을 포함하는 생체신호를 탐지할 수 있는 탑승객 감시 레이더 시스템 및 그에서 수행되는 레이더 신호처리방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a passenger monitoring radar system capable of detecting vital signals including respiration and heartbeat of a living creature having periodic characteristics and a radar signal processing method performed therein. is to provide

본 발명의 다른 목적은 탐지하고자 하는 공간 내에 존재하는 고정 물체를 제거하고, 살아있는 생명체의 존재 유무, 생명체의 3차원 위치정보 및 생명체의 수 및 생명체별 생체신호 정보를 탐지할 수 있는 탑승객 감시 레이더 시스템 및 그에서 수행되는 레이더 신호처리방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is a passenger surveillance radar system capable of removing fixed objects existing in a space to be detected, and detecting the presence or absence of living creatures, 3D location information of living creatures, the number of living creatures, and biosignal information for each living creature. And to provide a radar signal processing method performed therein.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 탑승객 감시 레이더 시스템은 탐지 대상을 향해 레이더 신호(이하 '송신신호'라 합니다)를 송신하고 탐지 대상으로부터 반사되는 수신신호를 수신하는 안테나부, 상기 송신신호를 발생하는 레이더 송신부, 수신 안테나를 통해 수신되는 상기 수신신호의 데이터를 처리하는 레이더 수신부 및 상기 송신신호를 발생하도록 제어신호를 발생하고 상기 수신신호를 신호처리하여 생체신호 정보를 탐지하는 신호처리용 프로세서를 포함하며, 상기 신호처리용 프로세서는 상기 수신신호를 전처리하는 전처리부, 전처리된 데이터를 저장하는 데이터 버퍼부, 전처리된 데이터에 대한 신호처리 과정을 거쳐 다중 표적을 검출하는 다중 표적 검출부 및 생명체의 생체신호를 검출하는 생체신호 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the passenger monitoring radar system according to the present invention transmits a radar signal (hereinafter referred to as a 'transmission signal') toward a detection target and receives a reception signal reflected from the detection target; A radar transmitter for generating the transmit signal, a radar receiver for processing data of the received signal received through a receive antenna, and generating a control signal to generate the transmit signal and processing the received signal to detect biosignal information It includes a processor for signal processing, wherein the processor for signal processing includes a pre-processor for pre-processing the received signal, a data buffer for storing pre-processed data, and a multi-target for detecting multiple targets through a signal processing process for the pre-processed data. It is characterized in that it includes a detection unit and a bio-signal detection unit for detecting a bio-signal of a living body.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 탑승객 감시 레이더 시스템에서 수행되는 레이더 신호처리방법은 (a) 전처리부에서 수신신호에 포함된 고정 표적을 제거하고, 이동 표적인 생체신호를 검출하도록 전처리하는 단계, (b) 데이터 버퍼부에서 상기 전처리부에 의해 전처리된 데이터를 저장하고 신호의 파워 값을 모니터링하는 단계, (c) 다중 표적 검출부에서 전처리된 데이터에 대한 다중 표적 검출 신호처리 과정을 거쳐 생명체의 존재 유무, 생명체의 3차원 위치정보 및 생명체의 수 정보를 포함하는 다중 표적을 검출하는 단계 및 (d) 생체신호 검출부에서 생명체의 호흡 및 심박 BPM을 포함하는 생체신호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the radar signal processing method performed in the passenger monitoring radar system according to the present invention (a) removes the fixed target included in the received signal in the pre-processing unit, and the moving target bio signal (b) storing the data preprocessed by the preprocessor in the data buffer unit and monitoring the power value of the signal; (c) multiple target detection signals for the data preprocessed in the multi-target detection unit Through processing, detecting multiple targets including the presence or absence of living beings, 3D location information of living beings, and number information of living beings, and (d) detecting biosignals including respiration and heart rate BPM of living beings in a biosignal detection unit. It is characterized in that it includes the step of doing.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 탑승객 감시 레이더 시스템 및 그에서 수행되는 레이더 신호처리방법에 의하면, 주기적인 특성을 갖는 생명체의 호흡과 심박을 포함하는 생체신호를 탐지할 수 있다는 효과가 얻어진다. As described above, according to the passenger monitoring radar system and the radar signal processing method performed in the passenger monitoring radar system according to the present invention, it is possible to detect biosignals including respiration and heartbeat of living organisms having periodic characteristics.

그리고 본 발명에 의하면, 탐지하고자 하는 공간 내에 존재하는 고정 물체를 제거하고, 살아있는 생명체의 존재 유무, 생명체의 3차원 위치정보 및 생명체의 수 및 생명체별 생체신호 정보를 탐지할 수 있다는 효과가 얻어진다. And according to the present invention, the effect of removing the fixed object existing in the space to be detected, and detecting the presence or absence of living organisms, 3D location information of living organisms, the number of living creatures, and biosignal information for each living creature is obtained. .

즉, 본 발명에 의하면, 복수의 수신 채널을 통한 무한대의 수신 첩 신호를 이용해서 생체신호를 탐지하고, 재귀 평균 방식을 적용해서 SNR을 개선할 수 있는 효과가 얻어진다.That is, according to the present invention, an effect of improving the SNR by detecting a biosignal using an infinite number of received chirp signals through a plurality of receiving channels and applying a recursive average method is obtained.

그리고 본 발명에 의하면, 데이터 버퍼에서 일부 데이터의 파워 값을 모니터링해서 살아있는 표적의 존재 유무 정보를 검출하는 속도를 향상시킬 수 있으며, 데이터 버퍼의 데이터 중 표적이 존재하는 일부 데이터만을 이용하여 생체신호 정보(도플러 주파수)를 측정할 수 있다는 효과가 얻어진다. In addition, according to the present invention, it is possible to improve the speed of detecting the presence/absence information of a living target by monitoring the power value of some data in the data buffer, and bio-signal information using only some data in the data buffer in which the target exists. (Doppler frequency) can be measured.

또한, 본 발명에 의하면, 정확한 생체 정보, 즉 호흡 및 생체 BPM을 검출하기 위해, 검출된 3D 표적 정보를 기반으로 다중첩 I/Q 데이터 버퍼를 이용해서 도플러 데이터를 저장하고, 도플러 신호처리를 수행하여 해당 공간에 존재하는 생명체의 생체 정보를 별도의 매칭 처리없이 자동으로 매칭할 수 있다는 효과가 얻어진다.In addition, according to the present invention, in order to detect accurate biometric information, that is, respiration and biometric BPM, Doppler data is stored using a multi-layer I/Q data buffer based on the detected 3D target information, and Doppler signal processing is performed As a result, the effect of automatically matching the biometric information of living beings existing in the corresponding space without a separate matching process is obtained.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 탑승객 감시 레이더 시스템의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 레이더 신호처리부의 신호처리 과정을 설명하는 도면,
도 3은 전처리부에서 수신신호를 전처리하는 과정을 설명하는 도면,
도 4는 데이터 버퍼부의 구성을 설명하는 도면,
도 5는 다중 표적 검출부에서 다중 표적을 검출하는 과정을 설명하는 도면,
도 6은 생체신호 검출부에서 생체신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 탑승객 감시 레이더 시스템에서 수행되는 레이더 신호처리방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
1 is a configuration diagram of a passenger monitoring radar system according to a preferred embodiment of the present invention;
2 is a diagram explaining a signal processing process of the radar signal processing unit shown in FIG. 1;
3 is a diagram explaining a process of pre-processing a received signal in a pre-processing unit;
4 is a diagram explaining the configuration of a data buffer unit;
5 is a diagram explaining a process of detecting multiple targets in a multi-target detection unit;
6 is a diagram explaining a process of detecting a biosignal in a biosignal detector;
7 is a flowchart illustrating a radar signal processing method performed in a passenger monitoring radar system according to a preferred embodiment of the present invention step by step.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 탑승객 감시 레이더 시스템 및 그에서 수행되는 레이더 신호처리방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a passenger monitoring radar system and a radar signal processing method performed in the passenger monitoring radar system according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 탑승객 감시 레이더 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 레이더 신호처리부의 신호처리 과정을 설명하는 도면이다. 1 is a configuration diagram of a passenger monitoring radar system according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram explaining a signal processing process of the radar signal processing unit shown in FIG. 1 .

본 실시 예에서 생체신호는 탐지 대상의 호흡을 감지한 신호이거나, 심박을 감지한 신호, 또는 호흡과 심박을 동시에 감지한 신호일 수 있다. In this embodiment, the biosignal may be a signal obtained by detecting breathing of the detection target, a signal detected by heartbeat, or a signal detected by simultaneously detecting breathing and heartbeat.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이더 시스템(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 탐지 대상을 향해 레이더 신호(이하 '송신신호'라 합니다)를 송신하고 탐지 대상으로부터 반사되는 수신신호를 수신하는 안테나부(11), 상기 송신신호를 발생하는 레이더 송신부(12)와 수신 안테나(22)를 통해 수신되는 수신신호의 데이터를 처리하는 레이더 수신부(13) 및 상기 송신신호를 발생하도록 제어신호를 발생하고 상기 수신신호를 신호처리하여 생체신호 정보를 탐지하는 신호처리용 프로세서(14)를 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the radar system 10 according to a preferred embodiment of the present invention transmits a radar signal (hereinafter referred to as a 'transmission signal') toward a detection target and receives a signal reflected from the detection target. The antenna unit 11 for receiving, the radar transmitter 12 for generating the transmission signal, the radar receiver 13 for processing the data of the received signal received through the receiving antenna 22, and control to generate the transmission signal It may include a signal processing processor 14 that generates a signal and processes the received signal to detect biosignal information.

이와 같이 구성되는 탑승객 감시 레이더 시스템(10)은 24㎓, 60㎓, 77㎓, 79㎓ 등 다양한 주파수대를 이용하는 다양한 레이더 장치에 적용될 수 있다.The passenger monitoring radar system 10 configured as described above can be applied to various radar devices using various frequency bands such as 24 GHz, 60 GHz, 77 GHz, and 79 GHz.

안테나부(11)는 송신신호를 송신하는 송신 안테나(21)와 수신신호를 수신하는 수신 안테나(22)를 포함할 수 있다. The antenna unit 11 may include a transmission antenna 21 for transmitting a transmission signal and a reception antenna 22 for receiving a reception signal.

레이더 송신부(12)는 신호처리용 프로세서(14)의 제어신호에 따라 원하는 발진 주파수의 송신신호를 출력하고, 레이더 수신부(13)는 수신된 수신신호를 증폭하고, 수신신호의 데이터를 처리할 수 있다. The radar transmitter 12 outputs a transmission signal of a desired oscillation frequency according to the control signal of the signal processing processor 14, and the radar receiver 13 amplifies the received signal and processes the data of the received signal. have.

신호처리용 프로세서(14)는 레이더 송신부(12)의 구동을 제어하는 레이더 송신 제어부(41), 레이더 수신부(13)의 구동을 제어하는 레이더 수신 제어부(42), 외부에 마련된 장치와 통신하는 통신부(43) 및 감지된 생체신호의 신호처리를 통해 생체신호 정보를 탐지하는 레이더 신호처리부(44)를 포함할 수 있다. The signal processing processor 14 includes a radar transmission control unit 41 that controls driving of the radar transmission unit 12, a radar reception control unit 42 that controls driving of the radar reception unit 13, and a communication unit that communicates with an external device. (43) and a radar signal processing unit 44 for detecting biosignal information through signal processing of the detected biosignal.

레이더 송신 제어부(41)는 송신신호의 레이더 파형과 송신 파워(Tx Power)를 조절하도록 제어신호를 발생할 수 있다. The radar transmission controller 41 may generate a control signal to adjust the radar waveform and transmission power (Tx Power) of the transmission signal.

레이더 수신 제어부(42)는 수신신호의 수신 이득(Rx Gain)를 조절하고, 밴드패드필터를 조절하도록 제어신호를 발생할 수 있다. The radar reception control unit 42 may generate a control signal to adjust the reception gain (Rx Gain) of the received signal and to adjust the band pad filter.

레이더 수신 제어부(42)는 아날로그 신호 형태의 수신신호(Rx)를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터(이하 'ADC'라 함)를 포함할 수 있다. The radar reception controller 42 may include an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as 'ADC') that converts the received signal Rx in the form of an analog signal into a digital signal.

즉, 레이더 수신 제어부(42)는 수신 안테나(22)의 개수에 대응되는 복수의 ADC를 포함하고, 각 ADC는 각 수신 안테나(22)를 통해 수신된 수신신호를 ADC 처리할 수 있다. That is, the radar reception control unit 42 includes a plurality of ADCs corresponding to the number of reception antennas 22, and each ADC may ADC-process the reception signal received through each reception antenna 22.

한편, 생체신호는 들숨과 날숨으로 구성되는 특성으로 인해, 수신되는 신호의 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 함) 변화가 크게 발생한다. On the other hand, due to the characteristics of the biosignal consisting of inhalation and exhalation, a significant change in the Signal to Noise Ratio (SNR) of the received signal occurs.

따라서 본 발명은 복수의 수신 채널을 통해 연속적으로 수신되는 수신 첩 신호를 이용해서 생체신호를 탐지하고, 탐지된 데이터에 대해 재귀 평균(Recursive Average) 방식으로 평균을 취해서 SNR을 개선한다. Therefore, the present invention detects biosignals using received chirp signals continuously received through a plurality of receiving channels, and averages the detected data using a recursive average method to improve SNR.

이와 같이, 상기 재귀 평균 방식을 적용하는 경우, 센서의 반응 속도가 느려진다. 그래서 본 발명은 데이터 버퍼에서 일부 데이터의 출력(power) 값을 모니터링해서 표적 검출 속도를 향상시킨다. In this way, when the recursive average method is applied, the response speed of the sensor is slowed down. Therefore, the present invention improves the target detection speed by monitoring the power value of some data in the data buffer.

그리고 도플러 신호처리를 위해 많은 양의 첩 데이터를 이용하는 경우, 메모리 크기가 증가해야 한다. 이에 따라, 본 발명은 데이터 버퍼의 데이터 중 표적이 존재하는 일부 데이터만 이용하여 고각 및 방위각을 측정한다. In addition, when a large amount of chirp data is used for Doppler signal processing, the memory size must be increased. Accordingly, the present invention measures elevation and azimuth using only some data in which a target exists among data in a data buffer.

또, 본 발명은 정확한 생체 정보, 즉 호흡 및 생체 BPM을 검출하기 위해, 검출된 표적 정보에 대해 다중첩 I/Q 데이터 버퍼를 이용해서 도플러 데이터를 저장한다. In addition, the present invention stores Doppler data using a multi-chapter I/Q data buffer for detected target information in order to detect accurate biometric information, that is, respiration and biometric BPM.

또한, 본 발명은 표적에 대한 거리, 고각, 방위각을 포함하는 다중 표적 공간 정보와 생체 정보를 매칭하기 위해, 3D 표적 검출 정보를 기반으로 도플러 신호처리를 수행한다. In addition, the present invention performs Doppler signal processing based on 3D target detection information in order to match biometric information with multi-target spatial information including distance, altitude, and azimuth to the target.

이를 위해, 레이더 신호처리부(44)는 수신신호를 전처리하는 전처리부(51)와 전처리된 데이터를 저장하는 데이터 버퍼부(52), 전처리된 데이터에 대한 신호처리 과정을 거쳐 다중 표적을 검출하는 다중 표적 검출부(53) 및 생체신호를 검출하는 생체신호 검출부(54)를 포함할 수 있다. To this end, the radar signal processing unit 44 includes a preprocessing unit 51 for preprocessing the received signal, a data buffer unit 52 for storing the preprocessed data, and a signal processing process for the preprocessed data to detect multiple targets. It may include a target detector 53 and a biosignal detector 54 that detects a biosignal.

도 3은 전처리부에서 수신신호를 전처리하는 과정을 설명하는 도면이고, 도 4는 데이터 버퍼부의 구성을 설명하는 도면이며, 도 5는 다중 표적 검출부에서 다중 표적을 검출하는 과정을 설명하는 도면이고, 도 6은 생체신호 검출부에서 생체신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이다. 3 is a diagram explaining a process of pre-processing a received signal in a pre-processing unit, FIG. 4 is a diagram explaining the configuration of a data buffer unit, and FIG. 5 is a diagram explaining a process of detecting multiple targets in a multi-target detection unit, 6 is a diagram explaining a process of detecting a bio-signal in a bio-signal detector.

전처리부(51)는 도 3에 도시된 바와 같이, 수신신호를 디지털 신호로 변환한 ADC 데이터에서 윈도윙(windowing)과 1차원인 거리 FFT(Range FFT)를 수행하고, 이동 표적 식별(Moving Target Indicator, 이하 'MTI'라 함) 필터를 적용해서 고정 표적을 제거할 수 있다. As shown in FIG. 3, the pre-processing unit 51 performs windowing and one-dimensional range FFT on ADC data converted from a received signal to a digital signal, and identifies a moving target. Indicator, hereinafter referred to as 'MTI') filters can be applied to remove fixed targets.

즉, 전처리부(51)는 수신 안테나(21)에 마련된 복수의 채널, 예컨대 N개(N은 양의 정수)의 채널에서 수신된 각 수신신호에 대한 전처리 과정을 통해 MTI 필터링된 데이터, 즉 이동 표적 신호를 출력할 수 있다. That is, the pre-processing unit 51 performs MTI-filtered data through a pre-processing process for each received signal received from a plurality of channels provided in the receiving antenna 21, for example, N channels (N is a positive integer), i.e., movement A target signal can be output.

여기서, 수신 안테나(21)는 방위각에 대응되는 1차원 정보 또는 방위각 및 고각 정보에 대응되는 2차원 정보 등 탐지하고자 하는 정보에 따라 다양한 채널로 구성될 수 있다. Here, the receiving antenna 21 may be configured with various channels according to information to be detected, such as one-dimensional information corresponding to azimuth or two-dimensional information corresponding to azimuth and elevation information.

데이터 버퍼부(52)는 도 4에 도시된 바와 같이, 각 수신 채널별 MTI 필터링된 데이터를 저장하는 복수, 예컨대 M개(M은 양의 정수)의 데이터 버퍼를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 4 , the data buffer unit 52 may include a plurality of, for example, M (M is a positive integer) data buffers for storing MTI-filtered data for each reception channel.

각 데이터 버퍼는 각 수신 채널 별 MTI 필터링된 데이터(이하 'MTI 데이터'라 약칭함)(A1 내지 AN) 및 특정 거리 데이터만을 추출하기 위해, 다중 표적 검출부(53)로부터 검출된 거리에 대한 인덱스 정보(D)를 입력받을 수 있다. Each data buffer is configured to extract only MTI-filtered data (hereinafter referred to as 'MTI data') (A 1 to A N ) and specific distance data for each reception channel, for the distance detected from the multi-target detection unit 53. Index information (D) may be input.

그래서 각 데이터 버퍼는 다중 표적 검출부(53)에서 아래에서 설명할 거리, 방위각, 고각 맵(Rang, Azimuth, Elevation Angle Map, 이하 'RAEM'이라 함) 데이터를 생성하고 재귀 평균 방식을 적용하기 위해, 가장 최신으로 수신된 채널별 MTI 단일 데이터(B1)를 출력할 수 있다. So, each data buffer generates range, azimuth, and elevation map (Rang, Azimuth, Elevation Angle Map, hereinafter referred to as 'RAEM') data to be described below in the multi-target detection unit 53 and applies a recursive average method, MTI single data (B1) for each most recently received channel may be output.

그리고 각 데이터 버퍼는 다중 표적 검출부(53) 및 생체신호 검출부(54)에서 상기 RAEM 데이터를 생성하고, 도플러 주파수를 검출하기 위해, 채널별 특정 거리에 대한 MTI 필터링된 모든 데이터(B2)를 출력할 수 있다.In addition, each data buffer generates the RAEM data in the multi-target detector 53 and the bio-signal detector 54, and outputs all MTI-filtered data B2 for a specific distance for each channel to detect the Doppler frequency. can

또한, 각 데이터 버퍼는 다중 표적 검출부(53)에서 표적 검출(Target Detection) 동작을 위한 온/오프(On/Off) 제어 정보(C)를 출력할 수 있다. In addition, each data buffer may output on/off control information (C) for a target detection operation in the multi-target detection unit 53.

여기서, 각 데이터 버퍼는 최소 호흡 신호의 1주기 시간에 해당하는 샘플 데이터만큼 저장할 수 있는 크기로 마련될 수 있다. Here, each data buffer may be provided with a size capable of storing as much sample data as corresponding to one cycle time of the minimum respiration signal.

그래서 다중 표적 검출부(53)는 가장 최근에 들어온 MTI 데이터 중 일부의 출력(Power)을 측정하여 생명체의 존재 유무를 파악할 수 있다. Therefore, the multi-target detection unit 53 may measure the power of some of the most recently received MTI data to determine the presence or absence of a living creature.

그리고 다중 표적 검출부(53)는 MTI 데이터의 출력을 모니터링해서 표적 검출의 온/오프 제어 정보로 이용한다. 이에 따라, 본 발명은 다중 표적을 검출하는 검출기의 반응 속도를 빠르게 향상시킬 수 있다. Also, the multi-target detection unit 53 monitors the output of the MTI data and uses it as on/off control information for target detection. Accordingly, the present invention can rapidly improve the reaction speed of a detector for detecting multiple targets.

상세하게 설명하면, 다중 표적 검출부(53)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 RAEM 데이터를 생성하고 재귀 평균 방식을 적용하기 위해, 가장 최신 수신된 채널별 MTI 단일 데이터(B1)를 입력받는다. In detail, as shown in FIG. 5, the multi-target detection unit 53 receives the most recently received single MTI data B1 for each channel in order to generate the RAEM data and apply the recursive average method.

그리고 다중 표적 검출부(53)는 MTI 데이터의 파워 값을 모니터링해서 표적 검출의 온/오프 제어 정보로 이용한다. Also, the multi-target detection unit 53 monitors the power value of the MTI data and uses it as on/off control information for target detection.

그래서 다중 표적 검출부(53)는 단일 첩 신호의 데이터인 각 수신 채널별 최신 수신 MTI 데이터(B1)로 상기 RAEM 데이터를 생성할 수 있다. Accordingly, the multi-target detector 53 may generate the RAEM data with the latest received MTI data B1 for each receive channel, which is data of a single chirp signal.

여기서, 상기 RAEM 데이터는 거리, 방위각, 고각을 갖는 RAEM 데이터 큐브(Data Cube) 형태로 마련될 수 있다. Here, the RAEM data may be prepared in the form of a RAEM data cube having distance, azimuth, and elevation.

여기서, 1차원(1D) FFT는 거리, 2차원(2D) FFT는 방위각(Azimuth), 3차원(3D) FFT는 고각(Elevation)을 탐지하기 위해 이용될 수 있다. Here, one-dimensional (1D) FFT may be used to detect distance, two-dimensional (2D) FFT to detect azimuth, and three-dimensional (3D) FFT to detect elevation.

그리고 다중 표적 검출부(53)는 생체신호의 SNR을 개선하기 위해, RAEM 데이터의 크기 정보의 평균을 산출할 수 있다. In addition, the multi-target detection unit 53 may calculate an average of magnitude information of RAEM data to improve the SNR of the biosignal.

여기서, 다중 표적 검출부(53)는 단일 첩 데이터를 이용함에 따라, 재귀 방식(Recursive Type) 프로세싱을 적용하고, 표적이 사라지기 전까지 다중첩 데이터, 즉 무한대의 첩 데이터로 평균을 수행하는 효과를 이용해서 SNR의 극대화를 가능하게 한다. Here, as the multi-target detection unit 53 uses single chirp data, recursive type processing is applied, and multiple chirp data, that is, infinite chirp data, is used for averaging until the target disappears. This makes it possible to maximize the SNR.

이어서, 다중 표적 검출부(53)는 MTI 데이터의 파워 값을 모니터링한 정보(C)를 입력받아 표적 존재의 유무를 판단하고, 표적 검출 동작의 온 또는 오프 제어할 수 있다. Subsequently, the multi-target detection unit 53 may receive information C obtained by monitoring the power value of the MTI data, determine whether a target exists, and control on or off the target detection operation.

그래서 다중 표적 검출부(53)는 표적이 존재하는 경우(예를 들어 C=1인 경우), 표적 검출 동작을 시작한다(온 동작). Thus, the multi-target detection unit 53 starts a target detection operation (on operation) when a target exists (for example, when C=1).

반면, 다중 표적 검출부(53)는 표적이 존재하지 않는 경우(예를 들어 C=0인 경우), 표적 검출 동작을 중지하고(오프 동작), 타겟 없음 플래그(No Target Flag)를 생성할 수 있다.On the other hand, the multi-target detection unit 53 may stop the target detection operation (off operation) and generate a No Target Flag when the target does not exist (for example, when C = 0). .

여기서, 다중 표적 검출부(53)는 특정 거리 데이터만을 추출하기 위해, 3D 표적 검출 데이터에서 검출된 거리에 대한 인덱스 정보(D)를 각 데이터 버퍼로 출력할 수 있다. Here, the multi-target detection unit 53 may output index information D for a distance detected from the 3D target detection data to each data buffer in order to extract only specific distance data.

그리고 다중 표적 검출부(53)는 검출된 3차원(거리, 방위각, 고각) 표적에 대해동일 표적 정보를 묶는 클러스터링(Clustering)을 수행할 수 있다. Also, the multi-target detection unit 53 may perform clustering of the same target information for the detected 3-dimensional (distance, azimuth, elevation) targets.

이어서, 다중 표적 검출부(53)는 클러스터링된 데이터를 이용해서 특정 3D 공간 위치에 표적의 존재 여부를 판단하고, 경고 로직을 실행시켜 알람을 발생할 수 있다.Subsequently, the multi-target detection unit 53 may determine whether a target exists in a specific 3D spatial location using the clustered data and generate an alarm by executing warning logic.

생체신호 검출부(54)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 RAEM 데이터를 생성하고, 도플러 주파수를 검출하기 위해, 각 데이터 버퍼로부터 채널별 특정 거리에 대한 MTI 필터링된 모든 데이터(B2)를 입력받을 수 있다. As shown in FIG. 6, the biosignal detector 54 receives all MTI-filtered data B2 for a specific distance for each channel from each data buffer in order to generate the RAEM data and detect the Doppler frequency. can

이와 함께, 생체신호 검출부(54)는 다중 표적 검출부(53)로부터 검출된 거리에 대한 인덱스 정보(D)를 입력받을 수 있다. In addition, the bio-signal detector 54 may receive index information D for the detected distance from the multi-target detector 53 .

그래서 생체신호 검출부(54)는 검출된 거리 정보를 활용하여 특정 거리에 있는 MTI 모든 데이터를 이용해서 RAEM 데이터를 재생성할 수 있다.Therefore, the bio-signal detector 54 may regenerate RAEM data using all MTI data at a specific distance by utilizing the detected distance information.

그리고 생체신호 검출부(54)는 RAEM 데이터에 표적별 검출 정보를 활용하여 가장 신호 세기가 큰 피크 신호에 대한 피크 인덱스(Peak Index)를 검출해서 상기 피크 인덱스에 해당하는 다중첩 I/Q 데이터를 다중첩 I/Q 데이터 버퍼에 저장할 수 있다. In addition, the bio-signal detector 54 detects the peak index of the peak signal having the highest signal intensity by using the detection information for each target in the RAEM data, and then processes the multiple I/Q data corresponding to the peak index. Can be stored in overlapping I/Q data buffers.

이어서, 생체신호 검출부(54)는 저장된 다중첩 I/Q 데이터를 이용하여 호흡 및 심박의 BPM을 포함하는 생체신호 정보를 검출할 수 있다. 즉, 생체신호 검출부(54)는 저장된 다중첩 I/Q 데이터에 포함된 첩 데이터를 이용하여 생체신호 주파수를 측정해서 호흡 및 심박의 BPM을 포함하는 생체신호 정보를 검출한다.Next, the bio-signal detector 54 may detect bio-signal information including BPM of respiration and heartbeat using the stored multi-cheap I/Q data. That is, the bio-signal detector 54 detects bio-signal information including BPM of respiration and heartbeat by measuring bio-signal frequencies using chirp data included in stored multi-chirp I/Q data.

이와 같이, 본 실시 예에서는 다중 표적 검출부와 생체신호 검출부에서 각각 RAEM 데이터를 2번 반복해서 프로세싱한다. As such, in this embodiment, the multi-target detection unit and the bio-signal detection unit each repeatedly process RAEM data twice.

이는 다중 표적 검출부(53)에서 각 데이터 버퍼에 있는 모든 데이터에 대해 RAEM 데이터를 생성하는 경우, 대량의 메모리가 필요하고, 처리 시간이 오래 걸리게 된다. This requires a large amount of memory and takes a long processing time when the multi-target detection unit 53 generates RAEM data for all data in each data buffer.

따라서 본 실시 예에서는 재귀 평균 방식으로 RAEM 데이터를 생성함에 따라, 필요한 메모리를 최소화하고, 처리 속도를 높여 처리 시간을 단축할 수 있으며, SNR을 향상시킬 수 있다. Therefore, in this embodiment, as RAEM data is generated by recursive averaging, required memory can be minimized, processing time can be shortened by increasing processing speed, and SNR can be improved.

그리고 생체신호 검출부(54)는 검출된 정보를 이용하여 표적이 존재하는 특정 거리에 대해서만 RAEM 데이터를 재생성함에 따라, 검출 정보를 활용하여 도플러 주파수 검출에 필요한 I/Q 데이터만을 수집할 수 있다. In addition, as the biosignal detector 54 regenerates RAEM data only for a specific distance at which the target exists using the detected information, it is possible to collect only I/Q data required for Doppler frequency detection using the detection information.

이에 따라, 생체신호 검출부는 도플러 주파수 검출을 위한 I/Q 데이터의 메모리를 최소화하고, 신호처리 속도를 높일 수 있다. Accordingly, the bio-signal detection unit can minimize the memory of I/Q data for Doppler frequency detection and increase signal processing speed.

이와 같이, 본 발명은 생체신호의 주기적인 특성을 이용해서 생명체의 호흡과 심박을 포함하는 생체신호를 탐지할 수 있다. As such, the present invention can detect bio-signals including respiration and heartbeat of living organisms by using periodic characteristics of bio-signals.

그리고 본 발명은 탐지하고자 하는 공간 내에 존재하는 고정 물체를 제거하고, 살아있는 생명체의 존재 유무, 생명체의 3차원 위치정보 및 생명체의 수 및 생명체별 생체신호 정보를 탐지할 수 있다.In addition, the present invention can remove a fixed object existing in a space to be detected, and detect the presence or absence of a living creature, 3D location information of a living creature, the number of living creatures, and biosignal information for each living creature.

다음, 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 탑승객 감시 레이더 시스템에서 수행되는 레이더 신호처리방법을 단계별로 설명한다. Next, with reference to FIG. 7, a radar signal processing method performed in a passenger monitoring radar system according to a preferred embodiment of the present invention will be described step by step.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 탑승객 감시 레이더 시스템에서 수행되는 레이더 신호처리방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다. 7 is a flowchart illustrating a radar signal processing method performed in a passenger monitoring radar system according to a preferred embodiment of the present invention step by step.

도 7의 S10단계에서 레이더 송수신부(12)는 신호처리용 프로세서(14)의 레이더 송신 제어부(41)의 제어신호에 따라 송신 안테나(21)를 통해 탐지 대상, 즉 생체신호를 탐지하고자 하는 표적(이하 '생체 표적'이라 함)의 주변으로 신호를 송신하고, 수신 안테나(22)를 통해 탐지 대상으로 반사되는 신호를 수신한다. In step S10 of FIG. 7 , the radar transmission/reception unit 12 is a detection target, that is, a target to detect a biosignal through the transmission antenna 21 according to the control signal of the radar transmission control unit 41 of the signal processing processor 14. (Hereinafter referred to as a 'biological target') and transmits a signal to the surroundings, and receives a signal reflected to the detection target through the receiving antenna 22.

S12단계에서 레이더 수신 제어부(42)에 마련된 ADC는 아날로그 신호 형태의 수신신호를 디지털 신호로 변환한다. In step S12, the ADC provided in the radar reception control unit 42 converts the received signal in the form of an analog signal into a digital signal.

S14단계에서 레이더 신호처리부(44)에 마련된 전처리부(51)는 ADC 데이터에서 윈도윙과 거리 FFT를 수행하고, MTI 필터를 적용해서 필터링을 통해 고정 표적을 제거한다(S16).In step S14, the pre-processing unit 51 provided in the radar signal processing unit 44 performs windowing and distance FFT on the ADC data, and removes fixed targets through filtering by applying an MTI filter (S16).

그래서 데이터 버퍼부(52)는 각 데이터 버퍼에 각 수신 채널별 MTI 필터링된 데이터를 저장한다(S18). Thus, the data buffer unit 52 stores the MTI-filtered data for each receive channel in each data buffer (S18).

이때, 각 데이터 버퍼는 각 수신 채널 별 MTI 데이터(A1 내지 AN)를 저장하고, 다중 표적 검출부(53)로부터 검출된 거리에 대한 인덱스 정보(D)를 입력받아 해당 거리에 대한 데이터를 출력한다.At this time, each data buffer stores MTI data (A 1 to A N ) for each reception channel, receives index information (D) for the detected distance from the multi-target detector 53, and outputs data for the corresponding distance. do.

즉, 각 데이터 버퍼는 가장 최신으로 수신된 채널별 MTI 단일 데이터(B1)를 출력하고, 채널별 특정 거리에 대한 MTI 필터링된 모든 데이터(B2)를 출력하며, 다중 표적 검출부(53)에서 표적 검출(Target Detection) 동작을 위한 온/오프(On/Off) 제어 정보(C)를 출력한다. That is, each data buffer outputs the most recently received MTI single data (B1) for each channel, outputs all MTI-filtered data (B2) for a specific distance for each channel, and detects the target in the multi-target detection unit 53. Outputs on/off control information (C) for the target detection operation.

S20단계에서 다중 표적 검출부(53)는 단일 첩 신호의 데이터인 각 수신 채널별 최신 수신 MTI 데이터(B1)로 RAEM 데이터를 생성한다. In step S20, the multi-target detection unit 53 generates RAEM data with the latest received MTI data B1 for each receive channel, which is data of a single chirp signal.

S22단계에서 다중 표적 검출부(53)는 RAEM 데이터의 크기 정보의 평균을 산출한다. 즉, 다중 표적 검출부(53)는 단일 첩 데이터를 이용함에 따라, 재귀 방식(Recursive Type) 프로세싱을 적용하고, 표적이 사라지기 전까지 다중첩 데이터, 즉 무한대의 첩 데이터로 평균을 수행하는 효과를 이용해서 생체신호의 SNR을 개선할 수 있다. In step S22, the multi-target detection unit 53 calculates an average of size information of the RAEM data. That is, as the multi-target detection unit 53 uses single chirp data, it applies recursive type processing and uses the effect of performing average with multiple chirp data, that is, infinite chirp data, until the target disappears. Thus, the SNR of the biosignal can be improved.

한편, S24단계에서 다중 표적 검출부(53)는 데이터 버퍼부(52)에 저장된 MTI 데이터의 파워 값을 모니터링한 정보(C)를 입력받아 표적 존재의 유무를 판단하고, 표적 검출 동작의 온 또는 오프 제어한다. Meanwhile, in step S24, the multi-target detection unit 53 receives information (C) obtained by monitoring the power value of the MTI data stored in the data buffer unit 52, determines whether a target exists, and turns on or off the target detection operation. Control.

즉, S26단계에서 다중 표적 검출부(53)는 모니터링 정보에서 표적이 존재하는지를 검사한다. That is, in step S26, the multi-target detection unit 53 checks whether a target exists in the monitoring information.

만약, S26단계의 검사결과 표적이 존재하는 경우(C=1), 다중 표적 검출부(53)는 표적 검출 신호처리를 시작해서 다중 표적을 검출한다(S28). If a target exists as a result of the inspection in step S26 (C=1), the multi-target detection unit 53 starts target detection signal processing to detect multiple targets (S28).

이때, 다중 표적 검출부(53)는 특정 거리 데이터만을 추출하기 위해, 3D 표적 검출 데이터에서 검출된 거리에 대한 인덱스 정보(D)를 각 데이터 버퍼로 출력한다. At this time, the multi-target detection unit 53 outputs index information D for a distance detected from the 3D target detection data to each data buffer in order to extract only specific distance data.

이어서, 다중 표적 검출부(53)는 검출된 3차원(거리, 방위각, 고각) 표적에 대해동일 표적 정보를 묶는 클러스터링(Clustering)을 수행하고(S30), 클러스터링된 데이터를 이용해서 특정 3D 공간 위치에 표적의 존재 여부를 판단하고, 경고 로직을 실행시켜 판단된 표적의 존재 여부에 따라 알람을 발생한다(S32).Subsequently, the multi-target detection unit 53 performs clustering to group the same target information for the detected 3-dimensional (distance, azimuth, elevation) target (S30), and uses the clustered data to locate a target in a specific 3D space. The presence or absence of a target is determined, and an alarm is generated according to the determined presence or absence of a target by executing a warning logic (S32).

반면, S26단계의 검사결과 표적이 미존재하는 경우(C=0), 표적 검출 신호처리를 수행하지 않거나 중지하고(오프 동작), 타겟 없음 플래그(No Target Flag)를 생성한다(S34). 이때, 다중 표적 검출부(53)는 표적 검출 신호처리를 중지함과 동시에 표적 BPM 추정도 모두 수행하지 않는다. 이어서, 다중 표적 검출부(53)는 다시 S24단계로 진행해서 MTI 데이터의 파워 값 모니터링을 반복해서 표적이 존재하는지를 반복적으로 확인한다. On the other hand, if the target does not exist as a result of the inspection in step S26 (C=0), the target detection signal processing is not performed or stopped (off operation), and a No Target Flag is generated (S34). At this time, the multi-target detection unit 53 stops target detection signal processing and does not perform target BPM estimation at the same time. Subsequently, the multi-target detection unit 53 proceeds to step S24 and repeatedly checks whether a target exists by repeatedly monitoring the power value of the MTI data.

이와 같은 과정을 통해, 본 발명은 3차원 공간 내부에 존재하는 고정 물체를 제거하고, 생체 표적, 즉 살아있는 생명체의 존재 유무, 생명체의 3차원 위치정보 및 생명체의 수를 정확하게 탐지할 수 있다. Through this process, the present invention can remove the fixed object existing inside the 3D space and accurately detect the biological target, that is, the presence or absence of a living creature, the 3D location information of the living creature, and the number of living creatures.

한편, S36단계에서 생체신호 검출부(54)는 각 데이터 버퍼로부터 채널별 특정 거리에 대한 MTI 필터링된 모든 데이터(B2)를 입력받고, 다중 표적 검출부(53)로부터 검출된 거리에 대한 인덱스 정보(D)를 입력받아 검출된 거리 정보를 활용하여 특정 거리에 있는 MTI 모든 데이터를 이용해서 RAEM 데이터를 재생성한다.Meanwhile, in step S36, the bio-signal detector 54 receives MTI-filtered all data (B2) for a specific distance for each channel from each data buffer, and receives index information (D) for the distance detected from the multi-target detector 53. ) and regenerates RAEM data using all MTI data at a specific distance by using the detected distance information.

그리고 생체신호 검출부(54)는 RAEM 데이터에 표적별 검출 정보를 활용하여 가장 신호 세기가 큰 피크 신호에 대한 인덱스(Peak Index)를 이용해서 해당 인덱스에 대한 다중첩 I/Q 데이터를 다중첩 I/Q 데이터 버퍼에 저장한다(S38). In addition, the bio-signal detector 54 uses the detection information for each target in the RAEM data, and uses the index for the peak signal having the highest signal intensity to generate multiple I/Q data for the corresponding index. It is stored in the Q data buffer (S38).

이어서, 생체신호 검출부(54)는 저장된 다중첩 I/Q 데이터를 이용하여 호흡 및 심박의 BPM을 포함하는 생체신호 정보를 검출한다.Subsequently, the biosignal detection unit 54 detects biosignal information including BPM of respiration and heartbeat using the stored multi-cheap I/Q data.

상기한 바와 같은 과정을 통해, 본 발명은 주기적인 특성을 갖는 생명체의 호흡과 심박을 포함하는 생체신호를 탐지할 수 있다. Through the process as described above, the present invention can detect biosignals including respiration and heartbeat of living creatures having periodic characteristics.

그리고 본 발명은 탐지하고자 하는 공간 내에 존재하는 고정 물체를 제거하고, 살아있는 생명체의 존재 유무, 생명체의 3차원 위치정보 및 생명체의 수 및 생명체별 생체신호 정보를 탐지할 수 있다.In addition, the present invention can remove a fixed object existing in a space to be detected, and detect the presence or absence of a living creature, 3D location information of a living creature, the number of living creatures, and biosignal information for each living creature.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the invention made by the present inventors has been specifically described according to the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

본 발명은 탐지하고자 하는 공간 내에 존재하는 고정 물체를 제거하고, 살아있는 생명체의 존재 유무, 생명체의 3차원 위치정보 및 생명체의 수 및 생명체별 생체신호 정보를 탐지하는 탑승객 감시 레이더 시스템 및 그에서 수행되는 레이더 신호처리방법 기술에 적용된다.The present invention removes fixed objects existing in a space to be detected, and detects the presence or absence of living creatures, 3D location information of living creatures, the number of living creatures, and biosignal information for each living creature, and a passenger surveillance radar system performed therein It is applied to radar signal processing method technology.

10: 레이더 시스템
11: 안테나부 12: 레이더 송신부
13: 레이더 수신부 14: 신호처리용 프로세서
21: 송신 안테나 22: 수신 안테나
41: 레이더 송신 제어부 42: 레이더 수신 제어부
43: 통신부 44: 레이더 신호처리부
51: 전처리부 52: MTI 데이터 버퍼부
53: 다중 표적 검출부 54: 생체신호 검출부
10: Radar system
11: antenna unit 12: radar transmission unit
13: radar receiver 14: processor for signal processing
21: transmit antenna 22: receive antenna
41: radar transmission control unit 42: radar reception control unit
43: communication unit 44: radar signal processing unit
51: pre-processing unit 52: MTI data buffer unit
53: multi-target detection unit 54: bio-signal detection unit

Claims (7)

탐지 대상을 향해 레이더 신호를 송신하고, 탐지 대상으로부터 반사되는 신호를 수신해서 생체신호를 탐지하는 탑승객 감시 레이더 시스템에서 수행되는 레이더 신호처리방법에 있어서,
(a) 전처리부에서 수신신호에 포함된 고정 표적을 제거하고, 이동 표적인 생체신호를 검출하도록 전처리하는 단계,
(b) 데이터 버퍼부에서 상기 전처리부에 의해 전처리된 데이터를 저장하고 신호의 파워 값을 모니터링하는 단계,
(c) 다중 표적 검출부에서 전처리된 데이터에 대한 다중 표적 검출 신호처리 과정을 거쳐 생명체의 존재 유무, 생명체의 3차원 위치정보 및 생명체의 수 정보를 포함하는 다중 표적을 검출하는 단계 및
(d) 생체신호 검출부에서 상기 (c)단계에서 다중 표적으로 검출된 생명체의 호흡 및 심박 BPM을 포함하는 생체신호를 검출하는 단계를 포함하며,
상기 (c)단계는 (c1) 상기 다중 표적 검출부에서 각 데이터 버퍼로부터 가장 최신으로 수신된 채널별 이동 표적 식별(이하 'MTI'라 함) 단일 첩 신호의 데이터를 입력받는 단계,
(c2) 단일 첩 신호의 데이터인 각 수신 채널별 최신 수신 MTI 데이터를 이용해서 거리, 방위각, 고각 맵(이하 'RAEM'이라 함) 데이터를 생성하는 단계,
(c3) 재귀 평균 방식을 적용해서 상기 RAEM 데이터의 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시키는 단계 및
(c4) 상기 데이터 버퍼부에 저장된 MTI 데이터의 파워 값을 모니터링한 정보를 입력받아 표적 존재의 유무를 판단하고, 판단 결과에 기초해서 표적 검출 동작의 온 또는 오프를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탑승객 감시 레이더 시스템에서 수행되는 레이더 신호처리방법.
In a radar signal processing method performed in a passenger monitoring radar system that transmits a radar signal toward a detection target and receives a signal reflected from the detection target to detect a biosignal,
(a) pre-processing in a pre-processing unit to remove a fixed target included in the received signal and to detect a biosignal that is a moving target;
(b) storing the data pre-processed by the pre-processing unit in a data buffer unit and monitoring the power value of the signal;
(c) detecting multiple targets including the presence or absence of living things, 3D location information of living things, and information on the number of living things through a multi-target detection signal processing process for data pre-processed by the multi-target detection unit; and
(d) detecting bio-signals including respiration and heart rate BPM of the organism detected as multiple targets in step (c) by the bio-signal detection unit;
Step (c) includes (c1) receiving data of a moving target identification (hereinafter referred to as 'MTI') single chirp signal for each channel most recently received from each data buffer in the multi-target detection unit;
(c2) generating distance, azimuth, and elevation map (hereinafter referred to as 'RAEM') data using the latest received MTI data for each received channel, which is data of a single chirp signal;
(c3) improving the signal-to-noise ratio (SNR) of the RAEM data by applying a recursive average method; and
(c4) determining whether a target exists by receiving information obtained by monitoring the power value of the MTI data stored in the data buffer unit, and controlling on or off of a target detection operation based on the determination result. A radar signal processing method performed in a passenger monitoring radar system.
제1항에 있어서,
상기 (a)단계는 (a1) 수신 안테나를 통해 수신된 아날로그 형태의 수신신호를 아날로그 디지털 컨버터를 이용해서 디지털 신호로 변환하는 단계 및
(a2) 변환된 데이터에서 윈도윙 및 레인지 FFT를 수행한 후 MTI 필터를 통해 고정 표적을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탑승객 감시 레이더 시스템에서 수행되는 레이더 신호처리방법.
According to claim 1,
The step (a) is (a1) converting the received signal in analog form received through the receiving antenna into a digital signal using an analog-to-digital converter; and
(a2) A radar signal processing method performed in a passenger monitoring radar system comprising the step of removing a fixed target through an MTI filter after performing windowing and range FFT on the converted data.
제1항에 있어서,
상기 (b)단계에서 상기 데이터 버퍼부는 복수의 수신 채널에 대응되는 복수의 데이터 버퍼에 각 수신 채널별 이동 표적 식별 필터에 의해 필터링된 데이터를 저장하고, 상기 다중 표적 검출부로부터 검출된 거리에 대한 인덱스 정보를 입력받아 해당 거리에 대한 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 탑승객 감시 레이더 시스템에서 수행되는 레이더 신호처리방법.
According to claim 1,
In the step (b), the data buffer unit stores the data filtered by the moving target identification filter for each receiving channel in a plurality of data buffers corresponding to the plurality of receiving channels, and indexes the distances detected by the multi-target detection unit. A radar signal processing method performed in a passenger monitoring radar system, characterized in that for receiving information and outputting data for a corresponding distance.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (c4)단계에서 상기 다중 표적 검출부는 표적이 존재하는 경우, 표적 검출 신호처리를 시작해서 다중 표적을 검출하고,
표적이 미존재하는 경우에는 표적 검출 동작을 수행하지 않거나 중지하고, 타겟 없음 플래그를 생성하는 것을 특징으로 하는 탑승객 감시 레이더 시스템에서 수행되는 레이더 신호처리방법.
According to claim 1,
In the step (c4), the multi-target detection unit detects the multi-target by starting target detection signal processing when the target exists,
A radar signal processing method performed in a passenger monitoring radar system, characterized in that when a target does not exist, a target detection operation is not performed or stopped, and a target no flag is generated.
제1항에 있어서, 상기 (d)단계는
(d1) 상기 생체신호 검출부에서 각 데이터 버퍼로부터 채널별 특정 거리에 대한 MTI 필터링된 모든 데이터를 입력받고, 상기 다중 표적 검출부로부터 검출된 거리에 대한 인덱스 정보를 입력받아 검출된 거리 정보를 활용하여 특정 거리에 있는 MTI 모든 데이터를 이용해서 RAEM 데이터를 재생성하는 단계,
(d2) 재생성된 RAEM 데이터에 표적별 검출 정보를 활용하여 가장 신호 세기가 큰 피크 신호에 대한 인덱스 정보를 검출해서 피크 인덱스에 해당하는 다중첩 I/Q 데이터를 각 데이터 버퍼에 저장하는 단계 및
(d3) 상기 (d2)단계에서 저장된 다중첩 I/Q 데이터에 포함된 첩 데이터를 이용하여 생체신호 주파수를 측정해서 생명체의 호흡 및 심박 BPM을 포함하는 생체신호 정보를 검출하는 단계를 포함하는 탑승객 감시 레이더 시스템에서 수행되는 레이더 신호처리방법.
The method of claim 1, wherein step (d) is
(d1) The bio-signal detector receives all MTI-filtered data for a specific distance for each channel from each data buffer, receives index information on the detected distance from the multi-target detector, and uses the detected distance information to specify Regenerating RAEM data using all MTI data in the distance;
(d2) detecting index information for a peak signal having the highest signal intensity by using detection information for each target in the regenerated RAEM data, and storing multiple I/Q data corresponding to the peak index in each data buffer; and
(d3) detecting bio-signal information including respiration and heart rate BPM of the living body by measuring the bio-signal frequency using the chirp data included in the multi-chirp I/Q data stored in step (d2). A radar signal processing method performed in a surveillance radar system.
제1항 내지 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 기재된 레이더 신호처리방법으로 생체신호를 탐지하는 탑승객 감시 레이더 시스템에 있어서,
탐지 대상을 향해 레이더 신호를 송신하고 탐지 대상으로부터 반사되는 수신신호를 수신하는 안테나부,
상기 레이더 신호를 발생하는 레이더 송신부,
수신 안테나를 통해 수신되는 상기 수신신호의 데이터를 처리하는 레이더 수신부 및
상기 레이더 신호를 발생하도록 제어신호를 발생하고 상기 수신신호를 신호처리하여 생체신호 정보를 탐지하는 신호처리용 프로세서를 포함하며,
상기 신호처리용 프로세서는 상기 수신신호를 전처리하는 전처리부,
전처리된 데이터를 저장하는 데이터 버퍼부,
전처리된 데이터에 대한 신호처리 과정을 거쳐 다중 표적을 검출하는 다중 표적 검출부 및
생명체의 생체신호를 검출하는 생체신호 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탑승객 감시 레이더 시스템.
In the passenger monitoring radar system for detecting bio signals by the radar signal processing method according to any one of claims 1 to 3, 5 and 6,
An antenna unit for transmitting a radar signal toward a detection target and receiving a reception signal reflected from the detection target;
a radar transmitter for generating the radar signal;
A radar receiving unit processing data of the received signal received through a receiving antenna; and
A signal processing processor for generating a control signal to generate the radar signal and processing the received signal to detect biosignal information;
The signal processing processor includes a pre-processing unit for pre-processing the received signal;
a data buffer unit for storing preprocessed data;
A multiple target detection unit that detects multiple targets through a signal processing process for preprocessed data; and
A passenger surveillance radar system comprising a bio-signal detector for detecting a bio-signal of a living body.
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