KR101414586B1

KR101414586B1 - 초광대역 모니터링 시스템 및 안테나

Info

Publication number: KR101414586B1
Application number: KR1020087024309A
Authority: KR
Inventors: 셍리 푸
Original assignee: 센시오텍 아이엔씨
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2014-07-03
Also published as: JP5312053B2; US20150141794A1; US10517503B2; WO2007101343A1; KR20080106465A; EP1996068A1; EP1996068A4; HK1130417A1; JP2009528859A; CN102512148A; CN101437442B; US20140070958A1; US8781563B2; US20090227882A1; US8428696B2; CN101437442A

Abstract

하나 이상의 살아있는 대상의 활력 징후를 모니터링하는 장치는 모니터링 스테이션 및 상기 모니터링 스테이션과 통신하는 적어도 하나의 센서를 포함한다. 상기 센서는 안테나 시스템, 상기 안테나 시스템에 커플된 초광대역 레이더 시스템, 신호 프로세서 및 통신 시스템을 포함한다. 상기 신호 프로세서는 상기 초광대역 레이더 시스템으로부터 신호를 수신하도록 연결되고 상기 안테나 시스템에 대응하는 감지 공간 내에서 사람 또는 동물의 하나 이상의 활력 징후에 대해 상기 신호 정보로부터 추출되도록 구성된다. 상기 통신 시스템은 상기 모니터링 스테이션으로 상기 정보를 전송하도록 구성된다.

Description

초광대역 모니터링 시스템 및 안테나{ULTRA WIDEBAND MONITORING SYSTEMS AND ANTENNAS}

관련 출원들의 교차-인용

본 출원은 2006년 3월 6일에 출원된 미국 출원번호 60/778,908로부터 파리 조약으로 우선권 주장한다. 미합중국의 목적에 있어서, 본 출원은 미국 특허법(35 U.S.C) 119조에 의거하여, 여기에 포함된 미국 출원번호 60/778,908의 이익을 청구한다. 본 발명은 사람 또는 동물의 현존(presence), 활동 및/또는 생리적 신호에 대한 모니터링용 장치 및 방법에 관한 것이다.

기술분야

본 발명은 사람 또는 동물들의 현존, 활동 및/또는 생리학적 징후들을 감시하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 예를 들면, 의료 시설에서, 환자들의 현존, 활동, 심박률 및/또는 호흡률 중의 하나 또는 그 이상에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 전자기 신호들의 전송 및/또는 수신을 위한 안테나에 관한 것이다.

초광대역(Ultra wideband : 이하 UWB) 전자기 신호는 애플리케이션의 광범위에서 이용될 수 있다. 이런 신호는 낮은 듀티 사이클(duty cycle)에서 나타나는 초단펄스(very short pulse)를 전형적으로 포함한다. 이와 같이, UWB 신호는 특히, 낮은 평균 전력 레벨을 유지하는 것이 바람직한 애플리케이션에서 이로울 수 있다. UWB 레이더(radar)는 근거리에서 물체의 위치를 측정하고 물체의 이미지를 획득하기 위해 이용될 수 있다. 또한, UWB 장치는 무선 통신, 특히 근거리 및 고속 데이터 전송에 이용될 수 있다.

UWB 전자기 신호는 수백 MHz 내지 대략 12 GHz의 범위 내의 주파수를 구비할 수 있다. 대표적인 응용예로, UWB 신호는 3.1 GHz로부터 10.6 GHz로의 대역에서 이용된다. 특히, UWB 장치에 있어서 전자기 신호의 주파수는 적용가능한 규제 요건에 따르는 스펙트럼의 특정 영역에 제한될 수 있다. 예를 들어, 일부 장치는 3.6 GHz 내지 4.6 GHz의 범위 내에서 UWB 스펙트럼을 차지하는 UWB 스펙트럼의 서브-대역 내에서 동작하도록 사용될 수 있다. 미국에서 이 서브-대역은 소정의 UWB 장치에 의한 이용을 위해 미국연방통신위원회(FCC)에 의해 할당되었다.

다양한 UWB 장치가 있지만, 실제적이며 비용 효율적인 솔루션에 대한 수요가 여전히 있다. 예를 들어, 다양한 상황에서 UWB 신호를 전송 및/또는 수신하기 위해 사용될 수 있는 실제적이며 비용 효율적인 안테나 및 안테나 시스템에 대한 수요가 있다. 컴팩트하고 지향성 방사 패턴(directional radiation pattern)을 제공하는 안테나에 대한 특별한 수요가 있다. 또한, 실제적이고 비용 효율적인 UWB 레이더 트랜시버 회로에 대한 수요가 있다.

실제적이고 비용 효율적인 기술이 요구되는 다른 분야는 사람 또는 동물에 대한 활력 징후(vital sign)을 감시하는 분야이다. 예를 들어, 보호 시설 및 가정에서 환자의 심장 및 호흡률을 모니터링할 수 있는 시스템을 제공하는 것은 이로울 수 있다. 이런 시스템이 있을지라도, 대부분 다양한 불편한 점들을 구비한다. 예를 들어, 소정의 시스템은 모니터링 받는 각각의 사람에 부착되는 전극 또는 다른 장치를 필요로 하고, 다른 시스템은 엄청나게 비싸거나 충분하게 다용도로 사용되지 않고, 다른 시스템은 심박률과 같은 하나의 활력 징후를 모니터링 가능할 뿐이다.

종래 기술은 다음을 포함한다:

ㆍ 반사 에너지를 이용하는 사람의 존재에 대한 모니터링을 위한 시스템을 개시하는 뉴햄, 미국특허 5,471,198 및 에드워즈, 미국특허 6,788,206.

ㆍ UWB 신호를 이용하는 재산, 물체, 사람 또는 동물을 모니터링하기 위한 시스템을 개시하는 리챠드 외, 미국특허 6,900,732.

ㆍ 환자가 의료 지원을 원할 때 의료진에게 경보를 주는 임펄스 무선 기술을 이용하는 시스템, 전기 모니터 및 방법을 개시하는 리챠드 외, 미국특허 6,466,125.

ㆍ 말이 경주 트랙을 움직일 때 말의 위치의 추적 및/또는 사람들이 움직이는 말의 하나 이상의 활력 징후의 모니터를 하도록 임펄스 무선의 이용을 개시하는 리챠드 외, 미국특허 6,504,483. 상기 특허는 상기 기술이 개와 같은, 다른 동물 및 사람과 함께 작동할 수 있다는 것을 개시한다.

ㆍ 움직이는 운동선수를 추적하고 운동선수와 안전한 통신을 제공하는 임펄스 무선의 이용을 개시하는 홀 외, 미국특허 6,661,342.

ㆍ 2개의 RF 신호를 이용하는 심박률 모니터를 개시하는 노오그로즈키 외, 미국특허 4,513,748.

ㆍ 마이크로웨이브 레이더 유닛을 이용하는 환자의 이동 모니터링용 시스템을 개시하는 블로이스, 미국특허 3,796,208.

ㆍ 사용자의 건강 조건에 관한 정보를 전송하도록 UWB 신호를 이용하는 시스템을 개시하는 라이 외, WO 2004/047630.

ㆍ 생리 데이터를 이미지화하고 획득하기 위한 UWB 레이더의 이용을 개시하는 튜핀 외, 미국특허 2004/0249258.

ㆍ UWB 레이더 모션 센서를 개시하는 맥이완, 미국특허 5,361,070.

ㆍ 환자 모니터링 시스템을 개시하는 에드워즈, 미국특허 6,788,206.

본 발명은 UWB 시스템에 관한 장치 및 방법을 제공한다. 상기 장치 및 방법은 사람 또는 동물의 활력 징후를 모니터링하기 위한 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 상기 장치 및 방법은 다른 애플리케이션을 구비할 수도 있다. 이런 방법 및 장치는 여기서 설명되는 다양한 UWB 기술을 포함할 수 있다. 본 발명의 몇 관점에 따르는 시스템은 연속파(CW) 기술을 이용하여 구현될 수 있다.

본 발명의 몇 특정 관점은 UWB 신호; UWB 레이더 트랜시버 회로; 및 환자 모니터링 시스템을 전송 및/또는 수신하기 위해 사용될 수 있는 안테나 및 안테나 어레이(array)를 제공한다. 본 발명의 이러한 특정 관점은 서로 독립적으로 적용될 수 있고 다양한 조합으로 적용될 수 있다.

본 발명의 다른 관점 및 본 발명의 특정 실시예의 특징은 아래에서 설명된다.

본 발명의 제한되지 않는 실시예들을 나타내는 도면은,

도 1은 본 발명의 일실시예를 따른 환자 모니터링 시스템의 블록도;

도 2는 도 1의 상기 환자 모니터링 시스템의 가능한 디스플레이의 개략도;

도 3은 도 1의 상기 모니터링 시스템에 사용될 수 있는 감지 유닛(sensing unit)의 블록도;

도 4는 무선주파수 펄스에 의해 매트리스를 통한 사람의 존재 및 사람의 심장 및 호흡 활동을 검출하는 감지 유닛의 개략도;

도 4A 내지 도 4C는 안테나의 다양한 선택적 배열을 도시한 도면;

도 5는 감지 유닛의 블록도;

도 6은 감지 유닛 내에서 사용될 수 있는 RF 레이더 트랜시버의 블록도;

도 7은 도 6의 상기 레이더 트랜시버의 일부를 위한 타이밍도;

도 8은 UWB 신호를 전송 및 수신하기 위해 이용될 수 있는 안테나 어레이의 평면도;

도 8A는 도 8의 상기 안테나 어레이의 반대측면의 평면도;

도 8B는 도 8의 상기 안테나 어레이의 안테나 구성요소의 확대도면;

도 9, 도 9A, 도 9B 및 도 9C는 UWB 신호를 전송 및 수신하기 위해 이용될 수 있는 컴팩트 안테나의 도면;

다음의 상세한 설명을 통해, 특정 상세는 본 발명의 보다 더 확실한 이해를 제공하기 위해 개시된다. 그러나, 본 발명은 이러한 상세한 설명 없이 실행될 수 있다. 다른 예로서, 잘 알려진 구성요소는 본 발명을 불필요하게 이해하기 어렵게하는 것을 회피하기 위해 자세하게 도시되거나 설명되지 않았다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한된 인식보다는 도시된 것에 따르는 것으로 한다.

다음의 상세한 설명은 초광대역 신호를 전송 및 수신하는 안테나, 초광대역 신호를 생성하는 회로 및 사람 또는 동물의 현존, 활동 및/또는 활력 징후를 위한 모니터링용 시스템을 설명한다. 본 발명은 모든 이러한 구성요소를 포함하는 환자 모니터링 시스템에 관하여 설명될 것이다. 그러나, 여기서 설명된 다양한 새로운 구성요소 및 서브시스템은 다른 조합 및 상황에서도 응용될 수 있다.

도 1은 환자 모니터링 시스템(10)을 개략적으로 도시한다. 예를 들어, 시스템(10)은 병원 병동, 장기 보호 시설, 육아실, 또는 그밖에 유사한 것에서 사용될 수 있다. 시스템(10)은 모니터링 스테이션(12) 및 하나 이상의 감지 유닛(14)을 구비한다. 도시된 실시예에서, 감지 유닛(14)은 침상(17)의 매트리스(16) 아래에 설치된 감지 유닛(14A 및 14B), 휠체어(19)의 등받침(18)에 조립된 (또는 마운트된) 감지 유닛(14C), 제한 영역(22)(제한 영역(22)은 예를 들어, 저장된 약물이 약국, 시설의 출구, 또는 그밖에 유사한 것이 될 수 있다)의 입구(20)에 장착된 감지 유닛(14D) 및 사람의 가슴(도시) 또는 손목(미도시)에 묶여진 감지 유닛(14E)을 포함한다.

모니터링 스테이션(12)은 센서(14)뿐만 아니라 추가 센서(미도시)로부터 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 모니터링 스테이션(12)은 도어 스위치, 근접 센 서, EEG 기계, 혈액 산소 센서, 그밖에 유사한 것과 같은 다른 환자 모니터링 장치로부터 신호를 수신할 수 있다.

각각의 감지 유닛(14)은 모니터링 스테이션(12)과 통신한다. 상기 통신은 바람직하게는 무선 통신이다. 아래에 설명하는 것처럼, 감지 유닛(14A, 14B, 14C 및 14E)은 감지 유닛(14)의 위치에서 사람의 현존, 활동성 및 활력 징후를 감시한다. 감지 유닛(14D)은 제한 영역(22)에서 의료진의 현존을 검출하기 위해 의도된다. 감지 유닛(14D)은 활력 징후 등을 검출하는 능력이 부족할 수 있다. 감지 유닛(14)은 다음의 하나 이상을 모니터할 수 있다:

ㆍ 사람의 심박률;

ㆍ 사람의 호흡률;

ㆍ 사람의 호흡 또는 심장의 정지 여부;

ㆍ 사람의 호흡 또는 심장의 비정상적인 패턴 여부;

ㆍ 사람의 활동(즉, 이동) 여부;

ㆍ 사람의 특이한 이동 여부(예를 들어, 발작 또는 경련을 나타내며 이동하는지 여부);

ㆍ 사람이 감지 유닛의 근처에 존재하는지 여부; 및,

ㆍ 기타 같은 종류의 것.

모니터링 동작으로부터 결과를 포함하는 데이터 신호(24)는 모니터링 스테이션(12)으로 전송된다.

모니터링 스테이션(12)은 디스플레이(26), 유선 또는 무선 통신 모듈(27) 및 예를 들어, 알람 사운드의 발생기를 포함할 수 있는 알람(28)을 포함한다. 통신 모듈(27)은 감지 유닛(14)으로부터 데이터 신호(24)를 수신한다. 모니터링 스테이션(12)은 모니터되는 다수의 사람에 관한 정보를 나타낸다.

도 2는 가능한 디스플레이의 일예를 도시한다. 모니터링 스테이션(12), 예를 들어, 환자의 상태를 모니터하는 담당 간호사에 의해 이용될 수 있는 간호 스테이션에 위치할 수 있다. 모니터링 스테이션(12)은 데이터 신호가 특정 알람 기준에 일치할 경우 알람을 발생할 수 있다. 상기 알람 기준은, 예를 들어 다음을 포함할 수 있다:

ㆍ 사람이 존재하지만 움직이지 않거나 검출 가능한 심박을 나타내지 않거나 또는 임계 기간 이상 동안 호흡을 하지 않는 것;

ㆍ 감지 유닛(14)에 남아 있어야 하는 사람이 더 이상 존재하는 것으로 검출되지 않는 것;

ㆍ 사람이 제한 영역에서 검출되는 것; 및,

ㆍ 기타 같은 종류의 것.

알람은 시각적 표식(29)이 디스플레이(26) 상에 나타나도록 하며(도 2 참조), 부저 또는 이와 같은 다른 것을 포함할 수 있는 알람(28)에 의해 가청신호(audible sign)가 생성되도록 한다. 원격 모니터링 스테이션(미도시)은 모니터링 스테이션(12)에 추가로 제공될 수 있다. 알람 조건이 모니터링 스테이션(12)에 검출될 때, 모니터링 스테이션(12)은 책임있는 사람에게 신호를 보낼 수 있는 페이저(pager) 또는 그밖에 유사한 것과 같은 휴대용 모니터링 장치와 선택적으로 통신 한다.

디스플레이(26)는 감시되고 있는 활력 징후뿐 아니라 감시되고 있는 사람의 동작 내에서의 경향과, 시스템(10)에 의해 감시되고 있는 다양한 활력 징후에 대한 값을 표시한다.

모니터링 스테이션(12)은 환자 정보, 치료 이력, 약물 이력 및 기타 같은 종류의 것을 추적하는 전체 환자 관리 시스템에 통합될 수 있다. 이러한 시스템은 상업적으로 이용가능하므로 여기서 더 설명하지 않는다. 모니터링 스테이션(12)에서 의료진은 환자가 침상에서 일어나거나 넘어질 때, 환자가 호흡을 멈출 때, 환자의 심장이 멈출 때, 환자가 비정상적으로 이동할 때, 또는 모니터링 스테이션(12)이 알람을 제공하는 조건의 소정의 다른 조합이 있을 때, 모니터되고 알람에 의해 경고를 받는 환자의 심박률 및 호흡률을 관찰할 수 있다.

감지 유닛(14)은 초광대역(UWB) 레이더 시스템을 포함한다. 도 3은 감지 유닛(14)의 일예를 도시한 블록도이다. 감지 유닛(14)은 안테나 시스템(31)에 연결된 UWB 레이더 시스템을 구비한다. UWB 레이더 시스템(30)은 UWB 송신기(30A) 및 UWB 수신기(30B)를 구비한다. UWB 레이더 시스템(30)은 안테나 시스템(31)에 의해 사람이 위치하는 장소로 전송되는 UWB 펄스를 발생한다. UWB 레이더 시스템(30)이 상기 장소 내에서 사람을 검출하기 위해 이용될 수 있기 때문에 이 장소는 "감지 공간(sensing volume)"으로 불리울 수 있다. 만일 사람이 상기 장소에 있다면 상기 펄스는 폐 및 심장의 표면과 같은, 상기 사람의 신체 내의 인터페이스에 반사된다. 반사 펄스(reflected pulse)는 안테나(31)에서 수신되고 UWB 레이더(30)에 의해 검 출된다.

몇 실시예에서, 상기 UWB 펄스는 C-대역(3.6 내지 4.6 GHz)에 있다. 예를 들어, 전송된 UWB 펄스의 너비는 1 ns 내지 3 ns의 범위가 될 수 있다. UWB 펄스는 적합한 속도로 전달된다. 상기 펄스 속도는 충분히 낮은 값으로 설정될 수 있기에 평균 배출 전력은 적용가능한 규제 요건을 만족시키기에 충분히 낮다. 예를 들면, 펄스 반복 주기(PRI)는 몇 실시예에서 0.5 μs 내지 1 μs의 범위이다. 시간-평균 전송 출력 전력은 상대적으로 작을 수 있다. 예를 들면, 최대 유효 등방성 복사 전력(EIRP)은 -41.3dBm/MHz 또는 이보다 적을 수 있다.

UWB 레이더 시스템(30)으로부터 수신기 출력 신호(32)는 신호 처리 시스템(33)으로 전송된다. 신호 처리 시스템(33)은 감지 유닛(14)에 의해 감시되는 심박률, 호흡률, 및/또는 다른 특성을 획득하기 위해 수신기 출력 신호(32)를 처리한다. 상기 특성에 대한 값을 포함하는 출력 신호는 안테나에 의해 모니터링 스테이션(12)으로 상기 값을 나타내는 데이터를 운반하는 신호(24)를 전송하는 무선 통신 장치(35)로 전송된다. 도시된 실시예에서, 제어부(38)는 감지 유닛(14)의 동작을 조정한다. 예를 들어, 제어부(38)는 소프트웨어 명령, 논리 회로, 또는 이러한 몇가지 조합을 수행하는 프로그램가능한 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.

도 4는 매트리스(17) 아래에 위치한 안테나 시스템(31)이 어떻게 UWB 펄스(40)를 방사할 수 있는지를 개략적으로 도시한다. 펄스(40)는 사람(P)에 나아가고 상기 사람의 폐(L) 및 심장(H)의 표면을 포함하여, 다수의 표면에서 반사되어, 안테나 시스템(31)에 의해 검출되는 반사 펄스(42)를 형성하게 된다. 후방산란 원 격탐사 모드에서 UWB 레이더를 이용함으로, 상기 시스템은 사람의 신체에 부착되는 전극 또는 다른 장치 없이 사람의 심장 및 호흡률을 모니터할 수 있다.

안테나 시스템(31)은 전송 안테나(31A)의 어레이 및 수신 안테나(31B)의 어레이를 포함할 수 있다. 상기 전송 및 수신 안테나는 매트리스(16) 상에서 소정의 합리적인 위치 및 자세의 환자(P)로부터 반사 펄스(42)를 야기시키고 검출할 수 있도록 충분히 넓은 영역 위에 분산되어야 한다. 전송 안테나(31A)는 저증폭 안테나가 될 수 있다. 저증폭 안테나의 이용은 적용가능한 규제에 의해 특정화될 수 있는 임계를 넘어서는 유효 등방성 복사 전력을 야기시키지 않고 더 높은 평균 진폭을 구비한 UWB 신호의 전송을 허용한다. 몇 관할권에서, 규제는 유효 등방성 복사 전력이 특정 임계치를 넘어서지 않는 것을 요구한다. 더욱이, 저증폭 안테나는 넓은 방사 패턴을 일반적으로 구비하기 때문에 상기 방사는 넓은 각 공간으로 분산된다.

수신 안테나(31B)는 반사 펄스(42)를 포함하는 수신 신호에 대한 더 나은 신호대 잡음비(sigal-to-noise ration : SNR)를 제공하는 고증폭 안테나가 될 수 있다.

도 4A는 매트리스(16) 아래에 안테나 어레이의 배치 일예를 도시한다. 다수의 전송 어레이(31A) 및 수신 어레이(31B)는 매트리스(16) 상에 누워있는 사람(P)의 몸통의 기대 높이에서 매트리스(16)를 가로질러 연장하는 범위에 배치된다. 각각의 전송 어레이(31A)는 수신 어레이(31B)의 클러스터의 중앙에 있다. 도시된 실시예에서, 각각의 전송 어레이(31A)는 중앙 전송 어레이(31A)로부터 거의 동일하게 이격되어 있는 4개의 수신 어레이(31B)의 그룹의 중앙에 있다. 상호배치된 방식으 로 전송 어레이(31A) 및 수신 어레이(31B)의 배치는 우수한 신호대 잡음비를 획득하는 것을 용이하게 한다. 전송 안테나(31A)는 비교적 큰 커버리지 각도(coverage angle)를 제공하는 저증폭 안테나가 될 수 있다. 이는 비교적 적은 수의 전송 안테나(31A)를 갖춘 범위의 커버리지를 허용한다.

도 4B는 다수의 안테나 모듈(43)이 각각 다수의 전송 안테나(31A) 및 다수의 수신 안테나(31B)를 구비한 다른 가능한 배치를 도시한다. 모듈(43)은 동축 케이블(45)과 같은 적합한 도파관(waveguide)에 의해 UWB 트랜시버를 포함하는 전자 모듈(44)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 각각의 모듈(43)은 약 8인치 정사각형이 될 수 있다. 도시된 실시예에서, 각각의 모듈(43)은 4개의 수신 안테나(31B) 및 1개의 전송 안테나(31A)를 구비한다. 상기 안테나는 회로 기판 상에 (예를 들어 식각 또는 프린팅에 의해) 직접 장착되거나 형성될 수 있다. 각각의 모듈은 전자 모듈(44)로의 전달을 위해 수신 안테나로부터 전력을 모으는 사위일체 전력 콤바이너(four-into-one power combiner)를 선택적으로 포함할 수 있다.

도 4B의 장치는 침상의 매트리스 아래에 배치하기 위해 적합한 하우징 내에 넣어질 수 있다. 상기 하우징은 성능에 영향을 줄 수 있는 소정의 유전체(dielectric) 및 금속 표면과의 접촉으로부터 안테나(31A 및 31B)의 절연(insulation)을 제공한다. 상기 하우징은 안테나 모듈(43) 및 밑에 있는 마운팅 표면 사이에 에어 갭(air gap)을 제공할 수 있다. 상기 하우징은 상기 안테나 모듈 및 전자 모듈이 마운트될 수 있는 솔리드 베이스 플레이트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 플레이트는 알루미늄 또는 적합한 금속 한 장을 포함할 수 있 다. 상기 하우징은 환경 보호를 위한 레이돔(radome)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 레이돔은 얇은 플라스틱 층으로 형성될 수 있다. 금속 차폐 인클로져(shielding enclosure)는 전자 모듈(44)을 위해 제공될 수 있다.

도 4C는 도 4B의 실시예보다 더 적은 수의 안테나를 구비한 다른 실시예를 도시한다. 안테나의 다른 배치도 가능하다.

도 5의 도시된 일실시예에서, UWB 송신기(30A)는 UWB 펄스(40)을 생산하는 게이트 증폭기(52)로 나아가는 펄스 무선주파수 파형을 생성하도록 억제(quenched) 발진기(oscillator)(50)를 포함한다. 필요하다면, 주파수 최적화를 허용하기 위해 발진기(50)의 중앙 주파수가 조율가능한 것은 일반적으로 바람직하다. 소정의 적합한 발진기 회로가 발진기(50)에서 이용될 수 있다. 적합한 발진기의 넓은 범위는 종래의 동업 기술자에게 알려져 있다. 예를 들어, 발진기(50)는 다이오드, FET 또는 접합 트랜지스터에 기반을 둔 발진기를 포함할 수 있다.

실시예에서, UWB 수신기(30B)는 안테나 시스템(31)의 수신 어래이로부터 신호(53)을 수신하고 예를 들어, 필터(55) 및 증폭기(56)을 포함하는 RF 신호 조절 스테이지(conditioning stage)(54)를 통해 수신된 신호를 보낸다. 조절(conditioned) 신호는 미서(mixer)(58)에 공급되어, 발진기(50)로부터의 신호와 혼합되어, 기저대역 신호(59)를 산출한다. 기저대역 신호(59)는 기저대역 조절 스테이지(54) 내에서 예를 들면, 필터(61) 및 증폭기(62)에 의해, 더 조절된다. 상기 조절 기저대역 신호는 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter : 이하 ADC)(64)에 의해 디지털화된다. ADC(64)는 상기 조절 기저대역 신호가 동적 범 위(dynamic range)에서 80 dB로 디지털화될 수 있도록 적어도 12/14-비트 ADC인 것이 바람직하다. 대략 10Hz의 아날로그 안티애일리어싱(anti-aliasing) 필터와 더불어, 심박률 및 호흡률이 추출될 수 있는 디지털화된 신호를 획득하기 위해 ADC의 샘플링 속도(sampling rate)는 대략 50Hz를 초과할 필요 없다. 감지 유닛(14)의 전체 비용, 크기 및 전력 소모를 줄이기 위해, ADC(64)는 컴바인 ADC/마이크로프로세서의 ADC 일부를 포함할 수 있다.

최근 바람직한 실시예로서, 가간섭성 도플러 검출 기법(coherent Doppler detection scheme)은 반사 펄스(42)를 검출하기 위해 적용된다. 상기 조절 기저대역 신호는 환자의 심박에 다른 주파수 구성요소 및 환자가 호흡할 때 달라지는 주파수 구성요소를 구비한다. 상기 조절 기저대역 신호는 오디오 주파수 신호가 될 수 있다(예를 들면, 상기 조절 기저대역 신호는 아주 적은 헤르츠 내지 수 헤르츠의 범위 내에서 주파수를 구비할 수 있다).

도시된 실시예에서, 기저 조절 스테이지(60)는 기저대역 신호(59)의 호흡 및 심박률 구성요소를 조절하기 위한 개별 신호 경로를 제공한다. 이는 신호 조절이 각각의 신호 구성요소에 최적화되는 것을 허용한다. 도 5는 개별 필터(61A 및 61B)를 포함하는 필터링 스테이지(61), 개별 증폭기(62A 및 62B)를 포함하는 증폭 스테이지(62), 및 심박률 신호(65A) 및 호흡률 신호(65B)를 각각 조절하는 개별 아날로그-디지털 변환기(64A 및 64B)를 포함하는 디지털화 스테이지(64)를 도시한다.

(도시된 일예에서 조절 구성요소(65A 및 65B)를 구비하는) 디지털화된 신호(65)는 신호 처리 스테이지(33)로 나아간다. 신호 처리 스테이지(33)는 예를 들 어, 디지털 신호 프로세서 및 마이크로 프로세서와 같은, 적합한 데이터 프로세서, 또는 적합한 구성 필드 프로그래머블 게이트 어레이(configured field- programmable gate array)와 같은, 적합한 아날로그 또는 디지털 신호 처리 회로를 포함한다. 도 5에서, 신호 처리 스테이지(33)는 디지털 신호 프로세서(DSP)(66)에 접속가능한 프로그램 스토어에 저장된 소프트웨어 명령(68)을 실행하는 디지털 신호 프로세서(digital signal processor : 이하 DSP)를 포함한다. DSP(66)는 신호(65)로부터 심박률 및 호흡률 정보를 추출한다.

몇 실시예에서, DSP(66)는 조절 기저대역 신호를 주파수 도메인으로의 변환을 수행하도록 프로그램된다. 이러한 변환의 일예는 고속 푸리에 변환(FFT) 알고리즘으로 구현될 수 있는, 푸리에 변환이다. 인간의 심박은 0.8 Hz 내지 3 Hz (분당 50 내지 180 비트)의 범위 내의 주파수를 전형적으로 구비한다. 인간의 호흡은 0.1 Hz 내지 0.7 Hz (분당 6 내지 42 호흡)의 범위 내의 주파수로 발생한다. DSP(66)는 심박 및 호흡률에 대한 기대 범위 내의 주파수에서 피크(peak)에 대한 변환 주파수 도메인 신호 내에서의 검색(searching)에 의해 환자의 심박 및 호흡률을 추출할 수 있다. 심박 및 호흡률 주파수 범위는 DSP 소프트웨어(68) 내에서 또는 DSP(66)에 접속가능한 데이터 레지스터 내에서 특정화될 수 있다.

상기 심박 및 호흡률 범위는 사용자-구성가능하게 될 수 있다. 예를 들면, 유아는 성인의 심박률보다 실질적으로 더 높은 심박률을 갖출 수 있다. 본 발명에 따른 장치가 유아를 감시하기 위해 이용될 경우, 심박 및 호흡률 주파수 범위는 적합한 사용자 인터페이스에 의해 더 높은 값으로 설정될 수 있다.

결과의 정확성은 데이터의 비교적 큰 블록에 대한 주파수 도메인으로 변환을 수행함으로서 개선될 수 있다. 예를 들어, 주파수 도메인으로의 변환은 한번에 조절 기저대역 데이터의 3개 이상의 블록을 취득함으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 조절 기저대역 데이터의 256, 521 또는 1024개의 샘플을 각각의 블록은 포함할 수 있다. 새로운 블록은 이용가능하게 될 때, 가장 오래된 블록을 드롭시키고 가장 새로운 블록을 추가함으로써, 변환이 반복된다. 각각의 연속적인 변환이 기반을 둔 데이터는 변환 직전의 데이터와 오버랩한다. 예를 들어, 데이터의 4개의 블록이 한번에 취득되는 경우, 각각의 변환에 이용되는 데이터에서 75% 오버랩이 있다.

기결정된 평균 심박률을 이용함으로써, 기대 심박률에 대응하는 주파수-범위 내의 주파수 스펙트럼 내에서 다중 피크가 있는 경우, 심박률을 식별하는 것에 추가적인 향상이 이뤄질 수 있다. DSP(66)가 심박률이 될 수 있는 주파수 도메인 데이터 내에서 하나 이상의 피크를 식별한 경우, DSP(66)는 기결정된 평균 심박률에 가장 근접한 피크를 선택하도록 프로그램될 수 있다.

호흡 주파수의 고조파는 심박률 주파수 범위에서 일치할 수 있다. 수신기(30B)는 이런 고조파를 최소화할 수 있도록 디자인될 수 있다. 몇 실시예에서, DSP(66)는 심박률 또는 호흡률의 고조파인 주파수 구성요소를 검출하고 심박률 또는 호흡률 전체를 또는 고조파의 주파수로부터의 일부를 결정하도록 프로그램될 수 있다. 예를 들어, 심박률은 상기 심박률의 제2 고조파의 주파수를 검출 및 측정하고 그 결과를 2로 나누어서 결정될 수 있다.

몇 가지 경우에서, 사람은 비교적 높은 호흡률 및 비교적 낮은 심박률을 지 닐 수 있다. 이러한 경우에, 심박률 및 호흡률 신호를 분리하는 것은 가능하지 않다 (특히 호흡률의 신호 레벨이 심박률 신호의 레벨보다 전형적으로 훨씬 크기 때문에 - 몇 가지 경우에 호흡률 신호는 심박률 신호보다 진폭에서 20 dB 내지 30 dB 더 높다). 이 진폭 차이는 신호 조절 스테이지(60) 내에 호흡 신호의 진폭을 저감하는 필터를 제공함으로 약간 저감될 수 있다. 예를 들어, 신호 조절 스테이지(60)는 심박률 주파수 범위 내의 신호에 관하여 10 내지 15 dB만큼 호흡 주파수 범위 내에서 신호의 진폭을 감소시킬 수 있다.

호흡 및 심박률의 주파수의 식별 및 측정은 조절 기저대역 신호의 시간-도메인 분석을 수행함으로써 향상될 수 있다. 예를 들어, (적합한 필터링에 의해 추가적으로 조절되는) 조절 기저대역 신호 내에서 피크 및 제로-크로싱(zero-crossing)을 카운팅함으로써 호흡률을 측정할 수 있다. 조절 기저대역 신호 내에서 낮은 주파수를 걸러냄으로써, 심박률을 심장 운동으로부터 야기되는 신호 내에서 피크를 카운팅함으로 측정할 수도 있다. 시간 도메인 분석에 의해 획득되는 호흡률 정보 및/또는 심박률 정보는 주파수 도메인 분석에 의해 획득되는 대응 정보와 결합되어, 호흡률 및/또는 심박률의 정확한 추정을 획득할 수 있다. 대안으로서, 호흡률 정보 및/또는 심박률 정보는 주파수 도메인 분석 대신 시간 도메인 분석에 의해 획득될 수 있다.

몇 실시예에서, 호흡률 및 심박률은 둘 이상의 다른 방법으로 결정될 수 있고 호흡률 또는 심박률에 대한 값은 둘 이상의 다른 방법으로 획득되는 결과를 결합함으로써 정해질 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 시스템은 조절 기저대역 신호의 푸리에 변환 내에서 심박률에 대응하는 주파수 구성요소를 직접적으로 식별하여 심박률을 결정하기 위한 제1 수단; 조절 기저대역 신호의 푸리에 변환 내에서 심박률의 제2 고조파에 대응하는 주파수 구성요소를 식별하여 심박률을 결정하기 위한 제2 수단; 조절 기저대역 신호의 시간-도메인 분석에 의해 심박률을 결정하기 위한 제3 수단; 심박률에 대한 값을 산출하기 위한 제1, 제2 및 제3 수단에 의해 제공된 결과를 결합하는 결합 수단을 포함할 수 있다. 결합 수단은 예를 들어, 평균을 취득하거나 결과의 가중평균을 취득할 수 있다.

DSP(66)는 적합한 윈도우 상의 심박 및 호흡률을 평균하고 통신 서브시스템(35)에 업데이트된 평균을 제공한다. 예를 들어, 심박률 및 호흡률 모두는 15 내지 30 초의 윈도우 상에서 평균 내어진다. 호흡률이 심박률보다 전형적으로 적기 때문에, 호흡률은 좀 더 긴 윈도우 상에서 선택적으로 평균 내어질 수 있다. 더 짧은 평균 시간들이 전력 상승(power up)과 심박률 및 호흡률 정보의 유효성 사이의 시간을 저감시키기 위해 초기에 이용될 수 있다.

심박률 및 호흡률은 결과를 시기에 맞게 제공하기에 충분한 주파수에서 업데이트된다. 예를 들어, 심박률은 수초마다 (예를 들어, 1 내지 5초마다) 업데이트된다. 바람직하다면, 호흡률은 더 낮은 주파수에서 (예를 들어, 5 내지 15초마다) 업데이트된다.

환자가 이동할 때, 상기 이동은 조절 기저대역 신호 내에서 큰 진폭의 저-주파수 구성요소를 야기시킨다. 이런 저-주파수 구성요소는 심박률 신호, 호흡률 신호, 또는 두 가지 신호 모두를 압도할 수 있다. 이런 이동 동안 심박률 또는 호흡 률을 식별하는 것이 어려울 수 있다. DSP(66)는 이런 이동 인공물을 검출하도록, 또한 (예를 들어, 이동-감지 플래그 설정에 의해) 동작이 검출되고 상기 이동이 호흡률 및/또는 심박률의 업데이트를 방해하고 있음을 모니터링 스테이션(12)에 나타내는 신호를 발생하도록 바람직하게 프로그램된다. DSP(66)는 조절 기저대역 신호(65) 내에서 큰 진폭 저-주파수 구성요소를 식별하는 것에 의해 이동 인공물을 검출할 수 있다.

통신 서브시스템(35)은 업데이트된 평균과, 예를 들면 이동 플래그 및 감지 유닛(14)을 식별하는 ID 코드와 같은 추가 정보를 모니터링 스테이션(12)에 전송한다. 소정의 적합한 통신 기술 및 프로토콜은 감지 유닛(14)으로부터 모니터링 스테이션(12)로 데이터를 전송하기 위해 제공될 수 있다. 소정의 비제한예는: 이더넷 LAN과 같은 유선 또는 무선 근거리네트워크, IEEE 802.11 네트워크, 또는 지그비(ZigBee) 사양을 따르는 무선 데이터통신 시스템이 있다. 소정의 처리는 신호 처리 스테이지(33) 대신에 모니터링 스테이션(12)에서 수행될 수 있는 것이 인식되어야 한다.

심박률은 심박률의 기간에 비교하여 전형적으로 갑자기 바뀌지 않는다. 모니터링 스테이션(12)(또는 DSP(66))은 평균 심박률 및 호흡값에 대한 통계 분석을 수행할 수 있다. 예를 들어, 새로운 심박률은 이전의 평균 심박률과 비교될 수 있다. 만일 새로운 심박률 값이 이전 평균 심박률 값으로부터 임계값 이상 만큼(예를 들어, 50%) 차이가 나면, 모니터링 스테이션(12)(또는 DSP(66))은 새로운 값을 디스플레이하지 않도록 구성될 수 있다. 이러한 상황에서, 모니터링 스테이션(12)은, 심박률 값 대신에 또는 심박률 값에 추가하여 심볼을 표시함으로써, 또는 심박률 값을 표시하지 않음으로써 또는 다른 디스플레이 파라미터 (예를 들어, 플래싱(flashing), 다른 색, 등.) 또는 그와 같은 것을 표시함으로써, 심박률 값이 신뢰될 수 없음을 나타낸다.

모니터링 스테이션(12)는 잠재 문제를 나타내는 패턴을 위해 심박률 및 호흡률을 감시할 수 있다. 예를 들어, 둘 중에 하나에 또는 다른 인자와 조합하여, 모니터링 스테이션(12)은 만일 사람의 호흡률이 갑자기 증가하고 높게 유지되면 알람을 트리거(trigger)할 수 있도록 구성될 수 있다.

도 6은 UWB 레이더(30)로 이용될 수 있는 회로(70)을 도시한다. 회로(70)는 신호 발생 섹션(70A) 및 신호 수신 섹션(70B)을 구비한다. 신호 발생 섹션(70A)은 국부 발진기 신호(71) 및 UWB 펄스 신호(72)를 만든다. 신호(71 및 72)는 다른 파형을 구비한다. 신호(72)는 수 나노초(ns)의 펄스-폭을 구비하는 짧은 UWB 펄스로 구성된다.

국부 발진기 신호(71)은 신호(72) 내의 펄스들과 동일한 캐리어 주파수를 지닌 신호(72) 내의 펄스보다 긴 펄스를 제공한다. 국부 발진기 신호(71) 내의 펄스의 길이는 관심의 범위에서 모든 반사 펄스(42)의 캡쳐를 허용하도록 충분히 길어야 한다. 국부 발진기 펄스의 끝 다음에 도착하는 반사 펄스(42)는 검출되지 않을 것이다. 국부 발진기 신호(71) 내의 펄스를 짧게 하는 것은 주위에서 쓸모없는 신호를 배제하고 불필요한 RF 커플링을 회피하기 위해 바람직하다. 예를 들어, 신호(71) 내에서 펄스의 길이는 전형적으로 대략 5 ns 내지 10 ns의 범위에 있고 조 정가능하다. 몇 실시예에서 신호(71 및 72) 내의 펄스는 동일한 길이이거나 유사한 길이가 될 수 있다.

신호 발생 섹션(70A)에서, 클락(74)은 소정의 펄스 반복 주파수에서, 예를 들어, 대략 1MHz에서 장-펄스 게이팅 회로(long-pulse gating circuit)(76)로 클락 신호를 제공하도록 동작한다. 장-펄스 게이팅 회로(76)는 억제 회로(quenching circuit)(78)로 하여금 적합한 주파수(예를 들어, C-대역 주파수)에서 동작하는 발진기(78)를 억제시키도록 하는 펄스를 발생한다. 국부 발진기 신호(71)는 신호 스플리터(splitter)(80)에서 분리된다.

지연 회로(84)에 의해 설정된 시간 지연 이후, 단펄스(short pulse)는 SP 게이팅 회로(86)에 의해 발생 된다. 단펄스는 매우 짧은 RF 펄스가 필터(88)를 경유하여 전송 안테나 어레이로 나아가도록 스위치(82)를 동작시킨다. 전송되는 펄스를 짧게 유지하는 것은 전송 펄스가 저 평균 신호 레벨을 갖춘 비교적 넓은 대역폭을 구비할 것이라는 것을 의미한다. 이런 낮은 레벨 신호는 허용가능한 시간-평균 및 최대 신호 레벨을 제한하는 미국의 연방 통신 위원회(FCC)에 의한 요구와 같은 구제 요건에 상응하도록 만들어질 수 있다. 지연 회로(84)는 신호(72) 내의 전송 펄스 및 국부 발진기 신호(71) 사이의 상대적 타이밍(relative timing)에 대한 제어를 허용한다.

수신 섹션(70B)은 수신 안테나 어레이로부터 신호를 수신한다. 상기 신호는 필터(90)에서 걸러지고 상기 신호가 믹서(94)에서 국부 발진기 신호(71)와 믹스되기 전에 저잡음 증폭기(low noise amplifier)(92)에 의해 증폭된다. 감쇄기(73)는 믹서(94)로 올라갈 국부 발진기 신호(71)의 진폭을 저감시키기 위해 제공될 수 있다. 믹서(94)로부터의 기저대역 신호 출력은 필터(95)에서 걸러지고, 차동 증폭기(96A)에서 오프셋을 위해 조정되고, 증폭기(98A)에서 증폭되고 필터(99A)에서 걸러진다.

도시된 실시예에서, 차동 증폭기(96A), 증폭기(98A) 및 필터(99A)는 신호를 전달하되, 이 신호로부터 심박률이 결정될 것이다. 개별 차동 증폭기(96B), 증폭기(98B) 및 필터(99B)는 신호를 조절하기 위해 제공되며, 이 신호로부터 호흡률이 결정될 것이다. 이는 심박률 및 호흡 신호의 분리를 용이하게 한다. 호흡에 관한 정보를 전달하는 믹서(94)의 출력에서의 복조 신호의 구성요소는 심박률을 나타내는 신호의 구성요소보다 크기면에서 전형적으로 대략 20 dB 내지 30 dB 더 높다. 심박률 채널 내에서의 고역 필터(99A)는 호흡 신호를 걸러낼 수 있다. 예를 들어, 고역 필터는 대략 0.5 Hz보다 적은 주파수를 구비하는 신호 구성요소를 걸러내고 더 높은 주파수 신호는 통과시킬 수 있다. 심박률 신호로부터 호흡 신호의 분리는 신호의 시간-도메인 신호 처리를 용이하게 하는 레벨까지 호흡 및 심박률 신호의 증폭을 허용한다.

수신 섹션(70B)은 사람의 반사 전력 및 이동이 검출될 수 있는 신호를 전하는 분리 출력을 제공한다. 이동 검출 출력(102)은 증폭기(100)에 의해 증폭되고 고역 필터(101)에 의해 걸러지는 신호를 수신한다. 만일 이동 검출 출력(102)에서의 신호가 임계를 초과하는 값을 구비하면 이는 환자가 심박률 또는 호흡률 측정을 중단시키기에 충분할 만큼 이동하고 있음을 나타낸다.

증폭기(104) 및 필터(105)는 각각 믹서(94)의 출력에서 취한 신호를 증폭하고 저역 필터(low-pass filer)한다. 이 신호는 출력(106)에서 나타난다. 수신 안테나에 의해 획득된 반사 전력이 증가함에 따라, 출력(106)에서의 신호의 진폭도 증가한다.

반사 전력은 포락선 검출기(envelope detector)에 의해 측정될 수 있다. 일반적으로, 반사 전력의 진폭은 장치의 구성, 대상의 성질, 대상의 자세 및 위치, 및 그와 같이 유사한 것에 의존한다. 몇 실시예에서, 대상의 실재 또는 부재는 안테나의 2가지 다른 세트에서 수신되는 반사 전력을 비교함으로 결정된다. (전형적으로 안테나의 2가지 세트는 2개의 안테나 어레이이다.) 2개의 어레이에서 수신되는 반사 전력 내의 차이는 대상이 있는지 없는지를 결정하기 위해 임계치와 비교될 수 있다. 이러한 실시예에서, 증폭기(104)는 도 6에 도시한 대로, 차이 증폭기를 포함할 수 있다. 이 구조의 이점은 장치 내에서 가변성을 보상하기 위한 필요한 조정이 적거나 없는 것이다.

사람(또는 사람과 같은 다른 대상)이 감지 공간(volume) 내에 있지 않은 경우라면 출력(106)에서의 신호는 주어진 범위 내의 진폭을 구비할 것이다. 침상 센서의 경우에, 이는 침상에 아무도 없다는 것을 나타낸다. 다른 애플리케이션에 이용되는 센서의 경우에, 이는 사람이 감지 공간 내에 있지 않다는 것을 나타낸다. 사람이 상기 감지 공간에 들어올 때 출력(106)에서의 신호에 의해 나타나는 반사 전력 (또는 반사 전력 차이)은 바뀐다. 시스템(10)은 출력(106)에서의 신호를 모니터할 수 있고 출력(106)에서의 상기 신호가 사람이 있지 않을 때에 구비하는 범위 밖의 값으로 변경된 때, 예를 들어, NOT_OCCUPIED으로부터 NORMAL로 상태 플래그를 변경한다.

회로(70)는 전력이 상승한 때, 또는 사용자의 입력에 응하여 침상에 아무도 없는 다른 때에, 침상에 아무도 없는 것에 대응하는 값의 범위를 설정하는 교정 루틴(calibration routine)을 수행할 수 있다.

신호 처리 시스템(33)은 출력(102 및 106)에서의 신호의 조합에 기반을 둔 상태 플래그를 설정할 수 있다. 예를 들어, 상기 상태 플래그는 사용하지 않음(NOT OCCUPIED), 동작(MOTION), 및 정상(NORMAL)의 값을 구비할 수 있다. 몇 실시예는 정상 동작 및 비정상 동작 모두에 대한 상태 플래그를 구비할 수 있다. 정상 동작을 나타내는 상태 플래그는 감시되는 사람이 정상이고 기대되는 방식으로 구르거나 위치를 바꿀 때 설정될 수 있다. 비정상 동작을 나타내는 상태 플래그는 감시되는 사람이 개입을 요구할 수 있는 가능한 문제를 나타내는 동작이 있을 때 설정될 수 있다. 예를 들어, 비정상 동작을 나타내는 상태 플래그는 발작의 소정의 형태를 동반할 수 있는 계속적 몸부림치는 동작을 할 때 설정될 수 있다. 심박률 및 호흡률 값의 업데이트는 상태 플래그가 "정상(NORMAL)"과 다른 값을 구비할 때 멈출 수 있다.

도 7은 신호(87) 내의 전송 UWB 펄스의 타이밍 및 길이를 제어하는 더 짧은 펄스 게이팅 신호(87)와 국부 발진기 신호(71) 내의 펄스의 타이밍 및 지속시간을 제어하는 더 긴 펄스 신호(77) 사이의 비교 타이밍을 도시하는 타이밍도이다. 신호(77)는 예를 들어, 대략 1 μs 인 길이(B)의 간격에 의해 분리된, 예를 들어, 5- 10 ns 인 길이(A)의 펄스를 구비한다. 도시된 실시예에서, 신호(87) 내에서의 펄스는 신호(77) 내에서의 상기 더 긴 펄스의 초기 이후, 전형적으로 수 나노초(ns), 시간(C)에서 시작한다. 이는 발진의 시작에서 주파수 및 위상 안정성을 촉진시킨다. 신호(87) 내에서의 펄스는 수 나노초의 (예를 들어, 1-5 나노초 및 바람직하게는 3 나노초 또는 그 이하의, 예를 들어 1-2 나노초의) 길이(D)를 구비한다. 펄스 길이(D) 및 펄스 반복률은 적용가능한 규제에 의한 제한에 맞추도록 충분히 낮은 시간-평균 전력 밀도를 달성하기 위해 선택될 수 있다.

수신 신호(89)은 상이한 시간 슬롯 내에서 수신기(70B)에 도착할 것이다. 국부 발진기 신호(71)가 사용될 수 있는 동안의 펄스 길이(A)는 모든 수신 신호(89)를 포함하도록 충분히 길다. 상기 수신 신호는 상기 국부 발진기 신호에 의해 수신기(70B)에서 시간 게이트된다(time gated). 전송 신호보다 긴 국부 발진기 신호를 이용하는 것은 모든 수신 안테나로부터 신호의 동시 검출을 허용한다. 결과적으로, 채널 다중화는 요구되지 않는다. 상기 국부 발진기 신호는 수신기(70B)가 쓸모없는 소음 신호를 수신하는 것을 방지하기 위해 불필요하게 길지 말아야 한다. 몇 실시예에서, 소거 신호(blanking signal)(MP)는 UWB 펄스가 전송되는 동안 수신 신호(89)의 수신을 막도록 연결된다. 이는 전송 안테나에 근접 커플링에 의한 수신 안테나 내에서 유도된 신호가 바람직한 수신 신호(89)로 오해되는 것을 방지한다.

위에 설명된 기본 기술은 한 사람을 모니터하는 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 감지 유닛(14)은 유아용 침상에서 유아 또는 침상 또는 의자에서 사람의 실재, 호흡률 및/또는 심박률을 모니터하기 위해 제공될 수 있다. 알람은 감지 유닛(14)과 통합될 수 있다. 또는 감지 유닛(14)은 알람 신호를 원격 알람 유닛에 통신할 수 있도록 (유선이나 무선 연결 중 하나에 의해) 연결될 수 있다. 일실시예어서, 감지 유닛(14)은 유아 모니터에 결합된다. 유아 모니터의 베이스 스테이션은 유아에 의해 만들어지는 소리를 수신하고 센서(14)로부터 출력이 (유아가 호흡을 멈추는 것과 같은) 가능한 문제를 나타내는 경우 알람 신호도 전달한다. 다른 실시예에서, 만일 센서(14)가 모니터되는 사람이 짧은 시간 이상 호흡을 멈춘 것을 검출하면, 센서(14)는 직접 알람에 연결되고 알람을 동작시킨다. 이러한 시스템은 알람을 유발하는 것으로 수면성 무호흡에서 고통하는 사람을 깨우기 위한 외부 모니터링이 있거나 없이 이용될 수 있다.

도 8, 도 8A 및 도 8B는 여기에 설명한 형태의 시스템에서 이용될 수 있고, 다른 애플리케이션에도 이용될 수 있는 안테나 어레이(120)을 도시한다. 도 8B에서 도시한 형태의 개별 안테나는 다른 형태의 어레이로 결합되거나 자립형 애플리케이션에 이용될 수 있다. 어레이(120)는 회로 기판과 같은 평면형 기판(121)에 배치된 다수의 다이폴 같은 안테나를 포함한다. 기판(121)은 구리 클래딩(cladding)이 도 8에 도시된 대로 패턴을 구비한 양면의 구리적층판(copper-clad laminate)을 포함할 수 있다.

도 8에서, 기판(121)의 제2 측면 상에 전기 전도 영역은 점선 아웃라인 내에 도시된 반면 기판(121)의 제1 측면 상에 전기 전도 영역은 고체 아웃라인 내에 도시된다. 도 8A는 도시한다. 기판(121)의 제2 측면 상에 전기 전도 영역의 패턴을 도시한다.

도시된 실시예에서, 12개의 수신 안테나(122)는 도파관(123)에 의해 상호연결된다. 수신 안테나(122)는 직사각형 그리드의 노드에 위치한다. 양방향 신호 결합기(126)는 모든 수신 안테나로부터의 신호를 하나의 출력(128)으로 결합한다. 전송 안테나(130)는 어레이(120)의 중앙에 위치한다. 어레이(120)가 접지면 위에 적절한 높이에 위치된 때, 전송 안테나(120) 및 수신 안테나(130) 모두는 지향성 방사 패턴을 구비한다.

각각의 안테나(122 및 130)는 기판(121)의 반대면 상에 반대 방향으로 연장하는 소자(element)(124A 및 124B)를 구비한다. 하나의 안테나(122)는 도 8B에서 상세하게 도시된다. 소자(124A 및 124B)는 서로 미러 이미지이고 각각 중앙선(131)에 대해 대칭적이다. 각각 소자(124A)는 소자의 급전점(feed point)(133)의 부근에서 라운드된 세그먼트(132) 및 소자의 개방 단부 상에 다수의 상이한 길이의 스터브(stub)를 구비한다. 실시예에서, 각 소자(124)에서, 라운드된 세그먼트(132)는 외측 스터브(137)의 코더(136)로 연장하는 직선 분기 에지 세그먼트(134)로 합류한다.소자(124)의 개방 단부 W 모양이다. 직선 세그먼트(138)는 코너(136)에서 예각을 형성한다. 중앙 스터브(140)는 코너(144)에서 만나는 실질적으로 직선인 세그먼트(142)들 사이에 한정된다. 도시된 실시예에서, 코너(144)는 거의 직각이다.

안테나(122 또는 130)의 공진 주파수는 Z 방향으로(즉, 선(131)에 평행한 방향으로) 주로 소자(124)의 실효 길이에 의해 결정된다. 넓은 주파수 대역폭은 급전점(133) 근접의 만곡된 형상부(curved geometry) 및 상기 소자의 개방 단부에서 상이한 길이의 다중 (도시된 실시예에서는 3개의) 스터브를 제공함으로 달성된다. 이 러한 형상부는 변화하는 유효 소자 길이로 인해 다중 주파수에서 공진을 허용한다. 몇 실시예에서, 주파수 대역폭의 30% 이상은 반사 접지면의 이용이 있거나 없거나 달성될 수 있다.

각각의 안테나(122 또는 130)의 대역폭은 세그먼트(134) 사이의 확장각(subtended angle)(θ)(도 8 참조)을 가변함으로써 조정될 수 있다. 일반적으로, 상기 확장각이 증가할 때 상기 대역폭은 증가하고 상기 확장각이 저감할 때 상기 대역폭은 저감한다. 신호를 전송하기 위해 이용되는 안테나에서 적절한 확장각 θ을 선택함으로써, 전송 방사의 주파수 스펙트럼은 조정될 수 있다. 신호를 검출하기 위해 이용되는 안테나에서 적절한 확장각 θ을 선택함으로, 쓸모없는 신호는 수신 신호로부터 걸러질 수 있다.

방사 소자(124)의 입력 임피던스는 일정한 폭의 한 쌍의 평형 스트립 선로(150)을 통해 50 옴(ohm) 불평형 마이크로스트립(microstrip) 통신 선로(123)에 정합된다(matched). 평형 스트립 선로의 적절한 길이를 선택하고 안테나(122 또는 130)의 급전점에 대한 적절한 크기를 선택함으로써, 안테나(122 또는 130)는 부가 매칭 네트워크(matching network) 없이 50 옴(ohm) 불평형 마이크로스트립 통신 선로(123)에 정합될 수 있다.

안테나 어레이(120)는 표준 기판 제조 기술로 만들어질 수 있으며 UWB 펄스를 전송하고 수신하는 데에 적합한 컴팩트 평형 다이폴 구조를 제공하는 이점을 구비한다.

위에서 언급한대로, UWB 레이더는 의자에 앉아있는 사람의 실재, 이동, 심박 및 호흡률을 검출하기 위해 이용될 수 있다. 사람의 가슴 또는 등에 연결한 센서로서, 유아용 침상과 함께 이용되는 센서로서, 또는 유사한 애플리케이션에서, 의자 등받이 상에 이용을 위한 감지 유닛은 풀 사이즈 침대에서 이용하기 위한 감지 유닛과 같이 큰 필드를 커버할 필요 없다.

예를 들어, 작은 유아용 침상 내의 유아의 실재, 심박률, 및/또는 호흡률의 감지를 위한 감지 유닛은 큰 필드를 커버할 필요 없고 오직 하나의 안테나 또는 단지 수개의 안테나를 구비할 수 있다.

도 9, 도 9A 및 도 9C는 컴팩트 안테나(170)를 도시한다. 예를 들어, 솔더링(soldering), 전기 전도성 접착을 이용한 부착, 또는 이와 유사한 것에 의해 안테나(170)는 회로 기판에 직접 장착될 수 있는 방사 소자(172)를 포함한다. 안테나(170)는 여기에 설명한 감지 유닛 내에서 이용될 수 있거나 또는 다른 애플리케이션에서 이용될 수 있다.

안테나(170)는 3차원 구성을 포함한다. 방사 소자(172)는 전기 전도 접지면(174) 위에 장착된다. 접지면(174)은 예를 들어, 인쇄 회로 기판 상에 금속층을 포함할 수 있다. 방사 소자(172)는 예를 들어, 금속박판을 스탬핑함으로 형성될 수 있다.

몇 실시예에서, UWB 레이더를 포함하는 전자 모듈은 방사 소자(172)가 안테나(170)를 제공하도록 부착될 수 있는 회로 기판을 포함한다. 상기 회로 기판은 도파관이 외부 안테나 또는 안테나 어레이를 연결할 수 있는 위치들을 포함할 수 있다. 애플리케이션에 의존하여, 방사 소자(172) 또는 하나 이상의 외부 안테나 또는 안테나 어레이는 회로 기판에 연결될 수 있다. 이는 다양한 형태의 감지 유닛에 이용되는 상기 동일한 회로 기판을 허용한다. 방사 소자(172)가 의자 등받이 내에, 유아용 침상의 매트리스 아래에, 또는 이와 유사한 것에서의 센서로 이용되기 위해 회로 기판에 연결될 수 있는 반면 예를 들어, 다수의 안테나 어레이는 침상에 있는 센서로 이용되기 위해 회로 기판에 연결될 수 있다.

안테나(170)는 방사 소자 및 접지면(174) 사이의 내로우 갭(narrow gap)을 통해 선형 편극된 전기장(E-field)을 방사한다. 상기 안테나의 공진 주파수는 X 및 Z 방향으로 안테나(170)의 전체 크기에 의해 주로 결정된다. 방사 소자(172)의 개방 단부(182) 위로 연장된 소형 스터브(180)는 안테나(170)의 공진 주파수를 미세조정하도록 제공될 수 있다. 안테나(170)의 특징은 방사 소자(172) 및 접지면(174) 사이의 유전체 부재(dielectric material)를 제공함으로 변경될 수도 있다.

Y 방향에서 안테나(170)의 기하학적 구조(geometry)와 크기는 안테나(170)의 주파수 대역폭을 결정한다. 안테나(170)의 양측에서의 기하학적 구조의 삼각형(184)은 동작의 광대역 주파수용으로 허용한다. 주파수 대역폭의 20% 이상은 고유 형상으로 달성될 수 있다. 안테나(170)의 몇 실시예는 접지면(174)의 크기에 의존하는, 6 dBi 내지 8 dBi 사이의 방향성을 구비한 심장형 방사 패턴을 구비한다.

입력 급전점(188)은 안테나(170)로 함몰된다. 에지(190)로부터 급전점(180)의 적절한 거리를 선택함으로, 안테나(170)는 부가 정합 네트워크 없이 50 옴(ohm) 통신 선로에 정합될(matched) 수 있다.

UWB 동작을 위해, 안테나(1700는 대략 1mm의 방사 틈(radiating gap)(178) 및 대략 5mm 내지 6mm의 범위에서 방사 요소(172) 및 접지면(174)의 상단 사이의 거리를 구비할 수 있다.

본 발명은 다음을 포함하는 다양한 측면을 구비하는 것으로 인지될 수 있다:

ㆍ 소정의 목적을 위해 적용될 수 있는 도 8, 도 8A 및 도 8B에서 도시된 안테나와 같은 특징을 구비하는 안테나;

ㆍ 소정의 목적을 위해 적용될 수 있는 도 9, 도 9A 및 도 9B에서 도시된 안테나와 같은 특징을 구비하는 안테나;

ㆍ 도 1의 시스템이 실시예가 되는 하나 이상의 사람의 실재, 심박률 및/또는 호흡률을 모니터링하기 위해 이용될 수 있는 모니터링 시스템;

ㆍ 유아 또는 한 사람의 건강을 모니터하기 위해 이용될 수 있는 모니터링 시스템 - 이러한 시스템의 일예는 만일 사람이 짧은 시간 이상 호흡을 멈추면 수면성 무호흡에서 고통하는 사람을 깨우기 위한 유아 모니터 및 시스템을 포함한다; 및,

ㆍ 한 사람의 실재, 심박률 및/또는 호흡률을 모니터하기 위해 이용되는 UWB 레이더에 기반을 둔 센서. 예를 들어, 이러한 센서는 비상 인력(예를 들면, 소방수, 구급요원, 비상 대응 기술자, 군사 의료진 또는 유사한 것)에 의해 부상 또는 몸이 편치 않은 사람의 활력 징후의 실재를 테스트하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 센서는 휴대가능하다. 몇 실시예에서 상기 센서는 사람의 등 또는 가슴에 눌려질 수 있도록 구성되며 활력 징후(예를 들면, 심장 박동 및/또는 호흡)이 검출되는지 여부를 식별하는 디스플레이 또는 다른 표시장치를 포함하고 심박률 및 호흡률 과 같은 정보를 제공할 수 있다.

ㆍ 개인에 대한 위치에서 펄스를 검출하기 위해 이용되는 UWB 레이더에 기반을 둔 센서. 예를 들어, 이런 센서는 개인의 순환 시스템 내에 펄스의 전파 속도에 기반을 둔 개인의 혈압을 계산하는 비침습(non-invasive) 혈압 모니터에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 이런 센서는 사람의 목 및 발목에 제공될 수 있다. 펄스가 이런 2가지 위치에서 검출되는 시간의 차이는 개인의 혈압에 상호연관될 수 있다. 2개의 이런 센서는 센서에서 펄스의 도착 사이의 시간을 결정하고 혈압 또는 시간 차이 상의 적어도 일부에 기반을 둔 혈압의 변화를 계산하는 제어기에 연결될 수 있다.

본 발명의 소정의 구현은 컴퓨터 프로세서가 본 발명의 방법을 수행할 수 있게 하는 소프트웨어 명령어을 실행하는 컴퓨터 프로세서를 포함한다. 예를 들어, 감지 유닛의 하나 이상의 프로세서 또는 감지 유닛의 프로세서의 조합 및 모니터링 스테이션은 상기 프로세서에 액세스 가능한 프로그램 메모리 내에 소프트웨어 명령어를 실행함으로 여기에 설명한 심박률 및 호흡률 정보를 획득하기 위한 방법을 구현할 수 있다. 본 발명은 프로그램 제품의 형태로 제공될 수도 있다.상기 프로그램 제품은 데이터 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 데이터 프로세서가 본 발명의 방법을 실행하게 하는 명령어를 포함하는 일련의 컴퓨터-판독가능한 신호를 전하는 소정의 매체를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 프로그램 제품은 다방면의 갖가지 형태가 될 수 있다. 예를 들어, 상기 프로그램 제품은 플로피 디스켓, 하드 디스크 드라이브를 포함하는 자기 데이터 저장 매체, CD ROM, DVD를 포함하는 광 데이터 저장 매체, 롬(ROM), 플래쉬 램, 또는 유사한 것을 포함하는 전자 데이터 저장 매체와 같은 물리적 매체를 포함할 수 있다. 상기 프로그램 제품 상에 컴퓨터-판독가능한 신호는 선택적으로 압축되거나 암호화될 수 있다.

구성요소가(예를 들면, 소프트웨어 모듈, 프로세서, 어셈블리, 디바이스, 회로 등등) 위에서 인용되는 경우, 달리 표시되어 있지 않는 한, 상기 구성요소에 대한 참조는("수단"에 대한 참조를 포함하여) 상기 구성요소와 동등한 것, 상기 설명된 구성요소의 기능을 수행하는 (즉, 기능적으로 동등한) 소정의 구성요소를 포함하며, 본 발명의 도시된 일실시예에서 기능을 수행하는 개시된 구조에 구조적으로 동등하지 않은 구성요소를 포함하는 것으로, 해석되어야 한다.

앞에서 개시된 관점에서 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 확실하며, 포괄적인 발명의 사상을 벗어나지 않고, 본 발명의 실시예에 대한 다수의 변경이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어:

ㆍ 몇 실시예에서 전송 펄스는 다수의 전송 안테나 사이에 분배되어 상기 전송 안테나는 상이한 시간 슬롯으로 UWB 펄스를 전송한다. 각각의 시간 슬롯에서 반사 펄스는 복수의 수신 안테나에서 검출된다. 몇 실시예어서, 이는 전송 신호를 각각의 다양한 위치에 놓여지고 상이한 RF 경로 길이에 의해 UWB 송신기로부터 분리되는 다수의 안테나에 분배함으로 달성된다.

ㆍ 위에서 설명한 몇가지 구현에 있어서, 스위치드(switched) 증폭기는 RF 스위치(82)에 이용된다. 그러나, 적합한 RF 스위치는 PIN 다이오드, 쇼트키 다이오드, 마이크로 전자 기계(MEM) 스위치 및 유사한 것과 같은 다른 기술을 이용하여 구현될 수도 있다.

ㆍ 스위치(82)가 부족한 짧은 범위를 위해 디자인된 몇 실시예.

따라서, 본 발명의 범위는 다음의 청구항에서 한정하는 것에 따르는 것이어야 한다.

Claims

하나 이상의 살아있는 대상의 활력 징후를 모니터링하는 장치로서,

모니터링 스테이션과;

상기 모니터링 스테이션과 통신하는 적어도 하나의 센서;를 포함하며,

상기 센서는:

안테나 시스템;

상기 안테나 시스템과 연결된 초광대역 레이더 시스템;

상기 초광대역 레이더 시스템으로부터 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 안테나 시스템에 대응하는 감지 공간 내의 사람 또는 동물의 하나 이상의 활력 징후에 대한 정보를 상기 신호부터 추출하도록 구성된 신호 프로세서; 및

상기 모니터링 스테이션으로 상기 정보를 전송하도록 구성된 통신 시스템;을 포함하고,

상기 안테나 시스템은 상기 초광대역 레이더 시스템에 의해 발생되는 초광대역 펄스를 전송하기 위해 연결되는 적어도 하나의 전송 안테나와, 사람 또는 동물에 의해 반사되는 초광대역 펄스를 수신하기 위해 연결된 수신 안테나를 구비하고,

상기 전송 안테나는 수신 안테나보다 더 낮은 이득을 지닌 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제1항에 있어서,

매트리스를 포함하되, 상기 안테나 시스템이 매트리스의 상면 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제2항에 있어서,

상기 안테나 시스템은 매트리스의 머리 및 발 단부 사이의 위치에서 매트리스를 가로질러 연장하는 안테나 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 모리터링 장치.
제1항에 있어서,

상기 안테나 시스템은 복수의 안테나 그룹을 포함하며,

하나의 안테나 그룹은 상기 초광대역 레이더 시스템에 의해 발생된 초광대역 펄스를 전송하기 위해 연결된 적어도 하나의 전송 안테나와, 사람 또는 동물에 의해 반사되는 초광대역 펄스를 수신하기 위해 연결된 복수의 수신 안테나를 구비하고;

상기 복수의 수신 안테나는 상기 전송 안테나로부터 이격되고,

상기 전송 안테나 및 복수의 수신 안테나는 실질적으로 평면인 기판 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 레이더 시스템은 3 ns 또는 그 이하의 지속시간을 구비하는 펄스를 발생하도록 구성된 송신기와, 10 ns보다 작은 길이를 지닌 펄스에 의해 게이트되어진 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 신호 프로세서는 데이터 프로세서로 하여금 상기 신호를 주파수 도메인으로 변환하도록 하고, 심박률의 주파수 특성의 대역 내에 있는 상기 변환된 신호 내에 피크를 식별하도록 하는 명령들을 실행하는 상기 데이터 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 신호 프로세서는 데이터 프로세서로 하여금 상기 신호를 주파수 도메인으로 변환하도록 하고, 심박률의 주파수 특성의 대역 내에 있는 피크를 식별하도록 하는 명령을 실행하는 상기 데이터 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제6항에 있어서,

상기 데이터 프로세서는 신호 내에서 동작 인공물을 검출하고, 사람 또는 동물이 움직이는 것을 나타내는 동작-감지 신호를 발생하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제8항에 있어서,

상기 모니터링 스테이션은 동작-감지 신호에 응답하여 활력 징후에 관한 업데이트된 정보의 디스플레이를 일시적으로 멈추도록 구성된 것을 특징으로 모니터링 장치.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 안테나 시스템은 제1 및 제2 반사 전력 신호를 전달하는 제1 및 제2 반사 전력 출력을 포함하고, 상기 신호 프로세서는 상기 제1 및 제2 반사 전력 신호 간의 차이를 감시하고, 상기 차이에 적어도 일부분 기반을 둔 점유 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 안테나 시스템은 전반적으로 평면인 기판의 제1 측면 상의 제1 소자와, 상기 제1 측면에 대향하는 상기 기판의 제2 측면 상의 제2 소자를 포함하는 적어도 하나의 안테나를 포함하고, 이때 상기 제1 및 제2 소자 각각은 중앙선에 대하여 대칭인 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제11항에 있어서,

각각의 상기 소자는 복수의 예리한 스터브(stub)를 포함하고, 상기 스터브는 상이한 길이로 된 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 안테나 시스템은 회로 기판 상의 접지면 위의 회로 기판에 직접 장착된3차원 방사 소자를 포함하는 적어도 하나의 안테나를 포함하고, 상기 방사 소자는 개방 단부와, 상기 개방 단부 상으로 연장되는 스터브를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제13항에 있어서,

상기 방사 소자의 에지로부터 함몰된 입력 급전점을 포함하고, 상기 스터브 및 입력 급전점은 상기 방사 소자의 반대 단부에 있고, 상기 방사 소자는 개방 단부를 향하여 폭이 점차 줄어드는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제13항에 있어서,

상기 방사 소자는 상기 방사 소자의 측방 에지를 따라 접지면을 향해 연장하는 스커트부(skirt portion)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 모니터링 스테이션은 디스플레이를 포함하고, 상기 디스플레이는 센서가 살아있는 대상을 검출하였는지 여부를 의미하는 표식을 표시하도록 된 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 모니터링 스테이션은 디스플레이를 포함하고, 상기 디스플레이는 센서가 살아있는 대상이 이동하고 있는지를 검출하였는지 여부를 의미하는 표식을 표시하도록 된 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제17항에 있어서,

살아있는 대상의 동작을 나타내는 동작 신호를 감시하고, 상기 동작 신호의 진폭 또는 지속시간에 적어도 일부분 기반을 두어, 상기 살아있는 대상의 동작이 정상적이지 않다는 것을 결정하는 수단을 구비하고, 이때 상기 모니터링 스테이션은 살아있는 대상의 동작이 정상적이지 않은 것을 나타내는 표식을 표시하도록 된 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 초광대역 레이더 시스템은 12 GHz보다 적은 RF 주파수를 구비하는 펄스를 전송하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 초광대역 레이더 시스템은 0.5 μs 내지 1 μs의 범위 내에서 펄스 반복 주기로 펄스들을 전송하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 초광대역 레이더 시스템은,

발진기;

상기 발진기로부터 및 상기 안테나 시스템에 의해 검출된 반사 신호로부터 입력들을 수신하는 믹서와, 이때, 믹서는 믹서의 출력에서 기저대역 신호를 생성하고;

상기 기저대역 신호를 디지털화하기 위해 연결된 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 모니터링 스테이션은 가청 알람을 포함하고, 상기 모니터링 스테이션은 감시되고 있는 대상이 한계시간 이상으로 현존하지 않는 것을 검출한 것에 대응하여, 상기 가청 알람이 소리내도록 하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 모니터링 스테이션은 가청 알람을 포함하고, 상기 모니터링 스테이션은 감시되고 있는 대상의 비정상적인 동작의 검출에 대응하여, 상기 가청 알람이 소리내도록 하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제5항에 있어서,

상기 신호 프로세서는 데이터 프로세서로 하여금 상기 신호를 주파수 도메인으로 변환하도록 하고, 심박률의 주파수 특성의 대역 내에 있는 상기 변환된 신호 내에 피크를 식별하도록 하는 명령들을 실행하는 상기 데이터 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제5항에 있어서,

상기 신호 프로세서는 데이터 프로세서로 하여금 상기 신호를 주파수 도메인으로 변환하도록 하고, 심박률의 주파수 특성의 대역 내에 있는 피크를 식별하도록 하는 명령을 실행하는 상기 데이터 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제5항에 있어서,

상기 안테나 시스템은 제1 및 제2 반사 전력 신호를 전달하는 제1 및 제2 반사 전력 출력을 포함하고, 상기 신호 프로세서는 상기 제1 및 제2 반사 전력 신호 간의 차이를 감시하고, 상기 차이에 적어도 일부분 기반을 둔 점유 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
제7항에 있어서,

상기 데이터 프로세서는 신호 내에서 동작 인공물을 검출하고, 사람 또는 동물이 움직이는 것을 나타내는 동작-감지 신호를 발생하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
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