KR102235982B1 - Apparatus and method for estimating a biological heart rate parameter for a human fmcw radar - Google Patents

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Abstract

생체 FMCW 레이더를 위한 생체 심장 박동 파라미터 추정 장치 및 그 방법이 개시된다. 심장 박동 파라미터 추정 방법은 생체 레이더가 수신한 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색하는 단계; 상기 최적 필터 계수와 상기 생체 수신 신호를 결합하는 단계; 및 상기 최적 필터 계수와 결합된 생체 수신 신호를 이용하여 사용자의 심장 박동 파라미터를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.Disclosed are an apparatus and method for estimating a living body heart rate parameter for a living body FMCW radar. A method for estimating a heart rate parameter includes: searching for an optimal filter coefficient of a biological reception signal received by a biological radar; Combining the optimal filter coefficient and the biometric reception signal; And estimating a user's heart rate parameter by using the biometric reception signal combined with the optimal filter coefficient.

Description

생체 FMCW 레이더를 위한 생체 심장 박동 파라미터 추정 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING A BIOLOGICAL HEART RATE PARAMETER FOR A HUMAN FMCW RADAR}A biological heart rate parameter estimation device for a biological FMCW radar and a method therefor TECHNICAL FIELD [APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING A BIOLOGICAL HEART RATE PARAMETER FOR A HUMAN FMCW RADAR}

본 발명은 생체 FMCW 레이더가 수신한 생체 수신 신호에서 생체 심장 박동 파라미터를 높은 정확도로 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for estimating a biological heart rate parameter with high accuracy from a biological reception signal received by a biological FMCW radar.

생체 및 심폐 분석과 같은 무선 감지 시스템은 비접촉식 생체 레이더를 사용하고 있다. Wireless sensing systems such as biometric and cardiopulmonary analysis use non-contact biometric radar.

종래의 생체 파라미터 추정 장치는 생체 레이더가 출력한 도플러 주파수가 타겟에 반사된 생체 수신 신호를 이용하여 인체의 심장 및 호흡률을 측정하고 있다. 그러나, 종래의 생체 파라미터 추정 장치는 제한된 데이터 길이 및 낮은 신호대 잡음비 (SNR) 환경에 의해 야기된 smearing 문제로 인하여 고속 푸리에 변환 (FFT)를 통한 도플러 스펙트럼 추정의 결과의 성능이 떨어진다는 문제가 있었다.A conventional biometric parameter estimation apparatus measures the heart and respiration rate of a human body using a biometric reception signal in which a Doppler frequency output from a biometric radar is reflected on a target. However, the conventional biometric parameter estimation apparatus has a problem that the performance of the Doppler spectrum estimation result through Fast Fourier Transform (FFT) is degraded due to the smearing problem caused by a limited data length and a low signal-to-noise ratio (SNR) environment.

따라서, SNR이 낮은 환경에서도 생체 심장 박동 파라미터를 정확하게 추정할 수 있는 방법이 요청되고 있다.Accordingly, there is a need for a method capable of accurately estimating a living body heart rate parameter even in an environment with low SNR.

본 발명은 최적 필터 계수를 검색하여 생체 수신 신호의 SNR을 향상시킨 후, 도래 방향 추정 알고리즘을 사용함으로써, SNR이 낮은 환경에서도 생체 심장 박동 파라미터를 정확하게 추정하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide an apparatus and method for accurately estimating a living body heart rate parameter even in a low SNR environment by using an arrival direction estimation algorithm after searching for an optimal filter coefficient to improve the SNR of a biological reception signal.

본 발명의 일실시예에 따른 심장 박동 파라미터 추정 방법은 생체 레이더가 수신한 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색하는 단계; 상기 최적 필터 계수와 상기 생체 수신 신호를 결합하는 단계; 및 상기 최적 필터 계수와 결합된 생체 수신 신호를 이용하여 사용자의 심장 박동 파라미터를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.A method of estimating a heart rate parameter according to an embodiment of the present invention includes the steps of: searching for an optimal filter coefficient of a biological reception signal received by a biological radar; Combining the optimal filter coefficient and the biometric reception signal; And estimating a user's heart rate parameter by using the biometric reception signal combined with the optimal filter coefficient.

본 발명의 일실시예에 따른 심장 박동 파라미터 추정 방법의 파라미터를 추정하는 단계는, 상기 최적 필터 계수와 결합된 생체 수신 신호를 도래 방향 추정 알고리즘에 입력하는 단계; 상기 도래 방향 추정 알고리즘의 출력의 EVD(eigenvalue decomposition)를 신호 영역과 노이즈 영역으로 분리하는 단계; 및 상기 신호 영역과 상기 노이즈 영역을 이용하여 상기 심장 박동 파라미터를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.Estimating a parameter of a method for estimating a heart rate parameter according to an embodiment of the present invention includes: inputting a biological reception signal combined with the optimal filter coefficient into an arrival direction estimation algorithm; Separating an eigenvalue decomposition (EVD) of the output of the direction of arrival estimation algorithm into a signal region and a noise region; And determining the heart rate parameter using the signal region and the noise region.

본 발명의 일실시예에 따른 심장 박동 파라미터 추정 방법의 심장 박동 파라미터를 결정하는 단계는, 상기 신호 영역의 함수와 상기 노이즈 영역 간의 직교성을 이용하여 상기 신호 영역에 포함된 관심 신호의 피크가 예리해지도록 변화시키고, 예리해진 피크를 심장 박동 파라미터로 결정할 수 있다.In the determining of the heart rate parameter of the method for estimating the heart rate parameter according to an embodiment of the present invention, the peak of the signal of interest included in the signal area is sharpened by using orthogonality between the function of the signal area and the noise area. And the sharpened peak can be determined as a heart rate parameter.

본 발명의 일실시예에 따른 심장 박동 파라미터 추정 방법의 도래 방향 추정 알고리즘에 입력하는 단계는, 상기 최적 필터 계수와 결합되어 SNR이 향상된 생체 수신 신호를 MUSIC (Multiple Signal Classification) 알고리즘에 입력할 수 있다.In the step of inputting the direction of arrival estimation algorithm of the method of estimating a heart rate parameter according to an embodiment of the present invention, a bioreceived signal with improved SNR combined with the optimal filter coefficient may be input to the Multiple Signal Classification (MUSIC) algorithm. .

본 발명의 일실시예에 따른 심장 박동 파라미터 추정 방법의 최적 필터 계수를 검색하는 단계는, LMS(Least mean Square) 알고리즘을 이용하여 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색할 수 있다.In the step of searching for an optimum filter coefficient of the method for estimating a heart rate parameter according to an embodiment of the present invention, an optimum filter coefficient of a biological reception signal may be searched using a least mean square (LMS) algorithm.

본 발명의 일실시예에 따른 심장 박동 파라미터 추정 장치는 생체 레이더가 수신한 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색하는 필터 계수 검색부; 상기 최적 필터 계수와 상기 생체 수신 신호를 결합하는 신호 결합부; 및 상기 최적 필터 계수와 결합된 생체 수신 신호를 이용하여 사용자의 심장 박동 파라미터를 추정하는 파라미터 추정부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an apparatus for estimating heart rate parameters includes: a filter coefficient search unit that searches for an optimal filter coefficient of a biometric reception signal received by a biometric radar; A signal combining unit that combines the optimal filter coefficient and the biological reception signal; And a parameter estimating unit estimating a user's heart rate parameter by using the biometric reception signal combined with the optimal filter coefficient.

본 발명의 일실시예에 따른 심장 박동 파라미터 추정 장치는 도래 방향 추정 알고리즘의 출력의 EVD를 신호 영역과 노이즈 영역으로 분리하는 신호 분리부를 더 포함하고, 상기 파라미터 추정부는, 상기 최적 필터 계수와 결합된 생체 수신 신호를 도래 방향 추정 알고리즘에 입력하고, 상기 신호 영역과 상기 노이즈 영역을 이용하여 상기 심장 박동 파라미터를 결정할 수 있다.The heart rate parameter estimation apparatus according to an embodiment of the present invention further includes a signal separation unit for separating the EVD of the output of the direction of arrival estimation algorithm into a signal region and a noise region, wherein the parameter estimation unit is combined with the optimal filter coefficient. A biological reception signal may be input to an arrival direction estimation algorithm, and the heart rate parameter may be determined using the signal region and the noise region.

본 발명의 일실시예에 따른 심장 박동 파라미터 추정 장치의 파라미터 추정부는, 상기 신호 영역의 함수와 상기 노이즈 영역 간의 직교성을 이용하여 상기 신호 영역에 포함된 관심 신호의 피크가 예리해지도록 변화시키고, 예리해진 피크를 심장 박동 파라미터로 결정할 수 있다.The parameter estimating unit of the heart rate parameter estimation apparatus according to an embodiment of the present invention uses orthogonality between the function of the signal region and the noise region to change the peak of the signal of interest included in the signal region to become sharp, The sunk peak can be determined as a heart rate parameter.

본 발명의 일실시예에 따른 심장 박동 파라미터 추정 장치의 파라미터 추정부는, 상기 최적 필터 계수와 결합되어 SNR이 향상된 생체 수신 신호를 MUSIC 알고리즘에 입력할 수 있다.The parameter estimating unit of the heart rate parameter estimation apparatus according to an embodiment of the present invention may input a biometric reception signal with improved SNR by being combined with the optimal filter coefficient to the MUSIC algorithm.

본 발명의 일실시예에 따른 심장 박동 파라미터 추정 장치의 최적 필터 계수 검색부는, LMS 알고리즘을 이용하여 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색할 수 있다.The optimum filter coefficient search unit of the apparatus for estimating heart rate parameters according to an embodiment of the present invention may search for an optimum filter coefficient of a biological reception signal using an LMS algorithm.

본 발명의 일실시예에 의하면, 최적 필터 계수를 검색하여 생체 수신 신호의 SNR을 향상시킨 후, 도래 방향 추정 알고리즘을 사용함으로써, SNR이 낮은 환경에서도 생체 심장 박동 파라미터를 정확하게 추정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the SNR of the biological reception signal is improved by searching for an optimal filter coefficient, and then the biological heart rate parameter can be accurately estimated even in an environment with low SNR by using an arrival direction estimation algorithm.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생체 심장 박동 파라미터 추정 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 생체 심장 박동 파라미터 추정 장치의 동작 결과의 일례이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 생체 심장 박동 파라미터 추정 방법을 도시한 플로우차트이다.1 is a diagram illustrating an apparatus for estimating a biological heart rate parameter according to an embodiment of the present invention.
2 is an example of an operation result of an apparatus for estimating a biological heart rate parameter according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of estimating a living body heart rate parameter according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It is to be understood that all changes, equivalents, or substitutes to the embodiments are included in the scope of the rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for illustrative purposes only and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. Does not.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are assigned to the same components regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, when it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the embodiments, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 일실시예에 따른 생체 심장 박동 파라미터 추정 방법은 생체 심장 박동 파라미터 추정 장치에 의해 수행될 수 있다. The method of estimating a biological heart rate parameter according to an embodiment of the present invention may be performed by an apparatus for estimating a biological heart rate parameter.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생체 심장 박동 파라미터 추정 장치를 나타내는 도면이다. 1 is a diagram illustrating an apparatus for estimating a biological heart rate parameter according to an embodiment of the present invention.

생체 심장 박동 파라미터 추정 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 수신기(110), 필터 계수 검색부(120), 신호 결합부(130), 신호 분리부(140), 및 파라미터 추정부(150)를 포함할 수 있다. 이때, 수신기(110)는 통신기이고, 필터 계수 검색부(120), 신호 결합부(130), 신호 분리부(140), 및 파라미터 추정부(150)는 서로 다른 프로세서이거나, 하나의 프로세서에서 수행되는 프로그램에 포함된 각각의 모듈일 수 있다.The biological heart rate parameter estimation apparatus 100 includes a receiver 110, a filter coefficient search unit 120, a signal combiner 130, a signal separation unit 140, and a parameter estimation unit 150 as shown in FIG. 1. ) Can be included. At this time, the receiver 110 is a communication unit, and the filter coefficient search unit 120, the signal combiner 130, the signal separation unit 140, and the parameter estimation unit 150 are different processors or are performed by one processor. It may be each module included in the program to be used.

수신기(110)는 레이더(101)로부터 생체 수신 신호를 수신할 수 있다. 이때, 레이더(101)는 타겟을 향하여 레이더 신호를 송출할 수 있다. 그리고, 레이더(101)는 레이더 신호가 타겟에 반사된 신호를 수신하여 수신기(110)로 전송할 수 있다. 이때, 생체 수신 신호는 레이더 신호가 타겟에 반사된 신호이며, 레이더 신호가 타겟에 반사되는 과정에서 변조된 신호일 수 있다. 예를 들어, 레이더(101)는 생체 신호를 측정하기 위한 생체FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더일 수 있다. 또한, 생체 수신 신호의 위상값인 r[n]은 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.The receiver 110 may receive a biometric reception signal from the radar 101. At this time, the radar 101 may transmit a radar signal toward the target. In addition, the radar 101 may receive a signal in which the radar signal is reflected on the target and transmit it to the receiver 110. In this case, the biological reception signal may be a signal in which a radar signal is reflected on a target, and may be a signal modulated in a process in which the radar signal is reflected on the target. For example, the radar 101 may be a biological frequency modulated continuous wave (FMCW) radar for measuring a biological signal. Also, r[n], which is the phase value of the biometric reception signal, may be defined as in Equation 1.

Figure 112019045144901-pat00001
Figure 112019045144901-pat00001

이때, xh[n]은 타겟이 되는 사용자의 호흡에 따른 움직임이고, xr[n]은 타겟이 되는 사용자의 심장 박동에 따른 움직임일 수 있다. 또한, θ는 위상 잔기(residue)이며,

Figure 112019045144901-pat00002
는 AWGN (addictive white gaussian noise)의 역 tangent 함수 결과일 수 있다.In this case, x h [n] may be a movement according to a target user's breathing, and x r [n] may be a movement according to a target user's heartbeat. In addition, θ is a phase residue,
Figure 112019045144901-pat00002
May be the result of the inverse tangent function of addictive white gaussian noise (AWGN).

필터 계수 검색부(120)는 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색할 수 있다. 예를 들어, 필터 계수 검색부(120)는 LMS(Least mean Square) 알고리즘을 이용하여 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색할 수 있다. The filter coefficient search unit 120 may search for an optimum filter coefficient of the biometric reception signal. For example, the filter coefficient search unit 120 may search for an optimal filter coefficient of a biometric reception signal using a least mean square (LMS) algorithm.

신호 결합부(130)는 필터 계수 검색부(120)가 검색한 최적 필터 계수와 수신기(110)가 수신한 생체 수신 신호를 결합하여 생체 수신 신호의 신호대 잡음비(SNR: signal to noise ratio)를 향상시킬 수 있다.The signal combiner 130 improves the signal-to-noise ratio (SNR) of the biometric signal by combining the optimal filter coefficient searched by the filter coefficient search unit 120 and the biometric signal received by the receiver 110. I can make it.

파라미터 추정부(150)는 최적 필터 계수와 결합되어 SNR이 향상된 생체 수신 신호를 이용하여 사용자의 심장 박동 파라미터를 추정할 수 있다. 이때, 파라미터 추정부(150)는 SNR이 향상된 생체 수신 신호를 도래 방향 추정 알고리즘에 입력하여 심장 박동 파라미터를 추정할 수 있다.The parameter estimating unit 150 may estimate a user's heart rate parameter by using a biometric reception signal with improved SNR by being combined with an optimal filter coefficient. In this case, the parameter estimating unit 150 may estimate the heart rate parameter by inputting the biometric reception signal with improved SNR into the direction of arrival estimation algorithm.

예를 들어, 파라미터 추정부(150)는 SNR이 향상된 생체 수신 신호 Sr H를 수학식 2와 같이 정의되는 MUSIC (Multiple Signal Classification) 알고리즘에 입력할 수 있다.For example, the parameter estimating unit 150 may input the biometric reception signal S r H with improved SNR to the Multiple Signal Classification (MUSIC) algorithm defined as in Equation 2.

Figure 112019045144901-pat00003
Figure 112019045144901-pat00003

이때, sr은 r[0], r[1], … r[N-1]일 수 있다. 또한, MUSIC 알고리즘의 출력인 Rr의 EVD(eigenvalue decomposition)는 신호 영역과 노이즈 영역으로 분리 가능한 특징을 가질 수 있다. 이때, 신호 분리부(140)는 MUSIC 알고리즘의 출력의 EVD를 신호 영역과 노이즈 영역으로 분리할 수 있다. 그리고, 파라미터 추정부(150)는 신호 영역과 노이즈 영역을 이용하여 심장 박동 파라미터를 결정할 수 있다.At this time, s r is r[0], r[1],… It may be r[N-1]. In addition, the EVD (eigenvalue decomposition) of R r , which is an output of the MUSIC algorithm, may have a feature that can be separated into a signal region and a noise region. In this case, the signal separation unit 140 may separate the EVD of the output of the MUSIC algorithm into a signal region and a noise region. In addition, the parameter estimating unit 150 may determine the heart rate parameter using the signal region and the noise region.

이때, 파라미터 추정부(150)는, 신호 영역의 함수 a(f)와 노이즈 영역 EN간의 직교성을 이용하여 신호 영역에 포함된 관심 신호의 피크가 예리해지도록 변화시키고, 예리해진 피크를 심장 박동 파라미터로 결정할 수 있다. 예를 들어, 파라미터 추정부(150)는 수학식 3을 이용하여 해상도가 향상된 심장 박동 파라미터 PMUSIC를 추정할 수 있다.At this time, the parameter estimating unit 150 changes the peak of the signal of interest included in the signal region to become sharp by using orthogonality between the function a(f) of the signal region and the noise region E N, and changes the sharpened peak to a heartbeat. Can be determined by parameters. For example, the parameter estimating unit 150 may estimate the heart rate parameter P MUSIC with improved resolution by using Equation (3).

Figure 112019045144901-pat00004
Figure 112019045144901-pat00004

생체 심장 박동 파라미터 추정 장치(100)는 최적 필터 계수를 검색하여 생체 수신 신호의 SNR을 향상시킨 후, 도래 방향 추정 알고리즘을 사용함으로써, SNR이 낮은 환경에서도 생체 심장 박동 파라미터를 정확하게 추정할 수 있다.The apparatus 100 for estimating a biological heart rate parameter may search for an optimal filter coefficient to improve the SNR of a biological reception signal, and then use an arrival direction estimation algorithm to accurately estimate the biological heart rate parameter even in an environment with a low SNR.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 생체 심장 박동 파라미터 추정 장치의 동작 결과의 일례이다. 2 is an example of an operation result of an apparatus for estimating a biological heart rate parameter according to an embodiment of the present invention.

레이더(101)는 환경(210)에서 서로 다른 위치에 있는 제1 사용자(211), 및 제2 사용자(212)를 향하여 레이더 신호를 송출할 수 있다. 그리고, 레이더(101)는 제1 사용자(211), 및 제2 사용자(212) 각각에서 반사된 생체 수신 신호들을 수신할 수 있다.The radar 101 may transmit a radar signal to the first user 211 and the second user 212 located at different locations in the environment 210. In addition, the radar 101 may receive biometric reception signals reflected from each of the first user 211 and the second user 212.

이때, 생체 심장 박동 파라미터 추정 장치(100)는 최적 필터 계수를 검색하여 제1 사용자(211)에서 반사된 생체 수신 신호의 SNR을 향상시킨 후, 도래 방향 추정 알고리즘을 사용하여 제1 사용자(211)의 생체 심장 박동 파라미터(221)를 추정할 수 있다. 또한, 생체 심장 박동 파라미터 추정 장치(100)는 최적 필터 계수를 검색하여 제2 사용자(212)에서 반사된 생체 수신 신호의 SNR을 향상시킨 후, 도래 방향 추정 알고리즘을 사용하여 제2 사용자(212)의 생체 심장 박동 파라미터(222)를 추정할 수 있다.At this time, the biometric heart rate parameter estimation apparatus 100 searches for an optimal filter coefficient to improve the SNR of the biometric reception signal reflected from the first user 211, and then the first user 211 using the direction of arrival estimation algorithm. The biological heart rate parameter 221 of may be estimated. In addition, the biological heart rate parameter estimating apparatus 100 searches for an optimal filter coefficient to improve the SNR of the biological reception signal reflected from the second user 212, and then the second user 212 using the direction of arrival estimation algorithm. The biological heart rate parameter 222 of may be estimated.

즉, 생체 심장 박동 파라미터 추정 장치(100)가 출력하는 결과(220)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 사용자(211)의 후방에 위치하여 SNR이 낮은 제2 사용자(212)의 생체 수신 신호에서도 제1 사용자(211)와 유사한 수준의 정확도로 생체 심장 박동 파라미터(222)를 추정할 수 있다.That is, the result 220 output from the biometric heart rate parameter estimation apparatus 100 is a biometric reception signal of the second user 212, which is located behind the first user 211 and has a low SNR, as shown in FIG. 2. Also, the biological heart rate parameter 222 may be estimated with an accuracy similar to that of the first user 211.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 생체 심장 박동 파라미터 추정 방법을 도시한 플로우차트이다.3 is a flowchart illustrating a method of estimating a living body heart rate parameter according to an embodiment of the present invention.

단계(310)에서 필터 계수 검색부(120)는 수신기(110)가 레이더(101)로부터 수신한 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색할 수 있다. 예를 들어, 필터 계수 검색부(120)는 LMS 알고리즘을 이용하여 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색할 수 있다. In step 310, the filter coefficient search unit 120 may search for an optimal filter coefficient of the biometric reception signal received from the radar 101 by the receiver 110. For example, the filter coefficient search unit 120 may search for an optimal filter coefficient of a biometric reception signal using an LMS algorithm.

단계(320)에서 신호 결합부(130)는 수신기(110)가 수신한 생체 수신 신호를 단계(310)에서 검색한 최적 필터 계수와 결합하여 생체 수신 신호의 SNR을 향상시킬 수 있다.In step 320, the signal combiner 130 may improve the SNR of the biological reception signal by combining the biological reception signal received by the receiver 110 with the optimal filter coefficient retrieved in step 310.

단계(330)에서 파라미터 추정부(150)는 단계(320)에서 SNR이 향상된 생체 수신 신호를 도래 방향 추정 알고리즘에 입력할 수 있다.In step 330, the parameter estimating unit 150 may input the biometric reception signal with improved SNR in step 320 to the direction of arrival estimation algorithm.

단계(340)에서 신호 분리부(140)는 단계(330)에서 SNR이 향상된 생체 수신 신호를 입력 받은 도래 방향 추정 알고리즘의 출력의 EVD를 신호 영역과 노이즈 영역으로 분리할 수 있다. In step 340, the signal separation unit 140 may separate the EVD of the output of the direction of arrival estimation algorithm that receives the biometric reception signal with improved SNR in step 330 into a signal region and a noise region.

단계(350)에서 파라미터 추정부(150)는 단계(340)에서 분리한 신호 영역의 함수와 노이즈 영역 간의 직교성을 이용하여 신호 영역에 포함된 관심 신호의 피크가 예리해지도록 변화시키고, 예리해진 피크를 심장 박동 파라미터로 결정할 수 있다. In step 350, the parameter estimating unit 150 changes the peak of the signal of interest included in the signal region to be sharpened by using orthogonality between the function of the signal region separated in step 340 and the noise region, and the sharpened peak Can be determined as a heart rate parameter.

본 발명은 최적 필터 계수를 검색하여 생체 수신 신호의 SNR을 향상시킨 후, 도래 방향 추정 알고리즘을 사용함으로써, SNR이 낮은 환경에서도 생체 심장 박동 파라미터를 정확하게 추정할 수 있다.According to the present invention, the SNR of the biological reception signal is improved by searching for the optimal filter coefficient, and then the biological heart rate parameter can be accurately estimated even in an environment with low SNR by using an arrival direction estimation algorithm.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operation of the embodiment, and vice versa.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, configuring the processing unit to behave as desired or processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be interpreted by a processing device or, to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodyed in a transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited drawings, a person of ordinary skill in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as systems, structures, devices, circuits, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and claims and equivalents fall within the scope of the following claims.

100: 생체 심장 박동 파라미터 추정 장치
101: 레이더
120: 필터 계수 검색부
130: 신호 결합부
140: 신호 분리부
150: 파라미터 추정부100: body heart rate parameter estimation device
101: radar
120: filter coefficient search unit
130: signal combining unit
140: signal separation unit
150: parameter estimation unit

Claims (10)

생체 레이더가 수신한 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색하는 단계;
상기 최적 필터 계수와 상기 생체 수신 신호를 결합하는 단계; 및
상기 최적 필터 계수와 결합된 생체 수신 신호를 이용하여 사용자의 심장 박동 파라미터를 추정하는 단계를 포함하고,
상기 최적 필터 계수를 검색하는 단계는,
LMS(Least mean Square) 알고리즘을 이용하여 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색하는 단계를 포함하고,
상기 파라미터를 추정하는 단계는,
상기 최적 필터 계수와 결합된 생체 수신 신호를 도래 방향 추정 알고리즘에 입력하는 단계;
상기 도래 방향 추정 알고리즘의 출력의 EVD(eigenvalue decomposition)를 신호 영역과 노이즈 영역으로 분리하는 단계; 및
상기 신호 영역과 상기 노이즈 영역을 이용하여 상기 심장 박동 파라미터를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 심장 박동 파라미터를 결정하는 단계는,
상기 신호 영역의 함수와 상기 노이즈 영역 간의 직교성을 이용하여 상기 신호 영역에 포함된 관심 신호의 피크가 예리해지도록 변화시키고, 예리해진 피크를 심장 박동 파라미터로 결정하는 단계를 포함하고,
상기 도래 방향 추정 알고리즘에 입력하는 단계는,
상기 최적 필터 계수와 결합되어 SNR이 향상된 생체 수신 신호를 MUSIC (Multiple Signal Classification) 알고리즘에 입력하는 단계를 포함하고,
상기 생체 수신 신호는 타겟의 호흡에 따른 호흡 움직임 정보 및 상기 타겟의 심장 박동에 따른 심장 박동 움직임 정보를 포함하고, 상기 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색하는 단계는 상기 호흡 움직임 정보 및 상기 심장 박동 움직임 정보를 모두 포함하는 상기 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색하는 단계이고, 상기 MUSIC 알고리즘에 입력하는 단계는 상기 호흡 움직임 정보 및 상기 심장 박동 움직임 정보를 모두 포함하고 SNR이 향상된 상기 생체 수신 신호를 상기 MUSIC 알고리즘에 입력하는 단계이고,
예리해진 상기 피크를 상기 심장 박동 파라미터로 결정하는 단계는,
Figure 112020120020988-pat00008
에 의하여 결정된
Figure 112020120020988-pat00009
을 상기 심장 박동 파라미터로 결정하는 단계를 포함하고, a(f)는 상기 MUSIC 알고리즘의 출력 중 상기 신호 영역의 함수이고, EN은 상기 MUSIC 알고리즘의 출력 중 상기 노이즈 영역의 신호인,
심장 박동 파라미터 추정 방법.
Retrieving an optimal filter coefficient of the biometric reception signal received by the biometric radar;
Combining the optimal filter coefficient and the biometric reception signal; And
Including the step of estimating a heart rate parameter of the user using the biometric received signal combined with the optimal filter coefficient,
The step of searching for the optimal filter coefficient,
Including the step of searching for an optimal filter coefficient of the biological reception signal using a least mean square (LMS) algorithm,
The step of estimating the parameter,
Inputting the biometric reception signal combined with the optimal filter coefficient into an arrival direction estimation algorithm;
Separating an eigenvalue decomposition (EVD) of the output of the direction of arrival estimation algorithm into a signal region and a noise region; And
Determining the heart rate parameter using the signal region and the noise region,
Determining the heart rate parameter,
Changing the peak of the signal of interest included in the signal region to be sharpened by using orthogonality between the function of the signal region and the noise region, and determining the sharpened peak as a heart rate parameter,
The step of inputting into the direction of arrival estimation algorithm,
Including the step of inputting a biological reception signal combined with the optimal filter coefficient and improved SNR into a multiple signal classification (MUSIC) algorithm,
The biological reception signal includes breathing motion information according to the respiration of the target and heartbeat motion information according to the heartbeat of the target, and the step of searching for the optimal filter coefficient of the biological reception signal includes the respiration motion information and the heart rate. The step of searching for an optimal filter coefficient of the biometric reception signal including all motion information, and inputting the MUSIC algorithm to the biometric reception signal including both the breathing motion information and the heartbeat movement information and having improved SNR Inputting into the MUSIC algorithm,
The step of determining the sharpened peak as the heart rate parameter,
Figure 112020120020988-pat00008
Determined by
Figure 112020120020988-pat00009
Determining as the heart rate parameter, a(f) is a function of the signal region among the outputs of the MUSIC algorithm, and E N is a signal of the noise region among the outputs of the MUSIC algorithm,
Heart rate parameter estimation method.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 생체 레이더가 수신한 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색하는 필터 계수 검색부;
상기 최적 필터 계수와 상기 생체 수신 신호를 결합하는 신호 결합부; 및
상기 최적 필터 계수와 결합된 생체 수신 신호를 이용하여 사용자의 심장 박동 파라미터를 추정하는 파라미터 추정부를 포함하고,
상기 최적 필터 계수 검색부는 LMS 알고리즘을 이용하여 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색하고,
상기 파라미터 추정부는 상기 최적 필터 계수와 결합되어 SNR이 향상된 생체 수신 신호를 MUSIC 알고리즘에 입력하고,
도래 방향 추정 알고리즘의 출력의 EVD를 신호 영역과 노이즈 영역으로 분리하는 신호 분리부를 더 포함하고,
상기 파라미터 추정부는 상기 최적 필터 계수와 결합된 생체 수신 신호를 도래 방향 추정 알고리즘에 입력하고, 상기 신호 영역의 함수와 상기 노이즈 영역 간의 직교성을 이용하여 상기 신호 영역에 포함된 관심 신호의 피크가 예리해지도록 변화시키고, 예리해진 피크를 심장 박동 파라미터로 결정하고,
상기 생체 수신 신호는 타겟의 호흡에 따른 호흡 움직임 정보 및 상기 타겟의 심장 박동에 따른 심장 박동 움직임 정보를 포함하고,
상기 최적 필터 계수 검색부는 상기 호흡 움직임 정보 및 상기 심장 박동 움직임 정보를 모두 포함하는 상기 생체 수신 신호의 최적 필터 계수를 검색하고, 상기 파라미터 추정부는 상기 호흡 움직임 정보 및 상기 심장 박동 움직임 정보를 모두 포함하고 SNR이 향상된 상기 생체 수신 신호를 상기 MUSIC 알고리즘에 입력하고,
상기 파라미터 추정부는
Figure 112020120020988-pat00010
에 의하여 결정된
Figure 112020120020988-pat00011
을 상기 심장 박동 파라미터로 결정하고, a(f)는 상기 MUSIC 알고리즘의 출력 중 상기 신호 영역의 함수이고, EN은 상기 MUSIC 알고리즘의 출력 중 상기 노이즈 영역의 신호인,
심장 박동 파라미터 추정 장치.

A filter coefficient search unit that searches for an optimal filter coefficient of the biometric reception signal received by the biometric radar;
A signal combining unit that combines the optimal filter coefficient and the biological reception signal; And
A parameter estimating unit for estimating a user's heart rate parameter using the biometric reception signal combined with the optimal filter coefficient,
The optimum filter coefficient search unit searches for the optimum filter coefficient of the biological reception signal using an LMS algorithm,
The parameter estimating unit inputs a biometric reception signal having improved SNR by being combined with the optimal filter coefficient into the MUSIC algorithm,
Further comprising a signal separation unit for separating the EVD of the output of the direction of arrival estimation algorithm into a signal region and a noise region,
The parameter estimating unit inputs the biological reception signal combined with the optimal filter coefficient into an arrival direction estimation algorithm, and the peak of the signal of interest included in the signal region is sharpened by using orthogonality between the function of the signal region and the noise region. Change so that, and determine the sharpened peak as a heart rate parameter,
The biological reception signal includes breathing motion information according to the respiration of the target and heartbeat motion information according to the heartbeat of the target,
The optimum filter coefficient search unit searches for an optimum filter coefficient of the biological reception signal including both the breathing motion information and the heart rate motion information, and the parameter estimating unit includes both the breathing motion information and the heart rate motion information. Input the biometric reception signal with improved SNR to the MUSIC algorithm
The parameter estimation unit
Figure 112020120020988-pat00010
Determined by
Figure 112020120020988-pat00011
Is determined as the heart rate parameter, a(f) is a function of the signal region of the output of the MUSIC algorithm, and E N is a signal of the noise region of the output of the MUSIC algorithm,
Heart rate parameter estimation device.

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