KR102270544B1 - Real time wireless breath measurement system and method - Google Patents

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KR102270544B1
KR102270544B1 KR1020150160656A KR20150160656A KR102270544B1 KR 102270544 B1 KR102270544 B1 KR 102270544B1 KR 1020150160656 A KR1020150160656 A KR 1020150160656A KR 20150160656 A KR20150160656 A KR 20150160656A KR 102270544 B1 KR102270544 B1 KR 102270544B1
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Abstract

본 발명은 사용자 또는 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호로부터 사용자 또는 측정 대상의 정상 호흡 신호를 검출함으로써 정확한 호흡 측정이 가능하도록 구성된 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템은 탐지 영역으로 전파 신호를 송신하는 송신부와, 상기 탐지 영역 내 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호를 수신하는 수신부를 포함하는 송수신부 및 수신된 전파 신호로부터 측정 대상의 호흡수를 측정하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 최적 호흡 위치 결정부 및 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치로부터 시간 축 기반 호흡수(f 1)를 연산하는 연산부로 구성된다.The present invention relates to a system and method configured to enable accurate respiration measurement by detecting a normal respiration signal of a user or a measurement object from a radio signal reflected by the user or the measurement object.
Real-time wireless respiration measurement system according to the present invention is a transmission and reception unit comprising a transmitter for transmitting a radio signal to the detection area, and a receiver for receiving a radio signal reflected by the measurement target in the detection area, and a measurement target from the received radio signal Including a control unit for measuring the respiration rate of the control unit, the control unit for calculating the time axis-based respiration rate ( f 1 ) from the optimum respiration position determining unit for determining the optimum respiration position of the measurement target and the optimum respiration position of the measurement target is composed of

Description

실시간 무선 호흡 측정 시스템 및 방법{REAL TIME WIRELESS BREATH MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD}REAL TIME WIRELESS BREATH MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD

본 발명은 실시간으로 호흡을 측정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 사용자 또는 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호로부터 사용자 또는 측정 대상의 정상 호흡 신호를 검출함으로써 정확한 호흡 측정이 가능하도록 구성된 시스템 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a system and method for measuring respiration in real time, and to a system and method configured to enable accurate respiration measurement by detecting a normal respiration signal of a user or a measurement object from a radio signal reflected by a user or a measurement object. it's about

최근 삶의 질이 향상되고 노령화가 급속히 진행됨에 따라 무병장수에 대한 열망이 커지면서 건강에 대한 관심이 날로 증가하고 있다. 건강을 유지하고 개선시키는 방법에는 운동, 식이요법 등 다양한 방법이 있지만, 하루 중 약 25%의 시간을 할애하는 수면활동을 잘 관리하는 것이 무엇보다 중요하다. 이러한 이유로 최근에는 수면의 질을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, as the quality of life improves and the aging process rapidly progresses, the desire for disease-free longevity is growing, and interest in health is increasing day by day. There are various ways to maintain and improve health, such as exercise and diet, but it is most important to manage sleep, which occupies about 25% of the day. For this reason, research to improve the quality of sleep has been actively conducted in recent years.

수면의 질을 향상시키기 위해선, 수면 상태에 대한 분석이 선행되어야 한다. 사용자 또는 측정 대상의 수면 상태를 분석하고 이를 자료화하여 체계적으로 관리함으로써 건강한 신체를 유지할 수 있다. 수면 상태를 분석하기 위해서는 수면 중 호흡수, 심박수, 움직임(뒤척임)수 및 수면시간 등의 다양한 생체정보를 측정하는 것이 기본이 될 것이다. In order to improve the quality of sleep, it is necessary to analyze the sleep state first. It is possible to maintain a healthy body by analyzing the sleep state of the user or measurement target and managing it systematically by documenting it. In order to analyze the sleep state, it will be basic to measure various bio-information such as respiration rate, heart rate, movement (toss and turns) and sleep time during sleep.

그러나, 호흡수 또는 심박수 등의 생체정보를 측정하기 위해 의료용 장비를 동원하는 것은 번거로울 뿐만 아니라, 생체정보 측정을 위해 신체에 부착해야 하는 등의 불편함이 수반된다. However, mobilizing medical equipment to measure biometric information such as respiration rate or heart rate is not only cumbersome, but is accompanied by inconvenience such as having to be attached to the body to measure biometric information.

이 경우, 수면의 질을 향상시키기 위해 생체정보를 측정함으로써 수반되는 번거로움과 불편함으로 인해 오히려 수면의 질을 해치는 결과를 초래할 수도 있다.In this case, the inconvenience and inconvenience caused by measuring biometric information in order to improve the quality of sleep may result in rather impairing the quality of sleep.

따라서, 최근들어 사용자 또는 측정 대상의 수면 방해없이 호흡수 등을 측정하기 위해 비접촉식 생체 신호 측정 장치 등이 제안되고 있다.Accordingly, in recent years, a non-contact biosignal measuring device and the like have been proposed to measure the respiration rate without disturbing the sleep of the user or the measurement target.

종래의 방식은 일반적으로 마이크로파를 사용자에게 조사하고 반사되는 신호로부터 호흡 신호를 분리하는 원리에 기반한다.The conventional method is generally based on the principle of irradiating a microwave to a user and separating the respiration signal from the reflected signal.

이 때, 호흡 신호는 일반적으로 Sin 또는 Cos 파형과 유사하기 때문에 종래에는 주파수 분석 기법인 Fourier transform 방식을 사용하여 호흡 신호를 구성하는 Sin 또는 Cos 파형으로 분리되는데, 경우에 따라 사용자 또는 측정 대상의 호흡 신호의 파형이 Sin 또는 Cos 파형과 유사하지 않은 경우, 정확한 주기성을 판단하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.At this time, since the respiration signal is generally similar to the Sin or Cos waveform, it is conventionally separated into the Sin or Cos waveform constituting the respiration signal using the Fourier transform method, which is a frequency analysis technique. In some cases, the respiration of the user or the measurement target When the waveform of the signal is not similar to the Sin or Cos waveform, there is a problem in that it is difficult to determine the exact periodicity.

또한, 기존의 방식의 경우, 사용자 또는 측정 대상이 원거리에 위치하여 호흡 신호가 약하게 수신된 경우, 노이즈 위치에서의 신호를 호흡 신호로 오인하는 경우가 빈번히 발생하였다. 아울러, 사용자 또는 측정 대상의 주변에 움직임을 나타내는 동적 물체(클러터)가 존재할 경우, 동적 물체로부터 반사되는 신호를 호흡 신호로 오인하는 경우도 존재하였다.
종래 선행 기술은 아래와 같다.
1. 미국 등록특허 6,368,287
2. 미국 등록특허 6,342,039
3. 미국 등록특허 5,396,893In addition, in the case of the conventional method, when a user or a measurement target is located at a distant location and a breathing signal is weakly received, a case where a signal at a noise location is mistaken for a breathing signal frequently occurred. In addition, when a dynamic object (clutter) indicating movement exists in the vicinity of a user or a measurement target, a signal reflected from the dynamic object may be mistaken for a breathing signal.
The prior art is as follows.
1. US Patent 6,368,287
2. US Patent 6,342,039
3. US Patent 5,396,893

상기와 같은 기술적 배경 하에서, 본 발명은 사용자 또는 측정 대상의 불규칙한 호흡 신호(즉, Sin 또는 Cos 파형과 유사하지 않은 호흡 신호)를 정확하게 호흡 신호로 인식하여 측정하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Under the above technical background, the present invention aims to provide a system and method for accurately recognizing and measuring an irregular breathing signal (ie, a respiratory signal not similar to a Sin or Cos waveform) of a user or a measurement target as a breathing signal do it with

또한, 본 발명은 사용자 또는 측정 대상이 원거리에 위치하거나 사용자 또는 측정 대상의 주변에 움직임을 나타내는 동적 개체가 존재하는 노이즈 환경 하에서도 사용자 또는 측정 대상의 호흡 신호를 정확하게 측정하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
In addition, the present invention provides a system and method for accurately measuring a respiration signal of a user or a measurement object even in a noisy environment in which a user or a measurement object is located in a remote location or a dynamic object indicating a movement exists in the vicinity of the user or measurement object aim to do

본 발명의 일 측면에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템은 탐지 영역으로 전파 신호를 송신하는 송신부와, 상기 탐지 영역 내 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호를 수신하는 수신부를 포함하는 송수신부 및 수신된 전파 신호로부터 측정 대상의 호흡수를 측정하는 제어부를 기본 구성으로 포함할 수 있다.A real-time wireless respiration measurement system according to an aspect of the present invention includes a transmitter for transmitting a radio signal to a detection area, and a receiver for receiving a radio signal reflected by a measurement target within the detection area. It may include a control unit for measuring the respiration rate of the measurement target from the basic configuration.

여기서, 제어부는 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 최적 호흡 위치 결정부와 상기 최적 호흡 위치에서의 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수(f 1)를 연산하는 연산부를 포함한다.Here, the control unit includes an optimum respiration position determining unit for determining the optimum respiration position of the measurement target and a calculation unit for calculating the time axis-based respiration rate ( f 1 ) of the measurement target at the optimum respiration position.

일 실시예에 있어서, 연산부는 측정 대상의 최적 호흡 위치로부터 반사되는 전파 신호를 소정의 시간 동안 추출한 제1 전파 신호와 상기 제1 전파 신호를 일정 시간만큼 지연시킨 제2 전파 신호 사이의 자기 상관(auto-correlation) 연산을 통해 두 전파 신호간 유사도를 계산하며, 상기 자기 상관 연산에 의해 계산된 두 전파 신호간 유사도가 최대값을 나타내는 피크 사이의 주기를 통해 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수(f 1)를 연산하도록 구성된다.In one embodiment, the operation unit autocorrelation between the first radio signal extracted from the radio signal reflected from the optimal respiration position of the measurement target for a predetermined time and the second radio signal delaying the first radio signal by a predetermined time ( The similarity between two radio signals is calculated through an auto-correlation) operation, and the time-axis-based respiration rate ( f) of the measurement target through the period between the peaks indicating the maximum similarity between the two radio signals calculated by the auto-correlation operation. 1 ) is configured to compute.

여기서, 최적 호흡 위치 결정부는 수신된 전파 신호로부터 배경 신호를 제거(background subtraction)한 후 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하며, 전체 탐지 영역으로부터 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치를 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치로 결정할 수 있다.Here, the optimal respiration position determining unit determines the optimal respiration position of the measurement target after removing the background signal from the received radio signal, and the radio signal received from the entire detection area has the maximum dispersion or maximum energy. may be determined as the optimal breathing position of the measurement target.

또한, 다른 예에 있어서, 최적 호흡 위치 결정부는 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 수신된 전파 신호를 소정 시간 동안 추출한 후 푸리에 변환(Fourier transform) 연산을 통해 상기 전파 신호의 최대 주파수를 계산하며, 상기 푸리에 변환 연산에 의해 계산된 주파수를 통해 연산된 측정 대상의 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내인 경우, 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치를 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치인 것으로 결정할 수 있다.In addition, in another example, the optimal respiration position determining unit is a time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the received radio signal measured on the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy has the maximum dispersion or maximum energy. After extracting the radio signal received on the location for a predetermined time, the maximum frequency of the radio signal is calculated through a Fourier transform operation, and the frequency axis of the measurement target calculated through the frequency calculated by the Fourier transform operation is based When the absolute value of the difference in the respiration rate f 2 is within a predetermined range, a position at which the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy may be determined as the optimal respiration position of the measurement target.

또한, 추가적인 예에 있어서, 최적 호흡 위치 결정부는 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 소정의 시간 동안 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내로 유지될 경우 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치를 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치인 것으로 결정할 수 있다.In addition, in a further example, the optimal respiration position determining unit for a predetermined time on the position in which the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy, the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) ), when the absolute value of the difference is maintained within a predetermined range, it is possible to determine a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy as the optimal respiration position of the measurement target.

이에 더하여, 최적 호흡 위치 결정부는 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 밖이거나 소정의 시간 동안 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내로 유지되지 않는 경우 상기 위치를 최적 호흡 위치에서 제외할 수 있다.In addition, the optimal respiration position determining unit is the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) measured on the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy If the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) is not maintained within a predetermined range outside this predetermined range or for a predetermined time, the position is set as the optimal breathing location can be excluded.

또한, 최적 호흡 위치 결정부는 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치가 최적 호흡 위치가 아닐 경우, 상기 위치를 제외한 나머지 영역 중 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내인지 여부를 판단할 수 있다.In addition, when the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is not the optimal respiration position, the optimal respiration position determining unit is measured on the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy among the remaining areas except for the position It can be determined whether the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) is within a predetermined range.

아울러, 시간 축 기반 호흡수(f 1)는 상기 자기 상관 연산에 의해 계산된 두 전파 신호간 유사도가 최대값을 나타내는 적어도 세 피크 사이의 주기의 평균값으로부터 연산될 수 있다.In addition, the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) may be calculated from the average value of the period between at least three peaks in which the similarity between the two radio signals calculated by the autocorrelation operation represents the maximum value.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, a) 탐지 영역으로 전파 신호를 송신한 후 상기 탐지 영역 내 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호를 수신하는 단계, b) 상기 단계 a)에서 수신된 전파 신호로부터 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 단계, c) 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치로부터 반사되는 전파 신호를 소정의 시간 동안 추출한 제1 전파 신호와 상기 제1 전파 신호를 일정 시간만큼 지연시킨 제2 전파 신호 사이의 자기 상관(auto-correlation) 연산을 통해 두 전파 신호간 유사도를 계산하는 단계 및 d) 상기 자기 상관 연산에 의해 계산된 두 전파 신호간 유사도가 최대값을 나타내는 피크 사이의 주기를 통해 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수(f 1)를 연산하는 단계를 포함하는 실시간 무선 호흡 측정 방법이 제공될 수 있다.
According to another aspect of the present invention, a) transmitting a radio signal to a detection area and then receiving a radio signal reflected by a measurement target in the detection area, b) from the radio signal received in step a) Determining the optimal respiration position of the measurement target, c) a first radio signal extracted from the radio wave signal reflected from the optimum respiration position of the measuring subject for a predetermined time, and a second radio wave delaying the first radio signal by a predetermined time calculating the similarity between the two propagation signals through an auto-correlation operation between the signals, and d) measuring through the period between the peaks in which the similarity between the two propagation signals calculated by the auto-correlation operation represents the maximum value. A real-time wireless respiration measurement method comprising calculating the respiration rate ( f 1 ) based on the time axis of the subject may be provided.

본 발명에 따르면, 사용자 또는 측정 대상이 불규칙한 호흡 패턴을 나타냄으로써 사용자 또는 측정 대상으로부터 수집한 호흡 신호가 Sin 또는 Cos 파형과 유사하지 않더라도 이로부터 정확하게 호흡 신호를 추출하는 것이 가능하다.According to the present invention, it is possible to accurately extract a respiration signal from the respiration signal collected from the user or the measurement object is not similar to the Sin or Cos waveform because the user or the measurement object exhibits an irregular breathing pattern.

또한, 본 발명에 따르면, 사용자 또는 측정 대상이 원거리에 위치하거나 사용자 또는 측정 대상의 주변에 움직임을 나타내는 동적 물체가 존재하는 노이즈 환경 하에서도 사용자 또는 측정 대상의 주기성을 나타내는 호흡 신호를 포착하고, 이로부터 호흡수를 정확하게 측정하는 것이 가능하다.
In addition, according to the present invention, the breathing signal indicating the periodicity of the user or the measurement object is captured even under a noise environment in which the user or the measurement object is located in a remote location or there is a dynamic object indicating a movement in the vicinity of the user or the measurement object. It is possible to accurately measure the respiratory rate from

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템의 전체 동작 순서도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템을 이용하여 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 단계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템 상에서 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 단계의 동작 순서도를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3에서 정상 호흡 신호가 감지되는지 여부를 확인하는 단계의 동작 순서도를 나타낸 것이다.
도 5a는 비정상 호흡 신호의 추출 결과를 나타낸 것이며, 도 5b는 도 5a의 비정상 호흡 신호의 푸리에 변환(Fourier transform) 연산 결과를 나타낸 것이며, 도 5c는 도 5a에 나타낸 비정상 호흡 신호의 자기 상관(auto-correlation) 연산 결과를 나타낸 것이다.
도 6a는 정상 호흡 신호의 추출 결과를 나타낸 것이며, 도 6b는 도 6a에 나타낸 정상 호흡 신호의 푸리에 변환(Fourier transform) 연산 결과를 나타낸 것이며, 도 6c는 도 6a에 나타낸 정상 호흡 신호의 자기 상관(auto-correlation) 연산 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 정상 호흡 신호의 자기 상관 연산 결과로부터 평균 호흡 주기를 계산하는 과정을 나타낸 것이다.Figure 1 is a diagram showing the overall operation of the real-time wireless respiration measurement system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 schematically shows the step of determining the optimal respiration position of the measurement target using a real-time wireless respiration measurement system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows an operation flowchart of the step of determining the optimal respiration position of the measurement target on the real-time wireless respiration measurement system according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an operation of determining whether a normal respiration signal is detected in FIG. 3 .
Figure 5a shows the extraction result of the abnormal respiration signal, Figure 5b shows the Fourier transform operation result of the abnormal respiration signal of Figure 5a, Figure 5c is the autocorrelation of the abnormal respiration signal shown in Figure 5a (auto) -correlation) shows the result of the operation.
Figure 6a shows the extraction result of the normal respiration signal, Figure 6b shows the Fourier transform operation result of the normal respiration signal shown in Figure 6a, Figure 6c is the autocorrelation of the normal respiration signal shown in Figure 6a ( auto-correlation) operation result.
7 illustrates a process of calculating an average respiratory cycle from the results of autocorrelation of normal respiration signals.

본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 편의상 특정 용어를 본원에 정의한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
In order to better understand the present invention, certain terms are defined herein for convenience. Unless defined otherwise herein, scientific and technical terms used herein shall have the meanings commonly understood by one of ordinary skill in the art. Also, unless the context specifically dictates otherwise, it should be understood that a term in the singular includes its plural form as well, and a term in the plural form also includes its singular form.

이하, 본 발명의 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings of the present invention will be described in detail with respect to a real-time wireless respiration measurement system according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 전파 신호를 이용한 호흡 측정 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템을 직접 이용하는 사용자 또는 상기 시스템에 의해 호흡이 측정되도록 의도된 측정 대상(이하에서는 사용자 및 측정 대상을 모두 측정 대상이라 지칭함)의 호흡 패턴 또는 호흡수를 측정하기 위한 시스템이다.The present invention relates to a respiration measurement system using a radio signal, and the respiratory pattern of a user who directly uses the system or a measurement target intended to measure respiration by the system (hereinafter, both the user and the measurement target are referred to as measurement targets). Or a system for measuring respiration rate.

특히, 본 발명은 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호의 주기성만을 가지고 호흡을 측정하는 것이 아니라, 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호로부터 최적의 호흡 위치를 결정하고, 상기 위치로부터 반사된 전파 신호로부터 호흡에 의해 유발된 호흡 신호를 유효하게 추출하고 이로부터 호흡 패턴 및/또는 호흡수를 정확하게 측정하는 것을 특징으로 한다.In particular, the present invention does not measure respiration only with the periodicity of the radio signal reflected by the measurement object, but determines the optimal breathing position from the radio signal reflected by the measurement object, and respiration from the radio signal reflected from the position It is characterized in that it effectively extracts the respiration signal caused by and accurately measures the respiration pattern and/or respiration rate therefrom.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템은 탐지 영역으로 전파 신호를 송신하는 송신부와, 탐지 영역 내 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호를 수신하는 수신부를 포함하는 송수신부 및 수신된 전파 신호로부터 측정 대상의 호흡수를 측정하는 제어부를 포함할 수 있다.Specifically, a real-time wireless respiration measurement system according to an embodiment of the present invention includes a transmitter for transmitting a radio signal to the detection area, and a receiver for receiving a radio signal reflected by a measurement target within the detection area. It may include a control unit for measuring the respiration rate of the measurement target from the radio signal.

제어부는 마이크로프로세서 및 메모리 등을 포함할 수 있으며, 제어부에서는 송수신부에 의해 송신 및 수신된 전파 신호를 처리하기 위한 알고리즘을 수행하도록 구성된다.The control unit may include a microprocessor and a memory, and the control unit is configured to perform an algorithm for processing radio signals transmitted and received by the transceiver.

또한, 제어부는 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 최적 호흡 위치 결정부와 측정 대상의 최적 호흡 위치로부터 반사되는 전파 신호로부터 시간 축 기반 호흡수를 연산하는 연산부를 포함할 수 있다.In addition, the control unit may include an optimum respiration position determining unit for determining the optimum respiration position of the measurement target and a calculation unit for calculating the time axis-based respiration rate from the radio signal reflected from the optimum respiration position of the measurement target.

송수신부는 탐지 영역으로 전파 신호를 송신하는 송신부와, 탐지 영역 내에 존재하는 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호를 수신하는 수신부를 포함한다. 이 때, 수신부는 수신된 전파 신호의 세기를 증가시키는 증폭기를 더 구비할 수 있다. The transceiver includes a transmitter for transmitting a radio signal to the detection area, and a receiver for receiving a radio signal reflected by a measurement target existing in the detection area. In this case, the receiver may further include an amplifier that increases the strength of the received radio signal.

송수신부가 송신 및 수신하는 전파 신호는 일반적인 측정 시스템에 사용되는 무선 신호가 비제한적으로 사용될 수 있다.The radio signal transmitted and received by the transceiver may be, without limitation, a radio signal used in a general measurement system.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템은 IR-UWB (impulse radio ultra wideband) 통신 기술을 기반으로 구축되는 것이 바람직하다. In addition, the real-time wireless respiration measurement system according to an embodiment of the present invention is preferably built based on IR-UWB (impulse radio ultra wideband) communication technology.

IR-UWB 통신 기술은 수 ns에서 수백 ps에 이르는 매우 좁은 폭의 임펄스를 사용함으로써 협대역 신호들에 비해 보다 높은 정확도로 측정 대상으로부터 반사된 전파 신호를 탐지하고 이로부터 호흡 신호를 유효하게 추출하는데 이로울 수 있다.IR-UWB communication technology uses a very narrow impulse ranging from several ns to several hundreds of ps to detect a radio wave signal reflected from a measurement target with higher accuracy than narrowband signals and effectively extract a breathing signal from it. can be beneficial

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템의 전체 동작 순서도를 나타낸 것으로서, 최초 동작시 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템은 탐지 영역으로 전파 신호를 송신하게 된다.1 is a flowchart showing the overall operation of the real-time wireless respiration measurement system according to an embodiment of the present invention, the real-time wireless respiration measurement system according to an embodiment of the present invention during the initial operation is to transmit a radio wave signal to the detection area .

본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 시스템은 탐지 영역 내에 존재하는 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호가 수신되는 시간 및/또는 전파 신호를 반사한 측정 대상까지의 거리를 기록할 수 있다.Real-time wireless respiration system according to an embodiment of the present invention may record the time and/or the distance to the measurement object reflected by the radio signal reflected by the radio wave signal is received by the measurement target existing in the detection area.

이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템의 제어부는 수신된 전파 신호로부터 측정 대상으로부터 반사된 유효한 전파 신호만을 선별하기 위해 수신부를 통해 수신된 전파 신호로부터 배경 신호를 제거(background substraction)하고, 배경 신호가 제거된 전파 신호를 반사된 거리에 따라 분류하도록 구성된다.Then, the control unit of the real-time wireless respiration measurement system according to an embodiment of the present invention removes the background signal from the radio signal received through the receiver to select only the effective radio signal reflected from the measurement target from the received radio signal (background subtraction) ), and is configured to classify the propagation signal from which the background signal has been removed according to the reflected distance.

배경 신호는 정적 개체(예를 들어, 책상, 화분 등) 및/또는 소정의 세기 미만의 전파 신호를 반사하는 동적 객체(예를 들어, 바람에 의한 커튼의 움직임, 작은 동물의 움직임 등)로부터 선택되는 적어도 하나의 개체로부터 반사되어 수신된 신호일 수 있다. 또한, 정적 개체라 할지라도 동적 개체보다 전파 신호를 강하게 반사시키는 금속 물질 또는 측정 대상보다 큰 동적 개체(예를 들어, 선풍기 등)에 의해 반사된 전파 신호 역시 신호의 세기를 기설정함으로써 배경 신호로 간주될 수 있다. 아울러, 만약 측정 대상이 작은 동물인 경우, 측정 대상이 사람인 경우보다 배경 신호의 기준이 되는 전파 신호의 세기를 더욱 작게하고 일반적으로 사람에 의해 발생하는 신호의 세기를 배경 신호 간주 기준으로 삼아 배경 신호를 제거할 수 있다.The background signal is selected from static objects (eg, desks, flowerpots, etc.) and/or dynamic objects that reflect radio signals of less than a predetermined intensity (eg, movement of curtains by wind, movement of small animals, etc.) It may be a signal received by being reflected from at least one object. In addition, even for a static object, a radio signal reflected by a metal material that strongly reflects a radio signal than a dynamic object or a dynamic object (for example, a fan, etc.) larger than the measurement target is also converted into a background signal by presetting the signal strength. can be considered In addition, if the measurement target is a small animal, the strength of the radio signal, which is the standard of the background signal, is smaller than that of the measurement target is a human, and the background signal is generally based on the strength of the signal generated by the human as the background signal. can be removed.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템은 측정 대상으로부터 반사된 전파 신호만을 유효하게 탐지하기 위한 시스템으로서, 탐지 영역 내 원래부터 존재하였던 정적 객체로부터 반사되어 수신된 신호를 노이즈 처리하여 제거함으로써 보다 정확한 호흡 측정이 가능하도록 한다.That is, the real-time wireless respiration measurement system according to an embodiment of the present invention is a system for effectively detecting only the radio wave signal reflected from the measurement target, and noise processing the signal received by being reflected from the static object that originally existed in the detection area By removing it, more accurate respiration measurement is possible.

상술한 배경 신호는 수신된 전파 신호로부터 배경 신호를 제거하기 위해 본 기술분야에 통상적으로 알려진 기술(예를 들어, 누적 평균 신호를 통한 클러터 신호 추출 및 제거 방법)을 통해 제거될 수 있다.The above-mentioned background signal may be removed through a technique commonly known in the art (eg, a method of extracting and removing a clutter signal through a cumulative average signal) in order to remove the background signal from the received propagation signal.

상술한 과정을 통해 배경 신호가 제거된 전파 신호는 반사된 거리에 따라 분류된다. 예를 들어, 수신된 전파 신호가 반사된 거리는 전파 신호를 송신한 시점(t0)와 객체에 의해 반사되어 전파 신호가 수신되는 시점(t1)의 시간 차인 도착 시간(Time-of-arrive)을 기반으로 추정될 수 있다. 반사된 거리는 (t1-t0)*c/2로 계산 할 수 있으며, 여기서 c는 공기 중에서 전파 신호의 전송 속도이다.The propagation signal from which the background signal is removed through the above-described process is classified according to the reflected distance. For example, the distance at which the received radio signal is reflected is the time difference between the time at which the radio signal is transmitted (t 0 ) and the time at which the radio signal is received (t 1 ) after being reflected by an object (Time-of-arrive) can be estimated based on The reflected distance can be calculated as (t 1 -t 0 )*c/2, where c is the transmission speed of the radio signal in air.

수신된 전파 신호로부터 배경 신호가 제거되고, 거리에 따른 분류가 완료된 경우, 제어부는 수신된 전파 신호의 반사 거리별 세기(분산 및/또는 에너지)에 기반하여 시간-반사 거리별 전파 신호를 기록한다. When the background signal is removed from the received radio signal and classification according to distance is completed, the control unit records the radio signal by time-reflection distance based on the intensity (dispersion and/or energy) of the received radio signal by reflection distance .

반사 거리별 전파 신호를 시간의 흐름에 따라 개별 및 순차적으로 생성된 후, 최적 호흡 위치 결정부는 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하게 된다. After the propagation signal for each reflected distance is individually and sequentially generated according to the passage of time, the optimum respiration position determining unit determines the optimum respiration position of the measurement target.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템을 이용하여 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 단계를 개략적으로 나타낸 도 2에 도시된 바와 같이, 최적 호흡 위치란 측정 대상의 호흡 신호가 포함된 위치, 즉 측정 대상의 호흡 패턴이 정확하게 반영된 위치를 의미하는 것으로서, 반사 거리별로 반사되어 수신되는 전파 신호로부터 정확한 호흡 신호를 포착하는 것은 정확한 호흡 측정을 위해 반드시 선행되어야 한다.Here, as shown in FIG. 2 schematically illustrating the step of determining the optimal respiration position of the measurement target using a real-time wireless respiration measurement system according to an embodiment of the present invention, the optimum respiration position is the respiration signal of the measurement target. The included position, that is, the position where the breathing pattern of the measurement target is accurately reflected, and capturing the correct breathing signal from the radio signal reflected and received for each reflection distance must be preceded for accurate breathing measurement.

최적 호흡 위치를 결정하는 구성이 결여된 시스템의 경우, 근거리 측정 시스템과 같이 측정 대상의 호흡 신호가 강하게 수신될 수 밖에 없어 호흡 측정이 용이하거나 측정 대상 자체 또는 측정 대상 주위에 호흡 이외의 다른 움직임이 없어 호흡 신호만이 유일하게 수신되는 경우에 국한되어 적용될 수 밖에 없다.In the case of a system that lacks a configuration to determine the optimal respiration position, as in a short-distance measurement system, the respiration signal of the measurement target is inevitably received strongly, making it easy to measure respiration, or there is no movement other than respiration around the measurement object itself or around the measurement object. There is no choice but to be applied only when only the respiratory signal is received.

이에 따라, 측정 대상이 원거리에 위치하거나 측정 대상의 주변에 움직임을 나타내는 동적 물체가 존재하는 노이즈 환경 하에서 정확한 호흡 신호의 포착이 어려울 뿐만 아니라 호흡 이외의 움직임을 호흡 신호로 오인하는 경우가 발생할 여지가 존재한다.Accordingly, it is difficult to accurately capture a respiration signal in a noisy environment where the measurement target is located at a distance or there is a dynamic object indicating movement around the measurement target, and there is a possibility that movement other than respiration may be mistaken for a respiration signal. exist.

반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템은 수신된 전파 신호로부터 배경 신호를 제거(background subtraction)한 후 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정할 뿐만 아니라, 전체 탐지 영역으로부터 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치를 측정 대상의 최적 호흡 위치로 결정함으로써 상술한 기존 방식의 시스템의 단점을 보완하는 것이 가능하다.On the other hand, the real-time wireless respiration measurement system according to an embodiment of the present invention not only determines the optimal respiration position of the measurement target after removing the background signal from the received radio signal, but also the radio signal received from the entire detection area By determining the position having the maximum dispersion or maximum energy as the optimal breathing position of the measurement target, it is possible to compensate for the disadvantages of the above-described conventional system.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템 상에서 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 단계의 동작 순서도를 나타낸 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템에 적용된 최적 호흡 위치 결정부는 우선 배경 신호가 제거된 시간-반사 거리별 전파 신호로부터 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치를 최적 호흡 후보 위치를 선정한다.More specifically, as shown in Figure 3 showing an operation flowchart of the step of determining the optimal respiration position of the measurement target on the real-time wireless respiration measurement system according to an embodiment of the present invention, real-time according to an embodiment of the present invention The optimal respiration position determining unit applied to the wireless respiration measurement system first selects the optimal respiration candidate position from the time-reflected distance-specific radio signal from which the background signal is removed, the position having the maximum dispersion or maximum energy.

즉, 최적 호흡 후보 위치에서의 전파 신호는 동일한 거리로부터 반사된 전파 신호들의 시간의 흐름에 따른 세기 변화(도 6a 참조)로 나타나게 된다.That is, the propagation signal at the optimal respiration candidate position appears as a change in intensity over time (see FIG. 6A ) of the radio signals reflected from the same distance.

이어서, 최적 호흡 후보 위치에서 추출된 호흡 신호가 소정의 시간 동안 정상 호흡 신호를 나타내는지 여부를 판단하고, 정상 호흡 신호인 경우 호흡 신호 위치가 고정되어 지속적인 호흡 측정이 이루어지게 되나, 비정상 호흡 신호인 것으로 판단된 경우, 해당 위치는 소정의 시간 동안 최적 호흡 후보 위치에서 제외된다.Then, it is determined whether the respiration signal extracted from the optimal respiration candidate position represents a normal respiration signal for a predetermined time, and in the case of a normal respiration signal, the respiration signal position is fixed and continuous respiration measurement is made, but the abnormal respiration signal If it is determined that there is, the corresponding position is excluded from the optimal respiration candidate position for a predetermined time.

도 4에는 최적 호흡 후보 위치에서의 호흡 신호가 정상 호흡 신호인지 여부를 판단하는 단계의 동작 순서도가 도시되어 있으며, 구체적으로 다음과 같은 단계를 통해 정상 호흡 신호인지 여부를 판단할 수 있다.
4 is an operation flowchart of the step of determining whether the respiration signal at the optimal respiration candidate position is a normal respiration signal, in detail, it can be determined whether the respiration signal is a normal respiration signal through the following steps.

1) 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 반사되는 전파 신호를 소정의 시간 동안 추출한 제1 전파 신호와 상기 제1 전파 신호를 일정 시간만큼 지연시킨 제2 전파 신호 사이의 자기 상관(auto-correlation) 연산을 통해 두 전파 신호간 유사도를 계산하며, 상기 자기 상관 연산에 의해 계산된 두 전파 신호간 유사도가 최대값을 나타내는 피크 사이의 주기를 통해 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수(f 1)를 연산하는 단계;
1) Autocorrelation between a first radio signal obtained by extracting a radio signal reflected from a position at which the received radio signal has maximum dispersion or maximum energy for a predetermined time, and a second radio signal obtained by delaying the first radio signal by a predetermined time The similarity between two radio signals is calculated through an (auto-correlation) operation, and the time axis-based respiration rate ( calculating f 1 );

2) 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 수신된 전파 신호를 소정 시간 동안 추출한 후 푸리에 변환(Fourier transform) 연산을 통해 상기 전파 신호의 최대 주파수를 계산하며, 상기 푸리에 변환 연산에 의해 계산된 주파수를 통해 측정 대상의 주파수 축 기반 호흡수(f 2)를 연산하는 단계;2) After extracting the received radio signal for a predetermined time at the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy, the maximum frequency of the radio signal is calculated through a Fourier transform operation, and in the Fourier transform operation Computing the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) of the measurement target through the frequency calculated by;

여기서, 단계 1) 및 단계 2)의 연산은 연산부에 의해 수행될 수 있다.
Here, the operations of steps 1) and 2) may be performed by the operation unit.

3) 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내인 경우, 소정의 시간 동안 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내로 유지되는지 여부를 판단하는 단계;
3) When the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) is within a predetermined range, the time axis-based respiration rate ( f 1 ) for a predetermined time and Determining whether the absolute value of the difference between the frequency axis-based respiration rate ( f 2) is maintained within a predetermined range;

4) 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 밖이거나 소정의 시간 동안 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내로 유지되지 않는 경우, 해당 위치를 최적 호흡 후보 위치에서 제외하고, 나머지 영역에서 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 상기 단계 1) 내지 상기 단계 3)을 반복하는 단계.
4) the absolute value of the difference between the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency-axis-based respiration rate ( f 2 ) measured at a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is outside a predetermined range, or If the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) for a predetermined time is not maintained within a predetermined range, the position is excluded from the optimal respiration candidate position, and , repeating the above steps 1) to 3) on the position where the radio signal received in the remaining area has the maximum dispersion or maximum energy.

단계 1) 및 단계 2)에서 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 반사되는 전파 신호를 추출하는 "소정의 시간(T 1)"은 추출된 전파 신호를 자기 상관 연산 및 푸리에 변환 연산을 했을 때 유의미한 결과값이 얻어지기에 충분한 시간을 의미한다. The "predetermined time ( T 1 )" for extracting the propagation signal reflected on the position at which the propagation signal received in steps 1) and 2) has the maximum dispersion or maximum energy, the extracted propagation signal is subjected to autocorrelation and Fourier transform It means the time sufficient to obtain a meaningful result when the operation is performed.

측정 대상의 호흡 패턴에 따라 단계 1)에서의 "소정의 시간(T 1)"은 적절히 조절될 수 있으며, 예를 들어, 단계 1)에서의 "소정의 시간(T 1)"은 호흡 신호로 예상되는 전파 신호의 골과 마루가 적어도 2회 이상 수신되기에 충분한 시간일 수 있다.According to the breathing pattern of the measurement target, the "predetermined time ( T 1 )" in step 1) may be appropriately adjusted, for example, the "predetermined time ( T 1 )" in step 1) is a respiration signal. It may be sufficient time for the troughs and ridges of the expected propagation signal to be received at least twice.

단계 3)에서 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 존재하여야 할 "소정의 범위(d)"는 측정 대상의 호흡 패턴에 따라 달라질 수 있으나, 일반적으로 주 측정 대상에 해당하는 사람의 호흡 신호는 Sin 또는 Cos 파형과 상당히 유사하기 때문에 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이는 정상적인 호흡 신호일 경우 "소정의 범위(d)"는 실제 호흡수(또는 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 주파수 축 기반 호흡수(f 2) 중 어느 하나의 값)의 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만일 수 있다. In step 3), the “predetermined range ( d )” in which the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) should exist is determined according to the breathing pattern of the measurement target. Although it can vary, the difference between the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency-axis-based respiration rate ( f 2 ) is the difference between the time-axis-based respiration rate and For a signal, the "predetermined range ( d )" is less than 10% of the actual respiration rate (or the value of either the time axis based respiration rate ( f 1 ) or the frequency axis based respiration rate ( f 2 )), preferably 5 % may be less.

예를 들어, 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 밖인 경우와 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내인 경우가 각각 도 5 및 도 6에 도시되어 있다.For example, the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) measured on a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is within a predetermined range The absolute value of the difference between the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency-axis-based respiration rate ( f 2 ) measured outside the case and the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is within a predetermined range Cases are shown in Figs. 5 and 6, respectively.

우선, 도 5a는 비정상 호흡 신호의 추출 결과를 나타낸 것이며, 도 5b는 도 5a의 비정상 호흡 신호의 푸리에 변환(Fourier transform) 연산 결과를 나타낸 것이며, 도 5c는 도 5a에 나타낸 비정상 호흡 신호의 자기 상관(auto-correlation) 연산 결과를 나타낸 것이다.First, FIG. 5a shows the extraction result of the abnormal respiration signal, FIG. 5b shows the Fourier transform calculation result of the abnormal respiration signal of FIG. 5a, and FIG. 5c shows the autocorrelation of the abnormal respiration signal shown in FIG. 5a (auto-correlation) The result of the operation is shown.

도 5a에 나타낸 바와 같이, 비정상 호흡 신호인 경우, 일반적으로 정상 호흡 신호가 나타내는 Sin 또는 Cos 파형을 나타내지 않는다. 예를 들어, 측정 대상의 주변에 노이즈가 많은 환경에서 측정되거나 측정 대상의 최적 호흡 위치가 정확히 지정되지 않은 상태에서 측정된 경우, 도 5a와 같은 형태의 비정상 호흡 신호가 추출될 가능성이 높다.As shown in FIG. 5A , in the case of an abnormal respiration signal, the Sin or Cos waveform indicated by the normal respiration signal generally does not appear. For example, when the measurement is performed in a noisy environment around the measurement object or the optimal respiration position of the measurement object is not precisely specified, the abnormal respiration signal in the form of FIG. 5A is highly likely to be extracted.

도 5b에 나타낸 바와 같이, 도 5a의 비정상 호흡 신호를 푸리에 변환(Fourier transform) 연산한 후, 최대 주파수값을 통해 호흡수를 연산할 경우, 9.7회/분의 결과값이 얻어지는 반면, 도 5c에 나타낸 바와 같이, 도 5a의 비정상 호흡 신호와 이를 일정 시간만큼 지연시킨 신호 사이의 자기 상관(auto-correlation) 연산을 통해 얻어진 두 신호간 유사도를 통해 얻어진 호흡수는 142.3회/분이다.As shown in Fig. 5b, after Fourier transform operation of the abnormal respiration signal of Fig. 5a, when the respiration rate is calculated through the maximum frequency value, a result value of 9.7 times / min is obtained, whereas in Fig. 5c As shown, the respiration rate obtained through the similarity between the two signals obtained through the auto-correlation operation between the abnormal respiration signal of FIG. 5a and the signal delayed by a predetermined time is 142.3 times/min.

도 5a에 나타낸 호흡 신호로부터 연산된 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이는 실제 호흡수(또는 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 주파수 축 기반 호흡수(f 2) 중 어느 하나의 값)의 10%를 훨씬 초과하는 바, 도 5a의 호흡 신호는 비정상 신호인 것으로 판정할 수 있다. The difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) calculated from the respiration signal shown in FIG. 5A is the actual respiration rate (or time axis-based respiration rate ( f 1 ) and frequency axis-based respiration Since it far exceeds 10% of the number f 2 ), it can be determined that the respiratory signal of FIG. 5A is an abnormal signal.

도 6a는 정상 호흡 신호의 추출 결과를 나타낸 것이며, 도 6b는 도 6a에 나타낸 정상 호흡 신호의 푸리에 변환(Fourier transform) 연산 결과를 나타낸 것이며, 도 6c는 도 6a에 나타낸 정상 호흡 신호의 자기 상관(auto-correlation) 연산 결과를 나타낸 것이다.Figure 6a shows the extraction result of the normal respiration signal, Figure 6b shows the Fourier transform operation result of the normal respiration signal shown in Figure 6a, Figure 6c is the autocorrelation of the normal respiration signal shown in Figure 6a ( auto-correlation) operation result.

도 6b에 나타낸 바와 같이, 도 6a의 정상 호흡 신호를 푸리에 변환(Fourier transform) 연산한 후, 최대 주파수값을 통해 호흡수를 연산할 경우, 29.7회/분의 결과값이 얻어지는 반면, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 도 6a의 정상 호흡 신호와 이를 일정 시간만큼 지연시킨 신호 사이의 자기 상관(auto-correlation) 연산을 통해 얻어진 두 신호간 유사도를 통해 얻어진 호흡수는 30.2회/분이다.As shown in Fig. 6b, after Fourier transform operation of the normal respiration signal of Fig. 6a, when calculating the respiration rate through the maximum frequency value, a result value of 29.7 times / min is obtained, whereas in Fig. 6c As shown, the respiration rate obtained through the similarity between the two signals obtained through the auto-correlation operation between the normal respiration signal of FIG. 6a and the signal delayed by a predetermined time is 30.2 times/min.

도 6a에 나타낸 호흡 신호로부터 연산된 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이는 실제 호흡수(또는 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 주파수 축 기반 호흡수(f 2) 중 어느 하나의 값)의 10% 미만에 해당하는 바, 도 6a의 호흡 신호는 정상 신호인 것으로 판정할 수 있다. The difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) calculated from the respiration signal shown in FIG. 6A is the actual respiration rate (or time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate) It corresponds to less than 10% of the number ( f 2 ) of any one of the values), and it can be determined that the respiratory signal of FIG. 6A is a normal signal.

즉, 상기 단계 3)에 의해 본 발명에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템은 측정 대상이 원거리에 위치하거나 측정 대상의 주변에 움직임을 나타내는 (배경 신호로서 충분히 제거되지 않은) 동적 물체에 의한 신호가 존재하는 노이즈 환경 하에서도측정 대상의 주기성을 나타내는 호흡 신호를 포착하고, 이로부터 호흡수를 정확하게 측정하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 시간 축 기반 호흡수(f 1)의 연산 결과를 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 연산 결과와 함께 대조함으로써 정확성을 제고할 수 있다.That is, in the real-time wireless respiration measurement system according to the present invention by the step 3), a signal by a dynamic object (not sufficiently removed as a background signal) indicating a movement in the vicinity of the measurement object or the measurement object is located in the distance. Even under a noisy environment, it is possible to capture the respiration signal representing the periodicity of the measurement target and accurately measure the respiration rate from it, and to calculate the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) as well as the frequency-axis-based respiration rate ( f 2 ). ) can be compared with the calculation result to improve accuracy.

또한, 단계 3)에서는 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내에 존재한다 하더라도 이와 같은 상태가 "소정의 시간(T 2)" 동안 유지되는 것을 요구한다.In addition, in step 3), even if the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) is within a predetermined range, such a state is "a predetermined time ( T 2 )" is required to be maintained.

여기서, "소정의 시간(T 2)"은 하나의 최적 호흡 후보 위치에서의 정상 호흡 신호 여부를 판별하는데 소비되는 시간으로서, "소정의 시간(T 2)"이 증가할수록 최적 호흡 후보 위치에서의 신호가 정상 호흡 신호인지 여부를 보다 정확히 판단하는 것이 가능하나, 하나의 위치에서 소비되는 시간이 증가하기 때문에 전체 탐지 영역을 모두 스캐닝하는데 소요되는 시간이 늘어날 수 있다.Here, the "predetermined time ( T 2 )" is the time consumed to determine whether a normal respiration signal at one optimal respiration candidate position, and as the "predetermined time ( T 2 )" increases, the It is possible to more accurately determine whether the signal is a normal breathing signal, but since the time consumed in one location increases, the time required to scan the entire detection area may increase.

단계 4)에서는 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 밖이거나 소정의 시간(T 2) 동안 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내로 유지되지 않는 경우, 해당 위치를 최적 호흡 후보 위치에서 제외하는 단계로서, 이 때 해당 위치는 소정의 시간(T 3) 동안 제외될 수 있다.In step 4), the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) measured at a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is within a predetermined range out, or when the absolute value of the difference of the time axis based on respiratory rate (f 1) and the frequency axis based on respiratory rate (f 2) that is not maintained within a predetermined range for a predetermined time (T 2), optimally the position As a step of excluding from the breathing candidate position, in this case, the position may be excluded for a predetermined time (T 3 ).

여기서, "소정의 시간(T 3)"은 최적 호흡 후보 위치에서 정상 호흡 신호가 탐지되지 않을 경우, 해당 위치를 얼마 동안 재탐색하지 않을 것인지 결정하는 변수로서, "소정의 시간(T 3)"이 증가할수록 하나의 위치에서 소요되는 시간이 적어지기 때문에 전체 탐지 영역을 모두 스캐닝하는데 소요되는 시간 역시 적어진다는 장점이 있으나, 하나의 위치에서의 탐지 시간이 적기 때문에 정상 호흡 신호임에도 불구하고 이를 탐지하지 못할 가능성이 존재한다.Here, the "predetermined time ( T 3 )" is a variable that determines how long the position will not be searched again when a normal breathing signal is not detected at the optimal respiration candidate position, and the "predetermined time ( T 3 )" As the value increases, the time required to scan the entire detection area decreases as the time required for one position decreases. However, since the detection time for one position is small, the detection time is small even though it is a normal breathing signal. There is a possibility that it cannot.

따라서, "소정의 시간(T 2)"와 "소정의 시간(T 3)"은 전체 탐지 영역을 스캐닝하는데 허용된 시간 등을 고려하여 적절히 밸런싱하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to properly balance the "predetermined time ( T 2 )" and the "predetermined time ( T 3 )" in consideration of the time allowed for scanning the entire detection area, and the like.

상술한 단계 1) 내지 단계 4)에 의해 최적 호흡 후보 위치(또는 그 다음 위치)에서의 호흡 신호가 정상 호흡 신호인 것으로 판정된 경우, 해당 위치가 최적 호흡 위치인 것으로 결정된다.When it is determined that the respiration signal at the optimal respiration candidate position (or the next position) is the normal respiration signal by the above-described steps 1) to 4), it is determined that the corresponding position is the optimum respiration position.

이어서, 측정 대상의 최적 호흡 위치로부터 반사되는 전파 신호로부터 호흡 신호가 지속적으로 추출되며, 연산부에 의해 추출된 호흡 신호로부터 호흡수 연산이 수행된다.Subsequently, a respiration signal is continuously extracted from the radio wave signal reflected from the optimal respiration position of the measurement target, and a respiration rate calculation is performed from the respiration signal extracted by the operation unit.

여기서, 호흡수를 연산하는 동작은 상술한 최적 호흡 후보 위치에서 정상 호흡 신호 여부를 판단하기 위한 단계 1)의 반복 동작으로 볼 수 있다.Here, the operation of calculating the respiration rate may be viewed as a repeating operation of step 1) for determining whether a normal respiration signal is present at the above-described optimal respiration candidate position.

최적 호흡 위치에서 소정의 시간(T 1) 동안 호흡 신호를 추출할 경우, 호흡 신호는 도 6a에 도시된 바와 같이 얻어질 수 있다.When the respiratory signal is extracted for a predetermined time ( T 1 ) at the optimal respiration position, the respiration signal may be obtained as shown in FIG. 6A .

도 6a에 도시된 최초 추출된 호흡 신호를 살펴보면, 골과 마루의 주기성을 어느 정도 관찰할 수 있으나, 호흡 주기가 정확히 반영된 마루에서의 신호의 최대값을 정확히 지정하는 것이 어려운 경우가 존재한다. 이 때, 인접한 마루마다 신호의 최대값이 정확히 지정되지 않을 경우, 호흡 주기는 불규칙하게 연산될 수 있어 부정확한 호흡 측정이 이루어질 수 밖에 없다.Looking at the initially extracted respiration signal shown in FIG. 6A , the periodicity of the bone and the crest can be observed to some extent, but there are cases in which it is difficult to accurately designate the maximum value of the signal at the crest in which the respiration cycle is accurately reflected. At this time, if the maximum value of the signal is not precisely specified for each adjacent floor, the respiration cycle may be calculated irregularly, and inaccurate respiration measurement is inevitably made.

본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템 상에서 호흡수를 연산하는 동작은 자기 상관 연산에 기반한 것으로, 자기 상관 연산이란 원래의 추출된 호흡 신호(제1 전파 신호)와 이를 일정 시간(예를 들어, 호흡 주기 기준 1 또는 2주기)만큼 지연(delay)시킨 호흡 신호(제2 전파 신호)의 유사도를 계산한 것으로서, 예를 들어, 제1 전파 신호에 대하여 제2 전파 신호가 지연되는 정도에 따라 변화하는 유사도 값의 조화 평균으로 정의될 수 있다.The operation of calculating the respiration rate on the real-time wireless respiration measurement system according to an embodiment of the present invention is based on autocorrelation, and autocorrelation is the original extracted respiration signal (first radio signal) and it for a certain time (eg For example, as a calculation of the similarity of the respiration signal (the second radio signal) delayed by the respiration cycle reference 1 or 2 cycles), for example, the degree to which the second radio signal is delayed with respect to the first radio signal It can be defined as a harmonic average of similarity values that change according to

도 6c에 도시된 바와 같이, 측정되는 전파 신호가 일정한 주기를 가질 경우, 일정한 주기에 따라 유사도가 최대값을 나타내는 피크가 나타날 것이며, 피크 사이의 주기를 통해 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수를 연산하는 것이 가능하다. 도 6a에 도시된 호흡 신호와는 달리 도 6c에 도시된 신호는 각 마루별 신호(유사도)의 최대값을 정확히 지정하는 것이 가능하므로, 규칙적인 호흡 주기의 연산과 함께 정확한 호흡 측정이 가능하다는 장점이 있다.As shown in Fig. 6c, when the measured radio signal has a certain period, a peak showing the maximum similarity will appear according to the constant period, and the time axis-based respiration rate of the measurement target is calculated through the period between the peaks. it is possible to do Unlike the respiration signal shown in Fig. 6a, the signal shown in Fig. 6c can accurately designate the maximum value of the signal (similarity) for each crest, so it is possible to accurately measure the respiration along with the calculation of the regular respiration cycle. There is this.

보다 정확한 호흡수 연산을 위해, 시간 축 기반 호흡수(f 1)는 자기 상관 연산에 의해 계산된 두 전파 신호간 유사도가 최대값을 나타내는 적어도 세 피크 사이의 주기의 평균값으로부터 연산될 수 있다.For a more accurate respiration rate calculation, the time axis-based respiration rate f 1 may be calculated from the average value of the period between at least three peaks in which the similarity between the two radio signals calculated by the autocorrelation operation represents the maximum value.

도 7은 정상 호흡 신호의 자기 상관 연산 결과로부터 평균 호흡 주기를 계산하는 과정을 나타낸 것이다.7 illustrates a process of calculating an average respiration cycle from the results of autocorrelation of normal respiration signals.

도 7을 참조하면, 자기 상관 연산에 의해 계산된 두 전파 신호간 유사도가 최대값을 나타내는 5개의 피크 사이의 주기인 t 1, t 2, t 3 및 t 4의 평균값을 평균 호흡 주기(T)로 산정할 수 있으며, 분당 호흡수는 60(분)을 평균 호흡 주기(T)로 나눔으로써 산출될 수 있다.
Referring to FIG. 7 , the average value of t 1 , t 2 , t 3 and t 4 , which is a period between five peaks representing the maximum similarity between two radio signals calculated by autocorrelation, is calculated as the average respiratory cycle (T) It can be calculated as , and the number of breaths per minute can be calculated by dividing 60 (minutes) by the average respiratory cycle (T).

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 측정 시스템은 기존의 주파수 축 신호 상에서 직접적으로 호흡수를 결정하는 것과 달리 시간 축 신호 상에서 호흡수를 결정하는 방법을 제시하고 있다.As described above, the real-time wireless respiration measurement system according to an embodiment of the present invention proposes a method for determining the respiration rate on the time axis signal, as opposed to directly determining the respiration rate on the existing frequency axis signal.

시간 축 신호 상에서 호흡수를 결정하는 방법은 주파수 축 신호 상에서 호흡수를 결정하기 위해 사용하는 푸리에 변환 연산을 사용하지 않기 때문에 연산량을 상당히 감소시킬 수 있는 바 보다 신속한 호흡수 측정이 가능하도록 한다.Since the method of determining the respiration rate on the time axis signal does not use the Fourier transform operation used to determine the respiration rate on the frequency axis signal, it enables faster respiration rate measurement as it can significantly reduce the amount of computation.

또한, 측정되는 호흡 신호가 미약하거나 Sin 또는 Cos 파형과 유사하지 않더라도 호흡 신호가 주기성만 가진다면 정확한 호흡수 측정이 가능하다는 장점이 있다.
In addition, even if the measured respiration signal is weak or not similar to the Sin or Cos waveform, if the respiration signal has only periodicity, it is possible to accurately measure the respiration rate.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
In the above, although an embodiment of the present invention has been described, those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention may be variously modified and changed by, etc., and this will also be included within the scope of the present invention.

Claims (16)

탐지 영역으로 전파 신호를 송신하는 송신부와, 상기 탐지 영역 내 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호를 수신하는 수신부를 포함하는 송수신부; 및
수신된 전파 신호로부터 측정 대상의 호흡수를 측정하는 제어부;
를 포함하되,
상기 제어부는,
측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 최적 호흡 위치 결정부; 및
상기 측정 대상의 최적 호흡 위치로부터 반사되는 전파 신호를 소정의 시간 동안 추출한 제1 전파 신호와 상기 제1 전파 신호를 일정 시간만큼 지연시킨 제2 전파 신호 사이의 자기 상관(auto-correlation) 연산을 통해 두 전파 신호간 유사도를 계산하며, 상기 자기 상관 연산에 의해 계산된 두 전파 신호간 유사도가 최대값을 나타내는 피크 사이의 주기를 통해 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수(f 1)를 연산하는 연산부;
로 구성된,
실시간 무선 호흡 측정 시스템.
a transceiver comprising a transmitter for transmitting a radio signal to a detection area and a receiver for receiving a radio signal reflected by a measurement target within the detection area; and
A control unit for measuring the respiration rate of the measurement target from the received radio signal;
including,
The control unit is
an optimum respiration position determining unit for determining an optimum respiration position of the measurement target; and
Through an auto-correlation operation between a first radio signal extracted from a radio signal reflected from the optimal respiration position of the measurement target for a predetermined time, and a second radio signal delayed by a predetermined time, the first radio signal a calculation unit for calculating the similarity between the two radio signals and calculating the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) of the measurement target through the period between the peaks indicating the maximum value of the similarity between the two radio signals calculated by the autocorrelation operation;
consisting of,
Real-time wireless respiration measurement system.
 제1항에 있어서,
상기 최적 호흡 위치 결정부는 수신된 전파 신호로부터 배경 신호를 제거(background subtraction)한 후 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는,
실시간 무선 호흡 측정 시스템.
According to claim 1,
The optimal respiration position determining unit for determining the optimal respiration position of the measurement target after removing the background signal from the received radio signal (background subtraction),
Real-time wireless respiration measurement system.
 제1항에 있어서,
상기 최적 호흡 위치 결정부는 전체 탐지 영역으로부터 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치를 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치로 결정하는,
실시간 무선 호흡 측정 시스템.
According to claim 1,
The optimal respiration position determining unit determines the position at which the radio signal received from the entire detection area has the maximum dispersion or maximum energy as the optimal respiration position of the measurement target,
Real-time wireless respiration measurement system.
 제3항에 있어서,
상기 최적 호흡 위치 결정부는,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 시간 축 기반 호흡수(f 1)와,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 수신된 전파 신호를 소정 시간 동안 추출한 후 푸리에 변환(Fourier transform) 연산을 통해 상기 전파 신호의 최대 주파수를 계산하며, 상기 푸리에 변환 연산에 의해 계산된 주파수를 통해 연산된 측정 대상의 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내인 경우,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치를 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치인 것으로 결정하는,
실시간 무선 호흡 측정 시스템.
4. The method of claim 3,
The optimal breathing position determining unit,
Respiratory rate based on the time axis ( f 1 ) measured on the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy, and
After the received radio signal is extracted for a predetermined time at a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy, the maximum frequency of the radio signal is calculated through a Fourier transform operation, and is calculated by the Fourier transform operation If the absolute value of the difference between the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) of the measurement target calculated through the frequency
Determining the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy as the optimal breathing position of the measurement target,
Real-time wireless respiration measurement system.
 제4항에 있어서,
상기 최적 호흡 위치 결정부는,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 소정의 시간 동안 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내로 유지될 경우,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치를 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치인 것으로 결정하는,
실시간 무선 호흡 측정 시스템.
5. The method of claim 4,
The optimal breathing position determining unit,
The absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) is maintained within a predetermined range for a predetermined time on a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy if be,
Determining the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy as the optimal breathing position of the measurement target,
Real-time wireless respiration measurement system.
 제4항에 있어서,
상기 최적 호흡 위치 결정부는,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 밖이거나 소정의 시간 동안 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내로 유지되지 않는 경우,
상기 위치를 최적 호흡 위치에서 제외하는,
실시간 무선 호흡 측정 시스템.
5. The method of claim 4,
The optimal breathing position determining unit,
The absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) measured at a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is outside a predetermined range or When the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) for time is not maintained within a predetermined range,
excluding the position from the optimal breathing position,
Real-time wireless respiration measurement system.
 제6항에 있어서,
상기 최적 호흡 위치 결정부는,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치가 최적 호흡 위치가 아닐 경우,
상기 위치를 제외한 나머지 영역 중 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내인지 여부를 판단하는,
실시간 무선 호흡 측정 시스템.
7. The method of claim 6,
The optimal breathing position determining unit,
If the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is not the optimal breathing position,
The absolute value of the difference between the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency-axis-based respiration rate ( f 2 ) measured on a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy among the regions other than the position is to determine whether it is within a predetermined range,
Real-time wireless respiration measurement system.
 제1항에 있어서,
상기 시간 축 기반 호흡수(f 1)는 상기 자기 상관 연산에 의해 계산된 두 전파 신호간 유사도가 최대값을 나타내는 적어도 세 피크 사이의 주기의 평균값으로부터 연산되는,
실시간 무선 호흡 측정 시스템.
According to claim 1,
The time axis-based respiration rate ( f 1 ) is calculated from the average value of the period between at least three peaks in which the similarity between the two radio signals calculated by the autocorrelation operation represents the maximum value,
Real-time wireless respiration measurement system.
 실시간 무선 호흡 측정 시스템의 실시간 무선 호흡 측정 방법에 있어서,
a) 송신부가, 탐지 영역으로 전파 신호를 송신한 후 상기 탐지 영역 내 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호를 수신하는 단계;
b) 최적 호흡 위치 결정부가, 상기 단계 a)에서 수신된 전파 신호로부터 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 단계;
c) 연산부가, 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치로부터 반사되는 전파 신호를 소정의 시간 동안 추출한 제1 전파 신호와 상기 제1 전파 신호를 일정 시간만큼 지연시킨 제2 전파 신호 사이의 자기 상관(auto-correlation) 연산을 통해 두 전파 신호간 유사도를 계산하는 단계; 및
d) 상기 연산부가, 상기 자기 상관 연산에 의해 계산된 두 전파 신호간 유사도가 최대값을 나타내는 피크 사이의 주기를 통해 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수(f 1)를 연산하는 단계;
를 포함하는,
실시간 무선 호흡 측정 방법.
In the real-time wireless respiration measurement method of the real-time wireless respiration measurement system,
a) receiving, by a transmitter, a radio signal reflected by a measurement target within the detection area after transmitting the radio signal to the detection area;
b) determining, by the optimum respiration position determining unit, the optimum respiration position of the measurement target from the radio signal received in step a);
c) an autocorrelation (auto-correlation) between a first radio signal obtained by extracting a radio signal reflected from the optimal respiration position of the measurement target for a predetermined time, and a second radio signal obtained by delaying the first radio signal by a calculation unit, for a predetermined time correlation) calculating a similarity between the two radio signals through an operation; and
d) calculating, by the operation unit, the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) of the measurement target through the period between the peaks indicating the maximum value of the similarity between the two radio signals calculated by the autocorrelation operation;
containing,
Real-time wireless respiration measurement method.
 제9항에 있어서,
상기 단계 b)는 상기 단계 a)에서 수신된 전파 신호로부터 배경 신호를 제거(background subtraction)한 후, 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 단계를 포함하는,
실시간 무선 호흡 측정 방법.
10. The method of claim 9,
The step b) comprises the step of determining the optimal breathing position of the measurement target after removing the background signal from the radio signal received in step a),
Real-time wireless respiration measurement method.
 제9항에 있어서,
상기 단계 b)는 전체 탐지 영역으로부터 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치를 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치로 결정하는 단계;
를 포함하는,
실시간 무선 호흡 측정 방법.
10. The method of claim 9,
The step b) comprises the steps of determining a position at which the radio signal received from the entire detection area has the maximum dispersion or maximum energy as the optimal respiration position of the measurement target;
containing,
Real-time wireless respiration measurement method.
 제11항에 있어서,
상기 단계 b)는,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수(f 1)를 측정하는 단계;
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 수신된 전파 신호를 소정 시간 동안 추출한 후 푸리에 변환(Fourier transform) 연산을 통해 상기 전파 신호의 최대 주파수를 계산하며, 상기 푸리에 변환 연산에 의해 계산된 주파수를 통해 측정 대상의 주파수 축 기반 호흡수(f 2)를 측정하는 단계; 및
상기 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내인 경우, 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치를 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치인 것으로 결정하는 단계;
를 포함하는,
실시간 무선 호흡 측정 방법.
12. The method of claim 11,
Step b) is,
Measuring the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) of the measurement target on the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy;
After the received radio signal is extracted for a predetermined time at a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy, the maximum frequency of the radio signal is calculated through a Fourier transform operation, and is calculated by the Fourier transform operation Measuring the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) of the measurement target through the frequency; and
When the absolute value of the difference between the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency-axis-based respiration rate ( f 2 ) is within a predetermined range, the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is the measurement target determining that it is an optimal breathing position of
containing,
Real-time wireless respiration measurement method.
 제12항에 있어서,
상기 단계 b)는,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 소정의 시간 동안 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내로 유지될 경우,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치를 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치인 것으로 결정하는 단계;
를 포함하는,
실시간 무선 호흡 측정 방법.
13. The method of claim 12,
Step b) is,
The absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) is maintained within a predetermined range for a predetermined time on a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy if be,
determining a position at which the received radio signal has a maximum dispersion or maximum energy as an optimal respiration position of the measurement target;
containing,
Real-time wireless respiration measurement method.
 제12항에 있어서,
상기 단계 b)는,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 밖이거나 소정의 시간 동안 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내로 유지되지 않는 경우,
상기 위치를 최적 호흡 위치에서 제외하는 단계;
를 포함하는,
실시간 무선 호흡 측정 방법.
13. The method of claim 12,
Step b) is,
The absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) measured at a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is outside a predetermined range or When the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) for time is not maintained within a predetermined range,
excluding the position from the optimal breathing position;
containing,
Real-time wireless respiration measurement method.
 제14항에 있어서,
상기 단계 b)는,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치가 최적 호흡 위치가 아닐 경우,
상기 위치를 제외한 나머지 영역 중 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내인지 여부를 판단하는 단계;
를 포함하는,
실시간 무선 호흡 측정 방법.
15. The method of claim 14,
Step b) is,
If the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is not the optimal breathing position,
The absolute value of the difference between the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency-axis-based respiration rate ( f 2 ) measured on a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy among the regions other than the position is determining whether it is within a predetermined range;
containing,
Real-time wireless respiration measurement method.
 제9항에 있어서,
상기 단계 d)는,
상기 자기 상관 연산에 의해 계산된 두 전파 신호간 유사도가 최대값을 나타내는 적어도 세 피크 사이의 주기의 평균값으로부터 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1)를 연산하는 단계;
를 포함하는,
실시간 무선 호흡 측정 방법.10. The method of claim 9,
Step d) is,
calculating the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) from an average value of a period between at least three peaks in which the similarity between the two radio signals calculated by the autocorrelation operation has a maximum value;
containing,
Real-time wireless respiration measurement method.
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