KR102444685B1 - Apparatus and method for determining a distance for measuring vital sign based on coherency between magnitude and phase - Google Patents
Apparatus and method for determining a distance for measuring vital sign based on coherency between magnitude and phase Download PDFInfo
- Publication number
- KR102444685B1 KR102444685B1 KR1020200154280A KR20200154280A KR102444685B1 KR 102444685 B1 KR102444685 B1 KR 102444685B1 KR 1020200154280 A KR1020200154280 A KR 1020200154280A KR 20200154280 A KR20200154280 A KR 20200154280A KR 102444685 B1 KR102444685 B1 KR 102444685B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- signal
- magnitude
- phase
- distance
- determining
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
- G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
- G01S13/34—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
- G01S13/581—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/28—Details of pulse systems
- G01S7/285—Receivers
- G01S7/288—Coherent receivers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Physiology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
본 발명은 크기와 위상 사이의 코히어런시에 기반한 활력 징후 측정 거리 결정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 활력 징후 측정을 위한 거리를 결정하는 방법에 있어서, 레이더를 통해 반사된 신호를 수신하는 단계; 반사된 신호에 기초하여 크기 신호와 위상 신호를 결정하는 단계; 크기 신호와 위상 신호 사이의 코히어런시를 결정하는 단계; 및 코히어런시에 기초하여 활력 징후 측정을 위한 거리를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 활력 징후가 존재하는 범위 빈에서는 크기 및 위상의 변동이 높은 상관 관계가 있다는 수학적 모델과 실험적 관찰을 기반으로 각 범위 빈에서 크기와 위상 간의 코히어런시를 정량화하는 크기 위상 코히어런시 지수를 활용함으로써, 가장 높은 지수 값을 가지는 범위 빈이 선택된다면, 종래의 방법들에 비하여 더욱 정확한 활력 징후가 측정될 수 있다.The present invention relates to an apparatus and method for determining a vital sign measurement distance based on coherence between magnitude and phase. According to the present invention, there is provided a method for determining a distance for measuring vital signs, the method comprising: receiving a reflected signal through a radar; determining a magnitude signal and a phase signal based on the reflected signal; determining a coherency between the magnitude signal and the phase signal; and determining a distance for the vital sign measurement based on the coherency.
According to the present invention, magnitude phase coherence to quantify coherence between magnitude and phase in each range bin based on a mathematical model and experimental observation that the fluctuations in magnitude and phase are highly correlated in range bins where vital signs are present. By utilizing the herency index, if the range bin having the highest index value is selected, more accurate vital signs can be measured compared to conventional methods.
Description
본 발명은 활력 징후(vital sign)을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW) 레이더를 이용하여 활력 징후를 측정하기 위하여 레이더와 목표 대상 사이의 최적 거리를 결정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring vital signs, and more particularly, to an optimal relationship between a radar and a target in order to measure vital signs using a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) radar. It relates to an apparatus and method for determining a distance.
FMCW 레이더는 표적의 범위(range) 및 변위(displacement) 정보를 모두 얻을 수 있다. 범위 및 변위에 대한 정보는 복조된 레이더 신호의 스펙트럼 구성 요소에 있으며, 이산 푸리에 변환(DFT)과 같은 스펙트럼 분석을 사용하여 간단히 추출될 수 있다. 또한 FMCW 레이더는 밀리미터(mm) 파를 활용하기 때문에, 전력 소모가 적고 포장의 크기를 작게 할 수 있는 장점이 있다. 이러한 특성으로 인해 FMCW 레이더는 범위 및 변위에 대한 분석 요구가 존재하는 다양한 분야에 널리 적용되어 왔으며, 그러한 분야로서 자동차 제어 시스템, 제스처 인식, 구조 모니터링 및 수위 측정을 들 수 있다. 특히 생체 의학 분야에서는 호흡 및 심장 박동과 같은 비접촉 활력 징후(non-contact vital sign)의 모니터링에 FMCW가 사용되고 있다. 비접촉 활력 징후 모니터링은 사용자에게 불편함을 주지 않고도 지속적으로 작동할 수 있어 노인 가정 의료 관리, 영아 돌연사 증후군 예방, 운전자 모니터링 시스템, 생존자 수색 등에 유용하다.The FMCW radar can obtain both the range and displacement information of the target. Information about range and displacement resides in the spectral components of the demodulated radar signal and can be simply extracted using spectral analysis such as discrete Fourier transform (DFT). In addition, since the FMCW radar uses millimeter (mm) waves, it has the advantage of reducing power consumption and reducing the size of the pavement. Due to these characteristics, FMCW radar has been widely applied in various fields where there is a need for analysis of range and displacement, such as automobile control systems, gesture recognition, structure monitoring, and water level measurement. In particular, in the biomedical field, FMCW is used for monitoring non-contact vital signs such as respiration and heart rate. Non-contact vital sign monitoring can operate continuously without causing any inconvenience to users, making it useful for elderly home health care, prevention of sudden infant death syndrome, driver monitoring systems, and survivor searches.
FMCW 레이더 신호에서 생체 신호를 추출하는 일반적인 프로세스는 주로 스펙트럼의 분해 및 범위 빈(range bin)의 선택으로 구성된다. DFT를 사용한 스펙트럼 분해 후 각 범위 빈 또는 주파수 빈에서 크기와 위상이 얻어진다. 범위 프로파일이라고 불리는 각 범위 빈의 크기와 위상은 변위 정보를 포함한다. 범위 프로파일에서 활력 징후를 추출하려면 활력 정보가 존재하는 특정 범위 빈을 선택할 필요가 있다. 예를 들어, 호흡은 복부 또는 가슴 근처 범위에서 측정되고 심장 박동은 목과 같이 피부가 얇은 범위에서 측정된다. 기존의 방법에 따르면, 크기 또는 위상을 활용하여 범위 빈이 선택된다. 최대 위상 변화를 가진 범위 빈을 선택하는 기존에 방법은 위상 노이즈에 취약하다. 특정 목표 범위 내에서 범위 빈을 통합하는 종래 방법에 따르면, 활력 징후의 정확도가 낮을 수 있다. 범위 빈을 잘못 선택하면 활력 징후 모니터링이 부정확해질 수 있다. 따라서 범위 빈의 선택은 활력 징후를 정확하게 감지하는 데 매우 중요하다.The general process of extracting biosignals from FMCW radar signals mainly consists of spectral decomposition and selection of range bins. After spectral decomposition using DFT, magnitude and phase are obtained at each range bin or frequency bin. The magnitude and phase of each range bin, called a range profile, contains displacement information. To extract vital signs from a range profile, it is necessary to select a specific range bin in which vital information exists. For example, breathing is measured in a range near the abdomen or chest, and heart rate is measured in a range with thin skin, such as the neck. According to the existing method, a range bin is selected using magnitude or phase. The conventional method of selecting the range bin with the largest phase shift is vulnerable to phase noise. According to the conventional method of integrating range bins within a specific target range, the accuracy of vital signs may be low. Incorrect selection of range bins can lead to inaccurate monitoring of vital signs. Therefore, the selection of range bins is very important for accurate detection of vital signs.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허 제10-1895324호(2018.09.05. 공고)에 개시되어 있다.The technology that is the background of the present invention is disclosed in Republic of Korea Patent Registration No. 10-1895324 (2018.09.05. Announcement).
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW) 레이더를 이용하여 활력 징후를 측정하기 위하여 레이더와 목표 대상 사이의 최적 거리를 결정하는 장치 및 방법을 제시하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide an apparatus and method for determining an optimal distance between a radar and a target in order to measure vital signs using a frequency modulated continuous wave (FMCW) radar.
본 발명의 일 실시에 따라 활력 징후 측정을 위한 거리를 결정하는 방법은, 레이더를 통해 반사된 신호를 수신하는 단계; 상기 반사된 신호에 기초하여 크기 신호와 위상 신호를 결정하는 단계; 상기 크기 신호와 상기 위상 신호 사이의 코히어런시를 결정하는 단계; 및 상기 코히어런시에 기초하여 활력 징후 측정을 위한 거리를 결정하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a method for determining a distance for measuring vital signs includes: receiving a reflected signal through a radar; determining a magnitude signal and a phase signal based on the reflected signal; determining coherency between the magnitude signal and the phase signal; and determining a distance for measuring vital signs based on the coherency.
상기 크기 신호와 상기 위상 신호 사이의 코히어런시는 시간 윈도우내에서 상기 크기 신호와 상기 위상 신호에 기초하여 결정될 수 있다.The coherence between the magnitude signal and the phase signal may be determined based on the magnitude signal and the phase signal within a time window.
상기 크기 신호와 상기 위상 신호 사이의 코히어런시는 시간 윈도우내에서 상기 크기 신호와 상기 위상 신호의 곱의 합의 절대값, 상기 크기 신호의 표준 편차, 상기 위상 신호의 표준 편차에 기초하여 결정될 수 있다.The coherence between the magnitude signal and the phase signal may be determined based on an absolute value of the sum of the product of the magnitude signal and the phase signal within a time window, a standard deviation of the magnitude signal, and a standard deviation of the phase signal. have.
상기 크기 신호와 상기 위상 신호는 상기 레이더를 통해 송신된 신호와 상기 반사된 신호의 결합 신호에 기초하여 결정될 수 있다.The magnitude signal and the phase signal may be determined based on a combined signal of a signal transmitted through the radar and the reflected signal.
상기 크기 신호와 상기 위상 신호는 상기 결합 신호에 저대역 필터를 적용하여 생성되는 중간 주파수 신호로부터 결정될 수 있다.The magnitude signal and the phase signal may be determined from an intermediate frequency signal generated by applying a low-pass filter to the combined signal.
상기 크기 신호와 상기 위상 신호는 상기 중간 주파수 신호를 이산 푸리에 변환하여 생성되는 이산 푸리에 변환 신호로부터 결정될 수 있다.The magnitude signal and the phase signal may be determined from a discrete Fourier transform signal generated by performing a discrete Fourier transform on the intermediate frequency signal.
상기 크기 신호는 상기 이산 푸리에 변환 신호의 크기를 거리에 따라 나타내는 신호이고, 상기 위상 신호는 상기 이산 푸리에 변환 신호의 위상을 거리에 따라 나타내는 신호일 수 있다.The magnitude signal may be a signal indicating the magnitude of the discrete Fourier transformed signal according to a distance, and the phase signal may be a signal indicating the phase of the discrete Fourier transformed signal according to a distance.
상기 활력 징후 측정을 위한 거리는 상기 코히어런시가 가장 높을 때의 거리로서 결정될 수 있다.The distance for measuring the vital sign may be determined as a distance when the coherency is the highest.
본 발명의 일 실시예에 따라 활력 징후 측정을 위한 거리를 결정하는 장치는, 반사된 신호를 수신하는 레이더; 상기 반사된 신호에 기초하여 크기 신호와 위상 신호를 결정하고, 상기 크기 신호와 상기 위상 신호 사이의 코히어런시를 결정하는 코히어런시 결정부; 및 상기 코히어런시에 기초하여 활력 징후 측정을 위한 거리를 결정하는 거리 결정부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an apparatus for determining a distance for measuring vital signs includes: a radar receiving a reflected signal; a coherency determining unit that determines a magnitude signal and a phase signal based on the reflected signal, and determines coherency between the magnitude signal and the phase signal; and a distance determiner configured to determine a distance for measuring vital signs based on the coherency.
상기 코히어런시 결정부는 시간 윈도우내에서 상기 크기 신호와 상기 위상 신호에 기초하여 상기 크기 신호와 상기 위상 신호 사이의 코히어런시를 결정할 수 있다.The coherency determiner may determine coherency between the magnitude signal and the phase signal based on the magnitude signal and the phase signal within a time window.
상기 활력 징후 측정 거리 결정 장치는 상기 레이더를 통해 송신된 신호와 상기 반사된 신호를 결합하여 결합 신호를 생성하는 믹서를 더 포함하고, 상기 크기 신호와 상기 위상 신호는 상기 결합 신호에 기초하여 결정될 수 있다.The vital sign measuring distance determining device further comprises a mixer for generating a combined signal by combining the signal transmitted through the radar and the reflected signal, the magnitude signal and the phase signal may be determined based on the combined signal have.
상기 활력 징후 측정 거리 결정 장치는 상기 결합 신호를 저대역 필터링하여 중간 주파수 신호를 생성하는 필터를 더 포함하고, 상기 크기 신호와 상기 위상 신호는 상기 중간 주파수 신호로부터 결정될 수 있다.The vital sign measuring distance determining device may further include a filter configured to generate an intermediate frequency signal by low-pass filtering the combined signal, and the magnitude signal and the phase signal may be determined from the intermediate frequency signal.
상기 활력 징후 측정 거리 결정 장치는 상기 중간 주파수 신호를 이산 푸리에 변환하여 이산 푸리에 변환 신호를 생성하는 이산 푸리에 변환부를 더 포함하고, 상기 크기 신호와 상기 위상 신호는 상기 이산 푸리에 변환 신호로부터 결정될 수 있다.The vital sign measuring distance determining device may further include a discrete Fourier transform unit configured to generate a discrete Fourier transform signal by performing a discrete Fourier transform on the intermediate frequency signal, and the magnitude signal and the phase signal may be determined from the discrete Fourier transform signal.
본 발명에 따르면, 활력 징후가 존재하는 범위 빈에서는 크기 및 위상의 변동이 높은 상관 관계가 있다는 수학적 모델과 실험적 관찰을 기반으로 각 범위 빈에서 크기와 위상 간의 코히어런시를 정량화하는 크기 위상 코히어런시 지수를 활용함으로써, 가장 높은 지수 값을 가지는 범위 빈이 선택된다면, 종래의 방법들에 비하여 더욱 정확한 활력 징후가 측정될 수 있다.According to the present invention, magnitude phase coherence to quantify coherence between magnitude and phase in each range bin based on a mathematical model and experimental observation that the fluctuations in magnitude and phase are highly correlated in range bins where vital signs are present. By utilizing the herency index, if the range bin having the highest index value is selected, more accurate vital signs can be measured compared to conventional methods.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 활력 징후 거리 결정 장치의 블록도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 레이더와 대상의 배치를 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 활력 징후 측정 장치의 동작 방법을 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 단일 피험자로부터 생체 신호를 획득하는 장면을 보여준다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 단일 피험자로부터 측정된 호흡 측정 신호의 크기와 위상을 보여준다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 단일 피험자로부터 측정된 심장 박동 신호의 크기와 위상을 보여준다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 범위 빈에 대한 호흡 측정 신호의 MPC를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 측정 신호의 크기와 위상을 보여준다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 범위 빈에 대한 심장 박동 신호의 MPC를 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 심장 박동 신호의 크기와 위상을 보여준다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 평균 에러와 정확도를 종래 방법과 비교하여 보여주는 도면이다.1 shows a block diagram of an apparatus for determining a vital sign distance according to an embodiment of the present invention.
2 shows an arrangement of an FMCW radar and a target according to an embodiment of the present invention.
3 shows a method of operating an apparatus for measuring vital signs according to an embodiment of the present invention.
4 shows a scene in which a biosignal is obtained from a single subject according to an embodiment of the present invention.
5 shows the magnitude and phase of a respiration measurement signal measured from a single subject according to an embodiment of the present invention.
6 shows the magnitude and phase of a heartbeat signal measured from a single subject according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the MPC of the respiratory measurement signal for the range bin according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 shows the magnitude and phase of the respiration measurement signal according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing the MPC of a heartbeat signal for a range bin according to an embodiment of the present invention.
10 shows the magnitude and phase of a heartbeat signal according to an embodiment of the present invention.
11 is a view showing average error and accuracy according to an embodiment of the present invention compared with a conventional method.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Then, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
다음은 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 활력 징후 거리 결정 장치를 설명한다.The following describes an apparatus for determining a vital sign distance according to an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 활력 징후 거리 결정 장치의 블록도를 보여준다.1 shows a block diagram of an apparatus for determining a vital sign distance according to an embodiment of the present invention.
도 1에서 보여지는 바와 같이, 활력 징후 거리 결정 장치(100)는 FMCW 레이더(110), 믹서(120), 필터(130), 이산 푸리에 변환부(discrete Fourier Transformer, DFT)(140), 크기 위상 코히어런시(Magnitude-phase coherency, MPC) 결정부(150), 거리 결정부(160), 및 활력 징후 측정부(170)를 포함한다. 도 1에서 보여지는 활력 징후 거리 결정 장치(100)는 활력 징후 측정 장치라고 불리울 수도 있다.As shown in FIG. 1 , the vital sign
FMCW 레이더(110)는 선형적으로 변조된 주파수 신호를 송신하고 FMCW 레이더(110)는 대상으로부터 반사된 신호를 수신한다. The FMCW
믹서(120)는 송신한 신호와 수신한 신호를 결합(mixing)하여 결합된 신호를 생성한다.The
필터(130)는 결합된 신호에 저대역 필터를 적용하여 중간 주파수(intermediate frequency, IF) 신호를 생성한다.The
이산 푸리에 변환부(140)는 중간 주파수 신호를 이산 푸리에 변환하여 수학식 3과 같이 표현될 수 있는 이산 푸리에 변환된 신호를 생성한다.The discrete Fourier
크기 위상 코히어런시 결정부(150)는 이산 푸리에 변환된 신호로부터 크기 신호와 위상 신호를 획득하고, 크기 신호와 위상 신호 사이의 코히어런시를 결정한다. The magnitude-phase
거리 결정부(160)는 크기와 위상 사이의 코히어런시가 가장 높을 때의 거리값을 활력 징후 측정을 위한 최적의 거리로 결정한다.The distance determiner 160 determines a distance value when coherency between magnitude and phase is the highest as an optimal distance for measuring vital signs.
활력 징후 측정부(170)는 거리 결정부(160)에서 결정된 거리로부터 FMCW 레이더(110)를 이용하여 활력 징후를 측정한다.The vital
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 레이더와 대상의 배치를 보여준다.2 shows an arrangement of an FMCW radar and a target according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, FMCW 레이더(110)는 대상으로부터 r(t)의 거리에 놓여 있다. 심박의 측정과 관련하여, r(t)는 심박 변화에 따라 미세 변위 만큼 변한다.As shown in FIG. 3 , the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 활력 징후 측정 장치의 동작 방법을 보여준다.3 shows a method of operating an apparatus for measuring vital signs according to an embodiment of the present invention.
먼저, FMCW 레이더(110)는 선형적으로 변조된 주파수 신호를 송신한다(S101).First, the
다음, FMCW 레이더(110)는 대상으로부터 반사된 신호를 수신한다(S103). Next, the
믹서(120)는 송신한 신호와 수신한 신호를 결합(mixing)하여 결합된 신호를 생성한다(S105).The
필터(130)는 결합된 신호에 저대역 필터를 적용하여 중간 주파수(intermediate frequency, IF) 신호 x(t,n)을 생성한다(S107).The
중간주파수 신호 x(t,n)는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The intermediate frequency signal x(t,n) may be expressed as in Equation (1).
수학식 1에서 보여지는 바와 같이, 중간 주파수 신호 x(t,n)는 거리 r에 대응되는 진동 주파수(beat frequency)(fr), 거리 r로부터 반사된 신호의 크기 함수M(t,r), 거리 r로부터 반사된 무선 신호의 시간 지연에 해당하는 위상 함수 P(t,r)으로 표현될 수 있다. t는 스캔 인덱스를 나타내고, n은 처프(chirp) 신호 내 샘플 인덱스를 나타낸다.As shown in
거리 r에 대응되는 진동 주파수(fr)는 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.The vibration frequency f r corresponding to the distance r may be expressed as in Equation (2).
수학식 2에서, BW는 밴드폭를 나타내고, c는 빛의 속도를 나타내고, 는 처프 신호의 길이(duration)를 나타내며, 는 샘플링 주파수를 나타낸다.In
이산 푸리에 변환부(140)는 중간 주파수 신호 x(t,n)를 이산 푸리에 변환하여 수학식 3과 같이 표현될 수 있는 이산 푸리에 변환된 신호(X(t,rk))를 생성한다(S109).The discrete
여기서, here,
크기 위상 코히어런시 결정부(150)는 이산 푸리에 변환된 신호(X(t,rk))로부터 크기 신호 M(t, rk)와 위상 신호 P(t, rk)를 획득한다(S111). The magnitude
크기 신호 M(t, rk)와 위상 신호 P(t, rk)는 수학식 4에 따라 얻어질 수 있다.The magnitude signal M(t, r k ) and the phase signal P(t, r k ) may be obtained according to Equation (4).
rk에 대상이 존재할 때, 크기 함수 M(t, rk)와 위상 함수 P(t, rk)는 수학식 5와 같이 모델링될 수 있다.When an object exists in r k , the magnitude function M(t, r k ) and the phase function P(t, r k ) may be modeled as in
수학식 5에서, M0는 송신 신호의 크기이고, fc는 중심 주파수(center frequency)를 나타낸다.In
rk에 있는 대상이 미세 변위(small displacement) 로 움직인다고 가정하여, 거리 함수 r(t)를 수학식 6에 따라 정의할 수 있다.The object at r k has a small displacement Assuming that it moves to , the distance function r(t) may be defined according to
수학식 5에서 rk를 수학식 6의 r(t)로 대체하면, 수학식 5는 수학식 7과 같이 변경될 수 있다. If r k in
임을 가정하면, 수학식 7의 M(t, rk)는 Taylor series에 의해 수학식 8과 같이 근사될 수 있다. Assuming that , M(t, r k ) in
수학식 7과 수학식 8에서 볼 수 있듯이, 에 존재하는 미세 변위 는 크기 함수 M(t, rk)와 위상 함수 P(t, rk)에 모두 반영되며, 크기 함수 M(t, rk)와 위상 함수 P(t, rk)는 미세 변위 에 선형적으로 비례한다. 이처럼, 크기 함수 M(t, rk)와 위상 함수 P(t, rk)를 이용하여 미세 변위 가 측정될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 활력 징후 측정과 관련하여 는 호흡과 심박 등과 같은 신체 활동에 의해 발생하는 몸의 변위에 해당한다.As can be seen from
다음은 도 4 내지 도 6를 참고하여 호흡 및 심장 박동 추출과 관련하여 크기와 위상을 설명한다.The following describes the magnitude and phase in relation to breathing and heartbeat extraction with reference to FIGS. 4 to 6 .
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 단일 피험자로부터 생체 신호를 획득하는 장면을 보여준다.4 shows a scene in which a biosignal is obtained from a single subject according to an embodiment of the present invention.
도 4에 보여지는 바와 같이, 피험자에는 심장 박동 센서(10), 호흡 센서(20)가 부착되고, 피험자와 거리 r만큼 떨어진 거리에 FMCW 레이더(110)가 놓인다. 심장 박동 센서(10)는 참조 심장 박동 신호의 측정에 사용되고, 호흡 센서(20)는 참조 호흡 신호의 측정에 사용된다.As shown in FIG. 4 , a
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 단일 피험자로부터 측정된 호흡 측정 신호의 크기와 위상을 보여준다.5 shows the magnitude and phase of a respiration measurement signal measured from a single subject according to an embodiment of the present invention.
도 5에서는, 참조 호흡 신호(respiration reference), r=0.700m에서의 크기 및 위상, r=0.550m에서의 크기 및 위상, r=1.100m에서의 크기 및 위상의 신호가 시간 t에 따라 보여진다. 크기 및 위상 그래프에서, 실선은 크기를 나타내고, 점선은 위상을 나타낸다.5 , the signals of a respiration reference, magnitude and phase at r=0.700 m, magnitude and phase at r=0.550 m, magnitude and phase at r=1.100 m are shown as a function of time t . In the magnitude and phase graph, the solid line indicates the magnitude, and the dotted line indicates the phase.
도 5에서 보여지는 바와 같이, r=0.700m에서의 크기 신호 및 위상 신호는 참조 호흡 신호와 높은 상관 관계를 가진다. 그러나, r=0.550m 및 r=1.100m에서의 크기 신호 및 위상 신호는 참조 호흡 신호와는 연관되지 않는다.As shown in FIG. 5 , the magnitude signal and phase signal at r=0.700 m have a high correlation with the reference respiration signal. However, the magnitude signal and phase signal at r=0.550 m and r=1.100 m are not associated with the reference respiration signal.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 단일 피험자로부터 측정된 심장 박동 신호의 크기와 위상을 보여준다.6 shows the magnitude and phase of a heartbeat signal measured from a single subject according to an embodiment of the present invention.
도 6에서는, 참조 심장 박동 신호(heartbeat reference), r=1.200m에서의 크기 및 위상, r=1.025m에서의 크기 및 위상, r=1.325m에서의 크기 및 위상의 신호가 시간 t에 따라 보여진다. 크기 및 위상 그래프에서, 실선은 크기를 나타내고, 점선은 위상을 나타낸다.6 , the signals of a heartbeat reference, magnitude and phase at r=1.200 m, magnitude and phase at r=1.025 m, magnitude and phase at r=1.325 m are shown as a function of time t lose In the magnitude and phase graph, the solid line indicates the magnitude, and the dotted line indicates the phase.
도 6에서 보여지는 바와 같이, r=1.200m에서의 크기 신호 및 위상 신호는 참조 심장 박동 신호와 높은 상관 관계를 가진다. 그러나, r=1.025m 및 r=1.325m에서의 크기 신호 및 위상 신호는 참조 호흡 신호와는 연관되지 않는다.As shown in FIG. 6 , the magnitude signal and phase signal at r=1.200 m have a high correlation with the reference heartbeat signal. However, the magnitude signal and phase signal at r=1.025m and r=1.325m are not associated with the reference respiration signal.
도 5와 도 6에서 보여지는 바와 같이, 측정되는 크기 신호 및 위상 신호는 레이더와 측정 대상 사이의 거리에 따라 정확도가 달라진다. 따라서, 적합한 범위 빈 선택이 필요하다.As shown in FIGS. 5 and 6 , the measured magnitude signal and phase signal have different accuracy depending on the distance between the radar and the measurement target. Therefore, a suitable range bin selection is required.
다시 도 3을 설명한다.Fig. 3 will be described again.
호흡과 심박이 나타나는 적합한 거리 을 결정하기 위하여, 크기 위상 코히어런시 결정부(150)는 수학식 9에서 보여지는 바와 같은 M(t, r)과 P(t, r) 간의 코히어런시를 결정한다(S113). 수학식 7, 수학식 8, 도 5, 및 도 6에서 보여지는 바와 같이, 정확한 호흡 또는 심장 박동이 측정되는 범위 빈에서의 크기 M(t, r) 및 위상 P(t, r)은 호흡 또는 심장 박동에 의한 변위에 비례한다. rk에서의 크기 M(t, r)과 위상 P(t, r)는 서로 높은 상관 관계를 가지며, 크기 M(t, r)과 위상 P (t, r) 사이의 코히어런시 또한 높을 것으로 예상될 수 있다. 크기 M(t, r)과 위상 P (t, r) 사이의 코히어런시를 정량화하기 위해 수학식 9와 같은 크기-위상 코히어런시(Magnitude-phase coherency, MPC) 지수가 사용될 수 있다.Appropriate distance for breathing and heart rate To determine , the magnitude-
이 때, M(t,r)과 P(t,r)의 시간 평균은 사전에 제거 되었으며, 과 은 각각 M(t,r)과 P(t,r)의 시간에 대한 표준편차이다.At this time, the time averages of M(t,r) and P(t,r) were removed in advance, class are the standard deviations with respect to time of M(t,r) and P(t,r), respectively.
수학식 9에서 보여지는 바와 같이, MPC 지수는 시간(t-t0)와 시간(t) 사이의 윈도우 내에서 크기 신호와 위상 신호의 곱의 합의 절대값, 크기 신호의 표준 편차 및 위상 신호의 표준 편차에 기초하여 결정될 수 있다.As shown in
거리 결정부(160)는 크기와 위상 사이의 코히어런시가 가장 높을 때의 거리값을 활력 징후 측정을 위한 최적의 거리로 결정한다(S115). 가장 높은 MPC 지수를 가지는 최적의 범위 빈은 수학식 10에서 보여지는 바와 같이 결정될 수 있다.The
활력 징후 측정부(170)는 거리 결정부(160)에서 결정된 거리로부터 FMCW 레이더(110)를 이용하여 활력 징후를 측정한다(S117).The vital
다음은 도 7 내지 도 10을 참고하여 수학식 10에 따라 결정된 범위 빈이 호흡 및 심장 박동 추출과 관련하여 최적임을 검증한다.Next, with reference to FIGS. 7 to 10 , it is verified that the range bin determined according to
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 범위 빈에 대한 호흡 측정 신호의 MPC를 보여주는 그래프이다.7 is a graph showing the MPC of the respiratory measurement signal for the range bin according to an embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 호흡 측정 신호의 MPC 지수는 거리 r이 rR1 또는 rR2일 때 상대적으로 큰 값을 가지고, 거리 r이 rR3 또는 rR4일 때 상대적으로 작은 값을 가진다. 구체적으로, 호흡 측정 신호의 MPC 지수는 거리 r이 rR2 일 때 0.985이고, 거리 r이 rR1일 때 0.962이고, 거리 r이 rR3 일 때 0.022이며, 거리 r이 rR4 일 때 0.010이다.7, the MPC index of the respiration measurement signal has a relatively large value when the distance r is r R1 or r R2 , and has a relatively small value when the distance r is r R3 or r R4 . Specifically, the MPC index of the respiration measurement signal is 0.985 when the distance r is r R2 , 0.962 when the distance r is r R1 , 0.022 when the distance r is r R3 , and 0.010 when the distance r is r R4 .
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 측정 신호의 크기와 위상을 보여준다.Figure 8 shows the magnitude and phase of the respiration measurement signal according to an embodiment of the present invention.
도 8에서는, 참조 호흡 신호(respiration reference), r=rR2 및 MPC=0.985에서의 크기 및 위상, r=rR1 및 MPC=0.962에서의 크기 및 위상, r=rR3 및 MPC=0.022에서의 크기 및 위상, r=rR4 및 MPC=0.010에서의 크기 및 위상의 신호가 시간 t에 따라 보여진다. 크기 및 위상 그래프에서, 실선은 크기를 나타내고, 점선은 위상을 나타낸다.8 , the respiration reference, magnitude and phase at r=r R2 and MPC=0.985, magnitude and phase at r=r R1 and MPC=0.962, r=r R3 and MPC=0.022 A signal of magnitude and phase, r=r R4 and MPC=0.010, is shown as a function of time t. In the magnitude and phase graph, the solid line indicates the magnitude, and the dotted line indicates the phase.
도 8에서 보여지는 바와 같이, MPC가 가장 높은 값인 0.985일 때, 즉 거리 r이 rR2일 때, 크기 신호 및 위상 신호는 참조 호흡 신호와 높은 상관 관계를 가진다. 그러나, MPC 지수의 값이 작을 때 크기 신호 및 위상 신호는 참조 호흡 신호와 낮은 상관 관계를 가진다.As shown in FIG. 8 , when the MPC is 0.985, the highest value, that is, when the distance r is r R2 , the magnitude signal and the phase signal have a high correlation with the reference respiration signal. However, when the value of the MPC index is small, the magnitude signal and the phase signal have a low correlation with the reference respiration signal.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 범위 빈에 대한 심장 박동 신호의 MPC를 보여주는 그래프이다.9 is a graph showing the MPC of a heartbeat signal for a range bin according to an embodiment of the present invention.
도 9에 도시된 바와 같이, 심장 박동 신호의 MPC 지수는 거리 r이 rR2 또는 rR4일 때 상대적으로 큰 값을 가지고, 거리 r이 rR1 또는 rR3일 때 상대적으로 작은 값을 가진다. 구체적으로, 심장 박동 신호의 MPC 지수는 거리 r이 rR4 일 때 0.887이고, 거리 r이 rR2일 때 0.872이고, 거리 r이 rR1 일 때 0.038이며, 거리 r이 rR3 일 때 0.016이다.9 , the MPC index of the heartbeat signal has a relatively large value when the distance r is r R2 or r R4 , and has a relatively small value when the distance r is r R1 or r R3 . Specifically, the MPC index of the heartbeat signal is 0.887 when the distance r is r R4 , 0.872 when the distance r is r R2 , 0.038 when the distance r is r R1 , and 0.016 when the distance r is r R3 .
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 심장 박동 신호의 크기와 위상을 보여준다.10 shows the magnitude and phase of a heartbeat signal according to an embodiment of the present invention.
도 10에서는, 심장 박동 신호(Heartbeat reference), r=rR4 및 MPC=0.887에서의 크기 및 위상, r=rR2 및 MPC=0.872에서의 크기 및 위상, r=rR1 및 MPC=0.038에서의 크기 및 위상, r=rR3 및 MPC=0.016에서의 크기 및 위상의 신호가 시간 t에 따라 보여진다. 크기 및 위상 그래프에서, 실선은 크기를 나타내고, 점선은 위상을 나타낸다.In FIG. 10 , the heartbeat reference, magnitude and phase at r=r R4 and MPC=0.887, magnitude and phase at r=r R2 and MPC=0.872, and r=r R1 and MPC=0.038. A signal of magnitude and phase, r=r R3 and MPC=0.016, is shown as a function of time t. In the magnitude and phase graph, the solid line indicates the magnitude, and the dotted line indicates the phase.
도 10에서 보여지는 바와 같이, MPC가 가장 높은 값인 0.887일 때, 즉 거리 r이 rR4일 때, 크기 신호 및 위상 신호는 참조 호흡 신호와 높은 상관 관계를 가진다. 그러나, MPC 지수의 값이 작을 때 크기 신호 및 위상 신호는 참조 호흡 신호와 낮은 상관 관계를 가진다.As shown in FIG. 10 , when the MPC is 0.887, the highest value, that is, when the distance r is r R4 , the magnitude signal and the phase signal have a high correlation with the reference respiration signal. However, when the value of the MPC index is small, the magnitude signal and the phase signal have a low correlation with the reference respiration signal.
도 7 내지 도 10에서 보여지는 바와 같이, 추출된 활력 징후의 정확도는 범위 빈의 선택에 크게 좌우된다는 것을 알 수 있다. 따라서, MPC가 최대인 범위 빈을 활력 징후의 측정을 위한 범위 빈으로 선택하여 활력 징후의 정확도를 높일 수 있다.As shown in Figures 7-10, it can be seen that the accuracy of the extracted vital signs is highly dependent on the selection of range bins. Therefore, it is possible to increase the accuracy of vital signs by selecting the range bin with the maximum MPC as the range bin for the measurement of vital signs.
다음은 도 11을 참고하여 3가지의 종래 방법과 비교하여 본 발명의 실시예의 성능을 설명한다.The following describes the performance of an embodiment of the present invention in comparison with three conventional methods with reference to FIG. 11 .
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 평균 에러와 정확도를 종래 방법과 비교하여 보여주는 도면이다.11 is a view showing average error and accuracy according to an embodiment of the present invention compared with a conventional method.
도 11의 데이터를 얻기 위하여, 정상적인 호흡 범위와 심박수를 가진 18 명의 지원자가 선정되었다. 모든 피험자들은 실험의 전체 과정에 대해 잘 알고 있었고 중요한 측정을 하기 최소 5 분 전에 휴식을 취했다. 중심 주파수(fC)로 61GHz가 사용되었고, 대역폭(BW)로 6GHz가 사용되었고, 처프 길이(chirp duration, TC)로 128us가 사용되었고, 샘플링 주파수(FS)로 2MHz가 사용되었으며, 스캔 인터벌로 50ms가 사용되었다. 측정은 각 피험자에 대해 2분간 지속되었다.To obtain the data of Figure 11, 18 volunteers with normal respiratory range and heart rate were selected. All subjects were well acquainted with the entire procedure of the experiment and rested at least 5 minutes before taking important measurements. 61 GHz was used as the center frequency (f C ), 6 GHz was used as the bandwidth (BW), 128 us was used as the chirp duration ( T C ), 2 MHz was used as the sampling frequency (FS ), and the scan An interval of 50 ms was used. Measurements lasted 2 minutes for each subject.
도 11의 데이터를 얻기 위하여, 3가지의 종래 방법으로서, 2019년에 J.-M. Munoz-Ferreras 등에 의해 IEEE에서 발표된 "Fmcw-radar-based vital-sign monitoring of multiple patients"라는 제목의 논문에 기재된 방법(이하 제1 종래 방법이라 함)과, 2019년에 M. Alizadeh 등에 의해 IEEE에서 발표된 "Remote monitoring of human vital signs using mm-wave fmcw radar" 라는 제목의 논문에 기재된 방법(이하 제1 종래 방법이라 함)과, 2019년에 H. Lee 등에 의해 발표된 "A novel vital-sign sensing algorithm for multiple subjects based on 24-ghz fmcw doppler radar"라는 제목의 논문에 기재된 방법(이하 제3 종래 방법이라 함)이 사용되었다.To obtain the data of Fig. 11, as three conventional methods, J.-M. The method described in the paper titled "Fmcw-radar-based vital-sign monitoring of multiple patients" published in IEEE by Munoz-Ferreras et al. (hereinafter referred to as the first conventional method), and by M. Alizadeh et al. in IEEE in 2019 The method described in the paper titled "Remote monitoring of human vital signs using mm-wave fmcw radar" (hereinafter referred to as the first conventional method) published in The method described in the paper titled "sign sensing algorithm for multiple subjects based on 24-ghz fmcw doppler radar" (hereinafter referred to as the third conventional method) was used.
도 11에서 보여지는 바와 같이, 3가지의 종래 방법에 비하여, 본 발명의 실시예에 따른 측정 방법은 대부분의 피험자에서 낮은 평균 오차와 높은 정확성을 보여준다. 또한 3가지 종래 방법에 비하여, 본 발명의 실시예에 따른 측정 방법으로 측정된 결과의 평균 오차와 정확성은 피험자에 따라 적은 변동성을 가진다.As shown in FIG. 11 , compared to the three conventional methods, the measurement method according to the embodiment of the present invention shows a low average error and high accuracy in most subjects. In addition, compared to the three conventional methods, the average error and accuracy of the results measured by the measurement method according to the embodiment of the present invention have less variability depending on the subject.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, which is only exemplary, those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.
10: 심장 박동 센서 20: 호흡 센서
100: 활력 징후 측정 장치 110: FMCW 레이더
120: 믹서 130: 필터
140: 이산 푸리에 변환부 150: 크기 위상 코히어런시 측정부
160: 거리 결정부 170: 활력 징후 측정부10: heart rate sensor 20: breathing sensor
100: vital sign measuring device 110: FMCW radar
120: mixer 130: filter
140: discrete Fourier transform unit 150: magnitude phase coherency measurement unit
160: distance determination unit 170: vital sign measurement unit
Claims (13)
상기 레이더를 통해 송신 후 상기 목표 대상으로부터 반사된 신호를 수신하는 단계;
상기 수신된 신호에 기초하여 크기 신호와 위상 신호를 결정하는 단계;
상기 크기 신호와 상기 위상 신호 사이의 코히어런시를 결정하는 단계; 및
상기 코히어런시에 기초하여 활력 징후 측정을 위한 상기 레이더와 상기 목표 대상 사이의 거리를 결정하는 단계를 포함하며,
상기 크기 신호와 상기 위상 신호 사이의 코히어런시는,
t-t0와 t 사이의 시간 윈도우 내에서 상기 크기 신호와 상기 위상 신호의 곱의 합의 절대값, 상기 크기 신호의 표준 편차, 상기 위상 신호의 표준 편차에 기초하여 아래의 수학식에 의해 결정되는 활력 징후 측정 거리 결정 방법:
여기서, 는 상기 코히어런시, 는 시간, 은 거리, 은 상기 크기 신호, 은 상기 위상 신호, 은 상기 크기 신호의 표준 편차, 은 상기 위상 신호의 표준 편차를 나타낸다.A method for determining a distance between a radar for measuring vital signs and a target object, the method comprising:
receiving a signal reflected from the target after transmission through the radar;
determining a magnitude signal and a phase signal based on the received signal;
determining coherency between the magnitude signal and the phase signal; and
determining a distance between the radar and the target object for vital sign measurement based on the coherency;
The coherence between the magnitude signal and the phase signal is
A vital sign determined by the equation below based on the absolute value of the sum of the product of the magnitude signal and the phase signal within the time window between tt 0 and t, the standard deviation of the magnitude signal, and the standard deviation of the phase signal How to determine the measuring distance:
here, is the coherency, is the time, silver street, is the magnitude signal, is the phase signal, is the standard deviation of the magnitude signal, denotes the standard deviation of the phase signal.
상기 레이더를 통해 송신된 신호와 상기 수신된 신호를 믹서(mixer)를 통해 결합하여 결합 신호를 생성하는 단계; 및
상기 결합 신호를 저대역 필터를 통하여 저대역 필터링하여 중간 주파수(intermediate frequency, IF) 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고,
상기 크기 신호와 상기 위상 신호는 상기 중간 주파수 신호로부터 결정되는 활력 징후 측정 거리 결정 방법.According to claim 1,
generating a combined signal by combining the signal transmitted through the radar and the received signal through a mixer; and
Low-pass filtering the combined signal through a low-pass filter further comprising the step of generating an intermediate frequency (intermediate frequency, IF) signal,
wherein the magnitude signal and the phase signal are determined from the intermediate frequency signal.
상기 크기 신호와 상기 위상 신호는 상기 중간 주파수 신호를 이산 푸리에 변환하여 생성되는 이산 푸리에 변환 신호로부터 결정되는 활력 징후 측정 거리 결정 방법.5. The method of claim 4,
The magnitude signal and the phase signal are determined from a discrete Fourier transform signal generated by discrete Fourier transform of the intermediate frequency signal.
상기 크기 신호는 상기 이산 푸리에 변환 신호의 크기를 거리에 따라 나타내는 신호이고,
상기 위상 신호는 상기 이산 푸리에 변환 신호의 위상을 거리에 따라 나타내는 신호인 활력 징후 측정 거리 결정 방법.7. The method of claim 6,
The magnitude signal is a signal indicating the magnitude of the discrete Fourier transform signal according to a distance,
wherein the phase signal is a signal representing a phase of the discrete Fourier transform signal according to a distance.
상기 활력 징후 측정을 위한 거리는,
상기 코히어런시가 가장 높을 때의 거리로서 결정되는 활력 징후 측정 거리 결정 방법.According to claim 1,
The distance for measuring vital signs,
A method for determining a vital sign measurement distance, wherein the distance is determined as a distance when the coherency is highest.
레이더 신호를 송신 후 상기 목표 대상으로부터 반사된 신호를 수신하는 레이더;
상기 수신된 신호에 기초하여 크기 신호와 위상 신호를 결정하고, 상기 크기 신호와 상기 위상 신호 사이의 코히어런시를 결정하는 코히어런시 결정부; 및
상기 코히어런시에 기초하여 활력 징후 측정을 위한 상기 레이더와 상기 목표 대상 사이의 거리를 결정하는 거리 결정부를 포함하며,
상기 코히어런시 결정부는,
t-t0와 t 사이의 시간 윈도우내에서 상기 크기 신호와 상기 위상 신호의 곱의 합의 절대값, 상기 크기 신호의 표준 편차, 상기 위상 신호의 표준 편차에 기초하여 상기 크기 신호와 상기 위상 신호 사이의 코히어런시를 아래의 수학식에 의해 결정하는 활력 징후 측정 거리 결정 장치:
여기서, 는 상기 코히어런시, 는 시간, 은 거리, 은 상기 크기 신호, 은 상기 위상 신호, 은 상기 크기 신호의 표준 편차, 은 상기 위상 신호의 표준 편차를 나타낸다.An apparatus for determining a distance between a radar for measuring vital signs and a target object, the apparatus comprising:
Radar for receiving a signal reflected from the target after transmitting the radar signal;
a coherency determining unit that determines a magnitude signal and a phase signal based on the received signal, and determines coherency between the magnitude signal and the phase signal; and
a distance determining unit for determining a distance between the radar for measuring vital signs and the target object based on the coherency,
The coherency determining unit,
the absolute value of the sum of the product of the magnitude signal and the phase signal within a time window between tt 0 and t, the standard deviation of the magnitude signal, the standard deviation of the phase signal, based on the A vital sign measuring distance determining device for determining herency by the following equation:
here, is the coherency, is the time, silver street, is the magnitude signal, is the phase signal, is the standard deviation of the magnitude signal, denotes the standard deviation of the phase signal.
상기 레이더를 통해 송신된 신호와 상기 수신된 신호를 결합하여 결합 신호를 생성하는 믹서(mixer); 및
상기 결합 신호를 저대역 필터링하여 중간 주파수(intermediate frequency, IF) 신호를 생성하는 저대역 필터를 더 포함하고,
상기 크기 신호와 상기 위상 신호는 상기 중간 주파수 신호로부터 결정되는 활력 징후 측정 거리 결정 장치.10. The method of claim 9,
a mixer for generating a combined signal by combining the signal transmitted through the radar and the received signal; and
Further comprising a low-pass filter for generating an intermediate frequency (intermediate frequency, IF) signal by low-pass filtering the combined signal,
wherein the magnitude signal and the phase signal are determined from the intermediate frequency signal.
상기 중간 주파수 신호를 이산 푸리에 변환하여 이산 푸리에 변환 신호를 생성하는 이산 푸리에 변환부를 더 포함하고,
상기 크기 신호와 상기 위상 신호는 상기 이산 푸리에 변환 신호로부터 결정되는 활력 징후 측정 거리 결정 장치.12. The method of claim 11,
Further comprising a discrete Fourier transform unit for generating a discrete Fourier transform signal by performing a discrete Fourier transform on the intermediate frequency signal,
wherein the magnitude signal and the phase signal are determined from the discrete Fourier transform signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200154280A KR102444685B1 (en) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | Apparatus and method for determining a distance for measuring vital sign based on coherency between magnitude and phase |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200154280A KR102444685B1 (en) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | Apparatus and method for determining a distance for measuring vital sign based on coherency between magnitude and phase |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220067737A KR20220067737A (en) | 2022-05-25 |
KR102444685B1 true KR102444685B1 (en) | 2022-09-19 |
Family
ID=81800737
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020200154280A KR102444685B1 (en) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | Apparatus and method for determining a distance for measuring vital sign based on coherency between magnitude and phase |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102444685B1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015040761A (en) | 2013-08-21 | 2015-03-02 | パナソニック株式会社 | Radar device and phase noise correction method |
KR101895324B1 (en) | 2018-06-27 | 2018-09-05 | 유메인주식회사 | Vital check method using Ultra-wideband radar |
KR102091974B1 (en) * | 2019-07-25 | 2020-03-24 | 정기섭 | Method for tracking target and detecting respiration and heartbeat pattern using FMCW radar |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FI128332B (en) * | 2018-02-12 | 2020-03-31 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy | Monitoring living facilities by multichannel radar |
-
2020
- 2020-11-18 KR KR1020200154280A patent/KR102444685B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015040761A (en) | 2013-08-21 | 2015-03-02 | パナソニック株式会社 | Radar device and phase noise correction method |
KR101895324B1 (en) | 2018-06-27 | 2018-09-05 | 유메인주식회사 | Vital check method using Ultra-wideband radar |
KR102091974B1 (en) * | 2019-07-25 | 2020-03-24 | 정기섭 | Method for tracking target and detecting respiration and heartbeat pattern using FMCW radar |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20220067737A (en) | 2022-05-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109875529B (en) | Vital sign detection method and system based on ultra-wideband radar | |
CN110584631B (en) | Static human heartbeat and respiration signal extraction method based on FMCW radar | |
CN111867458B (en) | Systems and methods for cardiovascular health monitoring | |
KR101145646B1 (en) | Device and Method for Measuring biological signal of noncontact | |
KR102201371B1 (en) | Real-time vital sign detection apparatus based on signal decomposition in noisy environment and method thereof | |
Toda et al. | ECG signal reconstruction using FMCW radar and convolutional neural network | |
Alizadeh et al. | Remote heart rate sensing with mm-wave radar | |
CN107495939B (en) | Living body biological characteristic monitoring method, device and system | |
KR101902760B1 (en) | Method and Device for Measuring Biometric Data using Radar | |
CN116172539A (en) | Vital sign detection method, system, equipment and medium based on machine learning | |
Seflek et al. | Small motion detection and non-contact vital signs monitoring with continuous wave doppler radars | |
CN115736886A (en) | Multi-target respiration rate parameter estimation method based on millimeter wave radar | |
KR20230123699A (en) | Non-contact biosignal measurement system and method | |
Matsunaga et al. | Non-contact instantaneous heart rate monitoring using microwave Doppler sensor and time-frequency domain analysis | |
Schreurs et al. | Radar-based health monitoring | |
Giordano et al. | Survey, analysis and comparison of radar technologies for embedded vital sign monitoring | |
KR102444685B1 (en) | Apparatus and method for determining a distance for measuring vital sign based on coherency between magnitude and phase | |
Will et al. | Intelligent signal processing routine for instantaneous heart rate detection using a Six-Port microwave interferometer | |
Toda et al. | ECG signal reconstruction using FMCW radar and a convolutional neural network for contactless vital-sign sensing | |
KR20230077607A (en) | Apparatus and method for determining a distance for measuring heartbeat based on temporal phase coherency | |
Pan et al. | A spectrum estimation approach for accurate heartbeat detection using Doppler radar based on combination of FTPR and TWV | |
Birsan et al. | Time-frequency analysis in Doppler radar for noncontact cardiopulmonary monitoring | |
Widiyasari et al. | Contactless respiratory rate monitoring using FMCW radar | |
KR102559663B1 (en) | Apparatus and method for determining a distance for measuring vital sign based on spatial phase coherency | |
JP2019213772A (en) | Heart beat measurement method and heart beat measurement device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |