KR20170071247A - 생체 측정 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

생체 측정 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 체동으로 인한 노이즈 파악과 제거가 가능한 시트 내부 장착 생체 신호 측정 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 시트에 내장되는 레이더 시스템은, 상기 시트의 일면 내측에서 상기 일면의 타측면을 향해 배치되고, 제 1 신호를 방출하고 수신하는 제 1 안테나; 상기 제 1 안테나와 동일한 방향을 향하되, 평행하게 배치되고, 제 2 신호를 방출하고 수신하는 적어도 하나의 제 2 안테나; 상기 타측면의 내측에, 상기 적어도 하나의 제 2 안테나 각각을 마주보도록 배치되는 적어도 하나의 반사판; 및 상기 제 1 안테나 및 상기 적어도 하나의 제 2 안테나를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 여기서 상기 제어부는, 착좌자의 체표면에서 반사된 상기 제 1 신호를 이용하여 제 1 변위를 측정하고, 상기 적어도 하나의 반사판에서 반사된 상기 제 2 신호를 이용하여 제 2 변위를 측정하며, 상기 제 1 변위에서 상기 제 2 변위를 차감하여 상기 착좌자의 신체 변위에 해당하는 제 3 변위를 획득할 수 있다.

Description

생체 측정 장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR MEASURING BIO SIGNAL AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}
본 발명은 체동으로 인한 노이즈 파악과 제거가 가능한 시트 내부 장착 생체 신호 측정 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
최근 헬스 케어에 대한 관심이 지대해지면서, 이를 보다 효율적으로 제공하기 위하여 심박수, 혈압, 호흡, 체온 등 생체 측정 방법들이 제안되고 있다. 현대인들은 차량이나 사무실에서 의자에 앉아서 보내는 시간이 적지 않기 때문에 의자에 앉아 있는 동안 이러한 생체 정보를 수집하는 것이 고려될 수 있다.
특히, 차량 내에서 운전자의 심박을 측정할 경우 운전자의 건강 상태 및 피로도 졸음 등 여러가지 정보를 추정할 수 있다. 이러한 유용성 때문에 차량 내 주행 중 운전에 방해되지 않도록 운전자의 생체 신호를 측정하는 기술에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 그런데, 차량 내 환경의 특성상 운전자가 착좌한 상태에서 차량의 거동이나 운전을 위한 각종 조작 수행에 따라 운전자의 몸이 움직이게 되어 는 경우 몸과 시트 내의 측정 장치 사이의 거리가 변경되거나 진동이 발생함에 따른 노이즈가 정확한 생체 신호 측정에 있어 문제된다.
본 발명은 보다 정확히 생체 신호를 측정할 수 있는 장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명은 좌석에 앉은 측정 대상자의 생체 신호를 측정함에 있어 몸의 움직임으로 발생하는 노이즈를 감지하고 보상/제거할 수 있는 장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 시트에 내장되는 레이더 시스템은, 상기 시트의 일면 내측에서 상기 일면의 타측면을 향해 배치되고, 제 1 신호를 방출하고 수신하는 제 1 안테나; 상기 제 1 안테나와 동일한 방향을 향하되, 평행하게 배치되고, 제 2 신호를 방출하고 수신하는 적어도 하나의 제 2 안테나; 상기 타측면의 내측에, 상기 적어도 하나의 제 2 안테나 각각을 마주보도록 배치되는 적어도 하나의 반사판; 및 상기 제 1 안테나 및 상기 적어도 하나의 제 2 안테나를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 여기서 상기 제어부는, 착좌자의 체표면에서 반사된 상기 제 1 신호를 이용하여 제 1 변위를 측정하고, 상기 적어도 하나의 반사판에서 반사된 상기 제 2 신호를 이용하여 제 2 변위를 측정하며, 상기 제 1 변위에서 상기 제 2 변위를 차감하여 상기 착좌자의 신체 변위에 해당하는 제 3 변위를 획득할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시트에 내장되는 레이더 시스템의 제어방법은, 상기 시트의 일면 내측에서 상기 일면의 타측면을 향해 배치되고, 제 1 신호를 방출하고 수신하는 제 1 안테나에서 착좌자의 체표면에서 반사된 상기 제 1 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 제 1 신호를 이용하여 제 1 변위를 측정하는 단계; 제 2 신호를 방출하고 수신하는 적어도 하나의 제 2 안테나에서, 적어도 하나의 반사판에서 반사된 상기 제 2 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 제 2 신호를 이용하여 제 2 변위를 측정하는 단계; 및 상기 제 1 변위에서 상기 제 2 변위를 차감하여 상기 착좌자의 신체 변위에 해당하는 제 3 변위를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 적어도 하나의 제 2 안테나는 상기 제 1 안테나와 동일한 방향을 향하되, 평행하게 배치되고, 상기 적어도 하나의 반사판은 상기 타측면의 내측에 상기 적어도 하나의 제 2 안테나 각각을 마주보도록 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예에 의하면, 보다 정확히 생체 신호가 측정될 수 있다.
특히, 좌석에 앉은 측정 대상자의 생체 신호를 측정함에 있어 좌석 내부의 파동 반사 수단을 이용하여 착좌자의 몸의 움직임을 판단할 수 있는 자체적 기준이 마련되어 보다 정확한 생체 정보 측정이 수행될 수 있다.
본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 착좌자의 생체 신호를 측정함에 있어 체동에 의한 노이즈가 발생하는 형태의 일례를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도플러 레이더를 구비한 시트 구조의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시트를 통해 착좌자의 생체 신호를 측정하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 실시예들에서는 시트에 내장되는 도플러 레이더를 통해 착좌자의 생체 정보를 측정함에 있어 차량 환경에서 발생될 수 있는 노이즈를 감지하고 이를 보정할 수 있는 방법 및 그를 위한 장치를 제안한다.
본 발명의 구체적인 실시예들을 설명하기 앞서, 생체 신호의 하나인 심박수와 호흡을 측정하기 위한 생체 신호 측정 수단의 일례로 도플러 레이더를 설명한다. 도플러 레이더 기술이란, 레이더에서 전자파를 발생시켜 발신된 신호와 반사되어 돌아오는 신호의 도플러 쉬프트(doppler shift)를 계산하여 시간당 변위나 거리를 측정하는 기술이다. 이 원리를 이용해 운전자의 체표면의 이동속도/변위를 알 수 있고, 이를 이용해 피 측정자와 물리적 접촉 없이 심박/호흡을 측정할 수 있다.
한편, 차량 환경에서 엔진/노면 진동 등의 외부 노이즈를 제거하기 위해 일반적으로 밴드패스 필터 등의 사용이 고려될 수 있으나, 이러한 단순 필터로는 외부 노이즈 중 심박이나 호흡 유사 대역 (일반적으로 1Hz 내외)에서 유입되는 노이즈의 제거가 사실상 불가능하다는 한계가 있다. 뿐만아니라, 불규칙한 운전자 체동에 의한 노이즈 역시 구분이 불가능하여 실차 환경에 적용이 어렵다는 단점이 있다.
이러한 어려움을 도 1을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 착좌자의 생체 신호를 측정함에 있어 체동에 의한 노이즈가 발생하는 형태의 일례를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 시트 등받이(100)에서 사람(즉, 착좌자, 200)이 착좌시 등 표면(220)이 접촉하게 되는 착좌면(120)의 타측 내면에 도플러 레이더(110)가 구비된다. 도플러 레이더(110)는 착좌자(200)의 전면 체표면 내측(210)에서 반사되는 신호를 측정하여 레이더(110)로부터 체표면 내측(210) 간의 변위를 측정하여 심박수를 판단하게 된다.
특히, 차량 환경에서는 운전자가 의도적으로 움직여 등을 시트에서 떼지 않는 이상 안정적 신호 취득을 할 수 있으며, 운전에 방해를 주지 않으면서 지속적으로 생체 신호가 측정될 수 있다.
그런데, 시트의 재질에 따라 착좌면(120)이 착좌자(200)의 거동에 의해 압축/변형되기도 하며, 차량의 가속/감속/선회에 따라 착좌 상태에 변화가 발생할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 좌석 착좌면 측의 변형을 측정하여 실질적으로 운전자의 신체에 호흡과 심박에 의한 변위를 측정할 수 있는 시트 및 그 제어방법을 제안한다.
본 실시예의 일 양상에 의하면, 좌석 착좌면의 변형은 착좌면 내측면에 적어도 하나의 반사판을 설치하고, 도플러 레이더에서 반사판에 의해 반사된 신호를 측정하는 방법으로 감지될 수 있다. 시트 착좌면 내측에 장착되는 반사판은 착좌자의 등이 시트 표면에서 떨어지지 않는 한 몸과 같이 움직이게 됨에 착안한 것이다. 여기서 반사판에 반사된 신호를 감지하는 안테나는, 착좌자의 신체 전방 체표면에서 반사되는 신호를 감지하는 안테나와 별도로 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 각 안테나는 서로의 신호를 구분할 수 있도록 구현되는 것이 바람직하다. 이를 위하여 각 안테나에서 발생하는 신호는 서로 주파수가 상이하거나, 디코딩시 검출 가능한 소정의 시퀀스/코드가 실리는 것이 바람직하다.
상술한 도플러 레이더를 구비한 시트는 도 2와 같이 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도플러 레이더를 구비한 시트 구조의 일례를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 시트(100) 등받이의 후면에 도플러 레이더(110)가 구비된다. 도플러 레이더(100)는 착좌자의 등이 닿게 되는 착좌면 보다 그 타면, 측 후면에 가깝게 배치되는 것이 바람직하다. 이는 착좌면이 착좌자의 체동에 의해 변형되기 때문에 변형의 마진을 확보하고, 착좌면의 내측에 배치되는 복수의 반사판(123, 125)과의 거리를 확보하기 위함이다.
레이더(110)는 복수의 안테나(111, 113, 115)를 포함하는데, 각 안테나는 착좌면을 향하여 서로 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 그 높이는 착좌자의 가슴높이에 대응되는 것이 바람직하나, 착자좌의 후보군 체격에 따라 상하 위치는 변동될 수 있다. 안테나들(111, 113, 115) 중 적어도 일부(여기서는 113, 115)는 반사판을 마주보도록 배치되고, 나머지 안테나(여기서는 111)는 반사판을 마주하지 않도록 배치되는 것이 바람직하다. 이는 일부 안테나는 반사판에 반사되는 신호가 잘 측정되도록 하기 위함이며, 나머지 안테나는 반사판이 아닌 착좌자의 체표면에서 반사되는 신호가 잘 측정되도록 하기 위함이다.
각 반사판(123, 125)은 서로 다른 안테나(113, 115)를 마주보도록 착좌면의 배면에 배치되어 착좌면과 움직임을 함께 한다. 반사판의 재질은 금속일 수 있으나 이는 예시적인 것으로 안테나로부터 방사되는 신호를 효율적으로 반사할 수 있는 소재라면 금속 이외의 어떠한 소재도 적용될 수 있다.
도 2에서 안테나의 개수는 예시적인 것으로, 적어도 반사판의 개수보다는 많은 것이 바람직하다.
다름으로, 도 3을 참조하여 도 2를 참조하여 상술한 시트를 통해 착좌자의 생체 신호를 측정하는 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시트를 통해 착좌자의 생체 신호를 측정하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 시트(100)의 도플러 레이더(100)의 중앙 안테나(111)에서 방출된 신호는 착좌자의 체표면(210)에서 반사되어 해당 안테나(111)에서 검출될 수 있다. 도플러 레이더(100)는 이를 통하여 전체 변위(310)를 측정할 수 있다.
또한, 주변 안테나(113)에서 방출된 신호는 해당 안테나를 마주보도록 시트 착좌면 내측에 배치된 반사판(123)에 반사되어 다시 해당 안테나(113)에서 검출될 수 있다. 도플러 레이더(100)는 이를 통하여 시트의 변위(350a)를 측정할 수 있다. 유사하게, 다른 주변 안테나에서도 시트의 변위(350b)를 측정할 수 있다. 각 시트의 변위(350a 및 350b)는 상황이나 설정에 따라 둘 중 어느 하나만 사용될 수도 있고, 둘의 평균이 시트의 변위로 사용될 수도 있다.
결국, 도플러 레이더는 전체 변위(310)에서 시트의 변위(350a, 350b)를 차감하는 방법으로 실제 착좌자의 호흡/심박에 따른 변위(330)를 측정할 수 있게 된다.
한편, 기구적 구성 관점에서 도플러 레이더(110)는 상술한 복수개의 안테나 외에, 각 안테나의 신호 방출을 제어하고 반사된 신호의 도플러 시프트를 산출하여 각 변위를 구하고, 구해진 각 변위로부터 착좌자의 신체 변위를 산출하는 제어부를 포함할 수 있다. 여기서 산출된 신체변위를 이용하여 제어부는 착좌자의 심박 및/또는 호흡 상태를 판단할 수 있다. 또한, 제어부는 각 안테나를 제어함에 있어, 각 안테나에서 방출되는 신호가 반사되어 돌아올 때 어느 안테나에서 방출된 신호인지 여부를 알 수 있도록 방출되는 신호를 조절할 수도 있다. 예를 들어, 제어부는 각 안테나에서 방출되는 신호에 서로 다른 코드나 시퀀스가 포함되도록 할 수도 있고, 각 안테나에서 방출되는 신호의 주파수, 진폭 등이 서로 상이하도록 제어할 수도 있다.
아울러, 도플러 레이더(110)는 외부에서 심박/호흡 상태가 산출될 수 있도록 산출된 변위들 및 판단된 심박/호흡 상태 정보 중 적어도 하나를 외부로 전송하거나, 측정 개시 여부 등의 제어신호를 외부로부터 수신하기 위한 유/무선 통신 모듈을 더 포함할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 시트에 내장되는 레이더 시스템에 있어서,
    제 1 신호를 방출하고 수신하는 제 1 안테나;
    상기 제 1 안테나와 동일한 방향을 향하되, 평행하게 배치되고, 제 2 신호를 방출하고 수신하는 적어도 하나의 제 2 안테나;
    상기 적어도 하나의 제 2 안테나 각각을 마주보도록 배치되는 적어도 하나의 반사판; 및
    상기 제 1 안테나 및 상기 적어도 하나의 제 2 안테나를 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    착좌자의 체표면에서 반사된 상기 제 1 신호를 이용하여 제 1 변위를 측정하고, 상기 적어도 하나의 반사판에서 반사된 상기 제 2 신호를 이용하여 제 2 변위를 측정하며, 상기 제 1 변위에서 상기 제 2 변위를 차감하여 상기 착좌자의 신체 변위에 해당하는 제 3 변위를 획득하는, 레이더 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 안테나는, 상기 시트의 일면 내측에서 상기 일면의 타측면을 향해 배치되고,
    상기 적어도 하나의 반사판은, 상기 타측면의 내측에 배치되며,
    상기 타측면은,
    상기 시트의 등받이에서 상기 착좌자의 등에 접촉되는 착좌면을 포함하는, 레이더 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 체표면은,
    상기 착좌자의 전면 내측면을 포함하는, 레이더 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 변위는,
    상기 착좌자의 전면 내측면에서 상기 제 1 레이더 사이의 변위에 대응되고,
    상기 제 2 변위는,
    상기 적어도 하나의 제 2 레이더와 상기 적어도 하나의 반사판 사이의 변위에 대응되는, 레이더 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 획득된 제 3 변위를 이용하여 상기 착좌자의 심박 및 호흡 상태 중 적어도 하나를 판단하는, 레이더 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 변위, 상기 제 2 변위 및 상기 제 3 변위 중 적어도 하나를 유선 또는 무선으로 외부에 전송하기 위한 통신부를 더 포함하는, 레이더 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 시트는, 차량에 장착되는, 레이더 시스템.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 착좌면은,
    상기 착좌자의 착좌 상태에 따라 변형되는, 레이더 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호가 서로 구분될 수 있도록 상기 제 1 안테나 및 상기 적어도 하나의 제 2 안테나를 제어하는, 레이더 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호는,
    각각에 포함되는 코드나 시퀀스가 서로 상이하거나,
    주파주 및 진폭 중 적어도 하나가 상이한, 레이더 시스템.
  11. 시트에 내장되는 레이더 시스템의 제어방법에 있어서,
    제 1 신호를 방출하고 수신하는 제 1 안테나에서 착좌자의 체표면에서 반사된 상기 제 1 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 제 1 신호를 이용하여 제 1 변위를 측정하는 단계;
    제 2 신호를 방출하고 수신하는 적어도 하나의 제 2 안테나에서, 적어도 하나의 반사판에서 반사된 상기 제 2 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 제 2 신호를 이용하여 제 2 변위를 측정하는 단계; 및
    상기 제 1 변위에서 상기 제 2 변위를 차감하여 상기 착좌자의 신체 변위에 해당하는 제 3 변위를 획득하는 단계를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 제 2 안테나는,
    상기 제 1 안테나와 동일한 방향을 향하되, 평행하게 배치되고,
    상기 적어도 하나의 반사판은,
    상기 적어도 하나의 제 2 안테나 각각을 마주보도록 배치되는, 레이더 시스템의 제어방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 안테나는, 상기 시트의 일면 내측에서 상기 일면의 타측면을 향해 배치되고,
    상기 적어도 하나의 반사판은, 상기 타측면의 내측에 배치되며,
    상기 타측면은,
    상기 시트의 등받이에서 상기 착좌자의 등에 접촉되는 착좌면을 포함하는, 레이더 시스템의 제어방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 체표면은,
    상기 착좌자의 전면 내측면을 포함하는, 레이더 시스템의 제어방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 변위는,
    상기 착좌자의 전면 내측면에서 상기 제 1 레이더 사이의 변위에 대응되고,
    상기 제 2 변위는,
    상기 적어도 하나의 제 2 레이더와 상기 적어도 하나의 반사판 사이의 변위에 대응되는, 레이더 시스템의 제어방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 획득된 제 3 변위를 이용하여 상기 착좌자의 심박 및 호흡 상태 중 적어도 하나를 판단하는 단계를 더 포함하는, 레이더 시스템의 제어방법.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 변위, 상기 제 2 변위 및 상기 제 3 변위 중 적어도 하나를 유선 또는 무선으로 외부로 전송하는 단계를 더 포함하는, 레이더 시스템의 제어방법.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 시트는,
    차량에 장착되는, 레이더 시스템의 제어방법.
  18. 제 12항에 있어서,
    상기 착좌면은,
    상기 착좌자의 착좌 상태에 따라 변형되는, 레이더 시스템의 제어방법.
  19. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호가 서로 구분될 수 있도록 상기 제 1 안테나 및 상기 적어도 하나의 제 2 안테나를 제어하는 단계를 더 포함하는, 레이더 시스템의 제어방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호는,
    각각에 포함되는 코드나 시퀀스가 서로 상이하거나,
    주파주 및 진폭 중 적어도 하나가 상이한, 레이더 시스템의 제어방법.
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