KR20230077605A - Apparatus for estmating respiration rate using doppler velocity based on FMCW radar and method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a device and a method for estimating a respiratory rate using the Doppler velocity based on an FMCW radar. According to the present invention, the method comprises the steps of: receiving a signal reflected from a target after being transmitted through an FMCW radar in accordance with time; obtaining Doppler magnitude data in accordance with a distance and velocity by performing a second discrete Fourier transform after performing a first discrete Fourier transform on the signal received from the FMCW radar; calculating the sum of absolute values of Doppler magnitudes for each distance observed in a corresponding velocity component for each velocity within a measurement velocity range of the FMCW radar; deriving a velocity value of the target at corresponding time by averaging the sums of the absolute values of the Doppler magnitudes for each distance obtained for each velocity; and applying a window for each hour to velocity data in accordance with time to estimate a respiratory rate of the target for each time from a frequency component analyzed in the window. According to the present invention, a respiratory rate of a target can be accurately estimated based on the Doppler velocity of the target extracted through an FMCW radar.

Description

FMCW 레이더를 기반으로 하는 도플러 속도를 이용한 호흡수 추정 장치 및 방법{Apparatus for estmating respiration rate using doppler velocity based on FMCW radar and method thereof}Apparatus for estmating respiration rate using doppler velocity based on FMCW radar and method thereof}

본 발명은 FMCW 레이더를 기반으로 하는 도플러 속도를 이용한 호흡수 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 FMCW 레이더를 통하여 추출한 타겟의 도플러 속도 값을 바탕으로 타겟의 호흡수를 추정할 수 있는 도플러 속도를 이용한 호흡수 추정 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for estimating a respiratory rate using a Doppler velocity based on an FMCW radar, and more particularly, to a Doppler capable of estimating a respiratory rate of a target based on a Doppler velocity value of a target extracted through an FMCW radar. It relates to an apparatus and method for estimating respiratory rate using velocity.

최근 노령화 인구 증가와 함께 COVID-19으로 사람들의 건강증진에 대한 욕구가 증가하고 있다. 이로 인해 일상적인 생활 속에서도 주기적으로 자신의 건강을 확인하고, 사전에 질병을 예방하기 위해 바이탈을 측정하는 많은 연구들이 진행되고 있다. 그 중에서도 호흡기능 장애가 생기면 심혈관계, 신경계 및 정신과적 문제로도 기인될 수 있기 때문에, 바이탈 중 호흡 신호를 모니터링하는 것은 중요하다.Along with the recent increase in the aging population, people's desire for health promotion is increasing due to COVID-19. As a result, many studies are being conducted to periodically check one's health even in daily life and measure vitals to prevent diseases in advance. Among them, it is important to monitor respiratory signals during vitality because respiratory dysfunction can also be attributed to cardiovascular, neurological, and psychiatric problems.

기존 호흡 모니터링 연구 방식은 접촉식 센서를 이용한다. 웨어러블 벨트를 인체에 착용하거나 단일 압력 센서를 신체에 부착하여 획득한 압력 신호로 호흡 신호를 추출한다. 또는 광섬유 센서를 몸에 부착하여 흉부의 움직임으로 인해 생기는 광학 간섭을 이용해 호흡을 측정한다.Existing respiration monitoring research methods use contact sensors. The respiratory signal is extracted with the pressure signal obtained by wearing a wearable belt or attaching a single pressure sensor to the body. Alternatively, fiber optic sensors are attached to the body to measure respiration using optical interference caused by chest movement.

그러나 호흡 측정을 위해 보편적으로 사용되는 센서 접촉 방식은 측정 시간 동안 활동에 제약이 따르며, 측정 센서가 사용자의 인체에 접촉하기 때문에 불쾌감을 느끼는 감정을 초래할 수 있는 단점이 있다. However, the commonly used sensor contact method for measuring respiration is subject to restrictions on activity during the measurement time, and has disadvantages that may cause unpleasant feelings because the measurement sensor contacts the user's body.

이러한 단점을 극복하기 위해 Frequency Modulated Continuous Wave(FMCW) 레이더를 활용한 호흡 측정 연구가 활발히 진행되고 있다. FMCW 레이더는 송수신 전파 사이에서 추출된 주파수 차이로 표적과의 거리와 변위 정보를 비접촉식으로 추출할 수 있는 장점과 더불어 밀리미터파를 사용하기 때문에 저전력을 사용하고 센서의 크기가 작아 활용 범위가 다양하다. In order to overcome these disadvantages, research on respiration measurement using Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) radar is being actively conducted. FMCW radar has the advantage of non-contact extraction of the distance to the target and displacement information with the frequency difference extracted between the transmitted and received radio waves, and since it uses millimeter waves, it uses low power and has a small sensor size, so it has a wide range of applications.

기존 연구는 레이더 송수신 복조 신호의 크기와 위상만을 이용하여 호흡을 측정해왔다. 이러한 연구는 등을 기대지 않고 기립한 상태에서 발생하는 인체의 보이지 않는 미세 움직임에도 흉부의 움직임과 미세 움직임이 합쳐진 신호로 인해 왜곡된 신호가 출력되어 탐지 정확도가 크게 떨어진다. Existing studies have measured respiration using only the magnitude and phase of the demodulation signal of radar transmission and reception. In this study, even in invisible micro-movements of the human body that occur in a standing position without leaning back, a distorted signal is output due to the signal combined with the motion of the chest and the micro-movement, resulting in a greatly reduced detection accuracy.

이러한 현상의 원인이 되는 Random Body Movement(RBM) 현상을 완화하여 비접촉식 호흡 연구의 국한된 활용 범위를 확장하기 위해 움직이는 상황에서 호흡을 모니터링하는 연구가 진행되고 있다. RBM현상으로 인해 변화한 신호의 위상을 통해 추출된 DC offset으로 Motion Direction Detection을 사용하여 변조된 주파수 편이량만큼 이동시킨 호흡 주파수를 추출하는 연구가 있다. 하지만 이는 움직임 정도에 따라 왜곡되는 주파수 범위를 예상하는 것이기 때문에 정확한 호흡 주파수 추출의 한계가 있다. In order to expand the scope of limited use of non-contact breathing research by mitigating the random body movement (RBM) phenomenon that causes this phenomenon, research is being conducted to monitor breathing in moving situations. There is a study to extract the breathing frequency shifted by the amount of frequency shift modulated using Motion Direction Detection with the DC offset extracted through the phase of the signal changed due to the RBM phenomenon. However, since this is to estimate the frequency range distorted according to the degree of movement, there is a limit to accurate breathing frequency extraction.

또한, 2개의 레이더로 추출한 양방향 거리 정보를 결합하여 Range-bin alignment method를 사용하는 연구와 고정된 Range-bin에서 호흡 신호의 에너지 평균값 이상의 에너지를 보유하는 호흡 신호를 버리는 방식을 사용하여 RBM 현상으로 인해 생기는 단점을 보완한 연구들이 있다. 하지만 Range-bin 범위 선택을 통해 RBM 현상을 완화하는 방식은 2개의 레이더 구조뿐만 아니라 연산의 복잡도가 높아진다.In addition, a study using the range-bin alignment method by combining two-way distance information extracted by two radars and a method of discarding respiration signals that have energy above the average energy value of the respiration signal in a fixed range-bin are used to determine the RBM phenomenon. There are studies that compensate for the disadvantages caused by this. However, the method of mitigating the RBM phenomenon through range-bin range selection increases computational complexity as well as two radar structures.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-2091974호(2020.03.24 공고)에 개시되어 있다.The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-2091974 (announced on March 24, 2020).

본 발명은 FMCW 레이더의 수신 신호로부터 추출한 타겟의 도플러 속도 값을 바탕으로 타겟의 호흡수를 추정할 수 있는 FMCW 레이더를 기반으로 하는 도플러 속도를 이용한 호흡수 추정 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an apparatus and method for estimating a respiratory rate using a Doppler velocity based on an FMCW radar capable of estimating the respiratory rate of a target based on the Doppler velocity value of the target extracted from a received signal of the FMCW radar.

본 발명은, FMCW 레이더 기반 호흡수 추정 장치에서 수행되는 호흡수 추정 방법에 있어서, 상기 FMCW 레이더를 통해 송출 후 타겟으로부터 반사된 신호를 시간에 따라 수신하는 단계와, 상기 FMCW 레이더로부터 수신 신호를 1차 이산 푸리에 변환 후 다시 2차 이산 푸리에 변환하여 거리와 속도에 따른 도플러 크기 데이터를 획득하는 단계와, 상기 FMCW 레이더의 측정 속도 범위 이내의 각각의 속도 별로 해당 속도 성분에서 관측된 거리별 도플러 크기의 절대치들의 합을 연산하는 단계와, 상기 속도 별로 구해진 거리별 도플러 크기의 절대치들의 합을 평균하여 해당 시간에서의 타겟의 속도 값을 도출하는 단계, 및 시간에 따른 속도 데이터에 대해 매시간 별로 윈도우를 적용하여 상기 윈도우 내에 분석되는 주파수 성분으로부터 상기 타겟의 호흡수를 시간 별로 추정하는 단계를 포함하는 호흡수 추정 방법을 제공한다. In the present invention, in a respiration rate estimation method performed by an FMCW radar-based respiration rate estimation device, the steps of receiving a signal reflected from a target according to time after transmission through the FMCW radar, and receiving a signal received from the FMCW radar by 1 Acquiring Doppler amplitude data according to distance and speed by performing second discrete Fourier transform after differential discrete Fourier transform, Calculating the sum of the absolute values, averaging the sum of the absolute values of the Doppler magnitudes for each distance obtained for each velocity, and deriving the velocity value of the target at the corresponding time, and applying a window for each hour to the velocity data according to time It provides a respiratory rate estimation method comprising the step of estimating the respiratory rate of the target by time from the frequency components analyzed within the window.

또한, 상기 도플러 크기 데이터를 획득하는 단계는, 상기 FMCW 레이더의 송신 신호와 수신 신호의 결합 신호에 저대역 필터를 적용하여 생성되는 중간 주파수 신호에 상기 1차 및 2차 이산 푸리에 변환을 적용하여 상기 도플러 크기 데이터를 획득할 수 있다.In addition, the obtaining of the Doppler magnitude data may include applying the first and second discrete Fourier transforms to an intermediate frequency signal generated by applying a low-pass filter to a combined signal of a transmission signal and a reception signal of the FMCW radar. Doppler magnitude data can be obtained.

또한, 상기 타겟의 속도 값을 도출하는 단계는, 아래의 수학식을 이용하여 해당 시간 t에서의 상기 타겟의 속도 값 Dv(t)을 도출할 수 있다.In addition, in the step of deriving the velocity value of the target, the velocity value D v (t) of the target at the corresponding time t may be derived using the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, Nchirp는 처프의 수, v0는 상기 측정 속도 범위 이내에 해당하는 각각의 속도 성분, D(t,v0)는 해당 속도 성분 v0에서 구해진 시간 t에서의 거리별 도플러 크기의 절대치의 합을 나타낸다.Here, N chirp is the number of chirps, v 0 is each velocity component within the measured velocity range, and D(t,v 0 ) is the absolute value of the Doppler magnitude for each distance at time t obtained from the corresponding velocity component v 0 represents the sum.

또한, 상기 D(t,v0)는 아래의 수학식으로 정의될 수 있다.In addition, the D(t,v 0 ) may be defined by the following equation.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, Z(t,rk,v0)는 해당 속도 성분 v0에서 관측된 거리별 도플러 크기, rk는 측정 거리 범위 내에 해당한 각각의 거리 성분을 나타낸다. Here, Z(t,r k ,v 0 ) is the Doppler magnitude for each distance observed in the corresponding velocity component v 0 , and r k represents each distance component corresponding to the measured distance range.

또한, 상기 호흡수를 추정하는 단계는, 현재 시점(t)에서 적용한 윈도우 상의 데이터를 고속 푸리에 변환하여 검출한 복수의 피크 주파수를 이전 시점(t-1)에서의 윈도우로부터 결정된 추적 주파수 값과 개별 비교한 후에 주파수 편차가 최소인 피크 주파수를 현재 시점(t)에서의 추적 주파수 값으로 결정하는 단계, 및 상기 결정된 추적 주파수 값을 통해 현재 시점(t)에서의 분당 호흡수(Respiratory Rate, RR)을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in the step of estimating the respiratory rate, a plurality of peak frequencies detected by fast Fourier transforming the data on the window applied at the current time point (t) are separated from the tracking frequency value determined from the window at the previous time point (t-1). After the comparison, determining the peak frequency with the minimum frequency deviation as the tracking frequency value at the current time point (t), and respiratory rate (RR) at the current time point (t) through the determined tracking frequency value It may include the step of determining.

또한, 상기 분당 호흡수를 추정하는 단계는, 상기 현재 시점(t)에서 결정된 추적 주파수 값을 아래 수학식에 적용하여 현재 시점(t)에서의 타겟의 분당 호흡수(RR)를 연산할 수 있다.In addition, the step of estimating the number of breaths per minute may calculate the number of breaths per minute (RR) of the target at the current time point t by applying the tracking frequency value determined at the current time point t to the following equation. .

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서,

Figure pat00004
는 현재 시점(t)에서 결정된 추적 주파수 값을 나타낸다.here,
Figure pat00004
represents the tracking frequency value determined at the current point in time (t).

그리고, 본 발명은, FMCW 레이더 기반 호흡수 추정 장치에 있어서, 상기 FMCW 레이더를 통해 송출된 후 타겟으로부터 반사된 신호를 시간에 따라 획득하는 신호 획득부와, 상기 FMCW 레이더로부터 수신된 신호를 1차 이산 푸리에 변환 후 다시 2차 이산 푸리에 변환하여 거리와 속도에 따른 도플러 크기 데이터를 획득하는 신호 처리부와, 상기 FMCW 레이더의 측정 속도 범위 이내의 각각의 속도 별로 해당 속도 성분에서 관측된 거리별 도플러 크기의 절대치들의 합을 연산하고, 상기 속도 별로 구해진 거리별 도플러 크기의 절대치들의 합을 평균하여 해당 시간에서의 타겟의 속도 값을 도출하는 연산부, 및 시간에 따른 속도 데이터에 대해 매시간 별로 윈도우를 적용하여 상기 윈도우 내에 분석되는 주파수 성분으로부터 타겟의 호흡수를 시간 별로 추정하는 추정부를 포함하는 호흡수 추정 장치를 제공한다.In addition, in the present invention, in the FMCW radar-based respiratory rate estimation device, a signal acquisition unit for obtaining a signal reflected from a target over time after being transmitted through the FMCW radar, and a signal received from the FMCW radar as a primary A signal processing unit that obtains Doppler magnitude data according to distance and speed by performing a second discrete Fourier transform after discrete Fourier transform, and a Doppler magnitude for each distance observed at a corresponding speed component for each speed within the measurement speed range of the FMCW radar A calculation unit that calculates the sum of absolute values and averages the sum of the absolute values of the Doppler magnitudes for each distance obtained for each velocity to derive the velocity value of the target at the corresponding time, and applies a window for each hour to the velocity data according to time Provided is a respiration rate estimating device including an estimator for estimating the respiration rate of a target by time from frequency components analyzed within a window.

본 발명에 따르면, FMCW 레이더를 통하여 추출한 타겟의 도플러 속도 값을 바탕으로 타겟의 호흡수를 정확도 있게 추정할 수 있다. According to the present invention, the target's respiratory rate can be accurately estimated based on the Doppler velocity value of the target extracted through the FMCW radar.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 호흡수 추정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 FMCW 레이더를 통한 호흡수 추정 기법의 개념을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 장치를 이용한 호흡수 추정 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 종래 기법과 본 발명의 기법에서 호흡수 추정시 사용되는 M(t,rk)와 Dv(t)를 서로 비교한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 도플러 속도 데이터로부터 호흡수를 추출하는 원리를 설명한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 호흡수 추정 기법의 성능 검증에 사용된 4가지 실험 환경을 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 10은 실험 1 내지 실험 4에 대한 본 발명의 호흡수 추정 결과를 기존 기법의 결과와 비교한 도면이다.
1 is a diagram showing the configuration of an apparatus for estimating respiratory rate according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing the concept of a respiratory rate estimation technique through FMCW radar.
Figure 3 is a diagram explaining a method for estimating respiratory rate using the device of FIG.
Figure 4 is a diagram comparing M (t, r k ) and D v (t) used in estimating respiratory rate in the conventional technique and the technique of the present invention.
5 is a diagram explaining the principle of extracting a respiratory rate from Doppler velocity data in an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing four experimental environments used to verify the performance of a respiratory rate estimation technique according to an embodiment of the present invention.
7 to 10 are diagrams comparing the respiration rate estimation results of the present invention for Experiments 1 to 4 with those of conventional techniques.

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, an embodiment of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice it. However, the present invention may be implemented in many 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.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween. . In addition, when a certain component is said to "include", this means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 발명은 FMCW 레이더를 이용하여 단일 채널로 생체신호를 측정하고, 인체의 움직임에 의한 신호의 크기와 위상 변화 관점이 아닌 도플러 속도 관점으로 인체 움직임에 따른 속도 변화를 처리하여 호흡을 측정하는 방식을 제안한다. The present invention measures a biosignal with a single channel using FMCW radar and measures respiration by processing the speed change according to the movement of the human body in terms of the Doppler velocity rather than the magnitude and phase change of the signal due to the movement of the human body. Suggest.

추출한 속도 정보에는 호흡 과정에서 발생하는 흉부의 움직임에 따른 속도 변화 주파수가 포함되어 있다. 따라서 움직임에 따라 변화하는 거리 변화를 추적하여 호흡 주파수를 추정하는 기존 연구와는 다르게, 흉부 움직임에 의한 속도 정보를 처리하여 호흡 주파수 추출이 가능하는 새로운 접근 방법을 제시한다. The extracted speed information includes the speed change frequency according to the movement of the chest that occurs during the breathing process. Therefore, unlike previous studies that estimate the breathing frequency by tracking the change in distance according to the movement, we present a new approach that can extract the breathing frequency by processing the speed information caused by the chest movement.

또한, RBM 현상을 완화하기 위해 거리빈(Range-bin) 범위 설정을 통해 움직임을 보정하고 호흡을 측정하는 기존 연구 방식과는 달리, 본 발명에서 제안한 방식은 측정 범위 설정을 필요로 하지 않는다. In addition, unlike existing research methods in which movement is corrected and respiration is measured by setting a range-bin range to mitigate the RBM phenomenon, the method proposed in the present invention does not require setting a measurement range.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 호흡수 추정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of an apparatus for estimating respiratory rate according to an embodiment of the present invention.

도 1에서 보여지는 바와 같이, 호흡수 추정 장치(100)는 신호 획득부(110), 신호 처리부(120), 연산부(130) 및 추정부(140)를 포함하며, FMCW 레이더(10)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 각 부(110~140)의 동작과 각 부 간의 데이터 흐름은 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다. As shown in FIG. 1, the respiratory rate estimation device 100 includes a signal acquisition unit 110, a signal processing unit 120, a calculation unit 130, and an estimation unit 140, and further includes the FMCW radar 10. can include Here, the operation of each unit 110 to 140 and the flow of data between each unit may be controlled by a controller (not shown).

신호 획득부(110)는 FMCW 레이더(10)를 통해 송신 후 타겟으로부터 반사된 수신 신호를 시간에 따라 획득한다. FMCW 레이더(10)는 선형적으로 변조된 주파수 신호를 송신 후 타겟(표적)으로부터 반사된 신호를 수신하여 신호 획득부(110)로 전달할 수 있다. The signal acquisition unit 110 acquires the received signal reflected from the target after transmission through the FMCW radar 10 over time. The FMCW radar 10 may transmit a linearly modulated frequency signal, receive a signal reflected from a target (target), and transmit the signal to the signal acquisition unit 110 .

신호 처리부(120)는 획득된 레이더의 수신 신호를 1차 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT) 후 다시 2차 이산 푸리에 변환하여 거리와 속도에 따른 도플러 크기 데이터를 획득한다. 이러한 도플러 크기 데이터는 시간-거리 도플러 맵(Doppler Map)을 이용하여 얻을 수 있다.The signal processing unit 120 obtains Doppler magnitude data according to distance and speed by performing a first discrete Fourier transform (DFT) on the received signal of the acquired radar and then a second discrete Fourier transform again. Such Doppler magnitude data can be obtained using a time-distance Doppler Map.

여기서 신호 처리부(120)는 레이더 송신 신호와 수신 신호의 결합 신호에 저대역 필터를 적용하여 생성되는 중간 주파수 신호(intermediate frequency, IF)에 대해 1차 및 2차 이산 푸리에 변환을 적용하여 각 시간 별로 거리와 속도에 따른 도플러 크기 데이터를 획득한다. Here, the signal processing unit 120 applies first- and second-order discrete Fourier transforms to an intermediate frequency (IF) generated by applying a low-pass filter to the combined signal of the radar transmission signal and the received signal, and then applies the second-order discrete Fourier transform for each time. Acquire Doppler magnitude data according to distance and speed.

이를 위해 신호 처리부(120)는 송신 신호와 수신 신호를 결합하는 믹서와, 결합 신호에 저대역 필터를 적용하는 필터, 그리고 필터를 적용하여 얻은 중간 주파수 신호에 대해 이산 푸리에 변환을 진행하는 이상 푸리에 변환부를 포함하여 구성될 수 있다. To this end, the signal processing unit 120 includes a mixer for combining the transmitted signal and the received signal, a filter for applying a low-pass filter to the combined signal, and an ideal Fourier transform for performing discrete Fourier transform on the intermediate frequency signal obtained by applying the filter. It may consist of parts.

연산부(130)는 레이더의 측정 속도 범위 이내에 해당한 각각의 속도 별로 해당 속도 성분에서 관측된 거리별 도플러 크기의 절대치의 합을 연산한다. 이렇게 각각의 속도 별로 구해진 도플러 크기의 절대치들의 합산 값은 전체 속도에 대해 평균되어 해당 시간에 대한 타겟의 속도 값으로 도출된다. The calculation unit 130 calculates the sum of the absolute values of the Doppler amplitudes for each distance observed in the corresponding velocity component for each velocity within the radar measurement velocity range. The sum of the absolute values of the Doppler magnitude obtained for each velocity is averaged over all velocities to derive the velocity value of the target for a corresponding time.

즉, 연산부(130)는 속도 별로 구해진 거리별 도플러 크기의 절대치들의 합을 모두 평균하여 해당 시간 t에서의 타겟의 속도 값을 얻는다. 연산부(130)는 시간 별로 획득되는 속도 값을 추정부(140)로 실시간 전송할 수 있다. 이를 통하여 타겟의 속도 값이 시간 별로 도출되어 시간에 따른 속도 데이터가 얻어진다.That is, the calculation unit 130 averages the sum of the absolute values of the Doppler magnitudes for each distance obtained for each speed to obtain the speed value of the target at the corresponding time t. The calculation unit 130 may transmit the speed value obtained by time to the estimation unit 140 in real time. Through this, the speed value of the target is derived for each time, and speed data according to time is obtained.

추정부(140)는 시간에 따른 속도 데이터에 대해 매시간 별로 윈도우를 적용하여 윈도우 내에 분석되는 주파수 성분으로부터 타겟의 호흡수를 시간 별로 추정한다. The estimator 140 estimates the respiration rate of the target hourly from frequency components analyzed within the window by applying a window every hour to the speed data according to time.

시간에 따른 속도 데이터에 매시간 별로 설정 시간 크기의 윈도우를 적용 후 고속 푸리에 변환(FFT)하여 각 시간 별로 호흡 주파수를 추출하는데, 이때 인간의 일반적인 호흡 주파수의 2배인 0.2~0.8Hz 범위 내에서 호흡 주파수 값이 추출된다고 가정한다. 이는 한 번의 호흡에는 들숨과 날숨이 포함되어 이들 두 가지 특성이 모두 반영되기 때문이다.After applying a window of the set time size for each hour to the speed data over time, fast Fourier transform (FFT) is performed to extract the breathing frequency for each time. Assume that the value is extracted. This is because one breath includes inhalation and exhalation, reflecting both of these characteristics.

여기서, 본 발명의 실시예에서 추정하는 타겟의 호흡수는 분당 호흡수(RR)를 의미할 수 있다. Here, the respiratory rate of the target estimated in the embodiment of the present invention may mean the respiratory rate per minute (RR).

추정부(140)는 시간 별 추출되는 호흡 주파수 값을 분당 호흡수(RR; Respiratory Rate)로 변환하여 타겟의 호흡수 추정 결과로 실시간 제공할 수 있다. The estimator 140 may convert the respiratory frequency value extracted by time into a respiratory rate (RR) per minute and provide the result of estimating the respiratory rate of the target in real time.

도 2는 FMCW 레이더를 통한 호흡수 추정 개념을 보여주는 도면이다. 도 2의 (a)는 종래 기법, (b)는 본 발명의 기법의 개념을 나타낸다. 종래의 경우 탐지 가능한 전체 거리빈 범위 중에서 선택한 거리빈 rk의 데이터를 이용하여 호흡수를 측정하였으나, 본 발명에서 제안하는 호흡수 추정 기법은 거리빈의 설정 없이 호흡수 측정이 가능하다.2 is a diagram showing a concept of respiration rate estimation through FMCW radar. 2 (a) shows the concept of the conventional technique and (b) the technique of the present invention. In the conventional case, the respiration rate was measured using the data of the distance bin r k selected from the entire range of detectable distance bins, but the respiration rate estimation technique proposed in the present invention can measure the respiration rate without setting a distance bin.

도 3은 도 1의 장치를 이용한 호흡수 추정 방법을 설명하는 도면이다.Figure 3 is a diagram explaining a method for estimating respiratory rate using the device of FIG.

먼저, 신호 획득부(110)는 FMCW 레이더에서 송출 후 타겟으로부터 반사되어 돌아온 수신 신호를 매시간 획득한다(S310).First, the signal acquisition unit 110 acquires the received signal reflected from the target after transmission from the FMCW radar every hour (S310).

이후, 신호 처리부(120)는 레이더의 수신 신호를 1차 이산 푸리에 변환 후 다시 2차 이산 푸리에 변환하여 거리와 속도에 따른 도플러 크기 데이터를 획득한다(S320).Thereafter, the signal processing unit 120 obtains Doppler size data according to distance and speed by performing a first order discrete Fourier transform and then a second order discrete Fourier transform on the received signal of the radar (S320).

이때, 신호 처리부(120)는 송신 신호와 수신 신호를 혼합한 후 혼합 신호를 저대역 필터(low-pass filter)에 통과시켜 아래의 수학식 1의 중간 주파수 신호를 생성한다. At this time, the signal processing unit 120 mixes the transmitted signal and the received signal and passes the mixed signal through a low-pass filter to generate an intermediate frequency signal of Equation 1 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, x(t,n,m)는 시간 t에서 v0의 속도로 움직이는 표적의 신호로 볼 수 있으며, m은 처프(chirp)의 수, n은 처프의 샘플 인덱스(sample index)를 의미한다. Here, x(t,n,m) can be seen as a signal of a target moving at a speed of v 0 at time t, m is the number of chirps, and n is the sample index of the chirp. .

수학식 1에서 fr은 거리 r에 해당하는 주파수, M0는 거리 r에서 반사된 전력, P는 r에서 반사된 전파의 시간 지연을 의미한다. fr과 P는 다음의 수학식 2와 같이 표현된다.In Equation 1, f r is a frequency corresponding to a distance r, M 0 is a reflected power at a distance r, and P is a time delay of a radio wave reflected at r. f r and P are expressed as in Equation 2 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서, BW는 주파수대역폭, c는 빛의 속도, Tc는 처프의 지속시간(duration),

Figure pat00008
는 시간 지연의 상수, Fs는 샘플링 주파수를 나타낸다.Here, BW is the frequency bandwidth, c is the speed of light, T c is the duration of the chirp,
Figure pat00008
is the constant of the time delay, and F s represents the sampling frequency.

도 2의 (a)에 나타낸 종래의 기법에서는 수학식 1을 1차 DFT하여 얻은 아래 수학식 3의 X(t,rk,m)을 이용하여 전력 크기 M(t,rk)와 위상 P(t,rk)을 수학식 4와 같이 추출하며, 전력 크기 M(t,rk)을 이용하여 호흡수를 측정하였다.In the conventional technique shown in (a) of FIG. 2, X(t,r k ,m) of Equation 3 below obtained by first-order DFT of Equation 1 is used to obtain power magnitude M(t,r k ) and phase P (t, r k ) was extracted as in Equation 4, and the respiratory rate was measured using the power magnitude M (t, r k ).

Figure pat00009
Figure pat00009

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서,

Figure pat00012
이고 k=0, …, N-1이다.
Figure pat00013
는 호흡으로 인한 흉부 움직임을 표현한다. 물체가 거리 rk에서
Figure pat00014
의 미세 움직임이 존재한다고 가정하면, 수학식 4는 다음 수학식 5와 같이 표현된다.here,
Figure pat00012
and k = 0, ... , N-1.
Figure pat00013
represents the movement of the chest due to breathing. object at distance r k
Figure pat00014
Assuming that there is a fine motion of , Equation 4 is expressed as Equation 5 below.

Figure pat00015
Figure pat00015

Figure pat00016
Figure pat00016

그런데, 만일 수학식 5의 'rk+ㅿt'에 호흡으로 인한 미세 움직임과 더불어 인체의 움직임에 의한 변위가 포함된다면, 해당 거리 rk에 해당하는 M(t,rk)와 P(t,rk)로 인하여 왜곡된 IF 신호가 추출된다.However, if 'r k + t' in Equation 5 includes the displacement due to the movement of the human body as well as the minute movement due to respiration, M(t,r k ) and P(t) corresponding to the distance r k , r k ), a distorted IF signal is extracted.

이에 본 발명의 실시예의 경우, 1차 DFT를 통해 얻은 신호에서 계산한 크기 M(t,rk)을 활용하는 종래 기법과는 달리, 1차 DFT 이후 2차 DFT를 수행하여 얻은 시간-거리 도플러 데이터를 이용하여 표적의 속도 값(도플러 속도)을 추출하고, 이러한 속도 값으로부터 호흡수를 도출한다. Therefore, in the case of the embodiment of the present invention, unlike the conventional technique that utilizes the magnitude M(t, r k ) calculated from the signal obtained through the first DFT, the time-distance Doppler obtained by performing the second DFT after the first DFT Using the data, the velocity values (Doppler velocity) of the target are extracted, and the respiratory rate is derived from these velocity values.

우선, 수학식 1을 1차 DFT하여 수학식 3을 획득 후 다시 2차 DFT를 적용하게 되면 수학식 6의 결과가 얻어진다. First, when Equation 1 is firstly DFTed to obtain Equation 3, and then second-order DFT is applied again, the result of Equation 6 is obtained.

Figure pat00017
Figure pat00017

Figure pat00018
Figure pat00018

여기서, Nchirp는 처프의 수이고, k는 거리(거리빈) 인덱스이다. (앞의 수학식 1의 m은 처프의 수이고 n은 처프의 샘플 인덱스로 정의하였는데, Nchirp의 정의가 맞는지 확인 부탁드립니다.)Here, N chirp is the number of chirps, and k is the distance (distance bin) index. (In Equation 1 above, m is the number of chirps and n is defined as the sample index of the chirp. Please check whether the definition of N chirp is correct.)

수학식 6에 의해 추출된 Z(t,rk,vo)는 물체가 rk위치에서 vo의 속도를 갖는 경우, rk에서 반사된 전력 M0에만 비례하여 나타난다.Z(t, r k , v o ) extracted by Equation 6 appears in proportion only to the reflected power M 0 at r k when the object has a velocity v o at the r k position.

이와 같이 타겟으로부터 받사된 레이더 수신 신호를 1차 DFT 처리 후 다시 2차 DFT 하게 되면, 해당 시간 t에서의 거리와 속도에 따른 도플러 크기 데이터(거리-속도 도플러 맵)가 획득될 수 있다. In this way, if the radar reception signal received from the target is subjected to the second DFT again after the first DFT process, Doppler magnitude data (distance-velocity Doppler map) according to the distance and speed at the corresponding time t can be obtained.

도플러 맵은 예를 들어 측정 가능한 전체 거리(거리빈) 범위에 대한 거리 축과 측정 가능한 전체 속도(속도빈) 범위에 대한 속도 축을 가지는 2차원 맵 형태로 구성되고, 맵 내에서 각각의 좌표 지점은 해당 속도 값과 해당 거리 값에 대응하는 도플러 크기가 색상 정보로 표출될 수 있다. 여기서, 레이더의 측정 속도 범위 및 측정 거리 범위는 제품 규격에 의해 미리 정의되거나 사용자에 의해 사전 설정(setting)될 수 있다.A Doppler map is composed of a two-dimensional map having, for example, a distance axis for the entire measurable distance (distance bin) range and a velocity axis for the entire measurable velocity (velocity bin) range, and each coordinate point in the map is A Doppler magnitude corresponding to a corresponding speed value and a corresponding distance value may be expressed as color information. Here, the measurement speed range and the measurement distance range of the radar may be predefined by product standards or preset by a user.

다음, 연산부(130)는 1차 및 2차 DFT 처리를 통하여 얻은 거리와 속도에 따른 도플러 크기 데이터를 이용하여 해당 시간 t에서의 타겟의 속도 값을 도출한다(S330).Next, the calculation unit 130 derives the velocity value of the target at the corresponding time t using the Doppler magnitude data according to the distance and velocity obtained through the first and second DFT processing (S330).

구체적으로, 연산부(130)는 레이더의 측정 속도 범위 이내의 각각의 속도 별로 해당 속도 성분에서 관측된 거리별 도플러 크기의 절대치의 합 D(t,v0)을 아래의 수학식 7과 같이 연산한다.Specifically, the calculation unit 130 calculates the sum D(t,v 0 ) of the absolute values of the Doppler magnitudes for each distance observed in the corresponding speed component for each speed within the radar measurement speed range as in Equation 7 below. .

Figure pat00019
Figure pat00019

여기서, Z(t,rk,v0)는 해당 속도 성분 v0에서 관측된 시간 t에서의 거리별 도플러 크기, rk는 측정 거리 범위 내에 해당한 각각의 거리 성분, |·|는 절대치를 나타낸다Here, Z(t,r k ,v 0 ) is the Doppler magnitude by distance at time t observed at the corresponding velocity component v 0 , r k is each distance component within the measured distance range, and |·| is the absolute value indicates

이와 같이 본 발명은 도플러 속도 관점에서 접근한 호흡수 추정 기법을 제안한 것으로 도플러 크기에 대한 절대치를 활용한다. 아울러, 측정 거리 범위 내의 모든 거리빈에서의 도플러 데이터가 활용되므로 기존과 같이 특정 거리빈을 선택하지 않아도 된다.As such, the present invention proposes a respiratory rate estimation technique approached from the viewpoint of the Doppler velocity, and utilizes the absolute value of the Doppler magnitude. In addition, since Doppler data in all distance bins within the measurement distance range is used, it is not necessary to select a specific distance bin as in the prior art.

그런 다음, 연산부(130)는 각각의 속도 별로 구해진 거리별 도플러 크기의 절대치의 합을 전체 속도에 대해 모두 평균하여 해당 시간 t에서의 타겟의 속도 값 Dv(t)을 아래 수학식 8과 같은 방법으로 도출한다.Then, the calculation unit 130 averages the sum of the absolute values of the Doppler magnitudes for each distance obtained for each speed with respect to all velocities, and calculates the speed value D v (t) of the target at the corresponding time t as shown in Equation 8 below. derive in a way

Figure pat00020
Figure pat00020

여기서, Nchirp는 처프의 수, v0는 상기 측정 속도 범위 이내에 해당하는 각각의 속도 성분, D(t,v0)는 해당 속도 성분 v0에서 구해진 거리별 도플러 크기의 절대치의 합을 나타낸다. Here, N chirp is the number of chirps, v 0 is each velocity component within the measured velocity range, and D(t, v 0 ) represents the sum of absolute values of Doppler magnitudes for each distance obtained from the corresponding velocity component v 0 .

즉, 수학식 8과 같이 측정 속도 범위 내의 모든 속도빈에서의 거리별 환산 데이터를 모두 합산 후에 Nchirp로 나누어 평균함으로써 해당 시간 t에서의 타겟의 속도 값을 산출한다. That is, as shown in Equation 8, the speed value of the target at the corresponding time t is calculated by summing up all converted data for each distance in all speed bins within the measured speed range, dividing by N chirp and averaging.

이와 같이, 본 발명의 실시예의 경우, 도플러 맵을 통해 속도 별로 얻어낸 D(t,v0)을 수학식 8에 대입하여 측정 속도 범위에 대한 평균 값을 도출해낸다. 본 발명의 실시예는 이러한 평균 값을 시간 t에서의 타겟의 호흡수 측정을 위한 특징 값으로 사용한다.As such, in the case of the embodiment of the present invention, D(t,v 0 ) obtained for each speed through the Doppler map is substituted into Equation 8 to derive an average value for the measured speed range. An embodiment of the present invention uses this average value as a feature value for measuring the target's respiratory rate at time t.

도 4는 종래 기법과 본 발명의 기법에서 호흡수 추정시 사용되는 M(t,rk)와 Dv(t)를 서로 비교한 도면이다. 도 4의 (a)는 타겟(사람)이 움직임이 없는 정지 상태에서 관측한 결과이고, (b)는 타겟의 움직임이 발생한 상태에서 관측한 결과이다. Figure 4 is a diagram comparing M (t, r k ) and D v (t) used in estimating respiratory rate in the conventional technique and the technique of the present invention. Figure 4 (a) is a result of observation in a stationary state without movement of the target (person), and (b) is a result of observation in a state in which the target is moving.

각 경우에 있어, 상단 그림은 호흡 과정에서 들숨 시에 전력이 커지고 날숨 시에 전력이 감소하는 패턴을 반복하는 참값(ground truth)을 나타낸다. In each case, the top figure represents the ground truth repeating a pattern in which the power increases during inhalation and decreases during exhalation during the breathing process.

중간 그림은 기존 기법에 의해 측정한 시간 t에 따른 M(t,rk)를 나타낸다. 하단 그림은 본 발명의 기법에 의해 측정한 시간 t에 따른 Dv(t) 값이다. 여기서 실제로 날숨 시에는 들숨 시와는 달리 Dv(t)가 음의 값을 가지나 절대값을 통해 반전을 취한 결과를 나타낸다. 따라서 도플러 속도 관점 접근 방법을 이용할 경우 하단 그림과 같이 들숨과 날숨이 각각 한 주기로 나타낸다. The middle figure shows M(t,r k ) over time t measured by the conventional method. The lower figure is the D v (t) value according to time t measured by the technique of the present invention. In actual exhalation, unlike in inhalation, D v (t) has a negative value, but it represents the result of inverting through the absolute value. Therefore, when using the Doppler velocity perspective approach, each inhalation and exhalation is represented as one cycle as shown in the figure below.

기존 FMCW 레이더를 활용한 호흡 측정 연구는 표적이 존재하는 거리 범위에서 M(t,rk)만을 보며 호흡 신호를 추출해왔다. 이러한 방법은 피험자(타겟)가 벽에 등을 기대고 가만히 서있는 상태에서도 수학식 5에 의해 흉부 움직임으로 인한 변위에 인체의 미세 움직임이 더해져 왜곡된 신호가 발생하게 된다. 이로 인해 고정된 인체가 아닌 경우 부정확한 호흡이 추출된다.Respiration measurement studies using existing FMCW radars have extracted respiration signals by looking only at M(t,r k ) in the range of distances where the target exists. In this method, even when the subject (target) is standing still with their backs against the wall, a distorted signal is generated by adding minute movements of the human body to the displacement due to chest movements according to Equation 5. Due to this, inaccurate breathing is extracted when the human body is not fixed.

도 4와 같이 인체가 고정된 상태 (a)의 환경에서는 제안한 방법과 기존 연구 방법이 모두 정확한 호흡 신호가 일정한 주기를 보이면서 출력된다. 인체의 미세 움직임이 포함된 실험 환경 (b)에서 본 발명의 기법에 의한 Dv(t)는 설정된 1주기 별로 신호가 추출되는 반면, 기존 기법에 의한 M(t,rk)는 미세 움직임으로 인해 왜곡된 신호가 추출되는 것을 보여준다. As shown in FIG. 4, in the environment in which the human body is in a fixed state (a), both the proposed method and the existing research method output accurate breathing signals with a regular cycle. In the experimental environment (b) that includes minute movements of the human body, D v (t) according to the technique of the present invention extracts signals for each set period, whereas M(t,r k ) according to the existing technique It shows that a distorted signal is extracted due to

본 발명에서 제안한 방식은 수학식 6에 의해 레이더로 다가오는 속도에 비례한 결과만을 도출하기 때문에, 미세 움직임에도 기존 연구 방식 대비 향상된 호흡수 출력이 가능하다. Since the method proposed in the present invention derives only a result proportional to the speed approaching the radar by Equation 6, an improved respiratory rate output compared to the existing research method is possible even with minute movements.

다시 도 3을 참조하면, 추정부(140)는 시간에 따른 속도 데이터에 대해 매시간 별로 윈도우를 적용하여 윈도우 내에 분석되는 주파수 성분으로부터 타겟의 호흡수를 시간 별로 추정한다(S340).Referring back to FIG. 3 , the estimator 140 estimates the respiration rate of the target by time from the frequency components analyzed within the window by applying a window every hour to the speed data according to time (S340).

여기서 물론 윈도우란 시간 윈도우를 의미하며, 매시간 별로 현재 시점을 포함한 과거 데이터에 설정 시간 길이의 윈도우를 적용하고 윈도우 내의 주파수 성분을 분석함으로써 현재 시점에서의 타겟의 호흡수를 추정한다. 물론 실시간 호흡수 검출을 위하여 슬라이딩 윈도우 방식을 적용할 수 있다. 이때 주파수 분석에는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)이 활용될 수 있다.Here, of course, the window means a time window, and the target's respiration rate at the current time point is estimated by applying a window of a set time length to past data including the current time point for each hour and analyzing frequency components within the window. Of course, a sliding window method can be applied for real-time respiratory rate detection. In this case, a fast Fourier transform (FFT) may be used for frequency analysis.

인간의 호흡은 보통 0.1Hz~0.4Hz 사이에서 나타난다. 도플러 속도 관점 접근방법은 수학식 7에 의해 들숨과 날숨이 각각 한 주기로 나타낸다. 이에 수학식 8을 통해 추출한 신호를 window로 나누어 FFT를 통해 주파수를 추출하면 인간의 일반적인 호흡 주파수의 2배인 0.2~0.8Hz에서 호흡 주파수가 추출된다고 가정한다. Human respiration usually appears between 0.1 Hz and 0.4 Hz. In the Doppler velocity perspective approach, each inhalation and exhalation are represented as one cycle by Equation 7. Accordingly, it is assumed that when the signal extracted through Equation 8 is divided by the window and the frequency is extracted through FFT, the breathing frequency is extracted at 0.2 to 0.8 Hz, which is twice the normal breathing frequency of humans.

도 5는 본 발명의 실시예에서 도플러 속도 데이터로부터 호흡수를 추출하는 원리를 설명한 도면이다.5 is a diagram explaining the principle of extracting a respiratory rate from Doppler velocity data in an embodiment of the present invention.

도 5의 상단 그림은 호흡 신호의 참값에 해당하고, 중간 그림은 본 발명의 실시예에 따른 기법으로 획득한 도플러 속도 데이터인 Dv(t)를 나타내고, 하단 그림은 시간 t에서 적용한 윈도우 상의 데이터를 FFT 변환한 결과 예시를 나타낸다. FFT 변환 결과 여러 주파수에서 피크(* 표시)가 검출된다.The upper figure of FIG. 5 corresponds to the true value of the respiration signal, the middle figure shows Doppler velocity data D v (t) obtained by the technique according to an embodiment of the present invention, and the lower figure shows the data on the window applied at time t Shows an example of the result of FFT conversion of . As a result of FFT conversion, peaks (marked with *) are detected at several frequencies.

여기서, 추정부(140)는 아래의 수학식 9와 같이, 현재 시점(t)에서 적용한 윈도우 상의 데이터를 고속 푸리에 변환하여 검출한 복수의 피크 주파수(

Figure pat00021
)를 이전 시점(t-1)에서의 윈도우로부터 결정된 추적 주파수 값(
Figure pat00022
)과 개별 비교한 후에 주파수 편차가 최소(min)인 피크 주파수를 현재 시점(t)에서의 추적 주파수 값(
Figure pat00023
)으로 결정한다. Here, the estimator 140, as shown in Equation 9 below, a plurality of peak frequencies detected by fast Fourier transforming the data on the window applied at the current time point t (
Figure pat00021
) to the tracking frequency value determined from the window at the previous time point (t-1) (
Figure pat00022
) and individual comparisons, the peak frequency with the minimum frequency deviation (min) is the tracking frequency value (
Figure pat00023
) to determine

Figure pat00024
Figure pat00024

그런 다음, 현재 시점(t)에서 결정된 추적 주파수 값

Figure pat00025
을 다음의 수학식 10에 적용하여 현재 시점(t)에서의 타겟의 분당 호흡수(RR)를 연산하여 결정한다.Then, the tracking frequency value determined at the current time point (t)
Figure pat00025
is applied to the following Equation 10 to calculate and determine the respiratory rate per minute (RR) of the target at the current time point (t).

Figure pat00026
Figure pat00026

여기서,

Figure pat00027
는 현재 시점(t)에서 결정된 추적 주파수 값을 나타낸다.here,
Figure pat00027
represents the tracking frequency value determined at the current point in time (t).

사람의 호흡은 갑작스럽게 증가하거나 감소하지 않는다고 가정한다. 따라서 FFT를 통해 peak 값을 갖는

Figure pat00028
집합에서 수학식 9를 통하여 이전 호흡 주파수인
Figure pat00029
와 가장 가까운 peak를
Figure pat00030
로 추적 주파수 값을 결정하고, 추출한 주파수 값을 수학식 10을 통하여 Respiratory rate(RR)로 계산하여 호흡수를 최종 출력한다.It is assumed that human breathing does not suddenly increase or decrease. Therefore, having a peak value through FFT
Figure pat00028
In the set, the previous breathing frequency through Equation 9
Figure pat00029
the peak closest to
Figure pat00030
The tracking frequency value is determined by , and the extracted frequency value is calculated as the respiratory rate (RR) through Equation 10 to finally output the respiratory rate.

다음은 본 발명에서 제안한 호흡수 추정 기법에 대한 성능을 검증한 결과를 설명한다.The following describes the results of verifying the performance of the respiratory rate estimation technique proposed in the present invention.

인간의 호흡은 약 0.1~0.4Hz의 주파수를 가지고 있다. FMCW 레이더로부터 얻은 데이터의 M(t,rk)을 활용하고 0.1~0.4Hz Band-pass filter를 적용한 기존 연구 방법과 본 발명의 실시예에서 제안한 Dv(t) 만을 활용한 방법을 이하의 4가지 실험을 통해 비교한다. Human respiration has a frequency of about 0.1 to 0.4 Hz. The existing research method using M(t,r k ) of data obtained from FMCW radar and applying a 0.1~0.4Hz Band-pass filter and the method using only D v (t) proposed in the embodiment of the present invention are described in the following 4 Compare through experiments.

도 6은 본 발명의 실시에에 따른 호흡수 추정 기법의 성능 검증에 사용된 4가지 실험 환경을 나타낸 도면이다.6 is a diagram showing four experimental environments used to verify the performance of a respiratory rate estimation technique according to an embodiment of the present invention.

도 6의 (a)~(d)와 같이, 벽에 기대어 몸을 고정시켜 인체의 움직임을 최소화한 실험1, 피험자가 등을 기대지 않고 가만히 서 있는 실험2, 피험자가 의자에 앉아 앞뒤로 움직이는 실험3, 피험자가 의자에 앉아 좌우로 움직이는 실험4를 통해 각 상황에 대한 기존 방법과 제안한 연구의 호흡률 추정 정확도를 비교한다. As shown in (a) to (d) of FIG. 6, experiment 1 in which the movement of the human body was minimized by fixing the body against the wall, experiment 2 in which the subject stood still without leaning back, experiment 3 in which the subject moved back and forth while sitting on a chair , Experiment 4 in which the subject sits on a chair and moves left and right, compares the accuracy of the respiratory rate estimation between the existing method and the proposed study for each situation.

표 1은 실험에 사용된 FMCW 레이더에 대한 파라미터와 규격을 나타낸다.Table 1 shows the parameters and specifications of the FMCW radar used in the experiment.

파라미터(Parameter)Parameter 값(Value)Value 중심 주파수(Center frequency)Center frequency 60GHz60 GHz 검출 범위(Detection range)Detection range ~6.4m~6.4m 방위각(Field of view (Azimuth))Field of view (Azimuth) ±65°±65° 고도각(Field of view (Elevation))Field of view (Elevation) ±30°±30° 주파수 대역폭(Bandwidth)Frequency Bandwidth 3GHz3GHz 처프 지속시간(Chirp duration)Chirp duration 256㎲256 μs 샘플링 속도(Sampling rate)Sampling rate 1MHz1MHz 스캔 간격(Scan interval)Scan interval 50ms50ms 송신 안테나 수(Tx antenna)Number of transmit antennas (Tx antenna) 22 수신 안테나 수(Rx antenna)Number of receiving antennas (Rx antenna) 44 수신 안테나 간격(Rx antenna spacing)Rx antenna spacing 0.5λ0.5λ

도 7 내지 도 10은 실험 1 내지 실험 4에 대한 본 발명의 호흡수 추정 결과를 기존 기법의 결과와 비교한 도면이다. 이때 도 7 내지 도 9는 피험자 6명에 대한 결과를 함께 도시하였고, 도 10은 피험자 2명에 대한 결과를 함께 도시하였다.7 to 10 are diagrams comparing the respiration rate estimation results of the present invention for Experiments 1 to 4 with those of conventional techniques. At this time, FIGS. 7 to 9 show the results for 6 subjects together, and FIG. 10 shows the results for 2 subjects together.

도 6(a)와 같이, 실험 1의 상황은 피험자가 벽에 기대어 인체의 움직임을 최소화한 상황으로 호흡에 의한 흉부 움직임만을 나타낸다. 그 결과 도 7과 같이, 실험 1의 경우 2가지 방식 모두 레이더를 활용해 인체의 움직임이 없이 호흡으로 인한 흉부의 움직임으로 호흡을 추출할 때 정확한 값이 나타난다.As shown in FIG. 6(a), the experiment 1 was a situation in which the subject leaned against the wall and minimized the movement of the human body, showing only chest movement due to respiration. As a result, as shown in FIG. 7 , in the case of Experiment 1, accurate values are obtained when breathing is extracted by the movement of the chest due to breathing without the movement of the human body using radar in both methods.

정확도 연산은 아래 수학식 11을 이용하였다. For accuracy calculation, Equation 11 below was used.

Figure pat00031
Figure pat00031

여기서 d는 총 실험 시간을 말하며 각 실험 방법에서 수학식 11을 통해 피험자에게 직접 장착한 접촉 호흡 센서에서 추출된 호흡수 Gt(t)(정답 값)와 본 발명에서 추정한 호흡수 RR(t)를 비교하여 정확도를 추출한다.Here, d refers to the total experiment time, and the respiratory rate G t (t) (correct answer value) extracted from the contact respiration sensor directly mounted on the subject through Equation 11 in each experimental method and the respiratory rate RR (t) estimated in the present invention ) to extract the accuracy.

표 2는 본 발명의 기법과 기존 기법을 통한 호흡수의 정확도를 비교한 것으로, 본 발명의 경우 평균 95%의 정확도를 보여주며 기존 기법보다 높은 정확도를 나타낸다.Table 2 compares the accuracy of respiratory rate through the technique of the present invention and the conventional technique, and in the case of the present invention, it shows an average accuracy of 95% and shows higher accuracy than the conventional technique.

실험대상test subject 기존 기법(Conventional)Conventional 제안 기법(Proposed)Proposed technique AA 99.03%99.03% 99.36%99.36% BB 90.26%90.26% 93.55%93.55% CC 94.93%94.93% 98.50%98.50% DD 76.02%76.02% 92.77%92.77% EE 85.22%85.22% 95.34%95.34% FF 76.29%76.29% 94.79%94.79% 평균average 86.96%86.96% 95.72%95.72%

다음, 도 6(b)과 같이, 실험 2의 경우 피험자가 가만히 서있는 상태에서 발생하는 인체의 미세 움직임을 포함한 흉부 움직임을 나타낸다.Next, as shown in FIG. 6(b), in the case of Experiment 2, chest movements including minute movements of the human body that occur while the subject is standing still are shown.

도 8의 실험 결과를 보면, 실험 2와 같이 등을 기대지 않고 기립해 있는 피험자의 호흡을 측정할 때, 기존 방식은 체의 미세 움직임으로 생기는 변위 차이로 인해 부정확하다. 하지만 제안한 방식은 미세 움직임으로 인한 속도를 이용하기 때문에, 흉부의 특정 속도에 의한 주파수 추출이 가능하여 호흡 추출 정확도가 높다. 표 3은 실험 2에 대한 정확도 연산 결과를 보여준다.Referring to the experimental results of FIG. 8 , when measuring respiration of a subject standing upright without leaning back as in Experiment 2, the existing method is inaccurate due to a difference in displacement caused by a fine movement of the body. However, since the proposed method uses the speed due to micro-movement, it is possible to extract the frequency according to the specific speed of the chest, and the breath extraction accuracy is high. Table 3 shows the accuracy calculation results for Experiment 2.

실험대상test subject 기존 기법(Conventional)Conventional 제안 기법(Proposed)Proposed technique AA 64.56%64.56% 92.97%92.97% BB 72.80%72.80% 81.62%81.62% CC 86.36%86.36% 97.08%97.08% DD 73.57%73.57% 90.81%90.81% EE 77.68%77.68% 89.14%89.14% FF 66.56%66.56% 75.05%75.05% 평균average 73.59%73.59% 87.78%87.78%

다음, 도 6의 (c)와 같이, 실험 3의 경우 피험자가 의자에 앉아 호흡의 속도보다 낮은 속도로 앞뒤로 움직이며 발생하는 흉부 움직임을 나타낸다.Next, as shown in (c) of FIG. 6, in the case of Experiment 3, the chest movement generated by the subject sitting on a chair and moving back and forth at a speed lower than the breathing rate is shown.

그 결과 도 9와 같이, 앞뒤로 움직이는 피험자의 호흡을 측정할 때, 기존 방식은 레이더와의 거리 변화로 인해 호흡으로 인한 흉부 움직임 변위의 영향이 작아진다. 또한, 설정 Range-bin에서 벗어나 호흡의 움직임이 측정되기 때문에 부정확하다. 반면, 제안한 방식은 측정 범위에 상관없이 호흡으로 인한 흉부의 특정 속도를 추출하고 움직임 속도 주파수가 개별적으로 존재하기 때문에 기존 방식 대비 움직임 상황에서 정확한 호흡수 추출이 가능하다. 다음의 표 4는 실험 3에 대한 정확도 연산 결과를 보여준다.As a result, when measuring the respiration of a subject moving back and forth, as shown in FIG. 9, the conventional method has less effect of chest movement displacement due to respiration due to a change in distance from the radar. Also, it is inaccurate because the movement of breathing is measured out of the set range-bin. On the other hand, the proposed method extracts the specific velocity of the chest due to respiration regardless of the measurement range, and since the movement velocity frequency exists individually, it is possible to extract the exact respiratory rate in the movement situation compared to the existing method. Table 4 below shows the accuracy calculation results for Experiment 3.

실험대상test subject 기존 기법(Conventional)Conventional 제안 기법(Proposed)Proposed technique AA 69.62%69.62% 89.57%89.57% BB 69.71%69.71% 84.06%84.06% CC 71.13%71.13% 93.98%93.98% DD 80.95%80.95% 88.14%88.14% EE 59.57%59.57% 85.97%85.97% FF 65.59%65.59% 92.66%92.66%

다음, 도 6의 (d)와 같이, 실험 4의 경우 피험자가 의자에 앉아 좌우로 움직이는 상황에서 발생하는 흉부 움직임을 나타낸다.Next, as shown in (d) of FIG. 6, in the case of Experiment 4, chest movements generated when the subject moves left and right while sitting on a chair are shown.

그 결과, 도 10과 같이, 좌우로 움직이는 피험자의 호흡을 측정할 때, 기존 방식은 레이더와의 거리 변화로 인해 호흡으로 인한 흉부 움직임 변위의 영향이 작아진다. 또한, 설정 Range-bin에서 벗어나 호흡의 움직임이 측정되기 때문에 부정확하다. 반면, 제안한 방식은 측정 범위에 상관없이 호흡으로 인한 흉부의 특정 속도를 추출하고 움직임 속도 주파수가 개별적으로 존재하기 때문에 기존 방식 대비 움직임 상황에서 정확한 호흡수 추출이 가능하다. 다음의 표 5는 실험 4에 대한 정확도 연산 결과를 보여준다.As a result, when measuring respiration of a subject moving left and right as shown in FIG. 10 , in the conventional method, the effect of chest movement displacement due to respiration is reduced due to a change in distance from the radar. Also, it is inaccurate because the movement of breathing is measured out of the set range-bin. On the other hand, the proposed method extracts the specific velocity of the chest due to respiration regardless of the measurement range, and since the movement velocity frequency exists individually, it is possible to extract the exact respiratory rate in the movement situation compared to the existing method. Table 5 below shows the accuracy calculation results for Experiment 4.

실험대상test subject 기존 기법(Conventional)Conventional 제안 기법(Proposed)Proposed technique AA 84.66%84.66% 94.63%94.63% BB 67.09%67.09% 93.04%93.04% 평균average 75.88%75.88% 93.82%93.82%

실험 결과에서는 기존 연구 방법과 본 논문에서 제안한 방법을 움직임이 동반된 2가지 실험에서 비교하여 움직임이 존재하는 상황에서 호흡 추정이 획기적으로 향상됨을 보여준다.The experimental results show that the existing research method and the method proposed in this paper are compared in two experiments accompanied by motion, and respiration estimation is dramatically improved in the presence of motion.

결과적으로 본 발명의 경우, 도플러 속도 관점으로 흉부의 미세 속도를 검출하는 방법을 제안하였다. 제안한 방법은 움직임이 존재하는 상황의 호흡 정확도 측면에서 기존 연구 방법과 비교해 향상된 호흡 정확도를 실험과 알고리즘 시뮬레이션을 통해 확인했다. As a result, in the case of the present invention, a method for detecting the microvelocity of the chest in terms of Doppler velocity was proposed. The proposed method confirmed improved breathing accuracy through experiments and algorithm simulations compared to existing research methods in terms of breathing accuracy in the presence of motion.

등을 기대지 않고 기립한 피험자의 호흡 측정에서 기존 연구 방법은 73.59% 정확도를 보이는 반면, 제안한 방법은 87.78% 정확도를 보였다. 앞뒤로 움직이는 피험자의 호흡 측정에서는 기존 방법은 69.43% 정확도를 보이지만, 제안한 방법은 89.06% 호흡률 추정 정확도를 보였다. 또한, 좌우로 움직이는 피험자의 호흡 측정에서는 기존 방법은 75.88% 정확도를 보이는 반면, 제안한 방법은 93.82% 호흡률 추정 정확도를 보였다. The existing research method showed 73.59% accuracy in respiration measurement of subjects standing up without leaning back, whereas the proposed method showed 87.78% accuracy. In measuring the respiration of subjects moving back and forth, the existing method showed 69.43% accuracy, but the proposed method showed 89.06% respiration rate estimation accuracy. In addition, the existing method showed 75.88% accuracy in measuring the respiration of subjects moving left and right, while the proposed method showed 93.82% respiration rate estimation accuracy.

이를 통해 도플러 속도 관점에서 제안한 방법은 측정 범위에 상관없이 움직임이 존재하는 상황에서 호흡으로 인한 흉부의 특정 속도를 추출이 가능하다는 것을 입증했다. RBM 현상을 완화한 본 연구 방법은 움직임이 다수 발생하는 차량 내 탑승자의 호흡 측정과 레이더를 활용한 의료기기 등 다양한 범위에서 활용될 수 있다.Through this, the proposed method in terms of Doppler velocity proved that it is possible to extract the specific velocity of the chest due to respiration in the presence of motion regardless of the measurement range. This research method, which alleviates the RBM phenomenon, can be used in a wide range of areas, such as measuring the respiration of occupants in vehicles with many movements and medical devices using radar.

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 embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical scope of protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

10: FMCW 레이더 100: 호흡수 추정 장치
110: 신호 획득부 120: 신호 처리부
130: 연산부 140: 추정부
10: FMCW radar 100: respiratory rate estimation device
110: signal acquisition unit 120: signal processing unit
130: calculation unit 140: estimation unit

Claims (12)

FMCW 레이더 기반 호흡수 추정 장치에서 수행되는 호흡수 추정 방법에 있어서,
상기 FMCW 레이더를 통해 송출된 후 타겟으로부터 반사된 신호를 시간에 따라 수신하는 단계;
상기 FMCW 레이더로부터 수신된 신호를 1차 이산 푸리에 변환 후 다시 2차 이산 푸리에 변환하여 거리와 속도에 따른 도플러 크기 데이터를 획득하는 단계;
상기 FMCW 레이더의 측정 속도 범위 이내의 각각의 속도 별로 해당 속도 성분에서 관측된 거리별 도플러 크기의 절대치들의 합을 연산하는 단계;
상기 속도 별로 구해진 거리별 도플러 크기의 절대치들의 합을 평균하여 해당 시간에서의 타겟의 속도 값을 도출하는 단계; 및
시간에 따른 속도 데이터에 대해 매시간 별로 윈도우를 적용하여 상기 윈도우 내에 분석되는 주파수 성분으로부터 상기 타겟의 호흡수를 시간 별로 추정하는 단계를 포함하는 호흡수 추정 방법.
In the respiratory rate estimation method performed in the FMCW radar-based respiratory rate estimation device,
Receiving a signal transmitted through the FMCW radar and then reflected from a target according to time;
Acquiring Doppler magnitude data according to distance and speed by performing a first order discrete Fourier transform and then a second order discrete Fourier transform on the signal received from the FMCW radar;
calculating a sum of absolute values of Doppler amplitudes for each distance observed at a corresponding velocity component for each velocity within the measurement velocity range of the FMCW radar;
deriving a velocity value of the target at a corresponding time by averaging the sum of absolute values of Doppler magnitudes for each distance obtained for each velocity; and
Respiratory rate estimation method comprising the step of estimating the respiration rate of the target for each hour from the frequency component analyzed within the window by applying a window every hour to the velocity data according to time.
청구항 1에 있어서,
상기 도플러 크기 데이터를 획득하는 단계는,
상기 FMCW 레이더의 송신 신호와 수신 신호의 결합 신호에 저대역 필터를 적용하여 생성되는 중간 주파수 신호에 상기 1차 및 2차 이산 푸리에 변환을 적용하여 상기 도플러 크기 데이터를 획득하는 호흡수 추정 방법.
The method of claim 1,
Obtaining the Doppler magnitude data,
Respiratory rate estimation method for obtaining the Doppler magnitude data by applying the first and second discrete Fourier transforms to the intermediate frequency signal generated by applying a low-pass filter to the combined signal of the transmission signal and the reception signal of the FMCW radar.
청구항 1에 있어서,
상기 타겟의 속도 값을 도출하는 단계는,
아래의 수학식을 이용하여 해당 시간 t에서의 상기 타겟의 속도 값 Dv(t)을 도출하는 호흡수 추정 방법:
Figure pat00032

여기서, Nchirp는 처프의 수, v0는 상기 측정 속도 범위 이내에 해당하는 각각의 속도 성분, D(t,v0)는 해당 속도 성분 v0에서 구해진 시간 t에서의 거리별 도플러 크기의 절대치의 합을 나타낸다.
The method of claim 1,
The step of deriving the speed value of the target,
Respiratory rate estimation method for deriving the velocity value D v (t) of the target at the time t using the following equation:
Figure pat00032

Here, N chirp is the number of chirps, v 0 is each velocity component within the measured velocity range, and D(t,v 0 ) is the absolute value of the Doppler magnitude for each distance at time t obtained from the corresponding velocity component v 0 represents the sum.
청구항 3에 있어서,
상기 D(t,v0)는 아래의 수학식으로 정의되는 호흡수 추정 방법:
Figure pat00033

여기서, Z(t,rk,v0)는 해당 속도 성분 v0에서 관측된 거리별 도플러 크기, rk는 측정 거리 범위 내에 해당한 각각의 거리 성분을 나타낸다.
The method of claim 3,
The D (t, v 0 ) is a respiratory rate estimation method defined by the following equation:
Figure pat00033

Here, Z(t,r k ,v 0 ) is the Doppler magnitude for each distance observed in the corresponding velocity component v 0 , and r k represents each distance component corresponding to the measured distance range.
청구항 1에 있어서,
상기 호흡수를 추정하는 단계는,
현재 시점(t)에서 적용한 윈도우 상의 데이터를 고속 푸리에 변환하여 검출한 복수의 피크 주파수를 이전 시점(t-1)에서의 윈도우로부터 결정된 추적 주파수 값과 개별 비교한 후에 주파수 편차가 최소인 피크 주파수를 현재 시점(t)에서의 추적 주파수 값으로 결정하는 단계; 및
상기 결정된 추적 주파수 값을 통해 현재 시점(t)에서의 분당 호흡수(Respiratory Rate, RR)을 결정하는 단계를 포함하는 호흡수 추정 방법.
The method of claim 1,
Estimating the respiratory rate,
A plurality of peak frequencies detected by fast Fourier transforming the data on the window applied at the current time point (t) are individually compared with the tracking frequency values determined from the window at the previous time point (t-1), and then the peak frequency with the minimum frequency deviation is determined. determining a tracking frequency value at a current point in time (t); and
Respiratory rate estimation method comprising the step of determining the respiratory rate (Respiratory Rate, RR) per minute at the current time point (t) through the determined tracking frequency value.
청구항 5에 있어서,
상기 분당 호흡수를 추정하는 단계는,
상기 현재 시점(t)에서 결정된 추적 주파수 값을 아래 수학식에 적용하여 현재 시점(t)에서의 타겟의 분당 호흡수(RR)를 연산하는 호흡수 추정 방법:
Figure pat00034

여기서,
Figure pat00035
는 현재 시점(t)에서 결정된 추적 주파수 값을 나타낸다.
The method of claim 5,
The step of estimating the number of breaths per minute,
Respiratory rate estimation method for calculating the target's respiratory rate per minute (RR) at the current time point (t) by applying the tracking frequency value determined at the current time point (t) to the equation below:
Figure pat00034

here,
Figure pat00035
represents the tracking frequency value determined at the current point in time (t).
FMCW 레이더 기반 호흡수 추정 장치에 있어서,
상기 FMCW 레이더를 통해 송출된 후 타겟으로부터 반사된 신호를 시간에 따라 수신하는 신호 획득부;
상기 FMCW 레이더로부터 수신된 신호를 1차 이산 푸리에 변환 후 다시 2차 이산 푸리에 변환하여 거리와 속도에 따른 도플러 크기 데이터를 획득하는 신호 처리부;
상기 FMCW 레이더의 측정 속도 범위 이내의 각각의 속도 별로 해당 속도 성분에서 관측된 거리별 도플러 크기의 절대치들의 합을 연산하고, 상기 속도 별로 구해진 거리별 도플러 크기의 절대치들의 합을 평균하여 해당 시간에서의 타겟의 속도 값을 도출하는 연산부; 및
시간에 따른 속도 데이터에 대해 매시간 별로 윈도우를 적용하여 상기 윈도우 내에 분석되는 주파수 성분으로부터 상기 타겟의 호흡수를 시간 별로 추정하는 추정부를 포함하는 호흡수 추정 장치.
In the FMCW radar-based respiratory rate estimation device,
a signal acquiring unit receiving a signal transmitted through the FMCW radar and then reflected from a target according to time;
a signal processing unit for obtaining Doppler magnitude data according to distance and speed by performing a first order discrete Fourier transform on the signal received from the FMCW radar and then a second order discrete Fourier transform;
For each speed within the measurement speed range of the FMCW radar, the sum of the absolute values of the Doppler magnitude for each distance observed in the corresponding velocity component is calculated, and the sum of the absolute values of the Doppler magnitude for each distance obtained for each speed is averaged to a calculation unit for deriving a speed value of a target; and
A respiratory rate estimation apparatus including an estimator for estimating the respiratory rate of the target for each hour from the frequency components analyzed within the window by applying a window for each hour to velocity data according to time.
청구항 7에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 FMCW 레이더의 송신 신호와 수신 신호의 결합 신호에 저대역 필터를 적용하여 생성되는 중간 주파수 신호에 상기 1차 및 2차 이산 푸리에 변환을 적용하여 상기 도플러 크기 데이터를 획득하는 호흡수 추정 장치.
The method of claim 7,
The signal processing unit,
Respiratory rate estimation device for obtaining the Doppler magnitude data by applying the first and second discrete Fourier transforms to the intermediate frequency signal generated by applying a low-pass filter to the combined signal of the transmission signal and the reception signal of the FMCW radar.
청구항 7에 있어서,
상기 연산부는,
아래의 수학식을 이용하여 해당 시간 t에서의 상기 타겟의 속도 값 Dv(t)을 도출하는 호흡수 추정 장치:
Figure pat00036

여기서, Nchirp는 처프의 수, v0는 상기 측정 속도 범위 이내에 해당하는 각각의 속도 성분, D(t,v0)는 해당 속도 성분 v0에서 구해진 시간 t에서의 거리별 도플러 크기의 절대치의 합을 나타낸다.
The method of claim 7,
The calculation unit,
Respiratory rate estimation device for deriving the velocity value D v (t) of the target at the corresponding time t using the following equation:
Figure pat00036

Here, N chirp is the number of chirps, v 0 is each velocity component within the measured velocity range, and D(t,v 0 ) is the absolute value of the Doppler magnitude for each distance at time t obtained from the corresponding velocity component v 0 represents the sum.
청구항 9에 있어서,
상기 D(t,v0)는 아래의 수학식으로 정의되는 호흡수 추정 장치:
Figure pat00037

여기서, Z(t,rk,v0)는 해당 속도 성분 v0에서 관측된 거리별 도플러 크기, rk는 측정 거리 범위 내에 해당한 각각의 거리 성분을 나타낸다.
The method of claim 9,
The D (t, v 0 ) is a respiratory rate estimation device defined by the following equation:
Figure pat00037

Here, Z(t,r k ,v 0 ) is the Doppler magnitude for each distance observed in the corresponding velocity component v 0 , and r k represents each distance component corresponding to the measured distance range.
청구항 7에 있어서,
상기 추정부는,
현재 시점(t)에서 적용한 윈도우 상의 데이터를 고속 푸리에 변환하여 검출한 복수의 피크 주파수를 이전 시점(t-1)에서의 윈도우로부터 결정된 추적 주파수 값과 개별 비교한 후에 주파수 편차가 최소인 피크 주파수를 현재 시점(t)에서의 추적 주파수 값으로 결정한 다음,
상기 결정된 추적 주파수 값을 통해 현재 시점(t)에서의 분당 호흡수(Respiratory Rate, RR)을 결정하는 호흡수 추정 장치.
The method of claim 7,
The estimator,
A plurality of peak frequencies detected by fast Fourier transforming the data on the window applied at the current time point (t) are individually compared with the tracking frequency values determined from the window at the previous time point (t-1), and then the peak frequency with the minimum frequency deviation is determined. After determining the tracking frequency value at the current time point (t),
Respiratory rate estimating device for determining the respiratory rate (Respiratory Rate, RR) per minute at the current time point (t) through the determined tracking frequency value.
청구항 11에 있어서,
상기 추정부는,
상기 현재 시점(t)에서 결정된 추적 주파수 값을 아래 수학식에 적용하여 현재 시점(t)에서의 타겟의 분당 호흡수(RR)를 연산하는 호흡수 추정 장치:
Figure pat00038

여기서,
Figure pat00039
는 현재 시점(t)에서 결정된 추적 주파수 값을 나타낸다.
The method of claim 11,
The estimator,
Respiratory rate estimator for calculating the target's respiratory rate per minute (RR) at the current time point (t) by applying the tracking frequency value determined at the current time point (t) to the equation below:
Figure pat00038

here,
Figure pat00039
represents the tracking frequency value determined at the current point in time (t).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210006225A (en) * 2019-07-08 2021-01-18 에스케이텔레콤 주식회사 Method and Apparatus for Measuring Multi Object Bio Signal

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KR20210006225A (en) * 2019-07-08 2021-01-18 에스케이텔레콤 주식회사 Method and Apparatus for Measuring Multi Object Bio Signal

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