원거리에서 측정 가능한 호흡 및 심박 수 측정을 위한 도플러 레이더 시스템

Abstract

본 논문에서는 원거리에서 사람의 호흡 및 심박수를 측정할 수 있는 Ku-Band 대역의 도플러 레이더 시스템을 설계하였다. 레이더로 측정을 하는 동시에 ECG(Electrocardiogram)를 이용하여 호흡 및 심박수 측정을 하였다. 수신된 I/Q(Inphase & Quadrature-phase) 신호를 이용한 arctangent demodulation을 적용하였을 때 RMSE(Root Mean Square Error)값을 약 50 % 정도 개선시킬 수 있었다. CW(Continuous Wave) 도플러 레이더는 송수신단이 연속적으로 항상 열려 있기 때문에 송신안테나에서 수신 안테나로 누설되는 전력이 발생하게 된다. 출력 파워가 높아질수록 누설되는 전력은 시스템의 SNR(Signal-to-Noise Ratio)에 영향을 주게 된다. 따라서 본 연구에서는 원거리에서 감지가 가능하도록 누설 전력의 반대위상을 갖는 신호를 더해줌으로써 누설 전력으로 인한 수신단의 감도 저하를 최소화 시키는 기법을 적용하였다. 위의 leakage cancellation 기법을 적용하여 최대 35 m 거리 대상의 호흡 및 심박 수를 측정하였으며, 이와 비교하여 ECG 값에서 추출한 심박 수 값과 일치함을 볼 수 있다. This paper presents a Ku-Band Doppler Radar System to measure respiration and heart rate. It was measured by using simultaneous radar and ECG(Electrocardiogram). Arctangent demodulation without dc offset compensation can be applied to transmitted I/Q(In-phase & Quadrature-phase) signal in order to improve the RMSE(Root Mean Square Error) about 50 %. The power leaked to receiving antenna from the transmitting antenna is always generated because of continuously opening the transceiver of CW(Continuous Wave) Doppler radar. As the output power increase, leakage power has an effect on the SNR(Signal-to-Noise Ratio) of the system. Therefore, in this paper, leakage cancellation technique that adds the signal having the opposite phase of the leakage power to the leakage power was implemented in order to minimize the decline of receiver sensitivity. By applying the leakage cancellation techniques described above, it is possible to measure the heart rate and respiration of the human at a distance of up to 35 m. the heart rate of the measured data at a distance of 35 m accords with the heart rate extracted from the ECG data.