Abstract
In this paper, a 2.4 GHz doppler radar system consisting of a doppler radar sensor and a baseband module were designed to detect heart beat and respiration signal without direct skin contact. The doppler radar system emits RF signal of 2.4 GHz toward human chest, and then detects phase modulation of the reflected signal so as to investigate cardiopulmonary activities. The heartbeat and respiration signals acquired from I/Q channels of the doppler radar system are applied to the pre-processing circuit, the amplification circuit, and the offset circuit of the baseband module. The designed system was tested on mouse, rabbit and mankind, which have different range of heart rates and respiration signals, to evaluate detection accuracy of the system. ECG acquisition system and respiration transducer were used to generate the reference signal. In our experiments, a performance of detection were found to be high in the case that the subject stays still. In this paper, we confirmed that non-contact heart beat and respiration detection using the doppler radar has the possibility and limitation according to distance, cardiopulmonary activities, range of heart rates and respiration.
본 연구에서는 기존의 접촉식 센서를 이용한 생체신호 측정이 아닌 비접촉 방식으로 심박과 호흡을 추출하기 위해 2.4GHz 대역에서 동작하는 도플러 레이더 센서와 베이스 밴드 모듈로 구성된 도플러 레이더 시스템을 설계하고 그 성능을 평가하였다. 설계된 도플러 레이더 시스템은 인체표면의 변위변화에 의해 반사되는 위상변화를 이용하여 심폐 활동을 검출할 수 있다. 도플러 레이더 센서의 I/Q 채널에서 획득한 신호는 베이스 밴드 모듈의 전처리 필터부, 증폭부, 옵셋조정부를 통과하여 호흡과 심박 신호로 분리된다. 도플러 레이더 시스템으로부터 측정된 생체신호와 기존의 생체신호 간의 상관성을 확인하기 위해 호흡과 심박 대역이 각각 다른 쥐, 토끼, 사람을 대상으로 측정하여 그 결과를 비교하였다. 설계된 도플러 레이더 시스템에서 분리된 호흡 및 심박 신호는 측정 대상의 움직임이 없는 상태에서는 높은 검출률을 보였으며, 도플러 레이더에서 심박과 호흡 신호를 검출한 결과 거리, 호흡과 심박의 변이량, 호흡과 심박대역에 따라 검출률이 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.
