상기 레이더의 자세를 측정하는 단계

(1)

(19) 대한민국특허청(KR) (12) 공개특허공보(A)

(11) 공개번호 10-2020-0062032 (43) 공개일자 2020년06월03일 (51) 국제특허분류(Int. Cl.)

A61B 5/00 (2006.01) G01S 13/62 (2006.01) (52) CPC특허분류

A61B 5/7225 (2013.01) G01S 13/62 (2013.01)

(21) 출원번호 10-2019-0144711 (22) 출원일자 2019년11월13일 심사청구일자 없음

(30) 우선권주장

1020180147845 2018년11월26일 대한민국(KR) 기술이전 희망 : 기술양도

(71) 출원인

한국전자통신연구원

대전광역시 유성구 가정로 218 (가정동) (72) 발명자

김동규

대전광역시 유성구 송림로 20, 202동 1301호 (하 기동, 송림마을아파트2단지)

김유진

대전광역시 유성구 반석서로 109, 701동 1903호 (반석동, 반석마을7단지아파트)

(74) 대리인

팬코리아특허법인 전체 청구항 수 : 총 20 항

(54) 발명의 명칭 비고정형 레이더의 모션 아티펙트 제거 방법 및 장치 (57) 요 약

레이더의 모션 아티펙트를 제거하는 방법 및 장치가 제공된다. 상기 방법은, 레이더로부터 측정하고자 하는 타깃 에 대한 레이더 신호를 획득하는 단계; 상기 레이더의 자세를 측정하는 단계; 상기 레이더의 자세에 따른 수직각, 수평각 그리고 변위를 토대로 상기 레이더의 움직임에 의해 야기되는 모션 아티팩트를 추정하는 단계;

및 상기 모션 아티팩트에 따라 상기 레이더 신호를 보정하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 레이더의 자세는 상 기 레이더의 신호가 중심축을 중심으로 상하 방향으로 방사되는 수직각, 상기 레이더의 신호가 상기 중심축을 중 심으로 좌우 방향으로 방사되는 수평각, 그리고 상기 레이더의 움직임에 따른 레이더의 변위를 포함할 수 있다.

대 표 도 - 도7

공개특허 10-2020-0062032

(2)

이 발명을 지원한 국가연구개발사업 과제고유번호 18ZH1600

부처명 과학기술정보통신부

연구관리전문기관 한국전자통신연구원 연구사업명 정부출연금사업(기관고유사업)

연구과제명 착용불편 해소를 위한 비접촉 착용 레이더의 Motion Artifact 제거 기술 기 여 율 1/1

주관기관 한국전자통신연구원 연구기간 2018.01.01~2018.12.31

(3)

명 세 서 청구범위 청구항 1

레이더의 모션 아티펙트를 제거하는 방법으로서,

제거 장치가, 레이더로부터 측정하고자 하는 타깃에 대한 레이더 신호를 획득하는 단계;

상기 제거 장치가, 상기 레이더의 자세 - 상기 레이더의 자세는 상기 레이더의 신호가 중심축을 중심으로 상하 방향으로 방사되는 수직각, 상기 레이더의 신호가 상기 중심축을 중심으로 좌우 방향으로 방사되는 수평각, 그 리고 상기 레이더의 움직임에 따른 레이더의 변위를 포함함 - 를 측정하는 단계;

상기 제거 장치가, 상기 수직각, 상기 수평각 그리고 상기 변위를 토대로 상기 레이더의 움직임에 의해 야기되 는 모션 아티팩트를 추정하는 단계; 및

상기 제거 장치가, 상기 모션 아티팩트에 따라 상기 레이더 신호를 보정하는 단계 를 포함하는, 방법.

청구항 2 제1항에 있어서,

상기 레이더가 도플러 방식의 레이더인 경우 상기 레이더 신호는 송수신 신호의 위상차에 대응하는 위상 신호이 며, 상기 레이더가 펄스 방식의 레이더인 경우 상기 레이더 신호는 수신 펄스 도착 시간인, 방법.

상기 모션 아티팩트를 추정하는 단계는,

상기 레이더를 이용하여 측정하고자 하는 타깃의 표면과 상기 레이더 사이의 거리의 변화량을 획득하는 단계 를 포함하고,

상기 레이더 신호를 보정하는 단계는

상기 거리의 변화량을 상기 모션 아티팩트로 사용하고, 상기 거리의 변화량에 따라 상기 레이더 신호를 보정하 는, 방법.

상기 레이더 신호를 보정하는 단계는

상기 레이더 신호에서 상기 거리의 변화량에 대응하는 값을 감산하여, 모션 아티팩트가 제거된 레이더 신호를 획득하는, 방법.

상기 거리의 변화량을 획득하는 단계는,

상기 레이더 신호, 상기 수직각 그리고 상기 변위를 토대로 상기 거리의 변화량을 산출하는, 방법.

(4)

상기 레이더가 도플러 방식의 레이더인 경우, 하기의 수식:

에 따라 상기 거리의 변화량을 산출하며,

는 상기 거리의 변화량을 나타내며, 는 상기 수직각을 나타내고, 는 상기 변위를 나타내며,

는 위상 신호인 레이더 신호 또는 필터링된 상기 레이더 신호를 나타내는, 방법.

상기 레이더가 펄스 방식의 레이더인 경우, 하기의 수식:

는 상기 거리의 변화량을 나타내며, 는 상기 수직각을 나타내고, 는 상기 변위를 나타내며,

는 수신 펄스 도착 시간인 레이더 신호 또는 필터링된 상기 레이더 신호를 나타내고, 인, 방법.

상기 거리의 변화량을 획득하는 단계는,

상기 레이더가 상기 수직각과 상기 수평각으로 회전했을 때의 회전각을 획득하는 단계; 및 상기 레이더 신호, 상기 회전각 그리고 상기 변위를 토대로 상기 거리의 변화량을 산출하는 단계 를 포함하는, 방법.

상기 레이더가 도플러 방식의 레이더인 경우, 하기의 수식:

는 상기 거리의 변화량을 나타내며, 은 상기 회전각을 나타내고, 는 상기 변위를 나타내며,

는 위상 신호인 레이더 신호 또는 필터링된 상기 레이더 신호를 나타내는, 방법.

(5)

상기 레이더가 펄스 방식의 레이더인 경우, 하기의 수식:

는 상기 거리의 변화량을 나타내며, 은 상기 회전각을 나타내고, 는 상기 변위를 나타내며,

는 수신 펄스 도착 시간인 레이더 신호 또는 필터링된 상기 레이더 신호를 나타내고, 인, 방법.

상기 레이더 신호를 획득하는 단계 이후에

상기 레이더 신호를 설정 대역에 따라 필터링하는 단계 를 더 포함하고,

상기 모션 아티팩트를 추정하는 단계는 상기 필터링된 상기 레이더 신호를 이용하여 모션 아티팩트를 추정하는, 방법.

상기 레이더는 비고정형 레이더인, 방법.

상기 타깃이 인체이며, 상기 레이더 신호는 상기 인체의 심박 및 호홉에 대응하는 신호인, 방법.

청구항 14

레이더의 모션 아티펙트를 제거하는 장치로서,

레이더로부터 측정하고자 하는 타깃에 대한 레이더 신호를 획득하고 필터링하도록 구성된 필터링부;

상기 레이더의 자세 - 상기 레이더의 자세는 상기 레이더의 신호가 중심축을 중심으로 상하 방향으로 방사되는 수직각, 상기 레이더의 신호가 상기 중심축을 중심으로 좌우 방향으로 방사되는 수평각, 그리고 상기 레이더의 움직임에 따른 레이더의 변위를 포함함 - 를 측정하도록 구성된 레이더 자세 감지부; 및

상기 레이더 자세 감지부로부터 전달되는 수직각, 상기 수평각 그리고 상기 변위를 토대로 상기 레이더의 움직 임에 의해 야기되는 모션 아티팩트를 추정하고, 상기 모션 아티팩트에 따라 상기 필터링부로부터 전달되는 레이 더 신호를 보정하도록 구성된 레이더 자세 보정부

를 포함하는, 장치.

상기 레이더 자세 보정부는,

상기 레이더를 이용하여 측정하고자 하는 타깃의 표면과 상기 레이더 사이의 거리의 변화량을 획득하고, 상기 거리의 변화량을 상기 모션 아티팩트로 사용하고, 상기 거리의 변화량에 따라 상기 레이더 신호를 보정하도록 구성되는, 장치.

(6)

상기 레이더 신호에서 상기 거리의 변화량에 대응하는 값을 감산하여, 모션 아티팩트가 제거된 레이더 신호를 획득하도록 구성되는, 장치.

상기 레이더 신호, 상기 수직각 그리고 상기 변위를 토대로 상기 거리의 변화량을 산출하도록 구성되는 장치.

상기 레이더가 상기 수직각과 상기 수평각으로 회전했을 때의 회전각을 획득하고, 상기 레이더 신호, 상기 회전 각 그리고 상기 변위를 토대로 상기 거리의 변화량을 산출하도록 구성되는, 장치.

상기 레이더가 도플러 방식의 레이더인 경우 상기 레이더 신호는 송수신 신호의 위상차에 대응하는 위상 신호이 며, 상기 레이더가 펄스 방식의 레이더인 경우 상기 레이더 신호는 수신 펄스 도착 시간인, 장치.

상기 레이더는 비고정형 레이더이고, 상기 타깃이 인체이며, 상기 레이더 신호는 상기 인체의 심박 및 호홉에 대응하는 신호인, 장치.

발명의 설명 기 술 분 야

본 발명은 비고정형 레이더에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 비고정형 레이더의 모션 아티펙트 제거 방 [0001]

법 및 장치에 관한 것이다.

배 경 기 술

레이더 기술은 전통적으로 국방, 항공, 선박 분야뿐만 아니라 현재에는 다양한 연구를 통해 보안, 위치 인식, [0002]

생체 신호 인식 등의 응용 분야를 넓히고 있다. 이 중 생체 신호 인식 분야는 의료, 바이오, 보안에 있어서 인 체의 생체 신호가 활용될 수 있는 곳에 광범위하게 응용될 수 있으며, 다양한 방법의 생체 신호 센싱에 대한 기 술적 해결 방안의 요구가 증가함에 따라 최근 많은 조명을 받고 있다. 이와 관련하여 최근에는 인체의 호흡이나 심박을 비침습, 비접촉 방식으로 측정하는 기술에 관심이 높아지고 있다.

호흡이나 심박을 측정하는 기존의 방식은 심전도 장치, 광학 기반 맥박 측정 장치, 벨트 착용형 호흡 측정 장치 [0003]

등 몸에 직접 부착해야 하는 불편함을 가진 접촉식 장치에 한정되고 있다. 이러한 불편을 해소하기 위해 측정 장치가 몸에 직접 닿지 않는 영상을 이용한 방식이 최근 연구되고 있다. 이 방식은 인체의 안면 영상을 통해 혈 액으로 인한 미세한 피부 색깔의 변화를 감지하여 심박동수를 추정한다. 이 방식은 접촉 불편을 해소할 수 있는 반면에 주변 조명도에 따라 일정한 센싱 성능을 얻기 어려운 점이 있다.

(7)

레이더를 이용하여 생체 신호를 측정하는 방식이 연구되고 있다. 이 방식은 레이더를 이용함에 따라 심장박동과 [0004]

호흡으로 인해 발생하는 흉부의 움직임을 원거리에서 감지할 수 있으며, 외부 조명도나 날씨에 크게 구애를 받 지 않기 때문에 생체 신호 센싱 분야에서 새로이 각광을 받고 있다.

레이더를 이용하여 생체 신호를 측정하는 방식은 크게 펄스 레이더 방식과 도플러 레이더 방식으로 구분된다.

[0005]

펄스 레이더 방식은 임펄스를 송수신하는 것을 통해 펄스의 도착 시간을 측정하여 인체의 움직임을 추정한다.

이 방식은 일반적으로 벌크 모션(동작이 큰 모션, 예를 들면 걷기, 뛰기, 제자리 팔 흔들기 등)의 패턴 측정에 용이하다. 또한, 펄스 레이더 방식은 호흡 측정이 가능하며, 호홉 측정 결과를 이용하여 수면 패턴을 측정하는 분야에 응용되고 있으며, 또한, 최근에 생체신호 센싱 분야에서 제품화될 수 있게 발전되었다.

도플러 레이더 방식은 반송파를 송수신하는 것을 통해 반송파의 도착 위상차를 측정하여 인체의 움직임을 추정 [0006]

한다. 펄스를 송수신하는 방식과는 달리 반송파의 주파수를 어떤 값으로 사용하는가에 따라 벌크 모션에서부터 심박과 같은 미세한 마이크로 모션도 측정이 가능하여, 미래에 출현할 생체 신호 측정 레이더 기술로의 연구가 활발히 진행 중이다.

그러나 기존의 펄스 방식과 도플러 방식의 레이더로 심박과 호흡을 측정하는 경우, 레이더와 인체의 움직임을 [0007]

모두 제한해야 한다. 이에 따라 용이한 측정이 이루어지지 않으며, 그 결과 레이더의 응용 범위가 제한되어 실 제 생활로의 활용도가 떨어지게 된다.

발명의 내용 해결하려는 과제

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 비고정형 레이더에서 레이더의 움직임으로 발생되는 모션 아티펙트를 제거하 [0008]

는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

과제의 해결 수단

본 발명의 실시 예에 따른 방법은, 레이더의 모션 아티펙트를 제거하는 방법으로서, 제거 장치가, 레이더로부터 [0009]

측정하고자 하는 타깃에 대한 레이더 신호를 획득하는 단계; 상기 제거 장치가, 상기 레이더의 자세 - 상기 레 이더의 자세는 상기 레이더의 신호가 중심축을 중심으로 상하 방향으로 방사되는 수직각, 상기 레이더의 신호가 상기 중심축을 중심으로 좌우 방향으로 방사되는 수평각, 그리고 상기 레이더의 움직임에 따른 레이더의 변위를 포함함 - 를 측정하는 단계; 상기 제거 장치가, 상기 수직각, 상기 수평각 그리고 상기 변위를 토대로 상기 레 이더의 움직임에 의해 야기되는 모션 아티팩트를 추정하는 단계; 및 상기 제거 장치가, 상기 모션 아티팩트에 따라 상기 레이더 신호를 보정하는 단계를 포함한다.

일 구현 예에서, 상기 레이더가 도플러 방식의 레이더인 경우 상기 레이더 신호는 송수신 신호의 위상차에 대응 [0010]

하는 위상 신호이며, 상기 레이더가 펄스 방식의 레이더인 경우 상기 레이더 신호는 수신 펄스 도착 시간일 수 있다.

일 구현 예에서, 상기 모션 아티팩트를 추정하는 단계는, 상기 레이더를 이용하여 측정하고자 하는 타깃의 표면 [0011]

과 상기 레이더 사이의 거리의 변화량을 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 그리고 상기 레이더 신호를 보정하는 단계는 상기 거리의 변화량을 상기 모션 아티팩트로 사용하고, 상기 거리의 변화량에 따라 상기 레이더 신호를 보정할 수 있다.

일 구현 예에서, 상기 레이더 신호를 보정하는 단계는 상기 레이더 신호에서 상기 거리의 변화량에 대응하는 값 [0012]

을 감산하여, 모션 아티팩트가 제거된 레이더 신호를 획득할 수 있다.

일 구현 예에서, 상기 거리의 변화량을 획득하는 단계는, 상기 레이더 신호, 상기 수직각 그리고 상기 변위를 [0013]

토대로 상기 거리의 변화량을 산출할 수 있다.

일 구현 예에서, 상기 레이더가 도플러 방식의 레이더인 경우, 하기의 수식:

[0014]

[0015]

에 따라 상기 거리의 변화량을 산출할 수 있으며, 는 상기 거리의 변화량을 나타내며, 는 상기 수직 [0016]

(8)

각을 나타내고, 는 상기 변위를 나타내며, 는 위상 신호인 레이더 신호 또는 필터링된 상기 레이더 신호를 나타낸다.

일 구현 예에서, 상기 레이더가 펄스 방식의 레이더인 경우, 하기의 수식:

[0017]

[0018]

에 따라 상기 거리의 변화량을 산출할 수 있으며, 는 상기 거리의 변화량을 나타내며, 는 상기 수직 [0019]

각을 나타내고, 는 상기 변위를 나타내며, 는 수신 펄스 도착 시간인 레이더 신호 또는 필터링된 상기 레이더 신호를 나타내고, 이다.

일 구현 예에서, 상기 거리의 변화량을 획득하는 단계는, 상기 레이더가 상기 수직각과 상기 수평각으로 회전했 [0020]

을 때의 회전각을 획득하는 단계; 및 상기 레이더 신호, 상기 회전각 그리고 상기 변위를 토대로 상기 거리의 변화량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

일 구현 예에서, 상기 레이더가 도플러 방식의 레이더인 경우, 하기의 수식:

[0021]

[0022]

에 따라 상기 거리의 변화량을 산출할 수 있으며, 는 상기 거리의 변화량을 나타내며, 은 상기 회 [0023]

전각을 나타내고, 는 상기 변위를 나타내며, 는 위상 신호인 레이더 신호 또는 필터링된 상기 레이 더 신호를 나타낸다.

일 구현 예에서, 상기 레이더가 펄스 방식의 레이더인 경우, 하기의 수식:

[0024]

[0025]

에 따라 상기 거리의 변화량을 산출할 수 있으며, 는 상기 거리의 변화량을 나타내며, 은 상기 회 [0026]

전각을 나타내고, 는 상기 변위를 나타내며, 는 수신 펄스 도착 시간인 레이더 신호 또는 필터링된 상기 레이더 신호를 나타내고, 이다.

일 구현 예에서, 상기 레이더 신호를 획득하는 단계 이후에, 상기 방법은, 상기 레이더 신호를 설정 대역에 따 [0027]

라 필터링하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 모션 아티팩트를 추정하는 단계는 상기 필터링된 상기 레이더 신호를 이용하여 모션 아티팩트를 추정할 수 있다.

일 구현 예에서, 상기 레이더는 비고정형 레이더일 수 있다.

[0028]

일 구현 예에서, 상기 타깃이 인체이며, 상기 레이더 신호는 상기 인체의 심박 및 호홉에 대응하는 신호일 수 [0029]

있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 장치는, 레이더의 모션 아티펙트를 제거하는 장치로서, 레이더로부터 측정하고 [0030]

자 하는 타깃에 대한 레이더 신호를 획득하고 필터링하도록 구성된 필터링부; 상기 레이더의 자세 - 상기 레이 더의 자세는 상기 레이더의 신호가 중심축을 중심으로 상하 방향으로 방사되는 수직각, 상기 레이더의 신호가 상기 중심축을 중심으로 좌우 방향으로 방사되는 수평각, 그리고 상기 레이더의 움직임에 따른 레이더의 변위를 포함함 - 를 측정하도록 구성된 레이더 자세 감지부; 및 상기 레이더 자세 감지부로부터 전달되는 수직각, 상기 수평각 그리고 상기 변위를 토대로 상기 레이더의 움직임에 의해 야기되는 모션 아티팩트를 추정하고, 상기 모 션 아티팩트에 따라 상기 필터링부로부터 전달되는 레이더 신호를 보정하도록 구성된 레이더 자세 보정부를 포 함한다.

(9)

일 구현 예에서, 상기 레이더 자세 보정부는, 상기 레이더를 이용하여 측정하고자 하는 타깃의 표면과 상기 레 [0031]

이더 사이의 거리의 변화량을 획득하고, 상기 거리의 변화량을 상기 모션 아티팩트로 사용하고, 상기 거리의 변 화량에 따라 상기 레이더 신호를 보정하도록 구성될 수 있다.

일 구현 예에서, 상기 레이더 자세 보정부는, 상기 레이더 신호에서 상기 거리의 변화량에 대응하는 값을 감산 [0032]

하여, 모션 아티팩트가 제거된 레이더 신호를 획득하도록 구성될 수 있다.

일 구현 예에서, 상기 레이더 자세 보정부는, 상기 레이더 신호, 상기 수직각 그리고 상기 변위를 토대로 상기 [0033]

거리의 변화량을 산출하도록 구성될 수 있다.

일 구현 예에서, 상기 레이더 자세 보정부는, 상기 레이더가 상기 수직각과 상기 수평각으로 회전했을 때의 회 [0034]

전각을 획득하고, 상기 레이더 신호, 상기 회전각 그리고 상기 변위를 토대로 상기 거리의 변화량을 산출하도록 구성될 수 있다.

일 구현 예에서, 상기 레이더가 도플러 방식의 레이더인 경우 상기 레이더 신호는 송수신 신호의 위상차에 대응 [0035]

하는 위상 신호이며, 상기 레이더가 펄스 방식의 레이더인 경우 상기 레이더 신호는 수신 펄스 도착 시간일 수 있다.

일 구현 예에서, 상기 레이더는 비고정형 레이더이고, 상기 타깃이 인체이며, 상기 레이더 신호는 상기 인체의 [0036]

심박 및 호홉에 대응하는 신호일 수 있다.

발명의 효과

본 발명의 실시 예에 따르면, 비고정형 레이더에서 레이더의 움직임으로 발생되는 모션 아티펙트를 효과적으로 [0037]

제거하여 정확한 레이더 신호를 획득할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 방법 및 장치는, 생체 신호를 측정하는 분양에 용이하게 적용될 수 있으며, [0038]

특히, 레이더를 고정시키지 않은 상태에서 인체의 심박 및 호흡 신호를 측정하거나, 피측정자의 자각 상태에서 인체의 접촉 없이 레이더를 이용하여 생체 신호를 측정할 수 있다.

또한, 비고정형 레이더에서 레이더의 움직임으로 발생되는 모션 아티펙트를 효과적으로 제거함에 따라, 레이더 [0039]

를 몸에 착용하여 인체의 심박 및 호흡 신호를 측정하는 웨어러블 레이더 등에 활용될 수 있으며, 그 결과 레이 더의 실제 생활 활용도를 높일 수 있다. 또한, 생체 레이더의 응용 분야를 확장하여 레이더의 상용성을 높일 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1은 기존의 레이더를 이용한 생체 신호 측정 방법을 나타낸 도이다.

[0040]

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이더를 이용하여 생체 신호를 측정하는 상태를 나타낸 예시도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레이더를 이용하여 생체 신호를 측정하는 경우의 레이더의 탐지 영역에 따른 인체 면적을 나타낸 예시도이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 레이더와 인체 표면 사이의 관계를 나타낸 도이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레이더 시스템의 구조를 나타낸 도이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 레이더의 자세를 나타낸 예시도이다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 비고정형 레이더의 모션 아티펙트 제거 방법의 흐름도이다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 레이더 움직임에 따른 수직각 및 변위 측정을 나타낸 예시도이다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 레이더 움직임 측정을 나타낸 다른 예시도이다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 필터 특성을 나타낸 도이다.

도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 모션 아티팩트 제거 장치의 구조도이다.

발명을 실시하기 위한 구체적인 내용

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지 [0041]

(10)

식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현 될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위 해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다 [0042]

른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 [0043]

복수로 해석될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 [0044]

사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구 성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 비고정형 레이더의 모션 아티펙트 제거 방법 및 장치에 대하여 설명한다.

[0045]

도 1은 기존의 레이더를 이용한 생체 신호 측정 방법을 나타낸 도이다.

[0046]

펄스 방식이나 도플러 방식의 레이더로 심박과 호흡을 측정하는 경우, 첨부한 도 1에서와 같이, 레이더를 인체 [0047]

로부터 일정한 거리 밖에 위치시킨다. 그 다음에, 측정을 수행하는 데, 이때, 인체는 움직임이 최소화된 자세 혹은 정지된 자세, 즉 앉은 자세나 누운 자세를 유지하여야 한다. 이와 같이 측정시에 인체의 움직임을 최소화 하는 이유는 측정하고자 하는 인체의 심박과 호흡에 대응하는 신호의 움직임이 매우 작아서(일반적으로 심박과 호흡으로 인한 흉부의 움직임은 각각 1mm 이하, 수 mm로 알려져 있음), 심박과 호흡 이외의 인체 움직임이 레이 더 신호에 감지되면 심박과 호흡에 대응하는 신호를 추출하기가 매우 어렵기 때문이다.

기존 레이더를 이용한 생체 신호 측정시, 레이더와 인체의 움직임을 모두 제한해야 하므로, 레이더가 사용되는 [0048]

범위가 제한되고 실제 생활로의 활용도가 떨어지게 된다.

본 발명의 실시 예에서는 레이더가 인체에 근접한 상태에서 심박 및 호흡을 측정한다.

[0049]

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이더를 이용하여 생체 신호를 측정하는 상태를 나타낸 예시도이다.

[0050]

본 발명의 실시 예에서는 도 2에서와 같이, 레이더가 인체에 근접한 상태에서 생체 신호를 측정한다. 이러한 근 [0051]

접 상태 측정은 레이더를 몸에 착용하는 상태에서의 측정 시나리오를 포함한다. 예를 들어, 레이더를 목걸이의 형태로 착용한 상태(201), 레이더를 의류의 포켓 등에 넣은 상태(202), 레이더를 의류에 내장시킨 상태(203)를 고려할 수 있다.

이러한 레이더를 몸에 착용하는 상태에서의 측정 시나리오에서 레이더는 인체의 근접거리에 위치하게 된다.

[0052]

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레이더를 이용하여 생체 신호를 측정하는 경우의 레이더의 탐지 영역에 따른 [0053]

인체 면적을 나타낸 예시도이다.

레이더가 인체에 근접하게 되면(예를 들면 레이더와 인체 사이의 거리가 수 cm 거리 이내인 경우), 레이더의 탐 [0054]

지 영역이 좁아져서 인체의 면적이 레이더 탐지 영역에 비해 매우 큰 상태가 된다.

구체적으로, 레이더를 인체에 근접시킨 상태에서 측정을 수행하면, 레이더의 방사 패턴((301)이 인체의 표면 [0055]

(302)에 조사되면서 방사 영역(303) 즉, 탐지 영역이 형성된다. 그러나 레이더와 인체 사이의 거리가 매우 근접 하므로, 인체 면적에 비해 레이더의 탐지 면적이 현저하게 작게 형성된다(304). 즉, 레이더의 방사 영역의 면적 에 비해 인체의 면적은 매우 큰 것과 같이, 레이더와 인체 표면의 관계를 가정할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 이를 고려하여, 기존과는 달리, 레이더를 고정시키지 않은 상태에서 인체의 심박 및 [0056]

호흡을 측정한다. 이하에서는 심박 및 호홉에 대응하는 신호를 "심박 및 호홉 신호"라고 명명한다.

비고정 레이더의 움직임을 정의하기 위해 본 발명의 실시 예에서는 레이더와 인체표면을 도 4와 같이 정의한다.

[0057]

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 레이더와 인체 표면 사이의 관계를 나타낸 도이다.

[0058]

레이더(401)와 인체표면(402)의 거리는 d로 정의하고, 레이더의 움직임은 수직각(θ), 수평각(ψ), 변위(l)로 [0059]

표현된다. 구체적으로, 레이더의 움직임은 레이더로부터 신호가 방사되는 수직각(θ) 및 수평각(ψ)을

(11)

포함하며, 그리고 레이더 자체의 움직임에 따른 레이더의 변위(l)를 포함한다. 인체의 심박 및 호흡 신호의 움 직임은 인체 표면(402)의 움직임(s)으로 표현된다.

레이더가 비고정형임에 따라 레이더의 움직임에 따라 레이더에 의해 측정되는 신호에 오류가 발생할 수 있다.

[0060]

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 레이더에 의해 측정되는 신호에서 이러한 수직각(θ), 수평각(ψ), 변위(l)에 따른 레이더의 움직임을 제거한다. 이에 대해서는 추후에 보다 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레이더 시스템의 구조를 나타낸 도이다.

[0061]

레이더 시스템(500)은 레이더부(501), 레이더 자세 감지부(502), 필터부(503), 레이더 자세 보정부(504)를 포함 [0062]

한다.

레이더부(501)는 신호를 타깃으로 출력하고 타깃으로부터 반사되어 입력되는 신호를 수신하고 수신된 신호에 대 [0063]

응하는 레이더 신호를 출력한다. 레이더부(501)는 도플러 레이더 또는 펄스 레이더로 이루어질 수 있다. 이러한 레이더부(501)에 의해 출력되는 신호는 인체의 생체 신호에 대응하며, 예를 들어, 심박 및 호홉 신호에 대응할 수 있다.

도플러 레이더가 사용되는 경우 레이더부(501)의 출력인 레이더 신호는 송수신 신호의 위상차에 대응하는 위상 [0064]

신호 가 되며, 펄스 레이더가 사용되는 경우 레이더부(501)의 출력인 레이더 신호는 수신 펄스 도착 시간 p 가 된다.

필터부(503)는 레이더 신호를 필터링한다. 본 발명의 실시 예에서, 필터부(503)는 심박과 호흡의 주파수 대역에 [0065]

대응하는 신호(설명의 편의상, 설정 대역 신호라고 명명함)를 제외하는 필터이다. 필터부(503)는 레이더 신호에 서 설정 대역 신호 이외의 신호를 필터링시켜 출력한다. 필터부(503)의 출력은 도플러 레이더가 사용되는 경우

로 표현되고, 펄스 레이더가 사용되는 경우 로 표현된다.

레이더 자세 감지부(502)은 레이더의 자세를 감지한다.

[0066]

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 레이더의 자세를 나타낸 예시도이다.

[0067]

레이더의 자세는 레이더의 움직임에 대응하며, 첨부한 도 6에 도시되어 있듯이, 수직각(θ)(601), 수평각 [0068]

(ψ)(602) 및 변위(l)(603)를 포함한다. 수직각(θ)(601)은 레이더부(501)로부터의 신호가 중심축을 중심으로 상하 방향으로 방사되는 각도를 나타내며, 수평각(ψ)(602)은 레이더부(501)로부터의 신호가 중심축을 중심으로 좌우 방향으로 방사되는 각도를 나타내고, 변위(l)(603)는 레이더 신호가 방사되는 방향의 축(예를 들어, y축) 상에서 레이더부(501) 자체의 움직임에 따른 이동량에 대응한다.

레이더 자세 감지부(502)은 수직각(θ)(601), 수평각(ψ)(602), 및 변위(l)(603)을 각각 감지하여 이에 대응하 [0069]

는 자세 감지 신호를 출력한다. 이를 위해, 레이더 자세 감지부(502)는 관성측정장치(IMU: Inertial Measurement Unit)을 이용하거나 수직/수평 배열 안테나를 이용할 수 있다. 이를 이용하여 수직각, 수평각 및 변위를 측정하는 방법은 공지되어 있으므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.

한편, 레이더 자세 보정부(504)는 레이더 자세 감지부(502)의 출력과 필터부(503)의 출력을 받아서 레이더부 [0070]

(500)의 출력으로부터 레이더 자세가 보정된 결과를 출력한다. 구체적으로, 레이더 자세 보정부(504)는 레이더 자세 감지부(502)로부터 전달되는 자세 감지 신호(θ, ψ,l)에 따라, 필터부(503)로부터 출력되는 필터링된 레

이더 신호( 또는 )를 보정 처리하여 보정된 레이더 신호( 또는 )를 출력한다.

이러한 구조의 레이더 시스템에서, 레이더 자세 감지부(502), 필터부(503), 자세 보정부(504)를 토대로 본 발명 [0071]

의 실시 예에 따른 비고정형 레이더의 모션 아티펙트 제거 장치를 구현할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 비고정형 레이더의 모션 아티펙트 제거 방법의 흐름도이다.

[0072]

첨부한 도 7에서와 같이, 레이더 시스템의 레이더부가 레이더 신호를 타깃으로 출력하고 타깃으로부터 반사되어 [0073]

입력되는 신호를 수신하고 수신된 신호에 대응하는 레이더 신호를 출력한다(S700).

한편, 레이더 자세 감지부가 레이더 움직임에 따른 수직각(θ), 수평각(ψ) 및 변위(l)를 측정한다(S710). 여기 [0074]

서, 단계(S700)와 단계(S710)의 수행 순서는 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 단계(S700)이 수행된 다음에 단 계(S710)가 수행될 수 있고, 단계(S710)이 수행된 다음에 단계(S700)가 수행될 수도 있다.

(12)

레이더 자세 보정부가 레이더의 출력( 또는 p)에서 레이더 자세(θ, ψ, l)에 의한 움직임을 제거한다. 즉, [0075]

자세 감지 신호(θ, ψ, l)에 따라 레이더의 움직임에 의한 아티팩트(artifact) 신호를 추정하고, 추정된 아티 팩트 신호를 토대로 레이더 신호를 보정한다(S720). 여기서 레이더 자세 보정부는 필터링부에 의해 필터링된 레 이더의 출력( 또는 )으로부터 레이더 자세에 의한 움직임을 제거한다.

레이더 신호 보정 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

[0076]

먼저, 설명의 편의를 위해, 레이더의 수평각(ψ)을 제외하고 수직각(θ)과 변위(l)로 인한 레이더 움직임을 기 [0077]

반으로 본 발명의 실시 예에 따른 레이더 신호를 보정하여 모션 아틱펙트를 제거하는 방법을 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 레이더 움직임에 따른 수직각 및 변위 측정을 나타낸 예시도이다.

[0078]

예를 들어, 제1 측정 시간(n-1)에서의 레이더의 움직임을 측정하고(801), 제2 측정 시간(n)에서 레이더의 움직 [0079]

임을 측정한다(802).

제1 측정 시간(n-1)에서 측정된 레이더의 수직각 및 변위를 각각, θ(n-1)=0, l(n-1)=0이라고 한다. 제1 측정 [0080]

시간(n-1)에서 제2 측정 시간(n)이 되었을 때, 레이더와 인체표면의 거리 변화량 은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 1

[0081]

여기서, 은 제2 측정 시간(n)에서 측정되는 레이더의 변위를 나타낸다.

[0082]

레이더가 도플러 방식의 레이더인 경우, 레이더부의 출력인 레이더 신호는 위상 신호( )이다. 도플러 레이더의 [0083]

수신 위상 신호가 (여기서 는 거리)인 것을 이용하여 위상 신호( )를 다음과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 2

[0084]

이러한 수학식 2를 통해, 레이더 신호( 또는 p)가 레이더의 움직임에 대한 정보 과 값을 가지고 [0085]

있음을 알 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 이를 고려하여 레이더 움직임으로 인해 발생하는 신호를 제거할 수 있다.

레이더가 도플러 방식의 레이더인 경우, 필터링부에 의해 필터링된 위상 신호 와 레이더 자세 감지부의 [0086]

출력 신호 , 을 이용한다.

측정 시간이 n-1에서 n이 된 후, 레이더 자세가 변화한 만큼 레이더와 인체 표면 사이의 거리의 변화량을 추정 [0087]

하기 위해서 먼저 레이더와 인체 표면 사이의 거리 가 다음과 같이 산출될 수 있다.

(13)

수학식 3

[0088]

레이더와 인체 표면 사이의 거리의 변화량 는 수학식 3을 이용하여 다음 수학식 4와 같이 산출된다.

[0089]

수학식 4

[0090]

이러한 수학식4에 따라 산출된 레이더와 인체 표면 사이의 거리의 변화량 을 토대로 도플러 레이더의 레 [0091]

이더 신호(위상 신호)를 보정하면, 다음 수학식 5와 같은 보정된 레이더 신호가 획득된다.

수학식 5

[0092]

한편, 레이더가 펄스 방식을 사용하는 경우의 레이더 신호 보정 방법도 전술한 도플러 방식의 레이더의 경우와 [0093]

유사한 방법으로 수행될 수 있다.

도플러 레이더와는 달리 펄스 레이더의 출력인 레이더 신호는 인체 표면에 반사되어 돌아오는 신호의 도착 시간 [0094]

(수신 펄스 도착 시간)(p)이다. 측정 시간 n에서 레이더와 인체 표면 사이의 거리 은 다음 수학식 6과 같이 산출될 수 있다.

수학식 6

[0095]

여기서, 이다.

[0096]

레이더와 인체 표면 사이의 거리의 변화량 는 수학식 6을 이용하여 다음 수학식 7와 같이 산출된다.

[0097]

수학식 7

[0098]

여기서, 는 필터링부에 의해 필터링된 수신 펄스 도착 시간을 나타낸다.

[0099]

이러한 수학식 7에 따라 산출된 레이더와 인체 표면 사이의 거리의 변화량 을 토대로 펄스 레이더의 레이 [0100]

더 신호(수신 펄스 도착 시간)를 보정하면, 다음 수학식 8과 같은 보정된 레이더 신호가 획득된다.

(14)

수학식 8

[0101]

위에 기술된 바와 같이, 레이더 자세 감지부의 출력 신호 , 을 이용하여 레이더와 인체 표면 사이의 거 [0102]

리 를 산출하고, 산출된 거리에 에 따라 레이더와 인체 표면 사이의 거리의 변화량 을 산출하 고, 거리의 변화량을 토대로 레이더 신호(수신 펄스 도착 시간)를 보정함으로써, 레이더 신호에서 모션 아티펙 트를 제거한다.

한편, 위에 기술된 방법에서, 설명 편의상 제외했던 레이더의 수평각(ψ)으로 인한 레이더 움직임을 기반으로 [0103]

본 발명의 실시 예에 따른 레이더 신호를 보정하여 모션 아틱펙트를 제거하는 방법을 설명한다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 레이더 움직임 측정을 나타낸 다른 예시도이다.

[0104]

β(901)는 레이더가 수직각(θ)와 수평각(ψ)으로 회전했을 때의 레이더의 회전각을 나타낸다. 이 회전각(β)의 [0105]

코사인 값을 구한다. 이를 위해 먼저 q(904)를 구한다. 레이더로부터의 신호가 인체 표면에 조사되었을 때 인체 표면에 형성되는 방사 영역이 직사각형일 경우, q(904)는 직사각형의 대각선의 길이에 대응한다.

이러한 직사각형의 변(903)은 이며, 다른 변(903')는 이 [0106]

다. 이것을 이용하면 q(904)는 다음 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 9

[0107]

한편, (902)는 위의 수학식 9을 토대로 산출된 q(904)를 이용하여 다음과 같이 산출될 수 있다.

[0108]

수학식 10

[0109]

따라서, 회전각(β)의 코사인(cosine) 값이 이므로, 아래 수학식 11과 같이 수직각(θ) [0110]

와 수평각(ψ)의 함수로 간략될 수 있다.

수학식 11

[0111]

이러한 수학식 11을 이용하며, 레이더의 회전각(β)과 변위(l)로 인한 레이더와 인체 표면 사이의 거리 변화량 [0112]

을 다음과 같이 구할 수 있다.

(15)

수학식 12

[0113]

레이더가 도플러 레이더인 경우, 레이더의 회전각(β)과 변위(l)로 인한 레이더와 인체 표면 사이의 거리 변화 [0114]

량 을 수학식 4에 기반하여 위의 수학식 12에 따라 산출할 수 있다. 이 경우, 수학식 12에 따라 산출된

거리 변화량 을 이용하여 수학식 5에 따라 보정된 레이더 신호를 구할 수 있다.

한편, 레이더가 펄스 레이더인 경우, 레이더의 회전각(β)과 변위(l)로 인한 레이더와 인체 표면 사이의 거리 [0115]

변화량 은 다음 수학식 13과 같이 산출될 수 있다.

수학식 13

[0116]

수학식 13에 따라 산출된 거리 변화량 을 이용하여 위의 수학식 8에 따라 보정된 레이더 신호를 구할 수 [0117]

있다.

위에 기술된 바와 같은 과정을 통하여, 레이더(도플러 레이더 또는 펄스 레이더)의 출력에서 레이더 움직임에 [0118]

의한 아티팩트 신호(레이더와 인체 표면 사이의 거리의 변화량, 레이더의 회전각과 변위로 인한 레이더와 인체 표면 사이의 거리 변화량 등)를 추정하고, 추정된 아티팩트 신호를 토대로 레이더 신호를 보정한다.

이후, 레이더 자세 보정부는 첨부한 도 7에서와 같이, 보정된 보정된 레이더 신호( 또는 ) [0119]

를 출력한다(S730).

한편, 이러한 본 발명의 실시 예에서, 필터부의 피터링 특성을 살펴보면 도 10과 같다.

[0120]

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 필터 특성을 나타낸 도이다.

[0121]

필터부는 첨부한 도 10에서와 같이, 레이더 신호에서 심박 및 호흡 신호의 주파수 대역(1001)을 제거하는 특성 [0122]

(1002)을 가진다. 예를 들어, 필터부로 도 10의 신호(1003)가 입력되는 경우, 필터부의 출력은 심박 및 호흡 신 호가 제거된 신호(1004)가 된다. 이러한 필터부는 레이더 자세 보정부가 레이더 자세에 의한 거리의 변화량

을 추정하는데 도와주는 역할을 하여, 보다 정확한 레이더 자세가 보정된 신호 를 획득할 수 있도록 한다.

이러한 본 발명의 실시 예에 따른 방법 및 장치는, 웨어러블 형태의 레이더를 구현하는 것을 용이하게 한다. 웨 [0123]

어러블 형태의 레이더는 고정되어 있지 않고 움직임이 발생하는 상태가 되고 이로 인해 레이더 신호의 품질이 저하되지만, 본 발명의 실시 예에 따르면, 레이더의 움직임으로 인한 모션 아티팩트를 추정하고 추정된 아티팩 트를 토대로 레이더 신호를 보정하여 정확한 레이더 신호를 획득할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 방법 및 장치는 레이더를 고정시키지 않고 심박 및 호흡 신호 등의 생체 신호를 측정하는 웨어러블 레이더 등에 활용될 수 있으며, 그 결과 레이더의 실제 생활 활용도를 높일 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 모션 아티팩트 제거 장치의 구조도이다.

[0124]

첨부한 도 11에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 모션 아티팩트 제거 장치(110)은, 프로세서(111), [0125]

메모리(112), 입력 인터페이스 장치(113), 출력 인터페이스 장치(114), 및 저장 장치(115)를 포함하며, 이들은 버스(116)를 통해 통신할 수 있다.

(16)

프로세서(111)는 위의 도 2 내지 도 10을 토대로 설명한 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로 [0126]

세서(111)는 레이더 자세 감지부, 필터부, 레이더 자세 보정부 중 적어도 하나의 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 프로세서(111)는 중앙 처리 장치(CPU)이거나, 또는 메모리(112) 또는 저장 장치(115)에 저장된 명령을 실 행하는 반도체 장치일 수 있다.

메모리(112)는 프로세서(111)와 연결되고 프로세서(111)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. 메모리(11 [0127]

2)는 프로세서(111)에서 수행하기 위한 명령어를 저장하고 있거나 저장 장치(115)로부터 명령어를 로드하여 일 시 저장할 수 있다. 프로세서(111)는 메모리(112)에 저장되어 있거나 로드된 명령어를 실행할 수 있다. 메모리 는 ROM(1121) 및 RAM(1122)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 메모리(112)/저장 장치(115)는 프로세서 (111)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있고, 이미 알려진 다양한 수단을 통해 프로세서(111)와 연결될 수 있다.

입력 인터페이스 장치(113)는 입력되는 데이터를 제공받아 프로세서(111)로 전달하도록 구성될 수 있다.

[0128]

출력 인터페이스 장치(114)는 프로세서(111)의 처리 결과를 출력하도록 구성될 수 있다.

[0129]

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 [0130]

예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 [0131]

다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도면 도면1

(17)

도면2

(18)

도면3

(19)

도면4

도면5

도면6

(20)

도면7

도면8

도면9

(21)

도면10

도면11