KR102273383B1 - Performance analysis method of radar antenna in complex environment - Google Patents
Performance analysis method of radar antenna in complex environment Download PDFInfo
- Publication number
- KR102273383B1 KR102273383B1 KR1020200170519A KR20200170519A KR102273383B1 KR 102273383 B1 KR102273383 B1 KR 102273383B1 KR 1020200170519 A KR1020200170519 A KR 1020200170519A KR 20200170519 A KR20200170519 A KR 20200170519A KR 102273383 B1 KR102273383 B1 KR 102273383B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- radar antenna
- doppler radar
- performance
- human body
- time
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
- G01S7/4004—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
- G01S7/4052—Means for monitoring or calibrating by simulation of echoes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 레이다 안테나의 성능을 분석하는 방법에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 도플러 레이더 안테나의 성능을 분석하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for analyzing the performance of a radar antenna, and more particularly, to a method for analyzing the performance of a Doppler radar antenna.
도플러 레이더는 도플러 효과를 이용하는 레이더로서, 도플러 레이더 장치는 인체와 근접하게 배치되어 인체의 심박, 호흡 등 사람의 생체 정보를 측정하는데 이용된다.The Doppler radar is a radar using the Doppler effect, and the Doppler radar device is disposed close to the human body and is used to measure human biometric information, such as a human heart rate and respiration.
사람의 생체 정보를 측정하기 위해 도플러 레이더 장치를 이용하기 전에, 도플러 레이더 장치가 정상적으로 동작하는지 도플러 레이더 장치의 성능을 분석하는 선행 작업이 필수적이다. 그리고 이러한 도플러 레이더 장치의 성능 분석은, 일반적으로 도플러 레이더 장치가 실제로 제작된 이후에 이루어진다.Before using the Doppler radar device to measure human biometric information, it is essential to analyze the performance of the Doppler radar device to see if the Doppler radar device operates normally. In addition, the performance analysis of the Doppler radar device is generally performed after the Doppler radar device is actually manufactured.
따라서, 성능 분석 결과가 기준치를 충족하지 못할 경우, 설계부터 다시 시작해야하므로 불필요한 비용이 발생하는 문제가 있다. Therefore, when the performance analysis result does not meet the reference value, there is a problem in that unnecessary costs occur because design must be restarted.
관련 선행 문헌으로, 대한민국 등록특허 제10-1551001호, 대한민국 공개특허 제2020-0071013호가 있다.As related prior documents, there are Korean Patent Registration No. 10-1551001 and Korean Patent Publication No. 2020-0071013.
본 발명은 레이더 장치의 성능 분석에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있는 레이더 안테나의 성능 분석 방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a method for analyzing the performance of a radar antenna that can reduce the time and cost required for the performance analysis of a radar device.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도플러 레이더 안테나와 인체 팬텀 사이의 이격 거리가, 단위 거리만큼씩 이산적으로 가변되는 시뮬레이션 환경에서, 상기 인체 팬텀으로부터 반사된 상기 도플러 레이더 안테나의 송신 신호를 수신하는 단계; 및 수신된 수신 신호를 이용하여, 상기 이격 거리에 대한 상기 인체 팬텀과 상기 도플러 레이더 안테나 사이의 상대 거리를, 시간에 따라 연속적으로 변화하는 값으로 변환하는 단계를 포함하는 레이더 안테나의 성능을 분석하는 방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, in a simulation environment in which the separation distance between the Doppler radar antenna and the human body phantom is discretely varied by a unit distance, the Doppler radar reflected from the human body phantom receiving a transmission signal of an antenna; and using the received signal to convert the relative distance between the human body phantom and the Doppler radar antenna with respect to the separation distance into a value that continuously changes with time. A method is provided.
본 발명의 일실시예에 따르면, 레이더 장치의 성능 분석에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to reduce the time and cost required for the performance analysis of the radar device.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 안테나의 성능 분석 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 안테나의 성능을 분석하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 성능 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 구체적 실시예에 따른 레이더 안테나의 성능을 분석하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a system for analyzing the performance of a radar antenna according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram for explaining a method of analyzing the performance of a radar antenna according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a performance analysis result according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a method of analyzing the performance of a radar antenna according to a specific embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.
시뮬레이션 환경에서, 인체 팬텀으로부터 반사된 수신 신호를 분석하여, 도플러 레이더 안테나의 성능을 분석할 수 있다. 보다 구체적으로 도플러 레이더 안테나와 인체 팬텀 사이의 이격 거리를 연속적으로 가변하면서 수신 신호를 측정하고, 측정된 수신 신호로부터 도플러 레이더 안테나와 인체 팬텀 사이의 상대 거리를 계산하여, 계산된 상대 거리가 도플러 레이더 안테나와 인체 팬텀 사이의 이격 거리에 대응되는지를 판단함으로써, 도플러 레이더 안테나의 성능을 분석할 수 있다.In the simulation environment, the performance of the Doppler radar antenna may be analyzed by analyzing the received signal reflected from the human body phantom. More specifically, the received signal is measured while continuously varying the separation distance between the Doppler radar antenna and the human body phantom, and the relative distance between the Doppler radar antenna and the human body phantom is calculated from the measured received signal, so that the calculated relative distance is the Doppler radar The performance of the Doppler radar antenna may be analyzed by determining whether it corresponds to the separation distance between the antenna and the human body phantom.
하지만 도플러 레이더 장치의 경우, 피코 세컨드(ps)에서 마이크로 세컨드(us) 단위로 송신 신호를 방사하기 때문에, 전술된 방식으로 도플러 레이더 안테나의 성능을 분석할 경우, 처리되어야할 데이터량이 너무 많아지는 문제가 있다. 이에 일반적으로 도플러 레이더 장치가 실제로 제작된 이후 성능 분석이 진행되며, 성능 분석 결과가 기준치를 충족하지 못할 경우, 설계부터 다시 시작해야하므로 불필요한 시간과 비용이 발생할 수 있다. However, in the case of the Doppler radar device, since the transmission signal is radiated from picoseconds (ps) to microseconds (us), when the performance of the Doppler radar antenna is analyzed in the above-described manner, the amount of data to be processed becomes too large. there is In general, performance analysis is performed after the Doppler radar device is actually manufactured, and if the performance analysis result does not meet the standard, it is necessary to start over from design, which may result in unnecessary time and cost.
이에 본 발명은 도플러 레이더 장치의 제작 이전에 도플러 레이더 안테나에 대한 성능을 분석할 수 있는 방법을 제시한다.Accordingly, the present invention proposes a method for analyzing the performance of a Doppler radar antenna prior to manufacturing the Doppler radar device.
본 발명의 일실시예는, 이산적으로 가변되는 도플러 레이더 안테나와 인체 팬텀 사이의 이격 거리에 대한, 도플러 레이더 안테나와 인체 팬텀 사이의 상대 거리를 시간에 대해 연속적인 값으로 변환한다. 즉, 본 발명의 일실시예는 연속적으로 가변되는 이격 거리가 아닌, 이산적으로 가변되는 이격 거리를 이용하고, 이러한 이격 거리로부터 추정되는 도플러 레이더 안테나와 인체 팬텀 사이의 상대 거리를 시간에 대해 연속적으로 변화하는 값으로 변환함으로써, 상대적으로 적은 데이터량을 이용하여, 도플러 레이더 안테나의 성능을 분석할 수 있다. 따라서 본 발명의 일실시예에 따르면, 도플러 레이더 장치가 제작되기 전에 도플러 레이더에 대해서만 성능 평가를 진행할 수 있으므로, 도플러 레이더 장치의 성능 분석에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있다.An embodiment of the present invention converts the relative distance between the Doppler radar antenna and the human body phantom with respect to the discretely variable separation distance between the Doppler radar antenna and the human body phantom into a continuous value with respect to time. That is, an embodiment of the present invention uses a discretely variable separation distance rather than a continuously variable separation distance, and continuously calculates the relative distance between the Doppler radar antenna and the human body phantom estimated from this separation distance with respect to time. By converting to a value that changes to , it is possible to analyze the performance of the Doppler radar antenna using a relatively small amount of data. Therefore, according to an embodiment of the present invention, since performance evaluation can be performed only on the Doppler radar before the Doppler radar device is manufactured, the time and cost required for performance analysis of the Doppler radar device can be reduced.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 안테나의 성능 분석 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a system for analyzing the performance of a radar antenna according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 성능 분석 시스템은, 도플러 레이더 안테나(110), 인체 팬텀(120) 및 성능 분석 장치(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a performance analysis system according to an embodiment of the present invention includes a Doppler
도플러 레이더 안테나(110)와 인체 팬텀(120)는 미리 설정된 이격 거리(d)만큼 이격되며, 미리 설정된 단위 거리만큼씩 이산적으로 가변된다. 일예로서, 도플러 레이더 안테나(110)와 인체 팬텀(120)는 최초 5mm만큼 이격될 수 있으며, 이격 거리는 단위 거리 1mm만큼씩 증가하여, 15mm까지 증가할 수 있다. 여기에서는 이격 거리가 5mm에서 15mm의 범위에서 가변되는 실시예가 설명되나, 이격 거리가 가변되는 범위는 호흡 또는 심박에 따른 흉부의 움직임 변위에 따라서 다양하게 결정될 수 있다.The Doppler
이러한 시뮬레이션 환경은 생체 정보 수집을 위해 도플러 레이더 장치가 사용자의 신체 또는 의복에 부착된 환경을 모사하는 환경으로서, 도플러 레이더 장치와 사용자가 근접하게 배치되어 있는 조건에 대응되는 근접장(near field)에서 도플러 레이더 안테나의 성능을 분석할 수 있는 환경이다. 5mm는 사용자의 신체 또는 의복에 부착된 도플러 레이더 장치와 사용자의 피부 사이의 거리에 대응되며, 15mm까지 이격 거리가 증가되는 것은, 호흡 등에 의한 흉부의 이동 변위에 대응된다. Such a simulation environment simulates an environment in which the Doppler radar device is attached to the user's body or clothes for biometric information collection, and is a Doppler radar in a near field corresponding to the condition in which the Doppler radar device and the user are placed in close proximity. It is an environment to analyze the performance of the radar antenna. 5 mm corresponds to the distance between the user's skin and the Doppler radar device attached to the user's body or clothes, and increasing the separation distance to 15 mm corresponds to movement displacement of the chest due to breathing or the like.
도플러 레이더 안테나(110)로부터 방사된 송신 신호는 인체 팬텀(120)으로부터 반사되며, 반사된 신호는 도플러 레이더 안테나(110)로 수신된다.The transmitted signal radiated from the Doppler
성능 분석 장치(130)는 프로세서 및 메모리를 포함하는 연산 장치로서, 도플러 레이더 안테나(110)에서 수신된 신호를 이용하여, 도플러 레이더 안테나(110)와 인체 팬텀(120) 사이의 상대 거리를 계산한다. 이 때, 성능 분석 장치(130)는 이산적인 이격 거리 각각에 대한 인체 팬텀(120)과 도플러 레이더 안테(110)나 사이의 상대 거리를, 시간에 따라 연속적으로 변화하는 값으로 변환한다. The
즉, 이격 거리는 이산적으로 가변되지만, 성능 분석 장치(130)에서 계산된 상대 거리는 시간에 대해 연속적으로 변화하는 값으로 변환된다. 여기서, 시간은 미리 설정된 호흡 주기 또는 심박 주기에 대응되는 시간일 수 있다.That is, the separation distance is discretely varied, but the relative distance calculated by the
성능 분석 장치(130)는 연속적인 값으로 변환된 상대 거리가, 도플러 레이더 안테나(110)와 인체 팬텀(120)의 이격 거리에 대응되거나 오차가 임계값 이하인 경우, 도플러 레이더 안테나의 성능이 우수한 것으로 판단할 수 있다.The
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 안테나의 성능을 분석하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining a method of analyzing the performance of a radar antenna according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 성능 분석 방법은 성능 분석 장치에서 수행될 수 있다.The performance analysis method according to an embodiment of the present invention may be performed in a performance analysis apparatus.
본 발명의 일실시예에 따른 성능 분석 장치는 미리 설정된 시뮬레이션 환경에서 인체 팬텀으로부터 반사된 도플러 레이더 안테나의 송신 신호를 수신(S220)한다. 여기서 시뮬레이션 환경은 도플러 레이더 안테나와 인체 팬텀 사이의 이격 거리가, 단위 거리만큼씩 이산적으로 가변되는 환경으로서, 전술된 바와 같이, 도플러 레이더 장치가 사용자의 신체 또는 의복에 부착되어, 도플러 레이더 장치가 사용자에 근접하게 배치된 환경을 모사하는 환경이다.The performance analysis apparatus according to an embodiment of the present invention receives a transmission signal of a Doppler radar antenna reflected from a human body phantom in a preset simulation environment (S220). Here, the simulation environment is an environment in which the separation distance between the Doppler radar antenna and the human body phantom is discretely varied by a unit distance. As described above, the Doppler radar device is attached to the user's body or clothes, and the Doppler radar device is It is an environment that simulates the environment placed close to the user.
실시예에 따라서, 성능 분석 장치는 단계 S210에서 자유 공간에 배치된 도플러 레이더 안테나의 송신 신호를 이용하여, 수신 신호에 대한 자기 간섭 성분을 제거할 수 있다.According to an embodiment, the performance analysis apparatus may use the transmission signal of the Doppler radar antenna disposed in the free space in step S210 to remove the self-interference component of the received signal.
본 발명의 일실시예에 따른 성능 분석 장치는 단계 S220에서 수신된 수신 신호를 이용하여, 이격 거리에 대한 인체 팬텀과 도플러 레이더 안테나 사이의 상대 거리를, 시간에 따라 연속적으로 변화하는 값으로 변환(S230)한다.The performance analysis apparatus according to an embodiment of the present invention converts the relative distance between the human body phantom and the Doppler radar antenna with respect to the separation distance into a value that continuously changes with time using the received signal received in step S220 ( S230).
단계 S230에서 성능 분석 장치는 이격 거리 별로, 수신 신호에 대한 제1 및 제2기저 대역 신호를 추출하며, 일실시예로서 IQ 복조를 통해 90도의 위상 차이가 존재하는 제1 및 제2기저 대역 신호를 추출할 수 있다.In step S230, the performance analysis apparatus extracts first and second baseband signals for the received signal for each separation distance, and as an embodiment, first and second baseband signals having a phase difference of 90 degrees through IQ demodulation can be extracted.
그리고 성능 분석 장치는 추출된 제1 및 제2기저 대역 신호로부터, 시간에 대한 제1 및 제2기저 대역 신호의 함수를 추정한다. 일실시예로서, 성능 분석 장치는 이산적으로 결정된 제1 및 제2기저 대역 신호의 근사화를 통해 제1 및 제2기저 대역 신호의 함수를 도출할 수 있으며, 이러한 함수는 시간에 대한 함수이다.In addition, the performance analysis apparatus estimates a function of the first and second baseband signals with respect to time from the extracted first and second baseband signals. As an embodiment, the performance analysis apparatus may derive a function of the first and second baseband signals through approximation of the discretely determined first and second baseband signals, and the function is a function of time.
그리고 성능 분석 장치는 제1 및 제2기저 대역 신호의 함수 및 아크탄젠트 복조를 이용하여, 수신 신호에 대한 위상을 계산하고, 위상과 송신 신호의 파장을 이용하여, 상대 거리를 계산한다. 제1 및 제2기저 대역 신호의 함수가 시간에 대한 함수이므로, 계산된 상대 거리는 시간에 따라 변화하는 연속적인 값에 대응된다.In addition, the performance analyzer calculates a phase for a received signal by using a function and arc tangent demodulation of the first and second baseband signals, and calculates a relative distance by using the phase and the wavelength of the transmission signal. Since the function of the first and second baseband signals is a function of time, the calculated relative distance corresponds to a continuous value that changes with time.
한편, 실시예에 따라서 성능 분석 장치는 상대 거리를, 미리 설정된 호흡 주기 또는 심박 주기에 따른 시간에 대해 연속적으로 변화하는 값으로 변환할 수 있으며, 연속적으로 변화하는 값은 호흡 주기 또는 심박 주기에 따라서, 증가 및 감소할 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment, the performance analysis apparatus may convert the relative distance into a value continuously changing with respect to a time according to a preset breathing cycle or heartbeat cycle, and the continuously changing value may be changed according to the breathing cycle or heartbeat cycle. , can increase and decrease.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 성능 분석 결과를 나타내는 도면으로서, 도플러 레이더 안테나와 인체 팬텀 사이의 이격 거리가, 5mm에서 15mm의 범위에서 1mm씩 가변되는 환경에서 이루어진 성능 분석 결과를 나타낸다.3 is a view showing a performance analysis result according to an embodiment of the present invention, and shows the performance analysis result made in an environment in which the separation distance between the Doppler radar antenna and the human phantom is varied by 1 mm in the range of 5 mm to 15 mm.
도 3(a)는 수신 신호에 대한 수신 신호에 대한 제1 및 제2기저 대역 신호(좌측 도면)와, 제1 및 제2기저 대역 신호로부터 획득된 제1 및 제2기저 대역 신호 함수(BI(t), BQ(t))의 시간에 대한 함수값(우측 도면)을 나타내는 도면이다. 도 3(a)에서 빨간색 포인트는 제1 및 제2기저 대역 신호를 나타낸다.3(a) shows first and second baseband signals for a received signal with respect to a received signal (left diagram), and first and second baseband signal functions B obtained from the first and second baseband signals. It is a figure showing the function value (right figure) with respect to time of I (t), B Q (t)). In FIG. 3( a ), red points indicate first and second baseband signals.
그리고 도 3(b)는 연속적인 값으로 변환된 상대 거리를 나타내는 도면으로서, 2초 간격으로 들숨과 날숨을 반복하는 호흡 주기에 따라 연속적으로 변화하는 상대 거리를 나타내는 도면이다. 변위의 범위는 이격 거리의 범위인 10mm에 대응된다.And FIG. 3(b) is a diagram showing the relative distance converted into a continuous value, and is a diagram showing the relative distance continuously changing according to a breathing cycle that repeats inhalation and exhalation at 2-second intervals. The range of displacement corresponds to the range of the separation distance of 10 mm.
호흡에 따라 흉부는 부풀었다가 수축되므로, 성능 분석 장치는 도 3(b)와 같이, 도플러 레이더 안테나와 인체 팬텀 사이의 상대 거리를 호흡 주기에 따라서 2초 간격으로 증가 및 감소하는 형태로 생성할 수 있다. 실제로 측정된 상대 거리는 0에서 2초 사이에서 증가하는 거리값에 대응되지만, 성능 분석 장치는 이러한 거리값을 호흡 주기별로 반복하고 감소하는 형태로 변환하여, 도 3(b)와 같은 결과를 출력할 수 있다. Since the chest inflates and contracts according to respiration, the performance analysis device can generate the relative distance between the Doppler radar antenna and the human phantom in the form of increasing and decreasing at 2-second intervals according to the breathing cycle, as shown in FIG. 3(b). can Although the actually measured relative distance corresponds to a distance value that increases between 0 and 2 seconds, the performance analysis device repeats this distance value for each breathing cycle and converts it into a decreasing form, and outputs the result as shown in FIG. 3(b). can
도 4는 본 발명의 구체적 실시예에 따른 레이더 안테나의 성능을 분석하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a method of analyzing the performance of a radar antenna according to a specific embodiment of the present invention.
인체 팬텀이 존재하지 않는 자유 공간에 배치된 도플러 레이더 안테나의 전송부에서 송신 신호가 전송되면 도플러 레이더 안테나의 수신부로 신호가 수신된다. 성능 분석 장치는 수신부로 수신된 수신 신호(r0)를 추출(S410)한다.When a transmission signal is transmitted from the transmitter of the Doppler radar antenna disposed in a free space where the human phantom does not exist, the signal is received by the receiver of the Doppler radar antenna. The performance analysis apparatus extracts the received signal (r 0 ) received by the receiver (S410).
그리고 인체 팬텀과 도플러 레이더 안테나 사이의 초기 이격 거리와, 최대 이격 거리, 단위 거리가 설정(S420)된 이후, 도플러 레이더 안테나는 인체 팬텀으로 송신 신호를 전송한다. 일실시예로서 초기 이격 거리는 5mm, 단위 거리는 1mm, 최대 이격 거리는 15mm로 설정될 수 있다. 그리고 성능 분석 장치는 인체 팬텀으로부터 반사되어 수신부로 수신된 수신 신호(rN)를 추출(S430)한다.And after the initial separation distance, the maximum separation distance, and the unit distance between the human body phantom and the Doppler radar antenna are set ( S420 ), the Doppler radar antenna transmits a transmission signal to the human body phantom. As an embodiment, the initial separation distance may be set to 5 mm, the unit distance may be set to 1 mm, and the maximum separation distance may be set to 15 mm. Then, the performance analysis apparatus extracts the received signal r N reflected from the human body phantom and received by the receiver (S430).
성능 분석 장치는 단계 S430에서 수신된 수신 신호(rN)에서, 단계 S410에서 수신된 수신 신호(r0)를 차감하여, [수학식 1]로 표현되는 수신 신호(RN)를 추출(S440)한다. 자유 공간에서의 수신 신호와 인체 팬텀으로부터 반사된 수신 신호를 차감함으로써, 수신 신호에 대한 자기 간섭 성분이 제거될 수 있다.Performance analysis apparatus from the received signal (r N) received in step S430, by subtracting the received signal (r 0) received at step S410, extracts the received signal (R N), represented by formula 1] (S440 )do. By subtracting the received signal in the free space and the received signal reflected from the human body phantom, a self-interference component with respect to the received signal may be removed.
여기서, f는 송신 신호의 주파수를 나타내며, A와 θN은 수신 신호(RN)의 크기 및 위상을 나타낸다.Here, f represents the frequency of the transmitted signal, and A and θ N represent the magnitude and phase of the received signal R N .
이후 성능 분석 장치는 IQ 복조 과정을 통해 수신 신호(RN)로부터 제1 및 제2기저 대역 신호(BIN, BQN)를 추출(S450)한다. 일실시예로서, 성능 분석 장치는 송신 신호를 90도의 위상차를 나타내는 두개의 신호(T1, T2)로 분리한 후, 분리된 두개의 신호 각각을 수신 신호에 곱하고 저역 통과 필터(LPF)를 이용해 필터링하여 [수학식 2]와 같이 표현되는 제1 및 제2기저 대역 신호(BIN, BQN)를 추출할 수 있다.Thereafter, the performance analysis apparatus extracts the first and second baseband signals B IN and B QN from the received signal R N through the IQ demodulation process ( S450 ). As an embodiment, the performance analysis apparatus divides the transmission signal into two signals (T 1 , T 2 ) representing a phase difference of 90 degrees, then multiplies each of the two separated signals to the received signal and applies a low-pass filter (LPF) It is possible to extract the first and second baseband signals B IN , B QN expressed as in [Equation 2] by filtering.
단계 S430에서 S450은 단위 거리만큼씩 증가될때마다 반복되며, 미리 설정된 횟수(N)만큼 반복될 수 있다. Steps S430 to S450 are repeated every time the unit distance is increased, and may be repeated a preset number of times (N).
이후, 인체 팬텀과 도플러 레이더 안테나 사이의 이격 거리(DN)가 최대 이격 거리에 도달(S460)하면, 성능 분석 장치는 인체 팬텀과 도플러 레이더 안테나 사이의 이격 거리가 선형적으로 그리고 연속적으로 가변한다고 가정하여, 제1 및 제2기저 대역 신호(BIN, BQN)를 [수학식 3]과 같이 표현되는, 제1 및 제2기저 대역 신호 함수(BI(t), BQ(t))로 변환(S470)한다. Thereafter, when the separation distance D N between the human body phantom and the Doppler radar antenna reaches the maximum separation distance ( S460 ), the performance analysis device indicates that the separation distance between the human body phantom and the Doppler radar antenna is linearly and continuously variable. Assuming that the first and second baseband signals B IN , B QN are expressed as in [Equation 3], the first and second baseband signal functions B I (t), B Q (t) ) to (S470).
여기서 φ는 송신 신호의 위상을 나타내며, θ(t)는 시간에 따라 가변하는 수신 신호의 위상을 나타낸다. Here, φ represents the phase of the transmitted signal, and θ(t) represents the phase of the received signal that varies with time.
성능 분석 장치는 [수학식 4]와 같이, 아크탄젠트 복조를 이용하여 제1 및 제2기저 대역 신호 함수(BI(t), BQ(t))로부터 수신 신호의 위상을 추출하고, [수학식 5]와 같이, 추출된 위상과 송신 신호의 파장을 곱하여, 시간에 대한 상대 거리의 변화를 계산(S480)한다.The performance analysis device extracts the phase of the received signal from the first and second baseband signal functions (B I (t), B Q (t)) using arctangent demodulation as shown in Equation 4, [ As shown in Equation 5], a change in the relative distance with respect to time is calculated by multiplying the extracted phase and the wavelength of the transmission signal (S480).
여기서, λ는 송신 신호의 파장을 나타낸다.Here, λ represents the wavelength of the transmission signal.
앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The technical contents described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiments or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. A hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described with specific matters such as specific components and limited embodiments and drawings, but these are provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , various modifications and variations are possible from these descriptions by those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims to be described later, but also all those with equivalent or equivalent modifications to the claims will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention. .
Claims (7)
수신된 수신 신호를 이용하여, 상기 이격 거리에 대한 상기 인체 팬텀과 상기 도플러 레이더 안테나 사이의 상대 거리를, 시간에 따라 연속적으로 변화하는 값으로 변환하는 단계를 포함하며,
상기 상대 거리를, 시간에 따라 연속적으로 변화하는 값으로 변환하는 단계는
상기 상대 거리를, 미리 설정된 호흡 주기 또는 심박 주기에 따른 시간에 대해 연속적으로 변화하는 값으로 변환하며,
상기 상대 거리를, 시간에 따라 연속적으로 변화하는 값으로 변환하는 단계는
상기 이격 거리 별로, 상기 수신 신호에 대한 제1 및 제2기저 대역 신호를 추출하는 단계;
제1 및 제2기저 대역 신호로부터, 시간에 대한 제1 및 제2기저 대역 신호의 함수를 추정하는 단계; 및
상기 제1 및 제2기저 대역 신호의 함수 및 아크탄젠트 복조를 이용하여, 상기 수신 신호에 대한 위상을 계산하는 단계; 및
상기 위상과 상기 송신 신호의 파장을 이용하여, 상기 상대 거리를 계산하는 단계
를 포함하는 레이더 안테나의 성능을 분석하는 방법.
receiving a transmission signal of the Doppler radar antenna reflected from the human body phantom in a simulation environment in which a separation distance between the Doppler radar antenna and the human body phantom is discretely varied by a unit distance; and
converting a relative distance between the human body phantom and the Doppler radar antenna with respect to the separation distance into a value that continuously changes with time by using the received signal,
The step of converting the relative distance into a value that continuously changes with time
converting the relative distance into a value that continuously changes with respect to time according to a preset breathing cycle or heart rate cycle,
The step of converting the relative distance into a value that continuously changes with time
extracting first and second baseband signals with respect to the received signal for each separation distance;
estimating, from the first and second baseband signals, a function of the first and second baseband signals with respect to time; and
calculating a phase for the received signal using arctangent demodulation and a function of the first and second baseband signals; and
calculating the relative distance by using the phase and the wavelength of the transmission signal
A method of analyzing the performance of a radar antenna comprising a.
상기 이격 거리가 가변되는 범위는
호흡 또는 심박에 따른 흉부의 움직임 변위에 따라서 결정되는
레이더 안테나의 성능을 분석하는 방법.
The method of claim 1,
The range in which the separation distance is variable is
Determining the movement of the chest according to breathing or heart rate
How to analyze the performance of a radar antenna.
상기 시간에 따라 연속적으로 변화하는 값은
상기 호흡 주기 또는 심박 주기에 따라서, 증가 및 감소하는
레이더 안테나의 성능을 분석하는 방법.
The method of claim 1,
The value that continuously changes with time is
increasing and decreasing according to the respiratory cycle or heart rate cycle
How to analyze the performance of a radar antenna.
상기 송신 신호를 수신하는 단계는
자유 공간에 배치된 상기 도플러 레이더 안테나의 송신 신호를 이용하여, 상기 수신 신호에 대한 자기 간섭 성분을 제거하는
레이더 안테나의 성능을 분석하는 방법.
The method of claim 1,
Receiving the transmission signal
using the transmission signal of the Doppler radar antenna disposed in free space to remove a self-interference component to the received signal
How to analyze the performance of a radar antenna.
상기 시뮬레이션 환경은
생체 정보 수집을 위해 도플러 레이더 장치가 사용자의 신체 또는 의복에 부착된 환경을 모사하는 환경인
레이더 안테나의 성능을 분석하는 방법.
The method of claim 1,
The simulation environment is
An environment in which the Doppler radar device mimics the environment attached to the user's body or clothing for biometric information collection.
How to analyze the performance of a radar antenna.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200170519A KR102273383B1 (en) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | Performance analysis method of radar antenna in complex environment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200170519A KR102273383B1 (en) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | Performance analysis method of radar antenna in complex environment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102273383B1 true KR102273383B1 (en) | 2021-07-05 |
Family
ID=76899523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200170519A KR102273383B1 (en) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | Performance analysis method of radar antenna in complex environment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102273383B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080119716A1 (en) * | 2006-05-17 | 2008-05-22 | Olga Boric-Lubecke | Determining presence and/or physiological motion of one or more subjects with quadrature doppler radar receiver systems |
| KR20170028135A (en) * | 2015-09-03 | 2017-03-13 | 주식회사 만도 | Device and method for radar performance measurement |
| KR101836761B1 (en) * | 2017-01-04 | 2018-03-08 | 조선대학교산학협력단 | Apparatus for non-contact respiration detection using radar and method thereof |
| JP2018121761A (en) * | 2017-01-30 | 2018-08-09 | 株式会社Ｃｑ−Ｓネット | State detection device by standing wave radar |
-
2020
- 2020-12-08 KR KR1020200170519A patent/KR102273383B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080119716A1 (en) * | 2006-05-17 | 2008-05-22 | Olga Boric-Lubecke | Determining presence and/or physiological motion of one or more subjects with quadrature doppler radar receiver systems |
| KR20170028135A (en) * | 2015-09-03 | 2017-03-13 | 주식회사 만도 | Device and method for radar performance measurement |
| KR101836761B1 (en) * | 2017-01-04 | 2018-03-08 | 조선대학교산학협력단 | Apparatus for non-contact respiration detection using radar and method thereof |
| JP2018121761A (en) * | 2017-01-30 | 2018-08-09 | 株式会社Ｃｑ−Ｓネット | State detection device by standing wave radar |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Buyukhan, C. 외 3명. Background Subtraction Techniques to Detect Human Vital Signs using UWB GPR. 5th ICAT. 2017.* * |
| Gao, Xiaomeng 외 5명. Measurement of the Complex Human Atrial-Ventricular Motions using Contact-Based Doppler Radar. 2019 IEEE 20th Wireless and Microwave Technology Conference. 2019.* * |
| Measurement of the Complex Human Atrial-Ventricular Motions using Contact-Based Doppler Radar. 2019 IEEE 20th Wireless and Microwave Technology Conference. 2019.* * |
| Petrovic Vladimir 외 3명. System for validation of Doppler radar sensors for heartbeat and respiration monitoring. Proc. 4th Int. Conf. Electrical Electronics and Computing Engineering. 2017.* * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20140058254A1 (en) | Heart rate estimating apparatus and method | |
| US9962126B2 (en) | Signal processor, signal processing method, and recording medium | |
| KR20160026496A (en) | Method and apparatus for authenticating user using ecg signal | |
| KR20170073927A (en) | Method and device for authenticating user | |
| US20160030006A1 (en) | Characteristic-value calculating device, characteristic-value calculating method, and recording medium | |
| CN110673135A (en) | Sensor, estimation device, estimation method, and program recording medium | |
| JP6943365B2 (en) | Information processing equipment, information processing system, measuring device, measuring system, information processing method and program | |
| KR101738822B1 (en) | A bio-information determination apparatus and method of a target using an impulse radar | |
| Khan et al. | Multi-component instantaneous frequency estimation in mono-sensor and multi-sensor recordings with application to source localization | |
| KR102273383B1 (en) | Performance analysis method of radar antenna in complex environment | |
| JP6871718B2 (en) | Sound source search device, sound source search method and its program | |
| KR20150068694A (en) | Method for user authentication, user authentication apparatus and user authentication system performing thereof | |
| KR102235982B1 (en) | Apparatus and method for estimating a biological heart rate parameter for a human fmcw radar | |
| JP2017006540A (en) | Heartbeat interval specification program, heartbeat interval specification apparatus, and heartbeat interval specification method | |
| KR101922907B1 (en) | Method and apparatus for envelope detection using a difference of sampling signals | |
| JP2015096831A (en) | Information processing device, information processing method, and program | |
| KR101928144B1 (en) | A bio-information determination apparatus and method of a target using an impulse radar | |
| KR102411687B1 (en) | Method for stimulation frequency of ssvep signal | |
| Brown et al. | Comparison of modelled pursuits with ESPRIT and the matrix pencil method in the modelling of medical percussion signals | |
| KR101948386B1 (en) | A bio-information determination apparatus and method of a target using an impulse radar | |
| KR102279745B1 (en) | Noncontact vital sign detection apparatus of two adjacent targets using signal decomposition and method thereof | |
| KR102451268B1 (en) | Signal processing method, signal filtering apparatus and signal processing unit | |
| KR102570069B1 (en) | Method for removing noise in ecg sensor signal and apparatus thereof | |
| JP2008005435A (en) | Modulation signal analyzing apparatus and communication device | |
| KR101814290B1 (en) | A location information determination apparatus and method of a target using an impulse radar |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |