IR-UWB 레이더 기반의 생체신호 품질 평가 알고리즘

Abstract

IR-UWB (impulse radio ultra-wideband) 레이더는 광대역의 임펄스 신호를 이용하여 거리를 정확하게 추정하는 기술이며, 우수한 거리 분해능과 SNR (signal to noise ratio) 을 가진다. 위 장점을 이용하여 IR-UWB 레이더는 재실감지, 인원 계수, 장애물 탐지, 그리고 생체신호 측정 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 특히 IR-UWB 레이더를 이용한 생체 신호 측정은 비접촉 방법으로 생활에 불편 없이 행해질 수 있다는 장점을 가진다. IR-UWB 레이더를 이용한 생체신호 측정은 호흡이나 심박으로 인한 신체의 미세한 움직임을 감지를 기본으로 한다. 기존의 IR-UWB 레이더 기반의 생체 신호 측정에 관한 많은 연구가 진행되어 왔으나, 대부분은 호흡 및 심박에 해당하는 주파수 스펙트럼 기반의 측정법에 한정되어 있다. 이러한 주파수 영역 접근법은 신호의 양상에 무관하게 호흡과 심박 등의 생체 신호를 측정할 수 있다는 장점이 있으나, 시간 영역 신호의 상태를 고려할 수 없다. IR-UWB 레이더의 경우 미세한 움직임에도 취약하기 때문에, 움직임으로 인해 생체 신호를 측정할 수 없을 정도로 신호의 왜곡이 일어날 수 있다. 또한, IR-UWB 레이더의 탐지 범위에 측정대상이 없을 경우에는 생체신호 자체가 존재하지 않을 수 있다. 주파수 영역보다 시간 영역의 신호가 이렇듯 측정이 어려운 경우를 더욱 잘 판단할 수 있다. 주파수 영역에서 호흡 및 심박 등의 생체신호를 측정하기 전에 현재 측정 된 레이더 신호가 생체신호를 측정하는 데 얼마나 적합한지 정량화 할 수 있다면 측정할 생체신호의 신뢰성 정도에 대한 정보를 얻을 수 있다. 본 논문에서는 생체 신호 측정에 사용되는 신호의 신뢰성 또는 품질을 평가하는 방법을 제안한다. 제안한 방법은 자기 상관 기법(auto-correlation)을 이용한 주기성 분석에 기반을 두고 있다. 본 논문에서는 생체신호를 추출하기 위한 기저신호의 주파수 영역 최댓값과 신호의 자기 상관 신호의 주기적 일치성을 비교하였다. 제안한 방법의 타당성을 검증하기 위하여 품질 평가 결과를 생체신호의 정확도와 비교하였다.