A differential phase Doppler radar sensor with multiple receivers to remotely detect human vital signals is proposed, which can reduce common-motion artifacts as well as common noises to receivers. This is achieved by differentiating two phase signals from a pair of collocated receivers. Random motions are decomposed into several kinds of motions with respect to the transmitted beam direction. Six differential phase signals are obtained from the four receiver combinations, among which at least one pair can get vital signals with reduced common motion artifacts. A weighted-sum method is proposed to combine six differential signals effectively, which allows vital signals to be clearly detected even with large random body motions. A sensor is implemented with a commercially available 24-GHz radar front-end chip with one transmitter (TX) and four receivers (RXs) to verify the differential phase radar concept. An experiment demonstrates that body motion noises are reduced by over 20 dB with the proposed differential phase radar with multiple receivers.
본 논문에서는 레이더를 이용한 비 접촉식 생체신호 센서에서 사람의 신체 움직임 잡음을 제 거 할 수 있는 차동위상 도플러 레이더 생체 신호 센서를 제안한다. 같은 방향에 위치하는 여러 개의 수신기 쌍 사이의 차동위상 신호를 검출하여 수신기들 사이의 공통된 신체 움직임 및 잡음을 제거한다. 사람의 임의의 움직임을 송신 빔을 기준으로 여러 개의 움직임으로 분 해 할 수 있으며 이들 중 공통된 신체 움직임을 제거하는 방법을 이용한다. 네 개의 수신기 에서 총 여섯 개의 차동위상 신호를 얻게 되며 적어도 한 쌍의 수신기는 어떤 임의의 움직임 을 제거 할 수 있게 된다. 여섯 개의 차동위상 신호를 효과적으로 합치기 위하여 가중치 합 방법을 제안하였으며, 이는 큰 범위의 신체 움직임이 동반될 때에도 명확한 생체신호를 얻을 수 있게 한다. 레이더 센서는 상용 24-GHz 레이더 칩을 이용하여 구현되었으며, 하나의 송신 기와 네 개의 수신기로 구성된다. 실험 결과를 통해 제안하는 여러 개의 수신기로 구성된 차 동위상 레이더를 이용하여 사람의 신체 움직임 잡음은 20 dB 이상 줄일 수 있음을 확인 할 수 있다.
