両側波帯信号を使用する遠隔検知システムおよび方法
送受信機（１０２）を含む検知システム（１００）が提供される。該送受信機は、第１および第２の周波数成分を有する両側波帯電磁波を送信する送信機チェーンと、標的によって反射された後の両側波帯電磁波を受信する受信機チェーンとを含む。システム（１００）は、両側波帯電磁波から情報内容を抽出する基本帯域回路（１０４）をさらに含む。第１および第２の周波数成分間の分離は、両側波帯電磁波の一方の側波帯によって生成される信号応答内のスパイクを、両側波帯電磁波の他方の側波帯によって生成される信号応答のヌルポイントにほぼ重複させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号検知および信号処理の分野、特に、両側波帯信号を用いる検知に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドップラーレーダ動作検知システムは通常、標的で反射され、受信機で復調される連続波（ＣＷ）信号を送信する。ドップラー理論によると、時間変動する位置によって特徴付けられるが正味ゼロ速度である標的は、時間変動する標的の位置に比例して信号の位相を変調した後、送信された信号を反射する。
【０００３】
マイクロ波ドップラーレーダは、何年間も無線センサ用途に使用されてきた。マイクロ波ドップラーレーダのより一般的な用途としては、天気検知、位置および距離検知、および自動車速度検知などが挙げられる。しかし、近年、マイクロ波ドップラーレーダは、健康関連および生命サインの監視および検出のための遠隔検知装置としてさらなる注目を集めつつある。医療上の監視および生命サインの検知の分野では、マイクロ波ドップラーレーダは、生理現象の検知、地震による瓦礫に閉じ込められた人の位置を突き止める生命サインの検知、睡眠時無呼吸症患者の心肺監視のために使用されてきた。
【０００４】
たとえば、上記のドップラー理論によると、監視下の患者などの人の胸壁を対象にし、ＣＷレーダ型検知システムは、標的に送信される信号と同様の標的信号から反射された信号を受信する。しかし、反射された信号の位相は、人の胸壁の時間変動する位置によって変調される。人の心拍および／または呼吸信号は、胸壁位置に比例する信号を提供し、それによって人の心拍および呼吸による運動に関する情報を提供する位相復調によって監視される。
【０００５】
人の心肺活動の検出と測定は、幅広い状況で要求される。心肺測定は通常、たとえば、患者の医学的診断および治療に際して必要とされる。多くの状況で、心肺活動の継続的監視が必要とされる。たとえば、重篤なまたは慢性的な病状の患者の場合である。たとえば、睡眠時無呼吸症などの心臓関連および呼吸器系の障害を有する患者の場合、心肺活動の監視は特に重要である。また、心肺活動の監視は、乳児や高齢者の治療の一環として所望される。
【０００６】
マイクロ波ドップラーレーダの使用は、心拍数および呼吸数を患者への直接接触なしに監視することのできる心肺活動の遠隔検知という利点を提供する。マイクロ波ドップラーレーダでは、心臓と呼吸のサインが、上記のように監視下の患者の胸の運動に基づき判定される。
【０００７】
しかしながら、このマイクロ波ドップラーレーダの使用に関する重大な制限は、こうしたシステムが、特定用途でしか通常は実用的でない、重くて、嵩張り、高額な導波部品を概して使用することである。これらの問題を未然に防ぐアプローチは、マイクロ波ドップラーレーダと無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）技術とを組み合わせることである。しかし、この組み合わせから独自の１組の問題が生じる。その問題の１つが、上記ＲＦＩＣベースのシステムで使用されることの多い補完的な金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）発振器が相当高い位相ノイズ、すなわち、オフチップ高品質導体を組み込むハイブリッド発振器よりも高いノイズをこうむることである。
【０００８】
高位相ノイズの問題は、ＣＭＯＳ動作検出レーダシステムに大きな制限を課す。生理的運動は無線信号の位相変調で符号化されるため、近接位相ノイズは重要なパラメータである。この問題は、位相ノイズの作用を緩和するように距離相関位相ノイズフィルタ効果を利用することによって対処可能である。
【０００９】
しかし、残りの問題は、ＲＦＩＣベースのマイクロ波ドップラーレーダシステムの周波数帯域に関する。従来のＣＷ検知は通常、電磁スペクトルの低周波数帯域に位置する波を利用する。上記システムが通常動作する周波数帯域の下端寄りで、上記周波数またはその近傍で動作する別の多くの用途による相当な混雑が生じる。たとえば、２．４ＧＨｚのＩＳＭ帯域は、無線ＬＡＮ、コアレスフォン、ブルーツース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）、その他の同様の用途のために使用される。増大し続ける上記用途を前提とすると、この問題は将来悪化の一途をたどる可能性が高い。よって、低周波数帯域は、他の多くの用途が動作する帯域でもあるので、混雑しがちである。確かに、ほとんどではないものの多くの産業用、科学用、および医療用（ＩＳＭ）機器が、２．４ＧＨｚのＩＳＭ帯域内のＲＦ周波数で動作する。その周波数帯域では、装置が最大出力限界を満たして動作することを条件に、オペレータがライセンスを取得する必要なく、様々な種類の機器を作動させることができる。
【００１０】
おそらくより大きな問題となるのが、利用される低周波数電磁波が非常に長い波長を有するため、監視される標的の小さな変位への感度が落ちることである。精度の低下は、たとえば患者の胸壁の細かな運動が監視装置の標的である生理的な患者監視に関して特に問題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、特に心肺活動を監視するために、干渉する可能性のある用途の周波数帯域よりも高い周波数帯域で動作可能な遠隔検出システムが必要とされる。さらに、高周波数帯域で動作しつつも、遠隔検出を有効かつ効率的に実施することのできるシステムが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、周波数間の分離が高周波検知信号に関連する重大なヌルポイントの問題を緩和または排除するように、異なる周波数の２つの信号を結びつけることによって生成されるＫａバンド電磁波などの両側波帯信号を用いる方法およびシステムに向けられる。本発明は、大幅に向上した検出感度を有するＫａバンド電磁波を用いた細かな運動の検出を可能にする。
【００１３】
本発明の一実施形態は、遠隔検知方法である。該方法は、第１の周波数成分と第２の周波数成分とを備える両側電磁波を送信することと、対象によって反射された後の電磁波を受信することを含む。該方法を用いて、第１および第２の周波数成分間の分離は、両側電磁波の一方の側波帯に対応する信号応答内のスパイクを両側電磁波の側波帯に対応する信号応答のヌルポイントにほぼ重複させる。
【００１４】
本発明の別の実施形態は検知システムである。該システムは、第１および第２の周波数成分を有する両側電磁波を送信する送信機チェーンと、標的によって反射された後の両側電磁波を受信する受信機チェーンとを有する送受信機を含む。該システムは、両側電磁波から情報内容を抽出する基本帯域回路をさらに含む。さらに、該システムは、両側電磁波の一方の側波帯によって生成される信号応答内のスパイクが、両側電磁波の他方の側波帯によって生成される信号応答のヌルポイントにほぼ重複するように第１および第２の周波数成分間の分離が提供される。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態は、心肺活動を検知するシステムである。該システムは、監視対象に検知信号を送信し、監視対象から変調信号を受信するＫａバンド送受信機を含む。検知信号は、より具体的には、Ｋａバンド周波数帯域内の周波数を含み、変調信号は監視対象の心肺活動に基づき変調される。該システムは、変調信号に基づき、監視対象の心肺活動を示す基本帯域信号出力を生成するＫａバンド送受信機に接続される基本帯域回路をさらに含む。
【００１６】
本発明の別の実施形態は、機械指示を記憶する機械読取り可能記憶媒体である。記憶された指示は、第１の周波数成分と第２の周波数成分とを備える両側電磁波の送信と、対象によって反射された後の電磁波の受信を実行する。第１および第２の周波数成分間の分離は、両側電磁波の一方の側波帯に対応する信号応答内のスパイクを、両側電磁波の他方の側波帯に対応する信号応答のヌルポイントにほぼ重複させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
現在好適である実施形態を図に示すが、本発明は図示される正確な配列や手段に限定されないと了解される。
本発明の一実施形態による遠隔検知システム１００が、図１に概略的に示される。システム１００は図示されるように、Ｋａバンド送受信機１０２などの送受信機と、送受信機に電気的に接続される基本帯域回路１０４とを含む。本明細書で説明されるように、Ｋａバンド送受信機は、患者や乳児などの監視対象（図示せず）に検知信号を送信し、監視対象から変調信号を受信する。より具体的には、検知信号は、Ｋａバンド周波数帯域内にありうる周波数を有する。変調信号は、監視対象の心肺活動に基づき変調される。
【００１８】
より具体的には、Ｋａバンド送受信機１０２は受信機チェーンおよび送信機チェーンを備える。図示されるように、受信機チェーンは、受信アンテナ（Ｒｘ＿Ａｎｔｅｎｎａ）、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）、２つのダウン変換器（Ｒｘ＿Ｍｉｘｅｒ１およびＲｘ＿Ｍｉｘｅｒ２）、ＩＦ増幅器（ＩＦ＿ＡＭＰ）を含むことができる。送信機チェーンは、送信アンテナＴｘ＿Ａｎｔｅｎｎａと２つのアップ変換器（ＴＸ＿Ｍｉｘｅｒ１ および ＴＸ＿Ｍｉｘｅｒ２）とを含む。基本帯域回路１０４は図示されるように、前置増幅器（ＰｒｅＡＭＰ）、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）、および低周波数増幅器（ＬＦ＿ＡＭＰ）を備える。
【００１９】
図示されるように、Ｋａバンド送受信機１０２が２つの電力分配器をさらに含むことに注意されたい。各電力分配器は、より具体的には、３ｄＢ電力分配器である。電力分配器は、中間周波数（ＩＦ）搬送波信号の電力を２つの成分Ｓ１（ｔ）とＳ２（ｔ）に分割する。電力の半分は送信機チェーンに供給され、残りの半分は受信機チェーンに供給される。ＴＸ＿Ｍｉｘｅｒ１、第１のアップ変換器の入力は、５０Ω抵抗器で終点となることに注意されたい。この独自の成分の配列は、ドップラーレーダセンサとして機能するように汎用Ｋａバンド送受信機を変換する。
【００２０】
当業者によって容易に理解されるように、Ｋａバンド送受信機１０２は上記のとおり、通常であれば直接変換受信機で発生する重大なＤＣオフセット問題を緩和するために２段階の変換を採用する間接変換送受信機である。この独自の利点は、間接受信機の最終段でミキサとＶＣＯが低周波数で動作するために達成される。これにより、基本帯域でのＤＣオフセットとそれに関連する１／ｆノイズが低減される。ＲＦおよびＩＦ周波数は、測定における「ヌル」ポイントを回避するように調整される。
【００２１】
送信アンテナも受信アンテナも、誘電率εγ＝３．０で基板厚０．５ｍｍのＲｏｇｅｒｓ ＲＯ３００３ＰＴＦＥ／セラミック積層板上に製造される４Ｘ４プリントパッチアンテナアレイであってもよい。それぞれが、２８ＧＨｚで１２．９ｄＢの最大アンテナゲインと、１０度Ｘ１０度の推定ビーム幅を有する。シングルパッチアンテナと比較して、アンテナアレイはより高い指向性ゲインを有する。これにより、システム１００の検出距離は増大し、他の方向からの妨害は低減する。基本帯域回路は、たとえば、ＬＭ３２４低電力演算増幅器を使用して実装される。帯域通過フィルタＢＰＦは、０．１〜１０Ｈｚに拡大可能な信号周波数を通過させる。低周波数増幅器ＬＦ＿ＡＭＰと同一の周波数を有する前置増幅器ＰｒｅＡＭＰは、２０〜４０ｄＢの可変ゲインを有する。
【００２２】
同じＬＯソースが送信機と受信機に対して使用されると、距離相関効果が基本帯域でのノイズスペクトルを大幅に低減する。このため、ＶＣＯはＶＣＯ高位相ノイズにかかわらず、Ｋａバンドドップラーレーダにおけるソースとして使用可能である。
【００２３】
本発明の一側面は、標的の細かな動きを検出するためのＫａバンド電磁波などの両側波帯電磁波の使用である。Ｋａバンド電磁波の利用で検出感度は大幅に向上するが、重大なヌルポイントの問題が生じる。しかし、本発明の別の側面がヌルポイントの問題を克服する。より具体的には、上記のように、本発明は異なる周波数の２つの信号を組み合わせることによって生成される両側波帯Ｋａバンド電磁波を利用して、周波数間の分離によりヌルポイント問題を緩和または排除することができる。
【００２４】
本発明で達成される高度な検出感度は、さもなければ実行不可能な細かな動きの検出を可能にする。本発明はＫａバンド周波数帯域内の電磁波を利用して、たとえば、心拍および／または呼吸によって誘導される監視下の患者の胸壁の変化を検出できる。本発明の他の用途としては、嘘発見と関連する身体反応の検知、その他の種類の生物医学的検知、「塀の陰」の検知のために個々の兵士によって使用されるレーダなどのレーダ検知などが挙げられる。
【００２５】
図１をまだ参照すると、本発明による２段階の信号変換を実行する際、第１の低発振器（ＬＯ１）は、周波数ｆ１を有する信号Ｓ１（ｔ）を生成する。第２の低発振器（ＬＯ２）は、周波数ｆ２を有する信号Ｓ２（ｔ）を生成する。当業者によって容易に理解されるように、Ｓ１（ｔ）およびＳ２（ｔ）の電力は、図示される３ｄＢ電力分配器などの２つの電力分配器によって分割される。電力の半分は送信機チェーンに供給され、残りの半分は受信機チェーンに供給される。
【００２６】
アップ変換器（ＴＸ＿Ｍｉｘｅｒ）のＴ（ｔ）の出力は濾波されない。したがって、出力は２つの主周波数成分、下側波帯ｆＬ＝ｆ２−ｆ１と上側波帯ｆＵ＝ｆ２−ｆ１とを有する。通常、第２の低発振器（ＬＯ２）からのＬＯの漏れから生じる、アップ変換器（ＴＸ＿Ｍｉｘｅｒ）の出力内のもう１つの周波数成分ｆ２がある。
【００２７】
さらに図２を参照すると、送信アンテナ（ＴＸ＿Ａｎｔｅｎｎａ）コネクタで測定される送信機の出力電力スペクトルが示されている。この特定の実施形態に関すると、下側波帯周波数と上側波帯周波数はそれぞれ、−７．２１０ｄＢｍと−９．６４ｄＢｍの出力レベルの２６．５２ＧＨｚと２７．６４ＧＨｚである。中間の２７．０８ＧＨｚ周波数は、アップ変換器（ＴＸ＿Ｍｉｘｅｒ）の非理想分離による第２の低発振器（ＬＯ２）からのＬＯの漏れである。ＬＯの漏れは明白だが、本明細書で説明されるように、基本帯域信号の検出には影響を及ぼさない。
【００２８】
Ｋａバンド送受信機１０２の受信機チェーンでは、受信信号Ｒ（ｔ）は、心拍および／または呼吸がシステム１００を用いて検出および監視される対象などの標的からの反射波である。受信信号Ｒ（ｔ）は送信信号Ｔ（ｔ）と相関関係を有するが、前者の信号の位相は監視下の患者の胸壁などの標的が時間変動した位置によって変調される。第１のダウン変換器（Ｒｘ＿Ｍｉｘｅｒ１）による第１のダウン変換後、受信信号Ｒ１（ｔ）は、周波数ｆ１での２つの変調信号、すなわち、下側波帯ｆＬ＝ｆ２−ｆ１と上側波帯ｆＵ＝ｆ２＋ｆ１からそれぞれダウン変換された信号から成る。
【００２９】
胸壁位置情報は、たとえば、周波数ｆ１でのこれらの２つの信号の位相で変調される。さらに、受信信号Ｒ１（ｔ）はＤＣオフセットと胸壁の運動情報を担持する基本帯域信号とをさらに有し、前者はＬＯ２の漏れ送信の自己混合により、後者は受信信号Ｒ（ｔ）のｆ２成分からダウン変換される。
【００３０】
直接ダウン変換が実行されるとき、ＤＣオフセットは基本帯域回路の飽和などの重大な問題をもたらす可能性がある。一方、分離を通じてＬＯの漏れを低下または低減させることによってＤＣオフセットを低減させることは、高周波ミキサでは達成し難く、その結果大きなＤＣオフセットを生じる。よって、本発明によると、間接変換受信機アーキテクチャが利用される。大きなＤＣオフセットと近傍のＤＣ信号は、ＩＦ増幅器（ＩＦ＿ＡＭＰ）の帯域通過周波数反応によって除去される。したがって、以下の説明では、送信波内のｆ２周波数成分は、基本帯域信号に影響を及ぼさないので無視することができる。第２のダウン変換器（Ｒｘ＿Ｍｉｘｅｒ２）による第２のダウン変換後、出力Ｒ２（ｔ）は、対象の胸の運動情報を担持する基本帯域信号と、帯域通過回路１０４で濾波される不所望の高周波スパーとから成る。
【００３１】
本発明の別の実施形態によると、特別に設計および製造された２種類の低プロファイルのプリントパッチアンテナが使用されている。１つは、誘電率εγが３．２で基板厚が０．７６２ｍｍの高周波基板材料ＧＭＬ１０００上に製造されるプリントシングルパッチアンテナである。このアンテナは、３０ＧＨｚで３．９ｄＢの最大アンテナゲインと６０度Ｘ８０度の推定ビーム幅を達成する。
【００３２】
もう１つのアンテナは、誘電率εγ＝３．０で基板厚０．５０８ｍｍのＲｏｇｅｒｓ ＲＯ３００３ＰＴＦＥ／セラミック積層板上に製造される４Ｘ４プリントパッチアンテナアレイである。全体のサイズは２０．９Ｘ２８．２ｍｍ２である。本発明によるアンテナアレイは、２８ＧＨｚで１２．９ｄＢの最大アンテナゲインと、１０度Ｘ１０度の推定ビーム幅を達成する。Ｋａバンド信号の送受信には他の種類のアンテナも使用することができ、これらのアンテナは共通の１つの基板上に作製される。シングルパッチアンテナと比較して、アンテナアレイはより高い指向性ゲインを有するため、検出距離が増大し、他の方向の他の無線装置からの妨害が低減される。
【００３３】
システム１００のさらに別の実施形態によると、基本帯域回路１０４は、２つのＬＭ３２４低出力演算増幅器を備える。帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）は、０．１〜１０Ｈｚの通過域を有する。本実施形態による前置増幅器（ＰｒｅＡＭＰ）と低周波数増幅器（ＬＦ＿ＡＭＰ）はいずれも、２０〜４０ｄＢの可変ゲインを有する。測定段階中、ＩＯｔｅｃｈ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄａｑ／５４（ＤＡＱモジュール）などの２２ビットのＵＳＢデータ捕捉モジュールは、基本帯域信号をサンプリングするのに使用することができる。ＬａｂＶＩＥＷプログラムなどの機械読取り可能コードは、サンプリングデータを処理し、監視対象のランダムな動きによる不所望の偽反応をさらに除去するのに使用することができる。
【００３４】
この時点では、本発明の特定の理論的基盤を簡単に説明することが有益である。位相変調のみが検討されるため、普遍性を損なうことなく振幅の変動を無視することができる。したがって、第１の低発振器（ＬＯ１）および第２の低発振器（ＬＯ２）、によってそれぞれ生成される２つのＬＯ信号Ｓ１（ｔ）およびＳ２（ｔ）は以下の式のように書くことができる。
【００３５】
Ｓ１（ｔ）＝ｃｏｓ（２πｆ１ｔ＋φ１（ｔ）） （１）
Ｓ２（ｔ）＝ｃｏｓ（２πｆ２ｔ＋φ２（ｔ）） （２）
ただし、ｆ１およびｆ２はＳ１（ｔ）およびＳ２（ｔ）のそれぞれの周波数、ｔは経過時間、φ１（ｔ）およびφ２（ｔ）はＳ１（ｔ）およびＳ２（ｔ）のそれぞれの位相ノイズである。
【００３６】
送信信号Ｔ（ｔ）が単独の周波数成分（単独の側波帯）ｆのみを有する場合、
Ｔ（ｔ）＝ｃｏｓ［２πｆｔ＋φ（ｔ）］ （３）
となる。
ただし、φ（ｔ）は送信機チェーンの信号ソースとミキサからの総合位相ノイズである。
【００３７】
信号Ｔ（ｔ）がｘ（ｔ）によって与えられる時間変動する運動を伴う距離ｄ０で標的（たとえば、患者の胸壁）によって反射し返されると、送信機と受信機間の総合移動距離は２ｄ（ｔ）＝２ｄ０＋２ｘ（ｔ）である。図３は、対象の心拍および／または呼吸を検出する状況における実質的作用を概略的に示す。受信信号は
Ｒ（ｔ）≒ｃｏｓ［２πｆｔ−（４πｄ０／λ）−（４πｘ（ｔ）／λ）
＋φ（ｔ−（２ｄ０／ｃ））］ （４）
として概算される。
ただし、ｃは信号の伝播速度、λは空気内の波長でｃ／ｆに等しい。
【００３８】
受信信号は送信信号と同様だが、標的の距離と標的の周期的運動による位相変調とによって決定される遅延を有する。標的（たとえば、対象の胸壁）の周期的運動に関する情報は、この信号が送信信号と同じソースから得られるＬＯ信号と混成される場合に復調することができる。このレーダトポロジは、送信機と受信機に同じ発信器を使用して、２つの信号の位相ノイズに常に相関関係を持たせるという能力を利用する。
【００３９】
２段階のダウン変換後に結果として生じる基本帯域信号Ｂ（ｔ）は
Ｂ（ｔ）＝ｃｏｓ［（４πｄ０／λ）＋θ０（４πｘ（ｔ）／λ）＋Δφ（ｔ）］ （５）
のように概算される。
ただし、４πｄ０／λは標的ｄ０への距離による一定の位相シフトであり、θ０は表面での反射と無線ブロック間の遅延による固定位相シフトである。用語Δφ（ｔ）は距離相関効果により基本帯域では通常かなり小さな総合残余位相ノイズである。Ｂ（ｔ）はｘ（ｔ）の関数であるため、周期的な心拍および／または呼吸信号は、たとえば、Ｂ（ｔ）から抽出することができる。
【００４０】
式（５）から、基本帯域出力内の変調位相４πｘ（ｔ）／λは波長に反比例する。同じ変位に関して、システム１００によって提供される波長が短いほど、大きな位相変調が生成される。Ｋａバンドスペクトルは、１１．５ｍｍ〜７．５ｍｍの波長に相当する２６ＧＨｚ〜４０ＧＨｚにまたがる。したがって、３０ＧＨｚ（λ＝１０ｍｍ）波によって生成される位相は、たとえば、２．４ＧＨｚ（λ＝１２５ｍｍ）での位相の１２．５倍（約２２ｄＢ）である。波長が短いほど小さな移動により敏感になる。これが、システム１００によって提供されるＫａバンド波を用いる明確な利点である。
【００４１】
本発明の上記の理論的側面は、たとえば、心拍による対象の胸壁の運動振幅が１ｍｍであり、その波形が図４Ａに示されるように、指先センサの参照心拍信号から修正されると仮定することによって、対象の心拍および／または呼吸の検出または監視に対してモデル化およびシミュレーション化することができる。Δφ（ｔ）を無視し、θ０を一定にすると、図４Ｂに示されるように、基本帯域信号Ｂ（ｔ）は、波長λが１０ｍｍ（３０ＧＨｚ）に等しいとき距離ｄ０に応じて変動する。図４Ｂに示されるように、Ｂ（ｔ）の振幅は、最大から最小まで周期的に変化する。Ｂ（ｔ）の振幅がｄ０＝２．２３ｍｍで最小に達すると、信号はほとんどノイズ中に覆い隠されてしまうという事実により、心拍信号を検索することが困難な可能性がある。Ｂ（ｔ）の振幅が最小である距離は、ここではヌルポイントと称する。概して、感度測定を行う際にヌルポイントを引き起こす距離によって、検知システムと標的が分離されると、検出感度は最も低く、したがってセンサは最も低い検出精度を有する。
【００４２】
逆の状況で、Ｂ（ｔ）の振幅がｄ０＝３．４８ｍｍで最大になると、心拍に対応する速度プロファイルが図４Ａに示される元の信号と同じ形状を有するため、正確な心拍速度を検出するのがさほど困難ではない。最大であるＢ（ｔ）の振幅を生じるレーダシステムと標的とを分離する距離は、ここでは最適ポイントと称する。これにより、検出感度と検出精度が大幅に向上した測定が提供される。
【００４３】
図５は、単側波帯送信波に関するレーダシステムから対象への距離に沿ったヌルポイントと最適ポイントの分布を示す。３０ＧＨｚ波の場合、隣接するヌルポイントと最適ポイント間の距離はわずかに１．２５ｍｍ（λ／８）で、ほぼ胸壁の運動程度である。この距離は通常小さすぎるため、十分に有効な測定値を容易に得ることができない。
【００４４】
検知システムが単音Ｋａバンド波を送信する場合、検出精度は対象のごくわずかな動きで大幅に変動し、この状況下で所望の検出精度を達成することは極めて困難である。したがって、レーダシステムは単音波のみを送信する場合、高周波で適切に動作しない。
【００４５】
本発明によると、両側波帯波を利用することによってヌルポイントの問題が解決される。システム１００は、送信信号Ｔ（ｔ）として２つのＫａバンド周波数成分ｆＬおよびｆＵを有するＫａバンド波を利用する。したがって、受信信号Ｒ（ｔ）は２つの周波数成分ｆＬおよびｆＵも有する。以下、ＢＬ（ｔ）とＢＵ（ｔ）はそれぞれｆＬおよびｆＵ周波数成分から配信される基本帯域信号を表す。したがって、以下の式が当てはまる。
【００４６】
Ｂ（ｔ）＝ＢＬ（ｔ）＋ＢＵ（ｔ） （６）
ＢＬ（ｔ）＝ｃｏｓ［θＬ＋（４πｘ（ｔ）／λＬ）＋ΔφＬ（ｔ）］ （７）
ＢＵ（ｔ）＝ｃｏｓ［θＵ＋（４πｘ（ｔ）／λＵ）＋ΔφＵ（ｔ）］ （８）
θＬ＝（４πｄ０／λＬ）＋θ０Ｌ ，θＵ＝（４πｄ０／λＵ）＋θ０Ｕ （９）
ただし、λＬおよびλＵはそれぞれ下側波帯の波長および上側波帯の波長である。波長λＬおよびλＵはそれぞれｃ／ｆＬおよびｃ／ｆＵに等しい。用語θＬおよびθＵは上記したように、ヌルポイントの位置と距離を決定する位相シフトである。
【００４７】
上記の説明から、ＢＬ（ｔ）またはＢＵ（ｔ）のいずれかは重大なヌルポイントの問題を抱え、信頼のおける検出を提供できない。しかし、ＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）が同時に存在する場合、Ｂ（ｔ）はＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）の重畳である。ＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）は類似しているが、両者間に位相差はある。本発明によると、位相差が適切に調整されると、基本帯域出力Ｂ（ｔ）はＢＬ（ｔ）またはＢＵ（ｔ）のみの場合ほどヌルポイントの問題は大きくない。さらに図６を参照すると、両側波帯波に関するヌルポイントと最適ポイントの分布が概略的に示されている。ＬＯ１の周波数ｆ１が適切に調整されると、下側波帯からのヌルポイントと上側波帯からの最適ポイント、またはその逆が互いに重複させられる。
【００４８】
一方の側波帯からのヌルポイントが他方の側波帯からの最適ポイントに重複するとき、検出精度が大幅に向上することに注意されたい。すなわち、下側波帯からのヌルポイントと上側波帯からの最適ポイントが重複する場合に、検出精度が大幅に向上する。下側波帯からの最適ポイントと上側波帯からのヌルポイントが重複する場合も同様に、検出精度が大幅に向上する。
【００４９】
式（７）および（８）の残余ノイズΔφＬ（ｔ）およびΔφＵ（ｔ）は、距離相関効果によるθと位相変調 ４πｘ（ｔ）／λと比べてかなり小さい。したがって、普遍性を損なうことなく以下の説明ではその効果は無視される。λＬは非常にλＵに近いため、位相変調４πｘ（ｔ）／λＬおよび４πｘ（ｔ）／λＵはほぼ等しい振幅を有する。
【００５０】
θＬおよびθＵがπの偶数倍だけ分離されるとき、ＢＵ（ｔ）とＢＵ（ｔ）は同相で同期される。したがって、Ｂ（ｔ）は、ＢＬ（ｔ）またはＢＵ（ｔ）のいずれかにより与えられるのと同じ位置でほぼ同じ最適ポイントとヌルポイントを生じさせ、検出精度を低下させる密な間隔のヌルポイントと同様の問題を有する。
【００５１】
θＬおよびθＵがπの奇数倍だけ分離されるとき、ＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）は位相がずれている。ＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）はほぼ同じ振幅だが位相が逆であるため、互いを相殺する。したがって、Ｂ（ｔ）の振幅は相当小さく検出しづらい。
【００５２】
その結果、θＬとθＵ間の位相差がπの整数倍であるとき、新たなヌルポイント状況が測定で生じる。単側波帯波のヌルポイントが局所ヌルポイントとして定義されれば、この新たなヌルポイント状況は大域ヌルポイントとして定義される。この大域ヌルポイントでは、検出精度が最も低い。位相差は
θＵ−θＬ＝（４πｄ０／λＵ）−（４πｄ０／λＬ）＋Δθ０＝ｋπ，ｋ＝０，±１，±２，．．． （１０）
である。
ただし、
Δθ０＝θ０Ｕ−θ０Ｌ （１１）
λＬ＝ｃ／ｆＬ、λＵ＝ｃ／ｆＵを代入すると、以下の
ｆＵ−ｆＬ＝（ｃ／４πｄ０）（ｋπ−Δθ０），＝０，±１，±２，．．． （１２）
を生じる。
式（１２）にｆＵ＝ｆ２＋ｆ１およびｆＬ＝ｆ２−ｆ１を代入すると、
ｆ１＝（ｋ／ｄ０）・３７．５ＭＨｚ−（ｃ／８πｄ０）・Δθ０，ｋ＝０，±１，±２，．．．
（１３）
を生じる。
ただし、ｄ０は距離である。
【００５３】
θＬおよびθＵがπ／２の奇数倍で分離されるとき、ＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）は直角位相である。ＢＬ（ｔ）とＢＵ（ｔ）のうち少なくとも１つはヌルポイントにない。ヌルポイントにないものは、最終出力Ｂ（ｔ）を決定する。したがって、この場合、検出精度全体が高くなる。このポイントが大域最適ポイントと定義される。
【００５４】
したがって、θＵおよびθＬ間の差は
θＵ−θＬ＝（４πｄ０／λＵ）−（４πｄ０／λＬ）＋Δθ０＝ｋπ，ｋ＝０，±１，±２，．．．
（１４）
である。
式（１０）〜（１３）によって記載されるプロセスを繰り返すと、
ｆ１＝（２ｋ＋１／ｄ０）１８．７５ＭＨｚ−（ｃ／８πｄ０）Δθ０，ｋ＝０，±１，±２，．．．
（１５）
を生じる。
【００５５】
上記の分析が示すように、対象の位置が固定されると、この位置はｆ１周波数を適切に選択することによって大域最適ポイントまたは大域ヌルポイントに設定することができる。たとえば、ｆ１周波数で、ｄ０＝１ｍの対象位置が偶然ヌルポイントである場合、式（１３）および（１５）に従いｆ１がｆ１±（２ｋ＋１）ｘ１８．７５ＭＨｚに調整されれば、このヌルポイントは最適ポイントに変更することができる。したがって、対象の位置を動かさずにｆ１周波数を調節することによって、常に最適ポイントで正確な検出を行うことができる。
【００５６】
ｆ１周波数が固定されると、２つの基本帯域信号の重複のため、両側波帯波に関する大域ヌルポイントおよび最適ポイントの分布は単基本帯域の場合と異なる式、（１３）および（１５）は、
ｄ０＝（ｋ／８）λ１−（λ１／８π）・Δθ０，ｋ＝０，±１，±２，．．． （１６）
と
ｄ０＝（（２ｋ＋１）／１６））・λ１−（λ１／８π）・Δθ０，ｋ＝０，±１，±２，．．．
（１７）
にそれぞれ書き換えることができる。式（１６）および（１７）から、ヌルポイントはλ１／８毎に発生し、最適ポイントも同様である。さらに、隣接するヌルポイントと最適ポイントはλ１／１６で分離される。両側波帯波に関するヌルポイントおよび最適ポイントの分布を図７に示す。
【００５７】
通常、周波数ｆ１は周波数ｆ２よりもずっと低いので、隣接する大域ヌルポイントと大域最適ポイント間の距離はずっと長い。Ｋａバンド周波数よりもずっと小さなｆ１＝５００ＭＨｚの場合、ヌルポイントは単３０ＧＨｚ波の場合の２．５ｍｍよりもずっと長い７５ｍｍ毎に生じるので、レーダの位置を調整することにより、信頼のおける検出精度を得て、ヌルポイントを回避することができる。
【００５８】
式（１６）および（１７）は、周波数ｆ１が低いほど、結果として生じるヌルポイントがさらに離れることを示唆している。よって、ヌルポイントの問題は、非常に低いｆ１で解決される。しかし、周波数ｆ１が小さすぎる場合、ヌルポイントはかなり長距離にわたり局所ヌルポイントによって支配される。図８Ａ〜８Ｃは、ｆ２＝２７．１ＧＨｚのときのｆ１＝５００ＭＨｚ、ｆ１＝５０ＭＨｚ、およびｆ１＝５ＭＨｚのそれぞれに関する局所ヌルポイントおよび大域ヌルポイントの様々な分布を示す。距離は横軸に示され、信号の正規化振幅は縦軸に示される。信号が谷にぶつかると、振幅は最も小さいので、検出精度は最も低い。細実線と細点線はそれぞれ、基本帯域信号ＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）に関する局所ヌルポイントと最適ポイントの分布を表す。ＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）の振幅は送受信機における周波数反応の平坦度のせいでほとんど差異がないかもしれないが、分析の都合上、ここでは同一の振幅を仮定する。
【００５９】
図からすると、最も近い局所ヌルポイント（谷）の分離は約２．５ｍｍである。太実線は、Ｂ（ｔ）に関する大域ヌルポイントと最適ポイントの分布を示す。ｆ１＝５００ＭＨｚのとき、大域ヌルポイントの分離は図８Ａに示されるように７５ｍｍである。しかし、ｆ１＝５ＭＨｚの場合、大域ヌルポイントの分離は７．５ｍである。図８（ｃ）に示されるように、全体が０．１ｍの範囲では、Ｂ（ｔ）はＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）と同じヌルポイントおよび最適ポイントを有し、質的に大域ヌルポイントとして予め定義されている。量的には、Ｂ（ｔ）に関する信号谷の振幅がＢＬ（ｔ）またはＢＵ（ｔ）のいずれかのピーク振幅の２０％に満たない場合、Ｂ（ｔ）を大域ヌルポイント領域と定義する。この定義によると、Ｂ（ｔ）は、ｆ１＝５ＭＨｚの場合約１ｍ、５０ＭＨｚの場合０．１ｍ、５００ＭＨｚの場合０．０１ｍの長さの大域ヌルポイント領域にとどまる。
【００６０】
測定におけるこのヌルポイント問題を克服し、高い検出精度を得るには、レーダ位置を移動させる、あるいはｆ１周波数を変更することによって最適ポイントまたはその近傍で測定を行う方が適切である。５ＭＨｚほど低いＬＯ１周波数の場合、レーダが最も近い最適ポイントに到達するように３ｍもの距離を移動することが困難であるため、唯一の方法はＬＯ１周波数を調節することである。
【００６１】
Ｋａバンド波の場合、長距離間の信号損失は低周波数よりもずっと高い。受信機で同じ出力レベルの場合、Ｋａバンド波の伝播距離はずっと短くなる。この測定では、低出力送信を用いて、距離が２．５ｍまで増加すると、検出精度が急速に低下し始める。ヌルポイントがｄ０＝２．５ｍで発生すれば、このヌルポイントを最適ポイントに切り換え、ｆ１周波数は式（１５）に従い最低７．５ＭＨｚで変更させる必要がある。ヌルポイントがｄ０＝０．１ｍで発生する場合、最も小さな調整ステップは、第１の低発振器（ＬＯ１）のかなり大きな調整範囲である１８７．５ＭＨｚとなる。したがって、ｆ１周波数とＶＣＯ調整範囲の選択は、ヌルポイントがシステム１００に近い距離で出現するとき、一緒に検討される。したがって、４５０ＭＨｚ〜８００ＭＨｚＶＣＯのシステム１００の調整範囲は好ましくは、ｆ１ソースとして選択される。同時に、このＶＣＯ周波数は約７５ｍｍのヌルポイント分離を提供するため、標的に対するシステム１００の位置を調節することによってヌルポイントを回避する可能性も提供する。
【００６２】
検出精度が非常に低いとき、システム１００がヌルポイントにより引き起こされる誤った警告を検出しているのか、あるいは、監視対象に対する警告などの実際に重要な結果を検出しているのかを判定するのが困難であるという問題が生じる。この状況下で、標的に対するシステム１００の位置を調節する、あるいは周波数ｆ１を変更することによって検出精度を大幅に向上させることができるならば、それはヌルポイントによる誤った警告を意味する。さもなければ、患者の監視の背景では、たとえば、患者の心肺に問題があることを示す。
【００６３】
上記のように、検出精度は概して、ヌルポイント、最適ポイント、またはその間のどこかである、システムに対する標的の位置に左右される。しかし、システム１００は、周波数ｆ１を調整することによって最適な反応を得ることができる。したがって、システム１００はシステムに対する標的の位置に関係なく、高い検出精度を達成する。
【００６４】
図９は、本発明の別の実施形態による周波数分離ユニット９００の概略図である。周波数分離ユニット９００は、標的検知に使用される両側波帯Ｋａバンド電磁波の第１の周波数成分ｆ１および第２の周波数成分ｆ２間の所望の分離を判定する。図示されるように、周波数分離ユニット９００は、相互に通信する周波数判定モジュール９０２、精度評価モジュール９０４、および周波数制御モジュール９０６を備える。
【００６５】
動作上、周波数判定モジュール９０２は、両側波帯Ｋａバンド電磁波に対応する信号Ｓ（ｔ）を受信する。たとえば、両側波帯Ｋａバンド電磁波は、モジュールに直接供給する。もしくは、両側波帯Ｋａバンド電磁波の物理パラメータを表す信号を供給する。両側波帯Ｋａバンド電磁波の検出精度を表し、第１および第２の周波数成分ｆ１、ｆ２の分離における調節が保証されているかどうかを判定する信号Ｒ（ｔ）が精度判定モジュール９０４に供給される。保証されていれば、周波数制御モジュール９０６は、上記したように、所望の周波数分離を実行し、両側波帯Ｋａバンド電磁波の検知精度を向上させるために、両周波数成分の一方または両方の変更を生じさせる制御信号Ｃ（ｔ）を供給する。
【００６６】
より具体的には、上記したように、検知精度は、両側波帯Ｋａバンド電磁波の一方の側波帯によって誘発される信号応答の最適ポイントが２つの周波数成分間の分離により、両側波帯Ｋａバンド電磁波の他方の側波帯によって誘発される信号応答のヌルポイントと完全にあるいはほぼ重複するように、周波数成分ｆ１およびｆ２の一方または両方を調節することによって大幅に高められる。
【００６７】
より一般的ではあるが、本明細書に記載される技術と同様、両側波帯Ｋａバンド電磁波の一方の側波帯によって誘発される信号応答のスパイクが他方の側波帯によって誘発される信号応答のヌルポイントと完全にあるいはほぼ重複する場合、検出精度が向上することを理解すべきである。また、本発明によると、周波数成分間の所望の分離を得るように両周波数成分ｆ１およびｆ２の一方または両方を調節することによってこれが達成される。本明細書に定義されるように、スパイクは、所定の閾値を超える信号応答である。
【００６８】
周波数分離ユニット９００の例示のモジュールはそれぞれ、配線回路および／または機械読取り可能コード内に実装することができる。好ましくは、周波数分離ユニット９００は上記の検知システム１００に組み込まれる、あるいは接続される（図１を参照）。
【００６９】
図１０は、本発明のさらに別の実施形態による、標的を遠隔検知するための方法１０００の例示ステップを示すフローチャートである。該方法は、ステップ１００２では、第１の周波数成分と第２の周波数成分とを備える両側Ｋａバンド電磁波を送信することを含む。ステップ１００４では、該方法１０００は、次に、Ｋａバンド対象によって反射された後の電磁波を受信する。第１および第２の周波数成分間の分離によって、上記したように、両側Ｋａバンド信号の側波帯に対応する各最適ポイントは、両側Ｋａバンド信号の異なる側波帯に対応する各ヌルポイントとほぼ重複させられる。該方法は１００６で完了する。
【００７０】
図１１は、本発明のさらに別の実施形態による、標的を遠隔検知するために使用される両側波帯Ｋａバンド電磁波の周波数成分の分離を判定する方法１０００の例示ステップを示すフローチャートである。該方法は、両側波帯Ｋａバンド電磁波の第１および第２の周波数成分の少なくとも一方を調節するステップ１１０２を含む。両側波帯Ｋａバンド電磁波は、ステップ１１０４で送信される。送信波はステップ１１０６で反射され受信されて、その後、波の検出精度がステップ１１０８で評価される。検出精度が所定の閾値または基準により許容不能である場合、許容可能な精度が得られるまで先行するステップが繰り返される。許容可能な精度が得られると、該方法はステップ１１１０で完了する。
【００７１】
より具体的には、該方法によると、周波数間の分離が、一方の側波帯からの最適ポイントを両側波帯Ｋａバンド電磁波の他方の側波帯のヌルポイントとほぼまたは完全に重複させるように、第１および第２の周波数ｆ１およびｆ２の一方または両方を調節する。より具体的には、上記したように、両周波数の一方または両方が、一方の側波帯からのスパイクをＫａバンド電磁波の他方の側波帯からのヌルポイントと完全にあるいはほぼ重複させる周波数間の分離を実行するように調節される場合、検出周波数が向上する。
【００７２】
上記したように、本発明は、診断や患者または病人の心拍および呼吸の監視など、医療分野において幅広い用途を有する。しかし、本発明は、様々な非医学的用途も有する。図１２は、乳児または幼児１２００の心拍または呼吸の監視に関する、本発明のさらに別の実施形態による用途を概略的に示す。図示されるように、遠隔検知システム１００は、上記したとおり、乳児モニタ１２０２に組み込まれる、あるいは接続される。システム１００は乳児監視システムとして機能し、信号１２０４を乳児１２００に送信し、反射信号１２０６を乳児から受信する。上記したように、システム１００は乳児の心拍を監視するように乳児１２００の胸の動きを検出する。
【００７３】
当業者によって容易に理解されるように、システム１００は一体化チップに実装され、乳児モニタ１２０２のハウジング内に格納することができる（システム１００によって使用される相対的に低い電力とＫａバンド内の信号の短波長とは、従来装置よりもサイズが大幅に低減されたアンテナの使用を可能にし、システムがこのように実装される理由の１つである）。別の実施形態では、システム１００は、ラップトップ、携帯電話、またはその他の携帯型装置内に設置することができる。さらに、システム１００は、送信され反射された信号１２０４、１２０６をラップトップ、携帯電話、またはその他の携帯型装置の画面上に心電図画像を生成するためにデジタル形式に変換するハードウェアおよび／または ソフトウェアを備える。
【００７４】
さらに別の実施形態によると、乳児モニタ１２００は、システム１００に接続される送信機（明確には図示せず）を含む。送信機はシステム１００の出力を受信し、乳児モニタ１２００から離れた無線装置にその出力を送信する。システム１００の出力は、たとえば、心電図画像やその他の監視情報を表示可能な画面を有する携帯電話またはラップトップに送信する。本実施形態は、両親や看護婦が乳児を綿密に監視しつつ、乳児室から離れた場所で動き回ることができるという利点を提供する。
【００７５】
本発明のさらに別の実施形態による本発明の別の非医学的用途を図１３に概略的に示す。本実施形態によると、システム１００は実行モニタとしての役割を果たす。システム１００は図示されるように、トレッドミル１３０２などの実行装置またはその近傍に搭載されるハウジング１３００内に格納される。拡張実行期間中に実行に従事している、あるいは休止している人物１３０４の近傍に配置された場合、システム１００はその人物の心拍および／または呼吸を監視することができる。他の実施形態は、たとえば、病院などの医療施設に位置する人物の監視や研究所などの施設に配置される動物の監視を含む。
【００７６】
本発明はいくつかの独自の利点を提供する。１つの利点は、Ｋａバンド周波数スペクトルが控えめにしか利用されないため、システムが他の用途からの妨害を受けるリスクを低減することである。
【００７７】
もう１つの利点は、これらの周波数での信号の波長が短くなるほど、小さな変位により敏感になることである。基本帯域出力内での変調位相は、波長に反比例する。よって、同じ変位に関しては、波長が短いほど位相変調が大きくなる。たとえば、システムが２６ＧＨｚ〜４０ＧＨｚの周波数帯域で作動される場合、対応する波長は１１．５ｍｍ〜７．５ｍｍである。したがって、３０ＧＨｚ波（対応する波長は１０ｍｍ）によって生成される位相は、２．４ＧＨｚ（対応する波長は１２５ｍｍ）の場合の位相の１２．５倍、すなわち、約２２ｄＢである。
【００７８】
本発明を実施する際に使用される短波長からはさらに別の利点が生じる。Ｋａバンド内の信号の波長が短いほど、たとえば、従来装置よりも大幅にサイズを低減したアンテナの使用が可能になる。実際、上記したように、本明細書に記載されるサイズは、チップ上に統合できるほど小型である。
【００７９】
Ｋａバンド内の両側波帯信号を用いて本発明を実施する特別の利点のいくつかを説明してきた。しかしながら、本発明はＫａバンド内の信号を用いる状況で主に説明されているが、本発明がこの点に限定されないことは明白である。事実、本明細書に記載される発明はＫａバンドを超える周波数を用いても実行可能であることは明白である。よって、周波数がＫａバンド内にある両側波帯信号を使用することは特定の利点を有する一方で、本発明はＫａバンド内およびＫａバンドを超える周波数を有する両側波帯信号に適用される。
【００８０】
本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実現することができる。本発明は、１つのコンピュータシステムで集中的に、あるいは様々な構成要素を相互接続したコンピュータシステムに展開させて分散的に実現することができる。本明細書に記載される方法を実行するのに適した任意の種類のコンピュータシステムまたはその他の装置が好適である。ハードウェアとソフトウェアの典型的な組み合わせがコンピュータプログラムを備えた汎用コンピュータシステムであって、該プログラムはロードされ実行される際に、本明細書に記載される方法を実行するようにコンピュータシステムを制御する。
【００８１】
本発明は、本明細書に記載される方法の実行を可能にする全ての特徴を備え、コンピュータシステムにロードされる際にこれらの方法を実行することのできるコンピュータプログラム製品に組み込まれることができる。この状況でのコンピュータプログラムは、任意の言語、コード、または表記で、情報処理能力を有するシステムに、特定の機能を直接、あるいはａ）別の言語、コード、または表記への変換、ｂ）異なる素材形式での再生のいずれか、または両方の後に実行させることを目的とした１組の指示を表示することを意味する。
【００８２】
本発明は、その精神または必須の特性から逸脱せずに他の形式で具体化させることができる。したがって、上記の説明ではなく下記の請求項を、本発明の範囲を示すものとして参照すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の一実施形態による心肺活動の遠隔検知システムの概略図である。
【図２】図１に示される検知システムで生成される出力スペクトルの表示例である。
【図３】図１に示される検知システムの動作側面の概略図である。
【図４Ａ】本発明の別の実施形態による検知システムの動作をシミュレートする、モデル心拍信号および模擬基本帯域信号のそれぞれの振幅対時間グラフの例である。
【図４Ｂ】本発明の別の実施形態による検知システムの動作をシミュレートする、モデル心拍信号および模擬基本帯域信号のそれぞれの振幅対時間グラフの例である。
【図５】一連の最適ポイントおよびヌルポイントのそれぞれの間の距離を示す概略図である。
【図６】一連の最適ポイントおよびヌルポイントのそれぞれの間の距離を示す概略図である。
【図７】一連の最適ポイントおよびヌルポイントのそれぞれの間の距離を示す概略図である。
【図８Ａ】本発明のさらに別の実施形態による検知システムの動作をシミュレートする振幅対距離グラフの例である。
【図８Ｂ】本発明のさらに別の実施形態による検知システムの動作をシミュレートする振幅対距離グラフの例である。
【図８Ｃ】本発明のさらに別の実施形態による検知システムの動作をシミュレートする振幅対距離グラフの例である。
【図９】本発明のさらに別の実施形態による周波数分離ユニットの概略図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施形態による、標的を遠隔検知する方法のステップの例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明のさらに別の実施形態による、標的を遠隔検知するために使用される両側波帯Ｋａバンド電磁波の周波数成分分離を判定する方法のステップの例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明のさらに別の実施形態による乳児モニタの概略図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態による実行モニタの概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号検知および信号処理の分野、特に、両側波帯信号を用いる検知に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドップラーレーダ動作検知システムは通常、標的で反射され、受信機で復調される連続波（ＣＷ）信号を送信する。ドップラー理論によると、時間変動する位置によって特徴付けられるが正味ゼロ速度である標的は、時間変動する標的の位置に比例して信号の位相を変調した後、送信された信号を反射する。
【０００３】
マイクロ波ドップラーレーダは、何年間も無線センサ用途に使用されてきた。マイクロ波ドップラーレーダのより一般的な用途としては、天気検知、位置および距離検知、および自動車速度検知などが挙げられる。しかし、近年、マイクロ波ドップラーレーダは、健康関連および生命サインの監視および検出のための遠隔検知装置としてさらなる注目を集めつつある。医療上の監視および生命サインの検知の分野では、マイクロ波ドップラーレーダは、生理現象の検知、地震による瓦礫に閉じ込められた人の位置を突き止める生命サインの検知、睡眠時無呼吸症患者の心肺監視のために使用されてきた。
【０００４】
たとえば、上記のドップラー理論によると、監視下の患者などの人の胸壁を対象にし、ＣＷレーダ型検知システムは、標的に送信される信号と同様の標的信号から反射された信号を受信する。しかし、反射された信号の位相は、人の胸壁の時間変動する位置によって変調される。人の心拍および／または呼吸信号は、胸壁位置に比例する信号を提供し、それによって人の心拍および呼吸による運動に関する情報を提供する位相復調によって監視される。
【０００５】
人の心肺活動の検出と測定は、幅広い状況で要求される。心肺測定は通常、たとえば、患者の医学的診断および治療に際して必要とされる。多くの状況で、心肺活動の継続的監視が必要とされる。たとえば、重篤なまたは慢性的な病状の患者の場合である。たとえば、睡眠時無呼吸症などの心臓関連および呼吸器系の障害を有する患者の場合、心肺活動の監視は特に重要である。また、心肺活動の監視は、乳児や高齢者の治療の一環として所望される。
【０００６】
マイクロ波ドップラーレーダの使用は、心拍数および呼吸数を患者への直接接触なしに監視することのできる心肺活動の遠隔検知という利点を提供する。マイクロ波ドップラーレーダでは、心臓と呼吸のサインが、上記のように監視下の患者の胸の運動に基づき判定される。
【０００７】
しかしながら、このマイクロ波ドップラーレーダの使用に関する重大な制限は、こうしたシステムが、特定用途でしか通常は実用的でない、重くて、嵩張り、高額な導波部品を概して使用することである。これらの問題を未然に防ぐアプローチは、マイクロ波ドップラーレーダと無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）技術とを組み合わせることである。しかし、この組み合わせから独自の１組の問題が生じる。その問題の１つが、上記ＲＦＩＣベースのシステムで使用されることの多い補完的な金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）発振器が相当高い位相ノイズ、すなわち、オフチップ高品質導体を組み込むハイブリッド発振器よりも高いノイズをこうむることである。
【０００８】
高位相ノイズの問題は、ＣＭＯＳ動作検出レーダシステムに大きな制限を課す。生理的運動は無線信号の位相変調で符号化されるため、近接位相ノイズは重要なパラメータである。この問題は、位相ノイズの作用を緩和するように距離相関位相ノイズフィルタ効果を利用することによって対処可能である。
【０００９】
しかし、残りの問題は、ＲＦＩＣベースのマイクロ波ドップラーレーダシステムの周波数帯域に関する。従来のＣＷ検知は通常、電磁スペクトルの低周波数帯域に位置する波を利用する。上記システムが通常動作する周波数帯域の下端寄りで、上記周波数またはその近傍で動作する別の多くの用途による相当な混雑が生じる。たとえば、２．４ＧＨｚのＩＳＭ帯域は、無線ＬＡＮ、コアレスフォン、ブルーツース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）、その他の同様の用途のために使用される。増大し続ける上記用途を前提とすると、この問題は将来悪化の一途をたどる可能性が高い。よって、低周波数帯域は、他の多くの用途が動作する帯域でもあるので、混雑しがちである。確かに、ほとんどではないものの多くの産業用、科学用、および医療用（ＩＳＭ）機器が、２．４ＧＨｚのＩＳＭ帯域内のＲＦ周波数で動作する。その周波数帯域では、装置が最大出力限界を満たして動作することを条件に、オペレータがライセンスを取得する必要なく、様々な種類の機器を作動させることができる。
【００１０】
おそらくより大きな問題となるのが、利用される低周波数電磁波が非常に長い波長を有するため、監視される標的の小さな変位への感度が落ちることである。精度の低下は、たとえば患者の胸壁の細かな運動が監視装置の標的である生理的な患者監視に関して特に問題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、特に心肺活動を監視するために、干渉する可能性のある用途の周波数帯域よりも高い周波数帯域で動作可能な遠隔検出システムが必要とされる。さらに、高周波数帯域で動作しつつも、遠隔検出を有効かつ効率的に実施することのできるシステムが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、周波数間の分離が高周波検知信号に関連する重大なヌルポイントの問題を緩和または排除するように、異なる周波数の２つの信号を結びつけることによって生成されるＫａバンド電磁波などの両側波帯信号を用いる方法およびシステムに向けられる。本発明は、大幅に向上した検出感度を有するＫａバンド電磁波を用いた細かな運動の検出を可能にする。
【００１３】
本発明の一実施形態は、遠隔検知方法である。該方法は、第１の周波数成分と第２の周波数成分とを備える両側電磁波を送信することと、対象によって反射された後の電磁波を受信することを含む。該方法を用いて、第１および第２の周波数成分間の分離は、両側電磁波の一方の側波帯に対応する信号応答内のスパイクを両側電磁波の側波帯に対応する信号応答のヌルポイントにほぼ重複させる。
【００１４】
本発明の別の実施形態は検知システムである。該システムは、第１および第２の周波数成分を有する両側電磁波を送信する送信機チェーンと、標的によって反射された後の両側電磁波を受信する受信機チェーンとを有する送受信機を含む。該システムは、両側電磁波から情報内容を抽出する基本帯域回路をさらに含む。さらに、該システムは、両側電磁波の一方の側波帯によって生成される信号応答内のスパイクが、両側電磁波の他方の側波帯によって生成される信号応答のヌルポイントにほぼ重複するように第１および第２の周波数成分間の分離が提供される。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態は、心肺活動を検知するシステムである。該システムは、監視対象に検知信号を送信し、監視対象から変調信号を受信するＫａバンド送受信機を含む。検知信号は、より具体的には、Ｋａバンド周波数帯域内の周波数を含み、変調信号は監視対象の心肺活動に基づき変調される。該システムは、変調信号に基づき、監視対象の心肺活動を示す基本帯域信号出力を生成するＫａバンド送受信機に接続される基本帯域回路をさらに含む。
【００１６】
本発明の別の実施形態は、機械指示を記憶する機械読取り可能記憶媒体である。記憶された指示は、第１の周波数成分と第２の周波数成分とを備える両側電磁波の送信と、対象によって反射された後の電磁波の受信を実行する。第１および第２の周波数成分間の分離は、両側電磁波の一方の側波帯に対応する信号応答内のスパイクを、両側電磁波の他方の側波帯に対応する信号応答のヌルポイントにほぼ重複させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
現在好適である実施形態を図に示すが、本発明は図示される正確な配列や手段に限定されないと了解される。
本発明の一実施形態による遠隔検知システム１００が、図１に概略的に示される。システム１００は図示されるように、Ｋａバンド送受信機１０２などの送受信機と、送受信機に電気的に接続される基本帯域回路１０４とを含む。本明細書で説明されるように、Ｋａバンド送受信機は、患者や乳児などの監視対象（図示せず）に検知信号を送信し、監視対象から変調信号を受信する。より具体的には、検知信号は、Ｋａバンド周波数帯域内にありうる周波数を有する。変調信号は、監視対象の心肺活動に基づき変調される。
【００１８】
より具体的には、Ｋａバンド送受信機１０２は受信機チェーンおよび送信機チェーンを備える。図示されるように、受信機チェーンは、受信アンテナ（Ｒｘ＿Ａｎｔｅｎｎａ）、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）、２つのダウン変換器（Ｒｘ＿Ｍｉｘｅｒ１およびＲｘ＿Ｍｉｘｅｒ２）、ＩＦ増幅器（ＩＦ＿ＡＭＰ）を含むことができる。送信機チェーンは、送信アンテナＴｘ＿Ａｎｔｅｎｎａと２つのアップ変換器（ＴＸ＿Ｍｉｘｅｒ１ および ＴＸ＿Ｍｉｘｅｒ２）とを含む。基本帯域回路１０４は図示されるように、前置増幅器（ＰｒｅＡＭＰ）、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）、および低周波数増幅器（ＬＦ＿ＡＭＰ）を備える。
【００１９】
図示されるように、Ｋａバンド送受信機１０２が２つの電力分配器をさらに含むことに注意されたい。各電力分配器は、より具体的には、３ｄＢ電力分配器である。電力分配器は、中間周波数（ＩＦ）搬送波信号の電力を２つの成分Ｓ１（ｔ）とＳ２（ｔ）に分割する。電力の半分は送信機チェーンに供給され、残りの半分は受信機チェーンに供給される。ＴＸ＿Ｍｉｘｅｒ１、第１のアップ変換器の入力は、５０Ω抵抗器で終点となることに注意されたい。この独自の成分の配列は、ドップラーレーダセンサとして機能するように汎用Ｋａバンド送受信機を変換する。
【００２０】
当業者によって容易に理解されるように、Ｋａバンド送受信機１０２は上記のとおり、通常であれば直接変換受信機で発生する重大なＤＣオフセット問題を緩和するために２段階の変換を採用する間接変換送受信機である。この独自の利点は、間接受信機の最終段でミキサとＶＣＯが低周波数で動作するために達成される。これにより、基本帯域でのＤＣオフセットとそれに関連する１／ｆノイズが低減される。ＲＦおよびＩＦ周波数は、測定における「ヌル」ポイントを回避するように調整される。
【００２１】
送信アンテナも受信アンテナも、誘電率εγ＝３．０で基板厚０．５ｍｍのＲｏｇｅｒｓ ＲＯ３００３ＰＴＦＥ／セラミック積層板上に製造される４Ｘ４プリントパッチアンテナアレイであってもよい。それぞれが、２８ＧＨｚで１２．９ｄＢの最大アンテナゲインと、１０度Ｘ１０度の推定ビーム幅を有する。シングルパッチアンテナと比較して、アンテナアレイはより高い指向性ゲインを有する。これにより、システム１００の検出距離は増大し、他の方向からの妨害は低減する。基本帯域回路は、たとえば、ＬＭ３２４低電力演算増幅器を使用して実装される。帯域通過フィルタＢＰＦは、０．１〜１０Ｈｚに拡大可能な信号周波数を通過させる。低周波数増幅器ＬＦ＿ＡＭＰと同一の周波数を有する前置増幅器ＰｒｅＡＭＰは、２０〜４０ｄＢの可変ゲインを有する。
【００２２】
同じＬＯソースが送信機と受信機に対して使用されると、距離相関効果が基本帯域でのノイズスペクトルを大幅に低減する。このため、ＶＣＯはＶＣＯ高位相ノイズにかかわらず、Ｋａバンドドップラーレーダにおけるソースとして使用可能である。
【００２３】
本発明の一側面は、標的の細かな動きを検出するためのＫａバンド電磁波などの両側波帯電磁波の使用である。Ｋａバンド電磁波の利用で検出感度は大幅に向上するが、重大なヌルポイントの問題が生じる。しかし、本発明の別の側面がヌルポイントの問題を克服する。より具体的には、上記のように、本発明は異なる周波数の２つの信号を組み合わせることによって生成される両側波帯Ｋａバンド電磁波を利用して、周波数間の分離によりヌルポイント問題を緩和または排除することができる。
【００２４】
本発明で達成される高度な検出感度は、さもなければ実行不可能な細かな動きの検出を可能にする。本発明はＫａバンド周波数帯域内の電磁波を利用して、たとえば、心拍および／または呼吸によって誘導される監視下の患者の胸壁の変化を検出できる。本発明の他の用途としては、嘘発見と関連する身体反応の検知、その他の種類の生物医学的検知、「塀の陰」の検知のために個々の兵士によって使用されるレーダなどのレーダ検知などが挙げられる。
【００２５】
図１をまだ参照すると、本発明による２段階の信号変換を実行する際、第１の低発振器（ＬＯ１）は、周波数ｆ１を有する信号Ｓ１（ｔ）を生成する。第２の低発振器（ＬＯ２）は、周波数ｆ２を有する信号Ｓ２（ｔ）を生成する。当業者によって容易に理解されるように、Ｓ１（ｔ）およびＳ２（ｔ）の電力は、図示される３ｄＢ電力分配器などの２つの電力分配器によって分割される。電力の半分は送信機チェーンに供給され、残りの半分は受信機チェーンに供給される。
【００２６】
アップ変換器（ＴＸ＿Ｍｉｘｅｒ）のＴ（ｔ）の出力は濾波されない。したがって、出力は２つの主周波数成分、下側波帯ｆＬ＝ｆ２−ｆ１と上側波帯ｆＵ＝ｆ２−ｆ１とを有する。通常、第２の低発振器（ＬＯ２）からのＬＯの漏れから生じる、アップ変換器（ＴＸ＿Ｍｉｘｅｒ）の出力内のもう１つの周波数成分ｆ２がある。
【００２７】
さらに図２を参照すると、送信アンテナ（ＴＸ＿Ａｎｔｅｎｎａ）コネクタで測定される送信機の出力電力スペクトルが示されている。この特定の実施形態に関すると、下側波帯周波数と上側波帯周波数はそれぞれ、−７．２１０ｄＢｍと−９．６４ｄＢｍの出力レベルの２６．５２ＧＨｚと２７．６４ＧＨｚである。中間の２７．０８ＧＨｚ周波数は、アップ変換器（ＴＸ＿Ｍｉｘｅｒ）の非理想分離による第２の低発振器（ＬＯ２）からのＬＯの漏れである。ＬＯの漏れは明白だが、本明細書で説明されるように、基本帯域信号の検出には影響を及ぼさない。
【００２８】
Ｋａバンド送受信機１０２の受信機チェーンでは、受信信号Ｒ（ｔ）は、心拍および／または呼吸がシステム１００を用いて検出および監視される対象などの標的からの反射波である。受信信号Ｒ（ｔ）は送信信号Ｔ（ｔ）と相関関係を有するが、前者の信号の位相は監視下の患者の胸壁などの標的が時間変動した位置によって変調される。第１のダウン変換器（Ｒｘ＿Ｍｉｘｅｒ１）による第１のダウン変換後、受信信号Ｒ１（ｔ）は、周波数ｆ１での２つの変調信号、すなわち、下側波帯ｆＬ＝ｆ２−ｆ１と上側波帯ｆＵ＝ｆ２＋ｆ１からそれぞれダウン変換された信号から成る。
【００２９】
胸壁位置情報は、たとえば、周波数ｆ１でのこれらの２つの信号の位相で変調される。さらに、受信信号Ｒ１（ｔ）はＤＣオフセットと胸壁の運動情報を担持する基本帯域信号とをさらに有し、前者はＬＯ２の漏れ送信の自己混合により、後者は受信信号Ｒ（ｔ）のｆ２成分からダウン変換される。
【００３０】
直接ダウン変換が実行されるとき、ＤＣオフセットは基本帯域回路の飽和などの重大な問題をもたらす可能性がある。一方、分離を通じてＬＯの漏れを低下または低減させることによってＤＣオフセットを低減させることは、高周波ミキサでは達成し難く、その結果大きなＤＣオフセットを生じる。よって、本発明によると、間接変換受信機アーキテクチャが利用される。大きなＤＣオフセットと近傍のＤＣ信号は、ＩＦ増幅器（ＩＦ＿ＡＭＰ）の帯域通過周波数反応によって除去される。したがって、以下の説明では、送信波内のｆ２周波数成分は、基本帯域信号に影響を及ぼさないので無視することができる。第２のダウン変換器（Ｒｘ＿Ｍｉｘｅｒ２）による第２のダウン変換後、出力Ｒ２（ｔ）は、対象の胸の運動情報を担持する基本帯域信号と、帯域通過回路１０４で濾波される不所望の高周波スパーとから成る。
【００３１】
本発明の別の実施形態によると、特別に設計および製造された２種類の低プロファイルのプリントパッチアンテナが使用されている。１つは、誘電率εγが３．２で基板厚が０．７６２ｍｍの高周波基板材料ＧＭＬ１０００上に製造されるプリントシングルパッチアンテナである。このアンテナは、３０ＧＨｚで３．９ｄＢの最大アンテナゲインと６０度Ｘ８０度の推定ビーム幅を達成する。
【００３２】
もう１つのアンテナは、誘電率εγ＝３．０で基板厚０．５０８ｍｍのＲｏｇｅｒｓ ＲＯ３００３ＰＴＦＥ／セラミック積層板上に製造される４Ｘ４プリントパッチアンテナアレイである。全体のサイズは２０．９Ｘ２８．２ｍｍ２である。本発明によるアンテナアレイは、２８ＧＨｚで１２．９ｄＢの最大アンテナゲインと、１０度Ｘ１０度の推定ビーム幅を達成する。Ｋａバンド信号の送受信には他の種類のアンテナも使用することができ、これらのアンテナは共通の１つの基板上に作製される。シングルパッチアンテナと比較して、アンテナアレイはより高い指向性ゲインを有するため、検出距離が増大し、他の方向の他の無線装置からの妨害が低減される。
【００３３】
システム１００のさらに別の実施形態によると、基本帯域回路１０４は、２つのＬＭ３２４低出力演算増幅器を備える。帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）は、０．１〜１０Ｈｚの通過域を有する。本実施形態による前置増幅器（ＰｒｅＡＭＰ）と低周波数増幅器（ＬＦ＿ＡＭＰ）はいずれも、２０〜４０ｄＢの可変ゲインを有する。測定段階中、ＩＯｔｅｃｈ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄａｑ／５４（ＤＡＱモジュール）などの２２ビットのＵＳＢデータ捕捉モジュールは、基本帯域信号をサンプリングするのに使用することができる。ＬａｂＶＩＥＷプログラムなどの機械読取り可能コードは、サンプリングデータを処理し、監視対象のランダムな動きによる不所望の偽反応をさらに除去するのに使用することができる。
【００３４】
この時点では、本発明の特定の理論的基盤を簡単に説明することが有益である。位相変調のみが検討されるため、普遍性を損なうことなく振幅の変動を無視することができる。したがって、第１の低発振器（ＬＯ１）および第２の低発振器（ＬＯ２）、によってそれぞれ生成される２つのＬＯ信号Ｓ１（ｔ）およびＳ２（ｔ）は以下の式のように書くことができる。
【００３５】
Ｓ１（ｔ）＝ｃｏｓ（２πｆ１ｔ＋φ１（ｔ）） （１）
Ｓ２（ｔ）＝ｃｏｓ（２πｆ２ｔ＋φ２（ｔ）） （２）
ただし、ｆ１およびｆ２はＳ１（ｔ）およびＳ２（ｔ）のそれぞれの周波数、ｔは経過時間、φ１（ｔ）およびφ２（ｔ）はＳ１（ｔ）およびＳ２（ｔ）のそれぞれの位相ノイズである。
【００３６】
送信信号Ｔ（ｔ）が単独の周波数成分（単独の側波帯）ｆのみを有する場合、
Ｔ（ｔ）＝ｃｏｓ［２πｆｔ＋φ（ｔ）］ （３）
となる。
ただし、φ（ｔ）は送信機チェーンの信号ソースとミキサからの総合位相ノイズである。
【００３７】
信号Ｔ（ｔ）がｘ（ｔ）によって与えられる時間変動する運動を伴う距離ｄ０で標的（たとえば、患者の胸壁）によって反射し返されると、送信機と受信機間の総合移動距離は２ｄ（ｔ）＝２ｄ０＋２ｘ（ｔ）である。図３は、対象の心拍および／または呼吸を検出する状況における実質的作用を概略的に示す。受信信号は
Ｒ（ｔ）≒ｃｏｓ［２πｆｔ−（４πｄ０／λ）−（４πｘ（ｔ）／λ）
＋φ（ｔ−（２ｄ０／ｃ））］ （４）
として概算される。
ただし、ｃは信号の伝播速度、λは空気内の波長でｃ／ｆに等しい。
【００３８】
受信信号は送信信号と同様だが、標的の距離と標的の周期的運動による位相変調とによって決定される遅延を有する。標的（たとえば、対象の胸壁）の周期的運動に関する情報は、この信号が送信信号と同じソースから得られるＬＯ信号と混成される場合に復調することができる。このレーダトポロジは、送信機と受信機に同じ発信器を使用して、２つの信号の位相ノイズに常に相関関係を持たせるという能力を利用する。
【００３９】
２段階のダウン変換後に結果として生じる基本帯域信号Ｂ（ｔ）は
Ｂ（ｔ）＝ｃｏｓ［（４πｄ０／λ）＋θ０（４πｘ（ｔ）／λ）＋Δφ（ｔ）］ （５）
のように概算される。
ただし、４πｄ０／λは標的ｄ０への距離による一定の位相シフトであり、θ０は表面での反射と無線ブロック間の遅延による固定位相シフトである。用語Δφ（ｔ）は距離相関効果により基本帯域では通常かなり小さな総合残余位相ノイズである。Ｂ（ｔ）はｘ（ｔ）の関数であるため、周期的な心拍および／または呼吸信号は、たとえば、Ｂ（ｔ）から抽出することができる。
【００４０】
式（５）から、基本帯域出力内の変調位相４πｘ（ｔ）／λは波長に反比例する。同じ変位に関して、システム１００によって提供される波長が短いほど、大きな位相変調が生成される。Ｋａバンドスペクトルは、１１．５ｍｍ〜７．５ｍｍの波長に相当する２６ＧＨｚ〜４０ＧＨｚにまたがる。したがって、３０ＧＨｚ（λ＝１０ｍｍ）波によって生成される位相は、たとえば、２．４ＧＨｚ（λ＝１２５ｍｍ）での位相の１２．５倍（約２２ｄＢ）である。波長が短いほど小さな移動により敏感になる。これが、システム１００によって提供されるＫａバンド波を用いる明確な利点である。
【００４１】
本発明の上記の理論的側面は、たとえば、心拍による対象の胸壁の運動振幅が１ｍｍであり、その波形が図４Ａに示されるように、指先センサの参照心拍信号から修正されると仮定することによって、対象の心拍および／または呼吸の検出または監視に対してモデル化およびシミュレーション化することができる。Δφ（ｔ）を無視し、θ０を一定にすると、図４Ｂに示されるように、基本帯域信号Ｂ（ｔ）は、波長λが１０ｍｍ（３０ＧＨｚ）に等しいとき距離ｄ０に応じて変動する。図４Ｂに示されるように、Ｂ（ｔ）の振幅は、最大から最小まで周期的に変化する。Ｂ（ｔ）の振幅がｄ０＝２．２３ｍｍで最小に達すると、信号はほとんどノイズ中に覆い隠されてしまうという事実により、心拍信号を検索することが困難な可能性がある。Ｂ（ｔ）の振幅が最小である距離は、ここではヌルポイントと称する。概して、感度測定を行う際にヌルポイントを引き起こす距離によって、検知システムと標的が分離されると、検出感度は最も低く、したがってセンサは最も低い検出精度を有する。
【００４２】
逆の状況で、Ｂ（ｔ）の振幅がｄ０＝３．４８ｍｍで最大になると、心拍に対応する速度プロファイルが図４Ａに示される元の信号と同じ形状を有するため、正確な心拍速度を検出するのがさほど困難ではない。最大であるＢ（ｔ）の振幅を生じるレーダシステムと標的とを分離する距離は、ここでは最適ポイントと称する。これにより、検出感度と検出精度が大幅に向上した測定が提供される。
【００４３】
図５は、単側波帯送信波に関するレーダシステムから対象への距離に沿ったヌルポイントと最適ポイントの分布を示す。３０ＧＨｚ波の場合、隣接するヌルポイントと最適ポイント間の距離はわずかに１．２５ｍｍ（λ／８）で、ほぼ胸壁の運動程度である。この距離は通常小さすぎるため、十分に有効な測定値を容易に得ることができない。
【００４４】
検知システムが単音Ｋａバンド波を送信する場合、検出精度は対象のごくわずかな動きで大幅に変動し、この状況下で所望の検出精度を達成することは極めて困難である。したがって、レーダシステムは単音波のみを送信する場合、高周波で適切に動作しない。
【００４５】
本発明によると、両側波帯波を利用することによってヌルポイントの問題が解決される。システム１００は、送信信号Ｔ（ｔ）として２つのＫａバンド周波数成分ｆＬおよびｆＵを有するＫａバンド波を利用する。したがって、受信信号Ｒ（ｔ）は２つの周波数成分ｆＬおよびｆＵも有する。以下、ＢＬ（ｔ）とＢＵ（ｔ）はそれぞれｆＬおよびｆＵ周波数成分から配信される基本帯域信号を表す。したがって、以下の式が当てはまる。
【００４６】
Ｂ（ｔ）＝ＢＬ（ｔ）＋ＢＵ（ｔ） （６）
ＢＬ（ｔ）＝ｃｏｓ［θＬ＋（４πｘ（ｔ）／λＬ）＋ΔφＬ（ｔ）］ （７）
ＢＵ（ｔ）＝ｃｏｓ［θＵ＋（４πｘ（ｔ）／λＵ）＋ΔφＵ（ｔ）］ （８）
θＬ＝（４πｄ０／λＬ）＋θ０Ｌ ，θＵ＝（４πｄ０／λＵ）＋θ０Ｕ （９）
ただし、λＬおよびλＵはそれぞれ下側波帯の波長および上側波帯の波長である。波長λＬおよびλＵはそれぞれｃ／ｆＬおよびｃ／ｆＵに等しい。用語θＬおよびθＵは上記したように、ヌルポイントの位置と距離を決定する位相シフトである。
【００４７】
上記の説明から、ＢＬ（ｔ）またはＢＵ（ｔ）のいずれかは重大なヌルポイントの問題を抱え、信頼のおける検出を提供できない。しかし、ＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）が同時に存在する場合、Ｂ（ｔ）はＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）の重畳である。ＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）は類似しているが、両者間に位相差はある。本発明によると、位相差が適切に調整されると、基本帯域出力Ｂ（ｔ）はＢＬ（ｔ）またはＢＵ（ｔ）のみの場合ほどヌルポイントの問題は大きくない。さらに図６を参照すると、両側波帯波に関するヌルポイントと最適ポイントの分布が概略的に示されている。ＬＯ１の周波数ｆ１が適切に調整されると、下側波帯からのヌルポイントと上側波帯からの最適ポイント、またはその逆が互いに重複させられる。
【００４８】
一方の側波帯からのヌルポイントが他方の側波帯からの最適ポイントに重複するとき、検出精度が大幅に向上することに注意されたい。すなわち、下側波帯からのヌルポイントと上側波帯からの最適ポイントが重複する場合に、検出精度が大幅に向上する。下側波帯からの最適ポイントと上側波帯からのヌルポイントが重複する場合も同様に、検出精度が大幅に向上する。
【００４９】
式（７）および（８）の残余ノイズΔφＬ（ｔ）およびΔφＵ（ｔ）は、距離相関効果によるθと位相変調 ４πｘ（ｔ）／λと比べてかなり小さい。したがって、普遍性を損なうことなく以下の説明ではその効果は無視される。λＬは非常にλＵに近いため、位相変調４πｘ（ｔ）／λＬおよび４πｘ（ｔ）／λＵはほぼ等しい振幅を有する。
【００５０】
θＬおよびθＵがπの偶数倍だけ分離されるとき、ＢＵ（ｔ）とＢＵ（ｔ）は同相で同期される。したがって、Ｂ（ｔ）は、ＢＬ（ｔ）またはＢＵ（ｔ）のいずれかにより与えられるのと同じ位置でほぼ同じ最適ポイントとヌルポイントを生じさせ、検出精度を低下させる密な間隔のヌルポイントと同様の問題を有する。
【００５１】
θＬおよびθＵがπの奇数倍だけ分離されるとき、ＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）は位相がずれている。ＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）はほぼ同じ振幅だが位相が逆であるため、互いを相殺する。したがって、Ｂ（ｔ）の振幅は相当小さく検出しづらい。
【００５２】
その結果、θＬとθＵ間の位相差がπの整数倍であるとき、新たなヌルポイント状況が測定で生じる。単側波帯波のヌルポイントが局所ヌルポイントとして定義されれば、この新たなヌルポイント状況は大域ヌルポイントとして定義される。この大域ヌルポイントでは、検出精度が最も低い。位相差は
θＵ−θＬ＝（４πｄ０／λＵ）−（４πｄ０／λＬ）＋Δθ０＝ｋπ，ｋ＝０，±１，±２，．．． （１０）
である。
ただし、
Δθ０＝θ０Ｕ−θ０Ｌ （１１）
λＬ＝ｃ／ｆＬ、λＵ＝ｃ／ｆＵを代入すると、以下の
ｆＵ−ｆＬ＝（ｃ／４πｄ０）（ｋπ−Δθ０），＝０，±１，±２，．．． （１２）
を生じる。
式（１２）にｆＵ＝ｆ２＋ｆ１およびｆＬ＝ｆ２−ｆ１を代入すると、
ｆ１＝（ｋ／ｄ０）・３７．５ＭＨｚ−（ｃ／８πｄ０）・Δθ０，ｋ＝０，±１，±２，．．．
（１３）
を生じる。
ただし、ｄ０は距離である。
【００５３】
θＬおよびθＵがπ／２の奇数倍で分離されるとき、ＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）は直角位相である。ＢＬ（ｔ）とＢＵ（ｔ）のうち少なくとも１つはヌルポイントにない。ヌルポイントにないものは、最終出力Ｂ（ｔ）を決定する。したがって、この場合、検出精度全体が高くなる。このポイントが大域最適ポイントと定義される。
【００５４】
したがって、θＵおよびθＬ間の差は
θＵ−θＬ＝（４πｄ０／λＵ）−（４πｄ０／λＬ）＋Δθ０＝ｋπ，ｋ＝０，±１，±２，．．．
（１４）
である。
式（１０）〜（１３）によって記載されるプロセスを繰り返すと、
ｆ１＝（２ｋ＋１／ｄ０）１８．７５ＭＨｚ−（ｃ／８πｄ０）Δθ０，ｋ＝０，±１，±２，．．．
（１５）
を生じる。
【００５５】
上記の分析が示すように、対象の位置が固定されると、この位置はｆ１周波数を適切に選択することによって大域最適ポイントまたは大域ヌルポイントに設定することができる。たとえば、ｆ１周波数で、ｄ０＝１ｍの対象位置が偶然ヌルポイントである場合、式（１３）および（１５）に従いｆ１がｆ１±（２ｋ＋１）ｘ１８．７５ＭＨｚに調整されれば、このヌルポイントは最適ポイントに変更することができる。したがって、対象の位置を動かさずにｆ１周波数を調節することによって、常に最適ポイントで正確な検出を行うことができる。
【００５６】
ｆ１周波数が固定されると、２つの基本帯域信号の重複のため、両側波帯波に関する大域ヌルポイントおよび最適ポイントの分布は単基本帯域の場合と異なる式、（１３）および（１５）は、
ｄ０＝（ｋ／８）λ１−（λ１／８π）・Δθ０，ｋ＝０，±１，±２，．．． （１６）
と
ｄ０＝（（２ｋ＋１）／１６））・λ１−（λ１／８π）・Δθ０，ｋ＝０，±１，±２，．．．
（１７）
にそれぞれ書き換えることができる。式（１６）および（１７）から、ヌルポイントはλ１／８毎に発生し、最適ポイントも同様である。さらに、隣接するヌルポイントと最適ポイントはλ１／１６で分離される。両側波帯波に関するヌルポイントおよび最適ポイントの分布を図７に示す。
【００５７】
通常、周波数ｆ１は周波数ｆ２よりもずっと低いので、隣接する大域ヌルポイントと大域最適ポイント間の距離はずっと長い。Ｋａバンド周波数よりもずっと小さなｆ１＝５００ＭＨｚの場合、ヌルポイントは単３０ＧＨｚ波の場合の２．５ｍｍよりもずっと長い７５ｍｍ毎に生じるので、レーダの位置を調整することにより、信頼のおける検出精度を得て、ヌルポイントを回避することができる。
【００５８】
式（１６）および（１７）は、周波数ｆ１が低いほど、結果として生じるヌルポイントがさらに離れることを示唆している。よって、ヌルポイントの問題は、非常に低いｆ１で解決される。しかし、周波数ｆ１が小さすぎる場合、ヌルポイントはかなり長距離にわたり局所ヌルポイントによって支配される。図８Ａ〜８Ｃは、ｆ２＝２７．１ＧＨｚのときのｆ１＝５００ＭＨｚ、ｆ１＝５０ＭＨｚ、およびｆ１＝５ＭＨｚのそれぞれに関する局所ヌルポイントおよび大域ヌルポイントの様々な分布を示す。距離は横軸に示され、信号の正規化振幅は縦軸に示される。信号が谷にぶつかると、振幅は最も小さいので、検出精度は最も低い。細実線と細点線はそれぞれ、基本帯域信号ＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）に関する局所ヌルポイントと最適ポイントの分布を表す。ＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）の振幅は送受信機における周波数反応の平坦度のせいでほとんど差異がないかもしれないが、分析の都合上、ここでは同一の振幅を仮定する。
【００５９】
図からすると、最も近い局所ヌルポイント（谷）の分離は約２．５ｍｍである。太実線は、Ｂ（ｔ）に関する大域ヌルポイントと最適ポイントの分布を示す。ｆ１＝５００ＭＨｚのとき、大域ヌルポイントの分離は図８Ａに示されるように７５ｍｍである。しかし、ｆ１＝５ＭＨｚの場合、大域ヌルポイントの分離は７．５ｍである。図８（ｃ）に示されるように、全体が０．１ｍの範囲では、Ｂ（ｔ）はＢＬ（ｔ）およびＢＵ（ｔ）と同じヌルポイントおよび最適ポイントを有し、質的に大域ヌルポイントとして予め定義されている。量的には、Ｂ（ｔ）に関する信号谷の振幅がＢＬ（ｔ）またはＢＵ（ｔ）のいずれかのピーク振幅の２０％に満たない場合、Ｂ（ｔ）を大域ヌルポイント領域と定義する。この定義によると、Ｂ（ｔ）は、ｆ１＝５ＭＨｚの場合約１ｍ、５０ＭＨｚの場合０．１ｍ、５００ＭＨｚの場合０．０１ｍの長さの大域ヌルポイント領域にとどまる。
【００６０】
測定におけるこのヌルポイント問題を克服し、高い検出精度を得るには、レーダ位置を移動させる、あるいはｆ１周波数を変更することによって最適ポイントまたはその近傍で測定を行う方が適切である。５ＭＨｚほど低いＬＯ１周波数の場合、レーダが最も近い最適ポイントに到達するように３ｍもの距離を移動することが困難であるため、唯一の方法はＬＯ１周波数を調節することである。
【００６１】
Ｋａバンド波の場合、長距離間の信号損失は低周波数よりもずっと高い。受信機で同じ出力レベルの場合、Ｋａバンド波の伝播距離はずっと短くなる。この測定では、低出力送信を用いて、距離が２．５ｍまで増加すると、検出精度が急速に低下し始める。ヌルポイントがｄ０＝２．５ｍで発生すれば、このヌルポイントを最適ポイントに切り換え、ｆ１周波数は式（１５）に従い最低７．５ＭＨｚで変更させる必要がある。ヌルポイントがｄ０＝０．１ｍで発生する場合、最も小さな調整ステップは、第１の低発振器（ＬＯ１）のかなり大きな調整範囲である１８７．５ＭＨｚとなる。したがって、ｆ１周波数とＶＣＯ調整範囲の選択は、ヌルポイントがシステム１００に近い距離で出現するとき、一緒に検討される。したがって、４５０ＭＨｚ〜８００ＭＨｚＶＣＯのシステム１００の調整範囲は好ましくは、ｆ１ソースとして選択される。同時に、このＶＣＯ周波数は約７５ｍｍのヌルポイント分離を提供するため、標的に対するシステム１００の位置を調節することによってヌルポイントを回避する可能性も提供する。
【００６２】
検出精度が非常に低いとき、システム１００がヌルポイントにより引き起こされる誤った警告を検出しているのか、あるいは、監視対象に対する警告などの実際に重要な結果を検出しているのかを判定するのが困難であるという問題が生じる。この状況下で、標的に対するシステム１００の位置を調節する、あるいは周波数ｆ１を変更することによって検出精度を大幅に向上させることができるならば、それはヌルポイントによる誤った警告を意味する。さもなければ、患者の監視の背景では、たとえば、患者の心肺に問題があることを示す。
【００６３】
上記のように、検出精度は概して、ヌルポイント、最適ポイント、またはその間のどこかである、システムに対する標的の位置に左右される。しかし、システム１００は、周波数ｆ１を調整することによって最適な反応を得ることができる。したがって、システム１００はシステムに対する標的の位置に関係なく、高い検出精度を達成する。
【００６４】
図９は、本発明の別の実施形態による周波数分離ユニット９００の概略図である。周波数分離ユニット９００は、標的検知に使用される両側波帯Ｋａバンド電磁波の第１の周波数成分ｆ１および第２の周波数成分ｆ２間の所望の分離を判定する。図示されるように、周波数分離ユニット９００は、相互に通信する周波数判定モジュール９０２、精度評価モジュール９０４、および周波数制御モジュール９０６を備える。
【００６５】
動作上、周波数判定モジュール９０２は、両側波帯Ｋａバンド電磁波に対応する信号Ｓ（ｔ）を受信する。たとえば、両側波帯Ｋａバンド電磁波は、モジュールに直接供給する。もしくは、両側波帯Ｋａバンド電磁波の物理パラメータを表す信号を供給する。両側波帯Ｋａバンド電磁波の検出精度を表し、第１および第２の周波数成分ｆ１、ｆ２の分離における調節が保証されているかどうかを判定する信号Ｒ（ｔ）が精度判定モジュール９０４に供給される。保証されていれば、周波数制御モジュール９０６は、上記したように、所望の周波数分離を実行し、両側波帯Ｋａバンド電磁波の検知精度を向上させるために、両周波数成分の一方または両方の変更を生じさせる制御信号Ｃ（ｔ）を供給する。
【００６６】
より具体的には、上記したように、検知精度は、両側波帯Ｋａバンド電磁波の一方の側波帯によって誘発される信号応答の最適ポイントが２つの周波数成分間の分離により、両側波帯Ｋａバンド電磁波の他方の側波帯によって誘発される信号応答のヌルポイントと完全にあるいはほぼ重複するように、周波数成分ｆ１およびｆ２の一方または両方を調節することによって大幅に高められる。
【００６７】
より一般的ではあるが、本明細書に記載される技術と同様、両側波帯Ｋａバンド電磁波の一方の側波帯によって誘発される信号応答のスパイクが他方の側波帯によって誘発される信号応答のヌルポイントと完全にあるいはほぼ重複する場合、検出精度が向上することを理解すべきである。また、本発明によると、周波数成分間の所望の分離を得るように両周波数成分ｆ１およびｆ２の一方または両方を調節することによってこれが達成される。本明細書に定義されるように、スパイクは、所定の閾値を超える信号応答である。
【００６８】
周波数分離ユニット９００の例示のモジュールはそれぞれ、配線回路および／または機械読取り可能コード内に実装することができる。好ましくは、周波数分離ユニット９００は上記の検知システム１００に組み込まれる、あるいは接続される（図１を参照）。
【００６９】
図１０は、本発明のさらに別の実施形態による、標的を遠隔検知するための方法１０００の例示ステップを示すフローチャートである。該方法は、ステップ１００２では、第１の周波数成分と第２の周波数成分とを備える両側Ｋａバンド電磁波を送信することを含む。ステップ１００４では、該方法１０００は、次に、Ｋａバンド対象によって反射された後の電磁波を受信する。第１および第２の周波数成分間の分離によって、上記したように、両側Ｋａバンド信号の側波帯に対応する各最適ポイントは、両側Ｋａバンド信号の異なる側波帯に対応する各ヌルポイントとほぼ重複させられる。該方法は１００６で完了する。
【００７０】
図１１は、本発明のさらに別の実施形態による、標的を遠隔検知するために使用される両側波帯Ｋａバンド電磁波の周波数成分の分離を判定する方法１０００の例示ステップを示すフローチャートである。該方法は、両側波帯Ｋａバンド電磁波の第１および第２の周波数成分の少なくとも一方を調節するステップ１１０２を含む。両側波帯Ｋａバンド電磁波は、ステップ１１０４で送信される。送信波はステップ１１０６で反射され受信されて、その後、波の検出精度がステップ１１０８で評価される。検出精度が所定の閾値または基準により許容不能である場合、許容可能な精度が得られるまで先行するステップが繰り返される。許容可能な精度が得られると、該方法はステップ１１１０で完了する。
【００７１】
より具体的には、該方法によると、周波数間の分離が、一方の側波帯からの最適ポイントを両側波帯Ｋａバンド電磁波の他方の側波帯のヌルポイントとほぼまたは完全に重複させるように、第１および第２の周波数ｆ１およびｆ２の一方または両方を調節する。より具体的には、上記したように、両周波数の一方または両方が、一方の側波帯からのスパイクをＫａバンド電磁波の他方の側波帯からのヌルポイントと完全にあるいはほぼ重複させる周波数間の分離を実行するように調節される場合、検出周波数が向上する。
【００７２】
上記したように、本発明は、診断や患者または病人の心拍および呼吸の監視など、医療分野において幅広い用途を有する。しかし、本発明は、様々な非医学的用途も有する。図１２は、乳児または幼児１２００の心拍または呼吸の監視に関する、本発明のさらに別の実施形態による用途を概略的に示す。図示されるように、遠隔検知システム１００は、上記したとおり、乳児モニタ１２０２に組み込まれる、あるいは接続される。システム１００は乳児監視システムとして機能し、信号１２０４を乳児１２００に送信し、反射信号１２０６を乳児から受信する。上記したように、システム１００は乳児の心拍を監視するように乳児１２００の胸の動きを検出する。
【００７３】
当業者によって容易に理解されるように、システム１００は一体化チップに実装され、乳児モニタ１２０２のハウジング内に格納することができる（システム１００によって使用される相対的に低い電力とＫａバンド内の信号の短波長とは、従来装置よりもサイズが大幅に低減されたアンテナの使用を可能にし、システムがこのように実装される理由の１つである）。別の実施形態では、システム１００は、ラップトップ、携帯電話、またはその他の携帯型装置内に設置することができる。さらに、システム１００は、送信され反射された信号１２０４、１２０６をラップトップ、携帯電話、またはその他の携帯型装置の画面上に心電図画像を生成するためにデジタル形式に変換するハードウェアおよび／または ソフトウェアを備える。
【００７４】
さらに別の実施形態によると、乳児モニタ１２００は、システム１００に接続される送信機（明確には図示せず）を含む。送信機はシステム１００の出力を受信し、乳児モニタ１２００から離れた無線装置にその出力を送信する。システム１００の出力は、たとえば、心電図画像やその他の監視情報を表示可能な画面を有する携帯電話またはラップトップに送信する。本実施形態は、両親や看護婦が乳児を綿密に監視しつつ、乳児室から離れた場所で動き回ることができるという利点を提供する。
【００７５】
本発明のさらに別の実施形態による本発明の別の非医学的用途を図１３に概略的に示す。本実施形態によると、システム１００は実行モニタとしての役割を果たす。システム１００は図示されるように、トレッドミル１３０２などの実行装置またはその近傍に搭載されるハウジング１３００内に格納される。拡張実行期間中に実行に従事している、あるいは休止している人物１３０４の近傍に配置された場合、システム１００はその人物の心拍および／または呼吸を監視することができる。他の実施形態は、たとえば、病院などの医療施設に位置する人物の監視や研究所などの施設に配置される動物の監視を含む。
【００７６】
本発明はいくつかの独自の利点を提供する。１つの利点は、Ｋａバンド周波数スペクトルが控えめにしか利用されないため、システムが他の用途からの妨害を受けるリスクを低減することである。
【００７７】
もう１つの利点は、これらの周波数での信号の波長が短くなるほど、小さな変位により敏感になることである。基本帯域出力内での変調位相は、波長に反比例する。よって、同じ変位に関しては、波長が短いほど位相変調が大きくなる。たとえば、システムが２６ＧＨｚ〜４０ＧＨｚの周波数帯域で作動される場合、対応する波長は１１．５ｍｍ〜７．５ｍｍである。したがって、３０ＧＨｚ波（対応する波長は１０ｍｍ）によって生成される位相は、２．４ＧＨｚ（対応する波長は１２５ｍｍ）の場合の位相の１２．５倍、すなわち、約２２ｄＢである。
【００７８】
本発明を実施する際に使用される短波長からはさらに別の利点が生じる。Ｋａバンド内の信号の波長が短いほど、たとえば、従来装置よりも大幅にサイズを低減したアンテナの使用が可能になる。実際、上記したように、本明細書に記載されるサイズは、チップ上に統合できるほど小型である。
【００７９】
Ｋａバンド内の両側波帯信号を用いて本発明を実施する特別の利点のいくつかを説明してきた。しかしながら、本発明はＫａバンド内の信号を用いる状況で主に説明されているが、本発明がこの点に限定されないことは明白である。事実、本明細書に記載される発明はＫａバンドを超える周波数を用いても実行可能であることは明白である。よって、周波数がＫａバンド内にある両側波帯信号を使用することは特定の利点を有する一方で、本発明はＫａバンド内およびＫａバンドを超える周波数を有する両側波帯信号に適用される。
【００８０】
本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実現することができる。本発明は、１つのコンピュータシステムで集中的に、あるいは様々な構成要素を相互接続したコンピュータシステムに展開させて分散的に実現することができる。本明細書に記載される方法を実行するのに適した任意の種類のコンピュータシステムまたはその他の装置が好適である。ハードウェアとソフトウェアの典型的な組み合わせがコンピュータプログラムを備えた汎用コンピュータシステムであって、該プログラムはロードされ実行される際に、本明細書に記載される方法を実行するようにコンピュータシステムを制御する。
【００８１】
本発明は、本明細書に記載される方法の実行を可能にする全ての特徴を備え、コンピュータシステムにロードされる際にこれらの方法を実行することのできるコンピュータプログラム製品に組み込まれることができる。この状況でのコンピュータプログラムは、任意の言語、コード、または表記で、情報処理能力を有するシステムに、特定の機能を直接、あるいはａ）別の言語、コード、または表記への変換、ｂ）異なる素材形式での再生のいずれか、または両方の後に実行させることを目的とした１組の指示を表示することを意味する。
【００８２】
本発明は、その精神または必須の特性から逸脱せずに他の形式で具体化させることができる。したがって、上記の説明ではなく下記の請求項を、本発明の範囲を示すものとして参照すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の一実施形態による心肺活動の遠隔検知システムの概略図である。
【図２】図１に示される検知システムで生成される出力スペクトルの表示例である。
【図３】図１に示される検知システムの動作側面の概略図である。
【図４Ａ】本発明の別の実施形態による検知システムの動作をシミュレートする、モデル心拍信号および模擬基本帯域信号のそれぞれの振幅対時間グラフの例である。
【図４Ｂ】本発明の別の実施形態による検知システムの動作をシミュレートする、モデル心拍信号および模擬基本帯域信号のそれぞれの振幅対時間グラフの例である。
【図５】一連の最適ポイントおよびヌルポイントのそれぞれの間の距離を示す概略図である。
【図６】一連の最適ポイントおよびヌルポイントのそれぞれの間の距離を示す概略図である。
【図７】一連の最適ポイントおよびヌルポイントのそれぞれの間の距離を示す概略図である。
【図８Ａ】本発明のさらに別の実施形態による検知システムの動作をシミュレートする振幅対距離グラフの例である。
【図８Ｂ】本発明のさらに別の実施形態による検知システムの動作をシミュレートする振幅対距離グラフの例である。
【図８Ｃ】本発明のさらに別の実施形態による検知システムの動作をシミュレートする振幅対距離グラフの例である。
【図９】本発明のさらに別の実施形態による周波数分離ユニットの概略図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施形態による、標的を遠隔検知する方法のステップの例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明のさらに別の実施形態による、標的を遠隔検知するために使用される両側波帯Ｋａバンド電磁波の周波数成分分離を判定する方法のステップの例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明のさらに別の実施形態による乳児モニタの概略図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態による実行モニタの概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠隔検知方法であって、
第１の周波数成分および第２の周波数成分を含む両側電磁波を送信すること、
対象によって反射された後に該電磁波を受信すること
を備え、
該第１および第２の周波数成分間の分離により、両側電磁波の一方の側波帯に対応する信号応答内のスパイクが、両側電磁波の他方の側波帯に対応する信号応答のヌルポイントに実質上重複する、遠隔検知方法。
【請求項２】
前記スパイクが最適ポイントを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スパイクを前記ヌルポイントに実質上重複させる前記第１および第２の周波数成分間の分離を判定することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１および第２の周波数成分の少なくとも一方を調節して、前記スパイクを前記ヌルポイントに実質上重複させる分離を実行することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記分離を判定するステップが、それぞれが異なる分離に対応する複数の検出感度測定値をサンプリングすること、最大の検出感度を生じる分離を前記異なる分離の中から選択することを備える、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の周波数成分に等しい周波数を有する第１の信号と前記第２の周波数成分に等しい異なる周波数を有する第２の信号とを乗算することによって前記両側電磁波を生成することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１および第２の周波数成分が、電磁スペクトルのＫａバンド内の周波数を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
検知システムであって、
送受信器であって、
第１および第２の周波数成分を有する両側電磁波を送信する送信機チェーンと、
標的によって反射された後に、該両側電磁波を受信する受信機チェーンと
を含む送受信機と、
該両側電磁波から情報内容を抽出する基本帯域回路と、
を備え、
該第１および第２の周波数成分間の分離は、該両側電磁波の一方の側波帯によって生成される信号応答内のスパイクを、該両側電磁波の他方の側波帯によって生成される信号応答のヌルポイントに実質上重複させる、検知システム。
【請求項９】
前記スパイクが最適ポイントである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記受信機チェーンが２段階の間接変換受信機アーキテクチャに従って構成される、請求項に記載８のシステム。
【請求項１１】
前記標的が監視下の患者である、請求項８のシステム。
【請求項１２】
周波数判定ユニットをさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記周波数判定ユニットが、周波数判定モジュール、精度評価モジュール、および周波数制御モジュールのうちの少なくとも１つを備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記システムが乳児モニタを備える、請求項８のシステム。
【請求項１５】
前記システムが実行期間に従事する個人を監視するための実行モニタを備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１６】
機械可読記憶媒体であって、
第１の周波数成分と第２の周波数成分を有する両側電磁波を送信すること、
対象によって反射された後に、該電磁波を受信すること
のための機械指示命令とを備え、
該第１および第２の周波数成分間の分離により、該両側電磁波の一方の側波帯に対応する信号応答内のスパイクが、該両側電磁波の他方の側波帯に対応する信号応答のヌルポイントに実質上重複する、記憶媒体。
【請求項１７】
前記スパイクが最適ポイントであることを特徴とする請求項１６に記載の記憶媒体。
【請求項１８】
該第１および第２の周波数成分の少なくとも一方を調整して、前記スパイクを前記ヌルポイントに実質上重複させる分離を実行するための機械指示命令をさらに備える、請求項１６に記載の記憶媒体。
【請求項１９】
前記スパイクを前記ヌルポイントに実質上重複させる前記第１および第２の周波数成分間の前記分離を判定するための機械指示命令をさらに備える、請求項１６に記載の記憶媒体。
【請求項２０】
前記分離を判定する前記機械指示命令が、それぞれが異なる分離に対応する複数の検出感度測定値をサンプリングし、最大の検出感度を生じる分離を異なる分離から選択する命令を備えること、請求項１９に記載の記憶媒体。
【請求項２１】
前記第１の周波数成分に等しい周波数を有する第１の信号と前記第２の周波数成分に等しい異なる周波数を有する第２の信号とを乗算することによって両側電磁波を生成するための機械指示命令をさらに備える、請求項１６に記載の記憶媒体。
【請求項２２】
心肺活動の検知システムであって、
検知信号を監視対象に送信し、該監視対象から変調信号を受信するＫａバンド送受信機であって、Ｋａバンド周波数帯域内の周波数を有する該検知信号と該変調信号とが該監視対象の心肺活動に基づき変調される、Ｋａバンド送受信機と、
該Ｋａバンド送受信機に接続され、該監視対象の該心肺活動の該変調信号と指標とに基づき、基本帯域信号出力を生成する基本帯域回路と
を備える、心肺活動の検知システム。
【請求項２３】
前記基本帯域信号出力を処理する前記基本帯域回路に接続される信号プロセッサをさらに備える、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記基本帯域信号出力をデジタル化するために、前記基本帯域回路および前記信号プロセッサ間に接続される信号デジタイザをさらに備える、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記Ｋａバンド送受信機が、潜在的なＤＣオフセット問題を緩和するため前記Ｋａバンド送受信機によって受信された後に前記変調信号の２段階の変換を実行する間接変換送受信機を備える、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
前記Ｋａバンド送受信機が
送信機チェーンと、
受信機チェーンと、
送信機チェーンおよび受信機チェーンの異なる位置間に電気的に接続され、前記送信機チェーンおよび前記受信機チェーン間の搬送波信号の電力を分割する、第１および第２の電力分配器とを備える、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第２の電力分配器に接続される電圧制御発振器をさらに備え、
前記送信機チェーンが
検知信号が送信される送信アンテナと、
該搬送波信号と検知信号とを混合する第１および第２のアップ変換器と、
を備え、
該第１のアップ変換器が第１の電力分配器に接続され、第２のアップ変換器が第２の電力分配器に接続される、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第２の電力分配器に接続される電圧制御発振器をさらに備え、前記受信機チェーンが
前記変調信号が受信される受信アンテナと、
前記搬送波信号を検知信号に混合する第１および第２のダウン変換器と、
を備え、
該第１のダウン変換器が前記第２の電力分配器に接続され、該第２のダウン変換器が前記第１の電力分配器に接続される、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
前記受信アンテナおよび前記第１のダウン変換器間に接続される低ノイズ増幅器と、前記第１のダウン変換器および前記第２のダウン変換器間に接続される中間周波数増幅器とをさらに備える、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記基本帯域回路が、前置増幅器、該前置増幅器に接続される帯域通過フィルタ、および該帯域通過フィルタに接続される低周波数増幅器を備える、請求項に記載２２のシステム。
【請求項１】
遠隔検知方法であって、
第１の周波数成分および第２の周波数成分を含む両側電磁波を送信すること、
対象によって反射された後に該電磁波を受信すること
を備え、
該第１および第２の周波数成分間の分離により、両側電磁波の一方の側波帯に対応する信号応答内のスパイクが、両側電磁波の他方の側波帯に対応する信号応答のヌルポイントに実質上重複する、遠隔検知方法。
【請求項２】
前記スパイクが最適ポイントを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スパイクを前記ヌルポイントに実質上重複させる前記第１および第２の周波数成分間の分離を判定することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１および第２の周波数成分の少なくとも一方を調節して、前記スパイクを前記ヌルポイントに実質上重複させる分離を実行することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記分離を判定するステップが、それぞれが異なる分離に対応する複数の検出感度測定値をサンプリングすること、最大の検出感度を生じる分離を前記異なる分離の中から選択することを備える、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の周波数成分に等しい周波数を有する第１の信号と前記第２の周波数成分に等しい異なる周波数を有する第２の信号とを乗算することによって前記両側電磁波を生成することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１および第２の周波数成分が、電磁スペクトルのＫａバンド内の周波数を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
検知システムであって、
送受信器であって、
第１および第２の周波数成分を有する両側電磁波を送信する送信機チェーンと、
標的によって反射された後に、該両側電磁波を受信する受信機チェーンと
を含む送受信機と、
該両側電磁波から情報内容を抽出する基本帯域回路と、
を備え、
該第１および第２の周波数成分間の分離は、該両側電磁波の一方の側波帯によって生成される信号応答内のスパイクを、該両側電磁波の他方の側波帯によって生成される信号応答のヌルポイントに実質上重複させる、検知システム。
【請求項９】
前記スパイクが最適ポイントである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記受信機チェーンが２段階の間接変換受信機アーキテクチャに従って構成される、請求項に記載８のシステム。
【請求項１１】
前記標的が監視下の患者である、請求項８のシステム。
【請求項１２】
周波数判定ユニットをさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記周波数判定ユニットが、周波数判定モジュール、精度評価モジュール、および周波数制御モジュールのうちの少なくとも１つを備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記システムが乳児モニタを備える、請求項８のシステム。
【請求項１５】
前記システムが実行期間に従事する個人を監視するための実行モニタを備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１６】
機械可読記憶媒体であって、
第１の周波数成分と第２の周波数成分を有する両側電磁波を送信すること、
対象によって反射された後に、該電磁波を受信すること
のための機械指示命令とを備え、
該第１および第２の周波数成分間の分離により、該両側電磁波の一方の側波帯に対応する信号応答内のスパイクが、該両側電磁波の他方の側波帯に対応する信号応答のヌルポイントに実質上重複する、記憶媒体。
【請求項１７】
前記スパイクが最適ポイントであることを特徴とする請求項１６に記載の記憶媒体。
【請求項１８】
該第１および第２の周波数成分の少なくとも一方を調整して、前記スパイクを前記ヌルポイントに実質上重複させる分離を実行するための機械指示命令をさらに備える、請求項１６に記載の記憶媒体。
【請求項１９】
前記スパイクを前記ヌルポイントに実質上重複させる前記第１および第２の周波数成分間の前記分離を判定するための機械指示命令をさらに備える、請求項１６に記載の記憶媒体。
【請求項２０】
前記分離を判定する前記機械指示命令が、それぞれが異なる分離に対応する複数の検出感度測定値をサンプリングし、最大の検出感度を生じる分離を異なる分離から選択する命令を備えること、請求項１９に記載の記憶媒体。
【請求項２１】
前記第１の周波数成分に等しい周波数を有する第１の信号と前記第２の周波数成分に等しい異なる周波数を有する第２の信号とを乗算することによって両側電磁波を生成するための機械指示命令をさらに備える、請求項１６に記載の記憶媒体。
【請求項２２】
心肺活動の検知システムであって、
検知信号を監視対象に送信し、該監視対象から変調信号を受信するＫａバンド送受信機であって、Ｋａバンド周波数帯域内の周波数を有する該検知信号と該変調信号とが該監視対象の心肺活動に基づき変調される、Ｋａバンド送受信機と、
該Ｋａバンド送受信機に接続され、該監視対象の該心肺活動の該変調信号と指標とに基づき、基本帯域信号出力を生成する基本帯域回路と
を備える、心肺活動の検知システム。
【請求項２３】
前記基本帯域信号出力を処理する前記基本帯域回路に接続される信号プロセッサをさらに備える、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記基本帯域信号出力をデジタル化するために、前記基本帯域回路および前記信号プロセッサ間に接続される信号デジタイザをさらに備える、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記Ｋａバンド送受信機が、潜在的なＤＣオフセット問題を緩和するため前記Ｋａバンド送受信機によって受信された後に前記変調信号の２段階の変換を実行する間接変換送受信機を備える、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
前記Ｋａバンド送受信機が
送信機チェーンと、
受信機チェーンと、
送信機チェーンおよび受信機チェーンの異なる位置間に電気的に接続され、前記送信機チェーンおよび前記受信機チェーン間の搬送波信号の電力を分割する、第１および第２の電力分配器とを備える、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第２の電力分配器に接続される電圧制御発振器をさらに備え、
前記送信機チェーンが
検知信号が送信される送信アンテナと、
該搬送波信号と検知信号とを混合する第１および第２のアップ変換器と、
を備え、
該第１のアップ変換器が第１の電力分配器に接続され、第２のアップ変換器が第２の電力分配器に接続される、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第２の電力分配器に接続される電圧制御発振器をさらに備え、前記受信機チェーンが
前記変調信号が受信される受信アンテナと、
前記搬送波信号を検知信号に混合する第１および第２のダウン変換器と、
を備え、
該第１のダウン変換器が前記第２の電力分配器に接続され、該第２のダウン変換器が前記第１の電力分配器に接続される、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
前記受信アンテナおよび前記第１のダウン変換器間に接続される低ノイズ増幅器と、前記第１のダウン変換器および前記第２のダウン変換器間に接続される中間周波数増幅器とをさらに備える、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記基本帯域回路が、前置増幅器、該前置増幅器に接続される帯域通過フィルタ、および該帯域通過フィルタに接続される低周波数増幅器を備える、請求項に記載２２のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２００８−５３６６２１（Ｐ２００８−５３６６２１Ａ）
【公表日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５０７６９０（Ｐ２００８−５０７６９０）
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１２２５４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１１５７０４
【国際公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（５０８０５５３５３）ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファンデーション、インク． (10)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１２２５４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１１５７０４
【国際公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（５０８０５５３５３）ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファンデーション、インク． (10)
【Ｆターム（参考）】
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