Presentación del paper realizado para la materia Tratamiento Digital de Señales, del tema Detector de respiración humana usando técnicas de radar doppler Universidad del Azuay con el profesor,Ing Kenneth Palacio

1. Universidad del Azuay
Facultad de Ciencias de la Administración
Escuela de Ingeniería de Sistemas yTelemática
Tratamiento Digital de Señales
Detector de respiración humana usando técnicas de radar doppler
Realizado por: Jorge Luis Calle Castro
Profesor: Ing. Kenneth Palacio
Cuenca - Ecuador

2. Introducción
Una de las mayores dificultades del personal de rescate es
encontrar con vida a personas luego de un desastre, por lo que hoy
día se utilizan radares doppler a 2.4 GHz para encontrar vida
humana bajo escombros en caso de siniestros, el radar envía
señales electromagnéticas, estas traspasan elementos como
rocas, tierra, madera, vidrio y concreto, una vez encontrada a la
persona la señal refleja el movimiento del tórax por los latidos
cardiacos, pudiendo así detectar la respiración de la persona.

3. Efecto Doppler
El efecto doppler consiste en la variación de frecuencia de una onda
que es emitida y recibida por un objeto en movimiento, cuando el
emisor de una onda electromagnética se acerca al receptor, la
frecuencia de la onda recibida será mayor que la frecuencia
emitida, al contrario si se aleja del receptor la frecuencia recibida
será menor

4. Características
Los signos vitales pueden ser detectados vía radar, mediante los
parámetros de respiración y latidos de corazón, mediante el efecto
doppler se envían ondas electromagnéticas que reflejan el
movimiento del tórax, esto se lo realiza con procesamiento
especializado de banda–base cuyo oscilador funciona en banda X a
10 GHz, combinado con varias técnicas de procesamiento de
señales, la FFT y la transformada de Wavelet que nos permite
separar el latido del corazón a partir de la respiración

5. Desarrollo
Un sistema de radar doppler que ha sido implementado consta de
un oscilador que produce una salida de 2.4 GHz con una potencia
de 25 mW, esta señal es capaz de atravesar barreras y llegar hacia
el tórax de la víctima, en donde el movimiento de la cavidad
toráxica es la que modula la señal, la cual es recibida por una
antena receptora produciendo una señal que contiene la
respiración.

6. Desarrollo
Esta señal es filtrada y amplificada para determinar la frecuencia de
respiración y los signos vitales de la persona los cuales deberían
estar entre valores de 0.1Hz y 0.66 Hz para respiraciones normales.

7. Cálculos
Para determinar la distancia en la que se encuentra en cuerpo y enviar la señal
entre las dos antenas con respecto al tórax y el movimiento que es realizado
por los latidos cardiacos se utiliza la siguiente ecuación matemática:
- f4(t) es la señal que se
obtiene a partir del sistema de
radar
- AR y fR son la amplitud y la
frecuencia de la respiración
- d0 es la distancia fija entre el radar y el tórax
- A3 es la amplitud de la señal recibida
- τ es la longitud de onda.

8. Modelamiento del Sistema
La frecuencia minina de respiración es de 0.1Hz, por lo tanto se ha
establecido un valor de tres veces este periodo, para que en un
tiempo óptimo de medición de 32 segundos, se pueda obtener una
buena resolución de la frecuencia al momento de realizar la FFT
, por otro lado la frecuencia de respiración máxima de una persona
agitada es de 1.4 Hz

9. Modelamiento del Sistema
En la siguiente tabla se muestra los valores que se tiene que emitir
para detectar tejidos de los seres humanos todos esto valores
están bajo el estándar de la IEEE

10. Señales procesadas mediante hardware
Con el sistema de radar X de base banda se ha podido obtener
señales de respiración en frecuencias de 0.37Hz, esto indica que se
esta trabajando con un error porcentual de 5% por lo quiere decir
que la señal es confiable pese a que haya existido barreras entre el
radar y la persona, a continuación se muestra una tabla
comparativa de las frecuencias obtenidas por el osciloscopio y por
el DSP.

11. Señales procesadas mediante hardware

12. Detección de señales vía microondas
Consiste en una onda producida por una señal sinusoidal de
10.45GHz y una señal baja de un amplificador de ruido, el radar
emite ondas electromagnéticas y recoge la señal mediante una
antena transmisora la cual contiene la respiración e información de
los latidos del corazón de la persona, esta señal es amplificada y
enviada a un detector en donde la amplitud y la fase se modulan de
acuerdo con el movimiento de la respiración y el ritmo cardiaco .

13. Detección de señales vía microondas

14. Referencias
- K.M Chen, D Misra, H.Wang, H.R. Chuang, “And
x-band microwave life detection system” no. 7, pp697-701
- An X-Band Microwave Life-Detection System
http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=4122367&url=http%3A%2F%2
Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fabs_all.jsp%3Farnumber%3D4122367
- Julián Alberto Herrera M,Sc, Diana Patricia Buitrago, Juan Camilo Castellanos,
“Detector de Señal de respiración humana usando técnica de Radar” Ingeniería
Electrónica,” Universidad Nacional de Colombia.
- IEEE Std C95.1 - 2005 IEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human
Exposure to Radio Frequency Electromagnetic Fields, 3 kHz to 300GHz, IEEE Std., 2006