參與教授

吳仁銘、馬席彬、黃柏鈞、朱大舜

計畫內容

本計畫主要在研究運用非接觸式的方式, 生理資訊無線感測及偵測。雷達系統是一種可以在設定的距離範圍中偵測物件的強大發明。近幾年來，由於 CMOS 積體電路製造技術的長足進步，短程的雷達系統已經可以做成輕薄短小的晶片系統。也由於這個微小化的發展，開啟了許多民生的用途；譬如醫療照護監控、車輛駕駛的精神狀態監測、夜間社區安全監控、災難現場倖存者搜尋等等。雖然這種微型短距離雷達已經漸漸可行，但是要大量的普及，前段電路設計或是後段訊號處理仍有許多的挑戰有待解決。有鑑於這一個未來的趨勢，我們組成此一整合型的計畫，進行使用超寬頻脈衝無線電晶片的 CMOS 雷達系統的研究，這個系統將鎖定老年人、嬰兒、或病人等的醫療照護監控，可以監控的人體生理資訊包括呼吸、心跳、走路的步態等等(如圖一)。本計畫的產出將會有許多超越前人方法的特點：譬如，它將會是適用於奈米級積體電路製造工藝的設計。此外，它將會具備高度的可擴展性，最終能以它為基礎來建構更高解析度的陣列雷達系統。另外，它也將會更省電，適合放入可攜式的電子產品中。

三年的計畫期間，我們將建立一個原型系統(如圖二)，這個原型系統能夠發出超寬頻的脈衝式無線電波，並偵搜環境反應，捕獲所監控物體的反彈訊號，進行後段的數位訊號處理。前端的感測器電路有兩個主要的性能指標我們必須達到高解析度 - 即 (1) 反彈訊號的抵達時間和(2)反彈訊號的來源方向。而後段的硬體加速器和軟體演算法則將能有效地分析這些檢測到的訊號，並將它們轉換為最後的人體生理資訊。另外，我們也將探索如何進行更先進的多目標照護監控 (譬如，監控一個房間內的一群老年人，即時偵測任何的呼吸困難、心臟病發作、或跌倒的事件)，我們將發展智慧型的演算法，以實現多目標識別（確定有幾個目標待監控）、定位（確定每個目標的位置）、自動追蹤不斷更新的每個目標的位置與路徑） 和解析度強化以解析目標重疊，或目標交錯的情形）等等功能，最終目的希望能夠達到提高國人生活安全以及患者身體狀況監控，在此計畫期間，參予人員可熟悉雷達感測電路與後段訊號處理方法，藉由分工合作，達到互相交流學習的效益，協助培養國內建立射頻電路設計的相關人才。

重點工作：

1. CMOS transceiver RF circuit
2. CMOS transceiver baseband circuit
3. 系統平台
4. 數位輔助演算法與感測訊號重建
5. 訊號偵測及處理