Monitoring of the heart movements using a FMCW radar and correlation with an ECG

Monitoring the heart activity is an important task to prevent and diagnose cardiovascular diseases. An electrocardio-gram (ECG) is the gold standard for such task. It monitors the heart electrical activity, and while the later is highly correlated to the cardiac mechanical activity, it does not provide all the information. Other sensors such as echo-cardiograph allow to monitor the heart movements, but such tools are hard to operate and expensive. Therefore, contact-less monitoring of the heart using RF sensing has gained interest over the past years. In this paper, we provide a process to extract the movement of the heart with a high accuracy from a millimeter wave radar, i.e. we describe a non invasive and affordable way to monitor cardiac movements. We then demonstrate the correlation between the observed movements and the ECG. Furthermore, we propose an algorithm to synchronize the ECG signal and the processed signal from the radar sensor. The results we obtained provide insights on the mechanical activity of the heart, which could assist cardiologists in their diagnosisComment: 10 pages, 19 figure

Ultra-Wideband Microwave Imaging of Heterogeneities

International audienceThe technique of time-reversal acoustics was applied to image a bottle filled with saline, using an eight element Vivaldi antenna array with frequency bandwidth 2 to 8 GHz. At these short length scales, a smooth three-dimensional image of the bottle was obtained, with the usual limitations imposed by limited offset and frequency. Time snapshots of the wavefield evolution in reversed time are presented for two real data sets. The first, shows the focusing for the single target of the bottle, while the second demonstrates the principle for two targets

Radiofrequency conical emission from femtosecond filaments in air

International audienceWe show that the broadband conical emission associated with filaments in air extends down to the radiofrequency region. This rf emission which originates from the longitudinal oscillation of charged ions formed during filamentation is strongly enhanced by the presence of a longitudinal static electric field

Développement d'un système d'imagerie microonde multistatique ultra large bande (application à la détection d'objets en régime temporel et fréquentiel)

Une des techniques pour obtenir des images de structures hétérogènes ou d'objets enfouis dans un milieu (sol, murs, ...) repose sur la mesure du champ électromagnétique diffracté par les inhomo-généités lorsqu'elles sont soumises à une illumination incidente. Cela nécessite la mise en oeuvre d'un système d'acquisition microonde doté d'un réseau de capteurs linéaire ou plan. Ses critères de conception sont dictés par les algorithmes d'imagerie qui nécessitent le plus souvent des données multifréquences acquises sur une large fenêtre d'observation. Ce travail de thèse repose sur la caractérisation, le calibrage et la validation expérimentale d'un prototype d'imageur multistatique ultra large bande. Un descriptif des systèmes actuels d'imagerie microonde a permis tout d'abord de valider les critères retenus pour le cahier des charges initial et de décrire les considérations associées à un problème de détection subsurface. Le Système d'Imagerie Microonde à Impulsions Synthétiques (SIMIS), dévelopé au LEAT, est caractérisé par ses performances théoriques, et une attention particulière a porté sur l'optimisation de la dynamique de détection. Afin de corriger les erreurs systématiques, le calibrage du radar est accompli sur chaque module successivement, puis, plusieurs études portant sur les erreurs de dérive et les erreurs aléatoires sont proposées. Le système est ensuite utilisé en chambre anéchoïque pour la détection de cibles canoniques (un cylindre métallique et un parallélépipède diélectrique) dans une configuration 2D-TM. La détection des deux objets est confirmée par l'observation d'hyperboles de diffraction sur des images apparentées B-scan. Une modification du système est effectuée et validée afin de réduire le couplage inter-antennes au sein du réseau de transducteurs. Cela permet, le cas échéant, de détecter les cibles à partir de la seule mesure du champ total. Les premiers résultats en imagerie qualitative sont obtenus par la technique du miroir à retournement temporel. Dans le domaine fréquentiel, l'utilisation de la méthode DORT (Décomposition de l'Opérateur de Retournement Temporel) a permis également de détecter les cibles lorsque la longueur d'onde est comparable à leur dimension transverse.A technique to produce images from heterogeneous structures or objects buried in a medium such as ground or walls relies on the measurement of diffracted field from inhomogeneities under incident electromagnetic illumination. It requires the operation of a microwave acquisition system with a linear or planar sensor array. Its conception criteria are dictated by imaging algorithms which need, most of the time, multifrequency datas upon large observation window. This thesis work lies in the characterization, calibration and the experimental validation of an ultra wideband multistatic imaging prototype. A description of current microwave imaging systems has firstly fulfilled the initial objectives upon chosen criteria and has presented considerations regarding subsurface detection problem. Then the SIMIS (french acronym of Synthetic Impulse Microwave Imaging System), developped in LEAT, is characterized by its theoretical performances, with a specific attention towards dynamic range optimization. In order to correct systematic errors, the radar calibration is achieved on each module successively. Several studies on drift and random errors are also proposed. Next, the system is operated in anechoid chamber to detect canonical targets a metallic cylinder and a dielectric parallelepiped in a 2D-TM configuration. Presence of these two targets is confirmed from the observation of diffraction hyperbolae on B-scan images. A modification of the system is conducted and validated to reduce coupling in the array between antennas. Therefore, if needed, detection is achieved only with the total field measurement. First results in qualitative imaging are obtained by the time reversal mirror technique. In frequency domain, the D.O.R.T. method (Decomposition of the Time Reversal Operator) performs detection of targets when the wavelength is comparable to their tranversal dimension.NICE-BU Sciences (060882101) / SudocSudocFranceF

Modélisation et conception de nouvelles cellules élémentaires et sources primaires pour réseaux réflecteurs en bande millimétrique

NICE-BU Sciences (060882101) / SudocSudocFranceF

Antenne ETSA "Exponential Tapered Slot Antenna" miniature pour radar à pénétration de surface

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Overview of UWB Antennas

International audienceThis chapter is devoted to the presentation of the various antennas that present ultra wide band impedance matching, and some techniques to improve their performances. In order to better understand their behavior, these structures are classified by categories presenting each precise specificity. The chapter presents the frequency independent antennas, which present the property of being dimensioned identically at all the frequencies. Their design is studied in order to enable them to preserve constant performances on several octaves. The chapter describes some flared shape elementary antennas with wide band characteristics. These evolutions of simple dipoles use the property according to which their bandwidth is related to their thickness. Thus ultra wide band (UWB) antennas with dipole‐like radiation pattern can be obtained. The chapter also discusses the antennas with progressive transition and the horn antennas

Étude d'un système d'imagerie microonde multistatique-multifréquence pour la reconstruction d'objets enfouis

Ce travail de thèse porte sur l'utilisation du rayonnement électromagnétique pour la détection et la reconstruction d'objets ou de structures hétérogènes enfouis ou enterrés dans des milieux optiquement opaques. Un processus d'imagerie microonde se décompose en deux phases : l'acquisition des champs diffractés et l'inversion numérique de ces mesures par des algorithmes de reconstruction. Ce travail porte principalement sur le premier aspect, à savoir la mise au point d'un prototype d'imageur microonde ultra large bande (ULB) et multistatique pour éviter un déplacement mécanique ou manuel des antennes et ainsi permettre une acquisition rapide du champ diffracté sur la ligne de mesure. Les antennes ULB du système d'imagerie ont été optimisées pour des applications militaires et humanitaires (détection des mines antipersonnel), génie civil (épaisseur des chaussées, auscultation des ouvrages d'art en maçonnerie), géophysiques et archéologiques. Des résultats expérimentaux sur sites test sont présentés. Toutefois, le deuxième aspect est également abordé par l'intermédiaire du développement d'un code de modélisation 3D du problème d'interaction ondes électromagnétiques-matières résolu par une méthode de différences finies harmoniques qui permettra d'étendre au cas tridimensionnel les algorithmes d'imagerie existant au laboratoire afin de prendre en compte la polarisation de l'onde émise et de traiter des modèles plus réalistes.NICE-BU Sciences (060882101) / SudocSudocFranceF

Embedded dielectric resonator antenna for bandwidth enhancement

International audienceA new embedded structure with an annular ring and a cylindrical dielectric resonator excited by means of a coaxial probe has been realised and investigated experimentally to obtain a large bandwidth enhancement. The return loss, radiation patterns, and antenna gain of this configuration are presented. The capability of such an antenna, with a low profile (a/h = 6) and 10 dB impedance bandwidths of 32 and 38%, is demonstrated

Microwave diffraction tomography algorithm for buried objects with arbitrary space and time near-field illumination

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