IR-UWB radar has been regarded as the most promising technology for non-contact respiration and heartbeat monitoring because of its ability of detecting slight motion even in submillimeter range. Measuring heart rate is most challenging since the chest movement by heartbeat is quite subtle and easily interfered with by a random body motion or background noise. Additionally, periodic sampling can be limited by the performance of computer that handles the radar signals. In this paper, we deploy Lomb-Scargle periodogram method that estimates heart rate even with irregularly sampled data and uneven signal amplitude. Lomb-Scargle periodogram is known as a method for finding periodicity in irregularly-sampled and noisy data set. We also implement a motion detection scheme in order to make the heart rate estimation pause when a random motion is detected. Our scheme is implemented using Novelda's X4M03 radar development kit and its corresponding drivers and Python packages. Experimental results show that the estimation with Lomb-Scargle periodogram yield more accurate heart rate than the method of measuring peak-to-peak distance.
Standard methods estimating the power spectral density(PSD) from an irregularly sampled cardiac event series require deriving a new evenly-spaced signal applicable to those methods. To avoid that requirement, in this study, the power spectrum of heart rate variability was estimated by Lomb-Scargle's algorithm, which is a means of obtaining PSD estimates directly from irregularly sampled timeseries observed in astronomy. To assess the performance of Lomb-Scargle algorithm in the power spectral analysis of heart rate variability, it was applied to various cardiac event series derived through integral pulse frequency modulation model(IPFM) simulation and from real ECG signals, and the resultant power spectra was compared with those obtained by a conventional method based on the FFT. In result, it is concluded that Lomb-Scargle's periodogram is very effective in the power spectral analysis of heart rate variability, especially in the presence of arrhythmia and/or dropouts of cardiac events.
Lee, Yong-Hee;Lee, Jeong-Eun;Johnstone, Doug;Herczeg, Gregory J.;Mairs, Steve
천문학회보
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제44권1호
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pp.43.1-43.1
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2019
We perform the Lomb-Scargle Periodogram analysis to protostars identified by the JCMT Transient Survey, which monitors 8 nearby star forming regions. The observations have been done monthly for over 3 years using SCUBA-2 (the Submillimetre Common User Bolometer Array 2) in two wavelengths, 450 and $850{\mu}m$. Under the threshold of 1% False Alarm Probability, we found 16 variable sources including EC53, which is the first variable protostar detected by the JCMT Transient Survey. Most of the variable sources are cataloged as protostars (classified via the Spitzer data, Megeath et al. 2012; Dunham et al. 2015), but SerpS-MM19, which has a clear 1-year period, is a candidate of a first hydrostatic core (Maury et al. 2011; Young et al. 2018).
Here, we investigated the observed sunspot areas with respect to latitudes using the Hilbert transform technique. Conventional study of the cyclic patterns of sunspots is based on the Lomb-Scargle periodogram, which only obtains the amplitude information. In comparison, our approach characterizes the amplitude as well as the phase of solar activity. We demonstrated the solar North-South asymmetry in the instantaneous amplitude by analyzing daily sunspot data set spanning from the solar cycles 11 to 24. Our findings confirm that the northern hemisphere is dominant in the solar cycles 14, 15, 16, 18, and 20. Unlike the amplitude, the North-South asymmetry in the period of solar activity could not be established. We have also found that the standard deviation as a measure of fluctuation in the phase derivative is minimum in the latitude band 10° < l < 20°, and the fluctuations obtained for latitudes above 30° are considerable.
Kim, Yeon-Han;Cho, Il-Hyun;Bong, Su-Chan;Cho, Kyung-Suk;Yang, Heesu;Park, Young-Deuk
천문학회보
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제38권2호
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pp.92.1-92.1
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2013
In this study, we examined chromospheric oscillation signatures in two solar active regions, a limb active region and a sunspot with a light bridge, observed by the Fast Imaging Solar Spectrograph (FISS) of the 1.6m New Solar Telescope (NST) at Big Bear Solar Observatory. The FISS is a slit spectrograph with a fast imaging capability and can observe the solar chromosphere in $H{\alpha}$ and Ca II $8542{\AA}$ bands simultaneously with high spectral resolutions. After dark and flat correction, we compensated for image rotation at the Coude focus and made image alignment. We estimated Doppler shifts over active regions using the bisector method and investigated the temporal and spatial fluctuations of Doppler shifts for some selected cases. And we obtain the power map by using the Lomb-Scargle periodogram technique to examine the oscillation power at different features. Finally, we will discuss our results and implications.
Park, Yoon-Kyung;Kwak, Young-Sil;Ahn, Byung-Ho;Park, Young-Deuk;Cho, Il-Hyun
Journal of Astronomy and Space Sciences
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제27권4호
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pp.319-327
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2010
We examine the ionospheric F2-layer electron density variation by solar activity in middle latitude by using foF2 observed at the Kokubunji ionosonde station in Japan for the period from 1997 to 2008. The semi-annual variation of foF2 shows obviously in high solar activity (2000-2002) than low solar activity (2006-2008). It seems that variation of geomagnetic activity by solar activity influences on the semi-annual variation of the ionospheric F2-layer electron density. According to the Lomb-Scargle periodogram analysis of foF2 and Ap index, interplanetary magnetic field (IMF) Bs (IMF Bz <0) component, solar wind speed, solar wind number density and flow pressure which influence the geomagnetic activity, we examine how the geomagnetic activity affects the ionospheric F2-layer electron density variation. We find that the semi-annual variation of daily foF2, Ap index and IMF Bs appear clearly during the high solar activity. It suggests that the semi-annual variation of geomagnetic activity, caused by Russell-McPherron effect, contributes greatly to the ionospheric F2-layer semi-annual electron density variation, except dynamical effects in the thermosphere.
The sidereal day of a Global Positioning System (GPS) satellite was intended to equal one half of a sidereal day of the Earth. However, the sidereal day of GPS satellites has become unequal to one half of a sidereal day of the Earth. This is fundamentally caused by the non-sphericity of the Earth and the gravity of the Moon. The difference between sidereal days of GPS satellites and the Earth is known as a sidereal shift. The details surrounding sidereal shifts and their origins have yet to be fully understood. We calculated the periodicity of sidereal shifts for GPS satellites using broadcast ephemeris data. To conduct a periodic analysis of the sidereal shift, we employ the Lomb-Scargle periodogram method. It shows that the orbit periods of GPS satellites have small-amplitude perturbations with a 13.6-day period. In addition, we compare the GPS satellite orbit periods with the periodicity of geomagnetic indices and the solar wind parameters to identify the cause of the perturbations. Our results suggest that the solar wind stream might also affect the 13.6-day period of the sidereal shifts.
We have been conducting a exoplanet search survey using Bohyunsan Observatory Echelle Spectrograph (BOES) for the last 18 years. We present the detection of exoplanet candidate in orbit around HD 18438 from high-precision radial velocity (RV) mesurements. The target was already reported in 2018 (Bang et al. 2018). They conclude that the RV variations with a period of 719 days are likely to be caused by the pulsations because the Lomb-Scargle periodogram of HIPPARCOS photometric and Hα EW variations for HD 18438 show peaks with periods close to that of RV variations and there were no correlations between bisectors and RV measurements. However, the data were not sufficient to reach a firm conclusion. We obtained more RV data for four years. The longer time baseline yields a more accurate determination with a revised period of 803 ± 5 days and the planetary origin of RV variations with a minimum planetary companion mass of 21 ± 1 MJup. Our current estimate of the stellar parameters for HD 18438 makes it currently the largest star with a planetary companion.
We present preliminary results of the photometric variability analysis in SDSS r, i and z bands for a newly confirmed FU Orionis-type object, HBC 722. We observed HBC 722 from 2011 April to 2012 November, with Camera for Quasars in Early uNiverse (CQUEAN) attached to the 2.1m Otto Struve telescope at McDonald Observatory, USA. The rapid cadence monitoring observations (minute timescale) were conducted in chosen photometric nights during observation campaigns to get adequate number of samples for short term period analysis. As this object is in active state, temperature at the inner disk/stellar surface can be characterized by the colors between r, i and z bands. Also, It is theorized that a sudden cataclysmic accretion associated with FU Orionis-type outburst can give rise to detectable "hot spots" on the central star and rotational asymmetries in the disk instability region. Thus the periodic variabilities of three bands would trace the stellar rotation or Keplerian rotation at the instability region of the inner accretion disk. Additionally, the range of instabilities could be estimated on the assumption of a temperature distribution for the HBC 722 disk. This analysis can provide a clue for understanding enhanced disk accretion of Class II young stellar object.
Detecting exoplanets around giant stars sheds light on the later-stage evolution of planetary systems. We observed the M giant HD 18438 and the K giant HD 158996 as part of a Search for Exoplanets around Northern circumpolar Stars (SENS) and obtained 38 and 24 spectra from 2010 to 2017 using the high-resolution Bohyunsan Observatory Echelle Spectrograph (BOES) at the 1.8m telescope of Bohyunsan Optical Astronomy Observatory in Korea. We obtained precise RV measurements from the spectra and found long-period radial velocity (RV) variations with period 719.0 days for HD 18438 and 820.2 days for HD 158996. We checked the chromospheric activities using Ca $\text\tiny{II}$ H and $H{\alpha}$ lines, HIPPARCOS photometry and line bisectors to identify the origin of the observed RV variations. In the case of HD 18438, we conclude that the observed RV variations with period 719.0 days are likely to be caused by the pulsations because the periods of HIPPARCOS photometric and $H{\alpha}$ EW variations for HD 18438 are similar to that of RV variations in Lomb-Scargle periodogram, and there are no correlations between bisectors and RV measurements. In the case of HD 158996, on the other hand, we did not find any similarity in the respective periodograms nor any correlation between RV variations and line bisector variations. In addition, the probability that the real rotational period can be as longer than the RV period for HD 158996 is only about 4.3%. Thus we conclude that observed RV variations with a period of 820.2 days of HD 158996 are caused by a planetary companion, which has the minimum mass of 14.0 $M_{Jup}$, the semi-major axis of 2.1 AU, and eccentricity of 0.13 assuming the stellar mass of $1.8 M_{\odot}$. HD 158996 is so far one of the brightest and largest stars to harbor an exoplanet candidate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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