前言

雷达从诞生至今已有百年历史，在军用和民用领域得到了广泛应用。雷达的传统应用场景主要集中在军事和遥感领域，感知的对象以人造目标和自然环境为主。近20年来，雷达人体感知，即利用雷达监测人体活动、发现异常行为、感知生命体征等，成为雷达领域的新兴研究方向之一，受到了学术界和工业界越来越多的关注。与光学、声学、红外、激光相比，雷达具有一些独特优势，如不受光照、温度、湿度等环境因素的限制，不泄露用户人脸、语音等隐私，对衣服、被子有一定的穿透性，对运动极为敏感，可接受的价格等。这些优势使雷达在安防监视、人机交互、智慧家居、医疗健康等领域焕发出了新的生命力。近几年，装有雷达的高科技产品不断问世，给用户带来了全新的体验。2019年，谷歌（Google）推出了第一部装有雷达的智能手机Pixel 4，在手机的前置摄像头旁边装配了英飞凌（Infineon）公司生产的60GHz毫米波雷达芯片，给手机带来了一系列新功能，如利用雷达对抵近物体的检测实现了面部解锁功能的快速触发、利用雷达手势识别实现了音乐播放器和小游戏的隔空操控等。2020年，谷歌推出了装有雷达的温控设备Nest Thermostat，利用雷达实现了人体靠近自动检测和手势隔空操控。2021年，谷歌推出了装有雷达的智能音箱Nest Hub，2022年，亚马逊（Amazon）推出了装有雷达的智能闹钟Halo Rise。在这两款产品中，雷达对人的睡眠状态进行无接触式监测。2021年，长城汽车在车内部署了雷达，用于检测是否有儿童和宠物被遗留在车内后排座位。2022年，海尔推出了装有雷达的空调，利用雷达感应用户位置，从而实现了主动跟随用户送风功能。

从读博士到今天，我从事雷达研究已经有20多年了，有幸见证了雷达人体感知方法完善、技术突破、产品落地的整个过程。2014年，我们团队启动了雷达感知人体步态和手势研究。2016—2019年，我有幸获得国家自然科学基金委和英国皇家学会联合设立的中英人才基金的资助，与雷达领域著名学者、英国皇家工程院院士、电气与电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）会士、英国伦敦大学学院的休·格里菲斯（Hugh Griffiths）教授合作，开展了雷达人体感知系统设计、信号处理方法、科学试验等方面的研究。2017年，在美国西雅图举办的IEEE雷达会议（IEEE Radar Conference）上，我和雷达领域著名学者维克多·C.陈（Victor C.Chen）一起作了题为“Introduction to radar micro-doppler sensor and applications”的讲座报告。我主要报告了雷达人体感知的经典方法，并现场演示了我们团队研发的雷达手势识别原理样机，引起专家们的热烈讨论。在会场与雷达领域诸多学者和工程师的充分交流进一步加深了我对雷达人体感知技术的理解，提升了我对雷达人体感知应用的认识。2019—2024年，我们团队与上海市第六人民医院、首都医科大学附属北京儿童医院、首都医科大学附属北京世纪坛医院、北京大学第三医院、北京清华长庚医院等医院的医学专家开展了医工交叉合作研究，探索雷达在人体跌倒检测、呼吸模态测量、睡眠呼吸障碍诊断、慢性阻塞性肺病筛查等方向的应用，突破了一系列关键技术，获取了一批临床数据和真实世界数据。我们同时在国内外期刊、会议上发表了多篇论文，获得了多项发明专利授权，所研发的部分产品获批医疗器械注册证，应用于国内多家医院和康养机构。

回顾自己在雷达人体感知方向的研究历程，我萌生了撰写本书的念头，希望与同行分享自己的认识，与领域内更多学者、专家交流，开拓新思想。雷达人体感知的创新研究正在不断涌现，公开文献中还有很多与雷达人体感知相关的其他内容，如雷达估计呼吸率与心率、雷达监测血压、雷达评估帕金森病进展等。限于篇幅，本书未能全部包含上述内容。如果本书能对雷达工程、安防监视、人机交互、医疗健康等领域的科学家、工程师、高校教师、研究生、管理人员及相关从业人员有一些启发，我将感到荣幸之至。

感谢在雷达人体感知方向与我合作的学者，他们是英国伦敦大学学院的休·格里菲斯教授和马修·里奇（Matthew Ritchie）博士、北京理工大学的陶然教授、荷兰代尔夫特理工大学的弗朗西斯科·菲奥拉内利（Francesco Fioranelli）教授等。在愉快的合作过程中，与他们的交流讨论总是让我获益良多。感谢我团队从事雷达人体感知研究的博士后和研究生们，他们是王泽涛、张瑞、杨乐、陈兆希、张闻宇、张世猛、乔幸帅、王威、李睿等。他们勇于创新的精神和求真务实的作风是我团队取得科研成果的重要保障，他们也为本书的撰写做出了实质贡献。感谢国家自然科学基金中英人才基金、英国皇家学会-牛顿高级学者基金（The Royal Society-Newton Advanced Fellowship）、清华大学自主科研项目对我团队研究的资助。感谢英飞凌公司和Ancortek公司为我团队研究雷达人体感知提供的设备支持。感谢工信学术出版基金对本书出版的资助。感谢电子工业出版社张正梅等编辑辛勤的编校、排版工作。感谢家人对我的支持，撰写本书花费了我很多时间和精力，没有家人的支持，我很难如期写完本书。

限于本人的水平和经验，本书可能存在错误与不当之处，敬请读者提出宝贵意见和建议，我将诚恳接受并积极改进。

李　刚

2024年6月于清华园