前言

雷達從誕生至今已有百年歷史，在軍用和民用領域得到了廣泛應用。雷達的傳統應用場景主要集中在軍事和遙感領域，感知的對象以人造目標和自然環境為主。近20年來，雷達人體感知，即利用雷達監測人體活動、發現異常行為、感知生命體征等，成為雷達領域的新興研究方向之一，受到了學術界和工業界越來越多的關注。與光學、聲學、紅外、激光相比，雷達具有一些獨特優勢，如不受光照、溫度、濕度等環境因素的限制，不泄露用戶人臉、語音等隱私，對衣服、被子有一定的穿透性，對運動極為敏感，可接受的價格等。這些優勢使雷達在安防監視、人機交互、智慧家居、醫療健康等領域煥發出了新的生命力。近幾年，裝有雷達的高科技產品不斷問世，給用戶帶來了全新的體驗。2019年，谷歌（Google）推出了第一部裝有雷達的智能手機Pixel 4，在手機的前置攝像頭旁邊裝配了英飛凌（Infineon）公司生產的60GHz毫米波雷達芯片，給手機帶來了一系列新功能，如利用雷達對抵近物體的檢測實現了面部解鎖功能的快速觸發、利用雷達手勢識別實現了音樂播放器和小游戲的隔空操控等。2020年，谷歌推出了裝有雷達的溫控設備Nest Thermostat，利用雷達實現了人體靠近自動檢測和手勢隔空操控。2021年，谷歌推出了裝有雷達的智能音箱Nest Hub，2022年，亞馬遜（Amazon）推出了裝有雷達的智能鬧鐘Halo Rise。在這兩款產品中，雷達對人的睡眠狀態進行無接觸式監測。2021年，長城汽車在車內部署了雷達，用于檢測是否有兒童和寵物被遺留在車內后排座位。2022年，海爾推出了裝有雷達的空調，利用雷達感應用戶位置，從而實現了主動跟隨用戶送風功能。

從讀博士到今天，我從事雷達研究已經有20多年了，有幸見證了雷達人體感知方法完善、技術突破、產品落地的整個過程。2014年，我們團隊啟動了雷達感知人體步態和手勢研究。2016—2019年，我有幸獲得國家自然科學基金委和英國皇家學會聯合設立的中英人才基金的資助，與雷達領域著名學者、英國皇家工程院院士、電氣與電子工程師協會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）會士、英國倫敦大學學院的休·格里菲斯（Hugh Griffiths）教授合作，開展了雷達人體感知系統設計、信號處理方法、科學試驗等方面的研究。2017年，在美國西雅圖舉辦的IEEE雷達會議（IEEE Radar Conference）上，我和雷達領域著名學者維克多·C.陳（Victor C.Chen）一起作了題為“Introduction to radar micro-doppler sensor and applications”的講座報告。我主要報告了雷達人體感知的經典方法，并現場演示了我們團隊研發的雷達手勢識別原理樣機，引起專家們的熱烈討論。在會場與雷達領域諸多學者和工程師的充分交流進一步加深了我對雷達人體感知技術的理解，提升了我對雷達人體感知應用的認識。2019—2024年，我們團隊與上海市第六人民醫院、首都醫科大學附屬北京兒童醫院、首都醫科大學附屬北京世紀壇醫院、北京大學第三醫院、北京清華長庚醫院等醫院的醫學專家開展了醫工交叉合作研究，探索雷達在人體跌倒檢測、呼吸模態測量、睡眠呼吸障礙診斷、慢性阻塞性肺病篩查等方向的應用，突破了一系列關鍵技術，獲取了一批臨床數據和真實世界數據。我們同時在國內外期刊、會議上發表了多篇論文，獲得了多項發明專利授權，所研發的部分產品獲批醫療器械注冊證，應用于國內多家醫院和康養機構。

回顧自己在雷達人體感知方向的研究歷程，我萌生了撰寫本書的念頭，希望與同行分享自己的認識，與領域內更多學者、專家交流，開拓新思想。雷達人體感知的創新研究正在不斷涌現，公開文獻中還有很多與雷達人體感知相關的其他內容，如雷達估計呼吸率與心率、雷達監測血壓、雷達評估帕金森病進展等。限于篇幅，本書未能全部包含上述內容。如果本書能對雷達工程、安防監視、人機交互、醫療健康等領域的科學家、工程師、高校教師、研究生、管理人員及相關從業人員有一些啟發，我將感到榮幸之至。

感謝在雷達人體感知方向與我合作的學者，他們是英國倫敦大學學院的休·格里菲斯教授和馬修·里奇（Matthew Ritchie）博士、北京理工大學的陶然教授、荷蘭代爾夫特理工大學的弗朗西斯科·菲奧拉內利（Francesco Fioranelli）教授等。在愉快的合作過程中，與他們的交流討論總是讓我獲益良多。感謝我團隊從事雷達人體感知研究的博士后和研究生們，他們是王澤濤、張瑞、楊樂、陳兆希、張聞宇、張世猛、喬幸帥、王威、李睿等。他們勇于創新的精神和求真務實的作風是我團隊取得科研成果的重要保障，他們也為本書的撰寫做出了實質貢獻。感謝國家自然科學基金中英人才基金、英國皇家學會-牛頓高級學者基金（The Royal Society-Newton Advanced Fellowship）、清華大學自主科研項目對我團隊研究的資助。感謝英飛凌公司和Ancortek公司為我團隊研究雷達人體感知提供的設備支持。感謝工信學術出版基金對本書出版的資助。感謝電子工業出版社張正梅等編輯辛勤的編校、排版工作。感謝家人對我的支持，撰寫本書花費了我很多時間和精力，沒有家人的支持，我很難如期寫完本書。

限于本人的水平和經驗，本書可能存在錯誤與不當之處，敬請讀者提出寶貴意見和建議，我將誠懇接受并積極改進。

李　剛

2024年6月于清華園