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近三年来，毫米波雷达技术发展迅猛，已经从军用迅速走向民用，在智能汽车、安防监控、人体健康监测等领域得到了较为广泛应用。本书囊括了毫米波雷达信号处理技术的主要方面，包括雷达系统总体设计、脉冲压缩算法、多普勒处理、波束形成、目标检测以及跟踪算法。更进一步，本书还着重介绍基于毫米波雷达微多普勒信号的处理和应用，包括基于多普勒的物种分类、呼吸心跳信号分离、心跳精细分析、步态识别以及舱内活体检测等领域内的最新进展。

第 1 章 绪论 / 1 
1.1 引言 / 1 
1.2 雷达目标识别研究现状   / 2 
1.3 雷达目标微多普勒效应研究现状   / 4 
1.3.1 微多普勒信号分析及参数估计 / 4 
1.3.2 基于微多普勒特征的雷达目标分类识别 / 6 
1.3.3 基于微多普勒效应的人体步态识别  / 9 
1.3.4 基于微多普勒效应的呼吸心率监测与车内活体监测 / 11 
1.4 现有研究总结 / 12 
参考文献 / 13 
第 2 章 典型雷达目标微多普勒信号建模 / 16 
2.1 引言 / 16 
2.2 人体目标微多普勒信号建模 / 16 
2.2.1 人体运动时的四肢微动建模 / 16 
2.2.2 人体呼吸时的胸腔微动建模 / 25 
2.3 车辆目标微多普勒信号建模 / 30 
2.3.1 轮式车辆 /30 
2.3.2 履带式车辆 / 31 
2.3.3 车辆回波仿真 / 35 
2.3.4 车辆实测信号分析 / 37 
2.4 直升机目标微多普勒信号建模 / 40 
2.4.1 长驻留时间下直升机旋翼回波建模 / 40 
2.4.2 短驻留时间下直升机旋翼回波建模 / 44 
2.5 小结 / 45 
第3章 基于微多普勒效应的目标分类与参数估计 / 46 
3.1 引言 / 46 
3.2 空对地场景下的典型地面人车目标分类识别 / 47 
3.2.1 基于谱分析的无人机载雷达对典型地面车辆分类识别 / 47 
3.2.2 基于压缩感知的无人机载雷达对地面人车分类识别 / 77 
3.2.3 基于改进集合经验模态分解的无人机载雷达对地面人车分类识别 94 
3.2.4 基于深度卷积神经网络的无人机载雷达对地面人车智能分类 / 108 
3.3 地对地场景下的典型地面微动物种分类识别  / 124 
3.3.1 不同物种的实测数据分析 / 124 
3.3.2 微多普勒特征的选择与提取 / 126 
3.3.3 判别结果 / 127 
3.4 地对空场景下的直升机目标微动参数估计 / 131 
3.4.1 长驻留时间下直升机旋翼微多普勒特征提取与参数估计 / 131 
3.4.2 短驻留时间下直升机旋翼微多普勒特征提取与参数估计 / 136 
3.5 小结 / 150 
参考文献 / 150 

第 4 章 基于微多普勒效应的人体步态识别   / 153 
4.1 引言 / 153 
4.2 人体动作分类与身份识别  / 154 
4.2.1 动作分类 / 154 
4.2.2 身份识别 / 157 
4.2.3 动作分类与身份识别结果 / 160 
4.3 基于单一步态模式的单人步态识别   / 167 
4.3.1 引言 / 167 
4.3.2 步态数据集的构成 / 168 
4.3.3 数据的时频分析和预处理 / 169 
4.3.4 不同融合方法对识别结果的影响  / 172 
4.3.5 不同网络结构对识别结果的影响  / 172 
4.3.6 单通道与双通道网络结构的识别结果对比 / 173 
4.3.7 不同时频分析方法对识别结果的影响 / 175 
4.3.8 不同服饰对识别结果的影响 / 177 
4.4 基于多种步态模式的单人步态识别   / 177 
4.4.1 引言 / 177 
4.4.2 FMCW 雷达系统 / 178 
4.4.3 步态数据的采集和处理 / 181 
4.4.4 识别率分析 / 185 
4.4.5 人数规模对识别结果的影响 / 186 
4.4.6 扩展步态模式下的识别结果 / 186 
4.5 多人并行场景下的步态识别 / 188 
4.5.1 引言 / 188 
4.5.2 MIMO 雷达原理和雷达设备  / 188 
4.5.3 多散射点目标的生成 / 191 
4.5.4 DBSCAN 聚类算法和聚类中心的选取  / 193 
4.5.5 Kalman 滤波和轨迹跟踪 / 195 
4.5.6 微多普勒特征的提取 / 197 
4.5.7 多人识别结果与分析 / 198 
4.6 小结 / 200 
参考文献 / 202 

第 5 章 基于微多普勒效应的人体呼吸心率监测  / 203 
5.1 引言 / 203 
5.2 高精度心脏活动感知技术  / 204 
5.2.1 解码峰值检测算法 / 204 
5.2.2 雷达心跳信号分割 / 209 
5.3 算法验证 / 210 
5.3.1 可靠性分析 / 210 
5.3.2 数据采集 / 211 
5.3.3 准确性分析 / 213 
5.3.4 HRV 分析 / 216 
5.3.5 心脏时序分析 / 217 
5.4 小结 / 218 
参考文献 / 220 

第 6 章 基于微多普勒效应的车内活体检测   / 221 
6.1 引言 / 221 
6.2 后排活体检测算法研究及数据分析   / 221 
6.2.1 基于相位历程的杂波抑制方法 / 222 
6.2.2 静止活体目标检测 / 228 
6.2.3 基于 Z-score 特征的运动活体检测  / 232 
6.3 系统实现与测试  / 234 
6.3.1 系统流程设计 / 234 
6.3.2 遮挡检测 / 235 
6.3.3 检测结果置信 / 237 
6.3.4 工程实现与测试  / 238 
6.4 小结 / 242

雷达作为20世纪电子领域的一项重大发明，在民用上是用于洪水监测、资源清查和汽车自动驾驶的主要传感器，在军事上是获取陆、海、空、天战场全天候、全天时战略和战术情报的重要手段。传统雷达目标识别技术比较简单。
现代雷达所具有的强大探测能力可使接收到的回波信号包含丰富的目标信息，推动着雷达目标识别技术朝着精确化和智能化的方向发展。自然界中的许多物体在运动时，除了平动，还有振动、摆动、旋转等微运动，并在多普勒频率周围产生调制，这种现象就是微多普勒效应。作为目标的独特特征，微多普勒效应可以作为目标识别和区分真假目标的依据。相比基于光学成像和合成孔径成像的传统目标识别方法，基于微多普勒特征的目标识别方法具有计算量小、识别速度快等特点，具有广阔的应用前景，不仅可以应用于交通巡查、智能家居、健康监测等民用领域，还可以应用于侦察定位、伪装甄别、精确打击等军事领域。作为具有发展潜力的技术之一，基于微多普勒特征的目标识别技术尚处于探索阶段，还有大量的理论和技术问题需要深入研究，亟待拓展雷达微动目标探测场景、明确典型雷达目标微动耦合机理、探索典型雷达目标微动参数精确估计方法和智能化识别手段。
本书体现南京航空航天大学近年来在雷达目标微多普勒效应领域取得的一些研究成果，着重介绍了团队在基于微多普勒效应的典型地空目标识别、呼吸心率监测、车内活体检测等方面的最新研究成果。内容涵盖在不同场景下的典型地空目标回波信号模型、不同目标的微多普勒耦合特性、具有高区分度的微多普勒特征快速提取、典型地空目标智能分类、人体步态精确识别、呼吸心率自适应监测、汽车后排活体检测等。本书内容既包含相对抽象的数学解析模型，也包含详细的理论分析和数值计算仿真，以及具体的外场试验与工程实现，对从事雷达目标微多普勒效应研究的硕士、博士研究生及工程技术人员均具有一定的参考价值，既可以为典型雷达目标微多普勒信号模型构建、微多普勒特征提取与识别、人体呼吸心率监测、车内活体检测等领域的研究人员提供理论 和分析借鉴，也可以作为雷达微多普勒效应领域研究人员的技术参考书籍。 
全书共6章：第1章介绍了雷达目标识别和雷达目标微多普勒效应研究现状；第2章针对人体、车辆和直升机目标，开展了典型雷达目标回波信号模型构建与微多普勒特性分析研究；第3章介绍了空对地场景下的无人机载雷达对典型地面人车目标识别方法、地对地场景下基于微多普勒效应的不同地面物种分类手段、地对空场景下的直升机目标微动参数精确估计方法；第4章针对人体目标，开展了基于微多普勒效应的人体动作分类与身份识别研究，介绍了单人单一步态模式、单人多种步态模式和多人并行场景下的人体步态识别方法；第5章介绍了基于微多普勒效应的人体呼吸心率监测手段，包括心脏活动感知技术和算法验证结果；第6章介绍了基于微多普勒效应的车内活体检测方法，包括后排活体检测算法与数据分析、工程系统实现与测试等内容。 
本书第1章由夏伟杰、朱凌智执笔，第2章由朱凌智执笔，第3章由朱凌智、郭栋财执笔，第4章由夏伟杰、李毅执笔，第5章由李毅、郭栋财执笔，第6章由夏伟杰、郭栋财执笔。特别感谢博士研究生屈操和硕士研究生黄琳琳、董诗琦、黄壮、曹晨等为本书作出的贡献。 
特别感谢电子信息工程学院、雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室对本书的资助。 
本书是作者及其研究团队在雷达微多普勒效应领域理论探索和应用实践成果的总结，对揭示典型雷达目标的微多普勒调制机理、探索基于微多普勒效应的雷达目标识别应用、开展不同目标的微多普勒检测与识别试验均具有参考价值。由于雷达目标微多普勒效应是当前雷达领域的研究热点，各种新模型、新理论、新方法不断涌现，加之作者水平有限，书中难免存在疏漏之处，敬请读者批评指正。

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典型雷达目标微多普勒效应分析与分类识别技术