基于車載分布式孔徑雷達的FOD檢測裝置的檢測方法及系統制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種基于車載分布式孔徑雷達的FOD檢測裝置的檢測方法及系統，此FOD檢測裝置包括運動小車和具有多個天線的雷達單元，所述運動小車的運動方向與機場跑道平行；多個天線間隔布置于運動小車上，用于向機場跑道發射檢測信號；多個天線形成一個稀疏大口徑天線，以合成主瓣波束寬度更窄的波束來提高目標回波的信噪比。此檢測方法包括步驟：1）獲取各個雷達天線接收到的目標回波信號；其中目標回波信號由多個雷達天線發射的FMCW脈沖信號返回得到；2）將多個目標回波信號合成主瓣波束寬度更窄的雷達波束；3）對雷達波束進行處理得到檢測結果。本發明專利技術具有弱小目標檢測能力強、計算量小等優點。算量小等優點。算量小等優點。

【技術實現步驟摘要】
基于車載分布式孔徑雷達的FOD檢測裝置的檢測方法及系統


[0001]本專利技術主要涉及機場跑道異物檢測
，具體涉及一種基于車載分布式孔徑雷達的FOD檢測裝置的檢測方法及系統。

技術介紹

[0002]機場跑道異物（FOD）指的是任何不屬于機場但出現在機場運作區域并可能對機場造成損失或者飛機造成損害的外來物品，如石塊，金屬器件，膠帶，報紙，樹葉等。這些異物雖然體積不大，但是對于機場的正常安全運行造成極大影響，甚至形成空難事件，如一小塊塑料布被吸入發動機會引起空中停車，一個小螺釘或金屬片甚至尖銳石子會扎上輪胎引起爆胎。
[0003]由于機場的運營環境復雜，對于跑道異物入侵的位置、時間等均難以估計，而且由于機組人員視野有限，對于微小異物造成的航空器損傷也是難以及時發現，這樣使得FOD對航空器的損傷巨大。據保守估計，每年全球因FOD造成的直接損失至少在30億
?
40億美元。FOD不僅會造成嚴重的直接損失，而且還會造成航班延誤、中斷起飛、關閉跑道等間接損失。據統計，間接損失至少為直接損失的4倍。
[0004]為了避免機場跑道異物檢測造成的嚴重損失，目前國內外采取的主要方法有：1、人工檢測：即采用相關人員對跑道進行定時巡檢，目前國內機場仍然遵照國際民航組織制定的規定進行人工檢查。按照國際民航組織（International Civil Aviation Organization,ICAO）的規定，每天需要至少全方位檢測跑道4次，在檢測期間，需要關閉跑道，這樣占用跑道時間，明顯降低了交通流量，影響航空運營公司的經濟；而且人眼容易受疲勞、盲區、燈光、天氣等的干擾產生漏撿，對于小的FOD目標很難發現，這樣會存在著重大的安全隱患。
[0005]2、視覺圖像檢測：采用攝像頭對場地進行拍照，并對照片進行分析。然而，由于圖像質量限制，其主要缺點主要在于受外界影響大，尤其是光線和氣候的影響，對于遠處小目標發現能力差，在惡劣氣候條件下無法正常工作。即基于視覺圖像檢測的方法對光線和氣候條件過于敏感，系統穩健性差，環境適應性差。
[0006]3、基于拋物面天線雷達系統：采用毫米波雷達體制和拋物面天線，該雷達能夠在成本約束的條件下實現相對較窄的雷達波束實現對監控區域的掃描檢測，是當前較為先進的技術。具體地，采用拋物面天線的相控陣雷達系統，通過機械轉動天線實現監測區域掃描，拋物面天線的工作流程如圖1所示，雷達產生需要發射的毫米波波形，經過功率放大器之后傳遞給拋物面天線，實現一個窄的空域波束對某個方向進行探測，接收到雷達回波波形后，與當前發射信號進行去斜處理，得到一個發射脈沖的基帶信號。雷達再發射下一個脈沖信號，共發射多組信號，對回波信號進行二維傅里葉變換，然后在距離
?
多普勒單元進行目標檢測。目標角度即為當前拋物面天線的指向角，完成對該方向探測后，轉臺控制系統驅動轉臺進行轉動，實現對下一個方向的目標探測，以此來實現對整個空域的探測。但是，由于無法形成極窄的波束，會顯著增加成本，需要極大的拋物面口徑，另外就是嚴重影響空域
的搜索能力。
[0007]即采用拋物面天線的相控陣毫米波雷達檢測系統，但是能夠發現目標的大小卻不太令人滿意，尤其是對于一些對FOD大小也即RCS值要求較為苛刻的場景，特別是軍用機場，當前要求能夠檢測到的目標RCS甚至達到了0.01m2，而當前系統很難滿足如此高的指標。
[0008]4、車載FOD探測：當前一般是直接移植塔架式或邊燈式實孔徑掃描FOD設備的工作方式，但是存在的主要問題有：4.1、如果要進行高分辨率成像，則要求盡可能窄的天線波束，因此需要設計和加工大孔徑毫米波天線，加工難度高，而且造成系統體積重量大，需要專車搭載；4.2、由于采用實孔徑掃描方式，車輛運動誤差對成像影響很大，造成場景不能完全覆蓋或地理配準難度加大，若裝備穩定云臺將進一步提高系統體積、重量和成本；同樣由于實孔徑掃描原理，對于雨雪天的雨滴、地面濺起的水花等等“閃爍”雜波抑制能力差，造成惡劣天氣情況下使用效能嚴重下降。

技術實現思路

[0009]本專利技術要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的問題，本專利技術提供一種弱小目標檢測能力強的基于車載分布式孔徑雷達的FOD檢測裝置的檢測方法及系統。
[0010]為解決上述技術問題，本專利技術提出的技術方案為：一種基于車載分布式孔徑雷達的FOD檢測裝置的檢測方法，此FOD檢測裝置包括運動小車和具有多個天線的雷達單元，所述運動小車的運動方向與機場跑道平行；多個天線間隔布置于運動小車上，用于向機場跑道發射檢測信號；多個天線形成一個稀疏大口徑天線，以合成主瓣波束寬度更窄的波束來提高目標回波的信噪比，此檢測方法包括步驟：1）獲取各個雷達天線接收到的目標回波信號；其中目標回波信號由多個雷達天線發射的FMCW脈沖信號返回得到；2）將多個目標回波信號合成主瓣波束寬度更窄的雷達波束；3）對雷達波束進行處理得到檢測結果；在步驟2）中，合成的雷達波束對準稀疏大口徑天線的法線方向。
[0011]作為上述技術方案的進一步改進：在步驟3）中，處理過程為：通過MTD濾波器對柵瓣處雜波在脈沖維或者時域進行抑制，進而采用空時濾波器實現對雜波抑制。
[0012]通過MTD濾波器對柵瓣處雜波在脈沖維或者時域進行抑制，進而采用空時濾波器實現對雜波抑制的具體過程為：假設各個天線的輸出分別表示為x1,x2,...x
N
，其中N為天線的總個數；波束合成權值為:W=[1,1...,1]H
其中上標H表示共軛轉置，也即波束合成加權向量為一個全1向量，得到的輸出為:y
m
=x1+x2...x
N
其中y
m
為第m個脈沖的波束合成輸出，m表示脈沖編號，其取值為大于1而小于M，M為一個CPI內的脈沖個數；根據天線的位置，計算得到稀疏大口徑天線當前合成波束指向法線時其柵瓣位
置，假設柵瓣位置為θ1,...θ
L
，根據當前車速的測量值，得到柵瓣處的雜波相對速度分別為v1,...v
L
，其中:V
l
=2vsinθ
l
/λ其中λ為波長，l取值范圍1到L,L為柵瓣處的雜波數量，基于以上信息，設計時域濾波器權值w
t
;則得到用于檢測的距離
?
多普勒矩陣為:Y=[y1,y2...y
M
]w
t
。
[0013]在通過距離
?
多普勒矩陣輸出距離維數據后，再通過一維CFAR處理而得到檢測結果。
[0014]多個所述天線均勻布置于所述運動小車的側面。
[0015]所述雷達單元為線性調頻連續波的毫米波雷達。
[0016]本專利技術進一步公開了一種檢測系統，用于執行如上所述的檢測方法，包括：第一模塊，用于獲取各個雷達天線接收到的目標回波信號；其中目標回波信號由多個雷達天線發射的FMCW脈沖信號返回得到；第二模塊，用于將多個目標回波信號合成主瓣波本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于車載分布式孔徑雷達的FOD檢測裝置的檢測方法，FOD檢測裝置包括運動小車（1）和具有多個天線（2）的雷達單元，所述運動小車（1）的運動方向與機場跑道（3）平行；多個天線（2）間隔布置于運動小車（1）上，用于向機場跑道（3）發射檢測信號；多個天線（2）形成一個稀疏大口徑天線，以合成主瓣波束寬度更窄的波束來提高目標回波的信噪比，其特征在于，檢測方法包括步驟：1）獲取各個雷達天線（2）接收到的目標回波信號；其中目標回波信號由多個雷達天線（2）發射的FMCW脈沖信號返回得到；2）將多個目標回波信號合成主瓣波束寬度更窄的雷達波束；3）對雷達波束進行處理得到檢測結果；在步驟2）中，合成的雷達波束對準稀疏大口徑天線的法線方向。2.根據權利要求1所述的檢測方法，其特征在于，在步驟3）中，處理過程為：通過MTD濾波器對柵瓣處雜波在脈沖維或者時域進行抑制，進而采用空時濾波器實現對雜波抑制。3.根據權利要求2所述的檢測方法，其特征在于，通過MTD濾波器對柵瓣處雜波在脈沖維或者時域進行抑制，進而采用空時濾波器實現對雜波抑制的具體過程為：假設各個天線（2）的輸出分別表示為x1,x2,...x
N
，其中N為天線（2）的總個數；波束合成權值為:W=[1,1...,1]
H
其中上標H表示共軛轉置，也即波束合成加權向量為一個全1向量，得到的輸出為:y
m
=x1+x2...x
N
其中y
m
為第m個脈沖的波束合成輸出，m表示...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張偉，王帥，韓明華，吳明智，
申請(專利權)人：湖南華諾星空電子技術有限公司，
類型：發明
國別省市：