机场跑道异物检测方法及检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种机场跑道异物检测方法及系统，利用雷达持续发射信号，并将雷达发射的信号照射至机场跑道的扫描区域；接收机场跑道因雷达的发射信号所反射回来的信号，得到回波信号；将得到的所述回波信号与雷达的发射信号进行混频处理，得到混频后的中频信号；对得到的中频信号进行距离向傅里叶变换，并对变换后的信号进行距离频域误差补偿，得到对应的距离频域信号；针对得到的距离频域信号进行方位向傅里叶变换，并利用合成孔径雷达原理，将处理后的信号进行方位向匹配滤波和反变换处理，得到对应的雷达图像；根据得到的雷达图像，识别机场跑道是否存在异物；提高了FOD探测系统对跑道微弱目标的探测能力。

Airport runway foreign body detection method and detection system

The invention discloses an airport runway foreign body detection method and system, which continuously transmits signals by radar and illuminates the signals transmitted by radar to the scanning area of the airport runway; receives the echo signals from the signals reflected by radar in the receiver runway, and mixes the obtained echo signals with the radar transmitting signals to obtain the mixing signals. Intermediate frequency signal; Range Fourier transform is applied to the obtained intermediate frequency signal, and range-frequency error compensation is applied to the transformed signal to obtain the corresponding range-frequency signal; azimuth Fourier transform is applied to the obtained range-frequency signal, and azimuth matched filter and inverse transform are applied to the processed signal according to the principle of synthetic aperture radar to obtain the corresponding azimuth matched filter and inverse transform. According to the obtained radar image, it can identify whether there are foreign bodies on the airport runway, and improve the detection ability of FOD detection system for weak targets on the runway.

【技术实现步骤摘要】
机场跑道异物检测方法及检测系统
本专利技术涉及雷达检测领域，特别涉及一种基于SAR成像技术的机场跑道异物检测方法及检测系统。
技术介绍
机场跑道异物检测(ForeignObjectDebris，FOD)指的是对机场外来物进行检测；其中，机场外来物可以理解为：在跑道、滑行道、停机坪地面上可能会损伤航空器、设备或者威胁机场工作人员和乘客生命安全的外来物体。因此，针对繁忙的民用机场，FOD实时监测的需求十分迫切。现有的FOD实时监测的方法主要是利用雷达探测或者是视频探测，但单纯的雷达探测以及视频探测均存在一定缺陷，不能满足基本的FOD监测需求。根据民航FAA标准，要求最小检测物体RCS为-28dBsm，因此雷达探测存在容易遗漏反射率低的物体，而且地表杂波也容易造成虚警。现有的FOD雷达都是利用回波信号和发射信号进行混频得到差频信号，通过FFT变化实现脉冲压缩，这种方法只是利用了单次目标的回波信号进行目标探测，因此容易造成弱目标的丢失。视频探测的优势在于技术比较成熟，成本相对较低，对和跑道外貌差异较大的物体有很好的探测能力；但视频探测主要的问题在于跑道外观细节的复杂性和FOD物体的多样性，因此基于目标外表的变化进行探测的方法，容易出现虚警；同时光学仪器本身还容易受到气候、光照环境的影响。因此，如何有效提高FOD探测系统对机场跑道微弱目标的探测能力成为目前亟待解决的问题之一。
技术实现思路
本专利技术提供一种机场跑道异物检测方法及系统，用以将SAR技术应用到FOD检测系统中，通过相干处理得到跑道场景的高分辨率图像，提高FOD探测系统对跑道微弱目标的探测能力。本专利技术提供了一种机场跑道异物检测方法，所述方法包括：利用雷达持续发射信号，并将雷达发射的信号照射至机场跑道的扫描区域；接收机场跑道因雷达的发射信号所反射回来的信号，得到回波信号；将得到的所述回波信号与雷达的发射信号进行混频处理，得到混频后的中频信号；对得到的中频信号进行距离向傅里叶变换，并对变换后的信号进行距离频域误差补偿，得到对应的距离频域信号；针对得到的距离频域信号进行方位向傅里叶变换，并利用合成孔径雷达原理，将处理后的信号进行方位向匹配滤波和反变换处理，得到对应的雷达图像；根据得到的雷达图像，识别机场跑道是否存在异物。可选地，所述根据得到的雷达图像，识别机场跑道是否存在异物，包括：分析得到的所述雷达图像，判断所述雷达图像中是否存在异物；若存在异物，则获取异物的位置信息，同时将获取的异物位置信息发送至监控终端并报警。可选地，所述利用雷达持续发射信号，并将雷达发射的信号照射至机场跑道的扫描区域，包括：利用固定在车载平台顶端的雷达，以正侧视条带模式持续发射调频连续波信号ST(t)：其中，f0为载频、Tp为调制周期、为调频率、B为发射信号带宽；将雷达发射的所述连续波信号ST(t)照射至机场跑道的扫描区域；其中，承载所述雷达的车载平台安装在载体车上，所述载体车在机场跑道一侧以均匀的速度V0行驶。可选地，所述对得到的中频信号进行距离向傅里叶变换，并对变换后的信号进行距离频域误差补偿，得到对应的距离频域信号，包括：对得到的中频信号SIF(t)进行傅里叶变换，得到距离频域fr和方位时域ts的信号S(fr,ts)；在距离频域进行去调频误差补偿，乘以补偿因子Sr(fr)，得到补偿后的S(fr,ts)信号；其中，所述补偿因子Sr(fr)为：可选地，所述针对得到的距离频域信号进行方位向傅里叶变换，并利用合成孔径雷达原理，将处理后的信号进行方位向匹配滤波和反变换处理，得到对应的雷达图像，包括：对经过补偿后得到的S(fr,ts)信号进行方位向傅里叶变换，得到距离频域-多普勒频域信号S(fr,fa)；根据合成孔径雷达原理，利用匹配滤波器Ha对S(fr,fa)信号进行匹配滤波压缩处理；将滤波处理后的信号变换至方位向时域，得到最终的二维压缩雷达图像S(fr,ts)；其中，所述匹配滤波器Ha的表达式为：其中，R0为雷达和目标的最小距离。对应于上述实施例提供的一种机场跑道异物检测方法，本专利技术实施例还提供了一种机场跑道异物检测系统，所述系统包括：信号发射模块，用于利用雷达持续发射信号，并将雷达发射的信号照射至机场跑道的扫描区域；信号接收模块，用于接收机场跑道因雷达的发射信号所反射回来的信号，得到回波信号；信号处理模块，用于：将得到的所述回波信号与雷达的发射信号进行混频处理，得到混频后的中频信号；对得到的中频信号进行距离向傅里叶变换，并对变换后的信号进行距离频域误差补偿，得到对应的距离频域信号；针对得到的距离频域信号进行方位向傅里叶变换，并利用合成孔径雷达原理，将处理后的信号进行方位向匹配滤波和反变换处理，得到对应的雷达图像；异物检测模块，用于根据得到的雷达图像，识别机场跑道是否存在异物。可选地，所述异物检测模块用于：分析得到的所述雷达图像，判断所述雷达图像中是否存在异物；若存在异物，则获取异物的位置信息，同时将获取的异物位置信息发送至监控终端并报警。可选地，所述信号发射模块用于：利用固定在车载平台顶端的雷达，以正侧视条带模式持续发射调频连续波信号ST(t)：其中，f0为载频、Tp为调制周期、为调频率、B为发射信号带宽；将雷达发射的所述连续波信号ST(t)照射至机场跑道的扫描区域；其中，承载所述雷达的车载平台安装在载体车上，所述载体车在机场跑道一侧以均匀的速度V0行驶。可选地，所述信号处理模块用于：对得到的中频信号SIF(t)进行傅里叶变换，得到距离频域fr和方位时域ts的信号S(fr,ts)；在距离频域进行去调频误差补偿，乘以补偿因子Sr(fr)，得到补偿后的S(fr,ts)信号；其中，所述补偿因子Sr(fr)为：可选地，所述信号处理模块用于：对经过补偿后得到的S(fr,ts)信号进行方位向傅里叶变换，得到距离频域-多普勒频域信号S(fr,fa)；根据合成孔径雷达原理，利用匹配滤波器Ha对S(fr,fa)信号进行匹配滤波压缩处理；将滤波处理后的信号变换至方位向时域，得到最终的二维压缩雷达图像S(fr,ts)；其中，所述匹配滤波器Ha的表达式为：其中，R0为雷达和目标的最小距离。本专利技术一种机场跑道异物检测方法及系统可以达到如下有益效果：利用雷达持续发射信号，并将雷达发射的信号照射至机场跑道的扫描区域；接收机场跑道因雷达的发射信号所反射回来的信号，得到回波信号；将得到的所述回波信号与雷达的发射信号进行混频处理，得到混频后的中频信号；对得到的中频信号进行距离向傅里叶变换，并对变换后的信号进行距离频域误差补偿，得到对应的距离频域信号；针对得到的距离频域信号进行方位向傅里叶变换，并利用合成孔径雷达原理，将处理后的信号进行方位向匹配滤波和反变换处理，得到对应的雷达图像；根据得到的雷达图像，识别机场跑道是否存在异物；具有利用高分辨率雷达图像进行异物检测的有益效果；由于本专利技术根据SAR系统成像技术原理，在FOD探测过程中，将合成孔径时间范围内运动方向上的回波信号进行了相干处理，得到机场跑道场景的高分辨率图像，因此，有效提高了回波数据中目标的系统增益，实现了目标信号的增强，提高了FOD探测系统对跑道微弱目标的探测能力。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机场跑道异物检测方法，其特征在于，所述方法包括：利用雷达持续发射信号，并将雷达发射的信号照射至机场跑道的扫描区域；接收机场跑道因雷达的发射信号所反射回来的信号，得到回波信号；将得到的所述回波信号与雷达的发射信号进行混频处理，得到混频后的中频信号；对得到的中频信号进行距离向傅里叶变换，并对变换后的信号进行距离频域误差补偿，得到对应的距离频域信号；针对得到的距离频域信号进行方位向傅里叶变换，并利用合成孔径雷达原理，将处理后的信号进行方位向匹配滤波和反变换处理，得到对应的雷达图像；根据得到的雷达图像，识别机场跑道是否存在异物。

【技术特征摘要】
1.一种机场跑道异物检测方法，其特征在于，所述方法包括：利用雷达持续发射信号，并将雷达发射的信号照射至机场跑道的扫描区域；接收机场跑道因雷达的发射信号所反射回来的信号，得到回波信号；将得到的所述回波信号与雷达的发射信号进行混频处理，得到混频后的中频信号；对得到的中频信号进行距离向傅里叶变换，并对变换后的信号进行距离频域误差补偿，得到对应的距离频域信号；针对得到的距离频域信号进行方位向傅里叶变换，并利用合成孔径雷达原理，将处理后的信号进行方位向匹配滤波和反变换处理，得到对应的雷达图像；根据得到的雷达图像，识别机场跑道是否存在异物。2.如权利要求1所述的机场跑道异物检测方法，其特征在于，所述根据得到的雷达图像，识别机场跑道是否存在异物，包括：分析得到的所述雷达图像，判断所述雷达图像中是否存在异物；若存在异物，则获取异物的位置信息，同时将获取的异物位置信息发送至监控终端并报警。3.如权利要求1或2所述的机场跑道异物检测方法，其特征在于，所述利用雷达持续发射信号，并将雷达发射的信号照射至机场跑道的扫描区域，包括：利用固定在车载平台顶端的雷达，以正侧视条带模式持续发射调频连续波信号ST(t)：其中，f0为载频、Tp为调制周期、为调频率、B为发射信号带宽；将雷达发射的所述连续波信号ST(t)照射至机场跑道的扫描区域；其中，承载所述雷达的车载平台安装在载体车上，所述载体车在机场跑道一侧以均匀的速度V0行驶。4.如权利要求3所述的机场跑道异物检测方法，其特征在于，所述对得到的中频信号进行距离向傅里叶变换，并对变换后的信号进行距离频域误差补偿，得到对应的距离频域信号，包括：对得到的中频信号SIF(t)进行傅里叶变换，得到距离频域fr和方位时域ts的信号S(fr,ts)；在距离频域进行去调频误差补偿，乘以补偿因子Sr(fr)，得到补偿后的S(fr,ts)信号；其中，所述补偿因子Sr(fr)为：5.如权利要求4所述的机场跑道异物检测方法，其特征在于，所述针对得到的距离频域信号进行方位向傅里叶变换，并利用合成孔径雷达原理，将处理后的信号进行方位向匹配滤波和反变换处理，得到对应的雷达图像，包括：对经过补偿后得到的S(fr,ts)信号进行方位向傅里叶变换，得到距离频域-多普勒频域信号S(fr,fa)；根据合成孔径雷达原理，利用匹配滤波器Ha对S(fr,fa)信号进行匹配滤波压缩处理；将滤波处理后的信号变换至方位向时域，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，李一远，王朝民，郗晓菲，冀晓楠，苏蓉，
申请(专利权)人：北京望远四象科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11