一種基于干涉合成孔徑雷達的機場跑道異物檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基于干涉合成孔徑雷達的機場跑道異物檢測系統(tǒng),包括設置于機場跑道附近的移動平臺、固定于移動平臺上的干涉合成孔徑雷達、與干涉合成孔徑雷達通信連接的控制中心，移動平臺由驅動裝置驅動沿著機場跑道移動，驅動裝置與控制中心連接，驅動裝置根據(jù)雷達運動控制命令驅動移動平臺沿著跑道移動，完成對機場跑道的掃描獲得兩幅高分辨二維機場跑道SAR圖像，經(jīng)干涉處理獲得相位干涉結果，控制中心還用于根據(jù)相位干涉結果進行跑道異物檢測。實用新型針對現(xiàn)有技術檢測機場跑道微小異物難的問題,利用干涉合成孔徑雷達技術獲得機場跑道疑似異物的高度，來提高對跑道微小異物的檢測能力。
【專利說明】
一種基于干涉合成孔徑雷達的機場跑道異物檢測系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及雷達信號處理領域，具體是一種基于干涉合成孔徑雷達的機場跑道異物檢測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]由于飛機出行具有高速高效的特點，它已經(jīng)成為現(xiàn)代人出行的主要交通工具之一。但是，飛機的起降對機場跑道有很高的要求。若是跑道上有稍微大一點的異物，如飛機上掉下來的螺絲、飛機輪胎碎片等，這將對起降過程的飛機安全帶來巨大的安全隱患。如2000年法國航空協(xié)和號飛機空難就是很好的明證。因此，飛機跑道上異物的檢測、清理成為各國航空公司關注的焦點。
[0003]目前，國內外已有很多機構在研究相關檢測系統(tǒng)。如英國的Tarsier系統(tǒng)、以色列的FODetect系統(tǒng)等，這些產品共同的特點就是用多個雷達系統(tǒng)來覆蓋機場跑道，造價高而且檢測異物的尺寸比較大。最好的是英國Tarsier系統(tǒng)中的毫米波雷達，所檢測異物也只能在1cm以上，難以檢測機場跑道上更小的異物。為進一步提高檢測小的異物，專利201520224580.2—種基于合成孔徑雷達的機場跑道異物檢測系統(tǒng)，提出利用合成孔徑雷達技術進一步減小可檢測單元實現(xiàn)對更小異物的檢測。但是這個方案受工程技術的約束，不能采用更高帶寬的信號，所以難以進一步對更小機場跑道異物的檢測。
【實用新型內容】
[0004]為解決以上【背景技術】的不足，本實用新型提供一種基于干涉合成孔徑雷達的機場跑道異物檢測系統(tǒng)，利用兩幅SAR圖像之間的相位干涉，反演獲得機場跑道可能異物的高度信息，與現(xiàn)有機場跑道異物檢測系統(tǒng)相比，可進一步提高機場跑道微小金屬異物的檢測能力。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型一種基于干涉合成孔徑雷達的機場跑道異物檢測系統(tǒng)，包括設置于機場跑道附近的移動平臺、固定于移動平臺上的干涉合成孔徑雷達、與干涉合成孔徑雷達通信連接的控制中心，移動平臺由驅動裝置驅動沿著機場跑道移動，驅動裝置與控制中心連接，所述控制中心用于發(fā)出雷達運動控制命令給驅動裝置，驅動裝置根據(jù)雷達運動控制命令驅動移動平臺沿著跑道移動，完成對機場跑道的掃描，獲得兩幅高分辨二維機場跑道SAR圖像，通過兩幅SAR圖像之間的相位干涉，反演獲得機場跑道上可能異物的高度信息，所述控制中心利用上述高度信息進行跑道異物檢測，所述控制中心連接的報警裝置在所述控制中心檢測到跑道異物時，所述控制中心控制所述報警裝置進行報警處理。所述干涉合成孔徑雷達包括依次連接的頻率綜合器、發(fā)射分系統(tǒng)、第一天饋分系統(tǒng)、第一接收分系統(tǒng)、信號處理分系統(tǒng)和依次連接的第二天饋分系統(tǒng)、第二接收分系統(tǒng)，與信號處理分系統(tǒng)連接的通信分系統(tǒng)，頻率綜合器的信號輸出端與第一接收分系統(tǒng)、第二接收分系統(tǒng)的信號輸入端連接，第二接收分系統(tǒng)信號輸出端與信號處理分系統(tǒng)的信號輸入端連接。
[0006]進一步地，所述信號處理分系統(tǒng)包括依次連接的第一距離向聚焦電路、第一方位向聚焦電路、第一 SAR圖像存儲電路和依次連接的第二距離向聚焦電路、第二方位向聚焦電路、第二 SAR圖像存儲電路以及與第一 SAR圖像存儲電路和第二 SAR圖像存儲電路連接的SAR圖像相位干涉處理電路。
[0007]所述第一SAR圖像存儲電路和第二 SAR圖像存儲電路用于存儲所成的SAR成像。
[0008]進一步地，所述SAR圖像相位干涉處理電路用于將第一幅SAR圖像和第二幅SAR圖像進行相位干涉處理，并反演出機場跑道SAR圖像中散射點的高度信息。
[0009]本實用新型的有益效果是:通過垂直于航向方向的有一定距離的兩個接收天線，獲得兩幅高分辨的合成孔徑雷達圖像，一方面利用了合成孔徑雷達距離上脈沖壓縮實現(xiàn)距離高分辨，方位上通過孔徑合成提高方位分辨率，來減小雜波檢測單元面積;另一方面利用SAR圖像相位干涉技術，反演出機場跑道上疑似異物的高度信息，來幫助檢測機場跑道異物，從而提高了對跑道微小異物的檢測能力。該實用新型的推廣應用，將能進一步保障飛機在跑道運行階段的安全。
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型基于干涉合成孔徑雷達的機場跑道異物檢測系統(tǒng)其中一個實施例的結構示意圖；
[0011]圖2為本實用新型中干涉合成孔徑雷達的電路結構框圖；
[0012]圖3為干涉合成孔徑雷達中信號處理分系統(tǒng)的電路結構框圖；
[0013]圖中:丨一移動平臺，2—干涉合成孔徑雷達，3—控制中心，4一報警裝置，11一驅動裝置，21 —頻率綜合器，22—發(fā)射分系統(tǒng)，23—第一天饋分系統(tǒng)，24—第二天饋分系統(tǒng)，25—第一接收分系統(tǒng)，26—第二接收分系統(tǒng)，27—信號處理分系統(tǒng)，28—通信分系統(tǒng)，271—第一距離向聚焦電路，272—第一方位向聚焦電路，273—第一 SAR圖像存儲電路，274—第二距離向聚焦電路，275—第二方位向聚焦電路，276—第二 SAR圖像存儲電路，277—SAR圖像相位干涉處理電路。
【具體實施方式】
[0014]以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細描述。
[0015]圖1所示為本實用新型基于干涉合成孔徑雷達的機場跑道異物檢測系統(tǒng)其中一個實施例的結構示意圖，所述基于干涉合成孔徑雷達的機場跑道異物檢測系統(tǒng)包括設置于機場跑道附近的移動平臺1、固定于移動平臺I上的干涉合成孔徑雷達2、與干涉合成孔徑雷達2通信連接的控制中心3，移動平臺I由驅動裝置11驅動沿著機場跑道移動，驅動裝置11與控制中心3連接。所述控制中心3用于發(fā)出雷達運動控制命令給驅動裝置11，驅動裝置11根據(jù)雷達運動控制命令驅動移動平臺I沿著跑道移動，完成對機場跑道的掃描，以獲得高分辨二維機場跑道SAR圖像，所述控制中心3還用于根據(jù)干涉合成孔徑雷達2處理獲得機場跑道疑似異物的高難度信息進行跑道異物檢測。所述檢測系統(tǒng)還包括與所述控制中心3連接的報警裝置4，在所述控制中心3檢測到跑道異物時，所述控制中心3控制所述報警裝置4進行報警處理。
[0016]請進一步參考圖2，所述干涉合成孔徑雷達2包括依次連接的頻率綜合器21、發(fā)射分系統(tǒng)22、第一天饋分系統(tǒng)23、第一接收分系統(tǒng)25、信號處理分系統(tǒng)27和依次連接的第二天饋分系統(tǒng)24、第二接收分系統(tǒng)26，與信號處理分系統(tǒng)27連接的通信分系統(tǒng)28，頻率綜合器21的信號輸出端與第一接收分系統(tǒng)25、第二接收分系統(tǒng)26的信號輸入端連接，第二接收分系統(tǒng)26信號輸出端與信號處理分系統(tǒng)27的信號輸入端連接。
[0017]所述干涉合成孔徑雷達2工作頻段為毫米波段(30GHz?100GHz)，發(fā)射信號形式為大時寬帶寬積信號，采用脈沖工作體制。所述頻率綜合器21用于產生雷達需要的線性調頻信號，提供發(fā)射分系統(tǒng)中22用于上變頻本振信號和第一接收分系統(tǒng)25、第二接收分系統(tǒng)26中用于下變頻的本振信號。
[0018]所述發(fā)射分系統(tǒng)22包括上變頻器、射頻濾波器、射頻功率放大器等，其功能是將射頻信號放大至需要功率，傳輸給第一天饋分系統(tǒng)23。
[0019]所述第一天饋分系統(tǒng)23包括環(huán)行器、收發(fā)開關、波導、收發(fā)天線，其中收發(fā)快關實現(xiàn)雷達系統(tǒng)在發(fā)射和接收之間的轉換。在雷達發(fā)射期間，將發(fā)射分系統(tǒng)22送來的射頻信號發(fā)射到空中，實現(xiàn)對機場跑道照射;在接收期間，接收機場跑道對發(fā)射射頻信號的后向散射信號。
[0020]所述第二天饋分系統(tǒng)23包括收發(fā)開關、波導、接收天線，在接收期間，接收機場跑道對發(fā)射射頻信號的后向散射信號。
[0021]所述第一接收分系統(tǒng)25和第二接收分系統(tǒng)26結構組成相同，包括低噪聲放大器、混頻器、濾波器、功率放大器、A/D變換器等。低噪聲放大器將第一天饋分系統(tǒng)23和第二天饋分系統(tǒng)24送來的微弱的機場跑道回波信號進行放大，經(jīng)混頻器變換為中頻信號，經(jīng)濾波器濾波和功率放大器放大后，送A/D變換器變換將模擬信號轉換為數(shù)字中頻信號，供信號處理應用。
[0022]請進一步參考圖3，所述信號處理分系統(tǒng)27包括依次連接的第一距離向聚焦電路271、第一方位向聚焦電路272、第一 SAR圖像存儲電路273和依次連接的第二距離向聚焦電路274、第二方位向聚焦電路275、第二 SAR圖像存儲電路276以及與第一 SAR圖像存儲電路273和第二 SAR圖像存儲電路276連接的SAR圖像相位干涉處理電路277。
[0023]所述通信分系統(tǒng)28用于完成所述干涉合成孔徑雷達2與控制中心3的通信功能，所述通信分系統(tǒng)28可接收控制中心3給雷達的控制指令，也可將雷達工作狀態(tài)、雷達回波數(shù)據(jù)、SAR圖像相位干涉電路277輸出的高度信息傳輸至控制中心3。
[0024]本實用新型的工作過程是:
[0025]在機場跑道旁邊合適位置安置本實用新型系統(tǒng)，首先安置移動平臺1，干涉合成孔徑雷達2安置在移動平臺I，干涉合成孔徑雷達2與控制中心3通過有線或無線方式完成通信鏈接?？刂浦行?給出雷達運動控制命令，移動平臺I受該命令控制沿著軌道勻速運動，完成對機場跑道的掃描；同時，干涉合成孔徑雷達2由頻率綜合器21提供發(fā)射波形，經(jīng)發(fā)射分系統(tǒng)22放大后，送第一天饋分系統(tǒng)23發(fā)射出去;機場跑道的后向散射信號經(jīng)第一天饋分系統(tǒng)23和第二天饋分系統(tǒng)24接收后，分別送第一接收分系統(tǒng)25和第二接收分系統(tǒng)26經(jīng)放大、混頻至中頻信號，經(jīng)A/D變換后輸出數(shù)字中頻信號至信號處理分系統(tǒng)26后，第一距離向聚焦電路271接收所述第一接收分系統(tǒng)25轉換后的數(shù)字中頻信號，通過脈沖壓縮技術實現(xiàn)距離向聚焦處理;第一方位向聚焦電路272處理第一距離向聚焦電路處理后的數(shù)據(jù)，先進行運動補償，然后通過匹配濾波實現(xiàn)方位向的聚焦，從而獲得高分辨率機場跑道的第一幅二維SAR圖像，并存儲在第一 SAR圖像存儲電路273中；第二距離向聚焦電路274接收第二接收分系統(tǒng)26轉換后的數(shù)字中頻信號，通過脈沖壓縮技術實現(xiàn)距離向聚焦處理;第二方位向聚焦電路275處理第二距離向聚焦電路處理后的數(shù)據(jù)，先進行運動補償，然后通過匹配濾波實現(xiàn)方位向的聚焦，從而獲得高分辨率機場跑道的第二幅二維SAR圖像，并存儲在第二 SAR圖像存儲電路276中；SAR圖像相位干涉處理電路277將第一SAR圖像存儲電路273和第二SAR圖像存儲電路276中的兩幅SAR圖像進行相位干涉處理，并反演獲得機場跑道疑似異物的高度信息，最后系統(tǒng)完成跑道異物檢測。跑道異物檢測可在雷達或控制中心完成，異物檢測結果由控制中心3顯示并由報警裝置4告警。
[0026]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何屬于本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種基于干涉合成孔徑雷達的機場跑道異物檢測系統(tǒng)，包括設置于機場跑道附近的移動平臺(I)、固定于移動平臺(I)上的干涉合成孔徑雷達(2)、與干涉合成孔徑雷達(2)通信連接的控制中心(3)，與所述控制中心(3)連接的報警裝置(4)，移動平臺(I)由驅動裝置(11)驅動沿著機場跑道移動，驅動裝置(11)與控制中心(3)連接，所述控制中心(3)用于發(fā)出雷達運動控制命令給驅動裝置(I I)，驅動裝置(11)根據(jù)雷達運動控制命令驅動移動平臺(I)沿著跑道移動，完成對機場跑道的掃描，以獲得兩幅高分辨二維機場跑道SAR圖像，通過兩幅SAR圖像之間的相位干涉獲得跑道的干涉結果，所述控制中心(3)根據(jù)干涉合成孔徑雷達(2)獲得的跑道SAR圖像相位干涉結果進行異物檢測，在所述控制中心(3)檢測到跑道異物時，所述與所述控制中心(3)連接的報警裝置(4)進行報警處理，其特征在于:所述干涉合成孔徑雷達(2)包括依次連接的頻率綜合器(21)、發(fā)射分系統(tǒng)(22)、第一天饋分系統(tǒng)(23)、第一接收分系統(tǒng)(25)、信號處理分系統(tǒng)(27)和依次連接的第二天饋分系統(tǒng)(24)、第二接收分系統(tǒng)(26)，與信號處理分系統(tǒng)(27)連接的通信分系統(tǒng)(28)，頻率綜合器(21)的信號輸出端與第一接收分系統(tǒng)(25)、第二接收分系統(tǒng)(26)的信號輸入端連接，第二接收分系統(tǒng)(26)信號輸出端與信號處理分系統(tǒng)(27)的信號輸入端連接。2.如權利要求1所述的基于干涉合成孔徑雷達的機場跑道異物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述第一天饋分系統(tǒng)(23)和第二天饋分系統(tǒng)(24)其天線相位中心不重疊且相距一定距離，并分布在與平臺移動方向垂直的直線上。3.如權利要求1所述的基于干涉合成孔徑雷達的機場跑道異物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述信號處理分系統(tǒng)(27)包括依次連接的第一距離向聚焦電路(271)、第一方位向聚焦電路(272)、第一 SAR圖像存儲電路(273)和依次連接的第二距離向聚焦電路(274)、第二方位向聚焦電路(275)、第二SAR圖像存儲電路(276)，以及與第一SAR圖像存儲電路(273)和第二SAR圖像存儲電路(276)連接的SAR圖像相位干涉處理電路(277)。4.如權利要求3所述的基于干涉合成孔徑雷達的機場跑道異物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述SAR圖像相位干涉處理電路(277)，用于將第一幅SAR圖像和第二幅SAR圖像進行進行相位相干處理，并反演獲得SAR圖像中不同散射點的高度數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G01S13/90GK205539458SQ201620069810
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月25日
【發(fā)明人】董鵬曙, 孟藏珍, 鄧剛, 金加根, 左治方, 李建東, 向龍, 萬凡兵, 周升響
【申請人】中國人民解放軍空軍預警學院