一种基于毫米波雷达的场面异物检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达系统技术领域，涉及一种基于毫米波雷达的场面异物检测系统。
【背景技术】
[0002]场面异物检测系统主要是对场面固有的目标进行扫描探测，及时发现未知的异物，以便及时报警等待处理。其中机场跑道异物的实时探测尤为重要。FOD机场跑道异物，Foreign Object Debris，泛指可能损伤航空器或系统的某种外来的物质。FOD的种类相当多，如飞机和发动机连接件螺帽、螺钉、垫圈、保险丝等、机械工具、飞行物品钉子、私人证件、钢笔、铅笔等、野生动物、树叶、石头和沙子、道面材料、木块、塑料或聚乙烯材料、纸制品、运彳丁区的冰確等等。
[0003]FOD的危害非常严重，实验和案例都表明，机场道面上的外来物可以很容易被吸入到发动机，导致发动机失效。碎片也会堆积在机械装置中，影响起落架、襟翼等设备的正常运行。
[0004]在我国，机场对FOD的监测都是靠人工定时巡视，靠人眼近距离搜寻，这种落后的方法效率低，可靠性差，而且大大占用了宝贵的跑道使用时间，使航班次数被迫减少。也有一些单位提出了利用摄像头等光学设备对异物进行探测，但是其容易受到天气条件和光照的影响，在恶劣天气情况下检测性能下降，而且不能发现颜色相近的异物。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供了一种基于毫米波雷达的场面异物检测系统，能够解决场面异物检测难度大、低检测概率的问题，实现了发射大带宽信号，提高了距离分辨率。
[0006]为了达到上述目的，本发明的技术方案为:包括毫米波集成收发分系统、中频分系统、信号处理分系统以及伺服分系统。
[0007]毫米波集成收发分系统用于接收中频分系统发来的线性调频信号，将该线性调频信号的处理后转换为电磁波辐射到空间中，电磁波经异物反射回的回波信号由毫米波集成收发分系统接收转化成电信号，并与线性调频信号混频处理后得到第一中频信号送往中频分系统。
[0008]中频分系统接收信号处理分系统发来的源信号，对该源信号进行处理生成所需的线性调频信号；同时中频分系统收到第一中频信号中后进行变频处理获得第二中频信号，第二中频信号的频率处于信号处理分系统的采集频率范围内，第二中频信号输入至信号处理分系统中。
[0009]信号处理分系统对第二中频信号进行信号处理获得异物与雷达之间的相对距离，同时信号处理分系统通过伺服分系统实时获取雷达当前天线指向，结合雷达当前天线指向和异物与雷达之间的相对距离从而获得异物与雷达之间的相对位置。
[0010]伺服分系统为雷达所处转台进行伺服控制。
[0011]进一步地，毫米波集成收发分系统具有发射单元和接收单元，其中发射单元包括第一带通滤波器和发射天线，第一带通滤波器的输出端连接至发射天线，第一带通滤波器的输入端作为毫米波集成收发分系统的第一输入端；接收单元包括接收天线、放大器、第一混频器以及第二带通滤波器；第一混频器具有两个输入端和一个输出端；接收天线获取的回波信号通过放大器进行放大后输入至第一混频器的其中一个输入端，第一混频器的另一个输入端作为毫米波集成收发分系统的第二输入端；第一混频器的输出端连接第二带通滤波器的输入端；第二带通滤波器的输出端输出第一中频信号送往中频分系统2 ;
[0012]其中中频分系统发来的线性调频信号分别经过该毫米波集成收发分系统的第一输入端和第二输入端进行输入。
[0013]进一步地，中频分系统发来的线性调频信号分别包括第一线性调频信号和第二线性调频信号。
[0014]中频分系统包括第一点频源、第二点频源、第三点频源、第二混频器、第三混频器、第四混频器、耦合器以及第三带通滤波器。
[0015]親合器包括一个输入端、第一输出端和第二输出端以及一个接地端；源信号由親合器的输入端输入，经耦合器进行耦合处理后由第一输出端和第二输出端进行输出。
[0016]其中第二混频器包括两个输入端和一个输出端，第二混频器的两个输入端分别连接第一点频源和耦合器的第一输出端；第二混频器的输出端输出第一线性调频信号、进入毫米波集成收发分系统的第一输入端。
[0017]第三混频器包括两个输入端和一个输出端，第三混频器的两个输入端分别连接第二点频源和耦合器的第二输出端；第三混频器的输出端输出第二线性调频信号、进入毫米波集成收发分系统的第二输入端。
[0018]第四混频器包括两个输入端和一个输出端，第四混频器的两个输入端分别连接第三点频源和第二带通滤波器的输出端；第四混频器的输出端连接第三带通滤波器的输入端，由第三带通滤波器输出第二中频信号。
[0019]进一步地，信号处理分系统包括信号处理器、调频信号源、PHY接口以及AD转换器；其中PHY接口通过并行总线连接至信号处理器；调频信号源的控制端以及AD转换器通过SPI总线连接至信号处理器；信号处理分系统3通过PHY接口连接外网。
[0020]信号处理器向调频信号源的控制端发送控制信号，控制调频信号源通过其输出端输出源信号，调频信号源的输出端连接耦合器的输入端。
[0021]AD转换器连接第三带通滤波器的输出端、接收第二中频信号进行AD转换后输入至信号处理器中进行信号处理，获得异物与雷达之间的相对距离。
[0022]信号处理器通过RS422总线与伺服控制分系统4连接，从而实时获取雷达当前天线指向。
[0023]信号处理器结合雷达当前天线指向和异物与雷达之间的相对距离从而获得异物与雷达之间的相对位置，该相对位置通过PHY接口发送至外网。
[0024]进一步地，第一点频源和第二点频源的频率设置为将耦合器的第一输出端的输出频率通过混频提升至X波段；第三点频源的频率设置为将第一中频信号的频率通过混频降低至AD转换器的采集频率，获得第二中频信号。
[0025]进一步地，还包括电源转换分系统，用于将外部电源转换成该异物检测系统所用电源，并为该异物检测系统供电。
[0026]有益效果:
[0027]1、本系统通过中频分系统对信号进行中频调制，因此能够发射大带宽信号，实现高距离分辨率；
[0028]2、本系统在毫米波波段，可以实现系统小型化，受到天气因素影响较小，可以实现全天时全天候检测；系统扫描工作，数字处理，实现快速检测，检测概率高。
[0029]3、本系统能够完成对机场跑道的异物探测并且上报，具有快速发现、高检测概率的效果。
【附图说明】
[0030]图1为场面异物检测系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0031 ] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0032]如图1所示，一种基于毫米波雷达的场面异物检测系统，包括毫米波集成收发分系统1、中频分系统2、信号处理分系统3、伺服分系统4、供电分系统5。
[0033]毫米波集成收发分系统I用于接收中频分系统2发来的线型调频信号，将该线型调频信号的处理后转换为电磁波辐射到空间中，电磁波经异物反射回的回波信号由毫米波集成收发分系统I接收转化成电信号，并与线性调频信号混频处理后得到第一中频信号送往中频分系统2。
[0034]本实施例中，毫米波集成收发分系统I具有发射单元和接收单元，其中发射单元包括第一带通滤波器和发射天线，第一带通滤波器的输出端连接至发射天线，第一带通滤波器的输入端作为毫米波集成收发分系统的第一输入端；接收单元包括接收天线、放大器、第一混频器以及第二带通滤波器；第一混频器具有两个输入端和一个输出端；接收天线获取的回波信号通过放大器进行放大后输入至第一混频器的其中一个输入端，第一混频器的另一个输入端作为毫米波集成收发分系统的第二输入端；第一混频器的输出端连接第二带通滤波器的输入端；第二带通滤波器的输出端输出第一中频信号送往中频分系统2。
[0035]其中中频分系统2发来的线型调频信号分别经过该毫米波集成收发分系统的第一输入端和第二输入端进行输入。
[0036]中频分系统2接收信号处理分系统3发来的源信号，对该源信号进行处理生成所需的线性调频信号；同时中频分系统2收到第一中频信号中后进行变频处理获得第二中频信号，第二中频信号处于信号处理分系统3的采集频率范围内，第二中频信号输入至信号处理分系统3中。
[0037]本实施例中，中频分系统2发来的线型调频信号分别包括第一线性调频信号和第二线性调频信号。
[0038]中频分系统2包括第一点频源、第二点频源、第三点频源、第二混频器、第三混频器、第四混频器、耦合器以及第三带通滤波器。
[0039]親合器包括一个输入端、第一输出端和第二输出端以及一个接地端；源信号由親合器的输入端输入