一种基于干涉合成孔径雷达的机场跑道异物检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种基于干涉合成孔径雷达的机场跑道异物检测系统,包括设置于机场跑道附近的移动平台、固定于移动平台上的干涉合成孔径雷达、与干涉合成孔径雷达通信连接的控制中心，移动平台由驱动装置驱动沿着机场跑道移动，驱动装置与控制中心连接，驱动装置根据雷达运动控制命令驱动移动平台沿着跑道移动，完成对机场跑道的扫描获得两幅高分辨二维机场跑道SAR图像，经干涉处理获得相位干涉结果，控制中心还用于根据相位干涉结果进行跑道异物检测。实用新型针对现有技术检测机场跑道微小异物难的问题,利用干涉合成孔径雷达技术获得机场跑道疑似异物的高度，来提高对跑道微小异物的检测能力。
【专利说明】
一种基于干涉合成孔径雷达的机场跑道异物检测系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及雷达信号处理领域，具体是一种基于干涉合成孔径雷达的机场跑道异物检测系统。
【背景技术】
[0002]由于飞机出行具有高速高效的特点，它已经成为现代人出行的主要交通工具之一。但是，飞机的起降对机场跑道有很高的要求。若是跑道上有稍微大一点的异物，如飞机上掉下来的螺丝、飞机轮胎碎片等，这将对起降过程的飞机安全带来巨大的安全隐患。如2000年法国航空协和号飞机空难就是很好的明证。因此，飞机跑道上异物的检测、清理成为各国航空公司关注的焦点。
[0003]目前，国内外已有很多机构在研究相关检测系统。如英国的Tarsier系统、以色列的FODetect系统等，这些产品共同的特点就是用多个雷达系统来覆盖机场跑道，造价高而且检测异物的尺寸比较大。最好的是英国Tarsier系统中的毫米波雷达，所检测异物也只能在1cm以上，难以检测机场跑道上更小的异物。为进一步提高检测小的异物，专利201520224580.2—种基于合成孔径雷达的机场跑道异物检测系统，提出利用合成孔径雷达技术进一步减小可检测单元实现对更小异物的检测。但是这个方案受工程技术的约束，不能采用更高带宽的信号，所以难以进一步对更小机场跑道异物的检测。
【实用新型内容】
[0004]为解决以上【背景技术】的不足，本实用新型提供一种基于干涉合成孔径雷达的机场跑道异物检测系统，利用两幅SAR图像之间的相位干涉，反演获得机场跑道可能异物的高度信息，与现有机场跑道异物检测系统相比，可进一步提高机场跑道微小金属异物的检测能力。
[0005]为实现上述目的，本实用新型一种基于干涉合成孔径雷达的机场跑道异物检测系统，包括设置于机场跑道附近的移动平台、固定于移动平台上的干涉合成孔径雷达、与干涉合成孔径雷达通信连接的控制中心，移动平台由驱动装置驱动沿着机场跑道移动，驱动装置与控制中心连接，所述控制中心用于发出雷达运动控制命令给驱动装置，驱动装置根据雷达运动控制命令驱动移动平台沿着跑道移动，完成对机场跑道的扫描，获得两幅高分辨二维机场跑道SAR图像，通过两幅SAR图像之间的相位干涉，反演获得机场跑道上可能异物的高度信息，所述控制中心利用上述高度信息进行跑道异物检测，所述控制中心连接的报警装置在所述控制中心检测到跑道异物时，所述控制中心控制所述报警装置进行报警处理。所述干涉合成孔径雷达包括依次连接的频率综合器、发射分系统、第一天馈分系统、第一接收分系统、信号处理分系统和依次连接的第二天馈分系统、第二接收分系统，与信号处理分系统连接的通信分系统，频率综合器的信号输出端与第一接收分系统、第二接收分系统的信号输入端连接，第二接收分系统信号输出端与信号处理分系统的信号输入端连接。
[0006]进一步地，所述信号处理分系统包括依次连接的第一距离向聚焦电路、第一方位向聚焦电路、第一 SAR图像存储电路和依次连接的第二距离向聚焦电路、第二方位向聚焦电路、第二 SAR图像存储电路以及与第一 SAR图像存储电路和第二 SAR图像存储电路连接的SAR图像相位干涉处理电路。
[0007]所述第一SAR图像存储电路和第二 SAR图像存储电路用于存储所成的SAR成像。
[0008]进一步地，所述SAR图像相位干涉处理电路用于将第一幅SAR图像和第二幅SAR图像进行相位干涉处理，并反演出机场跑道SAR图像中散射点的高度信息。
[0009]本实用新型的有益效果是:通过垂直于航向方向的有一定距离的两个接收天线，获得两幅高分辨的合成孔径雷达图像，一方面利用了合成孔径雷达距离上脉冲压缩实现距离高分辨，方位上通过孔径合成提高方位分辨率，来减小杂波检测单元面积;另一方面利用SAR图像相位干涉技术，反演出机场跑道上疑似异物的高度信息，来帮助检测机场跑道异物，从而提高了对跑道微小异物的检测能力。该实用新型的推广应用，将能进一步保障飞机在跑道运行阶段的安全。
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型基于干涉合成孔径雷达的机场跑道异物检测系统其中一个实施例的结构示意图；
[0011]图2为本实用新型中干涉合成孔径雷达的电路结构框图；
[0012]图3为干涉合成孔径雷达中信号处理分系统的电路结构框图；
[0013]图中:丨一移动平台，2—干涉合成孔径雷达，3—控制中心，4一报警装置，11一驱动装置，21 —频率综合器，22—发射分系统，23—第一天馈分系统，24—第二天馈分系统，25—第一接收分系统，26—第二接收分系统，27—信号处理分系统，28—通信分系统，271—第一距离向聚焦电路，272—第一方位向聚焦电路，273—第一 SAR图像存储电路，274—第二距离向聚焦电路，275—第二方位向聚焦电路，276—第二 SAR图像存储电路，277—SAR图像相位干涉处理电路。
【具体实施方式】
[0014]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
[0015]图1所示为本实用新型基于干涉合成孔径雷达的机场跑道异物检测系统其中一个实施例的结构示意图，所述基于干涉合成孔径雷达的机场跑道异物检测系统包括设置于机场跑道附近的移动平台1、固定于移动平台I上的干涉合成孔径雷达2、与干涉合成孔径雷达2通信连接的控制中心3，移动平台I由驱动装置11驱动沿着机场跑道移动，驱动装置11与控制中心3连接。所述控制中心3用于发出雷达运动控制命令给驱动装置11，驱动装置11根据雷达运动控制命令驱动移动平台I沿着跑道移动，完成对机场跑道的扫描，以获得高分辨二维机场跑道SAR图像，所述控制中心3还用于根据干涉合成孔径雷达2处理获得机场跑道疑似异物的高难度信息进行跑道异物检测。所述检测系统还包括与所述控制中心3连接的报警装置4，在所述控制中心3检测到跑道异物时，所述控制中心3控制所述报警装置4进行报警处理。
[0016]请进一步参考图2，所述干涉合成孔径雷达2包括依次连接的频率综合器21、发射分系统22、第一天馈分系统23、第一接收分系统25、信号处理分系统27和依次连接的第二天馈分系统24、第二接收分系统26，与信号处理分系统27连接的通信分系统28，频率综合器21的信号输出端与第一接收分系统25、第二接收分系统26的信号输入端连接，第二接收分系统26信号输出端与信号处理分系统27的信号输入端连接。
[0017]所述干涉合成孔径雷达2工作频段为毫米波段(30GHz?100GHz)，发射信号形式为大时宽带宽积信号，采用脉冲工作体制。所述频率综合器21用于产生雷达需要的线性调频信号，提供发射分系统中22用于上变频本振信号和第一接收分系统25、第二接收分系统26中用于下变频的本振信号。
[0018]所述发射分系统22包括上变频器、射频滤波器、射频功率放大器等，其功能是将射频信号放大至需要功率，传输给第一天馈分系统23。
[0019]所述第一天馈分系统23包括环行器、收发开关、波导、收发天线，其中收发快关实现雷达系统在发射和接收之间的转换。在雷达发射期间，将发射分系统22送来的射频信号发射到空中，实现对机场跑道照射;在接收期间，接收机场跑道对发射射频信号的后向散射信号。
[0020]所述第二天馈分系统23包括收发开关、波导、接收天线，在接收期间，接收机场跑道对发射射频信号的后向散射信号。
[0021]所述第一接收分系统25和第二接收分系统26结构组成相同，包括低噪声放大器、混频器、滤波器、功率放大器、A/D变换器等。低噪声放大器将第一天馈分系统23和第二天馈分系统24送来的微弱的机场跑道回波信号进行放大，经混频器变换为中频信号，经滤波器滤波和功率放大器放大后，送A/D变换器变换将模拟信号转换为数字中频信号，供信号处理应用。
[0022]请进一步参考图3，所述信号处理分系统27包括依次连接的第一距离向聚焦电路271、第一方位向聚焦电路272、第一 SAR图像存储电路273和依次连接的第二距离向聚焦电路274、第二方位向聚焦电路275、第二 SAR图像存储电路276以及与第一 SAR图像存储电路273和第二 SAR图像存储电路276连接的SAR图像相位干涉处理电路277。
[0023]所述通信分系统28用于完成所述干涉合成孔径雷达2与控制中心3的通信功能，所述通信分系统28可接收控制中心3给雷达的控制指令，也可将雷达工作状态、雷达回波数据、SAR图像相位干涉电路277输出的高度信息传输至控制中心3。
[0024]本实用新型的工作过程是:
[0025]在机场跑道旁边合适位置安置本实用新型系统，首先安置移动平台1，干涉合成孔径雷达2安置在移动平台I，干涉合成孔径雷达2与控制中心3通过有线或无线方式完成通信链接。控制中心3给出雷达运动控制命令，移动平台I受该命令控制沿着轨道匀速运动，完成对机场跑道的扫描；同时，干涉合成孔径雷达2由频率综合器21提供发射波形，经发射分系统22放大后，送第一天馈分系统23发射出去;机场跑道的后向散射信号经第一天馈分系统23和第二天馈分系统24接收后，分别送第一接收分系统25和第二接收分系统26经放大、混频至中频信号，经A/D变换后输出数字中频信号至信号处理分系统26后，第一距离向聚焦电路271接收所述第一接收分系统25转换后的数字中频信号，通过脉冲压缩技术实现距离向聚焦处理;第一方位向聚焦电路272处理第一距离向聚焦电路处理后的数据，先进行运动补偿，然后通过匹配滤波实现方位向的聚焦，从而获得高分辨率机场跑道的第一幅二维SAR图像，并存储在第一 SAR图像存储电路273中；第二距离向聚焦电路274接收第二接收分系统26转换后的数字中频信号，通过脉冲压缩技术实现距离向聚焦处理;第二方位向聚焦电路275处理第二距离向聚焦电路处理后的数据，先进行运动补偿，然后通过匹配滤波实现方位向的聚焦，从而获得高分辨率机场跑道的第二幅二维SAR图像，并存储在第二 SAR图像存储电路276中；SAR图像相位干涉处理电路277将第一SAR图像存储电路273和第二SAR图像存储电路276中的两幅SAR图像进行相位干涉处理，并反演获得机场跑道疑似异物的高度信息，最后系统完成跑道异物检测。跑道异物检测可在雷达或控制中心完成，异物检测结果由控制中心3显示并由报警装置4告警。
[0026]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种基于干涉合成孔径雷达的机场跑道异物检测系统，包括设置于机场跑道附近的移动平台(I)、固定于移动平台(I)上的干涉合成孔径雷达(2)、与干涉合成孔径雷达(2)通信连接的控制中心(3)，与所述控制中心(3)连接的报警装置(4)，移动平台(I)由驱动装置(11)驱动沿着机场跑道移动，驱动装置(11)与控制中心(3)连接，所述控制中心(3)用于发出雷达运动控制命令给驱动装置(I I)，驱动装置(11)根据雷达运动控制命令驱动移动平台(I)沿着跑道移动，完成对机场跑道的扫描，以获得两幅高分辨二维机场跑道SAR图像，通过两幅SAR图像之间的相位干涉获得跑道的干涉结果，所述控制中心(3)根据干涉合成孔径雷达(2)获得的跑道SAR图像相位干涉结果进行异物检测，在所述控制中心(3)检测到跑道异物时，所述与所述控制中心(3)连接的报警装置(4)进行报警处理，其特征在于:所述干涉合成孔径雷达(2)包括依次连接的频率综合器(21)、发射分系统(22)、第一天馈分系统(23)、第一接收分系统(25)、信号处理分系统(27)和依次连接的第二天馈分系统(24)、第二接收分系统(26)，与信号处理分系统(27)连接的通信分系统(28)，频率综合器(21)的信号输出端与第一接收分系统(25)、第二接收分系统(26)的信号输入端连接，第二接收分系统(26)信号输出端与信号处理分系统(27)的信号输入端连接。2.如权利要求1所述的基于干涉合成孔径雷达的机场跑道异物检测系统，其特征在于:所述第一天馈分系统(23)和第二天馈分系统(24)其天线相位中心不重叠且相距一定距离，并分布在与平台移动方向垂直的直线上。3.如权利要求1所述的基于干涉合成孔径雷达的机场跑道异物检测系统，其特征在于:所述信号处理分系统(27)包括依次连接的第一距离向聚焦电路(271)、第一方位向聚焦电路(272)、第一 SAR图像存储电路(273)和依次连接的第二距离向聚焦电路(274)、第二方位向聚焦电路(275)、第二SAR图像存储电路(276)，以及与第一SAR图像存储电路(273)和第二SAR图像存储电路(276)连接的SAR图像相位干涉处理电路(277)。4.如权利要求3所述的基于干涉合成孔径雷达的机场跑道异物检测系统，其特征在于:所述SAR图像相位干涉处理电路(277)，用于将第一幅SAR图像和第二幅SAR图像进行进行相位相干处理，并反演获得SAR图像中不同散射点的高度数据。
【文档编号】G01S13/90GK205539458SQ201620069810
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月25日
【发明人】董鹏曙, 孟藏珍, 邓刚, 金加根, 左治方, 李建东, 向龙, 万凡兵, 周升响
【申请人】中国人民解放军空军预警学院