一种差分干涉双站同步扫描高分辨成像的雷达系统及方法

本发明属于雷达检测飞机场跑道形变技术领域，具体涉及一种差分干涉双站同步扫描高分辨成像的雷达系统及方法。

背景技术：

飞机的起飞和降落是飞行安全最需要关注的阶段，机场跑道是飞机起飞和着陆的重要设施，其安全是机场飞行区管理中的重中之重，在跑道上不能有任何异物或跑道形变，以免影响飞行安全。

2009年9月30日，faa正式发布了“机场异物探测设备”的咨询通告(acno：150/5220—24)。在咨询通告中，明确了机场异物即可能损伤航空器或系统的外来的物质、碎屑或物体。可能损伤航空器的外来物，如金属零件、塑料布、碎石块、纸屑、树叶、动物飞禽的尸体等都可称为机场异物。

航空器对于外来物非常脆弱，发动机吸入异物可能引起空中停车，螺钉、金属石子等可能导致轮胎损伤甚至爆裂，异物崩起可能打伤飞机机身、发动机或油箱、液压管等重要部件，造成经济损失，严重时引发安全事故。2000年，法航协和飞机坠毁就是由于从另一架飞机上掉落的金属碎片所导致的，此次事故共造成113人遇难。协和飞机因此事故在2003年10月全部退役。

目前，机场跑道外来物及跑道形变检测主要采用人工目视巡场检、红外和可见光以及雷达探测技术。但是，人工目视巡场会存在一些弊端，如有时需关闭跑道，降低机场容量；巡场人员自身原因或天气条件较差未发现机场异物及形变；无法进行机场异物事件及跑道形变分析及追溯管理等，存在效率低、检测率低以及机场调度复杂的不利因素。红外和可见光受天气影响大，对微小目标检测困难等不利因素。

与红外和可见光不同，毫米波对云雨大气有一定的穿透作用，受天气的影响小，能够全天时全天候工作，而且雷达扫描覆盖范围大、成像分辨率高、对弱小目标检测率高、扫描效率高等优点。当前，国际上主要的跑道异物自动检测与识别系统有4个,分别是英国开发的tarsier系统、以色列开发的fodetect系统、美国开发的fodfinder系统和新加坡开发的iferret系统，这些公司的系统分别或综合采用了红外/可见光和微波雷达技术。

其中，英国qinetiq公司研发的tarsier1100(t1100)是全球第一个机场异物自动雷达检测系统。tarsier系统采用fmcw(调频连续波)体制雷达，工作在w频段(94.5ghz)。此系统采用塔架结构，对机场跑道进行扇面或360°扫描，系统中雷达数量少，扫描效率高；但是，该系统中，方位向分辨率受雷达波束宽度限制，分辨率较低。

以色列的xsight公司开发了foddetect系统。该系统由多个沿跑道布设的检测单元组成。每个检测单元由毫米波雷达(77ghz)及摄像设备组成，所有单元协同工作完成对整条机场跑道异物的监测。采用视频识别技术可以在毫米波雷达探测到机场异物后，对探测结果进行确认，从而使虚警概率大大降低。此系统可借用跑道灯位，无需特别进行基建，扫描效率高；但是，方位向分辨率受雷达波束宽度限制，分辨率较低。

美国trexenterprises公司开发了fodfinder系统。其独特之处就是它可车载移动，系统包括雷达、摄像系统和gps定位系统。雷达安装在车顶的雷达罩里，采用毫米波波段，工作频率在78到81ghz之间。此系统可移动，但是，使用时需关闭跑道，降低机场起飞降落效率。

新加坡stratech公司开发的iferret是一套视频探测系统。它对机场异物的探测是通过摄像机及图像处理软件实现。但是，此系统非雷达系统，有着天候的限制。

技术实现要素：

本发明的目的在于，为解决现有技术存在上述缺陷，本发明提出了一种差分干涉双站同步扫描高分辨成像的雷达系统及方法，采用双站同步扫描高分辨毫米波成像雷达系统利用大带宽信号在机场跑道长度方向上实现高分辨率；在架高轨道上实现波束扫描，利用合成孔径提高雷达沿机场跑道宽度方向上的分辨率；轨道上多次扫描间构成差分干涉，从而具备了机场跑道微形变检测能力。另外，利用双站同步扫描高分辨毫米波成像雷达系统的全天候、全天时连续监测，提高机场跑道上外来物检测及跑道形变的准确性和时效性，具有非常重要的意义。

为了实现上述目的，本发明提供了一种差分干涉双站同步扫描高分辨成像的雷达系统，其包括：

主相干毫米波雷达、辅助相干毫米波雷达、主架高轨道和辅助架高轨道；

主相干毫米波雷达安装在主架高轨道上，辅助相干毫米波雷达安装在辅助架高轨道上；主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达可分别对应地在主架高轨道和辅助架高轨道上同步滑动，且主架高轨道和辅助架高轨道相互平行地放置在机场跑道的两端或两侧；所述主相干毫米波雷达、辅助相干毫米波雷达上均安装双抛物面天线或喇叭或波导缝隙阵，用于发射和接收信号。

作为上述技术方案的改进之一，所述双抛物面天线中的两个抛物面天线呈上、下放置；其中，位于上方的抛物面天线作为发射信号天线，用于发射信号；位于下方的抛物面天线作为接收信号天线，用于接收信号。

作为上述技术方案的改进之一，主架高轨道的长度大于机场跑道的宽度或长度；辅助架高轨道的长度大于机场跑道的宽度或长度。

作为上述技术方案的改进之一，所述主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达均采用毫米波窗口频段92-97ghz，其信号形式为调频连续波，信号带宽为大于或等于5ghz，在距离向和方位向分别实现小于或等于3厘米的成像分辨率。

作为上述技术方案的改进之一，所述主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达采用基于双站雷达的乒乓发射模式，主相干毫米波雷达或辅助相干毫米波雷达发射信号，主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达接收信号，然后，辅助相干毫米波雷达或主相干毫米波雷达发射信号，主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达接收信号，形成一个闭合式循环。

作为上述技术方案的改进之一，所述主相干毫米波雷达包括：

发射天线、接收天线，发射链路，接收链路，直接数字合成信号发生器，连续波源，高稳晶振，数据采集模块，数据存储模块，成像处理模块，时序控制器和微波→光转换模块；

高稳晶振分别与直接数字合成信号发生器、连续波源、数据采集模块、时序控制器、微波→光转换模块连接；直接数字合成信号发生器和连续波源分别与发射链路连接，发射链路与发射天线连接；数据采集模块分别与数据存储模块、成像处理模块、接收链路连接；成像处理模块与数据存储模块连接，接收链路与接收天线连接；

其中，发射链路包括依次顺序连接的功率放大器、功分器、放大器、四倍频器、第一带通滤波器和第一混频器；

接收链路包括依次顺序连接的低噪声放大器、第二混频器、第二带通滤波器和基带放大器；

雷达开机后，由高稳晶振产生100mhz参考振荡频率信号送至连续波源，连续波源产生第一混频器所需的22.8ghz第一本振信号；同时将100mhz参考振荡频率信号提供给数字合成信号发生器dds，数字合成信号发生器dds产生0.2～1.45ghz的基带调频连续波信号，并将其作为第一混频器的输入信号；第一混频器将基带调频连续波信号调制到23～24.25ghz后，输出连续波信号，并将其送至后级的带通滤波器；带通滤波器滤除连续波信号中的杂散及谐波成分，获得过滤信号，再将其送至四倍频器；四倍频器将23～24.25ghz的过滤信号倍频至92～97ghz的倍频信号，该倍频信号经放大器放大，获得放大信号，该放大信号由功分器分成两路，其中一路经功率放大器继续放大，并将其送至发射天线，并通过发射天线以电磁波的形式向预先设定的目标区域辐射；另一路提供给接收链路中的第二混频器作为92～97ghz的混频本振信号。

经发射天线辐射出的电磁波信号遇到预先设定的目标后反射或散射；其中，后向散射信号返回到发射天线一侧的接收天线，前向散射信号进入到辅助相干毫米波雷达的接收天线。

接收天线接收到反射或散射的电磁波信号后，经低噪声放大器放大并送至第二混频器；第二混频器将回波信号与发射链路功分器提供的92～97ghz混频本振信号进行混频，产生基带信号；基带信号经第二带通滤波器滤波后送至基带放大器进行放大，获得模拟基带信号；数据采集模块将模拟基带信号变换成数字信号后分两路，其中一路发送至数据存储模块进行存储，另一路发送至成像处理模块；成像处理模块将采集到的数字信号进行幅相预处理、傅里叶变换、方位向压缩处理，获得目标图像，将目标图像发送至数据存储模块；数据存储模块将数字信号和目标图像打包，形成打包数据，并将其发送至系统控制器。

作为上述技术方案的改进之一，所述辅助相干毫米波雷达包括：

辅助发射天线、辅助接收天线，辅助发射链路，辅助接收链路，辅助数据采集模块，辅助数据存储模块、辅助成像处理模块和辅助时序控制器；

辅助发射天线与辅助发射链路连接，辅助发射链路与辅助时序控制器连接，辅助时序控制器与辅助数据采集模块连接，辅助数据采集模块分别与辅助数据存储模块、辅助成像处理模块、辅助接收链路连接，辅助数据存储模块与辅助成像处理模块连接，辅助接收链路与辅助接收天线连接；

其中，所述辅助发射链路包括依次顺序连接的辅助功率放大器、辅助功分器、辅助放大器、辅助四倍频器、第一辅助带通滤波器和光→微波转换模块；

所述辅助接收链路包括依次顺序连接的辅助低噪声放大器、辅助混频器、第二辅助带通滤波器和基带放大器；

主相干毫米波雷达通过微波→光转换模块将23～24.25ghz的信号转换为光信号，并通过光纤将其发送至辅助相干毫米波雷达的光→微波转换模块，光→微波转换模块将光信号转换为微波信号，并将其输入至第一辅助带通滤波器进行滤波，获得辅助过滤信号，并将其输入至辅助四倍频器进行倍频，获得辅助倍频信号，并将其输入至辅助放大器进行信号放大，获得辅助放大信号，该辅助放大信号由辅助功分器分为两路，其中一路经辅助功率放大器继续放大，获得辅助继续放大信号，并将其送至辅助发射天线，并通过辅助发射天线向预先设定的目标区域辐射；另一路提供给辅助接收链路中的辅助混频器作为92～97ghz的辅助混频本振信号；

辅助接收天线接收到反射或散射的电磁波信号后，经辅助低噪声放大器放大并送至辅助混频器；辅助混频器将回波信号与辅助发射链路功分器提供的92～97ghz辅助混频本振信号进行混频，产生辅助基带信号；辅助基带信号经第二辅助带通滤波器滤波后送至辅助基带放大器进行放大，获得辅助模拟基带信号；辅助数据采集模块将辅助模拟基带信号变换成辅助数字信号后分两路，其中一路发送至辅助数据存储模块进行存储，另一路发送至辅助成像处理模块；辅助成像处理模块将采集到的辅助数字信号进行幅相预处理、傅里叶变换、方位向压缩处理，获得辅助目标图像，将辅助目标图像发送至辅助数据存储模块；辅助数据存储模块将辅助数字信号和辅助目标图像打包，形成辅助打包数据，并将其发送至系统控制器。

本发明还提供了一种基于差分干涉双站同步扫描高分辨成像的雷达系统的方法，该方法通过上述系统来实现，其包括：

双抛物面天线的波束轴线均指向临近起落区的中央位置；

当主相干毫米波雷达滑动到主架高轨道的某一位置时，发射天线辐射电磁波信号至第一起落区，与位于第一起落区上的预先设定的目标作用后产生的后向反射信号进入主相干毫米波雷达的接收天线，同时，此电磁波信号与位于第一起落区上的与预先设定的目标作用后产生的前向散射信号进入滑动到对应位置的辅助相干毫米波雷达的辅助接收天线，主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达分别获得对应的架高轨道位置机场跑道第一起落区的距离向信号；

随后，辅助相干毫米波雷达发射天线辐射电磁波信号至第二起落区，与位于第二起落区上的与预先设定的目标作用后产生的后向反射信号进入辅助相干毫米波雷达的接收天线，同时，该电磁波信号与位于第二起落区上的与预先设定的目标作用后产生的前向散射信号进入主相干毫米波雷达的接收天线，主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达分别获得对应的架高轨道位置机场跑道第二起落区的距离向信号；

主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达在对应的架高轨道上滑动过程中，通过上述步骤，在对应的架高轨道的不同位置上获得预先设定的目标的回波信号，作为方位向信号；对以上过程所获得的距离向信号和方位向信号，即距离向和方位向的二维数据，进行合成孔径雷达成像处理，获得机场跑道二维图像；

比较机场跑道二维图像和机场跑道的初始图像，根据比较结果，判断机场跑道是否发生形变；

具体地，如果机场跑道二维图像和机场跑道的初始图像一样，则机场跑道没有发生形变；

如果机场跑道二维图像和机场跑道的初始图像不一样，则机场跑道发生形变。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1、本发明提出了一种新型的用于机场跑道形变及机场跑道外来物检测的高分辨率毫米波成像系统，该系统相比其他的检测机场跑道形变及机场跑道外来物的系统提高了成像分辨率，增加了机场跑道微形变检测功能，提高了整体的检测能力；本发明利用两台套雷达设备实现每条机场跑道的高分辨外来物检测及机场跑道形变检测，易于实现；

2、本发明采用毫米波，提高了全天候全天时工作能力；

3、本发明采用大带宽信号，提高了雷达的距离向分辨率；

4、本发明利用轨道滑动构成合成孔径，提高了雷达方位向成像分辨率，从而提高了对弱小目标的检测率；

5、本发明利用多幅成像间的相位干涉获取机场跑道的外来物信息，提高了外来物检测率；

6、本发明利用多幅成像间的相位干涉获取跑道微形变信息，增强了对机场跑道微形变的检测能力；

7、本发明采用主相干毫米波雷达与辅助相干毫米波雷达同步扫描的方式，同时获取目标的前向散射和后向散射信息，提高了机场跑道外来物的检测率和识别率；

8、本发明采用主相干毫米波雷达与辅助相干毫米波雷达互补增强方式，主相干毫米波雷达照射的较近起落区的回波信号结合辅助相干毫米波雷达的前向散射信号，提高外来物的检测率和识别率；

9、本发明利用光传微波，使得主相干毫米波雷达与辅助相干毫米波雷达保持系统相干性，使两个雷达分别获取的信号可以进行相干积累，从而提高机场跑道外来物的检测率。

附图说明

图1为本发明的一种差分干涉双站同步扫描高分辨成像的雷达系统的结构示意图；

图2是本发明的一种差分干涉双站同步扫描高分辨成像的雷达系统进行双站观测的结构示意图；

图3是本发明的一种差分干涉双站同步扫描高分辨成像的雷达系统的主相干毫米波雷达的结构示意图；

图4是本发明的一种差分干涉双站同步扫描高分辨成像的雷达系统的辅助相干毫米波雷达的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1和2所示，本发明提供了一种差分干涉双站同步扫描高分辨成像的雷达系统，利用毫米波雷达成像、差分干涉测量、双站雷达观测、同步扫描提高系统的成像分辨率、机场跑道外来物弱小目标检测能力、机场跑道微形变检测能力，从而满足对跑道形变和跑道外来物准确检测的安全要求。另外，利用合成孔径、双站雷达观测和差分干涉测量相结合，实现对机场跑道外来物弱小目标检测及机场跑道微形变检测。

所述系统包括：主相干毫米波雷达、辅助相干毫米波雷达、主架高轨道和辅助架高轨道；

主相干毫米波雷达安装在主架高轨道上，辅助相干毫米波雷达安装在辅助架高轨道上；主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达可分别对应地在主架高轨道和辅助架高轨道上同步滑动，且主架高轨道和辅助架高轨道相互平行地放置在机场跑道的两端或两侧；所述主相干毫米波雷达、辅助相干毫米波雷达上均安装双抛物面天线或喇叭或波导缝隙阵，用于发射和接收信号。如图1所示，在本实施例中，主架高轨道和辅助架高轨道相互平行地放置在机场跑道的两端；所述主相干毫米波雷达、辅助相干毫米波雷达上均安装双抛物面天线，用于发射和接收信号。

其中，主架高轨道和辅助架高轨道同侧端点的连线与机场跑道呈垂直关系，主架高轨道和辅助架高轨道同侧的端点的连线分别与主架高轨道和辅助架高轨道呈垂直关系。

所述双抛物面天线中的两个抛物面天线呈上、下放置；其中，位于上方的抛物面天线作为发射信号天线，用于发射信号；位于下方的抛物面天线作为接收信号天线，用于接收信号。

主架高轨道的长度大于机场跑道的宽度或长度；辅助架高轨道的长度大于机场跑道的宽度或长度。主架高轨道和辅助架高轨道的高度根据机场跑道外侧的围栏的高度设定，主架高轨道和辅助架高轨道的高度略高于机场跑道外侧的围栏的高度，优选为2-6米。其中，主架高轨道和辅助架高轨道均沿着机场跑道的宽度或长度方向相对放置。在本实施例中，主架高轨道的长度大于机场跑道的宽度；辅助架高轨道的长度大于机场跑道的宽度。主架高轨道和辅助架高轨道均沿着机场跑道的宽度方向相对放置。

主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达均采用毫米波窗口频段94ghz，其信号形式为调频连续波，信号带宽为5ghz，在距离向和方位向分别实现3厘米的成像分辨率。

主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达均从各自的架高轨道的一端同步滑动到另一端匀速扫描机场跑道，通过扫描构成合成孔径，生成一帧机场跑道宽度图像，实现在机场跑道宽度方向上的高分辨成像。

同时，主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达均采用大带宽信号(≥5ghz)从各自的架高轨道的一端同步滑动到另一端匀速扫描机场跑道，通过扫描构成真实孔径，生成一帧机场跑道长度图像，从而实现在机场跑道长度方向上的高分辨成像。

主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达在系统控制器的控制下同步滑动进行匀速扫描，实现其中一个相干毫米波雷达发射，主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达接收的信号接收体制，从而能够对目标进行后向散射和前向散射的同时观测，提高检测率；基于双站雷达的发射采用乒乓模式，即主相干毫米波雷达或辅助相干毫米波雷达发射信号，主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达接收信号，然后，辅助相干毫米波雷达或主相干毫米波雷达发射信号，主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达接收信号，如此循环。

其中，成像技术结合真实孔径和合成孔径技术，成像所需的孔径通过架设在机场跑道两端或两侧的主架高轨道和辅助架高轨道实现。

如图3所示，主相干毫米波雷达包括：

发射天线、接收天线，发射链路，接收链路，直接数字合成信号发生器(dds)，连续波源，高稳晶振，数据采集模块，数据存储模块，成像处理模块，时序控制器和微波→光转换模块；

高稳晶振分别与直接数字合成信号发生器、连续波源、数据采集模块、时序控制器、微波→光转换模块连接；直接数字合成信号发生器和连续波源分别与发射链路连接，发射链路与发射天线连接；数据采集模块分别与数据存储模块、成像处理模块、接收链路连接；成像处理模块与数据存储模块连接，接收链路与接收天线连接；

其中，发射链路包括依次顺序连接的功率放大器、功分器、放大器、四倍频器、第一带通滤波器和第一混频器；

接收链路包括依次顺序连接的低噪声放大器、第二混频器、第二带通滤波器和基带放大器；

雷达开机后，由高稳晶振产生100mhz参考振荡频率信号送至连续波源，连续波源产生第一混频器所需的22.8ghz第一本振信号；同时将100mhz参考振荡频率信号提供给数字合成信号发生器dds，数字合成信号发生器dds产生0.2～1.45ghz的基带调频连续波信号，并将其作为第一混频器的输入信号；第一混频器将基带调频连续波信号调制到23～24.25ghz后，输出连续波信号，并将其送至后级的带通滤波器；带通滤波器滤除连续波信号中的杂散及谐波成分，获得过滤信号，再将其送至四倍频器；四倍频器将23～24.25ghz的过滤信号倍频至92～97ghz的倍频信号，该倍频信号经放大器放大，获得放大信号，该放大信号由功分器分成两路，其中一路经功率放大器继续放大，并将其送至发射天线，并通过发射天线以电磁波的形式向预先设定的目标区域辐射；另一路提供给接收链路中的第二混频器作为92～97ghz的混频本振信号。

经发射天线辐射出的电磁波信号遇到预先设定的目标后反射或散射；其中后向散射信号返回到发射天线一侧的接收天线，前向散射信号进入到辅助相干毫米波雷达的接收天线。

接收天线接收到反射或散射的电磁波信号(回波信号)后，经低噪声放大器放大并送至第二混频器；第二混频器将回波信号与发射链路功分器提供的92～97ghz混频本振信号进行混频，产生基带信号；基带信号经第二带通滤波器滤波后送至基带放大器进行放大，获得模拟基带信号；数据采集模块将模拟基带信号变换成数字信号后分两路，其中一路发送至数据存储模块进行存储，另一路发送至成像处理模块；成像处理模块将采集到的数字信号进行幅相预处理、傅里叶变换、方位向压缩处理，获得目标图像，将目标图像发送至数据存储模块；数据存储模块将数字信号和目标图像打包，形成打包数据，并将其发送至系统控制器。

另外，主相干毫米波雷达中的微波→光转换模块将23～24.25ghz的过滤信号发送给辅助相干毫米波雷达用以产生其混频器所需的本振信号。

另外，双站间还有微波→光转换模块，光→微波转换模块以及信号传输用光纤。

如图4所示，所述辅助相干毫米波雷达包括：

辅助发射天线、辅助接收天线，辅助发射链路，辅助接收链路，辅助数据采集模块，辅助数据存储模块、辅助成像处理模块和辅助时序控制器；

辅助发射天线与辅助发射链路连接，辅助发射链路与辅助时序控制器连接，辅助时序控制器与辅助数据采集模块连接，辅助数据采集模块分别与辅助数据存储模块、辅助成像处理模块、辅助接收链路连接，辅助数据存储模块与辅助成像处理模块连接，辅助接收链路与辅助接收天线连接；

其中，所述辅助发射链路包括依次顺序连接的辅助功率放大器、辅助功分器、辅助放大器、辅助四倍频器、第一辅助带通滤波器和光→微波转换模块；

所述辅助接收链路包括依次顺序连接的辅助低噪声放大器、辅助混频器、第二辅助带通滤波器和基带放大器；

主相干毫米波雷达通过微波→光转换模块将23～24.25ghz的信号转换为光信号，并通过光纤将其发送至辅助相干毫米波雷达的光→微波转换模块，光→微波转换模块将光信号转换为微波信号，并将其输入至第一辅助带通滤波器进行滤波，获得辅助过滤信号，并将其输入至辅助四倍频器进行倍频，获得辅助倍频信号，并将其输入至辅助放大器进行信号放大，获得辅助放大信号，该辅助放大信号由辅助功分器分为两路，其中一路经辅助功率放大器继续放大，获得辅助继续放大信号，并将其送至辅助发射天线，并通过辅助发射天线向预先设定的目标区域辐射；另一路提供给辅助接收链路中的辅助混频器作为92～97ghz的辅助混频本振信号；

辅助接收天线接收到反射或散射的电磁波信号后，经辅助低噪声放大器放大并送至辅助混频器；辅助混频器将回波信号与辅助发射链路功分器提供的92～97ghz辅助混频本振信号进行混频，产生辅助基带信号；辅助基带信号经第二辅助带通滤波器滤波后送至辅助基带放大器进行放大，获得辅助模拟基带信号；辅助数据采集模块将辅助模拟基带信号变换成辅助数字信号后分两路，其中一路发送至辅助数据存储模块进行存储，另一路发送至辅助成像处理模块；辅助成像处理模块将采集到的辅助数字信号进行幅相预处理、傅里叶变换、方位向压缩处理，获得辅助目标图像，将辅助目标图像发送至辅助数据存储模块；辅助数据存储模块将辅助数字信号和辅助目标图像打包，形成辅助打包数据，并将其发送至系统控制器。

其工作过程与主相干毫米波雷达基本相同，不同之处在于：辅助相干毫米波雷达无需自行产生23～24.25ghz的信号，此信号由主相干毫米波雷达通过光纤提供；此后的信号发射与接收的工作过程与主相干毫米波雷达相同。另外，辅助相干毫米波雷达通过光→微波转换模块获取主相干毫米波雷达提供的去斜处理所需的混频器本振信号。主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达之间通过光纤互联，采用微波→光→微波的信号传递方式来传递微波信号，避免了空间传递过程中容易被干扰及受环境变化产生畸变的问题。

其中，双站雷达间的频综参考信号和去斜处理所需的参考信号通过光纤互联，采用微波→光→微波的信号传递方式。

系统控制器通过接收主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达的打包数据，进行合成孔径雷达成像处理，获得机场跑道二维图像；

比较机场跑道二维图像和机场跑道的初始图像，根据比较结果，判断机场跑道是否发生形变；

具体地，如果机场跑道二维图像和机场跑道的初始图像一样，则机场跑道没有发生形变；

如果机场跑道二维图像和机场跑道的初始图像不一样，则机场跑道发生形变。

如图2所示，本发明提供了一种差分干涉双站同步扫描高分辨成像的雷达方法，该方法包括：

双抛物面天线的波束轴线均指向临近起落区的中央位置；

当主相干毫米波雷达滑动到主架高轨道的某一位置时，发射天线辐射电磁波信号至第一起落区，与位于第一起落区上的预先设定的目标作用后产生的后向反射信号进入主相干毫米波雷达的接收天线，同时，此电磁波信号与位于第一起落区上的与预先设定的目标作用后产生的前向散射信号进入滑动到对应位置的辅助相干毫米波雷达的辅助接收天线，主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达分别获得对应的架高轨道位置机场跑道第一起落区的距离向信号；此过程，主相干毫米波雷达发射并接收信号，辅助相干毫米波雷达仅接收信号。

随后，辅助相干毫米波雷达发射天线辐射电磁波信号至第二起落区，与位于第二起落区上的与预先设定的目标作用后产生的后向反射信号进入辅助相干毫米波雷达的接收天线，同时，该电磁波信号与位于第二起落区上的与预先设定的目标作用后产生的前向散射信号进入主相干毫米波雷达的接收天线，主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达分别获得对应的架高轨道位置机场跑道第二起落区的距离向信号；此过程，辅助相干毫米波雷达发射并接收信号，主相干毫米波雷达仅接收信号。

主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达在对应的架高轨道上滑动过程中，通过上述步骤，在对应的架高轨道的不同位置上获得预先设定的目标的回波信号，作为方位向信号；对以上过程所获得的距离向信号和方位向信号，即距离向和方位向的二维数据，进行合成孔径雷达成像处理，获得机场跑道二维图像；

比较机场跑道二维图像和机场跑道的初始图像，根据比较结果，判断机场跑道是否发生形变；

具体地，如果机场跑道二维图像和机场跑道的初始图像一样，则机场跑道没有发生形变；

如果机场跑道二维图像和机场跑道的初始图像不一样，则机场跑道发生形变。

其中，预先设定的目标为机场跑道上任意位置区域。

将上述预先设定的目标替换为机场跑道上含有外来异物的位置区域；基于上述方法过程，比较含外来物的机场跑道图像和不含外来物的机场跑道图像，可获得外来异物的分布位置及其尺寸信息。

本发明的方法分别在机场跑道两端的主架高轨道和辅助架高轨道上利用主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达构成双站同步扫描高分辨毫米波成像雷达系统；两台主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达分别利用大带宽信号在机场跑道长度方向上或距离向上实现高分辨率，获得距离向图像；在各自的架高轨道上利用平移实现波束扫描，构成合成孔径提高沿机场跑道宽度方向上或方位向上的分辨率，获得方位向图像；将获得的机场跑道距离向图像与机场跑道方位向图像生成机场跑道二维图像；比较机场跑道二维图像和机场跑道的初始图像，根据比较结果，判断机场跑道是否发生形变。

综合利用雷达的前向散射和后向反射信号对预先设定的目标进行高分辨率雷达成像；对单次双站观测雷达幅度图像中的目标进行识别及检测，可以获得初步结果；根据获得的初步结果与预先设定的目标的初始状态比较，如果一致，则机场跑道没有发生形变；如果不一致，则机场跑道发生形变；

本系统可以在轨道上连续多次扫描，多次扫描间构成差分干涉，从干涉获取的相位图像中可以对目标进行进一步识别与检测，并由此观测模式使系统具备了机场跑道微形变检测能力。

通过一次滑动扫描观测，主相干毫米波雷达和辅助相干毫米波雷达利用大带宽信号与合成孔径分别在机场跑道长度(距离向)及宽度(方位向)方向上获得高分辨率，从而形成高分辨率的机场跑道二维图像。通过多次滑动间的差分干涉信息，获取机场跑道及机场跑道上的物体微波属性结果，并将其与机场跑道及机场跑道上的物体的初始状态进行比较，从而判断是机场跑道本身形变。进而用单次成像的雷达横截面检测和多次成像间的差分干涉两种方式对机场跑道形变及机场跑道的外来物进行检测，大大提高了对机场跑道形变及机场跑道上的外来物或异物的检测率。

根据机场设施、跑道形变以及外来物等目标在图像上的形状、大小、强度等信息，作为判断依据，可以对目标进行检测与识别。

此观测手段利用了雷达高分辨成像获取目标的后向散射中心的幅度细节信息来区分目标。

通过双站同步扫描互补增强的工作方式，即每个雷达接收到自身雷达的后向散射信号和另一雷达的前向散射信号，从而实现对机场跑道、机场外来物或异物的前向散射信号和后向散射信号的同步观测。通过主相干毫米波雷达与辅助相干毫米波雷达获取的前向散射和后向反射信号的不同，在两个观测方向上对机场跑道、机场外来物或异物的信息进行综合，提高目标的识别进行高分辨率雷达成像。此观测手段利用了雷达不同角度(前向散射信号及后向反射信号)观测而获得的更多目标信息来检测目标。

通过在轨道上连续多次扫描成像，多次扫描获得的高分辨率雷达图像间构成差分相位干涉。机场固定设施在多次扫描成像中的相位差值为0，而机场跑道上存在外来物和机场跑道形变后，所获雷达图像的相位与之前不存在外来物和形变时的雷达图像的相位之间会产生明显不同。这种相位上的不同通过差分及积累处理使得外来物和形变导致的相位变化在雷达相位图像中凸显出来，综合研判幅度图像，可以对目标进行进一步识别与检测。

综合使用单站雷达高分辨率幅度图像、双站雷达前后两方向图像以及多次观测差分干涉相位图像对机场跑道形变及外来物进行检测，大大提高了对机场跑道形变及机场异物的检测率。

本发明的系统因采用92～97ghz波段毫米波，其波长短，目标形状、尺寸变化在信号相位上体现比较明显，根据波长与相位的对应关系，对相位检测的精度达到10°量级，就可以检测到百微米量级的形变，这有利于获取机场跑道因跑道材料老化开裂、胀起、降落冲击等造成的微形变信息，为跑道健康状态和维修提供依据。

本发明的系统采用了双站同步扫描互补增强的工作方式，每个雷达到机场跑道上的两个起落区的距离不同，通过双站同步扫描观测的方式，即每个雷达接收到自身雷达的后向散射信号和另一雷达的前向散射信号，从而实现对机场异物前向散射和后向散射信号的同步观测，提高目标检测率。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。