基于多输入多输合成孔径雷达机场跑道异物检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供基于多输入多输出合成孔径雷达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多输入多输出合成孔径雷达、与多输入多输出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，获得高分辨二维机场跑道SAR图像，控制中心还用于根据多输入多输出合成孔径雷达成像结果进行跑道异物检测。本实用新型针对现有技术检测机场跑道微小异物难的问题,利用多输入多输出合成孔径雷达技术进一步减小杂波检测单元面积，从而提高对跑道微小异物的检测能力。
【专利说明】
基于多输入多输合成孔径雷达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，具体是基于多输入多输出合成孔径雷达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型异物的能力，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，本实用新型提供基于多输入多输出合成孔径雷达机场跑道异物检测系统，利用多输入多输出合成孔径雷达技术，可进一步减小杂波单元面积，与现有机场跑道异物检测系统相比，可极大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，基于多输入多输出合成孔径雷达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多输入多输出合成孔径雷达、与多输入多输出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，利用多输入多输出技术以获得更高分辨二维机场跑道SAR图像，所述控制中心利用上述SAR图像进行跑道异物检测，检测系统还包括与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，所述控制中心控制报警装置进行报警处理。所述多输入多输出合成孔径雷达包括依次连接的频率综合器、发射分系统、发射天线和依次连接的接收天线、接收分系统、信号处理分系统、通信分系统，频率综合器的信号输出端与接收分系统信号输入端连接。
[0006]进一步地，所述发射分系统包括N个发射机，N个发射机的输入的宽带频分信号由频率综合器产生。
[0007]进一步地，所述发射天线包括N个发射天线，N个发射天线与N个发射机对应相连。
[0008]进一步地，所述接收天线包括M个接收天线，M个接收天线与M个接收机对应相连。
[0009]进一步地，所述接收分系统包括M个接收机，M个接收机与M个接收天线对应相连。
[0010]进一步地，所述信号处理分系统包括M个成像电路和与成像电路连接的存储电路。
[0011]进一步地，所述M个成像电路组成相同，包括带宽合成电路、距离向聚焦电路和方位向聚焦电路。
[0012]所述存储电路用于存储成像电路处理过程中的临时数据。
[0013]本实用新型的有益效果是:利用多输入多输出技术，通过发射多个频分的宽带信号，在接收端通过带宽合成技术获得更宽的宽带信号，在距离向采用脉冲压缩可实现距离更高分辨，方位向通过孔径合成提高方位分辨率，进一步减小杂波检测单元面积，从而提高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】
[0014]图1是本实用新型基于多输入多输出合成孔径雷达机场跑道异物检测系统其中一个实施例的结构示意图；
[0015]图2为本实用新型中多输入多输出合成孔径雷达的电路结构框图；
[0016]图3为多输入多输出合成孔径雷达中的发射分系统的电路结构框图；
[0017]图4为多输入多输出合成孔径雷达中的发射天线的电路结构框图；
[0018]图5为多输入多输出合成孔径雷达中的接收天线的电路结构框图；
[0019]图6为多输入多输出合成孔径雷达中的接收分系统的电路结构框图；
[0020]图7为多输入多输出合成孔径雷达中的信号处理分系统的电路结构框图；
[0021]图8为多输入多输出合成孔径雷达中的成像模块的电路结构框图；
[0022]图中:丨一移动平台，2—多输入多输出合成孔径雷达，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—发射天线，24—接收天线，25—接收分系统，26—信号处理分系统，27—通信分系统，
[0023]221，222，…，22N—第一发射机，第二发射机，…，第N发射机，
[0024]231，232，…，23N—第一发射天线，第二发射天线，…，第N发射天线，
[0025]241，242，…，24M—第一接收天线，第二接收天线，…，第M接收天线，
[0026]251，252，…，25M—第一接收机，第二接收机，…，第M接收机，
[0027]261，262，…，26M—第一成像电路，第二成像电路，…，第M成像电路，
[0028]2611—带宽合成电路，2612—距离向聚焦电路，2613—方位向聚焦电路，
[0029]26M+1—存储电路，其中M，N为正整数，M和N可以相等也可以不同。
【具体实施方式】
[0030]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。
[0031]图1所示为本实用新型基于多输入多输出合成孔径雷达机场跑道异物检测系统其中一个实施例的结构示意图，所述基于多输入多输出合成孔径雷达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上的多输入多输出合成孔径雷达
2、与多输入多输出合成孔径雷达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还用于根据多输入多输出合成孔径雷达2扫描获得的高分辨二维机场跑道SAR图像进行跑道异物检测。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。
[0032]请进一步参考图2，所述多输入多输出合成孔径雷达2包括依次连接的频率综合器21、发射分系统22、发射天线23和依次连接的接收天线24、接收分系统25、信号处理分系统26、通信分系统27，频率综合器21的信号输出端与接收分系统25的信号输入端连接。
[0033]所述多输入多输出合成孔径雷达2所需要的N个频分的发射信号工作频段为毫米波段(30GHz?100GHz)，N个频分的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N个频分的线性调频信号，提供发射分系统22中用于上变频的本振信号和接收分系统25中用于混频的本振信号。
[0034]请进一步参考图3，所述发射分系统22包括N个发射机221，222，…，22N，每个发射机由上变频器、射频滤波器、射频功率放大器等组成，其功能是将射频信号放大至需要功率，传输给N个发射天线23，N个射频滤波器的中心频率和带宽与N个发射信号对应。
[0035]请进一步参考图4，所述发射天线23包括N根波导和N个发射天线231，232，…，23N，与发射机的输出端连接。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。
[0036]请进一步图5，所述接收天线24包括M根波导和M个接收天线241，242，...，24M，与M个接收机的输入端连接。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。
[0037]请进一步参考图6，所述接收分系统25包括M个接收机251，252，…，25M，每个接收机由低噪声放大器、混频器、中频放大器、A/D变换器等组成。低噪声放大器将接收天线24接收到的机场跑道对N个发射信号的微弱的后向散射回波信号放大，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。
[0038]请进一步参考图7，所述信号处理分系统26包括M个成像电路261，262，…，26M和与成像电路261，262，…，26M连接的存储电路26M+UM个成像电路的结构和功能完全相同。所述存储电路26M+1用于存储成像模块261，262，…，26M处理过程中的临时数据和成像结果。
[0039]请进一步参考图8，所述的成像电路261包括带宽合成电路2611、距离向聚焦电路2612和方位向聚焦电路2613。
[0040]所述带宽合成电路2611用于接收所述第一接收机转换后的N个频分的发射信号的机场跑道的后向散射回波中频数字信号，并经过带宽合成技术，将N个频分的回波信号合成一个更宽带宽的信号;所述距离向聚焦电路2612用于接收所述带宽合成电路2611合成后的宽带信号，通过脉冲压缩技术实现距离向聚焦处理;所述方位向聚焦电路2613处理距离向聚焦处理后的数据，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包括机场上的异物的二维SAR图像。其他所述成像电路262，…，26M处理过程相似，不再赘述。
[0041]所述通信分系统27用于完成所述多输入多输出合成孔径雷达2与控制中心3的通信功能，所述通信分系统27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图像数据传输至控制中心3。
[0042]本实施例中，发射机数目N=10，频率综合器21产生雷达需要的10个频分的线性调频信号的带宽为300MHz，接收机数目M=2，接收天线的方位向孔径为10_，经带宽合成后信号带宽为3GHz，则距离向分辨率为5cm，方位向的分辨率为5mm，所以雷达最终的杂波检测单元面积为0.00025m2，与专利201520224580.2—种基于合成孔径雷达的机场跑道异物检测系统的杂波检测单元面积0.0075m2相比，提高了 30倍。因此，本专利对机场跑道的微小异物检测能力有了显著提高。
[0043]本实用新型的工作过程是:
[0044]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I，多输入多输出合成孔径雷达2安置在移动平台1，多输入多输出合成孔径雷达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受该命令控制在沿着轨道匀速运动，完成对机场跑道的扫描；同时，多输入多输出合成孔径雷达2由频率综合器21提供N个频分的宽带发射波形，经发射分系统22中N个发射机221，222，…，22N放大后，送发射天线23中N个发射天线231，232，…，23N发射出去;机场跑道的后向散射信号经接收天线24中M个接收天线241，242，…，24M接收后，送接收分系统25中M个接收机251，252，…，25M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，经带宽合成电路2611处理、距离向聚焦电路2612和方位向聚焦电路2613处理后，获得高分辨二维机场跑道SAR图像，并完成跑道异物检测。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3显示并告警。
[0045]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.基于多输入多输出合成孔径雷达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)上的多输入多输出合成孔径雷达(2)、与多输入多输出合成孔径雷达(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(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，以获得更高分辨二维机场跑道SAR图像，所述控制中心(3)利用上述SAR图像进行跑道异物检测，并控制报警装置(4)进行报警处理，其特征在于:所述多输入多输出合成孔径雷达(2)包括依次连接的频率综合器(21)、发射分系统(22)、发射天线(23)和依次连接的接收天线(24)、接收分系统(25)、信号处理分系统(26)、通信分系统(27)，频率综合器(21)的信号输出端与接收分系统(25)信号输入端连接。2.如权利要求1所述的基于多输入多输出合成孔径雷达机场跑道异物检测系统，其特征在于:所述发射分系统(22)包括N个发射机(221,222,...,22N)，N个发射机的输入的频分宽带信号由频率综合器(21)提供。3.如权利要求1所述的基于多输入多输出合成孔径雷达机场跑道异物检测系统，其特征在于:所述发射天线(23)包括N个发射天线(231，232，…，23N)，N个发射天线与N个发射机对应相连。4.如权利要求1所述的基于多输入多输出合成孔径雷达机场跑道异物检测系统，其特征在于:所述接收天线(24)包括M个接收天线(241，242，...，24M)，M个接收天线与M个接收机对应相连。5.如权利要求1所述的基于多输入多输出合成孔径雷达机场跑道异物检测系统，其特征在于:所述接收分系统(25)包括M个接收机(251，252，.._，25M)，M个接收机与M个接收天线对应相连。6.如权利要求1所述的基于多输入多输出合成孔径雷达机场跑道异物检测系统，其特征在于:所述信号处理分系统(26)包括M个成像电路(261，262，...，26M)和与成像电路连接的存储电路(26M+1)。7.如权利要求6所述的基于多输入多输出合成孔径雷达机场跑道异物检测系统，其特征在于:所述M个成像电路组成完全相同，包括依次连接的带宽合成电路(2611)、距离向聚焦电路(2612)、方位向聚焦电路(2613)。
【文档编号】G01S13/90GK205539457SQ201620069293
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月25日
【发明人】孟藏珍, 董鹏曙, 武文, 周升响, 程柏林, 左治方, 向龙, 万凡兵, 李建东
【申请人】中国人民解放军空军预警学院