基于多輸入多輸合成孔徑雷達機場跑道異物檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供基于多輸入多輸出合成孔徑雷達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多輸入多輸出合成孔徑雷達、與多輸入多輸出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，獲得高分辨二維機場跑道SAR圖像，控制中心還用于根據(jù)多輸入多輸出合成孔徑雷達成像結果進行跑道異物檢測。本實用新型針對現(xiàn)有技術檢測機場跑道微小異物難的問題,利用多輸入多輸出合成孔徑雷達技術進一步減小雜波檢測單元面積，從而提高對跑道微小異物的檢測能力。
【專利說明】
基于多輸入多輸合成孔徑雷達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，具體是基于多輸入多輸出合成孔徑雷達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(nèi)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(chǎn)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型異物的能力，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(nèi)容】
[0004]為解決以上【背景技術】的不足，本實用新型提供基于多輸入多輸出合成孔徑雷達機場跑道異物檢測系統(tǒng)，利用多輸入多輸出合成孔徑雷達技術，可進一步減小雜波單元面積，與現(xiàn)有機場跑道異物檢測系統(tǒng)相比，可極大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，基于多輸入多輸出合成孔徑雷達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多輸入多輸出合成孔徑雷達、與多輸入多輸出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，利用多輸入多輸出技術以獲得更高分辨二維機場跑道SAR圖像，所述控制中心利用上述SAR圖像進行跑道異物檢測，檢測系統(tǒng)還包括與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，所述控制中心控制報警裝置進行報警處理。所述多輸入多輸出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)、發(fā)射天線和依次連接的接收天線、接收分系統(tǒng)、信號處理分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)，頻率綜合器的信號輸出端與接收分系統(tǒng)信號輸入端連接。
[0006]進一步地，所述發(fā)射分系統(tǒng)包括N個發(fā)射機，N個發(fā)射機的輸入的寬帶頻分信號由頻率綜合器產(chǎn)生。
[0007]進一步地，所述發(fā)射天線包括N個發(fā)射天線，N個發(fā)射天線與N個發(fā)射機對應相連。
[0008]進一步地，所述接收天線包括M個接收天線，M個接收天線與M個接收機對應相連。
[0009]進一步地，所述接收分系統(tǒng)包括M個接收機，M個接收機與M個接收天線對應相連。
[0010]進一步地，所述信號處理分系統(tǒng)包括M個成像電路和與成像電路連接的存儲電路。
[0011]進一步地，所述M個成像電路組成相同，包括帶寬合成電路、距離向聚焦電路和方位向聚焦電路。
[0012]所述存儲電路用于存儲成像電路處理過程中的臨時數(shù)據(jù)。
[0013]本實用新型的有益效果是:利用多輸入多輸出技術，通過發(fā)射多個頻分的寬帶信號，在接收端通過帶寬合成技術獲得更寬的寬帶信號，在距離向采用脈沖壓縮可實現(xiàn)距離更高分辨，方位向通過孔徑合成提高方位分辨率，進一步減小雜波檢測單元面積，從而提高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】
[0014]圖1是本實用新型基于多輸入多輸出合成孔徑雷達機場跑道異物檢測系統(tǒng)其中一個實施例的結構示意圖；
[0015]圖2為本實用新型中多輸入多輸出合成孔徑雷達的電路結構框圖；
[0016]圖3為多輸入多輸出合成孔徑雷達中的發(fā)射分系統(tǒng)的電路結構框圖；
[0017]圖4為多輸入多輸出合成孔徑雷達中的發(fā)射天線的電路結構框圖；
[0018]圖5為多輸入多輸出合成孔徑雷達中的接收天線的電路結構框圖；
[0019]圖6為多輸入多輸出合成孔徑雷達中的接收分系統(tǒng)的電路結構框圖；
[0020]圖7為多輸入多輸出合成孔徑雷達中的信號處理分系統(tǒng)的電路結構框圖；
[0021]圖8為多輸入多輸出合成孔徑雷達中的成像模塊的電路結構框圖；
[0022]圖中:丨一移動平臺，2—多輸入多輸出合成孔徑雷達，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—發(fā)射天線，24—接收天線，25—接收分系統(tǒng)，26—信號處理分系統(tǒng)，27—通信分系統(tǒng)，
[0023]221，222，…，22N—第一發(fā)射機，第二發(fā)射機，…，第N發(fā)射機，
[0024]231，232，…，23N—第一發(fā)射天線，第二發(fā)射天線，…，第N發(fā)射天線，
[0025]241，242，…，24M—第一接收天線，第二接收天線，…，第M接收天線，
[0026]251，252，…，25M—第一接收機，第二接收機，…，第M接收機，
[0027]261，262，…，26M—第一成像電路，第二成像電路，…，第M成像電路，
[0028]2611—帶寬合成電路，2612—距離向聚焦電路，2613—方位向聚焦電路，
[0029]26M+1—存儲電路，其中M，N為正整數(shù)，M和N可以相等也可以不同。
【具體實施方式】
[0030]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。
[0031]圖1所示為本實用新型基于多輸入多輸出合成孔徑雷達機場跑道異物檢測系統(tǒng)其中一個實施例的結構示意圖，所述基于多輸入多輸出合成孔徑雷達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上的多輸入多輸出合成孔徑雷達
2、與多輸入多輸出合成孔徑雷達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)多輸入多輸出合成孔徑雷達2掃描獲得的高分辨二維機場跑道SAR圖像進行跑道異物檢測。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。
[0032]請進一步參考圖2，所述多輸入多輸出合成孔徑雷達2包括依次連接的頻率綜合器21、發(fā)射分系統(tǒng)22、發(fā)射天線23和依次連接的接收天線24、接收分系統(tǒng)25、信號處理分系統(tǒng)26、通信分系統(tǒng)27，頻率綜合器21的信號輸出端與接收分系統(tǒng)25的信號輸入端連接。
[0033]所述多輸入多輸出合成孔徑雷達2所需要的N個頻分的發(fā)射信號工作頻段為毫米波段(30GHz?100GHz)，N個頻分的發(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(chǎn)生雷達需要的N個頻分的線性調頻信號，提供發(fā)射分系統(tǒng)22中用于上變頻的本振信號和接收分系統(tǒng)25中用于混頻的本振信號。
[0034]請進一步參考圖3，所述發(fā)射分系統(tǒng)22包括N個發(fā)射機221，222，…，22N，每個發(fā)射機由上變頻器、射頻濾波器、射頻功率放大器等組成，其功能是將射頻信號放大至需要功率，傳輸給N個發(fā)射天線23，N個射頻濾波器的中心頻率和帶寬與N個發(fā)射信號對應。
[0035]請進一步參考圖4，所述發(fā)射天線23包括N根波導和N個發(fā)射天線231，232，…，23N，與發(fā)射機的輸出端連接。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。
[0036]請進一步圖5，所述接收天線24包括M根波導和M個接收天線241，242，...，24M，與M個接收機的輸入端連接。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。
[0037]請進一步參考圖6，所述接收分系統(tǒng)25包括M個接收機251，252，…，25M，每個接收機由低噪聲放大器、混頻器、中頻放大器、A/D變換器等組成。低噪聲放大器將接收天線24接收到的機場跑道對N個發(fā)射信號的微弱的后向散射回波信號放大，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。
[0038]請進一步參考圖7，所述信號處理分系統(tǒng)26包括M個成像電路261，262，…，26M和與成像電路261，262，…，26M連接的存儲電路26M+UM個成像電路的結構和功能完全相同。所述存儲電路26M+1用于存儲成像模塊261，262，…，26M處理過程中的臨時數(shù)據(jù)和成像結果。
[0039]請進一步參考圖8，所述的成像電路261包括帶寬合成電路2611、距離向聚焦電路2612和方位向聚焦電路2613。
[0040]所述帶寬合成電路2611用于接收所述第一接收機轉換后的N個頻分的發(fā)射信號的機場跑道的后向散射回波中頻數(shù)字信號，并經(jīng)過帶寬合成技術，將N個頻分的回波信號合成一個更寬帶寬的信號;所述距離向聚焦電路2612用于接收所述帶寬合成電路2611合成后的寬帶信號，通過脈沖壓縮技術實現(xiàn)距離向聚焦處理;所述方位向聚焦電路2613處理距離向聚焦處理后的數(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包括機場上的異物的二維SAR圖像。其他所述成像電路262，…，26M處理過程相似，不再贅述。
[0041]所述通信分系統(tǒng)27用于完成所述多輸入多輸出合成孔徑雷達2與控制中心3的通信功能，所述通信分系統(tǒng)27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圖像數(shù)據(jù)傳輸至控制中心3。
[0042]本實施例中，發(fā)射機數(shù)目N=10，頻率綜合器21產(chǎn)生雷達需要的10個頻分的線性調頻信號的帶寬為300MHz，接收機數(shù)目M=2，接收天線的方位向孔徑為10_，經(jīng)帶寬合成后信號帶寬為3GHz，則距離向分辨率為5cm，方位向的分辨率為5mm，所以雷達最終的雜波檢測單元面積為0.00025m2，與專利201520224580.2—種基于合成孔徑雷達的機場跑道異物檢測系統(tǒng)的雜波檢測單元面積0.0075m2相比，提高了 30倍。因此，本專利對機場跑道的微小異物檢測能力有了顯著提高。
[0043]本實用新型的工作過程是:
[0044]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I，多輸入多輸出合成孔徑雷達2安置在移動平臺1，多輸入多輸出合成孔徑雷達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受該命令控制在沿著軌道勻速運動，完成對機場跑道的掃描；同時，多輸入多輸出合成孔徑雷達2由頻率綜合器21提供N個頻分的寬帶發(fā)射波形，經(jīng)發(fā)射分系統(tǒng)22中N個發(fā)射機221，222，…，22N放大后，送發(fā)射天線23中N個發(fā)射天線231，232，…，23N發(fā)射出去;機場跑道的后向散射信號經(jīng)接收天線24中M個接收天線241，242，…，24M接收后，送接收分系統(tǒng)25中M個接收機251，252，…，25M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，經(jīng)帶寬合成電路2611處理、距離向聚焦電路2612和方位向聚焦電路2613處理后，獲得高分辨二維機場跑道SAR圖像，并完成跑道異物檢測。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3顯示并告警。
[0045]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(nèi)，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(nèi)。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.基于多輸入多輸出合成孔徑雷達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)上的多輸入多輸出合成孔徑雷達(2)、與多輸入多輸出合成孔徑雷達(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(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，以獲得更高分辨二維機場跑道SAR圖像，所述控制中心(3)利用上述SAR圖像進行跑道異物檢測，并控制報警裝置(4)進行報警處理，其特征在于:所述多輸入多輸出合成孔徑雷達(2)包括依次連接的頻率綜合器(21)、發(fā)射分系統(tǒng)(22)、發(fā)射天線(23)和依次連接的接收天線(24)、接收分系統(tǒng)(25)、信號處理分系統(tǒng)(26)、通信分系統(tǒng)(27)，頻率綜合器(21)的信號輸出端與接收分系統(tǒng)(25)信號輸入端連接。2.如權利要求1所述的基于多輸入多輸出合成孔徑雷達機場跑道異物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)射分系統(tǒng)(22)包括N個發(fā)射機(221,222,...,22N)，N個發(fā)射機的輸入的頻分寬帶信號由頻率綜合器(21)提供。3.如權利要求1所述的基于多輸入多輸出合成孔徑雷達機場跑道異物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)射天線(23)包括N個發(fā)射天線(231，232，…，23N)，N個發(fā)射天線與N個發(fā)射機對應相連。4.如權利要求1所述的基于多輸入多輸出合成孔徑雷達機場跑道異物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述接收天線(24)包括M個接收天線(241，242，...，24M)，M個接收天線與M個接收機對應相連。5.如權利要求1所述的基于多輸入多輸出合成孔徑雷達機場跑道異物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述接收分系統(tǒng)(25)包括M個接收機(251，252，.._，25M)，M個接收機與M個接收天線對應相連。6.如權利要求1所述的基于多輸入多輸出合成孔徑雷達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)(26)包括M個成像電路(261，262，...，26M)和與成像電路連接的存儲電路(26M+1)。7.如權利要求6所述的基于多輸入多輸出合成孔徑雷達機場跑道異物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述M個成像電路組成完全相同，包括依次連接的帶寬合成電路(2611)、距離向聚焦電路(2612)、方位向聚焦電路(2613)。
【文檔編號】G01S13/90GK205539457SQ201620069293
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月25日
【發(fā)明人】孟藏珍, 董鵬曙, 武文, 周升響, 程柏林, 左治方, 向龍, 萬凡兵, 李建東
【申請人】中國人民解放軍空軍預警學院