[發明專利]一種機場跑道異物檢測雷達信號預處理方法

有效

• 申請號: 201611129998.0
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106814359B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 張鵬;郭洧華;張璐;費鵬;溫鑫
• 申請（專利權）人: 北京無線電計量測試研究所
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/41
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 付生輝;張雪梅

本發明公開一種機場跑道異物檢測雷達信號預處理方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：S1、建立理想中頻信號的信號模型，并引入相位誤差函數和相位誤差的指數函數建立實測中頻信號的信號模型；S2、根據中頻信號相位誤差計算得到相位誤差函數值，并根據相位誤差函數值得到相位誤差的指數函數值；S3、根據實測中頻信號的信號模型和相位誤差函數的指數函數值計算得到雷達發射信號非線性校正后的中頻信號；S4、在距離頻域對雷達發射信號非線性校正后的中頻信號和相位誤差的指數函數值進行匹配濾波；S5、根據匹配濾波后的中頻信號和相位誤差的指數函數值計算得到頻率偏移校正后的中頻信號。本發明可校正線性調頻信號存在的頻率偏移。

技術領域

本發明涉及機場安全防護技術領域。更具體地，涉及一種機場跑道異物檢測雷達信號預處理方法。

背景技術

機場跑道異物(Foreign Object Debris，FOD)，指可能損傷航空器的某種外來物質、碎屑或物體，如金屬零件、碎石塊、紙屑、樹葉等。FOD嚴重影響飛機的安全，據保守估計，每年全球因FOD造成的損失約為30-40億美元。近年來，隨著民航事業的不斷發展，FOD的自動監測也引起了世界范圍內的關注。

目前存在的FOD監測系統，如英國的Tarsier，以色列的FODetect，美國的FODFinder等系統主要采用毫米波雷達或毫米波雷達/光學復合模式。毫米波雷達具有高分辨率和小尺寸的優點，可全天候、全天時自動監測機場跑道上的異物，比較適合安裝于機場跑道附近，能夠準確地探測到機場跑道上的外來異物。上述FOD監測系統均采用線性調頻連續波雷達體制，這種體制的雷達發射功率低，接收機靈敏度高，探測距離遠，無距離盲區，能夠檢測到小目標。

現有技術中使用線性調頻連續波雷達體制的FOD監測系統通常采用合成孔徑雷達進行成像。合成孔徑雷達(sythetic aperture radar,SAR)是一種高分辨率成像雷達，高分辨率包含兩個方面的含義：方位向高分辨率和距離向高分辨率。它通過采用合成孔徑原理提高雷達的方位分辨率，并依靠脈沖壓縮技術提高距離分辨率。方位向和距離向的高分辨率都可通過匹配濾波來實現的，其中匹配濾波的實現主要有頻域處理方法和時域處理方法。其中距離向的壓縮還可采用譜分析法(又稱去斜率)，該方法首先將回波信號與具有同樣調頻斜率的共軛信號相乘獲得差頻信號，此差頻信號的頻率反映了目標與參考點之間的距離，再經FFT變換后，就能實現對線性調頻信號的脈沖壓縮。

為實現高分辨率，合成孔徑雷達通常發射具有匹配濾波特性的線性調頻信號。

理想情況下，發射和接收的線性調頻信號的調頻斜率是一條斜線，經過去斜率操作后，獲得一個理想的與余弦信號，該余弦信號的頻率就對應了去斜率結果后的一條水平線。工程應用中，線性調頻信號通常采用VCO方式產生，而VCO受溫度影響較大，會產生頻率偏移，這種頻率偏移會使調頻斜率發生變形，不再是一條理想的斜線，圖1示出了理想線性調頻信號和存在頻率偏移的線性調頻信號的波形以及去斜率后的結果。通過去斜率得到的中頻信號就不再是理想的余弦信號，而是存在一定的相位干擾，這會嚴重影響合成孔徑成像的結果，因此在合成孔徑成像之前需要對回波數據進行預處理操作。

通常需要對線性調頻信號進行修正，主要有硬件修正和軟件修正。硬件修正一般采用鎖相環方式來穩定VCO源的輸出，但這種方法容易受外界影響，比如溫度；還有一種方式即采用DDS，但與VCO相比，DDS的帶寬實現能力有限。軟件修正一般是通過去斜率得到的中頻信號來估計頻率非線性度，用此方法來對實測數據進行補償。但這種方法只適用于短距離校正，無法實現長距離校正。

因此，需要提供一種能夠有效地校正線性調頻信號存在的頻率偏移，消除頻率偏移對成像結果帶來的模糊效應的機場跑道異物檢測雷達信號預處理方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種機場跑道異物檢測雷達信號預處理方法，以在合成孔徑成像之前對回波數據進行預處理，校正線性調頻信號存在的頻率偏移，消除頻率偏移對成像結果帶來的模糊效應，進而提高合成孔徑成像分辨率。