[發明專利]一種機場異物檢測雷達中頻泄漏信號的消除與校準方法及系統

有效

• 申請號: 201910016010.7
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109597033B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 謝灝
• 申請（專利權）人: 謝灝
• 主分類號: G01S7/35
• 分類號: G01S7/35;G01S13/91
• 代理公司: 深圳市恒申知識產權事務所(普通合伙) 44312
• 代理人: 袁文英

本發明屬于連續波雷達信號處理領域，公開了一種機場異物檢測雷達中頻泄漏信號的消除與校準方法及系統，方法包括下述步驟：(1)在暗室條件下采集探測器中頻信號中的泄漏信號并對所述泄漏信號進行處理后獲得校準波形；(2)當進行目標探測時，采集目標中頻信號，并將所述目標中頻信號與所述校準波形進行相消處理后獲得目標的探測信號。本發明通過信號疊加的方法實現機場FOD雷達系統應用的調頻連續波雷達泄漏三角波信號自動相消，提高系統的探測靈敏度。

技術領域

本發明涉及連續波雷達信號處理領域，特別涉及一種應用于機場跑道異物檢測雷達(FOD)中頻泄漏信號的消除與校準方法及系統。

背景技術

機場跑道上可能存在各類外來遺留物體碎片，被稱為Foreign Object Debris(FOD)，目前國內外的機場主要還是依靠人工檢查的方式監察跑道。人工檢查需要關閉機場跑道，使得航班次數被迫減少，降低跑道的交通流量。而遇到惡劣的天氣時，完全依靠人工檢查則存在很大的偏差，運行安全隱患依舊存在。因此需要FOD檢測系統來完成跑道異物檢測工作。

采用毫米波波段的FOD毫米波探測器，可以在全天候情況下，在跑道距離內探測到地面的微小物體，并給出目標的距離方位信息。再通過高清的攝像頭對指定目標進行查證比對，可以實現機場跑道連續不間斷的偵測，具有很大的優勢。圖1是一種典型的FOD單元安裝方式，陣列化安裝于跑道兩側，每個FOD單元覆蓋一定的距離范圍，從而實現整個跑道的覆蓋。

FOD雷達一般基于調頻連續波(FMCW)的雷達體制，其工作的原理如下圖所示。FOD組件向外發射頻率線性變化的毫米波信號，當遇到地面反射體后會產生反射，因為發射信號與振蕩信號的延遲物體的反射信號到達FOD系統后與本振信號會產生頻差，相混頻得到中頻信號，中頻信號中含有與物體距離相關信息。發射信號可以通過三角波信號進行調制，差頻的頻率值與物體的距離成線性關系，差頻的幅度與物體的大小與距離有關。

其工作波形的示意圖如圖2所示；距離為R的中頻信息可由以下公式求得：根據雷達方程設計鏈路預算，最終合理分配FOD毫米波探測器核心芯片組電平指標針對FMCW雷達體制，鏈路預算中有以下幾個關鍵參數：其中，P_r接收功率；P_t發射功率；G_t發射天線增益(方向性)；G_r接收天線增益(方向性)；λ射頻信號波長(空氣中)；σ目標截面積；R目標距離；S_imin最小可檢測信號；k波爾茲曼常數，1.38E-23；T₀工作溫度；B_n噪聲帶寬；F_n接收機噪聲系數；(S/N)_omin最小信噪比(檢測因子)；P_fa虛警概率；P_d發現概率；f_m中頻頻率；ΔF有效調頻帶寬；C為光速。

對于系統可檢測的信號幅度可由接收機噪聲系統計算的工程公式求得，取工作帶寬BW為10kHz，最小可檢測信噪比S/N為10dB，接收機噪聲系數為10，則最小可檢測信號：P_min＝-174dBm+10logBW+S/N+NF＝-114dBm；另一方面，對于在最遠距離100米上測出RCS在0.01m²的物體，采用高增益天線G＝30dBi，λ＝3mm，則：

由此可見，可以滿足信噪比的要求，但目標回波信號的大小往往幅度較小，需要進行較高增益的放大。一般的信號處理方法，首先對得到的中頻信號進行濾波、放大，進入A/D采樣完成數字化，最后進入數字信號處理分析，形成相關數據。

由前述分析可知，FOD的探測距離最遠需要測到100米，最近需要測到3米～5米的目標，同等目標兩者相差50dB以上。另外，由于振蕩器發射信號的不平坦與隔離度有限，會產生調制信號相近的泄漏信號。單天線的隔離度一般較差，不超過30dB，雙天線的隔離度一般不超過50dB，意味著與遠處小目標的功率相差60dB以上。沒有遠處目標時系統泄漏與較近處目標的中頻回波信號如圖3所示。