一种机场跑道异物检测中毫米波雷达工作信号格式的设计

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机场跑道FOD监测系统技术方案

Raida-Air机场跑道异物（FOD）监测系统技术方案一、背景FOD是Foreign Object Debris的缩写，泛指可能损伤航空器或系统的某种外来的物质，常称为跑道异物。

FOD的种类相当多，如飞机和发动机连接件（螺帽、螺钉、垫圈、保险丝等）、机械工具、飞行物品（钉子、私人证件、钢笔、铅笔等）、野生动物、树叶、石头和沙子、道面材料、木块、塑料或聚乙烯材料、纸制品、运行区的冰碴等等。

FOD的危害非常严重，实验和案例都表明，机场道面上的外来物可以很容易被吸入到发动机，导致发动机失效。

碎片也会堆积在机械装置中，影响起落架、襟翼等设备的正常运行。

据保守估计，每年全球因FOD造成的损失至少在30-40亿美元。

2007年5月至2008年5月，中国民航共发生4500多起FOD损伤轮胎的事件。

FOD不仅会造成巨大的直接损失，还会造成航班延误、中断起飞、关闭跑道等间接损失，间接损失至少为直接损失的4倍。

目前，全球绝大多数机场的FOD监测仍然是靠人工完成的，这种方法不但可靠性差、效率低，而且占用了宝贵的跑道使用时间。

二、国内外研究现况2000年7月25日法航协和飞机因FOD失事，造成机上109人、地面4人，共113人遇难。

法国空难事故调查局认定，该次空难是由机场跑道上一块43厘米长的金属薄片割破飞机左侧主起落架的右前轮，致使该轮胎爆裂，轮胎爆裂产生的碎片击中了一个或多个油箱，使得飞机左机翼起火并坠毁。

后经鉴定，此金属碎片为上一个航班——美国大陆航空公司所属的一架DC10飞机上掉下来的。

这场因FOD引发的空难将FOD自动监测系统的研究提上了日程。

目前世界上较为典型的FOD检测系统有4个，它们分别是英国开发的Tarsier系统、以色列开发的FODetect系统、新加坡开发的iFerret系统和美国开发的FODFinder系统。

（具体参见附录A）对上述系统的FOD探测技术列表总结如下：综合来看，现有的FOD探测系统主要采用雷达探测技术与视频图像识别技术，在上述的4个系统中，Tarsier 系统、FODetect 系统、FODFinder 系统采用毫米波雷达探测为主、视频图像识别技术为辅的手段来探测FOD；iFerret系统只采用视频图像识别技术进行FOD的探测。

W波段机场异物检测FOD雷达毫米波前端解决方案

上海馥莱电子是一家专业的射频、微波和毫米波产品供应商，携手瑞典知名芯片设计公司 Gotmic，提供 W 波段机场异物检测 FOD（ForeignerObjects Debris）雷达毫米波前端解决方案。该方案输出频率 92-96GHz，发射端通过控制 11.5-12GHzVCO 实现线性调频，经过输出频率 86-106GHz 的 8 倍频器 gXOB0017，产生 W 波段信号。末级接功率放大器 gAPZ0045 输出功率 200mW，如果需要更高功率，采用 GAPZ0085 输出功率 500mW。接收前端有一个低噪声放大器 gANZ0017，噪声系数 NF=5dB；混频器可采用基波混频器 gMBR0011，也可采用 IQ 混频器（镜像抑制混频器） gMQR0011 或 gMDR0013。图 2：W 波段 FOD 方案 92-96GHz Gotmic 芯片优势：专注于 40-170GHz 芯片设计；
பைடு நூலகம்
拥有自己的建模团队，PDK 模型比代工厂更准确；可大批供货，供货周期短，无许可证限制；更高性能、更低价格。 1. 八倍频器 gXOB0017：该倍频器内部采用三次 2 倍频器，在输入输出端都有驱动放大器，所以只需较低输入功率即可实现高功率输出，而且从 86-106GHz 输出功率非常平坦。输入频率：10.7-13.3GHz 输入驱动功率：0dBm 输出频率：86-106GHz,
W 波段机场异物检测 FOD 雷达毫米波前端解决方案
事件回放： 2000 年 7 月 25 日法航协和飞机被跑道上的异物扎破轮胎，轮胎爆炸击中油箱导致飞机起火失事，最终造成机上 109 人，地面 4 人，共 113 人死亡的惨剧。从此 FOD 被引起广泛的重视。图 1：法国协和飞机空难事件美国联邦航空局（FAA）关于雷达（毫米波雷达）检测的要求如下：要求雷达能够检测高度 3cm、直径 3.8cm 的异物；探测距离大于 1km；雷达放置距跑道中心线 50m 以上。

一种基于雷达图像处理的跑道异物检测方法

【关键词】跑道异物检测；雷达图像处理；背景减法；漫水填充【中图分类号】ＴＮ９１９．８【文献标志码】Ａ
ＦＯＤＤｅｔｅｃｔｉｏｎＡｐｐｒｏａｃｈＢａｓｅｄｏｎＲａｄａｒＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
【摘要】机场跑道异物检测对排除跑道隐患、保障飞行安全意义重大。提出了一种基于雷达图像处理的跑道异物检测方法，首先通过若干高斯模型的叠加来拟合噪声分布，进而大幅削弱系统噪声；接着使用改进的背景减法排除背景的干扰；然后对经过二值化和中值滤波后的雷达图像通过数学形态学中的闭运算进行处理；最后使用漫水填充算法检测和标注异物。该方法已在雷达系统中使用，实时性强，效果良好。
ＣＨＥＮＧＷｅｉ，ＨＵＳｈａｏｈａｉ，ＺＨＡＯＳｈｕａｉｆｅｎｇ，ＬＩＵＳｈｕａｉｑｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４４，Ｃｈｉｎａ）【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＦＯＤｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉ￣ｃｎｅａｅｔＯｅｌｉｍｉｎａｔｅｈｉｄｄｅｎｄａｎｇｅｒｓｏｎｒｕｎｗａｙｎｄａｅ￣ｕｒｅｆｌｉｇｈｔｓａｆｅｔｙ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｎＦＯＤｄｅｔｅｃｔｉｏｎ

机场跑道异物检测系统信号处理技术研究

机场跑道异物检测系统信号处理技术研究作者：潘勇先朱子平（西安电子科技大学工程学院）摘要：机场异物检测系统利用目标回波差拍信号频率与距离的线性关系，可以实现目标的发现和定位。

根据线性调频连续波雷达回波信号的基本关系式，分析了线性调频连续波雷达的回波特性、距离和速度分辨率；并对动目标回波差拍信号在频域上出现的距离-速度耦合现象进行了研究；并进行了计算机仿真。

本文的研究内容为工程设计提供了依据。

关键词：机场异物；线性调频连续波雷达；回波差拍信号；距离-速度耦合0引言机场道面异物（Foreigen Object Debris，简称FOD）指可能损伤飞机或系统的某种外来物质、碎屑或物体。

FOD的种类很多，如金属零件、防水塑料布、碎石块、纸屑、树叶等。

全球每年因FOD造成的直接损失高达30～40亿美元，间接损失为直接损失的4倍以上。

2007年5月-2008年5月，中国民航共发生4500多起FOD损伤轮胎事件。

目前，全球绝大多数机场的FOD监测是靠人工完成的，人工检查一条跑道需45分钟,耗时费力,受天气影响，还占用宝贵的跑道使用时间。

FOD探测系统主要通过雷达、红外、可见光技术，实现对目标的发现、定位、跟踪、识别、记录、处理。

固定雷达可对机场实现连续监视，移动雷达则是对人力视觉巡查的一种补充。

光电探测传感器也能支持对机场FOD的连续监视，只是易受恶劣天气和黑夜亮度不足的影响。

基于雷达技术的系统对颜色没有反应，而基于视频图像识别技术的系统对颜色和光照对比产生反应。

组合使用雷达和光电两种传感器，即能实现对机场FOD的连续监测，也能克服恶劣天气和黑夜的影响。

目前国内尚无相关的产品。

机场跑道异物探测雷达作为机场安全系统的一个子系统，其主要功能是全天候、不间断自动探测机场跑道上的异物FOD，实时上报异物FOD的信息（距离、方位、发现时间、危险等级等），为及时清除飞机跑道的异物提供技术支持。

机场跑道异物探测雷达采用LFMCW体制，工作在W频段，发射波形为锯齿波。

一种机场跑道异物探测节点[实用新型专利]

专利名称：一种机场跑道异物探测节点专利类型：实用新型专利
发明人：陈军,韩国荣,林玉新
申请号：CN201420100074.8
申请日：20140306
公开号：CN203981909U
公开日：
20141203
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种机场跑道异物探测节点，包括处理单元、电源模块、伺服、毫米波雷达、摄像头、补光灯和有线通讯模块；处理单元分别与有线通讯模块、电源模块、伺服、毫米波雷达、摄像头和补光灯连接，伺服还同时与毫米波雷达、摄像头和补光灯相连。

本实用新型所提供的机场跑道异物探测节点采用了电子控制，并且使用了补光灯和毫米波雷达，可以有效的节约成本，并且在实际使用中可以通过伺服很方便的监控很大的区域，更进一步的节约成本。

申请人：成都西科微波通讯有限公司
地址：610091 四川省成都市外西谢家祠四威电子大厦
国籍：CN
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机场跑道异物检测系统设计与研究

ｓｆｔ．ｆｃｉｅＦｅｅｔｎａｄｓｒｅｌｃｙｔｍｒｒｎｙｉａｍｐｒａｔａｔｏｉｏｅｕｔｙｔｍ．ａｅｙＡｎｅｆｔＯＤｄｔｃｉｎｕｖｉａｅｓｓｅｆｗａｓｎｉｏｔｎｒｆａｒｒｓｃｒｙｓｓｅｅｖｏｌｎｏｕｐｐｔｉＢｓｄｏｈｅｆｒｎｅｒｑｉｍｅｔｆＦｅｅｔｎａｄｓｒｅｌｃｙｔｍｎｔｅａｉｎｅｐｒｎｅ，ａｅｎｔｅｐｒｏｍａｃｅｕｒｅｎｓｏＯＤｄｔｃｉｎｕｉａｅｓｓｏｖｌｎｅａｄｏｈｒｎｔｓｘｅｉｃｓｏｅｔｒｕｈｔｅｄｔｉａａｙｉｆｍｉｉｔｒｗｖａａｙｔｍ，ｐｉａｙｔｍｄｔｅｒｄｔｎｅａｔｎ，ｅＯＤｄ－ｈｏｇｈｅａｌｎｌｓｓｏｌｍｅｅ－ａｅｒｄｒｓｓｌｅｏｔｌｓｓｅａｈｉａａｉｔｒｃｉａｎｗＦｅｃｎｏｔｃｉｎａｄｓｒｅｌｎｅｓｓｅｉｐｅｅｔｄＴｅｉｔｒｃｆｓｆｒｅｉｒｍｏｅ．ｈｙｔｍ，ｈｃａｌｓｉｄｅｔｎｕｉａｃｙｔｍｓｒｓｎｅ．ｈｅａｅｏｏｔｏｖｌｎｆｗａｓｐｏｔｄＴｅｓｓｅｗｉｈｃｎｃａｓｆａｙｎ
Ａｓｒｃ：ｕｃｎｒｃｅｄｔｔｎａｄａａｏｅｎＯｊｃＤｂｓ（Ｏ）ｒｓｉｃｎｉｕｓｏｒｌｅＳｂｔｔＱｉａｄｐｅｉｅｅｉｎｌｒｔＦｒｉｂｔｅｒＦＤａｅｉｆａｔｓｅｒｉａａｋｓｃｏｍｏｇｅｉｇｉｓｆａｐｎｎ

机场跑道异物检测系统设计与算法研究

机场跑道异物检测系统设计与算法研究发布时间：2021-12-22T05:59:41.928Z 来源：《防护工程》2021年24期作者：王涛[导读] 科技在迅猛发展，社会在不断进步，跑道异物的快速定位和检测已经成为飞机飞行安全的重要保障。

本文介绍了跑道安全监测系统的基本类型与监测原理，深入分析了跑道安全监测系统中主要的技术难点，其中包括雷达技术、图像识别技术和性能验证与评估技术，并对国内外跑道安全监测技术的研究现状及进展做了详细的综述。

文中还对几种典型的跑道安全监测系统进行了介绍，对比分析了各个系统的优缺点。

最后，对跑道安全监测技术的现状进行了总结并对未来的研究进行了展望。

王涛身份证号码：23010519820104xxxx广州白云国际机场建设发展有限公司广东广州 510000摘要：科技在迅猛发展，社会在不断进步，跑道异物的快速定位和检测已经成为飞机飞行安全的重要保障。

文中还对几种典型的跑道安全监测系统进行了介绍，对比分析了各个系统的优缺点。

最后，对跑道安全监测技术的现状进行了总结并对未来的研究进行了展望。

关键词：跑道；监测；跑道异物；雷达；图形图像处理引言FOD指的是任何不属于机场但出现在机场运作区域并可能对机场造成损失或者飞机造成损害的外来物品。

典型的FOD目标有:混凝土沥青碎块、金属器件、橡胶碎片、塑料制品、动植物。

目前，国内机场跑道监察工作主要靠道面巡查人员每天四次步行检查完成，在道面巡查时将关闭跑道，这使得航班通行能力大大降低。

随着实时视频监控技术和计算机视觉目标识别技术日益成熟，开发自动化的机场跑道异物检测系统已经成为可能。

为了快速检测并清除机场跑道异物，文中提出了一种全天时、全天候、全自动、高检测率的机场跑道异物检测系统。

机场跑道异物监测雷达的杂波图恒虚警率检测

Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｒａｄｉｔｉｏｎｌａＣｏｎｓｔａｎｔＦａｌｓｅＡｌａｒｍＲａｔｅ（ＣＦＡＲ）ｉｎｓｐａｃｅ — ｄｏｍａｉｎｉｓｉｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｏｄｅｔｅｃｔｔａｒｇｅｔｓｏｎｒｕｎｗａｙｓ．Ｔｏｓｏｌｖｅ
ＷＵＪｉｎｇ。，ＷＡＮＧＨｏｎｇ，ＷＡＮＧＸｕｅｇａｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｆＥｏｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏＣｈｉｎａ，ＣｈｅｎｇｄｕＳｉｃｈｕａｎ６１１７３１，Ｃｈｉｎａ）
中图分类号：ＴＰ３９１．・ｍａｐｃｏｎｓｔａｎｔｆａｌｓｅａｌａｒｍｒａｔｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｆｏｒｆｏｒｅｉｇｎｏｂｊｅｃｔｄｅｂｒｉｓｏｎｒｕｎｗａｙｓ
机场跑道异物监测雷达的杂波图恒虚警率检测
吴静’ ，王洪，汪学刚
（电子科技大学电子工程学院，成都６１１７３１）
（｛通信作者电子邮箱ｗｕｊｉｎｇ１８２１＠１２６．ｃｏｎｒ）

机场跑道异物检测(FOD)毫米波解决方案解析

机场跑道异物检测（FOD）毫米波解决方案解析事件回放：2000年7月25日法航协和飞机被跑道上的异物扎破轮胎，轮胎爆炸击中油箱导致飞机起火失事，最终造成机上109人，地面4人，共113人死亡的惨剧。

从此FOD被引起广泛的重视。

图1：法国协和飞机空难事件美国联邦航空局（FAA）关于雷达（毫米波雷达）检测的要求如下： - 要求雷达能够检测高度3cm、直径3.8cm的异物； - 探测距离大于1km； - 雷达放置距跑道中心线50m以上。

上海馥莱电子是一家专业的射频、微波和毫米波产品供应商，携手瑞典知名芯片设计公司Gotmic，提供W波段机场异物检测FOD（ForeignerObjects Debris）雷达毫米波前端解决方案。

该方案输出频率92-96GHz，发射端通过控制11.5-12GHz VCO实现线性调频，经过输出频率86-106GHz的8倍频器gXOB0017，产生W波段信号；末级接功率放大器gAPZ0045，最大输出功率200mW。

接收前端有一个低噪声放大器gANZ0017，噪声系数NF=5dB；混频器可采用基波混频器gMBR0011，也可采用IQ混频器（镜像抑制混频器）gMQR0011或gMDR0013。

图2：W波段FOD方案92-96GHz Gotmic芯片优势： - 专注于40-170GHz芯片设计； - 拥有自己的建模团队，PDK模型比代工厂更准确； - 可大批供货，供货周期短，无许可证限制； - 更高性能、更低价格。

1.八倍频器gXOB0017：输入频率：10.7-13.3GHz，输出频率：86-106GHz，输出功率：+12dBm. 图3：gXOB0017倍频器框图和输出功率 2.功率放大器gAPZ0045 频率：92-96GHz，线性增益：18dB，饱和输出：+23dBm，更高功率预计2018年Q1推出。

图4：gAPZ0045功率放大器 3.低噪声放大器gANZ0017 频率：75-110GHz，噪声系数NF：5dB，增益：17dB。

机场跑道异物(FOD)探测试验系统建议方案.doc

机场跑道异物（FOD）探测试验系统建议方案1、系统总体说明1.1、系统总体组成机场跑道外来物探测试验系统（后简称“FOD探测系统”或“本系统”）由FOD探测子系统、网络通信子系统、物理链路子系统、现场供电子系统等共同组成。

系统总体结构图如下：1.2、系统运行模式1、系统运行流程1）系统扫描跑道，发现异物后会以声音和屏幕报警提示操作员进行FOD处理流程操作。

2）操作员操作软件，对报警信息进行核实，如果能判断不是FOD，即可归档。

如果确认是FOD或者不能明确辨识，则需将此任务派发至现场人员处理3）现场人员通过FOD移动操作控制终端收到系统发送过来的FOD信息，根据紧急情况，决定是否申请进入跑道处理。

4）现场人员进入跑道，根据FOD移动操作控制终端的提示，到达报警处，判别是否是FOD，并填写FOD信息记录，拍照上传至后台系统。

5）操作员根据现场人员反馈回来的信息，对此报警信息进行分类并归档。

2、监控中心职能根据FOD探测系统提供的FOD报警信息，进行相应的软件操作，判别是否需要进一步处理。

3、现场人员职能根据监控中心操作人员确认后下发的FOD报警信息，申请进入跑道清理异物，并填写相关信息上传归档。

2、总体解决方案2.1、设计原则2.1.1、先进性FOD系统采用先进的概念、技术、方法、设备，既成熟可靠，又符合目前技术发展潮流。

系统整体技术性能达到目前国内外机场跑道FOD系统建设的先进水平，并在一定时期内保持其先进性。

2.1.2、适用性FOD探测系统的功能应完全立足于机场的安防管理，充分满足当前和未来五年内机场用户的需求，保证系统信息处理和传递的安全、可靠、及时、准确、完整，提高工作效率，减少人为差错，降低运行成本。

2.1.3、开放性系统软件和硬件的选取遵循开放系统规范，支持多种国际标准协议，包括采用具有开放的操作系统、数据库、应用程序、开发工具、接口协议等。

系统采用先进的技术、方法和设备，为第三方应用提供开放的标准接口。

机场跑道异物(FOD)探测试验系统建议方案.doc

系统总体结构图如下：1.2、系统运行模式1、系统运行流程1）系统扫描跑道，发现异物后会以声音和屏幕报警提示操作员进行FOD处理流程操作。

2）操作员操作软件，对报警信息进行核实，如果能判断不是FOD，即可归档。

4）现场人员进入跑道，根据FOD移动操作控制终端的提示，到达报警处，判别是否是FOD，并填写FOD信息记录，拍照上传至后台系统。

5）操作员根据现场人员反馈回来的信息，对此报警信息进行分类并归档。

2、监控中心职能根据FOD探测系统提供的FOD报警信息，进行相应的软件操作，判别是否需要进一步处理。

3、现场人员职能根据监控中心操作人员确认后下发的FOD报警信息，申请进入跑道清理异物，并填写相关信息上传归档。

2、总体解决方案2.1、设计原则2.1.1、先进性FOD系统采用先进的概念、技术、方法、设备，既成熟可靠，又符合目前技术发展潮流。

系统整体技术性能达到目前国内外机场跑道FOD系统建设的先进水平，并在一定时期内保持其先进性。

系统采用先进的技术、方法和设备，为第三方应用提供开放的标准接口。

机场跑道异物检测改进型表决算法

机场跑道异物检测改进型表决算法发布时间：2021-08-12T16:42:59.297Z 来源：《科学与技术》2021年4月10期作者：董振华[导读] 强杂波背景下的弱小静止目标检测是毫米波机场跑道异物(FOD)检测雷达面临的核心难题。

对于弱信号，表决法相比传统的总和法有着更大的优势。

董振华重庆军工产业集团有限公司重庆市 400123)摘要：强杂波背景下的弱小静止目标检测是毫米波机场跑道异物(FOD)检测雷达面临的核心难题。

对于弱信号，表决法相比传统的总和法有着更大的优势。

本文提出基于传统表决法和FOD现实情况的改进型表决算法。

该算法首先利用杂波图恒虚警率(CFAR)检测器对背景杂波进行对消处理，针对虚警偏高的问题，对对消后的数据按照规则进行表决投票。

基于实测数据的试验结果表明该方法可以获得较好的检测性能。

关键词： FOD;杂波图;表决算法引言机场跑道异物又名FOD（Foreign Object Debris），主要是指飞机在起降过程中遗留在跑道上的各种零部件。

它们的存在对飞机的起降安全造成了严重影响。

2000年7月25日，协和式客机造成113人罹难的悲剧。

在此事件之后，各国加大了对FOD检测技术的投入[1]。

我们采用毫米波雷达配合光学设备：先由雷达对特定区域进行扫描，如发现可疑信号，便驱动光学设备进行进一步的确认。

1恒虚警检测杂波图 CFAR（clutter map，CM）也被称为时域 CFAR。

一般情况下，杂波可能在方位或是距离上变化剧烈，但对于同一个单元来说，杂波功率随着时间的变化是缓慢的，也即杂波在时域上的分布是相对平稳的。

将杂波图作为检测基准与待检测信号进行比对，可以获得较好的检测性能[2]。

2虚警概率和检测概率假设噪声在时域上不相关，并且在时域上的噪声功率(1)其中E[ ]表示期望值。

那么在频域上相应的噪声功率σf可以有谱分量Xk和Xl的期望值得到。

(2)噪声功率谱的分布符合瑞利分布，其概率密度函数为：(3)(4)其包络的概率密度函数为二者之积：(5)则虚警概率为(6)当信号中有数据时，I和Q两路输出的概率密度函数为：(7)(8)其中，ux和uy是高斯分布的均值，它们与输入信号的关系是：(9)其中，α是信号的初相位。