机场跑道异物监测雷达关键技术

机场道面的异物(FOD)监测是保障民航飞机安全的重要措施之一,毫米波调频连续波(FM-CW)雷达可全天候、全天时自动监测机场跑道的异物,是近几年出现的新兴技术。介绍了FOD监测系统的国内外现状和美国联邦航空局(FAA)最新发布的FOD监测设备标准,分析了FOD监测雷达组成和原理,在此基础上,讨论了FOD监测雷达天线、微波射频组件、信号处理和数据处理中的关键技术。

一种毫米波雷达机场跑道异物检测算法

针对毫米波雷达机场跑道异物(Foreign Object Debris,FOD)检测算法存在虚警率较高,检测性能较差的问题,提出一种基于双谱特征和支撑向量数据描述(Support Vector Domain Description,SVDD)一类分类器的FOD检测方法。首先利用双谱变换将毫米波雷达接收到的FOD和杂波信号转换至差异性更大的双谱域,然后提取双谱熵和二阶统计量二维特征构成特征向量作为SVDD的输入,最后利用SVDD一类分类器在特征域实现FOD检测,同时为了提升SVDD算法性能,提出一种基于遗传模拟退火算法(Genetic Simulated Annealing Algorithm,GSAA)的参数优化方法对SVDD的核参数和惩罚因子进行全局寻优。基于77 GHz毫米波雷达获取的真实机场数据开展试验,结果表明相对于传统方法所提方法不仅能够获得更高的检测性能,同时能够明显降低虚警率。

非高斯背景下跑道异物监测雷达的杂波图CFAR技术

随天线扫描呈时变性的强地杂波是影响机场跑道异物检测的主要原因之一,传统的杂波图恒虚警检测方法在处理非高斯分布杂波时目标检测能力很差。文中提出一种双参数杂波图恒虚警率(CFAR)检测方法,首先分析了跑道场景和雷达系统特性,根据调频连续波雷达体制建立了接收信号模型;然后通过非相参积累、双参数估计、一阶递归滤波等处理,对每次扫描测量值的样本均值和样本方差分别进行时域迭代平均,获得检测门限阈值,实现了对非高斯背景杂波中跑道异物的CFAR检测;最后进一步分析了影响检测性能的主要参数。

机场跑道异物监测技术的研究与进展

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。

毫米波雷达机场跑道异物分层检测算法

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问题。该文提出一种基于功率谱特征和支持向量域描述(SVDD)一类分类器的FOD分层检测算法。该算法首先利用杂波图恒虚警率(CFAR)检测器对复杂背景杂波进行杂波对消处理,针对对消后虚警过多的问题,对对消后的数据提取功率谱特征,将其转换到特征域,最后利用SVDD一类分类器在特征域实现对FOD和虚警的分类。基于实测数据的试验结果表明所提方法可以获得较好的检测性能。

一种混合式机场跑道异物监测系统的研究与实现

为改变传统人工监测机场跑道异物方法的不足,提出了一种基于雷达探测与视频辅助识别的混合式机场跑道异物监测方法,并基于此种方法设计了机场跑道异物安全检测系统。分析了机场异物跑道监测要求,介绍了监测系统的工作原理和构成,详细阐述了雷达子系统、视频摄像子系统、控制中心等核心子系统的设计思路和实现方法,并对监测系统的测试情况进行了详细描述。测试结果表明,该系统能够有效检测出跑道中摆放的异物,实现了异物检测的功能。

基于毫米波雷达的机场跑道异物检测方法研究

机场跑道异物(foreign object debris,FOD)时刻威胁着飞行器的安全,机场引进异物检测系统,希望能快速、准确地检测出跑道上的各种异物,保障飞行器的飞行安全。文章针对异物检测系统在机场的特定工作环境,对基于线性调频连续波体制的毫米波雷达的异物检测系统展开研究。首先对机场跑道背景下的杂波信号进行建模分析,然后利用维纳滤波原理对杂波进行抑制,提高跑道异物的信杂比,最后基于实测数据对回波信号进行仿真给出了检测结果。结果表明该系统性能良好,在各类环境中均可达到相关部门对机场跑道异物检测系统的设计要求。

雷达在机场跑道异物检测中关键技术研究

随着社会的进步经济的发展,我国的科学技术也得到很大的进步,其中对于机场跑道的异物监测技术上也有着一些显著的进步,从国外的一些异物监测技术上来看主要有视频监测以及雷达技术监测,从这两者的特点上面进行比较就能够发现,雷达技术监测系统能够比视频监测更加的有效、方便,它能够不受天气以及光照的影响,故此,雷达技术在机场跑道异物监测方面的应用更有着实用性的价值。本文主要就机场跑道异物监测中的雷达关键技术进行详细的分析撂究,希望能够对此领域的学术进步能够起到一定的参考作用。

数字视频监控技术在机场跑道异物监测系统中的应用

随着航空业的发展,对机场跑道的异物监控变得非常重要。论文结合国内外跑道异物监测技术的发展水平,研究并设计了机场跑道异物监测系统[1]的摄像子系统。摄像子系统利用光纤千兆以太网,实时接收雷达子系统检测到的异物坐标值,自动转向异物并获得清晰图像,提升了机场跑道的安全性。

多目标环境下跑道异物监测雷达的CFAR检测技术

强地杂波下的弱固定目标检测是机场跑道异物监测雷达需解决的关键问题之一,传统的恒虚警检测算法在多目标环境下会出现"自屏蔽"效应,不能有效地检测到目标。本文提出了一种剔除平均杂波图恒虚警检测算法,在分析系统特性和跑道环境的基础上,结合调频连续波雷达体制建立了多目标回波信号模型。在剔除若干个样本值后,由余下的样本值估计背景杂波强度,对多次连续扫描测量值作递归滤波处理,获得了平稳的检测门限,有效地检测到了目标。最后,进一步讨论了相关参数对检测性能的影响。

分布式机场异物检测雷达处理算法研究

微弱目标检测是机场异物监测系统面临的关键问题。小尺寸异物回波弱、信杂比低,传统异物检测雷达对其探测能力有限。本文从实测数据出发对机场环境地杂波展开分析,并由此提出杂波空间去相关约束条件。在此基础上,本文提出分布式机场异物检测雷达的设想,其核心是利用目标与道面杂波不同的空间相关特性,通过多站回波相参积累提高微弱目标信杂比,并由此改善机场异物检测雷达的探测能力。考虑到非理想正交信号带来的性能恶化问题以及结合机场跑道异物的目标特性,本文针对机场特定环境提出“乒乓”相参模型。相参参数估计问题是分布式体制的共性问题之一,本文针对传统峰值法在低信杂比条件下估计精度差的问题提出引导信息预估计方法,并且在“乒乓”相参模型中定量分析了时延参数估计误差与相位参数估计误差引起信杂比增益损失的边界条件。最后,本文基于实测杂波数据开展仿真实验,仿真结果表明,本文所提及的分布式机场异物检测信号处理方法可以有效提高弱型异物的信杂比。

基于特征谱特征的机场跑道异物分层检测算法

强杂波背景下的弱静止目标检测是机场跑道异物(Foreign Object Debris,FOD)监测雷达面临的关键问题。该文提出一种基于特征谱特征和最小最大概率机(Minimax Probability Machine,MPM)的FOD分层检测算法,首先利用杂波图恒虚警(Constant False Alarm Rate,CFAR)将雷达录取回波中的背景杂波和FOD回波(包含虚警)区分开,然后提取特征谱特征将在回波域中差异较小的FOD回波和虚警回波转换到区分性更大的特征域,最后利用MPM分类器实现对FOD和虚警的分类,从而达到降低虚警次数的目的。基于实测数据的试验结果表明,所提方法可以获得较好的检测性能。

铁路防灾监测雷达的应用

防灾技术是铁路尤其是高速铁路的重要研究课题,由于异物侵限事件发生具有突发性和不可预测性,成为高速铁路防灾技术的重点。近年来,国内外采用多种技术监测异物侵限事件。综合工程实际对铁路落物监测雷达和滑坡监测雷达的原理和应用进行介绍。

方位频域滤波的机场毫米波雷达干扰抑制方法

强散射目标距离旁瓣造成的干扰,严重影响机场跑道异物(foreign object debris, FOD)毫米波雷达对微弱目标的检测。针对该问题,本文基于信号频谱分布特点,即静止目标信号的方位谱具有窄带特性,而旁瓣干扰信号的方位谱是宽带的,提出在方位向进行信号频域滤波的干扰抑制方法。首先在距离向使用窗函数加权方法处理,方位向通过傅里叶变换到频域,利用提前标定和构建的窄带带通滤波器进行滤波,最后再变换回时域。与其他方法相比,该方法能够在有强散射环境下获得较好的干扰抑制效果,提高微弱目标的信杂比。93 GHz FOD雷达实测数据处理结果验证了所提方法的正确性和有效性。

山区铁路异物侵限监测系统研究

我国西南山区铁路沿线容易发生滑坡泥石流、危岩落石等地质灾害带来的异物侵限,危及行车安全。针对当前山区铁路异物侵限监测系统易存在误报和漏报、智能化低的问题,提出一种振动传感、三维激光雷达与视频多种传感器相融合的监测系统,设计研发低功耗无线振动感知设备、异物上道探测设备,并将该系统在多个山区铁路异物侵限监测工点进行应用。研究结果表明:该山区铁路异物侵限监测系统可有效降低误报率和漏报率,提高系统的智能化程度;渝怀铁路18处异物侵限监测工点,在2022-2024年2年的监测周期内,均未出现漏报,共计出现2次误报,并成功捕获1次真实落石冲击防护网事件,较好地检验了系统的性能及可靠性。研究结果可为山区铁路异物侵限监测系统开发研究提供一定的参考,有效保障铁路运营安全。

基于加权广义匹配滤波联合SVDD的FOD检测算法

利用毫米波雷达进行机场跑道异物(FOD)检测是当前民航安全领域的一种流行解决方案。由于非均匀杂波的存在,传统基于恒虚警率的检测方法存在虚警率过高、检测性能较差的问题。文中提出一种加权广义匹配滤波(WGMF)联合支撑向量数据描述(SVDD)的FOD检测方法。首先,利用WGMF对雷达记录的FOD回波数据进行预处理,实现杂波抑制的同时降低虚警概率;然后,对回波数据提取双谱特征,实现数据由原始回波域向差异性更大的特征域的转变;最后,利用SVDD一类分类器实现FOD检测。在某机场跑道真实场景开展验证实验,结果表明所提方法能够有效降低虚警概率,提升检测性能。

基于CFAR和Duffing振子的FOD联合检测算法

机场跑道异物(Foreign Object Debris,FOD)对飞行器的安全运行危害巨大。图像处理识别目标,容易受到天气、光照的影响;毫米波雷达中常用的杂波图CFAR检测算法由于机场跑道的散射,在信杂比较低时,存在虚警较大的问题。针对现有的问题,提出一种CFAR与Duffing振子相结合的双层异物检测算法。利用传统的杂波图CFAR抑制杂波、设置阈值处理后,得到含有虚警信号的FOD回波信号,并提取FOD目标信号或者是虚警信号对应的频率信息,生成Duffing振子对应的本帧信号;再对FOD回波信号进行检测以剔除虚警信号,筛选出目标信号。通过Monte Carlo仿真验证了算法的有效性。

一种基于车载SAR的FOD检测系统及成像性能分析

针对常规雷达对机场跑道异物(FOD)检测频率高、代价大,而光学设备受环境因素限制等问题,综合考虑FOD检测技术发展现状及检测需求,以机场跑道环境为背景构建了系统成像几何观测模型,提出了一种X波段车载合成孔径雷达(SAR)的FOD检测方法.该方法采用大带宽实现距离向高分辨率,而利用距离徙动算法(RMA)实现小天线口径下的高方位向分辨率.最后通过仿真验证了该方法的有效性.仿真结果表明,该方法克服了常规雷达和光学设备的缺陷,实现了较低频率下的FOD全天候检测.

改进杂波图CFAR的FOD检测算法

机场跑道异物(Foreign Object Debris,FOD)对飞行器的安全运行危害巨大。图像处理识别目标,容易受到天气、光照的影响;毫米波雷达中常用的杂波图CFAR检测算法需要设置检测阈值,设置过大,容易虚警,设置过小,也可能出现大量虚警信号。该文针对现有的问题,提出了一种基于背景杂波自相关系数的杂波图CFAR的FOD检测算法。首先,利用杂波图CFAR对背景噪声进行处理,得到各个单元新的杂波估计值。然后把含有杂波的目标信息减去一个很小倍数的杂杂波信号,在频域上比较处理后的目标信号与杂波信号的相关系数,经过不断的循环处理,找出杂波自相关系数最小的时对应的目标信号,仿真表明,经过改进后的杂波图CFAR算法去噪效果较好,检测性能有了较大的提升。

基于体素特征融合的FOD目标智能认知

机场跑道异物(FOD)的快速检测对于飞机的安全行驶至关重要,针对传统FOD检测技术中存在小尺寸FOD目标识别困难和实时性差等问题,提出一种基于体素特征融合的FOD检测方法。该方法首先提取感兴趣区域内的点云,依据随机抽样一致性算法(RANSAC)对地面点云进行校准;采用体素特征融合算法,对校准后的点云进行体素划分,并将每个体素内所有点云的平均Z值与平均反射率按一定比例进行特征融合,形成新的点云,以此将稠密点云在突出FOD的情况下进行减量;接着对地面点云与地面上FOD点云进行分割;最后采用基于KD-tree的欧式聚类算法对分割后地面上FOD点云进行聚类。试验结果表明,此方法可实现30 m远长宽高大于1.3 cm的FOD检测,比传统方法在探测FOD大小的性能上提高了35%,为激光雷达在FOD检测领域的应用提供了参考。