CN115586517A - 一种阵列雷达异物探测***及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种阵列雷达异物探测***及方法，***包括：多个雷达发射单元，在多个预设发射位置，构成发射阵列，用于向机场跑道上的探测区域发射雷达探测信号；多个雷达接收单元，在多个预设接收位置，构成接收阵列，用于接收探测区域散射的雷达回波信号；雷达成像单元，用于基于接收到的多个位置的回波信号进行成像处理，生成探测区域内的雷达图像；雷达图像检测单元，用于检测探测区域的雷达图像中是否存在异物；位置形成机构，用于承载固定雷达发射单元在预设发射位置，还用于承载固定雷达接收单元在预设接收位置。本申请能够增强抑制杂波能力，提高FOD检测能力。

Description

一种阵列雷达异物探测***及方法
技术领域
本公开涉及雷达技术领域，具体地，涉及一种阵列雷达异物探测***及方法。
背景技术
FOD(Foreign Object Debris，FOD)，泛指可能损伤航空器或***的某种外来的物质、碎屑或物体，常称为跑道异物。FOD带来的危害非常严重，许多案例都证明，机场跑道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***中，影响起落架、机翼等设备的正常运行，不仅会损坏飞机和夺去宝贵的生命，而且还伴随着巨大的经济损失。
早期，国内大多数机场跑道监察工作主要靠道面巡查人员进行人工完成，在道面巡查时将关闭跑道，这使得航班通行能力不仅效率低、可靠性差，而且占用了宝贵的跑道使用时间。
目前，FOD探测可以通过光学视频探测和雷达探测的方法。光学视频探测通过对采集的跑道图像进行光学图像识别，对异物的识别会受光学图像分辨率的影响。并且，光学视频检测受气候环境的影响较大，遇到雨、雾等较为恶劣天气，或者在黑夜工作时，其检测效率和可靠性将会大大降低。因此，增加了采用毫米波雷达进行FOD探测，毫米波雷达可以实现夜间探测，具有相对波束窄，信号带宽较宽、体积重量小等优势，被广泛用于FOD雷达检测设备。
然而，现有用于FOD探测的毫米波雷达依旧受天气影响较大，与微波相比，毫米波受气候的影响更为显著，在大气水气增加、以及雾天和雨天时，检测性能大幅度下降，甚至不能工作。另外，用于FOD探测的毫米波雷达采用背景对消来抑制地杂波，但地杂波随天气和季节变化，直接影响检测性能。此外，FOD检测毫米波雷达的角分辨率固定，被测地面远距和近距的雷达照射面积差异较大，造成了远近端检测性能不一致阵列雷达异物探测***。
发明内容
本公开提供一种阵列雷达异物探测***及方法。本公开第一方面提供一种阵列雷达异物探测***，所述阵列雷达异物探测***，包括雷达和位置形成机构，所述雷达包括：多个雷达发射单元，分别设置在每个发射单元的预设位置，构成发射阵列，用于向探测区域发射雷达探测信号；多个雷达接收单元，分别设置在每个接收单元的预设位置，构成接收阵列，用于接收所述探测信号被目标或杂波散射和/或反射得到的回波信号；雷达成像单元，用于基于接收到的多个位置的回波信号进行成像处理，生成所述探测区域的雷达图像；雷达图像检测单元，用于检测所述探测区域的雷达图像中是否存在异物；位置形成机构，用于承载所述雷达发射单元，将所述雷达发射单元固定在机场跑道一侧的预设发射位置；其中，所述位置形成机构使所述雷达发射单元在固定的预设发射位置发射雷达信号；所述位置形成机构，还用于承载所述雷达接收单元，将雷达接收单元固定在机场跑道一侧的预设接收位置；其中，所述位置形成机构使所述雷达接收单元在固定的预设接收位置接收雷达回波信号。可选地，所述雷达发射单元和所述雷达接收单元在结构上是属于同一个结构体，或是属于不同结构体。
可选地，所述雷达发射单元包括雷达发射机和雷达发射天线，所述雷达接收单元包括雷达接收天线、雷达接收机、雷达数据采集单元和雷达数据记录单元。
可选地，所述位置形成机构包括多个结构单元，每个结构单元包括连接与转动机构、运动姿态测量单元、支撑结构。
可选地，所述雷达发射单元预设位置和雷达接收单元预设位置的一种方式是：位于所述探测区域的同一侧；其中，任意两个所述雷达发射单元之间的间距小于或等于成像分辨率，或/和任意两个所述雷达接收单元之间的间距小于或等于成像分辨率。
可选地，所述雷达发射单元预设位置和雷达接收单元预设位置的另一种方式是：分布在所述探测区域的相对两侧；其中，任意两个所述雷达发射单元之间的间距小于或等于成像分辨率，或/和任意两个所述雷达发射单元之间的间距小于或等于成像分辨率。
可选地，所述雷达接收单元预设位置的另一种方式是：满足任意两个所述雷达发射单元之间的间距小于或等于成像分辨率时，相邻两个所述雷达接收单元之间的间距，大于相邻两个所述雷达发射单元之间的间距，相邻两个所述雷达接收单元之间的间距，小于或等于所述雷达接收单元的波束所对应的探测区域的近距端宽度。
可选地，所述雷达发射单元的数量满足雷达发射单元数量乘以相邻两个所述雷达发射单元之间的间距大于相邻两个所述雷达接收单元的波束所对应的探测区域的远距端宽度。
可选地，所述雷达发射单元预设位置的另一种方式是：满足任意两个所述雷达接收单元之间的间距小于或等于成像分辨率时，相邻两个所述雷达发射单元之间的间距，大于相邻两个所述雷达接收单元之间的间距，相邻两个所述雷达发射单元之间的间距，小于或等于相邻两个所述雷达发射单元发射的波束所对应的照射探测区域的近距端宽度。
可选地，所述雷达接收单元的数量满足雷达接收单元的数量乘以相邻两个所述雷达接收单元之间的间距大于相邻两个所述雷达发射单元发射的波束所对应的照射探测区域的远距端宽度。
本公开第二方面提供了一种阵列雷达异物探测方法，所述方法包括：雷达发射单元和雷达接收单元沿机场跑道一侧或两侧的预设位置排列放置；雷达发射单元在多个预设发射位置，向机场跑道上的探测区域发射雷达探测信号；雷达接收单元在多个预设接收位置，接收所述雷达探测信号作用在所述探测区域散射的回波信号；雷达成像单元利用不同预设发射位置和预设接收位置的收发组合所对应的回波信号进行成像处理，得到探测区域的雷达图像；雷达图像检测单元利用雷达图像进行异物检测，检测探测区域是否存在异物。
可选地，所述向机场跑道上的探测区域发射雷达探测信号，是利用运动位置形成机构的连接与转动机构调整雷达发射单元的雷达发射天线的雷达发射波束指向，使雷达发射波束照射到所述机场跑道上的探测区域。
可选地，当所述预设发射位置位于机场跑道两侧中的任一侧时，所述预设发射位置是所述位置形成机构的支撑结构所在的固定位置；当所述预设接收位置位于机场跑道两侧中的任一侧时，所述预设接收位置是所述位置形成机构的支撑结构所在的固定位置。
可选地，所述固定位置，与相邻的固定位置之间的连线位于机场跑道两侧中的任一侧，所述连线组合成直线或折线。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本公开实施例公开了一种阵列雷达异物探测***和方法，能够获取探测区域内的雷达图像，并根据所述探测区域内的雷达图像进行异物检测，确定所述探测区域内是否存在异物。通过获取雷达图像进行异物检测，相对于现有技术中采用毫米波雷达探测和/或光学视频结合的方式而言，能够有效降低雷达分辨单元面积，进而大幅度降低背景杂波强度，提高信杂比，增强抑制杂波能力，提高FOD检测能力。另外，由于是采用成像方法来降低分辨单元面积，而不是通过窄波束降低分辨单元面积，这样就无需采用易于实现窄波束的毫米波波段，可以采用大气衰减和雨衰都较低的微波波段，由此降低气候条件对检测能力的影响。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
图1为一示例性实施例示出的阵列雷达异物探测***的结构示意图；
图2为一示例性实施例示出的阵列雷达异物探测***的结构及摆放示意图；
图3为一示例性实施例示出的阵列雷达异物探测***的结构及摆放示意图；
图4为一示例性实施例示出的阵列雷达异物探测***的结构及摆放示意图；
图5为一示例性实施例示出的阵列雷达异物探测***的结构及摆放示意图；
图6为一示例性实施例示出的阵列雷达异物探测***的结构及摆放示意图；
图7为一示例性实施例示出的阵列雷达异物探测***的结构及摆放示意图；
图8为一示例性实施例示出的阵列雷达异物探测方法的流程示意图；
图9为一示例性实施例示出的阵列雷达异物探测方法的流程示意图；
图10为一现有技术示出的阵列雷达异物探测***的结构及摆放示意图；
图11为一示例性实施例示出的阵列雷达异物探测***的结构示意图；
图12为一示例性实施例示出的阵列雷达异物探测***的结构示意图；
图13为一示例性实施例示出的阵列雷达异物探测***的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
首先，对本申请实施例涉及到的相关技术进行简单介绍。
雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是利用一个小天线沿着长线阵的轨迹等速移运动并辐射相参信号，把在不同位置接收的回波进行相干处理，从而获得较高分辨率的成像雷达。
雷达波束宽度，是指波束两个半功率点之间的夹角。
雷达的角分辨率指的是雷达在角度方向上分辨两个目标的能力，通常由波束宽度决定，波束越窄，角分辨率越好。雷达的波束宽度与雷达的波长成正比，与天线的长度成反比。
图10是一种毫米波雷达FOD探测的工作方式示意图。如图10所示，采用多部毫米波雷达沿跑道长度方向在跑道一侧或双侧并排放置，雷达探测时，每部雷达发射探测信号照射到跑道区域，并通过旋转波束覆盖该部雷达负责照射的跑道区域，通过多部雷达覆盖全部跑道区域。
这种雷达探测方式的角分辨率取决于雷达波束宽度，雷达波束宽度越宽，角分辨率越差。雷达波束宽度与波长和天线尺寸相关，在雷达天线尺寸受限时，波长越短，雷达波束越窄，角分辨率越好，对应杂波强度越低，这是目前FOD雷达探测采用毫米波频段的决定因素。
采用毫米波雷达对FOD进行探测，可以实现夜间探测，具有相对波束窄，信号带宽较宽、体积重量小等优势，被广泛用于不同种类的FOD雷达检测设备。
然而，与微波相比，用于FOD探测的毫米波雷达受气候的影响更为显著，在大气水气增加、以及雾天和雨天时，检测性能大幅度下降，甚至不能工作。另外，用于FOD探测的毫米波雷达采用背景对消来抑制地杂波，但地杂波随天气和季节变化，直接影响检测性能。此外，FOD检测毫米波雷达的角分辨率固定，被测地面远距和近距的雷达照射面积差异较大，造成了远端检测性能下降。
本公开实施例的目的在于提供一种阵列雷达异物探测方法和***，其能够克服现有光学视频和毫米波雷达检测FOD的不足，满足全天时、全天候、高性能FOD探测的要求。
根据本发明的实施例的阵列异物探测方法和***至少具有如下有益效果：
(1)增强抑制背景杂波能力
优于采用高分辨率成像，可以有效降低雷达分辨单元面积，进而大幅度降低背景杂波强度，提高信杂比，增强抑制杂波能力，提高FOD检测能力。
(2)提高全天候探测能力
由于采用高分辨率成像进行FOD检测，可以降低FOD探测分辨率与波段的关联性，因此可以采用微波波段进行FOD探测，微波波段对水汽、雾和雨的穿透能力显著优于毫米波波段，可以有效提高全天候探测能力。
本发明的阵列异物探测方法和***具有增强抑制背景杂波能力、提高FOD检测性能、提高全天候探测能力等优点。
本公开实施例提供了一种阵列雷达异物探测***，结合图1所示，所述阵列雷达异物探测***，包括：
多个雷达发射单元101～10m，分别设置在每个发射单元的预设位置，构成发射阵列，用于向探测区域发射雷达探测信号；
多个雷达接收单元201～20n，分别设置在每个接收单元的预设位置，构成接收阵列，用于接收所述探测信号被目标或杂波散射和/或反射得到的回波信号；
雷达成像单元300，用于基于接收到的多个位置的回波信号进行成像处理，生成所述探测区域的雷达图像；
雷达图像检测单元400，用于检测所述探测区域的雷达图像中是否存在异物；
位置形成机构500，用于承载所述雷达发射单元，将所述雷达发射单元固定在机场跑道一侧的预设发射位置；其中，所述位置形成机构使所述雷达发射单元在固定的预设发射位置发射雷达信号；
位置形成机构还用于承载所述雷达接收单元，将雷达接收单元固定在机场跑道一侧的预设接收位置；其中，所述位置形成机构使所述雷达接收单元在固定的预设接收位置接收雷达回波信号。
本公开实施例中，雷达发射单元和雷达接收单元可以集成为一体式雷达，对于一体式雷达，雷达发射单元与雷达接收单元数量相同，并且设置在雷达阵列的同一位置。
本公开实施例中，雷达也可以是收发分离式雷达，即，雷达包含的雷达发射单元与雷达接收单元分离设置。在雷达以连续波方式工作时，收发分离式雷达能够有效地抑制出现发射机干扰接收机的问题。收发分离式雷达可以采用脉冲方式工作，也可以采用连续波方式工作。针对收发分离式雷达，可以有多种实现方式，例如，雷达发射单元和雷达接收单元均被配置设置在机场跑道两侧的情况下，雷达发射单元和雷达接收单元均被配置沿着机场跑道同一侧或不同侧设置。
本公开实施例中，雷达发射单元和雷达接收单元均可以分别设置在连接与转动机构上，并可通过连接与转动机构的转动而旋转，连接与转动机构可安装在支撑结构上。其中，连接与转动机构可以带动雷达发射单元和/或雷达接收单元可旋转，当然，连接与转动机构也可以不转动以使雷达发射单元和/或雷达接收单元不旋转。上述的支撑结构可以根据实际应用需要进行固定设置于机场跑道的任一侧。
本公开实施例中，所述雷达发射单元和所述雷达接收单元在结构上是属于同一个结构体，或是属于不同结构体。
在一个实施例中，所述雷达发射单元和所述雷达接收单元在结构上是属于同一个结构体时，则可以通过同一个结构体实现信号的收发。
在另一个实施例中，所述雷达发射单元和所述雷达接收单元在结构上是属于不同结构体时，则需要通过不同的结构体实现信号的收发。
本公开实施例中，所述雷达发射单元包括雷达发射机和雷达发射天线，所述雷达接收单元包括雷达接收天线、雷达接收机、雷达数据采集单元和雷达数据记录单元。雷达发射机被配置用于产生发射信号，雷达接收机被配置用于接收雷达回波信号。雷达发射天线被配置用于将电信号转换为空间电磁波发射到探测区域。雷达接收天线被配置用于将探测区域散射回的空间电磁波转换为电信号。可以理解的是，雷达为收发一体式雷达时，发射天线和接收天线可以配置为同一个天线或同一个天线阵列，雷达采用脉冲方式工作；也可以采用两部天线，一个天线用于发射，另一个天线用于接收，雷达采用连续波方式工作。其中，探测区域是机场跑道的部分区域。
本公开实施例中，所述雷达数据采集单元和雷达数据记录单元。其中，雷达数据采集单元可以被配置用于对不同位置获得的回波信号进行数字化得到雷达回波数据。雷达数据记录单元可以被配置用于存储不同位置获得的雷达回波数据和运动姿态信息。这里，运动姿态信息可以用于指示雷达角度数据等。
本公开实施例中，阵列雷达异物探测***还可以包括控制器，控制器可被配置用于控制和监测***工作。例如，控制器可用于向雷达发送雷达旋转控制指令，雷达旋转控制指令指示雷达发射单元和/或雷达接收单元进行旋转。
本公开实施例中，关于异物的种类，包括但不限于是：探测区域为陆地时的金属器件(例如，螺帽、螺钉、垫圈、钉子、保险丝等)、机械工具、混凝土沥青碎块(例如石头、沙子、冰渣等)、飞行动物、飞机中易被携带的物品(例如私人物品、钢笔、铅笔、纽扣等)等会对需要在探测区域运动的运动物有安全性影响的物品。
本公开实施例中，所述位置形成机构包括多个结构单元，每个结构单元包括连接与转动机构、运动姿态测量单元、支撑结构。
本公开实施例中，通过所述位置形成机构实现对雷达的支撑、转动以及运动姿态的测量。
本公开实施例中，多个雷达接收单元201，202，···，20j，20n分别用于接收多个雷达发射单元101，102，···，10i，10m发射的雷达探测信号被散射和/或反射得到的回波信号，这里，关于i等于或不等于j，n等于或不等于m，i、j、m、n属于自然数。
本公开实施例中，设置在探测区域(机场跑道)的相对两侧或一侧的雷达阵列，主要是用于成像，以起到获得方位向分辨率高的效果。
在对地成像应用中，通常采用合成孔径雷达进行成像：合成孔径雷达需要飞行***，如飞机或卫星上设置雷达，在飞行过程中，雷达的天线发射的波束，覆盖地面上一处条带，然后接收这一条带上地物的散射或反射波，从而形成一个图像，随着飞行***的飞行，不断地发射波束，又不断地接收回波，从而形成多幅雷达图像。多幅图像的集成，提高了分辨率。本公开实施例中，由于探测区域是关于机场跑道本身，需要避免其他飞行***影响正常飞机，如果使用飞行***装载的综合孔径雷达，则会对飞机、人员和机场设备等的安全产生潜在的影响，因此本申请设置了固定设置的雷达发射阵列或雷达接收阵列，以起到类似合成孔径雷达的数据采集过程，再通过成像处理得到方位向分辨率高的效果的同时，也降低了对在机场的飞机、人员、车辆、设备等的安全性的影响。
本公开实施例中，预设的第一类位置和预设的第二类位置分布在所述探测区域的相对两侧。
本公开实施例中，预设的第一类位置和预设的第二类位置也可以分布在所述探测区域的同一侧。
本公开实施例中，预设的第一类位置之间的间距小于或等于第一阈值距离；预设的第二类位置之间的间距小于或等于第二阈值距离。所述第一阈值距离小于等于成像分辨率；所述第二阈值距离小于或等于相邻两个所述雷达的波束照射探测区域的近距端的长度。
本公开实施例中，多个雷达发射单元向探测区域发射雷达探测信号后，多个雷达接收单元会接收到所述探测信号被目标或杂波散射和\或反射得到的回波信号，这里，关于多个雷达发射单元和多个雷达接收单元的相对位置关系，需要不影响雷达的成像分辨率。
本公开实施例中，关于间隔的大小，雷达发射单元和雷达接收单元合成的等效空间采样间隔需要小于或等于成像分辨率。
雷达发射单元和雷达接收单元在同一位置时，即雷达采用收发一体的雷达，雷达发射单元和雷达接收单元组成雷达收发单元，每个雷达收发单元之间的间隔需要小于或等于成像分辨率。
雷达发射单元和雷达接收单元分开时，可以采用雷达发射单元之间的间隔满足第一阈值距离，雷达接收单元之间的间隔满足第二阈值距离；或者采用雷达发射单元之间的间隔满足第二阈值距离，雷达接收单元之间的间隔满足第一阈值距离。
本公开实施例中，雷达发射单元或雷达接收单元可以采用不同的波束宽度。一种是第一雷达波束，其波束覆盖区域为全部所述机场跑道；另一种是，第二雷达波束，其波束覆盖区域为部分所述机场跑道。
本公开实施例中，结合图2所示，这种实施例的雷达发射单元和雷达接收单元在同一位置时，即雷达采用收发一体的雷达，雷达发射单元和雷达接收单元组成雷达收发单元，如此，雷达接收单元可以接收对应的雷达发射单元发射的雷达探测信号被目标或杂波散射和/或反射得到的回波信号。每个雷达收发单元之间的间隔需要小于或等于成像分辨率，即雷达收发单元之间的位置关系为第一类位置。
本公开实施例中，结合图3所示，所述雷达发射单元和所述雷达接收单元分布在所述探测区域的相对两侧；
其中雷达发射单元之间的位置关系为第二类位置，雷达接收单元之间的位置关系为第一类位置。
其中，相邻两个所述雷达发射单元之间的间距，小于或等于相邻两个所述雷达发射单元发射的波束所对应的照射探测区域的近距端宽度，所述多个雷达接收单元之间的间距小于或等于成像分辨率；或者，雷达发射单元与对应的雷达接收单元形成的等效相位中心，相邻的等效相位中心的间隔小于或等于成像分辨率。
本公开实施例中，所述雷达发射单元和所述雷达接收单元分布在所述探测区域的相对两侧，使得在预设位置的多个雷达发射单元，与在预设的多个雷达接收单元位于所述探测区域的对侧。
本公开实施例中，所述雷达发射单元和所述雷达接收单元也可以分布在所述探测区域的同侧，使得在预设的多个雷达发射单元，与在预设位置的多个雷达接收单元位于所述探测区域的同侧。
本公开实施例中，相邻两个所述雷达发射单元之间的间距，大于相邻两个所述雷达接收单元之间的间距；多个雷达发射单元所在的一侧雷达发射单元阵列，之间的位置关系满足第二类位置；雷达接收单元之间的位置关系满足第一类位置。
本公开实施例中，所述雷达发射单元和所述雷达接收单元也可以位于所述探测区域的同一侧，并且，当雷达发射单元与雷达接收单元位于探测区域同一侧时，虽然此时雷达发射单元的数量少于雷达接收单元的数量，但是仍然可以将对应位置的雷达发射单元与雷达接收单元放置在同一位置，相邻两个所述雷达发射单元之间的间距，仍然大于相邻两个所述雷达接收单元之间的间距；所述相邻两个雷达接收单元之间的间距仍然小于或等于成像分辨率。
本公开实施例中，关于所述雷达发射单元的波束照射探测区域的近距端，是指雷达发射单元发射的波束照射探测区域的近雷达端，远距端同理类推。
本公开实施例中，多个雷达发射单元发射的雷达探测信号照射机场跑道，同时，多个雷达接收单元的接收雷达探测区域的散射信号，采集这些散射信号，得到雷达回波数据，并对雷达回波数据进行成像处理，得到雷达图像。
本公开实施例中，通过上述关于雷达发射单元以及雷达接收单元之间的设置和摆放，可以适量地平衡雷达数量和雷达分辨率所需采样间隔的关系，使得既能适量减小雷达发射单元数量，也能有很高的雷达分辨率所需的采样间隔。
本公开实施例中，结合图4所示，所述雷达发射单元和所述雷达接收单元分布在所述探测区域的相对两侧；
其中雷达发射单元之间的位置关系为第一类位置，雷达接收单元之间的位置关系为第二位置。
其中，相邻两个所述雷达接收单元之间的间距，小于或等于相邻两个所述雷达接收单元的波束所对应的探测区域的近距端宽度，所述多个雷达发射单元之间的间距小于或等于成像分辨率；或者，雷达发射单元与对应的雷达接收单元形成的等效相位中心，相邻的等效相位中心的间隔小于或等于成像分辨率。
本公开实施例中，所述雷达发射单元和所述雷达接收单元分布在所述探测区域的相对两侧，使得在预设的多个雷达发射单元，与在预设的多个雷达接收单元位于所述探测区域的对侧。
本公开实施例中，所述雷达发射单元和所述雷达接收单元也可以分布在所述探测区域的同侧，使得在预设的多个达发射单元，与在预设位置的多个雷达接收单元位于所述探测区域的同侧。
本公开实施例中，相邻两个所述雷达发射单元之间的间距，大于相邻两个所述雷达接收单元之间的间距；多个雷达发射单元所在的一侧雷达发射单元阵列，之间的位置关系满足第一类位置；雷达接收单元之间的位置关系满足第二类位置。
本公开实施例中，所述雷达发射单元和所述雷达接收单元也可以位于所述探测区域的同一侧，并且，当雷达发射单元与雷达接收单元位于探测区域同一侧时，虽然此时雷达接收单元的数量少于雷达发射单元的数量，但是仍然可以将对应位置的雷达接收单元与雷达发射单元放置在同一位置，相邻两个所述雷达接收单元之间的间距，仍然大于相邻两个所述雷达发射单元之间的间距；所述相邻两个雷达发射单元的间距仍然小于或等于成像分辨率。
本公开实施例中，通过上述关于雷达发射单元以及雷达接收单元之间的设置和摆放，可以适量地平衡雷达数量和雷达分辨率所需采样间隔的关系，使得既能适量减小雷达接收单元数量，也能有很高的雷达分辨率所需采样间隔。
本公开实施例中，结合图5所示，所述雷达发射单元和所述雷达接收单元分布在所述探测区域的相对两侧。所述雷达发射单元和所述雷达接收单元也可以分布在所述探测区域的同侧。
相邻两个所述雷达发射单元之间的间距，大于相邻两个所述雷达接收单元之间的间距；
以及所述多个雷达接收单元的总长度不小于雷达发射阵列的阵元之间的间隔，雷达发射阵列的阵元之间的间隔不大于阵元的天线波束所对应的照射跑道的近距端宽度；雷达接收单元的数量满足雷达接收单元的数量乘以相邻两个所述雷达接收单元之间的间距大于相邻两个所述雷达发射单元的波束所对应的照射探测区域的远距端宽度。
其中，所述雷达接收单元和对应的雷达发射单元形成等效相位中心，相邻两个等效相位中心之间的间距小于或等于成像分辨率。
本公开实施例中，多个雷达接收单元会通过转动接收波束指向接收多个发送雷达发射的雷达探测信号被目标或杂波散射和/或反射得到的回波信号。
本公开实施例中，雷达接收单元比雷达发射单元的间距小，通过雷达发射单元与接收单元的组合，能有效地使减少雷达接收单元和雷达接收单元的数量，并能够通过成像提高分辨率，降低了雷达***的规模。
本公开实施例中，结合图6所示，所述雷达发射单元和所述雷达接收单元分布在所述探测区域的相对两侧。所述雷达发射单元和所述雷达接收单元也可以分布在所述探测区域的同侧。
相邻两个所述雷达发射单元之间的间距，小于相邻两个所述雷达接收单元之间的间距；
以及所述多个雷达发射单元的总长度不小于雷达接收阵列的阵元之间的间隔，雷达接收阵列的阵元之间的间隔不大于阵元的天线波束所对应的照射跑道的近距端宽度；雷达发射单元的数量满足雷达发射单元的数量乘以相邻两个所述雷达发射单元之间的间距大于相邻两个所述雷达接收单元的波束所对应的探测区域的远距端宽度。
其中，所述雷达接收单元和对应的雷达发射单元形成等效相位中心，相邻两个等效相位中心之间的间距小于或等于成像分辨率。
本公开实施例中，多个雷达接收单元会通过转动发射波束指向，覆盖全部探测区域(全部跑道区域)，多个雷达接收单元会接收多个发送雷达发射的雷达探测信号被目标或杂波散射和/或反射得到的回波信号。
本公开实施例中，雷达发射单元的数量少于雷达接收单元，通过雷达发射单元与接收单元的组合，能有效地使减少雷达接收单元和雷达接收单元的数量，并能够通过成像提高分辨率，降低了雷达***的规模。
本公开实施例中，结合图7所示，所述雷达发射单元10i，至少包括：雷达发射机10i01以及雷达发射天线10i02；
所述雷达发射机10i01与所述雷达发射天线10i02连接，所述雷达发射机10i01用于产生和放大发射电信号，并将所述发射电信号传输给所述雷达发射天线10i02；
所述雷达发射天线10i02用于将所述发射电信号转换为雷达电磁波，并将所述雷达电磁波发射至探测区域。
本公开实施例中，所述雷达发射天线10i02用于在不同的位置将发射电信号转换为电磁波形式的雷达探测信号，并且将雷达探测信号发射到探测区域。
本公开实施例中，多个雷达发射单元对应多个雷达发射机以及多个雷达发射天线，多个雷达发射天线所组成发射天线阵列可以向探测区域发射多个雷达探测信号。
本公开实施例中，结合图7所示，所述雷达接收单元20j，至少包括：雷达接收天线20j01、雷达接收机20j02、雷达数据采集单元20j03以及雷达数据记录单元20j04；
所述雷达接收天线20j01与所述雷达接收机20j02连接，所述雷达接收天线20j01用于接收所述探测信号被目标或杂波散射和/或反射得到的回波信号，并将所述回波信号转换为接收电信号，以及将所述接收电信号传输给所述雷达接收机20j02。
本公开实施例中，所述探测信号被目标或杂波散射和/或反射得到的回波信号为电磁波形式，多个接收天线在不同位置接收到回波信号，再将电磁波形式的回波信号转换给接收电信号，并传输所述接收电信号至信号接收器。
本公开实施例中，多个雷达接收单元对应多个雷达接收天线以及多个雷达接收天线，多个雷达接收天线所组成的接收天线阵列接收回波信号，经信号接收器由雷达数据采集单元20j03进行采集，得到雷达回波数据，并由雷达数据记录单元20j04对雷达回波实时记录；此外，还将接收、采集得到的多个雷达回波数据，发送至雷达成像单元300，进行高分辨率的成像。
本公开实施例中，无论是雷达发射单元或雷达接收单元，都可以有一定的转动角度，需要安装在连接与转动机构上，连接与转动机构通过带动转动雷达或雷达的一部分转动，调整雷达发射波束或雷达接收波束的指向；
雷达还需要姿态测量单元连接，用于测量连接与转动机构的角度数据，再由此确定雷达发射波束指向或接收波束指向；
支撑结构，被配置用于支撑连接与转动机构和/或雷达发射单元或/和雷达接收单元；
控制器，用于控制和监测阵列雷达异物探测***工作。
本公开实施例中，结合图8所示，提供一种阵列雷达异物探测方法，所述阵列雷达异物探测方法，包括：
步骤S901，通过设置在预设位置的多个雷达发射单元，构成发射阵列，向探测区域发射雷达探测信号；
步骤S902，通过设置在预设位置的多个雷达接收单元，构成接收阵列，接收所述探测信号被目标或杂波散射和/或反射得到的回波信号；
步骤S903，采集所述回波信号得到雷达回波数据，对雷达回波数据进行成像处理，得到所述探测区域内的雷达图像；
步骤S904，并根据所述探测区域内的雷达图像，进行异物检测处理，确定所述探测区域内是否存在异物。
本公开实施例中，步骤S901以及步骤S904之间的信号传输，多个雷达发射单元的发射探测信号形成的多个雷达探测信号，覆盖探测区域的多处条带，多个雷达接收单元接收多个所对应条带上探测区域的目标或杂波散射和/或反射得到的回波信号，采集得到多个雷达回波数据，将这些雷达回波数据传输给雷达成像单元进行图像处理，形成高分辨率雷达图像。
本公开实施例中，结合图9所示，所述雷达发射单元，至少包括：雷达发射机以及雷达发射天线，雷达发射机包含了信号产生和信号放大的电路，所述发射信号发生器与所述雷达发射天线连接；
步骤S901，通过设置在预设位置的多个雷达发射单元，向探测区域发射多个雷达探测信号，包括：
步骤S9011，通过所述雷达发射机产生发射电信号，并放大发射信号，并将所述发射电信号传输给所述雷达发射天线；
步骤S9012，通过所述雷达发射天线将所述发射电信号转换为电磁波，并将所述电磁波发射至探测区域。
本公开实施例中，所述雷达接收单元，至少包括：雷达接收天线和雷达接收机，所述雷达接收天线和雷达接收机连接；
所述方法还包括：
通过所述雷达接收天线接收所述探测信号被目标或杂波散射和/或反射得到的回波信号，并将所述回波信号转换为接收电信号，以及将所述接收电信号传输给所述雷达接收天线。
结合图11所示，本发明的实施例提供的一种阵列雷达异物探测***，根据本公开的实施例的阵列雷达异物探测***可以包括：雷达发射机、雷达接收机、雷达天线阵列、雷达数据采集单元、雷达数据处理单元、雷达数据记录单元、连接与转动机构、运动姿态测量单元、支撑结构、控制器等。
结合上述实施例，提供以下示例做进一步说明：
本公开实施例中，一种阵列雷达异物探测***，包括：
雷达发射机：被配置用于产生发射信号；雷达接收机：被配置用于接收雷达回波信号；雷达阵列：对应多个雷达发射天线和多个雷达接收天线的组合，被配置用于在不同的位置将电信号装换为空间电磁波，发射到探测区域，或用于在不同的位置将探测区域的目标或杂波散射回的空间电磁波转换为电信号；雷达数据采集单元：被配置用于对不同位置获得的回波信号进行数字化得到雷达回波数据；雷达成像单元：被配置用于对不同位置获得的回波数据进行成像处理，得到雷达图像；雷达图像检测单元，被配置用于利用雷达图像进行跑道异物检测处理；雷达数据记录单元：被配置用于存储不同位置获得的雷达回波数据和运动姿态信息；连接与转动机构，被配置用于安装雷达发射单元和雷达接收单元，连接、承载和转动雷达或雷达的一部分；姿态测量单元，被配置测量连接与转动机构的角度数据；支撑结构，被配置用于支撑连接与转动机构；控制器，被配置用于控制和监测***工作。
所述探测***的各组成部分可以是一个，也可以是大于一个。
支撑结构采用钢梁结构，或钢筋混凝土结构，或钢筋混凝土与钢梁相结合的结构。
结合图2所示，进一步说明本发明的实施方式的一种阵列异物探测方法。阵列雷达异物探测方法包括：
雷达阵列沿机场跑道一侧或两侧的设定位置排列放置；
雷达阵列的发射部分对所需探测地面发送探测信号；
雷达阵列的接收部分接收所需探测地面散射的回波信号；
利用雷达阵列在不同位置获得的回波信号进行成像处理，得到探测区域的雷达图像；
在雷达图像中进行异物检测，判断是否存在跑道异物。
从示意图中也可以看出，因为对跑道成像，不需要现有毫米波FOD探测雷达采用的窄波束，本发明的方法虽然采用了对天候适应性好的微波波段，并以宽波束探测，但通过对在不同位置采集的数据进行成像后，可以降低分辨单元的面积，从而成数量级地降低杂波强度，提高检测性能。
对于图2的阵列雷达异物探测方法，雷达阵列沿机场跑道一侧排列放置，雷达阵列的每个阵元的发射部分和接收部分在同一位置。
雷达阵列的每个阵元按设定位置放置，每个阵元位置点之间的间隔根据成像分辨率设定，据雷达阵列成像探测***的不同，间隔不大于成像分辨率，或由发射部分和接收部分所形成的等效相位中心，相邻等效相位中心的间隔不大于成像分辨率。
对雷达阵列的每个阵元在不同位置获得的回波信号进行成像处理，是将不同位置获得的回波信号等效为合成孔径雷达在空中运动过程中在不同位置采集获得的回波信号，再借鉴合成孔径雷达的成像处理方法进行成像处理。
结合图3所示，进一步说明本发明的实施方式的一种收发分置的阵列雷达异物探测方法。
将雷达阵列分为雷达发射阵列和雷达接收阵列部分，雷达发射阵列稀疏分布在沿跑道的一侧，雷达接收阵列密集分布在沿跑道的一侧，雷达接收阵列的阵元之间的间隔不大于成像分辨率，雷达发射阵列的阵元之间的间隔不大于波束所对应的照射跑道的近距端宽度。
对于这种成像探测方法，雷达发射阵列每个阵元发射的雷达探测信号照射雷达跑道，同时，雷达接收阵列的雷达接收单元接收雷达探测信号照射区域的雷达散射信号，采集这些信号，得到对应的回波数据，并对这些回波数据进行成像处理，得到雷达图像。
图3中，雷达发射阵列和雷达接收阵列分别在跑道的两侧，雷达发射阵列和雷达接收阵列也可以在跑道的一侧。当雷达发射阵列和雷达接收阵列在跑道一侧时，可以将雷达发射阵列的某一阵元与对应位置的雷达接收阵列的阵元放置在同一位置。
对于这种成像探测方法，也可以将雷达接收阵列和雷达发射阵列的位置互换。图4可以看作是根据本发明的图3实施方式的一种收发分置阵列雷达异物探测方法收发互换示意图。
结合图5所示，进一步说明本发明的实施方式的另一种收发分置的阵列雷达异物探测方法示意图。将雷达阵列分为雷达发射阵列和雷达接收阵列部分，雷达发射阵列稀疏分布在沿跑道的一侧，雷达接收阵列密集分布在沿跑道的一侧，雷达接收阵列的阵元之间的间隔不大于成像分辨率，雷达接收阵列的总长度不小于雷达发射阵列的阵元之间的间隔，雷达发射阵列的阵元之间的间隔不大于阵元的天线波束所对应的照射跑道的近距端宽度，雷达接收阵列的阵元与雷达发射阵列的阵元形成的收发组合所对应等效相位中心，相邻等效相位中心之间的间隔不大于成像分辨率。雷达接收单元的数量满足雷达接收单元的数量乘以相邻两个所述雷达接收单元之间的间距大于相邻两个所述雷达发射单元的波束所对应的照射探测区域的远距端宽度。
对于这种成像探测方法，雷达发射阵列每个阵元分别发射的雷达探测信号照射雷达跑道，同时，雷达接收阵列的阵元接收雷达发射阵列波束照射区域的雷达散射信号，采集这些信号，得到对应收发组合等效相位中心对应的回波数据，并将全部雷达接收阵列的阵元与雷达发射阵列的阵元形成的收发组合的等效相位中心多对应的回波数据进行成像处理，得到雷达图像。
图5中，雷达发射阵列和雷达接收阵列分别在跑道的两侧，雷达发射阵列和雷达接收阵列也可以在跑道的一侧。当雷达发射阵列和雷达接收阵列在跑道一侧时，可以将雷达发射阵列的某一阵元与对应位置的雷达接收阵列的阵元放置在同一位置。雷达接收阵列可以放置在跑道长度方向的一端，或放置在跑道长度方向的中心。
对于这种成像探测方法，也可以将雷达接收部分和雷达发射部分的位置互换。图6可以看作是根据本发明的图5实施方式的另一种收发分置的阵列雷达异物探测方法收发互换示意图。
结合图2所示的本发明的阵列雷达异物探测***，图12给出了本发明的实施方式的一种阵列雷达异物探测***的阵列组成结构图，其中，雷达发射机、雷达接收机、雷达天线、雷达数据采集单元构成一个雷达收发阵元，雷达收发阵元与运动姿态测量单元、连接与转动机构和支撑结构构成一个结构体，多个结构体组成线性阵列，结合机场内实际布局情况，放置在跑道的一侧，线性阵列平行于跑道，与跑道间隔一定的距离，雷达收发阵元高于跑道的水平面。雷达成像单元、雷达数据记录单元和控制器可以根据实际情况放置在其中一个结构体内，或拆分为多个部分。设有1，2，···，N个雷达收发阵元，以及1，2，···，N个结构体。N为自然数。
对于图3、图4、图5、图6，图13为本发明的一种阵列异物探测***的结构组成图，雷达发射机、雷达天线构成一个雷达发射阵元，雷达接收机、雷达天线、雷达数据采集单元构成一个雷达接收阵元；有1，2，···，M个雷达发射阵元，有1，2，···，N个雷达接收阵元；N、M为自然数。
雷达发射阵元与运动姿态测量单元、连接与转动机构和支撑结构构成一个发射结构体，雷达接收阵元与运动姿态测量单元、连接与转动机构和支撑结构构成一个接收结构体；有1，2，···，M个发射结构体，以及1，2，···，N个接收结构体；N、M为自然数。
多个发射结构体组成发射线性阵列，结合机场内实际布局情况，放置在跑道的一侧，发射线性阵列平行于跑道，与跑道间隔一定距离，雷达发射阵元高于跑道的水平面；
多个接收结构体组成接收线性阵列，结合机场内实际布局情况，放置在跑道的一侧，接收线性阵列平行于跑道，与跑道间隔一定距离，雷达接收阵元高于跑道的水平面；
发射线性阵列和接收线性阵列可以在跑道的同侧或隔跑道相对；
雷达成像单元、雷达数据记录单元可以根据实际情况放置在其中一个接收结构体内，或拆分为多个部分放置；
控制器可以根据实际情况放置在其中一个接收结构体内或发射结构体，或拆分为多个部分放置。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种阵列雷达异物探测***，其特征在于，包括雷达和位置形成机构，所述雷达包括：
多个雷达发射单元，分别设置在每个发射单元的预设位置，构成发射阵列，用于向探测区域发射雷达探测信号；
多个雷达接收单元，分别设置在每个接收单元的预设位置，构成接收阵列，用于接收所述探测信号被目标或杂波散射和/或反射得到的回波信号；
雷达成像单元，用于基于接收到的多个位置的回波信号进行成像处理，生成所述探测区域的雷达图像；
雷达图像检测单元，用于检测所述探测区域的雷达图像中是否存在异物；
位置形成机构，用于承载所述雷达发射单元，将所述雷达发射单元固定在机场跑道一侧的预设发射位置；其中，所述位置形成机构使所述雷达发射单元在固定的预设发射位置发射雷达信号；
所述位置形成机构，还用于承载所述雷达接收单元，将雷达接收单元固定在机场跑道一侧的预设接收位置；其中，所述位置形成机构使所述雷达接收单元在固定的预设接收位置接收雷达回波信号。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述雷达发射单元和所述雷达接收单元在结构上是属于同一个结构体，或是属于不同结构体。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述雷达发射单元包括雷达发射机和雷达发射天线，所述雷达接收单元包括雷达接收天线、雷达接收机、雷达数据采集单元和雷达数据记录单元。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述位置形成机构包括多个结构单元，每个结构单元包括连接与转动机构、运动姿态测量单元、支撑结构。
5.根据权利要求1所述的阵列雷达异物探测***，其特征在于，所述雷达发射单元预设位置和雷达接收单元预设位置的一种方式是：位于所述探测区域的同一侧；其中，任意两个所述雷达发射单元之间的间距小于或等于成像分辨率，或/和任意两个所述雷达接收单元之间的间距小于或等于成像分辨率。
6.根据权利要求1所述的阵列雷达异物探测***，其特征在于，所述雷达发射单元预设位置和雷达接收单元预设位置的另一种方式是：分布在所述探测区域的相对两侧；其中，任意两个所述雷达发射单元之间的间距小于或等于成像分辨率，或/和任意两个所述雷达发射单元之间的间距小于或等于成像分辨率。
7.根据权利要求1所述的阵列雷达异物探测***，其特征在于，所述雷达接收单元预设位置的另一种方式是：满足任意两个所述雷达发射单元之间的间距小于或等于成像分辨率时，相邻两个所述雷达接收单元之间的间距，大于相邻两个所述雷达发射单元之间的间距，相邻两个所述雷达接收单元之间的间距，小于或等于所述雷达接收单元的波束所对应的探测区域的近距端宽度。
8.根据权利要求7所述的阵列雷达异物探测***，其特征在于，所述雷达发射单元的数量满足雷达发射单元数量乘以相邻两个所述雷达发射单元之间的间距大于相邻两个所述雷达接收单元的波束所对应的探测区域的远距端宽度。
9.根据权利要求1所述的阵列雷达异物探测***，其特征在于，所述雷达发射单元预设位置的另一种方式是：满足任意两个所述雷达接收单元之间的间距小于或等于成像分辨率时，相邻两个所述雷达发射单元之间的间距，大于相邻两个所述雷达接收单元之间的间距，相邻两个所述雷达发射单元之间的间距，小于或等于相邻两个所述雷达发射单元发射的波束所对应的照射探测区域的近距端宽度。
10.根据权利要求9所述的阵列雷达异物探测***，其特征在于，所述雷达接收单元的数量满足雷达接收单元的数量乘以相邻两个所述雷达接收单元之间的间距大于相邻两个所述雷达发射单元发射的波束所对应的照射探测区域的远距端宽度。
11.一种阵列雷达异物探测方法，其特征在于，所述方法包括：
雷达发射单元和雷达接收单元沿机场跑道一侧或两侧的预设位置排列放置；
雷达发射单元在多个预设发射位置，向机场跑道上的探测区域发射雷达探测信号；
雷达接收单元在多个预设接收位置，接收所述雷达探测信号作用在所述探测区域散射的回波信号；
雷达成像单元利用不同预设发射位置和预设接收位置的收发组合所对应的回波信号进行成像处理，得到探测区域的雷达图像；
雷达图像检测单元利用雷达图像进行异物检测，检测探测区域是否存在异物。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述向机场跑道上的探测区域发射雷达探测信号，是利用运动位置形成机构的连接与转动机构调整雷达发射单元的雷达发射天线的雷达发射波束指向，使雷达发射波束照射到所述机场跑道上的探测区域。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述接收所述雷达探测信号作用在所述探测区域散射的回波信号，是利用位置形成机构的连接与转动机构调整雷达接收单元的雷达接收天线的雷达接收波束指向，使雷达接收波束覆盖所述机场跑道上的探测区域。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当所述预设发射位置位于机场跑道两侧中的任一侧时，所述预设发射位置是所述位置形成机构的支撑结构所在的固定位置；
当所述预设接收位置位于机场跑道两侧中的任一侧时，所述预设接收位置是所述位置形成机构的支撑结构所在的固定位置。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述固定位置，与相邻的固定位置之间的连线位于机场跑道两侧中的任一侧，所述连线组合成直线或折线。
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