[发明专利]基于杂波图匹配的机场跑道异物检测方法

说明书

本发明涉及一种基于杂波图匹配的机场跑道异物检测方法，属于雷达信号处理技术领域。本发明为了克服现有雷达转台角度、距离存在误差以及背景杂波复杂的检测环境下，现有的机场跑道异物检测方法检测效果较差的不足，提供了一种基于杂波图映射的机场跑道异物检测方法，利用杂波图与待检测信号的匹配、映射提高背景杂波消除效果，来有效提高检测效果，尤其是对低信杂的情况，检测效果明显的提高。

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于杂波图匹配的机场跑道异物检测方法。

背景技术

机场跑道异物(Foreign Object Debris，FOD)，以下简称为FOD，指飞机跑道上存在的异物，通常有砖块、金属零件、冰块或野生动物等。当飞机处于起飞和降落过程中，飞机滑行速度高达200～300公里每秒，此时FOD的存在会对飞机及地面人员造成极大危害。

目前，FOD检测主要有毫米波雷达结合视频设备检测以及只用视频设备监测两种方法。大部分机场使用的FOD设备，采用了毫米波雷达结合视频设备的检测方式，例如英国的Tasier系统、新加坡的iFerret和以色列的FODetect等，这种检测方式先通过毫米波雷达找到机场跑道可能存在的FOD，将目标在视频画面中做出标记，然后通过视频判断是否为虚警。但上述几种检测系统售价昂贵，且并没有针对我国机场及民航标准进行本土化改造，难以适应国内机场环境。在毫米波雷达的FOD检测中，由于雷达转台存在的角度、距离测量误差以及复杂的背景杂波环境，检测结果受背景杂波影响较大。针对这种雷达转台角度、距离存在误差以及背景杂波环境复杂的情况，现有的机场跑道异物检测技术大多采用杂波图方法以达到消除杂波的目的，但仅依靠该方法无法克服上述提到的角度、距离测量误差问题，并且背景杂波环境复杂时该方法的杂波消除效果不理想，导致检测效果差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何克服现有雷达转台角度、距离存在误差以及背景杂波复杂的检测环境下，现有的机场跑道异物检测方法检测效果较差的不足。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于杂波图匹配的机场跑道异物检测方法，包括以下步骤：

步骤1、建立确定待检测区域的距离-幅度谱的方法：在确定待检测区域内无异物时，在给定机场跑道范围内，通过线性连续调频波雷达对待检测区域进行检测，提取回波信号中的距离-幅度谱；所述线性连续调频波雷达包括雷达发射机和雷达接收机；

步骤2、根据步骤1的方法获取待检测区域的距离-幅度谱，得到背景杂波图中杂波单元的杂波功率作为参考值，建立背景杂波图；

步骤3、进行异物检测，将回波信号经步骤1的方法处理后得到待检测信号的距离-幅度谱；将步骤2得到的背景杂波图与待检测信号相对应的距离-幅度谱作为参考信号，将待检测信号的距离-幅度谱作为输入信号，通过匹配滤波器使背景杂波图与待检测信号的距离-幅度谱进行匹配、映射，然后将检测信号的距离-幅度谱减去映射后的杂波图，得到消除杂波后的待检测信号；

步骤4、使用单元平均恒虚警检测算法，计算消除杂波后的待检测信号中各个距离单元的检测阈值，判断各个距离单元是否存在异物目标；

步骤5、若判断为不存在异物目标，则对该距离单元对应杂波图单元的杂波功率估计值进行更新；若判断为存在异物目标，则不对该距离单元对应杂波图单元的杂波功率估计值进行更新。

优选地，步骤1中，通过雷达发射机向待检测区域发射信号，雷达接收机接收跑道和异物的反射信号作为输入信号，将输入信号与发射信号相乘得到混频信号，对混频信号进行低通滤波、A/D转换、快速傅里叶变换得到频率-幅度谱，再将频率-幅度谱转化为距离-幅度谱；