CN103630892A - 高分辨率机场跑道外来物探测成像雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高分辨率机场跑道外来物探测成像雷达，包括雷达旋转单元和固定单元，在所述雷达旋转单元上设置毫米波收发模块以及发射天线和接收天线，所述毫米波收发模块发射毫米波信号并通过发射天线发射出去，接收天线接收目标回波信号，进入毫米波收发模块得到差拍信号，所述差拍信号通过信号处理模块处理后，得到目标相对于雷达的距离。本发明采用毫米波调频连续波雷达实现探测区域高分辨率成像探测，探测雷达分辨率高，能够更为清晰的观察目标的细节，有利于目标探测与识别。
Description
技术领域
本发明涉及到机场跑道外来物探测成像雷达，更具体地说，涉及一种采用调频波体制的高分辨率机场跑道外来物探探测成像雷达，可用于各类机场跑道外来物探测报警与定位。
背景技术
机场跑道是供飞行器起飞、着陆、滑跑使用的露天专用道面，它既承受飞行器起降荷载，又要受道面破损、外来物等因素影响，如飞行器自身掉落下来的机件对飞行器起降会造成较大安全事件，对飞行器的发动机、机身、轮胎等构成严重威胁，轻者造成严重的经济损失，影响航班正常性，严重时可能造成飞行等级事故及空难等。机场跑道外来物的存在不仅给各国机场造成巨大的直接损失，由于事件的发生还会造成航班延误、中断起飞、关闭跑道等间接损失。为清除机场跑道外来物，传统的方法是依靠人工检测，但由于机场飞行器使用跑道起降频繁，人工检测方法费时费力，每进行一次跑道外来物检测将影响多架次航班正常起降，更重要的是依靠人工检测易遗漏外来物或检测车辆上掉落外来物，对道面外来物检测有严重缺陷。
目前，采用人工检测方式检测机场跑道外来物已无法满足各大机场对机场跑道安全防护的需求。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种高分辨率机场跑道外来物探测成像雷达，采用调频连续波体制的探测雷达，满足机场跑道外来物探测高分辨率成像与目标识别的需要。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方法如下：
一种高分辨率机场跑道外来物探测成像雷达，包括雷达旋转单元和固定单元，在所述雷达旋转单元上设置毫米波收发模块以及发射天线和接收天线，所述毫米波收发模块发射毫米波信号并通过发射天线发射出去，接收天线接收目标回波信号，进入毫米波收发模块得到差拍信号，所述差拍信号通过信号处理模块处理后，得到目标相对于雷达的距离。
所述毫米波收发模块包括发射部分和接收部分，所述发射部分包括依次连接的扫频源、耦合器和功放，所述扫频源输出毫米波的扫频信号，经耦合器和功放后通过发射天线发射出去；所述接收部分包括依次连接的低噪声放大器、混频器和中放，目标回波信号由接收天线接收后，经低噪声放大器放大后进入混频器，回波信号与耦合器提供的发射耦合信号经混频器后得到差拍信号，经过中放放大滤波后进入信号处理模块进行A/D变换，通过频谱分析得到目标相对于雷达的距离。
所述毫米波收发模块连续或不连续发射和接收信号。
所述雷达旋转单元和固定单元之间通过红外通信模块进行信号的传输。
所述红外通信模块包含两部分：①位于旋转单元上的红外数据发射／接收电路板，实现对旋转件上数据的采集、发送以及接收来自于固定单元的控制数据；②位于固定单元上的红外数据发射／接收电路板，实现对固定单元上数据的接收和发送以及和转台控制与数据接口模块的接口控制。
所述雷达旋转单元和固定单元之间通过无线电能传输模块进行电能的传输。
所述无线电能传输模块主要由三部分组成：能量变换电路、可分离耦合结构、能量调节电路，直流信号通过能量变换电路在可分离耦合结构的一次线圈上产生一定频率的交流电流，由电磁感应原理，在可分离耦合结构的二次线圈上产生感应电流，该电流通过能量调节电路，输出稳定的直流信号，实现电能量在雷达旋转单元与固定单元之间的无接触传输。
本发明所采用的毫米波调频连续波雷达的调频带宽宽，能够实现高距离分辨率，可以满足机场跑道外来物探测高分辨率成像与目标识别的需要。采用红外通信模块与无线电能传输模块实现雷达旋转单元与固定单元之间的信号和电能的传输，能够避免采用以往雷达设计中使用的旋转关节在多路信号和馈电同时传输时结构复杂，体积笨重，且由于是机械接触长期使用会产生损耗，引起设备接触不良等故障。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明所提供的雷达实施例的原理框图；
图2是图1中的红外通信模块示意图；
图3是图1中的无线电能传输模块构成原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
图1所示，本发明所提供的高分辨率机场跑道外来物探测成像雷达的一实施例的结构框图。在雷达旋转单元上设置有毫米波收发模块以及发射天线和接收天线。毫米波收发模块发射毫米波信号并通过发射天线发射出去，接收天线接收目标回波信号，进入毫米波收发模块得到发射的调频毫米波信号和接收的目标回波信号之间的差拍信号，差拍信号通过信号处理模块进行A／D变换，并对所得到的数字信号作FFT频谱分析，从频域里得到目标相对雷达的距离。
其中，毫米波收发模块包括发射部分和接收部分。发射部分包括依次连接的扫频源、耦合器和功放。扫频源输出毫米波的扫频信号经过耦合器后大部分信号经功放放大后由发射天线发射，目标回波信号由接收天线接收后经低噪声放大器放大后进入混频器，目标回波信号与耦合器提供发射耦合信号经混频器混频后得到差拍信号，差拍信号经过中放放大滤波后进入信号处理模块进行A／D变换。
由于毫米波雷达定向精度高、雷达截面积大、抗干扰能力强、区分金属目标和周围环境的能力强、受烟尘、云雾的影响小，这些都为机场跑道外来物探测成像应用提供了很好的技术基础。毫米波调频连续波雷达的调频带宽宽，能够实现高距离分辨率，采用毫米波调频连续波体制的探测雷达可以满足机场跑道外来物探测高分辨率成像与目标识别的需要。
在雷达整机信号与电源传输中，采用红外通信模块与无线电能传输模块实现雷达旋转单元与固定单元信号和电能的传输。使用这种方式，能够避免采用以往雷达设计中使用的旋转关节。旋转关节主要用于同轴馈线系统中固定部分和旋转部分的连接，主要材料为铜材、铝材，通过机械接触方式实现信号和电能的传输。旋转关节在多路信号和馈电同时传输时结构较为复杂，体积笨重，且由于是机械接触长期使用会产生损耗，引起设备接触不良等故障。
在雷达旋转单元和固定单元之间进行信息传递时，采用红外传输方法实现了近距离、小角度、无障碍的中低速非接触式信息传输。图2所示，红外通信模块包含两部分：①位于旋转单元1上的转台红外数据发射／接收电路板10，实现对旋转单元1上数据的采集、发送以及接收来自于固定单元2的控制数据；②位于固定单元2上的固定台红外数据发射／接收电路板20，实现对固定单元2上数据的接收和发送以及与转台控制与数据接口模块3的接口控制。
在雷达旋转单元和固定单元之间进行电能量传输时，采用无线电能传输技术，以空气作为耦合介质实现了从静止设备向运动中设备的电源非接触传递。
图3所示，无线电能传输系统由三部分组成：能量变换电路（图中所示的工频整流电路和高频逆变电路4）、可分离耦合结构（图中所示的耦合线圈5)、能量调节电路（图中所示的整流电路6）。直流信号通过工频整流电路和高频逆变电路4在耦合线圈5一次线圈上产生一定频率的交流电流，由电磁感应原理，耦合线圈5二次线圈上产生感应电流，该电流通过整流及滤波电路6，输出稳定的直流信号，从而实现了能量由一次端向二次端的无接触传输。
上述一体化调频连续波机场跑道外来物探测成像雷达，采用毫米波调频连续波雷达实现探测区域高分辨率成像探测，探测雷达分辨率高，能够更为清晰的观察目标的细节，有利于目标探测与识别。由于毫米波波长小于其他微波波长，因而雷达RCS比微波雷达RCS大数十倍以上，更易发现机场跑道外来物这类小目标。由于毫米波地物散射系数小，因而毫米波雷达受地物干扰影响小，易于发现“隐藏”在地物或者植被中的金属外来物目标。采用红外通信模块与无线电能传输模块实现雷达旋转单元与固定单元信号和电能的传输，结构简单，性能可靠，由于采用非接触方式安装实现了雷达的小型化与一体化。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (7)
1.一种高分辨率机场跑道外来物探测成像雷达，包括雷达旋转单元和固定单元，其特征在于，在所述雷达旋转单元上设置毫米波收发模块以及发射天线和接收天线，所述毫米波收发模块发射毫米波信号并通过发射天线发射出去，接收天线接收目标回波信号，进入毫米波收发模块得到差拍信号，所述差拍信号通过信号处理模块处理后，得到目标相对于雷达的距离。
2.根据权利要求1所述的高分辨率机场跑道外来物探测成像雷达，其特征在于，所述毫米波收发模块包括发射部分和接收部分，所述发射部分包括依次连接的扫频源、耦合器和功放，所述扫频源输出毫米波的扫频信号，经耦合器和功放后通过发射天线发射出去；所述接收部分包括依次连接的低噪声放大器、混频器和中放，目标回波信号由接收天线接收后，经低噪声放大器放大后进入混频器，回波信号与耦合器提供的发射耦合信号经混频器后得到差拍信号，经过中放放大滤波后进入信号处理模块进行A/D变换，通过频谱分析得到目标相对于雷达的距离。
3.根据权利要求1或2所述的高分辨率机场跑道外来物探测成像雷达，其特征在于，所述毫米波收发模块连续或不连续发射和接收信号。
4.根据权利要求1所述的高分辨率机场跑道外来物探测成像雷达，其特征在于，所述雷达旋转单元和固定单元之间通过红外通信模块进行信号的传输。
5.根据权利要求4所述的高分辨率机场跑道外来物探测成像雷达，其特征在于，所述红外通信模块包含两部分：①位于旋转单元上的红外数据发射／接收电路板，实现对旋转件上数据的采集、发送以及接收来自于固定单元的控制数据；②位于固定单元上的红外数据发射／接收电路板，实现对固定单元上数据的接收和发送以及和转台控制与数据接口模块的接口控制。
6.根据权利要求1或4所述的高分辨率机场跑道外来物探测成像雷达，其特征在于，所述雷达旋转单元和固定单元之间通过无线电能传输模块进行电能的传输。
7.根据权利要求6所述的高分辨率机场跑道外来物探测成像雷达，其特征在于，所述无线电能传输模块主要由三部分组成：能量变换电路、可分离耦合结构、能量调节电路，直流信号通过能量变换电路在可分离耦合结构的一次线圈上产生一定频率的交流电流，由电磁感应原理，在可分离耦合结构的二次线圈上产生感应电流，该电流通过能量调节电路，输出稳定的直流信号，实现电能量在雷达旋转单元与固定单元之间的无接触传输。
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