賽英公司FOD監(jiān)測雷達系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上機場跑道異物（FOD）雷達檢測系統(tǒng)（ Foreign Object Debris radar Detection system） 研發(fā)背景 對FOD雷達檢測系統(tǒng)的要求 賽英公司與研發(fā)團隊簡介 賽英產(chǎn)品的技術(shù)特點 賽英產(chǎn)品與國外同類產(chǎn)品比較 賽英產(chǎn)品的工作流程成都賽英科技有限公司2010.6.8一、 研發(fā)背景簡介機場跑道異物（FOD）泛指可能損傷飛機的某種外來物質(zhì)。FOD會危及飛機和乘客的生命，造成航班延誤、中斷起飛，引起巨大的經(jīng)濟損失。據(jù)保守估計，每年全球因FOD造成的直接損失至少在30億40億美元。而間接損失是這個數(shù)字的4倍！ 我國民航局機場司2009年出版的【FO

2、D防范手冊】指出：從2007年5月到2008年5月，F(xiàn)OD損傷飛機輪胎的事件在我國有4500起！ 2000年7月25日，法航一架協(xié)和式客機從法國巴黎戴高樂機場起飛，兩分鐘后隨即墜毀，共有113 人遇難，法航向遇難家屬賠償約1.3億美元。這次事件的罪魁禍首就是FOD跑道上的一塊45公分長的金屬條，這也是史上FOD造成的最大空難。 協(xié)和悲劇發(fā)生后， FOD探測系統(tǒng)的研究與開發(fā)提上日程，2006年12月，加拿大溫哥華機場安裝了Tarsier FOD監(jiān)測雷達，成為全球安裝FOD監(jiān)測系統(tǒng)的第一個民航機場?，F(xiàn)在，歐美國家的一些大型民航機場已經(jīng)陸續(xù)安裝FOD監(jiān)測系統(tǒng)。在我國，既沒有引進這種系統(tǒng)的機場，也沒有

3、研發(fā)這種系統(tǒng)的報道。我國機場對FOD的監(jiān)測都是靠人工定時巡視，靠人眼近距離搜尋,這種落后的方法效率低，可靠性差，而且大大占用了寶貴的跑道使用時間，使航班次數(shù)被迫減少。因此，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)FOD監(jiān)測系統(tǒng)是我國航空業(yè)的當務(wù)之急，航管業(yè)界稱之為雪中送炭。國產(chǎn)FOD監(jiān)測雷達的問世必將產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟效益。二、對FOD檢測雷達系統(tǒng)的基本要求FOD探測系統(tǒng)主要采用雷達探測技術(shù)與視頻圖像識別技術(shù)相結(jié)合來檢測FOD。賽英公司的研發(fā)也遵循這一思路。目前較為典型的產(chǎn)品有英國Qinetiq公司的Tarsier 系統(tǒng)、以色列的Xsight公司的FODetect 系統(tǒng)、美國Trex&

4、#160;Enterprises公司的FODFinder 系統(tǒng)和新加坡Stratechsystems公司的iFerret系統(tǒng)2007年初，美國聯(lián)邦航空局（FAA）啟動了全球機場FOD探測系統(tǒng)的評估工作，評估對象就是上述四個典型產(chǎn)品。FAA在美國進行了為時兩年的嚴格測試工作，于2009年9月30日，正式發(fā)布關(guān)于FOD應(yīng)用的AC No: 150/5220-24（AC咨詢通告)。該通告包含了機場異物探測系統(tǒng)和設(shè)備的最低性能規(guī)范。通告明確指出FOD探測系統(tǒng)必須具備如下基本功能：（1）監(jiān)控AOA（Air Operations Area）區(qū)域；（2）探測和定位AOA區(qū)域中單個或多個FOD；（3）

5、探測出FOD后能為用戶提供警報；（4）與機場和飛機通信、和監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)同工作并不會產(chǎn)生干擾；（5）不干擾正常的機場和飛機運行；（6）記錄探測到的FOD數(shù)據(jù)，方便系統(tǒng)的校準和維護，以及FOD事件的分析。FAA還詳細規(guī)范了FOD探測系統(tǒng)的各項指標，包括系統(tǒng)至少能探測到的FOD尺寸、探測頻率、FOD出現(xiàn)后系統(tǒng)響應(yīng)時間、探測區(qū)域、氣候影響、報警、探測數(shù)據(jù)輸出和記錄、壽命、環(huán)境條件、供電、土建要求、安裝和驗收、質(zhì)保、檢查和測試、用戶手冊、設(shè)備培訓(xùn)和維護等方面的情況。 由于我國并無FOD檢測系統(tǒng)的標準，國際上也沒有統(tǒng)一的執(zhí)行標準，美國FAA關(guān)于FOD檢測的咨詢通告就成為賽英公司研發(fā)該產(chǎn)品的唯一依據(jù)。賽英產(chǎn)品

6、除了滿足上述7條基本要求外，按照FAA的咨詢通告，賽英產(chǎn)品的性能指標滿足以下條款。（1）目標檢測FOD檢測系統(tǒng)必須能夠檢測到下列對象（對于移動FOD檢測系統(tǒng)，必須在最低速度30公里/小時態(tài)時具有這個性能）：（a）一個未上漆的金屬圓柱體， 高3.1cm，直徑3.8cm (b)一個白色、灰色或黑色的球體，直徑3.1cm(即一個標準大小的高爾夫球) (c)下面目標組的百分之90。目標放置在一個30米*30米的覆蓋區(qū)域內(nèi)。除非另有規(guī)定，每個類別必須有一件目標，每個目標的尺寸都必須不大于10厘米。- 一塊瀝青或混凝土，- 任何位置的一個跑道燈具，- 可調(diào)月牙扳手（至少20厘米長度），- 一個深插座（至少

7、5厘米長度），- 一片從飛機輪胎來的橡膠片，- 一片扭曲的金屬帶（20厘米長度），- 燃料帽（飛機或汽車），- 凸耳螺母，- 液壓線（從飛機或GSE來， 20厘米長），- PVC管，白色（5厘米直徑），(d) 任何上述兩個目標，彼此位置分離不超過3米，被識別為分離的目標。（2）位置精度. FOD檢測系統(tǒng)必須提供檢測對象的位置信息，誤差與實際FOD對象的位置相差5.0米以內(nèi)。注：本標準是基于手持GPS設(shè)備的平均精度，多數(shù)機場工作人員使用它對發(fā)現(xiàn)FOD作檢索。使用非視覺檢測系統(tǒng)的，需要更高定位精度的機場工作人員，可采購具有視覺檢測功能的可選組件。（3）檢測頻率 (a)連續(xù)檢測系統(tǒng)。這些系統(tǒng)必須從固

8、定檢測器提供連續(xù)工作，以容許在飛行中對跑道表面連續(xù)的檢測。航機運作時間取決于機場和由用戶指定。 (b)移動檢測系統(tǒng)。這些系統(tǒng)必須提供移動工作能力，以加強授權(quán)的機場安全自檢（每個AC150/5200-18）。視察的次數(shù)取決于機場和由用戶指定。(4)檢測響應(yīng)時間. 區(qū)間被掃描時，F(xiàn)OD檢測系統(tǒng)必須具有快速檢測FOD的能力。（a）對于設(shè)計用于移動間警報的連續(xù)工作FOD檢測系統(tǒng)，必須提供飛機起降之間的跑道表面檢測。(b)對于其他連續(xù)工作的FOD檢測系統(tǒng)，必須提供由機場指定的檢測更新，一般在發(fā)現(xiàn)FOD后 4分鐘以內(nèi)需要更新。(5)監(jiān)督區(qū). 機場工作人員將在需要FOD檢測的AOA里指定的所需監(jiān)督區(qū)。這個區(qū)

9、域通?；跈C場的FOD管理計劃。覆蓋的最初區(qū)域是跑道（如果完全覆蓋是不可行的，機場工作者可指定跑道的某些部分）。其他區(qū)域較為次要，其優(yōu)先度減少，從鋪設(shè)活動區(qū)降為非鋪設(shè)的，非活動區(qū)。FOD檢測系統(tǒng)的制造商必須通知機場工作者，在監(jiān)督區(qū)里檢測不可能進行的任何地點。(6)在氣候條件下的性能. FOD檢測系統(tǒng)都必須給出明朗和惡劣天氣條件下的檢測性能。在天氣晴朗的條件下，AOA的路面應(yīng)該是干燥的，而在惡劣天氣條件下，路面將因為雨，雪，或二者混合而潮濕。(a)根據(jù)當?shù)仫L暴的兩年類型（如克利姆20，美國第20號氣候指定類別）得出在降雨或降雪條件下（如，有一個具體的強度，持續(xù)時間和頻率）檢測目標。更嚴格的要求可

10、由用戶指定。(b)FOD探測系統(tǒng)必須有現(xiàn)場的性能指標，它們包括： （i）在晴朗天氣條件下的性能;（ii）在惡劣天氣條件下的性能;以及（iii）為用戶提供在雨或雪風暴后與該系統(tǒng)恢復(fù)所需的時間數(shù)量，即惡劣天氣條件平息后恢復(fù)晴朗氣候時的性能的能力。在這種情況下，惡劣天氣條件的結(jié)束將被定義為降雨或降雪的結(jié)束。(c)亮度條件。所有系統(tǒng)必須給出在白天、夜間和黎明/黃昏工作時的檢測性能。(7)警示和報警 FOD檢測系統(tǒng)必須能夠警示系統(tǒng)工作者在掃描領(lǐng)域FOD的存在。警報必須給機場管理提供足夠的信息，用來評估危害程度，以確定是否需要立即清除目標。(a)虛假警報（導(dǎo)致機場工作者采取行動清除并不存在FOD目標）應(yīng)盡

11、量減少，并且不得超過：(i)對于具有可視檢測能力的FOD檢測系統(tǒng)，平均每90天期間里，每天一個。(ii)對于沒有可視檢測能力的FOD檢測系統(tǒng)，平均每90天期間里，每天三個。三、賽英公司及其研發(fā)團隊簡介1、 公司簡介成都賽英科技有限公司成立于2000年，是一家國家級高科技股份制有限責任公司。賽英公司目前主營產(chǎn)品是射頻/微波電路與系統(tǒng)，產(chǎn)品類型包括微波接收機發(fā)射機、微波頻率合成器、腔體濾波器、低噪聲放大器、微波功率放大器、專用微波測試儀器、數(shù)模混合微波模塊以及各種微波無源和有源模塊。其頻率覆蓋RF到微波全頻段。賽英主營產(chǎn)品的市場均面向軍工企業(yè)。公司2002年通過新時代質(zhì)量認證中心2000版ISO9

12、001質(zhì)量管理體系認證和GJB9001A-2001質(zhì)量管理體系認證。2008年通過軍工保密資格認證。2009年首批通過國家級高科技企業(yè)的復(fù)審。2009年獲得軟件企業(yè)認證。公司具備配套完善的微波硬件測試手段，其中包括40GHz高分辨率頻譜分析儀、50GHz低噪聲信號源、40GHz矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、調(diào)制域分析儀等高端設(shè)備。公司還配置了高低溫、濕熱、老化、振動等試驗設(shè)備及芯片組裝設(shè)備，使公司所有產(chǎn)品的可靠性試驗得到保證。近年來，賽英公司管理層定下了用航管雷達整機產(chǎn)品實現(xiàn)公司二次創(chuàng)業(yè)的戰(zhàn)略目標。賽英公司陸續(xù)投入重金，克服諸多困難，研發(fā)了“機場場面監(jiān)視雷達”和“FOD雷達檢測系統(tǒng)”。 機場場面監(jiān)視雷達項目

13、得到了省經(jīng)委重裝辦的經(jīng)費支持，所完成的樣機通過有關(guān)部門的驗收并在成都雙流機場試驗。FOD雷達檢測系統(tǒng)項目已進行了3年，在第一部Ku波段樣機的基礎(chǔ)上研制了毫米波FOD雷達檢測系統(tǒng)，并已獲得成都市科技創(chuàng)新基金。這兩部雷達均填補了我國航管領(lǐng)域的空白。2、 研發(fā)團隊帶頭人（1）、雷達整機系統(tǒng)汪學(xué)剛 知名雷達專家、電子科大博導(dǎo)、教授 、賽英公司總工程師。1992年獲西安電子科技大學(xué)博士學(xué)位，1992后進入電子科技大學(xué)博士后工作站流動站工作。發(fā)表學(xué)術(shù)論文80多篇，獲省部級科技進步獎三項，主持和參與完成二十多個項目的科研工作，目前正從事包括數(shù)字陣列雷達在內(nèi)的多個項目的研究工作，賽英公司機場場面監(jiān)視雷達和跑道

14、異物監(jiān)測雷達項目主持人。（2）、微波毫米波電路與系統(tǒng)張玉興、劉光祜、趙宏飛 張玉興，電子科大博導(dǎo)、教授 、賽英公司董事長，賽英公司創(chuàng)辦人。1965 年畢業(yè)于成都電訊工程學(xué)院，1985-1987 年赴美國休斯敦大學(xué)任訪問學(xué)者。長期從事射頻、微波電路與系統(tǒng)、頻率合成技術(shù)、通信系統(tǒng)信道方面的教學(xué)和科研工作。著有專著射頻模擬電路、非線性電路與系統(tǒng)射頻模擬電路與系統(tǒng)，射頻與微波功率放大器設(shè)計、無線應(yīng)用射頻微波電路設(shè)計。 培養(yǎng)研究生多人。 劉光祜，成都賽英公司技術(shù)總監(jiān)，電子科技大學(xué)教授，賽英公司創(chuàng)始人之一。19891992年作為高訪學(xué)者赴美國內(nèi)華達里諾大學(xué)工作三年，從事DR及指數(shù)漸變微帶線的應(yīng)用研究。目前

15、主要從事雷達通信等領(lǐng)域的射頻微波電路與系統(tǒng)研究以及應(yīng)用電子技術(shù)研究。對IC器件的動態(tài)及應(yīng)用有較好的把握。近年來在高指標跳頻源的研究方向上取得了若干國內(nèi)領(lǐng)先和國際先進的成果。 趙宏飛，電子科技大學(xué)博士，成都賽英公司技術(shù)副總經(jīng)理。2002-2003年在華為公司工程師從事移動通信基站收發(fā)信機設(shè)計?，F(xiàn)全面負責賽英RF微波電路與系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，主持“數(shù)字測頻技術(shù)研究”、“測向儀單脈沖接收機系統(tǒng)”、“SIN1130X小型數(shù)字化雷達綜合測試儀”等數(shù)個項目，均獲得省部級科技成果鑒定（3）軟件與信號處理吳義華、崔明雷 吳義華，賽英公司軟件部負責人，主持賽英產(chǎn)品中軟件與數(shù)字技術(shù)的研發(fā)工作。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)電

16、子信息科學(xué)少年班學(xué)員、中科大物理電子學(xué)博士，2009年獲得國家自然科學(xué)基金。 崔明雷，電子科技大學(xué)碩士，賽英公司信號處理組負責人 1993.7-2002.9 在山東康威電子有限公司從事語音通信系統(tǒng)的硬件開發(fā)。2005年后從事 雷達信號處理，雷達信號模擬方面的研究，賽英公司機場場面監(jiān)視雷達的主要研發(fā)人之一。四、賽英產(chǎn)品技術(shù)特點1、雷達總體技術(shù)方案和指標賽英公司機場跑道異物（FOD）監(jiān)測雷達采用FMCW體制的毫米波雷達，總體框圖如下：射頻模塊中頻模塊信號處理模塊數(shù)據(jù)處理綜合顯示伺服系統(tǒng)電源模塊雷達系統(tǒng)組成項目考核技術(shù)指標：（1）最大作用距離250m，條件：RCS=-30dBm2（2）信號

17、帶寬：800MHz（3）發(fā)射功率10dBm（4）天線波束寬度：0.4o2.4o（5）信號處理增益80dB2、雷達創(chuàng)新內(nèi)容FOD監(jiān)測雷達只有美英等少數(shù)國家能夠研制生產(chǎn)，而且查不到任何相關(guān)的的技術(shù)資料。在我國，這個項目還是空白。因此該項目的啟動和研制本身就是創(chuàng)新。下面3點僅是理論和技術(shù)創(chuàng)新的要點。 （1）雷達體制創(chuàng)新采用高距離分辨率和高方位分辨率的毫米波FMCW(線性調(diào)頻連續(xù)波)雷達體制，在理論上解決了強地雜波背景下的目標檢測難題。（2）天線設(shè)計創(chuàng)新收發(fā)雙天線同步掃描。用極化相異設(shè)計來解決CW雷達的收發(fā)隔離問題。（3）信號處理算法創(chuàng)新采用新的CFAR（恒虛警處理）算法、新的掃描自適應(yīng)濾波算法、新的

18、脈沖壓縮與相參積累算法。這些軟件技術(shù)是FOD監(jiān)測雷達的核心技術(shù)。3、雷達主要技術(shù)難點：（1）毫米波收發(fā)前端技術(shù)包括毫米波大功率發(fā)射技術(shù)和大動態(tài)低噪聲接收技術(shù)兩方面。（2）毫米波天線技術(shù)這包括高性能毫米波天線設(shè)計、精密加工、調(diào)測和天線的收發(fā)隔離等問題的解決。（3）中頻接收技術(shù)包括低相位噪聲低雜散線性調(diào)頻頻率合成器的研制、高增益大動態(tài)線性中頻放大鏈和強干擾抑制濾波技術(shù)等問題的解決。（4）數(shù)字信號處理技術(shù)它包括：大帶寬高分辨脈沖壓縮技術(shù)、掃描自適應(yīng)濾波技術(shù)、低信噪比和低信雜比環(huán)境下的目標檢測技術(shù)、適應(yīng)機場條件的CFAR技術(shù)。4、與雷達配套的光學(xué)設(shè)備當探測雷達發(fā)現(xiàn)FOD存在后，需要用光學(xué)設(shè)備識別和確認

19、。由于要求光學(xué)設(shè)備具有全天候識別的能力，這套設(shè)備包括：滿足需要的寬視角攝像機；用于白天的高變焦彩色攝像機；在夜間使用高變焦低光相機，在亮度非常低或零光條件下使用紅外線照明燈。這套設(shè)施在國內(nèi)有配套廠家，賽英公司通過向國內(nèi)相關(guān)廠家訂購來獲得。五、賽英產(chǎn)品與國外同內(nèi)產(chǎn)品的比較賽英公司研發(fā)的FOD雷達檢測系統(tǒng)主要綜合了以下兩種國外最先進雷達的特點，降低了成本，但性能相當。介紹如下：以色列的Xsight公司開發(fā)的FODetect系統(tǒng)由77GHz毫米波雷達和攝像設(shè)備所組成，多個道面監(jiān)測單元（SDU）分別安裝在不同位置的跑道邊燈上，每個SDU都對跑道中線附近的區(qū)域進行掃描，發(fā)現(xiàn)FOD后，可以立即向機場管理人

20、員發(fā)出報警信息，告知FOD的準確位置以及發(fā)現(xiàn)時間。而后，設(shè)備會拉近鏡頭，提供FOD的視頻圖像，發(fā)現(xiàn)FOD之后，傳感器會鎖定FOD的位置，以幫助機場管理人員將FOD取走，在夜間，還可使用激光指示器協(xié)助將FOD取走。此系統(tǒng)可在30秒內(nèi)完成對整條跑道的掃描，采用視頻識別系統(tǒng)可以在毫米波雷達探測到FOD后，對探測結(jié)果進行視頻確認，從而使虛警率大大降低。英國Qinetiq公司研究開發(fā)Tarsier1100(T1100)FOD探測系統(tǒng)。T1100工作頻率為94.5GHz，雷達體制為連續(xù)波調(diào)頻（FMCW），具有雷達探測距離長、波束窄和分辨率高的特點，能夠?qū)δ繕宋恢脺蚀_地定位。FMCW技術(shù)具有探測靈敏度高、成

21、本低和峰值功率低等特點；同時結(jié)合實時數(shù)字信號處理技術(shù)，可對目標進行實時自動探測和識別，能及時、可靠地探測到跑道上最大雷達散射截面為0.01m2雜物并予以定位。美國FAA關(guān)于FOD的咨詢通告指明，F(xiàn)ODetect系統(tǒng)性能最好，但它需要大量（100個）安置在跑道燈旁，不但每一個裝置都是一部雷達，成本高，且對現(xiàn)有機場改造安裝難度大。Tarsier1100系統(tǒng)數(shù)量很少（2-3個），安裝塔臺遠離跑道，但發(fā)射功率較大，成本也高。賽英公司研發(fā)的FOD監(jiān)測雷達結(jié)合了上述兩部雷達的優(yōu)點。每個裝置的頻率和功率與FODetect系統(tǒng)相當，但其數(shù)量僅為FODetect系統(tǒng)的五分之一以下。雷達不是裝在跑道燈旁，而是裝在稍遠離跑道的塔臺上，使覆蓋面積加大，雷達數(shù)量減少。由于不受跑道旁設(shè)施對高度的限制，對舊機場的改造較為方便。由于實施方案考慮了節(jié)約成本，除了毫米波