1、-PAGE . z.機場跑道異物FOD雷達檢測系統 Foreign Object Debris radar Detection system 研發背景 對FOD雷達檢測系統的要求 賽英公司與研發團隊簡介 賽英產品的技術特點 賽英產品與國外同類產品比擬 賽英產品的工作流程*賽英科技*研發背景簡介機場跑道異物FOD泛指可能損傷飛機的*種外來物質。FOD會危及飛機和乘客的生命，造成航班延誤、中斷起飛，引起巨大的經濟損失。據保守估計，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字的4倍！ 我國民航局機場司2009年出版的【FOD防*手冊】指出：從2007年5月到2008年5

2、月，FOD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。 協和悲劇發生后， FOD探測系統的研究與開發提上日程，2006年12月，加拿大溫哥華機場安裝了Tarsier FOD監測雷達，成為全球安裝FOD監測系統的第一個民航機場。現在，歐美國家的一些大型民航機場已經陸續安裝FOD監測系統。在我國，既沒有引進這種系統的機場，也沒有研發這種系統的報道。我國機場對FOD的監測都是靠

3、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，而且大大占用了珍貴的跑道使用時間，使航班次數被迫減少。因此，研發具有自主知識產權的國產FOD監測系統是我國航空業的當務之急，航管業界稱之為雪中送炭。國產FOD監測雷達的問世必將產生巨大的社會和經濟效益。二、對FOD檢測雷達系統的根本要求FOD探測系統主要采用雷達探測技術與視頻圖像識別技術相結合來檢測FOD。賽英公司的研發也遵循這一思路。目前較為典型的產品有英國Qinetiq公司的Tarsier系統、以色列的*sight公司的FODetect系統、美國Tre*Enterprises公司的FODFinder系統和新加坡Stratech

4、systems公司的iFerret系統2007年初，美國聯邦航空局FAA啟動了全球機場FOD探測系統的評估工作，評估對象就是上述四個典型產品。FAA在美國進展了為時兩年的嚴格測試工作，于2009年9月30日，正式發布關于FOD應用的AC No: 150/5220-24AC咨詢通告)。該通告包含了機場異物探測系統和設備的最低性能規*。通告明確指出FOD探測系統必須具備如下根本功能：1監控AOAAir Operations Area區域；2探測和定位AOA區域中單個或多個FOD；3探測出FOD后能為用戶提供警報；4與機場和飛機通信、空管和監控系統協同工作并不會產生干擾；5不干擾正常的機場和飛機運行

5、；6記錄探測到的FOD數據，方便系統的校準和維護，以及FOD事件的分析。FAA還詳細規*了FOD探測系統的各項指標，包括系統至少能探測到的FOD尺寸、探測頻率、FOD出現后系統響應時間、探測區域、氣候影響、報警、探測數據輸出和記錄、壽命、環境條件、供電、土建要求、安裝和驗收、質保、檢查和測試、用戶手冊、設備培訓和維護等方面的情況。由于我國并無FOD檢測系統的標準，國際上也沒有統一的執行標準，美國FAA關于FOD檢測的咨詢通告就成為賽英公司研發該產品的唯一依據。賽英產品除了滿足上述7條根本要求外，按照FAA的咨詢通告，賽英產品的性能指標滿足以下條款。1目標檢測FOD檢測系統必須能夠檢測到以下對象

6、對于移動FOD檢測系統，必須在最低速度30公里/小時態時具有這個性能：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米的覆蓋區域內。除非另有規定，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，- 可調月牙扳手至少20厘米長度，- 一個深插座至少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

7、長，- PVC管，白色5厘米直徑，(d)任何上述兩個目標，彼此位置別離不超過3米，被識別為別離的目標。2位置精度. FOD檢測系統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。注：本標準是基于手持GPS設備的平均精度，多數機場工作人員使用它對發現FOD作檢索。使用非視覺檢測系統的，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)連續檢測系統。這些系統必須從固定檢測器提供連續工作，以容許在飛行中對跑道外表連續的檢測。航機運作時間取決于機場和由用戶指定。(b)移動檢測系統。這些系統必須提供移開工作能力，以加強授權的機場平安自檢每個AC1

8、50/5200-18。視察的次數取決于機場和由用戶指定。(4)檢測響應時間. 區間被掃描時，FOD檢測系統必須具有快速檢測FOD的能力。a對于設計用于移動間警報的連續工作FOD檢測系統，必須提供飛機起降之間的跑道外表檢測。(b)對于其他連續工作的FOD檢測系統，必須提供由機場指定的檢測更新，一般在發現FOD后4分鐘以內需要更新。(5)監視區.機場工作人員將在需要FOD檢測的AOA里指定的所需監視區。這個區域通常基于機場的FOD管理方案。覆蓋的最初區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*些局部。其他區域較為次要，其優先度減少，從鋪設活動區降為非鋪設的，非活動區。FOD檢測系統的

9、制造商必須通知機場工作者，在監視區里檢測不可能進展的任何地點。(6)在氣候條件下的性能. FOD檢測系統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的路面應該是枯燥的，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)根據當地風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，持續時間和頻率檢測目標。更嚴格的要求可由用戶指定。(b)FOD探測系統必須有現場的性能指標，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恢復所需的時間數量，即惡劣天氣條件平息后恢復

10、晴朗氣候時的性能的能力。在這種情況下，惡劣天氣條件的完畢將被定義為降雨或降雪的完畢。(c)亮度條件。所有系統必須給出在白天、夜間和黎明/黃昏工作時的檢測性能。(7)警示和報警FOD檢測系統必須能夠警示系統工作者在掃描領域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去除目標。(a)虛假警報導致機場工作者采取行動去除并不存在FOD目標應盡量減少，并且不得超過：(i)對于具有可視檢測能力的FOD檢測系統，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，平均每90天期間里，每天三個。三、賽英公司及其研發團隊簡介公司簡介*賽英科技*成立

11、于2000年，是一家國家級高科技股份制*公司。賽英公司目前主營產品是射頻/微波電路與系統，產品類型包括微波接收機發射機、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。賽英主營產品的市場均面向軍工企業。公司2002年通過新時代質量認證中心2000版ISO9001質量管理體系認證和G9001A-2001質量管理體系認證。2008年通過軍工*資格認證。2009年首批通過國家級高科技企業的復審。2009年獲得軟件企業認證。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、50G

12、Hz低噪聲信號源、40GHz矢量網絡分析儀、調制域分析儀等高端設備。公司還配置了上下溫、濕熱、老化、振動等試驗設備及芯片組裝設備，使公司所有產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品實現公司二次創業的戰略目標。賽英公司陸續投入重金，克制諸多困難，研發了機場場面監視雷達和FOD雷達檢測系統。 機場場面監視雷達工程得到了省經委重裝辦的經費支持，所完成的樣機通過有關部門的驗收并在*雙流機場試驗。FOD雷達檢測系統工程已進展了3年，在第一部Ku波段樣機的根底上研制了毫米波FOD雷達檢測系統，并已獲得*市科技創新基金。這兩部雷達均填補了我國航管領域的空白。研發團隊帶頭人1、

13、雷達整機系統汪學剛知名雷達專家、電子科大博導、教授 、賽英公司總工程師。1992年獲*電子科技大學博士學位，1992后進入電子科技大學博士后工作站流動站工作。發表學術論文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工程的科研工作，目前正從事包括數字陣列雷達在內的多個工程的研究工作，賽英公司機場場面監視雷達和跑道異物監測雷達工程主持人。2、微波毫米波電路與系統*玉興、*光祜、趙宏飛*玉興，電子科大博導、教授 、賽英公司董事長，賽英公司創辦人。1965 年畢業于*電訊工程學院，1985-1987 年赴美國休斯敦大學任訪問學者。長期從事射頻、微波電路與系統、頻率合成技術、通信系統信道方面

14、的教學和科研工作。著有專著射頻模擬電路、非線性電路與系統射頻模擬電路與系統，射頻與微波功率放大器設計、無線應用射頻微波電路設計。 培養研究生多人。 *光祜，*賽英公司技術總監，電子科技大學教授，賽英公司創始人之一。19891992年作為高訪學者赴美國內華達里諾大學工作三年，從事DR及指數漸變微帶線的應用研究。目前主要從事雷達通信等領域的射頻微波電路與系統研究以及應用電子技術研究。對IC器件的動態及應用有較好的把握。近年來在高指標跳頻源的研究方向上取得了假設干國內領先和國際先進的成果。趙宏飛，電子科技大學博士，*賽英公司技術副總經理。2002-2003年在華為公司工程師從事移動通信基站收發信機設

15、計。現全面負責賽英RF微波電路與系統的相關產品的研發，主持數字測頻技術研究、測向儀單脈沖接收機系統、SIN1130*小型數字化雷達綜合測試儀等數個工程，均獲得省部級科技成果鑒定3軟件與信號處理吳義華、*明雷吳義華，賽英公司軟件部負責人，主持賽英產品中軟件與數字技術的研發工作。中國科學技術大學電子信息科學少年班學員、中科大物理電子學博士，2009年獲得國家自然科學基金。*明雷，電子科技大學碩士，賽英公司信號處理組負責人 1993.7-2002.9 在*康威電子*從事語音通信系統的硬件開發。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視雷達的主要研發人之一。四、賽英產品

16、技術特點1、雷達總體技術方案和指標賽英公司機場跑道異物FOD監測雷達采用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據處理綜合顯示伺服系統電源模塊雷達系統組成工程考核技術指標：1最大作用距離250m，條件：RCS=-30dBm22信號帶寬：800MHz3發射功率10dBm4天線波束寬度：0.4o2.4o5信號處理增益80dB2、雷達創新內容FOD監測雷達只有美英等少數國家能夠研制生產，而且查不到任何相關的的技術資料。在我國，這個工程還是空白。因此該工程的啟動和研制本身就是創新。下面3點僅是理論和技術創新的要點。 1雷達體制創新采用高距離分辨率和高方位分辨率的毫米波FM

17、CW(線性調頻連續波)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天線設計創新收發雙天線同步掃描。用極化相異設計來解決CW雷達的收發隔離問題。3信號處理算法創新采用新的CFAR恒虛警處理算法、新的掃描自適應濾波算法、新的脈沖壓縮與相參積累算法。這些軟件技術是FOD監測雷達的核心技術。3、雷達主要技術難點：1毫米波收發前端技術包括毫米波大功率發射技術和大動態低噪聲接收技術兩方面。2毫米波天線技術這包括高性能毫米波天線設計、精細加工、調測和天線的收發隔離等問題的解決。3中頻接收技術包括低相位噪聲低雜散線性調頻頻率合成器的研制、高增益大動態線性中頻放大鏈和強干擾抑制濾波技術等問題的解決。

18、4數字信號處理技術它包括：大帶寬高分辨脈沖壓縮技術、掃描自適應濾波技術、低信噪比和低信雜比環境下的目標檢測技術、適應機場條件的CFAR技術。4、與雷達配套的光學設備當探測雷達發現FOD存在后，需要用光學設備識別和確認。由于要求光學設備具有全天候識別的能力，這套設備包括：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。這套設施在國內有配套廠家，賽英公司通過向國內相關廠家訂購來獲得。五、賽英產品與國外同內產品的比擬賽英公司研發的FOD雷達檢測系統主要綜合了以下兩種國外最先進雷達的特點，降低了本錢，但性能相當。介紹如下：以色列的

19、*sight公司開發的FODetect系統由77GHz毫米波雷達和攝像設備所組成，多個道面監測單元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域進展掃描，發現FOD后，可以立即向機場管理人員發出報警信息，告知FOD的準確位置以及發現時間。而后，設備會拉近鏡頭，提供FOD的視頻圖像，發現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助將FOD取走。此系統可在30秒內完成對整條跑道的掃描，采用視頻識別系統可以在毫米波雷達探測到FOD后，對探測結果進展視頻確認，從而使虛警率大大降低。英國Qinetiq公司研究開發Tarsie

20、r1100(T1100)FOD探測系統。T1100工作頻率為94.5GHz，雷達體制為連續波調頻FMCW，具有雷達探測距離長、波束窄和分辨率高的特點，能夠對目標位置準確地定位。FMCW技術具有探測靈敏度高、本錢低和峰值功率低等特點；同時結合實時數字信號處理技術，可對目標進展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關于FOD的咨詢通告指明，FODetect系統性能最好，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，本錢高，且對現有機場改造安裝難度大。Tarsier1100系統數量很少2-3個，安裝塔臺遠離跑道，但發射功率較大，本錢也高。賽英公司研發的FOD監測雷達結合了上述兩部雷達的優點。每個裝置的頻率和功率與FODetect系統相當，但其數量僅為FODetect系統的五分之一以下。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，雷達數量減少。由于不受跑道旁設施對高度的限制，對舊機場的改造較為方便。由于實施方案考慮了節約本錢，除了毫米波前端采用合法進口