機場跑道異物旋臂圓弧聚束成像方法研究

《機場跑道異物旋臂圓弧聚束成像方法研究》是依託電子科技大學,由萬群擔任醒目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：機場跑道異物旋臂圓弧聚束成像方法研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：萬群

項目摘要

FOD是Foreign Object Debris的縮寫，泛指機場跑道異物或裂縫，每年在全球造成的損失超過30億美元。現有毫米波FOD監測技術由於獲得距離向高分辨能力的成本較高，而且受跑道淨空以及導航設備電磁保護區限制，在實際套用中難以採用大孔徑天線、多天線陣列、合成孔徑雷達成像等方法獲得方位向高分辨能力，因此對占FOD絕大多數的微小目標，特別是跑道雜波中片狀金屬目標的檢測能力受到制約，影響了推廣套用。本項目研究機場跑道異物的旋臂圓弧聚束毫米波成像方法，發展基於數據驅動的自適應相位噪聲抑制方法、固定場景的多幅觀測數據聯合重建方法，在現有的硬體條件下降低相位噪聲導致的毫米波雷達FOD成像的距離向解析度損失，提高方位向高分辨，抑制跑道雜波旁瓣對FOD成像質量影響，對保障軍事和民用航空安全、提高我國在該領域的套用基礎研究水平和自主創新能力具有重要的現實意義。

結題摘要

傳統的SAR系統一般安裝在飛行器上，其運動軌跡不受空間限制，而地基SAR系統一般安裝在地面固定塔架或車輛平台上，其運動軌跡往往在不同的套用場景中受到一定限制。針對機場跑道外來異物探測問題，受跑道淨空以及導航設備電磁保護區限制，異物探測設備的體積和安裝位置受限，雷達載體基本不具備運動條件，採用常規合成孔徑、都卜勒波束銳化等方法獲得方位向高分辨能力遇到諸多實施障礙。為此，本項目提出採用旋臂圓弧聚束SAR新體制對機場跑道異物進行監測。首先，從理論上分析地基毫米波旋臂圓弧聚束SAR系統的工作體制特點，研究了一種具有較寬適用範圍的新體制旋臂圓弧聚束SAR系統，從旋臂圓弧聚束SAR體制上提高二維重建成像的方位解析度；其次，對毫米波旋臂圓弧聚束SAR系統高精度相位噪聲估計與高分辨重建信號模型及算法等基本問題開展研究，分析了雷達系統回波信號中的中頻相位噪聲對成像性能的影響，並結合場景散射中心的稀疏特性，採用貝葉斯最佳化技術對單幅旋臂圓弧聚束SAR數據中的相位噪聲進行估計與修正，開發了適用於旋臂圓弧聚束SAR的高精度重建自聚焦算法；最後，將相位噪聲修正後的多幅觀測數據進行聯合處理，提高成像精度，實現機場跑道弱小目標的有效探測，並開展仿真實驗和數據實驗研究，通過實驗研究驗證完善相關理論分析和信號模型。具體而言，在毫米波旋臂圓弧聚束SAR高精度成像模型研究方面，開展了旋臂圓弧聚束SAR二維成像模型研究、毫米波旋臂圓弧聚束SAR回波相位噪聲模型研究和聯合多幅觀測的稀疏學習高精度機場跑道成像模型研究。在毫米波旋臂圓弧聚束SAR機場跑道異物高分辨探測方法研究方面，開展了基於單幅旋臂圓弧聚束SAR回波相位噪聲估計的自聚焦方法研究和基於壓縮感知的多次觀測聯合高精度機場跑道異物探測方法研究。取得的成果包括SCI期刊論文5篇，國際學術會議論文5篇，發明專利3項，其中美國專利1項。本項目培養博士研究生2名，碩士研究生4名。