基于毫米波稀疏孔径阵列天线的机场跑道异物监测雷达关键问题研究

Recently decade, foreign object debris (FOD) survey on airfield runway is an important safety guarantee technology for the flight during take-off and landing and for the efficiency improvement of the runway use. According to the characteristic of FOD on the specific situations of airport pavement, this project will apply the millimeter wave big sparse aperture phased array antenna system to construct a new FOD surveillance radar system, to establish the airport runway foreign object debris monitoring system and structure of the system, this project analyzes and researches some key problems such as FOD weak signal detection, imaging, automatic focus, classification and artificial extract based on survey radar system with the sparse array antenna. Millimeter wave big sparse aperture phased array antenna system makes FOD monitoring radar system become solid-state radar, which can scan its beam with no mechanical inertia, the digital multi-beam receiver and a series of new performances, but also can use large sparse phased-array antennas to realize FOD real aperture imaging and new type of millimeter wave staring imaging. Compared with the traditional reflection paraboloid antenna, this new radar system can provide higher runway safety and efficiency. For our country this topic research will develop a new FOD surveillance radar system by providing necessary radar technology support and theoretical reserves.

机场跑道异物（FOD）监测是近十余年来国际上提出的一种确保飞机安全起降和提升跑道利用效率的重要技术手段。本项目拟根据机场道面特定场景下外来异物的特点，采用毫米波稀疏大相控阵天线系统来构建新型FOD监视雷达系统，建立机场跑道异物监测系统体制与结构，分析研究基于稀疏孔径阵列天线的FOD监测系统中的微弱信号检测、成像、异物自动聚焦、分类识别和人工提取处理等若干关键问题。毫米波稀疏大相控阵列天线系统的引入使得FOD监测雷达系统全固态化，具有波束无惯性电子扫描、捷变、数字多波束接收等一系列特性，同时还有对FOD实现实时的实孔径成像和新型的毫米波凝视成像的开发潜力，与传统抛物面反射天线监测雷达相比，可以提供更高的跑道监测效率，保证其安全性和利用效率。本课题的研究将为我国自主研发新型FOD监测雷达提供必需的技术支撑和理论储备。

为了保证飞机安全起降和提升跑道利用效率，机场跑道异物（FOD）监测是一种重要的技术手段。毫米波稀疏大相控阵列天线系统的引入使得FOD 监测雷达系统可能实现全天侯、高速度、高精度、低虚警率的跑道异物探测，本项目的研究可为我国自主研发新型FOD监测雷达提供必需的技术支撑和理论储备。本项目研究了FOD监测雷达系统的毫米波稀疏大相控阵天线子系统的关键设计问题，即毫米波阵列天线单元的稀疏化设计方法来达到对跑道异物对高分辨探测的要求，阵列天线系统需要的低至1o的半功率波瓣宽度和约-20dB低旁瓣电平，天线系统的孔径为1到2米的圆形稀布94GHz毫米波天线阵列，阵列单元数目为200至1000，来实现预订的监测雷达技术性能。建立机场跑道异物监测系统体制时，需要监测天线的发射波束无惯性电子扫描、捷变、数字多波束接收等一系列技术来保障每3至5分钟一次的全跑道检测；探索性地研究了基于稀疏孔径阵列天线的FOD监测系统中的异物检测和成像等关键问题，对FOD实现实时的实孔径成像和新型的毫米波凝视成像机理进行了试探性的研究，构建了基于毫米波阵列天线系统的成像系统的接收信号模型，为机场跑道异物（FOD）监测雷达的研制提供了必需的技术储备和理论分析参考。