【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机场跑道异物检测，具体为一种机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统和方法。
技术介绍
1、机场跑道异物fod是foreign object debris的简称，是指不应存在于跑道上，可能会对航空器造成损伤的物体。fod对飞机起飞、降落、滑行安全造成严重威胁，据统计，国际民航每年因fod造成的损失约200亿美元。
2、航空安全无小事，机场跑道巡检是航空安全工作中至关重要的任务之一。国内外机场对fod的检测大多以人工巡查为主，需要耗费大量的人力、物力、财力和时间清除跑道fod，严重降低跑道使用效率。国内民航机场通常每天至少检查4次fod，检查期间机场会临时关闭航班起降。
3、目前，国内外个别机场引进了机场跑道异物fod检测系统，提高了fod检测效率。常见的机场跑道异物fod检测系统中，有两种典型的运行方式，即固定式fod检测系统和移动式fod检测系统。
4、(1)固定式fod检测系统
5、国外在机场跑道异物fod固定式检测系统方面的研究较早，也有成熟系统和产品进行了推广。其中，最具代表性的有英国的tarsier系统(眼镜猴)、以色列的fodetect系统和新加坡的iferrer系统三种。
6、1)英国的tarsier(眼镜猴)系统
7、该系统由英国qinetiq公司研发完成，相对较成熟，是国际民用机场安装最多的fod检测报警系统，目前正在进一步改进更新。系统采用连续波调频雷达作为fod检测工具，雷达工作频率为94.5ghz。
8、改进的t
9、2)以色列的fodetect系统
10、该系统由以色列xsight公司研发完成，安装在不同位置的跑道边灯上，有多个sdu(道面检测单元)，由77ghz毫米波雷达和摄像设备所组成。产品体积较小，多个检测单元协同检测整个机场道面，可以在30s内完成一次扫描并将数据发送到中央处理中心，处理结果中fod的位置由传感器锁定，提示工作人员进行清理工作，但该系统需要工作人员到现场对fod做进一步确认。
11、fodetect系统的成本相对英国的tarsier(眼镜猴)系统较低，但是精度上差距较大。因为雷达图像是灰度图像，对颜色信息无法识别，虽增加了摄像设备弥补了这一缺陷，却增加了系统的复杂度。另外，由于安装位置的特殊性可以有效避免灯光的影响，但易受工作环境如强风等的影响，油污侵蚀严重。同时，系统子检测器规模庞大，系统的开发、维护成本较高。
12、3)新加坡的iferret系统
13、该系统由新加坡scratech公司研发完成，利用现代数字图像识别技术进行fod检测。在跑道上每隔一定距离安装一台具有高分辨率功能的摄像机，图像处理软件针对变化的照明和路面条件调整，自动检测机场跑道上的外来异物，iferret系统能检测的异物大小为2cm。
14、摄像系统可以全天24小时拍摄机场跑道以获取目标图像，采集图像和处理图像是分离的，这样使图像数据量较大，处理过程复杂，对图像识别算法的要求较高，而且易受光照和天气的影响，在能见度低的情况下具有很多局限性，性能受到黑夜和阴雨天气环境的影响和制约。
15、4)国内相关进展
16、国内开展固定式fod检测系统研究较晚，目前，主要有民航总局航科院、中电50所、长春光机所、中航上海测控所、广州辰创科技等单位开展了研究，部分研究成果形成了系统并进行了安装试用。
17、航科院的“跑道卫士”系统主要应用在民航机场，在深圳机场、首都机场等安装试用，检测精度偏低。广州辰创科技“鹰眼”系统在广州白云机场进行了安装试用。其他厂家固定式fod检测产品检测能力相对较弱。经了解，军用机场目前尚没有fod检测标准，也还没有成熟的产品。
18、固定式fod检测系统分为塔架式和边灯式，部署在跑道周边，可不间断地实时检测fod，发现即报警。固定式fod部署的数量根据产品性能和工作模式不同，有跑道双侧部署(与设备高度、跑道两侧倾斜度相关)，也有单侧部署。固定式fod检测系统的缺点是需要在机场跑道侧安装设备、铺设通信光缆、电源设备等，工程施工量大，对机场正常运营造成的影响大，成本较高，后期更新维护困难。国外设备报价较高，一条2000米长的跑道，不同厂家的报价基本都在数千万元。另外，在兼容性、安全保密、后期维护等方面存在诸多问题，后期维护保障难以跟上，不适宜在国内机场大规模推广使用。
19、(2)移动式fod检测系统
20、目前采用移动式fod检测技术比较成熟的只有美国trex enterprises公司研制的fod finder系统。fod finder系统可以安装在车顶，由监控系统与后台软件处理系统组成，监控系统使用的是78-81ghz毫米波雷达、高精度的gps定位系统和摄像系统，雷达扫描速度为30次/min，检测半径为200m，安装在车顶的雷达罩中；摄像系统也安装于车顶，用于跟踪所发现的fod；gps定位装置用于锁定检测区域和标示fod的地理位置。fod finder系统优点是分辨率较高，能够及时处置发现2cm以上的道面异物。另外，fod finder系统具有可移动性，但成本相对较高。
21、目前为止，国内尚未见到成熟的移动式fod检测系统。
22、与固定式fod检测系统相比，移动式fod检测系统的优点是灵活，既可检测跑道，又可以检测滑行道、停机坪等其他区域，不需要在跑道侧进行工程施工，造价较低，机场配套施工量小，可应用于军用飞机伴随保障任务。但技术复杂，实现难度较大。
23、因此，急需要一种施工成本低，既可以检测跑道，又可以检测滑行道、停机坪等其他区域，并且实现难度低的机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统和方法。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种成体系、自主巡航模式下的集机场跑道异物检测、预警、收集、管理等功能于一体的机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统及方法。
2、本专利技术要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统，该异物检测系统包括智能无人车分系统、车载fod检测分系统、车载fod收集分系统、大功率电源分系统和地面控制站；
3、所述的智能无人车分系统配置为对全系统提供支撑载体，并根据巡航策略自主对机场跑道进行无人自动巡航；
4、所述的车载fod检测分系统配置为在智能无人车分系统进行无人自动巡航期间，对机场跑道异物fod信息进行自动探测、识别、分类和报警处理；
5、所述的车载fod收集分系统配置为根据车载fod检测分系统的检测结果对异物fod进行处理；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统，其特征在于：该异物检测系统包括智能无人车分系统、车载FOD检测分系统、车载FOD收集分系统、大功率电源分系统和地面控制站；
2.根据权利要求1所述的机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统，其特征在于：所述的智能无人车分系统包括车体平台、车载通信设备、任务设备、传感器系统和车体控制单元；
3.根据权利要求2所述的机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统，其特征在于：所述的激光雷达为16线激光雷达，最大测距150m，测量精度±2cm，出点数高达320000点/秒，水平测角360°，垂直测角-15°～15°；所述的超声波传感器设置有6台，其均布在车体平台的前后左右端上，最大测距范围为200mm～3500mm；所述的毫米波雷达每秒扫描17次。
4.根据权利要求1所述的机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统，其特征在于：所述的车载FOD检测分系统包括毫米波雷达检测子系统、视频图像检测子系统、信号处理子系统和控制子系统；
5.根据权利要求1所述的机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统，其特征在于：所述的车载F
6.根据权利要求2所述的机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统，其特征在于：所述的大功率电源分系统包括2组电池电芯和车规级BMS电池系统，其配置为对智能无人车分系统、车载FOD检测分系统、车载FOD收集分系统和各控制单元进行供电。
7.根据权利要求1所述的机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统，其特征在于：所述的地面控制站包括信号接收单元、信号处理单元、远程控制单元、显示与报警单元、数据管理软件和存储单元，其配置为对车体各分系统提供集中控制与通信能力，为FOD检测分系统、FOD收集分系统提供远程管理能力，且建立机场跑道图像及地理数据基本信息库，并利用图形化的跑道信息进行路径规划和巡航任务定义，实现巡航检测智能化管理。
8.一种机场自主巡航无人智能跑道异物检测方法，该方法采用权利要求1-7中任一一种机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统，其特征在于：其步骤如下：
9.根据权利要求8所述的机场自主巡航无人智能跑道异物检测方法，其特征在于：其中，毫米波雷达检测子系统采用高距离分辨率和高方位分辨率的毫米波FMCW线性调频连续波雷达体制，采用收发双天线同步扫描，用极化相异设计来解决雷达的收发隔离问题；采用CFAR恒虚警处理算法、扫描自适应滤波算法、脉冲压缩与相参积累算法，并且毫米波雷达检测分系统安装于无人车顶部，系统运行时扫描、采集道面杂波回波信号，对杂波回波信号进行拟合、建模，获得杂波信号模型，对存在FOD目标的区域，获得回波信号后，根据发射信号的频率以及检测有效范围，确定回波信号对应的频域信号，结合杂波信号模型，对有效频率范围内的频域信号进行杂波对消处理，对杂波对消后的数据进行分析，采集FOD视频图像，进行联合分析后确认FOD目标。
10.根据权利要求8所述的机场自主巡航无人智能跑道异物检测方法，其特征在于：其中，视频图像检测子系统采用基于高精度位置信息的图像差分检测方法：
...【技术特征摘要】
1.一种机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统，其特征在于：该异物检测系统包括智能无人车分系统、车载fod检测分系统、车载fod收集分系统、大功率电源分系统和地面控制站；
2.根据权利要求1所述的机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统，其特征在于：所述的智能无人车分系统包括车体平台、车载通信设备、任务设备、传感器系统和车体控制单元；
3.根据权利要求2所述的机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统，其特征在于：所述的激光雷达为16线激光雷达，最大测距150m，测量精度±2cm，出点数高达320000点/秒，水平测角360°，垂直测角-15°～15°；所述的超声波传感器设置有6台，其均布在车体平台的前后左右端上，最大测距范围为200mm～3500mm；所述的毫米波雷达每秒扫描17次。
4.根据权利要求1所述的机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统，其特征在于：所述的车载fod检测分系统包括毫米波雷达检测子系统、视频图像检测子系统、信号处理子系统和控制子系统；
5.根据权利要求1所述的机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统，其特征在于：所述的车载fod收集分系统包括异物拾取单元、异物存储单元、电源子系统及驱动子系统；
6.根据权利要求2所述的机场自主巡航无人智能跑道异物检测系统，其特征在于：所述的大功率电源分系统包括2组电池电芯和车规级bms电池系统，其配置为对智能无人车分系统、车载fod检测分系统、车载fod收集分系统和各控制单元进行供电。
7.根据权利要求1所述的机场自主巡航无...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈端迎，刘远亮，王圣东，张科伟，韩永磊，金逊，武育，李欧阳，张龙，吉寒冬，
申请(专利权)人：江苏杰瑞信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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