本發(fā)明涉及機(jī)場(chǎng)跑道外來(lái)物檢測(cè)，具體為基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、機(jī)場(chǎng)跑道外來(lái)物檢測(cè)系統(tǒng)的主要目的是確保飛機(jī)在起降過(guò)程中的安全。跑道上的外來(lái)物(fod)如石塊、垃圾或工具等，容易對(duì)飛機(jī)造成損害，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)事故。因此，精確、高效地檢測(cè)并及時(shí)清理跑道上的外來(lái)物是確保航空安全的重要環(huán)節(jié)。

2、傳統(tǒng)的雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)依賴于回波信號(hào)的幅度信息來(lái)識(shí)別目標(biāo)。然而，幅度信息往往不足以提供目標(biāo)的全面特征，尤其是在復(fù)雜場(chǎng)景中，無(wú)法有效區(qū)分不同材質(zhì)、形態(tài)或大小的外來(lái)物。這種方法的局限性使得系統(tǒng)難以識(shí)別形態(tài)復(fù)雜、反射特性相似的目標(biāo)，特別是在多變的天氣和環(huán)境條件下，識(shí)別準(zhǔn)確性大幅下降。

3、傳統(tǒng)系統(tǒng)中的信息反饋環(huán)節(jié)通常存在滯后性，目標(biāo)被檢測(cè)到后，信號(hào)傳輸和處理過(guò)程較為緩慢，無(wú)法及時(shí)向機(jī)場(chǎng)管理系統(tǒng)傳遞關(guān)鍵信息。這導(dǎo)致在緊急情況下，跑道外來(lái)物的清理響應(yīng)速度緩慢，可能影響航班的正常運(yùn)行。

4、許多現(xiàn)有的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)僅關(guān)注目標(biāo)的靜態(tài)特征，缺乏對(duì)目標(biāo)動(dòng)態(tài)變化的分析。在跑道上，外來(lái)物可能會(huì)隨風(fēng)或機(jī)械設(shè)備移動(dòng)，現(xiàn)有系統(tǒng)無(wú)法有效應(yīng)對(duì)這些動(dòng)態(tài)變化，無(wú)法實(shí)時(shí)識(shí)別運(yùn)動(dòng)中的外來(lái)物，從而降低了系統(tǒng)的整體識(shí)別能力。

5、傳統(tǒng)的檢測(cè)系統(tǒng)依賴人工干預(yù)來(lái)執(zhí)行清理任務(wù)，人工操作不僅效率低，而且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，特別是在復(fù)雜的跑道環(huán)境中，人工干預(yù)的實(shí)時(shí)性和精確性難以得到保證，影響了整個(gè)機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行效率和安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別系統(tǒng)及方法，解決現(xiàn)有跑道外來(lái)物檢測(cè)系統(tǒng)中，因缺乏有效的相位信息提取與動(dòng)態(tài)目標(biāo)識(shí)別能力，導(dǎo)致識(shí)別準(zhǔn)確性低、響應(yīng)滯后及清理效率不足的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別系統(tǒng)，包括，雷達(dá)信號(hào)采集模塊，用于接收從跑道上反射回來(lái)的回波信號(hào)；信號(hào)處理模塊，用于對(duì)所述回波信號(hào)進(jìn)行去噪、相位恢復(fù)和多路徑效應(yīng)去除處理；

3、ai目標(biāo)識(shí)別模塊，用于對(duì)處理后的信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，識(shí)別出跑道上的外來(lái)物；

4、實(shí)時(shí)處理與反饋模塊，用于將目標(biāo)識(shí)別結(jié)果反饋給管理系統(tǒng)，以進(jìn)行后續(xù)處理。

5、優(yōu)選的，所述信號(hào)處理模塊包括：

6、去噪模塊，用于通過(guò)維納濾波算法去除信號(hào)中的噪聲；

7、相位恢復(fù)模塊，用于根據(jù)同相分量與正交分量的比值恢復(fù)回波信號(hào)的相位信息；

8、多路徑效應(yīng)去除模塊，用于采用卡爾曼濾波算法去除信號(hào)中的多路徑效應(yīng)。

9、優(yōu)選的，所述相位恢復(fù)模塊通過(guò)計(jì)算同相分量與正交分量之間的比值來(lái)恢復(fù)回波信號(hào)的相位。

10、優(yōu)選的，所述ai目標(biāo)識(shí)別模塊包括：

11、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，用于提取雷達(dá)信號(hào)中的空間特征；

12、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，用于分析時(shí)間序列信息，識(shí)別目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

13、優(yōu)選的，所述ai目標(biāo)識(shí)別模塊還包括數(shù)據(jù)增強(qiáng)與遷移學(xué)習(xí)模塊，用于對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行增強(qiáng)處理，并利用在其他領(lǐng)域預(yù)訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)模型加速fod識(shí)別模型的訓(xùn)練過(guò)程。

14、優(yōu)選的，所述實(shí)時(shí)處理與反饋模塊通過(guò)gpu加速技術(shù)對(duì)目標(biāo)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并將處理結(jié)果反饋至機(jī)場(chǎng)管理系統(tǒng)。

15、基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別方法，包括：

16、s1.接收從跑道上反射回來(lái)的回波信號(hào)；

17、s2.對(duì)所述回波信號(hào)進(jìn)行去噪、相位恢復(fù)和多路徑效應(yīng)去除處理；

18、s3.基于處理后的信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，識(shí)別出跑道上的外來(lái)物；

19、s4.將目標(biāo)識(shí)別結(jié)果反饋給管理系統(tǒng)，用于后續(xù)處理。

20、優(yōu)選的，所述去噪步驟通過(guò)維納濾波算法去除回波信號(hào)中的噪聲。

21、優(yōu)選的，所述相位恢復(fù)步驟包括通過(guò)計(jì)算同相分量與正交分量的比值，恢復(fù)回波信號(hào)的相位信息。

22、優(yōu)選的，所述多路徑效應(yīng)去除步驟通過(guò)卡爾曼濾波算法去除回波信號(hào)中的多路徑效應(yīng)。

23、本發(fā)明提供了基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別系統(tǒng)及方法。具備以下有益效果：

24、1、本發(fā)明采用毫米波雷達(dá)正交采樣與深度學(xué)習(xí)相結(jié)合的技術(shù)方案，達(dá)到了高精度識(shí)別跑道外來(lái)物的技術(shù)效果。相較于現(xiàn)有技術(shù)中單純依賴幅度信息的傳統(tǒng)雷達(dá)識(shí)別方法，本發(fā)明通過(guò)恢復(fù)回波信號(hào)中的相位信息，使得系統(tǒng)能夠更加精準(zhǔn)地區(qū)分不同材質(zhì)和形態(tài)的外來(lái)物，解決了傳統(tǒng)方法無(wú)法有效識(shí)別復(fù)雜外來(lái)物的不足。

25、2、本發(fā)明采用gpu加速與高速通信協(xié)議相結(jié)合的實(shí)時(shí)處理與反饋技術(shù)，確保了從目標(biāo)識(shí)別到管理系統(tǒng)反饋的高速傳輸與實(shí)時(shí)響應(yīng)。與現(xiàn)有技術(shù)中反饋機(jī)制較為滯后的系統(tǒng)相比，本發(fā)明顯著提高了信息傳輸?shù)男?，保證了管理系統(tǒng)能夠在極短時(shí)間內(nèi)做出應(yīng)對(duì)，解決了現(xiàn)有方案中響應(yīng)延遲導(dǎo)致的跑道安全隱患。

26、3、本發(fā)明結(jié)合卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特征的多維度分析，達(dá)到了更加全面的fod識(shí)別效果。相較于傳統(tǒng)的靜態(tài)圖像識(shí)別方法，本發(fā)明能夠同時(shí)處理目標(biāo)的空間特征和時(shí)間序列特征，使得對(duì)運(yùn)動(dòng)中的fod識(shí)別更加精準(zhǔn)，解決了傳統(tǒng)方法只能識(shí)別靜態(tài)目標(biāo)的局限性。

27、4、本發(fā)明通過(guò)將外來(lái)物識(shí)別結(jié)果實(shí)時(shí)反饋給機(jī)場(chǎng)管理系統(tǒng)，并與清理設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)調(diào)度，達(dá)到了自動(dòng)化和智能化管理的技術(shù)效果。與現(xiàn)有技術(shù)中依賴人工干預(yù)的跑道維護(hù)方案相比，本發(fā)明大幅提升了作業(yè)效率和準(zhǔn)確性，減少了人工誤差，確保了跑道清理工作的及時(shí)性和精確性。

技術(shù)特征：

1.基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，包括，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處理模塊包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述相位恢復(fù)模塊通過(guò)計(jì)算同相分量與正交分量之間的比值來(lái)恢復(fù)回波信號(hào)的相位。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述ai目標(biāo)識(shí)別模塊包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述ai目標(biāo)識(shí)別模塊還包括數(shù)據(jù)增強(qiáng)與遷移學(xué)習(xí)模塊，用于對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行增強(qiáng)處理，并利用在其他領(lǐng)域預(yù)訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)模型加速fod識(shí)別模型的訓(xùn)練過(guò)程。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述實(shí)時(shí)處理與反饋模塊通過(guò)gpu加速技術(shù)對(duì)目標(biāo)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并將處理結(jié)果反饋至機(jī)場(chǎng)管理系統(tǒng)。

7.基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別系統(tǒng)，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別方法，其特征在于，所述去噪步驟通過(guò)維納濾波算法去除回波信號(hào)中的噪聲。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別方法，其特征在于，所述相位恢復(fù)步驟包括通過(guò)計(jì)算同相分量與正交分量的比值，恢復(fù)回波信號(hào)的相位信息。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別方法，其特征在于，所述多路徑效應(yīng)去除步驟通過(guò)卡爾曼濾波算法去除回波信號(hào)中的多路徑效應(yīng)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及機(jī)場(chǎng)跑道外來(lái)物檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了基于毫米波雷達(dá)正交采樣的跑道外來(lái)物識(shí)別系統(tǒng)及方法，其中識(shí)別系統(tǒng)包括雷達(dá)信號(hào)采集模塊，用于接收從跑道上反射回來(lái)的回波信號(hào)；信號(hào)處理模塊，用于對(duì)所述回波信號(hào)進(jìn)行去噪、相位恢復(fù)和多路徑效應(yīng)去除處理；AI目標(biāo)識(shí)別模塊，用于對(duì)處理后的信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，識(shí)別出跑道上的外來(lái)物；實(shí)時(shí)處理與反饋模塊，用于將目標(biāo)識(shí)別結(jié)果反饋給管理系統(tǒng)，以進(jìn)行后續(xù)處理。通過(guò)采用毫米波雷達(dá)正交采樣與深度學(xué)習(xí)相結(jié)合，提供高精度的外來(lái)物識(shí)別，恢復(fù)回波信號(hào)相位信息，顯著提高了材質(zhì)和形態(tài)區(qū)分能力。同時(shí)，利用GPU加速和高速通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋，大幅提升了響應(yīng)速度。

技術(shù)研發(fā)人員：劉峰,潘龍威,趙炟,鈕瑞袆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海京濟(jì)通信技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15