[发明专利]基于杂波图匹配的机场跑道异物检测方法

权利要求书

1.一种基于杂波图匹配的机场跑道异物检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立确定待检测区域的距离-幅度谱的方法：在确定待检测区域内无异物时，在给定机场跑道范围内，通过线性连续调频波雷达对待检测区域进行检测，提取回波信号中的距离-幅度谱；所述线性连续调频波雷达包括雷达发射机和雷达接收机；

步骤2、根据步骤1的方法获取待检测区域的距离-幅度谱，得到背景杂波图中杂波单元的杂波功率作为参考值，建立背景杂波图；

步骤3、进行异物检测，将回波信号经步骤1的方法处理后得到待检测信号的距离-幅度谱；将步骤2得到的背景杂波图与待检测信号相对应的距离-幅度谱作为参考信号，将待检测信号的距离-幅度谱作为输入信号，通过匹配滤波器使背景杂波图与待检测信号的距离-幅度谱进行匹配、映射，然后将检测信号的距离-幅度谱减去映射后的杂波图，得到消除杂波后的待检测信号；

步骤4、使用单元平均恒虚警检测算法，计算消除杂波后的待检测信号中各个距离单元的检测阈值，判断各个距离单元是否存在异物目标；

步骤5、若判断为不存在异物目标，则对该距离单元对应杂波图单元的杂波功率估计值进行更新；若判断为存在异物目标，则不对该距离单元对应杂波图单元的杂波功率估计值进行更新。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，通过雷达发射机向待检测区域发射信号，雷达接收机接收跑道和异物的反射信号作为输入信号，将输入信号与发射信号相乘得到混频信号，对混频信号进行低通滤波、A/D转换、快速傅里叶变换得到频率-幅度谱，再将频率-幅度谱转化为距离-幅度谱；

其中雷达发射机的发射信号公式为：其中，A₀为信号幅值，f₀为载频频率，t为时间，u为调频斜率，调频斜率公式为：B为发射信号带宽，T为发射信号时宽；雷达接收机输入信号的模型为：其中A_i为第i个目标回波幅值，N为目标个数，n为白噪声，ξ为地杂波，τ_i为第i个目标的回波时延，假设第i个目标与雷达天线的距离为r_i，光速为c，τ_i的公式为：

将混频信号进行低通滤波后，得到差频信号，差频信号公式为：其中，a_i为第i个目标回波差频信号的幅值，S(t)为雷达发射信号；

采用公式将频率-幅度谱转化为距离-幅度谱，其中，f_s为采样频率，M为快速傅里叶变换长度，k_i为快速傅里叶变换后的频率离散点。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2中在确定待检测区域内无异物时，对待检测区域进行扫描，根据步骤1的方法，建立待检测区域内每个离散角度的距离-幅度谱，并根据待检测区域内每个离散角度的距离-幅度谱建立背景杂波图，对背景杂波图中杂波单元的杂波功率进行迭代获得最终的背景杂波图，所述背景杂波图为ξ(r)，其中，r为离散变量，ξ(r_i)代表距离为r_i处的杂波单元的杂波功率估计值；采用如下公式对背景杂波图中杂波单元的杂波功率估计值进行迭代：ξ_n(r_i)＝ωξ_n-1(r_i)+(1-ω)q_n(r_i)其中，ω为遗忘因子，ω取值范围为[0,1]，q_n(r_i)为当前扫描周期得到的杂波图单元的杂波功率，ξ_n-1(r_i)为更新前杂波图单元的杂波功率估计值，ξ_n(r_i)为更新后杂波图单元的杂波功率估计值。