机场跑道异物检测(FOD)毫米波解决方案解析
浅谈机场跑道异物探测(FOD)系统
浅谈机场跑道异物探测（FOD）系统李 婕上海民航新时代机场设计研究院有限公司，上海 200335摘要：随着我国经济增长，民用航空业的迅猛发展，千万级机场内高峰小时起降量逐年增加。
在飞机起飞和降落时不能有任何人或异物影响飞机的正常起飞和降落，同时，随着现代化信息技术的发展，基于雷达捕捉、视频分析等技术的逐步成熟，通过部署和应用自动化的机场跑道FOD探测设备来提高机场探测工作的质量与效率，已经成为民航行业发展的必然趋势。
关键词：机场跑道；异物；探测（FOD）系统中图分类号：TN911.71 FOD概述FOD（Foreign Object Debris）是指不属于跑道、滑行道、机坪或飞行区其他区域的外来物，FOD包括飞机遗落的零部件、现场工作人员遗落的工具、行李配件、道面破碎产生的石块、施工的碎片杂物、餐饮物品、鸟兽、天气情况产生的冰雪等［1］。
FOD容易被吸入发动机或机械装置内，导致发动机失效，影响起落架及机翼等设备的正常运行，不仅会损坏飞机，严重时可能导致机毁人亡。
除了直接经济损失外，因FOD导致的航班延误或取消而产生的间接经济损失不可估量。
因此，应该利用雷达、光电技术和计算机目标识别技术，部署和应用自动化的机场跑道FOD探测设备来提高机场跑道道面探测工作的质量与效率，保障道面安全。
2 国内机场现状2.1 巡检模式目前，国内大多数机场跑道巡检工作依然采用人工巡检方式，尚无主动、及时、有效发现并清除FOD的技术手段，在巡检时需关闭跑道。
因人工巡检次数及巡查时间有限，导致巡检效率低，安全可靠性也无法保障，特别是航班繁忙时段，极端高峰小时达到每隔120 s就有一架飞机起降，这无疑对高峰时段的跑道检查带来了困难。
如何保障在每架飞机起降间隔内完成整条跑道检查，保证飞机飞行安全，显得尤为重要［2］。
2.2 道面情况随着道面使用时间的推移，跑道在使用过程中经常会因为各种原因产生角裂、裂缝、碎板、错台、补丁等常见水泥混凝土道面病害，需要实时防止这些病害产生的FOD，对飞行安全产生影响。
机场跑道FOD探测方法研究
机场跑道FOD探测方法研究机场跑道的外来物碎片（FOD：Foreign Object Debris）给机场安全运营带来了安全隐患，本文通过相关文献及论坛进行综合了解及比对之后论述了机场跑道FOD检测领域的应用现状，并结合现有技术装备条件提出了一种具有可行性的探测系统框架。
标签：毫米波雷达；机场；FOD一、可实现的探测技术通过相关文献的阅读及资料整理，现将目前FOD探测方面可实现的技术按设备类型分类总结如下：①静态雷达它可以探测到0.6 nmile（l nmile= 1852m）范围内高1.2 in（lin=2.54cm）、直径1.5 in的圆柱状金属物体。
一般情况下，每条跑道需要2至3个传感仪，传感仪距离跑道中心线最少165 ft（lft=0.3048m）。
②静态光电传感仪它可以探测到最大距离为985ft范围内的0.8 ft的物体，每条跑道需5至8个传感仪，传感仪距离跑道中心线最少490ft。
③移动式雷达它安装在车辆顶部，系统扫描范围为车辆前方的600 ft×600 ft（183mx183 m）区域。
系统可以探测到高1.2in，直径1.5 in的物体，系统运行速度范围为不大于每小时30 mile（l mile=1609.344 m），该系统通常作为目视巡检的补充。
④混合型传感仪它是一种光电和雷达波混合感应系统，它可以安装在跑道和滑行道边灯或者其他结构上。
在使用现有电源和数据，减少安装成本的同时，这些地表探测组件SDU的位置，可以满足在恶劣天气条件下探测细小FOD的苛刻要求。
每一个SDU （地表探测组件）对跑道的某一部分扫描并且分析所获数据来确定跑道道面的变化和是否有FOD。
当SDU发现有遗留物时，系统操作人员可接收到一个包括FOD 确切位置和大小的听觉和视觉警告。
二、提出新的探测思路基于上述FOD探测技术水平现状，结合现阶段可以达到的技术要求，现提出一种相对较为新型的FOD探测思路供业界人士做进一步研究做参考。
智能机场跑道异物检测与识别系统
智能机场跑道异物检测与识别系统预览说明:预览图片所展示的格式为文档的源格式展示,下载源文件没有水印,内容可编辑和复制Runway safety智能机场跑道异物(foreign objects damage FOD debdris)检测(detection)与识别系统The surface of pavements (runways and adjacent areas) shall be kept clear of loose stones or other objects that might cause damage to aircraft structures or engines, or impair the operations of aircraft systems. In this connection, a comprehensive runway inspection and sweeping programme should be incorporated into the standard operation procedures of aerodrome operators.智能机场跑道异物检测系统使用摄像机采集跑道图像，由于跑道的范围很广，系统要采用可控云台控制摄像机转动，使每个摄像机都可以监控较长的跑道区域。
由于单个摄像机无法完成对整个跑道的全范围监控，因此系统使用摄像机组，系统在跑道边每间隔一段距离架射一套摄像装置，形成摄像机阵列，实现对整个跑道的全范围监控。
按民用机场与军用机场跑道的长度不同，常规情况，跑道长度为2.8-3.6公里、宽度为40-80米不等，按成像比例将跑道分割为8-12个检测区域，进行PTZ 检测，可设计按300米长度分段检测，通过激光夜视仪(Laser Night Vision)和热成像仪实时巡航检测，经对所检测跑道面异物形态与轮廓分析比对处理，联动报警提示，通过本系统显示异物的精确位置，同时可将检测到的异物进行图像放大观察，同时通知跑道巡检人员异物所在位置与路径进行快速处理。
浅谈机场跑道异物检测技术的研究与实现
浅谈机场跑道异物检测技术的研究与实现作者：吕秋宁来源：《中国科技纵横》2018年第06期摘要：机场跑道上存在的异物对飞机安全有一定威胁，为了解决这一问题，应加强对机场跑道异物检测技术的研究。
本文主要围绕机场跑道异物检测技术分析、组合式毫米波探测系统关键技术、组合式毫米波探测系统构成、距离高分辨原理四个方面展开讨论，详细分析了机场跑道异物检测技术及其原理，可针对小目标进行检测，在飞机安全方面有重要作用。
关键词：机场跑道；异物检测；组合式毫米波检测技术中图分类号：TN911.7 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0237-02机场跑道异物是指不属于跑道正常工作区域内，但又由于各种原因出现在跑道上的小物体，包括沙粒、螺丝钉等小目标。
这些异物在飞行区，可能造成飞机延误或者中途断飞等情况，严重的将威胁人身安全。
因此，需要及时清理机场跑道上异物，在相关检测技术的帮助下，能保证对异物进行有效处理。
尤其是在科学技术快速发展的背景下，异物检测技术得到了一定程度发展，在机场跑道异物检测上有重要作用。
1 机场跑道异物检测技术分析机场跑道上大部分异物尺寸较小，人工检测已经不能满足飞机安全运行需求，近年来，各民用及军用航空机场将机场跑道异物检测作为主要工作内容，并加强了对检测技术不断改进的重视。
为了实现对机场跑道上小物体进行自动检测，国外主要采用了光学检测方法以及电磁波检测技术。
英国研制出的外来异物检测系统为了保证较高的分辨率，选取作业在94GHz毫米波上。
这一检测系统主要运用了线性调频连续体制，以便实现对机场跑道的小物体检测。
而在提高分辨率上，检测系统主要运用了一定频率的扫频宽带，同时利用天线来提高系统的定位能力。
光学检测技术包括摄像机、红外热像仪以及数码相机等高清晰的视频监视设备，这些设备在机场跑道异物检测上取得了广泛应用，但是由于摄像机和数码机等容易受到天气的影响，使得地面异物的颜色分辨难度有所增加，分辨率不够精准。
机场跑道异物(FOD)探测试验系统建议方案
机场跑道异物(FOD)探测试验系统建议方案.docFOD探测系统的设计原则包括先进性、适用性、开放性、可靠性和可用性。
系统由FOD探测子系统、网络通信子系统、物理链路子系统和现场供电子系统组成。
系统运行流程包括扫描跑道、报警提示、操作员核实、派发任务、现场人员处理和归档报警信息。
监控中心负责判别是否需要进一步处理，现场人员负责清理异物并上传归档相关信息。
系统软件和硬件采用开放系统规范和多种国际标准协议，具有高度的可靠性和优良的性能，在-40℃~60℃的环境下正常工作。
系统的目的是提高工作效率、减少人为差错和降低运行成本。
系统要求在规定的时间内运行，且不会影响其性能。
同时，系统具有高度的安全性和保密性，采用分级保护、数据存储权限和网络安全隔离等手段，以防止非法侵入。
系统还应具有扩充性，方便进行升级、换代和功能扩充，保护用户的投资。
此外，系统的维护管理和操作界面都应该方便易用，且经济性高。
FOD探测子系统旨在建立一个软硬件结合的集成系统，采用分布式光电传感器探测，覆盖整个机场跑道，全天24小时不间断运作，提供自动化跑道异物检测手段。
系统能够实时检测告警并将信息发送给工作人员和清理回收人员，为机场安全生产和运营管理提供保障。
系统的点位部署在试验地段的J1滑行道，共计6台边灯式探测设备，间距30米部署。
FOD 探测子系统由现场设备、数据中心设备、监控中心设备和管理软件构成，具备全天候运作的总体功能。
The system XXX object debris (FOD) on airport runways in real-time XXX。
n。
removal。
and archiving。
which XXX.The system complies with relevant nal and industry standards and ns。
including the XXX China (CAAC) in July 2016.FAA advisory circulars。
机场跑道FOD监测系统技术方案
Raida-Air机场跑道异物（FOD）监测系统技术方案一、背景FOD是Foreign Object Debris的缩写，泛指可能损伤航空器或系统的某种外来的物质，常称为跑道异物。
FOD的种类相当多，如飞机和发动机连接件（螺帽、螺钉、垫圈、保险丝等）、机械工具、飞行物品（钉子、私人证件、钢笔、铅笔等）、野生动物、树叶、石头和沙子、道面材料、木块、塑料或聚乙烯材料、纸制品、运行区的冰碴等等。
FOD的危害非常严重，实验和案例都表明，机场道面上的外来物可以很容易被吸入到发动机，导致发动机失效。
碎片也会堆积在机械装置中，影响起落架、襟翼等设备的正常运行。
据保守估计，每年全球因FOD造成的损失至少在30-40亿美元。
2007年5月至2008年5月，中国民航共发生4500多起FOD损伤轮胎的事件。
FOD不仅会造成巨大的直接损失，还会造成航班延误、中断起飞、关闭跑道等间接损失，间接损失至少为直接损失的4倍。
目前，全球绝大多数机场的FOD监测仍然是靠人工完成的，这种方法不但可靠性差、效率低，而且占用了宝贵的跑道使用时间。
二、国内外研究现况2000年7月25日法航协和飞机因FOD失事，造成机上109人、地面4人，共113人遇难。
法国空难事故调查局认定，该次空难是由机场跑道上一块43厘米长的金属薄片割破飞机左侧主起落架的右前轮，致使该轮胎爆裂，轮胎爆裂产生的碎片击中了一个或多个油箱，使得飞机左机翼起火并坠毁。
后经鉴定，此金属碎片为上一个航班——美国大陆航空公司所属的一架DC10飞机上掉下来的。
这场因FOD引发的空难将FOD自动监测系统的研究提上了日程。
目前世界上较为典型的FOD检测系统有4个，它们分别是英国开发的Tarsier系统、以色列开发的FODetect系统、新加坡开发的iFerret系统和美国开发的FODFinder系统。
（具体参见附录A）对上述系统的FOD探测技术列表总结如下：综合来看，现有的FOD探测系统主要采用雷达探测技术与视频图像识别技术，在上述的4个系统中，Tarsier 系统、FODetect 系统、FODFinder 系统采用毫米波雷达探测为主、视频图像识别技术为辅的手段来探测FOD；iFerret系统只采用视频图像识别技术进行FOD的探测。
96GHz毫米波雷达检测飞机跑道障碍物解决方案详解
96GHz毫米波雷达检测飞机跑道障碍物解决方案详解飞机跑道上的碎片、障碍物严重影响飞机的起飞与着陆操作，给广大用户带来严重的生命与财产威胁。
这不是危言耸听，例如世界上第一个也是唯一一款超音速飞机因2000年7月份的事故不再服役，事故的原因就是飞机跑道上的碎片划破了飞机轮胎产生的单片又戳破了飞机的油箱，引发火灾，最后导致飞机撞向巴黎郊区的一个小旅馆。
自从那以后飞机跑道上的碎片检测成为了各大机场着重关心的任务，同时各国的研究机构也开始根据实际情况展开研究，提出了不同的解决方案。
(图1：ENRI推出的毫米波障碍物检测系统应用示意图)日本的电子导航研究所（ENRI）是国家级的研究机构，主要负责开发航空监测和通信、空中交通安全以及空中交通路线的高效实用等民用技术。
不久前ENRI 研究机构推出了96GHz毫米波雷达检测障碍物的解决方案。
这个解决方案的原型系统包括波形束扫描天线、毫米波发射与接收电路、信号生成与处理电路、同步与控制电路。
研究的核心部分主要是96GHz毫米波前端电路、接收信号处理电路和同步电路。
当然最大的挑战是该系统要能够检测到飞机跑道上不足厘米级别的障碍物。
该解决方案的原型系统是基于NI PXIe系列硬件平台以及FlexRIO FPGA专用计算处理平台设计开发的。
该系统需要完成每秒钟10000次的8192-point FFT计算，工程师使用NI LabVIEW FPGA软件开发环境将算法下载到NI PXIe-7975 FlexRIO FPGA模块中，该模块是基于Xilinx Kintex-7 410T FPGA。
同时借助NI LabVIEW系统开发环境以及可视化的编程语言大大加快了原型系统的开发进度。
图2 ENRI推出的毫米波障碍物检测系统组成框图该系统在实际的机场环境通过了实地测试，检测效果非常成功，目前研发团队正在开发基于NI sbRIO- Zynq硬件平台的直升机防撞系统。
最后该工程获得了NI工程影响力评选航空航天和国防项目组的第一名。
机场跑道异物(FOD)探测试验系统建议方案.doc
机场跑道异物（FOD）探测试验系统建议方案1、系统总体说明1.1、系统总体组成机场跑道外来物探测试验系统（后简称“FOD探测系统”或“本系统”）由FOD探测子系统、网络通信子系统、物理链路子系统、现场供电子系统等共同组成。
系统总体结构图如下：1.2、系统运行模式1、系统运行流程1）系统扫描跑道，发现异物后会以声音和屏幕报警提示操作员进行FOD处理流程操作。
2）操作员操作软件，对报警信息进行核实，如果能判断不是FOD，即可归档。
如果确认是FOD或者不能明确辨识，则需将此任务派发至现场人员处理3）现场人员通过FOD移动操作控制终端收到系统发送过来的FOD信息，根据紧急情况，决定是否申请进入跑道处理。
4）现场人员进入跑道，根据FOD移动操作控制终端的提示，到达报警处，判别是否是FOD，并填写FOD信息记录，拍照上传至后台系统。
5）操作员根据现场人员反馈回来的信息，对此报警信息进行分类并归档。
2、监控中心职能根据FOD探测系统提供的FOD报警信息，进行相应的软件操作，判别是否需要进一步处理。
3、现场人员职能根据监控中心操作人员确认后下发的FOD报警信息，申请进入跑道清理异物，并填写相关信息上传归档。
2、总体解决方案2.1、设计原则2.1.1、先进性FOD系统采用先进的概念、技术、方法、设备，既成熟可靠，又符合目前技术发展潮流。
系统整体技术性能达到目前国内外机场跑道FOD系统建设的先进水平，并在一定时期内保持其先进性。
2.1.2、适用性FOD探测系统的功能应完全立足于机场的安防管理，充分满足当前和未来五年内机场用户的需求，保证系统信息处理和传递的安全、可靠、及时、准确、完整，提高工作效率，减少人为差错，降低运行成本。
2.1.3、开放性系统软件和硬件的选取遵循开放系统规范，支持多种国际标准协议，包括采用具有开放的操作系统、数据库、应用程序、开发工具、接口协议等。
系统采用先进的技术、方法和设备，为第三方应用提供开放的标准接口。
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机场跑道异物检测（FOD）毫米波解决方案解析
事件回放：2000年7月25日法航协和飞机被跑道上的异物扎破轮胎，轮胎爆炸击中油箱导致飞机起火失事，最终造成机上109人，地面4人，共113人死亡的惨剧。
从此FOD被引起广泛的重视。
图1：法国协和飞机空难事件
美国联邦航空局（FAA）关于雷达（毫米波雷达）检测的要求如下：
- 要求雷达能够检测高度3cm、直径3.8cm的异物；
- 探测距离大于1km；
- 雷达放置距跑道中心线50m以上。
上海馥莱电子是一家专业的射频、微波和毫米波产品供应商，携手瑞典知名芯片设计公司Gotmic，提供W波段机场异物检测FOD（Foreigner。