基于激光相控阵技术的机场跑道异物监控系统
阅读说明：本技术 基于激光相控阵技术的机场跑道异物监控系统 (Airfield runway foreign matter monitoring system based on phased laser array technology ) 是由 于洪君 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：基于激光相控阵技术的机场跑道异物监控系统,涉及激光相干控制技术与激光雷达技术领域,解决现有机场跑道由步行或开车慢速巡检等方式,存在检测周期长,以及采用摄像头扫描时存在寿命短等问题,信息采集终端包括激光器、激光相控阵发射与接收器、控制器、第一光端机模块、二维调节支架和电源适配器；电源适配器为激光器、控制器、激光相控阵发射与接收器以及第一光端机模块供电；激光器、激光相控阵发射与接收器、控制器、第一光端机模块以及电源适配器固定在二维调节支架上；智能信息处理系统包括计算机工作站、第二光端机和UPS,UPS对计算机工作站和第二光端机模块进行防断电保护；本发明可不间断对跑道进行扫描,对同一路段的监控检查周期短。(Airfield runway foreign matter monitoring system based on phased laser array technology, it is related to laser coherent control technology and laser radar technique field, existing airfield runway is solved by walking or the modes such as inspection at a slow speed of driving, it is long that there are detection cycles, and using camera scanning when there are the service life it is short the problems such as, information acquisition terminal include laser, phased laser array transmitting with receiver, controller, the first optical transmitter and receiver module, two-dimensional adjustment bracket and power supply adaptor；Power supply adaptor is laser, controller, phased laser array transmitting and receiver and the first optical transmitter and receiver module for power supply；Laser, phased laser array transmitting are fixed on two-dimensional adjustment bracket with receiver, controller, the first optical transmitter and receiver module and power supply adaptor；Intelligent information handling system includes that computer workstation, the second optical transmitter and receiver and UPS, UPS carry out anti-breaking electric protection to computer workstation and the second optical transmitter and receiver module；The present invention can uninterruptedly be scanned runway, short to the monitor check period of same a road section.)
技术领域
本发明涉及激光相干控制技术与激光雷达技术领域，具体涉及一种基于激光相控阵技术的机场跑道异物监控系监控系统。
背景技术
机场跑道的环境要求较严格，因此，对于机场跑道的清理工作也优为重要，针对跑道异物的排查通常采取的方法如下：
1、人工现场排查；检查人员步行或乘车慢速沿跑道周期性巡检。此方式对同一路段的监控检查周期长，一般约几十分钟以上；而且无法实现实时监控。
2、机械成像扫描；提出采用摄像头进行机场跑道的区域性扫描，进而识别是否存在异物，由于采用机械式扫描，进行不停机械转动观测，对区域内连续成像判读。缺点是长时间转动工作，存在机械轴承易老化，使用寿命短等问题。同时，摄像头成像还存在跑道阳光反射干扰和夜间照明不足等问题。
发明内容
本发明为解决现有机场跑道由人工进行不断巡检，步行或开车慢速巡检等方式，存在检测周期长，以及采用摄像头扫描时存在寿命短等问题，提供一种基于激光相控阵技术的机场跑道异物监控系统。
基于激光相控阵技术的机场跑道异物监控系统，包括多个信息采集终端和智能信息处理系统；
每个信息采集终端和智能信息处理系统通过光纤通信；
所述信息采集终端包括激光器、激光相控阵发射与接收器、控制器、第一***模块、二维调节支架和电源适配器；所述电源适配器为激光器、控制器、激光相控阵发射与接收器以及第一***模块供电；所述激光器、激光相控阵发射与接收器、控制器、第一***模块以及电源适配器固定在二维调节支架上；
所述智能信息处理系统包括计算机工作站、第二***模块和UPS，所述UPS对计算机工作站和第二***模块进行防断电保护；
所述激光器作为激光相控阵的光源，所述激光相控阵发射与接收器用于扫描发射与接收激光回波；
控制器控制激光相控阵激光发射，控制扫描速度与范围；并接收所述智能信息处理系统的指令和上报发送扫描回波信息；
所述第一***模块用于电信号与光信号转换，对控制器与计算机工作站之间信息传输；
第一***模块还用于将控制器的电信号转换为光信号传输至智能信息处理系统中的第二***模块，所述第二***模块将光信号转换为电信号传输至计算机工作站；
所述计算机工作站用于信息收集与智能处理，控制指令发送，告警信息生成，异物位置指示，还用于将接收的信息传输至每个信息采集终端的控制器；所述计算机工作站对每个信息采集终端的信息收集与控制，并采用图像识别算法，识别机场跑道异常。
本发明的有益效果：本发明使用激光相控阵技术，可不间断对跑道进行扫描，对同一路段的监控检查周期短，最快可1s一次。具体优点如下：
一、本发明采用全电控激光相控阵光扫描，无机械扫描机构，因此无轴承磨损。一次性安装对准后，无需再调整。因此，寿命周期取决于电气模块寿命，寿命周期长。
二、本发明的监控系统对信息集中处理，减少了分布式处理系统带来的系统复杂性。
三、本发明采用1550nm波段激光，是人眼安全波段；同时，不会对机场雷达，微波等信号产生干扰。
附图说明
图1为本发明所述的基于激光相控阵技术的机场跑道异物监控系统结构框图；
图2为本发明所述的基于激光相控阵技术的机场跑道异物监控系统的原理框图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，基于激光相控阵技术的机场跑道异物监控系统，包括智能信息处理系统和多个信息采集终端；每个信息采集终端包括激光器、激光相控阵发射与接收器、控制器、第一***模块、电源适配器和二维可调节支架；所述智能信息处理系统包括第二***模块、计算机工作站和UPS；
所述激光器采用1550nm激光器，作为激光相控阵系统光源；
所述激光相控阵发射与接收器：激光扫描发射与接收激光回波，每个单元可扫描方位20°俯仰5°范围；
所述控制器控制相控阵激光发射，控制扫描速度与范围，接收来自智能信息处理系统的指令和上报发送扫描回波信息，状态自检信息等。
所述第一***模块：电信号与光信号转换功能，用于控制器与远端计算机工作站之间信息传输。第一***模块将控制器的电信号转换为光信号传输至智能信息处理系统中的第二***模块，后者再将光信号转换为电信号传输给计算机工作站，同理计算机工作站也可将信息传输至每个信息采集终端的控制器。由此，实现智能信息处理系统对每一个信息采集终端的信息收集与控制，并通过图像识别方法，发现跑道异常。
所述图像识别方法(基于图像背景叠加和图像相关算法等技术)首先大量采集无异物时的跑道背景数据，建立数据模型。当产生异物时，跑道背景数据会产生大的起伏，从而判断异常。
所述电源适配器：将AC220V交流电转换为激光器，控制器，激光相控阵发射与接收器，***模块等所需的直流电。
所述二维可调节支架用于架设承载激光器，激光相控阵发射与接收器，控制器，***模块，电源适配器等。并可手动调整方位和俯仰角度，一旦扫描区间对准后，通过机械锁紧方式固定。
所述计算机工作站用于信息收集与智能处理，控制指令发送，告警信息生成，异物位置指示，系统健康状态监控；所述UPS用于对计算机工作站和第二***模块进行防断电保护。确保系统不间断工作。
本实施方式所述的机场跑道异物监控系统，根据机场跑道长度，在跑道一侧间隔布设信息采集终端若干，使得相邻信息采集终端的扫描区域存在重叠区域，重叠区域的范围为0.5～1°；确保跑道被扫描全覆盖。所有信息采集终端收集到的信息通过光纤传输至智能控制站，后者采用智能算法，分析识别出跑道是否存在异物。并给出如下输出：
(1)操控界面告警显示；
(2)异物在跑道的概率位置，即某个信息采集终端识别出异物所在的区间。