机场跑道异物（FOD）的定义为，任何不属于却出现在机场跑道，有可能损伤航空器或系统的外来物质。FOD多以飞机的散落零件、金属工具、石子、木块及塑料制品等为主。FOD的存在对飞机而言是很大的安全隐患，因为一小块塑料布吸入发动机就可能引起空中停车，一颗小螺钉、一小片金属、一颗尖锐小石子都可能扎伤飞机轮胎引起爆胎，产生的轮胎碎片可能因高速撞击机体、液压管、油箱等部位而造成严重后果。2000年的法航"协和"飞机事故，就是因为跑道上的一个金属片扎破轮胎，轮胎碎片高速冲击燃油箱，燃油泄漏引发飞机左翼起火并很快坠毁，事故导致了113人遇难。

　　为了保障飞机的飞行安全，需要对FOD进行快速定位和检测。目前，大多数机场还是采用人工目视巡场方式对跑道进行定期的检查和清扫，该方式需要在巡查时关闭跑道，这不但降低了机场容量，而且受巡查人员自身素质和天气条件制约，难以保证足够的检测率。随着科学技术的不断进步，日趋成熟的雷达、摄像及信号处理技术正在被应用于跑道异物的自动化探测研究中。近年来，我国已有先进的FOD探测系统投入实际应用，提高了机场的安全运行水平。

　　一、典型的FOD检测系统

　　世界主流的机场跑道异物探测系统主要采用了雷达探测技术和视频图像识别技术。采用毫米波雷达对跑道FOD进行检测时，虽然功能较强，但不能区分颜色；视频识别可直接了解FOD，但易受光照天气影响。把雷达和视频结合起来，可以弥补单一技术的缺陷，提高FOD探测性能。

　　目前国际上较为成熟的机场跑道FOD探测系统有4个，分别是英国的Tarsier系统、美国的FODFinder系统、以色列的FoDetect系统和新加坡的iFerret系统。

　　（一）Tarsier系统

　　英国QinetiQ公司研发的FOD探测系统Tarsier，由94.5GHz毫米波雷达设备和视频摄像系统组成。它所采用的雷达体制为调频连续波(FMCW)，具有探测距离远、分辨率高和波束窄的特点，可对机场跑道进行全天24h不间断扫描，能够准确地定位目标异物位置。结合实时数字信号处理技术，可对目标进行实时自动探测和识别。其视频系统只负责对探测到的外来物进行远程视觉确认，不参与FOD检测。

　　该系统具有360°、远程探测能力，可以探测并跟踪各种静态和动态目标，可以精确地探测到跑道2000m以内的微小物品。

图1 四种典型的机场跑道异物探测系统

　　（二）FODFinder系统

　　FODFinder系统是由美国Trex公司开发的一套车载移动探测系统，该系统安装在车辆的顶部，包括78～81GHz毫米波雷达、高精度GPS和摄像系统。车辆向前移动时，系统扫描车辆前部的区域，并向机场控制人员提供雷达和视频信号。雷达扫描速度为30次/min，探测半径为200m。摄像系统跟踪雷达探测跑道异物。GPS定位装置用于获取精确的异物位置。

　　该系统的独特之处在于它是可移动的．能够在车速较高的情况下探测异物。不仅可以探测跑道上的异物，还可以探测滑行道、停机坪等区域的异物。由于车载雷达扫描半径仅200m，因此该系统无法快速检测整个跑道，更适用于小型机场。

　　（三）FODetect系统

　　以色列的Xsight公司研发的FODetect系统由77GHz毫米波雷达和摄像设备组成，多个道面检测单元(SDU)分别安装在不同位置的跑道边灯上，每个SDU负责扫描跑道中线附近的区域，一旦发现道面上的异物，立即向机场管理人员发出报警信息。传感器锁定异物准确位置，摄像设备拉近镜头，获取异物图像，协助机场管理人员取走异物。

　　FODetect的设计在一定程度上减少了投资(相对于Tarsier系统而言)，此系统检测的实时性高，可在30s内完成对整条跑道的扫描。

　　（四）iFerret系统

　　新加坡Stratech公司的iFerret智能视频探测系统，通过在跑道两侧的塔架上每隔一定间距安装先进的高分辨率功能的摄像机，自动探测和辨认跑道上的异物，对于光照的变化和路面的变化，通过复杂的图像处理软件调节做出适当的改变以适应检测要求。当检测到跑道异物后，系统对异物图像进行放大，将异物目标发送给相关人员做出相应的处理。iFerret系统能够提供精确的位置、报警的时间、异物的图像和系统发现后的持续报警记录。

　　该系统的不足之处是会受亮度和天气的影响和制约，在夜晚和阴雨天等低能见度的情况下有很大局限性。

　　二、FOD探测系统性能对比

　　（一）技术和性能优缺点

　　目前的FOD探测系统几乎都是基于雷达探测技术和视频图像识别技术实现的。Tarsier系统、FODFinder系统和FODetect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探测FOD；iFerret系统只采用视频图像识别技术进行FOD的探测。雷达探测技术又分为固定式和移动式，Tarsier系统、FODetect系统采用的固定式雷达技术支持对机场的连续监视，而FODFinder系统采用的移动式雷达技术是对人视觉巡查的一种补充。视频图像探测也支持对机场道面FOD的连续监视，只是易受恶劣天气和黑夜亮度不足的影响。

　　毫米波雷达探测技术探测精度高、分辨率高，能够对目标进行准确定位，最大的优点是不受天气状况影响，缺点是无法区分颜色，因此无法提供直观真实的视频图像。视频图像技术可提供FOD视频图像，并根据需要对FOD视频进行局部缩放，因此可直观了解是何种FOD，缺点是容易受到天气条件和光照的影响，在恶劣天气或低能见度的情况下，探测性能会大幅下降。

　　因此，采用单一的传感器技术进行FOD探测，都会由于其自身的缺点而无法满足机场的实际需求。将雷达和视频结合起来进行FOD探测，可以弥补单一技术的缺憾，既能实现对机场的连续监视，也能克服恶劣天气和黑夜的影响。

　　（二）系统响应时间

　　FOD探测系统应能够对监控区域出现的FOD进行快速探测，因此系统探测响应时间是FOD探测系统的一个非常重要的指标。FAA于2009年9月30日发布的"机场FOD探测设备"咨询通告（ACNo：150/5220-24）中的最低要求是："FOD探测系统必须在FOD出现4min内给出信息，必须提供机场指定的探测数据更新"。上述4个探测系统都已达到甚至有的远远优于FAA对系统响应时间的要求。

　　（三）系统探测精度

　　系统探测精度会受到FOD探测系统安装方式及位置的影响，而且安装位置必须满足民用机场飞行区技术标准、现有机场布局和运行需求、探测区域的覆盖、未来机场规划发展等要求。

　　（四）各系统性能指标对比

　　表1将前文所述的4个系统的具体性能技术指标进行了对比，可供机场相关人员在进行该系统设计选型时参考。

表1 各探测系统性能指标对比表

　　这4种探测系统为机场提供了很宽的性能和价格选择范围，不限制机场应用何种FOD探测技术。机场可以根据自身实际情况，如飞机的数量及种类、监控区域的数量种类及位置、探测的精度、机场的气候条件等因素综合确定具体选择何种FOD探测技术。

　　三、机场跑道异物探测发展趋势

　　机场跑道异物检测是保障飞机安全运行的重要手段，随着科技的进步，机场跑道异物检测技术将朝以下方向发展。

　　（一）多种先进技术结合检测

　　目前FOD检测系统多以毫米波雷达或光学摄像机为基础进行FOD目标检测与识别。随着技术的进步，采用毫米波雷达信息、可见光、红外图像信息等多源信息融合技术实现对机场跑道FOD的实时探测，将成为机场跑道异物检测的主流模式。集成传感器网络，计算机网络，多源数据获取、处理与融合等技术，能够有效整合各种数据，实现对FOD目标做出快速反应，提出告警，尽可能降低FOD对飞机安全的威胁。

　　此外，由于飞机起降的数量较多，间隔时间较短，需要不断寻求新的检测技术或新的方法，达到更及时的预警，同时不断完善和改进测量精度，实现实时、更准确的跑道监测。

　　（二）降低系统研发维护成本

　　目前机场跑道异物检测系统还未普及应用，主要原因之一是国外现有系统成本较高，而国内还没有相应成熟的技术和产品。因此，如何降低系统的研制和使用成本，研制国产低成本的FOD检测系统，是业内相关研究人员的关注重点。（供稿：李小燕）