毫米波雷達日常應用場景的落地：用于監(jiān)測機場跑道外來物和地質形變

近年來，隨著雷達研究成果的日益精進，以及產(chǎn)學研的進一步融合，一些高校雷達研究團隊正在通過成立企業(yè)推進民用雷達在日常應用場景的落地。

成立于2018年的蘇州理工雷科傳感技術有限公司（簡稱：理工雷科）是致力于民用雷達研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的公司。理工雷科依托北京理工大學毛二可院士研究團隊的創(chuàng)新成果，以94GHz毫米波雷達和合成孔徑雷達（SAR）成像為核心技術，研發(fā)了機場跑道外來物監(jiān)測系統(tǒng)、邊坡雷達、無人機載遙感系統(tǒng)等民用雷達應用，是一家具有原創(chuàng)性核心技術開發(fā)能力的公司。目前，理工雷科的機場跑道外來物監(jiān)測系統(tǒng)和邊坡雷達在對應的場景中占據(jù)了較大的市場份額。

應用一：機場跑道外來物檢測

清理機場跑道外來物（FOD）是飛行安全檢查的重要一環(huán)。跑道外來物一旦被卷入飛機，會對飛機的正常運行造成重大影響，引起飛機部件損壞甚至引發(fā)安全事故。民航歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過由跑道外來物引起的重大安全事故：2000年，法國航空4590號協(xié)和式飛機由于輪胎卷起跑道外來物擊穿油箱起火而導致機毀人亡。這一事故加深了民航業(yè)對FOD檢測處置的重視程度。

過去，跑道外來物的清理多由機場工作人員完成。由于人工檢查時間較長且準確度有限，機場希望運用效率更高的自動化技術手段來實現(xiàn)跑道外來物的精準檢測，以解決外來物對機場跑道安全的影響，同時提高跑道的運營效率，減少經(jīng)濟損失，帶來經(jīng)濟效益。針對這一需求，一些雷達研究團隊利用毫米波雷達技術，研發(fā)了運用于機場跑道外來物監(jiān)測的雷達系統(tǒng)。理工雷科作為核心毫米波雷達的供應商，配合民航二所在大興機場、天府機場商業(yè)落地了國產(chǎn)自研的跑道外來物監(jiān)測系統(tǒng)。

據(jù)悉，毛二可院士創(chuàng)新團隊在94GHz毫米波技術軍民兩用的領域走在國內(nèi)前列。理工雷科研發(fā)的系統(tǒng)運用頻率為94GHz、波長為3mm的毫米波，頻率高且波長短，適用于對微小目標的探測。并且得益于在軍用民用94GHz雷達研發(fā)中的積累，團隊擁有一個基于大量實驗數(shù)據(jù)的雷達目標特性數(shù)據(jù)庫，能夠通過機器學習、智能化信息處理算法提升系統(tǒng)的目標識別能力，可以探測到厘米級微小目標，RCS（雷達散射截面積）小于萬分之一㎡。

在抗干擾能力方面，這一雷達利用自研算法剔除了鳥類、塑料袋等不影響飛行安全的物體，以保證低水平的虛警率，保證警報準確性。并且，由于目前國內(nèi)主流的車載雷達普遍運用76GHz-81GHz的頻段，未來智能交通的興起也難以對94GHz的雷達造成沖突和干擾。

目前，理工雷科的機場外來物雷達檢測系統(tǒng)有邊燈型、塔架型、車載型三種形態(tài)。這三種形態(tài)的特點和商用部署程度如下：

- 邊燈型系統(tǒng)安裝在跑道邊燈旁邊，平均每60m安裝一個探測器，是目前最常用的雷達部署方式。邊燈型系統(tǒng)是適用范圍最廣、商業(yè)落地比重最多的一種，理工雷科是國內(nèi)唯一開展邊燈型雷達設備商用部署的公司。

- 塔架型系統(tǒng)安裝在垂直于跑道中線、高5-7米的塔架上。一條跑道需要配備3-10個探測器。蘇州理工雷科的塔架型系統(tǒng)產(chǎn)品還在市場推廣階段。產(chǎn)品有監(jiān)測范圍大的優(yōu)勢：一條跑道上只需部署3-4個塔架即可完成監(jiān)測。目前，國內(nèi)已開展塔架型雷達系統(tǒng)商用部署的公司為成都賽英科技。

- 車載型系統(tǒng)搭載在車輛上，通過車輛的繞行實現(xiàn)監(jiān)測。蘇州理工雷科的車載型產(chǎn)品采用合成孔徑雷達（SAR）成像，目前也還處于市場推廣階段。國內(nèi)機場目前使用的車載型系統(tǒng)普遍為進口產(chǎn)品。

理工雷科的邊燈型產(chǎn)品已在國內(nèi)機場的2條跑道上商業(yè)部署，目前已獲得約數(shù)千萬人民幣的凈收入。

2019年，民航局發(fā)布第70號文件，建議2035年前實現(xiàn)國內(nèi)大中型機場的外來物檢測系統(tǒng)全覆蓋。我國國內(nèi)年旅客吞吐量達千萬級的大中型機場有40多個，共有跑道70多條。因此，目前機場外來物監(jiān)測系統(tǒng)的市場還有很大的增量，預計這一市場會進一步鋪開。

應用二：地質形變監(jiān)測

過往由于露天礦山崩塌、泥石流等地災災害，對老百姓的人身和財產(chǎn)安全造成較大的損失。防范與監(jiān)測地質災害已形成了巨大的需求。在地質災害發(fā)生前，山體或者地表會發(fā)生或大或小的形變。雷達能夠提前探測地質形變，可結合地質模型對災害進行預警預報。因此，民用雷達也可應用于露天礦山、水電站、鐵路公路等場景。

針對這一場景需求，理工雷科研發(fā)了邊坡形變雷達監(jiān)測系統(tǒng)。這一系統(tǒng)采用合成孔徑雷達（SAR）成像技術和雷達圖像差分干涉技術（D-INSAR），可對地表成像，并對有一定時間間隔的兩張成像圖片進行對比，檢測地表的形變狀況。據(jù)悉，公司研發(fā)的監(jiān)測系統(tǒng)可探測亞毫米級的形變。

理工雷科之外，意大利的IDS公司、瑞士的GAMMA公司、國內(nèi)的中安國泰都致力于研發(fā)邊坡形變雷達監(jiān)測產(chǎn)品。這些公司都運用SAR和D-INSAR技術，推出了自己的第一代滑軌型產(chǎn)品。理工雷科的滑軌型產(chǎn)品軌道長度約2米，重量約60~100kg，測量精度可達0.1mm上下。中安國泰的產(chǎn)品指標與其類似。且這兩類國產(chǎn)產(chǎn)品的價格相較于國外公司產(chǎn)品更有優(yōu)勢。

第一代滑軌型產(chǎn)品技術精度良好，但存在體積較大、運輸成本較高的問題。針對這一問題，理工雷科通過一年多的時間，研發(fā)了第二代MIMO（多輸入多輸出）邊坡雷達產(chǎn)品，采用相控陣電掃方式，這一技術使產(chǎn)品規(guī)格縮小且更加便攜。產(chǎn)品長度為1.5米，重量在20kg以內(nèi)，可單人背負，適用于應急監(jiān)測和野外監(jiān)測。目前，理工雷科是同類公司中唯一滿足產(chǎn)品輕量化需求的公司。

針對邊坡雷達產(chǎn)品，理工雷科采用多樣的商業(yè)模式，可以出售、租賃設備，或為客戶提供數(shù)據(jù)服務。目前公司產(chǎn)品在首鋼、包鋼、紫金礦業(yè)、平朔煤礦、九寨溝震后修復等項目都有商業(yè)應用，可以完全取代進口設備。當前公司在邊坡監(jiān)測領域的年營收約為1500萬元。

公司也已與國家和地方的自然資源、應急管理相關部門開展合作，可以為我國第一次全國自然災害綜合風險普查提供相應的設備和技術支持。

目前市面上主流的地表形變監(jiān)測技術有三種：星載SAR技術、北斗導航高精度定位技術和地基SAR技術。蘇州理工雷科采用的是邊坡雷達是基于地基SAR技術。這幾種形變監(jiān)測方式各有優(yōu)勢，可以相互補充。具體特點如下：

- 星載SAR技術利用衛(wèi)星，可以進行大面積非接觸式測量。但衛(wèi)星存在重訪周期較長，數(shù)據(jù)更新頻率低，南北向滑坡形變不敏感等問題，因此更適用于大范圍、長期的普查，例如高鐵、公路的長期形變監(jiān)測，以及石油管道、城市沉降等的勘察工作。

- 北斗導航高精度定位技術已十分成熟，精度可達厘米級，數(shù)據(jù)刷新頻率可達小時級，且成本較低。但為了架設設備需要在測量地施工，設備的部署和維護難度較高。因此這一技術更適用于長期項目的監(jiān)測。

- 地基SAR技術原理和星載SAR基本一致，只是觀測位置和角度不同。地基SAR的數(shù)據(jù)刷新頻率更高，且更具靈活性，可對各個方向進行形變監(jiān)測。和北斗技術相比，運用SAR技術的設備不需要現(xiàn)場施工，但設備成本更高。

考慮到數(shù)據(jù)更新頻率和設備便攜程度，理工雷科采用邊坡SAR技術進行監(jiān)測。為了精進設備使用效果，深入行業(yè)應用，公司也正在對交互設計、地質信息管理等方面進行優(yōu)化。

雷達監(jiān)測產(chǎn)品擁有的廣泛市場前景

雷達技術從軍事應用起家，近年來逐步滲透到民用領域。蘇州理工雷科研發(fā)的外來物監(jiān)測、形變監(jiān)測雷達是民用雷達的重要應用，與競爭激烈的無人駕駛雷達、智能安防雷達相比，這兩個應用領域的雷達系統(tǒng)復雜度較高，技術門檻相對更高，參與者較少，尚有許多待開拓的新應用市場。

按照民航局的規(guī)劃，機場外來物監(jiān)測系統(tǒng)將在未來10-15年間逐漸成為大中型機場必備的系統(tǒng)。目前國內(nèi)仍有大量跑道等待部署這一系統(tǒng)，因此預計蘇州理工雷科在這一場景將繼續(xù)獲得收入。但這一場景缺少市場增量，未來系統(tǒng)部署完畢后，公司持續(xù)在這一場景獲得收入的可能性較小。

運用雷達進行地質形變監(jiān)測也正在成為災害防范場景的新選擇。由于基礎設施和地質災害的風險存在隱蔽性，很難通過人力開展大規(guī)模有效排查，且雷達擁有高準確性和大面積監(jiān)測的優(yōu)勢，因此已成為災害預警的重要技術。據(jù)悉，理工雷科在這一場景的設備占有率排在國內(nèi)同類公司的前列。

目前，理工雷科的年營收約為3500萬元，成立兩年已實現(xiàn)盈利，歷年研發(fā)投入占比約為20%-25%。公司團隊全職員工人數(shù)約為50人。公司首席科學家姚迪博士曾參與多項863課題和國家重大專項子課題。2011年起，姚迪擔任北京理工雷科電子信息技術有限公司雷達系統(tǒng)方向的負責人，在任職期間負責某重點型號雷達系統(tǒng)研制的課題。2018年，姚迪牽頭策劃了理工雷科民用雷達產(chǎn)品發(fā)展的型譜及路線圖，并作為聯(lián)合創(chuàng)始人建立了蘇州理工雷科傳感技術有限公司。

理工雷科將在近期完成A輪融資，融資將主要用于機場跑道外來物系統(tǒng)的市場推廣和94GHz毫米波新產(chǎn)品、合成孔徑雷達新產(chǎn)品的研發(fā)。

責任編輯：xj

原文標題：理工雷科毫米波雷達用于監(jiān)測機場跑道外來物和地質形變

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