军民两用机场跑道FOD智能探测系统发展的思考
飞机的起降一直以来都是各国十分困扰的问题，尤其是FOD会给飞机起降带来严重的安全威胁，造成大量的财产损失，甚至人员伤亡。
然而由于受制于雷达探测技术、光电技术、图像技术等限制，以及投入资金巨大，目前我国在机场飞机起降安全方面仍然采用人工方式来排除FOD，效率低下、成本高、可靠性低，且难以满足日益繁忙的飞机起降安全保障工作。国外产品高昂的价格、潜在的航空（国家）安全风险，要求我们必须发展自己的国产机场跑道FOD智能探测系统。
机场跑道异物（FOD）及其危害
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、运行区的冰碴儿等等。
FOD引发的危害非常严重。任何一件FOD都有可能在发动机启动后，被强大的吸力吸入高速运转的发动机，导致发动机在滑行、起飞过程中，或起飞后收到损伤；或者对航空发动机的轮胎、集体等部位造成损伤，给航空器地面运行安全带来不稳定因素。看着不起眼的小小垃圾，就有可能损坏航空器的发动机、轮胎等部件，造成几十万甚至几百万的损失，酿成重大安全事故，后果不堪设想。
我国民航局专项调研显示，2007年5月1日至2008年4月28日，全国共发生4564起轮胎扎伤事件，个别机场的每万架次起降轮胎损伤数达到了53.47次。据保守估计，每年全球因FOD造成的损失至少在30-40亿美元。据统计2015至2016年度，跑道异物损伤轮胎增加到6000多次，地面FOD已成为威胁航空安全的主要因素之一，且呈现出上升趋势。军用飞机起降与民用飞机面临着同样的问题，甚至更为严重的威胁，战时紧迫的战斗任务和受损飞机起降撒落的零部件及机体残片更给机场安全带来巨大的威胁甚至影响战局的发展趋向。
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。事件的起因是飞机在跑道上被一块43cm的金属片扎破了飞机轮胎，轮胎爆破产生的碎片击中了油箱，飞机左机翼起火并很快坠毁，这个过程不到1分30秒。此次事件的后果造成协和飞机在2003年10月24日全部退役。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。
2007年，国内某航空公司B747飞机在美国洛杉矶机场滑行中轮胎压到地面上FOD,在随后的起飞滑跑中右机身起落架后面两个轮胎爆破。造成飞机右机身下半部分损伤严重、右机身起落架损伤、起落架舱内损伤、液力系统管路损坏严重。
实验和案例都表明，机场道面上的FOD可以很容易被吸入发动机，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。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。
安全应对现状
航空安全是民航的核心竞争力，事关民航的发展壮大。随着民航运输量的快速增长，外来物损伤问题逐步凸现出来，其已成为威胁民航安全的主要危险源。中国民用航空局机场司、中国民用航空局飞行标准司、2011年颁布了《机场外来物管理规定》，从组织结构、管理制度、安全意识到检测设备，给予了详细规定。规定由机场牵头成立FOD防范委员会，隶属机场安委会管理，联合航空公司、油料、航食、维修企业、各生产保障部门组成综合FOD治理团队。但可靠检测FOD离不开先进技术、先进设备的支撑。
国外发展现状
协和悲剧发生后，美国、英国、以色列、新加坡等世界各国加紧开展跑道FOD探测系统的研发，主要技术途径是通过W频段探测雷达和视频系统相结合，利用该频段雷达的高精度特性进行不同方式的探测，通过与其相适应的视频系统进行确认，实现对机场跑道FOD的实时监测，防止由此造成的灾难。
国外FOD探测系统主要有英国QinetiQ公司的Tarsier（眼镜猴）Foreign Object Debris radar detection system——眼镜猴系统、以色列的Xsight公司开发的FODetect系统、新加坡开发iFerret智能视频探测系统、美国Trex Enterprises公司开发的FOD Finder系统等。
（1）眼镜猴系统最先在英国及美国德州空军基地使用，2006年第一次装备温哥华机场，首次在民用机场使用跑道异物侦测系统。主要采用W波段、连续调频雷达进行地面侦测，后续添加了视频系统，具有探测距离长、波速窄和分辨率高、灵敏度高等特点，能够对目标位置准确地定位，可对目标进行实时自动探测和识别，能及时、可靠地探测到跑道上最大雷达散射截面为0.01m2杂物并予以定位。添加视频设备后使监控人员可以通过观察判断探测结果是否属实，大大提高了探测准确率。2008年升级后的新系统在英国希斯罗南跑道使用，使用效果良好。
（2）FODetect系统由以色列的Xsight公司开发，系统由77GHz毫米波雷达和摄像设备所组成，多个道面监测单元（SDU）分别安装在不同位置的跑道边灯上，每个SDU都对跑道中线附近的区域进行扫描，发现FOD后，可以立即向机场管理人员发出报警信息，告知FOD的准确位置以及发现时间。而后，设备会拉近镜头，提供FOD的视频图像，发现FOD之后，传感器会锁定FOD的位置，以帮助机场管理人员将FOD取走，在夜间，还可使用激光指示器协助将FOD取走。
（3）iFerret智能视频探测系统，通过在跑道上每隔一定间距装置先进的高分辨率功能的摄像机，自动探测和辨认跑道上的障碍物，复杂的图像处理软件可以针对变化的照明和路面条件作出适当的调整。发现FOD后，系统能够放大物体的图像，给用户提供碎片的实时图像，让用户看到发现的物品。iFerret系统能够提供精确的位置、报警的时间、FOD的图像和系统发现后的持续报警记录。该系统的精度能够达到探测大小为1cm的物体。iFerret现应用于新加坡的樟宜国际机场，但该系统受亮度和天气的影响较大，在能见度低的情况下具有很多局限性，性能受到黑夜和阴雨天气环境的影响和制约。
（4）FOD Finder系统是由美国Trex Enterprises公司开发的一套移动监控系统，可以安装在车辆的车顶。系统由监控系统与后台软件处理系统组成，监控系统使用的是78-81GHz毫米波雷达、高精度的GPS定位系统和摄像系统，雷达探测半径为200米，装在车顶的一个雷达罩中；摄像系统也装于车顶，用于跟踪所发现的FOD；GPS定位装置用于锁定探测区域和标示FOD的地理位置。
可见，国外领先FOD探测系统实现基本路径是通过雷达探测发现目标、视频监控确认目标、告警、安排维修。单一雷达探测或视频监控因其自身存在局限性，比如雷达探测准确率不高、视频监控容易受天气环境影响等，向雷达和视频复合探测发展，并具备智能化特征，可以通过系统实现对FOD的自动探测发现目标和自动确认。
国内技术及产品发展现状
国外对该频段雷达的相关技术（主要是信号源和放大器及信号处理软件）以及雷达光电复合探测技术对我国进行封锁，我国多家研究机构启动过相关研究，上海市、民航二所等多家单位立项研发，但均未获得实质性突破，未达到实用水平。
我国亟待发展FOD探测系统
（1）FOD引发航空安全风险呈上涨趋势
中国民用航空局发布2016年民航机场生产统计公报中显示，2016年我国境内民用航空机场218个，旅客吞吐量10亿人次。而根据2007-2008和2014-2015年FOD引发安全风险数量从4000多起增长到6000多起，可见FOD造成安全隐患随着机场旅客和航班数量的增加呈上涨趋势。面对如此多的机场和旅客安全，有必要开发先进的FOD探测系统并装备机场，以提高机场安全保障能力。
（2）国产FOD探测系统有利于规避国家安全风险
目前，我国FOD探测系统研制已经起步并取得了一定的进展。然而国内市场上在售成熟产品均为代理的国外产品，如果不加快国内研发，随着国外产品成本降低，大量使用外国产品，将导致我国在航空安全现代化方面受制于人。军用机场使用国外装备系统，也会给国家安全带来巨大隐患。
（3）市场前景广阔
据民航局统计和网络数据估计，我国军民用机场总数大约在600个左右，按照此数据估算，该产品市场空间有百亿以上。目前国际市场由于国外产品价格奇高，除了发达国家的个别机场装备类似系统，绝大多数机场仍然是空白，对此，全球市场空间更为广阔。一旦研制成功将成为我国进一步推动“一带一路”建设的又一拳头产品。
我国FOD探测系统发展目前存在的主要问题
（1）成本居高不下
一是现有产品价格高，从当前国内市场看，FOD探测系统主要为外国企业产品垄断，一条跑道投资需数千万甚至上亿，成本奇高。这也导致国内绝大多数机场对该设备望而却步，处在观望状态。二是国产产品研发需要较高投资，特别是试验、检测、试制环节投入较高，需要3-5亿元科研经费及试制条件保障投入，一般企业难以支撑。
（2）存在技术瓶颈
一是国内民口企业受制于雷达探测技术水平，微小目标探测精度低、雷达地面探测虚警率高，不具备工程应用条件，虽然有的装备已经投入试用，但距离真正的实战应用还需要较长的路走。二是军口单位在雷达地面超小目标探测、虚警识别、雷达与光电系统融合等取得的成熟技术，在民用市场未推广应用。
（3）缺乏统一的标准规范
尽管民航局2011年颁布了《机场外来物管理规定》，但是对FOD探测设备相关国家标准和军用标准尚未建立，国际上也无同类标准规范，仅有美国联邦航空局于2009年发布的关于FOD应用的AC No：150/5220-24号咨询报告，第一次对FOD监测系统的规范提供了依据。
关于发展FOD探测系统的思考与建议
（1）注重先进军用技术在民用领域的推广
近年来，我军在雷达探测，尤其是地面超小目标探测雷达技术大幅提升，具备甚至超过国外同行业水平。雷达与光电系统融合技术也已经成熟，降低雷达虚警率，具备工程应用条件。一旦在民用领域应用可快速形成工程化产品并投放市场，届时也能够通过技术升级迅速转化用于军用机场。
（2）加大对FOD探测系统研发扶持力度
由于FOD探测系统组成复杂、技术含量高，在光电、雷达、智能控制等领域具有较高的技术引领和人才育成作用，且具有广阔的军民用市场前景。国家如能加大对FOD探测系统研发扶持力度，支持具有技术能力的企业团队建立完善的研发、检测、试制保障条件，将有利于促进快速形成较大的社会效益和经济效益。
（3）注重智能程度的提升
FOD探测系统，从一开始就带有智能化的特征，但是目前来看，国际产品智能水平还有较大提升空间，如在智能探测、智能确认、智能控制、智能FOD清除等方面，还需要大量的人工参与。这些智能化、信息化水平方面我国与国外技术水平甚至还具有一定的优势。我国应利用这一优势实现对国外同类产品的弯道超车。
（4）注重环境适应性
系统按野外军用设备进行设计，能在全天候可靠工作；设计的雷达分系统信息处理模块，能有效克服背景、天气、环境等造成的干扰；光电分系统设计了激光辅助光源，选用具备穿雾功能的光学器件；控制分系统对动系统工作、探测进行统筹和优化，在确保探测能力的同时，可进一步提升系统的环境适应性能力。
（5）注重降低成本
国产FOD探测系统，使用国内成熟技术和产品，核心关键技术打破了国外技术垄断，使得产品研发成本和制造成本大幅降低，有利于成为国内乃至“一带一路”国家装备的起、用的起的安全保障设备。
（6）注重建立FOD监测系统标准规范
在还没有完善的国际标准情况下，应加快建立和完善我国机场外来物管理及探测设备相关标准规范，以利于规范市场竞争和产品研发，争取在FOD探测系统领域引领有利于我国相关产业发展的标准规范。
随着社会经济发展，机场使用越来越频繁，FOD出现几率越来越高，给军民用机场跑道安全带来日益严重安全威胁情况下；积极发挥军民口企业和科研机构人才和技术优势，发展军民两用机场FOD智能探测系统，将快速有效提升我国民航和军用机场安全保障能力。对提升我军战斗力和国家经济实力均有着积极的意义。
