渔航仪器第六章 航海雷达

第六章 航海雷达,第一节 雷达测距测方位基本原理,一、测距原理 因为超高频无线电波在空间传播时具有等速、直线传播的特性，并且遇到物标有良好的反射现象，所以，如果记录雷达脉冲波离开天线的时间和无线电脉冲波遇到物标反射回到天线的时间，则物标离天线的距离H可由下式求出 ：H=1/2ct,二、测方位原理 因为超高频无线电波在空间的传播是直线的，所以，只要把天线做成定向天线，即只向一个方向发射，也只接收这一个方向目标的回波，那么，天线所指的方向就是物标的方向。如果天线旋转，依次向四周发射与接收，当在某个方向收到物标回波时，只需记下此时的天线方向就可知道物标方向。,三、雷达基本组成结构,船用雷达由以上七个基本部分组成。在实际设备中，有各种组合方式。一般说来，触发电路、发射机、接收机和收发开关装在一个机箱里，称为收发机(Transceiver)。其余三部分各自一个独立机箱，所以常见的雷达设备有天线部件、收发机、显示器和中频电源四个机箱，这种雷达常称为三单元雷达(因在新型导航雷达中，中频电源都分散在各分机中，故电源部件不算基本单元)。也有些雷达，把收发机装在天线底座中，装在桅顶上，合称为天线收发机单元，则雷达设备由天线收发机单元及显示器两部分组成，这种雷达称为二单元雷达。,1 触发电路,触发电路又称触发脉冲发生器、定时器或定时电路等。其任务是每隔一定时间(例如1 000Ps)产生一个作用时间很短的尖脉冲(触发脉冲)如图113中(；1)分别送到发射机、接收机和显示器，使它们同步工作。,2发射机(Transmitter),发射机的任务是在触发脉冲的控制下产生一个具有一定宽度(005Ps一2ps)的大功率(3kW一75kW)超高频(如X波段9 300MHz一9 500MHz，S 波段2 900MHz一3 100MHz)的脉冲信号，即发射脉冲f或舔射频脉冲)如图113b)所示。射频脉冲经波导馈线送入天线向外发射。,3天线(Scanner；Antenna；Aerial),雷达天线是一种方向性很强的天线。它把发射机经波导馈线送来的发射脉冲的能量聚成细束朝一个方向发射出去，同时，也只接收从该方向的物标反射的回波，并再经波导馈线送入接收机。 雷达天线由驱动电机带动并按顺时针方向(从天线上方向下看)匀速旋转，转速一般为15rrain一30rmin。天线系统还向显示器发出船首位置信号和天线 信号。,4接收机(Receiver),由于从天线送来的超高频回波信号十分微弱b一般仅有几个微伏(PV106V)的幅度，而显示器显示需要约几十伏的幅度而且应是视频信号，因此，必须将回波信号放大近百万倍才行。雷达中的接收机均采用超外差式接收机。它把回波信号先进行变频变成中频回波信号，然后再放大、检波、再放大，变成显示器可显示的视频回波信号 。,5收发开关(TRswitch；TRcell),在船用雷达中，发射与接收是用同一副天线进行的。天线与收发机间用一根微波传输线。收发开关的作用是在发射时自动关闭接收机人口，让大功率发射脉冲只送到天线向外辐射而不进入接收机，以防止它损坏接收机；而在发射结束时，又能自动接通接收机通路让微弱的回波，信号顺利进入接收机，同时关断发射机通路，以防止回波信号能量的流失。,6，显示器(Display；Indicator),船用雷达的显示器是一种平面位置显示器(即PPIPlanePositionlidicator)。传统的显示器在触发脉冲的控制下产生一个锯齿电流(如图113e)，在屏上形成一条径向亮线(即距离扫描线)，用来计时、计算物标回波的距离，同时，这条扫描线由方位扫描系统带动随天线同步旋转。这样，显示器根据接收机送来的回波信号、天线送来的方位信号将物标回波显示在物标所在的方位和距离上。此外，显示器还配有测量物标方位、距离的装置，以测量物标的方位和距离。,7雷达电源设备(PowerSupply),电源设备的作用是把各种船电变换成雷达所需的具有一定频率、功率和电压的专用电源。现在雷达均采用大功率稳压电源供电，电源电压一般在12V一40V之间。,第二节 雷达使用性能及其影响因素,航行在不同海区的各种用途的船舶，对所配备的船用雷达的各项使用性能的要求也不尽相同，如远洋航行的大型船舶，最关心的是要雷达能尽早发现远距离物标，以便进行远距离定位，即要求雷达的远距离性能好。对于航行在沿海和内河的小型船舶，最关心的是图像的清晰度，以便于避碰，即要求雷达的图像分辨力高，盲区小，近距离性能好。此外，不同的船舶对雷达的分机尺寸、结构、要求承受的摇摆、振动程度及环境温度、湿度的适应性等也不尽相同。,船用雷达的使用性能除了与雷达本身的各项技术指标(例如工作波长、脉冲宽度、发射功率、接收机灵敏度、天线波束宽度等)有关外，还受外在因素(例如大气折射、海面反射及外界干扰波等)的影响。只有深刻理解了雷达使用性能与其影响因素之间的关系，才能真正掌握所使用雷达的探测能力及其局限性，做到心中有数，从而正确判断和使用雷达提供的回波信息，以保证船舶航行安全。,1最大探测距离,几何地平光学地平雷达地平,2最大作用距离,一台雷达在一定的电波传播条件下，对某一特定的物标，雷达能满足一定发现概率时所能观测的物标最大距离即为该雷达的最大作用距离，它表示雷达探测远距离目标的能力。因为它既与雷达的许多技术参数(技术指标)有关，又与目标的反射性能、电波传播条件及外界干扰等因素有关，所以它并不是一个固定数值。,雷达技术参数和物标的影响1）天线发射的脉冲功率2）天线增益3）工作波长4）接收机门限功率5）物标有效散射面积,其他影响因素:1)海面镜面反射影响2)海浪干扰影响3)大气衰减影响,3最小作用距离,影响因素1）发射脉冲宽度2）收发开关时间3）雷达盲区,4距离分辨力,雷达的距离分辨力表示雷达分辨同方位的两个相邻点物标的能力，以可分辨的两物标之最小间距表示，越小表示雷达距离分辨率越高。当同方位的两个物标逐渐靠拢时，雷达屏上两个物标的回波亮点也将逐渐接近，当两个回波亮点相切时，两物标间的实际距离即为雷达的距离分辨力。,影响因素1）发射脉冲宽度2）接收机通频带3）光点尺寸4）所用量程,5方位分辨力,雷达的方位分辨力表示雷达分辨同距离的两个相邻点物标的能力，以可分辨的两物标之间的最小夹角表示，越小表示雷达方位分辨率越高。,影响因素1）水平波束宽度2）光点尺寸3）回波离扫描中心的距离4）所用量程,第三节 雷达观察与干扰,一、雷达显示方式雷达显示方式分相对运动显示方式和真运动显示方式。实际中常用的为相对运动显示方式的两类:1 船首向上显示方式不用接入航向信号，直观，图像不稳定，只能读物标相对方位。2 真北向上显示方式必须接入航向信号，图像稳定，可直接读物标真方位。,二、干扰物标回波的因素一、雷达扇形阴影区 雷达波束在传播路途中被本船上的前桅、将军柱、烟囱等高大构件或建筑物阻挡和吸收，致使雷达在这些遮蔽物体后面无法探测到其它物标，结果在荧光屏上对应的区域形成探测不到物标的扇形暗区，这种扇形暗区称为雷达扇形阴影区 。,阴影区的大小主要取决于天线与有关构件的间距、构件大小及与天线的相对高度。高度等于或高于雷达天线的构件，其尺寸越大，离天线越近，则阴影区越大。显然，这对雷达观测物标是极为不利的，所以，应精心考虑雷达天线的安装位置及高度，尽量减小阴影扇形，尤其是要避免在船首方向出现阴影区。航行中，如对阴影区是否存在物标有疑问时，可暂时改向识别之。,二、假回波在雷达观测中，有时同一个目标在荧光屏上多处显示，或显示的回波并不是目标的真实位置，这种多余的、影响雷达正常观测的回波，称为假回波。1 间接反射假回波除了真回波外，在反射体的方位上有时会出现一个距离等于反射体至物标的距离和反射体至天线的距离之和的假回波，称之为间接反射假回波 。,2 多次反射回波雷达波在本船和正横近距离强反射体之间多次往返反射，均被雷达天线接收而产生的假回波，称为多次反射回波。 3 旁瓣回波由天线波束的旁瓣扫到近处强反射物标所产生的假回波，称为旁瓣回波。4二次扫描回波当出现超折射现象非常强烈时，雷达的探测距离将大大增加。若远处物标回波返回天线的延时时间大于雷达脉冲重复周期时，则由第一次发射产生的物标回波将显示在第二次扫描线上而形成的假回波，称为二次扫描回波。,三、干扰杂波1海浪干扰主要集中在扫描中心附近，上风舷干扰大。2雨雪干扰成疏松棉絮状。3同频干扰4电火花干扰5明暗扇形干扰,第三节 雷达导航,一、雷达避险1距离避险线障碍物与避险物标连线和计划航线接近垂直时，应采用距离避险线。2方位避险线障碍物与避险物标连线和计划航线接近平行时，应采用方位避险线。,二、雷达航标1雷达反射器有金属多面体组成，其回波不能和普通物标的回波区分开。2雷达方位信标主动雷达信标，雷达只能可测得其方位。3雷达应答器被动雷达信标，雷达可测得其距离和方位。,