第五章-雷达定位与导航-课件.ppt

第五章雷达定位与导航l雷达定位就是用雷达测出物标的距离和或方位，在海图上作图求出自己的船位1第五章雷达定位与导航l要船位准确就要做到：l(1)物标要认得准、选得合适；l(2)测量方法要正确；l(3)测量数据要准；l(4)测量速度要快2第五章雷达定位与导航精品资料你怎么称呼老师？如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？教师的教鞭“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘”“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早”第一节物标的雷达图像l雷达是用以一定速度(1530rmin)匀速顺时针旋转的定向天线向外发射具有一定宽度的(o052us)超高频无线电脉冲波并定向接收从物标反射回来的回波，由显示器根据电波从天线至物标间往返所经历的时间计算的距离及接收天线送来的方位信号，以加强亮点的方式在荧光屏上显示物标的相对于本船的距离和方位因此，物标的雷达图像不同于物标实际的形状也不同于海图上标志的形状主要区别有如下几个方面：5第五章雷达定位与导航l一、雷达图像是平面位置图像l从雷达的工作原理可知，在雷达荧光屏上显示的是物标相对于本船(天线)的方位和距离，不能显示物标的高度、厚度和水下的深度。

如图511所示的小岛，雷达显示屏上仅显示小岛迎向雷达天线一侧各点相对于天线的方位、距离的回波亮点的组合，它的形状近似于小岛迎向天线一侧侧面在与天线高度相等的水平面上的垂直投影面形状6第五章雷达定位与导航二、图像的径向(距离)扩展和缩小l1径向缩小l由于雷达地平和较高物标的遮挡效应(阴影扇形)的影响,物标回波图像的径向长度会比实际长度短l因为雷达波不能穿透物标，所以不能探测到物标背后的物标，如山脊后面部分的山坡不能被探测到，小岛回波的径向长度比小岛实际的径向长度缩短了7第五章雷达定位与导航8第五章雷达定位与导航l因为地球是圆的，雷达波又是直线传播的，所以雷达的探测距离是有限的考虑了地球曲率、天线高度以及大气对无线电波的折射影响，雷达波在标准大气折射条件下的地平范围为：lDR=2.23hlh-天线在海面上的高度，单位为mlDmax=2.23(h1+h2)9第五章雷达定位与导航10第五章雷达定位与导航l此外，由于物标边缘反射性能差、雷达性能差及控钮调节不当等原因也可能使物标边缘丢失，造成回波图像的径向缩小l回波图像的径向缩小会提高雷达的距离分辨率，但会丢失物标的前、后沿回波，如不注意，会影响测距的准确性。

11第五章雷达定位与导航2径向扩展l发射脉冲宽度、接收机通频带宽度f以及荧光屏光点直径d会使物标回波在半径方向上产生扩展现以点物标为例进行说明l宽度为的发射脉冲打到点物标时，显然，回波的宽度也为宽度为r的回波脉冲通过接收机放大时，会使回波宽度失真变形，增加约1f的宽度，这样，一个点物标的回波宽度变成C(+1f)212第五章雷达定位与导航l显示器荧光屏在显示物标回波时，是由扫描光点的移动形成的这样，会使回波沿半径方向向里和向外各伸展半个光点直径荧光屏上一个光点直径相当于海面上的实际距离为2RdD，则点物标回波两端各伸展的距离为:lRdDl式中：R量程；ld光点直径；lD荧光屏直径13第五章雷达定位与导航l综合起来说，一个点物标将沿半径方向向内伸展Rd/D的距离，向外伸展C(+1f)2+Rd/D的距离，如图514所示l此外，目标闪烁和控钮调节不当等也可能引起物标雷达回波图像的径向扩展14第五章雷达定位与导航15第五章雷达定位与导航l物标回波图像的径向扩展降低了雷达的距离分辨率，可能使相邻的两个物标回波连成一个回波，也降低了雷达的测距精度，但可提高雷达的探测能力16第五章雷达定位与导航二、图像的横向(方位)扩展和缩小l1横向缩小l如前述，雷达地平和阴影扇形的影响会使回波图像的横向宽度缩小。

l此外，由于物标两端的反射性能差、雷达性能差以及控钮调节不当也会使物标两端的回波减弱，乃至丢失，造成整个物棕图像的横向宽度缩小从显示器荧光屏上物标回波形成的过程看，回波亮度的分布是中间亮度最强两侧较暗若扫描亮度、增益控钮稍些，波的两侧边缘也会向中缩l17第五章雷达定位与导航l物标回波图像的横向缩小可提高雷达的方位分辨率，但可能丢尖物标的真正边缘造成雷达测方位的误差18第五章雷达定位与导航2横向扩展l物标回波在荧光屏上显示时也会产生横向扩展其主要原因是天线的水平波束宽度H和荧光屏的光点直径d19第五章雷达定位与导航(1)水平波束宽度的影响l雷达天线发射的超高频脉冲是有定的水平波束宽度H的当天线按顺时方向旋转时，波束的右边沿先接触点物标此时，将有回波返回在接着的旋转过程中，一直会有回波返回，直到波束的左边沿离开该点物标时为止这样，荧光屏上点物标将被展宽成宽度为H的弧形回波，如图515所示，即一个点物标回波将两侧各伸展了H2的角度20第五章雷达定位与导航(2)光点直径的影响l从显示器荧光屏显示物标回波的原理可知，由于荧光屏光点直径的影响要使物标回波向两侧各扩展半个光点直径(d2)的张角(见图515)其值为：l式 中：=57、3（d*2R/D*RT）/2=57、3（d*R/D*RT）ld一光点直径；lD一屏直径；lR一量程；lRT点物标离本船的距离。

21第五章雷达定位与导航22第五章雷达定位与导航(3)波束宽度H及光点直径d引起的图像方位扩展大小的比较l由上述()和(2)可知，不管物标在荧光屏上哪个位置，由H引起的方位扩展均是H/2l光点直径d引起的影响则不同：光点离扫描中心越近，光点直径d引起的方位扩展越大；光点离扫描中心越远，光点直径引起的方位扩展越小假定在某处，光点直径d引起的方位扩展(角度)与水平波束宽度H相等，则有：lH=57、3（d*2R/D*RT）23第五章雷达定位与导航l物标回波光点在1/4屏半径处，光点直径引起的方位扩展与水平波束宽度相同RTR4时，则反之，如图516所示24第五章雷达定位与导航l引起物标回波方位扩展的因素除了上述两个主要因素之外，还有目标的闪烁以及控钮的调节不当等原因l物标回波图像的横向(方位)扩展虽然可提高雷达探测物标的能力，但降低了雷达的方位分辨率和测方位精度25第五章雷达定位与导航第二节雷达干扰和假回波l一、雷达干扰l船用导航雷达的荧光屏上除了显示实际物标的回波外，还会显示一些干扰杂波，影响正常的雷达观测这些干扰杂波主要是海浪干扰、雨雪干扰、同频雷达干扰、电火花干扰以及明暗扇形干扰等，面简单介绍它们的特点及抑制的方法。

26第五章雷达定位与导航1海浪干扰l海浪反射雷达波产生的干扰杂波称为海浪干扰其特点是：l(1)近处海浪回波非常强，但随着距离的增加，强度按距离的指数规律(1R4)急剧减弱一般风浪时，海浪干扰范围可伸展到68nmile，大风浪时可达810nmilel(2)海浪干扰的强度还与相对风向有关，上风舷强且伸展得远l(3)海浪干扰的特征是在扫描中心周围呈鱼鳞状亮斑，而风浪大时会变成辉亮实体，淹没其中的弱小物标回波幅度较大的长涌，可在屏上见到一条一条的浪涌回波27第五章雷达定位与导航l(4)海浪干扰的强弱还与雷达的一些技术参数有关：天线高度高、垂盲波束宽度宽，则入射余角大，海浪干扰强；水平波束宽、脉冲宽度宽，则雷达波照射海浪的面积大回波就强；海面平静时，水平极化波的海浪干扰弱，垂直极化波的干扰强；海面有浪(浪高在13m)时则相反，垂直极化波的海浪干扰弱些l此外，海浪回波的大小还与发射频率、天线转速等因素有关；频率高，转速慢，海浪干扰就强很强的海浪回波会淹没海浪回波覆盖区内的物标回波，甚至会使接收机产生饱和或过载，使其失去放大能力而丢失物标回波28第五章雷达定位与导航抑制海浪干扰的方法有：l(1)使用STC钮，减低中频放大器的近距离增益，以抑制近距离很强的海浪干扰，而随着距离的增加，该电路逐渐恢复中频放大器的增益，不会影响对中、远距离物标的探测。

不过，使用STC后可能丢失近距离的弱小物标回波应特别注意不要抑制过大，而且要加强其他方法的嘹望l(2)选用S波段雷达进行规测，但S波段雷达分辨率比X波段差29第五章雷达定位与导航l(3)选用对数(LOG)中频放大器进行观测，但使用对数放大器后会损失测能力会下降，故好天气不应使用它l(4)选用恒虚警率处理(CFAR)电路亦能较好地抑制海浪干扰，但是，使用CFAR处理电路后，也会损失一定的虚警率，丢失强回波后的弱小物标回波l(5)有些雷达，还可采用快转速(80rmin)天线抑制海浪干扰，但它也会损失雷达灵敏度，减弱探测能力30第五章雷达定位与导航2雨雪干扰l降水不仅使雷达波产生衰减，而且还会产生反射形成干扰杂波干扰呈密集点状回波群，无明显的边沿，像疏松的棉絮一样般雨量下，雨回波的强度比船舶、陆地等的回波弱但热带大暴雨的回波会变成一块亮饼，极难与小岛回波分辨开来31第五章雷达定位与导航l雨雪干扰的强度不仅与降雨量大小有关，还与雷达波长、脉冲宽度及天线波束宽度等有波长越短，干扰越强，脉冲越宽，波束越宽，干扰越强，干扰的强弱与降雨区的面积无关32第五章雷达定位与导航l抑制雨雪干扰的方法有：l(1)使用FTC(微分)电路并适当减小增益，可较好地抑制雨雪干扰，但它也微分了物标回波，故可能丢失弱小物标回波。

使用FTC后，可突出回波的前沿，提高雷达的距离分辨率l(2)使用圆极化天线可较好地抑制雨雪干扰，但可能丢失圆球形等对称体物标回波，并使雷达探测能力降低约50因此，好天气及远距离探测时不应使用它另外，在水平极化与圆极化天线问进行转换操作时，应在中间RDY位置停下33第五章雷达定位与导航(3)使用S波段雷达，也可在一定程度减弱雨雪干扰4)使用CFAR处理电路也可较好地抑制雪雨干扰l雨雪干扰会遮盖雷达图像，使图像模糊，强的雨雪干扰会淹没物标回波但有时也可利用雷达探测雨区的位置、移动方向和速席，作为装卸货时决定开关舱时间的参考34第五章雷达定位与导航3.雷达同频干扰l两台距离相近的同频段雷达同时工作时，相互间产生的干扰称为雷达同频干扰这种干扰就是由一台同频段雷达的发射波直接或间接被本台雷达天线接收所造成的，而且不仅主波束会产生，旁波束也会产生l35第五章雷达定位与导航l雷达同频干扰的图像根据两台雷达的脉冲重复频率的差异大小有所不同：l(a)脉冲重复频率相同l(b)脉冲重复频率相近l(c)脉冲重复频率相差很大36第五章雷达定位与导航37第五章雷达定位与导航抑制图像干扰的方法有：l(1)使用雷达同频干扰抑制器。

使用时应注意先将增益、调谐及STC等抗干扰钮调至最佳状态，并关掉FTC电路此外，应注意使用该抑制器后会丢失弱小物标回波，应加强其他方式的嘹望l(2)可适当减小量程，使干扰的影响减弱l(3)改用另一频段雷达工作38第五章雷达定位与导航4.电火花干扰l雷达荧光屏上出现的电火花干扰有多种有的是在固定位置上出现不规则的亮线，这一般是偏转线圈电刷和滑环接触不良引起的有的是位置不定的径向亮线，这可能是机内电源、发射机、接收机等有关器件跳火形成的，这是故障现象，应立即检查、排除后再使用后一种情况，也可能是天电干扰或附近电焊工作引起的，一般影响不大39第五章雷达定位与导航5.明暗扇形干扰l这是由于接收机中AFC(自动频率控制)电路失调引起的，是一种故障现象关掉AFC电路，改用手动凋谐，雷达仍可正常工作40第五章雷达定位与导航二、雷达假回波l在雷达荧光屏上显示回波图像的位置在实际上并不存在物标，这种回波称为假回波船用导航雷达的假回波有如下几种：41第五章雷达定位与导航1间接反射假回波l(1)产生原因l由于：船上具有较好的反射面的烟囱、大桅、吊杆柱及其附近的大船、陆上的大建筑物等对雷达波的间接反射，使雷达波改变方向后射向物标，又将物标的反射回波再反射回天线，这样在雷达荧光屏上形成的回波称为间接回波，如图522。

42第五章雷达定位与导航l在狭水道、港区航行或在锚地锚泊时，附近有大船、桥梁。