雷达知识点总结

雷达知识点总结

1.雷达的工作原理

1 雷达测距原理

超高频无线电波在空间传播具有等速、直线传播的特性，并且遇到物标有良

好的反射现象。

用发射机产生高频无线电脉冲波，用天线向外发射和接收无线电脉冲波，用显示器进行计时、计算、显示物标的距离，并用触发电路产生的触发脉冲使它们同步工作。

2 雷达测方位原理

（1）利用超高频无线电波的空间直线传播；

（2）雷达天线是一种定向型天线；

（3）用方位扫描系统把天线的瞬时位置随时准确地送到显示器，使荧光屏上的扫描线和天线同步旋转，于是物标回波也就按它的实际方位显示在荧光屏上。雷达基本组成

（1）触发电路（Trigger Circuit）

作用：每隔一定的时间产生一个作用时间很短的尖脉冲（触发脉冲），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）

作用：在触发脉冲的控制下产生一个具有一定宽度的大功率高频的脉冲信号（射频脉冲），经波导馈线送入天线向外发射。

参数：X波段：9300MHz—9500MHz （波长3cm）

S波段：2900MHz—3100MHz （波长10cm）

（3）天线（Scanner; Antenna）

作用：把发射机经波导馈线送来的射频脉冲的能量聚成细束朝一个方向发射出去，同时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。参数：顺时针匀速旋转，转速：15—30r/min

（4）接收机（Receiver）

作用：将天线接收到的超高频回波信号放大，变频（变成中频）后，再放大、检波，变成显示器可以显示的视频回波信号。

（5）收发开关（T-R Switch）

作用：在发射时自动关闭接收机入口，让大功率射频脉冲只送到天线向外辐射而不进入接收机；在发射结束后，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，同时关闭发射机通路。

（6）显示器（Display）

作用：传统的PPI显示器在触发脉冲的控制下产生一条径向的距离扫描线，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天线同步旋转。

（7）雷达电源设备（Power Supply）

作用：把船电变化成雷达所需要的具有一定频率功率和电压的专用电源。

参数：中频电源，频率：400—2000Hz

2.1 雷达中频电源设备

1）雷达为什么使用专用电源

避免低频电源设备干扰和缩小雷达体积；

雷达要求稳定、可靠的电源；

防止微波雷达与其它高频用电设备相互干扰。

2）雷达中频电源的技术要求

电压稳定（船电变化±20%，输出小于±5% ）；

中频稳定（400-2000Hz）；

有短路、过流、过压保护措施；

操作简便、使用可靠；

能24小时连续工作；

适应海上的工作环境；

噪声振动小、换能效率高。

2.2 雷达触发脉冲产生器

（1）触发脉冲产生器的作用每隔一定的时间产生一个触发脉冲，分别送到发射机、接收机和显示器，使它们同步工作。

（2）触发脉冲产生电路现代雷达为了提高测距精度，采用一种晶体高频振荡器作为雷达的时间基准器，装在显示器里。触发脉冲由高频振荡器分频得到。

（3）脉冲重复频率（PRF）和脉冲重复周期（PRP）

（4）触发脉冲与雷达量程雷达的脉冲重复频率随量程而改变，在近、中、远量程段各选定一个脉冲重复频率，由量程开关控制变换。

PRF=500Hz～4000Hz 量程越大，PRP越大，PRF越小；反之

2.3 雷达发射机

（1）发射机组成及作用

预调制器：产生一个具有一定宽度的正极性矩形脉冲，控制调制器工作。雷达的脉冲宽度转换在此进行。

调制器：产生一个具有一定宽度、一定幅度（约1万伏特）的负极性高压矩形脉冲（调制脉冲），加给磁控管的阴极。

磁控管：在调制脉冲的控制下，产生相同宽度的大功率超高频振荡脉冲（射频脉

冲），经波导天线向外辐射。

电源：低压电源和高压电源。高压自动延时电路的作用是保证磁控管有3~5分钟的预热时间。

（3）发射机技术指标

工作波长（Wavelength）发射机的工作波长是指磁控管产生的超高频脉冲波的波长。船用雷达的频率范围是：

X波段：9300MHz—9500MHz （波长3cm）

S波段：2900MHz—3100MHz （波长10cm）

脉冲宽度（Pulse Width）脉冲宽度是指射频脉冲振荡持续的时间。

发射功率（Transmitted Power）峰值功率:在脉冲持续期间的射频振荡的平均功率。平均功率:在脉冲重复周期内的输出功率的平均值

脉冲波形（Pulse Wave Shape）发射脉冲的波形是值发射脉冲的包络形状。一般说来，波形越接近矩形越好。

发射脉冲频谱（Radio Frequency Pulse Spectrum）

发射脉冲频谱就是组成射频脉冲信号的所有频率成分的能量分布。

接收机的通频带宽度脉冲频谱要求稳定、对称，旁瓣最大值不大于主

瓣的25%

4）磁控管

磁控管的工作条件，磁控管本身完好；

灯丝加上额定工作电压，阴极加热；

磁控管阴阳极间加上额定的负极性调制脉冲；

磁控管输出负载匹配，波导与天线应连续、

不变形及内部要光洁。

磁控管的检查

（1）查磁控管电流

（2）用氖灯检查

磁控管的使用注意事项（P12）

5)脉冲调制器

调制脉冲的波形直接决定磁控管工作的好坏，要求前后沿要陡，平顶波动小。磁控管需要的高压调制脉冲的脉冲功率很大，而平均功率却很小。

6）发射机的调整

高压自动延时电路调整

磁控管电流的调整

7）发射机的状态判断

判断磁控管是否工作正常

检查磁控管电流；

用氖灯在收发机波导口检查是否发亮

2.4 微波传输及雷达天线系统

1）系统组成及作用

1 波导连接收发机与天线之间，用于传输微波能量。

2 天线用作定向发射射频脉冲信号和定向接收物标回波信号。

3 驱动电机：在相对风速100kn时能以1000～3000r/min的转速启动并驱动天线旋转。

4 传动装置（Driving Device）即减速装置,保证天线以15～30r/min速度匀速转动。

5 方位同步发送机（Bearing Transmitter）将天线的角位置信号变成电信号送给显示器的同步接收机，使扫描线随天线同步旋转。。

6 船首位置信号产生器由一个微型触点式开关和安装在天线旋转齿轮上的一个凸轮组成。每当天线转过船首方向时，凸轮使开关闭合一次，发出一个脉冲信号使显示器里的船首标志电路输出一个方波，在屏上形成一个径向亮线代表本船船首。（触点开关也可以是干簧管）

（2）波导

1）用途为减小损耗，防止辐射、干扰和失真，要使用波导或同轴电缆作为微波传输线，而不能用普通导线或电缆。

1 结构特点:由黄铜或紫铜拉制而成的空心管，内壁光洁度高，界面尺寸由传输的微波波长决定。

.2 电磁波在波导中传导的衰减（P16）

（1）与传输的波形有关

（2）与波导管尺寸有关

（3）与波导材料有关

（4）与波导内表面光洁度和清洁度有关

3 波导元件及其使用（P16）

（1）安装前要检查波导管，管内应清洁

（2）波导总长度不宜超过20m，弯波导不宜超过5个

（3）软波导不能用作弯波导，不宜装于室外

（4）波导管平面接头超天线，扼流接头朝收发机

（5）在收发机波导口要插上云母片，防止波导一旦进水直接流入磁控管而损坏磁控管

（6）波导安装时要防止波导受力

综合考虑，一般3cm雷达使用波导作馈线，在10cm雷达中，用同轴电缆作馈线。3雷达天线

主要技术指标

（1）方向性图

（2）方向性系数

（3）天线效率

（4）天线增益（Antenna Gain）

天线增益的大小直接影响雷达的作用距离，与天线的有效面积有关，一般而言，天线尺寸越大，雷达的作用距离越远（假定雷达发射功率足够）。

（5）天线波束宽度（Beamwidth）

在天线功率方向性图中主瓣波束的两个半功率点方向间的夹角称为主瓣的波束宽度。在场强方向性图中，等于场强值为0.707时的两个方向间的夹角。

隙缝波导天线

隙缝波导越长，隙缝数越多，水平波束宽度越窄、方向性越好。

隙缝波导天线主瓣轴线方向会偏离天线窗口中点法线方向的顺时针方向约3-5度，称偏离角。在安装天线底座时要注意校正。

水平极化波在海面平静状态，水平极化波引起的海浪干扰杂波最小。

垂直极化波利用10cm波长的垂直极化波抑制海浪干扰。

圆极化波圆极化波可以较好的抑制雨雪干扰

2.5 雷达接收机

1）接收机的组成及各部分作用

.1 变频器

作用是把雷达超高频回波信号变成频率较低的中频回波信号。

船用雷达接收机的中频一般为30MHz或60MHz。

.2 中频放大器

把微弱的中频回波信号不失真的放大十几万倍，然后送去检波

.3 检波器

把经过放大后的中频回波信号去掉中频成分，取出包络，变成视频脉冲信号。

4 辅助电路

增益控制电路（Receiver Gain Control）

作用：改变接收机中放的增益（放大倍数），实现对回波强度的控制；

海浪干扰抑制电路（Anti-Clutter Sea Control）

作用：抑制海浪的干扰；

自动频率控制电路（Auto Frequency Control）

作用：自动控制本机振荡器的频率，使混频器输出稳定的中频信号，显示屏上回波稳定清晰。

2）接收机的主要技术指标

1 灵敏度（Sensitivity）

表示:接收机接收微弱信号的能力；

参数：最小回波信号功率（接收机门限功率）

注意：①Prmin越小，接收机灵敏度越高，雷达作用距离越远；

②△f表示接收机通频带宽度,其值越小,则Prmin越小,接收机灵敏度越高。.2 通频带（Band Width）

表示：接收机能有效放大的信号频率范围；

参数：输入信号电压放大倍数从中心频率f0的最大值1下降到0.707时两个对应频率之差。

通频带宽→捕获多，失真小→灵敏度低，影响探测能力

通频带窄→捕获少，失真大→灵敏度高，远距探测能力强

3）接收机工作状态判断

.1 调“增益”看噪声变化

正常：顺时针调大“增益”旋钮，屏幕上出现噪声斑点；

故障：无噪声斑点或很微弱。

.2 从晶体电流看变频器的工作

正常：晶体电流值在规定范围内；

故障：无电流→本机振荡器已坏；电流偏小→本机振荡器工作不正常。注意：有晶体电流只能说明晶体和本机振荡器是工作的，不能说明一定有回波输入。2.6 雷达显示器

（1）主要技术指标

.1 平面位置显示器PPI（Plane Position Indicator）

极坐标表示,扫描中心代表天线位置;

物标回波以距离扫描线上的加强亮点表示;

回波亮点至扫描中心之间的距离代表物标距离；

扫描线随天线同步旋转.

2 技术要求

距离:[Rmin ，Rmax]

方位:[0°，360°]

满足测量精度、图像分辨力等要求

（2）雷达显示器的组成

1 阴极射线管CRT（Cathode Ray Tube）

电磁式显象管：电子束聚焦和偏转都用管颈外的线圈产生的磁场实现的。

阴极为信号极，加入负极性回波视频脉冲信号及各种刻度脉冲信号

控制栅极加可调偏压（用面板上“亮度”钮控制）和正极性方波（称辉亮方波，用以控制阴极只在扫描持续期内发射电子）。

第一阳极加+600v电压以加快电子速度。在聚焦圈中加聚焦电流或在聚焦电极上加聚焦电压，实现电子束的聚焦。

第二阳极加约+1000v特高压，加快电子束的速度，轰击荧光屏。

余辉时间：从电子束停止轰击到发光强度衰减到初始值的1%的时间。

船用雷达CRT的余辉时间一般为6～8s，属于长余辉现代光栅扫描雷达则采用短余辉CRT

2 距离扫描电路（Range Sweep Circuit）

延时线（Delay Line）：用来调节扫描线的起始时间，使得扫描起点时刻和射频脉冲离开天线的时刻严格对应，以保证测距的准确。

方波产生器：在经过延时的触发脉冲的控制下，根据不同的量程产生不同宽度的方形脉冲，以控制显示器的扫描电路同步工作。

（3）光栅扫描原理

1 径向圆扫描（极坐标方式）

特点：

荧光屏上扫描线径向扫描的速率取决于量程的大小；

扫描线旋转的速率取决于天线的转速；

物标回波的强度取决于回波视频信号的幅度；

缺点：

物标回波及各种符号视频在屏幕上只能是天线每转一圈才能亮一下，整个屏面上亮度不一；

容易丢失小目标；

在常规雷达屏上标示其他符号十分麻烦、困难。

2.7 雷达显示方式

雷达显示方式的分类

1 船首向上图像不稳相对运动显示

显示特点：

扫描中心代表本船位置，在屏上不动；船首线代表本船船首方向；固定物标与本船等速反向运动；船首线指向固定方位盘的零度；读取物标的相对方位

本船转向时，船首线不动而物标回波反转，使得图像不清晰。

显示优点：

显示非常直观，便于判明目标船的位置；

判断碰撞危险方便，常用作观测瞭望。

显示缺点：若需定位（测量真方位），须加上航向，使用不便

在大风浪天气时，船首偏荡，图像模糊，测量误差大。

2 真北向上图像稳相对运动显示

显示特点：

必须接入陀螺罗经的航向信号；扫描中心代表本船位置，在屏上不动；船首线代表本船船首方向；固定物标与本船等速反向运动；船首线指向航向值固定方位盘的零度代表真北；读取物标的真方位。本船转向时，船首线移向新航向值，而物标回波不动，图像清晰。

显示优点：便于测量物标的真方位；图像稳定，显示清晰；在定位及多该向窄航道中航行使用方便。

显示缺点：当航向在090°～270 °之间时，特别在180 °附近，观测不便，容易搞错物标位置，不利于避碰操纵。

3 航向向上图像稳相对运动显示

显示优点：

具有船首向上的直观显像，判明物标的位置；具有真北向上的图像稳定，直接读取真方位；

在避碰、定位和导航中应用方便。

真运动雷达显示方式的分类

根据本船速度的输入源：计程仪真运动、模拟速度真运动

根据输入速度的类型：对地真运动、对水真运动

根据图像的指向：北向上真运动、船首向上真运动、航向向上真运动

1 真北向上真运动显示

显示特点：

扫描中心在屏上按计程仪或模拟计程仪输入的速度沿着船首向（航向）移动；

扫描中心的正上方代表真北，本船船首线指示航向；

本船转向时，船首线移动，其他物标不动；

其它运动物标按各自的航向、航速移动，固定物标静止不动。

雷达屏幕上的图像显示的是相对静止的画面，如同海图一般，但可以根据本船的位置作漫游，偏心显示可以使本船前方的区域更大。

2 对水稳定真运动显示

显示特点：

速度输入是对水速度，航向是陀螺罗经航向；

本船的船首线在航行中是稳定的；

运动的物标按照它对水的速度和航向航行；

随水漂流的物标（对水静止）在雷达屏上是不动的

固定的物标（系留于地）在雷达屏上按照风流压的相反方向和速度移动

运动物标（包括本船）的尾迹表示该物标的对水速度和航向。

3 对地稳定真运动显示

显示特点：

速度输入由双轴多普勒计程仪输入对地速度;

本船（扫描中心）在屏上将按实际的航迹向及对地速度移动。

本船的航向（船首线指向）与航迹向不一致，有一个偏角，即风流压差角。

固定的物标（系留于地）在雷达屏上是不动的。

运动的物标（包括本船）按照它对地的速度和航向航行；

雷达屏上显示的所有的物标相对与大地的位置变化。

比较及应用：

在狭水道导航时用对地稳定真运动显示比较直观方便；在进行雷达标绘、计算及判断碰撞危险、采取避碰措施时用对水稳定真运动比较方便、准确

3.1 雷达最大探测距离及其影响因素

在标准大气折射条件下，考虑到物标的高度，船用雷达的最大探测距离为：

H1 雷达天线高度H2 物标高度

3.2 雷达最大作用距离及其影响因素

影响因素：（1）雷达技术参数：

①rmax与Pt的四次方根成正比：加大发射机的发射功率，雷达最大作用距离增加，但不显著。

②rmax与Prmin的四次方根成反比：减小接收机的门限功率，雷达最大作用距离增加，但不显著

③rmax与GA和λ的平方根成正比：天线增益和工作波长对雷达的最大作用距离影响较大。

（2）物标反射性能：

物标反射雷达波性能的强弱显然影响雷达的最大作用距离，一般可用物标有效散射面积来表示。

①物标几何尺寸大小的影响：物标的尺寸越大，雷达波束照射到的面积越大，回波越强。

②物标形状、表面结构即入射波方向的影响

③物标材料的影响

④工作波长的影响3cm雷达的雨雪干扰比10cm雷达强很多。

（3）海面镜面反射的影响

(4)海浪干杂波扰的影响

海浪干扰杂波的特点：①离本船越近，海浪反射越强；随着距离增加，海浪反射强度呈指数规律迅速减弱；②海浪回波在雷达荧光屏上显示为扫描中心周围一片不稳定的鱼鳞状亮斑；③海浪回波强度与风向有关，本船上风舷的海浪杂波强，显示距离远；下风舷则弱，显示距离近；④大风浪时，海浪回波密集而变成分布在扫描中心周围的辉亮实体；若有幅度较大的涌浪，可见一条条回波带。

雷达技术参数与海浪回波的关系：

①工作波长：3cm雷达受海浪影响比10cm雷达要大近10倍；

②波束入射角：天线垂直波束越宽或天线高度越高，雷达波束对海浪的入射角越大，海浪回波越强；

③雷达波的极化类型：水平极化天线比垂直极化减少海浪发射1/4～1/10；

④脉冲宽度和水平波束宽度：两者宽度越宽时，海浪反射面积大，则海浪回波越强。

3.3 雷达最小作用距离及其影响因素

雷达盲区：在雷达最小作用距离以内的区域

结论：①雷达天线越低，垂直波束越宽，则rmin2越小，雷达探测近距离的性能越好。②一般取rmin=max{rmin2，rmin2}

3.4 雷达距离分辨力及其影响因素

影响因素：发射脉冲宽度、接收机通频带及屏幕光点尺寸。

.2 提高雷达距离分辨力的措施（1）使用窄脉冲；（2）使用宽频带接收机；（3）使用较大屏幕的显像管；（4）聚焦良好；（5）使用近量程观测。

IMO关于船用雷达性能标准中距离分辨力的规定：用2nmile量程或更小量程，在量程50％～100%的距离范围内，观测两个同方位的相邻小物标，它们能分开显示的最小间距应不大于50m。

3.5 雷达方位分辨力及其影响因素

影响因素：天线水平波束宽度、光点角尺寸、回波在屏幕扫描线上所处的位置。

①天线水平波束宽度造成物标回波“角向肥大”；

②屏幕光点角尺寸造成物标回波边缘扩大

光点角尺寸与其在扫描线上的位置有关

2 提高雷达方位分辨力的措施

（1）减小天线水平波束宽度；（2）良好聚焦，减小光点直径尺寸；

（3）正确使用量程，尽可能使观测的回波显示在1/2～2/3L区域（太靠近屏幕边缘不好）；

（4）适当降低亮度，增益，以减小回波亮点尺寸。

IMO关于船用雷达性能标准中方位分辨力的规定：用1.5nmile量程2nmile量程时，在量程50％～100%的距离范围内，观测两个等距离的相邻点物标，它们能分开显示的最小方位间隔应不大于2.5°。

3.6 雷达测距精度及其影响因素

造成雷达测距误差的因素

（1）同步误差

原因：发射机电路及波导系统对发射脉冲的延时作用，造成扫描起始时刻超前于天线口辐射的时刻。

特点：使得显示屏上的物标距离比天线口到物标的实际距离要大，形成固定的测距误差。

解决方法：调整延时线抽头的位置，使扫描起始时刻等于发射机发射时刻。（2）距标测距误差

原因：电路产生固定距标圈和活动距标圈的误差。

特点：固定距标误差为所用量程的0.25％以内，活动距标误差为所用量程的1％～1.5％以内。

解决方法：使用固定距标校准活动距标；在测量时，将显示屏亮度调到最小限度，以免距标过亮。

（3）扫描锯齿波的非线性

原因：扫描锯齿波是非线性上升的。

特点：显示屏上出现的固定距标圈之间的间隔是不等的，人眼在测量物标回波时，产生较大内插误差。

解决方法：改进电路，使得扫描锯齿波尽量理想化。

（4）光点重合不准导致的误差

原因：雷达荧光屏的光点具有一定的尺寸；“径向肥大”和“角向肥大”的

作用；距标圈也存在边缘增大的现象。

特点：回波的边缘并不是物标的边缘

解决方法：测量物标时，使用活动距标圈的内缘与回波影像的的内缘相切，进行准确重合，才能得到准确的距离读数。

IMO关于“雷达性能标准”中，利用固定距标圈和活动距标圈测量物标距离的误差不能超过量程最大距离的1.5％或者70m中较大的一个值。

（5）脉冲宽度造成回波图像外测扩大引起的测距误差

原因：脉冲宽度造成雷达回波图像外测扩大c2τ/2。

特点：雷达回波图像固有的失真。

解决方法：测量物标时，不选用回波的外测边缘测距，并尽可能使用短脉冲工作状态。

（6）物标回波闪烁引起的误差

原因：本船和物标的摇摆及相对运动，造成雷达波束照射物标的部位发生变化，引起物标回波的反射中心不稳而存在物标回波的闪烁现象。

解决方法：测量物标时，掌握运动态势，把握时机

（7）雷达天线高度引起的误差

原因：现象雷达测定的距离是天线至物标的距离，而不是船舷至物标的水平距离。

特点：天线越高，影响越大；物标越远，影响越小。

减小雷达测距误差的措施

（1）准确调节显示器控制面板上的控钮，使回波饱满清晰；

（2）选择合适的量程，使得所测量的物标回波处于1/2~2/3量程处；

（3）定期将活动距标与固定距标进行对比、校正；

（4）活动距标应与物标回波准确重合，使距标圈的内缘与回波前沿（内缘）相切；

（5）尽可能选用短脉冲发射工作状态，减少回波外测扩大效应。

3.7 雷达测方位精度及其影响因素

造成雷达测方位误差的因素：

（1）方位同步系统误差

原因：天线方位的角数据传递有误差，使得扫描线与天线不能同步旋转。（2）船首线误差

原因：船首线出现的时间与天线波束轴向扫过船首的时间不一致。在“Head-up”显示方式中，测量物标回波的相对方位出现误差；在“North-up”显示方式中，存在陀螺罗经引入的误差，使得船首线指示的航向角不准。

（3）中心偏差

原因：扫描中心未调到与荧光屏的几何中心重合，使得在利用EBL测物标方位时，从固定方位刻度圈上测读的舷角不等于物标的实际舷角。

（4）水平波束宽度及光点尺寸造成的“角向肥大”误差

原因：天线水平波束宽度及光点角尺寸分别产生回波图像“角向肥大”（方位扩大效应），引起回波图像左右两侧边缘各扩大了：

（5）天线波束主瓣轴向偏移角不稳定引起的误差

原因：旋转隙缝波导天线波束主瓣轴偏离天线窗口法线方向越3°～5°，在经过安装时的校准后，还会随着雷达工作频率的漂移而改变，此误差不能完全消除

6）天线波束宽度及波束形状不对称引起的误差

原因：雷达在测量点状物标时，通常以回波中心方位作为物标方位，若雷达波束不对称，则回波的中心位置将发生畸变，并随回波的强度而变化。

（7）方位测量设备的误差

原因：雷达的方位刻度圈、机械方位标尺或EBL的产生均存在误差，从而导致测方位误差。

（8）本船倾斜或摇摆导致的误差

原因：误差当本船倾斜或摇摆时，雷达天线旋转面随之倾斜，从而使得天线扫过的物标方位角与实际物标水平面上的方位角有误差

（9）本船倾斜或摇摆导致的误差

（10）人为测读误差

原因：读数内插误差；视线未垂直荧光屏面引起的视觉误差；量程选择不当；回波未调整清晰等。

减小雷达测方位误差的措施：

（1）正确调节显示器控钮，使回波饱满清晰；

（2）选择合适的量程，使得所测量的物标回波处于1/2~2/3量程处；选择图像稳定的显示方式。

（3）调准中心，减小中心偏差；视线垂直与荧光屏面观测读数，减小视觉误差；

（4）检查船首线是否在正确位置上，校核航向值；

（5）使用EBL测物标时，应使其和物标回波边缘进行“同侧外缘”重合，消除光点扩大效应，同时修正天线水平波束宽度的扩大效应。

（6）船舶倾斜时，伺机测定物标。

3.7 雷达测方位精度及其影响因素

1 工作波长

（1）工作波长λ与最大作用距离的关系

①正常天气观测时，10cm雷达的最大作用距离稍大于3cm雷达；

②雨雪天气观测时，10cm雷达的最大作用距离比3cm雷达大得多；（2）工作波长λ与距离分辨力、测距精度的关系

3cm雷达在距离分辨力和测距精度上比10cm雷达好。

（3）工作波长λ与方位分辨力、测方位精度的关系

同样的天线尺寸，工作波长λ越短，天线水平波束宽度越窄，则方位分辨力、测方位精度越高

（4）工作波长λ与抗杂波干扰能力的关系

雨雪天气和海浪较大时，10cm雷达的性能要比3cm雷达好得多；

总结：正常天气时，3cm雷达使用性能优于10cm雷达；雨雪天气和大风浪时，则相反。

2 脉冲宽度

（1）与最大作用距离的关系

脉冲宽度越大，雷达的最大作用距离越大。

（2）与最小作用距离的关系

脉冲宽度τ越小，雷达的最小作用距离越小，近距离测量物标性能好。（3）与距离分辨力的关系

脉冲宽度τ越小，则距离分辨力越高。

（4）与测距精度的关系

脉冲宽度τ越小，雷达回波图像外测的径向扩大效应越小，图像失真小，有利于提高测距精度。

（5）与抗杂波干扰性能的关系

脉冲宽度τ越小，则同时照射在雨雪及海浪上的时间缩短，产生的干扰回波较弱，有利于雷达抗雨雪和海浪干扰的能力。

总结：除最大作用距离性能要求脉冲宽度τ大之外，其它各性能均要求脉冲宽度τ小。

为了兼顾远近量程的不同使用性能，通常：

①远量程时使用宽脉冲，以保证最大作用距离；

②近量程时使用窄脉冲，以满足最小作用距离、距离分辨力、测距精度及抗杂波干扰性能的要求。

3 脉冲重复频率F

（1）与量程的关系

远量程使用宽脉冲，低脉冲重复频率；

近量程使用窄脉冲，高脉冲重复频率。

（2）与最大作用距离的关系

脉冲重复频率越高，则天线扫过物标时，照射物标的次数多，即物标回波脉冲积累次数多，时荧光屏上的回波点较亮，容易识别，有利于提高雷达的最大作用距离。

4 发射峰值功率Pt

（1）与最大作用距离的关系

由雷达方程可知：雷达的最大作用距离于发射峰值功率的四次方根成正比，Pt越高，则最大作用距离越大，但增加不明显。

（2）与抗杂波干扰性能的关系

发射峰值功率Pt越高，则海浪、雨雪杂波及天线旁瓣干扰也随之增大。

5 天线波束宽度

（1）天线水平波束宽度

①天线水平波束宽度越小，则天线增益越大，则雷达的最大作用距离越大；

②天线水平波束宽度越小，则方位分辨力越高；

③天线水平波束宽度越小，则测方位精度越高；

④天线水平波束宽度越小，则杂波干扰强度小，雷达抑制杂波干扰性能越好总结：天线的水平波束宽度越小越好

（2）天线垂直波束宽度

①天线垂直波束宽度越小，天线辐射能量越集中，则天线增益越大，雷达的最大作用距离也越大；

②天线垂直波束宽度越小，则雷达抑制雨雪、海浪等杂波干扰性能越好。

③天线垂直波束宽度越大，则雷达最小作用距离越小，即雷达近距离探测物标性能越好；

总结：天线的垂直波束宽度应折衷考虑。

6 天线转速NA

总结：船用雷达天线采用双速天线，平时用常规低速，海浪干扰严重时用高速旋转的天线。

7 天线极化形式

总结：船用雷达天线在正常天气时，采用“水平极化”方式，在下雨天时，采用“圆极化”方式。

8 接收机灵敏度Prmin

由雷达方程可知：接收机的门限功率越小，其灵敏度越高，则雷达的最大作用距离越远。

9 接收机同频带Δf

接收机的通频带越窄，Prmin越小，其灵敏度越高，则雷达的最大作用距离越远。

接收机的通频带不够宽时，回波脉冲经过接收机的放大电路后将造成输出波形前后沿失真，导致雷达距离分辨力和测距精度降低，图像不清晰。

总结：近量程时，采用窄脉冲，接收机通频带较宽；远量程时，采用宽脉冲，接收机通频带较窄。

ARPA

1 预处理的内容、必要性

（1）预处理的内容：

雷达原始视频信号的杂波处理；

距离、方位信号的量化处理；

陀螺罗经航向信号数字化处理

计程仪航速信号的数字化处理

（2）预处理的必要性：

消除海浪、雨雪及同频雷达干扰及噪声杂波；

电子计算机的容量和处理能力有限；

模拟传感信号经过量化或数字化处理后，可变换成计算机可以接受的数字信号。

.2 雷达信号的预处理

（1）雷达回波原始视频信号的杂波处理

恒虚警处理（CFAR Processing）

CFAR－Constant False Alarm Rate，即恒虚警率，表示单位时间内出现的虚警数是一定的。

CFAR处理：先取出带杂波干扰的原始视频信号积分均值，然后再将它与原始视频信号相减，以去除杂波，输出有用的目标回波。杂波干扰的处理具有自适应的性质，抑制效果将更显著。

解相关处理（Solve Correlation Processing）

如抗同频雷达干扰。

（2）量化处理

方位量化

方位量化是对天线波束的角位置进行量化，即将360°等分成若干方位量化单元，并用一组由“0”、“1”组成的代码表示不同的方位

距离量化

距离量化，即时间量化，以雷达触发脉冲前沿为起点，将距离扫描全程对应的时间等分成若干时间量化单元。

原始视频信号的数字化

将雷达接收机输出的原始视频信号经过幅度分层和时间量化而变换成数字视频信号。

（3）罗经及计程仪信号的数字化处理

罗经信号的数字化

由陀螺罗经提供的本船航向模拟信号，用同步机或步进电机送至ARPA的预处理电路，将罗航向信号转换成数字航向信息，所用转换器件及远离与天线角位置信号量化处理相同。

计程仪信号的数字化

数据折合率符合IMO要求，即200pulse/nmile。

7.2 目标自动检测、录取和跟踪

MOON规则：在N次探测中,若某量化单位内累积出现的回波“1”的次数》M，则判断该单位内发现了目标，于是判定器输出“1”；否则，判断为无目标，判定器输出为“0”。N大，目标不易丢失，M大，不易发生误将干扰为目标的错误，检测可靠性高。

2 目标录取的方法及特点

定义：跟踪目标的选择及其跟踪的开始，称为ARPA的“目标录取”。

目标录取的任务：目标的距离、方位数据；目标的属性、尺度数据。

1）人工录取：

操作方法：用手摇（或推动）操纵杆或跟踪球，控制显示器电路产生的录取标志在荧光屏上的位置，当套在欲录取的目标回波亮点上时，按下录取开关，则将录取标志的坐标数据作为物标的初始位置并输入计算机中，完成目标录取任务。优点：用可以按照危险程度作出先后录取的方案，一般先录取船首向、右舷、离本船近的相遇船，录取目的性明确；运用观测经验，较容易在干扰背景中识别和录取目标。

缺点：录取操作过程费时间、速度慢，在多目标复杂情况下容易措手不及；如果观测疏忽，可能漏掉危险目标；目标的运动态势及危险程度随时变化，需重复进行录取操作和连续观测，值班驾驶员负担较重。

（2）自动录取：

从发现目标到各个目标位置数据送入计算机的整个录取过程由机器自动完成，仅一些辅助控制由操作者介入。

操作方法：

设置优先区

设置限制区：限制区是ARPA拒绝录取区

设置警戒区

优点：录取速度快，可应付多目标态势。

缺点：

可能会造成虚假录取，误将干扰、陆地或岛屿当作目标录取；

可能会漏掉在杂波干扰区外的弱小目标；

ARPA的优先录取准则较简单，难以适应多目标且运动态势复杂的场合，造成漏掉危险度较大的目标而酿成危险局面。

3 目标的自动跟踪

定义：观测目标位置的相继变化以建立其运动的方程，称为ARPA的“目标跟踪”。目标跟踪的任务：利用目标运动的相关性，将离散的目标位置（点迹）数据分别连成各目标的航迹，并判明其运动规律。

（1）实现自动跟踪的方法：

航迹外推：对目标未来位置的预测，即预测目标在下一周天线扫到时的位置。

由于雷达测量有误差及目标机动的随机性，航迹外推的结果必然存在误差。为了使外推的均方误差最小和实现外推的可能性，必须对采集的点迹数据进行滤波处理，以实现最佳估计，从而获得最佳预测位置。

航迹相关：对新点迹和已有航迹之间归属关系的判明。

方法：首先判明新点迹是否属于同一目标或者是其他新发现的目标；

其次，在预测位置中心设置一个“跟踪窗”或“跟踪波门”，波门尺寸应保证下一次目标（会波点）检测时，预测位置和实测位置修正后都处于该波门内，以保证连续跟踪；

第三，凡是进入波门的信号就认为是相关的，判定为同一目标的新点迹。（2）跟踪波门

波门尺寸对跟踪性能的影响

初始录取波门应足够大，以便录取成功并建立起航迹；但录取波门不可太大，否则降低录取分辨力。

建立航迹后跟踪波门尺寸要小，有利于提高跟踪精度和分辨力；

为了适应不同尺寸的目标、目标机动及跟踪误差，波门尺寸大小应能自适应调整。

ARPA采取的自动跟踪方法

波门尺寸按照目标尺寸自动调节：根据自动检测到的目标几何面积设置波门尺寸大小，使目标面积占波门面积的75%，其余25%是留有余地。

设置大、中、小三种波门尺寸，在跟踪过程中自适应调整：初始录取目标时用大波门，初始建立跟踪后用中波门；进入稳定跟踪后，用小波门。若用大波门连续5次天线扫描，目标都未能进入大波门，则判定目标丢失。

（3）自动跟踪的局限性

目标丢失

目标回波信号变弱；

杂波干扰；

目标大幅度快速机动

雷达测量或处理出现特大误差

目标进入雷达阴影区或被大目标遮挡

误跟踪

目标调换（发生目标调换的5种情形和技术措施）

3 危险判断与报警

（1）利用DCPA、TCPA进行危险判断与报警

DCPA>MIN DCPA TCPA>MIN TCPA：目标船安全；

DCPA≤MIN DCPA TCPA>MIN TCPA：目标船危险，时间有余；

DCPA≤MIN DCPA TCPA

（2）利用警戒环进行危险判断与报警

（3）利用PPC、PAD进行危险判断与报警

（4）跟踪目标丢失的危险判断与报警

相对矢量：其起点表示目标现位置；方向表示相对运动航向；长度表示对应矢量时间的预测航程；矢量末端表示对应矢量时间的预测到达位置。

真矢量：其起点表示目标现位置；方向表示真运动航向；长度表示对应矢量时间的预测航程；矢量末端表示对应矢量时间的预测到达位置。

4矢量显示模式

相对矢量（Relative Vector）显示模式

特点：本船无相对矢量，同速同向目标不显示R.V；

固定或运动目标显示R.V；

从本船到目标R.V延长线的垂足为CPA，目标航行至CPA的时间为TCPA。

适用场合：R.V显示模式可评估目标逼近本船的速度，估算CPA、TCPA，评估相遇船与本船有无碰撞危险。

真矢量（True Vector）显示模式

特点：本船与运动目标都显示T.V，其长度比为速度比，可形成0、1、2个PPC；

固定没有T.V；如果固定目标显示T.V则是因为受到风、流的影响而产生的，此时为对水T.M；

若目标的CPA=0，则该目标T.V延长线与本船航向线的交点为PPC；

若本船和目标的T.V矢端重叠或离得很近，表示有碰撞危险。

根据目标的T.V和真航迹可判断目标是否机动。

.1 ARPA的优点

（1）ARPA具有预处理和自动检测功能，可在噪声干扰环境中较可靠识别目标；（2）ARPA能自动、连续提供必要的航行及避碰信息数据，并能连续、正确、迅速地评估和预测航行态势。

（3）ARPA有多种功能，正确使用有助于解析雷达信息，确保船舶航行安全，减少碰撞事故和海上环境污染。

（4）ARPA工作自动化程度高，可减轻驾驶员的辛劳，集中精力操船和避让，确保航行安全。

3 ARPA的局限性

（1）ARPA传感器的局限性

（2）自动检测的局限性

（3）录取的局限性

（4）跟踪局限性（存在误跟踪和跟踪过程目标丢失率高）

（5）报警的局限性（需警和漏警现象）

（6）安全判据的局限性

（7）ARPA用于狭水道航行的局限性

一、距离避险线法

海员通常做法：

船舶再沿岸航行时，为了避开危险障碍物，确保船舶安全，首先在海图上确定距离避险线（由危险点的安全距离圈的切线组成），船舶航行时保持在距离避险线的外侧；其次用方位标尺线协助：将方位标尺指向航向，利用活动距标圈定出与避险线距离相对应的一根平行方位标尺线（避险方位标尺线），船舶航行过程中，随时保持使危险物标的回波处于避险方位标尺线的外侧。

二、方位避险线法

海员通常做法：

当船舶的航向和岸线或多个危险物连线的方向近于平行时，使用方位避险线来表明危险物标的方位。

首先在海图上求得物标的危险方位，在显示器上将方位标尺置于该危险方位（真方位）上；其次，在航行过程中，应将物标回波始终放在方位避险线的外侧，船首线始终放在方位避险线的安全一恻。

4.2 无线电测向原理

2 天线的方向性

（1）天线方向性图：是天线中产生感应电动势的相对振幅与电波传播方向的几何关系图。

（2）垂直天线的方向性

特点：垂直天线所产生的感应电动势与电场强度E和天线的有效高度h成正比，与电波的来向无关。

垂直天线的方向性图表示为一个圆形，这种天线称为不定向天线或无方向性天线。

3）环状天线的方向性

特点：环状天线所产生的感应电动势不仅与电场强度和环状天线的有效高度成正比，而且与电波的来向有关，与环状天线平面和电波来向的夹角的余弦成正比。

当电波来向与环状天线平面平行时，感应电动势最大；

当电波来向与环状天线平面垂直时，感应电动势最小或为零；此时，利用无线电测向仪监听到的信号声音最小或监听不到信号的声音，称为“哑点”。

环状天线的方向性图为一个“∞”字形图。

用途

如果利用环状天线感应电动势的最大值来确定电波传播方向，则无线电信标的位置一定是处于环状天线面的延长方向上。

如果利用环状天线感应电动势的最小值（哑点）来确定电波传播方向，则无线电信标的位置一定是处于环状天线面的垂直方向上。

（4）复合天线的方向性

复合天线的方向性：是垂直天线和环状天线组合而成。用以消除环状天线方向特性的双值性。设：垂直天线和环状天线产生的感应电动势的振幅相等并且相位相同，则复合天线的感应电动势为：复合天线的方向性图为一个心形图。

无线电测向仪自差

1 无线电测向仪自差产生的原因

（1）无线电测向仪附近的导体在高频电磁场中感应电动势，产生高频电流，在它周围产生二次感应磁场，从而作用在无线电测向仪的环状天线上。

（2）无线电测向仪自差

2 无线电测向仪自差生的测定

（1）目测法（此法多采用）

选择电台：肉眼可以看到天线的电台或辅助船（小艇）携带电台；

被测无线电信标固定，本船旋转，信标舷角不断变化，每隔10°～15°同时测出p和q，求出不同舷角下的无线电测向仪自差。

大船抛锚，小艇携带电台绕大船旋转。

（2）方位角法

当远离无线电信标或能见度条件限制时使用。

选择电台：在海图上标示出电台天线的位置；

本船缓慢旋转，每隔10°～15°对该电台测出无线电舷角qrr，同时记录船舶的位置与航向（TC）。

在海图上量取船舶至无线电台的真方位（TB），计算船舶与电台的真舷角p （p=TB-TC）；

求出自差：f=p-qrr。

（3）利用其他无线电导航仪器测定法

利用GPS卫星导航仪、罗兰C接收机等的计算功能。

无线电测向定位

（1）准备工作：准备海图资料；选取无线电信标；本船收发机及收音机天线绝缘。

（2）测向定位步骤：

查阅海图：选择无线电信标（注意方位线交角）；

测定无线电信标的方位，读取无线电舷角和船首向；

修正：

根据真航向TC将无线电舷角换算为无线电真方位RTB

大圆改正量修正：查大圆改正量表或公式计算

将无线电真方位（大圆方位）换算为恒向线方位RLB

在墨卡托海图上，从无线电信标按恒向线方位的反方向（RLB±180°）画出位置线；

若同时测得两条或三条无线电信标的位置线，可得船位三角形，即为无线电测向船位。

3 测角器的工作原理

测角器是用于测定无线电信标方位角度（舷角或方位角）的装置，由正交的固定环状天线与测角器组成的测角系统

测角器是由两个相互垂直的固定场线圈和一个可绕中心轴转动的寻向线圈组成。两个固定场线圈分别与对应的环状天线相连接。

GPS卫星导航系统（概况）

导航星全球定位系统（Navistar Global Positioning System）于1973年开始研制，1995年10越投入全部运作，历时22年。

组成：工作卫星21颗，备用卫星3颗，共24颗；

轨道：20183km，倾角55°，24颗卫星分布在6个轨

道平面内；运行周期717.98min（12h）；

发射频率：1575.42MHz和1227.60MHz；

定位精度：1m ～30m ～100m；

运行规律：全球任何地方，在地平线7.5°以上至少可以看到4颗卫星。能提供全球、全天候、高精度、连续、实时的三维定位与导航。

GPS卫星导航定位原理

GPS是一种测距定位系统，利用测定高轨道卫星信号的传播延时（电波在空间传播的时间）和多普勒频移，计算出卫星与用户之间的距离、距离变化率，以精确地测定用户位置（三维）、速度（三维）和时间参数。

测定出用户到3颗卫星的距离可以得到以卫星为球心，以卫星到用户的距离为半径的三个球面，其交点就是用户的三维空间位置。

GPS卫星导航仪接收其视界内一组卫星信号，从中取得卫星星历、时钟校正参量、大气校正参量等数据，并且测量卫星信号的传播延时和多普勒频移。

根据卫星星历计算出卫星发射信号时的位置；

根据卫星信号的传播延时和光速的乘积计算出卫星与用户之间的“距离”；

根据卫星信号的传播延时、光速和多普勒频移计算出用户的三维运行速度。

若用户时钟无偏差，利用3颗卫星可以得到以卫星为球心，以卫星到用户的距离为半径的3个球面，其交点就是用户的三维空间位置。

若用户时钟不精确，需要利用第4颗卫星计算出用户的时钟偏差。

“伪距离”的概念

由于用户卫星导航仪时钟、卫星钟、电离层以及对流层引起的传播延迟产生的误差，使得卫星导航仪测得的不是用户到卫星的真距离，故称为“伪距离”。

误差的修正

修正卫星时钟偏差：从卫星的导航信号中提取时钟校正参量；

修正对流层折射误差：从卫星的导航信号中提取大气修正参量；

修正电离层折射误差：利用卫星发射的双频信号（1575.42MHz和1227.60MHz）。

GPS是无源式卫星导航系统，用户不能发射无线电信号，只处理接收到的GPS 信号进行导航定