第三章 雷达定位与导航
《雷达定位与导航》课件
利用相位控制天线阵列，通过接收信 号的相位差来确定方向角，精度较高 但技术复杂。
速度测量
多普勒频移法
利用多普勒效应原理，通过测量发射信号与接收信号的频率差来计算相对速度 ，适用于动态目标检测。
跟踪法
通过雷达系统对目标进行连续跟踪，根据目标位置的变化来计算速度，适用于 稳定跟踪场景。
04
导航雷达技术
特点
高灵敏度、低噪声、动态 范围大。
天线
功能
定向发射和接收电磁波。
类型
抛物面型、八木天线、缝隙天线等。
特点
方向性强、增益高、抗干扰能力强。
信号处理系统
功能
对接收到的信号进行加工处理 ，提取有用的信息。
组成
信号处理器、数据处理器等部 分。
技术
脉冲压缩技术、动目标检测技 术等。
特点
处理速度快、精度高、稳定性 好。
雷达定位与导航系统主要由雷达、数据处理设备和终端显示设备等组成。雷达是系统的核心，负责发 射和接收电磁波；数据处理设备负责对接收到的回波进行处理和计算，提取出目标的位置信息；终端 显示设备则将处理后的数据显示出来，供用户使用。
雷达定位与导航的原理
雷达定位与导航的基本原理是利用电磁波传播的特性。雷达发射的电磁波在传播过程中遇到目标后会被反射回来，反射回来 的电磁波会被雷达接收并处理。通过测量电磁波的传播时间、相位变化等信息，可以计算出目标相对于雷达的距离、方位和 高度等参数，从而确定目标的位置和运动轨迹。
总结词
利用陀螺仪和加速度计等惯性传感器来测量物体运动过程中的加速度和角速度，并通过 积分运算来推算物体位置和姿态的方法。
详细描述
惯性导航是一种自主的导航方式，它不依赖于外部信息源，而是通过测量自身的运动状 态来推算位置和姿态。惯性导航系统通常由陀螺仪和加速度计等传感器组成，可以提供 高精度的角速度和加速度信息，并通过积分运算得到位置和姿态信息。这种导航方式常
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3 方位测量
雷达利用天线的旋转或 相控阵技术来确定目标 的方位角。
雷达定位的应用领域
军事
雷达在军事领域中用于目标探测、目标跟踪 和导弹制导等方面。
航空
雷达在航空领域中用于飞行管制、地面导航 和防撞系统等。
气象
雷达可以检测大气中的降水、雷暴等天气现 象，用于气象预报和监测。
海洋
雷达可用于海洋中的船舶定位、海上目标探 测和导航等。
雷达导航的应用领域
航天
雷达导航在航天领域中用于卫星定位和航天 器导航。
航空
雷达导航在航空领域中用于飞行导航和空中 交通管制。
航海
雷达导航在航海领域中用于船舶定位和海上 导航。
陆地
雷达导航在陆地领域中用于车辆导航和位置 服务等。
雷达导航系统的组成
1 定位器件
包括雷达天线、传感器 和接系统通过卫星和地面设备共同工作，实现全球范围的导航和定位功 能。
卫星导航系统的发展历程
1
GPS系统
美国开发的全球定位系统，成为卫星
GLONASS系统
2
导航的先驱。
俄罗斯开发的全球卫星导航系统。
3
北斗系统
中国开发的全球卫星导航系统。
雷达信号处理器
用于对雷达信号进行处理和分 析的装置。
雷达信号处理技术概述
雷达信号处理技术包括目标检测、滤波、参数估计和图像重建等方面，旨在 提取目标信息并实现目标定位与跟踪。
雷达信号处理的主要方法
1
雷达脉冲压缩
通过信号处理方法，压缩脉冲雷达接收信号，提高距离和速度分辨率。
2
自适应波束形成
根据环境和目标情况，实时调整雷达天线的发射和接收模式，实现波束的优化。
雷达定位的分类
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干涉仪测姿技术
总结词
利用多个天线接收信号的相位差来测量目标的位置和姿态变化。
详细描述
干涉仪测姿技术通过比较不同天线接收到的信号相位差，可以精确测量目标的位置和姿态变化。这种 技术具有高精度和动态响应快的优点，常用于精确制导武器和无人机的导航定位。
基于信号特征的识别技术
总结词
利用不同物体对雷达信号的反射特性来 识别目标类型和姿态。
导航
确定和引导飞行器、船舶、车辆等运 动体的方向和位置，以及提供位置、 航行、气象等信息服务的技术。
雷达定位与导航的应用领域
军事应用
雷达定位与导航技术在军事领域有广泛的应用，如导弹制导、战场侦察、目标 跟踪等。
民用应用
雷达定位与导航技术在民用领域也有广泛应用，如航空导航、航海导航、车辆 自主导航等。
详细描述
多模态融合的导航定位技术将结合多种传感器和导航 系统的数据，如GPS、北斗、惯导、轮速传感器等， 实现多源数据的融合和互补，提高导航定位的精度和 可靠性。这种技术将有助于解决复杂环境下的导航定 位难题，满足各种应用场景的需求。
基于人工智能的雷达数据处理技术
总结词
基于人工智能的雷达数据处理技术将利用机器学习和深 度学习算法，提高雷达数据处理的速度和准确性。
VS
详细描述
基于信号特征的识别技术通过分析雷达回 波的频率、幅度和散射特性等信息，可以 识别出目标类型、距离、速度和姿态等参 数。这种技术具有高分辨率和抗干扰能力 强的优点，常用于复杂环境下的目标识别 和跟踪。
05 雷达定位与导航的应用案 例
无人机航迹规划与控制
无人机航迹规划
根据任务需求，规划无人机的飞行路径，确 保无人机能够高效、安全地完成任务。
雷达操作与应用实训指导书
雷达操作与应用目录雷达操作与应用评估规范第一章雷达基本操作与设置第二章雷达观测、定位第三章雷达导航第四章雷达人工标绘第五章雷达自动标绘第六章 AIS报告目标第七章试操船雷达操作与应用评估规范（适用对象：9205、9206 500总吨及以上二/三副、9209未满500总吨二/三副）1.评估目的通过评估，在真实的雷达设备和/或雷达模拟器上，检验被评估者雷达观测、雷达导航和雷达避碰的设备操作和应用能力。
本评估满足STCW公约马尼拉修正案及中华人民共和国海事局海船船员适任考试评估的相关要求。
2.评估内容2.1 雷达基本操作与设置2.2 雷达观测2.3 雷达导航2.4 雷达人工标绘2.5 雷达自动标绘2.6 AIS报告目标2.7 试操船3.评估要素及标准（1）评估要素3.1 雷达基本操作与设置3.1.1 保持清晰观测目标的雷达操作方法①雷达开机前准备工作②雷达开机、核实传感器数据、并调整在最佳观测状态的操作③根据气象海况和航行环境保持清晰观测目标的操作④雷达关机操作3.1.2 准确测量目标位置的操作方法①准确测量目标距离的操作②准确测量目标方位的操作3.2 雷达定位①在评估要素3.1的基础上，雷达目标识别与定位目标的选择②雷达定位方法的选择③雷达定位目标测量方法与保证雷达定位精度的操作3.3 雷达导航①雷达平行线导航操作②雷达距离避险线导航操作③雷达方位避险线导航操作3.4 雷达人工标绘3.4.1转向避让措施①观测并标绘目标船的相对运动线②求取目标船的航向、航速、CPA及TCPA③判断本船所处的局面④根据规则的规定拟定转向避让措施⑤根据转向不变线判断本船转向后来船的相对运动线的变化方向⑥通过标绘求出具体转向角并核查是否会导致另一紧迫局面⑦操纵船舶进行转向避让⑧核查转向避让效果并判断他船行动⑨求取恢复原航向的时机并采取措施⑩分析产生误差的原因3.4.2变速避让措施①观测并标绘目标船的相对运动线②求取目标船的航向、航速、CPA及TCPA③判断本船所处的局面④根据规则的规定拟定变速避让措施⑤判断本船变速后来船的相对运动线的变化方向⑥通过标绘求出变速幅度并核查是否会导致另一紧迫局面⑦操纵船舶进行变速避让⑧核查转向避让效果并判断他船行动⑨求取恢复原航速的时机并采取措施⑩分析产生误差的原因3.4.3停船避让措施①观测并标绘目标船的相对运动线②求取目标船的航向、航速、CPA及TCPA③判断本船所处的局面④根据规则的规定拟定避让措施⑤判断本船停船后来船的相对运动线的变化方向⑥通过标绘求出停船时机（应考虑冲程的影响）并核查是否会导致另一紧迫局面⑦操纵船舶进行停船避让⑧核查转向避让效果并判断他船行动⑨求取恢复原航速的时机并采取措施⑩分析产生误差的原因3.5 雷达自动标绘3.5.1 目标捕获①CPA/TCPA设置准则②目标捕获的含义，建立初始跟踪的过程，目标运动趋势数据的获取③目标手动捕获和自动捕获在不同航行环境中使用的基本原则及其优势与局限性④自动捕获设置方法及抑制区的合理使用3.5.2 目标跟踪①目标稳定跟踪条件判断，目标预测运动数据的获取及其精度判断②在可能发生目标丢失和目标交换条件下的雷达观测与操作③判断目标危险的方法及其操作④本船机动和目标机动对雷达数据的影响3.6 AIS报告目标3.6.1 AIS目标信息①识别AIS休眠目标、激活目标、被选目标、危险目标、丢失目标和轮廓目标②获取AIS目标信息3.6.2 雷达跟踪目标与AIS报告目标融合①AIS辅助雷达避碰的操作②雷达跟踪目标与AIS报告目标融合条件的选择3.7 试操船①启动试操船的准备②雷达跟踪目标与AIS报告目标试操船方法及其操作③判断试操船结果的可行性④利用试操船确定恢复原航向和/或航速的时机（2）评估标准：①操作正确、熟练，回答问题完整准确：100%；②操作正确、比较熟练，回答问题基本准确：80%；③操作正确、熟练程度一般，回答问题尚准确：60%；④操作较差，回答问题错误较多：40%；⑤操作差，回答问题基本不正确：20%；⑥无法完成操作，不能回答出问题：0。
雷达定位与导航课件
雷达定位与导航
2．雨雪干扰
• 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。
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2R·d／ D，则点物标回波两端各伸展的距离为:
•
R·d／D
• 式中： R—量程；
•
d—光点直径；
•
D——荧光屏直径。
雷达定位与导航
• 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(τ+1／ △f)／2+Rd/D的距离，如图5—1—4所示。
图像的横向宽度缩小。
• 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。
•
雷达定位与导航
• 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。
雷达定位与导航
雷达定位与导航
• 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。
雷达定位与导航
二、图像的横向(方位)扩展和缩小
• 1 横向缩小 • 如前述，雷达地平和阴影扇形的影响会使回波
雷达导航原理
雷达导航原理
雷达导航是利用雷达技术进行导航的一种方式，它通过发送和
接收电磁波来探测周围环境，并根据接收到的信号来确定目标的位
置和距离。
雷达导航原理主要包括发射信号、接收信号和信号处理
三个方面。
首先，雷达导航的原理之一是发射信号。
雷达系统通过天线向
空间发射一定频率和波束宽度的电磁波，这些电磁波会在空间中传播，并当碰到目标时会发生回波。
发射信号的特点是频率稳定、波
束指向准确，这样才能确保信号能够准确地传播并与目标发生交互。
其次，雷达导航的原理还包括接收信号。
当发射的电磁波遇到
目标后，会产生回波并返回到雷达系统的接收天线处。
接收天线接
收到的信号会被放大、滤波和解调，然后送入信号处理系统进行进
一步处理。
接收信号的质量直接影响到雷达系统对目标的探测能力，因此接收天线的性能和接收信号的处理至关重要。
最后，雷达导航的原理还涉及信号处理。
接收到的信号经过放大、滤波、解调等处理后，会被送入信号处理系统进行目标检测、
跟踪和定位。
信号处理系统会根据接收到的信号特性，利用雷达回
波的时差、频率差等信息来计算目标的距离、速度和方位。
信号处理的准确性和速度直接关系到雷达导航系统的性能和可靠性。
综上所述，雷达导航原理主要包括发射信号、接收信号和信号处理三个方面。
通过这些原理，雷达系统能够实现对目标的探测、跟踪和定位，为航空、航海、军事等领域提供了重要的导航和监测手段。
同时，随着雷达技术的不断发展和创新，雷达导航系统的性能和功能也在不断提升，为人类的生产生活和安全保障提供了重要的支持和保障。
船用雷达与定位与导航
雷达导航系统
探测障碍物
利用雷达发射的电磁波探测周围 障碍物，提供实时、准确的距离
和方位信息。
气象监测
雷达系统可以监测海洋气象信息， 如风向、风速、海浪等，为航行提 供参考。
自动避障
通过雷达探测周围障碍物，自动调 整航向和航速，避免碰撞事故。
惯性导航系统
船用雷达的应用场景
船用雷达广泛应用于船舶导航、避碰、气象观测和海洋调查等领域。在船舶导航中，雷达可以帮助船员探测周围的目标，避 免碰撞事故的发生。
在避碰中，雷达可以实时监测周围船舶的动态，为船舶提供安全航行的信息。在气象观测中，雷达可以探测降雨、风向和风 速等信息，为航行提供气象保障。在海洋调查中，雷达可以用于探测海底地形、水深和流速等信息，为海洋科学研究提供数 据支持。
标准化和互操作性
为了促进集成系统的广泛应用和发展，需要制定统一的标准和规范， 提高不同设备和系统之间的互操作性和兼容性。
05 安全与法规考虑
安全与法规考虑 国际海上避碰规则
雷达设备的合规性
船用雷达设备必须符合国际电工委员会（IEC）和国际海事组织（IMO）的相关标准和规定，以确保其性 能、安全性和可靠性。在使用船用雷达设备时，应确保其符合相关法规和标准的要求，并定期进行维护和 校准。
船用雷达与定位与导航
目录
• 船用雷达系统 • 定位系统 • 导航系统 • 船用雷达与定位与导航的集成应用 • 安全与法规考虑
01 船用雷达系统
船用雷达工作原理
船用雷达通过发射电磁波并接收反射 回来的信号来探测目标，根据目标距 离、方位和高度等信息，形成雷达图 像。
雷达波在传播过程中会受到气象、海 浪等因素的干扰，因此需要对接收到 的信号进行滤波、放大和去噪等处理 ，以提高探测精度。
第三章雷达定位与导航
2 雷达定位
五、定位精度顺序 1.三目标距离定位 2.二目标距离加一目标方位定位 3.二目标距离定位 4.二目标方位加一目标距离定位 5.单目标距离方位定位 6.三目标方位定位 7.二目标方位定位
3.尽量选用多目标定位且符合定位位置线交角要求的目标
2 雷达定位
三、测距、测方位
1.注意提高测距、测方位的精度（见前测量注意事项） 2.测距时：先测正横，后测首尾 3.测方位时：先测首尾，后测正横；
船正时测量，横摇测正横、纵摇测Fra bibliotek尾的目标 四、定位精度
1.距离定位高于方位定位 2.三位置线定位高于二位置线定位 3.近距离目标定位高于远距离目标定位 4.位置线交角：二条接近90度、三条接近120度为高 5.目标特性：孤立、点状、位置可靠的目标或迎面
3 雷达导航
1.距离避险线（雷达安全距离线）： 当须与危险物标的连线或岸线保持一定距离时，用Cursor中
心线为计划航线，一条平行线为距离避险线，或用VRM圈/EBL 辅助
6 Range 12 nm
5 n mile
5 n mile 5.5 n m6ilne mile
Course
Range index
第 三 章 雷 达 定 位 与 导 航
1 雷达测距测方位
雷达测距精度影响因素 提高雷达测距精度措施 雷达测方位精度影响因素 提高雷达测方位精度措施
1.1雷达测距精度影响因素
电路同步误差 因固定距标和活动距标的不精确引起的测距误差 扫描锯齿波的非线性，引起固定距标间距不等 因光点重合不准导致的误差
（要求活动距标内缘和回波内缘相切） 脉冲宽度造成回波图像外侧扩大（径向扩展） 物标回波闪烁 天线高度
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1）求得危险物标的方位； 2）设定危险距离，确定本船计划航向； 3）航行时，使危险物标回波始终在方位避险线的外侧。
3 雷达导航
1.距离避险线（雷达安全距离线）： 当须与危险物标的连线或岸线保持一定距离时，用Cursor中
心线为计划航线，一条平行线为距离避险线，或用VRM圈/EBL 辅助
6 Range 12 nm
5 n mile
5 n mile 5.5 n m6ilne mile
Course
Range index
3.尽量选用多目标定位且符合定位位置线交角要求的目标
பைடு நூலகம்
2 雷达定位
三、测距、测方位
1.注意提高测距、测方位的精度（见前测量注意事项） 2.测距时：先测正横，后测首尾 3.测方位时：先测首尾，后测正横；
船正时测量，横摇测正横、纵摇测首尾的目标 四、定位精度
1.距离定位高于方位定位 2.三位置线定位高于二位置线定位 3.近距离目标定位高于远距离目标定位 4.位置线交角：二条接近90度、三条接近120度为高 5.目标特性：孤立、点状、位置可靠的目标或迎面
IMO”性能标准”：测方位精度为±10
1.4提高测方位精度
正确调节显示器按钮，使回波饱满清晰 选择合适量程，使物标回波显示于1/2~2/3量程处 校准中心 检查船首线是否在正确的位置上 测物标方位注意“同侧外沿”重合，消除边缘光点效应 船舶倾斜或摇摆时，应伺机测定
（距离避险线）
1）选择危险物标点； 2）设定安全距离，在海图上画出距离避险线； 3）航行时，始终保持船舶在距离避险线的外侧
3 雷达导航
2.方位避险线（雷达安全方位线）： 当岸线或多个危险物标的连线与计划航线平行时
Course
3 n mile Range 12 nm
Bearing index
1 雷达测距测方位
雷达测距精度影响因素 提高雷达测距精度措施 雷达测方位精度影响因素 提高雷达测方位精度措施
1.1雷达测距精度影响因素
电路同步误差 因固定距标和活动距标的不精确引起的测距误差 扫描锯齿波的非线性，引起固定距标间距不等 因光点重合不准导致的误差
陡峭、回波前沿清晰明显的目标定位好 6.与测量方法、速度、作图技巧有关
2 雷达定位
五、定位精度顺序 1.三目标距离定位 2.二目标距离加一目标方位定位 3.二目标距离定位 4.二目标方位加一目标距离定位 5.单目标距离方位定位 6.三目标方位定位 7.二目标方位定位
应定期将活动距标与固定距 标进行对比和校准
活动距标应和回波正确重合 尽可能选择短脉冲
1.3测方位精度影响因素
方位同步误差 船首线误差 中心偏差 水平波束宽度及光点角尺寸造成的“角向肥大” 天线波束主瓣轴向偏移角不稳定 天线波束宽度及波束不对称 方位测量设备 本船倾斜或摇摆 人为测读
2 雷达定位
一、定位方法 二、选择目标的原则
1.单目标距离、方位定位 2.两个或两个以上目标距离定位 3.两个或两个以上目标方位定位 4.混合定位：多目标距离方位定位
1.尽量选择图像稳定、亮而清晰、回波位置与海图位置精 确对应的孤立小岛、岬角、突堤等目标
2.尽量选用近而便于确认的可靠目标，不用远且容易搞错 的目标
（要求活动距标内缘和回波内缘相切） 脉冲宽度造成回波图像外侧扩大（径向扩展） 物标回波闪烁 天线高度
IMO”性能标准”：误差不能超过所用量程最大距 离的1.5%，或者70m中较大的一个值
1.2提高测距精度的措施
正确调节显示器按钮，使回 波饱满清晰
选择合适量程，使物标回波 显示于1/2~2/3量程处