船舶导航雷达
船舶导航雷达（可编辑）
船舶导航雷达船舶导航雷达应用于船舶导航的雷达称为船舶导航雷达Shipborne Navigation Radar 亦称航海雷达 Marine Radar 或船用雷达在本教材中简称雷达IMO在雷达性能标准中指出雷达通过显示其他水面船只障碍物和危险物导航目标和海岸线等相对于本船的位置有助于安全导航和避免碰撞雷达能够及时发现远距离弱小目标精确测量本船相对目标的距离和方位确定船舶位置引导船舶航行通过传感器的支持雷达还具备了目标识别与跟踪地理参考信息显示等功能能够更好地避免船舶碰撞保障航行安全第一节雷达目标探测与显示基本原理一雷达目标测距测方位1．雷达图像特点雷达通过发射微波脉冲探测目标和测量目标参数习惯上称雷达发射的电磁波为雷达波微波具有似光性在地球表面近似以光速直线传播遇到物体后雷达波被反射在雷达工作环境中能够反射雷达波的物体如岸线岛屿船舶浮标海浪雨雪云雾等等统称为目标这些目标的雷达反射波被雷达天线接收称为目标回波回波经过接收系统处理调制屏幕亮度最终在显示器上显示为加强亮点回波距离和方位的测量都是在显示器上完成的1 雷达图像基本元素雷达显示系统将雷达传感器探测到的本船周围目标以平面位置图像极坐标系显示在屏幕上早期的雷达显示器也田此被称为PPI如图6-9-1所示其中图a 为海面态势示意图本船周围有一岛屿另有一目标船与本船相向行驶图b 为海平面俯视图可以看出本船航向000°目标船正航行在本船右舷本船左舷后约245°处有一岛屿图 c 为雷达屏慕扫描中心起始点为本船参考位置又称为统一公共基准点 Consistence common reference pointCCRP 作为IBS中的重要组成部分雷达测量目标所得到的数据如距离方位相对航向和航速本船与目标船的最近会遇距离 Distance to the closest point of approachCPA 和航行到最近会遇距离所需时间 Time to the closest point of approachTCPA 等都必须参考CCRP这个位置点在传统的雷达上通常对应为雷达天线辐射器的位置最新性能标准要求CCRP可以由驾驶员根据需要设置典型位置通常为驾驶台指挥位置图6-91中雷达量程为12n mile即在雷达屏幕上显示了以本船为中心以12n mile 为半径本船周围海域的雷达回波在雷达屏幕上HL Head Line 称为船首线其方向由本船发送艏向装置 THD 或陀螺罗经驱动指示船艏方向发自于扫描起始点的径向线称为扫描线扫描线沿屏幕顺时针匀速转动转动周期与雷达天线在空间的转动周期一致屏幕上等间距的同心圆称为固定距标圈 Range RingRR 每圈间隔2n mile用来估算目标的距离与固定距标圈同心的虚线圆是活动距标圈 Variable Range MarkerVRM 它可以由操作者随意调整半径借助数据读出窗口的指示测量目标的准确距离EBL Electronic Bearing LineEBL 称为电子方位线可以通过面板操作控制其在屏幕的指向借助数据读出窗口的指示或屏幕边缘显示的方位刻度测量目标的方位很多雷达将VRM／EBL联动称为电子距离方位线 Electronic range／bearing lineERBL 可以通过一次性操作同时测量目标的距离和方位现代雷达用平面光栅显示器取代PPI如图6-9-2所示雷达回波图像区域仍然采用图6-91c 的形式在图像周围的功能区域大致可以划分为操作菜单状态指示和数据显示等区域屏幕上除了显示岛屿岸线导航标志船舶等对船舶导航避碰安全航行有用的各种回波之外还无法避免地显示出各种驾驶员不希望看到的回波如海浪干扰雨雪干扰同频干扰云雾回波噪声假回波等一个专业的雷达观测者应能够在杂波干扰和各种复杂屏幕背景中分辨出有用回波引导船舶安全航行2 雷达图像的特点雷达图像不同于诲图也不同于视觉图像设备自身的性能微波辐射的特性大气传播的条件目标的反射能力以及周围环境的变化都会影响雷达图像的形成与质量为了对雷达图像特点建立起感性认识下面以图691为例简单列举雷达图像的显示特点待详细研究了雷达的原理和目标的观测特性后我们对雷达图像的特点才会有全面的了解如果以本船雷达天线位置为中心以12nmile为半径的圆域及其所包含的所有目标按照比例缩小到雷达屏幕大小此时这个圆域内的所有海面和陆地的目标并不完全与雷达探测到的回波图像相符也就是说．雷达探测到的回波图像与真实目标相比可能会有很大的变形比如表现为1 雷达回波图像类似目标迎向天线面的垂直投影2 雷达只能操测目标的前沿后沿被遮挡的部分无法探测和显示3 目标的低矮部分如沙滩可能会被遮挡或回波微弱也无法被探测到4 雷达发射脉冲的宽度会使探测到的回波发生后沿拖尾现象回波与实际目标形状不相符5 雷达的辐射波束宽度引起回波沿圆周方向扩展造成回波向左右扩展6 雷达屏幕像素尺寸使回波的位置向周围扩展7 船舶运动涌浪波动及雷达设备因素引起回波位置闪烁不定目标边缘不清晰8 地球曲率影响雷达地平距离远距离的高大目标只有顶端能够被探测到图像与目标原貌甚至完全不同9 目标对雷达波的反射能力不同造成回波强度差别较大图像明暗不均10 由于气象海况以及船舶吃水的变化即使在同一海域船舶不同航次回波图像也会有差别11 雷达图像是动态图像观测习惯和个人操作能力不同对图像的解释因人而异12 以上所有因素综合影响使雷达图像经常很难与海图和视觉影像对应2．雷达测量目标基本原理雷达通过测量目标的距离和方位确定且标相对于本船的位置并在此基础上实现雷达定位导航和避碰1 雷达测距原理如果雷达发射脉冲往返于雷达天线与目标之间的时间为Δt电磁波在空间传播的速度为C约3×108ms则目标的距离R C·Δt2电子从雷达回波图像区域中心扫描到边缘的时间扫描线长度正好对应于雷达所选用量程的电磁波往返传播时间．对于图6-9-1中的例子12n mile的量程相当于雷达波传播24nmile路程所花费的时间即扫描线长度应为148．2μs 这样在12n mile以内的任意海上目标与本船的距离就与屏幕上目标显示的位置到回波图像区域中心的位置准确对应利用距离测量工具 RR或VRM 就能够估算或测量目标的位置2 雷达洲方位原理雷达天线是定向圆周扫描天线．在水平面内天线辐射宽度只有1°左右所以对于每特定时刻雷达只能向一个方向发射同时也只能在这个方向上接收回波雷达天线在空中以船艏为方位参考基准环360°匀速转动典型转速大约为20 rpm 雷达方位扫描系统能够以优于0．1°的方位量化值将天线相对于船艏的转动方位准确地记录在存储器中并按照显示的要求从存储器中读出数据送到屏幕显示于是天线所探测目标的相对方位就能够准确地显示在屏幕上借助于电子方位线就可以测量出目标的舷角本船的航向是可以知道的因此也就可以得到目标的真方位了二雷达显示方式雷达设有不同的图像显示方式以满足不同航行环境下的雷达观测需要首先从船舶运动参照系划分雷达图像的运动方式可以相对于本船．也可以相对于水面或相对于地面前者称为相对运动 RMRelative Motion 显示方式后者称为真运动 TMTrue Motion 对水真运动和对地真运动显示方式此外在不同的雷达图像运动方式下根据图像的指向方式即从船艏指向划分雷达显示方式可以进一步分为船首向上相对方位船首向上真方位真北向上和航向向上等雷达图像指向方式雷达图像的运动方式与指向方式结合形成多种多样的显示方式如下不同的显示方式方便不同航行环境下的雷达观测驾驶员应该熟练掌握和灵活运用各种显示方式的特点保证船舶航行安全l．相对运动 RM 显示方式所谓相对运动是指无论本船是否运动在雷达屏幕上代表本船参考位置的扫描中心固定不动所有目标都做相对本船的运动即目标在屏幕上的运动是其各自的真速度矢量与本船真速度矢量之差特别地与本船同向同速的船是固定不动的海上的固定目标则与本船等速反向运动此时如果扫描中心与雷达图像区域的几何中心重合则称为中心显示方式否则称为偏心显示方式偏心显示时通常使舶艏方向有更大的显示视野以便于观测如图6-9-2所示1 相对运动船首向上 H-up 显示这种显示方式雷达无需接入任何其他传感器信号便能够工作其显示特点如下1 具有上述相对运动显示的特点2 源自CCKP的船首线指向屏幕正上方固定不动雷达回波在屏幕上的分布与驾驶员视觉瞭望目标的实际情况一致方位测量仅能够得到目标的相对方位3 船首在风浪中偏荡时目标回波左右摇摆余晖使回波模糊甚至容易造成目标转向的假相本船转向时船首线不动目标回波反向转动尤其本船大幅度快速转向时回波会出现目标拖尾现象影响观测4 观测效果直观适合宽阔水域平静海况时船舶避碰5 不利于定位导航和航向频繁机动的环境比如船舶进港狭水道以及大多数情况的沿岸航行在雷达正常工作时RM H-up显示方式并非性能标准强制要求具备在航向传感器故障时作为应急工作方式雷达只能采用这种显示方式且有报警提示值得注意的是目前有的型号的雷达用本船航向信号同步方位刻度盘．船首线对应的方位始终指向屏幕上方使得在这种显示方式下也能够读取到目标真方位这种改良的H-up显示方式被称为船首向上真方位 H-up TB 显示图示可以看出不同显示方式下雷达观测的图像特点图6-9-3a 是航行态势图图6-9-3b 是RM H-up显示的图像特点2 相对运动真北向上 Nup 显示这种显示方式雷达只需接入本船航向信号即可工作其显示特点如下1 具有前面提到相对运动显示的特点2 屏幕正上方代表地理真北船首线指向本船艏向雷达回波在屏幕上的分布与所用海图类似方位测量可直接得到目标的真方位3 船艏在风浪中偏荡或本船转向时船首线随艏向转动目标回波保持稳定清晰便于观测4 适合于定位导航和航向频繁机动的环境比如船舶进港狭水道以及大多数情况的沿岸航行5 用于避碰时尤其是船舶艏向介于090和270之间时应特别注意雷达图像的左右与驾驶员从驾驶台瞭望时左右舷是相反的图6-94所示为RM N-up显示的图像特点3 相对运动航向向上 C-up 显示这种显示方式．雷达只需接入本船航向信号便可工作其显示特点如下1 具有前文提到相对运动显示的特点2 本显示方式启动时代表本船航向的船首线指示本船艏向并指向屏幕正上方．屏幕方位刻度由本船航向信号驱动000代表真北方位雷达回波在屏幕上的分布与驾驶员视觉瞭望目标的实际情况一致方位测量能够得到目标的真方位3 船艏在风浪中偏荡或本船转向时具有N-up的显示特点船首线随艏向偏荡或转动目标回波稳定清晰便于观测4 转向结束本船航向把定按下航向向上 C-up 后雷达图像迅速整体旋转恢复到特点 2 图像状态避免了H-up本船转向过程引起的目标拖尾模糊的显示缺点5 能够兼顾导航和避碰功能适合于比较广泛水域的航行环境但大多数情况真北方向与海图不一致不利于目标识别和定位图6-9-5所示为RM C-up显示的图像特点2．真运动 TM 显示方式这种显示方式雷达需同时接入本船航向和航速信号才能够工作真运动显示时代表本船参考位置的扫描中心根据所选择量程比例在屏幕上按照本船的航向和航速移动所有目标的运动都参考本船的速度输入如果输入的是对水速度则在水面上漂浮的船舶在屏幕上固定不动而陆地会以与风流压差相反的方向和速度移动对水稳定真运动用于船舶避让对水速度的取得．通常来自于船舶计程仪人工输入速度也可以使雷达工作在对水真运动显示模式如果输入的是对地速度则岛屿等固定目标是静止的本船和目标船在屏幕上按照其航迹向移动对地稳定真运动用于船舶在狭水道和进出港导航可以有多种方式取得对地速度如在对水速度的基础上进行风流压的校正或直接使用双轴计程仪或利用卫星定位系统还可以利用雷达目标跟踪功能跟踪对地稳定的目标作为速度参考检测对地速度是否准确可以观测陆地或对地固定的目标是否在屏幕上漂移来证实按照性能标准的规定扫描中心应在不少于雷达图像显示区域半径的50％和不超过其75％的屏幕范围内移动和自动重调并且可以随时人工重调扫描起始点使船艏方向有重大的显示视野方便雷达观测真运动显示时雷达也同样可以具有上述三种屏幕指向方式但考虑到TM H-up 显示方式不能很好地表现出运动的真实性现代雷达多数不提供这种显示方式但在本船航向信号丢失时雷达通常会给出航向丢失报警并执行H-up显示方式当本船速度信号丢失时雷达也会给出航速丢失报警并执行偏心相对运动显示方式3．雷达显示方式的选择不同的显示方式可以满足不同的雷达观测需要在相对运动方式下连续观测回波相对本船的变化有利于判断目标船的会遇危险及早做出避让决定在平静的大洋航行时雷达只用于避碰观测．采用H-up是最方便的选择在沿岸航行时需要雷达定位和导航为了便于识别目标最好使用N-up显示方式在沿岸尤其在狭水道或港口航行时船艏偏荡或船舶频繁转向C-up则更有利于避碰观测避碰观测时对水真运动能够方便准确地判断目标船的动态有助于驾驶员根据航行态势和规则做出避让行动真运动显示时目标船在屏幕上的运动不受本船机动的干扰．这对于本船避让过程中和避让结束后监测目标船的动向非常有益对地真运动显示方式能够及时观测本船相对于海岸的航行动态是船舶在狭水道导航或进港靠码头时最佳选择值得注意的是一定要严格区分对水稳定和对地稳定的模式避碰时误用了对地稳定或导航时误用了对水稳定都是相当危险的尤其在航行环境受限能见度不良时三雷达基本工作原理1．雷达系统配置传统的船舶导航雷达系统由天线收发机和显示器组成为了帮助驾驶员更好地获得海上移动目标的运动参数近代雷达大多配备了自动雷达标绘仪 ARPA 或具备了自动目标标绘功能使雷达在避碰中的作用得到了进步提高随着现代科技的发展基于信息化平台的新型航海仪器和设备不断出现与传统的导航雷达实现了数据融合与共享电子定位系统 EPFS 通常采用卫星导航系统如GPS 信号为船舶提供了高精度的时间和位置参考数据ENC或其他矢量海图系统为船舶航行水域提供了丰富的水文地理数据AIS为雷达目标提供了有效的身份识别手段这些技术的进步促进了船舶导航雷达技术的发展按照SOLAS公约要求2008年7月1日之后装船的雷达应满足IMO MSCl92 79 船舶导航雷达设备性能标准规定其系统配置如图6-9-6所示其中等分虚线部分不是性能标准要求的是雷达系统的选装配置船舶主GPS设备为系统提供WGS-84船位和时间数据罗经或发送艏向装置THD 为系统提供艏向数据SDME 船舶速度和航程测量设备通常为计程仪提供船舶速度数据雷达传感器提供本船周围海域的图像信息显示系统处理雷达图像跟踪移动目标获取目标运动参数协助驾驶员避碰和导航AIS报告周围船舶识别信息和动态数据以及航标数据协助驾驶员避碰导航选装的海图系统提供水文地理航行必要数据所有数据在雷达终端显示系统上融合共享所有的传感器都可以独立工作其中一个传感器的故障．不影响其他传感器信息的显示雷达图像信息提供绐VDR保存记录系统自动判断数据的可信性有效性和完善性拒绝使用无效数据如果输入数据质量变差系统会加以提示驾驶员在操作雷达时应随时注意屏幕警示信息驾驶员通过雷达显示系统操控面板控制雷达系统．获得最佳定位导航和避碰信息雷达传感器采用收发一体的脉冲体制通常由收发机和天线组成俗称为雷达头信号处理与显示系统是基本雷达系统的必要组成部分根据分装形式不同雷达设备可分为桅下型俗称三单元雷达和桅上型俗称两单元雷达桅下型雷达主体被分装为天线收发机和显示器三个箱体一般天线安装在主桅或雷达桅上显示器安装在驾驶台收发机则安装在海图室或驾驶台附近的设备舱室里如果收发机与天线底座合为一体装在桅上这样的分装形式就称为桅上型雷达桅上型雷达便于维护保养多安装在大型船舶上．一般发射功率较大而中小型船舶常采用发射功率较低的桅上配置设备成本也较低2．基本雷达系统组成框图一个基本雷达系统的工作原理框图如图69-7所示与雷达出厂分装相比原理图中的定时器发射系统双工器和接收系统构成了雷达收发机3．基本雷达系统工作原理1 定时器定时器或定时电路又称为触发脉冲产生器或触发电路是协调雷达系统的基准定时电路单元该电路产生周期性定时触发脉冲分别输出到发射系统接收系统信号处理与显示系统以及雷达系统的其他相关设备用来同步和协调各单元和系统的工作2 发射系统雷达发射系统主要由调制器磁控管和发射控制电路组成通过发射开关和量程转换发射控制电路控制着雷达发射机工作和发射脉冲参数的改变在触发脉冲的控制下调制器产生10KV以上的矩形调制脉冲控制磁控管产生具有一定宽度和幅度的大功率射频矩形脉冲通过微波传轴线送到天线向空间辐射雷达采用磁控管作为发射器件其典型的工作寿命大约为10000小时磁控管在能够正常发射之前需要大约3 min的预热时间在这段时间之内驾驶员应将雷达置于备机 standby 状态与雷达观测密切的发射机主要技术指标包括发射频率发射功率脉冲宽度脉冲重复频率等雷达的工作频率有3cm波段和9 cm波段两种又分别称为x波段和S波段前者探测精度较高在晴好天气中使用后者目标的发现能力和抗雨雪杂波能力较强在恶劣天气探测远距离目标时使用较多雷达的发射功率根据船舶的航区和吨位大小通常在几至几十千瓦发射脉冲的起始时间由触发脉冲的前沿决定脉冲的宽度受雷达面板上量程和／或脉冲宽度选择控钮控制在近量程采用窄脉冲随着量程段增加脉冲宽度逐段增加量程段改变时脉冲重复频率也由随之变化近量程重复频率高远量程重复频率低这些技术参数的变化是为了满足目标探测距离回波强度距离分辨力等观测指标的要求参看本章第二节获得最佳观测效果3 双工器双工器又称收发开关雷达采用收发共用天线发射的大功率脉冲如果漏进接收系统就会烧坏接收系统前端电路发射系统工作时双工器使天线只与发射系统连接发射结束后双工器自动断开天线与发射系统的连接恢复天线与接收系统的连接实现天线的收发共用显然双工器阻止发射脉冲进入接收系统保护了接收电路目前雷达通常采用铁氧体环流器作为双工器雷达天线的收发转换时间t′影响了雷达的近距离探测性能参看本章第二节4 天线1 雷达天线基本特性雷达采用隙缝波导天线具有较强的方向性能够定向发射和接收微波天线的辐射特性由图6-9-8所示的方向性图描述分为主瓣和旁瓣雷达是靠天线主瓣来探测目标的波瓣的水平波束 HBW 较窄只有1°左右垂直波束 VBW 较宽为20°左右．波束的空间示意图如图6-9-8a 所示主瓣轴线方向根据不同天线的生产加工以及装配在不同的雷达发射机上的情况可以偏离天线辐射窗口的法线方向3°5°如图6-98b 所示称为偏离角雷达安装时应考虑偏离角的因素调整好方位误差在雷达辐射主瓣方向周围还对称分布了许多旁瓣辐射这些旁瓣辐射功率通常较弱且不稳定对于正常距离上的通常目标而言旁瓣辐射对雷达观测不会构成重要影响但对于近距离强回波而言旁瓣辐射也会探测到目标形成旁瓣假回波参看本章第四节对雷达观测构成比较严重的干扰①阴影扇形成因通常雷达天线安装在龙骨正上方主桅之上的船舶最高处以减少障碍物的阻挡保持良好的探测视野尽管如此雷达天线也不可避免由于安装环境限制受到障碍物或船舶建筑结构的遮挡在一定扇形区域内雷达探测目标的能力减弱甚至无法探测到目标这样的区域称为阴影扇形区域②阴影扇形观测特性由于雷达天线的辐射窗口有一定长度水平波束宽度大约为1°左右而且雷达波具有一定的绕射能力因此被障碍物遮挡的阴影扇形区域并非完全探测不到目标其中在阴影扇形的核心可能存在无法探测到目标的区域称为阴影扇形盲区其他目标探测能力减弱的区域称为阴影扇形灵敏度降低弧船舶建筑结构如船艏楼前桅桅顶横杆将军柱主桅烟囱和船尾楼等引起的阴影扇形对于雷达是永久的对航行安全的影响也最大图6-9-9a 和 b 定性图示了船舶建筑结构引起雷达阴影扇形的成因及对雷达观测的影响图69-9d 为实际船舶雷达屏幕截图可以看到由于本船主桅和烟囱而形成的阴影扇形对雷达观测的影响阴影扇形区域的大小与障碍物的大小障碍物到天线的距离障碍物相对天线的高度以及天线尺寸等因素有关障碍物越高体积越大离天线越近所形成的阴影扇形区域就越大在安装雷达时应精心考虑雷达天线的安装位置按照IMO雷达安装导则要求雷达天线的位置应保证阴影扇形区最小而且不应出现在从正前方到左右舷正横后22．5°的范围内在余下的扇区内不应出现大于5°的独立的或整体之和大于20°的阴影扇形实际的船舶上一般大船前桅造成的阴影扇形区范围约为1°-3°雷达天线附近若有大型吊杆和桅杆存在时其产生的阴影扇形区范围可达5°10°粗大的烟囱且离天线较近时其阴影扇形区范围可达10°以上在雷达阴影扇形区范围内向本船驶近的大船其雷达的发现距离可能从12nmile降到6nmile以下在此区域内的小型船舶探测距离可从4n mile 阴影扇形区域外降到0．5nmile 阴影扇形区域内以下为了更好地理解阴影扇形对雷达观测的影响我们假设一目标船正在。
中国船用导航雷达行业市场策略
中国船用导航雷达行业市场策略1. 市场分析船用导航雷达是船舶上必备的重要导航设备之一，用于在航行过程中提供准确的位置和周围环境信息。
随着全球航运业的快速发展，船用导航雷达市场也呈现出稳步增长的趋势。
1.1 市场规模根据市场调研数据显示，船用导航雷达市场预计在未来几年内每年以5%的复合年增长率增长。
2019年市场规模为10亿美元，到2025年预计将达到15亿美元。
1.2 市场竞争态势目前船用导航雷达市场竞争激烈，主要竞争对手包括Garmin、Furuno、Sperry Marine等国际知名企业。
这些企业凭借独特的技术优势和良好的品牌声誉在市场上占据一定的份额。
此外，新兴企业也逐渐涌现，并以较低的价格和市场定位吸引一部分消费者。
1.3 市场趋势随着科技的不断发展，船用导航雷达市场也面临着一些新的变化和趋势。
首先，高清晰度和大屏幕导航雷达越来越受欢迎，船舶操作人员能够更清晰地观察周围的航行环境。
其次，无线和互联网技术的应用，使得导航雷达可以与其他设备实现更好的连接和数据共享。
另外，环保和能效需求的增加也促使船用导航雷达向更节能、环保的方向发展。
2. 市场策略2.1 定位策略面对竞争激烈的市场，我们的船用导航雷达产品应该明确定位，选择目标市场细分进行专业化定位。
例如，可以针对巡航船舶、货船或渔船等特定船只类型，提供符合其需求的特色功能和服务。
2.2 产品策略为了在市场中占据竞争优势，我们应该不断创新船用导航雷达产品，提升其性能和功能。
例如，引入人工智能技术，使导航雷达能够根据历史数据和实时信息做出更准确的判断和预测。
此外，还可以加强用户界面设计，提供更友好、直观的操作体验。
2.3 渠道策略选择合适的渠道对船用导航雷达进行销售和宣传至关重要。
除了传统的经销商渠道，我们还应该积极发展在线销售渠道，利用互联网的优势拓展市场份额。
同时，在渠道选择上，应重点考虑与船舶制造商和航运公司等合作，以扩大产品的覆盖范围。
船舶雷达操作与使用教案
船舶雷达操作与使用教案一、引言。
船舶雷达是船舶上必不可少的一种导航设备，它能够帮助船舶在恶劣天气下保持航向，避免与其他船只或障碍物相撞，保障航行安全。
因此，船舶雷达的正确操作与使用对船舶航行至关重要。
本教案将详细介绍船舶雷达的操作与使用方法，以期帮助船员们更好地掌握这一关键设备。
二、船舶雷达的基本原理。
船舶雷达是利用微波信号来探测周围环境的一种导航设备。
雷达发射器会发射微波信号，当这些信号遇到目标物体时，会被目标物体反射回来。
雷达接收器会接收这些反射信号，并通过处理这些信号来确定目标物体的位置、距离和速度。
通过不断地发送和接收微波信号，船舶雷达能够实时地监测周围的情况，帮助船员进行航行决策。
三、船舶雷达的基本操作。
1. 打开雷达设备，首先，船员需要按照设备说明书的要求打开雷达设备，并等待设备进行自检，确保设备工作正常。
2. 调整雷达参数，船员需要根据实际情况调整雷达的参数，包括增益、海洋增益、抗海浪干扰等参数，以确保雷达能够清晰地显示周围的目标物体。
3. 选择合适的雷达显示模式，雷达设备通常会提供不同的显示模式，如海图叠加模式、雷达回波模式等。
船员需要根据实际情况选择合适的显示模式，以便更好地观察周围的情况。
4. 调整雷达的观察范围，根据船舶当前的航行情况，船员需要调整雷达的观察范围，以确保雷达能够覆盖到船舶前方和周围的海域。
5. 监测雷达显示，船员需要不断地监测雷达的显示情况，观察周围的目标物体，包括其他船只、岸边、浮标等，并及时做出相应的航行决策。
四、船舶雷达的使用技巧。
1. 注意目标物体的运动状态，船员在使用雷达时，需要特别注意周围目标物体的运动状态，包括其速度、方向和变化趋势，以便及时调整航向和避让其他船只。
2. 注意雷达回波的真实性，在使用雷达时，船员需要注意雷达回波的真实性，避免被虚假回波所误导。
在复杂的海况下，雷达回波可能会受到海浪、风浪等因素的影响，船员需要谨慎判断目标物体的真实位置。
船用雷达的操作和使用
船用雷达的操作和使用船用雷达是船舶上常见的导航设备，它通过发射和接收微波信号来探测周围环境，并提供相关的信息给船舶驾驶员，以确保航行的安全。
以下是关于船用雷达的操作和使用的详细说明。
1.雷达系统组成船用雷达一般由以下几个部分组成：-雷达发射器：产生微波信号并向四周发射。
-雷达接收器：接收反弹回来的信号，并将其转化为图像。
-显示器：显示雷达所接收到的图像，并提供相关的信息。
-软件控制系统：用于控制雷达的各项参数和功能。
2.雷达的工作原理船用雷达利用微波信号来测量和跟踪目标物体的位置和距离。
当雷达发射器发射出的微波信号遇到物体时，一部分信号会被物体反射回来，雷达接收器接收到反射回来的信号后，通过信号处理和图像重建，形成雷达图像。
3.雷达的操作步骤以下是一般的雷达操作步骤：-打开雷达开关：将雷达接通电源，打开相关开关。
-设置雷达参数：根据航行需求，设置雷达的工作频率、功率、扫描范围等参数。
-定位雷达：将雷达安装到适当的位置，确保雷达可以360度无阻碍的扫描周围环境。
-调整雷达扫描模式和范围：根据航行需求，调整雷达的扫描模式和范围，可以选择水平扫描、垂直扫描、或者组合扫描等模式。
-观察雷达图像：通过观察雷达的显示器，获取周围环境的信息，包括航道、目标物体、岩礁、其他船只等。
-自动或手动跟踪目标：根据需要，雷达可以根据用户设置自动跟踪目标，也可以手动选择跟踪目标。
-分析和决策：根据雷达提供的信息，船舶驾驶员进行分析和决策，选择适当的航向和航速。
4.雷达的使用注意事项在使用船用雷达时，需要注意以下几个方面：-正确设置雷达参数：根据航行条件和需求，合理设置雷达的频率、功率、扫描范围等参数，以获取准确的雷达图像。
-关注目标物体：通过观察雷达图像，及时发现与船只航行有关的目标物体，如其他船只、浮标、岩礁等，并根据需要采取相应的行动。
-定期校准雷达：定期对雷达进行校准和维护，以确保其准确性和可靠性，同时保持雷达设备的清洁。
导航雷达
导航雷达概念：导航雷达是供探测周围目标位置，以实施航行避让、自身定位等用的雷达。
船舶上供探测周围目标位置，以实施航行避让、自身定位等用的雷达。
船上装备雷达始自第二次世界大战期间，战后逐渐扩大到民用商船。
国际海事组织(IMO)规定,1600吨位以上的船只须装备导航雷达。
导航雷达的一项重要任务是目标标绘，这项任务正逐渐改由自动雷达标绘装置来担任。
国际海事组织还规定所有 1万吨位以上的船只逐步装设这种装置。
一般雷达把自身作为不动点表示在平面位置显示器（见雷达显示器）的中心。
但在航海中，船舶自身在运动，总是与固定目标或运动目标作相对运动。
适应航海环境的雷达，应是真正运动的雷达，须能自动输入船舶自身的航速和航向，数据必须相当准确。
第二次世界大战以后，微波航海雷达的基本结构并无很大的改变，磁控管发射机、高灵敏度接收机、双工器、天线和显示器的工作原理均与以前的相同，但性能和可靠性已经得到改进。
应用固态电子技术，使设备的可靠性有了很大的提高。
现代航海雷达除磁控管和阴极射线管以外，其他有源电路元件基本上已全部使用晶体管和集成电路。
由于电路改进，脉冲宽度已从1～2微秒减至0.1微秒，磁控管峰值功率已从3千瓦提高到50千瓦，从而目标分辨力和灵敏度得到提高。
开槽波导天线阵列使天线波束宽度从2°减至0.7°或0.8°，使目标方位辨别能力得到提高。
由于这些改进，在40厘米平面位置显示器上可描绘出航线式图像，便于船舶在沿海岸线航行和进出港时标绘。
60年代后期，利用小型计算机研制成功自动雷达目标跟踪和估算系统，它能处理雷达视频电压，检测和跟踪目标，测量船舶与目标之间的相对运动，预计目标未来的运动和最接近点，协助驾驶人员采取回避动作。
导航雷达和自动雷达标绘装置是航海领域内的重要设备，是驶近陆地、引导船舶出入港口和窄水道的必要设备。
多普勒导航雷达利用多普勒效应测量飞机飞行速度的机载导航雷达，与机上航向设备、导航计算机等组成自主式航位推算多普勒导航系统。
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。
激光雷达在海上船舶导航中的应用
激光雷达在海上船舶导航中的应用随着科技的不断进步，激光雷达逐渐成为船舶导航领域的重要工具。
激光雷达通过发射激光束来测量目标物体的距离和位置，具有高精度、快速反应和远距离探测等特点。
在海上船舶导航中，激光雷达应用广泛，并发挥着重要的作用。
首先，激光雷达在船舶导航中能够提供精确的目标探测。
传统的船舶导航依赖于航标和导航仪器，但这些方法受限于天气和可见性等因素。
而激光雷达利用激光束照射目标物体，通过测量反射光的时间和强度来确定目标的位置和距离。
因此，无论是在晴天还是在恶劣的天气条件下，激光雷达都能提供准确可靠的目标探测数据，为船舶的安全航行提供重要支持。
其次，激光雷达在海上船舶导航中还能够实现障碍物检测和避障。
在航行中，船舶常常面临各种各样的障碍物，如沉船、礁石、浮冰等。
这些障碍物可能造成船舶受损或航行困难。
而激光雷达能够及时探测并测量出障碍物的位置和大小，为船舶提供准确的障碍物信息。
船舶可以根据激光雷达提供的数据来规避障碍物，避免碰撞和其他事故的发生。
这对于海上船舶的安全与稳定航行至关重要。
除了提供目标探测和障碍物检测功能外，激光雷达还在船舶导航中发挥着其他重要的作用。
例如，激光雷达能够提供高精度的地形测绘和海洋地质勘测。
在进行航道测量和绘制航海图时，激光雷达能够精确测量海底地形和水深等信息，为船舶在复杂水域中的导航提供准确的地理数据。
此外，激光雷达还可以用于监测海上交通和船舶行为分析。
通过激光雷达的高精度测量，可以实时监测船舶的位置、速度和航向等信息，为海事管理部门提供有效的交通监控和船舶管理。
然而，尽管激光雷达在船舶导航中有着广泛的应用前景，但仍然存在着一些挑战和问题。
例如，激光雷达在海上导航中受到天气和水汽等因素的影响，可能会导致数据的不准确性。
此外，激光雷达的安装和维护成本较高，对于一些小型船舶而言可能难以承担。
因此，未来的发展方向需要进一步降低成本、提高稳定性和可靠性，以便更广泛地应用于海上船舶导航。
激光雷达在船舶导航中的关键应用
激光雷达在船舶导航中的关键应用近年来，随着科技的不断进步和发展，激光雷达作为一种高精度、高效能的测距工具，广泛应用于船舶导航领域。
激光雷达可以利用激光光束对周围环境进行高精度的扫描和测量，从而为船舶的导航和避碰提供了重要的支持。
本文将重点讨论激光雷达在船舶导航中的关键应用，并引入一些相关的技术和案例。
首先，激光雷达在船舶位置定位方面起到了重要的作用。
传统的船舶导航设备通常依赖于GPS定位系统，但在一些恶劣的环境下，如强磁场或高楼密集的城市区域，GPS信号可能会受到干扰，从而导致定位不准确。
而激光雷达可以通过测量船舶与周围物体的距离和角度，实时计算出船舶的位置和姿态。
这种基于激光雷达的位置定位系统具有高精度和抗干扰能力强的优点，可以有效提高船舶的导航准确性。
其次，激光雷达在航道勘测和浅滩避让中也发挥着重要的作用。
在一些复杂和不熟悉的水域中，船舶常常面临着航道未知或海底浅滩的风险。
激光雷达可以通过扫描水面和水底，并测量水下物体的高度和位置，为船舶提供详细的航道信息，帮助船舶避开障碍物和浅滩。
此外，激光雷达还可以通过数字地形模型（DTM）技术，将航道的地形数据与导航系统进行集成，实现智能船舶的自动导航和避碰功能，大大提高了航行的安全性和效率。
除此之外，激光雷达还可以应用于目标检测和识别。
在船舶的导航过程中，及时发现和识别周围的船只、浮标、礁石等目标是非常重要的。
激光雷达可以通过对目标进行高精度的三维扫描，将目标的位置、形状和运动状态等信息传输给船舶导航系统，从而实现对目标的实时监控和预警。
这种基于激光雷达的目标检测和识别技术在航行中起到了重要的作用，可以帮助船舶进行准确的目标跟踪和导航规划。
然而，激光雷达在船舶导航中的应用还面临一些挑战和限制。
首先，激光雷达的成本较高，这对于一些小型船舶可能是一个不小的负担。
其次，激光雷达依赖于大量的计算和处理，需要高性能的计算设备来支持其正常运行。
此外，激光雷达在大雾、强光和雨天等恶劣气候条件下的性能会受到影响，导致测量误差增大。
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第一节 雷达目标探测与显示基本原理
雷达图像的特点：
由于雷达设备自身的性能、大气传播的条件、 目标的反射能力以及周围环境的变化都会影响雷达图像 的形成与质量，使雷达探测到的目标回波图像与真实目 标相比，可能会有很大的变形，比如：
► 雷达回波图像类似目标迎问天线面的垂直投影； ► 雷达只能探测目标的前沿，后沿被遮挡的部分无法
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
早期的雷 达显示器也称PPI （平面位置显示 器），现代雷达采 用平面光栅显示器 取代了PPI，如右 图。屏幕上包括了 雷达图像区域、操 作菜单区域、状态 指示区域、数据显 示区域等。
通常，雷 达屏幕上除了显示 岛屿、岸线、导航 标忐、船舶等对船 舶导航避碰安全航 行有用的各种回波 之出外各， 种还 驾无 驶法 员避不免希望看到的回波，如海浪、雨雪、同频干扰、云雾、噪声、假 地回显波示 等。一个专业的雷达观测者，应能够在各种杂波干扰和复杂屏幕背景中分 辨出有用回波，引导船舶安全航行。
探测和显示； ► 目标的低矮部分（如沙滩）可能会被遮挡或回波微
弱，也无法被探测到； ► 雷达发射脉冲的宽度会使探测到的回波发生后沿
“拖尾”现象，造成回波与实际目标形状不相符； ► 雷达屏幕像素尺寸使回波的位置向周围扩展；
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
► 雷达的辐射波束宽度引起回波沿周方向扩展，造成 回波向左右扩展；
► 船舶运动、涌浪波动及雷达设备因素引起回波位置 闪烁不定，目标边缘不清晰；
► 地球曲率影响雷达地平距离，远距离高大目标只有 顶端能够被探测到，图像与目标原貌甚至完全
不同； ► 目标对雷达波的反射能力不同，造成回破强度差别
好大，图像明暗不均； ► 由于气象海况以及船舶吃水的变化，即使在同一海
域，船舶不同航次，回波图像也会有差别； ► 雷达图像是动态图像，观测习惯和个人操作能力不
第四篇 航海仪 器
Байду номын сангаас
第九章 船舶导航雷达
第九章 船舶导航雷达
★ 什么是雷达呢？ 雷达发射微波脉冲（即电磁波）对目标进行
照射，同时接收目标对电磁波的反射回波，从而发 现目标并测定其参数，即利用电磁波来完成对目标 的成像、识别、检测、定位和跟踪。
电磁波具有似光性，在地球表面近似以光速直线 传播，遇到物体后会被反射回去。
最性能标准要求CCRP可以由驾驶员根据
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
在雷达屏幕上，HL（Head Line）称为船首线，指示船首
方向，来自本船艏向装置（THD）或陀螺罗经。 发自于扫描起始点的径向扫描线在屏幕上沿顺时
针方向匀速转动，转动周期与雷达天线在空间的转动周明 一致。
屏幕上等间距的同心圆称为固定距标圈（Range Ring，RR），每圈间隔2n mile，用来估算日标的距离。与 固定距标圈同心的虚线圆是活动距标圈（Variable Range Mark，VRM），它可以由操作者随意调整半径，借助数据读 出窗口的指示测量目标的准确距离。
EBL（Electronic Bearing Line）称为电子方位 线，通过面板操作控制其在屏幕的指向，借助数据读出窗 口的指示或屏幕边缘显示的方位刻度，测量目标的方位。
很多雷达将VRM/EBL联动，称为电子距离方位线（ Electronic Range/ Bearing Line，ERBL）,可以通过一次
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
雷达图像基本元素
本船周围有一岛屿，另有 一目标船与本船相向行驶
B图为海平面俯 视图，本船航 向000°，目标 船航行在本船 右舷，岛屿在 本船左舷后
C图为雷达屏幕，扫描 中心（起始点）为本船 参考位置，量程为12n mile，即在雷达屏幕上 显示了以本船为中心 12n mile为半径的本船 周围海域的雷达回波。
● 雷达能够及时发现远距离弱小目标，精 确测量本船相对目标的距离和方位，确定船舶位 置，引导船舶航行。通过传感器的支持，雷达还 具备了目标识别与跟踪、地理参考信息显示等功 能，能够更好地避免船舶碰撞，保障航行安全。
第九章 船舶导航雷达
第一节 雷达目标探测与显示基本原理 第二节 雷达观测性能与观测技术 第三节 目标观测特性 第四节 影响雷达正常观测的因素 第五节 雷达定位与导航 第六节 雷达目标跟踪 第七节 雷达显示AIS报告目标 第八节 影响目标跟踪精度的因素
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
统一公共基准点CCRP（Consistence Common Reference Point）：是雷达IBS（情报 系统库Information Bank Sysrem）中的重要组 成部分，是雷达测量目标所得到的数据如距离、 方位、相对航向和航速、本船与目标船的最近会 遇距离（Distance to the Closet Point of Approach，CPA)和航行到最近会遇距离所需时间 （Time to the Closet Point of Approach， TCPA）等的参考点，通常是雷达天线辐射器在雷 达屏幕上的对应位置。
同，对图像的解释因人而异； ★★★ 由于以上所有因素综合影响，使雷达图像经
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
在雷达工作环境中，能够反射雷达波的物体 ，如岸线、岛屿、船舶、浮标、海浪、雨雪、 云雾等等，统称为目标。这些目标的雷达反射 波被雷达天线接收后经过接收系统处理，最终 在显示器上显示为加强亮点，这些加强亮点就 是目标回波。
雷达系统将雷达传感器探测到的本船周围目 标以平面位置图像的方式显示在屏幕上。 ► 目标距离和方位的测量都是在显示器上通过 测量目标回波来完成的。
英文：Radar---Radio Detection And Ranging，即无线电探测与测距。
★ 应用于船舶导航的雷达成为船舶导航雷达（ Shipborne Navigation Radar），亦称航海雷达（ Marine Radar）或船用雷达，在航海中通常简称雷 达。
第九章 船舶导航雷达
● IMO在雷达性能标准中指出:雷达通过显示 和识别其他水面船只、障碍物和危险物、导航目 标和海岸线等相对于本船的位置，来帮助船舶安 全导航和避免碰撞。