21世纪的船用雷达改(新)
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。
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。
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。
MSC192(79) 雷达新性能标准(中文)
海安会MSC.192（79）决议（2004年12月6日通过）通过经修订的雷达设备性能标准海上安全委员会，忆及国际海事组织公约第28（b）条关于本委员会的职能，还忆及A.886（21）决议，大会决定应由海上安全委员会代表本组织履行通过性能标准和技术规则及其修正案的职能，注意到A.222(VII)决议、A.278(VIII)决议、A.477(VII)决议、MSC.64(67)决议附件4、A.820(19)决议和 A.823(19)决议包括适用于现在正在生产以及在过去不同时间段安装的船用雷达的性能标准，还注意到船用雷达是与船上要求配备的其他导航设备（例如自动目标跟踪设备、ARPA、AIS、ECDIS和其他）一起使用的，认识到需要在总体上统一船用雷达的标准，尤其是与航行相关信息图像显示的标准，审议了航行安全分委会在其第50次会议上提出的经修订的雷达设备性能标准建议案，1．通过经修订的雷达设备性能标准建议案，其文本载于本决议附件中；2．建议各国政府确保2008年7月1日或以后安装的雷达设备符合不低于本决议附件中所规定的性能标准。
第461页附 件经修订的雷达设备性能标准建议案目 录1 设备范围2 标准的适用范围3 参考资料4 定义5 雷达系统的操作要求6 人–机工程学衡准7 设计和安装8 界面9 备份和后备装置第462页1 设备范围通过指示与本船相关的其他水面船只、障碍物和危险物、航行目标和海岸线的位置，雷达设备应能有助于安全航行和避免碰撞。
为此，雷达应综合并显示雷达图像、目标跟踪信息，源自本船位置的位置数据（EPFS）以及地理参照数据。
应提供AIS信息的综合和显示以补充雷达信息。
可提供显示电子导航海图所选部分和其他矢量海图信息的功能以协助航行和监控位置。
如果符合以下功能要求，雷达及其他传感器或报告信息（例如AIS）应能通过协助船舶有效航行和保护环境，提高船舶的航行安全：- 沿岸航行和进港时，清晰显示陆地和其他固定危险物；- 作为提供更清晰的航行图像和增强对现场情况的意识的方法；- 以船对船模式协助避免发现和报告的危险物碰撞；- 发现小型漂浮和固定危险物时，避免碰撞并确保自身船舶安全；和- 发现漂浮和固定导航装置（见表2，注3）。
船用s波段海鸟雷达操作说明
船用s波段海鸟雷达操作说明船用S波段海鸟雷达是一种专门用于海上航行的雷达设备，用于检测和跟踪海鸟的位置和行为。
下面是关于如何操作船用S波段海鸟雷达的详细说明。
第一步：设备准备1.确保船用S波段海鸟雷达安装在适当的位置，并与船体连接牢固。
确保设备电源连接正常。
2.打开设备电源，等待设备启动。
在启动过程中，设备会进行初始化和自检。
确保设备自检通过，显示屏正常工作。
第二步：设备设置1.进入设备的设置菜单，根据实际情况进行参数设置。
(a)可以调整雷达的灵敏度，以适应不同的海鸟密度和海况。
(b)可以设置雷达的工作频率，以避免与其他雷达设备的干扰。
(c)可以设置雷达的报警阈值，以便及时发出预警信号。
2.确保雷达与显示屏正常连接。
可以通过菜单调整显示屏的亮度和对比度，以获得清晰的图像显示。
第三步：雷达操作1.基本操作(a)打开雷达的扫描功能，使其开始和跟踪周围的海鸟。
(b)通过旋转或调节雷达的方向和角度，可以扩大雷达的有效检测范围。
2.观察和分析数据(a)在雷达的显示屏上，可以实时观察到检测到的海鸟的位置和运动情况。
(b)通过观察海鸟的密度和运动方向，可以判断海面上的鸟群分布和鸟群的行为。
3.报警和预警(a)当雷达检测到特定的海鸟密度或鸟群行为时，可以发出报警信号。
(b)根据实际情况，可以设置不同类型的报警，如声音、亮灯或显示提示信息。
第四步：数据记录和导出1.船用S波段海鸟雷达通常具备数据记录和导出功能，可将检测到的海鸟数据保存到存储设备中，或将其导出至其他设备进行分析和处理。
2.根据实际需求，可以设置数据记录的时间间隔和存储容量，以及数据格式和导出方式。
第五步：设备维护1.定期进行设备检查和维护，确保雷达设备的正常运行。
注意检查电源和连接线路的连接是否良好。
2.定期清洁雷达的传感器和显示屏，以确保其工作性能不受影响。
船用雷达详细介绍
船用雷达详细介绍船用雷达是指安装在船舶上，用来探测和测量周围环境的雷达系统。
它是船舶上必备的重要设备之一，具有广泛的应用领域，包括航海、渔业、船舶导航和安全等。
船用雷达的基本原理是利用电磁波的反射和回波来探测目标物体的位置和距离。
雷达系统会通过发射器发射一束脉冲电磁波，并追踪这些波的回波来确定目标物体的位置和距离。
通过测量回波的时间和频率，船用雷达能够计算出目标的位置、距离和速度等重要信息。
船用雷达通常由以下几个主要部件组成：天线、发射器、接收器、显示器和控制装置。
天线用于发射和接收电磁波，发射器产生电磁波脉冲，接收器接收和处理回波信号，显示器显示目标物体的信息，控制装置用于操作和控制雷达系统。
船用雷达的主要功能包括航海导航、碰撞防范、目标检测和跟踪等。
船舶在海上航行时，通过船用雷达可以确定周围环境的情况，包括其他船只、浮标、礁石等。
船用雷达能够提供目标物体的位置、距离和速度等信息，帮助船舶避免碰撞和安全导航。
船用雷达的技术特点主要包括雷达分辨率、探测距离、工作频率和功率等。
雷达分辨率是指雷达系统能够分辨出的最小目标物体的大小，通常与天线的直径有关。
探测距离是指雷达系统能够探测到目标物体的最远距离，通常取决于功率和工作频率。
工作频率是指雷达系统发射和接收电磁波的频率，通常根据不同的应用需求选择合适的频率。
船用雷达有多种不同类型，包括X波段雷达、S波段雷达、L波段雷达、K波段雷达等。
不同类型的雷达在性能和应用方面有所差异。
例如，X波段雷达具有较高的分辨率和探测距离，适用于长距离航行和海上作业；而S波段雷达则适用于近距离导航和安全防范。
除了基本功能外，现代船用雷达还具有一些先进的特性和功能，如自动目标跟踪、天气雷达、海上目标识别系统等。
自动目标跟踪可以自动追踪目标物体的运动轨迹，方便船舶管理和操作；天气雷达可以探测和预测天气情况，提供给船舶相关的气象信息；海上目标识别系统可以识别和跟踪目标物体，确保船舶的安全航行。
船载导航雷达技术最新应用
岸警卫队颁布规定, 要求所有进入美国水域的船只 装备并使用避碰系统, 促进了计算机自动雷达标绘 仪( ARPA ) 的迅速发展[ 2] 。
20 世纪 80 年代, 军用雷达技术快速发展, 人们 乐观地认为船用导航雷达技术也会突飞猛进, 甚至 设想应用脉冲多普勒、相控阵、合成孔径成像、超视 距探测等技术体制[ 3] 。30 年过去了, 船用导航雷达 技术与军用雷达技术的差距却越来越大, 除了屈指 可数的新技术, 如波导缝隙阵列天线、固态调制器、 数字终端显示、数字信号处理、固态功放、连续波等, 其余变化都是小改小革, 如组合导航( 接入船舶自动 识别设备、运行电子海图) 、波 束锐化、双量程显示 等, 而非雷达体制上的根本变化。时至今日, 无论军 用还是民用船舶, 仍然大量使用磁控管导航雷达, 甚
第 53 卷 第 9 期 2013 年 9 月
电讯技术 Telecommunication Engineering
doi: 10. 3969/ j. issn. 1001- 893x. 2013. 09. 025
Vol. 53 No. 9 Sep. 2013
船用导航雷达的技术发展及最新应用*
彭祥龙**
目标检测
分辨力与精度
抗相
技术 体制
近 距离
# 1247 #
www. teleonline. cn
电讯技术
2013 年
至连数字信号处理技术都未广泛使用。究其原因, 民用船舶是导航雷达的主要市场, 成本与性价比是 首要因素。激烈的市场竞争导致雷达的重心放在了 产品的价格而不是新技术应用上, 除非有法律条文 明确规定, 否则那些价格居高不下的技术就一直得 不到应用。
最近 10 年, 世界经济、消费电子技术与航运业 欣欣向荣, 船用导航雷达迎来新的发展机遇。本文 简述了导航雷达市场行情, 说明了技术现状与发展 趋势, 并介绍了导航雷达在安全监视、生态保护等非 导航领域的最新应用。
船用雷达的操作方法
船用雷达的操作方法
船用雷达的操作方法主要包括以下步骤：
1. 打开雷达电源：首先将船用雷达的电源开关打开，确保雷达设备能够正常供电。
2. 调整雷达参数：设置雷达的工作参数，例如雷达的功率、增益、频率等。
根据实际需求，调整雷达的参数以实现最佳的工作效果。
3. 打开雷达显示器：将船用雷达的显示器打开，以便观察雷达回波图像。
根据雷达设备的类型和型号，雷达显示器可能是一个独立的设备，也可能是与雷达设备集成在一起的。
4. 设置雷达扫描模式：根据实际需要，选择适当的雷达扫描模式，例如水平扫描、垂直扫描、容许扇形扫描等。
不同的雷达扫描模式适用于不同的任务和环境。
5. 观察雷达回波：通过雷达显示器观察雷达的回波图像。
回波图像通常显示船周围的物体和障碍物的位置、距离和大小等信息。
6. 根据雷达回波进行导航：根据雷达回波图像，结合其他导航设备（例如电子地图、GPS等），进行航行导航。
根据雷达回波的位置和特征，及时调整船只航向，避免与障碍物碰撞。
7. 维护和保养雷达设备：定期进行雷达设备的维护和保养，包括清洁雷达天线、检查设备连接和电源等，以保证雷达设备的长期稳定运行。
需要注意的是，船用雷达的操作方法可能会根据具体的雷达设备型号和制造商而有所不同。
因此，在使用船用雷达之前，建议阅读并熟悉相关的操作手册和使用说明。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
浅析21世纪的船用雷达
摘要：本文以英国船商公司的船用雷达为例，分析了现代雷达的优缺点，重点讨论了AIS和ENC系统在雷达方面的应用，指出了未来雷达技术的发展方向。
关键词：雷达电子海图AIS
1 前言
安装在船舶上的雷达是船长的眼睛。
它能辅助船舶航行，在能见度较低或在拥挤水道时能辅助避碰。
近30年来，雷达系统的天线单元和收发机单元的技术实际并没有实质性的变化，而显示单元的生产技术却经历了显著的变革。
一些使用计算机类型显示器的彩色雷达已经面世，但到现在为止市场上还未出现计算机雷达（指雷达显示单元全部基于PC机）。
未来雷达技术将向哪个方向发展呢？本文就这一问题以英国船商有限公司(Transas)在雷达专业领域的最新进展及代表性产品为例进行一些讨论。
2新型雷达概况
在船用雷达更新换代之际，船商公司集过去数年的研究成果和实践提出了一个崭新的概念，即：一部性能优异的ARPA雷达＝普通天线收发机+ 普通PC机及显示器+ 船商雷达信号处理卡。
船商的雷达信号处理卡(RadarIntegrator Board)目前已发展到第二代，它直接安插在普通PC机的PCI插槽上，与雷达收发天线单元相接后具有直接处理雷达视频信号、录取和跟踪移动目标、控制收发机等功能；安插雷达信号处理卡的计算机能将雷达图像与矢量电子海图相叠加，利用计算机连网可将雷达图像和电子海图传输到船上任一部位；利用船商扩展串行接口，计算机还能处理包括AIS(又称船舶自动识
别系统)在内的所有船用传感器的信息。
此外，计算机还能把航行过程中的信息压缩并保存在硬盘上，这些信息不仅包括所有目标的动态数据，而且还包括数月连续航行中雷达天线旋转每一圈所得到的整个雷达图像。
3ENC在雷达方面的应用
IEC允许在雷达屏幕上显示电子导航海图(ENC)上的一些要素，包括岸线、安全区、预警区和线条、孤立的危险物、浮标和灯塔。
根据船商公司多年研制和销售电子海图的经验（船商海图数据库已包括全球海域近6000幅矢量电子海图），我们认为上述物标已占ENC数据量的70%。
例如，在使用一些国家(如挪威、瑞典、芬兰等)的纸海图制作电子海图过程中我们曾遇到过数百幅海图，图上包含的上述海图要素由一百万条以上线(或点)组成；有些海图竟有11000块礁石。
假如我们使用芬兰的第25号海图，用原始比例尺显示在21英寸显示器上，屏幕上将显示出840个岛屿。
根据S57标准，一幅ENC海图的容量不能超过5Mb，但如果船舶航行到海图连接处将要显示四幅海图时，这意味着非常庞大的信息量。
这些说明在雷达图像上显示ENC绝非易事，至今世界上还没一部雷达能同时显示ENC 和雷达图像。
然而，在雷达图像上叠加显示ENC所有数据将非常有助于安全航行。
例如，浮标图形的显示可以使驾驶人员方便地区别浮标回波和目标回波；如果ENC显示的岸线与雷达岸线图像重合，则整个海图要素的参照都是正确的，驾驶人员可迅速判断出本船和其它所有目标
的相对位置。
禁入区和孤立危险物的显示能使驾驶员在制订航线时考虑避开，防止航行事故。
值得注意的是，大量触礁或搁浅等事故是由于船长或值班人员过度依赖雷达进行避碰航行所致，而雷达上并不能显示暗礁、浅滩、禁入区等海图要素。
如果雷达上能同时显示暗礁、浅滩、禁入区、分道航行区、锚区、捕鱼区、海产养殖区等危险区域，将有助于提高驾驶人员的“位置感”，进而减少由于避免碰撞事故而导致另一事故。
在电子海图上叠加显示雷达录取目标的优点是明显的，驾驶员能立刻判断出移动目标、浮标和其它静止物标。
当在电子海图上看到一个移动目标时，其进一步的动态可以相当精确地预测和判断出来，例如某个移动目标在分道通航区域内航行时接近分道通航转向点时，或驶向引航员登船区域或锚地时，或驶向海滩而需要掉头时等等。
如果有这些雷达图像显示在ENC上，驾驶人员就能相当准确地预测目标的动态。
而在传统的ARPA上没有这些辅助信息，因此很难判断目标下一步的行为。
4 AIS在雷达方面的应用
目前大多数船舶上已安装AIS，如果没有一套能详细直观显示AIS信息的显示装置，AIS对船长操纵船舶不会有什么帮助。
迄今为止，世界只有少数ECDIS制造商(包括船商公司)已经生产出具有显示和处理AIS信息功能的ECDIS产品。
对于ECDIS来说，具有AIS 接口还不是强制性，正如ECDIS本身目前尚未被强制化。
目前多数雷达具有接收和显示AIS信息的功能。
雷达上具有AIS信息将大幅度减少船长的工作量。
首先：AIS 能转输电罗经航向和计程仪航速，这能克服使用ARPA时的影响安全的局限性，如测定目标运动时的时延。
众所周知，雷达在处理移动目标时的时延可能长达数分钟，仅仅由于这一原因，全世界数百乃至上千艘船舶遭遇碰撞。
其次，每一AIS都有一单独的呼号，你可使用VHF通过此呼号呼叫特定的船舶。
再者，AIS还能传输一些如船舶上危险货物的信息、船舶的尺寸和其他一些相当有用的信息。
如果在雷达上没有ENC显示，AIS的作用能够帮助处理大量目标，帮助找出浮标、灯塔等。
如果雷达图像与ENC要素能够相互叠加，二者能明显相得益彰。
5未来雷达的发展
实际上，船商公司已在普通PC机上实现了许多在雷达上无法实现的标准功能，这些功能非常实用。
例如：将船上的计算机联网，把天线旋转每一圈所得的并实时处理过的雷达原始图像完整传送到联网的计算机上，比如可以传送到船长室的计算机上，这样他可以在自己房间而不用在驾驶台就能查看电子海图及叠加的雷达图像。
在一艘探测船或考察船或其它类似的船舶上可以有十多个分用户，每个用户都可查看电子海图及雷达图像。
船商公司已成功地研制出将本船、目标及重要的原始雷达图像等所有信息压缩并保存到磁盘上的技术。
如果将一幅非压缩的视频信号图保存下来，那么天线每旋转一圈所得到的数据就占磁盘2Mb空间。
船商公司已能将图象数据压缩至原来的250分之一，甚至更高。
一
个标准的10Gb的硬盘就能连续保存一个多月的航行信息，还具有随时回放和重演过去任意时刻航行动态信息的功能。
这一功能作为一些船舶出现碰撞或其它航行事故时证明自己无过失的证据是非常有用的。
所记录的原始雷达图像包括所有岸线、本船动态、目标船动态、海杂波等，这些是不能被伪造的。
IEC第10工作小组在综合导航系统（INS）方面已研究几年了，船商公司也积极参与其中。
我们看到的INS的原型是由2-4套系统相互关联，监视器的尺寸也符合实际船舱所要求的大小。
这些系统可以是雷达，或含有所需ENC要素的雷达，也可以是ECDIS，或具有雷达图像叠加功能的ECDIS。
船商已经着手第三代和第四代INS的操作模型，都包含上面提到的功能和思想。
前两代模型的工作正在进行中。
按照我们的思路，这种工作能使船长在特定航行条件下，根据能见度、可能的航行危险、周围船舶动态以及其它环境因素的综合考虑，以最适合的方式有效地配置和组合INS。
如果旧的船用雷达需更新换代，那么上述研究成果可作为雷达升级的选择之一。
船商公司认为在大多数情况下无需更新包含接收器的天线单元，本文开始已提到雷达天线单元和收发机单元近30年来并没有明显的变化。
天线系统非常可靠，它的维护通常只需更换磁控管而已。
如果你的雷达天线系统才用10年，那根本无需更新。
另一方面，许多雷达的显示单元(例如尺寸和功能)已经过时了，应该被更新。
如果旧雷达显示单元由安插船商雷达信号处理卡的计算机和普通显示器取代，其性能价格比将是非常显著的。
除了经济性之外，上
述更新方法还具有显著的灵活性和选择性。
例如，当一部旧雷达的显示单元需要更新时，无非采用两种途径，一是用新显示单元彻底取代旧显示单元，二是在旧显示单元旁安装新显示单元。
无论采用哪种方法，你所要做的只是在普通计算机和显示器上增加新雷达/ARPA的软件，而船商雷达信号处理卡中已嵌入功能完备的ARPA软件，你也可以在ARPA软件上附加上导航电子海图(ENC)元素，或在显示器上显示电子海图系统(ECDIS)，或将雷达图像叠加在ECDIS上。
总之，在雷达更新换代时如果采用上述功能完备的ARPA和ECDIS软件，不仅能平稳地完成旧雷达向新雷达的过渡，同时还提高了航行安全，并且在航行中还能少走弯路，从而节省时间和燃料。