导航雷达第三章雷达设备接收机
船舶通信导航设备运行与维修——雷达故障诊断与修复的一般方法及操作流程
《船舶通信导航设备运行与维护》课程讲义10
华盟HM-2032 MARK-2船用导航雷达 天线收发单元的维护保养操作
一、船用导航雷达整机结构及基本工作原理
1．雷达基本组成框图及其工作原理 雷达基本组成如图5.1所示。
发射机
天线部件 收发开关
船 首 及 方 位 信 号 接收机
触发电路
显示器
中频电 船电 雷达
《船舶通信导航设备运行与维护》课程讲义10
二、船用导航雷达整机工作状态判断方法
雷达工作状态的判断是一项非常严谨细致的工作，使用者必须充分了解雷达 工作的细节和性能，熟悉雷达工作的每一种操作的步骤、方法及荧光屏上的 响应和应显示的相关信息。这样，当雷达出现异常时才能及时发现，及时进 行检修，以免故障扩大化，将故障的影响降到最低。 一般来说，雷达工作正常时，应符合以下几点： 1．能在规定的时间将雷达从冷状态开导工作（发射）状态。 2．开机过程中及开机后，雷达各部件均无打火、冒烟、出现异味及异常声
益、调谐、STC、FTC和船首线等）。 10．采用其他显示方式时，船首线指向应该与罗经读数一致，正常显示本船的航
向、航速等外来信息。
《船舶通信导航设备运行与维护》课程讲义10
三、船用导航雷达典型故障检修举例 虽然从原理上各种船用导航雷达的结构和工作过程基本一致，但不同厂家生产 的雷达在元器件和电路结构方面有较大区别，其故障检修方法也是有区别的。 此处所介绍的雷达故障检修方法仅为读者提供一种故障检修思路，供读者分析 实际雷达故障参考。 1．发射机典型故障检修举例 注意！发射机内有致命高压，动手检查，排除故障时应先了解线路，熟悉机器 。接触高压部件前，应先断电并放电。 发射机出现故障，造成的直接后果是不发射射频脉冲，其典型故障现象为：雷 达荧光屏上无回波，天线系统正常，显示正常（如增大增益有噪声斑点出现， 活动距标、电子方位线正常等）。 基本分析：据以上现象可以断定故障出现在发射机部分，故障产生的原因可能 有很多，但大部分故障出现在射频脉冲通道。以下假定三种故障原因，来介绍 发射故障分析过程。
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。
第三章雷达信号模型及信号处理
雷达设备使用说明书
雷达设备使用说明书一、产品概述雷达设备是一种用于探测目标的无线电技术设备。
它通过发射和接收电磁波来获取目标的位置、速度和其他相关信息。
本说明书旨在向用户提供关于雷达设备的详细操作指南，以便正确合理地使用该设备。
二、安全注意事项在使用雷达设备之前，请确保您已仔细阅读并理解以下安全注意事项：1. 严禁未经授权擅自拆卸设备，否则可能导致设备损坏或人身伤害。
2. 使用雷达设备时，请确保周围环境安全，并避免与其他无线电设备干扰。
3. 请避免接触雷达发射信号，以免对人体产生不必要的辐射。
4. 请将雷达设备放置在干燥、通风的环境中，并避免水或其他液体进入设备内部。
三、设备组成与功能雷达设备主要由以下组成部分构成：1. 发射器：负责发射电磁波。
2. 接收器：负责接收目标反射的电磁波，并将其转化为可读取的信号。
3. 显示屏：用于显示目标信息，如距离、速度等。
4. 控制面板：用于调节设备参数和功能。
四、操作指南以下是雷达设备的基本操作指南：1. 开机与关机：a) 将电源插头插入电源插座，并按下电源按钮启动设备。
b) 关机时，将电源按钮长按数秒，直到设备完全关机。
2. 参数设置：a) 使用控制面板上的按钮，可以设置雷达设备的工作模式、灵敏度等参数。
b) 根据实际需求，调节合适的参数以取得最佳效果。
3. 目标显示：a) 雷达设备会在显示屏上实时显示探测到的目标信息，如位置、速度等。
b) 通过观察显示屏上的图像，可以迅速判断目标的状态，并做出相应决策。
4. 数据保存：a) 雷达设备可通过连接外部存储设备，将探测到的数据进行保存和分析。
b) 按照设备说明书上的指引，进行数据的保存和导出操作。
5. 设备维护：a) 定期清洁设备表面，并确保无积尘或其他物质附着于设备上。
b) 如发现设备故障或异常，请立即停止使用，并联系售后服务。
五、故障排除以下是一些常见问题的排除方法：1. 无目标显示：a) 检查是否已正确连接设备的发射器和接收器。
雷达原理与对抗技术习题答案
第一章 1、雷达的基本概念：雷达概念(Radar)，雷达的任务是什么，从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息,通过什么方式获取这些信息 答：雷达是一种通过发射电磁波和接收回波，对目标进行探测和测定目标信息的设备。 任务：早期任务为测距和探测，现代任务为获取距离、角度、速度、形状、表面信息特性等。 回波的有用信息：距离、空间角度、目标位置变化、目标尺寸形状、目标形状对称性、表面粗糙度及介电特性。 获取方式：由雷达发射机发射电磁波，再通过接收机接收回波，提取有用信息。 2、目标距离的测量：测量原理、距离测量分辨率、最大不模糊距离 答：原理：R=Ctr/2 距离分辨力：指同一方向上两个目标间最小可区别的距离 Rmax=… 3、目标角度的测量：方位分辨率取决于哪些因素 答：雷达性能和调整情况的好坏、目标的性质、传播条件、数据录取的性能 4、雷达的基本组成：哪几个主要部分，各部分的功能是什么 答：天线：辐射能量和接收回波 发射机：产生辐射所需强度的脉冲功率 接收机：把微弱的回波信号放大回收 信号处理机：消除不需要的信号及干扰，而通过加强由目标产生的回波信号 终端设备：显示雷达接收机输出的原始视频，以及处理过的信息 习题： 1-1. 已知脉冲雷达中心频率f0＝3000MHz，回波信号相对发射信号的延迟时间为1000μs，回波信号的频率为3000.01 MHz，目标运动方向与目标所在方向的夹角60°，求目标距离、径向速度与线速度。
6851000103101.510()15022cRmkm
m1.010310398KHzMHzfd10300001.3000smfVdr/5001021.024
smV/100060cos500
波长：目标距离： 1-2. 已知某雷达对σ=5m2 的大型歼击机最大探测距离为100Km， 1-3. a） 如果该机采用隐身技术，使σ减小到0.1m2，此时的最大探测距离为多少？ 1-4. b） 在a）条件下，如果雷达仍然要保持100Km 最大探测距离，并将发射功率提高到10 倍，则接收机灵敏度还将提高到多少？
一、雷达目标探测与显示基本原理
（1） 船首向上显示方式 （ head-up） 显示特点：（用于避碰） 1. 扫描中心（本船）在荧屏中心，物标回波相对本船运动，固定
物标则与本船等速反向运动。 2. 船首线指方位圈的0°，并代表船首方向。 物标的方位是相对
本船船首的相对方位（舷角）。 “相对方位显示方式” 3. 本船转向时，船首线不动而物标回波圆周反转，有弧形尾迹，
影响观测。转向时减小增益，可防止图像模糊。
海图平面
270°(T)
240°(T)
Course 240 航行视景
Course 270
0
0
Head up
（2） 真北向上显示方式（North-up） 条件：接入罗经航向信号 显示特点：（用于定位） 1. 扫描中心（本船）在荧屏中心，物标回波相对本船运动，固
（二）雷达显示方式
1、相对运动（RM—Relative Motion）显示：
1、在雷达屏幕上，代表本船位置的CCRP（以及扫描中心）固定
不动； 2、运动目标以其自身航速和本船航速的合速度作相对于本船的运 动； 3、与本船同向同速行驶的船在荧光屏上固定不动，海上固定目标 则与本船等速反向运动；
按图像指向可以分为：首向上（HUP)、航向向上（CUP)、北向上 （NUP)三种方式。
方位圈一起转动，直到船首线指固定方位圈0°为止。
海图平面
270°(T)
240°(T)
Course 240 航海视景
Course 270
240 0
原航向
0
240 0 270
转向中
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雷达技术原理
雷达技术原理本文将介绍雷达技术的工作原理。
雷达是一种主动式无线电测距测速系统，可以探测和跟踪远距离目标，并提供其位置、速度、大小等基本信息。
雷达技术在天文学、气象学、军事、民用航空等领域都有广泛的应用。
雷达的基本原理是利用电磁波在目标与雷达之间的传输、散射或反射，从而实现距离、方位和速度测量的目的。
雷达技术的工作原理雷达技术的工作原理涉及到电磁波的产生、传输、接收和处理等多个环节。
下面将分别介绍雷达系统中各部分的工作原理。
电磁波的产生雷达系统需要产生电磁波，以便进行测量。
为了产生电磁波，可以使用不同类型的电源，例如发电机、电池或光纤。
一般情况下，雷达系统会使用一台特殊的能够产生高频电磁波的设备，称为雷达发射机。
雷达发射机可以接收电源的电能，并将其转换成高频电磁波，然后将其输出到天线。
电磁波的传输电磁波在传输过程中会受到各种环境因素的干扰，例如气候、大气层、障碍物等。
电磁波的传播距离也会受到其频率和波长的影响。
雷达系统中常用的电磁波频率范围是从1 GHz到100 GHz，对应波长从30厘米到3毫米。
雷达系统一般会使用天线将产生的电磁波传输到目标，并接收其反射或散射回来的信号。
天线可以将电磁波转换为电流信号，并将其发送到雷达接收器进行处理。
电磁波的接收雷达系统的接收器需要能够接收反射或散射回来的电磁波信号，并将其转换为电流信号。
一般情况下，雷达系统会使用一台特殊的接收器，称为雷达接收机。
雷达接收机可以将接收到的电流信号转换为数字信号，并通过信号处理算法来提取目标的距离、方位和速度等信息。
电磁波的处理通过信号处理算法，雷达系统可以对接收到的电磁波信号进行分析，并提取出目标的距离、方位和速度等信息。
雷达系统会将上述信息通过显示屏、电子设备或计算机等方式传送给用户或操作员。
根据用户或操作员的需要，雷达系统可以实现不同的功能，例如探测、识别、追踪、导航或通信等。
雷达技术的应用雷达技术在天文学、气象学、军事和民用航空等领域都有广泛的应用。
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）（2）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。
（3）（4）发射机（Transmitter）（5）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）（6）天线（Scanner; Antenna）（7）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（8）（9）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。
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第五节 雷达接收系统
变频器 高放 自双工器 混频器 中频 放大器 检波器 视频 放大器
至显示器
本振 MIC 人工调谐
自动调谐 （AFC）
触发脉冲 增益 海浪抑制
图3-5-1 接收系统框图
第三章 雷达设备-接收系统组成
（一）变频器： 把超高频回波信号变成中频（30、45、60 MHz）信号
第三章 雷达设备—雷达信息处理及显示系统
第六节 雷达信息处理及显示系统
PPI（Plane Position Indicator） : 模拟信号处理（ 传统式） 光栅（TV）、液晶 : 数字信号处理 （ 现代式）
阳极 罩
阴极
栅极
电子枪
偏转线圈
电子束 管脚灯丝 管径 位移线 圈 Fig CRT
屏荧 光
两部分：本机振荡器、混频器 1）本机振荡器： 产生比磁控管振荡频率高一个中频的小功 率等幅连续振荡信号，即本振信号fL 2）混频器： 把回波信号（fS）与本振信号（fL）通过非线性元件混频 产生含许多新频率的信号，经过选频电路选出本振信号 与回波信号的差频——中频信号（fI） 混频晶体二极管
接收系统的调谐： 调整本振的输出频率fL ，以满足其与回波信号频率 fS始终相差一个中频；调谐不当将影响雷达图像质量。 包括：人工调谐和自动调谐（AFC） 调谐标准：显示器上调谐指示最大或回波饱满清晰。
放大时失真越小，雷达的观测精度就越高，但雷达保持较高的放 大倍数和灵敏度就越受到限制，适合近量程。
第三章 雷达设备—接收系统的主要技术指标
（四）恢复时间 从引起接收系统饱和或过载的强信号过后开始， 到接收系统刚刚恢复正常工作能力为止所经历的时间， 越短越好。
恶劣天气中的强海浪回波、强雨雪回波以及近 距离大型船舶的回波，应警惕其后方目标。
被干扰的小目标 岸线基本不受影响
旁瓣接收同频干扰 （a）近量程 （b）量程增加 （c）远量程
图3-6-4 同频干扰图像
同频干扰的相关性：
相邻两次扫描中目标位置不变（相关），而同频干扰信号由于两 部雷达的重复频率和扫描起始时间不同，位置不同（不相关）
比较若干次扫描回波，有用的目标回波总是处于相同距离位置； 而同频干扰信号则因大多处于不相同的周期，所处的位置不同。利 用“与门”运算，可消除同频干扰
锥体
【传统PPI阴极射线管显示器】
【现代电视光栅扫描显示器 】
传感器
天线角位置 与船首标识 定时脉冲 雷达视频
信息处理与显示系统 方位量化 同步单元 视频量化 b a 坐 标 转 换 视 频 处 理 综合信息显示 与操作控制 刻度标识
基本 雷达
陀螺罗经 或 THD
艏向 IEC 61162 NMEA 等 其他接口 航速 I/O 接口及视频处理器
SDME
主控制器 EPFS 、AIS 位置、识别 其他传感器 水文地理信息 信息处理器 （目标跟踪、信息融合）
图 3-6-1 雷达信息处理与显示系统 现代雷达信息处理与显示系统的基本组成框图
第三章 雷达设备—显示系统 雷达视频处理电路
雨雪干扰抑制、同频干扰抑制、恒虚警率处理、 扫描相关处理、回波平均、回波扩展和尾迹显示 1．雨雪干扰抑制 （FTC—Fast Time Constant/ Anti-Rain Clutter）
第三章 雷达设备-接收系统组成
（二）中放（中频放大器）：
把微弱的中频回波信号不失真地放大近 百万倍 ，然后送去检波成为视频信号
V → V
1）前置中放： 着重尽可能地减小噪声，2 ~ 3级 2）主 中 放： 着重提高信号放大倍数，6 ~ 7级
增益控制电路：改变放大倍数以控制回波强度，控制影象的亮度 控制面板手动增益（GAIN）控钮的使用： 使荧光屏上的噪声斑点似见未见（刚刚可见）
2）同频干扰抑制电路（RIC—Radar Interference Canceler 或 IR）：
同频干扰：两台距离相近的同波段雷达同时工作，相互间产生的干扰。 其特点是：近量程时干扰在屏幕上较为分散，螺旋线效果不明显；随着 量程增大，干扰变得密集，远量程时干扰杂波表现为密集混乱的图像， 同频干扰一般发生在狭水道船舶航行密集的海域 。
t
Ship （a）Raw video
Island t
（b）CFAR bias
t
4）回波平均
对连续两幅或多幅画面的回波强度进行平均化处 理，稳定可靠的回波强度基本保持不变，而杂波干扰 经平均后，屏幕显示亮度大幅度降低，去干扰。
第三章 雷达设备—接收系统的主要技术指标
二、雷达接收系统主要技术指标
（一）中频频率：根据设备型号不同，雷达中频 普遍采用30 MHz，45 MHz或 60 MHz 。 （二）灵敏度与放大倍数 表征接收系统接收弱信号的能力，通常由最小可辨 信号功率Prmin表示 ，一般可达10-12～10-14 W。 （三）通频带 通频带也称频带宽度，表示中频放大器能够不失 真地放大回波信号的频率响应范围。通频带越宽，信号被
雨/雪/云雾产生的回波是很宽的视频脉冲，图像呈棉絮状连续回 波亮斑，无明显边沿。回波很强时，能淹没雨区中的物标回波。 微分电路将宽回波视频信号微分变 窄，突出信号前沿，减弱回波信号 的能量即强度，只保留了回波的前 沿，以抑制雨雪干扰。同时也提高 了距离分辨力。
Input
Output
使用注意事项①将减小探测距离②丢失弱小目标回波,只在雨 雪干扰严重时使用FTC。
第三章 雷达设备-接收系统组成
（三）海浪杂波抑制电路（STC）
改变近距离放大倍数，抑制海浪干扰回波。
u 目标 海杂 波
目标 丢失
STC
抑制深度 t
增 加
O
抑制范围 控制电压 目标正 常保留 海杂波减 弱 目标减弱 目标重现 STC 作用
（四）检波及视频放大器
检波器：将中频雷达信号转变为低频的原始视 频信号，经过放大后送到显示器。
T
1st 扫描
I I
T T T
I I I
I I
T T
2nd 扫描
视频输出
二进制与门运算：
0×0=0； 1×0=0；
0×1=0 ；1×1=1
3）恒虚警率处理电路（CFAR-Constant False Alarm Rate ）
抑制机内噪声和干扰，为现 代雷达普遍采用
缺点：易丢失弱小目标
u O u O （c）CFAR video Sea u clutter O Ship Rain clutter