船舶导航雷达(可编辑)

船舶导航雷达

船舶导航雷达嫁接刀

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

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氚电池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

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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

热解焚烧炉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称重装置

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

本文发布于:2024-09-23 21:27:19，感谢您对本站的认可！

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