船舶導航雷達2021/6/161第一章雷達基本工作原理

引言Radar—Radiodetectionandranging—無線電探測和測距雷達：發(fā)射微波脈沖

探測目標回波

測定目標信息2021/6/162雷達目標雷達所能發(fā)現(xiàn)的目標：船舶島嶼（陸地）浮標海浪雜波雨雪、云霧雜波2021/6/163目標信息直接測得：相對位置（距離和方位）經(jīng)計算得到：真速度真航向CPA（ClosestPointofApproach)TCPA(TimetoCPA)2021/6/164第一節(jié)雷達測距與測方位原理方向掃描量程:回波(10nm)Δt＝123.5μs熒光屏邊緣本船目標島嶼12nm目標船90°245°245EBL901802700方位標志海圖平面雷達平面Fig.距離與方位測量掃描線固定距標圈HL島嶼本船雷達不能探測目標的背面，因此目標的后沿是不可見的.2021/6/1652021/6/166如△t=1μs，則，R=150m；對應(yīng)于1nm距離，△t＝12.35μs1、利用收發(fā)定向天線，只向一個方向發(fā)射雷達波且只接收此方向上的目標的反射回波2、天線旋轉(zhuǎn)依次向四周發(fā)射雷達波，則可探知周圍物標的方位——天線的方向即目標的方向第一節(jié)雷達測距與測方位原理熒光屏的單位長度：在不同量程代表不同的距離一.雷達測距原理2、測距公式：R=1/2·C×

tΔt：

往返于天線與目標的時間C:電磁波在空間直線傳播速度C=3×102m/

s二.雷達測方位原理1、物理基礎(chǔ)：超高頻無線電波在空間直線傳播遇物標能良好反射2021/6/167發(fā)射脈沖顯示器回波Fig1-2(2)發(fā)射機接收機電源船電船首線微波傳輸線天線方位回波T/R觸發(fā)器TransmitterReceiverT/R天線收發(fā)機顯示器ARPAFig1-2(1)觸發(fā)器方位與船首線第二節(jié)

雷達基本組成、作用回波2021/6/1681、定時器（觸發(fā)電路、同步電路等）：是雷達的指揮中心，產(chǎn)生周期性的窄脈沖——觸發(fā)脈沖送：1）發(fā)射機：控制發(fā)射開始

2）接收機：控制近距離增益

3）顯示器：控制計時開始2、發(fā)射機：在觸發(fā)脈沖控制下產(chǎn)生周期性的大功率射頻脈沖

——微波脈沖、發(fā)射脈沖、雷達波3、收發(fā)開關(guān)：發(fā)射時，關(guān)閉接收機，大功率射頻脈沖送天線；接收時，接通接收機，微弱回波能量送接收機。一、基本組成七部分及作用：4、天線：定向收發(fā)天線，將發(fā)射機送來的射頻脈沖聚成細束集中向一個方向發(fā)射，并接收此方向物標反射回來的雷達波（回波）送接收機。第二節(jié)雷達的基本組成、作用2021/6/169第二節(jié)雷達的基本組成、作用5、接收機：超外差式，將微弱回波信號放大千萬倍以符合顯示器要求。

V幾十V6、顯示器：平面位置顯示器（PPI）。顯示與測量目標，目標回波按目標的實際距離和方位顯示在熒光屏上；且配有測量系統(tǒng)供隨時測量。7、雷達電源：把船電變成雷達所需的中頻交流電。

400~2000Hz二、雷達單元構(gòu)成1、三單元雷達：

收發(fā)機（觸發(fā)電路、發(fā)射機、接收機、收發(fā)開關(guān)）顯示器、天線、中頻電源2、二單元雷達：天線收發(fā)機、顯示器、中頻電源2021/6/1610現(xiàn)代雷達IBS的重要組成部分定位、導航、避碰雷達羅經(jīng)計程儀GNSSAISECDIS主要傳感器三、雷達傳感器與IBS2021/6/1611第二章船用雷達設(shè)備2021/6/1612磁控管調(diào)制器予調(diào)制器觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器

門開關(guān)特高壓至接收機特高壓電源收發(fā)開關(guān)至接收機至顯示器

門開關(guān)發(fā)射開關(guān)延時開關(guān)脈沖調(diào)制器雷達發(fā)射機來自電源發(fā)射機至天線低壓電源觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器予調(diào)制器磁控管調(diào)制器一、組成部分及作用第一節(jié)雷達發(fā)射機（Transmitter）組成：脈沖調(diào)制器（預調(diào)制器、調(diào)制器）磁控管振蕩器電源（低壓、高壓）2021/6/1613二、發(fā)射機技術(shù)指標S波段：λ＝10cm;f=2900~3100MHz如：3050MHzX波段 :λ＝3cm;f=9000~9500MHz如：9375MHz2.脈沖寬度（τ）：發(fā)射脈沖的持續(xù)時間。τ↑→Rmax↑

距離分辨率-τ↓→???????íì海浪/雨雪雜波ˉ盲區(qū)ˉ3.脈沖重復頻率（F）：每秒鐘發(fā)射的脈沖數(shù)500~4000Hz

1.工作頻率（波長）：超高頻（正弦波）的頻率范圍天氣好:Xband;天氣壞(雨/雪):Sband一般τ=0.04~1.2μs隨量程改變：近量程，窄脈沖；遠量程，寬脈沖隨量程改變：近量程，高F；遠量程，低F周期T

（=1/F）>根據(jù)量程需要選擇時間基準即船用雷達磁控管工作頻率2021/6/1614Tpptmt=4.發(fā)射功率：指峰值功率，一般3~75kWp↑→?????íì故障-R

max

天線旁瓣干擾-

tt:前沿上升時間

0.1~0.2τtf:后沿下降時間

0.2~0.4τΔu:頂部波動值

2~5%tu10.90.10trtfΔu脈沖波形3）二者關(guān)系1）峰值功率pt:在脈沖持續(xù)時間內(nèi)的平均功率2）平均功率Pm:一個脈沖重復周期內(nèi)輸出功率的平均值5.脈沖波形：發(fā)射脈沖的包絡(luò)理想脈沖:矩形實際波形:波形：1）越接近矩形，能量越大，作用距離越遠2）前沿越陡，測距精度越高3）后沿越陡，距離分辨力越高4）頂部越平坦，發(fā)射功率和頻率越穩(wěn)定雜波-2021/6/1615陰極作用空間諧振腔陽極磁控管結(jié)構(gòu)輸出環(huán)三、磁控管振蕩器第一節(jié)雷達發(fā)射機（Transmitter）1.作用：產(chǎn)生大功率超高頻微波振蕩（正弦波）2.組成：陰極和燈絲、陽極、輸出耦合系統(tǒng)、磁鐵3.工作條件：1）燈絲加6.3V交流電壓，加熱陰極使其發(fā)射電子2）陽陰極間加高壓電場：陽極接地，陰極加萬伏高壓3）必須加永久恒定強磁場4）輸出負載阻抗匹配，保證功率和頻率穩(wěn)定2021/6/16164.磁控管的檢查：萬用表歐姆檔測燈絲阻值：其阻值接近于0（幾個歐姆）正常兆歐表檢查陽陰極之間絕緣電阻：其值應(yīng)大于200

5.使用注意事項1）陰極充分預熱3~5分鐘，暫時不用只關(guān)高壓2）保護磁性，嚴禁敲打，鐵磁物相距大于10cm3）防高壓觸電，防電磁輻射，帶電檢查需兩人在場4）波導天線連接要良好且水密防變形，禁拆波導開高壓5）新管或長期不用（大于6個月）的使用前應(yīng)進行老練，防管內(nèi)打火老練方法：1.只加燈絲電壓工作半小時以上2.加較低的高壓工作一段時間（時間視具體情況定）3.如無打火現(xiàn)象，逐漸加高壓到正常值2021/6/1617通過收發(fā)箱內(nèi)的表頭或顯示器上的磁控管電流指示判斷有——正常；無——不正常四、正常工作標志第一節(jié)雷達發(fā)射機（Transmitter）五、性能檢測1.磁控管工作是否正常2.性能監(jiān)視器1）查磁控管電流：等于說明書規(guī)定值——正常等于零——不發(fā)射大于或小于規(guī)定值——管子衰老或高壓太高或太低電表指針抖動——管內(nèi)打火2）查輸出有無：拆開收發(fā)機波導接頭，氖燈置于口端約10~15cm氖燈閃亮表明正常2021/6/1618第二節(jié)微波傳輸線及雷達天線系統(tǒng)一、微波傳輸線1）要求：損耗小，防止輻射、干擾、失真2）種類：波導、同軸電纜1.同軸電纜：用于10cm雷達由內(nèi)外兩層導體構(gòu)成，嚴格同軸2.波導：用于3cm雷達由矩形空心管構(gòu)成—由銅拉制成2021/6/1619波導元件第二節(jié)微波傳輸線及雷達天線系統(tǒng)(e)Pliable(d)Elbow(c)Narrowsidebend(a)Waveguidesection(b)Broadsidebend(f)ChockjointWaterproofsealslotλ/4λ/4ChockjointslotFixscrewλ/4ChockjointPlanesurfacejointλ/4Chockjointslot(g)RotatingjointShortpistonProbeNarrowsideChockjointBroadside①均勻波導：②不均勻波導：直、扭、彎、軟波導諧振腔、帶銷釘?shù)牟▽?、分支、開縫波導等波導接頭：扼流接頭波導旋轉(zhuǎn)接頭：耦合環(huán)——探針不能隨便拆卸調(diào)整2021/6/1620第二節(jié)微波傳輸線及雷達天線系統(tǒng)二、天線系統(tǒng)組成部分及作用天線與掃描系統(tǒng)船首標志開關(guān)方位發(fā)送器馬達

船電扼流圈至收發(fā)機到方位接收器至船首標志電路旋轉(zhuǎn)接頭輻射窗交流電源輸入隙縫波導防護罩安全開關(guān)性能監(jiān)視器（回波箱）波導饋線發(fā)射性能監(jiān)視器2021/6/1621(a)SWGstructure(b)AntennastructureSlotsHornFilterFig.SWGantennastructure(c)AntennaappearanceAntennamaskRadiationwindowSlottedwaveguide天線：隙縫波導天線定向收發(fā)共用天線，水平極化2021/6/1622第三節(jié)收發(fā)開關(guān)和雷達接收機的組成框圖微波集成電路主中頻放大器視頻部分前置中放雙功器

變頻器

自天線微波集成電路視頻放大增益&STC至顯示器接收機組成框圖觸發(fā)脈沖中頻放大檢波器雙功器混頻器本振第二章船用雷達設(shè)備2021/6/1623第三節(jié)接收機混頻器：把回波信號（fS）與本振信號（fL）通過非線性元件混頻產(chǎn)生含許多新頻率的信號，經(jīng)過選頻電路選出本振信號與回波信號的差頻——中頻信號（fI）混頻二極管（混頻晶體）○檢查：萬用表R100或R1k檔測正反向電阻，嚴禁使用R1或R10k檔，損壞晶體

反正電阻比應(yīng)大于100以上○電流：說明本振和混頻晶體是否工作。具體數(shù)值查說明書○注意：鉛管屏蔽（防高頻輻射）、防振、防潮保管更換或檢測時應(yīng)關(guān)高壓，取下裝上人機同電位回波幅度:

V級本振輸出:mV級晶體電流值只由本振輸出決定2021/6/1624第三節(jié)接收機本振調(diào)諧：調(diào)節(jié)本振頻率使之比回波頻率正好高一個中頻，回波圖象最佳①粗調(diào)：大范圍改變振蕩頻率②細調(diào)：小范圍改變振蕩頻率○機械調(diào)諧：調(diào)節(jié)諧振腔尺寸（決定中心振蕩頻率）○電氣調(diào)諧：調(diào)節(jié)工作電壓○自動調(diào)諧：自動頻率控制電路（AFC）完成○人工調(diào)諧：手動調(diào)節(jié)電位器改變本振工作電壓粗調(diào)時機：更換磁控管后本振元件更換后本振頻率不正常時平時操作雷達的控制面板調(diào)諧標準：圖象清晰飽滿調(diào)諧指示表指示最大2021/6/1625海浪干擾STC作用海雜波目標目標丟失目標重現(xiàn)海雜波減弱目標減弱目標正常保留STC增加2021/6/1626第三節(jié)接收機二、雷達接收機主要技術(shù)指標1、接收機靈敏度：接收微弱信號的能力。用最小可辯功率Pmin表示一般10

12~1014W，接收機放大量應(yīng)106~108（120~160dB）增益過大增益降低增益正常2、其它：同頻帶、動態(tài)范圍、工作穩(wěn)定性、抗干擾性能、恢復時間等2021/6/1627第三節(jié)接收機三、接收機工作狀態(tài)判斷1.噪聲斑點:

調(diào)節(jié)增益，噪聲變化2.晶體電流:

收發(fā)機內(nèi)的表頭，是否正常3.接收性能監(jiān)視器：2021/6/1628刻度系統(tǒng)距離掃描定時系統(tǒng)觸發(fā)脈沖回波船首信號方位信號偏轉(zhuǎn)線圈CRT陽極雷達電源高壓方位掃描視頻系統(tǒng)變壓器輝亮電路陰極柵極第四節(jié)雷達顯示系統(tǒng)模擬系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)í?ì一、模擬系統(tǒng)2021/6/1629第四節(jié)雷達顯示系統(tǒng)二、數(shù)字系統(tǒng)原始視頻→量化→數(shù)字視頻→處理→按顯示要求讀出→還原模擬信號→顯示1.基本原理：b光柵雷達信號光柵掃描雷達PPI/光柵掃描轉(zhuǎn)換掃描信號發(fā)生器直角坐標數(shù)據(jù)內(nèi)存acde基本雷達天線收發(fā)機視頻量化定時方位量化a—原始方位和船首信號；b—觸發(fā)脈沖；c—原始視頻；d—數(shù)字方位信號；e—數(shù)字視頻①將原始視頻雜波抑制，然后與天線方位信號、船艏信號量化②進行坐標轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生光柵掃描信號2021/6/1630第四節(jié)雷達顯示系統(tǒng)三、測距、測方位的誤差測定和校正：1.測距誤差的測定和校正1）固定測距誤差：掃描起始時間誤差①測定：選一個2nmile內(nèi)、位置在海圖上明確且回波清晰的目標，海圖上量出或用其它方法精確測出實際距離，然后與雷達測的距離比較。②調(diào)整：調(diào)節(jié)觸發(fā)延時2）活動距標誤差：①測定：以固定距離標志圈為準②校正：按說明書有關(guān)內(nèi)容進行調(diào)整2021/6/1631第四節(jié)雷達顯示系統(tǒng)2.測方位誤差的測定和校正：1）相對方位（舷角）誤差：艏線位置不正確①測定：用方位分羅經(jīng)測物標真實相對方位（舷角），與雷達

測得的該物標的相對方位（舷角）比較②校正：調(diào)整艏線延時2）船首線指零誤差：掃描線與天線旋轉(zhuǎn)不同步①測定：艏向上顯示，艏線未對準固定方位圈的0度，當誤差值超出

1°時應(yīng)進行調(diào)整②校正：調(diào)整方位延時2021/6/1632第五節(jié)雷達顯示方式一、分類1.船首線指向分：船首向上、真北向上、航向向上2.掃描中心（起始點）運動分：相對運動、真運動3.掃描中心（起始點）位置分：中心顯示、偏心顯示二、相對運動（RM—RelativeMotion）顯示：1.特點1）代表本船的掃描中心（起始點）在屏上不動2）運動目標以航速和本船航速的合速度作相對于本船的運動3）固定目標以與本船相等的速度、相反的航向移動2.應(yīng)用適于避碰、定位2021/6/1633第五節(jié)雷達顯示方式三、真運動（Course-up）顯示：代表本船的掃描中心在熒光屏上以本船速度沿本船航向移動需輸入航向和速度信號1.分類1）速度輸入源分：計程儀、模擬速度真運動2）船首線指向分：真北向上、航向向上真運動3）速度類別分：對水真運動、對地真運動1）輸入對水的速度和陀螺羅經(jīng)航向2）掃描中心沿船首線以本船對水的速度移動，正確顯示態(tài)勢角3）固定目標運動的反方向是漂移（流）方向，速度是漂移速度2.對水穩(wěn)定真運動：水面為參考點★適于避讓觀測3.對地穩(wěn)定真運動：大地為參考點1）輸入對水的速度和陀螺羅經(jīng)航向，輸入漂移速度和方向2）掃描中心和來船沿其航跡向移動3）固定目標影象不動★適于導航觀測2021/6/1634一、雷達系統(tǒng)互換裝置1.作用：實現(xiàn)兩臺雷達的分機之間互相使用，減小在航途中的維修工作，提高雷達工作的可靠性和靈活性收發(fā)機和天線、微波傳輸線只能做為一個整體同時互換第六節(jié)附屬裝置二、雷達性能監(jiān)視器監(jiān)視雷達性能2021/6/1635第三章船舶導航雷達的操作2021/6/1636第一節(jié)控鈕符號作用及操作要點一、有關(guān)電源的開關(guān)1.船電閘刀（ShipsPowerSwitch）：合上驅(qū)潮、維護斷開2.雷達開關(guān)（RadarPowerSwitch）

：Off-Stand-On二、有關(guān)圖象質(zhì)量的控鈕1.亮度（BrillianceTube或IntensitySweep）：掃描線剛好看不見2.增益（Gain或Sensitivity）：噪聲斑點剛好可見3.調(diào)諧（Tuning或Tune）：1）指示最大；2）圖象最飽滿、清晰2021/6/1637第一節(jié)控鈕符號作用及操作要點三、有關(guān)雜波抑制的控鈕1.海浪干擾抑制（Anti-ClutterSea或Sea-EchoSuppression）：（SencitivityTimeContor——STC）6~8nmile2.雨雪干擾抑制（Anti-ClutterRain/Snow）

：（FastTimeConstant——FTC）3.同頻干擾抑制（Defruiter）（RIC、IR）：抑制同頻干擾信號4.自動抗雜波（CFAR-ConstantFalseAlarmRate）

：處理雜波四、有關(guān)測量的控鈕1.量程（RangeScale）選擇：探測范圍2.電子方位標志（EBL）：精測目標方位2021/6/1638第一節(jié)控鈕符號作用及操作要點3.固定距離標志（RangeRings）

：粗估目標距離4.活動距離標志（BearingDial）：精測目標真方位5.顯示方式（Presentation）：

1）真/相對方位：HEAD-UP；NORTH-UP；COURSE-UP2）真/相對運動：TM/RM選擇四、輔助調(diào)整1.中心調(diào)整（CenteringShift）：調(diào)掃描中心VERT、HORIZ2.船首線按鈕（HeadingFlash或SHMoff）：按下船首線消失3.刻度盤照明