1、船舶導(dǎo)航雷達,第一章雷達基本工作原理,引言,Radar Radio detection and ranging,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,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,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（Closest Point of Approach) TCPA(Time to CPA),第一節(jié) 雷達測距與測方位原理,方向掃描,量程:,回波 (10 nm),t123.5 s,熒光屏邊緣,本船,目標,島嶼,12 nm,目標船,90,245,245,EB

2、L,90,180,270,0,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.,如t = 1s，則，R = 150 m；對應(yīng)于1 nm 距離， t 12.35 s,1、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 t,t ： 往返于天線與目標的時間 C: 電磁波

3、在空間直線傳播速度 C = 3102 m/ 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,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,Transmitter,Receiver,T/R,天線,收發(fā)機,顯示器,ARPA,Fig1-2(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,1、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

4、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,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V,6、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

5、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 2000 Hz,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,現(xiàn)代雷達 IBS的重要組成部分 定位、導(dǎo)航、避碰,雷達 羅經(jīng) 計程儀 GNSS AIS ECDIS,主要傳感器,三、雷達傳感器與IBS,第二章 船用雷達設(shè)備,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(yù)調(diào)制器、調(diào)制器） 磁控管振蕩器 電源（低壓、高壓）,二、發(fā)射機技術(shù)指標,S 波段：10 cm; f=2 9

6、003 100 MHz 如：3 050 MHz X波段: 3 cm; f=9 0009 500 MHz 如：9 375 MHz,2.脈沖寬度（）：發(fā)射脈沖的持續(xù)時間。,Rmax,3.脈沖重復(fù)頻率（F）：每秒鐘發(fā)射的脈沖數(shù) 500 4 000 Hz,1.工作頻率（波長） ：超高頻（正弦波）的頻率范圍,天氣好: X band; 天氣壞(雨/雪) : S band,一般= 0.041.2s,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,4.發(fā)射功率：指峰值功率，一般375 kW,p,故障

7、 ,R max ,天線旁瓣干擾 ,tt: 前沿上升時間 0.10.2 tf: 后沿下降時間 0.20.4 u: 頂部波動值 25%,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(fù)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,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

8、、陽極、輸出耦合系統(tǒng)、磁鐵,3.工作條件：,1）燈絲加6.3 V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,4.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(yù)熱35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10 cm,3）防高壓觸電，防電磁輻射，帶電檢查需兩人在場,4）波導(dǎo)天線連接要良好且水密防變形，禁拆波導(dǎo)開高壓,5）新管或長期不用（大于6個月 ）的使用前應(yīng)進行

9、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,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(dǎo)接頭，氖燈置于口端約1015 cm 氖燈閃亮表明正常,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

10、求：損耗小，防止輻射、干擾、失真,2）種類：波導(dǎo)、同軸電纜,1.同軸電纜： 用于10 cm雷達 由內(nèi)外兩層導(dǎo)體構(gòu)成，嚴格同軸,2.波導(dǎo)：用于3 cm雷達,由矩形空心管構(gòu)成 由銅拉制成,波導(dǎo)元件,第二節(jié) 微波傳輸線及雷達天線系統(tǒng),均勻波導(dǎo)：,不均勻波導(dǎo)：,直、扭、彎、軟波導(dǎo),諧振腔、帶銷釘?shù)牟▽?dǎo)、 分支、開縫波導(dǎo)等,波導(dǎo)接頭：扼流接頭 波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭：耦合環(huán)探針 不能隨便拆卸調(diào)整,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：隙縫波導(dǎo)天線,定向收發(fā)共用天線，水平極化,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,第二章 船用雷達設(shè)備,第三節(jié) 接收機,混頻器：,把回波

11、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R1 k檔測正反向電阻， 嚴禁使用R1或R10 k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,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,粗調(diào)：大范圍改變振蕩頻率,細調(diào)：小范圍

12、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,海浪干擾,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1012 1014 W，接收機放大量應(yīng)106 108（120 160 dB）,2、其它：,同頻帶、動態(tài)范圍、工作穩(wěn)定性、抗干擾性能、恢復(fù)時間等,第三節(jié) 接收機,三、接收機工作狀態(tài)

13、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：,第四節(jié) 雷達顯示系統(tǒng),模擬系統(tǒng) 數(shù)字系統(tǒng),一、模擬系統(tǒng),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,a,c,d,e,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,將原始視頻雜波抑制，然后與天線方位信號、船艏信號量化 進行坐標轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生光柵掃

14、描信號,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,測定：選一個 2 n mile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。,調(diào)整：調(diào)節(jié)觸發(fā)延時,2）活動距標誤差：,測定：以固定距離標志圈為準,校正：按說明書有關(guān)內(nèi)容進行調(diào)整,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,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,校正：調(diào)整艏線延時,2）船首線指零誤差：掃描線與天

15、線旋轉(zhuǎn)不同步,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,校正：調(diào)整方位延時,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（RMRelative Motion）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,第五節(jié) 雷達顯示方式,三、真運動（Course-up）顯示：,代表本船

16、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(dǎo)航觀測,一、雷達系統(tǒng)互換裝置,1.作

17、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,第三章 船舶導(dǎo)航雷達的操作,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（Ships Power Switch）：合上驅(qū)潮、維護斷開 2.雷達開關(guān)（Radar Power Switch） ：Off-Stand-On,二、有關(guān)圖象質(zhì)量的控鈕,1.亮度（Brilliance Tube 或 Intensity Sweep）：掃描線剛好看不見 2.增益（Gain 或 Sensitivity）

18、：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,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-Clutter Sea 或 Sea-Echo Suppression）： （Sencitivity Time ContorSTC） 6 8 n mile 2.雨雪干擾抑制（Anti-Clutter Rain/Snow） ： （Fast Time ConstantFTC） 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-Constant False Alarm R

19、ate） ：處理雜波,四、有關(guān)測量的控鈕,1.量程（Range Scale）選擇：探測范圍 2.電子方位標志（EBL）：精測目標方位,第一節(jié) 控鈕符號作用及操作要點,3.固定距離標志（Range Rings） ：粗估目標距離 4.活動距離標志（Bearing Dial ）：精測目標真方位 5.顯示方式（Presentation ）： 1）真/相對方位：HEAD-UP；NORTH-UP；COURSE-UP 2）真/相對運動：TM / RM 選擇,四、輔助調(diào)整,1.中心調(diào)整（Centering Shift）：調(diào)掃描中心 VERT、HORIZ 2. 船首線按鈕（Heading Flash 或 SHM off）：按下船首線消失 3.刻度盤照明（Dimmer）：讀刻度盤數(shù)據(jù) 4.作圖器照明（Plotting ）：標繪用 5.性能監(jiān)視器（Monitor ）：監(jiān)視收發(fā)及總性能 6.羅經(jīng)復(fù)示器調(diào)節(jié)（Compass ）：匹配航向 7.測試電表：檢查工作狀態(tài),第二節(jié) 一般操作步驟,一、基本操作,1.開機前的檢查：,1）天