现代雷达技术在渔船航行的作用

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1、08 海渔 1 班 导航、助渔仪课程论文 丁慧童 06211271现代雷达技术在渔船航行的作用丁慧童 0621127 08 海渔 1 班摘 要： 渔船航行使用的雷达，即航海雷达（航海导航雷达）Marine (navigation) radar自 20 世纪中叶开始用于船舶导航，已是船舶必不可少的重要导航设备之一。其在船上的应用主要是定位、引航和避碰。本文将对航海雷达概况及其三种作用进行阐述。关键词：航海雷达The Effects of Modern Radar Technology to Fishing-boats Sailings Ding Huitong 0621127 Class 1 o

2、f 08 Marine Fishery Science and TechnologyAbstract：Radar on fishing-boat (Marine navigation radar) have been using from the 20th Century for navigation. Now its one of the indispensable navigation equipments. Its main effects are location, navigation and avoiding crash. In this work, the survey of m

3、arine navigation radar and the three effects were elaborated.Key words：Marine (navigation) radar一、 航海导航雷达概况船用雷达由微波传输与天线系统、发射机、接收机、显示器和电源 5 部分组成；通过对无线电信号往返时间的精确测量，并在雷达显示器内设置一个计时系统实现测距；可用于观测海上附表、船只、海岸、礁石、冰山等，完成船舶的远程和近程领航，防治船舶与冰山或其他障碍物相撞，指挥船舶在港内的运动等；由于港口航道狭窄，船舶拥挤，为防治碰撞，要求导航雷达具有较高的方位分辨力和距离分辨力，搞得数据和小的最小作

4、用距离；为能显示目标真实方位及区分活动目标语固定目标，导航雷达通常还备有真运动显示装置；导航雷达应具有简单、轻便、可靠、紧凑、使用方便、互换性强等特点。以下介绍雷达设备组成和使用性能：(一) 雷达设备1. 雷达电源功用为将各种船电转换成雷达工作所需要的中频交流电；可分中频变流机组和中频逆变器。2. 雷达发射机发射机组建由触发脉冲产生器、预调制器、调制器、磁控管振荡器、发射机电源组成。主要技术指标为工作波长、发射功率、脉冲宽度、重复频率、脉冲波形等。近距离档用较短脉冲，以提高距离分辨力；远距离档用较长脉冲，以增大作用距离。工作波段以 X 波段和 S 波段为主，前者有较高的方位分辨力，08 海渔

5、1 班 导航、助渔仪课程论文 丁慧童 06211272有利于近距离探测；后者受雨雪杂波和海浪杂波的干扰较小，电磁波经过雨区的衰减也小，有利于远距离探测。要是雷达同时安装这两种波段，可取长补短。3. 微波传输与天线系统天线是用来发射、接收电磁波，现代雷达发射和接收一般合用一个天线，由收发开关转换。天线由马达驱动，作 360连续环扫；该部分由波导（同轴电缆）馈线、天线、驱动电机、传动装置、方位同步发送机及船首位置信号产生器等部件组成。4. 接收机船用雷达均采用超外差式接收机。其基本组成包括有本机振荡器和混频器组成的变频器、前置中频放大器、主中频放大器、检波器、铅直视频放大器、增益和海浪干扰抑制电路

6、以及自动频率控制电路（AFC） 等部分组成。现代船用雷达的发射机和接收机组装在同一机柜内，合称收发机。5. 显示器显示器由阴极射线管及附属电路、距离扫描电路、方位扫描电路、刻度系统、视频混合放大、抗雨雪干扰、抗同频干扰机及显示器电源等部分组成。显示方式分相对运动显示和真运动显示。(二) 使用性能和指标船用雷达的使用性能主要有：最大作用距离、最小作用距离、测量距离与方位的精度、图像距离与方位的分辨力、扫描范围及时间、抗杂波干扰能力、环境适应性和可靠性等；其技术指标是设计和生产部门为满足雷达使用性能而制定的各项参数，如工作波长、脉冲宽度、重复频率、天线波束宽度、天线转速等。二、 现代航海雷达的应用

7、(一) 定位雷达测距比测向精度高。按照定位精度顺序，雷达定位方法为：距离定位、孤立目标的距离方位定位和方位定位。如用雷达测距和目测方位结合，定位精度更高。雷达测量距离和方位的准确性受多种因素影响。按照国际海事组织 1981 年提出的性能标准，要求测距误差不超过所用量程的 1.5或 70 米,取其大者。物标在显示屏边沿的测方位误差应在1 以内。由于雷达本身性能和物标反射特性的影响，雷达图象具有以下特点,需要正确辩认。失真,由于波束水平宽度和光点直径的影响,物标回波往往比实物为大;观测物标回波边沿的方位时，需修正半个波束水平宽度。由于雷达地平以远和受遮挡的地物无回波，所得岸线图形往往与海图上形状不

8、完全一致。有干扰，包括雨雪杂波、海浪杂波、同频杂波等的干扰,轻者影响观察,重者掩没物标回波。可能出现假回波，包括旁辨回波、间接回波、多次反射等。其他如由于船上烟囱、桅杆的遮挡，荧光屏上形成扇形阴影，超折射时出现第二行程回波等。(二) 引航在较宽水道航行，最好利用雷达连续在海图上定位进行导航。在狭水道航行，须直接在显示器上进行导航。航海雷达有相对运动显示和真运动显示两种方式。相对运动显示方式为航海雷达的基本显示方式。其特点是代表本船船位的扫描起始点在荧光屏上（一般在荧光屏中心）固定不动，所有物标的运动都表现为对本船的相对运动。相对运动显示方式分两种。舷角显示方式：又称“船首向上”显示方式。不管本

9、船航向如何改变,船首标志线始终指向固定方位刻度盘的正上方(零度),08 海渔 1 班 导航、助渔仪课程论文 丁慧童 06211273便于读取舷角。但物标在屏幕上的位置随本船航向改变而改变，因此在改向或船首由于风浪而发生偏荡时，会使图像不稳,且由于余辉而使图像模糊） 。方位显示方式：又称“真北向上” 显示方式。 （船舶主要依靠浮标航行，而且航道弯度不大，可选用舷角显示方式；船舶航行转向频繁,而且需要大角度转向时,选用方位显示方式为宜。 ）真运动显示方式为在荧光屏上能反映船舶运动真实情况的显示方式。实现真运动显示，要将本船罗经的航向和计程仪的速度信息输入显示器。其特点是代表本船船位的扫描起始点以相

10、应于本船的航向和速度在屏幕上移动，海面上的固定物标在屏幕上则固定不动，活动物标按其航向和航速在屏幕上作相应移动，根据活动物标的余辉,即能看出其真实航向和估计其速度。真运动显示方式主要是便于驾驶员迅速估计周围形势。(三) 避让标绘为了判别与会遇船有无碰撞危险，应根据雷达观测信息进行标绘作业，标绘内容通常是求最近会遇距离和来船的真航向，真航速。人工标绘作业可在极坐标图上进行：按一定时间间隔把来船回波的相对位置移标在图上，其联线就是该船的相对运动线。它离中心的垂直距离，称为最近会遇距离。最近会遇距离太近就是有碰撞危险。已知本船真航向、真航速，通过作矢量三角形，就能求出会遇船真航向、真航速。60 年代

11、出现了套在雷达显示器屏幕上的反射作图器,它使驾驶员能直接在屏幕上标绘而无视差,从而提高了标绘效率，但准确性有所降低，也不能留下记录。以后又出现了在屏幕上增加一些被称为“火柴杆”的电子标志和基于光、磁、机械等方法进行标绘的其他装置。60 年代末到 70 年代初出现自动雷达标绘仪。自动雷达标绘仪是附属于航海雷达的自动标绘装置，一般用电子计算机控制，可与雷达组装在一起，也可以作为单独部件。工作时，需向它输入本船航向、速度、雷达触发脉冲、雷达天线角位置和雷达视频回波信号，由人工或自动录取会遇船，然后自动跟踪。通常用矢量线在屏幕上表示各会遇船的航向和航速，其长短可以设定。矢量线末端代表到设定的时间时各会

12、遇船的位置,可以很容易看出有无碰撞危险。也有用椭圆形或六角形显示预测危险区，其大小取决于所设定的最近会遇距离。如会遇船的航向、航速和本船的航速均不变，本船航向线通过预测危险区时,即有碰撞危险。当电子计算机算出最近会遇距离和到最近会遇点时间小于所设定的允许范围时,会自动地以各种方式( 视觉和音响) 报警,提醒驾驶员采取避让措施 如果需要,可进行模拟避让（模拟改向、改速或倒车） ，以确定所要采取的避让措施。为准确显示各种避碰信息，如选定船舶的方位、距离、航向、航速，最近会遇距离和到最近会遇点时间等，标绘仪中还有数字显示器或字符显示器。三、 航海雷达最新进展如果全世界数以万计的船用雷达从 2002

13、年起必须更新换代，这将与另外两件重大事件同时发生。从 2002 年起，所有载重 300 吨以上的船必须强制安装 VHF 应答器；国际海事组织(IMO) 成员国的航道测量部门将生产出覆盖全球海域的官方电子导航海图三个事件同时发生，为新型船用雷达的产生提供了契机。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(Radar Integrator 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

14、接处理雷达视08 海渔 1 班 导航、助渔仪课程论文 丁慧童 06211274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象与矢量电子海图相叠加，利用计算机连网可将雷达图象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 VHF 应答器(或船舶自动识别系统-AIS)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象。几年前，国际电工委员会(IEC)第 1 工作组负责制定雷达的技术标准， IEC 允许在雷达屏

15、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。叠加之后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象重合，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

16、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。2002 年后大多数船船舶上将安装无线电应答器(又称船舶自动识别系统-AIS)，如果没有一套能显示应答器信号的显示系统，无线电应答器对船长不会有什么帮助。但倘若雷达上具有无线电应答器信息将大幅度减少船长的工作量。首先：应答器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，每一应答器都有一单独的呼号，你可使用 VHF 通过此呼号呼叫特定的船舶。再者，应答器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，应答器的作用能够帮助处理大量目标，帮助找出浮标、灯塔等。如果雷达图象与 ENC 要素能够相互叠加，二者能明显相得益彰。 四、 讨论雷达在船舶上的使用，大大推进了航海学的发展。渔船也因此大大提高了安全性和生产效率。