船用雷达 详细介绍

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1、船舶导航雷达船舶导航雷达第一章 雷达基本工作原理引言Radar Radio detection and ranging无线电探测和测距雷达：发射微波脉冲探测目标回波测定目标信息雷达目标雷达所能发现的目标： 船舶 岛屿（陆地） 浮标 海浪杂波 雨雪、云雾杂波目标信息直接测得： 相对位置（距离和方位） 经计算得到： 真速度 真航向 CPA（Closest Point of Approach) TCPA(Time to CPA)第一节 雷达测距与测方位原理方向扫描量程:回波 (10 nm)t123.5 s荧光屏边缘本船目标岛屿12 nm目标船90245245EBL901802700方位标志海图平面雷

2、达平面Fig. 距离与方位测量扫描线固定距标圈HL岛屿本船雷达不能探测目标的背面，因 此目标的后沿是不可见的.如t = 1s，则，R = 150 m；对应于1 nm 距离， t 12.35 s1、利用收发定向天线 ，只向一个方向发射雷达波且只接收此方向上的目标的反射回波 2、天线旋转依次向四周发射雷达波，则可探知周围物标的方位天线的方向即目标的方向第一节 雷达测距与测方位原理荧光屏的单位长度：在不同量程代表不同的距离一. 雷达测距原理2、测距公式：R = 1/2 C t t ： 往返于天线与目标的时间 C: 电磁波在空间直线传播速度 C = 3102 m/ s二. 雷达测方位原理1、物理基础：

3、超高频无线电波在空间直线传播遇物标能良好反射发射脉冲显示器回波Fig1-2 (2) 发射机接收机电源船电船首线 微波传输线天线方位回波T/R触发器TransmitterReceiverT/R天线收发机显示器ARPAFig1-2(1) 触发器方位与 船首线第 二 节雷 达 基 本 组 成 、 作 用回波1、定时器（触发电路、同步电路等）：是雷达的指挥中心，产生周期性的窄脉冲触发脉冲 送：1）发射机：控制发射开始2）接收机：控制近距离增益3）显示器：控制计时开始2、发射机：在触发脉冲控制下产生周期性的大功率射频脉冲微波脉冲、发射脉冲、雷达波3、收发开关：发射时，关闭接收机，大功率射频脉冲送天线；

4、接收时，接通接收机，微弱回波能量送接收机。一、基本组成七部分及作用：4、天线：定向收发天线，将发射机送来的射频脉冲聚成细束集中向一个方向发射，并接收此方向物标反射回来的雷达波（回波）送接收机。第二节 雷达的基本组成、作用第二节 雷达的基本组成、作用5、接收机：超外差式，将微弱回波信号放大千万倍以符合显示器要求。 V 几十V6、显示器：平面位置显示器（PPI）。显示与测量目标，目标回波按目标的实际距离和方位显示在荧光屏上；且配有测量系统供随时测量。7、雷达电源：把船电变成雷达所需的中频交流电。400 2000 Hz二、雷达单元构成1、三单元雷达：收发机（触发电路、发射机、接收机、收发开关）显示器

5、、天线、中频电源 2、二单元雷达：天线收发机、显示器、中频电源现代雷达IBS的重要组成部分定位、导航、避碰雷达 罗经 计程仪 GNSS AIS ECDIS主要传感器三、雷达传感器与IBS第二章第二章 船用雷达设备船用雷达设备磁控管调制器予调制器触发脉冲产 生器门开关特高压至接收机特高压 电源收发 开关至接收机至显示器门开关发射开关延时开关脉冲调制器雷达发射机来自电源发射机 至天线低压 电源触发脉冲 产生器予调制器磁控管调制器一、组成部分及作用第一节 雷达发射机（Transmitter ）组成：脉冲调制器（预调制器、调制器）组成：脉冲调制器（预调制器、调制器）磁控管振荡器磁控管振荡器电源（低压、

6、高压）电源（低压、高压）二、发射机技术指标S 波段：10 cm; f=2 9003 100 MHz 如：3 050 MHz X波段 : 3 cm; f=9 0009 500 MHz 如：9 375 MHz2.脉冲宽度（）：发射脉冲的持续时间。Rmax距离分辨率 海浪/雨雪 杂波 盲区 3.脉冲重复频率（F）：每秒钟发射的脉冲数 500 4 000 Hz 1.工作频率（波长） ：超高频（正弦波）的频率范围 天气好: X band; 天气坏(雨/雪) : S band一般= 0.041.2s 随量程改变：近量程，窄脉冲；远量程，宽脉冲随量程改变：近量程，高F；远量程，低F周期T （=1/F） 根据

7、量程需要选择时间基准即船用雷达 磁控管工作频率Tpptmt=4.发射功率：指峰值功率，一般375 kW p故障 R max 天线旁瓣干扰 tt: 前沿上升时间 0.10.2tf: 后沿下降时间0.20.4 u: 顶部波动值 25%tu 1 0.90.1 0trtfu脉冲波形3）二者关系1）峰值功率 pt: 在脉冲持续时间内的平均功率 2）平均功率 Pm: 一个脉冲重复周期内输出功率的平均值5.脉冲波形：发射脉冲的包络 理想脉冲: 矩形 实际波形:波形：1）越接近矩形，能量越大，作用距离越远2）前沿越陡，测距精度越高3）后沿越陡，距离分辨力越高 4）顶部越平坦，发射功率和频率越稳定杂波阴极作用空

8、间谐振腔阳极磁控管结构输出环三、磁控管振荡器第一节第一节 雷达发射机（雷达发射机（TransmitterTransmitter）1.作用：产生大功率超高频微波振荡（正弦波） 2.组成：阴极和灯丝、阳极、输出耦合系统、磁铁3.工作条件： 1）灯丝加6.3 V交流电压，加热阴极使其发射电子 2）阳阴极间加高压电场：阳极接地，阴极加万伏高压 3）必须加永久恒定强磁场 4）输出负载阻抗匹配，保证功率和频率稳定4.磁控管的检查： 万用表欧姆档测灯丝阻值：其阻值接近于0（几个欧姆）正常兆欧表检查阳阴极之间绝缘电阻：其值应大于200 5.使用注意事项1）阴极充分预热35分钟，暂时不用只关高压 2）保护磁性，

9、严禁敲打，铁磁物相距大于10 cm 3）防高压触电，防电磁辐射，带电检查需两人在场 4）波导天线连接要良好且水密防变形，禁拆波导开高压 5）新管或长期不用（大于6个月 ）的使用前应进行老练，防管内打火老练方法：1.只加灯丝电压工作半小时以上2.加较低的高压工作一段时间（时间视具体情况定）3.如无打火现象，逐渐加高压到正常值通过收发箱内的表头或显示器上的磁控管电流指示判断有正常；无不正常四、正常工作标志第一节第一节 雷达发射机（雷达发射机（TransmitterTransmitter）五、性能检测 1.磁控管工作是否正常2.性能监视器1）查磁控管电流： 等于说明书规定值正常等于零不发射大于或小于

10、规定值管子衰老或高压太高或太低电表指针抖动管内打火2）查输出有无： 拆开收发机波导接头，氖灯置于口端约1015 cm氖灯闪亮表明正常第二节第二节 微波传输线及雷达天线系统微波传输线及雷达天线系统一、微波传输线一、微波传输线1 1）要求：损耗小，防止辐射、干扰、失真要求：损耗小，防止辐射、干扰、失真2 2）种类：波导、同轴电缆种类：波导、同轴电缆1. 1.同轴电缆：同轴电缆： 用于用于10 cm10 cm雷达雷达由内外两层导体构成，严格同轴由内外两层导体构成，严格同轴 2. 2.波导：波导：用于用于3 cm3 cm雷达雷达由矩形空心管构成由矩形空心管构成 由铜拉制成由铜拉制成 波导元件波导元件第

11、二节第二节 微波传输线及雷达天线系统微波传输线及雷达天线系统(e) Pliable(e) Pliable(d) Elbow(d) Elbow(c) Narrow side(c) Narrow side bendbend(a)Waveguide (a)Waveguide sectionsection(b) Broad (b) Broad side bendside bend(f) Chock joint(f) Chock jointWater proof seal slotWater proof seal slot/ /4 4/ /4 4Chock Chock joint slotjoint s

12、lotFix screwFix screw/ /4 4Chock jointChock jointPlane surface Plane surface jointjoint/ /4 4Chock Chock joint slotjoint slot (g) Rotating joint(g) Rotating jointShort Short pistonpistonProbeProbeNarrow sideNarrow sideChock Chock jointjointBroadBroadsideside均匀波导：均匀波导： 不均匀波导：不均匀波导：直、扭、弯、软波导直、扭、弯、软波导谐

13、振腔、带销钉的波导、谐振腔、带销钉的波导、分支、开缝波导等分支、开缝波导等波导接头：扼流接头波导接头：扼流接头波导旋转接头：耦合环波导旋转接头：耦合环探针探针不能随便拆卸调整不能随便拆卸调整 第二节第二节 微波传输线及雷达天线系统微波传输线及雷达天线系统二、天线系统二、天线系统 组成部分及作用组成部分及作用天线与扫描系统天线与扫描系统船首标志开关船首标志开关方位发送器方位发送器 马达马达船电船电扼流圈扼流圈 至收发机至收发机到方位接收器到方位接收器 至船首标志电路至船首标志电路旋转接头旋转接头辐射窗辐射窗交流电源输入交流电源输入隙缝波导防护罩隙缝波导防护罩安全安全开关开关性能监视器性能监视器

14、（回波箱）（回波箱）波导馈线波导馈线发射性能监视器发射性能监视器(a) SWG structure(a) SWG structure(b) Antenna structure(b) Antenna structureSlotsSlotsHornHornFilterFilterFig. SWG antenna structureFig. SWG antenna structure(c) Antenna appearance(c) Antenna appearanceAntenna maskAntenna maskRadiation Radiation windowwindowSlotted wa

15、veguideSlotted waveguide天线：天线：隙缝波导天线隙缝波导天线定向收发共用天线，水平极化定向收发共用天线，水平极化 第三节第三节 收发开关收发开关和雷达接收机的组成框图和雷达接收机的组成框图微波集成电路微波集成电路主中频放大器主中频放大器 视频部分视频部分前置中放前置中放双功器双功器变频器变频器自天线自天线微波微波 集成集成 电路电路视频视频 放大放大增益增益 & & STCSTC至显示器至显示器接收机组成框图接收机组成框图触发脉冲触发脉冲中频中频放大放大检波器检波器双功器双功器 混频混频 器器本振本振第二章第二章 船用雷达设备船用雷达设备第三节第三节 接收机接收机混频器混频器：把回波信号（把回波信号（f fS S）与本振信号（）与本振信号（f fL L）通过非线性元件混频）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 回波信号的差频回波信号的差频中频信号（中频信号（f fI I）混频二极管（混频晶体）混频二极管（混频晶体） 检查：万用表检查：万用表R R 100100或或R R