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1、助渔导航仪器课程论文助渔导航仪器课程论文船用雷达的发展历史、现状及未来展望船用雷达的发展历史、现状及未来展望 摘要摘要：船用雷达用于测定船位、引航和避让，是船长的眼睛。船用雷达的出现是航海技术发展的重大里程碑。本文主要介绍船用雷达的发展历史、现状以及未来发展趋势。关键词关键词：船用雷达、发展历史、现状、趋势The development of marine radar, history, current status and future trendsAbstract: Marine radar is used to determine the ships position, the pilo
2、t and avoidance, it is the captains eyes. The emergence of marine radar is a major milestone in the development of maritime technology. This paper describes the development of marine radar, history, current status and future trends.Key Word: marine radar, history, current status, future trends船用雷达又称
3、航海雷达，是装于船上用于航海活动，进行航行避让、船舶定位、狭水道引航。 船用雷达由天线、发射机、接收机、显示器和电源5 部分组成。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。发射机，采用脉冲体制。 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，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。接收机，用来接收被海上目标反射回来的电磁波。
4、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。显示器，用来显示海上目标，有 的船用雷达采用彩色显示器，用不同颜色表示不同内容,使屏幕画面更醒目。电源:，用来提供电力，现已普遍采用逆变器，也有直接用船电的。 船用雷达性能指标主要包括作用距离和分辨力。作用距离即探测距离； 分辨力 有距离分辨力和方位分辨力，雷达的距离分辨力优于方位分辨力。助渔导航仪器课程论文助渔导航仪器课程论文船用雷达的出现和使用，使船舶在能见度不良时，为航海人员提供了必需的 观察手段。它的出现对航海事业的发展起了重大作用。1 1船船用用雷雷达达的的发发展展历历史史11904 年德国工程师胡尔斯迈耶制成能发射和接收电
5、磁波以探测船舶 航海雷达的装置，但因作用距离不到1 英里,未引起重视。 21935 年法国班轮 “诺曼底”号最先安装航海雷达 ,其天线不能旋转 ,用以探测前方冰山。 320 世纪 30 年代末，英国和美国制成船用米波对空搜索雷达。第二次世界大战期间，研制了厘米波对海雷达。 41940 年英国人兰德尔和布特制成空腔磁控管，解决了微波源问题。 51941 年美国首先制成带有平面位置显示器的脉冲微波海面搜索雷达。 620 世纪 60 年代末到 70 年代初出现了自动雷达标绘仪 ,进一步发挥了雷 达在避碰上的作用 ,得到广泛应用。2 2船船用用雷雷达达的的现现状状1 1 测测定定船船位位雷达测距比测向
6、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，雷达图像具有以下特点,需要航海雷达正确辨认。 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
7、不完全一致。 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。2 2 引引航航在较宽水道航行，最好利用雷达连续在海图上定位进行导航。在狭水道 航行，须航海雷达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，所有物标的运动助渔导航仪器课程论文助渔导航仪器课程论文都表现为对本船的相对运
8、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),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。将本船陀螺罗经（见罗经）的航向信息输入显示器，使船首标志线随 本船航向而改变，其所指固定方位刻度盘读数就是当时本船航向，此时固定 方位刻度盘正上方（零度）代表真北，本船改向时 ,物标在屏幕上的位置不 变,保持图像稳定。船舶主要依靠浮标航行，而且航道弯度不大，可选用舷 角
9、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。3 3 避避让让标标绘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， 标绘航海雷达内容通常是求最近会遇距离和来船的真航
10、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
11、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、航速和本船助渔导航仪器课程论文助渔导航仪器课程论文的航速均不变，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
12、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。3 3 船船用用雷雷达达的的未未来来展展望望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
13、到第二代 ,它可以直接插在普通 PC 机的 PCI 插槽上 ,与雷达收发天线单元相接后具有直接处理雷达视频信 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 算机能将雷达图像与矢量电子海图相叠加 ,利用计算机连网可将雷达图像和 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像。 几年前，国际电工委员会 (IEC)第
14、 1 工作组负责制定雷达的技术标准， IEC 允许在雷达屏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。根据船商公司多年研 制和销售电子海图的经验（船商海图数据库已包括全球海域近6000 幅矢量 电子海图），我们认为上述物标已占ENC 数据量的 70%。例如，在使用一 些国家(如挪威、瑞典、芬兰等 )的纸海图制作电子海图过程中我们曾遇到过 数百幅海图，图上包含的上述海图要素由一百万条以上线(或点)组成；有 些海图竟有 11000 块礁石。假如我们使用芬兰的第 25 号海图，用原始比例 尺显示在 21 英寸显示器上，屏幕上将显示出 84
15、0 个岛屿。根据 S57 标准， 一幅 ENC 海图的容量不能超过 5Mb，但如果船舶航行到海图连接处将要显示 四幅海图时，这意味着非常庞大的信息量。这些说明在雷达图像上显示 ENC 绝非易事，至今世界上还没一部雷达能同时显示ENC 和雷达图像。然而，在雷达图像上叠加显示 ENC 所有数据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像重合，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，助渔导航
16、仪器课程论文助渔导航仪器课程论文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。 在电子海图上叠加显示雷达录取目标的优点是明显的，驾驶员能立刻判 断出移动目标、浮标和其它静止物标。当在电子海图上看到一个移动目标时， 其进一步的动态可以相当精确地预测和判断出来，例如某个移动目标在分道 通航区域内航行时接近分道通航转向点时，或驶向引航员登船区域或锚地时， 或驶向海滩而需要掉头时等等。如果有这些雷达图象显示在ENC 上，驾驶 人员就能相当准确地预测目标的动态。而在传统的ARPA 上没有这些辅助信 息，因此很难判断目标下一步的行为。 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
