船用雷達(dá)的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展簡況
1904年德國工程師胡爾斯邁耶制成能發(fā)射和接收電磁波以探測(cè)船舶
東京美船用雷達(dá)的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用領(lǐng)域
的裝置，但因作用距離不到1英里，未引起重視。1935年法國班輪“諾曼底”號(hào)zui先安裝航海雷達(dá)，其天線不能旋轉(zhuǎn)，用以探測(cè)前方冰山。30年代末，英國和美國制成船用米波對(duì)空搜索雷達(dá)。第二次世界大戰(zhàn)期間，研制了厘米波對(duì)海雷達(dá)。1940年英國人蘭德爾和布特制成空腔磁控管，解決了微波源問題。1941年美國首先制成帶有平面位置顯示器的脈沖微波海面搜索雷達(dá)。這種雷達(dá)在第二次世界大戰(zhàn)的反潛艇作戰(zhàn)中發(fā)揮了重大作用，戰(zhàn)后用作商船航海雷達(dá)，以保證航海安全。60年代末到70年代初出現(xiàn)了自動(dòng)雷達(dá)標(biāo)繪儀，進(jìn)一步發(fā)揮了雷達(dá)在避碰上的作用，得到廣泛應(yīng)用?！?972年海上避碰規(guī)則》規(guī)定了正確使用雷達(dá)和進(jìn)行標(biāo)繪的要求?！?974年海上人命安全公約1981年修正案》規(guī)定了不同噸位船舶安裝雷達(dá)和自動(dòng)雷達(dá)標(biāo)繪儀的臺(tái)數(shù)和日期。海事組織也先后通過航海雷達(dá)和自動(dòng)雷達(dá)標(biāo)繪儀的性能標(biāo)準(zhǔn)。
東京美船用雷達(dá)的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用領(lǐng)域
通常由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、顯示器和電源5部分組成。
①天線：
東京美船用雷達(dá)的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用領(lǐng)域
早期用拋物面反射天線，現(xiàn)已為波導(dǎo)隙縫天線取代。天線輻射以水平線性極化為主；為提高雷達(dá)在雨雪中的探測(cè)能力，有的天線裝有圓極化裝置。發(fā)射和接收一般合用一個(gè)天線，由雙工器（收發(fā)開關(guān)）轉(zhuǎn)換。天線由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，作360°連續(xù)環(huán)掃。為保證方位測(cè)量精度和方位分辨力，天線波束水平寬度要窄，很多3厘米航海雷達(dá)在1°以內(nèi)。為防止船舶搖擺時(shí)丟失目標(biāo)，波束垂直寬度較寬，約為25°。
②發(fā)射機(jī)：
采用脈沖體制。脈沖寬度約為 0.05～2微秒。近距離檔用較短脈沖，以提高距離分辨力；遠(yuǎn)距離檔用較長脈沖，以增大作用距離。工作波段以X波段（9320～9500兆赫）和S波段（3000～3246兆赫）為主，這兩種波段的雷達(dá)通常分別稱為 3厘米雷達(dá)和10厘米雷達(dá)。在天線尺寸相同的情況下，前者有較高的方位分辨力，有利于近距離探測(cè)；后者受雨雪雜波和海浪雜波的干擾較小，電磁波經(jīng)過雨區(qū)的衰減也小，如果發(fā)射功率相同，遠(yuǎn)距離靈敏度較高，有利于遠(yuǎn)距離探測(cè)。雷達(dá)同時(shí)安裝這兩種波段，可取長補(bǔ)短。
③接收機(jī)：
采用直接混頻超外差式，設(shè)有海浪干擾抑制電路和雨雪干擾抑制電路。為防止相同波段的雷達(dá)干擾，有的雷達(dá)設(shè)有抗同頻異步干擾電路。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組裝在同一機(jī)柜內(nèi)，合稱收發(fā)機(jī)。
④顯示器：
采用距離方位極坐標(biāo)的平面位置顯示，掃描線和天線同步旋轉(zhuǎn)，有若干檔距離量程可供選用。測(cè)距可用活動(dòng)距標(biāo)或固定距標(biāo)；測(cè)方位可用電子方位線或機(jī)械方位圈。70年代出現(xiàn)的高亮度顯示器，可不用遮光罩，白天在駕駛臺(tái)正常光線下供數(shù)人同時(shí)觀察。有的采用彩色顯示器，用不同顏色表示不同內(nèi)容，使屏幕畫面更醒目。
⑤電源：
早期
航海雷達(dá)
用變流機(jī)，現(xiàn)已普遍采用逆變器，也有直接用船電的。
船用雷達(dá)的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用
航海雷達(dá)用于測(cè)定船位、*和避
航海雷達(dá)
讓。
定位
雷達(dá)測(cè)距比測(cè)向精度高。按照定位精度順序，雷達(dá)定位方法為：距離定位、孤立目標(biāo)的距離方位定位和方位定位。如用雷達(dá)測(cè)距和目測(cè)方位結(jié)合，定位精度更高。雷達(dá)測(cè)量距離和方位的準(zhǔn)確性受多種因素影響。按照海事組織1981年提出的性能標(biāo)準(zhǔn)，要求測(cè)距誤差不超過所用量程的1.5%或70米，取其大者。物標(biāo)在顯示屏邊沿的測(cè)方位誤差應(yīng)在±1°以內(nèi)。
由于雷達(dá)本身性能和物標(biāo)反射特性的影響，雷達(dá)圖象具有以下特點(diǎn)，需要 船用雷達(dá)的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用領(lǐng)域的正確辯認(rèn)。
①失真，由于波束水平寬度和光點(diǎn)直徑的影響，物標(biāo)回波往往比實(shí)物為大；觀測(cè)物標(biāo)回波邊沿的方位時(shí)，需修正半個(gè)波束水平寬度。由于雷達(dá)地平以遠(yuǎn)和受遮擋的地物無回波，所得岸線圖形往往與海圖上形狀不*一致。
②有干擾，包括雨雪雜波、海浪雜波、同頻雜波等的干擾，輕者影響觀察，重者掩沒物標(biāo)回波。
③可能出現(xiàn)假回波，包括旁辨回波、間接回波、多次反射等。
④其他如由于船上煙囪、桅桿的遮擋，熒光屏上形成扇形陰影，超折射時(shí)出現(xiàn)第二行程回波等。
* 在較寬水道航行，利用雷達(dá)連續(xù)在海圖上定位進(jìn)行導(dǎo)航。在狹水道航行，須
航海雷達(dá)
直接在顯示器上進(jìn)行導(dǎo)航。航海雷達(dá)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)顯示和真運(yùn)動(dòng)顯示兩種方式。
相對(duì)運(yùn)動(dòng)顯示方式為航海雷達(dá)的基本顯示方式。其特點(diǎn)是代表本船船位的掃描起始點(diǎn)在熒光屏上（一般在熒光屏中心）固定不動(dòng)，所有物標(biāo)的運(yùn)動(dòng)都表現(xiàn)為對(duì)本船的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)顯示方式分兩種。①舷角顯示方式：又稱“船首向上”顯示方式。不管本船航向如何改變，船首標(biāo)志線始終指向固定方位刻度盤的正上方（零度），便于讀取舷角。但物標(biāo)在屏幕上的位置隨本船航向改變而改變，因此在改向或船首由于風(fēng)浪而發(fā)生偏蕩時(shí)，會(huì)使圖像不穩(wěn)，且由于余輝而使圖像模糊（圖1）。②方位顯示方式：又稱“真北向上”顯示方式。將本船陀螺羅經(jīng)（見羅經(jīng)）的航向信息輸入顯示器，使船首標(biāo)志線隨本船航向而改變，其所指固定方位刻度盤讀數(shù)就是當(dāng)時(shí)本船航向，此時(shí)固定方位刻度盤正上方（零度）代表真北，本船改向時(shí)，物標(biāo)在屏幕上的位置不變，保持圖像穩(wěn)定（圖2）。船舶主要依靠浮標(biāo)航行，而且航道彎度不大，可選用舷角顯示方式；船舶航行轉(zhuǎn)向頻繁，而且需要大角度轉(zhuǎn)向時(shí),選用方位顯示方式為宜。
真運(yùn)動(dòng)顯示方式為在熒光屏上能反映船舶運(yùn)動(dòng)真實(shí)情況的顯示方式。實(shí)現(xiàn)真運(yùn)動(dòng)顯示，要將本船羅經(jīng)的航向和計(jì)程儀的速度信息輸入顯示器。其特點(diǎn)是代表本船船位的掃描起始點(diǎn)以相應(yīng)于本船的航向和速度在屏幕上移動(dòng)，海面上的固定物標(biāo)在屏幕上則固定不動(dòng)，活動(dòng)物標(biāo)按其航向和航速在屏幕上作相應(yīng)移動(dòng)，根據(jù)活動(dòng)物標(biāo)的余輝，即能看出其真實(shí)航向和估計(jì)其速度（圖3）。真運(yùn)動(dòng)顯示方式主要是便于駕駛員迅速估計(jì)周圍形勢(shì)。
避讓標(biāo)繪
為了判別與會(huì)遇船有無碰撞危險(xiǎn)，應(yīng)根據(jù)雷達(dá)觀測(cè)信息進(jìn)行標(biāo)繪作業(yè)，標(biāo)繪
航海雷達(dá)
內(nèi)容通常是求zui近會(huì)遇距離和來船的真航向，真航速。
人工標(biāo)繪作業(yè)可在極坐標(biāo)圖上進(jìn)行：按一定時(shí)間間隔把來船回波的相對(duì)位置移標(biāo)在圖上，其聯(lián)線就是該船的相對(duì)運(yùn)動(dòng)線。它離中心的垂直距離，稱為zui近會(huì)遇距離。zui近會(huì)遇距離太近就是有碰撞危險(xiǎn)。已知本船真航向、真航速，通過作矢量三角形，就能求出會(huì)遇船真航向、真航速。60年代出現(xiàn)了套在雷達(dá)顯示器屏幕上的反射作圖器，它使駕駛員能直接在屏幕上標(biāo)繪而無視差，從而提高了標(biāo)繪效率，但準(zhǔn)確性有所降低，也不能留下記錄。以后又出現(xiàn)了在屏幕上增加一些被稱為“火柴桿”的電子標(biāo)志和基于光、磁、機(jī)械等方法進(jìn)行標(biāo)繪的其他裝置。60年代末到70年代初出現(xiàn)自動(dòng)雷達(dá)標(biāo)繪儀。
自動(dòng)雷達(dá)標(biāo)繪儀是附屬于航海雷達(dá)的自動(dòng)標(biāo)繪裝置，一般用電子計(jì)算機(jī)控制，可與雷達(dá)組裝在一起，也可以作為單獨(dú)部件。工作時(shí)，需向它輸入本船航向、速度、雷達(dá)觸發(fā)脈沖、雷達(dá)天線角位置和雷達(dá)視頻回波信號(hào)，由人工或自動(dòng)錄取會(huì)遇船，然后自動(dòng)跟蹤。通常用矢量線在屏幕上表示各會(huì)遇船的航向和航速，其長短可以設(shè)定。矢量線末端代表到設(shè)定的時(shí)間時(shí)各會(huì)遇船的位置，可以很容易看出有無碰撞危險(xiǎn)（圖4）。也有用橢圓形或六角形顯示預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)，其大小取決于所設(shè)定的zui近會(huì)遇距離。如會(huì)遇船的航向、航速和本船的航速均不變，本船航向線通過預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)時(shí)，即有碰撞危險(xiǎn)（圖5）。當(dāng)電子計(jì)算機(jī)算出zui近會(huì)遇距離和到zui近會(huì)遇點(diǎn)時(shí)間小于所設(shè)定的允許范圍時(shí)，會(huì)自動(dòng)地以各種方式（視覺和音響）報(bào)警，提醒駕駛員采取避讓措施。如果需要，可進(jìn)行模擬避讓（模擬改向、改速或倒車），以確定所要采取的避讓措施。為準(zhǔn)確顯示各種避碰信息，如選定船舶的方位、距離、航向、航速，zui近會(huì)遇距離和到zui近會(huì)遇點(diǎn)時(shí)間等，標(biāo)繪儀中還有數(shù)字顯示器或字符顯示器。 |
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