东京美船用雷达的发展状况和应用领域

船用雷达的发展状况和应用领域的发展简况
1904年德国工程师胡尔斯迈耶制成能发射和接收电磁波以探测船舶

的装置，但因作用距离不到1英里，未引起重视。1935年法国班轮“诺曼底”号Zxian安装航海雷达，其天线不能旋转，用以探测前方冰山。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。1940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。1941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。这种雷达在第二次世界大战的反潜艇作战中发挥了重大作用，战后用作商船航海雷达，以保证航海安全。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。《1972年国际海上避碰规则》规定了正确使用雷达和进行标绘的要求。《1974年国际海上人命安全公约1981年修正案》规定了不同吨位船舶安装雷达和自动雷达标绘仪的台数和日期。国际海事组织也先后通过航海雷达和自动雷达标绘仪的性能标准。

通常由天线、发射机、接收机、显示器和电源5部分组成。
①天线：

早期用抛物面反射天线，现已为波导隙缝天线取代。天线辐射以水平线性极化为主；为提高雷达在雨雪中的探测能力，有的天线装有圆极化装置。发射和接收一般合用一个天线，由双工器（收发开关）转换。天线由马达驱动，作360°连续环扫。为保证方位测量精度和方位分辨力，天线波束水平宽度要窄，很多3厘米航海雷达在1°以内。为防止船舶摇摆时丢失目标，波束垂直宽度较宽，约为25°。
②发射机：
采用脉冲体制。脉冲宽度约为0.05～2微秒。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（9320～9500兆赫）和S波段（3000～3246兆赫）为主，这两种波段的雷达通常分别称为3厘米雷达和10厘米雷达。在天线尺寸相同的情况下，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，如果发射功率相同，远距离灵敏度较高，有利于远距离探测。雷达同时安装这两种波段，可取长补短。
③接收机：
采用直接混频超外差式，设有海浪干扰YZ电路和雨雪干扰YZ电路。为防止相同波段的雷达干扰，有的雷达设有抗同频异步干扰电路。发射机和接收机组装在同一机柜内，合称收发机。
④显示器：
采用距离方位极坐标的平面位置显示，扫描线和天线同步旋转，有若干档距离量程可供选用。测距可用活动距标或固定距标；测方位可用电子方位线或机械方位圈。70年代出现的高亮度显示器，可不用遮光罩，白天在驾驶台正常光线下供数人同时观察。有的采用彩色显示器，用不同颜色表示不同内容，使屏幕画面更醒目。
⑤电源：
早期
航海雷达
用变流机，现已普遍采用逆变器，也有直接用船电的。
船用雷达的发展状况和应用领域的应用
航海雷达用于测定船位、引航和避
航海雷达
让。
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

船用雷达的发展状况和应用领域的正确辩认。
①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完全一致。
②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。
③可能出现假回波，包括旁辨回波、间接回波、多次反射等。
④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。
引航

在较宽水道航行，Z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ZX）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。①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（图1）。②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（图2）。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（图3）。真运动显示方式主要是便于驾驶员迅速估计周围形势。
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
航海雷达
内容通常是求Z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ZX的垂直距离，称为Z近会遇距离。Z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（图4）。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Z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（图5）。当电子计算机算出Z近会遇距离和到Z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，Z近会遇距离和到Z近会遇点时间等，标绘仪中还有数字显示器或字符显示器。

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