基本介紹
- 中文名：航海雷達
- 外文名：Marine radar
- 性能：主要包括作用距離和分 辨力
- 結構性能：天線、發射機、接收機等
- 套用：用於測定船位、引航和避讓
- 又名：船用雷達
發展簡況,結構,原件,性能,作用距離,分辨力,套用,定位,引航,避讓標繪,見彩圖,歷史,
發展簡況
1904年德國工程師胡爾斯邁耶製成能發射和接收電磁波以探測船舶的裝置，但因作用距離不到1英里，未引起重視。
航海雷達
航海雷達1935年法國班輪“諾曼第”號最先安裝航海雷達，其天線不能旋轉，用以探測前方冰山。
30年代末，英國和美國製成船用米波對空搜尋雷達。第二次世界大戰期間，研製了厘米波對海雷達。
1940年英國人蘭德爾和布特製成空腔磁控管，解決了微波源問題。
1941年美國首先製成帶有平面位置顯示器的脈衝微波海面搜尋雷達。這種雷達在第二次世界大戰的反潛艇作戰中發揮了重大作用，戰後用作商船航海雷達，以保證航海安全。
60年代末到70年代初出現了自動雷達標繪儀，進一步發揮了雷達在避碰上的作用，得到廣泛套用。
《1972年國際海上避碰規則》規定了正確使用雷達和進行標繪的要求。
結構
通常由天線、發射機、接收機、顯示器和電源5部分組成。
①天線：
早期用拋物面反射天線，現已為波導隙縫天線取代。天線輻射以水平線性極化為主；為提高雷達在雨雪中的探測能力，有的天線裝有圓極化裝置。發射和接收一般合用一個天線，由雙工器（收發開關）轉換。天線由馬達驅動，作360°連續環掃。為保證方位測量精度和方位分辨力，天線波束水平寬度要窄，很多3厘米航海雷達在1°以內。為防止船舶搖擺時丟失目標，波束垂直寬度較寬，約為25°。
航海雷達
航海雷達②發射機：
採用脈衝體制。脈衝寬度約為 0.05～2微秒。近距離檔用較短脈衝，以提高距離分辨力；遠距離檔用較長脈衝，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，這兩種波段的雷達通常分別稱為 3厘米雷達和10厘米雷達。在天線尺寸相同的情況下，前者有較高的方位分辨力，有利於近距離探測；後者受雨雪雜波和海浪雜波的干擾較小，電磁波經過雨區的衰減也小，如果發射功率相同，遠距離靈敏度較高，有利於遠距離探測。雷達同時安裝這兩種波段，可取長補短。
③接收機：
④顯示器：
採用距離方位極坐標的平面位置顯示，掃描線和天線同步旋轉，有若干檔距離量程可供選用。測距可用活動距標或固定距標；測方位可用電子方位線或機械方位圈。70年代出現的高亮度顯示器，可不用遮光罩，白天在駕駛台正常光線下供數人同時觀察。有的採用彩色顯示器，用不同顏色表示不同內容，使螢幕畫面更醒目。
⑤電源：
早期 用變流機，現已普遍採用逆變器，也有直接用船電的。
航海雷達
航海雷達原件
元件階段。固態航海雷達，除發射機的磁控管和顯示器的陰極射線管外，全部採用固態元件，提高了整機工作的穩定性和可靠性。作為船用電子設備，為適應海上工作條件，在結構、電路和工藝上須考慮振動、搖擺、衝擊、電源、電壓和頻率波動、溫度、濕度、鹽污、黴菌等各種因素的影響，艙外露天部分（如天線）還要考慮水密性和抗風強度。
航海雷達
航海雷達性能
主要包括作用距離和分 辨力。
航海雷達
航海雷達作用距離
雷達探測物標的距離為 其中c為電磁波傳播速度；Δt為脈衝往返時間。限制航海雷達作用距離的因素包括：
②物標反射雷達波的能力。雷達對某物標的最大作用距離等於它的發現距離，即在螢光屏上剛能從噪聲背景中檢出該物標回波的距離。3厘米雷達天線高度為15米時，對不同物標在正常天氣下的發現距離可參考下表：航海雷達
③天氣條件。在降水天和霧天，雷達波部分能量被水分吸收，物標發現距離可縮短15%～20%。當冷空氣移到暖水面出現欠折射時，雷達波的傳播途徑翹離地面，雷達作用距離可縮短30%～40%。當暖空氣移到冷水面出現過折射時，雷達波的傳播途徑彎向地面，使雷達作用距離增大；而當形成大氣波導傳播時，雷達作用距離大大增加，如在阿拉伯海的乾燥季節，曾探測到距離1500海里的物標。
雷達最小作用距離主要與脈衝寬度和波束垂直寬度有關。在脈衝發射期間，雷達不能接收回波；在波束下沿外的物標，雷達波不能射及。二者中範圍大者即為最小作用距離。
分辨力
有距離分辨力和方位分辨力。雷達的距離分辨力優於方位分辨力。
①距 離分辨力：主要取決於脈衝寬度。當同方位兩物標的間距小於或等時（τ為脈衝寬度），兩物標回波就連在一起，無法分辨。距離分辨力還與回波光點的直徑有關，所以實際距離分辨力為（0.8～0.9）τ，如脈衝寬度為0.01微秒，距離分辨力約為25米。
航海雷達
航海雷達②方位分辨力：主要取決於波束水平寬度。當同距離兩物標的方位差小于波束水平寬度時，兩回波就連在一起。所以方位分辨力等於波束水平寬度和光點直徑之和，其實際間隔則視距離遠近而定。如波束水平寬度為1°，8海里處兩物標要相隔260米左右，回波才能分開。
套用
航海雷達用於測定船位、引航和避 讓。
航海雷達
航海雷達定位
雷達測距比測向精度高。按照定位精度順序，雷達定位方法為：距離定位、孤立目標的距離方位定位和方位定位。如用雷達測距和目測方位結合，定位精度更高。雷達測量距離和方位的準確性受多種因素影響。按照國際海事組織1981年提出的性能標準，要求測距誤差不超過所用量程的1.5%或70米，取其大者。物標在顯示屏邊沿的測方位誤差應在±1°以內。
由於雷達本身性能和物標反射特性的影響，雷達圖象具有以下特點，需要 正確辨認。
航海雷達
航海雷達①失真，由於波束水平寬度和光點直徑的影響，物標回波往往比實物為大；觀測物標回波邊沿的方位時，需修正半個波束水平寬度。由於雷達地平以遠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完全一致。
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，重者掩沒物標回波。
③可能出現假回波，包括旁辨回波、間接回波、多次反射等。
④其他如由於船上煙囪、桅桿的遮擋，螢光屏上形成扇形陰影，超折射時出現第二行程回波等。
引航
在較寬水道航行，最好利用雷達連續在海圖上定位進行導航。在狹水道航行，須 直接在顯示器上進行導航。航海雷達有相對運動顯示和真運動顯示兩種方式。
航海雷達
航海雷達相對運動顯示方式為航海雷達的基本顯示方式。其特點是代表本船船位的掃描起始點在螢光屏上（一般在螢光屏中心）固定不動，所有物標的運動都表現為對本船的相對運動。
相對運動顯示方式分兩種：
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，船首標誌線始終指向固定方位刻度盤的正上方（零度），便於讀取舷角。但物標在螢幕上的位置隨本船航向改變而改變，因此在改向或船首由於風浪而發生偏盪時，會使圖像不穩，且由於餘輝而使圖像模糊（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（見羅經）的航向信息輸入顯示器，使船首標誌線隨本船航向而改變，其所指固定方位刻度盤讀數就是當時本船航向，此時固定方位刻度盤正上方（零度）代表真北，本船改向時，物標在螢幕上的位置不變，保持圖像穩定（圖2）。船舶主要依靠浮標航行，而且航道彎度不大，可選用舷角顯示方式；船舶航行轉向頻繁，而且需要大角度轉向時,選用方位顯示方式為宜。
真運動顯示方式為在螢光屏上能反映船舶運動真實情況的顯示方式。實現真運動顯示，要將本船羅經的航向和計程儀的速度信息輸入顯示器。其特點是代表本船船位的掃描起始點以相應於本船的航向和速度在螢幕上移動，海面上的固定物標在螢幕上則固定不動，活動物標按其航向和航速在螢幕上作相應移動，根據活動物標的餘輝，即能看出其真實航向和估計其速度（圖3）。真運動顯示方式主要是便於駕駛員迅速估計周圍形勢。
避讓標繪
航海雷達人工標繪作業可在極坐標圖上進行：按一定時間間隔把來船回波的相對位置移標在圖上，其聯線就是該船的相對運動線。它離中心的垂直距離，稱為最近會遇距離。最近會遇距離太近就是有碰撞危險。已知本船真航向、真航速，通過作矢量三角形，就能求出會遇船真航向、真航速。60年代出現了套在雷達顯示器螢幕上的反射作圖器，它使駕駛員能直接在螢幕上標繪而無視差，從而提高了標繪效率，但準確性有所降低，也不能留下記錄。以後又出現了在螢幕上增加一些被稱為“火柴桿”的電子標誌和基於光、磁、機械等方法進行標繪的其他裝置。60年代末到70年代初出現自動雷達標繪儀。
自動雷達標繪儀是附屬於航海雷達的自動標繪裝置，一般用電子計算機控制，可與雷達組裝在一起，也可以作為單獨部件。工作時，需向它輸入本船航向、速度、雷達觸發脈衝、雷達天線角位置和雷達視頻回波信號，由人工或自動錄取會遇船，然後自動跟蹤。通常用矢量線在螢幕上表示各會遇船的航向和航速，其長短可以設定。矢量線末端代表到設定的時間時各會遇船的位置，可以很容易看出有無碰撞危險（圖4）。也有用橢圓形或六角形顯示預測危險區，其大小取決於所設定的最近會遇距離。如會遇船的航向、航速和本船的航速均不變，本船航向線通過預測危險區時，即有碰撞危險（圖5）。當電子計算機算出最近會遇距離和到最近會遇點時間小於所設定的允許範圍時，會自動地以各種方式（視覺和音響）報警，提醒駕駛員採取避讓措施。如果需要，可進行模擬避讓（模擬改向、改速或倒車），以確定所要採取的避讓措施。為準確顯示各種避碰信息，如選定船舶的方位、距離、航向、航速，最近會遇距離和到最近會遇點時間等，標繪儀中還有數字顯示器或字元顯示器。（
