船用雷達(dá)-詳細(xì)介紹

船舶導(dǎo)航雷達(dá)2021/6/161第一章雷達(dá)基本工作原理

引言Radar—Radiodetectionandranging—無線電探測(cè)和測(cè)距雷達(dá)：發(fā)射微波脈沖

探測(cè)目標(biāo)回波

測(cè)定目標(biāo)信息2021/6/162雷達(dá)目標(biāo)雷達(dá)所能發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)：船舶島嶼（陸地）浮標(biāo)海浪雜波雨雪、云霧雜波2021/6/163目標(biāo)信息直接測(cè)得：相對(duì)位置（距離和方位）經(jīng)計(jì)算得到：真速度真航向CPA（ClosestPointofApproach)TCPA(TimetoCPA)2021/6/164第一節(jié)雷達(dá)測(cè)距與測(cè)方位原理方向掃描量程:回波(10nm)Δt＝123.5μs熒光屏邊緣本船目標(biāo)島嶼12nm目標(biāo)船90°245°245EBL901802700方位標(biāo)志海圖平面雷達(dá)平面Fig.距離與方位測(cè)量掃描線固定距標(biāo)圈HL島嶼本船雷達(dá)不能探測(cè)目標(biāo)的背面，因此目標(biāo)的后沿是不可見的.2021/6/1652021/6/166如△t=1μs，則，R=150m；對(duì)應(yīng)于1nm距離，△t＝12.35μs1、利用收發(fā)定向天線，只向一個(gè)方向發(fā)射雷達(dá)波且只接收此方向上的目標(biāo)的反射回波2、天線旋轉(zhuǎn)依次向四周發(fā)射雷達(dá)波，則可探知周圍物標(biāo)的方位——天線的方向即目標(biāo)的方向第一節(jié)雷達(dá)測(cè)距與測(cè)方位原理熒光屏的單位長(zhǎng)度：在不同量程代表不同的距離一.雷達(dá)測(cè)距原理2、測(cè)距公式：R=1/2·C×

tΔt：

往返于天線與目標(biāo)的時(shí)間C:電磁波在空間直線傳播速度C=3×102m/

s二.雷達(dá)測(cè)方位原理1、物理基礎(chǔ)：超高頻無線電波在空間直線傳播遇物標(biāo)能良好反射2021/6/167發(fā)射脈沖顯示器回波Fig1-2(2)發(fā)射機(jī)接收機(jī)電源船電船首線微波傳輸線天線方位回波T/R觸發(fā)器TransmitterReceiverT/R天線收發(fā)機(jī)顯示器ARPAFig1-2(1)觸發(fā)器方位與船首線第二節(jié)

雷達(dá)基本組成、作用回波2021/6/1681、定時(shí)器（觸發(fā)電路、同步電路等）：是雷達(dá)的指揮中心，產(chǎn)生周期性的窄脈沖——觸發(fā)脈沖送：1）發(fā)射機(jī)：控制發(fā)射開始

2）接收機(jī)：控制近距離增益

3）顯示器：控制計(jì)時(shí)開始2、發(fā)射機(jī)：在觸發(fā)脈沖控制下產(chǎn)生周期性的大功率射頻脈沖

——微波脈沖、發(fā)射脈沖、雷達(dá)波3、收發(fā)開關(guān)：發(fā)射時(shí)，關(guān)閉接收機(jī)，大功率射頻脈沖送天線；接收時(shí)，接通接收機(jī)，微弱回波能量送接收機(jī)。一、基本組成七部分及作用：4、天線：定向收發(fā)天線，將發(fā)射機(jī)送來的射頻脈沖聚成細(xì)束集中向一個(gè)方向發(fā)射，并接收此方向物標(biāo)反射回來的雷達(dá)波（回波）送接收機(jī)。第二節(jié)雷達(dá)的基本組成、作用2021/6/169第二節(jié)雷達(dá)的基本組成、作用5、接收機(jī)：超外差式，將微弱回波信號(hào)放大千萬倍以符合顯示器要求。

V幾十V6、顯示器：平面位置顯示器（PPI）。顯示與測(cè)量目標(biāo)，目標(biāo)回波按目標(biāo)的實(shí)際距離和方位顯示在熒光屏上；且配有測(cè)量系統(tǒng)供隨時(shí)測(cè)量。7、雷達(dá)電源：把船電變成雷達(dá)所需的中頻交流電。

400~2000Hz二、雷達(dá)單元構(gòu)成1、三單元雷達(dá)：

收發(fā)機(jī)（觸發(fā)電路、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、收發(fā)開關(guān)）顯示器、天線、中頻電源2、二單元雷達(dá)：天線收發(fā)機(jī)、顯示器、中頻電源2021/6/1610現(xiàn)代雷達(dá)IBS的重要組成部分定位、導(dǎo)航、避碰雷達(dá)羅經(jīng)計(jì)程儀GNSSAISECDIS主要傳感器三、雷達(dá)傳感器與IBS2021/6/1611第二章船用雷達(dá)設(shè)備2021/6/1612磁控管調(diào)制器予調(diào)制器觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器

門開關(guān)特高壓至接收機(jī)特高壓電源收發(fā)開關(guān)至接收機(jī)至顯示器

門開關(guān)發(fā)射開關(guān)延時(shí)開關(guān)脈沖調(diào)制器雷達(dá)發(fā)射機(jī)來自電源發(fā)射機(jī)至天線低壓電源觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器予調(diào)制器磁控管調(diào)制器一、組成部分及作用第一節(jié)雷達(dá)發(fā)射機(jī)（Transmitter）組成：脈沖調(diào)制器（預(yù)調(diào)制器、調(diào)制器）磁控管振蕩器電源（低壓、高壓）2021/6/1613二、發(fā)射機(jī)技術(shù)指標(biāo)S波段：λ＝10cm;f=2900~3100MHz如：3050MHzX波段 :λ＝3cm;f=9000~9500MHz如：9375MHz2.脈沖寬度（τ）：發(fā)射脈沖的持續(xù)時(shí)間。τ↑→Rmax↑

距離分辨率-τ↓→???????íì海浪/雨雪雜波ˉ盲區(qū)ˉ3.脈沖重復(fù)頻率（F）：每秒鐘發(fā)射的脈沖數(shù)500~4000Hz

1.工作頻率（波長(zhǎng)）：超高頻（正弦波）的頻率范圍天氣好:Xband;天氣壞(雨/雪):Sband一般τ=0.04~1.2μs隨量程改變：近量程，窄脈沖；遠(yuǎn)量程，寬脈沖隨量程改變：近量程，高F；遠(yuǎn)量程，低F周期T

（=1/F）>根據(jù)量程需要選擇時(shí)間基準(zhǔn)即船用雷達(dá)磁控管工作頻率2021/6/1614Tpptmt=4.發(fā)射功率：指峰值功率，一般3~75kWp↑→?????íì故障-R

max

天線旁瓣干擾-

tt:前沿上升時(shí)間

0.1~0.2τtf:后沿下降時(shí)間

0.2~0.4τΔu:頂部波動(dòng)值

2~5%tu10.90.10trtfΔu脈沖波形3）二者關(guān)系1）峰值功率pt:在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)的平均功率2）平均功率Pm:一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)輸出功率的平均值5.脈沖波形：發(fā)射脈沖的包絡(luò)理想脈沖:矩形實(shí)際波形:波形：1）越接近矩形，能量越大，作用距離越遠(yuǎn)2）前沿越陡，測(cè)距精度越高3）后沿越陡，距離分辨力越高4）頂部越平坦，發(fā)射功率和頻率越穩(wěn)定雜波-2021/6/1615陰極作用空間諧振腔陽極磁控管結(jié)構(gòu)輸出環(huán)三、磁控管振蕩器第一節(jié)雷達(dá)發(fā)射機(jī)（Transmitter）1.作用：產(chǎn)生大功率超高頻微波振蕩（正弦波）2.組成：陰極和燈絲、陽極、輸出耦合系統(tǒng)、磁鐵3.工作條件：1）燈絲加6.3V交流電壓，加熱陰極使其發(fā)射電子2）陽陰極間加高壓電場(chǎng)：陽極接地，陰極加萬伏高壓3）必須加永久恒定強(qiáng)磁場(chǎng)4）輸出負(fù)載阻抗匹配，保證功率和頻率穩(wěn)定2021/6/16164.磁控管的檢查：萬用表歐姆檔測(cè)燈絲阻值：其阻值接近于0（幾個(gè)歐姆）正常兆歐表檢查陽陰極之間絕緣電阻：其值應(yīng)大于200

5.使用注意事項(xiàng)1）陰極充分預(yù)熱3~5分鐘，暫時(shí)不用只關(guān)高壓2）保護(hù)磁性，嚴(yán)禁敲打，鐵磁物相距大于10cm3）防高壓觸電，防電磁輻射，帶電檢查需兩人在場(chǎng)4）波導(dǎo)天線連接要良好且水密防變形，禁拆波導(dǎo)開高壓5）新管或長(zhǎng)期不用（大于6個(gè)月）的使用前應(yīng)進(jìn)行老練，防管內(nèi)打火老練方法：1.只加燈絲電壓工作半小時(shí)以上2.加較低的高壓工作一段時(shí)間（時(shí)間視具體情況定）3.如無打火現(xiàn)象，逐漸加高壓到正常值2021/6/1617通過收發(fā)箱內(nèi)的表頭或顯示器上的磁控管電流指示判斷有——正常；無——不正常四、正常工作標(biāo)志第一節(jié)雷達(dá)發(fā)射機(jī)（Transmitter）五、性能檢測(cè)1.磁控管工作是否正常2.性能監(jiān)視器1）查磁控管電流：等于說明書規(guī)定值——正常等于零——不發(fā)射大于或小于規(guī)定值——管子衰老或高壓太高或太低電表指針抖動(dòng)——管內(nèi)打火2）查輸出有無：拆開收發(fā)機(jī)波導(dǎo)接頭，氖燈置于口端約10~15cm氖燈閃亮表明正常2021/6/1618第二節(jié)微波傳輸線及雷達(dá)天線系統(tǒng)一、微波傳輸線1）要求：損耗小，防止輻射、干擾、失真2）種類：波導(dǎo)、同軸電纜1.同軸電纜：用于10cm雷達(dá)由內(nèi)外兩層導(dǎo)體構(gòu)成，嚴(yán)格同軸2.波導(dǎo)：用于3cm雷達(dá)由矩形空心管構(gòu)成—由銅拉制成2021/6/1619波導(dǎo)元件第二節(jié)微波傳輸線及雷達(dá)天線系統(tǒng)(e)Pliable(d)Elbow(c)Narrowsidebend(a)Waveguidesection(b)Broadsidebend(f)ChockjointWaterproofsealslotλ/4λ/4ChockjointslotFixscrewλ/4ChockjointPlanesurfacejointλ/4Chockjointslot(g)RotatingjointShortpistonProbeNarrowsideChockjointBroadside①均勻波導(dǎo)：②不均勻波導(dǎo)：直、扭、彎、軟波導(dǎo)諧振腔、帶銷釘?shù)牟▽?dǎo)、分支、開縫波導(dǎo)等波導(dǎo)接頭：扼流接頭波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭：耦合環(huán)——探針不能隨便拆卸調(diào)整2021/6/1620第二節(jié)微波傳輸線及雷達(dá)天線系統(tǒng)二、天線系統(tǒng)組成部分及作用天線與掃描系統(tǒng)船首標(biāo)志開關(guān)方位發(fā)送器馬達(dá)

船電扼流圈至收發(fā)機(jī)到方位接收器至船首標(biāo)志電路旋轉(zhuǎn)接頭輻射窗交流電源輸入隙縫波導(dǎo)防護(hù)罩安全開關(guān)性能監(jiān)視器（回波箱）波導(dǎo)饋線發(fā)射性能監(jiān)視器2021/6/1621(a)SWGstructure(b)AntennastructureSlotsHornFilterFig.SWGantennastructure(c)AntennaappearanceAntennamaskRadiationwindowSlottedwaveguide天線：隙縫波導(dǎo)天線定向收發(fā)共用天線，水平極化2021/6/1622第三節(jié)收發(fā)開關(guān)和雷達(dá)接收機(jī)的組成框圖微波集成電路主中頻放大器視頻部分前置中放雙功器

變頻器

自天線微波集成電路視頻放大增益&STC至顯示器接收機(jī)組成框圖觸發(fā)脈沖中頻放大檢波器雙功器混頻器本振第二章船用雷達(dá)設(shè)備2021/6/1623第三節(jié)接收機(jī)混頻器：把回波信號(hào)（fS）與本振信號(hào)（fL）通過非線性元件混頻產(chǎn)生含許多新頻率的信號(hào)，經(jīng)過選頻電路選出本振信號(hào)與回波信號(hào)的差頻——中頻信號(hào)（fI）混頻二極管（混頻晶體）○檢查：萬用表R100或R1k檔測(cè)正反向電阻，嚴(yán)禁使用R1或R10k檔，損壞晶體

反正電阻比應(yīng)大于100以上○電流：說明本振和混頻晶體是否工作。具體數(shù)值查說明書○注意：鉛管屏蔽（防高頻輻射）、防振、防潮保管更換或檢測(cè)時(shí)應(yīng)關(guān)高壓，取下裝上人機(jī)同電位回波幅度:

V級(jí)本振輸出:mV級(jí)晶體電流值只由本振輸出決定2021/6/1624第三節(jié)接收機(jī)本振調(diào)諧：調(diào)節(jié)本振頻率使之比回波頻率正好高一個(gè)中頻，回波圖象最佳①粗調(diào)：大范圍改變振蕩頻率②細(xì)調(diào)：小范圍改變振蕩頻率○機(jī)械調(diào)諧：調(diào)節(jié)諧振腔尺寸（決定中心振蕩頻率）○電氣調(diào)諧：調(diào)節(jié)工作電壓○自動(dòng)調(diào)諧：自動(dòng)頻率控制電路（AFC）完成○人工調(diào)諧：手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器改變本振工作電壓粗調(diào)時(shí)機(jī)：更換磁控管后本振元件更換后本振頻率不正常時(shí)平時(shí)操作雷達(dá)的控制面板調(diào)諧標(biāo)準(zhǔn)：圖象清晰飽滿調(diào)諧指示表指示最大2021/6/1625海浪干擾STC作用海雜波目標(biāo)目標(biāo)丟失目標(biāo)重現(xiàn)海雜波減弱目標(biāo)減弱目標(biāo)正常保留STC增加2021/6/1626第三節(jié)接收機(jī)二、雷達(dá)接收機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)1、接收機(jī)靈敏度：接收微弱信號(hào)的能力。用最小可辯功率Pmin表示一般10

12~1014W，接收機(jī)放大量應(yīng)106~108（120~160dB）增益過大增益降低增益正常2、其它：同頻帶、動(dòng)態(tài)范圍、工作穩(wěn)定性、抗干擾性能、恢復(fù)時(shí)間等2021/6/1627第三節(jié)接收機(jī)三、接收機(jī)工作狀態(tài)判斷1.噪聲斑點(diǎn):

調(diào)節(jié)增益，噪聲變化2.晶體電流:

收發(fā)機(jī)內(nèi)的表頭，是否正常3.接收性能監(jiān)視器：2021/6/1628刻度系統(tǒng)距離掃描定時(shí)系統(tǒng)觸發(fā)脈沖回波船首信號(hào)方位信號(hào)偏轉(zhuǎn)線圈CRT陽極雷達(dá)電源高壓方位掃描視頻系統(tǒng)變壓器輝亮電路陰極柵極第四節(jié)雷達(dá)顯示系統(tǒng)模擬系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)í?ì一、模擬系統(tǒng)2021/6/1629第四節(jié)雷達(dá)顯示系統(tǒng)二、數(shù)字系統(tǒng)原始視頻→量化→數(shù)字視頻→處理→按顯示要求讀出→還原模擬信號(hào)→顯示1.基本原理：b光柵雷達(dá)信號(hào)光柵掃描雷達(dá)PPI/光柵掃描轉(zhuǎn)換掃描信號(hào)發(fā)生器直角坐標(biāo)數(shù)據(jù)內(nèi)存acde基本雷達(dá)天線收發(fā)機(jī)視頻量化定時(shí)方位量化a—原始方位和船首信號(hào)；b—觸發(fā)脈沖；c—原始視頻；d—數(shù)字方位信號(hào)；e—數(shù)字視頻①將原始視頻雜波抑制，然后與天線方位信號(hào)、船艏信號(hào)量化②進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生光柵掃描信號(hào)2021/6/1630第四節(jié)雷達(dá)顯示系統(tǒng)三、測(cè)距、測(cè)方位的誤差測(cè)定和校正：1.測(cè)距誤差的測(cè)定和校正1）固定測(cè)距誤差：掃描起始時(shí)間誤差①測(cè)定：選一個(gè)2nmile內(nèi)、位置在海圖上明確且回波清晰的目標(biāo)，海圖上量出或用其它方法精確測(cè)出實(shí)際距離，然后與雷達(dá)測(cè)的距離比較。②調(diào)整：調(diào)節(jié)觸發(fā)延時(shí)2）活動(dòng)距標(biāo)誤差：①測(cè)定：以固定距離標(biāo)志圈為準(zhǔn)②校正：按說明書有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整2021/6/1631第四節(jié)雷達(dá)顯示系統(tǒng)2.測(cè)方位誤差的測(cè)定和校正：1）相對(duì)方位（舷角）誤差：艏線位置不正確①測(cè)定：用方位分羅經(jīng)測(cè)物標(biāo)真實(shí)相對(duì)方位（舷角），與雷達(dá)

測(cè)得的該物標(biāo)的相對(duì)方位（舷角）比較②校正：調(diào)整艏線延時(shí)2）船首線指零誤差：掃描線與天線旋轉(zhuǎn)不同步①測(cè)定：艏向上顯示，艏線未對(duì)準(zhǔn)固定方位圈的0度，當(dāng)誤差值超出

1°時(shí)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整②校正：調(diào)整方位延時(shí)2021/6/1632第五節(jié)雷達(dá)顯示方式一、分類1.船首線指向分：船首向上、真北向上、航向向上2.掃描中心（起始點(diǎn)）運(yùn)動(dòng)分：相對(duì)運(yùn)動(dòng)、真運(yùn)動(dòng)3.掃描中心（起始點(diǎn)）位置分：中心顯示、偏心顯示二、相對(duì)運(yùn)動(dòng)（RM—RelativeMotion）顯示：1.特點(diǎn)1）代表本船的掃描中心（起始點(diǎn)）在屏上不動(dòng)2）運(yùn)動(dòng)目標(biāo)以航速和本船航速的合速度作相對(duì)于本船的運(yùn)動(dòng)3）固定目標(biāo)以與本船相等的速度、相反的航向移動(dòng)2.應(yīng)用適于避碰、定位2021/6/1633第五節(jié)雷達(dá)顯示方式三、真運(yùn)動(dòng)（Course-up）顯示：代表本船的掃描中心在熒光屏上以本船速度沿本船航向移動(dòng)需輸入航向和速度信號(hào)1.分類1）速度輸入源分：計(jì)程儀、模擬速度真運(yùn)動(dòng)2）船首線指向分：真北向上、航向向上真運(yùn)動(dòng)3）速度類別分：對(duì)水真運(yùn)動(dòng)、對(duì)地真運(yùn)動(dòng)1）輸入對(duì)水的速度和陀螺羅經(jīng)航向2）掃描中心沿船首線以本船對(duì)水的速度移動(dòng)，正確顯示態(tài)勢(shì)角3）固定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的反方向是漂移（流）方向，速度是漂移速度2.對(duì)水穩(wěn)定真運(yùn)動(dòng)：水面為參考點(diǎn)★適于避讓觀測(cè)3.對(duì)地穩(wěn)定真運(yùn)動(dòng)：大地為參考點(diǎn)1）輸入對(duì)水的速度和陀螺羅經(jīng)航向，輸入漂移速度和方向2）掃描中心和來船沿其航跡向移動(dòng)3）固定目標(biāo)影象不動(dòng)★適于導(dǎo)航觀測(cè)2021/6/1634一、雷達(dá)系統(tǒng)互換裝置1.作用：實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)雷達(dá)的分機(jī)之間互相使用，減小在航途中的維修工作，提高雷達(dá)工作的可靠性和靈活性收發(fā)機(jī)和天線、微波傳輸線只能做為一個(gè)整體同時(shí)互換第六節(jié)附屬裝置二、雷達(dá)性能監(jiān)視器監(jiān)視雷達(dá)性能2021/6/1635第三章船舶導(dǎo)航雷達(dá)的操作2021/6/1636第一節(jié)控鈕符號(hào)作用及操作要點(diǎn)一、有關(guān)電源的開關(guān)1.船電閘刀（ShipsPowerSwitch）：合上驅(qū)潮、維護(hù)斷開2.雷達(dá)開關(guān)（RadarPowerSwitch）

：Off-Stand-On二、有關(guān)圖象質(zhì)量的控鈕1.亮度（BrillianceTube或IntensitySweep）：掃描線剛好看不見2.增益（Gain或Sensitivity）：噪聲斑點(diǎn)剛好可見3.調(diào)諧（Tuning或Tune）：1）指示最大；2）圖象最飽滿、清晰2021/6/1637第一節(jié)控鈕符號(hào)作用及操作要點(diǎn)三、有關(guān)雜波抑制的控鈕1.海浪干擾抑制（Anti-ClutterSea或Sea-EchoSuppression）：（SencitivityTimeContor——STC）6~8nmile2.雨雪干擾抑制（Anti-ClutterRain/Snow）

：（FastTimeConstant——FTC）3.同頻干擾抑制（Defruiter）（RIC、IR）：抑制同頻干擾信號(hào)4.自動(dòng)抗雜波（CFAR-ConstantFalseAlarmRate）

：處理雜波四、有關(guān)測(cè)量的控鈕1.量程（RangeScale）選擇：探測(cè)范圍2.電子方位標(biāo)志（EBL）：精測(cè)目標(biāo)方位2021/6/1638第一節(jié)控鈕符號(hào)作用及操作要點(diǎn)3.固定距離標(biāo)志（RangeRings）

：粗估目標(biāo)距離4.活動(dòng)距離標(biāo)志（BearingDial）：精測(cè)目標(biāo)真方位5.顯示方式（Presentation）：

1）真/相對(duì)方位：HEAD-UP；NORTH-UP；COURSE-UP2）真/相對(duì)運(yùn)動(dòng)：TM/RM選擇四、輔助調(diào)整1.中心調(diào)整（CenteringShift）：調(diào)掃描中心VERT、HORIZ2.船首線按鈕（HeadingFlash或SHMoff）：按下船首線消失3.刻度盤照明