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1、船舶导航雷达,第一章雷达基本工作原理,引言,Radar Radio detection and ranging,无线电探测和测距,雷达：发射微波脉冲 探测目标回波 测定目标信息,雷达目标,雷达所能发现的目标：船舶岛屿（陆地）浮标海浪杂波雨雪、云雾杂波,目标信息,直接测得：相对位置（距离和方位）经计算得到：真速度真航向CPA（Closest Point of Approach)TCPA(Time to CPA),第一节 雷达测距与测方位原理,方向扫描,量程:,回波(10 nm),t123.5 s,荧光屏边缘,本船,目标,岛屿,12 nm,目标船,90,245,245,EBL,90,180,270
2、,0,方位标志,海图平面,雷达平面,Fig.距离与方位测量,扫描线,固定距标圈,HL,岛屿,本船,雷达不能探测目标的背面，因此目标的后沿是不可见的.,如t=1s，则，R=150 m；对应于1 nm 距离，t 12.35 s,1、利用收发定向天线，只向一个方向发射雷达波且 只接收此方向上的目标的反射回波2、天线旋转依次向四周发射雷达波，则可探知周围 物标的方位天线的方向即目标的方向,第一节 雷达测距与测方位原理,荧光屏的单位长度：在不同量程代表不同的距离,一.雷达测距原理,2、测距公式：R=1/2 C t,t：往返于天线与目标的时间C:电磁波在空间直线传播速度 C=3102 m/s,二.雷达测方
3、位原理,1、物理基础：超高频无线电波在空间直线传播 遇物标能良好反射,发射脉冲,显示器,回波,Fig1-2(2),发射机,接收机,电源,船电,船首线,微波传输线,天线,方位,回波,T/R,触发器,Transmitter,Receiver,T/R,天线,收发机,显示器,ARPA,Fig1-2(1),触发器,方位与船首线,第二节 雷达基本组成、作用,回波,1、定时器（触发电路、同步电路等）：,是雷达的指挥中心，产生周期性的窄脉冲触发脉冲,送：1）发射机：控制发射开始 2）接收机：控制近距离增益 3）显示器：控制计时开始,2、发射机：在触发脉冲控制下产生周期性的大功率射频脉冲 微波脉冲、发射脉冲、雷
4、达波,3、收发开关：,发射时，关闭接收机，大功率射频脉冲送天线；接收时，接通接收机，微弱回波能量送接收机。,一、基本组成七部分及作用：,4、天线：定向收发天线，将发射机送来的射频脉冲聚成细束 集中向一个方向发射，并接收此方向物标反射回来 的雷达波（回波）送接收机。,第二节 雷达的基本组成、作用,第二节 雷达的基本组成、作用,5、接收机：超外差式，将微弱回波信号放大千万倍以符合 显示器要求。V 几十V,6、显示器：平面位置显示器（PPI）。显示与测量目标，目标 回波按目标的实际距离和方位显示在荧光屏上；且配有测量系统供随时测量。,7、雷达电源：把船电变成雷达所需的中频交流电。400 2000 H
5、z,二、雷达单元构成,1、三单元雷达：收发机（触发电路、发射机、接收机、收发开关）显示器、天线、中频电源2、二单元雷达：天线收发机、显示器、中频电源,现代雷达IBS的重要组成部分定位、导航、避碰,雷达罗经计程仪GNSSAISECDIS,主要传感器,三、雷达传感器与IBS,第二章 船用雷达设备,一、组成部分及作用,第一节 雷达发射机（Transmitter）,组成：脉冲调制器（预调制器、调制器）磁控管振荡器 电源（低压、高压）,二、发射机技术指标,S 波段：10 cm;f=2 9003 100 MHz 如：3 050 MHzX波段:3 cm;f=9 0009 500 MHz 如：9 375 MH
6、z,2.脉冲宽度（）：发射脉冲的持续时间。,Rmax,3.脉冲重复频率（F）：每秒钟发射的脉冲数 500 4 000 Hz,1.工作频率（波长）：超高频（正弦波）的频率范围,天气好:X band;天气坏(雨/雪):S band,一般=0.041.2s,随量程改变：近量程，窄脉冲；远量程，宽脉冲,随量程改变：近量程，高F；远量程，低F,周期T（=1/F）根据量程需要选择时间基准,即船用雷达 磁控管工作频率,4.发射功率：指峰值功率，一般375 kW,p,故障,R max,天线旁瓣干扰,tt:前沿上升时间 0.10.2 tf:后沿下降时间 0.20.4u:顶部波动值 25%,3）二者关系,1）峰值
7、功率 pt:在脉冲持续时间内的平均功率,2）平均功率 Pm:一个脉冲重复周期内输出功率的平均值,5.脉冲波形：发射脉冲的包络,理想脉冲:矩形,实际波形:,波形：,1）越接近矩形，能量越大，作用距离越远,2）前沿越陡，测距精度越高,3）后沿越陡，距离分辨力 越高,4）顶部越平坦，发射功率和 频率越稳定,杂波,三、磁控管振荡器,第一节 雷达发射机（Transmitter）,1.作用：产生大功率超高频微波振荡（正弦波）,2.组成：阴极和灯丝、阳极、输出耦合系统、磁铁,3.工作条件：,1）灯丝加6.3 V交流电压，加热阴极使其发射电子,2）阳阴极间加高压电场：阳极接地，阴极加万伏高压,3）必须加永久恒
8、定强磁场,4）输出负载阻抗匹配，保证功率和频率稳定,4.磁控管的检查：,万用表欧姆档测灯丝阻值：其阻值接近于0（几个欧姆）正常,兆欧表检查阳阴极之间绝缘电阻：其值应大于200,5.使用注意事项,1）阴极充分预热35分钟，暂时不用只关高压,2）保护磁性，严禁敲打，铁磁物相距大于10 cm,3）防高压触电，防电磁辐射，带电检查需两人在场,4）波导天线连接要良好且水密防变形，禁拆波导开高压,5）新管或长期不用（大于6个月）的使用前应进行老练，防管内打火,老练方法：,1.只加灯丝电压工作半小时以上2.加较低的高压工作一段时间（时间视具体情况定）3.如无打火现象，逐渐加高压到正常值,通过收发箱内的表头或
9、显示器上的磁控管电流指示判断 有正常；无不正常,四、正常工作标志,第一节 雷达发射机（Transmitter）,五、性能检测,1.磁控管工作是否正常,2.性能监视器,1）查磁控管电流：,等于说明书规定值正常等于零不发射大于或小于规定值管子衰老或高压太高或太低电表指针抖动管内打火,2）查输出有无：,拆开收发机波导接头，氖灯置于口端约1015 cm氖灯闪亮表明正常,第二节 微波传输线及雷达天线系统,一、微波传输线,1）要求：损耗小，防止辐射、干扰、失真,2）种类：波导、同轴电缆,1.同轴电缆：用于10 cm雷达 由内外两层导体构成，严格同轴,2.波导：用于3 cm雷达,由矩形空心管构成 由铜拉制成
10、,波导元件,第二节 微波传输线及雷达天线系统,均匀波导：,不均匀波导：,直、扭、弯、软波导,谐振腔、带销钉的波导、分支、开缝波导等,波导接头：扼流接头波导旋转接头：耦合环探针 不能随便拆卸调整,第二节 微波传输线及雷达天线系统,二、天线系统,组成部分及作用,天线：隙缝波导天线,定向收发共用天线，水平极化,第三节 收发开关和雷达接收机的组成框图,微波集成电路,第二章 船用雷达设备,第三节 接收机,混频器：,把回波信号（fS）与本振信号（fL）通过非线性元件混频产生含许多新频率的信号，经过选频电路选出本振信号与回波信号的差频中频信号（fI）,混频二极管（混频晶体）,检查：万用表R100或R1 k档
11、测正反向电阻，严禁使用R1或R10 k档，损坏晶体 反正电阻比应大于100以上,电流：说明本振和混频晶体是否工作。具体数值查说明书,注意：铅管屏蔽（防高频辐射）、防振、防潮保管 更换或检测时应关高压，取下装上人机同电位,回波幅度:V 级本振输出:mV级,晶体电流值只由本振输出决定,第三节 接收机,本振调谐：,调节本振频率使之比回波频率正好高一个中频，回波图象最佳,粗调：大范围改变振荡频率,细调：小范围改变振荡频率,机械调谐：调节谐振腔尺寸（决定中心振荡频率）,电气调谐：调节工作电压,自动调谐：自动频率控制电路（AFC）完成,人工调谐：手动调节电位器改变本振工作电压,粗调时机：,更换磁控管后本振
12、元件更换后本振频率不正常时,平时操作雷达的控制面板调谐标准：,图象清晰饱满调谐指示表指示最大,海浪干扰,第三节 接收机,二、雷达接收机主要技术指标,1、接收机灵敏度：,接收微弱信号的能力。用最小可辩功率Pmin表示,一般1012 1014 W，接收机放大量应106 108（120 160 dB）,2、其它：,同频带、动态范围、工作稳定性、抗干扰性能、恢复时间等,第三节 接收机,三、接收机工作状态判断,1.噪声斑点:调节增益，噪声变化,2.晶体电流:收发机内的表头，是否正常,3.接收性能监视器：,第四节 雷达显示系统,模拟系统数字系统,一、模拟系统,第四节 雷达显示系统,二、数字系统,原始视频量
13、化数字视频处理按显示要求读出还原模拟信号显示,1.基本原理：,b,光栅雷达信号,光栅扫描雷达,PPI/光栅扫描转换,扫描信号发生器,直角坐标数据内存,a,c,d,e,基本雷达,天线,收发机,视频量化,定时,方位量化,a 原始方位和船首信号；b 触发脉冲；c 原始视频；d 数字方位信号；e 数字视频,将原始视频杂波抑制，然后与天线方位信号、船艏信号量化进行坐标转换，产生光栅扫描信号,第四节 雷达显示系统,三、测距、测方位的误差测定和校正：,1.测距误差的测定和校正,1）固定测距误差：扫描起始时间误差,测定：选一个 2 n mile内、位置在海图上明确且回波清晰的目标，海图上量出或用其它方法精确测
14、出实际距离，然后与雷达测的距离比较。,调整：调节触发延时,2）活动距标误差：,测定：以固定距离标志圈为准,校正：按说明书有关内容进行调整,第四节 雷达显示系统,2.测方位误差的测定和校正：,1）相对方位（舷角）误差：艏线位置不正确,测定：用方位分罗经测物标真实相对方位（舷角），与雷达 测得的该物标的相对方位（舷角）比较,校正：调整艏线延时,2）船首线指零误差：扫描线与天线旋转不同步,测定：艏向上显示，艏线未对准固定方位圈的0度，当误差值超出1时应进行调整,校正：调整方位延时,第五节 雷达显示方式,一、分类,1.船首线指向分：船首向上、真北向上、航向向上,2.扫描中心（起始点）运动分：相对运动、
15、真运动,3.扫描中心（起始点）位置分：中心显示、偏心显示,二、相对运动（RMRelative Motion）显示：,1.特点,1）代表本船的扫描中心（起始点）在屏上不动,2）运动目标以航速和本船航速的合速度作相对于本船的运动,3）固定目标以与本船相等的速度、相反的航向移动,2.应用,适于避碰、定位,第五节 雷达显示方式,三、真运动（Course-up）显示：,代表本船的扫描中心在荧光屏上以本船速度沿本船航向移动,需输入 航向 和 速度 信号,1.分类,1）速度输入源分：计程仪、模拟速度真运动2）船首线指向分：真北向上、航向向上真运动3）速度类别分：对水真运动、对地真运动,1）输入对水的速度和陀
16、螺罗经航向2）扫描中心沿船首线以本船对水的速度移动，正确显示态势角3）固定目标运动的反方向是漂移（流）方向，速度是漂移速度,2.对水稳定真运动：水面为参考点,适于避让观测,3.对地稳定真运动：大地为参考点,1）输入对水的速度和陀螺罗经航向，输入漂移速度和方向2）扫描中心和来船沿其航迹向移动3）固定目标影象不动,适于导航观测,一、雷达系统互换装置,1.作用：,实现两台雷达的分机之间互相使用，减小在航途中的维修工作，提高雷达工作的可靠性和灵活性,收发机和天线、微波传输线只能做为一个整体同时互换,第六节 附属装置,二、雷达性能监视器,监视雷达性能,第三章 船舶导航雷达的操作,第一节 控钮符号作用及操
17、作要点,一、有关电源的开关,1.船电闸刀（Ships Power Switch）：合上驱潮、维护断开2.雷达开关（Radar Power Switch）：Off-Stand-On,二、有关图象质量的控钮,1.亮度（Brilliance Tube 或 Intensity Sweep）：扫描线刚好看不见2.增益（Gain 或 Sensitivity）：噪声斑点刚好可见3.调谐（Tuning 或 Tune）：1）指示最大；2）图象最饱满、清晰,第一节 控钮符号作用及操作要点,三、有关杂波抑制的控钮,1.海浪干扰抑制（Anti-Clutter Sea 或 Sea-Echo Suppression）：（
18、Sencitivity Time ContorSTC）6 8 n mile2.雨雪干扰抑制（Anti-Clutter Rain/Snow）：（Fast Time ConstantFTC）3.同频干扰抑制（Defruiter）（RIC、IR）：抑制同频干扰信号4.自动抗杂波（CFAR-Constant False Alarm Rate）：处理杂波,四、有关测量的控钮,1.量程（Range Scale）选择：探测范围2.电子方位标志（EBL）：精测目标方位,第一节 控钮符号作用及操作要点,3.固定距离标志（Range Rings）：粗估目标距离4.活动距离标志（Bearing Dial）：精测目标
19、真方位5.显示方式（Presentation）：1）真/相对方位：HEAD-UP；NORTH-UP；COURSE-UP 2）真/相对运动：TM/RM 选择,四、辅助调整,1.中心调整（Centering Shift）：调扫描中心 VERT、HORIZ2.船首线按钮（Heading Flash 或 SHM off）：按下船首线消失3.刻度盘照明（Dimmer）：读刻度盘数据4.作图器照明（Plotting）：标绘用5.性能监视器（Monitor）：监视收发及总性能6.罗经复示器调节（Compass）：匹配航向7.测试电表：检查工作状态,第二节 一般操作步骤,一、基本操作,1.开机前的检查：,1）
20、天线上是否有人或阻碍天线旋转的障碍物2）是否GAIN、SWEEP逆时针到底；STC、FTC处于关闭位置3）船电闸刀是否合上,2.开机：,1）雷达开关（Power Switch）置于STAND-BY，等 3 分钟,2）雷达开关（Power Switch）置于ON,3）调扫描线亮度（Sweep）：使扫描线刚好看不见,4）调增益（Gain）：使噪声斑点刚好可见,5）调调谐（Tune）：使调谐指示偏转最大或影象最大最亮最清晰饱满,2.关机：,1）雷达开关（Power Switch）置于STAND-BY2）GAIN、SWEEP逆时针到底；STC、FTC处于关闭位置3）雷达开关（Power Switch）
21、置于OFF,第三节 维护保养,一、天线系统,1.辐射窗半年清洁一次，用清水软布。油污不能用酒精以外的清洁剂2.半年检查一次天线底座、波导连接和水密情况3.半年除锈涂油漆一次，天线辐射窗不准涂油漆4.防止撞击波导，注意变形开裂5.齿轮箱定期加注防冻润滑油,二、收发机,1.三个月检查电缆连接器件一次2.三个月内检查测试电表数据一次，开机半小时后进行3.半年清洁箱内的灰尘一次4.收发机正常而回波明显减弱，检查波导管内是否积水5.更换新磁控管后需老练6.更换主要部件后应调试并做好记录,三、显示器,1.半年清洁内部灰尘一次2.用干软布抹去荧光屏表面灰尘3.检查电缆器件连接是否正常4.旋转线圈式应定期按规定加油和去污5.高压帽打火时应放电清洁,
