船舶交通管理系统VTS3
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•L
A
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•λg/2
Hale Waihona Puke •LA•λg/2
•H
•E
•φA
•hA
•Rmin
•ho
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3、测距离和测方位误差 （1）测距误差
包括：同步误差、计时误差、量化误差和测读误 差。（见教材3.7.4） 雷达测距误差：
•其中， 为电波传播速度平均值的误差； 为测量目 标回波延时值的误差。
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3、测距离和测方位误差 （1）测距误差
•I
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2、波束形状与近视余割平方波束的实现
1) 水平波束
式中：λ―工作波长；LA―天线水平口径尺寸； k ―与旁瓣电平有关的系数。
•LA θA ，一般，LA >5米。
LA
5.4m
9.5m
2.4m
θA
0.43° o.25°
o.95°
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•2) 垂直波束 • 天线垂直波束为：5˚~ 15˚的扇形波束实现容易， 余割平方波束实现困难，但可实现近视的余割平方波 束。
二、 基本组成
•雷达天线 •波导转换开关
•收发机A
•控制 •单元
•收发机B
•显示 器
•信息传输或数据处理子系统
雷达子系统组成框图
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三、使用性能
1、探测范围
（1）方位范围：视管理水域环境条件及投资而定；
（2）距离范围
港外搜索和监视雷达：40―50Nmile；
航道监视雷达：10-20 Nmile；
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1）脉冲宽度τ
取决于以下因素： a.为了增大作用距离，τ应大； b.为了提高距离分辨力，τ应小； c.为了减小海浪、雨雪等杂波干扰功率，τ应 减小； d.调制器和微波振荡器的实际可能。
•港内及航道监视：0.03•目前交管雷达 0.1s
•港外探测：0.1-2s
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(5) 极化形式 一般多采用水平极化形式。 为了抗干扰，一般采用线极化/圆极化转换形式。 (6) 方位信号增量脉冲数 增量脉冲数NP决定了天线提供的可辨认的最小方位角 度，该最小方位角度θο即为方位量化单元。
目前交管雷达的方位单元数一般为4096。
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3、发射机性能
1）脉冲宽度τ 2）脉冲重复频率 F 3）发射功率PT
雷达测距误差：
误差范围：两目标间的测读误差<量程的5%； 偏离航道中心的测距误差<10-20m； 雷达与目标间的测距误差<10-20m。
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• （2）测方位误差
•包括：传递误差、脉冲间隔导致的误差、量化
•
误差和测读误差。（见教材3.7.5）
•波束宽度造成的误差（当波束宽度大于光点直径 时）：
2）脉冲重复频率 F
a. 保证探测距离的要求
式中，Rsw:最大扫描距离 b. 增大最大作用距离，应提高F
式中，τ：发射脉冲宽度；Pa：平均功率；PT：发 射脉冲功率。
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c. 为减小脉冲间隔导致的测方位误差，应增大F； 测方位标准误差：
式中，ΩA：天线转速。 d. 要考虑磁控管的实际可能
由以下因素决定： a.为了增大作用距离，转速应降低； b.天线转速应保证雷达图像的连续； c.为了减弱海浪干扰，转速应升高； d.考虑数据处理系统的容量和速度，转速不能太 高；考虑对目标，特别是高机动性目标跟踪的连 续性，转速不能太低。
目前交管雷达的天线转速一般为10~20转/分。
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3、极化形式 一般为水平极化或垂直极化，也可在喇叭口加置
45°金属斜板的方法得到圆极化波。
4、特点 1）容易实现理想的振幅分布，方向性图较 好（旁瓣可达-30dB）； 2）频带较宽，风阻较小，转速均匀，驱动 功率低；
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3）天线长度LA受到波导中脉冲信号过渡特性的 限制； τ ≥（2~4）Tr=(2~4) LA/Vg τ：脉冲宽度； Tr：隙缝波导天线渡越时间； Vg：波导中能量的传播速度（群速）。
电磁波在介质中传播，遇到任何电性能与传播介质 有差异的物体都会产生二次辐射现象。
目标各点产生的二次辐射电磁波与原来的电磁波相 互干涉叠加，产生反射、散射、 绕射三种情况。 反射——如果目标受到照射部分的尺寸远大于电磁波波 长，且其表面非常平滑，电磁波传播方向改变，入射角 等于反射角。
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散射——如果目标尺寸远大于电磁波波长，但其表面粗 糙，各单元的二次辐射指向不同，强度与分布又极不均 匀，具有随机性质。 绕射——如果目标尺寸远小于电磁波波长，使电磁波连 续弯折绕过目标，朝其背后继续传播。 谐振——当目标尺寸与电磁波波长相比拟时，特别是当 目标是一个导体，其指向与电磁波的电场矢量相平行， 相当一个电偶极子在电磁波强迫振动下产生的二次辐射， 形成特殊的天线效应。
以信号、图像等形式提供有关船舶航行的信息（包括 船舶位置、船舶分布、以及船舶的运动信息等）。
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•2、基本功能
• （1）探测
• （2）定位 • （3）显示 • （4）信息源
•
•3、主要特点
• （1）较高的定位精度和分辨力； • （2）低噪声、大动态范围的接收性能； • （3）较强的杂波抑制能力； • （4）高可靠性； • （5）较高的自检和自控能力等。
•目标
•接收反射脉 1 冲
•目标 2
•目标 1
•目标 2
•收发共用天线
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3） 雷达测量目标角度的方法 电磁波在均匀介质中的等速直线传播特性； 天线的定向辐射与接收。 雷达测角有振幅法和相位法。
•雷达的方向性图为尖锐的瓣形。 •由天线扫描机构将波束旋转至目标方向，使接收的目 标回波达到最大值，则此刻天线波束的指向即为目标方 向。 •目标的角坐标数据即可由天线旋转角确定。 •零度起点可规定为真北向或船首向等。船舶交通管理系统VTS3
•显示分辨率造成的误差（当波束宽度小于光点直径 时）：
•范围：主要取决于雷达天线的水平波速宽度和方位
量化精度及显示分辨率，一般在0.1°~ 0.5°。
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4、距离分辨力和方位分辨力 （1）距离分辨力
表示雷达区分同一方位上两个相邻目标的能力。 主要取决于：发射脉冲宽度、接收带宽、视频量化 精度和 显示分辨率。（见教材3.7.6）
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4、导航雷达基本原理
1）雷达的基本概念 •雷达：利用电磁波的二次辐射、转发或固有辐射来探测 目标，获取目标空间坐标、速度、特征等信息的一种无线 电装置。 •雷达目标（target）：形成对雷达电波反射并在接收机 产生回波信号的物体。
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2） 雷达探测目标的方法 （1）利用目标的电磁波二次辐射现象探测目标
港内监视：25KW以下
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•4、接收机性能
• 1）接收带宽ΔfI∶
•港外搜索与监视：5~20MHz •港内监视：20~30MHz • 2）噪声系数FN： ≤4.5dB • 3）灵敏度Prmin： •港外搜索与监视：优于10-11W •港内监视：优于10-13W • 4）增益G： ≥110dB • 5）动态范围： ≥120dB
(3) 天线波束的旁瓣电平
取决于以下因素： a.为了减少假回波，旁瓣电平越小越好； b.在天线口径和波长一定的条件下，为了减小天线 的水平波束宽度，旁瓣电平不能太低。
θA=k • /LA
k随着旁瓣电平的减小而增大。 交管雷达的旁瓣电平一般在-27dB~-35dB。
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(4) 天线转速
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(2) 天线垂直波束宽度和形状
应考虑以下因素：
a. 为减小最小作用距离，应加大垂直波束宽度 b. 为增大最大作用距离，应减小垂直波束宽度； c. 为提高抗雨雪能力，应减小垂直波束宽度。
一般交管雷达的垂直波束宽度为5˚~15˚，并 常采用余割平方形状，以兼顾远区和近区。
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2、天线性能
(1)天线水平波束宽度θA； (2)天线垂直波束宽度和形状； (3)天线波束的旁瓣电平； (4) 天线转速； (5) 极化形式； (6) 方位信号增量脉冲数。
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(1) 天线水平波速宽度θA
θA越小，雷达的性能越高，交管雷达的水平波束宽 度一般在0.5°以内。
4）在结构上实现极化转换困难。
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二、方位信号
1、信号形式 增量脉冲和指北脉冲N。
•IP
•N
2、方位信号的产生
•差接 •整
•Is
与放大 形
港区泊位和船舶动态监视：<10 Nmile。
2、最大最小作用距离
（1）最大作用距离Rmax 本身因素：发射功率PT、天线增益GA、接收机灵敏度 Prmin、工作频率f。 外界因素：目标反射性能、电波传播条件等。
评价指标：发现概率
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港外搜索与监视雷达：≥24Nmile；
港区和航道监视雷达：>5-6Nmile （浓雾，中型浮标，
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四、技术性能