船用导航雷达简介
摘要：本文简单介绍了雷达的工作原理，并以此为基础重点介绍了船用导航雷达与普通雷达的区别、相关规范要求、基本组成及作用，技术指标。
关键词：雷达雷达的工作原理船用导航雷达盲区基本组成及作用技术指标自动雷达标绘仪
Abstract: this paper briefly introduces the working principle of the radar, and, on this basis, focusing on the Marine navigation radar and common radar difference, relevant specification requirements, basic composition and function, the technical indexes.
Keywords: radar radar principle of work of the Marine navigation radar blind area basic composition and function technical indicators to be automatic radar instrument plot
0引言
雷达(radar)概念形成于20世纪初。
雷达是英文radar的音译，为Radio Detection And Ranging的缩写，意为无线电检测和测距的电子设备。
它是利用电磁波探测目标的电子设备。
雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方向、速度等状态参数。
雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。
船上装备雷达始自第二次世界大战期间，战后逐渐扩大到民用商船。
1雷达的基本工作原理
雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传给天线。
天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。
电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。
天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。
由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。
接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。
2船用导航雷达
2.1 船用导航雷达简介
船用导航雷达(marine radar )是保障船舶航行，探测周围目标位置，以实施航行避让、自身定位等用的雷达，也称航海雷达。
它特别适用于黑夜、雾天引导船只出入海湾、通过窄水道和沿海航行，主要起航行防撞作用。
国际海事组织(IMO)规定,1600吨位以上的船支须装备导航雷达。
导航雷达的一项重要任务是目标标绘，这项任务正逐渐改由自动雷达标绘装置来担任。
国际海事组织还规定所有1万吨位以上的船支逐步装设这种装置。
SOLAS第V章第19条2.3.2项也指明：“所有300总吨及以上的船舶和不论尺度大小的客船，应有1台9GHz雷达或其他装置，用于确定和显示雷达应答器其它水上船舶、碍航物、浮标、海岸线和航标的距离和方位，借以助航和避碰”；第2.3.3项指明：要有“1套电子标绘装置（EPA）或其它装置，用于电子标绘目标的距离和方位，以便确定碰撞危险；”；对所有10，000总吨及以上的船舶，要求要有“1台自动雷达标绘仪（ARPA）或其他装置，与1台指示船舶相对于水的速度和航程的装置相联，用于自动标绘至少20个其它目标的距离和方位，以确定碰撞危险和模拟试验性操纵”。
2.2 船用雷达与普通雷达的区别
一般雷达把自身作为不动点表示在平面位置显示器的中心。
但在航海中，船舶自身在运动，总是与固定目标或运动目标作相对运动。
适应航海环境的雷达，应是真正运动的雷达，须能自动输入船舶自身的航速和航向，数据必须相当准确。
2.3船用导航雷达的最小作用距离—盲区
导航雷达是用来探测水上目标的方位和距离,它不受气候影响,可以全天候引导船舶进出港口、码头和海上安全航行。
导航雷达最大作用距离主要取决于雷达脉冲的传播天线,如雷达天线高度、目标大小、形状及反射天线等。
雷达最小作用距离是一个重要指标,所谓最小作用距离是指在此距离内,不管目标有多大,均发现不了目标,常称为雷达的盲区。
雷达的最小作用距离是由雷达脉冲宽度和天线架设的高度决定的。
一般情况下雷达的最小作用距离小于30m。
2.4 船用导航雷达的基本组成及作用
2.4.1发射机
1. 基本组成：脉冲调制器（预调制器、调制器）、磁控管振荡器、电源（低压、高压）
2.作用：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、雷达波
3.主要与船厂相关的技术指标
1）工作频率（波长）：超高频（正弦波）的频率范围，即船用雷达磁控管工作频率。
S 波段：λ＝10cm; f=2 900~3100 MHz如：3050 MHz
X波段: λ＝3cm; f=9 000~9500 MHz如：9375 MHz
为了保证船舶在恶劣海况中航行安全,导航雷达配备双雷达系统,即10cm(S 波段)和3cm(X波段)两部雷达。
这种配备主要是两种波段雷达互为备份,取长补短,提高设备可靠性,保证船舶安全航行。
正常情况下,使用X波段雷达工作,探测精度高,显示画面清晰,但在恶劣气候海况下,它受雨雪干扰大,使用性能较差;而S 波段雷达却受雨雪干扰较小,抑制海浪干扰能力强;尽管气候恶劣,显示画面仍然清晰,作用距离也比X波段大。
2.4.2 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。
2.4.3 天线
1.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。
天线与扫描系统
2.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
3) 同轴电缆:用于10 cm雷达,由内外两层导体构成，严格同轴。
3. 波导：用于3 cm雷达, 由矩形空心管构成—由铜拉制成。
2.4.4接收机
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。
1、组成简介
接收机组成框图
1）.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）。
2）.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。
①粗调：大范围改变振荡频率。
○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
②细调：小范围改变振荡频率
○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
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。
2、主要技术指标
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10-12 ~ 10-14 W，接收机放大量应106 ~ 108（120 ~ 160 dB）。
3、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。
2.4.5显示器
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。
一般安装于驾驶室
内的驾控台内。
3、自动雷达标绘仪
自动雷达标绘仪，Automatic Radar Plotting Aid,即ARPA,能使观测者自动获得信息,并能自动处理和标绘多处物标。
它不但能够连续、准确和迅速的航行形式估计,并能显示船舶周围的事态,确保船舶安全航行。
它是结合雷达和电子计算机技术应用的一种船舶避碰仪器。
该系统采用微机技术控制整个系统,与导航雷达配套作为主显示器和分显示器。
它具有多批目标录取及自动跟踪,并显示目标的航向和速度,根据设定的最近会遇距离和到最近会遇距离的时间的允许界限,给出警示信号或显示预测危险区,提醒驾驶员采取避让措施。
如有必要,还可进行试操船,以决定所需采取的避让措施。
并能自动校准,自动调整,还能故障自检和指示。
2.4.6雷达单元构成
导航雷达一般分成二单元或三单元雷达，工作在X或S波段上，功率在10kW 到30kW不等。
从结构来看二单元雷达由天线、齿轮箱、收发机一体化箱和控制显示单元组成；三单元雷达由天线、齿轮箱，收发机箱和控制显示单元组成。
二单元雷达易于安装调试，收发机不占室内空间，但不太方便维修；三单元雷达维护方便，但收发机占用室内空间，电缆也较多。
3结束语
在船厂的实际应用中，雷达设备属于厂家已经做的比较完备的产品，而船用导航雷达的技术指标很多，本文也主要是围绕着与船厂有关的一些技术指标做了相关的介绍，因此篇幅有限。
希望在今后的工作当中，能够对设计雷达系统的工作有所帮助。
[参考文献]
[1]中国传播工业总公司。
船舶设计实用手册（电气分册）
[2]中国船级社。
钢质海船入级规范2006.
[3]船用导航雷达。