第五章-雷达定位与导航-课件

第五章雷达定位与导航l雷达定位就是用雷达测出物标的距离和或方位，在海图上作图求出自己的船位。1第五章雷达定位与导航第五章雷达定位与导航雷达定位就是用雷达测出物标的距离和l要船位准确就要做到：l(1)物标要认得准、选得合适；l(2)测量方法要正确；l(3)测量数据要准；l(4)测量速度要快2第五章雷达定位与导航要船位准确就要做到：2第五章雷达定位与导航精品资料精品资料l你怎么称呼老师？l如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？l你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？l教师的教鞭l“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘”l“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早”第五章-雷达定位与导航-课件第一节物标的雷达图像l雷达是用以一定速度(1530rmin)匀速顺时针旋转的定向天线向外发射具有一定宽度的(o052us)超高频无线电脉冲波并定向接收从物标反射回来的回波，由显示器根据电波从天线至物标间往返所经历的时间计算的距离及接收天线送来的方位信号，以加强亮点的方式在荧光屏上显示物标的相对于本船的距离和方位。因此，物标的雷达图像不同于物标实际的形状。也不同于海图上标志的形状。主要区别有如下几个方面：5第五章雷达定位与导航第一节物标的雷达图像雷达是用以一定速度(1530rl一、雷达图像是平面位置图像l从雷达的工作原理可知，在雷达荧光屏上显示的是物标相对于本船(天线)的方位和距离，不能显示物标的高度、厚度和水下的深度。如图511所示的小岛，雷达显示屏上仅显示小岛迎向雷达天线一侧各点相对于天线的方位、距离的回波亮点的组合，它的形状近似于小岛迎向天线一侧侧面在与天线高度相等的水平面上的垂直投影面形状。6第五章雷达定位与导航一、雷达图像是平面位置图像6第五章雷达定位与导航二、图像的径向(距离)扩展和缩小l1径向缩小l由于雷达地平和较高物标的遮挡效应(阴影扇形)的影响,物标回波图像的径向长度会比实际长度短。l因为雷达波不能穿透物标，所以不能探测到物标背后的物标，如山脊后面部分的山坡不能被探测到，小岛回波的径向长度比小岛实际的径向长度缩短了。7第五章雷达定位与导航二、图像的径向(距离)扩展和缩小1径向缩小7第五章雷达8第五章雷达定位与导航8第五章雷达定位与导航l因为地球是圆的，雷达波又是直线传播的，所以雷达的探测距离是有限的。考虑了地球曲率、天线高度以及大气对无线电波的折射影响，雷达波在标准大气折射条件下的地平范围为：lDR=2.23hlh-天线在海面上的高度，单位为m。lDmax=2.23(h1+h2)9第五章雷达定位与导航因为地球是圆的，雷达波又是直线传播的，所以雷达的探测距离是有10第五章雷达定位与导航10第五章雷达定位与导航l此外，由于物标边缘反射性能差、雷达性能差及控钮调节不当等原因也可能使物标边缘丢失，造成回波图像的径向缩小。l回波图像的径向缩小会提高雷达的距离分辨率，但会丢失物标的前、后沿回波，如不注意，会影响测距的准确性。11第五章雷达定位与导航此外，由于物标边缘反射性能差、雷达性能差及控钮调节不当等原2径向扩展l发射脉冲宽度、接收机通频带宽度f以及荧光屏光点直径d会使物标回波在半径方向上产生扩展。现以点物标为例进行说明。l宽度为的发射脉冲打到点物标时，显然，回波的宽度也为。宽度为r的回波脉冲通过接收机放大时，会使回波宽度失真变形，增加约1f的宽度，这样，一个点物标的回波宽度变成C(+1f)2。12第五章雷达定位与导航2径向扩展发射脉冲宽度、接收机通频带宽度f以及荧光屏l显示器荧光屏在显示物标回波时，是由扫描光点的移动形成的。这样，会使回波沿半径方向向里和向外各伸展半个光点直径。荧光屏上一个光点直径相当于海面上的实际距离为2RdD，则点物标回波两端各伸展的距离为:lRdDl式中：R量程；ld光点直径；lD荧光屏直径。13第五章雷达定位与导航显示器荧光屏在显示物标回波时，是由扫描光点的移动形成的。这样l综合起来说，一个点物标将沿半径方向向内伸展Rd/D的距离，向外伸展C(+1f)2+Rd/D的距离，如图514所示。l此外，目标闪烁和控钮调节不当等也可能引起物标雷达回波图像的径向扩展。14第五章雷达定位与导航综合起来说，一个点物标将沿半径方向向内伸展Rd/D的距离，向15第五章雷达定位与导航15第五章雷达定位与导航l物标回波图像的径向扩展降低了雷达的距离分辨率，可能使相邻的两个物标回波连成一个回波，也降低了雷达的测距精度，但可提高雷达的探测能力。16第五章雷达定位与导航物标回波图像的径向扩展降低了雷达的距离分辨率，可能使相邻的两二、图像的横向(方位)扩展和缩小l1横向缩小l如前述，雷达地平和阴影扇形的影响会使回波图像的横向宽度缩小。l此外，由于物标两端的反射性能差、雷达性能差以及控钮调节不当也会使物标两端的回波减弱，乃至丢失，造成整个物棕图像的横向宽度缩小。从显示器荧光屏上物标回波形成的过程看，回波亮度的分布是中间亮度最强。两侧较暗。若扫描亮度、增益控钮稍些，波的两侧边缘也会向中缩。l17第五章雷达定位与导航二、图像的横向(方位)扩展和缩小1横向缩小17第五章雷l物标回波图像的横向缩小可提高雷达的方位分辨率，但可能丢尖物标的真正边缘造成雷达测方位的误差。18第五章雷达定位与导航物标回波图像的横向缩小可提高雷达的方位分辨率，但可能丢尖物标2横向扩展l物标回波在荧光屏上显示时也会产生横向扩展其主要原因是天线的水平波束宽度H和荧光屏的光点直径d。19第五章雷达定位与导航2横向扩展物标回波在荧光屏上显示时也会产生横向扩展其主(1)水平波束宽度的影响l雷达天线发射的超高频脉冲是有定的水平波束宽度H的。当天线按顺时方向旋转时，波束的右边沿先接触点物标。此时，将有回波返回。在接着的旋转过程中，一直会有回波返回，直到波束的左边沿离开该点物标时为止。这样，荧光屏上点物标将被展宽成宽度为H的弧形回波，如图515所示，即一个点物标回波将两侧各伸展了H2的角度。20第五章雷达定位与导航(1)水平波束宽度的影响雷达天线发射的超高频脉冲是有定的(2)光点直径的影响l从显示器荧光屏显示物标回波的原理可知，由于荧光屏光点直径的影响要使物标回波向两侧各扩展半个光点直径(d2)的张角(见图515)其值为：l式 中：=57、3（d*2R/D*RT）/2=57、3（d*R/D*RT）ld一光点直径；lD一屏直径；lR一量程；lRT点物标离本船的距离。21第五章雷达定位与导航(2)光点直径的影响从显示器荧光屏显示物标回波的原理可知，22第五章雷达定位与导航22第五章雷达定位与导航(3)波束宽度H及光点直径d引起的图像方位扩展大小的比较l由上述()和(2)可知，不管物标在荧光屏上哪个位置，由H引起的方位扩展均是H/2。l光点直径d引起的影响则不同：光点离扫描中心越近，光点直径d引起的方位扩展越大；光点离扫描中心越远，光点直径引起的方位扩展越小。假定在某处，光点直径d引起的方位扩展(角度)与水平波束宽度H相等，则有：lH=57、3（d*2R/D*RT）23第五章雷达定位与导航(3)波束宽度H及光点直径d引起的图像方位扩展大小的比较l物标回波光点在1/4屏半径处，光点直径引起的方位扩展与水平波束宽度相同。RTR4时，则反之，如图516所示。24第五章雷达定位与导航物标回波光点在1/4屏半径处，光点直径引起的方位扩展与水平波l引起物标回波方位扩展的因素除了上述两个主要因素之外，还有目标的闪烁以及控钮的调节不当等原因。l物标回波图像的横向(方位)扩展虽然可提高雷达探测物标的能力，但降低了雷达的方位分辨率和测方位精度。25第五章雷达定位与导航引起物标回波方位扩展的因素除了上述两个主要因素之外，还有目第二节雷达干扰和假回波l一、雷达干扰l船用导航雷达的荧光屏上除了显示实际物标的回波外，还会显示一些干扰杂波，影响正常的雷达观测。这些干扰杂波主要是海浪干扰、雨雪干扰、同频雷达干扰、电火花干扰以及明暗扇形干扰等，面简单介绍它们的特点及抑制的方法。26第五章雷达定位与导航第二节雷达干扰和假回波一、雷达干扰26第五章雷达定位1海浪干扰l海浪反射雷达波产生的干扰杂波称为海浪干扰。其特点是：l(1)近处海浪回波非常强，但随着距离的增加，强度按距离的指数规律(1R4)急剧减弱。一般风浪时，海浪干扰范围可伸展到68nmile，大风浪时可达810nmile。l(2)海浪干扰的强度还与相对风向有关，上风舷强且伸展得远。l(3)海浪干扰的特征是在扫描中心周围呈鱼鳞状亮斑，而风浪大时会变成辉亮实体，淹没其中的弱小物标回波。幅度较大的长涌，可在屏上见到一条一条的浪涌回波。27第五章雷达定位与导航1海浪干扰海浪反射雷达波产生的干扰杂波称为海浪干扰。其特l(4)海浪干扰的强弱还与雷达的一些技术参数有关：天线高度高、垂盲波束宽度宽，则入射余角大，海浪干扰强；水平波束宽、脉冲宽度宽，则雷达波照射海浪的面积大。回波就强；海面平静时，水平极化波的海浪干扰弱，垂直极化波的干扰强；海面有浪(浪高在13m)时。则相反，垂直极化波的海浪干扰弱些。l此外，海浪回波的大小还与发射频率、天线转速等因素有关；频率高，转速慢，海浪干扰就强。很强的海浪回波会淹没海浪回波覆盖区内的物标回波，甚至会使接收机产生饱和或过载，使其失去放大能力而丢失物标回波。28第五章雷达定位与导航(4)海浪干扰的强弱还与雷达的一些技术参数有关：天线高度高抑制海浪干扰的方法有：l(1)使用STC钮，减低中频放大器的近距离增益，以抑制近距离很强的海浪干扰，而随着距离的增加，该电路逐渐恢复中频放大器的增益，不会影响对中、远距离物标的探测。不过，使用STC后可能丢失近距离的弱小物标回波。应特别注意不要抑制过大，而且要加强其他方法的嘹望。l(2)选用S波段雷达进行规测，但S波段雷达分辨率比X波段差。29第五章雷达定位与导航抑制海浪干扰的方法有：(1)使用STC钮，减低中频放大器的l(3)选用对数(LOG)中频放大器进行观测，但使用对数放大器后会损失测能力会下降，故好天气不应使用它。l(4)选用恒虚警率处理(CFAR)电路亦能较好地抑制海浪干扰，但是，使用CFAR处理电路后，也会损失一定的虚警率，丢失强回波后的弱小物标回波。l(5)有些雷达，还可采用快转速(80rmin)天线抑制海浪干扰，但它也会损失雷达灵敏度，减弱探测能力。30第五章雷达定位与导航(3)选用对数(LOG)中频放大器进行观测，但使用对数放大器2雨雪干扰l降水不仅使雷达波产生衰减，而且还会产生反射形成干扰杂波。干扰呈密集点状回波群，无明显的边沿，像疏松的棉絮一样。般雨量下，雨回波的强度比船舶、陆地等的回波弱。但热带大暴雨的回波会变成一块亮饼，极难与小岛回波分辨开来。31第五章雷达定位与导航2雨雪干扰降水不仅使雷达波产生衰减，而且还会产生反射形成l雨雪干扰的强度不仅与降雨量大小有关，还与雷达波长、脉冲宽度及天线波束宽度等有波长越短，干扰越强，脉冲越宽，波束越宽，干扰越强，干扰的强弱与降雨区的面积无关。32第五章雷达定位与导航雨雪干扰的强度不仅与降雨量大小有关，还与雷达波长、脉冲宽度及l抑制雨雪干扰的方法有：l(1)使用FTC(微分)电路并适当减小增益，可较好地抑制雨雪干扰，但它也微分了物标回波，故可能丢失弱小物标回波。使用FTC后，可突出回波的前沿，提高雷达的距离分辨率。l(2)使用圆极化天线可较好地抑制雨雪干扰，但可能丢失圆球形等对称体物标回波，并使雷达探测能力降低约50。因此，好天气及远距离探测时不应使用它。另外，在水平极化与圆极化天线问进行转换操作时，应在中间RDY位置停下。33第五章雷达定位与导航抑制雨雪干扰的方法有：33第五章雷达定位与导航(3)使用S波段雷达，也可在一定程度减弱雨雪干扰。(4)使用CFAR处理电路也可较好地抑制雪雨干扰。l雨雪干扰会遮盖雷达图像，使图像模糊，强的雨雪干扰会淹没物标回波。但有时也可利用雷达探测雨区的位置、移动方向和速席，作为装卸货时决定开关舱时间的参考。34第五章雷达定位与导航(3)使用S波段雷达，也可在一定程度减弱雨雪干扰。34第五章3.雷达同频干扰l两台距离相近的同频段雷达同时工作时，相互间产生的干扰称为雷达同频干扰。这种干扰就是由一台同频段雷达的发射波直接或间接被本台雷达天线接收所造成的，而且不仅主波束会产生，旁波束也会产生。l35第五章雷达定位与导航3.雷达同频干扰两台距离相近的同频段雷达同时工作时，相互间l雷达同频干扰的图像根据两台雷达的脉冲重复频率的差异大小有所不同：l(a)脉冲重复频率相同l(b)脉冲重复频率相近l(c)脉冲重复频率相差很大36第五章雷达定位与导航雷达同频干扰的图像根据两台雷达的脉冲重复频率的差异大小有所不37第五章雷达定位与导航37第五章雷达定位与导航抑制图像干扰的方法有：l(1)使用雷达同频干扰抑制器。使用时应注意先将增益、调谐及STC等抗干扰钮调至最佳状态，并关掉FTC电路。此外，应注意使用该抑制器后会丢失弱小物标回波，应加强其他方式的嘹望。l(2)可适当减小量程，使干扰的影响减弱。l(3)改用另一频段雷达工作。38第五章雷达定位与导航抑制图像干扰的方法有：(1)使用雷达同频干扰抑制器。使用时4.电火花干扰l雷达荧光屏上出现的电火花干扰有多种。有的是在固定位置上出现不规则的亮线，这一般是偏转线圈电刷和滑环接触不良引起的。有的是位置不定的径向亮线，这可能是机内电源、发射机、接收机等有关器件跳火形成的，这是故障现象，应立即检查、排除后再使用。后一种情况，也可能是天电干扰或附近电焊工作引起的，一般影响不大。39第五章雷达定位与导航4.电火花干扰雷达荧光屏上出现的电火花干扰有多种。有的是5.明暗扇形干扰l这是由于接收机中AFC(自动频率控制)电路失调引起的，是一种故障现象。关掉AFC电路，改用手动凋谐，雷达仍可正常工作。40第五章雷达定位与导航5.明暗扇形干扰这是由于接收机中AFC(自动频率控制)电路二、雷达假回波l在雷达荧光屏上显示回波图像的位置。在实际上并不存在物标，这种回波称为假回波。船用导航雷达的假回波有如下几种：41第五章雷达定位与导航二、雷达假回波在雷达荧光屏上显示回波图像的位置。在实际上并1间接反射假回波l(1)产生原因l由于：船上具有较好的反射面的烟囱、大桅、吊杆柱及其附近的大船、陆上的大建筑物等对雷达波的间接反射，使雷达波改变方向后射向物标，又将物标的反射回波再反射回天线，这样在雷达荧光屏上形成的回波称为间接回波，如图522。42第五章雷达定位与导航1间接反射假回波(1)产生原因42第五章雷达定位与导航l在狭水道、港区航行或在锚地锚泊时，附近有大船、桥梁、大建筑物等都容易产生间接回波。43第五章雷达定位与导航在狭水道、港区航行或在锚地锚泊时，附近有大船、桥梁、大建筑物l(2)特点l间接回波有如下特点：l间接回波的方位通常在阴影扇形内出现。l间接回波的显示距离等于天线至间接反射体的距离加上间接反射体至物标问的距离。l3)当物标与本船相对位置变化时，间接回波在屏上的移动是不规则的：方位仍在阴影扇形内不变或竟消失，只是距离有些变化。l回波的形状会有畸变。44第五章雷达定位与导航(2)特点44第五章雷达定位与导航3)识别方法l本船暂时改变航向时，船首向上相对运动显示方式的雷达屏上真的物标回波方位改变，而间接回波方位不变(仍在阴影扇形内)或竞消失，因此可用此法识别间接回波。45第五章雷达定位与导航3)识别方法本船暂时改变航向时，船首向上相对运动显示方式的2多次反射回波l(1)产生原因l由于雷达波在本船与物标间多次反射而均被天线接收形成的回波，称为多次反射回波。如图523所示。46第五章雷达定位与导航2多次反射回波(1)产生原因46第五章雷达定位与导航l(2)特点l多次反射回波是在真回波外面等间隔分布的一串回波，强度越来越弱，间距均等于真回波的距离，特点明显，易于识别。l(3)抑制或削弱的方法l多次反射回波可用适当减小增益和适当使用FTC加以削弱。47第五章雷达定位与导航(2)特点47第五章雷达定位与导航3旁瓣回波l(1)产生原因l旁瓣回波是由雷达天线辐射的旁波瓣探测到的物标回波。因为旁波瓣功率较小，所以一般在近距离内有较大反射强度的物标时才会产生。48第五章雷达定位与导航3旁瓣回波(1)产生原因48第五章雷达定位与导航l(2)特点l旁瓣回波对称分布于真回波两侧的等距圆弧上，强度越向侧后越弱。长度越短，电气性能较差的天线，旁瓣多而强，可能会形成一个圆圈。由于特点明显，因此识别也是较容易的，如图524。49第五章雷达定位与导航(2)特点49第五章雷达定位与导航l(3)削弱的方法l旁瓣回波可以用适当减小增益、适当使用FTC及STC加以削弱。50第五章雷达定位与导航(3)削弱的方法50第五章雷达定位与导航4二次扫描回波l(1)产生原因l由于物标距离较远，第一个扫描周期发射的脉冲遇到物标反射回到天线时，显示器已处于第二个扫描周期了，荧光屏上的这种回波称为二次扫描回波，其原理如图525所示。由图可知，可能出现二次扫描回波的物标距离范围为CT2一CT2+R，其中，C为电磁波速度，T为雷达所用量程的脉冲重复周期，R为所用量程。这种回波般出现在具有超折射现象的时候和地区。51第五章雷达定位与导航4二次扫描回波(1)产生原因51第五章雷达定位与导l二次扫描回波有如下特点：l假回波的方位就是实际物标的方位。l假回波的距离等于物标实际距离与CT2的差。l假回波在荧光屏上的移动是不规则的。l假回波的形状与实际物标的形状触发脉冲相差极大。如图526所示，本来是直线的岸线会变成向扫描中心凸出的曲线。52第五章雷达定位与导航二次扫描回波有如下特点：52第五章雷达定位与导航l(3)识别方法l识别二次扫描回波的方法是改变量程段(即改变脉冲重复周期T)时，真回波的显示距离和形状不变(仅改变在荧光屏上的位置)，而假回波的显示距离及形状会改变或者竟然消失。53第五章雷达定位与导航(3)识别方法53第五章雷达定位与导航第三节雷达测距和测方位l一、雷达测距l1影响雷达误差的因素l(1)设备性能因素l(2)操作者技术因素54第五章雷达定位与导航第三节雷达测距和测方位一、雷达测距54第五章雷达定位与导(1)设备性能因素l显示器扫描起始时间与发射脉冲离开天线的时间没有严格同步，由此引起的误差称为同步误差，其中，固定误差部分可用延时线加以消除，但由于电路等原因造成的随机误差则不能消除。l固定距标和活动距标的误差。55第五章雷达定位与导航(1)设备性能因素显示器扫描起始时间与发射脉冲离开天线的(1)设备性能因素l扫描锯齿波的非线性使荧光屏上固定距标圈间距不等，会造成测量两距标圈间物标距离时的内插误差。l荧光屏光点对物标回波图像在半径方向向内和向外各扩展了半个光点直径的距离。测量用的固定距标圈和活动标圈也有光点直径的影响，测量时如不注意修正也将产生误差。56第五章雷达定位与导航(1)设备性能因素扫描锯齿波的非线性使荧光屏上固定距标圈(1)设备性能因素l此外，天线高度、电磁波传播速度的变化及目标闪烁等因素也会产生雷达测距误差。lIMO的雷达性能标准中规定，利用固定距标和活动距标测量物标距离，误差不能超过所用显程最大距离的15或者70m中较大者。l57第五章雷达定位与导航(1)设备性能因素此外，天线高度、电磁波传播速度的变化及目(2)操作者技术因素l控钮调节不当。如扫描亮度、增益、抗干扰钮、调谐聚焦等控钮若调节不合适，会使回波边沿模糊，或丢失。或扩展而造成测距误差。l量程选用不当。量程选得过大光点引起的测距误差就大。58第五章雷达定位与导航(2)操作者技术因素控钮调节不当。如扫描亮度、增益、抗干(2)操作者技术因素l3测量切点选择不当。比如，测距离时没有考虑如何消除光点直径和脉冲宽度的影响；没有考虑回波边沿是否能与海图标志的位置精确对应等，均会造成误差。l测量顺序不当。航行中。物标与本船的距离在不断变化，应尽量同时观测两个或三个物标距离。如不能同时观测则应先测正横方向的物标，后测首尾方向的物标。59第五章雷达定位与导航(2)操作者技术因素3测量切点选择不当。比如，测距离时(2)操作者技术因素l此外。还有对被测物标的选择、测量时船舶的状态以及读数的准确度等因素，同样会造成测距的误差。60第五章雷达定位与导航(2)操作者技术因素此外。还有对被测物标的选择、测量时船舶2测距注意事项l(1)尽量选用X波段雷达。l(2)选合适的物标(选择原则见本章第四节)。l(3)选用适当的量程，将被测物标回波放在23屏半径附近。l(4)随时掌握测距装置的误差。l(5)控钮(特别是扫描亮度、增益、调谐及抗杂波控钮等)应调至最佳状态。61第五章雷达定位与导航2测距注意事项(1)尽量选用X波段雷达。61第五章雷达2测距注意事项l(6)如果岸线在雷达地平之内，应测量岸线的距离定位。此时，应用活动距标的内沿与回波的内沿相切。如果岸线在雷达地平之下时，应测山峰的距离定位。此时，应用活动距标的外沿与回波外沿相切(此时，测得的距离中含有一个脉冲宽度代表的距离)。62第五章雷达定位与导航2测距注意事项(6)如果岸线在雷达地平之内，应测量岸线的2测距注意事项l(7)如不能同时测两个物标的距离,则应先测正横方向的物标距离，再侧船首尾方向的物标的距离。l(8)不要测余辉的距离。63第五章雷达定位与导航2测距注意事项(7)如不能同时测两个物标的距离,则应先测二、雷达测方位l1影响雷达测方位误差的因素l(1)设备性能因素l(2)船舶状态l(3)操作技术因素64第五章雷达定位与导航二、雷达测方位1影响雷达测方位误差的因素64第五章雷(1)设备性能因素l水平波束宽度H及其形状不对称。对于点物标，一般是测量其回波中心的方位。如果H太宽。就不易找准中心点。如果波束形状不对称,则物标回波向两侧扩展的大小就不相等，测量中心方位时必然会产生误差。l方位扫描系统的角数据传递误差。这个误差必然使荧光屏上扫描线的指向与天线主波束方向间产生误差，荧光屏上显示物标回波的方位也有误差。65第五章雷达定位与导航(1)设备性能因素水平波束宽度H及其形状不对称。对于点(1)设备性能因素l3.船首标志的宽度及位置误差。船首标志的出现时间应与天线主波束转过船首方向的时间精确对应否则，以船首标志为基准测得的物标回波方位(相对方位)就有误差。66第五章雷达定位与导航(1)设备性能因素3.船首标志的宽度及位置误差。船首标志的(1)设备性能因素4.波束主瓣轴线方向偏移。由于制造加等问题，隙缝波导天线主瓣轴线方向会偏离辐射窗开口面法线方向个角度(3一5)，而且该角度会随着雷达发射频率的漂移而变化，因此,该误差能在安装时校掉部分。67第五章雷达定位与导航(1)设备性能因素4.波束主瓣轴线方向偏移。由于制造加等问(1)设备性能因素l5.荧光屏方位刻度盘几何中心与扫描中心不重合时，若用机械方位标尺测量物标方位时产生方位误差，如图531所示。由图可见，误差与物标距扫描中心的距离、物标方位线与扫描中心偏离屏中因的方向间的夹角以及扫描中心离开屏中心的距离有关。但用EBL(电子方位标志)测量方位时不会引起误差。l6.方位测量设备的误差。机械方位标尺、方位刻度盘、电子方位标志和读数器等都有可能存在误差，用它们测量方位必然会产生误差68第五章雷达定位与导航(1)设备性能因素5.荧光屏方位刻度盘几何中心与扫描中心不(1)设备性能因素l光点直径的影响。前已述及，光点直径将使屏上回波向四周各扩展d2。由于光点在屏上离扫描中心的距离不同，光点对扫描中心的张角也不同，因此它引起的方位误差图531扫描中心不在屏中心时的方位误差也是不同的。据本章第一节三之2所述，量程越小，物标回波(光点)离扫描中心越远则光点引起的方位扩展越小，测方位误差越小；反之，误差越大。69第五章雷达定位与导航(1)设备性能因素光点直径的影响。前已述及，光点直径将使(1)设备性能因素l罗经复示器误差。在真北向上相对运动及真运动显示方式时，航向由陀螺罗经通过罗经复示器输入。如果罗经或复示器有误差时，所测方位也将有误差。l视差。由于机械方位标尺与荧光屏表面(曲面)间有一定距离，若测者眼睛不在标尺线正上方观测，将会产生误差。l性能标准规定，测量位于显示器边缘的物标回波方位，精度应为 或优于l。船首标志线位置误差最大不能大于士1，船首标志线的宽度不大于05。70第五章雷达定位与导航(1)设备性能因素罗经复示器误差。在真北向上相对运动及真(2)船舶状态l大风天，船首偏荡时，在船首向上相对运动显示方式时，图像会产生移动，使边缘模糊，测量方位会产生较大误差。但用真北向上相对运动显示方式时，图像稳定，则可避免此类误差。此外，船舶摇摆、倾斜时，也会产生方位误差，而且，与船舶摇摆方向垂直的方向及偶点方位上误差最大。71第五章雷达定位与导航(2)船舶状态大风天，船首偏荡时，在船首向上相对运动显示方(3)操作技术因素l控钮调节不当，如亮度、增益、抗干扰钮、调谐及聚焦钮等若调节不当，可能会使回波边沿模糊或丢失，造成测方位误差。l量程选用不当。在本章第一节中已经介绍过，量程选得过大，物标回波靠扫描中心太近时，光点直径引起的物标回波的方位扩展就大，必然引起很大的测方位误差。72第五章雷达定位与导航(3)操作技术因素控钮调节不当，如亮度、增益、抗干扰钮、(3)操作技术因素l3.测量切点选择不当。测量小物标时，方位标志没有对准回波中心测量大物标时，没有考虑如何消除光点直径和水平波束宽度的展影响；没有考虑回波边沿是否能和海图标志的位抒精确对应等，均会造成测方位误差。73第五章雷达定位与导航(3)操作技术因素3.测量切点选择不当。测量小物标时，方位(3)操作技术因素l4.测量顺序不当。如不能同时测量两个或多个物标方位时，应先测本船首尾方向的物标，后测汇横方向的物标。l此外。显示方式选用不当、测量时机选择不当、测读方法不当以及物标选择不当等，同样会造成测量方位的误差。74第五章雷达定位与导航(3)操作技术因素4.测量顺序不当。如不能同时测量两个或多2测量方位注意事项(1)尽量选用X波段雷达。(2)选用合适的物标(选择原则见本章第四节)。(3)选用适当的量程，将被测物标回波放在23屏半径附近。(4)掌握雷达测方位装置的误差。(5)控钮(特别是扫描亮度、增益、调谐及抗杂波等钮)应调至最佳状态。75第五章雷达定位与导航2测量方位注意事项(1)尽量选用X波段雷达。75第五章2测量方位注意事项l(6)点物标应测回波中心方位。大物标应测岸角，并用EBL与回波的同侧外缘相切，消除光点直径的影响，并注意修正水平波束宽度的方位扩展影响。l(7)如不能同时测量两个及以上物标方位时，应先测船首尾方向的物标方位，再测正横方向的物标方位。l(8)测方位时，应尽量用EBI-测量。如只能用机械方位标尺测量时，应将扫描中心调至屏中心.。76第五章雷达定位与导航2测量方位注意事项(6)点物标应测回波中心方位。大物标应2测量方位注意事项l(9)测方位时应尽量选用真北向上显示方式，并核对船首标志线的位置是否指向航向值。如只能用船首向上显示方式时，则应注意避免测量物标回波余辉方位。l(10)船舶摇摆剧烈时，应尽量选择正平时测量。纵摇大时选测船首尾方向物标，横摇大时选测正横方向物标，并避免测偶点方位(相对方位为左右各45和135)的物标方位。77第五章雷达定位与导航2测量方位注意事项(9)测方位时应尽量选用真北向上显示方第四节雷达定位选择物标的原则l几种雷达物标的回波特性l1.浮标l航海用浮标高度低、体积小，形状一般又为球形、圆柱形、圆锥形及杆形等不良反射体，因此是不良的雷达物标，其探测距离大约从605nmile不等。加装了角反射器的浮标，雷达探测它的能力将大大增加。现在，在一些重要的浮标上加装了雷达应答器(Racon)，则雷达对它的探测距离和识别力大大提高了。浮标用铁锚等方法固定于海底，其位置受暴风、强流等的影响容易移位。78第五章雷达定位与导航第四节雷达定位选择物标的原则几种雷达物标的回波特性78l2船舶l其回波强度取决于船舶的视角、形状、大小及暴露于雷达波束照射范围的结构、面积及材质。一般正横方向的回波强度大于船首尾方向的；大船的回波强度大于小船的；空载时的回波强度大于满载时的；钢铁结构的回波强度大于木质的或玻璃钢的；滚装船的回波强度大于满载油船的：等等，下面是些船舶的最大探测距离(本船天线海面以上的高度为15m)79第五章雷达定位与导航2船舶79第五章雷达定位与导航l小木船124nmilel救生艇2nmilel流网船35nmilel拖船驳船7nmilel1000t船610nmilel10000t船1016nmilel50000t船1620nmile80第五章雷达定位与导航小木船124nmile80l3.冰山l冰山是一个比较差的雷达物标。它的回波强度和探测距离与它的大小形状及视角有关。l典型的几种冰山的探测距离为：l一般冰山8一l0nmile。l斜坡面较大的冰山3nmilel四周垂直刚离体的冰山1530nmilel葫芦形小冰山水下部分很大，而水面以上较小，雷达较难探测到它，是最危险的物标，应特别注意。平静海面上的表面平滑的连续冰区，雷达是探测不到的。但如果海面有浪，这样的冰层是可以探测到的。表面粗糙、高矮不一的冰障、在雷达屏上将出现和海浪干扰一样的回波。81第五章雷达定位与导航3.冰山81第五章雷达定位与导航l4建筑物l大群建筑物，高墙多，面积大，方向不一，回波强，但回波密集难于辨认，不宜作定位依据。l5岸线l只有当海岸较陡或距离较近的岸线回波才显示与海图基本一致的形状，否则，其形状和位置都会有出入，特别是低而乎坦的海岸或是表面平滑、坡度斜缓的泥滩、沙滩等，往往是先发现内陆的山岭而后发现岸线，这种岸线不宜用作定位或导航。当沙滩、泥滩上有植物覆盖时，回波会大大加强。风浪天，岸边有大浪时岸线的探测距离也可能增加。82第五章雷达定位与导航4建筑物82第五章雷达定位与导航l6悬崖和陡岸l悬崖、陡岸在视角合适时回波前沿明亮、清晰、形状基本与海图一致，是很好的定位物标。沿岸防坡堤、码头、人造陆地等均是很好的定位物标。l7海中小岛l海中岛屿一般较陡，如距离合适可用作定位依据。83第五章雷达定位与导航6悬崖和陡岸83第五章雷达定位与导航l8陆上山丘和大山l山丘和大山的回波一般是片状的亮回波，其强度与它的高度、坡度及表面状态有关。一般说来，高度越高探测距离越远，坡度越陡回波越强。不过，一座坡缓而反射性能不好的高山其回波强度不一定会比高度虽低但反射性能很好的小山的回波强。这一点在远距离定位辨认物标时应该特别注意。84第五章雷达定位与导航8陆上山丘和大山84第五章雷达定位与导航l9过江电缆l过江电缆一般是几根表面很光滑的粗电缆，又是良导体，只有当雷达波束与电缆表面成90时才有反射，它的回波往往是一个亮点，而不是一条线。l10快速物标l水上飞机和水翼船等高速物标，在天线转动一圈的时间内位置变化很大，在雷达屏上的图像往往呈点线状断续回波，较难判断物标动向。85第五章雷达定位与导航9过江电缆85第五章雷达定位与导航二、雷达定位选择物标的原则l选择物标的基本原则如下：l(1)应选择回波图像稳定、亮而清晰、回波位置应能与海图精确对应的物标，如孤立小岛、岩石、岬角、突堤及孤立又有明显标志的灯标等。应避免使用回波形状可能严重变形或位置难于在海图上确定的物标，如平坦的海岸线、斜缓的山坡、风暴过后的未经核实的浮标及建筑群巾的灯塔。l(2)应尽量选择近而可靠的物标，不用远而容易搞错的物标。l(3)应选用多物标定位，而且位置线交角应符合要求，仅在物标十分可靠时，方可使用单物标方位距离定位。86第五章雷达定位与导航二、雷达定位选择物标的原则选择物标的基本原则如下：86第五第五节雷达应答标和搜救雷达应答器l1雷达应答标l雷达应答标又称雷康(racon，即radarresponderbeacon)，是一种有源被动雷达信标。它自身有套天线、发射机、接收机和电源装置。它在收到雷达脉冲(询问)后延迟约05s后发出经编码的回答脉冲信号，有时也称它为二次雷达。雷达收到后，在荧光屏上该台架回波之后显示其编码脉冲信号，可以测得它的方位和距离，如图，55l所示。87第五章雷达定位与导航第五节雷达应答标和搜救雷达应答器1雷达应答标87第五1雷达应答标l雷康台大多工作在X波段、水平极化方式，少数也有工作在S波段的。它可以接收同频率所有的雷达信号，它的回答信号也可以被所有的同频段雷达所接收。工作方式是间断性的，即工作几分钟后停止几分钟再工作几分钟，故雷达荧光屏上也只能在几次圆扫描后才能连续见到几次回答脉冲信号，而不是每次圆扫描都能见到它。88第五章雷达定位与导航1雷达应答标雷康台大多工作在X波段、水平极化方式，少1雷达应答标l雷康回答信号的编码方法较多，常用的是莫尔斯码，如A(一)，B(一)，N(一）等。有关这些资料的变更、信标的增设及废除等将通过航海通告或航海警告发布。l雷康台是一个有源的雷达信标，一个有效而且处于较好位置的船用雷达，可以在17一30nmile内探测到它，一般探测距离在十几海里以内。装在浮筒上的高度较低的雷康台，探测距离将更近些。89第五章雷达定位与导航1雷达应答标雷康回答信号的编码方法较多，常用的是莫尔1雷达应答标l雷康信号也可能产生间接回波，它分布在雷康台架回波等距圈之外，而且，因为雷康台工作是不连续的，所以它的假回波也是断续出现的。l雷康台的工作会在附近有多台雷达脉冲询问下产生系乱，雷康回答信号可能与本船的扫描不同步，显示的距离不准确。90第五章雷达定位与导航1雷达应答标雷康信号也可能产生间接回波，它分布在雷康台1雷达应答标l雷康信号可以测距又可测方位，而且有莫尔撕编码，它既可增加探测距离，又可大大提高物标的识别能力。用途很广泛l(1)可以装在江河人口、重要转向点的浮标或物标上。l(2)可以装在海中石油平台上。l(3)可以装在地形平坦、无显著特征的岸线平滑的海岸上。l(4)可以装在岸形特征随季节、涨落潮等变化较大的地段，以增加探测距离、提高识别能力并提供定位依据。91第五章雷达定位与导航1雷达应答标雷康信号可以测距又可测方位，而且有莫尔撕编二、搜救雷达应答器l搜救雷达应答器(SART)。是一种SOLAS公约规定的所有从事国际航行的船舶必须配备的搜救用雷达应答器。它工作在X波段、水平极化方式。接通电源后，受到附近(至少在5nmile以内)的船用雷达(X波段)脉冲询问后，延时约0。5m发射至少12个短脉冲雷达信号。雷达收到后在荧光屏上的图像为应答器位置(台架回波)后12个短划信号(全长约代表8nmile)，可用来加速发现遇险人员。92第五章雷达定位与导航二、搜救雷达应答器搜救雷达应答器(SART)。是一种SO二、搜救雷达应答器l因为搜救雷达应答器的发射频率是扫频式的，所以为了更清楚地看清它的回波，可以有意地将雷达本机振荡器的频率调偏，使其他物标回波消失仅显示搜救雷达应答器的信号。不过测定其方位、距离后应立即将本机振荡器的频率凋回原频率，以观测海面其他物标回波，保证航行安全。93第五章雷达定位与导航二、搜救雷达应答器因为搜救雷达应答器的发射频率是扫频式的第六节雷达定位方法l1单物标方位、距离定位l2两个或三个物标距离定位l3两个或三个物标方位定位l4多物标方位、距离混合定位94第五章雷达定位与导航第六节雷达定位方法1单物标方位、距离定位94第五章1单物标方位、距离定位l利用雷达测量同一物标的方位和距离来确定自己船位的一种方法。这种方法简单、快速，而且由于两条船位线交角为90，船位精度较高(如果用陀螺罗经目测方位代替雷达方位，船位精度更高)，是驾驶员常用的一种方法。物标正横距离定位是这种方法的特例。l使用这种方法定位时，最重要的一条是物标一定要准确、可靠，否则，一旦认错物标，后果不堪设想。95第五章雷达定位与导航1单物标方位、距离定位利用雷达测量同一物标的方位和距离来5雷达定位精度l因为雷达测距性能较测方位性能好且测方位的精度受外界条件的影响较大，所以测距离定位船位精度比测方位定位高。就船位位置线数目来说，三位置线精度高于两位置线精度。就位置线交角来说，两位置线交角以90为最好。三位置线交角以120为最好。就物标的远近说。近距离定位精度高于远距离的。就物标特性来说，用孤立、点状及位置可靠的物标或迎面陡峭、回波前沿清晰、稳定的物标最好。此外，定位精度还与测者的测量方法、速度和作图技巧等有关。96第五章雷达定位与导航5雷达定位精度因为雷达测距性能较测方位性能好且测方位l若各种条件均相同，上述各种定位方法所得船位精度的高低排序大致如下l(1)三物标距离定位；l(2)两物标距离加一物标方位定位；l(3)两物标距离定位；l(4)两物标方位加一物标距离定位；l(5)单物标方位距离定位；l(6)三方位定位；l(7)两方位定位。97第五章雷达定位与导航若各种条件均相同，上述各种定位方法所得船位精度的高低排序大致第七节雷达导航l一、雷达导航方法l利用雷达进行导航的方法很多。在沿岸航行时，相对来说，水域较宽、危险物较少，时间也稍宽裕，用连续定位法较好。在狭水道航行时，航道窄、水流急、船舶多，时间较紧迫，用连续定位法较困难；在特定水域，可以用事先画好的距离格网或方位格网导航也较方便。但一般较常用的则是采用避险线导航。l避险线有距离圈避险线、利用平行标尺的距离避险线、方位避险线以及水平夹角避险线等，其中，前四种较常用，而且方位避险线常和距离圈避险线一起使用。下面仅介绍距离避险线和方位避险线。98第五章雷达定位与导航第七节雷达导航一、雷达导航方法98第五章雷达定位与1距离避险线l当所选择的避险参考物标与危险物的连线与计划航线垂直或接近垂直时，采用距离避险线导航较好。99第五章雷达定位与导航1距离避险线当所选择的避险参考物标与危险物的连线与计l具体做法是：先根据物标的回波特性及雷达测距时对物标的要求选定参考物标，然后在海图上测定出参考物标至危险物的距离，并根据当时当地的情况(如天气、能见度、流向流速、船舶密度及种类)、本船的操纵性能、当值驾驶员的技术状况等决定避险安全距离(离参考物标的距离)，再把活动距标调到安全距离，把方位平行标尺指向船首线(有风流时采用真北向上显示方式，平行标尺应放在计划航向上)并从中找出与活动距标圈相切或最接近切点的标尺线，此即距离避险线。航行时，随时调整船位使避险参考物标始终处于选定标尺线(距离避险线)的外侧，即可保证本船避开危险物按计划航线航行，如图571所示。100第五章雷达定位与导航具体做法是：先根据物标的回波特性及雷达测距时对物标的要求选定2方位避险线l当所选避险参考物标与危险物的连线与计划航线平行或接近平行时，采用方位避险线导航较好。101第五章雷达定位与导航2方位避险线当所选避险参考物标与危险物的连线与计划航线平l具体做法是：先根据物标的回波特征及雷达测方位时对物标的要求选定参考物标，然后在海图上测出参考物标至危险物的真方位，并根据当时当地的情况、本船的操纵性能、雷达的可能误差、当值驾驶员的技术状态等决定避险真方位，再把方位标尺指向该避险真方位加180的位置作为方位避险线(此时，雷达应选用真北向上显示方式)。航行中，随时调整船位使避险参考物标始终处于方位标尺(避险方位线)的安全一侧，即可保证本船避开危险物，如图572所示。102第五章雷达定位与导航具体做法是：先根据物标的回波特征及雷达测方位时对物标的要求选二、雷达导航注意事项l(1)在进入导航区前，应仔细研究导航区情况及本船计划航线情况，找到主要物标、转向点位置及转向数据、导航物标及危险物的位置及特点、定出避险线等，并了解当时的风流及航区中的船舶动态，做到心中有数。应利用一切有利时机，分析雷达图像与海图实际情况的差异，积累经验，这对在能见度不良时进行导航、定位等是很重要的。103第五章雷达定位与导航二、雷达导航注意事项(1)在进入导航区前，应仔细研究导航二、雷达导航注意事项l(2)在狭水道中，由于陆标近、方位变化快，一般不能像在近海航行那样作图定位而只能根据雷达图像及当时情况即时导航。这就要求对图像的判读要准而快，并且准备工作要做得充分，如航线与岸或导航标的距离、转向点物标的图像特点、转向点的距离及方位、距离、航向、航程等都要标志清楚，在特殊地区还应熟记。104第五章雷达定位与导航二、雷达导航注意事项(2)在狭水道中，由于陆标近、方位变二、雷达导航注意事项l(3)狭水道大多用浮标和岸标标志航道，因此要熟悉它们的特点，了解它们的探测距离，认真识别，如有怀疑，应立即设法用岸上可靠物标进行校核。l(4)狭水道中，雷达荧光屏上易出现假回波和干扰回波，应注意识别。小船和浮标的回波也较难识别，应仔细辨认，不可混淆。l(5)应充分利用雷达方位平行标尺线、电子方位线和活动距离圈协助判断船位及避离危险物。105第五章雷达定位与导航二、雷达导航注意事项(3)狭水道大多用浮标和岸标标志航道二、雷达导航注意事项l(6)进入狭水道前要准备好雷达，查明它的工作状态，并将雷达凋至最佳状态。显示方式的选择要根据具体情况决定。一般来说，用对地稳定真运动显示方式为好无真运动显示方时。若航道变向不多则用船首向上显示方式为好；若航道弯曲、变向频繁，则用真北向上显示方式为好。量程要根据当时的视距、当地的船舶密度、航道的情况及本船的速度、操纵性能等决定。106第五章雷达定位与导航二、雷达导航注意事项(6)进入狭水道前要准备好雷达，查明二、雷达导航注意事项l(7)不能仅仅依赖雷达进行观测嘹望。为了有足够的时间进行雷达图像的判读，除了派有经验人员担任雷达观测外。船速应尽量慢些。107第五章雷达定位与导航二、雷达导航注意事项(7)不能仅仅依赖雷达进行观测嘹望。三、雷达导航数据的误差分析l利用雷达导航，不管是运用哪种方法进行导航，都是利用雷达测量参考物标的方位和距离这两个基本数据进行的，因此导航数据的误差就取决于雷达的方位误差和距离误差，而雷达测量物标的方位误差和距离误差及其获得的船位误差取决于雷达的使用性能、物标的回波特性、船位线的交啪以及操作人员的技术水平。108第五章雷达定位与导航三、雷达导航数据的误差分析利用雷达导航，不管是运用哪种方法四、雷达导航设备的局限性l(1)探测能力有限：只有在雷达最大作用距离和最小作用距离内且具有定反射强度的物标才有可能探测到。l(2)雷达仅显示物标相对于本船的方位、距离，不能显示物标的实际形状，也不能显示水下的深度、海面以上的高度以及高物标后面的物标。109第五章雷达定位与导航四、雷达导航设备的局限性(1)探测能力有限：只有在雷达最四、雷达导航设备的局限性l(3)物标的回波图像与实际物标及海图形状相比，在方位上和距离上会产生扩展和缩小，甚至会把相邻的两个物标连成一个回波，也可能把一个物标分离成两个或多个回波。l(4)由承种种原因雷达还存在一定的方位误差和距离误差。l(5)雷达图像的好坏、探测能力、精度和分辨率等还与操作者的操作技术有关。110第五章雷达定位与导航四、雷达导航设备的局限性(3)物标的回波图像与实际物标及四、雷达导航设备的局限性l(6)雷达炭光屏上不仅有真回波，还会显示假回波和干扰杂波。雷达本身没有识别能力，也没有自动抑制杂波的能力。即使有自动抑制杂波的电路，也会随着杂波的抑制把弱小物标回波丢失了，或带来一些其他的问题。111第五章雷达定位与导航四、雷达导航设备的局限性(6)雷达炭光屏上不仅有真回波，四、雷达导航设备的局限性l(7)早期雷达显示器均为极坐标形式的实时显示，亮度较低。后期采用的极坐标形式的非实时显示(使用再定时技术的显示)，也没有真正实现高亮度显示。对白天观测带来诸多不便。l(8)雷达只能显示物标船的当前瞬时位置，不能显示过去位置，也不能显示预测的未来状态；更不能直接进行碰撞危险的判断和避碰数据的计算。112第五章雷达定位与导航四、雷达导航设备的局限性(7)早期雷达显示器均为极坐标形四、雷达导航设备的局限性l9)即使现在装上ARPA以后，雷达的局限性(如上述(1)一(6)项)也不能避免，而且。由于ARPA本身技术性能的限制，也有很多局限性：如录取物标的能力、跟踪物标的能力、危险判断和报警的能力、对环境的适应能力等，限制了它的使用范围和时机。l操作者如果对雷达和ARPA的使用性能、特别是对它们的局限性没有足够的认识而目的依赖它，就会给安全航行带来威胁。113第五章雷达定位与导航四、雷达导航设备的局限性9)即使现在装上ARPA以后，雷