船用雷达 详细介绍

船舶导航雷达第一章雷达基本工作原理引言Radar—Radiodetectionandranging—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第一节雷达测距与测方位原理方向扫描量程:回波(10nm)Δt＝123.5μs荧光屏边缘本船目标岛屿12nm目标船90°245°245EBL901802700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=1μs，则，R=150m；对应于1nm距离，△t＝12.35μs1、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×tΔt：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=3×102m/s二.雷达测方位原理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TransmitterReceiverT/R天线收发机显示器ARPAFig1-2(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V6、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。400~2000Hz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磁控管调制器予调制器触发脉冲产生器门开关特高压至接收机特高压电源收发开关至接收机至显示器门开关发射开关延时开关脉冲调制器雷达发射机来自电源发射机至天线低压电源触发脉冲产生器予调制器磁控管调制器一、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：λ＝10cm;f=2900~3100MHz如：3050MHzX波段:λ＝3cm;f=9000~9500MHz如：9375MHz2.脉冲宽度（τ）：发射脉冲的持续时间。τ↑→Rmax↑距离分辨率τ↓→海浪/雨雪杂波盲区3.脉冲重复频率（F）：每秒钟发射的脉冲数500~4000Hz1.工作频率（波长）：超高频（正弦波）的频率范围天气好:Xband;天气坏(雨/雪):Sband一般τ=0.04~1.2μs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Tpptmt=4.发射功率：指峰值功率，一般3~75kWp↑→故障Rmax天线旁瓣干扰tt:前沿上升时间0.1~0.2τtf:后沿下降时间0.2~0.4τΔu:顶部波动值2~5%tu10.90.10trtfΔu脉冲波形3）二者关系1）峰值功率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阴极作用空间谐振腔阳极磁控管结构输出环三、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6.3V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3~5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10cm3）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10~15cm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10cm雷达由内外两层导体构成，严格同轴2.波导：用于3cm雷达由矩形空心管构成—由铜拉制成波导元件第二节微波传输线及雷达天线系统(e)Pliable(d)Elbow(c)Narrowsidebend(a)Waveguidesection(b)Broadsidebend(f)ChockjointWaterproofsealslotλ/4λ/4ChockjointslotFixscrewλ/4ChockjointPlanesurfacejointλ/4Chockjointslot(g)RotatingjointShortpistonProbeNarrowsideChockjointBroadside①均匀波导：②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与扫描系统船首标志开关方位发送器马达船电扼流圈至收发机到方位接收器至船首标志电路旋转接头辐射窗交流电源输入隙缝波导防护罩安全开关性能监视器（回波箱）波导馈线发射性能监视器(a)SWGstructure(b)AntennastructureSlotsHornFilterFig.SWGantennastructure(c)AntennaappearanceAntennamaskRadiationwindowSlottedwaveguide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主中频放大器视频部分前置中放双功器变频器自天线微波集成电路视频放大增益&STC至显示器接收机组成框图触发脉冲中频放大检波器双功器混频器本振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R100或R1k档测正反向电阻，严禁使用R1或R10k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①粗调：大范围改变振荡频率②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STC作用海杂波目标目标丢失目标重现海杂波减弱目标减弱目标正常保留STC增加第三节接收机二、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1012~1014W，接收机放大量应106~108（120~160dB）增益过大增益降低增益正常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：刻度系统距离扫描定时系统触发脉冲回波船首信号方位信号偏转线圈CRT阳极雷达电源高压方位扫描视频系统变压器辉亮电路阴极栅极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acde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①将原始视频杂波抑制，然后与天线方位信号、船艏信号量化②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①测定：选一个2nmile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出实际距离，然后与雷达测的距离比较。②调整：调节触发延时2）活动距标误差：①测定：以固定距离标志圈为准②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①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②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①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②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、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（RM—RelativeMotion）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