船用雷达的发展历史、现状及未来展望

助渔导航仪器课程论文船用雷达的发展历史、现状及未来展望摘要：船用雷达用于测定船位、引航和避让，是船长的眼睛。船用雷达的出现是航海技术发展的重大里程碑。本文主要介绍船用雷达的发展历史、现状以及未来发展趋势。关键词：船用雷达、发展历史、现状、趋势Thedevelopmentofmarineradar,history,currentstatusandfuturetrendsAbstract:Marineradarisusedtodeterminetheship'sposition,thepilotandavoidance,itisthecaptain'seyes.Theemergenceofmarineradarisamajormilestoneinthedevelopmentofmaritimetechnology.Thispaperdescribesthedevelopmentofmarineradar,history,currentstatusandfuturetrends.KeyWord:marineradar,history,currentstatus,futuretrends船用雷达又称航海雷达，是装于船上用于航海活动，进行航行避让、船舶定位、狭水道引航。船用雷达由天线、发射机、接收机、显示器和电源5部分组成。天线是用来发射、接收电磁波，现代雷达发射和接收一般合用一个天线，由收发开关转换。天线由马达驱动,作360°连续环扫。发射机，采用脉冲体制。近距离档用较短脉冲，以提高距离分辨力；远距离档用较长脉冲，以增大作用距离。工作波段以X波段和S波段为主，前者有较高的方位分辨力，有利于近距离探测；后者受雨雪杂波和海浪杂波的干扰较小，电磁波经过雨区的衰减也小，有利于远距离探测。要是雷达同时安装这两种波段，可取长补短。接收机，用来接收被海上目标反射回来的电磁波。现代船用雷达的发射机和接收机组装在同一机柜内，合称收发机。显示器，用来显示海上目标，有的船用雷达采用彩色显示器，用不同颜色表示不同内容,使屏幕画面更醒目。电源:，用来提供电力，现已普遍采用逆变器，也有直接用船电的。船用雷达性能指标主要包括作用距离和分辨力。作用距离即探测距离；分辨力有距离分辨力和方位分辨力，雷达的距离分辨力优于方位分辨力。船用雷达的出现和使用，使船舶在能见度不良时，为航海人员提供了必需的观察手段。它的出现对航海事业的发展起了重大作用。船用雷达的发展历史1904年德国工程师胡尔斯迈耶制成能发射和接收电磁波以探测船舶航海雷达的装置，但因作用距离不到1英里,未引起重视。1935年法国班轮“诺曼底”号最先安装航海雷达,其天线不能旋转,用以探测前方冰山。20世纪30年代末，英国和美国制成船用米波对空搜索雷达。第二次世界大战期间，研制了厘米波对海雷达。1940年英国人兰德尔和布特制成空腔磁控管，解决了微波源问题。1941年美国首先制成带有平面位置显示器的脉冲微波海面搜索雷达。20世纪60年代末到70年代初出现了自动雷达标绘仪,进一步发挥了雷达在避碰上的作用,得到广泛应用。船用雷达的现状测定船位雷达测距比测向精度高。按照定位精度顺序，雷达定位方法为：距离定位、孤立目标的距离方位定位和方位定位。如用雷达测距和目测方位结合，定位精度更高。雷达测量距离和方位的准确性受多种因素影响。按照国际海事组织1981年提出的性能标准，要求测距误差不超过所用量程的1.5%或70米,取其大者。物标在显示屏边沿的测方位误差应在±1°以内。由于雷达本身性能和物标反射特性的影响，雷达图像具有以下特点,需要航海雷达正确辨认。①失真,由于波束水平宽度和光点直径的影响,物标回波往往比实物为大;观测物标回波边沿的方位时，需修正半个波束水平宽度。由于雷达地平以远和受遮挡的地物无回波，所得岸线图形往往与海图上形状不完全一致。②有干扰，包括雨雪杂波、海浪杂波、同频杂波等的干扰,轻者影响观察,重者掩没物标回波。③可能出现假回波，包括旁辨回波、间接回波、多次反射等。④其他如由于船上烟囱、桅杆的遮挡，荧光屏上形成扇形阴影，超折射时出现第二行程回波等。引航在较宽水道航行，最好利用雷达连续在海图上定位进行导航。在狭水道航行，须航海雷达直接在显示器上进行导航。航海雷达有相对运动显示和真运动显示两种方式。相对运动显示方式为航海雷达的基本显示方式。其特点是代表本船船的，驾驶人员可迅速判断出本船和其它所有目标的相对位置。禁入区和孤立危险物的显示能使驾驶员在制订航线时考虑避开，防止航行事故。值得注意的是，大量触礁或搁浅等事故是由于船长或值班人员过度依赖雷达进行避碰航行所致，而雷达上并不能显示暗礁、浅滩、禁入区等海图要素。如果雷达上能同时显示暗礁、浅滩、禁入区、分道航行区、锚区、捕鱼区、海产养殖区等危险区域，将有助于提高驾驶人员的“位置感”，进而减少由于避免碰撞事故而导致另一事故。在电子海图上叠加显示雷达录取目标的优点是明显的，驾驶员能立刻判断出移动目标、浮标和其它静止物标。当在电子海图上看到一个移动目标时，其进一步的动态可以相当精确地预测和判断出来，例如某个移动目标在分道通航区域内航行时接近分道通航转向点时，或驶向引航员登船区域或锚地时，或驶向海滩而需要掉头时等等。如果有这些雷达图象显示在ENC上，驾驶人员就能相当准确地预测目标的动态。而在传统的ARPA上没有这些辅助信息，因此很难判断目标下一步的行为。雷达上具有无线电应答器信息将大幅度减少船长的工作量。首先：应答器能转输电罗经航向和计程仪航速，这能克服使用ARPA时的影响安全的局限性，如测定目标运动时的时延。众所周知，雷达在处理移动目标时的时延可能长达数分钟，仅仅由于这一原因，全世界数百乃至上千艘船舶遭遇碰撞。其次，每一应答器都有一单独的呼号，你可使用VHF通过此呼号呼叫特定的船舶。再者，应答器还能传输一些如船舶上危险货物的信息、船舶的尺寸和其他一些相当有用的信息。如果在雷达上没有ENC显示，应答器的作用能够帮助处理大量目标，帮助找出浮标、灯塔等。如果雷达图像与ENC要素能够相互叠加，二者能明显相得益彰。船商公司已在普通PC机上实现了许多在雷达上无法实现的标准功能,这些功能非常实用。例如：将船上的计算机联网,把天线旋转每一圈所得的并实时处理过的雷达原始图像完整传送到联网的计算机上,比如可以传送到船长室的计算机上，这样他可以在自己房间而不用在驾驶台就能查看电子海图及叠加的雷达图像。在一艘探测船或考察船或其它类似的船舶上可以有十多个分用户,每个用户都可查看电子海图及雷达图像。船商公司已成功地研制出将本船目标及重要的原始雷达图像等所有信息压缩并保存到磁盘上的技术。如果将一幅非压缩的视频信号图保存下来,那么天线每旋转一圈所得到的数据就占磁盘2Mb空间。船商公司已能将图像数据压缩至原来的250分之一,甚至更高。一个标准的10Gb的硬盘就能连续保存一个多月的航行信息,还具有随时回放和重演过去任意时刻航行动态信息的功能。这一功能作为一些船舶出现碰撞或其它航行事故时证明自己无过失的证据是非常有用的。所记录的原始雷达图像包括所有岸线、本船动态、目标船动态、海杂波等,这些是不能被伪造的。IEC第10工作小组在综合导航系统（INS）方面已研究几年了,船商公司也积极参与其中。我们看到的INS的原型是由2-4套系统相互关联,监视器的尺寸也符合实际船舱所要求的大小。这些系统可以是雷达,或含有所需ENC要素的雷达,也可以是ECDIS,或具有雷达图像叠加功能的ECDIS。船商已经着手第三代和第四代INS的操作模型,都包含上面提到的功能和思想。前两代模型的工作正在进行中。按照我们的思路,这种工作能使船长在特航行条件下,根据能见度、可能的航行危险、周围船舶动态以及其它环境因素的综合考虑,以最适合的方式有效地配置和组合INS。如果旧的船用雷达需更新换代。船商公司认为在大多数情况下无需更新包含接收器的天线单元,雷达天线元和收发机单元近30年来并没有明显的变化。天线系统非常可靠,它的维护通常只需换磁控管而已。另一方面,许多达的显示单元（例如尺寸和功能）已经过时,应该被更新。如果旧雷达显示单元由安插船商雷达信号处理卡的计算机和普通显示器取代,其性能价格比将是非常显著的。除了经济性之外,上述更新方法还具有显著的灵活性和选择性。例如,当一部旧雷达的显示单元需要更新时,无非采用两种途径,一是用新显示单元彻底取代旧显示单元,二是在旧显示单元旁安装新显示单元。无论采用哪种方法,只要在普通计算机和显示器上增加新雷达／ARPA的软件,而船商雷达信号处理卡中已嵌人功能完备的ARPA软件,也可以在ARPA软件上附加上导航电子海图（ENC）元素,或在显示器上显示电子海图系统（ECDIS），或将雷达图像叠加在ECDIS上。总之，在雷达更新换代时如果采用上述功能完备的ARPA和ECDIS软件,不仅能平稳地完成旧雷达向新雷达的过渡,