05导航雷达第五章雷达观测

第五章雷达观测第一节雷达观测性能与观测技术IMO雷达性能标准是对雷达的最低性能要求，IMO雷达性能标准自1971年10月首次颁布；早期的雷达和ARPA的性能标准是分开的，2004年12月6日IMO审议通过了MSC.192（79）决议案，重新修订雷达设备性能标准，将雷达和ARPA的性能标准合二为一，规定于2008年7月1日起装船的雷达设备均应满足该标准的要求。一、雷达目标探测范围（一）目标最大探测距离目标最大探测距离是指在雷达显示器上能够辨识该目标的最远距离，表征着雷达发现远距离目标的能力。取决于：1）目标雷达探测地平2）雷达的探测能力3）目标的反射能力

1．目标雷达探测地平）2.2（TAhh+=Rmax（nmile）hA为雷达天线高度，hT为目标高度。称为海面雷达地平；对于海拔为0的岸线，必须距其小于该距离才能被发现。例如，假设雷达天线高度为hA=16m，则海面雷达地平约为8.8nmile。如果利用海中小岛定位，1、当岛屿在8.8n

mile之内时，其岸线前沿在雷达探测地平之上，可以测量目标的前沿定位；2、若在8.8nmile之外，其岸线前沿在雷达探测地平之下，雷达不能探测到岛屿的前沿，只能通过测量目标的后沿定位。2．目标雷达最大作用距离在自由空间中，雷达能够探测到目标的最远距离称为目标的雷达最大作用距离。式中，PT

——雷达峰值功率（W）GA

——天线增益

——工作波长（m）Prmin——接收系统门限功率（W）

0——目标的有效散射面积（m2）3．结论和IMO性能标准

目标的雷达最大探测距离取目标的雷达探测地平与目标的雷达最大作用距离中的较小者。当雷达天线高于水面15m且海面无杂波干扰、无雨雪的正常大气传播条件下，性能标准要求雷达能够发现典型目标的参考距离：（二）目标最小探测距离

指在雷达显示器上能够显示出该目标的最近距离，表征着雷达发现近距离目标的能力。在这个距离之内雷达不能发现目标，称为雷达的近距离盲区。

1．理论最小探测距离rmin1=

(

+tr)C2

：雷达脉冲宽度，tr：收发开关恢复时间，通常为0.1～0.3μs

现代雷达采用固态双工器，理论最小探测距离一般稳定在30m之内。2．安装最小观测距离rmin2targetrangeaffectedbyVBWZeropowerlineHalfpowerline…………

vrmin2=h1

ctg

v23．结论和IMO性能标准

目标的雷达最小探测距离，亦即雷达的近距离盲区，取目标的理论最小探测距离与安装最小观测距离中的较大者。

按照最新性能标准，2008年7月1日之后安装的雷达，在晴好天气，天线高于水面15m且本船静止时，雷达在不做任何其他调整仅改变量程时，能够在40m~1nmile的水平距离中连续观测到表5-1-1中所列的典型导航浮标。

1.本船前方河道入口处两侧有陡山，河口宽度为300米，雷达天线水平波束宽度为1度，本船离河口＿海里以外时，雷达荧光屏上河口将被两侧陡山回波堵满。A.7.5B.9.3C.10.4D.62.本船前方同一方位有两艘小船，相距150米，若要在雷达荧光屏上使这两艘小船回波分开显示，则在＿脉冲宽度上才行。A.0.8微秒B.1.2微秒C.1.5微秒D.2微秒3.本船天线海面以上高度为16米，小岛海面以上高为25米，在理论上该岛在距本船多远的距离才能探测得到。A.20米B.19.8海里C.20千米D.以上均不对

bab4.本船雷达天线海面以上高度16米，前方有半径为2海里的圆形小岛，四周低，中间为山峰，海面以上高度为49米，当本船离小岛4海里时，雷达荧光屏上该岛回波的内缘（离船最近处）对应于小岛的＿。A.山峰B.离船最近的岸线

C.山峰与岸线间的某处D.以上均不对5.远处小岛上有两个横向分布的陡峰，间距为1海里，海面以上高度均为36米，本船雷达天线海面以上高度为16米，本船驶近该岛＿海里内时，小岛回波将成为一个回波。A.6B.8C.16

D.20 bb二、雷达目标分辨能力（一）雷达距离分辨力雷达分辨相同方位相邻两个点目标的能力，称为距离分辨力。1．影响距离分辨力的设备因素①脉冲宽度②屏幕像素③接收系统通频带失真2．影响距离分辨力的气象海况因素

恶劣气象海况造成目标与本船之间的相对运动、涌浪颠簸，使得回波在屏幕上显示的位置和回波强度不稳定的现象（回波闪烁），引起目标前后沿位置模糊。光栅扫描雷达的回波闪烁较为严重，目标前后沿回波闪烁误差通常在1～3个像素之内，严重时可以使距离分辨力降低100m以上。3．操作技术因素为了提高所使用雷达的距离分辨力，应注意：1）尽量使用小量程，使用窄脉冲发射，2）将雷达调整在最佳工作状态，3）并适当减小增益和屏幕亮度，不使用回波扩展。4）适当使用FTC，可以显著提高距离分辨力。

4．结论和IMO性能标准（距离分辨力）

IMO最新雷达性能标准规定，在平静的海面使用1.5nmile或更小的量程，在量程的50％～100％范围内，两个点目标的距离分辨力应不低于40m（此前的标准为50m）。（二）雷达方位分辨力：

雷达分辨相同距离相邻两个点目标的能力称为方位分辨力。方位分辨力以能够分辨出两个点目标的最小方位夹角来表示。

min=

H+d

H：水平波束宽度；d

：光点角尺寸（二）雷达方位分辨力：Thebearingangleofsametargetbutdifferentrange方位分辨力

H

H1、影响方位分辨力的设备因素①水平波束宽度②屏幕像素③使用量程2、影响方位分辨力的气象海况因素

光栅扫描雷达较严重，横向回波闪烁误差通常在1～5个像素之内，严重时可以使方位分辨力降低1

以上。3、影响方位分辨力操作技术因素为了提高所使用雷达的方位分辨力，应注意：1）减小天线水平波束宽度

H;2）良好聚焦,减小光点尺寸d;3）应选择包含目标的最小的量程；4）将雷达调整在最佳工作状态，并适当减小增益和屏幕亮度，不要使用回波扩展功能。4．结论和IMO性能标准（方位分辨力）

IMO最新雷达性能标准规定，在平静的海面，使用1.5nmile或更小的量程，在量程的50％～100％的范围内，两个点目标的方位分辨力应好于2.5

。三、雷达目标测量精度可分为系统误差、随机误差以及观测者的操作误差等三类。1．系统误差同步误差统一公共基准点误差像素误差脉冲宽度误差测量设备误差2．随机误差（对测距精度影响）

恶劣天气及雷达设备等因素引起的回波闪烁对雷达测距误差属于随机误差。受风浪影响随机摇摆等原因造成回波位置不稳定而引起回波闪烁，产生大约1~2个像素的测距误差。3．操作误差

（对测距精度影响）为提高雷达测距精度，操作上注意：1）测量目标前，应首先适当降低雷达扫描亮度和增益，以减少屏幕像素以及回波闪烁造成的测距误差。2）测量目标时，VRM不应当调整过亮，3）如果目标在海面雷达地平之内，应注意用VRM的内缘与目标的前沿相切，否则用外缘与目标后沿相切。4）如果船舶摇摆较大，应注意选择船舶摆动到正平时测量。4．IMO性能标准（测距精度）

最新IMO雷达性能标准规定，用RR或VRM测量目标距离，误差应该不超过所用量程的1％或30m中的较大值。（二）雷达测方位精度影响雷达测方位精度的误差因素也可分为系统误差、随机误差以及观测者的操作误差等三类。1．系统误差波束宽度误像素误差艏线误差罗经指示误差统一公共基准点误差方位同步误差及天线主瓣偏离角与波束不对称误差等。2．随机误差

船舶运动和气象海况的影响，引起回波闪烁，从而影响雷达的方位精度。在船舶横摇时，测方位误差在船舶艏艉方向最大，正横方向最小；如果船舶纵摇，则情况相反。3．操作误差为提高雷达测方位精度，操作上需注意：1、测量目标前，应首先适当降低雷达扫描亮度和增益；2、测量目标时，EBL不应当调整过亮；3、对于点目标，应使EBL穿过目标中心；4、对于大目标，应该选择位置在海面雷达地平之内的近距离目标测量，EBL始终应与目标回波“同侧外缘”相切5、如果船舶摇摆较大，应注意选择船舶摆动到正平时测量。4．IMO性能标准（测方位精度）

IMO最新雷达性能标准规定，测量位于雷达显示器边缘的目标回波方位，系统误差应该在1

以内，电子方法校准的艏线精度在0.1

之内。（三）雷达测量精度综合分析1、一般地，雷达测距精度高于测方位精度，2、近距离目标的测量精度高于远距离目标的测量精度，3、目标位于屏幕半径2/3附近时测量精度最高。4、对于PPI雷达，位于屏幕边缘的目标测量精度并不高；而光栅扫描雷达，则目标越接近雷达图像区域边缘，测量精度就越高。5、目标闪烁对方位精度影响较大。6、远距离的岛屿，无法探测到前沿岸线时，方位测量精度常常高于距离测量精度

第二节目标观测特性1-有用回波：如岸线、岛屿、船舶和浮标等，（物标）。2-杂波：海浪、雨雪和云雾等称为杂波或干扰回波。A-真实回波B-假回波：在屏幕上出现回波的位置，对应海上的实际位置却没有该目标。雷达回波分类一、影响目标观测特性的因素目标在雷达波束照射下的电磁响应特性称为目标的雷达特性。通常用目标雷达横截面积（Radar-Cross-Section:RCS)）来表示目标反射雷达波的能力。实际目标的RCS与目标的下列因素有关：1、材质：钢铁船＞木质的渔船＞玻璃钢救生艇2、纹理：粗糙＞光滑3、表面结构形状：球形较差4、几何尺寸：见下页分析5、雷达视角：90°较佳目标尺寸对观测的影响：

如果目标迎向雷达面的面积小于辐射单元的横截面，目标该面积增加时，则目标回波的亮度增强，大小也增加，即回波强度和大小与目标宽度和高度成正比。【如海面的船舶、导航灯浮】

反之，目标尺寸的增加只是增加了回波的大小，但回波的亮度并不增强，即回波强度与目标宽度和高度无关。【大面积的陆地回波、近距离大型船舶和雨雪干扰杂波】二、典型目标观测特性（一）陆地回波

陆地的回波基本是一个整体，很难分辨细微的山岭或建筑物。陆地回波最有意义的是岸线。（二）岛屿

孤立的岛屿是很好的雷达观测目标，其探测距离很接近雷达探测地平。大多数岛屿的回波与其海图的对应都比较好。非常适合雷达定位。（三）导航设施港口的导航设施包括灯塔、灯船、浮标和雷达信标等。灯塔、灯船较理想；信标最理想；浮标较差。以下结构的浮标发现距离由远至近的排列是：圆柱形，球形、锥形和细桅形。（四）船舶如果雷达天线高度15m，则：5万总吨以上的船舶发现距离可达16～20nmile以上；1万吨左右的船舶发现距离通常在10nmile以上；1000吨左右的船舶发现距离在6～10nmile；木质船舶雷达的发现距离一般在0.5～4nmile左右；玻璃钢材料的救生艇发现距离不足2nmile。6nmile以内的量程区分小型船舶与浮标回波的方法：

（1）仔细研究海图，确认浮标附近是否允许船舶航行或抛锚。（2）降低增益和雷达亮度，首先消失的回波通常是浮标。（3）通过人工标绘、尾迹显示或目标跟踪功能确定目标是否运动。（五）冰和冰山

平整的大面积冰面，大片浮冰在雷达上看不到回波，但能够看到冰与海水交界线的回波。不平整的冰面在屏幕上较稳定，边界明显。最危险的是融化剩余的残碎冰山，水面以上不大，但水下的体积巨大。（六）其他海上目标1、跨海大桥：使通畅的水道看起来无法通行；2、横跨水道的空中电缆：点目标；3、低空飞行的飞机：快速跳跃的回波。三、雷达航标从功能上分：导航雷达航标、搜救寻位雷达航标；从工作原理上分：无源雷达航标、有源雷达航标。（一）导航雷达航标1．无源雷达航标也称雷达反射器（RadarReflector），包括角反射器和透镜反射器（较少）。

（1）角反射器：安装在浮标、小型水面航行器、玻璃钢或木质船艇上，增加其探测距离。2．有源雷达航标（1）雷达应答信标（雷康，Racon）

Racon主要用来增强导航标识的雷达识别能力，如浮标和陆标。现代Racon在收到雷达波触发后经0.4μs左右延时，能在入射波频率上发出应答识别信号，经雷达接收处理后显示为从Racon所在位置开始以同一方位上背向扫描中心的编码信号，通常为莫尔斯编码。作用距离：17－30nm（2）雷达目标增强器（RadarTargetEnhancer-RTE）

RTE是一种接收放大并转发船舶雷达探测脉冲的装置

它将接收到的雷达脉冲信号直接放大并以最小的延时（几纳秒）重新发射，可以有效增强浮标和小型船舶的RCS和探测能力。（3）AIS航标（AISAtoN

）AIS真实航标：位置误差较小；监控仿真航标：位置误差较小；预报仿真航标：位置误差较大；虚拟航标：在雷达上只能看到图标，没有回波。（二）搜救寻位雷达航标1．搜救雷达应答器（SearchandRescueTransponder-SART）工作在X波段，雷达收到后出现总长8nm的12个短划信号，遇难船位于扫描中心近端的起点，用于遇险救助。正确观测SART回波的注意事项：1、可以暂时将雷达调谐调偏，凸显SART信号。2、谨慎切换量程，量程太大，SART回波太弱甚至无法探测到；量程太近，SART回波不完整，不便于识别；常用6、12nmile量程。3、特别需要注意的是不要使用自动杂波抑制、自动海浪抑制和自动雨雪抑制等控制。

按照IMO性能标准要求，当雷达天线高于水面15m，且SART高于水面1m时，其探测距离应不少于5nmile。

2．自动识别系统搜救发信器（AIS-SART）

根据SOLAS公约规定，从2010年1月1日起自动识别系统搜救发信器（AIS-SART）可以替代雷达SART用于搜救寻位。AIS-SART工作时在雷达屏幕上显示“”标识。

由于AIS-SART位置更新率较低，驾驶员应以雷达回波作为遇险参考位置。第三节影响雷达正常观测的因素一、大气传播条件（一）超折射与大气波导1．超折射：大气出现“上热下冷”和“上干下湿”的情况时，雷达波束沿地表弯曲比正常大的现象，称为超折射；如：红海地区、亚丁湾、地中海等地区。超折射时目标的雷达的探测地平比标准大气折射时要远2．大气波导

当超折射现象特别严重时雷达波被大气折射而射向海面，再由海面反射至大气，再由大气折射向海面，如此循环往复，称为大气波导现象。它进一步扩大了目标的雷达探测地平。（二）次折射

当大气发生“上冷下热”和“上湿下干”的情况时，雷达波束向空中弯曲的现象称为次折射；发生严重次折射时，本来在海面雷达地平之内的目标也可能探测不到。二、雷达杂波干扰（一）海况与海浪干扰1．平静海面的反射（镜面反射）

海面反射会引起雷达波垂直波束分裂成多个波瓣，有些低空目标若正好位于波瓣最小值上方，会出现时隐时现的现象。2．海浪干扰1）海浪干扰在扫描起始点周围形成鱼鳞状闪亮斑点，影响雷达观测近距离目标；干扰范围一般为3nmile~6nmile2）海浪干扰回波强度随着距离增加按指数规律迅速减弱，密度变疏；3）弱海浪回波亮点的位置是随机的；4）位于船舶上风舷方向的海浪回波强，下风舷方向的海浪回波弱。3．海浪条件下雷达观测技术（1）海浪干扰抑制一般使用方法

当屏幕上海浪回波较强影响到观测目标时，可使用操作面板上的STC控钮，并酌情调节降低近程增益，减弱海浪干扰，但应注意千万不可把海浪干扰回波全部抑制掉。（2）抑制海浪杂波其他方法①自动海浪抑制：ATUO-TUNE②其他辅助措施：选用窄脉冲、选用S波段雷达、选用高转速天线等。（二）气象与雨雪干扰1．雷达波大气传播特点

雷达波在大气传播过程中受到大气中的尘霾和水汽等大分子吸收或散射会引起雷达波能量的衰减。

船舶在海上航行时，雷达波传播衰减主要来自于雨雪，与降水量成正比，并随着波长的减小而增加。（不良天气用10cm较好）（二）气象与雨雪干扰2．雨雪干扰雨雪干扰特点：1、回波的强度和雨雪云的降（含）水量成正比：较小的雨雪云的雷达回波呈现为无明显边缘的疏松棉絮状的亮斑区；强降（含）水量的雨雪云回波会在屏幕上形成边缘松散的连片强干扰；在热带大暴雨中，雷达几乎无法正常探测到目标。2、雷达工作波长越短，脉冲宽度越宽，天线波束越宽，则雨雪反射（干扰）越强。3．雨雪条件下雷达观测技术1）使用雷达显示器面板上的雨雪干扰抑制（FTC）控钮。2）也可以通过选用发射窄脉冲、圆极化天线和S波段雷达等来减弱雨雪回波。（三）雷达同频干扰驾驶员在使用同频干扰抑制时应注意：（1）使用前应将雷达调“谐”、“增益”及“STC”等调至最佳状态；（2）只应在同频干扰严重时使用；（3）为避免丢失小目标回波，通常不要与“FTC”和其他自动干扰抑制同时使用。同频干扰抑制的其他措施：（1）选择波段避开同频干扰；（2）选择量程控制同频干扰；（3）使用扫掠相关（CORR）抑制同频干扰。三、雷达假回波（一）间接反射假回波AAA’IndirectechoRealechoVRMAIndirectechoA`A(a)Indirectechoduetofunnelreflection(b)IndirectechoduetootherreflectionIndirectechoRealecho产生原因：船上或陆地上的强反射体做为二次辐射源，在屏幕上形成的假回波。目标间接反射假回波的特点：1．假回波出现在阴影扇形区方位。2．假回波的距离、方位与目标真回波不同，其方位为障碍物方位，距离为障碍物到目标的距离与障碍物到雷达天线的距离之和。3．假回波与其真回波比较，回波的强度弱，显示的形状常常有明显的畸变。4．对应本船的运动和真回波的移动，假回波在显示器上的移动不合理。本船转向，假回波不动或突然消失。

间接反射假回波的识别：临时改变本船航向间接反射假回波的消除方法：适当调整航向、使用FTC、离天线较近的反射体还可以使用STC加以抑制。（二）多次反射假回波：

1）产生原因：雷达波在本船与目标之间来回多次反射均被接收引起的。经常发生在两船正横对正横且近的狭水道及锚地。

2）特点：在真回波的外面连续出现等