船用导航雷达也称航海雷达,由天线、发射机、接收机、信号处理器和显控单元等组成,是船用设备中最重要的组成设备之一。该设备主要用于航行避让、船舶定位、狭水道引航等,为航海人员提供了必需的全天候观察手段,从而增强航行安全性,它的出现是航海技术发展的重大里程碑。[1][2]
雷达发明于第二次世界大战前夕,借助战争,雷达技术得到了迅速发展。第二次世界大战期间,研制了厘米波对海雷达,1940年,英国人J.兰德尔和H.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。1990年前后,随着微波元器件的发展和应用,雷达接收设备回波处理能力有了很大的提高,雷达发射功率逐渐降低,接收灵敏度提高。集成电路的广泛应用使雷达设备小型化。进入21世纪,雷达的硬件更加集成化、模块化,信息处理硬件采用工业计算机系统。[1][2] 正文
发展
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,测前方冰山。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。这种雷达在第二次世界大战的反潜艇作战中发挥了重大作用,战后用作商船航海雷达,以保证航海安全。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。《1972年国际海上避碰规则》规定了正确使用雷达和进行标绘的要求。《1974年国际海上人命安全公约1981年修正案》规定了不同吨位船舶安装雷达和自动雷达标绘仪的台数和日期。国际海事组织也先后通过航海雷达和自动雷达标绘仪的性能标准。结构通常由天线、发射机、接收机、显示器和电源5部分组成。①天线:早期用抛物面反射天线,现已为波导隙缝天线取代。天线辐射以水平线性极化为主;为提高雷达在雨雪中的探测能力,有的天线装有圆极化装置。发射和接收一般合用一个天线,由双工器(收发开关)转换。天线由马达驱动,作360°连续环扫。为保证方位测量精度和方位分辨力,天线波束水平宽度要窄,很多3厘米航海雷达在1°以内。为防止船舶摇摆时丢失目标,波束垂直宽度较宽,约为25°。②发射机:采用脉冲体制。脉冲宽度约为 0.05~2微秒。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(9320~9500兆赫)和S波段(3000~3246兆赫)为主,这两种波段的雷达通常分别称为 3厘米雷达和10厘米雷达。在天线尺寸相同的情况下,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,如果发射功率相同,远距离灵敏度较高,有利于远距离探测。雷达同时安装这两种波段,可取长补短。③接收机:采用直接混频超外差式,设有海浪干扰抑制电路和雨雪干扰抑制电路。为防止相同波段的雷达干扰,有的雷达设有抗同频异步干扰电路。发射机和接收机组装在同一机柜内,合称收发机。④显示器:采用距离方位极坐标的平面位置显示,扫描线和天线同步旋转,有若干 档距离量程可供选用。测距可用活动距标或固定距标;测方位可用电子方位线或机械方位圈。70年代出现的高亮度显示器,可不用遮光罩,白天在驾驶台正常光线下供数人同时观察。有的采用彩色显示器,用不同颜色表示不同内容,使屏幕画面更醒目。⑤电源:早期用变流机,现已普遍采用逆变器,也有直接用船电的。原件 航海雷达和其他电子设备一样也经历了电子管、晶体管和集成电路三个元件阶段。目前的固态航海雷达,除发射机的磁控管和显示器的阴极射线管外,全部采用固态元件,提高了整机工作的稳定性和可靠性。作为船用电子设备,为适应海上工作条件,在结构、电路和工艺上须考虑振动、摇摆、冲击、电源、电压和频率波动、温度、湿度、盐污、霉菌等各种因素的影响,舱外露天部分(如天线)还要考虑水密性和抗风强度。性能 主要包括作用距离和分辨力。其中c为电磁波传播速度;Δt为脉冲往返时间。限制航海雷达作用距离的因素包括:①雷达地平距离。在正常天气下,雷达波传播所受大气折射影响稍大于光,所以雷达最大作用距离 D(以海里计)也稍远于物标的地理能见距离。式中h和H分别为天线和物标的高度,以米计。②物标反射雷达波的能力。雷达对某物标的最大作用距离等于它的发现距离,即在荧光屏上刚能从噪声背景中检出该物标回波的距离。3厘米雷达天线高度为15