《航海学—天文、地文、仪器》教学课件—11船舶导航雷达

➢ 平均功率是指在脉冲重复周期内 输出功率的平均值，因此，数值 很小。
雷达基本组成及各部分作用
天线：
➢ 雷达天线是一种方向性很 强的天线。它把发射机经 波导馈线送来的发射脉冲 的能量聚成细束朝一个方 向发射出去，同时，也只 接收从该方向的物标反射 的回波，并再经波导馈线 送入接收机。
雷达基本组成及各部分作用
接收机：
➢ 由于从天线送来的超高频 回波信号十分微弱，因此， 必须将回波信号放大近百 万倍才行。雷达中的接收 机均采用超外差式接收机， 它把回波信号先进行变 频——变成中频回波信号， 然后再放大、检波、再放 大，变成显示器可显示的 视频回波信号。
测距原理
显示器：
➢ 船用雷达的显示器是一种平面位置显示器。 ➢ 传统的显示器在触发脉冲的控制下产生一个锯齿电
流，在屏上形成一条径向亮线（即距离扫描线）， 用来计时、计算物标回波的距离，同时，这条扫描 线由方位扫描系统带动随天线同步旋转。 ➢ 现代的显示器直接把信号数字化成VGA格式信号， 以便外接通用显示器。显示器配有测量物标方位、 距离的装置，以测量物标的方位和距离。
触发脉冲产生器
触发脉冲产生器作用：
➢ 每隔一定时间产生一个触发脉冲，分别送到发射机、 接收机和显示器，使它们同步工作。
脉冲重复频率和周期：
➢ 每秒钟内脉冲重复出现的次数，称为脉冲重复频率。 ➢ 相邻两个脉冲间的时间间隔称为脉冲重复周期。 ➢ 触发脉冲的重复周期应与显示器的测距范围（量程）
相对应。 ➢ 远量程对应的脉冲重复周期长，近量程对应的脉冲
雷达基本组成及各部分作用
雷达基本组成及各部分作用
触发电路：
➢ 其任务是每隔一定时间 （例如1000μs）产生一 个作用时间很短的尖脉冲 （触发脉冲），分别送到 发射机、接收机和显示器， 使它们同步工作。
雷达基本组成及各部分作用
发射机：
➢ 其任务是在触发脉冲的控 制下产生一个具有一定宽 度（0.05us～2us）的大 功率(3kW～75 kW)超高 频（如X波段9 300 MHz～9 500 MHz，S波 段2900 MHz～3100 MHz)的脉冲信号，即发 射脉冲。
重复周期短。
雷达发射机
雷达发射机
预调制器：
➢ 在触发脉冲控制下，预调制器产生一个具有一定宽 度、一定幅度的正极性矩形脉冲（预调制脉冲）去 控制调制器的工作。
调制器：
➢ 调制器的作用是在预调制脉冲或触发脉冲的作用下 产生一个具有一定宽度、一定幅度（约1万伏特）的 负极性高压矩形脉冲（调制脉冲）加给磁控管的阴 极。
雷达发射机
磁控管振荡器：
➢ 磁控管振荡器是一种被调制大功率超高频振荡器，它在调 制脉冲的控制下产生宽度与调制脉冲相同的大功率超高频 振荡脉冲（射频脉冲）经波导送天线向外辐射。
发射机电源：
➢ 发射机电源提供发射机所需的各种交直流电源及调制器、 磁控管工作所需的特高压电源。分别设有保险丝及指示灯。 保险丝及指示灯一般都装在明显易见又便于拆装的地方。 低压电源与接收机电源装在一起，产生除特高压以外的其 他所需的各种交直流电源。
收发机
中频电源设备：
➢ 为避免低频电源干扰和缩小雷达中变压器、电感线圈等元件的 体积、重量，要用中频频率电源，其频率在400 Hz～2 000 Hz 之间。
技术要求：
➢ 电压要稳定； ➢ 要保持中频频率稳定； ➢ 要有短路、过流、过压等各种保护措施； ➢ 操作、维护简便，使用可靠，寿命长； ➢ 能适应24 h长时间连续工作； ➢ 能适应海上温差大、湿度高、盐雾重等工作环境； ➢ 噪声和振动要小，换能效率要高； ➢ 体积小，重量轻，价格便宜。
测距原理
收发开关：
➢ 在船用雷达中，发射与接收是用同一副天线进行的。 天线与收发机间共用微波传输线。
➢ 收发开关的作用是在发射时自动关闭接收机入口， 让大功率发射脉冲只送到天线向外辐射而不进入接 收机，以防止它损坏接收机；而在发射结束时，又 能自动接通接收机通路让微弱的回波信号顺利进入 接收机，同时关断发射机通路，以防止回波信号能 量的流失。
发射机主要技术指标
工作波长：
➢ 发射机的工作波长就是磁控管振荡器产生的超高频 脉冲波的波长。雷达的工作波长允许的范围如下表 所示。
分类
波长
S波段 15 ～7.5 cm
X波段 3.75～2.4 cm
频率
2000 ～4 000 MHz
8000～12 500 MHz
船用频率
2900～3100 MHz
9300～9500 MHzFra bibliotek 微波传输特性：
➢ 匀速 ➢ 直线 ➢ 反射
测距原理公式：
S
C 2
(t2
t1)
C 2
t
测方位原理
微波传输特性：
➢ 匀速 ➢ 直线
➢ 反射
原理：
➢ 因为微波在空间的传播是直线的，所以利用定向天线， 它朝一个方向发射，并且只接收这一个方向目标的回波， 那么，天线所指的方向就是物标的方向。如果天线旋转， 依次向四周发射与接收，当在某个方向收到物标回波时， 此时的天线方向就是物标的方向。
发射机主要技术指标
脉冲宽度：
➢ 脉冲宽度就是射频脉冲振荡持续的时间，一般用τ表 示。
➢ 在船用雷达中常用us（微秒）为单位。船用雷达中， τ一般选在0. 05 us～2us之内。
发射机主要技术指标
脉冲宽度：
➢ 发射功率可分为峰值功率Pk和平 均功率Pm。
➢ 峰值功率是指在脉冲期间的射频 振荡的平均功率，一般较大，船 用雷达的峰值功率在3 kW～75 kW之内。
航海学（第十一章 船舶导航雷达）
航海学 课程目录
第十一章 船舶导航雷达
➢ 第一节 航海雷达系统基本理论和工作原理 ➢ 第二节 雷达操作 ➢ 第三节 雷达观测 ➢ 第四节 雷达定位与导航 ➢ 第五节 雷达TT或ARP跟踪目标与AIS报告目标 ➢ 第六节 雷达跟踪（TT或ARP）在避碰中的运用
测距原理
测距原理
雷达电源设备：
➢ 电源设备的作用是把各种船电变换成雷达所需的具 有一定频率、功率和电压的专用电源。
➢ 雷达考虑了各种因素均采用中频电源供电，频率一 般在400 Hz～2 000 Hz之间。
船用雷达设备的单元构成
三单元雷达：
➢ 天线 ➢ 收发机 ➢ 显示器
二单元雷达：
➢ 天线收发机 ➢ 显示器