导航雷达
船舶导航雷达（可编辑）
船舶导航雷达船舶导航雷达应用于船舶导航的雷达称为船舶导航雷达Shipborne Navigation Radar 亦称航海雷达 Marine Radar 或船用雷达在本教材中简称雷达IMO在雷达性能标准中指出雷达通过显示其他水面船只障碍物和危险物导航目标和海岸线等相对于本船的位置有助于安全导航和避免碰撞雷达能够及时发现远距离弱小目标精确测量本船相对目标的距离和方位确定船舶位置引导船舶航行通过传感器的支持雷达还具备了目标识别与跟踪地理参考信息显示等功能能够更好地避免船舶碰撞保障航行安全第一节雷达目标探测与显示基本原理一雷达目标测距测方位1．雷达图像特点雷达通过发射微波脉冲探测目标和测量目标参数习惯上称雷达发射的电磁波为雷达波微波具有似光性在地球表面近似以光速直线传播遇到物体后雷达波被反射在雷达工作环境中能够反射雷达波的物体如岸线岛屿船舶浮标海浪雨雪云雾等等统称为目标这些目标的雷达反射波被雷达天线接收称为目标回波回波经过接收系统处理调制屏幕亮度最终在显示器上显示为加强亮点回波距离和方位的测量都是在显示器上完成的1 雷达图像基本元素雷达显示系统将雷达传感器探测到的本船周围目标以平面位置图像极坐标系显示在屏幕上早期的雷达显示器也田此被称为PPI如图6-9-1所示其中图a 为海面态势示意图本船周围有一岛屿另有一目标船与本船相向行驶图b 为海平面俯视图可以看出本船航向000°目标船正航行在本船右舷本船左舷后约245°处有一岛屿图 c 为雷达屏慕扫描中心起始点为本船参考位置又称为统一公共基准点 Consistence common reference pointCCRP 作为IBS中的重要组成部分雷达测量目标所得到的数据如距离方位相对航向和航速本船与目标船的最近会遇距离 Distance to the closest point of approachCPA 和航行到最近会遇距离所需时间 Time to the closest point of approachTCPA 等都必须参考CCRP这个位置点在传统的雷达上通常对应为雷达天线辐射器的位置最新性能标准要求CCRP可以由驾驶员根据需要设置典型位置通常为驾驶台指挥位置图6-91中雷达量程为12n mile即在雷达屏幕上显示了以本船为中心以12n mile 为半径本船周围海域的雷达回波在雷达屏幕上HL Head Line 称为船首线其方向由本船发送艏向装置 THD 或陀螺罗经驱动指示船艏方向发自于扫描起始点的径向线称为扫描线扫描线沿屏幕顺时针匀速转动转动周期与雷达天线在空间的转动周期一致屏幕上等间距的同心圆称为固定距标圈 Range RingRR 每圈间隔2n mile用来估算目标的距离与固定距标圈同心的虚线圆是活动距标圈 Variable Range MarkerVRM 它可以由操作者随意调整半径借助数据读出窗口的指示测量目标的准确距离EBL Electronic Bearing LineEBL 称为电子方位线可以通过面板操作控制其在屏幕的指向借助数据读出窗口的指示或屏幕边缘显示的方位刻度测量目标的方位很多雷达将VRM／EBL联动称为电子距离方位线 Electronic range／bearing lineERBL 可以通过一次性操作同时测量目标的距离和方位现代雷达用平面光栅显示器取代PPI如图6-9-2所示雷达回波图像区域仍然采用图6-91c 的形式在图像周围的功能区域大致可以划分为操作菜单状态指示和数据显示等区域屏幕上除了显示岛屿岸线导航标志船舶等对船舶导航避碰安全航行有用的各种回波之外还无法避免地显示出各种驾驶员不希望看到的回波如海浪干扰雨雪干扰同频干扰云雾回波噪声假回波等一个专业的雷达观测者应能够在杂波干扰和各种复杂屏幕背景中分辨出有用回波引导船舶安全航行2 雷达图像的特点雷达图像不同于诲图也不同于视觉图像设备自身的性能微波辐射的特性大气传播的条件目标的反射能力以及周围环境的变化都会影响雷达图像的形成与质量为了对雷达图像特点建立起感性认识下面以图691为例简单列举雷达图像的显示特点待详细研究了雷达的原理和目标的观测特性后我们对雷达图像的特点才会有全面的了解如果以本船雷达天线位置为中心以12nmile为半径的圆域及其所包含的所有目标按照比例缩小到雷达屏幕大小此时这个圆域内的所有海面和陆地的目标并不完全与雷达探测到的回波图像相符也就是说．雷达探测到的回波图像与真实目标相比可能会有很大的变形比如表现为1 雷达回波图像类似目标迎向天线面的垂直投影2 雷达只能操测目标的前沿后沿被遮挡的部分无法探测和显示3 目标的低矮部分如沙滩可能会被遮挡或回波微弱也无法被探测到4 雷达发射脉冲的宽度会使探测到的回波发生后沿拖尾现象回波与实际目标形状不相符5 雷达的辐射波束宽度引起回波沿圆周方向扩展造成回波向左右扩展6 雷达屏幕像素尺寸使回波的位置向周围扩展7 船舶运动涌浪波动及雷达设备因素引起回波位置闪烁不定目标边缘不清晰8 地球曲率影响雷达地平距离远距离的高大目标只有顶端能够被探测到图像与目标原貌甚至完全不同9 目标对雷达波的反射能力不同造成回波强度差别较大图像明暗不均10 由于气象海况以及船舶吃水的变化即使在同一海域船舶不同航次回波图像也会有差别11 雷达图像是动态图像观测习惯和个人操作能力不同对图像的解释因人而异12 以上所有因素综合影响使雷达图像经常很难与海图和视觉影像对应2．雷达测量目标基本原理雷达通过测量目标的距离和方位确定且标相对于本船的位置并在此基础上实现雷达定位导航和避碰1 雷达测距原理如果雷达发射脉冲往返于雷达天线与目标之间的时间为Δt电磁波在空间传播的速度为C约3×108ms则目标的距离R C·Δt2电子从雷达回波图像区域中心扫描到边缘的时间扫描线长度正好对应于雷达所选用量程的电磁波往返传播时间．对于图6-9-1中的例子12n mile的量程相当于雷达波传播24nmile路程所花费的时间即扫描线长度应为148．2μs 这样在12n mile以内的任意海上目标与本船的距离就与屏幕上目标显示的位置到回波图像区域中心的位置准确对应利用距离测量工具 RR或VRM 就能够估算或测量目标的位置2 雷达洲方位原理雷达天线是定向圆周扫描天线．在水平面内天线辐射宽度只有1°左右所以对于每特定时刻雷达只能向一个方向发射同时也只能在这个方向上接收回波雷达天线在空中以船艏为方位参考基准环360°匀速转动典型转速大约为20 rpm 雷达方位扫描系统能够以优于0．1°的方位量化值将天线相对于船艏的转动方位准确地记录在存储器中并按照显示的要求从存储器中读出数据送到屏幕显示于是天线所探测目标的相对方位就能够准确地显示在屏幕上借助于电子方位线就可以测量出目标的舷角本船的航向是可以知道的因此也就可以得到目标的真方位了二雷达显示方式雷达设有不同的图像显示方式以满足不同航行环境下的雷达观测需要首先从船舶运动参照系划分雷达图像的运动方式可以相对于本船．也可以相对于水面或相对于地面前者称为相对运动 RMRelative Motion 显示方式后者称为真运动 TMTrue Motion 对水真运动和对地真运动显示方式此外在不同的雷达图像运动方式下根据图像的指向方式即从船艏指向划分雷达显示方式可以进一步分为船首向上相对方位船首向上真方位真北向上和航向向上等雷达图像指向方式雷达图像的运动方式与指向方式结合形成多种多样的显示方式如下不同的显示方式方便不同航行环境下的雷达观测驾驶员应该熟练掌握和灵活运用各种显示方式的特点保证船舶航行安全l．相对运动 RM 显示方式所谓相对运动是指无论本船是否运动在雷达屏幕上代表本船参考位置的扫描中心固定不动所有目标都做相对本船的运动即目标在屏幕上的运动是其各自的真速度矢量与本船真速度矢量之差特别地与本船同向同速的船是固定不动的海上的固定目标则与本船等速反向运动此时如果扫描中心与雷达图像区域的几何中心重合则称为中心显示方式否则称为偏心显示方式偏心显示时通常使舶艏方向有更大的显示视野以便于观测如图6-9-2所示1 相对运动船首向上 H-up 显示这种显示方式雷达无需接入任何其他传感器信号便能够工作其显示特点如下1 具有上述相对运动显示的特点2 源自CCKP的船首线指向屏幕正上方固定不动雷达回波在屏幕上的分布与驾驶员视觉瞭望目标的实际情况一致方位测量仅能够得到目标的相对方位3 船首在风浪中偏荡时目标回波左右摇摆余晖使回波模糊甚至容易造成目标转向的假相本船转向时船首线不动目标回波反向转动尤其本船大幅度快速转向时回波会出现目标拖尾现象影响观测4 观测效果直观适合宽阔水域平静海况时船舶避碰5 不利于定位导航和航向频繁机动的环境比如船舶进港狭水道以及大多数情况的沿岸航行在雷达正常工作时RM H-up显示方式并非性能标准强制要求具备在航向传感器故障时作为应急工作方式雷达只能采用这种显示方式且有报警提示值得注意的是目前有的型号的雷达用本船航向信号同步方位刻度盘．船首线对应的方位始终指向屏幕上方使得在这种显示方式下也能够读取到目标真方位这种改良的H-up显示方式被称为船首向上真方位 H-up TB 显示图示可以看出不同显示方式下雷达观测的图像特点图6-9-3a 是航行态势图图6-9-3b 是RM H-up显示的图像特点2 相对运动真北向上 Nup 显示这种显示方式雷达只需接入本船航向信号即可工作其显示特点如下1 具有前面提到相对运动显示的特点2 屏幕正上方代表地理真北船首线指向本船艏向雷达回波在屏幕上的分布与所用海图类似方位测量可直接得到目标的真方位3 船艏在风浪中偏荡或本船转向时船首线随艏向转动目标回波保持稳定清晰便于观测4 适合于定位导航和航向频繁机动的环境比如船舶进港狭水道以及大多数情况的沿岸航行5 用于避碰时尤其是船舶艏向介于090和270之间时应特别注意雷达图像的左右与驾驶员从驾驶台瞭望时左右舷是相反的图6-94所示为RM N-up显示的图像特点3 相对运动航向向上 C-up 显示这种显示方式．雷达只需接入本船航向信号便可工作其显示特点如下1 具有前文提到相对运动显示的特点2 本显示方式启动时代表本船航向的船首线指示本船艏向并指向屏幕正上方．屏幕方位刻度由本船航向信号驱动000代表真北方位雷达回波在屏幕上的分布与驾驶员视觉瞭望目标的实际情况一致方位测量能够得到目标的真方位3 船艏在风浪中偏荡或本船转向时具有N-up的显示特点船首线随艏向偏荡或转动目标回波稳定清晰便于观测4 转向结束本船航向把定按下航向向上 C-up 后雷达图像迅速整体旋转恢复到特点 2 图像状态避免了H-up本船转向过程引起的目标拖尾模糊的显示缺点5 能够兼顾导航和避碰功能适合于比较广泛水域的航行环境但大多数情况真北方向与海图不一致不利于目标识别和定位图6-9-5所示为RM C-up显示的图像特点2．真运动 TM 显示方式这种显示方式雷达需同时接入本船航向和航速信号才能够工作真运动显示时代表本船参考位置的扫描中心根据所选择量程比例在屏幕上按照本船的航向和航速移动所有目标的运动都参考本船的速度输入如果输入的是对水速度则在水面上漂浮的船舶在屏幕上固定不动而陆地会以与风流压差相反的方向和速度移动对水稳定真运动用于船舶避让对水速度的取得．通常来自于船舶计程仪人工输入速度也可以使雷达工作在对水真运动显示模式如果输入的是对地速度则岛屿等固定目标是静止的本船和目标船在屏幕上按照其航迹向移动对地稳定真运动用于船舶在狭水道和进出港导航可以有多种方式取得对地速度如在对水速度的基础上进行风流压的校正或直接使用双轴计程仪或利用卫星定位系统还可以利用雷达目标跟踪功能跟踪对地稳定的目标作为速度参考检测对地速度是否准确可以观测陆地或对地固定的目标是否在屏幕上漂移来证实按照性能标准的规定扫描中心应在不少于雷达图像显示区域半径的50％和不超过其75％的屏幕范围内移动和自动重调并且可以随时人工重调扫描起始点使船艏方向有重大的显示视野方便雷达观测真运动显示时雷达也同样可以具有上述三种屏幕指向方式但考虑到TM H-up 显示方式不能很好地表现出运动的真实性现代雷达多数不提供这种显示方式但在本船航向信号丢失时雷达通常会给出航向丢失报警并执行H-up显示方式当本船速度信号丢失时雷达也会给出航速丢失报警并执行偏心相对运动显示方式3．雷达显示方式的选择不同的显示方式可以满足不同的雷达观测需要在相对运动方式下连续观测回波相对本船的变化有利于判断目标船的会遇危险及早做出避让决定在平静的大洋航行时雷达只用于避碰观测．采用H-up是最方便的选择在沿岸航行时需要雷达定位和导航为了便于识别目标最好使用N-up显示方式在沿岸尤其在狭水道或港口航行时船艏偏荡或船舶频繁转向C-up则更有利于避碰观测避碰观测时对水真运动能够方便准确地判断目标船的动态有助于驾驶员根据航行态势和规则做出避让行动真运动显示时目标船在屏幕上的运动不受本船机动的干扰．这对于本船避让过程中和避让结束后监测目标船的动向非常有益对地真运动显示方式能够及时观测本船相对于海岸的航行动态是船舶在狭水道导航或进港靠码头时最佳选择值得注意的是一定要严格区分对水稳定和对地稳定的模式避碰时误用了对地稳定或导航时误用了对水稳定都是相当危险的尤其在航行环境受限能见度不良时三雷达基本工作原理1．雷达系统配置传统的船舶导航雷达系统由天线收发机和显示器组成为了帮助驾驶员更好地获得海上移动目标的运动参数近代雷达大多配备了自动雷达标绘仪 ARPA 或具备了自动目标标绘功能使雷达在避碰中的作用得到了进步提高随着现代科技的发展基于信息化平台的新型航海仪器和设备不断出现与传统的导航雷达实现了数据融合与共享电子定位系统 EPFS 通常采用卫星导航系统如GPS 信号为船舶提供了高精度的时间和位置参考数据ENC或其他矢量海图系统为船舶航行水域提供了丰富的水文地理数据AIS为雷达目标提供了有效的身份识别手段这些技术的进步促进了船舶导航雷达技术的发展按照SOLAS公约要求2008年7月1日之后装船的雷达应满足IMO MSCl92 79 船舶导航雷达设备性能标准规定其系统配置如图6-9-6所示其中等分虚线部分不是性能标准要求的是雷达系统的选装配置船舶主GPS设备为系统提供WGS-84船位和时间数据罗经或发送艏向装置THD 为系统提供艏向数据SDME 船舶速度和航程测量设备通常为计程仪提供船舶速度数据雷达传感器提供本船周围海域的图像信息显示系统处理雷达图像跟踪移动目标获取目标运动参数协助驾驶员避碰和导航AIS报告周围船舶识别信息和动态数据以及航标数据协助驾驶员避碰导航选装的海图系统提供水文地理航行必要数据所有数据在雷达终端显示系统上融合共享所有的传感器都可以独立工作其中一个传感器的故障．不影响其他传感器信息的显示雷达图像信息提供绐VDR保存记录系统自动判断数据的可信性有效性和完善性拒绝使用无效数据如果输入数据质量变差系统会加以提示驾驶员在操作雷达时应随时注意屏幕警示信息驾驶员通过雷达显示系统操控面板控制雷达系统．获得最佳定位导航和避碰信息雷达传感器采用收发一体的脉冲体制通常由收发机和天线组成俗称为雷达头信号处理与显示系统是基本雷达系统的必要组成部分根据分装形式不同雷达设备可分为桅下型俗称三单元雷达和桅上型俗称两单元雷达桅下型雷达主体被分装为天线收发机和显示器三个箱体一般天线安装在主桅或雷达桅上显示器安装在驾驶台收发机则安装在海图室或驾驶台附近的设备舱室里如果收发机与天线底座合为一体装在桅上这样的分装形式就称为桅上型雷达桅上型雷达便于维护保养多安装在大型船舶上．一般发射功率较大而中小型船舶常采用发射功率较低的桅上配置设备成本也较低2．基本雷达系统组成框图一个基本雷达系统的工作原理框图如图69-7所示与雷达出厂分装相比原理图中的定时器发射系统双工器和接收系统构成了雷达收发机3．基本雷达系统工作原理1 定时器定时器或定时电路又称为触发脉冲产生器或触发电路是协调雷达系统的基准定时电路单元该电路产生周期性定时触发脉冲分别输出到发射系统接收系统信号处理与显示系统以及雷达系统的其他相关设备用来同步和协调各单元和系统的工作2 发射系统雷达发射系统主要由调制器磁控管和发射控制电路组成通过发射开关和量程转换发射控制电路控制着雷达发射机工作和发射脉冲参数的改变在触发脉冲的控制下调制器产生10KV以上的矩形调制脉冲控制磁控管产生具有一定宽度和幅度的大功率射频矩形脉冲通过微波传轴线送到天线向空间辐射雷达采用磁控管作为发射器件其典型的工作寿命大约为10000小时磁控管在能够正常发射之前需要大约3 min的预热时间在这段时间之内驾驶员应将雷达置于备机 standby 状态与雷达观测密切的发射机主要技术指标包括发射频率发射功率脉冲宽度脉冲重复频率等雷达的工作频率有3cm波段和9 cm波段两种又分别称为x波段和S波段前者探测精度较高在晴好天气中使用后者目标的发现能力和抗雨雪杂波能力较强在恶劣天气探测远距离目标时使用较多雷达的发射功率根据船舶的航区和吨位大小通常在几至几十千瓦发射脉冲的起始时间由触发脉冲的前沿决定脉冲的宽度受雷达面板上量程和／或脉冲宽度选择控钮控制在近量程采用窄脉冲随着量程段增加脉冲宽度逐段增加量程段改变时脉冲重复频率也由随之变化近量程重复频率高远量程重复频率低这些技术参数的变化是为了满足目标探测距离回波强度距离分辨力等观测指标的要求参看本章第二节获得最佳观测效果3 双工器双工器又称收发开关雷达采用收发共用天线发射的大功率脉冲如果漏进接收系统就会烧坏接收系统前端电路发射系统工作时双工器使天线只与发射系统连接发射结束后双工器自动断开天线与发射系统的连接恢复天线与接收系统的连接实现天线的收发共用显然双工器阻止发射脉冲进入接收系统保护了接收电路目前雷达通常采用铁氧体环流器作为双工器雷达天线的收发转换时间t′影响了雷达的近距离探测性能参看本章第二节4 天线1 雷达天线基本特性雷达采用隙缝波导天线具有较强的方向性能够定向发射和接收微波天线的辐射特性由图6-9-8所示的方向性图描述分为主瓣和旁瓣雷达是靠天线主瓣来探测目标的波瓣的水平波束 HBW 较窄只有1°左右垂直波束 VBW 较宽为20°左右．波束的空间示意图如图6-9-8a 所示主瓣轴线方向根据不同天线的生产加工以及装配在不同的雷达发射机上的情况可以偏离天线辐射窗口的法线方向3°5°如图6-98b 所示称为偏离角雷达安装时应考虑偏离角的因素调整好方位误差在雷达辐射主瓣方向周围还对称分布了许多旁瓣辐射这些旁瓣辐射功率通常较弱且不稳定对于正常距离上的通常目标而言旁瓣辐射对雷达观测不会构成重要影响但对于近距离强回波而言旁瓣辐射也会探测到目标形成旁瓣假回波参看本章第四节对雷达观测构成比较严重的干扰①阴影扇形成因通常雷达天线安装在龙骨正上方主桅之上的船舶最高处以减少障碍物的阻挡保持良好的探测视野尽管如此雷达天线也不可避免由于安装环境限制受到障碍物或船舶建筑结构的遮挡在一定扇形区域内雷达探测目标的能力减弱甚至无法探测到目标这样的区域称为阴影扇形区域②阴影扇形观测特性由于雷达天线的辐射窗口有一定长度水平波束宽度大约为1°左右而且雷达波具有一定的绕射能力因此被障碍物遮挡的阴影扇形区域并非完全探测不到目标其中在阴影扇形的核心可能存在无法探测到目标的区域称为阴影扇形盲区其他目标探测能力减弱的区域称为阴影扇形灵敏度降低弧船舶建筑结构如船艏楼前桅桅顶横杆将军柱主桅烟囱和船尾楼等引起的阴影扇形对于雷达是永久的对航行安全的影响也最大图6-9-9a 和 b 定性图示了船舶建筑结构引起雷达阴影扇形的成因及对雷达观测的影响图69-9d 为实际船舶雷达屏幕截图可以看到由于本船主桅和烟囱而形成的阴影扇形对雷达观测的影响阴影扇形区域的大小与障碍物的大小障碍物到天线的距离障碍物相对天线的高度以及天线尺寸等因素有关障碍物越高体积越大离天线越近所形成的阴影扇形区域就越大在安装雷达时应精心考虑雷达天线的安装位置按照IMO雷达安装导则要求雷达天线的位置应保证阴影扇形区最小而且不应出现在从正前方到左右舷正横后22．5°的范围内在余下的扇区内不应出现大于5°的独立的或整体之和大于20°的阴影扇形实际的船舶上一般大船前桅造成的阴影扇形区范围约为1°-3°雷达天线附近若有大型吊杆和桅杆存在时其产生的阴影扇形区范围可达5°10°粗大的烟囱且离天线较近时其阴影扇形区范围可达10°以上在雷达阴影扇形区范围内向本船驶近的大船其雷达的发现距离可能从12nmile降到6nmile以下在此区域内的小型船舶探测距离可从4n mile 阴影扇形区域外降到0．5nmile 阴影扇形区域内以下为了更好地理解阴影扇形对雷达观测的影响我们假设一目标船正在。
《雷达定位与导航》课件
利用相位控制天线阵列，通过接收信 号的相位差来确定方向角，精度较高 但技术复杂。
速度测量
多普勒频移法
利用多普勒效应原理，通过测量发射信号与接收信号的频率差来计算相对速度 ，适用于动态目标检测。
跟踪法
通过雷达系统对目标进行连续跟踪，根据目标位置的变化来计算速度，适用于 稳定跟踪场景。
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导航雷达技术
特点
高灵敏度、低噪声、动态 范围大。
天线
功能
定向发射和接收电磁波。
类型
抛物面型、八木天线、缝隙天线等。
特点
方向性强、增益高、抗干扰能力强。
信号处理系统
功能
对接收到的信号进行加工处理 ，提取有用的信息。
组成
信号处理器、数据处理器等部 分。
技术
脉冲压缩技术、动目标检测技 术等。
特点
处理速度快、精度高、稳定性 好。
雷达定位与导航系统主要由雷达、数据处理设备和终端显示设备等组成。雷达是系统的核心，负责发 射和接收电磁波；数据处理设备负责对接收到的回波进行处理和计算，提取出目标的位置信息；终端 显示设备则将处理后的数据显示出来，供用户使用。
雷达定位与导航的原理
雷达定位与导航的基本原理是利用电磁波传播的特性。雷达发射的电磁波在传播过程中遇到目标后会被反射回来，反射回来 的电磁波会被雷达接收并处理。通过测量电磁波的传播时间、相位变化等信息，可以计算出目标相对于雷达的距离、方位和 高度等参数，从而确定目标的位置和运动轨迹。
总结词
利用陀螺仪和加速度计等惯性传感器来测量物体运动过程中的加速度和角速度，并通过 积分运算来推算物体位置和姿态的方法。
详细描述
惯性导航是一种自主的导航方式，它不依赖于外部信息源，而是通过测量自身的运动状 态来推算位置和姿态。惯性导航系统通常由陀螺仪和加速度计等传感器组成，可以提供 高精度的角速度和加速度信息，并通过积分运算得到位置和姿态信息。这种导航方式常
通信导航与雷达
通信导航与雷达通信导航与雷达是现代通信和无线电技术领域中的两个重要应用，它们的发展和应用在国防、民用和科学研究等领域中发挥着不可替代的作用。
本文将从通信导航和雷达的定义、工作原理、应用和未来发展等方面进行阐述，旨在为读者深入了解这两种技术提供参考。
一、通信导航的定义和工作原理通信导航，又称通信定位，是一种通过无线电通信实现定位的技术。
它结合了无线通信和定位技术，可以用来实时跟踪和定位对象，为用户提供所需的位置信息和导航服务。
通信导航的实现主要依靠对象与地面基站通信和信号传输，因此必须具备一定的通信设施和技术支持。
通信导航系统的工作原理是先将发射信号的位置和时间等信息记录下来，再将信号通过基站发送出去。
当接收器接收到信号时，也会记录下信号的到达时间，并与该信号来自的基站进行通信，通过计算时间差，确定了自身与基站之间的距离。
同时，由于基站的位置事先已知，因此收到信号的位置也就可以确定。
通过多个基站发出信号，同时监测信号到达时间，就可确定用户的位置。
通信导航技术在民航、汽车定位和手机导航等方面的应用非常广泛。
GPS导航系统就是一种基于卫星通信的定位系统，采用了类似的方法来确定用户的位置。
未来，通信导航技术还将应用于更多的领域，助力人类实现更加精准的定位和导航。
二、雷达的定义和工作原理雷达是一种主动探测技术，具有高精度、双向探测、远距离等特点，主要用于目标探测、跟踪和识别。
雷达技术是由电磁波的发射和接收组成的，通过发送电磁波，探测目标并接收反弹回来的信号进行信号处理，实现目标的探测和识别。
雷达系统的主要部分包括：雷达发射器、天线、接收器和信号处理模块。
其中，雷达发射器主要负责发射电磁波；天线负责将发射出的电磁波发向目标，并接收目标反弹回来的电磁波；接收器则负责接收返回的电磁信号，并将其转发给信号处理模块，信号处理模块对接收到的信号进行处理、分析和解码，之后确定目标的位置和运动情况。
雷达技术在国防、气象、交通和地质探测等领域具有广泛的应用，如军事侦察、目标跟踪、气象监测、交通控制和海洋勘测等。
浅析船用雷达和AIS的综合应用的优势与局限性
船用导航雷达和AIS综合应用的优势与局限性摘要：船用导航雷达和船舶自动识别系统（AIS）是两部重要的助航仪器，本文分析了导航雷达和AIS在单独使用时各自的功能和特点，并指出二者在综合应用中所表现出的优势和局限性以及针对其局限性的注意事项。
关键词：导航雷达、AIS、综合应用目前，全球经济趋于一体化，航运业迅猛发展，船舶数量急剧增加，于此同时海难、海损事故也随之增加，给广大海员的生命安全、国家财产和海洋环境造成严重威胁。
为加强航行安全，保护海洋环境，船舶间、船岸间信息的充分、快速、准确交换就显得尤为重要和突出。
一、船用导航雷达的功能和特点1.雷达在应用中的优势伴随船舶数量的激增，船舶碰撞事故的事故率也居高不下，因此，如何实现船舶间的协调行动，避免船舶碰撞就显得异常重要。
雷达作为船舶避碰的主要助航仪器，从出现至今一直发挥着重要的作用。
雷达是自主式导航设备，可以扫描到海面上的具有一定大小的物标并将其回波显示在雷达显示器上，从而将海面上物表和本船的相对位置关系清晰显示，让操作者获得较为全面的交通形式图像。
通过对物标船的标绘，可以判断物标船和本船是否存在碰撞危险，更可以求取避让措施，核实避让行动的效果。
传统的船舶避碰是用眼睛实际观察周围船舶的运动态势，进而凭借经验采取改向或变速措施来实现船舶间的安全避让。
不难发现，传统的避让方法受受能见度的影响较大，比如海上大雾天气，航海员仅凭肉眼能观测到的距离大大减小，有时会减小到几十米，就不能实现安全航行的目标。
而有了雷达就大不相同，雷达受能见度影响小，精度高（30米左右），决策时间短（通过雷达自动标绘仪—ARPA跟踪物标并求取避让措施仅需3-5分钟时间），雷达的探测距离可以达到10—20海里，驾驶员的工作负担大大减轻。
另一方面，当船舶发生碰撞事故时，在避让行动中得雷达观测信息可以作为海事调查的证据，给海事处理也带来了很大方便。
2.雷达在应用中的局限性尽管雷达在应用中有上述的优势，但其局限性也不容忽视。
船舶导航雷达
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
雷达图像的特点：
由于雷达设备自身的性能、大气传播的条件、 目标的反射能力以及周围环境的变化都会影响雷达图像 的形成与质量，使雷达探测到的目标回波图像与真实目 标相比，可能会有很大的变形，比如：
► 雷达回波图像类似目标迎问天线面的垂直投影； ► 雷达只能探测目标的前沿，后沿被遮挡的部分无法
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
早期的雷 达显示器也称PPI （平面位置显示 器），现代雷达采 用平面光栅显示器 取代了PPI，如右 图。屏幕上包括了 雷达图像区域、操 作菜单区域、状态 指示区域、数据显 示区域等。
通常，雷 达屏幕上除了显示 岛屿、岸线、导航 标忐、船舶等对船 舶导航避碰安全航 行有用的各种回波 之出外各， 种还 驾无 驶法 员避不免希望看到的回波，如海浪、雨雪、同频干扰、云雾、噪声、假 地回显波示 等。一个专业的雷达观测者，应能够在各种杂波干扰和复杂屏幕背景中分 辨出有用回波，引导船舶安全航行。
探测和显示； ► 目标的低矮部分（如沙滩）可能会被遮挡或回波微
弱，也无法被探测到； ► 雷达发射脉冲的宽度会使探测到的回波发生后沿
“拖尾”现象，造成回波与实际目标形状不相符； ► 雷达屏幕像素尺寸使回波的位置向周围扩展；
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
► 雷达的辐射波束宽度引起回波沿周方向扩展，造成 回波向左右扩展；
► 船舶运动、涌浪波动及雷达设备因素引起回波位置 闪烁不定，目标边缘不清晰；
► 地球曲率影响雷达地平距离，远距离高大目标只有 顶端能够被探测到，图像与目标原貌甚至完全
不同； ► 目标对雷达波的反射能力不同，造成回破强度差别
好大，图像明暗不均； ► 由于气象海况以及船舶吃水的变化，即使在同一海
导航雷达第七章雷达目标跟踪与AIS
目标丢失报警：按照性能标准规定，在连续10次天线 扫描中，只要有5次能够在显示器上清楚识别出目标，目标 跟踪就应能够继续。如果违反了这个原则，雷达就判定目 标丢失，给出目标丢失报警。
目标交换
将已跟踪的目标放弃，错误地跟踪上另一个目标，这 种错误跟踪的现象称为目标交换 。
目标交换产生原因： (1)目标进入强海浪区; (2)被跟踪的弱目标接近未被跟踪的强目标 ;
安全界限设置过大，虚警增加，给驾驶员带来不必要的 负担；设置过小，安全系数降低甚至不能达到对碰撞危险 预警的目的。安全界限的设置值与很多因素有关，包括本 船吨位和操纵特性、驾驶团队船艺水平、航行水域开阔程 度和船舶密度、气象海况等 。
CPA LIM/TCPA LIM在航海上设置的惯例：
结合海上避碰规则，大洋航行时CPA LIM通常为2 n mile左 右，TCPA LIM通常不低于18 min；
（四）综合信息显示与操作控制 在雷达显示器上，通过控制面板各种开关控钮或操作屏
幕菜单，能够控制雷达的所有功能。按照程序或操作面板的 指令，在主控制器的控制下，将视频处理器输出的雷达视频 、跟踪器获得的目标跟踪信息、以及信息处理器对多传感器 信息的运算结果融合为雷达综合视频，送显示器显示。
二、雷达目标跟踪基本原理
目标跟踪：雷达跟踪目标在屏幕上位置的变化，建立 目标运动轨迹，获取目标运动参数的跟踪器运算过程。
一般地，雷达目标跟踪在1 min之内可获得目标的运动 趋势，在3 min内，雷达对被捕获目标跟踪达到较高的精 度，获得目标的预测运动，进入稳定跟踪状态。
目标跟踪包括：目标检测、目标捕获、目标跟踪、危 险判断、试操船等过程。
自动捕获是捕获目标的辅助手段，更适合在气象海况条 件良好的大洋中使用，在回波复杂的环境，对目标的选择性要 求较高，不适合自动捕获。
3d激光雷达导航原理
3d激光雷达导航原理
激光雷达是一种高精度的感知设备，常用于自动驾驶车辆和无人机等导航系统中。
其原理是利用激光束测量目标物体的距离和位置信息，通过计算和分析这些数据实现导航和定位。
3D激光雷达导航系统通常由发射器、接收器和信号处理单元组成。
发射器发
射出一个窄束的激光束，经过凸面镜反射后扫描周围环境。
当激光束遇到障碍物时，部分光线被反射回来并由接收器接收。
接收器接收到的反射信号的时间和强度被记录下来，传送到信号处理单元进行处理。
在信号处理单元中，通过分析接收的反射信号的时间差，可以计算出目标物体
与激光雷达之间的距离。
利用多个激光束的扫描，可以获取目标物体的三维位置信息。
通过不断扫描和测量周围环境，激光雷达可以实时地构建出精确的三维环境地图。
激光雷达导航系统的原理在于利用测量到的距离和位置信息，结合预先构建的
地图数据，实现车辆或无人机的定位和导航。
导航过程中，系统会不断更新当前位置并与目标位置进行对比，根据路径规划算法进行导航决策，以达到目标地点。
3D激光雷达导航系统具有高精度、全天候和全景感知的优点，能够准确地感
知周围环境的物体和障碍物，从而实现高效、安全的导航。
随着激光雷达技术的不断发展和应用的扩大，其在自动驾驶、无人机等领域的重要性也日益凸显。
船用导航雷达 天线类型
船用导航雷达天线类型
船用导航雷达的天线类型通常可以分为两大类，开阵天线和旋转天线。
开阵天线是指由多个小型天线组成的阵列，可以同时进行多波束扫描，具有较高的目标分辨率和抗干扰能力。
这种天线通常用于要求高精度导航和目标探测的船舶，如军舰和特种船舶。
旋转天线则是指安装在雷达旋转支架上的单一大型天线，通过旋转运动来完成对周围环境的全方位扫描。
这种天线结构简单，成本较低，适用于一般商用船舶和渔船等。
此外，根据雷达工作频率的不同，船用导航雷达的天线还可以分为X波段、S波段、C波段等不同频段的天线。
不同频段的天线在传输距离、穿透能力和抗干扰能力上有所差异，船舶根据自身的需求和预算选择合适的天线类型。
总的来说，船用导航雷达的天线类型多样，船舶可以根据自身的需求和实际情况选择合适的天线类型，以确保航行安全和导航精度。
导航雷达雷达目标跟踪与AIS
二、雷达目标跟踪基本原理
六 目标跟踪流程
第二节 雷达目标跟踪基本功能
一、目标跟踪初始设置
一 传感器设置 保证雷达跟踪器正常工作的基本传感器包括： 雷达:为跟踪器提供了定时信号、回波视频信息、天线角位置和船首标识信息, 陀螺罗经或艏向发送装置 THD ：提供航向信息 船舶航速和航程测量设备 SDME,如计程仪 ：提供速度信息 ,
二、目标捕获
船舶大小
500 GT以下
500 GT至10 000 GT以下 及10 000 GT以下高速船
所有10 000 GT 及以上船舶
最少捕获雷达目标数
20
30
40
SOLAS公约雷达最少捕获跟踪目标数量
一 人工捕获
人工捕获目标时,应遵循驾驶员最关注目标优先捕获,即船首 相对方位330~ 30 、右舷 相对方位0~112.5 、近距离 8 n mile以内的范围 的原则,船首、右舷、近距离三者无先后顺序,应当结合当时海面状况综合判断,
第四次扫描
目标输出窗口
第五次扫描
探测位置
滤波位置
估算位置
跟踪窗
发现目标重新跟踪
ARPA目标跟踪原理
位置滑动滤波停止
窗口放大跟踪位置来自窗口缩小窗口稳定
1.跟踪窗尺寸大,不易丢失目标,但易误跟踪； 2.跟踪窗尺寸小,不易跟踪上,易丢失目标, 一般大 0.18 n mile 、中 0.125 n mile 、小 0.07 n mile 三个,自动调节,开始大窗口,逐渐变小,稳定时最小窗口,目标回波约占跟踪窗 波门 面积的75,
航海仪器-第7节 船舶导航雷达(Radar)
信号连接 。
显示特点： 1. 航向稳定时，与船首向上特点类似。 2. 转向时，与真北向上特点类似。 3. 当转向完毕时，按“course-up” 按钮, 则船首线、图 像及可动方位圈一起转动，直到船首线指固定方位 圈0°为止。
海图平面
Course 240
航海视景
Course 270
240°(T) 270°(T)
2. 船首线指方位圈的0°，并代表船首方向。 物标的方位
是相对本船船首的相对方位（舷角）。 “相对方位显示
方式”
3. 本船转向时，船首线不动而物标回波圆周反转，有弧形 尾迹，影响观测。转向时减小增益，可防止图像模糊。
海图平面
Course 240
航行ห้องสมุดไป่ตู้景
Course 270
240°(T) 270°(T)
动。
海图平面
Course 240
航海视景
Course 270
240°(T) 270°(T)
0
270°
0
240 °
North up
固定方 位圈(读 真方位)
固定方位圈0代表真 北,始终向上 0° 30°
EBL
90°
270° 240° 180° 船首随时指向 航向 NUP可随时测读真方位
（3）航向向上显示方式（Course-up ） 这种显示方式综合了前两种显示方式的特点。 具有两个方位圈：内部固定，外部可动并与罗经航向
0
0
Head up
（2） 真北向上显示方式（North-up）
条件：接入罗经航向信号
显示特点：（用于定位）
1. 扫描中心（本船）在荧屏中心，物标回波相对本船运动，
固定物标则与本船等速反向运动。
车载导航激光雷达技术研究现状及其发展趋势
车载导航激光雷达技术研究现状及其发展趋势1. 引言1.1 背景介绍随着自动驾驶技术的不断发展和普及，车载导航激光雷达技术也正在经历快速的变革和进步。
各大汽车厂商和科研机构纷纷加大对激光雷达技术的研究和应用力度，致力于打造更加智能、安全的车载导航系统。
在这样的背景下，对车载导航激光雷达技术的研究现状和发展趋势进行深入探讨，对于推动智能交通和智能汽车的发展具有重要意义。
1.2 研究意义车载导航激光雷达技术的研究意义主要体现在以下几个方面。
车载导航激光雷达技术可以有效提高车辆导航系统的准确性和精度，帮助驾驶员更准确地进行定位和导航，从而提高行驶安全性和效率。
该技术可以实现对车辆周围环境的全方位监测和识别，为智能驾驶和自动驾驶技术的发展提供重要支持。
车载导航激光雷达技术还可以应用于城市规划和交通管理领域，为城市交通的智能化发展和交通拥堵状况的改善提供重要数据支持。
车载导航激光雷达技术的研究意义重大，对提升交通系统的智能化水平和改善交通状况具有重要意义。
2. 正文2.1 车载导航激光雷达技术概述车载导航激光雷达技术是一种通过激光雷达技术实现车辆导航定位的新型技术。
激光雷达是一种高精度、高速度、长距离测距的传感器，可以实现对车辆周围环境的快速、精准地测量和识别。
车载导航激光雷达技术在车辆自动驾驶、智能交通等领域具有广阔的应用前景。
车载导航激光雷达技术主要包括激光雷达传感器、激光雷达数据处理算法和导航系统三个部分。
激光雷达传感器通过发射激光束并接收反射光来实现对车辆周围环境的检测和测量；激光雷达数据处理算法可以对传感器获取的数据进行处理、分析和识别，提取有用信息；导航系统则可以利用处理后的数据来实现车辆的定位、导航和避障。
车载导航激光雷达技术具有高精度、高分辨率、高可靠性和全天候工作等优点，可以实现对车辆周围环境的全面监测和精准定位，对提高车辆安全性和行驶效率具有重要意义。
随着激光雷达技术的不断发展和完善，车载导航激光雷达技术将会在未来的智能交通系统和自动驾驶技术中发挥越来越重要的作用。
船用导航雷达简介
船用导航雷达简介摘要：本文简单介绍了雷达的工作原理，并以此为基础重点介绍了船用导航雷达与普通雷达的区别、相关规范要求、基本组成及作用，技术指标。
关键词：雷达雷达的工作原理船用导航雷达盲区基本组成及作用技术指标自动雷达标绘仪Abstract: this paper briefly introduces the working principle of the radar, and, on this basis, focusing on the Marine navigation radar and common radar difference, relevant specification requirements, basic composition and function, the technical indexes.Keywords: radar radar principle of work of the Marine navigation radar blind area basic composition and function technical indicators to be automatic radar instrument plot0引言雷达(radar)概念形成于20世纪初。
雷达是英文radar的音译，为Radio Detection And Ranging的缩写，意为无线电检测和测距的电子设备。
它是利用电磁波探测目标的电子设备。
雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方向、速度等状态参数。
雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。
船上装备雷达始自第二次世界大战期间，战后逐渐扩大到民用商船。
1雷达的基本工作原理雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传给天线。
天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。
军用雷达分类
军用雷达分类军用雷达是军事领域中不可或缺的重要装备之一，主要用于侦测、追踪、识别和定位目标，为作战提供重要的情报支持。
根据不同的应用场景和任务需求，军用雷达可以分为多种类型。
1. 侦察雷达侦察雷达主要用于搜索和侦察敌方军事目标，包括地面目标、海上目标和空中目标。
侦察雷达的主要特点是搜索距离远、精度高、能力强，可以在复杂的电子环境下工作。
侦察雷达的种类很多，包括长程、中程和短程雷达，还有舰载、机载和地面雷达等。
2. 导航雷达导航雷达主要用于导航和引导，可以在恶劣的天气条件下提供精确的导航信息，保证飞机、舰船和车辆的安全通行。
导航雷达的主要特点是精度高、抗干扰能力强、可靠性高。
导航雷达的种类很多，包括机载、舰载、车载和地面雷达等。
3. 监视雷达监视雷达主要用于监视和控制目标，可以实时掌握目标的位置、速度、高度和方向等信息。
监视雷达的主要特点是反应速度快、精度高、抗干扰能力强。
监视雷达的种类很多，包括舰载、机载、地面和卫星雷达等。
4. 防空雷达防空雷达主要用于探测和追踪敌方飞机、导弹等空中目标，为防空作战提供重要的情报支持。
防空雷达的主要特点是反应速度快、搜索距离远、抗干扰能力强。
防空雷达的种类很多，包括长程、中程和短程雷达，还有机载、地面和舰载雷达等。
5. 侦测雷达侦测雷达主要用于侦测和探测地面目标，包括车辆、建筑物、桥梁等。
侦测雷达的主要特点是精度高、抗干扰能力强、搜索距离远。
侦测雷达的种类很多，包括机载、车载和地面雷达等。
6. 外场雷达外场雷达主要用于测量天气状况，包括大气温度、湿度、压强、风速和风向等。
外场雷达的主要特点是反应速度快、精度高、可靠性强。
外场雷达的种类很多，包括机载、车载和地面雷达等。
军用雷达种类繁多，不同种类的雷达在军事作战中发挥着不同的作用。
为了提高军事作战的效率和胜利的概率，军方需要根据实际需求选择合适的雷达装备。
车载导航激光雷达技术研究现状及其发展趋势
车载导航激光雷达技术研究现状及其发展趋势
车载导航激光雷达是一种在汽车导航系统中广泛使用的高精度传感技术。
它具有高分
辨率、高灵敏度、高精度、高稳定性等优点，可实现对车辆周围环境的三维感知和地图定位。
目前，车载导航激光雷达的技术研究重点集中在以下几个方面：
首先是增强激光雷达的检测距离和精度。
目前基于激光雷达的导航系统大多采用
Time-of-flight（TOF）测量方式进行距离测量，而一般激光雷达的最大测量距离为200米左右，如果能够将检测距离进一步提高，将有助于进一步提高导航系统的安全性和可靠性。
同时，随着高精度地图、高性能定位、高精度控制等技术的发展，需要进一步提高激光雷
达的精度，精度达到厘米级别。
其次是改进激光雷达的扫描方式和机械结构，以适应不同的应用场景。
当前常用的激
光雷达扫描方式主要有激光线扫描和旋转式扫描两种，不同的扫描方式适用于不同的应用
场景。
此外，激光雷达的机械结构也需要不断优化，以降低体积、重量和功耗，并增加可
靠性。
第三个是激光雷达与其他感知系统的融合，以实现更为全面和精确的环境感知。
当前，车载导航系统普遍采用多传感器融合的方式，将激光雷达、摄像头、超声波、雷达等多种
感知系统融合起来，以实现更为全面和可靠的环境感知。
最后一个是激光雷达的成本降低。
激光雷达作为导航系统中的核心传感器，成本占比
较高，因此需要不断降低其成本，以推动其在车载导航系统中的广泛应用。
未来，随着自动驾驶技术的逐渐普及，车载导航激光雷达将进一步发展，有望实现更
长距离、更高分辨率、更为全面的环境感知，从而提高自动驾驶车辆的安全性和可靠性。
导航雷达原理
导航雷达原理引言导航雷达是一种能够利用电磁波进行远程探测和测距的设备。
它的原理是利用发射出的电磁波经过物体后的反射来确定物体的位置和距离。
导航雷达的应用范围非常广泛，包括航海、航空、军事和民用领域等。
本文将从导航雷达的基本原理、系统组成、工作过程和应用等方面进行介绍。
一、导航雷达的基本原理导航雷达的工作原理是利用电磁波的直线传播特性和反射特性。
当发射的电磁波遇到物体时，会产生反射并返回到接收器，根据反射的时间和波速差异来计算出物体的距离和位置。
导航雷达的基本原理可以分为三个步骤：发射、传播和接收。
1.发射：导航雷达会通过天线发射一束电磁波，电磁波的频率通常在1-10GHz范围内，波长在米级。
2.传播：电磁波会朝着目标物体传播，当碰撞目标物体时，会发生反射。
3.接收：接收器接收到反射回来的电磁波，并根据反射的时间和波速差异来计算出物体的距离和位置。
二、导航雷达的系统组成导航雷达的系统组成主要由天线、发射器和接收器、信号处理器、显示器等部件组成。
1.天线：天线是导航雷达的核心组成部件，它用来发射和接收电磁波。
天线的设计和特性会影响到雷达的性能和功耗。
2.发射器和接收器：发射器用来产生并发射电磁波，而接收器用来接收反射回来的电磁波。
发射器和接收器通常是集成在一起的。
3.信号处理器：信号处理器用来处理接收到的电磁波信号，通过信号处理器可以确定目标物体的距离、方位和速度等信息。
4.显示器：导航雷达通常会配备显示器用来显示目标物体的位置和距离等信息，以便操作人员更好地判断和决策。
三、导航雷达的工作过程导航雷达的工作过程主要可以分为发射、接收和信号处理三个阶段。
1.发射：导航雷达通过天线发射一束电磁波，电磁波会沿着一个方向传播。
通常导航雷达会以一定的频率和功率发射电磁波。
2.接收：接收器接收到反射回来的电磁波信号，然后将信号送入信号处理器进行处理。
3.信号处理：信号处理器会处理接收到的电磁波信号，通过计算反射的时间和波速差异来确定物体的距离和位置等信息。
雷达方位避险导航操作流程
雷达方位避险导航操作流程
内容:
一、检查雷达系统
1. 打开雷达电源开关,等待系统自检完成。
2. 检查控制面板上的雷达状态指示灯,确保其显示正常工作状态。
3. 观察雷达屏幕,图像应清晰、稳定,无杂点和噪声。
二、启动雷达导航模式
1. 在导航模式选择窗口选择“雷达导航”模式。
2. 确认雷达已经锁定目标或地面参考点。
3. 点击“开始导航”按钮,启动雷达导航过程。
三、监控和调整飞行参数
1. 观察导航状态信息,确认飞机正在按雷达导航轨迹飞行。
2. 比较雷达屏幕图像与导航参考点的位置,调整飞机航向和高度,保持与参考点的相对位置关系。
3. 监控飞行速度和高度,保持在导航要求的范围内。
四、识别和规避导航障碍物
1. 在雷达屏幕上识别前方可能的障碍物。
2. 评估障碍物与飞机的相对位置关系,判断需要规避的方向。
3. 手动调整飞机航线和高度,绕过障碍物。
4. 过障后恢复雷达导航状态。
五、结束雷达导航
1. 当飞抵目的地时,点击“结束导航”按钮退出雷达导航模式。
2. 转入目视导航或着陆模式,执行目的地进近和着陆操作。
3. 完成任务后关闭雷达电源。
机场导航雷达信道特性及其应用研究
机场导航雷达信道特性及其应用研究机场导航雷达是一种应用于机场的无线电设备，目的是检测飞机的位置和高度，确保飞行安全。
信道特性是该技术的核心之一。
在本文中，我们将介绍机场导航雷达信道特性及其应用研究的相关内容。
一、机场导航雷达信号传播特性机场导航雷达信号的传播特性主要受到以下因素的影响：1. 雷达信号在大气介质中的传播：雷达信号会随着大气介质的变化而发生衰减。
主要表现为散射、吸收、折射、反射等现象。
2. 地形：地形对雷达信号的传播也有一定影响。
如在山区，雷达信号会被山体反射和遮蔽，导致信号强度变弱。
3. 建筑物：建筑物对雷达信号的传播同样有一定影响。
如在空旷的地方，雷达信号会传播更远、更明显，而在城市中，高楼大厦、电线杆等建筑物将对雷达信号造成遮挡和反射。
基于以上元素协同作用，机场雷达信道存在高频衰减、多径干扰和随机微动等特性。
二、机场导航雷达应用研究机场导航雷达信道特性具有广泛的应用价值，主要可以体现在以下几个方面：1. 机场气象预报：借助机场雷达的高清图像，可以更加精确地预测天气状况。
同时，也可以掌握和评估限制飞行的安全因素，及时判断运行机组的飞行条件。
2. 空域监视：机场雷达还可以用于监视空域内的飞行器，并及时发现异常的飞行器，如无人机侵入。
3. 飞机控制：机场雷达还可以用于飞机的导航和控制。
它能够对起降飞机进行时间、位置、高度检测，实现飞机起降、航线规划和飞行指挥。
三、机场导航雷达应用前景展望机场导航雷达的应用前景十分广泛。
在未来，机场导航雷达将更加智能化和自动化，进一步提高机场的飞行安全性能。
1. 智能化：随着智能化技术的发展，机场雷达将带有更多的自主判断能力，能够识别更多的飞机型号和地形障碍物，以及更快速地感知危险性。
2. 自动化：现代机场正朝着更加自动化的方向发展。
机场导航雷达也将配备更先进的防护措施，保证系统的稳定性和可靠性。
结论总之，机场导航雷达信道特性及其应用研究是目前热门研究方向之一，相关领域还有许多需要深入探索的问题。
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导航雷达概念：导航雷达是供探测周围目标位置，以实施航行避让、自身定位等用的雷达。
船舶上供探测周围目标位置，以实施航行避让、自身定位等用的雷达。
船上装备雷达始自第二次世界大战期间，战后逐渐扩大到民用商船。
国际海事组织(IMO)规定,1600吨位以上的船只须装备导航雷达。
导航雷达的一项重要任务是目标标绘，这项任务正逐渐改由自动雷达标绘装置来担任。
国际海事组织还规定所有 1万吨位以上的船只逐步装设这种装置。
一般雷达把自身作为不动点表示在平面位置显示器（见雷达显示器）的中心。
但在航海中，船舶自身在运动，总是与固定目标或运动目标作相对运动。
适应航海环境的雷达，应是真正运动的雷达，须能自动输入船舶自身的航速和航向，数据必须相当准确。
第二次世界大战以后，微波航海雷达的基本结构并无很大的改变，磁控管发射机、高灵敏度接收机、双工器、天线和显示器的工作原理均与以前的相同，但性能和可靠性已经得到改进。
应用固态电子技术，使设备的可靠性有了很大的提高。
现代航海雷达除磁控管和阴极射线管以外，其他有源电路元件基本上已全部使用晶体管和集成电路。
由于电路改进，脉冲宽度已从1～2微秒减至0.1微秒，磁控管峰值功率已从3千瓦提高到50千瓦，从而目标分辨力和灵敏度得到提高。
开槽波导天线阵列使天线波束宽度从2°减至0.7°或0.8°，使目标方位辨别能力得到提高。
由于这些改进，在40厘米平面位置显示器上可描绘出航线式图像，便于船舶在沿海岸线航行和进出港时标绘。
60年代后期，利用小型计算机研制成功自动雷达目标跟踪和估算系统，它能处理雷达视频电压，检测和跟踪目标，测量船舶与目标之间的相对运动，预计目标未来的运动和最接近点，协助驾驶人员采取回避动作。
导航雷达和自动雷达标绘装置是航海领域内的重要设备，是驶近陆地、引导船舶出入港口和窄水道的必要设备。
多普勒导航雷达利用多普勒效应测量飞机飞行速度的机载导航雷达，与机上航向设备、导航计算机等组成自主式航位推算多普勒导航系统。
利用多普勒效应测量飞机飞行速度的机载导航雷达，与机上航向设备、导航计算机等组成自主式航位推算多普勒导航系统。
多普勒效应用于飞机导航的研究开始于1945年末。
随后,美国研制出第一个多普勒导航系统AN/APN-66 。
后来很多国家也相继开展多普勒雷达的研制工作。
50年代，研制和生产出多种类型和用途的多普勒导航雷达。
60年代，多普勒导航雷达在理论、技术和应用上趋于成熟。
此后，主要工作是使设备减轻重量、小型化和多功能，提高可靠性和同其他设备组合使用。
多普勒导航雷达
工作原理机上的多普勒导航雷达（图1）向地面发射电磁波，因飞机与电磁波照射的地面之间存在相对运动，雷达接收到地面回波的频率f r与发射电磁波的频率f t相差一个多普勒频率f d
式中V为飞机的飞行速度,一般为空速和风速的合成速度；γ为速度V与雷达波束轴线之间的夹角。
已知飞机的俯仰角θ、侧滚角ζ时，在图1的地平坐标系中可把V分解成沿坐标轴x、y、z的三个速度分量V x、V y、V z。
仅由上式不能解算出这三个速度分量。
至少须有三个波束,测出三个独立的多普勒频率f d1、f d2、f d3，才能解算出V x、V y、V z。
这样，可分别求出飞机的地速w和偏流角α
因此，多普勒导航雷达实际上是机载的飞机速度传感器或地速、偏流角传感器。
多普勒导航雷达
设备组成多普勒导航雷达由发射机、接收机、天线系统、频率跟踪器、偏流角和地速解算器、指示器等部分组成（图2）。
①发射机：产生稳定的射频振荡，工作于厘米波波
段。
②接收机:接收和放大地面回波信号,分离出含有飞机相对地面运动信息的多普勒频率。
由于天线波束有一定宽度，多普勒频率实际上是类似钟形的多普勒频谱。
③天线系统：产生多个针状或扇形定向波束，向地面发射电磁波，接收地面回波。
天线系统一般包括馈线、收发开关、波束开关和天线。
常用的天线是缝隙波导阵天线（见缝隙天线）或喇叭透镜天线（见喇叭天线、透镜天线）。
④频率跟踪器：将接收机输出的多普勒频谱变换成便于测量的单频，对准并跟踪多普勒频谱的中心频率。
频率跟踪器中还设有信噪比测量电路和控制电路，以避免错误跟踪和保证连续可靠的工作。
⑤偏流角和地速解算器：根据频率跟踪器输出的多普勒频率和陀螺系统输出的俯仰、侧滚数据、计算出偏流角和地速，送至导航计算机进行航位推算，同时输送至指示器。
⑥指示器：指示飞机的地速和偏流角数据。
类型多普勒导航雷达的载波调制方式可分为简单连续波方式、窄脉冲调制方式、间断连续波方式、正弦调频连续波方式和伪随机码移频键控方式。
调制方式对多普勒导航雷达的性能有很大影响，如能否测量零速度、负速度、垂直速度，能否测高，以及雷达的最低工作高度和最高工作高度，适应机动飞机的能力，雷达的体积和重量等。
不同调制方式的多普勒导航雷达各有优缺点。
多普勒导航雷达天线有两种安装方式。
一种是将天线安装在平台上，平台伺服系统使天线平面与地面保持平行。
偏流角伺服系统使天线在平台平面内转动，对偏流角进行跟踪，天线纵轴与平台纵轴间的夹角即为偏流角。
把来自天线前左（右）、后右（左）两波束接收的回波相互差拍，得到多普勒频率，它正比于地速。
这种安装方式用于窄脉冲调制多普勒导航雷达。
另一种是将天线固联在飞机机体上。
这时发射机向接收机提供稳定的相干本地振荡，与天线接收的回波进行差拍，得到多普勒频率。
根据测出的多个多普勒频率，结合飞机的俯仰、侧滚数据，解算出地速和偏流角。
这种安装方式通常用于除窄脉冲调制方式以外的其他调制方式的多普勒导航雷达。
这种雷达能测量零速、负速和垂直速度。
为了求解飞机的三个速度分量，雷达天线至少产生三个波束，但当已知飞机的攻角时，也可使用双波束天线。
双波束采用V形配置。
三个或三个以上的波束通常采用Y形或X形配置。
窄脉冲调制雷达采用X形波束配置。
性能多普勒导航雷达测速误差约为0.2％,测偏流角误差约为±0.5°。
在海面工作时，测速误差可增至4％，经修正后仍可达1％。
多普勒导航雷达是机上唯一能精测地速和偏流角的设备，有一定的抗干扰能力，适用于俯仰、翻滚幅度不大的飞行器。
多普勒雷达设备主要应用于轰炸机、运输机、侦察机、无人驾驶飞机和直升飞机，在民航飞机上也可使用。