船舶导航雷达

第九章 船舶导航雷达
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
第二节 雷达观测性能与观测技术 第三节 目标观测特性 第四节 影响雷达正常观测的因素 第五节 雷达定位与导航
第六节 雷达目标跟踪
第七节 雷达显示AIS报告目标
第八节 影响目标跟踪精度的因素
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
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 被雷达天线接收后经过接收系统处理，最终在 显示器上显示为加强亮点，这些加强亮点就是 目标回波。 雷达系统将雷达传感器探测到的本船周围目 标以平面位臵图像的方式显示在屏幕上。 ► 目标距离和方位的测量都是在显示器上通 过测量目标回波来完成的。
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臵 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 域，船舶不同航次，回波图像也会有差别； ► 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； ★★★ 由于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响相对应。
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
雷达测距原理
发射时刻：t1 到达目标的时刻：t1+（t2 - t1）/2
利用电磁波特性： （1）直接传播（微波波段） 接收时刻：t2 （2）匀速传播（同一媒质中） R （3）反射特性（在任何两种媒质的边界面） 假设雷达发射电磁波脉冲的时刻为t1， 接收反射回来的电磁波脉冲的时刻为t2， 电磁波往返于雷达天线与目标之间的 时间为△t，则△t=t2 – t1，电磁波在空 间传播的速 度为C（约3×108m/s），则目标的距离：R=C*△t/2
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
雷达测方位原理
固定方位圈 0°刻度方向
β
天线的辐 （1）利用电磁波特性。 β 射方向 （2）雷达天线是定向圆周 （很尖锐） 扫描天线，在水平面内， 实际的 天线辐射宽度1°，所以对 船首线 船首线 于每一特定时刻，雷达只 扫描线 船舶天线俯视图 显示器 能向一个方向发射电磁波， 同时也只能在这个方向上接收目标回波，实现这个方向的测向。 同时雷达天线在空中以船首为方位参考基准，环360 °匀速转动， 从而实现不同方位的测向，天线转速大约为为20RPM。 （3）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和送到屏幕显示。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。本船的航向知道的，因此也就可以得到目 标的真方位了。
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 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臵向周围扩展；
Baidu Nhomakorabea第四篇 航海仪器
第九章 船舶导航雷达
第九章 船舶导航雷达
第九章 船舶导航雷达
★ 什么是雷达呢？ 雷达发射微波脉冲（即电磁波）对目标进行照射， 同时接收目标对电磁波的反射回波，从而发现目标 并测定其参数，即利用电磁波来完成对目标的成像、 识别、检测、定位和跟踪。 电磁波具有似光性，在地球表面近似以光速直线传 播，遇到物体后会被反射回去。 英文：Radar---Radio Detection And Ranging，即 无线电探测与测距。 ★ 应用于船舶导航的雷达成为船舶导航雷达 （Shipborne Navigation Radar），亦称航海雷达 （Marine Radar）或船用雷达，在航海中通常简称雷 达。
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
第九章 船舶导航雷达
● IMO在雷达性能标准中指出:雷达通过显示 和识别其他水面船只、障碍物和危险物、导航目 标和海岸线等相对于本船的位臵，来帮助船舶安 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，确定船舶位臵， 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。
相对方位 真方位（TB）
航向向上（C-up） ►按照船舶运动参照系分为：相对运动显示方式和真运动显示方式 相对于本船的运动方式称为相对运动显示方式（RM，Relative Motion) 相对于水面或相对于地面的运动方式称为真运动显示方式（TM， True Motion) ►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―步分为船首向上、真北向上和航向向 上等显不方。
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 位臵显示器），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、雨雪、同频干扰、云雾、噪声、假 回波等。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。
目标P
为了能在雷达屏幕上测量本船到目标船的距离，工程师将电子从雷 达回波图像区域中心扫描到边缘的时间（扫描线长度）设计成正好对 应于雷达所选用量程的电磁波往返传播时间。例如：雷达12n mile的 量程相当于雷达波传播了24n mile，所花费的时间是148.2μs，即扫描 线的长度也应为148.2μs ，从而使在12n mile以内的任意海上目标与本 船的距离，与屏幕上目标显示的位臵到回波图像区域中心的位臵相准 确对应，这样，驾驶员就可以利用距离测量工具（RR或VRM）估算 或准确测量目标的距离。
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
雷达显示方式
雷达设有不同的图像显示方式以满足在不同航行环境下的驾 驶员观测需要，从而保证船舶航行安全。
船首向上（H-up） 相对方位
相对运动（RM）
显示方式 真运动（TM）
真北向上（N-up） 航向向上（C-up) 船首向上（H-up） 真北向上（N-up）
真方位（TB）
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
在雷达屏幕上，HL（Head Line）称为船首线，指示船首 方向，来自本船艏向装臵（THD）或陀螺罗经。 发自于扫描起始点的径向扫描线在屏幕上沿顺时针方向 匀速转动，转动周期与雷达天线在空间的转动周明一致。 屏幕上等间距的同心圆称为固定距标圈（Range Ring， RR），每圈间隔2n mile，用来估算日标的距离。与固定距 标圈同心的虚线圆是活动距标圈（Variable Range Mark， VRM），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 Line）称为电子方位线，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 Line，ERBL）,可以通过一次性 操作同时测量目标的距离和方位。
第一节 雷达目标探测与显示基本原理
统一公共基准点CCRP（Consistence Common Reference Point）：是雷达IBS（情报系统库 Information Bank Sysrem）中的重要组成部分，是 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 Closet Point of Approach ，CPA) 和航行到最近会遇距离所需时间（Time to the Closet Point of Approach，TCPA）等的参考点， 通常是雷达天线辐射器在雷达屏幕上的对应位臵。 最性能标准要求CCRP可以由驾驶员根据需 要设臵，典型位臵通常为驾驶台指挥位臵。
第一节 雷达目标探测与显示基本原理 雷达图像基本元素
本船周围有一岛屿，另有 一目标船与本船相向行驶 B图为海平面 俯视图，本船 航向000°，目 标船航行在本 船右舷，岛屿 在本船左舷后 C图为雷达屏幕，扫描 中心（起始点）为本船 参考位臵，量程为12n mile，即在雷达屏幕上 显示了以本船为中心12n mile为半径的本船周围 海域的雷达回波。