9-1雷达基本工作原理

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
信号连接 。
显示特点：（在狭水道艏偏荡或转向频繁时用有利避
碰）
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，按动 “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
2. 方位圈的0°代表真北，船首线指航向值。物标方位为真
方位。“真方位显示方式”
3. 本船转向时，wenku.baidu.com首线移向新航向，而周围固定图像稳定不
动。
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海图平面
270°(T)
240°(T)
Course 240 航海视景
Course 270
0
270°
0
240°
North up
25
2.2.1.3 航向向上显示方式（Course-up ）
1
航海雷达
绪论
三、 雷达定义：(Definication)
是一种利用物标对电磁波的反射特性，来探测与测量物标的 一种无线电设备。
目标
雷达
2
航海雷达
四、航海上为什么要用雷达？
当在雾天、夜间航行等能见度不良时 如何判断周围有目标？是否会相撞？ 或者在海图上进行定位呢？ 就必须用雷达→
探测目标 ——判别本船周围是否有目标存在？ ——以亮点形式显示出来。
把微弱的信号进行变频，放大，检波成视频信号，送往显示器。
6）显示器(Display,Indicator)
(1)把接收机送来的视频脉冲进行放大，处理，显示。 （2）产生扫描及各种标志信号，完成对目标的测量。
7）电源 (Power Supply)
把船电变换成一定频率及功率的要求，供各分机用电
36
雷达发射机
外观
43
内部
44
45
46
47
48
49
50
1、波导（Waveguide） 作用：传输微波能量（从收发机→天线） 2、天线[天线辐射器] 作用：定向收发信号。 特点：1）收发共用；2）高度定向性。
天线转速：15～30 转/分钟 要求：水平面内、均匀、向右旋转。 3、驱动马达（Driving Motor） 作用：带动天线匀速旋转 速度：1000～3000 R/MIN 类型：船电不同
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。
13
航海雷达
雷达基本工作原理
绪论
T2 一. 测距原理
说明：1）O----T 之间的距离为 S（未知）
2）电磁波往返时间为Δt
△t = t2 - t1
[ t2：该电波反射回到天线时刻； t1：电波从天线发射时刻 ] 2S = C ·△t
该目标——不能被探测——无反射 ∴ 主波束轴方向——代表O—T之间的方向；
[理解：→第1要点] d、由于显示器扫描线与天线同步旋转
即：当主波束扫到某一方向——扫描线相应扫在这一 方位上。
[理解：→第2要点] ∴ 该目标回波——就会立即在该方向上显示出来。
18
航海雷达
测向原理：
绪论
由于天线具有高度的定向性，只有天线主波 束对准该目标时，才能探测到该目标，即天线 的方向就是目标的方向。由于显示器扫描线与 天线同步旋转，所以该目标回波就会在相应的 方位上显示出来。
雷达发展方向——小型化、智能化、数字化。
典型：ARPA 、自动驾驶仪 与ECDIS、 AIS 组合。
知识不断更新——适应时代发展。
8
航海雷达
第一节 雷达目标探测与显示原理
一. 雷达目标测距测方位
9
雷达所能发现的所有目标
船舶 岛屿（陆地） 浮标 海浪杂波 雨雪杂波
10
11
1、雷达图像特点
现代的船舶导航雷达系统：随着现代科技的发展，和基 于信息化平台的新型航海仪器和设备不断出现，将电子 定位系统GPS\AIS\LRIT\ENC或可提供丰富的水文地理 数据的其他矢量海图与传统的导航雷达实现数据融合与 信息共享。
SOLAS公约要求，2008年7月1日之后装船雷达设备应 能满足IMO MSC.192(79)船舶导航雷达性能标准规定中， 其标准配置和扩展选装配置如下：
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海图平面
270°(T)
240°(T)
Course 240 航行视景
Course 270
0
0
Head up
23
2.2.1.2 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、导航）
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。
用来协调和同步和各单元及系统的工作。
2）发射机（Transmitter)
在触发脉冲的作用下，产生一定宽度（ τ ）﹑一定 幅度、足够功率的发射脉冲（射频脉冲）。
分为X波段和S波段, 其中：
X波段频率: 9400100MHZ, λ3cm
34
S波段频率:3000 100MHZ, λ10cm
航海雷达与ARPA
1、 组成框图
绪论
原理组成——七部分
3）收发开关(T-R switch,T-R cell)
收发转换
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航海雷达与ARPA
绪论
4）天线部件(Scanner,Antena,Aerial)
收发信号
把天线角位置和船首信号送往显示器。
天线特点：1）收发共用；

2）高度定向性
5）接收机(Receiver)
第九章 船用导航雷达
绪论
一、 雷达名称：(Name)
“Radio Detection and Ranging” （无线电探测与测距） RADAR (英文缩写) 雷达( 音译)
二、雷达起源
问题（在第一次世界大战中）：---如何尽早发现飞机？ 启发：仿生学--------蝙蝠 方法：利用电磁波来发现目标?
∴ S = C △t
2
（1-1-1）
C：电磁波传播速度，常数 C = 3×108 米/秒
T1
S2
S1
Δt
O
发射（往） 接收（还）
Δt
14
航海雷达
绪论
原理：通过测量本船与目标之间电磁波的往返时间
（Δt）， 就可以测量出本船与目标之间的距离（S）。 [实际上]：在雷达上直接把时间△t→转换成距离（海里表
51
4、传动装置（Driving Device）
作用：传动；减速。Rd：15～30 r/min。
类型：
齿轮；
皮带。
5、方位同步发送机（Bearing Transmitter）
作用：把天线角信号→电信号→显示器方位同 步接收机
（带动扫描线与天线同步旋转）
6、船首位置信号产生器（Heading Positioning Signal Generator）
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二 雷达显示方式
按船舶运动参照系划分
真运动TM 相对运动RM
按图像的指向模式划分
艏向上（H－UP） 航向向上（C－UP） 真北向上（N－UP）
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1、 相对运动显示方式
是指无论本船是否运动，在雷达屏幕 上，代表本船位置的扫描中心固定不动， 所有目标都与本船作相对运动即目标在屏 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。
31
32
航海雷达与ARPA
1、 组成框图
绪论
原理组成——七部分
33
航海雷达与ARPA
1、 组成框图
绪论
原理组成——七部分
2、各部分作用
1）触发电路（Trigger) (又称定时电路，或称定时器）
每隔一定时间（Tr）产生一触发脉冲（定时脉冲） 它是雷达整机的定时系统。 Tr--------脉冲重复周期
船用雷达只研究水平面 和垂直面的方向性图。
L
CB
半功率点
P
θH A
B
R
C
半功率点
水平方向性图
21
2.2.1.1 船首向上显示方式 （ head-up） 显示特点：（用于避碰） 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。 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。
旁瓣
主瓣
半功率点
重要参数：
θv——天线垂直波束宽度：在垂直方向，半功率是之间的夹角（15 -30° ）
θn——天线水平波束宽度：在水平方向，半功率是之间的夹角（ 1--162° ）
航海雷达
雷达天线
绪论
17
航海雷达
2、测向原理
绪论
过程分析：
a、天线高度定向性——θh b、只有当主波束对准目标——该目标接收电波——反射 c、当偏离目标——主波束不对准
方位圈0°为止。
26
海图平面
270°(T)
240°(T)
Course 240 航海视景
Course 270
240
240
0
0 270
0
0
Course up
270 0
0
27
2、 真运动雷达显示方式
需要接入罗经（航向）和计程仪（航速）信号。 显示特点:
代表本船的扫描中心在屏上按本船的航向航速 移动，固定物标在屏上稳定不动，活动物标与其在 海上实际运动状态相同，按各自的航向和航速移动 。屏上画面像在空中俯看海面一样。
二战中发展 二战后 → 民用 → 航海上。
结构上——电 子管 → 晶体管 → IC → LIC。
功能
一维：距离 二维：距离、方位 三维：距离、方位、高度 多维：距离、方位、高度、速度、航向等
7
航海雷达
绪论
航海技术发展：通信导航技术发展快。
GMDSS、 ARPA AIS、VDR、ECDIS等。
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计程仪 (1) 相对，对水稳定真运动显示方式 (2) 绝对，对地稳定真运动显示方式
1. 在狭水道导航时用对地稳定真运动显示方式； 2. 在标绘、计算及判断碰撞危险、采取避碰措施时用对水稳 29
定真运动显示方式。
3、雷达显示方式选择
相对运动RM：有利于判断目标船的碰撞 危险，及早作出避碰决定；
真运动TM：
对水真运动能够方便、准确在判断目标船的 动态，有助于驾驶员根据会遇局面和避碰规 则作出避让决策；
对地真运动能够及时监测本船相对 于海岸 和固定碍航物的航行动态，有利于航行监视， 尤其是在狭水道或进港靠泊时的取佳选择。
30
第三节 雷达设备工作原理
1 雷达系统配置
传统的船舶导航雷达系统：由天线、收发机、显示器、 电源组成。
雷达------是船舶航行不可缺少的、重要的导航仪器！
是驾驶员的“眼睛”！
5
雷达/ARPA, ECDIS, GPS/DGPS和自
动舵构成的自动船桥系统是未来主要的导
航系统
6
航海雷达
七、雷达的发展概况
绪论
30 年代：1935年第一部 Rd→英国，当时为战争服务。 一维------测距，探测飞机。
作用：当天线转到船首时，产生—标志信号
（送往显示器使其产生船首标志线）
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类型： ①触点式
a、机械式； b、干簧管开关
②无触点式
a、光电耦合；b、同步发送机某-相取出零点。
53
雷达天线主要技术指标
（一）方向特性图：天 线辐射波的功率（或场 强）与方向的关系，立 体图。
分：
①功率方向特性图； ②场强方向特性图。
雷达图像基本元素（如上图）
将雷达传感器探测到的本船周围目标以平面 位置图像显示在平面光栅显示器上。
雷达图像特点
雷达平面光栅显示器除有用的各种回波外， 还显示各种干扰杂波、假回波。
雷达回波图像与海面真实物标不尽完全同， 表现为：P511 （共12种）
12
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
示）。
条件：电磁波传播满足：
1）直线 2）等速 3）反射 注意：时间单位：1S = 103 ms = 106 us
15
航海雷达
绪论
二. 测方位原理( Bearing, Azimuth )
1. 雷达天线方向性：辐射功率与方位的关系
----具有高度的定向性！
----扇形
垂直方向
θv 轴线θh
水平方向
作用：在触发脉冲作用下，产生大功率射 频脉冲。
37
收发机外形图
38
发射机 磁控管
触发 电路
中频逆 变器
微波传输线
接收机 监测 电表
39
磁控管 40
收发 开关
41
2 雷达天线系统
[回顾]雷达天线系统的作用： ①定向收发信号 ②把天线角位置信号(包括HL标志信号） →显
示器
42
一、系统组成及各部分作用
测量目标 —测量出（水面以上）目标的： 方位（Azimath） 距离（Range）
绪论
T1 T2
O
3
航海雷达
五 、雷达的工作频率
绪论
4
航海雷达
六、雷达在航海上的应用
(Application in navigation)
绪论
1）定位 (Positioning ) 2）导航 (Navigation ) 3）避碰 (Avoidance Collision )