船用雷达 详细介绍.ppt

.,船舶导航雷达,.,第一章雷达基本工作原理,引言,Radar Radio detection and ranging,无线电探测和测距,雷达：发射微波脉冲 探测目标回波 测定目标信息,.,雷达目标,雷达所能发现的目标： 船舶 岛屿（陆地） 浮标 海浪杂波 雨雪、云雾杂波,.,目标信息,直接测得： 相对位置（距离和方位） 经计算得到： 真速度 真航向 CPA（Closest Point of Approach) TCPA(Time to CPA),.,第一节 雷达测距与测方位原理,方向扫描,量程:,回波 (10 nm),t123.5 s,荧光屏边缘,本船,目标,岛屿,12 nm,目标船,90,245,245,EBL,90,180,270,0,方位标志,海图平面,雷达平面,Fig. 距离与方位测量,扫描线,固定距标圈,HL,岛屿,本船,雷达不能探测目标的背面，因此目标的后沿是不可见的.,.,.,如t = 1s，则，R = 150 m；对应于1 nm 距离， t 12.35 s,1、利用收发定向天线 ，只向一个方向发射雷达波且 只接收此方向上的目标的反射回波 2、天线旋转依次向四周发射雷达波，则可探知周围 物标的方位天线的方向即目标的方向,第一节 雷达测距与测方位原理,荧光屏的单位长度：在不同量程代表不同的距离,一. 雷达测距原理,2、测距公式：R = 1/2 C t,t ： 往返于天线与目标的时间 C: 电磁波在空间直线传播速度 C = 3102 m/ s,二. 雷达测方位原理,1、物理基础：超高频无线电波在空间直线传播 遇物标能良好反射,.,发射脉冲,显示器,回波,Fig1-2 (2),发射机,接收机,电源,船电,船首线,微波传输线,天线,方位,回波,T/R,触发器,Transmitter,Receiver,T/R,天线,收发机,显示器,ARPA,Fig1-2(1),触发器,方位与船首线,第 二 节 雷 达 基 本 组 成 、 作 用,回波,.,1、定时器（触发电路、同步电路等）：,是雷达的指挥中心，产生周期性的窄脉冲触发脉冲,送：1）发射机：控制发射开始 2）接收机：控制近距离增益 3）显示器：控制计时开始,2、发射机：在触发脉冲控制下产生周期性的大功率射频脉冲 微波脉冲、发射脉冲、雷达波,3、收发开关：,发射时，关闭接收机，大功率射频脉冲送天线； 接收时，接通接收机，微弱回波能量送接收机。,一、基本组成七部分及作用：,4、天线：定向收发天线，将发射机送来的射频脉冲聚成细束 集中向一个方向发射，并接收此方向物标反射回来 的雷达波（回波）送接收机。,第二节 雷达的基本组成、作用,.,第二节 雷达的基本组成、作用,5、接收机：超外差式，将微弱回波信号放大千万倍以符合 显示器要求。 V 几十V,6、显示器：平面位置显示器（PPI）。显示与测量目标，目标 回波按目标的实际距离和方位显示在荧光屏上； 且配有测量系统供随时测量。,7、雷达电源：把船电变成雷达所需的中频交流电。 400 2000 Hz,二、雷达单元构成,1、三单元雷达： 收发机（触发电路、发射机、接收机、收发开关） 显示器、天线、中频电源 2、二单元雷达： 天线收发机、显示器、中频电源,.,现代雷达 IBS的重要组成部分 定位、导航、避碰,雷达 罗经 计程仪 GNSS AIS ECDIS,主要传感器,三、雷达传感器与IBS,.,第二章 船用雷达设备,.,一、组成部分及作用,第一节 雷达发射机（Transmitter）,组成：脉冲调制器（预调制器、调制器） 磁控管振荡器 电源（低压、高压）,.,二、发射机技术指标,S 波段：10 cm; f=2 9003 100 MHz 如：3 050 MHz X波段: 3 cm; f=9 0009 500 MHz 如：9 375 MHz,2.脉冲宽度（）：发射脉冲的持续时间。,Rmax,3.脉冲重复频率（F）：每秒钟发射的脉冲数 500 4 000 Hz,1.工作频率（波长） ：超高频（正弦波）的频率范围,天气好: X band; 天气坏(雨/雪) : S band,一般= 0.041.2s,随量程改变：近量程，窄脉冲；远量程，宽脉冲,随量程改变：近量程，高F；远量程，低F,周期T （=1/F） 根据量程需要选择时间基准,即船用雷达 磁控管工作频率,.,4.发射功率：指峰值功率，一般375 kW,p,故障 ,R max ,天线旁瓣干扰 ,tt: 前沿上升时间 0.10.2 tf: 后沿下降时间 0.20.4 u: 顶部波动值 25%,3）二者关系,1）峰值功率 pt: 在脉冲持续时间内的平均功率,2）平均功率 Pm: 一个脉冲重复周期内输出功率的平均值,5.脉冲波形：发射脉冲的包络,理想脉冲: 矩形,实际波形:,波形：,1）越接近矩形，能量越大， 作用距离越远,2）前沿越陡，测距精度越高,3）后沿越陡，距离分辨力 越高,4）顶部越平坦，发射功率和 频率越稳定,杂波,.,三、磁控管振荡器,第一节 雷达发射机（Transmitter）,1.作用：产生大功率超高频微波振荡（正弦波）,2.组成：阴极和灯丝、阳极、输出耦合系统、磁铁,3.工作条件：,1）灯丝加6.3 V交流电压，加热阴极使其发射电子,2）阳阴极间加高压电场：阳极接地，阴极加万伏高压,3）必须加永久恒定强磁场,4）输出负载阻抗匹配，保证功率和频率稳定,.,4.磁控管的检查：,万用表欧姆档测灯丝阻值：其阻值接近于0（几个欧姆）正常,兆欧表检查阳阴极之间绝缘电阻：其值应大于200 ,5.使用注意事项,1）阴极充分预热35分钟，暂时不用只关高压,2）保护磁性，严禁敲打，铁磁物相距大于10 cm,3）防高压触电，防电磁辐射，带电检查需两人在场,4）波导天线连接要良好且水密防变形，禁拆波导开高压,5）新管或长期不用（大于6个月 ）的使用前应进行老练， 防管内打火,老练方法：,1.只加灯丝电压工作半小时以上 2.加较低的高压工作一段时间（时间视具体情况定） 3.如无打火现象，逐渐加高压到正常值,.,通过收发箱内的表头或显示器上的磁控管电流指示判断 有正常；无不正常,四、正常工作标志,第一节 雷达发射机（Transmitter）,五、性能检测,1.磁控管工作是否正常,2.性能监视器,1）查磁控管电流：,等于说明书规定值正常 等于零不发射 大于或小于规定值管子衰老或高压太高或太低 电表指针抖动管内打火,2）查输出有无：,拆开收发机波导接头，氖灯置于口端约1015 cm 氖灯闪亮表明正常,.,第二节 微波传输线及雷达天线系统,一、微波传输线,1）要求：损耗小，防止辐射、干扰、失真,2）种类：波导、同轴电缆,1.同轴电缆： 用于10 cm雷达 由内外两层导体构成，严格同轴,2.波导：用于3 cm雷达,由矩形空心管构成 由铜拉制成,.,波导元件,第二节 微波传输线及雷达天线系统,均匀波导：,不均匀波导：,直、扭、弯、软波导,谐振腔、带销钉的波导、 分支、开缝波导等,波导接头：扼流接头 波导旋转接头：耦合环探针 不能随便拆卸调整,.,第二节 微波传输线及雷达天线系统,二、天线系统,组成部分及作用,.,天线：隙缝波导天线,定向收发共用天线，水平极化,.,第三节 收发开关和雷达接收机的组成框图,微波集成电路,第二章 船用雷达设备,.,第三节 接收机,混频器：,把回波信号（fS）与本振信号（fL）通过非线性元件混频产生含许多新频率的信号，经过选频电路选出本振信号与回波信号的差频中频信号（fI）,混频二极管（混频晶体）,检查：万用表R100或R1 k档测正反向电阻， 严禁使用R1或R10 k档，损坏晶体 反正电阻比应大于100以上,电流：说明本振和混频晶体是否工作。具体数值查说明书,注意：铅管屏蔽（防高频辐射）、防振、防潮保管 更换或检测时应关高压，取下装上人机同电位,回波幅度: V 级 本振输出: mV级,晶体电流值只由本振输出决定,.,第三节 接收机,本振调谐：,调节本振频率使之比回波频率正好高一个中频， 回波图象最佳,粗调：大范围改变振荡频率,细调：小范围改变振荡频率,机械调谐：调节谐振腔尺寸（决定中心振荡频率）,电气调谐：调节工作电压,自动调谐：自动频率控制电路（AFC）完成,人工调谐：手动调节电位器改变本振工作电压,粗调时机：,更换磁控管后 本振元件更换后 本振频率不正常时,平时操作雷达的控制面板调谐标准：,图象清晰饱满 调谐指示表指示最大,.,海浪干扰,.,第三节 接收机,二、雷达接收机主要技术指标,1、接收机灵敏度：,接收微弱信号的能力。用最小可辩功率Pmin表示,一般1012 1014 W，接收机放大量应106 108（120 160 dB）,2、其它：,同频带、动态范围、工作稳定性、抗干扰性能、恢复时间等,.,第三节 接收机,三、接收机工作状态判断,1.噪声斑点: 调节增益，噪声变化,2.晶体电流: 收发机内的表头，是否正常,3.接收性能监视器：,.,第四节 雷达显示系统,模拟系统 数字系统,一、模拟系统,.,第四节 雷达显示系统,二、数字系统,原始视频量化数字视频处理 按显示要求读出还原模拟信号显示,1. 基本原理：,b,光栅雷达信号,光栅扫描 雷达,PPI/ 光栅扫描转换,扫描信号 发生器,直角坐标 数据内存,a,c,d,e,基本雷达,天线,收发机,视频量化,定时,方位量化,a 原始方位和船首信号；b 触发脉冲；c 原始视频； d 数字方位信号；e 数字视频,将原始视频杂波抑制，然后与天线方位信号、船艏信号量化 进行坐标转换，产生光栅扫描信号,.,第四节 雷达显示系统,三、测距、测方位的误差测定和校正：,1. 测距误差的测定和校正,1）固定测距误差：扫描起始时间误差,测定：选一个 2 n mile内、位置在海图上明确且回波清晰的目标，海图上量出或用其它方法精确测出实际距离，然后与雷达测的距离比较。,调整：调节触发延时,2）活动距标误差：,测定：以固定距离标志圈为准,校正：按说明书有关内容进行调整,.,第四节 雷达显示系统,2. 测方位误差的测定和校正：,1）相对方位（舷角）误差：艏线位置不正确,测定：用方位分罗经测物标真实相对方位（舷角），与雷达 测得的该物标的相对方位（舷角）比较,校正：调整艏线延时,2）船首线指零误差：扫描线与天线旋转不同步,测定：艏向上显示，艏线未对准固定方位圈的0度， 当误差值超出1时应进行调整,校正：调整方位延时,.,第五节 雷达显示方式,一、分类,1.船首线指向分：船首向上、真北向上、航向向上,2.扫描中心（起始点）运动分：相对运动、真运动,3.扫描中心（起始点）位置分：中心显示、偏心显示,二、相对运动（RMRelative Motion）显示：,1.特点,1）代表本船的扫描中心（起始点）在屏上不动,2）运动目标以航速和本船航速的合速度作相对于本船的运动,3）固定目标以与本船相等的速度、相反的航向移动,2.应用,适于避碰、定位,.,第五节 雷达显示方式,三、真运动（Course-up）显示：,代表本船的扫描中心在荧光屏上以本船速度沿本船航向移动,需输入 航向 和 速度 信号,1.分类,1）速度输入源分：计程仪、模拟速度真运动 2）船首线指向分：真北向上、航向向上真运动 3）速度类别分：对水真运动、对地真运动,1）输入对水的速度和陀螺罗经航向 2）扫描中心沿船首线以本船对水的速度移动，正确显示态势角 3）固定目标运动的反方向是漂移（流）方向，速度是漂移速度,2.对水稳定真运动：水面为参考点, 适于避让观测,3.对地稳定真运动：大地为参考点,1）输入对水的速度和陀螺罗经航向，输入漂移速度和方向 2）扫描中心和来船沿其航迹向移动 3）固定目标影象不动, 适于导航观测,.,一、雷达系统互换装置,1.作用：,实现两台雷达的分机之间互相使用，减小在航途中的维修工作，提高雷达工作的可靠性和灵活性,收发机和天线、微波传输线只能做为一个整体同时互换,第六节 附属装置,二、雷达性能监视器,监视雷达性能,.,第三章 船舶导航雷达的操作,.,第一节 控钮符号作用及操作要点,一、有关电源的开关,1.船电闸刀（Ships Power Switch）：合上驱潮、维护断开 2.雷达开关（Radar Power Switch） ：Off-Stand-On,二、有关图象质量的控钮,1.亮度（Brilliance Tube 或 Intensity Sweep）：扫描线刚好看不见 2.增益（Gain 或 Sensitivity）：噪声斑点刚好可见 3.调谐（Tuning 或 Tune）：1）指示最大；2）图象最饱满、清晰,.,第一节 控钮符号作用及操作要点,三、有关杂波抑制的控钮,1.海浪干扰抑制（Anti-Clutter Sea 或 Sea-Echo Suppression）： （Sencitivity Time ContorSTC） 6 8 n mile 2.雨雪干扰抑制（Anti-Clutter Rain/Snow） ： （Fast Time ConstantFTC） 3.同频干扰抑制（Defruiter ）（RIC、IR） ：抑制同频干扰信号 4.自动抗杂波（CFAR-Constant False Alarm Rate） ：处理杂波,四、有关测量的控钮,1.量程（Range Scale）选择：探测范围 2.电子方位标志（EBL）：精测目标方位,.,第一节 控钮符号作用及操作要点,3.固定距离标志（Range Rings） ：粗估目标距离 4.活动距离标志（Bearing Dial ）：精测目标真方位 5.显示方式（Presentation ）： 1）真/相对方位：HEAD-UP；NORTH-UP；COURSE-UP 2）真/相对运动：TM / RM 选择,四、辅助调整,1.中心调整（Centering Shift）：调扫描中心 VERT、HORIZ 2. 船首线按钮（Heading Flash 或 SHM off）：按下船首线消失 3.刻度盘照明（Dimmer）：读刻度盘数据 4.作图器照明（Plotting ）：标绘用 5.性能监视器（Monitor ）：监视收发及总性能 6.罗经复示器调节（Compass ）：匹配航向 7.测试电表：检查工作状态,.,第二节 一般操作步骤,一、基本操作,1.开机前的检查：,1）天线上是否有人或阻碍天线旋转的障碍物 2）是否GAIN、SWEEP逆时针到底；STC、FTC处于关闭位置 3）船电闸刀是否合上,2.开机：,1）雷达开关（ Power Switch ）置于STAND-BY，等 3 分钟,2）雷达开关（ Power Switch ）置于ON,3）调扫描线亮度（ Sweep ）：使扫描线刚好看不见,4）调增益（ Gain ）：使噪声斑点刚好可见,5）调调谐（ Tune ）：使调谐指示偏转最大或影象最大最亮最清晰饱满,2.关机：,1）雷达开关（ Power Switch ）置于STAND-BY 2）GAIN、SWEEP逆时针到底；STC、FTC处于关闭位置 3）雷达开关（ Power Switch ）置于OFF,.,第三节 维护保养,一、天线系统,1.辐射窗半年清洁一次，用清水软布。油污不能用酒精以外的清洁剂 2.半年检查一次天线底座、波导连接和水密情况 3.半年除锈涂油漆一次，天线辐射窗不准涂油漆 4.防止撞击波导，注意变形开裂 5.齿轮箱定期加注防冻润滑油,二、收发机,1.三个月检查电缆连接器件一次 2.三个月内检查测试电表数据一次，开机半小时后进行 3.半年清洁箱内的灰尘一次 4.收发机正常而回波明显减弱，检查波导管内是否积水 5.更换新磁控管后需老练 6.更换主要部件后应调试并做好记录,三、显示器,1.半年清洁内部灰尘一次 2.用干软布抹去荧光屏表面灰尘 3.检查电缆器件连接是否正常 4.旋转线圈式应定期按规定加油和去污 5.高压帽打火时应放电清洁,