航海雷达与ARPA文档格式.docx

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调制器是产生高压的部件。

3：

磁控营：

在调制器输出的负高压作用下，磁控营产生矩形调制的微波振荡脉冲.实现能量转换，调制器相当于高压电源。

5.2）：

磁控营基本结构及工作原理

磁控营是实现微波振荡的元件，其结构、工作原理，与实际使用中的调试、维护等等事宜有关。

下面我们扼要介绍之。

A：

基本结构

阴极和阳极之间的空间,称为空腔，空腔内为真空。

空腔内,有永久磁铁提供的恒定磁场，如图示。

阴极内含有灯丝，加调制器送来的负高压前，灯丝先通电3min，用于加热阴极，阴极表面有氧化物涂层，加热使其产生自由电子，能量转换是自由电子完成的，没有3min加热，磁控管不能正常工作。

B：

工作原理

调制器负高压脉冲一到，阴极和阳极之间激起微波振荡。

阴极附件的自由电子，在飞向阳极过程中，由调制器提供的高压，使电子获得能量。

又在恒定磁场的作用下，把自由电子获得的能量，传给微波振荡，使原本微弱的微波振荡强大起来。

载波频率采用下列二种：

S波段—（2900~3100）MHZ—10cm（波长）

X波段—（9300~9500）MHZ—3cm（波长）

5.4）：

工作状态判断：

●磁控管正常工作时，有稳定的阳极电流，所以；

能够输出稳定的大功率微波，氖灯遇大功率微波辐射会发亮。

●这样；

我们可以采用氖灯法、电流观察法、雷达性能监视器三种方法来判断磁控管工作状态。

●①电流法：

●a）：

电流值为规定值，磁控管工作正常。

否则为不正常。

●②氖灯法：

●氖灯放在距收发机波导口10~15（cm）处，若氖灯发亮，说明正常。

不发亮，管子不工作。

●③雷达性能监视器

●（后续章节介绍）

5.5）：

磁控管保存及使用：

由于磁化作用，磁控管保存有如下规定：

木箱内，磁控管离铁磁体至少10cm，二个磁控管之间至少距离20cm。

备用磁控管应经常轮流使用。

5.3）：

老练

●“老练”是更换磁控管时，为确保设备安全，要进行的一个步骤。

●什么是“打火”

●磁控营空腔内为真空，如果空腔内有气体，高压会使气体电离，就会有负离子飞向阳极，形成阳极电流，这一现象称为“打火”。

●什么是“老练”

●气体一下子全部电离，就会有大量负离子飞向阳极，形成很大的阳极电流，会损伤阳极。

●逐步加高压，逐步电离，慢慢去除气体，可以避免对磁控管的伤害，这一过程称为老练，步骤如下：

●“老练”步骤

先加灯丝电压半小时。

●b）：

再加较低的高压半小时或更长时间，之后加较高的电压。

●c）：

若在某电压灯火，退回先前的电压，一段时间后，再返回该电压，若再打火，则再退回，直到不打火，这样；

电压慢慢向上升，直到额定值。

●老练前提：

新管，6个月未用的旧管。

●三．特高压电源的三种开关

●发射开并、延时开关、门开关三种开关各自有不同的用处，三种开关同时合上、高压才能加到磁控管。

3分钟延时开关：

保护磁控管

2：

门开关：

收发机箱的盖板没有合上，门开关断开，调制器没有特高压电源供电，不能发射。

这样就确保了人员的安全。

发射开关（雷达电源：

off->

Standby）：

由操作人员控制。

开启雷达电源后，“预备”指示灯亮，延时开关，保证在发射开并合上3分钟后，再接通。

●第四节微波传输及天线系统

●天线系统实现了雷达微波信号的径向发射与接收，微波传输部件实现了天线与收发机的连接。

●微波传输及天线系统采用的器件是微波器件，有别于雷达的其他部分。

下面我们予以介绍。

●1．组成及基本工作原理

●天线系统由天线、驱动电机、传动装置、船首线电路、方位同步发送机、波导等组成。

各部分作用如下：

●1）：

驱动电机：

●通过传动装置，带动天线、船首线电路及方位同步发送机转动。

天线约每3秒转一圈。

●2）：

方位同步发送机：

●将天线的转动角信号，送去显示器，使得显示器产生的扫描线，扫描线相对于固定方位圈0°

刻度方向的夹角，与天线发射方向相对于实际船首线的夹角相同，如图示。

●3）：

船首线电路：

●将产生的船首线信号，送到显示器，使显示器显示出船首线时，恰为天线向实际船首线方向发射的时刻。

如图示。

●4）:

天线通过波导，与收发机相连。

●2．波导

●雷达波导由铜制成的内部空心外形为矩形的金属管，天线由窄边开缝波导构成，微波传输也由波导完成，所以；

我们首先讲解波导。

●1）：

采用波导的原因：

●天线发射与接收的信号，均为微波信号，微波信号不能用普通导线传输，这是因为微波信号频率太高的原因，下面我们分析之，并提出解决的方法。

●A:

趋肤效应：

●由电磁场理论和天线理论知：

频率f上升，导致电流集中在表面，中心无电流，相当于导电体积减少，电阻上升，电阻热损耗上升，同时；

使辐射增加，这就是所谓趋肤效应。

所以不能采用普通导线。

●1：

采用波导传输信号：

●雷达波导由铜制成的内部空心外形为矩形的金属管，按边的尺寸分为3cm、10cm二种。

●采用波导后（见图），由电磁场理论知，电流在内表面，所以无辐射。

●又由于，内表面的面积，比普通导线的面积大很多，所以电阻热损耗很小。

采用波导的若干问题

2）：

波导不能进水，

●否则微波加热积水，使该处发热。

●在收发机入口处、波导接口处

●加入防水云母片。

3）：

另由电磁场理论知：

●波导尺寸与电波波长成正比，损耗与电磁波的振荡模型有关。

●所以；

3cm雷达采用波导，10cm雷达因波导太大改用同轴线。

4）：

收发机天线之间的波导管，总长度不宜超过20米，整个波导系统的弯头不宜超过5个。

●3．天线的方向性

●

●天线由窄边开缝波导构成。

●这种天线，它辐射的电磁波，其空间分布是怎样的？

●下面；

我们首先介绍天线方向性图这个基本概念，再介绍辐射电磁波的空间分布。

天线方向性图：

●天线方向性图是表示辐射方向，与该方向辐射强度关系的图形。

可用场强表示，也可用功率表示。

●雷达三维方向性图近似为细长的橄榄球。

●

●场强图中，最大值的0.707们的二个线段的夹角；

或功率图中，最大值的0.5倍的二个线段的夹角称半功点宽度。

●方向性图可分为水平方向性图和垂直方向性图二种。

水平波束宽度?

H

●天线俯视图中，半功点宽度称为水平波束宽度。

?

H<

2°

，一般?

H为1°

左右。

垂直波束宽度?

v

天线侧视图中，半功点宽度称为水平

波束宽度。

v=15°

~30°

防止船舶摇摆时，丢失目标。

编转角

方向性图中最大值方向与天线的辐射平面的法线方向的夹角称为编转角。

编转角与发射频率有关，更换磁控管，编转角将改变。

补充：

隙缝波导天线的主瓣轴向与天线窗口

法线方向之间约有3.1°

-4.1°

的偏差。

在安

装天线时应加以校正。

应调船首线装置，使

最大值方向与首线一致。

5）：

根据电磁场理论：

发射频率愈高，方向性愈尖锐。

4：

极化

电磁波中的电场矢量的方向，称为极化。

船舶雷达极化有下列三种：

电场矢量沿水平方向振动的，称水平极化。

电场矢量沿垂直方向振动的，称垂直极化。

电波的电场矢量，作圆周旋转，称圆极化。

理论分析及实验表明：

●海浪高<

0.25（m）；

水平极化海浪干扰最小。

规定X波段采用水平极化（包括雷达，航标）。

1~3（m）；

垂直极化海浪干扰最小。

某些S波段采用垂直极化（主要是雷达）

●由电磁场理论知：

●圆极化波段对称物体，右旋转波变为左旋转，左旋波变为右旋波。

●雨雪，浮简，灯塔为对称物件。

易知；

使用圆极化可抗雨雪干扰，但易丢失对称目标。

天线互易性：

●具有互易性的天线，发射和接收的电波在下列指标上必须相同，否则不能接收：

载波频率

极化（若是圆极化必须电场旋向相同）。

●规定：

10cm雷达采用圆极化，3cm雷达一般采用水平极化。

●天线保养：

●雷达天线的辐射窗口暴露在外面，每个月应检查一次，如有灰尘粘在上面，应用清水冲洗掉。

●接收机框图及工作原理

●要点：

船舶雷达探测要得到回波信号中什么物理量？

●2：

怎样的电路组成可以实现从目标调制的微波波段的微弱回波信号中得到目标的信息？

●3：

怎样使接收机接收回波性能良好？

接收机框图及工作原理

●船用雷达的载波，采用微波波段,目标反射微波时，目标的回波强弱，是由回波信号的包络反映出来的。

●接收机的任务就是把包络检测出来。

其框图如下图示。

混频器

●混频器由A、B、C三部分组成：

●A：

由速调管组成本机振动器（本振）

●B：

晶体二极管组成混频器电路

●C：

选频电路

●以上三部分完成混频的功能，也就是把接收信号的频率降低为中频信号。

●2）：

放大电路

●完成低噪放大中频信号的功能，雷达中频为：

30MHz、45MHz、60MHz三种。

接收机的机内噪声主要来源于中频放大器。

●3）：

检波电路：

完成检出用来显示的视频信号的功能

●==========================海浪干扰===================

●=================海浪或多或少存在，雨雪则不是这样====

●======知识点：

=====海浪干扰与距离、工作波长、风向、极化、脉冲宽度=========

=====海浪干扰定义=========

=====海浪干扰抑制方法、操作注意事项===（CFAR===S波段=对数放大器=园极化=

●==========================================================

●海浪控制电路（STC）:

海浪的危害（简述）是什么？

了解海浪回波概念是处理海浪问题的基础，浪回波概念具体是什么？

处理海浪的方法是怎样的？

●4：

处理海浪的方法及海浪干扰有什么特点？

●5：

这些特点产生什么样的海浪干扰抑制措施？

海浪控制电路（STC）:

海浪回波信号的概念：

●在屏幕上；

以本船为中心，呈鱼鳞状，近距离强、远距离弱，来风方向强。

海浪控制电路工作原理：

●用一个随时间按指数规律变化的电压去控制中放的增益，使中放的近距离增益大大减小，而随着距离的增加便逐渐恢复正常。

效果

就能抑制近距离的很强的海浪干扰回波，而使明显的强物标突出出来，但对稍远距离上的目标没有影响。

调STC钮，使不丢失近距离小目标为好。

●海浪干扰特点：

●海浪反射雷达电波，从而产生海浪干扰回波，形成屏上以本船周围6nmile～8nmile（风浪大时甚至达3nmile~10nmile）内的鱼鳞状闪亮斑点。

强海浪为圆盘状亮斑回波。

●1．干扰回波分布在扫描中心周围，上风舷方向伸展得远且回波强，下风舷稍近一些。

●2．入射角大即垂直波束宽度宽或天线高度高，则海浪回波强。

●3．水平波束宽度大，脉冲宽度宽，则反射面积大，回波就强。

●4．根据电磁场理论；

垂直极化波比水平极化产生的海浪回波要强得多。

在X和S波段，采用水平极化波与采用垂直极化波相比，海浪干扰减小1／4～1／10。

●5．根据电磁场理论；

频率高，天线转速慢，干扰回波强。

●很强的海浪回波会使荧光屏产生饱和而淹没其覆盖区内的物标回波，甚至会使接收机产生饱和或过载，失去放大能力而丢失物标。

●海浪干扰抑制措施：

●1、如有双速天线，选用高速天线（如80r/min）

●2、选用X波段（3cm）雷达

●3、选用窄脉冲

●4、采用恒虚警率（CFAR）检测器（使海浪产生的虚警保持恒定）、对数中频放大器（防止荧光屏产生饱和）

●5、使用STC旋钮调节到既不丢失目标，又能抑制海浪干扰。

●在上述操作中：

防止丢失小目标是重要的操作原则。

●第七节雷达显示器

怎样计算出距离？

怎样显示出方位？

怎样显示出机内产生的测量信号？

●显示器框图如右图示：

●径向扫描部分：

●回波及本机产生的信号，这二大类信号经混波电路后，再加到CRT阴极，对电子束进行调制，从而显示出对应的信号。

●距离扫描系统使CRT阴极发射的电子束从中心向边缘移动，从而产生某方位的扫描线。

完成径向扫描。

●园扫描部分：

●同步接收机电子束的经向扫描方向与天线的电磁波发射方向相同。

●为使驾驶员能够进行连续观察，船用雷达显示器的荧光粉是采用长余辉。

●2．某些部分的作用及要求：

1）：

延时线的作用

发射机和显示器的组成不同，所

以发射和扫描的起点时刻不同，调整

延时线，使发射和扫描同时进行。

5）：

抗雨雪干扰电路

雨雪回波特点：

棉絮状，无明显边缘，从无到有，变化缓慢

工作原理：

雨雪回波经过微分，信号为零，如图示。

●

（一）雨雪、雾、云干扰的特点

●1．雾

●只有能见度距离在30m以内的雾对雷达影响（衰减）才校大。

一般地；

在雷达屏上看不到它的回波。

●2．云

●船用雷达的垂直波束宽度一般为15°

～30°

，远处的云块往往也在它的作用范围以内。

如果云中水颗粒大（内部有降水现象），在雷达屏上将出现呈密集的点状回波，无明显边缘。

如用微分电路，更易看出这一特点。

如云块较厚，含水量较大（如雨层云），则回波也较强，与小岛等物标回波相仿。

●3．雨雪干扰

●由雨雪反射雷状波产生干扰回波，在屏上形成无明显边缘的疏松的棉絮状连续亮斑区。

●特点：

降雨（或雪）量越大，雨点（或雪片）越粗，雷达工作波长越短，天线波束越宽，脉冲宽度越宽，则雨雪反射越强。

●

（二）雨雪干扰抑制措施

●1、可选用S波段（10cm）圆极化天线雷达。

●2、选用窄脉冲宽度。

●3、用“雨雪干扰抑制”（FTC）控钮或开关加以抑制。

●顺便指出，有时含水量较高的云层，若高度较低被雷达波束扫到，也会在屏上产生类似于雨雪干扰那样的连续亮斑区。

其特点和抑制方法均同于雨雪干扰。

了。

●一般来说，小雨不会有反射回波出现，雨的回波特点与云的回波类似，在小雨量情况下，雨回波强度要比船与陆地等的回波弱得多，运用微分电路并适当调节“增益”是不难把它们区分出来的。

●但是在热带大暴雨情况下，却很难把小岛等回波从大暴雨回波中区分出来。

在暴雨前，应抓紧时机了解周围海况。

●由于微分电路减弱了回波，探测雨雪区域后的物标，关掉FTC,适当增大增益

●探测雨雪区域中的物标，使用FTC，适当减小增益

●6）：

抗同频干扰电路

●

（1）：

什么是同频干扰：

●二台同波段雷达相互之间的干扰称为同频干扰。

根据脉冲重复频率的的不同，干扰回波图像可以分为下列三种。

二台雷达脉冲重复频率相差很大，图像为散乱的光点。

二台雷达脉冲重复频率很接近，图像为螺旋线状。

二台雷达脉冲重复频率相同，图像为辐射状。

●

（2）：

抗同频干扰原理

●相邻几个脉冲重复周期，目标基本不移动，称为时间相关，而同频干扰则移动，称时间不相关，利用这一属性，可以去除同频干扰。

●（3）：

注意事项：

干扰过于严重时，换用近量程观测，可减小其影响或选用另一波段雷达工作。

使用抗同频干扰功能时，应该关掉FTC（雨雪干扰抑制）

第八节雷达显示方式

雷达采用PPI平面位置显示，显示各要素及基本输入如下：

固定方位圈：

固定方位圈0°

刻度到屏几何中心的连线与船首线平行。

可动方位圈：

可动方位圈由罗经带动其转动，其0°

代表真北。

计程仪：

提供对水速度或对地速度。

主罗经与罗经复子器：

二者读数应一致，均表示航向。

●2．船首向上图像不稳相对运动显示。

扫描中心表示本船，始终在屏幕几何中心上。

船首线始终指固定方位圈0°

，代表本船航向。

转向时，首线不动，图转像动（因为长余辉）。

故称为图像不稳。

（有些雷达有动圈、可读相对方位、真方位、而另一些雷达只有固圈，只能读相对方位。

）

●4）：

无计程仪输入，一般也无罗经输入。

●4．真北向上图像稳定相对运动显示。

扫描中心代表本船，始终在屏几何中心上。

代表真北方向，首线表示真航向，船舶转向时，首线同步转动。

可读出真方位，相对方位，图像稳定。

有罗经输入。

窄水道航行时，用来定位。

●第九节双雷达流及性能监视器

●一、互换装置

●1．目的：

为提高工作的灵活性和可靠性。

●2．互换部件：

同频双雷达系统：

a）：

天线可以互换。

b）：

收发机可以互换。

c）：

显示器可以互换。

d）：

电源可以互换

导频双雷达系统

天线和收发机作为一个整体，可以互换。

●二、性能监视器

●分类：

辐射接收总性能监视器，辐射监视器，收发机性能监视器，显示图像，一般分羽毛状。

●第三章使用性能及影响因素

●第一节最大探测距离

1．定义：

最大探测距离Rmax是考虑地球曲率、天线高度、目标高度、电波折射时，雷达观测的最大距离。

第二节最大作用距离rmax

一、几种常见回波特性

1．船舶回波范围：

万吨船：

10～16海里，救生艇：

2海里

2．浮标：

增设角反射器，增强反射能力

3．冰山：

葫芦形冰山反射能力最差

4．孤立小岛：

定位好

5．陡岸、岬角：

定位导航用

6．过江电缆：

回波是一个点回波

7．快速目标：

回波是跳跃式回波

（一串回波点，亮度较暗）

8．平板形物体：

光滑表面（如大建筑物的墙、礁石、冰山、沙滩及泥滩的斜面、没有植物覆盖的山坡等）：

垂直入射波将全部返回，如入射角不是垂直方向，则反射波偏离雷达而去。

9．粗糙表面（如断裂成很多面的断崖峭壁、覆盖有树林灌木或鹅软石的斜丘等）：

则不管入射角如何，仍有部分散射波返回雷达。

10．球形物体：

反射性能很差，表面光滑者尤其如此。

11．圆柱形物体：

如烟囱等，其水平方向的影响与球体相似，垂直方向与平板相似。

12．锥体：

反射性能很差，只有雷达波与其母线垂直时，其反射性能才与圆柱形物体相似。

13．不同材料：

导电性能好的材料其雷达波的反射系数也高。

●第三节最小作用距离rmin

●最小作用距离分为二种；

rmin1、rmin2

rmin1，rmin2取最小值为rmin，最小作用距离又称盲区。

观测法：

雷达观测近距离内逐渐靠扰的小船，测出其亮点消失的距离即为盲区。

第四节距离分辨力

定义：

距离分辨力△rmin表示雷达分辨同方位二

个点目标的能力，二个点目标距离小于

△rmin，二个目标不能分辨，变成一个目

标。

RD——量程；

d——光点直径（或半径）；

D——荧光屏直径（或半径）；

△f——频带宽度

一般d和△f的影响可以略去。

●5．物标（回波）闪烁引起的误差

●由于本船和物标摇摆及它们之间的相对运动，造成雷达波束照射物标部位的发生变化，引起物标回波的反射中心不稳，从而产生物标回波的闪烁现象，导致测距误差

●6．人为测读误差及操作技术

●注：

●1）控钮调节不当

●2）量程选择不当

●3）测量选择不当

●4）测量顺序不当（先测相对本船运动快的目标，后测慢的。

）

●5）未垂直观测

●雷达天线高度引起的误差：

●雷达测得的物标距离是天线到物标的距离，不是水平距离，天线越高影响越大，距离越远，影响越小（天线位置移动应注意高度是否改变）。

另外天线移动导致波导长度变化，即便高度没有变换，也需要调整延迟线，否则导致测距离误差。

●IMO“性能标准”规定，用固定和活动距标测距误差不能超过所用量程最大距离的1．5％或者70m中较大的值。

●三、距离分辨力对雷达显示的图像的影响

●1．图像径向（距离）扩展原因：

●1）脉冲宽度（主要原因）

●2）CRT光点直径

●3）目标的闪烁

●距离分辨力△rmin表示；

雷达分辨相同方位二个点目标的能力，公式如下：

●四、测量注意事项：

●1．尽量用X波段雷达

●2．选择合适的目标

●3．选择合适的量程：

小量程，目标到2/3半径处。

●4．各种控钮调好：

使图像清晰、饱满

●5．检查测距误差

●6．测量选择：

雷达地平以内测岸线，地平以外测山峰

●7．测量顺序：

先测正横方向，后测首尾方向。

●具体分析如下：

●纵摇加上横摇，引起方位闪烁，方位方向反射中心变化。

●具体为；

正横向时，单纯横摇方位不改变，加上纵摇则引起方位闪烁，首尾向时，单纯纵摇方位不改变，加上横摇则引起方位闪烁。

●所以:

纵摇小横摇大，正横向测量时，因为纵摇小，其导致的闪烁引起反射中心改变导致的测距误差小，正横测量优先

●三、方位精度

●影响方位精度的因素主要有下列几种：

●1．水平波束宽度及波束形状的不对称

●在测量物标的方位时，通常是以物标回波的中心方位作为物标的