第二节雷达定位 雷达(radio detection and ranging)即 无线电探测与测距，其缩写为RADAR
第二节 雷达定位 雷达（radio detection and ranging）即 无线电探测与测距，其缩写为RADAR
一、 雷达工作原理 1.雷达组成及各部分的主要作用 1)雷达天线 船用雷达天线主要为裂缝式天线（隙缝天线）。 雷达天线的作用是发射电磁波并接收反射回波。 2)雷达收发机 发射部分由收发开关、脉冲触发器、调制器、磁控管等组 成，其作用是产生电磁能量（电磁波）；雷达收发机的接 收部分由混频晶体、本机振荡器、放大器、抗干扰电路和 自动控制电路等组成，其主要作用是放大处理回波信号。 采用9375MHz发射频率的雷达称为3公分雷达，用“X”表 示。采用3000MHz发射频率的雷达称为10公分雷达，用“S 表示。 3)显示器 平面位置显示器，显示和测量导航信息。 4)电源 目前，大多采用逆变器作为雷达电源。其作用是将船电 转换为雷达所需要的申源
一、雷达工作原理 1.雷达组成及各部分的主要作用 1）雷达天线 船用雷达天线主要为裂缝式天线（隙缝天线）。 雷达天线的作用是发射电磁波并接收反射回波。 2）雷达收发机 发射部分由收发开关、脉冲触发器、调制器、磁控管等组 成，其作用是产生电磁能量（电磁波）；雷达收发机的接 收部分由混频晶体、本机振荡器、放大器、抗干扰电路和 自动控制电路等组成，其主要作用是放大处理回波信号。 采用9375 MHZ发射频率的雷达称为3公分雷达，用“X”表 示。采用3000 MHZ发射频率的雷达称为10公分雷达,用“S” 表示。 3）显示器 平面位置显示器，显示和测量导航信息。 4）电源 目前，大多采用逆变器作为雷达电源。其作用是将船电 转换为雷达所需要的电源
2.雷达测距测向原理 1)雷达测距原理 雷达收发机的发射部分产生电磁波脉冲，由天线向外发 射。电磁波在空气中沿发射方向直线匀速传播，当电磁波 传播中遇到与物体时，电磁波就会被这些物体反射回来， 被雷达天线所接收。若设雷达发射的电磁波脉冲从发射到 被物体反射回来，被天线接收的传播时间为△t,则雷达 到反射物体的直线距离为： D=△t米C (c为电磁波的传播速度) 雷达安装在船上，在雷达显示器荧光屏上，扫描中心代 表雷达所在的船舶，反射物体显示在荧光屏上（回波）， 根据显示器距离标志就可以测量出反射物体到船舶的距离。 2)雷达测向原理 雷达通过天线的不停旋转，瞬间定向发射电磁波脉冲， 所以电磁波脉冲回波的方向就是反射物体的方向。在雷达 显示器上有表示方向的方位圈，荧光屏上反射物体回波所 对应的方位圈刻度就是该物标的方位
2.雷达测距测向原理 1）雷达测距原理 雷达收发机的发射部分产生电磁波脉冲，由天线向外发 射。电磁波在空气中沿发射方向直线匀速传播，当电磁波 传播中遇到与物体时，电磁波就会被这些物体反射回来， 被雷达天线所接收。若设雷达发射的电磁波脉冲从发射到 被物体反射回来，被天线接收的传播时间为Δt，则雷达 到反射物体的直线距离为： D =Δt * c （c为电磁波的传播速度） 雷达安装在船上，在雷达显示器荧光屏上，扫描中心代 表雷达所在的船舶，反射物体显示在荧光屏上（回波）， 根据显示器距离标志就可以测量出反射物体到船舶的距离。 2）雷达测向原理 雷达通过天线的不停旋转，瞬间定向发射电磁波脉冲， 所以电磁波脉冲回波的方向就是反射物体的方向。在雷达 显示器上有表示方向的方位圈，荧光屏上反射物体回波所 对应的方位圈刻度就是该物标的方位
3.雷达的性能及局限性 1)雷达最大作用距离 雷达最大能见地平距离公式为： D1=2.23*h12 雷达最大能见物标距离公式为： D2=2.23*h12+H12） 式中h为雷达天线距海平面高度（单位“m”)，H为物标 高度（单位“m”)。 雷达探测远距离物标的能力除了与雷达天线高度和物标 高度有关外，还与下列因素有关。 (1)雷达发射功率(P)。 (2)物标有效反射面积(·。)。 (3)天线增益与工作波长（入）。 (4)脉冲重复频率(F)。 (5)天线转速与脉冲宽度（τ） 另外，雷达能见距离还与物标反射能力、大气传播衰减 外界杂波干扰、船舶摇摆等因素有关
3.雷达的性能及局限性 1） 雷达最大作用距离 雷达最大能见地平距离公式为： D1 = 2.23* h1/2 雷达最大能见物标距离公式为： D2 =2.23*(h1/2 +H1/2 ) 式中h为雷达天线距海平面高度（单位“m”），H为物标 高度（单位“m”）。 雷达探测远距离物标的能力除了与雷达天线高度和物标 高度有关外，还与下列因素有关。 （1）雷达发射功率（PT）。 （2）物标有效反射面积（σ o）。 （3）天线增益与工作波长（λ）。 （4）脉冲重复频率（F）。 （5）天线转速与脉冲宽度（τ）。 另外，雷达能见距离还与物标反射能力、大气传播衰减、 外界杂波干扰、船舶摇摆等因素有关
2) 雷达最小作用距离 雷达的最小作用距离是指能在荧光屏上显示的物标最 近距离，是表示雷达探测物标最近距离的能力。 雷达最小作用距离为：Dmin=c*(T+T) 雷达最小作用距离与下列因素有关。 (1)脉冲宽度(T) (2)收发开关恢复时间(T') (3)物标的高度(H) (4)物标反射强度 (5)雷达电磁波的垂直覆盖区 (6)垂直波束宽度(6v)(0v=15°~30 雷达盲区(blind)是雷达探测不到物标的最小距离范 围。在理论上，雷达盲区的半径可由下式表示： r=h cot 式中：h为雷达天线高度；p为雷达波束垂直面照射角度
2） 雷达最小作用距离 雷达的最小作用距离是指能在荧光屏上显示的物标最 近距离，是表示雷达探测物标最近距离的能力。 雷达最小作用距离为：Dmin = c*(τ+τ’) 雷达最小作用距离与下列因素有关。 （1）脉冲宽度（τ） （2）收发开关恢复时间（τˊ） （3）物标的高度（H） （4）物标反射强度 （5）雷达电磁波的垂直覆盖区 （6）垂直波束宽度（θV）（θV =15°~30°） 雷达盲区（blind）是雷达探测不到物标的最小距离范 围。在理论上，雷达盲区的半径可由下式表示： r = h cot φ 式中：h为雷达天线高度；φ为雷达波束垂直面照射角度
3 测距精度及距离分辨力 (1)测距精度 雷达测距离的精度与下列因素有关： ①距离分辨力。 ②扫描线起始时间与发射脉冲时间同步： ③固定距标与活动距标的精度(1%，2%)。 ④扫描锯齿波的非线性。 ⑤荧光屏扫描中心直径大小。 ⑥物标回波光点的尺寸大小（回波在各个方向均增加 1/2光点直径) 此外，测距精度还与天线高度、电磁波的传播速度、 荧光屏曲率、物标闪烁、杂波干扰、测者技术等有关。 IMO规定：固定距标与活动距标测距误差，不能超过 量程的1.5%或70m
3）测距精度及距离分辨力 （1）测距精度 雷达测距离的精度与下列因素有关： ①距离分辨力。 ②扫描线起始时间与发射脉冲时间同步。 ③固定距标与活动距标的精度（1%，2%）。 ④扫描锯齿波的非线性。 ⑤荧光屏扫描中心直径大小。 ⑥物标回波光点的尺寸大小（回波在各个方向均增加 了1/2光点直径）。 此外，测距精度还与天线高度、电磁波的传播速度、 荧光屏曲率、物标闪烁、杂波干扰、测者技术等有关。 IMO规定：固定距标与活动距标测距误差，不能超过 量程的1.5%或70m
(2)距离分辨力(range discrimination) 雷达显示器上区分同一方位上两个相邻物标的能力， 称为雷达的距离分辨力。距离越小，距离分辨力越好， 雷达性能越好。 雷达距离分辨力与下列因素有关： ①脉冲宽度：脉冲宽度越窄，距离分辨力越好。 ②荧光屏尺寸：荧光屏尺寸越大，光点尺寸越小， 距离分辨力越好。 ③量程：量程越小，距离分辨力越好。 IMO规定：当距离D≤2 n mile,物标距离为量程的 50%~100%时，距离分辨力不大于50m
（2）距离分辨力（range discrimination） 雷达显示器上区分同一方位上两个相邻物标的能力， 称为雷达的距离分辨力。距离越小，距离分辨力越好， 雷达性能越好。 雷达距离分辨力与下列因素有关： ①脉冲宽度：脉冲宽度越窄，距离分辨力越好。 ②荧光屏尺寸：荧光屏尺寸越大，光点尺寸越小， 距离分辨力越好。 ③量程：量程越小，距离分辨力越好。 IMO规定：当距离D≤2n mile，物标距离为量程的 50%~100%时，距离分辨力不大于50m
4) 测方位精度及方位分辨力 (1)测方位精度 雷达测方位的精度与下列因素有关。 ①方位分辨力。 ②荧光屏扫描中心直径大小。 ③天线与扫描的方位同步误差。 ④显示器的罗经复示器误差。 ⑤船首线标志的宽度与精度：IM0规定误差为士1 宽度0°.5。 ⑥扫描起点与荧光屏几何尺寸中心不一致。 ⑦方位测量设备误差：电子方位线和机械方位线误差 等 ⑧波束主瓣轴线方向偏移。 ⑨视差：IMO规定为士1° 雷达测方位的精度一般为士2°，航行时可达士3
4）测方位精度及方位分辨力 （1）测方位精度 雷达测方位的精度与下列因素有关。 ①方位分辨力。 ②荧光屏扫描中心直径大小。 ③天线与扫描的方位同步误差。 ④显示器的罗经复示器误差。 ⑤船首线标志的宽度与精度：IMO规定误差为±1° ， 宽度0°.5。 ⑥扫描起点与荧光屏几何尺寸中心不一致。 ⑦方位测量设备误差：电子方位线和机械方位线误差 等。 ⑧波束主瓣轴线方向偏移。 ⑨视差：IMO规定为±1° 。 雷达测方位的精度一般为±2°，航行时可达±3°
2 )方位分辨力 雷达显示器上区分同一距离上两个相邻物标的能力 称为雷达的方位分辨力（最小夹角）(bearing discrimination)。 雷达的方位分辨力与下列因素有关。 ①水平波束宽度0：0越小，方位分辨力越好 ②物标回波光点尺寸：光点尺寸越小，荧光屏直径越 方位分辨力越好。 ③物标距离：距离越近，方位分辨力越好（如图2-5 10所示) IM0规定：量程R=1.5~2 n mile,物标距离为50%~100% 量程，夹角不大于2
（2）方位分辨力 雷达显示器上区分同一距离上两个相邻物标的能力， 称为雷达的方位分辨力（最小夹角）（bearing discrimination）。 雷达的方位分辨力与下列因素有关。 ①水平波束宽度θH：θH越小，方位分辨力越好。 ②物标回波光点尺寸：光点尺寸越小，荧光屏直径越 大，方位分辨力越好。 ③物标距离：距离越近，方位分辨力越好（如图2-5- 10所示）。 IMO规定：量程R=1.5~2n mile，物标距离为50%~100% 量程，夹角不大于2°
雷达发现距离 雷达能够发现物标的能力与下列因素有关 (1)最大作用距离：雷达发现物标的距离小于雷达 最大作用距离。 (2)最小作用距离：雷达发现物标的距离大于雷达 最小作用距离。 (3)物标的反射能力：反射能力强的物标容易被发 现。 (4)物标形状及大小、表面结构、性质等：反射面 积大且与信号传播方向垂直，反射面平坦光滑，金属性 质的物标容易被发现。 (5)气象条件（如雨、雪、雾、雹等影响，可使发 现物标的距离减少15%~20%)
5）雷达发现距离 雷达能够发现物标的能力与下列因素有关。 （1） 最大作用距离：雷达发现物标的距离小于雷达 最大作用距离。 （2） 最小作用距离：雷达发现物标的距离大于雷达 最小作用距离。 （3） 物标的反射能力：反射能力强的物标容易被发 现。 （4） 物标形状及大小、表面结构、性质等：反射面 积大且与信号传播方向垂直，反射面平坦光滑，金属性 质的物标容易被发现。 （5） 气象条件（如雨、雪、雾、雹等影响，可使发 现物标的距离减少15%~20%）