《第九講-航海雷達新技術(shù)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第九講-航海雷達新技術(shù)（46頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,上海海事大學(xué),Shanghai Maritime University,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,上海海事大學(xué),Shanghai Maritime University,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,航海雷達新技術(shù),06 十一月 2024,1,上海海事大學(xué),應(yīng)士君,一、,引言,航海雷達一直是用戶群最大的
2、雷達市場，目前，據(jù)不完全估計，安裝航海雷達的各類船舶超過,300,萬艘，其中約有,5,萬余艘是屬于,SOLAS,公約船，中國約有,3,千余艘；,航海雷達分為兩類：用于船艦導(dǎo)航的船用雷達和用于港口和海岸事務(wù)的港口雷達；,2004,年,IMO,發(fā)布的雷達性能指標(biāo)保留了,X,波段雷達對雷達信標(biāo)和搜救應(yīng)答器的兼容，但,IMO,鼓勵使用相參雷達來提高在嚴(yán)重的海雜波條件下對目標(biāo)的檢測，在不超過航海雷達頻譜限制的情況下，允許發(fā)射,3GHz,的任意波形。這些技術(shù)得到了國際電信聯(lián)盟,ITU,的同意,。,大型船舶配備的綜合船橋系統(tǒng),IBS,對航海雷達提出了更高的要求。,2,3,二、,SOLAS,公約的要求,300
3、,總噸及以上和全部客船，需裝備：,1,臺,9GHz,雷達或其他裝置，用于確定和顯示雷達應(yīng)答器、其他水上船舶、障礙物、浮標(biāo)、海岸線和航標(biāo)的距離和方位，借以助航和避碰；,一套電子標(biāo)繪裝置（,EPA,）或其他裝置，用電子方式標(biāo)繪目標(biāo)的距離和方位，以便確定碰撞危險；,600,總噸及以上的雷達需配備自動跟蹤（,ATA,）裝置；,所有,3000,總噸及以上船舶，需,:,再配置,1,臺,3GHz,雷達，或第,2,臺,9GHz,雷達，或其他裝置，用于確定和顯示其他水上船舶、障礙物、浮標(biāo)、海岸線和航標(biāo)的距離和方位，借以助航和避碰，并與另一臺雷達在功能上是獨立的。,第二臺自動跟蹤儀（,ATA),，或其他裝置，用于
4、自動標(biāo)繪其他目標(biāo)的距離和方位，以確定碰撞危險。并且兩臺系統(tǒng)在功能上是獨立的。,所有,10 000,總噸及以上船舶，需配置：,1,臺自動雷達標(biāo)繪儀或其他裝置，與,1,臺指示相對于水的速度和航程的裝置相連，用于自動標(biāo)繪至少,20,個其他目標(biāo)的距離和方位，以確定碰撞危險和模擬試驗性操縱。,注：此為,SOLAS2002,年修改版。,船舶級別和顯示器尺寸的要求：,4,二、,SOLAS,公約的要求,船舶級別,小于,500,總噸,50010000,總噸,10000,總噸以上,最小操作區(qū)域直徑,180mm,250mm,320mm,最小顯示區(qū)域,195*195mm,270*270mm,340*340mm,自動錄
5、取目標(biāo),-,-,是,最小錄取目標(biāo)數(shù),20,30,40,最小顯示激活的,AIS,目標(biāo)數(shù),20,30,40,最小顯示睡眠的,AIS,目標(biāo)數(shù),100,150,200,試操船,-,-,是,5,三、,航海雷達面臨挑戰(zhàn),1,、環(huán)境：航海雷達需要在極端的環(huán)境條件下工作：,在超常的溫度下工作，世界上有些地方的溫度會低于,-40C,；,在強風(fēng)、強振動、強沖擊工作；,需要在強降雨、鹽水噴淋下工作；,必須經(jīng)受巨大的溫差變化,-15+55C,；,極大的動態(tài)范圍，必須探測回波截面積從小于,1m,2,到數(shù)萬,m,2,的目標(biāo)；,跟蹤目標(biāo)的速度能從,0,到,100kn,，在高速船上需要更大的相對速度；,安裝在既不固定也不穩(wěn)定
6、的平臺上。,6,2,、探測性能：,2004,年,IMO,修改了雷達的性能指標(biāo)，已于,2008,年,7,月,1,日實施，,IMO,規(guī)定的探測概率為,80%,，虛警概率是,10,-4,；,三、,航海雷達面臨挑戰(zhàn),目標(biāo)特點,探測距離（海里）,目標(biāo)描述,海岸線,海岸線,海岸線,SOLAS,船,5000gt,SOLAS,船,500gt,海況（米）,上至,60,上至,6,上至,3,10,5.0,9GHz,20,8,（,7,）,6,11,（,7,）,8,3GHz,20,8,（,7,）,6,11,（,7,）,8,目標(biāo)類型,分布的,分布的,分布的,復(fù)雜的,復(fù)雜的,配備雷達發(fā)射器的小型船舶,4.0,5.0,3.7
7、,點目標(biāo),無反射器小于,10m,的小型船舶,2.0,3.4,3.0,復(fù)雜的,典型的導(dǎo)航浮標(biāo),帶角形發(fā)射器的浮標(biāo),典型的水道標(biāo)識器,3.5,3.5,1.0,4.6,（,2,）,4.9,（,3,）,2.0,3.0,（,2,）,3.6,（,3,）,1.0,點目標(biāo),點目標(biāo),點目標(biāo),7,3,、雨雪和海浪雜波的影響：,三、,航海雷達面臨挑戰(zhàn),雨雪雜波：,圓極化天線；,FTC,；,3G,波段的雷達；,海雜波：,STC,；相關(guān)處理技術(shù)；高速天線（,500r/min,）和頻率分集技術(shù)；,垂直波束分裂：,由于海面發(fā)射，會造成垂直波束的分裂，產(chǎn)生棘手的零位問題；,4,、移動的平臺：,船舶的六自由度運動增加了船舶在航
8、向和速度上的誤差；雷達取得的數(shù)據(jù)精度將受到影響。,8,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,1,、天線：,天線旁瓣性能要求：,雷達類別,最大旁瓣電平（,dB,）,10,以內(nèi),10,以外,SOLAS,-23,-30,非,SOLAS A,類,-20,-23,非,SOLAS B+C,類,-18,-19,9,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,2,、倒余割平方天線：,垂直波束為倒余割平方形。,特點,：天線水平方向以上空中輻射?。?雷達最小作用距離（近距盲區(qū)）??；對遠近距離目標(biāo)照射較均勻。適用于岸用雷達和大型船舶,。,10,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,3,、大口徑天線：,口徑垂直邊尺寸,620mm,。特點：天線垂直波束窄（,4
9、,），增益大（,42dB,）,11,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,4,、頻率分集,應(yīng)用目的,抑制雜波干擾，增加雷達作用距離。,基本原理,多部發(fā)射機通過同一天線同時或交替發(fā)射不同載頻、但脈沖寬度和重復(fù)頻率完全相同的信號。,回波信號經(jīng)多路相應(yīng)頻率的接收機處理后疊加，再送到顯示器。,多種頻率信號疊加可提高信噪比，降低目標(biāo)回波起伏，增加雷達最大作用距離，提高雷達的測量精度、抗干擾能力和可靠性。,12,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,13,開縫波導(dǎo)天線的水平波束最大輻射方向一般與波導(dǎo)面的法線方向有一小夾角，稱之為斜視角。,斜視角（,Squint,）：,斜視角大小與頻率有關(guān)，相應(yīng)于頻率分集的兩個不同頻率，斜視角分別
10、為,F1,和,F2,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,斜視角分離性能帶來了一個附加優(yōu)點：,不同載頻輻射的脈沖因斜視角分離使其輻射方向有一差別，對于旋轉(zhuǎn)的天線來說，相當(dāng)于對同一方向的輻射延時，兩波束之間,延時的典型值是,20,40ms,，,一般海雜波發(fā)生變化的時間（特別在大風(fēng)浪時）比此大得多。利用回波進行積累時，不僅提供了頻率分集，而且提供了時間分集。,14,分集優(yōu)點,總輻射功率是非相干集成的兩個脈沖功率的總和。,目標(biāo)回波（相關(guān)性強）將相加，散射干擾源回波即雜 波（相關(guān)性弱）將被平均而非相加。綜合效果是減弱干擾，增強目標(biāo)的信雜比。,實測結(jié)果,：比單頻收發(fā)機工作,雜波減弱,5,6dB,，靈敏度自動增加,5
11、dB,；帶給小起伏目標(biāo)的收益典型值為,6dB,，總性能改善可達,10,12 dB,。,來自許多獨立脈沖的信號積累后，目標(biāo)的起伏性減弱。,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,15,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,5,、固態(tài)雷達,鑒于傳統(tǒng)的航海雷達（非相參單脈沖機制）無法在抑制干擾探測小目標(biāo)方面取得根本性的突破。,ITU,推薦采用脈沖壓縮機制或,WIMAX,技術(shù)來解決海雜波背景中檢測小目標(biāo)的難題；,航海雷達制造商把最初為寬帶通信鏈路研制的氮化鎵以及其他微波功率半導(dǎo)體應(yīng)用于雷達發(fā)射機以取代磁控管；,移動通信的需求不斷對,ITU,確定的航海雷達頻譜限制施加了壓力，而固態(tài)雷達的峰值功率（,200W,左右）與傳統(tǒng)的雷達（
12、,30Kw,左右）相比，頻譜干擾電平遠遠降低了。,英國的,Kelvin Hughes,的,SharpEye,TM,是固態(tài)相參雷達的一個成功例子，它是第一個符合,IMO,要求的系統(tǒng)。峰值功率,170W,，占空比,10%,。,16,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,6,、,SharpEye,TM,全固態(tài)雷達,發(fā)射機：沒有磁控管了！,接收機,17,全固態(tài),脈沖壓縮,脈沖,多普勒,功率,合成,恒虛警,雜波圖,連續(xù)動,目標(biāo)檢測,提高動態(tài)范圍、距離分辨率,增強了雷達的干擾抑制性能,用脈沖壓縮技術(shù)，全固態(tài)雷達的距離分辨率可以達到,15m,（所有量程）。圖中的大船與小船均可清晰顯示，而磁控管雷達無法達到這樣高的分辨率
13、。,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,18,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,窄脈沖,30,000W,19,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,應(yīng)用脈沖壓縮技術(shù)的長脈沖,170W,20,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,全固態(tài),脈沖壓縮,脈沖,多普勒,功率,合成,恒虛警,雜波圖,連續(xù)動,目標(biāo)檢測,大幅提高雨霧和海雜波環(huán)境,下目標(biāo)檢測和跟蹤的性能,21,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,目標(biāo),雨雪,陸地,海面,0,-10,-20,-30,-6,0,6,12,18,24,功率,(db),速度,(m/s),22,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,目標(biāo)船舶高度,:2m,傳統(tǒng),X,波段雷達,發(fā)現(xiàn)概率,距離,(nm),1.0,0.5,10,5,23,三、
14、,航海雷達的發(fā)展趨勢,目標(biāo)船舶高度,:2m,固態(tài)雷達,發(fā)現(xiàn)概率,距離,(nm),1.0,0.5,10,5,24,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,在,80%,發(fā)現(xiàn)概率，和恒虛警,10,-4,的情況下，傳統(tǒng),S,波段雷達最遠檢測目標(biāo)至,2nm,，而固態(tài),S,波段雷達可以檢測到最遠,5.5nm,的小目標(biāo)（,0.5m,2,，高雜波環(huán)境下）。,25,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,在,80%,發(fā)現(xiàn)概率，和恒虛警,10,-4,的情況下，傳統(tǒng),X,波段雷達難以檢測到小目標(biāo)，而銳眼,X,波段固態(tài)雷達可以檢測到最遠,7nm,的小目標(biāo)（,0.5m,2,，高雜波環(huán)境下）。,26,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,全固態(tài),脈沖壓縮,脈沖
15、,多普勒,功率,合成,恒虛警,雜波圖,連續(xù)動,目標(biāo)檢測,S,波段與,X,波段收發(fā)機均可達到,MTBF,超過,50000,小時,X&S,二合一全固態(tài)雷達系統(tǒng)可用率超過,99.9%,X,波段全固態(tài)雷達擁有,13,級全固態(tài)功率放大器，銳眼,S,波段全固態(tài)雷達擁有,2,級全固態(tài)功率放大器,更好的海雜波抑制效果和目標(biāo)檢測與跟蹤跟蹤效果,銳眼雷達是全固態(tài)脈沖多普勒雷達，因此與傳統(tǒng)雷達相比具有很低的射頻脈沖發(fā)射功率，通常在占空比為,10%,的情況下峰值功率為,170w,，這樣高的負(fù)荷比，來源于發(fā)射機的新型設(shè)計和脈沖壓縮技術(shù)，因此在接收機接收時，假定脈沖壓縮比,1000,：,1,的情況下，就可以獲得,170k
16、w,峰值發(fā)射功率的同等接收性能效果。,27,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,檢測性能：,28,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,29,當(dāng),三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,30,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,31,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,JRC,固態(tài)雷達：,32,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,33,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,34,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,35,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,36,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,100mW,超低發(fā)射功率，微波輻射量,小于移動電話的輻射量,海浪,/,雨雪抑制優(yōu)于磁控管常規(guī)脈沖雷達五倍以上,畫面清晰，近距避碰無盲區(qū)和失真圖像,按鍵即可發(fā)射，省去磁控管常規(guī)脈沖雷達預(yù)熱時間,近距目標(biāo)分辨率高（超過一般,X-,波段雷達）,全自動設(shè)置無須人工調(diào)諧,BR24,型近距防碰固態(tài)雷達,37,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,Broadband,雷達,17W,4KW,脈沖雷達,三、,航海雷達的發(fā)展趨勢,7,、硬件和操作系統(tǒng),采用圖形工作站的硬件平臺漸漸成為主流方式，采用成熟的工控硬件平臺可以大大縮短新技術(shù)雷達硬件的開發(fā)時間；,ARM+DSP+GSP,在小型雷達研發(fā)上具有廣闊的前景；,實時操作系統(tǒng)（,Qn
第九講-航海雷達新技術(shù)
