船舶交通管理系統(tǒng)vts3(130823)

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1、船舶交通管理電子系統(tǒng)(第3章)第3章雷達(dá)子系統(tǒng)§3.1交管雷達(dá)的功能與組成一、基本功能與特點(diǎn)1、主要用途（1）監(jiān)視監(jiān)視管理水域內(nèi)的船舶航行及違章行為，監(jiān)視航路標(biāo)志及錨泊狀況；（2）導(dǎo)航引導(dǎo)船舶進(jìn)出港及錨泊，保證船舶霧航、夜航安全，提高船舶營(yíng)運(yùn)效率；（3）提供信息以信號(hào)、圖像等形式提供有關(guān)船舶航行的信息（包括船舶位置、船舶分布、以及船舶的運(yùn)動(dòng)信息等）。2、基本功能（1）探測(cè)（2）定位（3）顯示（4）信息源3、主要特點(diǎn)（1）較高的定位精度和分辨力；（2）低噪聲、大動(dòng)態(tài)范圍的接收性能；（3）較強(qiáng)的雜波抑制能力；（4）高可

2、靠性；（5）較高的自檢和自控能力等。4、導(dǎo)航雷達(dá)基本原理1）雷達(dá)的基本概念雷達(dá)：利用電磁波的二次輻射、轉(zhuǎn)發(fā)或固有輻射來探測(cè)目標(biāo)，獲取目標(biāo)空間坐標(biāo)、速度、特征等信息的一種無線電裝置。雷達(dá)目標(biāo)（target）：形成對(duì)雷達(dá)電波反射并在接收機(jī)產(chǎn)生回波信號(hào)的物體。2）雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的方法（1）利用目標(biāo)的電磁波二次輻射現(xiàn)象探測(cè)目標(biāo)電磁波在介質(zhì)中傳播，遇到任何電性能與傳播介質(zhì)有差異的物體都會(huì)產(chǎn)生二次輻射現(xiàn)象。目標(biāo)各點(diǎn)產(chǎn)生的二次輻射電磁波與原來的電磁波相互干涉疊加，產(chǎn)生反射、散射、繞射三種情況。反射——如果目標(biāo)受到照射部分的尺寸遠(yuǎn)大

3、于電磁波波長(zhǎng)，且其表面非常平滑，電磁波傳播方向改變，入射角等于反射角。散射——如果目標(biāo)尺寸遠(yuǎn)大于電磁波波長(zhǎng)，但其表面粗糙，各單元的二次輻射指向不同，強(qiáng)度與分布又極不均勻，具有隨機(jī)性質(zhì)。繞射——如果目標(biāo)尺寸遠(yuǎn)小于電磁波波長(zhǎng)，使電磁波連續(xù)彎折繞過目標(biāo)，朝其背后繼續(xù)傳播。諧振——當(dāng)目標(biāo)尺寸與電磁波波長(zhǎng)相比擬時(shí)，特別是當(dāng)目標(biāo)是一個(gè)導(dǎo)體，其指向與電磁波的電場(chǎng)矢量相平行，相當(dāng)一個(gè)電偶極子在電磁波強(qiáng)迫振動(dòng)下產(chǎn)生的二次輻射，形成特殊的天線效應(yīng)。對(duì)一個(gè)復(fù)雜目標(biāo)來說，反射、散射、繞射、“諧振”二次輻射可能同時(shí)發(fā)生，但有主次之分。對(duì)大量

4、目標(biāo)來說，往往散射是主要的。除了完全繞射情況之外，反射、散射、“諧振”二次輻射都可以用來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。主動(dòng)雷達(dá)（activeradar）：雷達(dá)向空間發(fā)射無線電波，利用后向散射探測(cè)目標(biāo)，也稱為有源雷達(dá)。2）雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)距離的方法（1）基本原理目標(biāo)的距離R為：式中，tR為電磁波往返傳播引起的時(shí)延；C為電磁波在自由空間中傳播的速度，數(shù)值為3?108m/s；1??s相當(dāng)于150m。R目標(biāo)雷達(dá)（2）脈沖法測(cè)距——幅度調(diào)制原理圖示：發(fā)射脈沖接收反射脈沖目標(biāo)2目標(biāo)1目標(biāo)1目標(biāo)2收發(fā)共用天線TF電磁波在均勻介質(zhì)中的等速直線傳播特性；天

5、線的定向輻射與接收。雷達(dá)測(cè)角有振幅法和相位法。3）雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)角度的方法雷達(dá)的方向性圖為尖銳的瓣形。由天線掃描機(jī)構(gòu)將波束旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)方向，使接收的目標(biāo)回波達(dá)到最大值，則此刻天線波束的指向即為目標(biāo)方向。目標(biāo)的角坐標(biāo)數(shù)據(jù)即可由天線旋轉(zhuǎn)角確定。零度起點(diǎn)可規(guī)定為真北向或船首向等。二、基本組成雷達(dá)子系統(tǒng)組成框圖控制單元收發(fā)機(jī)A收發(fā)機(jī)B顯示器信息傳輸或數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)波導(dǎo)轉(zhuǎn)換開關(guān)雷達(dá)天線三、使用性能1、探測(cè)范圍（1）方位范圍：視管理水域環(huán)境條件及投資而定；（2）距離范圍港外搜索和監(jiān)視雷達(dá)：40―50Nmile；航道監(jiān)視雷達(dá)：10-

6、20Nmile；港區(qū)泊位和船舶動(dòng)態(tài)監(jiān)視：<10Nmile。2、最大最小作用距離（1）最大作用距離Rmax本身因素：發(fā)射功率PT、天線增益GA、接收機(jī)靈敏度Prmin、工作頻率f。外界因素：目標(biāo)反射性能、電波傳播條件等。評(píng)價(jià)指標(biāo)：發(fā)現(xiàn)概率港外搜索與監(jiān)視雷達(dá)：≥24Nmile；港區(qū)和航道監(jiān)視雷達(dá)：>5-6Nmile（濃霧，中型浮標(biāo)，Pd≥95%）;>8-10Nmile（濃霧，10m長(zhǎng)小船，Pd≥95%）;>14Nmile（濃霧，中型船舶，Pd≥95%）;ho（2）最小作用距離Rmin表示雷達(dá)觀測(cè)近距離小目標(biāo)的能力。Rm

7、in=(hA-ho)ctg(kφA)內(nèi)在因素：脈沖寬度、接收機(jī)靈敏度恢復(fù)時(shí)間、天線架設(shè)高度、天線垂直波束寬度；外在因素：目標(biāo)高度。hohARminφA3、測(cè)距離和測(cè)方位誤差（1）測(cè)距誤差包括：同步誤差、計(jì)時(shí)誤差、量化誤差和測(cè)讀誤差。（見教材3.7.4）雷達(dá)測(cè)距誤差：其中，為電波傳播速度平均值的誤差；為測(cè)量目標(biāo)回波延時(shí)值的誤差。3、測(cè)距離和測(cè)方位誤差（1）測(cè)距誤差雷達(dá)測(cè)距誤差：誤差范圍：兩目標(biāo)間的測(cè)讀誤差<量程的5%；偏離航道中心的測(cè)距誤差<10-20m；雷達(dá)與目標(biāo)間的測(cè)距誤差<10-20m。（2）測(cè)方位誤差包括：傳

8、遞誤差、脈沖間隔導(dǎo)致的誤差、量化誤差和測(cè)讀誤差。（見教材3.7.5）顯示分辨率造成的誤差（當(dāng)波束寬度小于光點(diǎn)直徑時(shí)）：范圍：主要取決于雷達(dá)天線的水平波速寬度和方位量化精度及顯示分辨率，一般在0.1°~0.5°。波束寬度造成的誤差（當(dāng)波束寬度大于光點(diǎn)直徑時(shí)）：4、距離分辨力和方位分辨力（1）距離分辨力表示雷達(dá)區(qū)分同一方位上兩個(gè)相鄰目標(biāo)的能力。主要取決于：發(fā)射脈