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浅析船载异频双雷达系统

摘要：本文就异频双雷达系统的组成、功效、注意事项以及如何优化组合等方面进行了简单的阐述，来描述异频双雷达系统的导航定位功能。
关键词：船载异频双雷达系统 导航 GPS ARPA x波段雷达 S波段雷达
Abstract: The article demonstrates the construction and function of the different frequency vessel double radar system ,and introduces how to optimize compose.
Key word : Different frequency vessel double radar system Navigation GPS ARPA X-band Radar S-band Radar

随着全球经济一体化的不断发展,航运业的作用日益重要,但全球气候变的越来越难以预测,在这种情况之下,如何保持保证公司的航行经济和船舶的航行安全,这就对航行的船舶的导航设备有着相当高的要求。而目前船舶的导航设备中,船载异频双雷达系统具有许多其他导航设备所不具备的优越性能.在此,笔者就这个问题进行一下浅短的分析.
一、 船载异频双雷达系统的简介
船载异频双雷达系统：是由雷达互换装置连接成一个系统的x波段雷达 (波长3厘米)和S波段雷达 (波长10厘米),称之为双雷达系统。
它与同频双雷达系统的不同是：在同频双雷达系统中，天线、收发机、显示器及电源可以互换，但天线和波导只能同时转换；而异频双雷达系统中，由于发射机、天线及微波传输线只能同时工作于同一波段，故不能单独互换，只能作为一个整体互换。由于异频双雷达系统性能各异，实现了优缺点互补，因此船舶装备的异频双雷达导航系统具有较强的可靠性。
二、船载异频双雷达系统的应用
船用雷达的使用性能主要具体情况如下：
1、雷达的最大作用距离与工作波长λ的平方根成正比；实践证明，3cm雷达和10cm雷达波在最大作用距离上有差别：
A、正常天气观测时，10cm雷达波的最大作用距离仅稍大于3cm雷达
B、雨雪天，10cm雷达波的最大作用距离要比3cm雷达大的多，并且在大气中的衰减看，波长λ越长，衰减越小，最大作用距离也越大。
2、雷达的距离分辨率和测距准确度主要取决于发射脉冲的脉冲宽度和脉冲前沿的长短；脉冲宽度越小及脉冲前沿越短，则距离分辨率和测距准确度越能提高，3cm雷达在这方面要比 10cm雷达波高。
3、雷达工作波长越短，天线水平波束宽度越窄，则方位分辨力和测方位精度越高。
4、雷达工作波长越短，雨雪及海浪对有用物标的回波干扰越严重。3cm雷达波受雨雪及海浪的影响比10cm雷达波要大近10倍；
综上所说，在安排值班雷达了望时要考虑到雷达能否发挥最佳效果。复杂条件（如海况较为恶劣、大风浪）下航行双雷达须同时开启值班；正常条件（如天气状况较好、无风无浪）下航行，只要能见度允许，可用两套系统轮流工作或有选择地安排一台雷达值班。
三、自动雷达标绘仪（ARPA）
电子计算机技术和船用雷达相结合的自动雷达标绘仪，这种新型的导航设备以其准确、快速、直观的计算机自动标绘代替传统的人工标绘，显示了起优越的性能。但是，ARPA在使用过程中仍需要注意以下问题：
1、ARPA显示的矢量(Vector)问题
ARPA矢量的计算、显示都是基于ARPA跟踪窗对被录取物标的运动轨迹进行平滑外推的跟踪来取得，是根据被跟踪的航行物标的位置和速度的相关性来进行外推跟踪的，没有把物标的加速度作为一个参数加以考虑。
相对矢量的变化是本船与目标船两者之间相互运动的共同结果，所以，物标的相对矢量变化不一定就有机动行为。
2、ARPA显示的尾迹问题
ARPA显示的尾迹，是目标图像于设定的一段时间内，在雷达显示器上显示的连续运动轨迹。尾迹显示方式具有实时性强、直观性好的显著特点。因此，尾迹显示方式更适合在夜间航行或能见度不良情况下，以及在狭水道中航行或船舶密度大的水域使用。
四、 船载异频双雷达系统的未来前景
1、导航功能的开发前景
目前大部分船舶所装备的GPS都能编辑航线并输出航线至雷达显示器，而只要GPS输出航线的格式与雷达可接受的格式相同或兼容，则在雷达显示器上可打开航线导航功能进行导航。甚至当GPS能同时运行三条航线而雷达又能同时打开三条航线导航时，还可在GPS上编辑两条灯浮航线。当三条航线同时运行时，雷达显示的画面就饶一条清晰可见的高速公路，不但航道清晰可辨而且所显示的灯浮一目了然。当然，这种方法主要适合船舶在狭水道中使用，特别是实行分道通航，双侧成对设置灯浮的水域使用，其导航示意图如图：
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船舶航行路线
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雷达与电子海图配合的助航使用。雷达信息通过标准接口与电子海图连接，使雷达捕捉的目标有选择地显示在电子海图上，此方法主要用于校对灯浮。借助电子海图的光标与雷达光标的相互校正，还可以巧选错位，实现抛锚助航的妙用。
2、避碰功能的开发前景
作为船舶避碰，怎样掌握周围船舶的船舶标识、类型、GPS船位、航向、航速及船舶操作意图是相当关键的。船用雷达、ARPA虽然对船舶避碰有重要作用，但其只能探测目标船的位置、平均速度和航迹向，不能获取目标船的即时速度和船首向，不能得知目标船的操作意图。特别是在能见度不良或海况恶劣的情况下由于雷达性能的限制，目标信号还会出现误差或丢失，给操船避碰带来很大的困难。解决的办法是利用船舶自动识别系统(AIS)，通过高频把本船(他船)航行安全有关的信息进行数据处理自动发送(或接收)，通过数据处理融合有选择地显示在雷达上。此时可通过雷达显示的信息做到有选择地、主动地避让他船。从而有助于船舶航行安全。
五、 使用双雷达系统的注意事项及ARPA的局限性
1、双雷达系统使用中的注意事项
增益调整：调整“增益”应在12海里或24海里量程档，使雷达显示器显示出少量棕色的背景粒子(刚好若隐若现)，从而保证最好的目标探测和远距离发现；
杂波抑制：调杂波抑制时，不应完全抑制掉，以保证对近程小目标的发现；远洋航行中，通常选用自动抑制较为方便；近海航行，好天气时不需要使自动抑制，保证小目标不会被抑制掉；雨雪天气不要使用手动抑制，否则无法调出最佳效果，影响观察；
脉冲选择：长短脉冲要视情况选择。船在靠码头时，离岸较近，要保证图像的清晰，宜选用小量程和短脉冲较好，适当成小增益和调节海浪抑制；
量程转换：航行中应适当选用和转换量程，做到近处看得清，远处有了解。在大洋中航行，可选用12海里以上量程；沿岸航行可用6至12海里量程；在狭水道航行，大小量程兼用，以3海里量程为主，适当使用6海里量程，搜索前方海面；
回波展宽：近距离(3n mile)的小目标采用“回波展宽”对目标探测有显著改善，但要注意在近量程中会降低雷达目标的分辨力；注意风流的影响，正确使用船首闪光线。雷达船首闪光线仅仅指示船首方向，不表示实际航迹。在有风流的情况下，用船首闪光线看来可以通过的地方，实际上可能通不过；注意从多种渠道获取操船信息。
雷达瞻望：雾中航行注意雷达暸望与听觉、视觉了望的有机结合。
2、ARPA系统的局限性
目前，ARPA技术还不成熟，尤其是应对复杂局面，主要还是依赖操船者经验。充分认识ARPA的性能有利于ARPA功能的发挥，其局限性主要表现在：
传感器的局限性：雷达、陀螺罗经、计程仪等ARPA系统的传感器，其本身性能的局限性必然导致ARPA系统的局限性，引起航向、航速等误差；
跟踪目标的局限性：目前ARPA还存在误跟踪和跟踪过程目标丢失率高两个方面的问题；
处理延时的局限性；ARPA从录取目标、采集测量数据、处理数据、自动计算到显示各种数据和信息存在“处理延时”。通常，从录取到显示不稳定数据和矢量，短的约20秒到30秒，一般是1分钟，到稳定需要3分钟，一旦本船或目标船改向和变速，则原先的显示数据或矢量作废，新数据新矢量的显示同样需要经过相应的延时才能稳定。
在狭水道中的局限性：在狭水道中流的复杂性、航向航速的多变性易引起矢量的不可靠，避碰时应慎用CPA；
报警的局限性：存在虚报答和漏报警的现象；
另外，ARPA的局限性还表现在ARPA并不遵守(国际海上避碰规则)，故航海人员任何时候都不应忽略视觉了望，小心驾驶，确保船舶航行安全。

结束语：随着航海业的不断发展，雷达的作用显得日益重要，作为雷达中的一部分，船载异频双雷达系统将扮演着重要的角色。船载异频双雷达系统集定位、导航、避碰于一身，技术含量高、功能完善，是远洋航行船舶的眼睛，每位航海人员都应掌握和利用其技术性能，不断学习、实践，积累丰富的航海保障经验，这对于保证船舶航行安全是极其重要的。


参考文献:
《航海雷达与ARPA》 王世远 大连海事大学出版社 2002年
《ARPA原理》 董小兵 大连海事大学出版社 1994年
《船用雷达设备》 史伯涛 大连海运学院出版社 1991年
《无线电导航》 贾玉涛 国防工业出版社 1983年