福建船政職院雷達操作與模擬器課件01船用雷達-3使用性能及其影響因素

Ch3船用雷達的使用性能及其影響因素①雷達性能指標使用性能：Rmax、rmax

、rmin、△rmax、△amin，技術性能：Pt、τ、F、n、θH……等②使用人員掌握指標重要性在使用、安裝、驗收時，知道雷達現處于什么狀態(tài)？是否滿足要求？③應掌握要求：指標基本概念（定義）影響因素簡單計算§3.1最大探測距離及其影響因素一、最大探測距離（Rmax）1、Rmax——考慮到地球曲率、天線高度、物標高度及雷達電波傳播空間大氣折射影響的雷達可能觀測的最大距離，也是雷達的極限距離。2、幾何地平、光平地平與雷達地平概念說明：①DR＞DV＞DG②單位：h=米(m)D=海里（Nm）

地平形式定義大小幾何地平不考慮大氣折射時，所能觀測的地平范圍DG=光學地平大氣折射時（標準大氣壓）地平范圍DV=雷達地平雷達波通過大氣折射（標準大氣壓）的地平范圍。DR=3、雷達最大探測距離雷達最大探測距離：（當考慮目標高度時）

[在標準大氣壓下（書中說明）]

Rmax

=2.23(＋)

式中：H——米，Rmax—海里

∴影響Rmax因素（在正常標準大氣壓下）

①地球曲率

②天線高度

③目標高度。二、異常折射下，對雷達Rmax的影響

序號異常折射氣候條件常發(fā)生地區(qū)現象對Rmax影響1次折射（欠折射或負折射）溫度↓↓溫度↑折射率↑寒冷地區(qū)、極地地區(qū)

雷達波束向上彎曲使Rmax↓。目標的Rmax減少30%~40%2超折射（過折射）與上述相反炎熱地區(qū)，紅海、地中海雷達波束向下彎曲Rmax↑3大氣波導現象嚴重超折射時炎熱地區(qū)，紅海、地中海向下彎曲程度加大Rmax↑↑（甚至超過100海里以上）（會產生二次掃描假回波）§3.2最大作用距離及其影響因素一、雷達技術參數及物標反射性能對rmax的影響即：雷達波在“自由空間”中傳播時的rmax，“自由空間”——不考慮：

①大氣折射與吸收;②海面與地面反射;③各種干擾rmax

=（）1/4

——雷達方程

Pt——峰值功率；

GA——天線增益；

λ——工作波長；

Pmin——接收機靈敏度；σ0——物標有效散射面積→解釋→放后面1、雷達技術參數影響（雷達內部因素）1）Pt↑→rmax↑,但并不顯著(4次方根),代價高,不可取。2）Prmin↓→rmax↑,但并不顯著(4次方根)代價低,不斷努力。3）GA、λ↑→rmax↑,比較顯著（2次方根）但：λ↑→GA↓∴λ↑→不減小GA，→Ar↑λ一定，GA↑→rmax↑

2、物標反射性能的影響σ0定義與理解

σ0-----------目標的有效散射面積σ實際目標的反射性能（σ0）與目標的：幾何尺寸，大?。炼?、深度）形狀平板↑園↓表面結構——光滑度入射角——垂直最大材料——鋼？木材？工作波入（λ）

二、海面鏡面反射對rmax的影響

1、海面鏡面反射現象

O點（目標處）：直射波與反射波疊加若海面反射系數1，相移180度，得：r′max=2rmaxsin（）

sin：0~1變化∴0≤r′max≤2rmax

海面反射→造成雷達波束在垂直方向上分裂現象回波時隱時現（對應分裂波束的最小最大）低目標，不能被探測到。三、海浪干擾雜波的影響（回顧總結）

海浪干擾雜波特點：1、與距離有關：離本船較近，干擾越大→使掃描中心周圍一片，不穩(wěn)定的魚鱗狀亮斑，隨距離呈指數規(guī)律迅速減弱。一般風浪時——6~8Nm；大風浪時——10Nm。2、與風向有關：上風舷（側）：強，距離遠；下風舷（側）：弱，距離近。

3、大風浪時→掃描中心周圍輝亮實體4、幅度較大的長涌→屏上見到一條條的浪涌回波5、與雷達技術參數有關1）工作波長3cm干擾>10cm干擾。2）波束的入射角：入射角越大，干擾越強。3）極化類型：水平極化波比垂直極化波減少

1/4-------1/10。4）τ、QH越大，干擾越大。四、大氣衰減的影響大氣衰減大氣吸收[包括：雨、雪、霧、云，含水量增大時，更嚴重]散射特點：1、水蒸汽：3cm>10cm，10倍多；2、雨：3cm>10cm，10倍左右；3、霧：一般較小，但能見度30m時，要比中雨引起的衰減大；4、云：雨霧，還會產生反射干擾。

IMO對rmax的要求：當在正常電波傳播下，天線高度15cm，無雜波干擾時，表1-3-2§3.3最小作用距離及其影響因素1、什么是最小作用距離（rmin）？——能在熒光屏上顯示并測定物標的最近距離。表示雷達探測近物標的能力。在此內區(qū)域——稱為雷達盲要求：rmin越小越好2、物標處在天線波束照射內情況（雖然在波束照射之內，仍然探測不到目標）

rmin1=(τ+tf

)τ：脈寬，tf

：收發(fā)開關恢復時間近物標反射回來，但收發(fā)開關尚未轉換到接收機，不能被接收。所以

τ↓、

tf↓→rmin1↓3、物標處在天線波束照射之外3、物標處在天線波束照射之外rmin2≈hA·ctgθV另一種表示：

rmin2≈hA·ctg

（θV/2）∴hA↓(θV↓)→rmin2↓

總綜合：為使→rmin2↓τ↓、hA↓tf

↓、θV↑說明：一般rmin1≠rmin2，兩者取大值。4、盲區(qū)的實測方法：近距離目標，逐漸靠近（或遠離）本船，測出它們的回波亮點消失（或出現）時的距離?；蛲ㄟ^本船移動，測出目標浮筒出現或消失時的距離。測完應記錄在雷達日記上。5、IMO要求：

當h：15m時

5千總噸

10m船長

σ0:10m2應能在50m---1Nm內清楚顯示。

§3.4距離分辨力及其影響因素1、什么叫距離分辨力（△rmin）？——表示雷達分辨同方位的兩個相鄰點物標的能力要求：△rmin越小越好2、△rmin大小

△rmin=（τ+1/△f）+2RD·d/D[τ：脈沖寬度;RD：所在量程;△f：接收機通頻帶；d：光點直徑；D：屏幕直徑]為使△rmin↓→應使：τ↓,△f↑，RD↓，d↓，D↑

3、IMO要求：△rmin<50m

[當在①2Nm或更小的量程檔；②在50%--100%距離范圍內]§3.5方位分辨力及其影響因素1、什么△αmin?——表示雷達分辨距離相同而方位相鄰的兩個點物標的能力要求：△αmin越小越好2、△αmin大小

△αmin=θH（水平波束寬度）+d（光點角尺寸）3、d與在熒光屏上所處位置有關若：屏半徑為LS，光點為d。若:當L≈LS/3，d≈θH，則△αmin≈θH

當L≤LS/3，d>>θH，則△αmin≈d0

當L＞2LS/3，d<<θH，則△αmin≈θH所以為了使△αmin

→應使：①θH↓②d↓③光點應盡量選擇在2LS/3④適當降低亮度、增益→d↓4、IMO要求：

△αmin<2.5度（在1.5Nm或2Nm量程的5%~10%距離范圍內）

§3.6測距精度及其影響因素

一、（時間）同步誤差——指的是掃描開始時刻與天線輻射時刻不一致。消除方法：調整延時線中心抽頭位置。二、固標與活標的不精確引起的誤差1、固標誤差①出廠前校正至所在量程的0.25%以內（精度比較高）②固標形成的內插誤差一般約為所在量程5%左右

2、活標誤差一般約為所在量程的1%~1.5%，用固標來校正活標精度

三、掃描（鋸齒波）的非線性①使→圖像失真→影響觀測掃描非線性→引起誤差一般：不影響用活標測距的精度②但在當使用固標測距會引起內插誤差。四、因光點重合不準導致的誤差熒光屏光點有一定的尺寸直徑為d→回波周邊各擴大d/2→距標圈同樣邊緣擴大d/2

所以為了減小測距誤差→應使活標內緣與回波影像內緣相切，進行正確重合

五、脈沖寬度造成回波圖像外側擴大引起的測距誤差一般不選用外側測量六、物標回波閃爍引起誤差①船舶搖擺；②相對運動（照射部位發(fā)生變化→反射中心不穩(wěn)）七、雷達天線高度引起的誤差

h↑→誤差↑

R↑→誤差↓IMO測距精度要求所用量程最大距離的1.5%或70m中較大的一個值。

測距注意事項P79——同學自學§3.7測方位精度及其影響因素一、方位同步系統(tǒng)誤差二、航首標志線的誤差

H-upN-up羅經誤差→HL指向誤差三、中心誤差——指掃描中心點（O2）未與熒光屏幾何中心（O1）一致；O2（測量舷角）≠Q1（真實舷角）

四、水平波束寬度及光點角尺寸造成的“角向肥大”誤差四、水平波束寬度及光點角尺寸造成的“角向肥大”誤差“角向肥大”——目標回波圖像左右側“肥大”原因：①

θH；②光點角尺寸其大?。ㄗ笥覀龋│菻/2+d/2

在測量回波邊緣方位：①用機械方位測量：誤差θH/2+d/2需修正②用EBL測量：用“同側外沿”相切測量?！逧BL也有光點角尺寸擴大，與回波光尺角尺寸擴大相抵消。誤差θH/2，需修正。同時，在測方位邊緣時：應選量程，使要測量回波位于1/2~2/3量程區(qū)域為宜所以光點角尺寸較小，這里也說明QH↓越好。另外說明：中心點測方位誤差較?。ń嵌葦U大不影響）五、天線波束主瓣軸向偏移角不穩(wěn)定引起的誤差在安裝時校正，但由于振頻率↑↓→偏移六、天線波束寬度及波束形狀不對稱引起誤差七、方位測量設備的誤差八、本船傾斜或搖擺導致的誤差在45°、135°、225°、315°誤差最大為使誤差減少：橫搖時→測正橫方向物標縱搖時→測首尾方向物標九、人為測量誤差如：用機械→讀數（垂直）

§3.8雷達主要技術指標及其對使用性能影響一、工作波長λ[關系因素較多：rmax,rmin……]1、λ~rmax[方程rmax=（）1/4]復雜過程λ↓→σ0↑λ↑→衰減小結論：10cm比3cm的rmax大①正常天氣：10cm比3cm的rmax稍大②雨霧天氣：10cm比3cm的rmax大得多2、λ與△rmin、rmin、測距精度關系λ↓→τ↓→△rmin↓3cm相對于10cm最小探測能力距離分辨力↑（△rmin↓）3、λ與△αmin、測方位精度關系

λ↓→θh↓（Qh

αλ/L）4、λ與抗干擾能力關系

λ↑→抗雨雪、海浪干擾↑綜述：正常天氣：3cm優(yōu)于10cm；雨雪及大風浪：10cm優(yōu)于3cm二、脈沖寬度τ1、τ↑（遠量程）→rmax↑（∵在不改變發(fā)射功率下能量提高）

2、τ↓（近量程）→

rmin↓△rmin↓

測距精度↑

抗干擾↑三、脈沖重復頻率（F）F↑→回波脈沖積累數↑→rmax↑但受量程限制∴遠量程——τ寬——低F

近量程——τ管——高F四、發(fā)射峰值功率（Pt）

Pt↑→rmax↑但不明顯可靠性↓；干擾↑五、天線波束寬度

1、θH↓→

①能量集中→rmax↑②△αmin↓③測方位程度↑④干擾↓目前船用θH一般：1°左右（0.7°~1.5°）小型雷達2.5°；港口雷達0.25°~0.8°2、θVθV↓→優(yōu)點：①能量集中→rmax↑;②干擾缺點：rmin2↑→盲區(qū)↑（一般15°~30°）

六、天線轉速（nA）nA↓優(yōu)點:回波脈沖積累數↑→rmax↑缺點:①回波圖像完整性↓（閃爍）→[解釋]；

②干擾↑七、天線極化形式水平極化：抗海浪干擾好——廣泛采用垂直極化：抗雨雪干擾好——個別10cm有采用園極化:抑制雨雪干擾好，但天線增益低。八、GA↑→rmax↑九、△f↓→

Prmin↓（靈敏度↑）→rmax↑

波形失真↑→△rmin↑，距精度↓所以遠量程——寬τ——窄△f

近量程——窄τ——寬△f思考題：量程變化→雷達哪些參數會相應隨之變化?§3.9影響雷達回波正常觀測的諸因素一、扇形陰影區(qū)1、定義：雷達波束被阻擋物（本船桅桿、煙囪等）陰擋，在其后方物標不能被探測的扇形（暗）區(qū)。[雷達盲區(qū)區(qū)別——同樣波導不能涉及區(qū)域，區(qū)別：一個是θV波束寬度有限；另一個是阻擋]本船建筑物→陰形區(qū)。與相對高度有關，一旦相對方位固定→陰影區(qū)方位角度固定盡量避免在船首出現陰影區(qū)岸壁阻檔情況2、陰影區(qū)測定方法本船沿浮標附近緩慢回轉記錄浮標回波出沒方位陰影區(qū)，記錄在雷達日記上。二、假回波——熒光屏上顯示