船舶交通高效管理系统VTS3(130823).ppt

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1、船舶交通管理电子系统(第3章)第3章雷达子系统§3.1交管雷达的功能与组成一、基本功能与特点1、主要用途（1）监视监视管理水域内的船舶航行及违章行为，监视航路标志及锚泊状况；（2）导航引导船舶进出港及锚泊，保证船舶雾航、夜航安全，提高船舶营运效率；（3）提供信息以信号、图像等形式提供有关船舶航行的信息（包括船舶位置、船舶分布、以及船舶的运动信息等）。2、基本功能（1）探测（2）定位（3）显示（4）信息源3、主要特点（1）较高的定位精度和分辨力；（2）低噪声、大动态范围的接收性能；（3）较强的杂波抑制能力；（4）高可靠性；（5）较高的自检和自控能力等。4、导航雷达基本原理1）雷达的基本

2、概念雷达：利用电磁波的二次辐射、转发或固有辐射来探测目标，获取目标空间坐标、速度、特征等信息的一种无线电装置。雷达目标（target）：形成对雷达电波反射并在接收机产生回波信号的物体。2）雷达探测目标的方法（1）利用目标的电磁波二次辐射现象探测目标电磁波在介质中传播，遇到任何电性能与传播介质有差异的物体都会产生二次辐射现象。目标各点产生的二次辐射电磁波与原来的电磁波相互干涉叠加，产生反射、散射、绕射三种情况。反射——如果目标受到照射部分的尺寸远大于电磁波波长，且其表面非常平滑，电磁波传播方向改变，入射角等于反射角。散射——如果目标尺寸远大于电磁波波长，但其表面粗糙，各单元的二次辐射指

3、向不同，强度与分布又极不均匀，具有随机性质。绕射——如果目标尺寸远小于电磁波波长，使电磁波连续弯折绕过目标，朝其背后继续传播。谐振——当目标尺寸与电磁波波长相比拟时，特别是当目标是一个导体，其指向与电磁波的电场矢量相平行，相当一个电偶极子在电磁波强迫振动下产生的二次辐射，形成特殊的天线效应。对一个复杂目标来说，反射、散射、绕射、“谐振”二次辐射可能同时发生，但有主次之分。对大量目标来说，往往散射是主要的。除了完全绕射情况之外，反射、散射、“谐振”二次辐射都可以用来发现目标。主动雷达（activeradar）：雷达向空间发射无线电波，利用后向散射探测目标，也称为有源雷达。2）雷达测量目

4、标距离的方法（1）基本原理目标的距离R为：式中，tR为电磁波往返传播引起的时延；C为电磁波在自由空间中传播的速度，数值为3108m/s；1s相当于150m。R目标雷达（2）脉冲法测距——幅度调制原理图示：发射脉冲接收反射脉冲目标2目标1目标1目标2收发共用天线TF电磁波在均匀介质中的等速直线传播特性；天线的定向辐射与接收。雷达测角有振幅法和相位法。3）雷达测量目标角度的方法雷达的方向性图为尖锐的瓣形。由天线扫描机构将波束旋转至目标方向，使接收的目标回波达到最大值，则此刻天线波束的指向即为目标方向。目标的角坐标数据即可由天线旋转角确定。零度起点可规定为真北向或船首向等。二、基本组

5、成雷达子系统组成框图控制单元收发机A收发机B显示器信息传输或数据处理子系统波导转换开关雷达天线三、使用性能1、探测范围（1）方位范围：视管理水域环境条件及投资而定；（2）距离范围港外搜索和监视雷达：40―50Nmile；航道监视雷达：10-20Nmile；港区泊位和船舶动态监视：<10Nmile。2、最大最小作用距离（1）最大作用距离Rmax本身因素：发射功率PT、天线增益GA、接收机灵敏度Prmin、工作频率f。外界因素：目标反射性能、电波传播条件等。评价指标：发现概率港外搜索与监视雷达：≥24Nmile；港区和航道监视雷达：>5-6Nmile（浓雾，中型浮标，Pd≥95%）;>8

6、-10Nmile（浓雾，10m长小船，Pd≥95%）;>14Nmile（浓雾，中型船舶，Pd≥95%）;ho（2）最小作用距离Rmin表示雷达观测近距离小目标的能力。Rmin=(hA-ho)ctg(kφA)内在因素：脉冲宽度、接收机灵敏度恢复时间、天线架设高度、天线垂直波束宽度；外在因素：目标高度。hohARminφA3、测距离和测方位误差（1）测距误差包括：同步误差、计时误差、量化误差和测读误差。（见教材3.7.4）雷达测距误差：其中，为电波传播速度平均值的误差；为测量目标回波延时值的误差。3、测距离和测方位误差（1）测距误差雷达测距误差：误差范围：两目标间的测读误差<量程的5%；

7、偏离航道中心的测距误差<10-20m；雷达与目标间的测距误差<10-20m。（2）测方位误差包括：传递误差、脉冲间隔导致的误差、量化误差和测读误差。（见教材3.7.5）显示分辨率造成的误差（当波束宽度小于光点直径时）：范围：主要取决于雷达天线的水平波速宽度和方位量化精度及显示分辨率，一般在0.1°~0.5°。波束宽度造成的误差（当波束宽度大于光点直径时）：4、距离分辨力和方位分辨力（1）距离分辨力表示雷达区分同一方位上两个相邻目标的能力。主要取决于：发射脉