雷达应答器的未来.

1、雷达应答器（ Racons ）的未来作者： Dr. Nick Ward 背景IMO 海上安全委员会（ MSC）的第 79 次会议在第 192/（79） 号决议中通过了雷达性能的新标准，从 2008 年开 始取消其对对 S 波段雷达应答器的触发要求。该措施旨在促进新技术的引入（如相干调制） ，以促进未来雷达改善在 杂波中探测目标的能力，进而提高安全性。这些技术还可以减少失真发射和带外发射，促进频谱的有效利用。从 2008 年开始，这些技术可以应用于新的 S 波段雷达。S 波段在恶劣的雨雪杂波环境下尤其有用。 由于其探测 能力和显示优势， S波段雷达被普遍认为更适于作为 APRA（自动雷达标绘装置

2、） / 避碰雷达。尽管该新技术旨在提高安全性，但使用这种技术的雷达几乎都不触发现有的雷达应答器。 雷达应答器被认为是一种非常重要的助航工具， 因为他们能够在可见度非常差的情况下识别并定位航标而不依赖 GNSS。总的来说，与新雷达技术兼容的雷达应答器能够研发出来，但目前对这些新技术还没有相关的行业标准或建 议。目前对于应用新技术的 S 波段雷达的强制装载要求还没有提上日程。同样，对于现有的 S 波段雷达的逐步淘汰 也没有日程计划。新技术雷达会有一些新的操作特性，需要对操作员进行培训。对 X 波段雷达的要求没有任何改变。在可预见的未来，仍要求 X 波段雷达触发并搜寻雷达应答器及救生艇雷达 应答器（

3、SART）。新技术 S 波段雷达的出现， 将成为决定 X 波段雷达未来发展计划的一个因素， 因此，有人建议 IMO 修改对 SART 的要求，将其从基于雷达转变为基于 AIS 或其他技术。新技术雷达国际海上无线电委员会（ CIRM）的 Norris 教授曾解释说，雷达技术不断变化，为鉴别杂波性能的提高提供了 潜力用户认为目前的航海雷达的性能在这方面不能满足要求。更有效的带宽控制也能够改善与其他射频用户的兼 容性（更低射频干扰）。期望的解决方案减少高耐压元件的使用数量， 从而提高可靠性， 并有希望最终取消有寿命限制的元件。 这样就能 够实现更高的电子集成度，进一步提高可靠性（元件依赖性降低）并最

4、终降低成本。未来也有可能实现与可承受价格的、 对无线电波束敏感的定相阵列型天线与可行的静止 （非旋转式） 天线系统相 兼容，获得高的性价比。利用相干调制射频信号可以提高杂波识别性能 目前的航海雷达的磁控管是非相干性调制的。这些技术保留了 雷达接收信号的频率和相位信息， 将这些信息用于之后的处理过程， 更好地将目标从杂波中区分出来。 概括的说， 就 是目标和杂波具有不同的频谱。几年后，处理算法的改进和更快的处理器速度会逐步改善从杂波中鉴别目标的能力。短期内，将信噪比值提高 “几十 dB”是有可能的。长期而言，改进潜力可能会更大。变更日程表微波装置带来的处理技术的进步以及性价比的提高，这些变化已经

5、开始出现。 IMO 已经认可了这些改变，并且 修订后的航海雷达标准允许 2008 年 7 月后在 S 波段的非磁控管雷达。现在有些文件中已经指出，类型验证的解决方案 “在 2010 年之前肯定能够出现 ”，但是目前技术上的困难还很 大，这一断言可能过于乐观。而且有些解决方案可能还会涉及到国防出口限制的问题。对雷达应答器的影响大多数的新技术解决方案都依赖于低峰值功率性能（ 10W-<1kW ）。有些解决方案具有类似噪声的波形，造成 其他系统无法有效监测（此类解决方案具有消除雷达 / 雷达干扰的优势）。要求新技术雷达与现有的雷达应答器兼容 以获取更高的杂波识别性能是革新的主要部分，并且 IM

6、O 已经同意，从 2008 年 7 月起，S 波段航海雷达不需要与 雷达应答器兼容。但是对雷达与 X 波段雷达系统的兼容性要求没有放松。雷达的预期变化为了获得更好的杂波 / 目标分辨率，需要 20MHz 甚至更高的带宽。任何脉冲持续时间达到等幅波从理论上讲都 是可行的；可使用脉冲压缩技术获取距离鉴别。用频率、 相位或调幅调制（如果可能的话） 脉冲。连续脉冲可能并不 相同。如果使用固定的相位阵列天线， 可能无法产生波束的连续方位角回扫即便是旋转天线也要具备使天线指向前或 向后方向的附属设施。备选技术可以理解， 在一个充满竞争的环境下， 生产商不愿意谈及他们尚处于开发过程的解决方案。 每个厂商的解

7、决方案 可能完全不同，而且并不是所有的厂商都首推新技术方案。 有可能成为备选的技术包括中、 短相干脉冲和等幅波（CW）。短相干脉冲以最小的处理给出固有的良好的距离分辩率， 而且不产生距离旁瓣 （距离旁瓣是在乱真距离内的真目 标的冗余“回声”，可能在脉冲压缩过程中产生） 。由此可以获得较好的短程性能， 而且该解决方案能够与现有的 S 波 段雷达应答器相兼容。 不过，它需要高峰值功率脉冲， 可能还需要用到相干磁控管， 由于需要高电压， 而且在很短的 脉冲中维持相位和频率稳定性非常困难，该技术比较昂贵。中等宽度的相干脉冲能够相对容易地在一个脉冲内获得较好的频率 / 相位稳定性，也有可能对脉冲波形进行

8、设 计，从而分别优化短程、中程和远程性能。这些技术可以部分地与现有地 S 波段雷达应答器相兼容。不过，该项技 术需要用到行波管（ TWT），或相关的高功率半导体放大器（数百瓦的峰值功率） ，因此可能会相对昂贵。能否取得足 够低的距离旁瓣也是一个难题。等幅波雷达（ CW Radar ）需要的峰值功率比较低（ <10W 的功率可能就已经足够） ，可以使用价格可以承受且 性能稳定的半导体技术。 当前的一种可能的调制， FMCW，是一项已经存在的、 大家都充分理解的海军雷达导航技术。 供选择的基于噪声的调制可以去除所有的雷达对雷达的干扰效果（该技术已经用于军事上的 LPI 雷达）。等幅波雷达的缺

9、陷在于，它有可能需要单独的发射 / 接收天线以获取需要的隔离度，短程、远程优化困难，而且 也很难获得足够低的距离旁瓣。该方法可以与现有的 S 波段雷达应答器兼容，噪声调制与任何发射机应答器系统都不兼容。航海者的优先选择在 IMO 做出决定之前，航海学院就 S 波段雷达应答器兼容性的潜在损失进行了一项用户调查。该调查的结果是 “有些勉强地” 同意，以雷达应答器性能的下降为代价的 S波段杂波识别性能的提高是对目前状况的一种改善。 IMO 已经注意到了这一优先的选择。航海者熟悉并喜欢使用雷达应答器， 因为雷达应答器以自然方式在雷达上显示， 并直接给出相对于 “以船舶为中 心的世界”的数据。他们对 A

10、IS 作为雷达的恰当替代品信心不足，因为 AIS 并不是以船舶为中心，因此不能直接给 出相对方位和距离。雷达应答器的替代选择一个值得考虑的替代方法是独立的距离 / 方位应答机系统，该系统使用一套简单的船基问询系统。但是这种方法 也有很多问题。它会增加船东的额外费用，而且导航显示系统的规格，如雷达和 ECDIS ，都需要进行相应更改以容纳新的数据在有些船舶上确定另外的“主要”天线安装位置可能也会非常困难，因为需要 360 度视角，有可能需要旋转。 用将来高度专业化且设计各不相同的雷达天线， 会使得与雷达的协同定位变得更加困难， 尽管一个专门的应答机系统 的天线可能会比一个典型的 X 波段雷达天线

11、的尺寸小的多，且同时保留目前的方位准确度。结论有关 S 波段雷达应答器的应用应该暂缓，直到对新技术雷达的初期发展有更好的理解。但是IALA 应该考虑就“单 S 波段”雷达应答器的安装给出建议。在更远的将来（也就是说，在S波段NT雷达被证实其优越性的 710 年后），X波段雷达可能不会仅限于磁控 管技术，也许它适合用于新的距离 / 方位应答机系统来开发，并取代雷达应答器。CIRM 很乐意与 IALA 一起，制定未来的解决方案，并就他们所开发的 NT 解决方案提供进一步的信息。 新技术雷达与雷达应答器的兼容性大家都知道， 现有的雷达应答器不能与新技术雷达兼容。 且不论信号调制的问题， 现有的雷达应

12、答器缺少监测新 技术雷达信号所需要的灵敏度。 这是因为现有的雷达应答器必须对雷达波段内所有频率的雷达信号做出响应 （请记住， 带宽与灵敏度成反比关系） 。需要考虑的主要问题如果需要一个全新型的雷达应答器，下面列出了主要的意见及局限性： 新技术雷达有可能用到数字调制技术和数字合成发射机； 与典型的磁控管发射机的高功率短脉冲不同，新技术雷达可能需要较长的时间周期发送低功率调制脉冲； 新技术雷达可能需要用数字接收机； 以窄带宽接收约定频率的雷达应答器可以是灵敏度高，且能够监测低功率长脉雷达信号； 航空信标雷达应工作在不同的频段上；个别厂商的新技术雷达使用的调制类型， 雷达应答器可能无法正确解调复制，

13、 导致雷达丢弃雷达应答器的响应； 不同的厂商可能会使用他们自己的专利调制技术； 由于不同的调制技术，雷达应答器可能无法监测来自特定的新技术雷达的“询问” 。结论能够监测、并能对所有厂商的新技术雷达都成功响应的雷达应答器几乎是不可能的； 即使不是完全不可能，要制造出能够监测、并成功响应所有品牌的新技术雷达的雷达应答器也是极其困难的； 既然雷达应答器不可能制造的足够复杂，那么雷达就必须足够复杂；雷达/ 雷达应答器系统的推荐特性 雷达应该在认可的频率上，周期性地（或许每几秒钟）发射国际认可的编码、调制的信号（使用数字技术能这 一过程相对简单）； 雷达应答器应接听这种信号，并在已知频率上（最好与上述频

14、率不同）使用特殊编码并调制的信号做出响应； 雷达应旋至接听已认可的编码信号 （再重复一次， 数字技术的使用能够使这一过程相对简单） ，并在显示器上显 示出恰当的信息。里程碑国际组织应该同意，新技术雷达及雷达应答器的使用，是被期望或强制要求的； 国际组织应该通过关于雷达 / 雷达应答器系统技术特性的标准；上面所提的推荐特性只是众多选择中的一项； 雷达和雷达应答器的厂商必须同意合作。CIRM 工作组为了推动该事件的进展， CIRM 已经提出，希望就雷达 / 雷达应答器系统标准组织一个工作组。部分雷达生产商 对此有一些抵制， 他们担心失去自己的专利技术， 或被强制使用他们认为不够先进的强制性技术，

15、这一点也无可厚非。 上述提议避免了这两种情形。AIS 作为雷达应答器的替代品从表面来看，用 AIS 来代起雷达应答器颇具吸引力，因为 AIS 功能更强大，而费用则低的多。但是， AIS 依赖 于 GPS 提供位置输入，从而失去了雷达能够独立地、以船舶为中心的进行定位的优势。目前，如果GPS由于某种原因关闭，则 AIS 完全失效。这一点，在有重要导航作用的孤立标志必须被识别出来的地方尤其重要，譬如分道通航 制（TSS）标识和航道浮标。大家都期望 AIS 作为一种助航方式能够更加普及。尤其是，雷达和 ECDIS 厂商继续将 AIS 目标容入到其显示 器中。这些显示器提供了关于距离和方位的计算， 对 AIS 目标进行以船舶为中心的定位。 随着集成技术的提高， IMO 或许最终会强制装载集成显示器。 IMO 已经决定，从 2008 年 7 月起，所有安装的新雷达必须配备此设施。当其他 定位系统