航海雷达与ARPA

1、吴建华2014.9l航海雷达，装在船航海雷达，装在船上用于航行避让、上用于航行避让、船舶定位、狭水道船舶定位、狭水道引航的雷达，亦称引航的雷达，亦称船用雷达。船用雷达。l航海雷达在能见度航海雷达在能见度不良时为航海人员不良时为航海人员提供了必需的观察提供了必需的观察手段。它的出现是手段。它的出现是航海技术发展的重航海技术发展的重大里程碑。大里程碑。 l发展简况发展简况19041904年德国工程师胡尔斯迈耶制成能发年德国工程师胡尔斯迈耶制成能发射和接收电磁波以探测船舶的装置，但射和接收电磁波以探测船舶的装置，但因作用距离不到因作用距离不到1 1英里，未引起重视。英里，未引起重视。19351935

2、年法国班轮年法国班轮“诺曼底诺曼底”号最先安装号最先安装航海雷达，其天线不能旋转，用以探测航海雷达，其天线不能旋转，用以探测前方冰山。前方冰山。第二次世界大战期间，研制了厘米波对第二次世界大战期间，研制了厘米波对海雷达。海雷达。19401940年英国人兰德尔和布特制成空腔磁年英国人兰德尔和布特制成空腔磁控管，解决了微波源问题。控管，解决了微波源问题。19411941年美国首先制成带有平面位置显示年美国首先制成带有平面位置显示器的脉冲微波海面搜索雷达。这种雷达器的脉冲微波海面搜索雷达。这种雷达在第二次世界大战的反潜艇作战中发挥在第二次世界大战的反潜艇作战中发挥了重大作用，战后用作商船航海雷达，了

3、重大作用，战后用作商船航海雷达，以保证航海安全。以保证航海安全。l发展简况发展简况6060年代末到年代末到7070年代初出现了自动雷达标年代初出现了自动雷达标绘仪，进一步发挥了雷达在避碰上的作绘仪，进一步发挥了雷达在避碰上的作用，得到广泛应用。用，得到广泛应用。19721972年国际海上避碰规则年国际海上避碰规则规定了正规定了正确使用雷达和进行标绘的要求。确使用雷达和进行标绘的要求。 1974 1974年国际海上人命安全公约年国际海上人命安全公约19811981年修正案年修正案规定了不同吨位船舶安装雷规定了不同吨位船舶安装雷达和自动雷达标绘仪的台数和日期。达和自动雷达标绘仪的台数和日期。国际海

4、事组织也先后通过航海雷达和自国际海事组织也先后通过航海雷达和自动雷达标绘仪的性能标准。动雷达标绘仪的性能标准。基本概念雷达雷达: : Radar Radar Radio detection and ranging Radio detection and ranging 无线电探测和测距。无线电探测和测距。定义：定义： 雷达是一种通过发射雷达是一种通过发射电磁波电磁波和接和接收回波，对收回波，对目标目标进行探测和测定进行探测和测定目标目标信息信息的设备。的设备。电磁波特性l直线传播直线传播l二次辐射（反射）二次辐射（反射）目标雷达目标l雷达所能发现的所有目标。雷达所能发现的所有目标。船舶岛屿（陆

5、地）浮标海浪杂波雨雪杂波目标信息l相对位置（距离和方位）相对位置（距离和方位）l真速度真速度l真航向真航向lCPA（Closest Point of Approach)lTCPA(Distance to CPA)(1) 避碰避碰 距离，方位，速度，航向距离，方位，速度，航向.测量目标参数测量目标参数 (2) 无视线限制无视线限制(1) (1) 远距离探测远距离探测尽早发现目标尽早发现目标三个主要用途三个主要用途: : (2) 定位定位导航导航海上雷达的用途海上雷达的用途雷达雷达/ARPA, ECDIS, GPS/DGPS和自动舵构成的自动和自动舵构成的自动船桥系统是未来主要的导航系统船桥系统是

6、未来主要的导航系统l雷达结构及其工作原理雷达结构及其工作原理l雷达影像失真的特点及其产生原因雷达影像失真的特点及其产生原因l影响雷达正常观测的诸要素影响雷达正常观测的诸要素l雷达测距雷达测距/ /测方位测方位l雷达定位与导航雷达定位与导航l雷达航标雷达航标雷达考核内容雷达考核内容第一章第一章 基本工作原课基本工作原课第一节第一节 测距测方位基本原理测距测方位基本原理方向扫描方向扫描量程量程:回波回波 (at 10 nm)t123.5ss荧光屏边缘荧光屏边缘本船本船目标目标岛屿岛屿12 nm目标目标90245245EBL901802700方位标志方位标志海图平海图平面面雷 达 平雷 达 平面面F

7、ig. 距离与方位测量距离与方位测量扫描线扫描线固定距标圈固定距标圈HL岛屿岛屿本船本船雷达不能雷达不能“感知感知”目标的背面，目标的背面，因此目标的后沿是不可见的因此目标的后沿是不可见的.1. 雷达测距原理雷达测距原理 t: 往返于天线与目标的时间往返于天线与目标的时间, C: 电磁波在空间传播速度电磁波在空间传播速度3108m/s。2. 2. 雷达测向原理雷达测向原理借助于定向天线借助于定向天线 扫描扫描. .天线为定向天线，只向一个方向发射，也只天线为定向天线，只向一个方向发射，也只接收这个方向的目标回波，接收这个方向的目标回波，实现这个方向的实现这个方向的目标的探测目标的探测。随着天线

8、的旋转，实现不同方随着天线的旋转，实现不同方向目标的探测。向目标的探测。雷达的测距与测向原理1tCR2= =天线的旋转会不会影响电磁波的接收？天线的旋转会不会影响电磁波的接收？l1 1 船用雷达是建立在无线电波在任何两种媒质的边界面上船用雷达是建立在无线电波在任何两种媒质的边界面上必然产生反射，以及等基本传播特性的基础上的。必然产生反射，以及等基本传播特性的基础上的。l A A 无线电波的传播是沿地表进行的无线电波的传播是沿地表进行的 B B 无线电波的传无线电波的传播是沿直线进行的播是沿直线进行的l C C 无线电波的传播速度是常数无线电波的传播速度是常数 B+CB+Cl2 2 电磁波在真空

9、中传播的速度是。电磁波在真空中传播的速度是。l A 3Xl0 A 3Xl066米米/ /秒秒 B 3X10 B 3X107 7 米米/ /秒秒 3X10 3X108 8米米/ /秒秒 D 3Xl0 D 3Xl09 9米米/ /秒秒l3 3 船用导航雷达发射的电磁波属于哪个波段船用导航雷达发射的电磁波属于哪个波段_. _. l A A 长波，长波，B B 中波中波 ，C C 短波短波 ，D D 微波微波l4. 4. 船用导航雷达可以测量船舶周围物标的船用导航雷达可以测量船舶周围物标的_. _. l A A 方位、距离方位、距离 B B 高度、厚度高度、厚度 C C 水下深度水下深度 D A+B+

10、C D A+B+C 第二节第二节 基本组成及各部分作用基本组成及各部分作用1）触发电路：）触发电路： 每隔一段时产生一个尖脉冲，同每隔一段时产生一个尖脉冲，同时送到发射机、接收机、显示器时送到发射机、接收机、显示器三部分，使它们同步工作。三部分，使它们同步工作。(触发触发电路决定工作开始的时间电路决定工作开始的时间)2）发）发 射射 机：机： 触发脉冲到来后，立刻产生一个触发脉冲到来后，立刻产生一个大功率，微波波段，具有一定宽大功率，微波波段，具有一定宽度的脉冲包络射频（雷达工作频度的脉冲包络射频（雷达工作频率率,微波波段）的信号。微波波段）的信号。3）收发开关：）收发开关： 发射时；将发射机

11、与天线接通，发射时；将发射机与天线接通，并将天线与接收机断开。并将天线与接收机断开。 接收时；将发射机与天线断开，接收时；将发射机与天线断开，并将天线与接收机接通。并将天线与接收机接通。天天 线线显示器显示器触发电路触发电路接收机接收机方位同步系方位同步系统产生的方统产生的方位信号位信号收发开关收发开关发射机发射机雷雷达达电电源源船电船电触发电路输出发射机输出接收机输入接收机输出显示器扫描示意天天 线线显示器显示器触发电路触发电路接收机接收机方位同步系方位同步系统产生的方统产生的方位信号位信号收发开关收发开关发射机发射机雷雷达达电电源源船电船电4）天）天 线：线： 把发射机送来的微波能量聚成把

12、发射机送来的微波能量聚成细束朝一个方向发射出去，同时只接细束朝一个方向发射出去，同时只接收从该方向反射的回波。收从该方向反射的回波。5）接）接 收收 机：机： 将天线送来的回波信号，进行将天线送来的回波信号，进行混频、放大、检波处理。得到表示目标混频、放大、检波处理。得到表示目标大小的视频信号。大小的视频信号。6）显）显 示示 器：器： 在屏上产生一条径向亮线，叫扫描线，该在屏上产生一条径向亮线，叫扫描线，该扫描线随天线同步转动，用径向亮线上的加亮扫描线随天线同步转动，用径向亮线上的加亮点，来显示目标的存在，中心点代表本船。点，来显示目标的存在，中心点代表本船。亮点到中心点的距离，方位可以在屏

13、幕上直接亮点到中心点的距离，方位可以在屏幕上直接测量得到。测量得到。触发电路输出发射机输出接收机输入接收机输出显示器扫描示意固定方位固定方位圈圈 0 刻刻度方向度方向船首线船首线 扫描线扫描线实 际 的实 际 的船首船首 线线天 线 的 辐天 线 的 辐射方向射方向（很尖锐）（很尖锐） 显示器俯视图显示器俯视图 船舶天线俯视图船舶天线俯视图l5 5 控制雷达整机同步工作的是控制雷达整机同步工作的是_。l A A 电源电源 B B 扫描电路扫描电路 C C 触发脉冲触发脉冲 D D 收发开关收发开关l6 6 正常开启雷达，设雷达一切电压正常，但发射机正常开启雷达，设雷达一切电压正常，但发射机不工

14、作，荧光屏上没有扫描线，应首先不工作，荧光屏上没有扫描线，应首先 查查_。l A A 各种保险丝各种保险丝 B B 发射机发射机 C C 显示器显示器 D D 触触发脉冲发脉冲l7 7 船用雷达是一种船用雷达是一种 雷达。雷达。l A A 调频调频 B B 调幅调幅 C C 脉冲脉冲 D D 连连续波续波 l8 8 船用雷达工作频率是指每秒钟：船用雷达工作频率是指每秒钟：l A A 触发脉冲的次数触发脉冲的次数 B B 脉冲重复次数脉冲重复次数l C C 发射脉冲次数发射脉冲次数 D D 发射脉冲的射频振发射脉冲的射频振荡次数荡次数l第二章第二章 船用雷达设备船用雷达设备l第一节第一节 中频电

15、源设备中频电源设备l 为满足船用雷达工作、及工作环境的要求，雷达对为满足船用雷达工作、及工作环境的要求，雷达对电源的电压值、频率值及各指标的稳定性均有具体的要电源的电压值、频率值及各指标的稳定性均有具体的要求，船舶上存在低频、高频电源干扰，有船电负载多变求，船舶上存在低频、高频电源干扰，有船电负载多变化大等等现象。化大等等现象。l采用专门的中频电源，正是为了防止这些干扰和有害的采用专门的中频电源，正是为了防止这些干扰和有害的现象。目前；雷达电源有中频逆变器、中频变流机组二现象。目前；雷达电源有中频逆变器、中频变流机组二种。种。l主要技术要求主要技术要求l1 1）船电变化）船电变化20%20%，

16、中频电源输出电压，中频电源输出电压变化变化5%5%。（稳压，雷达的要求）。（稳压，雷达的要求）l2 2）能）能2424小时连续工作，适应温差大，温小时连续工作，适应温差大，温度高，盐雾重的环境。（雷达工作环境度高，盐雾重的环境。（雷达工作环境的要求）的要求）l3 3）中频电源频率为）中频电源频率为40020004002000（HzHz）。）。l雷达电源应在船电电压变化雷达电源应在船电电压变化_的情况的情况下，输出的中频电位变化应小于士下，输出的中频电位变化应小于士5%。 A 士士10% B 士士15% C 士士20% D 士士25%l船用雷达需要的电源电压为船用雷达需要的电源电压为: A直流直

17、流11O伏伏 B交流交流22O伏伏 C交流交流380伏伏 D中频交流电中频交流电 第三节第三节 雷达发射机雷达发射机一、主要组成及各部分作用一、主要组成及各部分作用1：触发脉冲产生器：触发脉冲产生器： 产生触发脉冲，使雷达各部分同步工作。产生触发脉冲，使雷达各部分同步工作。触发脉冲产生器中频电源去接收机去显示器预调制器调制器磁控管去接收机去天线特高压电源低压电源门开关自动延时开关发射开关高压保险丝收发机险丝中频电源延时调整延时调整T触发脉冲触发脉冲预调制器脉冲预调制器脉冲调制器脉冲调制器脉冲矩形调制的微波矩形调制的微波振荡振荡(磁控管输出磁控管输出)2调制器及预调制器：调制器及预调制器： 触发

18、脉冲一到，预调制器输出具有一定宽度的触发脉冲一到，预调制器输出具有一定宽度的小功率正方波，控制预调制器产生的方波的起始时小功率正方波，控制预调制器产生的方波的起始时刻，预调制器产生的方波控制调制器，使调制器产刻，预调制器产生的方波控制调制器，使调制器产生大功率负高压脉冲。有的雷达没有预调制器，预生大功率负高压脉冲。有的雷达没有预调制器，预调制器的功能由调制器完成。调制器的功能由调制器完成。触发脉冲产生器中频电源去接收机去显示器预调制器调制器磁控管去接收机去天线特高压电源低压电源门开关自动延时开关发射开关高压保险丝收发机险丝中频电源延时调整延时调整3： 磁控管：磁控管： 在调制器输出的负高压作用

19、下，磁控管在调制器输出的负高压作用下，磁控管产生矩形调制的微波振荡脉冲送至天线，调制脉冲产生矩形调制的微波振荡脉冲送至天线，调制脉冲相当于高压电源。相当于高压电源。触发脉冲产生器中频电源去接收机去显示器预调制器调制器磁控管去接收机去天线特高压电源低压电源门开关自动延时开关发射开关高压保险丝收发机险丝中频电源延时调整延时调整l雷达调制器的任务是，在触发脉冲作用下，产生雷达调制器的任务是，在触发脉冲作用下，产生_脉冲加到脉冲加到_。l A 正高压矩形，磁控管阳极正高压矩形，磁控管阳极 B 负高压矩形，磁控管阴极负高压矩形，磁控管阴极l C 正高压梯形，磁控管阳极正高压梯形，磁控管阳极 D 负高压梯

20、形，磁控管阴极负高压梯形，磁控管阴极l船用雷达发射机的组成中，除了调制器外，还有一个重要的微波船用雷达发射机的组成中，除了调制器外，还有一个重要的微波器件是器件是 _。l A收发开关管收发开关管 B速调管速调管 C磁控管磁控管 D混频晶体管混频晶体管l船用雷达产生大功率超高频脉冲的元件是船用雷达产生大功率超高频脉冲的元件是_ 。l A 本机振荡器本机振荡器 B 收发开关收发开关 C 天线天线 D 磁控管磁控管l雷达磁控管在调制脉冲作用下，产生发射脉冲，该发射脉冲的峰雷达磁控管在调制脉冲作用下，产生发射脉冲，该发射脉冲的峰值功率，平均功率。值功率，平均功率。l A很大，很大很大，很大 B很大，很

21、小很大，很小 C很小，很大很小，很大 D很大，稍小很大，稍小磁控管磁控管基础知识：基础知识：磁控管是一种用来产生微波磁控管是一种用来产生微波能的电能的电真空真空器件。实质上是器件。实质上是一个置于恒定磁场中的一个置于恒定磁场中的二极二极管管。管内电子在相互垂直的恒定管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得能量转把从恒定电场中获得能量转变成微波能量，从而达到产变成微波能量，从而达到产生微波能的目的。生微波能的目的。 加一万伏加一万伏特高压脉特高压脉冲冲5.2）：磁控管基本结构及工作）：磁控管基本

22、结构及工作原理原理A：基本结构：基本结构 阴极和阳极之间的空间阴极和阳极之间的空间, 称为空腔，空腔内为真空。称为空腔，空腔内为真空。空腔内空腔内,有永久磁铁提供的恒有永久磁铁提供的恒定磁场，如图示。定磁场，如图示。 阴极内含有灯丝，加调制器阴极内含有灯丝，加调制器送来的负高压前，灯丝先通送来的负高压前，灯丝先通电电3min，用于加热阴极，用于加热阴极， 阴极表面有氧化物涂层，加阴极表面有氧化物涂层，加热使其产生自由电子，能量热使其产生自由电子，能量转换是自由电子完成的，没转换是自由电子完成的，没有有3min加热，磁控管容易损加热，磁控管容易损坏。坏。阴阴极极空腔空腔阳极阳极永久磁铁提供的永久

23、磁铁提供的恒定磁场恒定磁场阴极：阴极：内含灯丝内含灯丝（加热（加热阴极阴极）微波输出装置微波输出装置输出输出 载波（微波）载波（微波）有几十个振荡周期，有几十个振荡周期，周期个数，要保持恒周期个数，要保持恒定。定。超高频振荡脉冲超高频振荡脉冲矩形包洛矩形包洛输输入入一万伏左右一万伏左右5.2）：磁控管基本结构及工作原理）：磁控管基本结构及工作原理B：工作原理：工作原理 调制器负高压脉冲一到，阴极和调制器负高压脉冲一到，阴极和阳极之间激起微波振荡。阳极之间激起微波振荡。 阴极产生的自由电子，在飞向阳阴极产生的自由电子，在飞向阳极过程中，由调制器提供的高压，极过程中，由调制器提供的高压，使电子获得

24、能量。使电子获得能量。 又在恒定磁场的作用下，把自由又在恒定磁场的作用下，把自由电子获得的能量，传给微波振荡，电子获得的能量，传给微波振荡，使原本微弱的微波振荡强大起来。使原本微弱的微波振荡强大起来。载波频率采用下列二种：载波频率采用下列二种：S波段波段 （29003100）MHZ 10cm（波长）（波长）X波段波段 （93009500）MHZ 3cm（波长）（波长）阴阴极极空腔空腔阳极阳极永久磁铁提供的永久磁铁提供的恒定磁场恒定磁场阴极：阴极：内含灯丝内含灯丝（加热（加热阴极阴极）微波输出装置微波输出装置输出输出 载波（微波）载波（微波）有几十个振荡周期，有几十个振荡周期，周期个数，要保持周

25、期个数，要保持恒定。恒定。超高频振荡脉冲超高频振荡脉冲矩形包洛矩形包洛输入输入一万伏左右一万伏左右5.4）：）：工作状态判断：工作状态判断：l 磁控管正常工作时，磁控管正常工作时，有稳定的阳极电流，所以；有稳定的阳极电流，所以；能够输出稳定的大功率微能够输出稳定的大功率微波，氖灯遇大功率微波辐波，氖灯遇大功率微波辐射会发亮。射会发亮。l 这样；我们可以采用这样；我们可以采用氖灯法、电流观察法、雷氖灯法、电流观察法、雷达性能监视器三种方法来达性能监视器三种方法来判断磁控管工作状态。判断磁控管工作状态。l 电流法：电流法：la）：电流值为规定值，）：电流值为规定值，磁控管工作正常。否则为磁控管工作

26、正常。否则为不正常。不正常。阴阴极极空腔空腔阳极阳极永久磁铁提供的永久磁铁提供的恒定磁场恒定磁场阴极：阴极：内含灯丝内含灯丝（加热（加热阴极阴极）微波输出装置微波输出装置5.4）：）：工作状态判断：工作状态判断：l 氖灯法：氖灯法：l氖灯放在距收发机波导口氖灯放在距收发机波导口1015（cm）处，若氖灯发）处，若氖灯发亮，说明正常。不发亮，管亮，说明正常。不发亮，管子不工作。子不工作。l 雷达性能监视器雷达性能监视器 l（后续章节介绍）（后续章节介绍）5.5）：磁控管保存及使用：）：磁控管保存及使用： 由于磁化作用，磁控管保由于磁化作用，磁控管保存有如下规定：存有如下规定： 木箱内，磁控管离铁

27、磁木箱内，磁控管离铁磁体至少体至少10cm，二个磁控管之，二个磁控管之间至少距离间至少距离20cm。备用磁控。备用磁控管应经常轮流使用。管应经常轮流使用。阴阴极极空腔空腔阳极阳极永久磁铁提供的永久磁铁提供的恒定磁场恒定磁场阴极：阴极：内含灯丝内含灯丝（加热（加热阴极阴极）微波输出装置微波输出装置5.6）：老练）：老练l “老练老练”是更换磁控管时，为是更换磁控管时，为确保设备安全，要进行的一个步确保设备安全，要进行的一个步骤。骤。l什么是什么是 “打火打火” l 磁控管空腔内为真空，如果磁控管空腔内为真空，如果空腔内有气体，高压会使气体电空腔内有气体，高压会使气体电离，就会有负离子飞向阳极，形

28、离，就会有负离子飞向阳极，形成阳极电流，这一现象称为成阳极电流，这一现象称为“打打火火”。l什么是什么是 “老练老练”l 气体一下子全部电离，就会气体一下子全部电离，就会有大量负离子飞向阳极，形成很有大量负离子飞向阳极，形成很大的阳极电流，会损伤阳极。大的阳极电流，会损伤阳极。l 逐步加高压，逐步电离，慢逐步加高压，逐步电离，慢慢去除气体，可以避免对磁控管慢去除气体，可以避免对磁控管的伤害，这一过程称为老练，步的伤害，这一过程称为老练，步骤如下：骤如下：阴阴极极空腔空腔阳极阳极永久磁铁提供的永久磁铁提供的恒定磁场恒定磁场阴极：阴极：内含灯丝内含灯丝（加热（加热阴极阴极）微波输出装置微波输出装置

29、5.6）：老练）：老练l “老练老练”步骤步骤la）：先加灯丝电压半）：先加灯丝电压半小时。小时。lb b）：再加较低的高压）：再加较低的高压半小时或更长时间，半小时或更长时间，之后加较高的电压。之后加较高的电压。l老练前提：新管，老练前提：新管，6个个月未用的旧管。月未用的旧管。阴阴极极空腔空腔阳极阳极永久磁铁提供的永久磁铁提供的恒定磁场恒定磁场阴极：阴极：内含灯丝内含灯丝（加热（加热阴极阴极）微波输出装置微波输出装置l三特高压电源的三种开关三特高压电源的三种开关发射开关、延时开关、门开关三种开关各自有不同的用处，三种开关同发射开关、延时开关、门开关三种开关各自有不同的用处，三种开关同时合上

30、、高压才能加到磁控管时合上、高压才能加到磁控管。1：3分钟延时开关：分钟延时开关： 保护磁控管保护磁控管2：门开关：门开关： 收发机箱的盖板没有合上，门开关断开，调制器没有特高收发机箱的盖板没有合上，门开关断开，调制器没有特高压电源供电，不能发射。这样就确保了人员的安全。压电源供电，不能发射。这样就确保了人员的安全。3：发射开关（雷达电源：发射开关（雷达电源：off - Standby）：）： 由操作人员控制。开启雷达电源后，由操作人员控制。开启雷达电源后，“预备预备”指示灯亮，延时开指示灯亮，延时开关，保证在发射开并合上关，保证在发射开并合上3分钟后，再接通。分钟后，再接通。触发脉冲产生器中

31、频电源去接收机去显示器预调制器调制器磁控管去接收机去天线特高压电源低压电源门开关自动延时开关发射开关高压保险丝收发机险丝中频电源延时调整延时调整l检查雷达发射机工作是否正常，可以检查：检查雷达发射机工作是否正常，可以检查：lA 混频晶体电流混频晶体电流 B 磁控管工作电流磁控管工作电流lC 荧光屏上是否有背景杂波斑点荧光屏上是否有背景杂波斑点 D 有无扫描线有无扫描线l正常开启雷达，如发射机故障，可用正常开启雷达，如发射机故障，可用_方法检查。方法检查。 A 专用电表测磁控管电流专用电表测磁控管电流 B 雷达性能监视器雷达性能监视器l C 氖灯氖灯 D 上述三种方法都可以上述三种方法都可以l为

32、延长磁控管使用寿命，雷达的备用磁控管应为延长磁控管使用寿命，雷达的备用磁控管应_。l A 只在磁控管坏了时才使用只在磁控管坏了时才使用 B 经常轮流使用经常轮流使用l C 选一个好的备用磁控管使用选一个好的备用磁控管使用 D A和和Cl在船上保管备用磁控管应将其放置在在船上保管备用磁控管应将其放置在_并且两管至少相并且两管至少相距距20cm。l A铁箱里铁箱里 B木箱或塑料盒里木箱或塑料盒里 C钢箱里钢箱里 D任何金属箱里任何金属箱里l船用雷达不工作时，存在不安全因素，为此雷达设有保护人船用雷达不工作时，存在不安全因素，为此雷达设有保护人身安全的控制，应是身安全的控制，应是 。 l A 高压延

33、时开关高压延时开关 B 门开关门开关 C天线安全开关天线安全开关 D B+Cl在雷达设备中，三分钟延时电路的作用是在雷达设备中，三分钟延时电路的作用是 l A 保护显像管保护显像管 B 保护磁控管保护磁控管l C 保护速调管保护速调管 D 使显示器与发射机同步工作使显示器与发射机同步工作l开启雷达电源后，开启雷达电源后，预备预备指示灯亮了，这说明指示灯亮了，这说明 。l A 中频电源有输出中频电源有输出 B 发射机高压己产生发射机高压己产生l C 高压自动延时保护开关接通高压自动延时保护开关接通 D 磁控管灯丝电源接通磁控管灯丝电源接通第四节第四节 微波传输及天微波传输及天线系统线系统 天线系

34、统实现了将天线系统实现了将发射机送过来的大功率发射机送过来的大功率能量通过天线发射出去；能量通过天线发射出去；也将目标反射回来的电也将目标反射回来的电磁波信号接收传至接收磁波信号接收传至接收机，微波传输部件实现机，微波传输部件实现了天线与收发机的连接。了天线与收发机的连接。 固 定 方 位固 定 方 位圈圈0刻度刻度方向方向船首线船首线 扫描线扫描线实际的船实际的船首首 线线天线的辐射天线的辐射方向方向 显示器俯视图显示器俯视图 船舶天线俯视图船舶天线俯视图传动装置传动装置天天 线线波导：波导：与收发机相连与收发机相连船首线电路船首线电路去显示器去显示器驱动电机驱动电机方位同步发送机方位同步发

35、送机去显示器天 线 方 位天 线 方 位角角 信信 号号第四节第四节 微波传输及天线系统微波传输及天线系统 1 1组成及基本工作原理组成及基本工作原理 天线系统由天线、驱动电机、传动装置、船首线电天线系统由天线、驱动电机、传动装置、船首线电路、方位同步发送机、波导等组成。各部分作用如下：路、方位同步发送机、波导等组成。各部分作用如下： 1) 1)： 驱动电机：驱动电机： 通过传动装置，带动天线、船首线电路及方位同通过传动装置，带动天线、船首线电路及方位同步发送机转动。天线约每步发送机转动。天线约每3 3秒转一圈。秒转一圈。传动装置传动装置天天 线线波导：波导：与收发机相连与收发机相连船首线电路

36、船首线电路去显示器去显示器驱动电机驱动电机方位同步发送机方位同步发送机去显示器天线方位角天线方位角 信信 号号2)2)：方位同步发送机：方位同步发送机：将天线的转动角信号，送去显示器，使得显示器产生的扫描线随将天线的转动角信号，送去显示器，使得显示器产生的扫描线随天线旋转。天线旋转。扫描线相对于固定方位圈扫描线相对于固定方位圈0 0刻度方向的夹角，与天线发射方向刻度方向的夹角，与天线发射方向相对于实际船首线的夹角相同。相对于实际船首线的夹角相同。3)3)：船首线电路：船首线电路：将产生的船首线信号，送到显示器，使显示器显示出船首线时，将产生的船首线信号，送到显示器，使显示器显示出船首线时，恰为

37、天线向实际船首线方向发射的时刻。如图示。恰为天线向实际船首线方向发射的时刻。如图示。 4): 4): 天线通过波导，与收发机相连。天线通过波导，与收发机相连。传动装置传动装置天天 线线波导：波导：与收发机相连与收发机相连船首线电路船首线电路去显示器去显示器驱动电机驱动电机方位同步发送机方位同步发送机去显示器天线方位角天线方位角 信信 号号l2波导波导l 雷达波导由铜制成的内部雷达波导由铜制成的内部空心外形为矩形的金属管，天空心外形为矩形的金属管，天线由窄边开缝波导构成，微波线由窄边开缝波导构成，微波传输也由波导完成。传输也由波导完成。l1）：采用波导的原因：）：采用波导的原因：l 天线发射与接

38、收的信号，天线发射与接收的信号，均为微波信号，微波信号不能均为微波信号，微波信号不能用普通导线传输，这是因为微用普通导线传输，这是因为微波信号频率太高的原因，下面波信号频率太高的原因，下面我们分析之，并提出解决的方我们分析之，并提出解决的方法。法。lA: 趋肤效应：趋肤效应：l 由电磁场理论和天线理论知：由电磁场理论和天线理论知： 频率频率f上升，导上升，导致电流集中在表面，中心无电流，相当于导电体致电流集中在表面，中心无电流，相当于导电体积减少，电阻上升，电阻热损耗上升，同时；使积减少，电阻上升，电阻热损耗上升，同时；使辐射增加，这就是所谓趋肤效应。所以不能采用辐射增加，这就是所谓趋肤效应。

39、所以不能采用普通导线。普通导线。普通导线的截面普通导线的截面频率较低频率较低频率频率很高很高电流分布：中心无电流电流分布：中心无电流电流分布：中心有电流电流分布：中心有电流1 1：采用波导传输信号：采用波导传输信号： 雷达波导由铜制成的内部空心外形为矩形的金属管，按雷达波导由铜制成的内部空心外形为矩形的金属管，按边的尺寸分为边的尺寸分为3cm 3cm 、10cm10cm二种。二种。 采用波导后（见图），由电磁场理论知，电流在内表面，所采用波导后（见图），由电磁场理论知，电流在内表面，所以无辐射。以无辐射。 又由于，内表面的面积，比普通导线的面积大很多，所又由于，内表面的面积，比普通导线的面积大

40、很多，所以电阻热损耗很小。以电阻热损耗很小。2： 采用波导的若干问题采用波导的若干问题2）：波导不能进水，）：波导不能进水，l否则微波加热积水，使该处发热。否则微波加热积水，使该处发热。l在收发机入口处、波导接口处在收发机入口处、波导接口处l加入防水云母片。加入防水云母片。3）：另由电磁场理论知：）：另由电磁场理论知：l波导尺寸与电波波长成正比，损波导尺寸与电波波长成正比，损耗与电磁波的振荡模型有关。耗与电磁波的振荡模型有关。l所以；所以；3cm雷达采用波导，雷达采用波导，10cm雷达因波导太大改用同轴线。雷达因波导太大改用同轴线。l 4）：）： 收发机天线之间的波导管，总收发机天线之间的波导

41、管，总长度不宜超过长度不宜超过20米，整个波导系米，整个波导系统的弯头不宜超过统的弯头不宜超过5个。个。l雷达发射机末端与波导管接头处装上云母片是为了雷达发射机末端与波导管接头处装上云母片是为了_。lA A 防同频干扰防同频干扰 B B 防水流入收发机防水流入收发机 lC C 提高发射增益提高发射增益 D D 使发射脉冲稳定使发射脉冲稳定l收发机天线之间的波导管，总长度不宜超过收发机天线之间的波导管，总长度不宜超过_米，整个波米，整个波导系统的弯头不宜超过导系统的弯头不宜超过_个。个。lA 15A 15、5 B 205 B 20、3 3 lC C 20 20、5 D 155 D 15、3 3l

42、雷达的收发机与天线之间用来传播微波能量的是。雷达的收发机与天线之间用来传播微波能量的是。lA A 波导管波导管 B B 七芯电缆七芯电缆 C C 收发开关收发开关 D A D A或或B Bl雷达的收发机到天线间不能使用一般导线传输微波，这是因雷达的收发机到天线间不能使用一般导线传输微波，这是因为存在。为存在。l A A辐射辐射 B B反射反射 C C损耗损耗 D D A+C A+Cl雷达波导管内大量进水，将会导致雷达波导管内大量进水，将会导致_。l A 无扫描线无扫描线 B 无噪声斑点信号无噪声斑点信号l C 无回波显示无回波显示 D 将出现雨雪状干扰将出现雨雪状干扰l 一般雷达天线每一般雷达

43、天线每_旋转一圈。旋转一圈。l A 1秒秒 B 3秒秒 C 1分钟分钟 D 3分钟分钟l船用雷达天线是一种船用雷达天线是一种_的天线。的天线。l A 定向发射定向发射 B 定向收发共用定向收发共用 l C 环向发射环向发射 D 环向收发共用环向收发共用l雷达开机正常，只有天线不转，首先应检查雷达开机正常，只有天线不转，首先应检查 。lA 马达供电电路马达供电电路 B 马达电源保险丝马达电源保险丝 lC 天线安全开关天线安全开关 D A+B天线的方向性天线的方向性 天线由窄边开缝天线由窄边开缝波导构成。波导构成。这种天线，它辐射的这种天线，它辐射的电磁波，其空间分布电磁波，其空间分布是怎样的？是

44、怎样的？ 下面；我们首先下面；我们首先介绍天线方向性图这介绍天线方向性图这个基本概念，再介绍个基本概念，再介绍辐射电磁波的空间分辐射电磁波的空间分布布。H(立体图立体图)窄边开缝波导窄边开缝波导（天波的立体）（天波的立体）V(侧视图侧视图)H（俯视图）（俯视图）旁辨旁辨最大值的方向和长最大值的方向和长度度线段：长度代表功率值线段线段：长度代表功率值线段的偏转方向代表辐射方向的偏转方向代表辐射方向场强图和功率图场强图和功率图天线的方向性天线的方向性1 1）：天线方向性图：）：天线方向性图： 天线方向性图是表示天线方向性图是表示辐射方向，与该方向辐射辐射方向，与该方向辐射强度关系的图形。可用场强度

45、关系的图形。可用场强表示，也可用功率表示。强表示，也可用功率表示。 场强图中，最大值的场强图中，最大值的0.7070.707处的二个线段的夹处的二个线段的夹角；或功率图中，最大值角；或功率图中，最大值的的0.50.5倍的二个线段的夹倍的二个线段的夹角称半功点宽度。角称半功点宽度。 方向性图可分为水平方向性图可分为水平方向性图和垂直方向性图方向性图和垂直方向性图二种二种。H(立体图立体图)窄 边 开 缝 波窄 边 开 缝 波导 （ 天 波 的导 （ 天 波 的立体）立体）V(侧视图侧视图)H（俯视图）（俯视图）旁辨旁辨最大值的方向和长度最大值的方向和长度线段：长度代表功率值线段线段：长度代表功率

46、值线段的偏转方向代表辐射方向的偏转方向代表辐射方向场强图和功率图示意场强图和功率图示意2）：水平波束宽度）：水平波束宽度Hl天线俯视图中，半功点宽度称为水天线俯视图中，半功点宽度称为水平波束宽度。平波束宽度。H 2 ，一般，一般H为为1左右。左右。 3）：垂直波束宽度）：垂直波束宽度v 天线侧视图中，半功点宽度称为垂天线侧视图中，半功点宽度称为垂直波束宽度。直波束宽度。v=15 30 防止船舶摇摆时，丢失目标。防止船舶摇摆时，丢失目标。4）：编转角）：编转角 方向性图中最大值方向与天线的方向性图中最大值方向与天线的辐射平面的法线方向的夹角称为编辐射平面的法线方向的夹角称为编转角。编转角与发射频

47、率有关，更转角。编转角与发射频率有关，更换磁控管，编转角将改变。换磁控管，编转角将改变。天线侧视图天线侧视图v = 15 30H天线天线俯视方向的方俯视方向的方向性剖面图向性剖面图V天线天线侧视方向的方侧视方向的方向性剖面图向性剖面图补充：补充： 隙缝波导天线的主瓣轴隙缝波导天线的主瓣轴向与天线窗口法线方向之间向与天线窗口法线方向之间约有约有3.1-4.1的偏差。的偏差。在安装天线时应加以校正在安装天线时应加以校正 。应调船首线装置，使最大值应调船首线装置，使最大值方向与首线一致。方向与首线一致。l电磁波的水平波束角和垂直波束角分别为，电磁波的水平波束角和垂直波束角分别为， 。l A 2 A

48、2、3030 B B 0.8 0.8到到1.21.2， 15 15到到3030l C l5 C l5、3030 D 0.8 D 0.8到到1.21.2， 45 45到到6060l在隙缝波导天线水平长度相同情况下，在隙缝波导天线水平长度相同情况下，X X波段雷达比波段雷达比S S波段雷达波段雷达 l A A 距离分辨力高距离分辨力高 B B 方位分辨力高方位分辨力高l C C 测距误差小测距误差小 D D 测向误差小测向误差小l隙缝波导天线的主瓣轴向与天线窗口法线方向之间约有隙缝波导天线的主瓣轴向与天线窗口法线方向之间约有3.13.1- -4.14.1的偏差，在安装天线时应加以的偏差，在安装天线

49、时应加以_。l A A 测量测量 B B 记录记录 C C 校正校正 D A+B D A+Bl船用雷达天线波束的半功率点宽度是指船用雷达天线波束的半功率点宽度是指_两个方向之间的夹角两个方向之间的夹角l A A 功率密度降到最大值的功率密度降到最大值的0.7070.707倍的倍的 l B B 场强为最大的场强为最大的0.7070.707倍的倍的l C C 功率密度降到最大值的功率密度降到最大值的0.50.5倍时倍时 l D D B B或或C Cl4 4：极化：极化l电磁波中的电场矢量的电磁波中的电场矢量的方向，称为极化。方向，称为极化。船舶雷达极化有下列三船舶雷达极化有下列三种：种： 电场矢量

50、沿水平方电场矢量沿水平方向振动的，称水平极化。向振动的，称水平极化。 电场矢量沿垂直方电场矢量沿垂直方向振动的，称垂直极化。向振动的，称垂直极化。 电波的电场矢量，电波的电场矢量，作圆周旋转，称圆极化。作圆周旋转，称圆极化。发射电场为右旋圆极化发射电场为右旋圆极化反射后电场为左旋圆极化反射后电场为左旋圆极化发射发射反射反射电场方向电场方向E裂 缝裂 缝口口 示意示意水平分量水平分量+垂直分量垂直分量 - -水平分水平分量量X波波段段经技术处经技术处理理El4 4：极化：极化l理论分析及实验表明：理论分析及实验表明：l 海浪高海浪高0.250.25（m m）；水平）；水平极化海浪干扰最小）极化海

51、浪干扰最小） l 海浪高海浪高1313（m m）；）； 垂直垂直极化海浪干扰最小）极化海浪干扰最小）l由电磁场理论知：由电磁场理论知： l圆极化波段对称物体，右旋圆极化波段对称物体，右旋转波变为左旋转，左旋波变转波变为左旋转，左旋波变为右旋波。为右旋波。l雨雪，浮简，灯塔为对称物雨雪，浮简，灯塔为对称物标。易知：使用圆极化可抗标。易知：使用圆极化可抗雨雪干扰，但易丢失对称目雨雪干扰，但易丢失对称目标。标。l天线保养：天线保养：l雷达天线的辐射窗口暴露在雷达天线的辐射窗口暴露在外面，每个月应检查一次，外面，每个月应检查一次，如有灰尘粘在上面，应用清如有灰尘粘在上面，应用清水冲洗掉。水冲洗掉。发射

52、电场为右旋发射电场为右旋圆极化圆极化反射后电场为左旋反射后电场为左旋圆极化圆极化发射发射反射反射电场方向电场方向E裂 缝裂 缝口口 示意示意水平分量水平分量+垂直分量垂直分量 - -水平分水平分量量X波波段段经技术处经技术处理理El在好天气时，探测目标应用在好天气时，探测目标应用 。lA SA S波段雷达波段雷达 B B 雷达近程雷达近程 C C X X波段雷达波段雷达 D D 雷达远程雷达远程 l雷达使用圆极化天线后：雷达使用圆极化天线后：l A A 雨雪回波削弱了雨雪回波削弱了 B B 对称体物标回波削弱了对称体物标回波削弱了 C C 作用距离减小了作用距离减小了 D D 上述说法都对上述

53、说法都对l雷达天线的辐射窗口暴露在外面，每个月应检查一次，雷达天线的辐射窗口暴露在外面，每个月应检查一次，如有灰尘粘在上面，应用如有灰尘粘在上面，应用 。lA A 用水龙头冲洗它用水龙头冲洗它 B B 用酸性肥皂水清洗用酸性肥皂水清洗 C C 用清水冲洗掉用清水冲洗掉 D D 用清水冲洗后油漆用清水冲洗后油漆l接收机框图及工作原理接收机框图及工作原理l要点：要点：l1 1：船舶雷达探测要得到：船舶雷达探测要得到回波信号中什么物理量？回波信号中什么物理量？l2 2：怎样的电路组成可以：怎样的电路组成可以实现从目标调制的微波波实现从目标调制的微波波段的微弱回波信号中得到段的微弱回波信号中得到目标的

54、信息？目标的信息？l3 3：怎样使接收机接收回：怎样使接收机接收回波性能良好波性能良好？二种回波（包络不同）二种回波（包络不同）二种目标二种目标1 1：接收机框图及工作原理：接收机框图及工作原理 船用雷达的载波，采用微波波段船用雷达的载波，采用微波波段, , 目标反射微波时，目标的回目标反射微波时，目标的回波强弱，是由回波信号的包络反映出来的。波强弱，是由回波信号的包络反映出来的。 接收机的任务就是把包络检测出来。接收机的任务就是把包络检测出来。 其框图如下图示。其框图如下图示。混频后经过选频的结果混频后经过选频的结果包络包络载波载波接收机输入信号接收机输入信号本 振本 振信号信号检波后的结果

55、检波后的结果包络包络1 1）：混频器）：混频器混频器由混频器由A A、B B、C C三部分组成：三部分组成： A A：由速调管组成本机振动器（本振）：由速调管组成本机振动器（本振）B B：晶体二极管组成混频器电路：晶体二极管组成混频器电路C C：选频电路：选频电路以上三部分完成混频的功能，也就是把接收信号的频率降低为中频信号。以上三部分完成混频的功能，也就是把接收信号的频率降低为中频信号。选频选频电路电路fvfs本 振 信本 振 信号号栅网栅网反射极反射极阴极阴极（ 弓（ 弓形 支形 支架 上架 上的 调的 调整 螺整 螺丝）丝）细 调 电 位细 调 电 位器器粗调电位器（机内）粗调电位器（机

56、内）AFC 电路电路回波回波 信信号号混频器混频器（混频晶体二极管）（混频晶体二极管）f I放大放大检波检波去显示器去显示器中频放中频放大器大器混混 频频 检波电检波电 路路收发开收发开 关关2 2）：放大电路）：放大电路完成低噪放大中频信号的功能，完成低噪放大中频信号的功能，接收机的机内噪声主要来源于中频放大器。接收机的机内噪声主要来源于中频放大器。3 3）：检波电路：完成检出用来显示的视频信号的功能）：检波电路：完成检出用来显示的视频信号的功能选频选频电路电路fvfs本 振 信本 振 信号号栅网栅网反射极反射极阴极阴极（ 弓（ 弓形 支形 支架 上架 上的 调的 调整 螺整 螺丝）丝）细

57、调 电 位细 调 电 位器器粗调电位器（机内）粗调电位器（机内）AFC 电路电路回波回波 信信号号混频器混频器（混频晶体二极管）（混频晶体二极管）f I放大放大检波检波去显示器去显示器中频放中频放大器大器混混 频频 检波电检波电 路路收发开收发开 关关 速调管是用来产生本机振荡速调管是用来产生本机振荡的微波器件的微波器件3 3：调谐：通过机械方法或电：调谐：通过机械方法或电方法，改变本振信号的频率，方法，改变本振信号的频率，这一过程称为调谐。这一过程称为调谐。1 1）：机械调谐：调整弓形支）：机械调谐：调整弓形支架上的调整螺丝，从而改变架上的调整螺丝，从而改变振荡频率。这一调整，称为振荡频率。

58、这一调整，称为机械调谐。机械调谐。机械调谐是大范围的频率调机械调谐是大范围的频率调谐，在下列情况下进行：谐，在下列情况下进行：a a）：更换磁控管）：更换磁控管b b）：更抽速调管，）：更抽速调管，c c）：显示器面板上的）：显示器面板上的“调谐调谐”纽无效。纽无效。fv本振信号本振信号栅网栅网 反射极反射极阴极阴极弓形支架上的弓形支架上的调整螺丝调整螺丝细调电位器细调电位器（石板上）（石板上）粗调电位器（机内）粗调电位器（机内） 2 2）：电调谐：）：电调谐： 调整面板上的调谐钮，使回波清晰饱满。（晶体电流最调整面板上的调谐钮，使回波清晰饱满。（晶体电流最大），电调谐是小范围的频率调谐，每当

59、开机后，要进行此调大），电调谐是小范围的频率调谐，每当开机后，要进行此调整。整。 混频晶体电流与接收信号、本振信号有关混频晶体电流与接收信号、本振信号有关fv本振信号本振信号栅网栅网 反射极反射极阴极阴极弓形支架上的调整螺弓形支架上的调整螺丝丝细调电位器细调电位器（面板上）（面板上）粗调电位器（机内）粗调电位器（机内）l接收机是由接收机是由_组成。组成。lA高频设备高频设备 B中频设备中频设备 C低频设备低频设备 D A+B+Cl在实用雷达中，在实用雷达中，AFC电路通常是控制电路通常是控制_来保证混频输出来保证混频输出的中频不变。的中频不变。lA 本振频率本振频率 B 谐振频率谐振频率 lC

60、 发射频率发射频率 D 回波信号频率回波信号频率l雷达雷达增益增益控钮，是控制控钮，是控制:lA 本机振荡率本机振荡率 B 中频放大器的放大量中频放大器的放大量 lC 近距离中频放大量近距离中频放大量 D 收发开关收发开关l船用雷达接收机常用的中频放大器的中频是船用雷达接收机常用的中频放大器的中频是: 。l A 30MHz， B 45MHz。 C 60MHz D 三者都可以三者都可以l雷达接收机的机内噪声主要来源于雷达接收机的机内噪声主要来源于_。lA 混频晶体混频晶体 B 本机振荡器本机振荡器 lC 中频放大器中频放大器 D 检波器检波器l雷达操作面板上雷达操作面板上TUNE (调谐调谐)旋