波导与天线课件

第二章船用雷达设备第二章船用雷达设备1磁控管调制器予调制器触发脉冲产生器门开关特高压至接收机特高压电源收发开关至接收机至显示器

门开关发射开关延时开关脉冲调制器雷达发射机来自电源发射机至天线低压电源触发脉冲产生器予调制器磁控管调制器一、组成部分及作用第三节雷达发射机（Transmitter）组成：脉冲调制器（预调制器、调制器）磁控管振荡器电源（低压、高压）磁控管调制器予调制器触发脉冲产生器门开关特高压至接收机特高2二、发射机技术指标S波段：λ＝10cm;f=2900~3100MHz如：3050MHzX波段 :λ＝3cm;f=9000~9500MHz如：9375MHz2.脉冲宽度（τ）：发射脉冲的持续时间。τ↑→Rmax↑距离分辨率­τ↓→ïïïîïïïíì海浪/雨雪杂波¯盲区¯3.脉冲重复频率（F）：每秒钟发射的脉冲数500~4000Hz

1.工作频率（波长）：超高频（正弦波）的频率范围天气好:Xband;天气坏(雨/雪):Sband一般τ=0.04~1.2μs随量程改变：近量程，窄脉冲；远量程，宽脉冲随量程改变：近量程，高F；远量程，低F周期T（=1/F）>根据量程需要选择时间基准即船用雷达磁控管工作频率二、发射机技术指标S波段：λ＝10cm;f=29003Tpptmt=4.发射功率：指峰值功率，一般3~75kWp↑→ïïîïïíì故障­R

max

天线旁瓣干扰­

tt:前沿上升时间0.1~0.2τtf:后沿下降时间0.2~0.4τΔu:顶部波动值2~5%tu10.90.10trtfΔu脉冲波形3）二者关系1）峰值功率pt:在脉冲持续时间内的平均功率2）平均功率Pm:一个脉冲重复周期内输出功率的平均值5.脉冲波形：发射脉冲的包络理想脉冲:矩形实际波形:波形：1）越接近矩形，能量越大，作用距离越远2）前沿越陡，测距精度越高3）后沿越陡，距离分辨力越高4）顶部越平坦，发射功率和频率越稳定杂波­Tpptmt=4.发射功率：指峰值功率，一般3~75kW4阴极作用空间谐振腔阳极磁控管结构输出环三、磁控管振荡器第三节雷达发射机（Transmitter）1.作用：产生大功率超高频微波振荡（正弦波）2.组成：阴极和灯丝、阳极、输出耦合系统、磁铁3.工作条件：1）灯丝加6.3V交流电压，加热阴极使其发射电子2）阳阴极间加高压电场：阳极接地，阴极加万伏高压3）必须加永久恒定强磁场4）输出负载阻抗匹配，保证功率和频率稳定阴极作用空间谐振腔阳极磁控管结构输出环三、磁控管振荡器第三节54.磁控管的检查：万用表欧姆档测灯丝阻值：其阻值接近于0（几个欧姆）正常兆欧表检查阳阴极之间绝缘电阻：其值应大于2005.使用注意事项1）阴极充分预热3~5分钟，暂时不用只关高压2）保护磁性，严禁敲打，铁磁物相距大于10cm3）防高压触电，防电磁辐射，带电检查需两人在场4）波导天线连接要良好且水密防变形，禁拆波导开高压5）新管或长期不用（大于6个月）的使用前应进行老练，防管内打火老练方法：1.只加灯丝电压工作半小时以上2.加较低的高压工作一段时间（时间视具体情况定）3.如无打火现象，逐渐加高压到正常值4.磁控管的检查：万用表欧姆档测灯丝阻值：其阻值接近于0（几6四、电源第三节雷达发射机（Transmitter）1.组成：低压、高压两部分2.高压控制：1）雷达开关：开机2）门开关：保护人身安全3）3分钟自动延时触点开关：保护磁控管五、工作波形四、电源第三节雷达发射机（Transmitter）1.组7通过收发箱内的表头或显示器上的磁控管电流指示判断有——正常；无——不正常六、正常工作标志第三节雷达发射机（Transmitter）七、性能检测1.磁控管工作是否正常2.性能监视器1）查磁控管电流：等于说明书规定值——正常等于零——不发射大于或小于规定值——管子衰老或高压太高或太低电表指针抖动——管内打火2）查输出有无：拆开收发机波导接头，氖灯置于口端约10~15cm氖灯闪亮表明正常通过收发箱内的表头或显示器上的磁控管电流指示判断六、正常工作8第四节微波传输线及雷达天线系统一、微波传输线1）要求：损耗小，防止辐射、干扰、失真2）种类：波导、同轴电缆1.同轴电缆：用于10cm雷达由内外两层导体构成，严格同轴2.波导：用于3cm雷达由矩形空心管构成—由铜拉制成第四节微波传输线及雷达天线系统一、微波传输线1）要求：损耗9波导元件第四节微波传输线及雷达天线系统(e)Pliable(d)Elbow(c)Narrowsidebend(a)Waveguidesection(b)Broadsidebend(f)ChockjointWaterproofsealslotλ/4λ/4ChockjointslotFixscrewλ/4ChockjointPlanesurfacejointλ/4Chockjointslot(g)RotatingjointShortpistonProbeNarrowsideChockjointBroadside①均匀波导：②不均匀波导：直、扭、弯、软波导谐振腔、带销钉的波导、分支、开缝波导等波导接头：扼流接头波导旋转接头：耦合环——探针不能随便拆卸调整波导元件第四节微波传输线及雷达天线系统(e)Pliabl10第四节微波传输线及雷达天线系统二、天线系统1.组成部分及作用天线与扫描系统船首标志开关方位发送器马达

船电扼流圈至收发机到方位接收器至船首标志电路旋转接头辐射窗交流电源输入隙缝波导防护罩安全开关性能监视器（回波箱）波导馈线发射性能监视器第四节微波传输线及雷达天线系统二、天线系统1.组成部分及作11③船首位置由天线微型触点开关和显示器内信号产生器：的船首标志形成电路组成。④方位同步发送机：方位扫描系统把天线的角位置变成电信号送显示器的同步接收机，使扫描线与天线同步转动第四节微波传输线及雷达天线系统1）底座：①驱动马达：驱动天线匀速转动，在相对风速100kn下应正常船电供电，设安全开关保护检修人员安全②传动装置：减速齿轮，定期加注或更换防冻润滑油2）天线：隙缝波导天线定向收发共用天线，水平极化③船首位置由天线微型触点开关和显示器内④方位同步12(a)SWGstructure(b)AntennastructureSlotsHornFilterFig.SWGantennastructure(c)AntennaappearanceAntennamaskRadiationwindowSlottedwaveguide主波束倾斜角:辐射主波束与辐射窗口倾斜的角度。由于天线加工与其微波辐射特性的原因，天线主波束与天线法线方向偏离了3~5°而产生的倾斜角度。此角度与雷达发射频率有关。更换磁控管时，可产生测方位误差。(a)SWGstructure(b)Antennas13第四节微波传输线及雷达天线系统三、天线主要技术指标1.方向性图天线辐射波的功率（或场强）与方向的关系主瓣(主波束)L旁瓣1θHABBCCR0.5水平方向性图2.波束宽度（半功率点宽度）1）水平波束宽度H（）：1左右决定方位分辨力和精度H

70/L2）垂直波束宽度V（）：20左右船摇时不至于丢失目标及减小盲区不宜太小；保持波束一定辐射强度不宜太大V

70/H第四节微波传输线及雷达天线系统三、天线主要技术指标1.方向14第四节微波传输线及雷达天线系统全方位点天线定向点天线点状天线：全方位辐射定向天线：固定方向辐射4.天线增益GA：天线的聚束能力3.旁瓣几个对称主瓣分布的辐射能量小的波瓣影响：浪费能量、产生旁瓣假回波旁瓣电平：旁瓣相对于主瓣的大小用分贝表示越小越好主瓣轴向两侧10内，应小于26dB（1/400）10外，应小于30dB（1/1000）HBWVBW雷达波束第四节微波传输线及雷达天线系统全方位点天线定向点天线点状天15收发开关和雷达接收机的组成框图微波集成电路主中频放大器视频部分前置中放双功器

变频器

自天线微波集成电路视频放大增益&STC至显示器接收机组成框图触发脉冲中频放大检波器双功器混频器本振第二章船用雷达设备收发开关和雷达接收机的组成框图微波集成电路主中频放大器视频部16第五节收发开关1.气体放电管式(不用)2.铁氧体环流器式收发开关恢复时间（）从发射结束到回波可以通过收发开关时的时间，通常为0.1～0.3s.接收机环流方向限幅器123天线发射机铁氧体限幅器环流器第五节收发开关1.气体放电管式(不用)2.铁氧体环流器式收17第六节接收机一、组成部分及作用

变频器

自天线微波集成电路前置视频放大增益&STC至显示器接收机组成框图触发脉冲中频放大检波器收发开关混频器本振1、变频器：把超高频回波信号变成中频（30、45、60MHz）信号两部分：本机振荡器、混频器1）本机振荡器：产生比磁控管振荡频率高一个中频的小功率等幅连续振荡信号，即本振信号fL第六节接收机一、组成部分及作用变频器自天线微波集成电路前18第六节接收机

反射式速调管①外腔式：10cm②内腔式：3cm以下谐振腔决定振荡频率反射极顶盖反射极网状栅极阴极灯丝金属外壳管脚调整螺丝输出环弓形支架输出同轴线反射式速调管结构图ïîïíì机械调谐:调整螺丝可以改变栅极距离电子调谐:改变反射极电压调谐第六节接收机反射式速调管①外腔式：10cm谐振腔决定振19第六节接收机体效应（耿氏）二极管特点：体积小、重量轻、寿命长、可靠性高、耗电省、工作电压低、事业方便等耿氏二极管振荡器第六节接收机体效应（耿氏）二极管特点：体积小、重量轻、寿命20ïîïíì机械调谐:调谐螺丝电子调谐:改变变容二极管偏置电压调谐第六节接收机输出口电压引线耿氏二极管变容二极管衰减器调整螺丝

调谐螺丝外形输出波导谐振腔电压引线

衰减器调整螺丝

调整螺丝耿氏二极管

结构ïîïíì机械调谐:调谐螺丝电子调谐:改变变容二极管偏置21第六节接收机2）混频器：把回波信号（fS）与本振信号（fL）通过非线性元件混频产生含许多新频率的信号，经过选频电路选出本振信号与回波信号的差频——中频信号（fI）①混频二极管（混频晶体）○检查：万用表R100或R1k档测正反向电阻，严禁使用R1或R10k档，损坏晶体

反正电阻比应大于100以上○电流：说明本振和混频晶体是否工作。具体数值查说明书○注意：铅管屏蔽（防高频辐射）、防振、防潮保管更换或检测时应关高压，取下装上人机同电位②选频电路：从多种频率成分中选出本振信号与回波信号的差频回波幅度:V级本振输出:mV级晶体电流值只由本振输出决定第六节接收机2）混频器：把回波信号（fS）与本振信号（fL22第六节接收机3）本振调谐：调节本振频率使之比回波频率正好高一个中频，回波图象最佳①粗调：大范围改变振荡频率②细调：小范围改变振荡频率○机械调谐：调节谐振腔尺寸（决定中心振荡频率）○电气调谐：调节工作电压○自动调谐：自动频率控制电路（AFC）完成○人工调谐：手动调节电位器改变本振工作电压粗调时机：更换磁控管后本振元件更换后本振频率不正常时平时操作雷达的控制面板调谐标准：图象清晰饱满调谐指示表指示最大第六节接收机3）本振调谐：调节本振频率使之比回波频率正好高232、中频放大器：控制面板手动增益（GAIN）控钮的使用：

使荧光屏上的噪声斑点似见未见（刚刚可见）第六节接收机把微弱的中频回波信号不失真地放大近百万倍，然后送去检波成为视频信号V→V3、辅助电路：1）带宽转换电路：改变接收机通频带，随量程开关同时转换远量程：宽脉冲，窄通频带，灵敏度高近量程：窄脉冲，宽通频带，失真小，分辨力高增益控制电路：改变放大倍数以控制回波强度，控制影象的亮度2）自动频率控制电路（AFC）：自动调节本振信号频率4、前置视频放大器：阻抗匹配、信号隔离作用2、中频放大器：控制面板手动增益（GAIN）控钮的使用：第六245、海浪干扰抑制电路（STC）：注意：海浪抑制的同时，可能丢失近距离弱小目标的回波STC作用海杂波目标目标丢失目标重现海杂波减弱目标减弱目标正常保留STC增加(a)触发脉冲tuOur(b)海杂波tuO目标回波输出饱和(c)输出饱和tuO目标丢失(e)接收灵敏度tOPSmin正常(f)STC作用tuO重现目标(d)控制电压tuO抑制范围抑制深度5、海浪干扰抑制电路（STC）：注意：海浪抑制的同时，可能丢25IslandSeaclutterShip（a）Rawvideo（b）CFARbias（c）CFARvideoOOOutututRainclutterShipCFAR处理效果示意图6、恒虚警率处理电路（CFAR）：抑制噪声和干扰易丢失弱小目标IslandSeaclutterShip（a）Rawvi26第六节接收机二、雷达接收机主要技术指标1、接收机灵敏度：接收微弱信号的能力。用最小可辩功率Pmin表示1）最小可辩功率Pmin：从噪声和杂波中辩认出来的最小功率①如果PrPmin：正常接收且能从噪声中辨认出来这个信号②如果Pr

Pmin：无法辨认，即探测不到这一目标2）噪声系数N：接收机输入信噪比Pis/Pin与输出信噪比Pos/Pon之比N=Pis/Pin/Pos/Pon

1，越小越好，机内噪声越小3）灵敏度：一般1012~1014W，要保证之，接收机放大量应106~108（120~160dB）第六节接收机二、雷达接收机主要技术指标1、接收机灵敏度：接27增益过大增益降低增益正常第六节接收机2、接收机通频带宽度f0.7：接收机放大倍数从最大值A下降到0.707A时所对应的两个频率之差f0.7=fHfL。一般3~25MHz即允许通过接收机的信号频率范围远量程：窄频带3~5MHz近量程：宽频带18~25MHz用雷达脉冲的频率谱密度表示:f0.707＝1/增益过大增益降低增益正常第六节接收机2、接收机通频带宽度28第六节接收机3、其它：动态范围、工作稳定性、抗干扰性能、恢复时间等远量程:灵敏度

f近量程:灵敏度

f

窄脉冲

宽范围的频谱f宽脉冲

窄范围的频谱ff0.707＝1/Pmin=mKTNf0.7f噪声灵敏度失真小

(带宽大，信号损失小)f

噪声

灵敏度

失真大

(带宽小，信号损失多)第六节接收机3、其它：动态范围、工作稳定性、抗干扰性能、恢29第六节接收机三、接收机工作状态判断1.噪声斑点:调节增益，噪声变化2.晶体电流:收发机内的表头，是否正常3.接收性能监视器：第六节接收机三、接收机工作状态判断1.噪声斑点:调节增益30刻度系统距离扫描定时系统触发脉冲回波船首信号方位信号偏转线圈CRT阳极雷达电源高压方位扫描视频系统变压器辉亮电路阴极栅极第七节雷达显示系统模拟系统数字系统íîì一、模拟系统刻度系统距离扫描定时系统触发脉冲回波船首信号方位信号偏转线圈31第七节雷达显示系统1.阴极射线管（CRT—CathodeRayTube）及其附属电路显象管——径向圆扫描方式1）组成阳极罩荧光屏锥体电子枪栅极阴极灯丝管脚电子束FigCRT偏转线圈管径位移线圈①电子枪：阴极发射电子；控制极将电子会聚成束；阳极加速电子②偏转系统：产生偏转磁场或电场使电子束偏转③荧光屏：玻璃上涂荧光粉，电能光能第七节雷达显示系统1.阴极射线管（CRT—Cathode32第七节雷达显示系统3）显像原理：①光点的形成：电子束冲击荧光屏，使荧光粉发光②距离扫描线的形成：磁场使电子束偏转，光点移动③回波亮点的形成：回波使电子数增多，亮点加强④完整图象的形成：荧光粉长余辉，扫描线旋转F旋转扫描线电子束为了避免PPI画面过亮，传统雷达操作中，在改变量程前应首先减小扫描亮度

2）附属电路1）辉亮控制电路：调节控制栅极电位，改变扫描线亮度2）中心位移电路：改变位移线圈电流，调节扫描中心的位置（EW，NS）3）聚焦电路：调节电子束粗细，改变亮点的清晰，检查看固标圈4）特高压部件及其它：产生10~20kV特高压加在第二阳极第七节雷达显示系统3）显像原理：①光点的形成：电子束冲击33第七节雷达显示系统荧光屏边缘零nm视频=扫描中心最大距离视频=扫描边缘距离一一对应扫描线发射脉冲回波信号扫描锯齿波（2种量程）触发脉冲说明：图中2种扫描锯齿波对应2

种量程，2个回波分别出现在2个量程的扫描线终点附近。而第一个回波出现在远量程的扫描线的中间位置上，第二个回波在近量程不显示。距离显示2.距离扫描系统偏转线圈流过锯齿形电流，形成距离扫描线íîì第七节雷达显示系统荧光屏边缘零nm视频最大距离34第七节雷达显示系统天线旋转的方位信号,由同步发送机传送到显示单元的同步接收机，驱动偏转线圈与天线一起旋转，使扫描线与天线同步旋转可旋转的偏转线圈天线主波束与龙骨平行时,HDG标志线在荧光屏上产生。4）缺点：①亮度不均匀，量程越小，亮度越低，易丢失小目标。②难以在屏上显示各种标绘符号且数量有限。方位显示3.方位扫描系统第七节雷达显示系统天线旋转的方位信号,由同步发送机传送35第七节雷达显示系统4.视频系统1）雨雪干扰抑制电路（FTC—FastTimeConstant/Anti-RainClutter）：微分电路（FTC)，可以将回波微分变窄，突出信号前沿，减弱回波信号的强度，提高信杂比，抑制雨雪干扰。同时也提高了距离分辨力。雨/雪/云雾产生的回波是很宽的视频脉冲，图像呈棉絮状连续回波亮斑，无明显边沿。回波很强时，能淹没雨区中的物标回波InputOutput使用注意事项：

①减小探测距离②丢失弱小目标回波雨天探测目标：

雨中:用FTC+gain雨后:用FTC+gain

其他:正常操作目标所处位置îìí第七节雷达显示系统4.视频系统1）雨雪干扰抑制电路（FT36第七节雷达显示系统2）同频干扰抑制电路（RIC—RadarInterferenceCanceler或IR）：(a)相同PRF(b)接近PRF(c)不同PRF小目标可能被遮掩岸线不受影响同频干扰：两距离相近的同波段雷达同时工作，相互间产生的干扰干扰图像视两台雷达的脉冲重复频率差异程度而不同相邻两次扫描中目标位置不变（相关），而同频干扰信号由于两部雷达的重复频率和扫描起始时间不同，位置不同（不相关）第七节雷达显示系统2）同频干扰抑制电路（RIC—Rada37第七节雷达显示系统使用注意事项①干扰强度与所选量程（脉冲重复频率）有关②正确调整雷达③可能丢失小目标，应断续使用以验证小目标回波是否存在④不要同时使用FTC/AUTOAnti-clutter等比较若干次扫描回波，有用的目标回波总是处于相同距离位置；而同频干扰信号则不相同的扫描周期，所处的位置不同。利用“与门”运算，可消除同频干扰。1st扫描

ITTTTTT2nd扫描视频输出

I

II

II

I第七节雷达显示系统使用注意事项①干扰强度与所选量程（脉冲38第七节雷达显示系统上述处理方案称为扫描线相关处理。一些现代雷达采用另外一种相关处理方法“扫掠相关处理”——比较若干幅有效图像第七节雷达显示系统上述处理方案称为扫描线相关处理。一些现39第七节雷达显示系统3）视频混合放大器：

将回波视频信号（包括噪声及干扰信号）和固定距标信号、活动距标信号、电子方位标志信号、船首标志信号五种信号一起放大，送显象管的阴极去显示5.刻度系统活动距离标志（VRM—VariableRangeMarker）电路固定距离标志（RangeRings）电路船首标志（SHM—ShipHeadMarker）电路电子方位标志（EBL—ElectronicBearingLing）电路第七节雷达显示系统3）视频混合放大器：将回波视40第七节雷达显示系统6.定时系统使扫描起始时间与零nm回波到达显示器时间相同测距误差调整：选择海图上位置准确的目标，用其它方法测出其实际距离，与雷达测得的距离相比较，得到误差值的大小，然后调节延时线的抽头位置，使误差为零测距误差判断：近距离直岸线出现弯曲测距误差调整：调整触发延时，使岸线笔直技巧第七节雷达显示系统6.定时系统使扫描起始时间与零nm回波41第七节雷达显示系统二、数字系统原始视频→量化→数字视频→处理→按显示要求读出→还原模拟信号→显示1.基本原理：b光栅雷达信号光栅扫描雷达PPI/光栅扫描转换扫描信号发生器直角坐标数据内存acde基本雷达天线收发机视频量化定时方位量化a—原始方位和船首信号；b—触发脉冲；c—原始视频；d—数字方位信号；e—数字视频①将原始视频杂波抑制，然后与天线方位信号、船艏信号量化②进行坐标转换，产生光栅扫描信号第七节雷达显示系统二、数字系统原始视频→量化→数字视频→42第七节雷达显示系统2.优点3.缺点①图象分裂、失真②定位精度降低①实现高亮度/彩色显示②实现比例尺显示③避免图象闪烁④采用计算机显示终端技术⑤降低成本，提高可靠性第七节雷达显示系统2.优点3.缺点①图象分裂、失真①43第七节雷达显示系统三、测距、测方位的误差测定和校正：1.测距误差的测定和校正1）固定测距误差：扫描起始时间误差①测定：选一个2nmile内、位置在海图上明确且回波清晰的目标，海图上量出或用其它方法精确测出实际距离，然后与雷达测的距离比较。②调整：调节触发延时2）活动距标误差：①测定：以固定距离标志圈为准②校正：按说明书有关内容进行调整第七节雷达显示系统三、测距、测方位的误差测定和校正：1.44第七节雷达显示系统2.测方位误差的测定和校正：1）相对方位（舷角）误差：艏线位置不正确①测定：用方位分罗经测物标真实相对方位（舷角），与雷达测得的该物标的相对方位（舷角）比较②校正：调整艏线延时2）船首线指零误差：扫描线与天线旋转不同步①测定：艏向上显示，艏线未对准固定方位圈的0度，当误差值超出1°时应进行调整②校正：调整方位延时第七节雷达显示系统2.测方位误差的测定和校正：1）相对方45第八节雷达显示方式一、分类1.船首线指向分：船首向上、真北向上、航向向上2.扫描中心（起始点）运动分：相对运动、真运动3.扫描中心（起始点）位置分：中心显示、偏心显示二、相对运动（RM—RelativeMotion）显示：1.特点1）代表本船的扫描中心（起始点）在屏上不动2）运动目标以航速和本船航速的合速度作相对于本船的运动3）固定目标以与本船相等的速度、相反的航向移动2.应用适于避碰、定位第八节雷达显示方式一、分类1.船首线指向分：船首向上、真46第八节雷达显示方式三、船首向上（Head-up）显示：1.特点1）固定刻度圈的零度代表船首（船首线）；所测读取的方位为相对方位（舷角）2.应用目标影象分布与驾驶员在驾驶台上看到的情况一样适于避碰四、真北向上（North-up）显示：1.特点目标回波分布与海图一样1）固定刻度圈的零度代表真北方向；船首线指航向值所测读取的方位为真方位2）本船转向时，船首线转动，随时指向航向值；周围固定目标不动，图象稳定2.应用适于定位（相对方位RelativeBearing）2）本船转向时，船首线指零度不动；周围目标则向相反方向以本船为中心作圆周运动，目标后有弧形尾迹，影响观测（真方位TrueBearing）第八节雷达显示方式三、船首向上（Head-up）显示：147270°(T)240°(T)ChartplanCourse240Course270Navigationscenario第八节雷达显示方式00Headup

270°(T)240°(T)ChartplanCourse48第八节雷达显示方式270°(T)240°(T)ChartplanCourse240Course270Navigationscenario0270°0240°Northup

第八节雷达显示方式270°(T)240°(T)Chart49第八节雷达显示方式五、航向向上（Course-up）显示：1.特点1）船首线指零度，与船首向上显示一样2）本船转向时，船首线随航向转动而固定目标回波不动，图象稳定清晰航向改变完毕，按新航向向上，则船首线、图象一起转动直到船首线指零度为止2.应用灵活方便使用六、偏心（OffCenter）显示：扫描中心偏离荧光屏几何中心2/3半径范围内，扩大本船了望范围第八节雷达显示方式五、航向向上（Course-up）显示50第八节雷达显示方式270°(T)240°(T)ChartplanCourse240Course270Navigationscenario240002400027002700Courseup

第八节雷达显示方式270°(T)240°(T)Chart51第八节雷达显示方式七、真运动（Course-up）显示：代表本船的扫描中心在荧光屏上以本船速度沿本船航向移动需输入航向和速度信号1.分类1）速度输入源分：计程仪、模拟速度真运动2）船首线指向分：真北向上、航向向上真运动3）速度类别分：对水真运动、对地真运动1）输入对水的速度和陀螺罗经航向2）扫描中心沿船首线以本船对水的速度移动，正确显示态势角3）固定目标运动的反方向是漂移（流）方向，速度是漂移速度2.对水稳定真运动：水面为参考点★适于避让观测3.对地稳定真运动：大地为参考点1）输入对水的速度和陀螺罗经航向，输入漂移速度和方向2）扫描中心和来船沿其航迹向移动3）固定目标影象不动★适于导航观测第八节雷达显示方式七、真运动（Course-up）显示：52第八节雷达显示方式八、陀螺罗经、计程仪误差的影响：4.使用注意事项：1）正确选用显示方式2）输入速度和航向要准确3）输入流向和流速要准确4）正确辨认目标影象1.真运动显示方式：陀螺罗经航向误差和计程仪速度误差影响显示的准确真实2.真北向上显示方式：陀螺罗经航向误差影响观测目标真方位的准确3.航向向上显示方式：陀螺罗经航向误差影响观测目标真方位的准确第八节雷达显示方式八、陀螺罗经、计程仪误差的影响：4.使53一、雷达系统互换装置1.作用：实现两台雷达的分机之间互相使用，减小在航途中的维修工作，提高雷达工作的可靠性和灵活性收发机和天线、微波传输线只能做为一个整体同时互换第九节附属装置二、雷达性能监视器监视雷达性能一、雷达系统互换装置1.作用：实现两台雷达的分机之间互相使用54第二章船用雷达设备第二章船用雷达设备55磁控管调制器予调制器触发脉冲产生器门开关特高压至接收机特高压电源收发开关至接收机至显示器

门开关发射开关延时开关脉冲调制器雷达发射机来自电源发射机至天线低压电源触发脉冲产生器予调制器磁控管调制器一、组成部分及作用第三节雷达发射机（Transmitter）组成：脉冲调制器（预调制器、调制器）磁控管振荡器电源（低压、高压）磁控管调制器予调制器触发脉冲产生器门开关特高压至接收机特高56二、发射机技术指标S波段：λ＝10cm;f=2900~3100MHz如：3050MHzX波段 :λ＝3cm;f=9000~9500MHz如：9375MHz2.脉冲宽度（τ）：发射脉冲的持续时间。τ↑→Rmax↑距离分辨率­τ↓→ïïïîïïïíì海浪/雨雪杂波¯盲区¯3.脉冲重复频率（F）：每秒钟发射的脉冲数500~4000Hz

1.工作频率（波长）：超高频（正弦波）的频率范围天气好:Xband;天气坏(雨/雪):Sband一般τ=0.04~1.2μs随量程改变：近量程，窄脉冲；远量程，宽脉冲随量程改变：近量程，高F；远量程，低F周期T（=1/F）>根据量程需要选择时间基准即船用雷达磁控管工作频率二、发射机技术指标S波段：λ＝10cm;f=290057Tpptmt=4.发射功率：指峰值功率，一般3~75kWp↑→ïïîïïíì故障­R

max

天线旁瓣干扰­

tt:前沿上升时间0.1~0.2τtf:后沿下降时间0.2~0.4τΔu:顶部波动值2~5%tu10.90.10trtfΔu脉冲波形3）二者关系1）峰值功率pt:在脉冲持续时间内的平均功率2）平均功率Pm:一个脉冲重复周期内输出功率的平均值5.脉冲波形：发射脉冲的包络理想脉冲:矩形实际波形:波形：1）越接近矩形，能量越大，作用距离越远2）前沿越陡，测距精度越高3）后沿越陡，距离分辨力越高4）顶部越平坦，发射功率和频率越稳定杂波­Tpptmt=4.发射功率：指峰值功率，一般3~75kW58阴极作用空间谐振腔阳极磁控管结构输出环三、磁控管振荡器第三节雷达发射机（Transmitter）1.作用：产生大功率超高频微波振荡（正弦波）2.组成：阴极和灯丝、阳极、输出耦合系统、磁铁3.工作条件：1）灯丝加6.3V交流电压，加热阴极使其发射电子2）阳阴极间加高压电场：阳极接地，阴极加万伏高压3）必须加永久恒定强磁场4）输出负载阻抗匹配，保证功率和频率稳定阴极作用空间谐振腔阳极磁控管结构输出环三、磁控管振荡器第三节594.磁控管的检查：万用表欧姆档测灯丝阻值：其阻值接近于0（几个欧姆）正常兆欧表检查阳阴极之间绝缘电阻：其值应大于2005.使用注意事项1）阴极充分预热3~5分钟，暂时不用只关高压2）保护磁性，严禁敲打，铁磁物相距大于10cm3）防高压触电，防电磁辐射，带电检查需两人在场4）波导天线连接要良好且水密防变形，禁拆波导开高压5）新管或长期不用（大于6个月）的使用前应进行老练，防管内打火老练方法：1.只加灯丝电压工作半小时以上2.加较低的高压工作一段时间（时间视具体情况定）3.如无打火现象，逐渐加高压到正常值4.磁控管的检查：万用表欧姆档测灯丝阻值：其阻值接近于0（几60四、电源第三节雷达发射机（Transmitter）1.组成：低压、高压两部分2.高压控制：1）雷达开关：开机2）门开关：保护人身安全3）3分钟自动延时触点开关：保护磁控管五、工作波形四、电源第三节雷达发射机（Transmitter）1.组61通过收发箱内的表头或显示器上的磁控管电流指示判断有——正常；无——不正常六、正常工作标志第三节雷达发射机（Transmitter）七、性能检测1.磁控管工作是否正常2.性能监视器1）查磁控管电流：等于说明书规定值——正常等于零——不发射大于或小于规定值——管子衰老或高压太高或太低电表指针抖动——管内打火2）查输出有无：拆开收发机波导接头，氖灯置于口端约10~15cm氖灯闪亮表明正常通过收发箱内的表头或显示器上的磁控管电流指示判断六、正常工作62第四节微波传输线及雷达天线系统一、微波传输线1）要求：损耗小，防止辐射、干扰、失真2）种类：波导、同轴电缆1.同轴电缆：用于10cm雷达由内外两层导体构成，严格同轴2.波导：用于3cm雷达由矩形空心管构成—由铜拉制成第四节微波传输线及雷达天线系统一、微波传输线1）要求：损耗63波导元件第四节微波传输线及雷达天线系统(e)Pliable(d)Elbow(c)Narrowsidebend(a)Waveguidesection(b)Broadsidebend(f)ChockjointWaterproofsealslotλ/4λ/4ChockjointslotFixscrewλ/4ChockjointPlanesurfacejointλ/4Chockjointslot(g)RotatingjointShortpistonProbeNarrowsideChockjointBroadside①均匀波导：②不均匀波导：直、扭、弯、软波导谐振腔、带销钉的波导、分支、开缝波导等波导接头：扼流接头波导旋转接头：耦合环——探针不能随便拆卸调整波导元件第四节微波传输线及雷达天线系统(e)Pliabl64第四节微波传输线及雷达天线系统二、天线系统1.组成部分及作用天线与扫描系统船首标志开关方位发送器马达

船电扼流圈至收发机到方位接收器至船首标志电路旋转接头辐射窗交流电源输入隙缝波导防护罩安全开关性能监视器（回波箱）波导馈线发射性能监视器第四节微波传输线及雷达天线系统二、天线系统1.组成部分及作65③船首位置由天线微型触点开关和显示器内信号产生器：的船首标志形成电路组成。④方位同步发送机：方位扫描系统把天线的角位置变成电信号送显示器的同步接收机，使扫描线与天线同步转动第四节微波传输线及雷达天线系统1）底座：①驱动马达：驱动天线匀速转动，在相对风速100kn下应正常船电供电，设安全开关保护检修人员安全②传动装置：减速齿轮，定期加注或更换防冻润滑油2）天线：隙缝波导天线定向收发共用天线，水平极化③船首位置由天线微型触点开关和显示器内④方位同步66(a)SWGstructure(b)AntennastructureSlotsHornFilterFig.SWGantennastructure(c)AntennaappearanceAntennamaskRadiationwindowSlottedwaveguide主波束倾斜角:辐射主波束与辐射窗口倾斜的角度。由于天线加工与其微波辐射特性的原因，天线主波束与天线法线方向偏离了3~5°而产生的倾斜角度。此角度与雷达发射频率有关。更换磁控管时，可产生测方位误差。(a)SWGstructure(b)Antennas67第四节微波传输线及雷达天线系统三、天线主要技术指标1.方向性图天线辐射波的功率（或场强）与方向的关系主瓣(主波束)L旁瓣1θHABBCCR0.5水平方向性图2.波束宽度（半功率点宽度）1）水平波束宽度H（）：1左右决定方位分辨力和精度H

70/L2）垂直波束宽度V（）：20左右船摇时不至于丢失目标及减小盲区不宜太小；保持波束一定辐射强度不宜太大V

70/H第四节微波传输线及雷达天线系统三、天线主要技术指标1.方向68第四节微波传输线及雷达天线系统全方位点天线定向点天线点状天线：全方位辐射定向天线：固定方向辐射4.天线增益GA：天线的聚束能力3.旁瓣几个对称主瓣分布的辐射能量小的波瓣影响：浪费能量、产生旁瓣假回波旁瓣电平：旁瓣相对于主瓣的大小用分贝表示越小越好主瓣轴向两侧10内，应小于26dB（1/400）10外，应小于30dB（1/1000）HBWVBW雷达波束第四节微波传输线及雷达天线系统全方位点天线定向点天线点状天69收发开关和雷达接收机的组成框图微波集成电路主中频放大器视频部分前置中放双功器

变频器

自天线微波集成电路视频放大增益&STC至显示器接收机组成框图触发脉冲中频放大检波器双功器混频器本振第二章船用雷达设备收发开关和雷达接收机的组成框图微波集成电路主中频放大器视频部70第五节收发开关1.气体放电管式(不用)2.铁氧体环流器式收发开关恢复时间（）从发射结束到回波可以通过收发开关时的时间，通常为0.1～0.3s.接收机环流方向限幅器123天线发射机铁氧体限幅器环流器第五节收发开关1.气体放电管式(不用)2.铁氧体环流器式收71第六节接收机一、组成部分及作用

变频器

自天线微波集成电路前置视频放大增益&STC至显示器接收机组成框图触发脉冲中频放大检波器收发开关混频器本振1、变频器：把超高频回波信号变成中频（30、45、60MHz）信号两部分：本机振荡器、混频器1）本机振荡器：产生比磁控管振荡频率高一个中频的小功率等幅连续振荡信号，即本振信号fL第六节接收机一、组成部分及作用变频器自天线微波集成电路前72第六节接收机

反射式速调管①外腔式：10cm②内腔式：3cm以下谐振腔决定振荡频率反射极顶盖反射极网状栅极阴极灯丝金属外壳管脚调整螺丝输出环弓形支架输出同轴线反射式速调管结构图ïîïíì机械调谐:调整螺丝可以改变栅极距离电子调谐:改变反射极电压调谐第六节接收机反射式速调管①外腔式：10cm谐振腔决定振73第六节接收机体效应（耿氏）二极管特点：体积小、重量轻、寿命长、可靠性高、耗电省、工作电压低、事业方便等耿氏二极管振荡器第六节接收机体效应（耿氏）二极管特点：体积小、重量轻、寿命74ïîïíì机械调谐:调谐螺丝电子调谐:改变变容二极管偏置电压调谐第六节接收机输出口电压引线耿氏二极管变容二极管衰减器调整螺丝

调谐螺丝外形输出波导谐振腔电压引线

衰减器调整螺丝

调整螺丝耿氏二极管

结构ïîïíì机械调谐:调谐螺丝电子调谐:改变变容二极管偏置75第六节接收机2）混频器：把回波信号（fS）与本振信号（fL）通过非线性元件混频产生含许多新频率的信号，经过选频电路选出本振信号与回波信号的差频——中频信号（fI）①混频二极管（混频晶体）○检查：万用表R100或R1k档测正反向电阻，严禁使用R1或R10k档，损坏晶体

反正电阻比应大于100以上○电流：说明本振和混频晶体是否工作。具体数值查说明书○注意：铅管屏蔽（防高频辐射）、防振、防潮保管更换或检测时应关高压，取下装上人机同电位②选频电路：从多种频率成分中选出本振信号与回波信号的差频回波幅度:V级本振输出:mV级晶体电流值只由本振输出决定第六节接收机2）混频器：把回波信号（fS）与本振信号（fL76第六节接收机3）本振调谐：调节本振频率使之比回波频率正好高一个中频，回波图象最佳①粗调：大范围改变振荡频率②细调：小范围改变振荡频率○机械调谐：调节谐振腔尺寸（决定中心振荡频率）○电气调谐：调节工作电压○自动调谐：自动频率控制电路（AFC）完成○人工调谐：手动调节电位器改变本振工作电压粗调时机：更换磁控管后本振元件更换后本振频率不正常时平时操作雷达的控制面板调谐标准：图象清晰饱满调谐指示表指示最大第六节接收机3）本振调谐：调节本振频率使之比回波频率正好高772、中频放大器：控制面板手动增益（GAIN）控钮的使用：

使荧光屏上的噪声斑点似见未见（刚刚可见）第六节接收机把微弱的中频回波信号不失真地放大近百万倍，然后送去检波成为视频信号V→V3、辅助电路：1）带宽转换电路：改变接收机通频带，随量程开关同时转换远量程：宽脉冲，窄通频带，灵敏度高近量程：窄脉冲，宽通频带，失真小，分辨力高增益控制电路：改变放大倍数以控制回波强度，控制影象的亮度2）自动频率控制电路（AFC）：自动调节本振信号频率4、前置视频放大器：阻抗匹配、信号隔离作用2、中频放大器：控制面板手动增益（GAIN）控钮的使用：第六785、海浪干扰抑制电路（STC）：注意：海浪抑制的同时，可能丢失近距离弱小目标的回波STC作用海杂波目标目标丢失目标重现海杂波减弱目标减弱目标正常保留STC增加(a)触发脉冲tuOur(b)海杂波tuO目标回波输出饱和(c)输出饱和tuO目标丢失(e)接收灵敏度tOPSmin正常(f)STC作用tuO重现目标(d)控制电压tuO抑制范围抑制深度5、海浪干扰抑制电路（STC）：注意：海浪抑制的同时，可能丢79IslandSeaclutterShip（a）Rawvideo（b）CFARbias（c）CFARvideoOOOutututRainclutterShipCFAR处理效果示意图6、恒虚警率处理电路（CFAR）：抑制噪声和干扰易丢失弱小目标IslandSeaclutterShip（a）Rawvi80第六节接收机二、雷达接收机主要技术指标1、接收机灵敏度：接收微弱信号的能力。用最小可辩功率Pmin表示1）最小可辩功率Pmin：从噪声和杂波中辩认出来的最小功率①如果PrPmin：正常接收且能从噪声中辨认出来这个信号②如果Pr

Pmin：无法辨认，即探测不到这一目标2）噪声系数N：接收机输入信噪比Pis/Pin与输出信噪比Pos/Pon之比N=Pis/Pin/Pos/Pon

1，越小越好，机内噪声越小3）灵敏度：一般1012~1014W，要保证之，接收机放大量应106~108（120~160dB）第六节接收机二、雷达接收机主要技术指标1、接收机灵敏度：接81增益过大增益降低增益正常第六节接收机2、接收机通频带宽度f0.7：接收机放大倍数从最大值A下降到0.707A时所对应的两个频率之差f0.7=fHfL。一般3~25MHz即允许通过接收机的信号频率范围远量程：窄频带3~5MHz近量程：宽频带18~25MHz用雷达脉冲的频率谱密度表示:f0.707＝1/增益过大增益降低增益正常第六节接收机2、接收机通频带宽度82第六节接收机3、其它：动态范围、工作稳定性、抗干扰性能、恢复时间等远量程:灵敏度

f近量程:灵敏度

f

窄脉冲

宽范围的频谱f宽脉冲

窄范围的频谱ff0.707＝1/Pmin=mKTNf0.7f噪声灵敏度失真小

(带宽大，信号损失小)f

噪声

灵敏度

失真大

(带宽小，信号损失多)第六节接收机3、其它：动态范围、工作稳定性、抗干扰性能、恢83第六节接收机三、接收机工作状态判断1.噪声斑点:调节增益，噪声变化2.晶体电流:收发机内的表头，是否正常3.接收性能监视器：第六节接收机三、接收机工作状态判断1.噪声斑点:调节增益84刻度系统距离扫描定时系统触发脉冲回波船首信号方位信号偏转线圈CRT阳极雷达电源高压方位扫描视频系统变压器辉亮电路阴极栅极第七节雷达显示系统模拟系统数字系统íîì一、模拟系统刻度系统距离扫描定时系统触发脉冲回波船首信号方位信号偏转线圈85第七节雷达显示系统1.阴极射线管（CRT—CathodeRayTube）及其附属电路显象管——径向圆扫描方式1）组成阳极罩荧光屏锥体电子枪栅极阴极灯丝管脚电子束FigCRT偏转线圈管径位移线圈①电子枪：阴极发射电子；控制极将电子会聚成束；阳极加速电子②偏转系统：产生偏转磁场或电场使电子束偏转③荧光屏：玻璃上涂荧光粉，电能光能第七节雷达显示系统1.阴极射线管（CRT—Cathode86第七节雷达显示系统3）显像原理：①光点的形成：电子束冲击荧光屏，使荧光粉发光②距离扫描线的形成：磁场使电子束偏转，光点移动③回波亮点的形成：回波使电子数增多，亮点加强④完整图象的形成：荧光粉长余辉，扫描线旋转F旋转扫描线电子束为了避免PPI画面过亮，传统雷达操作中，在改变量程前应首先减小扫描亮度

2）附属电路1）辉亮控制电路：调节控制栅极电位，改变扫描线亮度2）中心位移电路：改变位移线圈电流，调节扫描中心的位置（EW，NS）3）聚焦电路：调节电子束粗细，改变亮点的清晰，检查看固标圈4）特高压部件及其它：产生10~20kV特高压加在第二阳极第七节雷达显示系统3）显像原理：①光点的形成：电子束冲击87第七节雷达显示系统荧光屏边缘零nm视频=扫描中心最大距离视频=扫描边缘距离一一对应扫描线发射脉冲回波信号扫描锯齿波（2种量程）触发脉冲说明：图中2种扫描锯齿波对应2

种量程，2个回波分别出现在2个量程的扫描线终点附近。而第一个回波出现在远量程的扫描线的中间位置上，第二个回波在近量程不显示。距离显示2.距离扫描系统偏转线圈流过锯齿形电流，形成距离扫描线íîì第七节雷达显示系统荧光屏边缘零nm视频最大距离88第七节雷达显示系统天线旋转的方位信号,由同步发送机传送到显示单元的同步接收机，驱动偏转线圈与天线一起旋转，使扫描线与天线同步旋转可旋转的偏转线圈天线主波束与龙骨平行时,HDG标志线在荧光屏上产生。4）缺点：①亮度不均匀，量程越小，亮度越低，易丢失小目标。②难以在屏上显示各种标绘符号且数量有限。方位显示3.方位扫描系统第七节雷达显示系统天线旋转的方位信号,由同步发送机传送89第七节雷达显示系统4.视频系统1）雨雪干扰抑制电路（FTC—FastTimeConstant/Anti-RainClutter）：微分电路（FTC)，可以将回波微分变窄，突出信号前沿，减弱回波信号的强度，提高信杂比，抑制雨雪干扰。同时也提高了距离分辨力。雨/雪/云雾产生的回波是很宽的视频脉冲，图像呈棉絮状连续回波亮斑，无明显边沿。回波很强时，能淹没雨区中的物标回波InputOutput使用注意事项：

①减小探测距离②丢失弱小目标回波雨天探测目标：

雨中:用FTC+gain雨后:用FTC+gain

其他:正常操作目标所处位置îìí第七节雷达显示系统4.视频系统1）雨雪干扰抑制电路（FT90第七节雷达显示系统2）同频干扰抑制电路（RIC—RadarInterferenceCanceler或IR）：(a)相同PRF(b)接近PRF(c)不同PRF小目标可能被遮掩岸线不受影响同频干扰：两距离相近的同波段雷达同时工作，相互间产生的干扰干扰图像视两台雷达的脉冲重复频率差异程度而不同相邻两次扫描中目标位置不变（相关），而同频干扰信号由于两部雷达的重复频率和扫描起始时间不同，位置不同（不相关）第七节雷达显示系统2）同频干扰抑制电路（RIC—Rada91第七节雷达显示系统使用注意事项①干扰强度与所选量程（脉冲重复频率）有关②正确调整雷达③可能丢失小目标，应断续使用以验证小目标回波是否存在④不要同时使用FTC/AUTOAnti-clutter等比较若干次扫描回波，有用的目标回波总是处于相同距离位置；而同频干扰信号则不相同的扫描周期，所处的位置不同。利用“与门”运算，可消除同频干扰。1st扫描

ITTTTTT2nd扫描视频输出

I

II

II

I第七节雷达显示系统使用注意事项①干扰强度与所选量程（脉冲92第七节雷达显示系统上述处理方案称为扫描线相关处理。一些现代雷达采用另外一种相关处理方法“扫掠相关处理”——比较若干幅有效图像第七节雷达显示系统上述处理方案称为扫描线相关处理。一些现93第七节雷达显示系统3）视频混合放大器：

将回波视频信号（包括噪声及干扰信号）和固定距标信号、活动距标信号、电子方位标志信号、船首标志信号五种信号一起放大，送显象管的阴极去显示5.刻度系统活动距离标志（VRM—VariableRangeMarker）电路固定距离标志（RangeRings）电路船首标志（SHM—ShipHeadMarker）电路电子方位标志（EBL—ElectronicBearingLing）电路第七节雷达显示系统3）视频混合放大器：将回波视94第七节雷达显示系统6.定时系统使扫描起始时间与零nm回波到达显示器时间相同测距误差调整：选择海图上位置准确的目标，用其它方法测出其实际距离，与雷达测得的距离相比较，得到误差值的大小，然后调节延时线的抽头位置，使误差为零测距误差判断：近距离直岸线出现弯曲测距误差调整：调整触发延时，使岸线笔直技巧第七节雷达显示系统6.定时系统使扫描起始时间与零nm回波95第七节雷达显示系统二、数字系统原始视频→量化→数字视频→处理→按显示要求读出→还原模拟信号→显示1.基本原理：b光栅雷达信号光栅扫描雷达PPI/光栅扫描转换扫描信号发生器直角坐标数据内存acde基本雷达天线收发机视频量化定时方位量化a—原始方位和船首信号；b—触发脉冲；c—原始视频；d—数字方位信号；e—数字视频①将原始视频杂波抑制，然后与天线方位信号、船艏信号量化②进行坐标转换，产生光栅扫描信号第七节雷达显示系统二、数字系统原始视频→量化→数字视