福建船政职院雷达操作与模拟器课件01船用雷达-3使用性能及其影响因素

Ch3船用雷达的使用性能及其影响因素①雷达性能指标使用性能：Rmax、rmax

、rmin、△rmax、△amin，技术性能：Pt、τ、F、n、θH……等②使用人员掌握指标重要性在使用、安装、验收时，知道雷达现处于什么状态？是否满足要求？③应掌握要求：指标基本概念（定义）影响因素简单计算§3.1最大探测距离及其影响因素一、最大探测距离（Rmax）1、Rmax——考虑到地球曲率、天线高度、物标高度及雷达电波传播空间大气折射影响的雷达可能观测的最大距离，也是雷达的极限距离。2、几何地平、光平地平与雷达地平概念说明：①DR＞DV＞DG②单位：h=米(m)D=海里（Nm）

地平形式定义大小几何地平不考虑大气折射时，所能观测的地平范围DG=光学地平大气折射时（标准大气压）地平范围DV=雷达地平雷达波通过大气折射（标准大气压）的地平范围。DR=3、雷达最大探测距离雷达最大探测距离：（当考虑目标高度时）

[在标准大气压下（书中说明）]

Rmax

=2.23(＋)

式中：H——米，Rmax—海里

∴影响Rmax因素（在正常标准大气压下）

①地球曲率

②天线高度

③目标高度。二、异常折射下，对雷达Rmax的影响

序号异常折射气候条件常发生地区现象对Rmax影响1次折射（欠折射或负折射）温度↓↓温度↑折射率↑寒冷地区、极地地区

雷达波束向上弯曲使Rmax↓。目标的Rmax减少30%~40%2超折射（过折射）与上述相反炎热地区，红海、地中海雷达波束向下弯曲Rmax↑3大气波导现象严重超折射时炎热地区，红海、地中海向下弯曲程度加大Rmax↑↑（甚至超过100海里以上）（会产生二次扫描假回波）§3.2最大作用距离及其影响因素一、雷达技术参数及物标反射性能对rmax的影响即：雷达波在“自由空间”中传播时的rmax，“自由空间”——不考虑：

①大气折射与吸收;②海面与地面反射;③各种干扰rmax

=（）1/4

——雷达方程

Pt——峰值功率；

GA——天线增益；

λ——工作波长；

Pmin——接收机灵敏度；σ0——物标有效散射面积→解释→放后面1、雷达技术参数影响（雷达内部因素）1）Pt↑→rmax↑,但并不显著(4次方根),代价高,不可取。2）Prmin↓→rmax↑,但并不显著(4次方根)代价低,不断努力。3）GA、λ↑→rmax↑,比较显著（2次方根）但：λ↑→GA↓∴λ↑→不减小GA，→Ar↑λ一定，GA↑→rmax↑

2、物标反射性能的影响σ0定义与理解

σ0-----------目标的有效散射面积σ实际目标的反射性能（σ0）与目标的：几何尺寸，大小（亮度、深度）形状平板↑园↓表面结构——光滑度入射角——垂直最大材料——钢？木材？工作波入（λ）

二、海面镜面反射对rmax的影响

1、海面镜面反射现象

O点（目标处）：直射波与反射波叠加若海面反射系数1，相移180度，得：r′max=2rmaxsin（）

sin：0~1变化∴0≤r′max≤2rmax

海面反射→造成雷达波束在垂直方向上分裂现象回波时隐时现（对应分裂波束的最小最大）低目标，不能被探测到。三、海浪干扰杂波的影响（回顾总结）

海浪干扰杂波特点：1、与距离有关：离本船较近，干扰越大→使扫描中心周围一片，不稳定的鱼鳞状亮斑，随距离呈指数规律迅速减弱。一般风浪时——6~8Nm；大风浪时——10Nm。2、与风向有关：上风舷（侧）：强，距离远；下风舷（侧）：弱，距离近。

3、大风浪时→扫描中心周围辉亮实体4、幅度较大的长涌→屏上见到一条条的浪涌回波5、与雷达技术参数有关1）工作波长3cm干扰>10cm干扰。2）波束的入射角：入射角越大，干扰越强。3）极化类型：水平极化波比垂直极化波减少

1/4-------1/10。4）τ、QH越大，干扰越大。四、大气衰减的影响大气衰减大气吸收[包括：雨、雪、雾、云，含水量增大时，更严重]散射特点：1、水蒸汽：3cm>10cm，10倍多；2、雨：3cm>10cm，10倍左右；3、雾：一般较小，但能见度30m时，要比中雨引起的衰减大；4、云：雨雾，还会产生反射干扰。

IMO对rmax的要求：当在正常电波传播下，天线高度15cm，无杂波干扰时，表1-3-2§3.3最小作用距离及其影响因素1、什么是最小作用距离（rmin）？——能在荧光屏上显示并测定物标的最近距离。表示雷达探测近物标的能力。在此内区域——称为雷达盲要求：rmin越小越好2、物标处在天线波束照射内情况（虽然在波束照射之内，仍然探测不到目标）

rmin1=(τ+tf

)τ：脉宽，tf

：收发开关恢复时间近物标反射回来，但收发开关尚未转换到接收机，不能被接收。所以

τ↓、

tf↓→rmin1↓3、物标处在天线波束照射之外3、物标处在天线波束照射之外rmin2≈hA·ctgθV另一种表示：

rmin2≈hA·ctg

（θV/2）∴hA↓(θV↓)→rmin2↓

总综合：为使→rmin2↓τ↓、hA↓tf

↓、θV↑说明：一般rmin1≠rmin2，两者取大值。4、盲区的实测方法：近距离目标，逐渐靠近（或远离）本船，测出它们的回波亮点消失（或出现）时的距离。或通过本船移动，测出目标浮筒出现或消失时的距离。测完应记录在雷达日记上。5、IMO要求：

当h：15m时

5千总吨

10m船长

σ0:10m2应能在50m---1Nm内清楚显示。

§3.4距离分辨力及其影响因素1、什么叫距离分辨力（△rmin）？——表示雷达分辨同方位的两个相邻点物标的能力要求：△rmin越小越好2、△rmin大小

△rmin=（τ+1/△f）+2RD·d/D[τ：脉冲宽度;RD：所在量程;△f：接收机通频带；d：光点直径；D：屏幕直径]为使△rmin↓→应使：τ↓,△f↑，RD↓，d↓，D↑

3、IMO要求：△rmin<50m

[当在①2Nm或更小的量程档；②在50%--100%距离范围内]§3.5方位分辨力及其影响因素1、什么△αmin?——表示雷达分辨距离相同而方位相邻的两个点物标的能力要求：△αmin越小越好2、△αmin大小

△αmin=θH（水平波束宽度）+d（光点角尺寸）3、d与在荧光屏上所处位置有关若：屏半径为LS，光点为d。若:当L≈LS/3，d≈θH，则△αmin≈θH

当L≤LS/3，d>>θH，则△αmin≈d0

当L＞2LS/3，d<<θH，则△αmin≈θH所以为了使△αmin

→应使：①θH↓②d↓③光点应尽量选择在2LS/3④适当降低亮度、增益→d↓4、IMO要求：

△αmin<2.5度（在1.5Nm或2Nm量程的5%~10%距离范围内）

§3.6测距精度及其影响因素

一、（时间）同步误差——指的是扫描开始时刻与天线辐射时刻不一致。消除方法：调整延时线中心抽头位置。二、固标与活标的不精确引起的误差1、固标误差①出厂前校正至所在量程的0.25%以内（精度比较高）②固标形成的内插误差一般约为所在量程5%左右

2、活标误差一般约为所在量程的1%~1.5%，用固标来校正活标精度

三、扫描（锯齿波）的非线性①使→图像失真→影响观测扫描非线性→引起误差一般：不影响用活标测距的精度②但在当使用固标测距会引起内插误差。四、因光点重合不准导致的误差荧光屏光点有一定的尺寸直径为d→回波周边各扩大d/2→距标圈同样边缘扩大d/2

所以为了减小测距误差→应使活标内缘与回波影像内缘相切，进行正确重合

五、脉冲宽度造成回波图像外侧扩大引起的测距误差一般不选用外侧测量六、物标回波闪烁引起误差①船舶摇摆；②相对运动（照射部位发生变化→反射中心不稳）七、雷达天线高度引起的误差

h↑→误差↑

R↑→误差↓IMO测距精度要求所用量程最大距离的1.5%或70m中较大的一个值。

测距注意事项P79——同学自学§3.7测方位精度及其影响因素一、方位同步系统误差二、航首标志线的误差

H-upN-up罗经误差→HL指向误差三、中心误差——指扫描中心点（O2）未与荧光屏几何中心（O1）一致；O2（测量舷角）≠Q1（真实舷角）

四、水平波束宽度及光点角尺寸造成的“角向肥大”误差四、水平波束宽度及光点角尺寸造成的“角向肥大”误差“角向肥大”——目标回波图像左右侧“肥大”原因：①

θH；②光点角尺寸其大小（左右侧）θH/2+d/2

在测量回波边缘方位：①用机械方位测量：误差θH/2+d/2需修正②用EBL测量：用“同侧外沿”相切测量。∵EBL也有光点角尺寸扩大，与回波光尺角尺寸扩大相抵消。误差θH/2，需修正。同时，在测方位边缘时：应选量程，使要测量回波位于1/2~2/3量程区域为宜所以光点角尺寸较小，这里也说明QH↓越好。另外说明：中心点测方位误差较小（角度扩大不影响）五、天线波束主瓣轴向偏移角不稳定引起的误差在安装时校正，但由于振频率↑↓→偏移六、天线波束宽度及波束形状不对称引起误差七、方位测量设备的误差八、本船倾斜或摇摆导致的误差在45°、135°、225°、315°误差最大为使误差减少：横摇时→测正横方向物标纵摇时→测首尾方向物标九、人为测量误差如：用机械→读数（垂直）

§3.8雷达主要技术指标及其对使用性能影响一、工作波长λ[关系因素较多：rmax,rmin……]1、λ~rmax[方程rmax=（）1/4]复杂过程λ↓→σ0↑λ↑→衰减小结论：10cm比3cm的rmax大①正常天气：10cm比3cm的rmax稍大②雨雾天气：10cm比3cm的rmax大得多2、λ与△rmin、rmin、测距精度关系λ↓→τ↓→△rmin↓3cm相对于10cm最小探测能力距离分辨力↑（△rmin↓）3、λ与△αmin、测方位精度关系

λ↓→θh↓（Qh

αλ/L）4、λ与抗干扰能力关系

λ↑→抗雨雪、海浪干扰↑综述：正常天气：3cm优于10cm；雨雪及大风浪：10cm优于3cm二、脉冲宽度τ1、τ↑（远量程）→rmax↑（∵在不改变发射功率下能量提高）

2、τ↓（近量程）→

rmin↓△rmin↓

测距精度↑

抗干扰↑三、脉冲重复频率（F）F↑→回波脉冲积累数↑→rmax↑但受量程限制∴远量程——τ宽——低F

近量程——τ管——高F四、发射峰值功率（Pt）

Pt↑→rmax↑但不明显可靠性↓；干扰↑五、天线波束宽度

1、θH↓→

①能量集中→rmax↑②△αmin↓③测方位程度↑④干扰↓目前船用θH一般：1°左右（0.7°~1.5°）小型雷达2.5°；港口雷达0.25°~0.8°2、θVθV↓→优点：①能量集中→rmax↑;②干扰缺点：rmin2↑→盲区↑（一般15°~30°）

六、天线转速（nA）nA↓优点:回波脉冲积累数↑→rmax↑缺点:①回波图像完整性↓（闪烁）→[解释]；

②干扰↑七、天线极化形式水平极化：抗海浪干扰好——广泛采用垂直极化：抗雨雪干扰好——个别10cm有采用园极化:抑制雨雪干扰好，但天线增益低。八、GA↑→rmax↑九、△f↓→

Prmin↓（灵敏度↑）→rmax↑

波形失真↑→△rmin↑，距精度↓所以远量程——宽τ——窄△f

近量程——窄τ——宽△f思考题：量程变化→雷达哪些参数会相应随之变化?§3.9影响雷达回波正常观测的诸因素一、扇形阴影区1、定义：雷达波束被阻挡物（本船桅杆、烟囱等）阴挡，在其后方物标不能被探测的扇形（暗）区。[雷达盲区区别——同样波导不能涉及区域，区别：一个是θV波束宽度有限；另一个是阻挡]本船建筑物→阴形区。与相对高度有关，一旦相对方位固定→阴影区方位角度固定尽量避免在船首出现阴影区岸壁阻档情况2、阴影区测定方法本船沿浮标附近缓慢回转记录浮标回波出没方位阴影区，记录在雷达日记上。二、假回波——荧光屏上显示