第八章无线电航标

PAGEPAGE1第九章无线电航标第一节无线电航标政策无线电导航系统是航海导航的新技术。与视觉航标相比，无线电导航系统通常有更大的覆盖区，且如果足够数量的船舶载有相应的接收机时，它有较好的成本效益。不过，一些具体的无线电导航系统在相对短的时空内已经淘汰了，包括台卡、奥米加、拉那和罗兰。无线电导航系统可分为三类：（1）定位系统：例如罗兰C/台卡、全球定位系统（GPS）、差分全球定位系统（DGPS）；（2）参考系统：例如电子海图系统（ECS）、电子海图显示和信息系统（ECDIS）和海图标绘仪；（3）信息服务：减少碰撞和搁浅的危险及保护海洋环境。这些采用船舶交通服务（VTS）、船舶报告系统（SRS）和船载自动识别系统（AIS）的形式。一、国际航标协会的作用在建立世界范围的海上无线电导航过程中，国际航标协会已经起着和继续起着重要作用。过去几年中，发生了许多如下所述的显著变化：（1）伴随着正在发展和研究中的更多系统，提供了一些新型和改进的无线电导航系统；（2）国际海事组织承认GPS和GLONASS作为目前世界无线电导航系统的组成部分；（3）国际海事组织通过了未来无线电导航系统的海上要求（A.860（20））；（4）伴随着无线电导航的有关变化，国际海事组织通过了修改海上人命安全公约（SOLAS）第五章，特别引进了配载电子无线电导航接收机、AIS和航行数据纪录仪（VDR）的要求；（5）通过了新的和修正无线电导航性能标准，特别是无线电导航接收机、AIS和ECDIS。二、政策的范围这些政策包括，但不仅限于如下内容：（1）卫星系统：能够用于获得定位的空间站的手段，例如GPS和GLONASS；（2）陆基系统：能够用于获得定位的陆基手段，例如罗兰C；（3）增强系统：能够用于改进定位的空间基和/或陆基辅助手段，例如WAAS/EGNOS、差分全球导航卫星系统（DGNSS）和自备完善性监测（RAIM）接收机；（4）雷达信标（雷康）：基于航标的获得航标的身份和位置的方法；（5）混合/集成系统：能够用于改进定位的上述手段的任何组合，例如Eurofix和混合/集成接收机；（6）辅助集成驾驶台系统：无线电导航系统对用于定位的任何船载驾驶台系统的作用，例如电子海图显示和信息系统（ECDIS）和航行数据纪录仪（VDR）；（7）辅助通信系统：无线电导航系统对用于向它船和/或岸上传输定位的任何船载无线电通信手段的作用，例如船舶自动识别系统（AIS）和全球海上遇险和安全系统（GMDSS）。三、国际航标协会的政策1992年通过的国际航标协会关于无线电航标的政策，考虑以下方面：（1）使用无线电航标能够增进船舶的安全、经济和有效的航行，且有利于航海界和保护环境；（2）国际航标协会成员能够通过改进无线电航标的性能来增进无线电导航对这些目标的贡献；（3）国际航标协会为国际航标协会成员提供了一个平台，以便调整和协调有关无线电航标的目的和活动。还考虑到：（1）其它国际组织如国际电工委员会（IEC）、CIRM、航海会议常设国际协会（PIANC）以及联合国专业组织如国际海事组织（IMO）、国际电信联盟（ITU）、国际海道测量组织（IHO）对无线电导航的兴趣日益增加；（2）无线电航标技术的加速发展；（3）船载无线电导航设备技术的加速发展，包括与其它船载航行/驾驶台系统如电子海图显示和信息系统（ECDIS）、航行数据纪录仪（VDR）、船舶自动识别系统（AIS）和全球海上遇险和安全系统（GMDSS）等；（4）通过船舶自动识别系统（AIS）、航行数据纪录仪（VDR）和其它手段将来自无线电航标/航行设备的定位向它船和岸上报告日益增加；（5）其它海上用户如渔船和游览船、内陆水道、陆地和非运输用户使用无线电航标日益增加；（6）无线电航标的引进日益增加，这些无线电航标不仅仅为海上使用而建立，且是多模式的；（7）无线电导航系统的无意和有意干扰的潜在危险。决定：通过如下的促进和实现措施，国际航标协会应继续在适当的和适宜的航海领域支持和发展无线电航标：（1）就无线电导航系统的发展和标准化事宜，加强与其它国际组织的合作；（2）调整和协调航海界无线电航标的引进、运行、维护和使用，也包括不仅仅为海上使用而发展的航标；（3）综合所有航海界用户的利益，包括渔业、游览业等，与用户协商，特别是无线电导航系统的关闭（见国际航标协会关于关闭无线电指向标的建议，R115）；（4）集成航海领域不同无线电航标和无线电航行设备；（5）掌握船载无线电航行设备与其它船载航行/驾驶台系统的集成,如电子海图显示和信息系统（ECDIS）、航行数据纪录仪（VDR）和无线电通信系统如船舶自动识别系统（AIS）、全球海上遇险和安全系统（GMDSS）。第二节海上无线电指向标当无线电测向设备与工作在海上无线电导航频段（283.5-325kHz）的岸基无线电指向标配合使用时，船舶在200海里范围内具有定位和归航的措施。由于方位测量的准确度通常是5°，定位的准确度明显比全球导航卫星系统（GNSS）的准确度差。根据目前的国际电信联盟（ITU）的规则，海上无线电导航频段可用于发射GPS的差分修正，且可作为单独DGPS服务，也可作为测向服务的辅助数据。世界上有几千座海上无线电指向标。现在用于发射DGPS修正的数量正在增加而用于测向的指向标数量正在减少。国际海上人命安全公约（SOLAS），1974，第五章第12（P）条目前要求1600总吨及其以上的从事国际航线的船舶应配备无线电测向设备。国际海上人命安全公约第五章的最近修正案于2002年7月1日以后撤消配备无线电测向设备的要求。第三节雷达应答器一、概述雷达应答器（RACON）是一个收发信设备,当收到船载雷达信号时,它能自动地发回一个能在询问雷达显示器上显示的识别信号。这个应答信号可以提供距离、方位和识别信息。雷达应答器是一种专门用于助航的设备，其频段被分配在X和S两个船用雷达波段，而且当前大多数雷达应答器都工作在X波段。二、基本工作原理雷达应答器由三个主要部分组成：一个收信机，一个发射机和一个收发共用天线。当雷达天线重复、间隔地指向雷达应答器时，在雷达应答器作用距离以内的雷达就能触发它。雷达应答器的接收机将这个雷达的脉冲信号放大到能够触发应答器发射机的水平，发射机对每一个触发都回答一个脉冲信号。但更多的是用一系列脉冲编码（摩尔斯码）进行应答，以便于识别。触发后应答器的响应，应允许有一个短暂的应答时间。这就产生了一个相对装有应答器的标志的被动反射回波在发射上的延迟（或距离），这个延迟一般等效为一个小于100米的距离，通常在作用距离大于几海里时就可以忽略了。三、应用虽然雷达应答器提供了一个正确识别目标的可能性，但是，由于需要把它们装在一个特定的工作位置上，所以它们的使用也受到了某些限制。通常雷达应答器不加控制的增加会导致船用雷达显示屏上的应答信号多得令人不可接受。这会降低显示屏的可用度，同时也会引起众多的应答器和其他响应之间的混乱。通常雷达应答器是安装在已用灯标标示的地点上的辅助航标。但使用雷达应答器并不能增加船舶对目标的发现能力。大部分船舶能够使用雷达应答器。对SOLAS公约第五章第20条提出的修正要求：（1）所有超过300总吨的船舶配载一台9这些中，雷达；（2）所有超过10000总吨的船舶配载辅助雷达，优选3GHz雷达。雷达应答器能用于：（1）没有明显特征的海岸线上的位置测距和识别；（2）海上和陆上航标的识别；（3）初见陆地的识别；（4）标示警戒区或分道通航制的中心线和转向点；（5）标示危险物；（6）标示桥梁下可航行的桥孔；（7）作为导标。四、雷达应答器的种类有两种不同的工作模式：（1）代表目前技术的频率捷变雷达应答器；（2）早期的和基本过时的扫频雷达应答器。频率捷变雷达应答器：在被触发的频率上响应，进而响应可在每次雷达扫描上再显象。不过，为了避免遮蔽雷达显示屏上的其它特征，响应通常以预定的周期开启和关闭。频率捷变雷达应答器也能制作成用户选择型，因此雷达操作员可选择是否抑制雷达应答器响应的显示或者其它雷达反射的显示。有两种技术可供使用，ITOFAR和USIFAR，且在国际电信联盟-无线电（ITU-R）建议M.824中定义。扫频雷达应答器：有在整个9.3至9.5GHz频段上调谐的接收机和在扫描周期内从最低频变化至最高频的发射机（振荡器），扫描周期一般为1至2分钟。当雷达应答器接收机搜索到船舶雷达时，雷达发射机被触发，但船舶雷达不显示雷达应答器的响应，直至雷达应答器和雷达之间产生频率匹配。在扫描周期内，可能需要雷达天线持续转动几转后才能产生频率匹配。五、信号特征工作在9GHz的雷达应答器用水平极化，工作在3GHz雷达用水平极化和可选的垂直极化。用于描述雷达工作频率的推荐术语推荐术语替代术语9GHz9300-9500MHzX波段3cm3GHz2900-3100MHzS波段10cm六、雷达应答器的作用距离雷达应答器的最大作用距离取决于这样几个因素:（1）应答器的输出功率和灵敏度，包括天线增益；（2）应答器天线和船用雷达天线相对水面的高度；（3）雷达波多路径传播的影响。对给定的有关功率和高度所要求的一些参数见表：雷达作用距离（海里）所要求的辐射输出功率（瓦）所要求的应答器天线高度*（米）50.22100.88203.250307.0150*船用雷达天线高度约20米表中的参数只适用于X波段的应答器.对于S波段的应答器需要有更大的输出功率和更高的天线高度。表中功率参数已将天线增益包括在内：辐射输出功率=发射功率*天线增益七、雷达应答器的天线如果选用一个高增益天线,那么,雷达应答器的作用距离还可以增加.然而,应答器天线的型号和增益通常是根据应答器所处目标的类型来确定的.浮标要求一个宽垂直波束的全向天线,而这种天线不可避免地是一个低增益天线。在固定目标上应安装一个窄波束天线。有关天线增益和天线特性的数据列在表中目标类型天线特性天线增益水平波束垂直波束浮体全向大约±25°大约5dB固定全向大约±8°大约10dB固定约90°扇面大约±8°大约15dB八、应答器的编码为了对应答器进行识别,应答器的响应用摩尔斯码编成代码,对应答器的编码有下列要求:（1）为了在有干扰的情况下更好地识别应答器的位置，一般要求应答器的编码以“划”开始；（2）其余为三个“点”或“划”；（3）摩尔斯码“D”专门用来指示新的危险物，如沉船；（4）应答器编码的总长度不得超过应答器额定作用距离的20%。然而，某些特定的应答器的编码长度有时也会由船用雷达询问时的量程来决定。九、应答器的安装在大多数场合,由于应答器的尺寸小\重量轻\强度高,应答器的安装并没什么问题.而对所有在应答器服务范围内的雷达来说,一个重要的要求是“自由视线”。也就是说应答器相对于水平要有一个足够的高度并在应答器天线前无障碍物。如果在有固定雷达站的地方使用应答器，就要让这个应答器对该固定雷达进行屏蔽，以防止被雷达站的雷达长时间触发。第四节海区雷达应答器配布指南一、适用范围为指导海区雷达应答器的配布工作，更好地发挥其助航效能，保障船舶航行安全，部海事局组织编制相关指南。适用于我国沿海水域及相关陆域各类雷达应答器的配布，用于军事、渔业生产的雷达应答器除外。二、分类与用途雷达应答器是增强雷达目标的识别效果而工作在航海雷达频段的接收/发射设备，是沿海通航水域、海港、通海河口的重要助航设施之一。（一）分类按工作模式分为两种：1、扫描频率雷达应答器；2、鉴频雷达应答器。目前国内应用最多的是鉴频雷达应答器。为满足不同地点的特殊需求，鉴频雷达应答器可利用ITOFAR和USIFAR技术制作成用户选择型。（二）用途1、在没有明显特征的海岸线上，用作位置的测距和识别；2、对海上和陆上航标的识别；3、初见陆地的识别；4、标识警戒区或分道通航制的中心线和转向点；5、标示危险物；6、标识桥梁下可航行的桥孔；7、导标的识别。（三）信号特征雷达应答器用水平极化工作在9GHZ频段，和/或用水平及任选的垂直极化工作在3GHZ频段。描述雷达工作频率的推荐术语推荐术语替代术语9GHZ9300—9500MHZX频段3CM3GHZ2900—3100MHZS频段10CM（四）作用距离雷达应答器作用距离主要取决于其安装高度、询问雷达的高度、发射机的输出功率及接收机的灵敏度。安装在浮标上的雷达应答器作用距离一般为5海里，安装在灯塔、灯桩、导标上的雷达应答器作用距离一般为15海里。雷达应答器作用距离的计算方法可参照IALA推荐标准。三、配布一般原则1、雷达应答器应与其他助航标志和设施的配布统一考虑，以组成综合助航系统；2、雷达应答器的配布应根据船舶航行需求、航道（航线）条件及重要程度、周围环境、背景条件等因素综合考虑确定；3、所配布的每座雷达应答器均应有明确目的，并能发挥其最大作用，达到最佳的助航效果；4、配布间距不宜过密，相邻两个雷达应答器不相互干扰；5、配布的地点应满足维护管理方便的要求。四、布设具体要求 （一）可布设地点1、陆标陆标系指设置在陆地、孤岛上的灯塔、灯桩、导标等助航标志。（1）沿海干线重要转向点的灯塔、灯桩；（2）狭水道进出口门或特殊位置，需引起过往船舶特别注意的灯塔、灯桩；（3）长度10公里以上，宽度小于150米的人工航道或因受浅滩、礁石等危险物影响严重航道而设置的中线前导标。（4）在一年中有2/3时间大气透明度系数在0.4以下，能见度小于3海里，浪高在2米以上或平均流速在3节以上的船舶操纵困难水域，需及早识别的陆标。（5）在雷达回波较多，船舶不易识别的灯塔、灯桩上布设用户选择型雷达应答器，以抑制杂波的干扰。（6）船舶驶近海岸，雷达上无法找出明显定位点，定位困难水域的陆标或其它高层建（构）筑物上布设双波段工作的雷达应答器。布设在陆标上的雷达应答器一般选用远程雷达应答器，并尽量将其安装在陆标最高处。2、水中标志水中标志系指设置于水中的灯浮标、水中危险物标志、灯船及水中固定灯桩等助航标志。（1）重要航道转向点或港口口门的灯船、直径3.（2）为有碍船舶航行安全的水中危险物而设置灯浮标或其它水中标志；（3）重要航道分叉处的灯浮标；（4）在水上警戒区或分道通航制水域端口而设置的水中标志；（5）在国际航线重要位置的水中标志上，应选用远程双波段雷达应答器。雷达应答器通常和水中标志同点布设。一般安装高度距水面不低于3米，安装结构上要注意水中标志和雷达应答器外观的统一考虑。既要便于水中标志的目视识别，又不影响雷达应答器的正常工作。布设水中标志上的雷达应答器应选用短程雷达应答器，天线选用全向天线。两个相邻水中标志雷达应答器的距离一般不小于5海里。特殊情况时，雷达应答器的发射功率应适当降低。3、桥区航道桥区航道系指跨海桥梁下通航桥孔及其两侧一定范围内的航道。（1）单孔通航的桥区航道可在通航桥孔中央的桥身上布设短程雷达应答器，标识“最佳通过点”；也可在桥两侧水域引导船舶通航的重要水中标志上布设。桥两侧各布设一座。（2）双孔或多孔通航的桥区航道双孔或多孔通航的桥区航道，可在通航水域中央桥身布设短程雷达应答器，以利于船舶及早发现桥所在的方位和距离，保障船舶航行安全。4、特殊地点（1）可在有碍船舶航行安全或需提醒过往船舶特别注意的海上石油钻井平台，为存留井口、废弃的油、气管道设置的航标及其它露出海面的建（构）筑物设置雷达应答器。（2）布设在石油钻井平台，废弃的油、气管道上的雷达应答器，应具有防爆性能。（二）不宜布设地点 在距离VTS、观通站5000米以内等雷达信号干扰严重的地区不宜布设雷达应答器。确需布设时，应选择用户选择型雷达应答器，以抑制杂波的干扰。五、布设的技术要求（一）编码要求1、雷达应答器的识别编码由海区航标管理机关确定，识别编码以“划”（——）开始；相邻雷达应答器的识别编码应有明显区分，以便于识别。2、标示新的或在海图上未注明危险物的雷达应答器识别编码应为莫尔斯“D”（——--）。3、布设在桥身上标识最佳通过点雷达应答器的编码应为“T”（——）。当用两台雷达应答器来标示桥梁跨度时，编码选用右侧“T”（——）、左侧“B”（——---）。4、临时性平台等预见其助航标志近期不可能在海图正常标示时，编码应为莫尔斯“U”（--——）。5、编码“D”附近尽量不选编码“B”，以免发生混淆。6、雷达应答器编码在雷达显示屏上的总长度一般不超过额定作用距离的20%。（二）天线要求1、布设在大型浮标、灯船、灯塔、灯桩或其它固定建（构）筑物上的雷达应答器，要求用窄垂直波束天线。根据工作范围可选用全向或定向天线。2、天线孔径和增益、接收机灵敏度、发射机功率、响应持续时间和鉴频雷达应答器的开/关时间特性应由海区航标管理机关根据航行要求确定。（三）电源要求1、布设地点应提供雷达应答器正常工作配有稳压设备的电源，其额定功率应大于应答器要求的50%以上，输出电压应稳定在应答器要求的标准值范围内，且波动应小于5%。2、稳压设备应有整机备品，并在稳压设备的输入、输出端接有电压、电流表。（四）其它要求1、雷达应答器应具有旁瓣抑制和功耗低特性；布设在水中标志上的雷达应答器，应具有适应其摇动环境条件、天线波束垂直张角大、防水、防盐雾、抗瞬时冲击的性能。2、雷达应答器应与标体的避雷、接地整体考虑。连接雷达应答器外壳与接地线之间电缆的电阻应小于1欧姆。3、工作在危险水域雷达应答器的发射时间不超过25微秒（脉冲长度约2海里），锁定时间50100微秒，最小的锁定时间为10微秒，以防止雷达应答器自身的发射波在附近反射而触发自己。4、雷达应答器在工作前，海区航标管理部门应按规定发布航海通告，并报备部局。通告内容包括：安装地点（包括经、纬度）、开始工作时间、工作频段、识别编码。5、雷达应答器布设完毕后，应进行实际拉测，并做好拉测记录及建档工作。第五节雷达反射器一、概述雷达反射器是一个被动无源装置，其目的是使入射的电磁能量的雷达脉冲返回到雷达脉冲源，进而增强雷达显示器的回波。通过设计，雷达反射器试图使吸收和随机散射的影响最小。二、应用雷达反射器一般作为辅助装置安装在用灯标标示的位置上。正如国际海事组织在人命安全公约（1974）第五章的修正中指出的那样，超过300总吨的所有船舶将要求配备9GHz雷达。因此，大量船舶可以使用雷达反射器。使用雷达反射器的主要目的是增强：（1）远距离目标的探测（例如初见陆地航行）；（2）在海浪和雨雪干扰的地区的目标探测；（3）航标在雷达上更明显地显示，以减少碰撞损坏的风险。三、雷达目标有效截面（RCS）雷达发射器的性能可用雷达目标有效截面（RCS）来标示。该数值通过把雷达反射器反射的雷达信号的量与雷达反射球相当的反射的比较来确定。例如，标有雷达目标有效截面为30m2D=30×=6.4m四、雷达反射器的种类反射器最常用的种类使用两个或两个以上平面连接成直角，从而入射的雷达脉冲在多次反射后返回到雷达脉冲源。如两面反射器和三面反射器（角反射器）。（一）两面反射器