舰艇雷达导航
ship radar navigation
jianting leida daohang
舰艇雷达导航
利用航海雷达探测本舰周围海面情况，测定目标方位、距离，实现避碰、定位和导航的技术。
发展概况 早期的雷达仅能根据回波在时间基线上离起点的远近来测定目标距离，还须根据天线实际所指的方向来确定目标方位。自20世纪40年代出现平面位置显示器(PPI)后，测者可直接从荧光屏上观察到以本舰为中心的海面活动目标和岛岸物标的分布情况，并能方便地测得各物标的方位距离和活动目标的相对运动；除暴雨雪天气外，基本不受夜雾影响，使雷达导航至今成为舰船上具有独特功能，不可替代的航海手段。为克服雷达相对运动显示，在避碰时容易造成错觉的缺陷，至70年代后期，一种能自动标绘计算和显示活动目标相对运动和真运动航向航速、会遇距离、碰撞危险区、并预示避让试操作效果的自动雷达标绘仪(简称ARPA)问世，为驾驶人员在多批目标船会遇情况下避让，减少了绘算和判断的差错，并争取了时间。
雷达的航海性能和显影特点 雷达显影存在失真等现象，只有充分熟悉雷达的航海性能及其显影特点，才能有效地用以导航。①雷达探测距离。理论上在标准大气状况下的雷达能见距
)；当遇异常大气折射，如在高寒陆岸附近及寒潮初降时，可使能见距下降，陆上干热的风吹到冷海面上时，可使能见距增大，甚至成倍地增大；雷达波能探测到物标，但其回波是否有足够的显影强度，还与物标的距离、材质、反射面形状、大小有关，距离较近、属金石材质、垂直于雷达波来向的反射面积较大的物标，能产生较强的回波，否则，较弱，甚至无法发现；雾、雨、雪能吸收雷达波能量，使探测距离下降，大雨雪可使探测距离下降30%～50%。浓密的大片雨云回波可掩盖其他有用回波，甚至使雷达暂时完全失效；只有在雷达能见距内，在所选量程范围内，且回波强度足够的物标才可能在荧光屏上显影出来。②航海雷达的显示方式。通常航行时使用“指北相对运动”，显示器的正上方为真北(已消除陀罗差)，本舰在中心不动，显影图像的位置关系与海图一致，影像不随航向改变而变动，但随本舰运动的航向航速向相反方向作相应的移动；在弯度不大的狭水道中航行，或以观察浮标及其他舰船动态为主时，常采用“航向相对运动”或“舷角显示”方式，显示器的正上方为舰首向，本舰在中心不动，显影图像与在驾驶台上向外观察到的实际情况一致，便于判断物标舷角，有利于操纵，但在频繁大角度转向时，显示图像会跟随向相反方向转动，由于回波余辉的作用，图像模糊不清；还有一种“真运动”方式，主要供避碰使用，此时代表本舰位置的扫描中心按输入的航向航速在荧光屏上作相应的移动，其他固定物标回波不动，活动目标回波以其自身的实际航向航速移动，对保证驾驶安全有利。③雷达显影特点。雷达天线一面旋转、一面向外发射电磁波，物标的回波仅显示为点状或片状的辉斑，存在失真现象。其特点有：因雷达发射脉冲和电磁波束有一定宽度，使回波的大小(按一定比例)比目标的实体“伸长”、“展宽”，且可能使相邻近两物标“粘连”成一个较大的回波；在探测方向上遇有高大物标阻挡时，在其远方的物标可能被遮挡而不能显影，如近标低、远标高，则远标可能部分呈现，其间的凹地将呈现为无回波的阴影区，视距外的物标岸线因被地球曲面遮挡通常不能显影；如近处有反射能力很强的物标，可能因产生多次反射回波而产生假回波，其方向与真回波相同，距离为真回波的2、3……倍；还可能因雷达出现的副波束扫到物标而产生假回波，其特点是在真回波两侧呈弧形对称分布，距离与真回波相等；其他还有他船雷达干扰等产生的假回波。④各种回波的识别。低平沙滩，近处显示为一条细弱的岸线，较远的通常难以发现；石质岸线，特别是直立陡峭的岸线，有较强的回波；内陆的山头呈现为孤立的或连绵的以山脊为界线的一片较强的辉斑，内陆的其他物标如灯塔则难以辨认；明礁在近处有明显回波，适淹礁因风浪激起的浪花，注意时也可能被发现；港湾附近的防波堤和码头，会显示强烈的轮廓明显的回波，舰船和浮标在小量程上显示为伸长展宽的长圆形明显回波；在远距离大量程上为小圆点状回波；中、大型舰船、特别是目标舷角近90°时，好天气10海里以上就可发现；小渔船和浮标在风浪中回波可能时隐时显，有时到1海里内才能发现；海浪在扫描中心附近会形成一片杂波，可能掩盖住2海里左右内的有用回波；雨云回波呈絮状，严重时会覆盖整个荧光屏，使雷达暂时失效。为正确识别回波，除熟悉以上要点外，实践中须随时掌握本舰位置，将雷达显影和海图相对照，通过连续观察、校核，认准陆标和分清活动目标并判明其动向。
雷达定位与误差 定位基本方法。鉴于雷达测距比测向准，通常采用三标距离或两标距离定位，物标少时也可用单标方位距离定位。用雷达定位存在下列几种误差：①雷达测距误差。包括距标本身的误差，由于显示器的增益、辉度、聚焦等未调好，以及测定时距标和观测点未对准而产生的观测误差。在正常情况下，使用活动距标测距，可估计标准差为1．5%量程，固定距标为2．5%量程。②雷达测向误差。包括回波展宽，扫描中心偏移，天线同步和在风浪中倾斜等误差，罗经差误差和当测定舷角转换为真方位时，还与测定当时的首向误差有关，一般认为测向标准差约±2°③物标测量点误差：实际测定和标图所用的测量点必须一致，由于显影失真，很容易认错物标回波，造成错误定位，如海岸线在雷达视距外，误将内陆较高部分的回波当成海岸回波；其他，如低平海岸很难找到准确的测量点。为减少雷达定位误差，提高定位精度，须尽量选择雷达视距内、距离较近的小岛、明礁、突出陡峭的山角和其他能确切辨认、有显明轮廓的和能找准相应测量点的物标定位；物标夹角的选择与陆标定位相同；观测前调好增益、辉度、聚焦等，观测时尽量选用较小量程、使用活动距标测距，将距标光点压住回波近边。
雷达导航功能 ①利用雷达的固定距标圈和活动距标圈，以及平行方位标尺等，可迅速判定离海岸及附近水下危险物的距离，控制舰船在一定距离内(外)航行，适时转向，安全通过狭水道；配合舰位线网，迅速准确定位；以距标圈当作警戒圈，能及时提醒特定物标进入预定距离，抛锚时帮助发现走锚等。②利用雷达航标助航；在一些重要地段的航标上，常加设各种雷达导航设备，以助增大被发现距离和从众多易混淆的回波中正确识别。常用的有以下几种：雷达反射器(角反射器)，角形或球形的简单装置，可被动地将雷达波最大限度地沿原方向反射回去，使浮标等的被发现距离可增大到6～7海里，海图上附注“
”样式；雷达指向标，设在重要灯塔上，周期性、全方位主动发射雷达波，同波长(通常用3厘米)的航海雷达可接收并显示为一定点划的径向线条回波，指向该灯塔方向，工作距离达数十海里，海图注明“雷信”、“Ramark”；雷达应答标，常装在回波易混淆的浮标或小岛礁上，可被动地回答航海雷达的“询问”，并在荧光屏上相应方位距离处显示特定的莫尔斯符号，以利识别，海图上注明“雷应答”或“Racon”和相应莫尔斯符号。③利用浮标助航。常利用“航向相对运动”或“真运动”偏心显示方式，以便于观察浮标回波，真运动显示还可帮助区分固定物标和活动目标；须特别注意抓准一系列浮标中的第一个浮标回波，用各种方法，包括驶近用目力观察浮标实体核实；用较小量程偏心显示，结合推算，进行连续观察寻找前方浮标回波；注意区分浮标和小船艇。④雾中导航注意事项。预先对照海图选好有某种识别标志或回波会显示某种特征的物标，如三标近似成一线、构成等腰或直角三角形等，以确保可靠识别；适时开机和条件允许时关机休息，以确保雷达正常工作；远离海岸航行时，定时用大量程扫描，以便及时发现密集渔船群；在近岸、狭水道航行时，交替使用中、小量程，以兼顾近处和远处目标；不时用其他方法校验舰位；平时在能见度良好条件下常进行雾中导航的模拟训练；舰艇还须熟练掌握雷达限制使用条件下的导航方法。
雷达避碰 按装备不同，可分3种情况：①普通航海雷达，常用12～24海里量程搜索海面，以便尽早发现来船回波；根据回波出现的舷角、距离及移动情况，概略判断对本舰有碰撞危险的目标；根据回波相对运动的轨迹，概略判断接近到最近点的距离，必要时，按照舰艇相对运动原理，在舰操图上绘算来船航向、航速及接近到最近点的距离等数据；适时转用中、小量程，必要时，按《国际海上避碰规则》进行规避(见海上避碰)。②长余辉雷达(荧光屏上回波移动的余辉可长时间保留)，在相对运动显示方式时，固定物标会拖曳一条与本舰反向的余辉，活动目标的余辉代表目标船的相对航向线，利用平行方位标尺和距标，可迅速判明多艘会遇船对本舰接近到最近点的距离；目标船变向变速时，从其余辉轨迹上可及时反映出来，对指导海上避碰十分方便。③自动雷达标绘仪(见自动雷达标绘仪)。
展望 20世纪90年代，一种人工智能雷达避碰装置、电子海图、多标岸线拟合自动定位装置，并与“导航星”全球定位系统(GPS)等相结合的新型雷达导航设备正在研制和试验中。预计21世纪初，将实现智能雷达避碰、自动测定己舰相对位置和地理坐标、按计划航线自动导航。