雷達與ARPA手冊（第3版）

第1章 雷達基本工作原理\t1
1．1 引言\t1
1．2 目標距離和方位測量原理\t1
1．2．1 回波原理\t1
1．2．2 距離與時間的關系\t2
1．2．3 定向發(fā)射和接收\t4
1．2．4 雷達信息顯示\t4
1．3 方位測量\t8
1．3．1 船首標志\t8
1．3．2 方位測量\t9
1．4 顯示模式\t9
1．4．1 定向模式\t9
1．5 運動和穩(wěn)定模式\t14
1．5．1 相對運動顯示\t14
1．5．2 真運動顯示\t16
1．5．3 顯示模式選擇\t19
第2章 雷達系統(tǒng)―技術原理\t21
2．1 引言\t21
2．2 基本功能\t21
2．2．1 發(fā)射機\t21
2．2．2 天線\t22
2．2．3 接收機\t23
2．2．4 雷達處理器\t23
2．2．5 顯示器和用戶接口\t24
2．3 雷達信號\t24
2．3．1 基本注意事項\t24
2．3．2 頻率選擇\t25
2．3．3 脈沖雷達的基本概念\t26
2．4 雷達發(fā)射機\t31
2．4．1 基于磁控管的發(fā)射機\t32
2．4．2 磁控管應用\t32
2．5 天線原理\t34
2．5．1 天線概念\t34
2．5．2 陣列天線\t37
2．5．3 天線旋轉單元\t46
2．6 雷達信號接收和處理\t47
2．6．1 雷達方程\t47
2．6．2 接收機和處理器的作用\t48
2．6．3 雷達接收機\t49
2．6．4 接收機技術\t52
2．6．5 雷達干擾\t57
2．7 雷達信號處理原理\t59
2．7．1 信號數(shù)字化\t59
2．7．2 數(shù)字信號處理\t61
2．7．3 距離和方位采樣\t62
2．7．4 雜波抑制\t65
2．7．5 目標跟蹤\t67
2．8 雷達顯示器與用戶控制器\t68
2．8．1 徑向掃描平面位置顯示器\t69
2．8．2 數(shù)字顯示器\t71
2．8．3 平板顯示器技術―液晶顯示器\t73
2．8．4 顯示器格式\t74
2．8．5 雷達回波顯示\t78
2．8．6 用戶接口\t81
2．9 固態(tài)雷達原理\t83
2．9．1 相參雷達概念\t84
2．9．2 相關處理\t87
2．9．3 相關處理示例\t89
2．9．4 距離旁瓣\t91
2．9．5 脈沖壓縮\t95
2．10 雷達各單元在船上的安裝位置\t97
2．10．1 天線的安裝位置\t97
2．10．2 收發(fā)機單元\t100
2．10．3 顯示器單元\t101
2．10．4 磁安全距離\t101
2．10．5 暴露和防護的單元\t101
2．10．6 電源\t101
2．10．7 高壓危險\t102
2．10．8 雙雷達轉換\t102
第3章 目標檢測\t104
3．1 引言\t104
3．2 雷達特性\t104
3．2．1 發(fā)射機特性\t105
3．2．2 天線特性\t105
3．2．3 接收機特性\t105
3．2．4 最小探測距離\t106
3．2．5 探測性能標準\t107
3．3 目標特性\t108
3．3．1 傾斜角\t108
3．3．2 表面質地\t108
3．3．3 材料\t109
3．3．4 形狀\t110
3．3．5 大小\t110
3．3．6 來自特殊目標的響應\t115
3．4 目標增強――無源\t116
3．4．1 角反射體\t117
3．4．2 反射體陣列\(zhòng)t118
3．4．3 路尼伯格透鏡\t121
3．5 目標增強――有源\t122
3．5．1 雷達信標的原理\t122
3．5．2 雷達信標在顯示器上的形狀\t122
3．5．3 頻率和極化\t124
3．5．4 雷達信標的信息源\t128
3．5．5 雷達信號彈\t128
3．5．6 搜救應答器\t130
3．5．7 有源雷達反射體\t130
3．6 海雜波中的目標檢測\t131
3．6．1 海雜波響應的特征\t131
3．6．2 雜波問題綜述\t135
3．6．3 顯示的海雜波信號的抑制\t136
3．7 降水雜波中的目標檢測\t141
3．7．1 降水響應的特性\t141
3．7．2 在降水中的衰減\t142
3．7．3 降水類型的影響\t142
3．7．4 雨雜波的抑制\t144
3．7．5 克服由降水引起的衰減\t147
3．7．6 利用雷達檢測降水的能力\t147
3．8 雷達視距\t148
3．8．1 標準大氣條件的影響\t148
3．8．2 亞折射\t151
3．8．3 超折射\t152
3．8．4 過超折射或大氣波導\t153
3．9 假回波和干擾回波\t154
3．9．1 引言\t154
3．9．2 間接回波（再次反射回波）\t154
3．9．3 多重回波\t158
3．9．4 旁瓣回波\t158
3．9．5 雷達對雷達的干擾\t159
3．9．6 第二次掃描回波\t161
3．9．7 由電力電纜引起的“假”回波\t166
第4章 自動雷達目標跟蹤―規(guī)定的裝置\t168
4．1 引言\t168
4．1．1 一體化和獨立顯示器\t168
4．1．2 運輸?shù)囊?、標準和操作者培訓\t169
4．1．3 遵守IMO性能標準\t170
4．2 目標的捕獲\t170
4．2．1 捕獲的技術規(guī)范\t170
4．2．2 手動捕獲\t171
4．2．3 全自動捕獲\t171
4．2．4 區(qū)域自動捕獲\t171
4．2．5 警戒區(qū)\t172
4．2．6 警戒環(huán)和區(qū)域抑制邊界\t172
4．3 目標的跟蹤\t173
4．3．1 跟蹤的規(guī)范\t173
4．3．2 變化率輔助\t173
4．3．3 被跟蹤的目標數(shù)\t174
4．3．4 目標丟失\t175
4．3．5 目標交換\t175
4．3．6 軌跡分析和數(shù)據(jù)顯示\t176
4．3．7 目標尾跡和過去位置\t182
4．4 矢量\t183
4．4．1 相對矢量\t184
4．4．2 真矢量\t184
4．4．3 試操船\t185
4．5 自動雷達標繪儀顯示器\t187
4．5．1 操作顯示器的尺寸\t187
4．5．2 ARPA裝置應具有的距離量程\t187
4．5．3 顯示模式\t187
4．5．4 ARPA數(shù)據(jù)的亮度控制\t187
4．5．5 使用屏幕標識測量距離和方位\t188
4．5．6 距離量程改變的影響\t188
4．6 字母數(shù)字數(shù)據(jù)的顯示\t188
4．7 報警和警告\t189
4．7．1 警戒區(qū)\t189
4．7．2 超出最小會遇距離（CPA）/最小會遇時間（TCPA）\t190
4．7．3 目標丟失\t191
4．7．4 機動時間\t191
4．7．5 軌跡變化\t191
4．7．6 錨位監(jiān)視\t191
4．7．7 跟蹤飽和\t191
4．7．8 錯誤和無效的要求\t192
4．7．9 安全極限矢量抑制\t192
4．7．10 試操船報警\t192
4．7．11 自檢和報警\t192
4．8 自動對地穩(wěn)定\t192
4．9 導航線和地圖（也見8．4．6．3節(jié)）\t194
4．10 目標模擬裝置\t195
4．11 預測的碰撞點\t195
4．11．1 碰撞點的概念\t195
4．11．2 如果觀察船保持速度時碰撞點的情況\t197
4．11．3 當目標船速度變化時碰撞點的情況\t198
4．11．4 當目標船航向變化時碰撞點的情況\t198
4．12 預測的危險區(qū)（PAD）\t199
4．12．1 實際中預測的危險區(qū)\t201
4．12．2 預測的危險區(qū)形狀的改變\t201
4．12．3 預測的危險區(qū)的移動\t201
4．12．4 預測危險區(qū)（PAD）的未來發(fā)展\t202
第5章 自動識別系統(tǒng)\t203
5．1 AIS的發(fā)射體制\t204
5．1．1 自主和連續(xù)模式\t204
5．1．2 指配模式\t205
5．1．3 輪詢模式\t205
5．1．4 B類發(fā)射――載波敏感時分多址（CSTDMA）\t205
5．2 A類船舶發(fā)射的自動識別系統(tǒng)信息\t207
5．3 自動識別系統(tǒng)信息及類型\t208
5．3．1 A類信息發(fā)送\t208
5．3．2 B類信息發(fā)送\t209
5．3．3 搜救飛機\t209
5．3．4 自動識別系統(tǒng)搜救應答器\t209
5．3．5 導航設備\t210
5．3．6 自動識別系統(tǒng)二進制信息\t210
5．4 自動識別系統(tǒng)單元和船橋顯示器\t211
5．4．1 獨立的簡易鍵盤顯示器\t211
5．4．2 獨立的圖形顯示器\t211
5．4．3 AIS與ARPA或ECDIS的組合\t211
5．4．4 引航員接頭與顯示器\t212
5．4．5 B類設備\t213
5．4．6 自動識別系統(tǒng)接收機\t213
5．5 自動識別系統(tǒng)的可用性\t213
5．5．1 目標交換\t213
5．5．2 大塊陸地特征周圍自動識別系統(tǒng)信號的發(fā)送\t214
5．5．3 自動識別系統(tǒng)的容量\t215
5．5．4 自動識別系統(tǒng)對GNSS的依賴\t215
5．5．5 自動識別系統(tǒng)的船舶參與\t215
5．5．6 自動識別系統(tǒng)對于虛假報告、欺騙、干擾的脆弱性\t216
5．6 自動識別系統(tǒng)對岸上監(jiān)測站的益處\t216
5．7 雷達/自動雷達標繪儀和自動識別系統(tǒng)的避碰對比\t217
5．8 AIS其他應用以及與AIS有關的應用\t219
5．8．1 自動識別系統(tǒng)互聯(lián)網\t219
5．8．2 衛(wèi)星自動識別系統(tǒng)\t219
5．8．3 船舶遠程識別和跟蹤\t220
第6章 操作控制\t222
6．1 控制器的使用和最佳性能\t222
6．2 雷達顯示器的設置\t222
6．2．1 初始檢查\t223
6．2．2 開機\t223
6．2．3 設置屏幕亮度\t223
6．2．4 默認狀態(tài)與啟動\t225
6．2．5 畫面定向設置\t226
6．2．6 雷達畫面顯示設置\t226
6．2．7 獲得最佳畫面（磁控管雷達）\t227
6．2．8 相參雷達系統(tǒng)的最佳畫面\t230
6．3 性能監(jiān)視\t230
6．3．1 回波箱的原理\t230
6．3．2 回波箱的安裝位置\t232
6．3．3 功率監(jiān)視器\t233
6．3．4 應答型性能監(jiān)視器\t233
6．3．5 校正電平\t234
6．3．6 性能檢查的步驟\t234
6．3．7 現(xiàn)代趨勢\t234
6．4 改變距離量程或脈沖寬度\t235
6．5 等待狀態(tài)\t235
6．6 距離和方位測量控制器\t236
6．6．1 固定距標環(huán)\t236
6．6．2 活動距標環(huán)\t237
6．6．3 平行指示線\t237
6．6．4 電子方位線\t237
6．6．5 自由電子距離方位線\t238
6．6．6 操縱桿/軌跡球和光標\t238
6．6．7 距離精度\t239
6．6．8 方位精度\t239
6．7 雜波和干擾抑制控制器\t240
6．7．1 海雜波抑制\t240
6．7．2 雨雜波抑制\t242
6．7．3 干擾抑制\t243
6．8 回波展寬\t243
6．9 自動雷達標繪顯示器\t244
6．9．1 雷達數(shù)據(jù)的輸入\t244
6．9．2 啟動處理器\t244
6．9．3 航向和航速數(shù)據(jù)的輸入\t244
6．9．4 矢量時間控制\t246
6．9．5 相對矢量或真矢量\t246
6．9．6 對地或對海穩(wěn)定的真矢量\t246
6．9．7 安全極限\t248
6．9．8 跟蹤準備\t248
6．10 AIS操作控制器\t249
6．10．1 獨立的AIS設備\t249
6．10．2 AIS與ARPA的結合\t251
第7章 含避碰的雷達標繪\t253
7．1 引言\t253
7．2 相對標繪\t253
7．2．1 矢量三角形\t254
7．2．2 標繪三角形\t255
7．2．3 標繪作圖\t255
7．2．4 標繪的實用性\t256
7．2．5 提取數(shù)值數(shù)據(jù)的必要性\t258
7．2．6 特殊情況下的標繪\t258
7．3 真標繪\t258
7．4 僅有目標機動時的標繪\t260
7．4．1 標繪作圖\t260
7．4．2 試圖估計目標機動情況的危險性\t261
7．5 本船機動時的標繪\t261
7．5．1 本船僅改變航向時的標繪\t261
7．5．2 標繪作圖\t262
7．5．3 本船僅改變速度時的標繪\t263
7．5．4 標繪作圖\t263
7．5．5 用表、圖和公式形式表示的“沖程”數(shù)據(jù)的使用\t265
7．5．6 本船同時改變航向和航速時的標繪\t267
7．5．7 本船恢復航向或航速時的標繪\t268
7．5．8 兩船同時機動時的標繪\t268
7．6 預測碰撞點、預測危險區(qū)、危險扇區(qū)和優(yōu)先扇區(qū)的理論和作圖\t270
7．6．1 預測碰撞點\t270
7．6．2 預測碰撞點作圖\t271
7．6．3 預測危險區(qū)\t271
7．6．4 預測危險區(qū)作圖\t272
7．6．5 危險扇區(qū)\t273
7．6．6 危險扇區(qū)作圖\t274
7．6．7 優(yōu)先扇區(qū)\t274
7．6．8 優(yōu)先扇區(qū)作圖\t275
7．7 潮流中的標繪\t275
7．7．1 標繪作圖\t276
7．7．2 調整航向以抵消潮流的影響\t277
7．7．3 在潮流中改變速度時需改變航向以保持軌跡\t277
7．8 人工標繪――精度和誤差\t278
7．8．1 標繪的方位精度\t278
7．8．2 標繪的距離精度\t279
7．8．3 本船速度的精度\t279
7．8．4 本船航向的精度\t279
7．8．5 標繪時間間隔的精度\t280
7．8．6 最近會遇點的精度\t280
7．8．7 本船航向和航速隨機誤差的影響\t281
7．8．8 小結\t281
7．9 真運動顯示的相關誤差\t282
7．9．1 真運動輸入數(shù)據(jù)的不正確設置\t282
7．9．2 軌跡的航向誤差\t284
7．9．3 軌跡的速度誤差\t284
7．10 雷達標繪裝置\t284
7．10．1 雷達標繪板\t284
7．10．2 威脅評估標志（“火柴棒”或“大頭針”）\t284
7．10．3 反射式標繪器\t285
7．10．4 “電子”標繪\t288
7．10．5 電子標繪儀（EPA）\t288
7．10．6 自動跟蹤儀\t290
7．11 適用于雷達和ARPA的海上防撞規(guī)則\t291
7．11．1 引言\t291
7．11．2 警戒――規(guī)則5\t291
7．11．3 安全速度――規(guī)則6\t291
7．11．4 碰撞風險――規(guī)則7\t292
7．11．5 不良能見度下的船舶導航――規(guī)則19\t292
7．11．6 避碰操作――規(guī)則8\t293
7．11．7 累積式轉向\t294
7．11．8 結論\t296
7．12 適用于避碰系統(tǒng)的智能信息庫系統(tǒng)\t297
第8章 使用雷達和ARPA的導航技術\t298
8．1 引言\t298
8．2 目標識別與海圖比較\t298
8．2．1 遠距離目標識別\t299
8．2．2 分辨力的影響\t299
8．2．3 陰影區(qū)域\t300
8．2．4 潮汐的漲和落\t302
8．2．5 顯而易見的雷達目標\t302
8．2．6 引航情況\t302
8．3 定位\t303
8．3．1 目標選擇\t303
8．3．2 定位線類型\t304
8．4 平行指示\t305
8．4．1 引言\t306
8．4．2 準備和預防\t306
8．4．3 相對平行指示技術\t309
8．4．4 進程監(jiān)視\t315
8．4．5 真運動顯示的平行指示\t316
8．4．6 現(xiàn)代雷達導航裝置\t318
8．4．7 計劃外的平行指示\t320
8．4．8 平行指示時的避碰操作\t321
第9章 ARPA――精度和誤差\t323
9．1 引言\t323
9．2 性能標準要求的顯示數(shù)據(jù)精度\t323
9．3 自動雷達標繪儀誤差源的類別\t324
9．4 雷達設備產生的誤差\t324
9．4．1 閃爍\t324
9．4．2 方位測量誤差\t324
9．4．3 距離測量誤差\t326
9．4．4 陀螺羅經隨機誤差的影響\t327
9．4．5 計程儀隨機誤差的影響\t327
9．5 顯示數(shù)據(jù)的誤差\t328
9．5．1 目標交換\t328
9．5．2 跟蹤誤差\t328
9．5．3 不正確的航向和速度輸入對矢量的影響\t330
9．5．4 不正確的數(shù)據(jù)輸入對預測的碰撞點的影響\t333
9．6 誤差說明\t334
9．6．1 矢量系統(tǒng)誤差\t334
9．6．2 預測的碰撞點和預測的危險區(qū)系統(tǒng)誤差\t334
9．6．3 余暉的誤導影響\t336
9．6．4 顯示數(shù)據(jù)的精度\t336
9．6．5 丟失的目標\t336
第10章 輔助設備\t337
10．1 全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)\t337
10．1．1 全球定位系統(tǒng)\t337
10．1．2 由衛(wèi)星測量距離和時間\t339
10．1．3 定位\t341
10．1．4 用戶設備和數(shù)據(jù)顯示\t341
10．1．5 精度和誤差\t342
10．1．6 差分GPS\t345
10．1．7 GPS的改進\t347
10．1．8 其他導航衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展\t347
10．1．9 GPS和雷達的關系\t349
10．1．10 GNSS和ECDIS的關系（見10．2節(jié)和11．3．3節(jié)）\t349
10．2 電子海圖顯示與信息系統(tǒng)\t349
10．2．1 矢量海圖\t350
10．2．2 光柵海圖\t352
10．2．3 紙質海圖與電子海圖的比較\t352
10．2．4 矢量海圖與光柵海圖的比較\t353
10．2．5 未經認可的電子海圖數(shù)據(jù)\t354
10．2．6 與海圖相關的出版物\t354
10．2．7 ECDIS與雷達和目標跟蹤的關系\t354
10．3 綜合的系統(tǒng)\t355
10．3．1 綜合船橋系統(tǒng)\t355
10．3．2 綜合導航系統(tǒng)\t355
10．3．3 可能綜合的典型系統(tǒng)\t355
10．3．4 連通性和接口\t356
10．3．5 綜合的優(yōu)點\t359
10．3．6 數(shù)據(jù)過載的潛在危險\t359
10．3．7 系統(tǒng)的交叉檢查、警告和報警\t359
10．3．8 傳感器誤差和集成的精度\t359
10．3．9 數(shù)據(jù)的監(jiān)視和記錄\t360
10．4 航行數(shù)據(jù)記錄儀（也見11．3．5節(jié)）\t360
10．4．1 設備\t360
10．4．2 記錄的非雷達數(shù)據(jù)\t361
10．4．3 雷達記錄和雷跟蹤的數(shù)據(jù)\t361
10．4．4 回放設備\t362
10．4．5 航行數(shù)據(jù)記錄儀的未來發(fā)展\t362
第11章 官方出版物摘錄\t363
11．1 摘錄自IMO-SOLAS公約第5章，規(guī)則19，航行安全\t363
11．2 IMO關于雷達設備的性能標準\t364
11．2．1 摘錄自IMO決議案MSC．192（79），2008年7月1日后新造船舶的雷達性能標準\t364
11．2．2 摘錄自IMO決議案MSC．191(79)關于2008年后新造船舶的船載導航顯示器上導航
相關信息的顯示標準\t381
11．2．3 摘錄自IMO SN/Circ．243 導航相關符號、術語和縮略語的顯示規(guī)范（修正案）\t389
11．2．4 摘錄自IMO決議案A．615（15）海上雷達信標和應答器的使用\t392
11．2．5 摘錄自IMO決議案A．802(19)用于搜救作業(yè)救生艇的雷達應答器性能標準（修正案）\t395
11．2．6 摘錄自IMO決議案A．384(X)雷達反射體性能標準\t396
11．3 IMO其他相關設備的性能標準\t397
11．3．1 摘錄自IMO決議案MSC．74(69)附件3通用船載自動識別系統(tǒng)（AIS）性能標準\t397
11．3．2 摘錄自IMO決議案MSC．112(73)船載全球定位系統(tǒng)（GPS）接收機設備性能標準，
適用于2003年7月1日及以后安裝的設備\t399
11．3．3 摘錄自IMO決議案MSC．232(82)修訂的ECDIS性能標準，2006年10月5日批準\t401
11．3．4 摘錄自IMO MSC252(83)號決議的綜合導航系統(tǒng)（INS）性能標準\t402
11．3．5 摘錄自IMO決議案A．861(20)船載VDR性能標準（修正案）\t411
11．3．6 摘錄自IMO決議案A．694(17)GMDSS船載無線電設備組成部分和電子導航設備
通用要求\t415
11．4 摘錄自英國法定文書1993No．69，商船（導航設備）條例1993\t417
11．4．1 摘錄自部分IV，雷達設備\t417
11．4．2 摘錄自部分IX，ARPA的安裝\t418
名詞簡稱和縮寫\t419