Componentes básicos de los sistemas de radar y sus principios
I. Configuración del sistema de radar
Con el continuo desarrollo de la tecnología moderna, no dejan de surgir nuevos instrumentos y equipos de navegación basados en plataformas informáticas. Estos nuevos equipos permiten la integración de datos y el intercambio de información con los radares de navegación. Los sistemas electrónicos de determinación de la posición (Electronic Position Fixing System, EPFS), que suelen utilizar GPS, Beidou o GLONASS, proporcionan al radar datos de referencia sobre la posición del buque y la hora. Los equipos de medición de la velocidad y la distancia recorrida (Speed and Distance Measuring Equipment, SDME), que suelen ser contadores de millas, proporcionan al radar la velocidad del buque. El AIS proporciona al radar información de identificación de objetivos, incluyendo datos de identificación de buques, datos dinámicos y datos de balizas, entre otros. Los dispositivos de transmisión del rumbo (Transmitting Heading Devices, THD), como los giroscopios, proporcionan al radar el rumbo del buque. Las cartas náuticas electrónicas (Electronic Navigational Chart, ENC) u otros sistemas de cartas náuticas vectoriales proporcionan al radar los datos cartográficos. El radar envía las imágenes y los datos de seguimiento de los objetivos al registrador de datos de travesía (Voyage Data Recorder, VDR) para su almacenamiento y registro. Otros sensores, como el sistema de alarma de guardia del puente de mando, también pueden conectarse al radar, formando conjuntamente un sistema de información de navegación multifuncional, multitarea y de alta precisión.
Según su configuración, los equipos de radar básicos se pueden clasificar en radares de montaje bajo el mástil (conocidos comúnmente como «de tres unidades») y radares de montaje sobre el mástil (conocidos comúnmente como «de dos unidades»). El cuerpo principal de los radares de montaje bajo el mástil se divide en tres cajas: la antena, el transceptor y el monitor. De ellos, la antena se instala en el mástil principal o en el mástil del radar, el monitor se instala en la cabina de mando y el transceptor suele instalarse en la sala de cartas o en un compartimento de equipos cercano a la cabina de mando. Si el transceptor y la base de la antena forman una sola unidad y se instalan en el mástil, se denomina radar de mástil. El radar de montaje bajo el mástil facilita el mantenimiento y se utiliza con mayor frecuencia en buques de gran tamaño, además de que su potencia de emisión suele ser mayor. Los buques de tamaño pequeño y mediano suelen emplear la configuración de montaje sobre el mástil; esta configuración presenta una potencia de emisión más baja y un menor coste de equipamiento, pero su mantenimiento resulta relativamente más complicado.
La estructura de un sistema de radar marítimo es bastante compleja y puede dividirse en las siguientes partes: unidad de antena, unidad de transmisión y recepción, unidad de procesamiento, unidad de visualización, unidad de control y fuente de alimentación, entre otras. Desde el punto de vista funcional, la unidad de transmisión y recepción puede subdividirse en cuatro partes: temporizador, sistema de transmisión, sistema de recepción y duplexor. La figura 1-1-1 muestra la composición del sistema de un modelo de radar de Furuno.
Figura 1-1-1: Estructura del sistema de un modelo de radar de Furuno
II. Temporizador y sistema de emisión del radar
(1) Temporizador
El temporizador, también conocido como generador de impulsos de disparo, tiene la función de generar impulsos de disparo y coordinar el funcionamiento de los distintos componentes del radar. El circuito de disparo genera los distintos tipos de señales de sincronización que necesita el transceptor. Los radares modernos utilizan un oscilador de cristal de alta estabilidad como fuente de oscilación; tras el divisor de frecuencia, se emiten impulsos de nivel TTL con una frecuencia comprendida entre 0,5 y 4 kHz, cuyo flanco ascendente sirve como señal de tiempo de referencia para el funcionamiento del radar. La frecuencia de repetición de los impulsos de emisión del radar viene determinada por la frecuencia de repetición de los impulsos de disparo. El circuito de disparo emite múltiples señales de disparo que se envían respectivamente a los componentes del radar, como el sistema de transmisión, el monitor y el monitor de rendimiento. Cuando se conectan al radar dispositivos como el ECDIS o el VDR, los impulsos de disparo también se envían a dichos dispositivos como señales de sincronización.
Una vez que el operador haya conectado la alimentación del radar, deberá encender el interruptor de encendido situado en el panel del monitor. Tras un precalentamiento de 3 minutos, el operador pulsará el botón de control de emisión y el sistema de emisión del radar comenzará a funcionar. En ese momento, el magnetrón generará pulsos de microondas de ultraalta frecuencia, que se transmitirán a través de la guía de ondas hasta la antena, desde donde se irradiarán.
(II) Sistema de lanzamiento
Bajo el control de un pulso de activación, el sistema de emisión genera pulsos rectangulares de radiofrecuencia de alta potencia con una anchura y amplitud específicas; estos pulsos se transmiten a la antena a través de una línea de transmisión de microondas y se irradian al espacio. El sistema de emisión del radar está compuesto principalmente por un modulador, un magnetrón y circuitos auxiliares. El sistema de emisión del radar Furuno FAR-2827 se encuentra en la parte inferior de su unidad de transmisión y recepción, tal y como se muestra en la figura 1-1-2. Dicho sistema de emisión está compuesto por un magnetrón, una placa de circuitos de modulación (placa de circuitos MD) y un transformador de impulsos.
Figura 1-1-2: Esquema del sistema de emisión del radar FAR-2827 de Furuno
El circuito de modulación genera un pulso negativo de alta tensión que se utiliza para accionar el magnetrón y controlar su emisión. El momento de inicio del pulso de modulación viene determinado por el flanco ascendente del pulso de disparo, mientras que la anchura del pulso se controla mediante los botones de selección de alcance o de anchura de pulso situados en el panel del radar. La amplitud del pulso de modulación está relacionada con la tensión ultraalta y la potencia de emisión: cuanto mayor es la amplitud, mayor es la tensión ultraalta necesaria y mayor también es la potencia de emisión. Por lo general, la amplitud del pulso de modulación se sitúa en el rango de 10 a 18 kV, aunque puede variar considerablemente entre los distintos moduladores.
En los últimos años, aunque la tecnología de los radares ha experimentado cambios continuos, los radares embarcados siguen utilizando ampliamente los magnetrones tanto en el ámbito militar como en el civil. En la actualidad, los magnetrones para uso naval disponibles en el mercado abarcan un amplio rango de potencias, que van desde unos pocos kilovatios hasta varias decenas de kilovatios. Por ejemplo, los adecuados para radares de banda S son de 10 kW, 30 kW y 60 kW, entre otros; los adecuados para radares de banda X son de 2 kW, 4 kW, 6 kW, 10 kW, 12,5 kW, 25 kW, 30 kW, 50 kW y 60 kW, entre otros. Los magnetrones navales que cumplan los requisitos deben superar pruebas relativas a la temperatura, la salinidad, la humedad, las vibraciones dinámicas y la vida útil, entre otros aspectos.
1. Estructura y características de funcionamiento del oscilador de magnetrón
El magnetrón es un dispositivo electrónico de vacío de alta potencia para la generación de microondas, con una estructura especial. En su exterior cuenta con un imán permanente de alto campo magnético, mientras que en su interior dispone de un cátodo y un ánodo. Existen diferencias significativas en el aspecto de los distintos modelos de magnetrones; el aspecto del magnetrón para radar marítimo MG5223F de Furuno se muestra en la figura 1-1-3. Este magnetrón presenta un diseño compacto y ofrece un rendimiento excelente. En condiciones normales de funcionamiento, el magnetrón necesita tensión de filamento para calentar el cátodo, el ánodo va a tierra y se aplica al cátodo una señal de alta tensión modulada de polaridad negativa. En ese momento, se genera en el interior del magnetrón una oscilación de microondas de amplitud constante. Su potencia de salida viene determinada principalmente por el valor de la alta tensión modulada, mientras que la frecuencia de oscilación depende principalmente de la propia estructura del magnetrón.
Figura 1-1-3: Magnetrón MG5223F de Furuno
La vida útil de un magnetrón viene determinada por la capacidad de la cátodo para emitir electrones, y suele oscilar entre 4 000 y 20 000 horas. Según las normas de rendimiento de los radares de la Organización Marítima Internacional (OMI), el magnetrón debe someterse a un precalentamiento de 3 minutos antes de comenzar a emitir con normalidad. Gracias al precalentamiento, el cátodo se calienta lo suficiente, lo que mejora la capacidad de emisión de electrones y permite que el magnetrón alcance un estado de funcionamiento con alta intensidad de corriente, prolongando así su vida útil.
La corriente del magnetrón es un parámetro clave que refleja el estado de funcionamiento del sistema de emisión del radar; se trata del valor medio de la corriente durante el ciclo de funcionamiento del transmisor del radar. En el caso de los nuevos modelos de radar, el operador puede consultar la corriente del magnetrón en los resultados de la autoprueba del sistema y compararla con los valores estándar proporcionados por el equipo de radar o en el manual de instrucciones. Si el valor de la corriente del magnetrón se encuentra dentro del rango normal, ello indica que el sistema de emisión del radar funciona correctamente; si el valor de la corriente es demasiado bajo o no hay corriente, y al mismo tiempo se observa una señal de eco débil o ausente, se debe considerar la posibilidad de que el magnetrón esté desgastado o de que exista una avería en el sistema de emisión. Para conocer el método de comprobación de la corriente del magnetrón, consulte la sección cuarta de este capítulo: “I. Localización y resolución de averías del radar — (IV) Otros métodos de resolución de averías — 1. Autocomprobación del sistema”.
Al realizar el mantenimiento del sistema de emisión o al sustituir el magnetrón, el personal operativo deberá cumplir estrictamente las siguientes normas de funcionamiento:
(1) Seguridad personal
El radar genera alta tensión durante su funcionamiento. Al realizar tareas de mantenimiento del equipo, el personal operativo deberá, en primer lugar, desconectar la alimentación eléctrica y descargar los componentes de alta tensión antes de proceder a la reparación. Si es necesario trabajar con el equipo bajo tensión, se deben adoptar medidas de protección previas para prevenir accidentes por descarga eléctrica de alta tensión y evitar daños por radiación electromagnética. Debido a la presencia de un campo magnético intenso alrededor del magnetrón, el personal de mantenimiento debe mantener alejados del magnetrón objetos como relojes, teléfonos móviles y materiales ferromagnéticos mientras realiza las tareas.
(2) Seguridad de los equipos
Para prolongar la vida útil del magnetrón, es imprescindible realizar un precalentamiento completo de al menos 3 minutos al encender el equipo. En particular, cuando el buque está atracado en puerto y el radar no se utiliza durante un periodo prolongado, o en condiciones climáticas frías y húmedas, se debe prolongar adecuadamente el tiempo de precalentamiento. Para proteger las características del campo magnético de los imanes permanentes, está estrictamente prohibido acercar objetos ferromagnéticos al magnetrón; al desmontarlo, deben utilizarse herramientas no ferromagnéticas. Por lo general, las piezas de recambio del magnetrón vienen en una caja de embalaje especial; al utilizarlas, hay que asegurarse de que el magnetrón se mantenga a una distancia de al menos 10 cm de cualquier otro material ferromagnético y de que la distancia entre dos piezas de recambio sea superior a 20 cm.
(3) Sustitución del magnetrón y manejo “experto”
Al sustituir piezas de recambio del magnetrón, es necesario realizar primero una operación de “acondicionamiento” del nuevo magnetrón, con el fin de aumentar el grado de vacío en su interior y evitar que se produzcan descargas eléctricas durante el funcionamiento que puedan dañar el cátodo. El procedimiento concreto de “acondicionamiento” consiste en: poner el radar en modo de espera (Standby) y mantenerlo así durante al menos media hora; a continuación, realizar una emisión de más de 10 minutos. Durante este proceso, el operador debe observar las variaciones de la corriente del magnetrón, prestar atención a lo que se muestra en la pantalla y escuchar el sonido que emite el tubo durante su funcionamiento. Si la aguja del amperímetro se mantiene estable sin oscilaciones, el barrido de la pantalla es uniforme y no se oyen ruidos de descarga durante el funcionamiento del tubo, se puede apagar el equipo, ajustar la alta tensión a su valor normal y poner el radar en emisión. Una vez confirmada la estabilidad de la corriente del magnetrón, el barrido uniforme y la ausencia de ruidos anómalos durante la emisión, se da por concluida la “puesta a punto”. De lo contrario, será necesario prolongar el tiempo de precalentamiento del radar en estado de espera. Si las condiciones lo permiten, es recomendable utilizar el magnetrón de reserva de forma rotativa cada seis meses.
(3) Principales parámetros técnicos del sistema de lanzamiento
1. Banda de trabajo
Los radares utilizados en los buques mercantes tienen dos longitudes de onda: 3 cm y 10 cm. El rango de frecuencias del radar de 3 cm de longitud de onda es de 2,9 a 3,1 GHz, mientras que el del radar de 10 cm de longitud de onda es de 9,3 a 9,5 GHz. A medida que aumenta el tiempo de uso del radar, se producen desviaciones en su frecuencia de emisión. En el caso de los radares de banda X, el rango de deriva de frecuencia suele estar dentro de los ±55 MHz.
2. Ancho del pulso
En cada ciclo de emisión del radar, la duración de la oscilación del pulso de radiofrecuencia se denomina «anchura de pulso» y se suele representar con la letra τ. Para satisfacer las necesidades de observación del radar, la anchura del pulso de emisión varía en función del alcance seleccionado. Un radar suele disponer de varias anchuras de pulso, cuyo rango se sitúa generalmente entre 0,04 y 1,2 μs.
3. Frecuencia de repetición de impulsos
El número de impulsos que emite un radar por segundo se denomina frecuencia de repetición de impulsos y puede expresarse como fr, PRF (Pulse Repetition Frequency) o PPS (Pulses Per Second); su inverso es el periodo de repetición de impulsos T. Por lo general, la frecuencia de repetición de impulsos de un radar oscila entre 400 y 4000 Hz.
4. Potencia de emisión
Los radares que utilizan un sistema de impulsos suelen tener una potencia de emisión máxima de entre 4 y 30 kW.
III. Duplexor de radar
El duplexor también se conoce como conmutador de transmisión y recepción. Dado que el radar utiliza una antena común para la transmisión y la recepción, si los pulsos de alta potencia emitidos se filtraran al sistema de recepción, podrían quemar los circuitos de la parte frontal de este último. Cuando el sistema de transmisión está en funcionamiento, el duplexor conecta la antena al sistema de transmisión; una vez finalizada la transmisión, el duplexor desconecta automáticamente la conexión entre la antena y el sistema de transmisión, y restablece la conexión entre la antena y el sistema de recepción, lo que permite que la antena realice funciones tanto de transmisión como de recepción. Por lo tanto, el duplexor evita que los pulsos de transmisión entren en el sistema de recepción, protegiendo así los circuitos de recepción. En la actualidad, los duplexores utilizan principalmente circuladores de ferrita (Ferrite Circulator).
El circulador de tres puertos tipo T cuenta con un ferrita cilíndrica o prismática en su interior, a la que se aplica un campo magnético constante en la dirección axial del cilindro de ferrita, tal y como se muestra en la figura 1-1-4. La ferrita magnetizada produce un efecto de desplazamiento de campo en las ondas de radar que la atraviesan. Cuando la onda de radar entra por el puerto 1 (sistema de emisión), se transmite únicamente hacia el puerto 2 (antena); las ondas electromagnéticas que entran por el puerto 2 (antena) se desvían únicamente hacia el puerto 3 (sistema de recepción) y no llegan al puerto 1 (sistema de emisión), lo que confiere al dispositivo la característica de transmisión direccional de ondas electromagnéticas y le permite desempeñar la función de duplexor. La figura 1-1-5 muestra el aspecto real de un circulador de guía de ondas.
Figura 1-1-4: Estructura de un circulador de tres puertos tipo T
Figura 1-1-5: Imagen real de un circulador de guía de ondas
En la práctica, parte de la energía de emisión se filtra en sentido inverso hacia el sistema receptor a través del circulador, al tiempo que también entran en dicho sistema pulsos de eco intensos. Para proteger los circuitos de la etapa frontal del sistema receptor y evitar que se quemen, suele instalarse un limitador de microondas entre el circulador y el sistema receptor. El limitador suele estar compuesto por un diodo de microondas; cuando se produce un pulso de fuga de alta potencia, este activa la conducción inversa del limitador, lo que lo hace entrar en estado de limitación. Una vez finalizado el pulso de fuga, el diodo limitador vuelve al estado de corte, permitiendo que el eco entre en la rama del sistema receptor. El tiempo de recuperación de los circuitos necesario para todo el proceso no supera los 0,2 μs; este tiempo se denomina tiempo de conmutación de transmisión-recepción de la antena de radar.
Figura 1-1-6: Sistema de transmisión por microondas y de antenas del FAR-2328W de Furuno
IV. Transmisión por microondas y sistemas de antenas
(1) Sistemas de transmisión por microondas
La función del sistema de transmisión de microondas es transmitir señales de microondas entre el transceptor del radar y la antena. En el caso de los radares montados bajo el mástil, los de la banda de 3 cm suelen utilizar guías de ondas para la transmisión de microondas, mientras que los de 10 cm suelen emplear cables coaxiales. No obstante, algunos radares de 10 cm, debido a la corta distancia entre la antena y el transceptor, también utilizan guías de onda para transmitir las ondas de radar. La unidad de antena del radar y el resto de componentes del sistema se conectan mediante cables específicos.
1. Conducto de onda
Los conductos de ondas, a menudo denominados simplemente «conductos», son tubos rectangulares huecos fabricados en latón o cobre, cuya pared interior presenta un alto grado de pulido. El conducto de ondas utilizado en un radar de 3 cm tiene unas dimensiones de 23 mm × 10 mm, mientras que el de un radar de 10 cm mide 72 mm × 34 mm. Al instalar la guía de ondas, es necesario orientar el conector plano hacia la antena y el conector de choque hacia el transceptor. De este modo, se garantiza la continuidad eléctrica de las microondas, incluso aunque no haya contacto físico entre los extremos de conexión. Para la instalación de la guía de ondas, también hay que tener en cuenta los siguientes aspectos:
Figura 1-1-7: Guías de onda y componentes de guías de onda
- (1) 清洁性检查： 波导备件的两端配有密封盖，在使用前需打开。打开后应仔细检查波导内壁是否清洁，若有必要，可用纯酒精对内壁进行清洗。
- (2) 长度与衰减： 波导对微波存在一定的衰减作用，因此安装长度不宜超过20m, 且弯波导数量不要超 过5个。波导过长会致使信号传输损耗显著增加。
- (3) 软波导禁忌： 由于软波导容易老化，所以不适合在室外安装。
- (4) 法兰方向与防护： 安装过程中，需将平面法兰朝向天线，扼流法兰朝向收发机，并安装水密橡皮圈。连接螺栓必须固定牢固，安装完成后需涂刷油漆以防生锈。
- (5) 防水入侵： 为防止天线漏水流入收发机，应在收发机波导出口处覆盖云母片。
- (6) 支架固定： 安装时要避免波导承受过大的外力，每隔1~2 m 需安装固定支架。在波导容易接触碰撞的位置，必要时应加装防护罩。
2. 同轴电缆
同轴电缆由同轴布置的内外两部分导体构成。内导体为一根细铜管，外导体则是一 根蛇形管。内外导体之间依靠低微波损耗的绝缘材料进行支撑，最外层包裹着防护绝缘橡皮 材料。相较于波导，在传输相同波长的微波时，同轴电缆具有体积更小、安装更为便捷的特点。
(二)隙缝波导辐射器
雷达使用定向扫描天线，其天线转速一般为20~40r/min, 这种转速适合普通商业航行船 舶。图1-1-8(a) 展示的是脉冲体制雷达常用的隙缝波导天线。该天线由隙缝波导无线内部辐 射器、吸收负载和天线面罩等部件构成。从图1-1-8(b) 中可以看到隙缝波导天线内部辐射器 的结构，其内部存在许多隙缝槽。
图1-1-8 雷达天线结构
(三)方位编码器
雷达的方位扫描系统由天线基座中的方位编码器、显示器中的方位信号存储器及其相关电路组成。编码器的作用是将天线的方位基准信号(船首方位信号)和瞬时天线角位置信号，量化为分辨率高于0.1°的数字信息。这些数字信息会被传送到信息处理与显示系统，并记录在相应的方位存储单元中。通过测量目标相对船首线的夹角，系统即可得到目标的方位数据。
(四)驱动马达与动力传动装置
驱动马达通常由船电供电，雷达天线一般与雷达发射开关联动运转。雷达天线基座上通常设有安全开关，当人员在天线附近进行维护作业时，安全开关可切断电源，防止雷达意外起动。为确保天线转动平稳，驱动马达的转速一般在1000~3000 r/min。马达通过由皮带轮和/或齿轮机构成的动力传动装置降速，带动天线以额定转速匀速转动。维护时，需每年定期检查皮带的松紧度，并更换防冻润滑油，以保证传动装置正常工作。
(五)性能监视器 (PM)
在航海实际操作中，全面精确监测雷达工作性能存在难度。当雷达发射机功率和接收机灵敏度处于规定范围内时，安装在天线单元中的性能监视器(PM, Performance Monitor)会在雷达显示屏上生成正确的显示指示。性能监视器的安装位置如图1-1-9所示。
图1-1-9 性能监视器的安装位置
(六)天线主要技术指标
1.方向特性： 雷达天线理想的辐射波束呈对称扇贝形。理论上，常用方向性图描述天线的辐射性能。雷达辐射波瓣中，辐射较强的波束称为主瓣，其输出功率占雷达总辐射功率的90%以上。主瓣周围对称分布着许多弱小的旁瓣辐射，一般对雷达观测不会产生显著影响。
2.波束宽度： 天线的波束宽度定义为主波瓣上两个半功率点之间的夹角。为保证雷达目标探测的方位精度和方位分辨能力，天线的水平波束宽度(HBW)很窄，一般为1°~2°。为避免船舶在摇摆等恶劣环境下丢失海面目标，雷达的垂直波束宽度(VBW)较大，约为20°~30°。
3.增益： 天线方向性也可用增益表示。天线增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想辐射单元在空间同一点处所产生的信号功率密度之比。
五、雷达接收系统
雷达接收系统具有良好的选择性，高增益，较宽的通频带和动态范围，能够从混杂的干扰杂波和噪声背景中提取强度变化较大的有用目标回波，并将其处理放大，输出清晰的视频信号至显示设备。
(一)雷达接收系统基本组成
古野 FAR-2827 雷达的接收系统位于其收发单元的上半部，如图1-1-10所示。其接收系统由微波集成放大与变频器(MIC组件)、中频放大电路(IF电路板)、射频控制电路板(RFC电源电路板)组成。
图1-1-10 古野 FAR-2827 雷达的接收系统
1.微波集成放大与变频器 (MIC 组件)： MIC 组件由微波高频放大器(高放)和变频器两部分构成。高放的作用是直接放大射频回波，以此提升射频回波的信噪比。变频器由混频器和本机振荡器组成，其功能是将回波信号的载波从射频转换为频率较低的中频。在测量混频器时，操作人员应使用万用表的Ω×100或Ω×1k 挡位。
2.中频放大器 (IF 电路板)： 中频放大器是接收机的核心部件，具备宽通带、高增益、宽动态范围和低噪声特性。该放大器能够自动调整近距离增益，从而抑制海浪反射产生的杂波。
3.其他电路： 包含海浪杂波抑制电路、检波器及视频放大器。STC海浪杂波抑制电路的最大抑制范围可达8 n mile。回波中频信号经检波器转变为视频回波信号。视频放大器作为缓冲电路，实现隔离和阻抗匹配。
(二)雷达接收系统主要技术指标
- 1.中频频率： 根据设备的厂家型号不同，雷达中频普遍采用 30 MHz、60 MHz 或 45 MHz。
- 2.灵敏度与放大倍数： 灵敏度通常由最小可辨信号功率Prmin表示，一般可达 10⁻¹²~10⁻¹⁴W。要求中频放大器的放大倍数应达到 120~160 dB。
- 3.通频带： 又称频带宽度。通频带越宽，信号失真越小，观测精度越高，但保持灵敏度的难度越大。
六、雷达显示系统
现代雷达采用高品质平面监视器(如TFT 、OLED 等)作为雷达信息处理显示终端。船用雷达显示器显示内容丰富，包括彩色海图(若连接 ECDIS)、标绘图形、雷达目标回波、AIS 目标 图标和系统操作菜单等。雷达显示器包括输入/输出(I/O) 接口、视频处理器、信息处理器、主控制器和综合显示与操作控制终端。
(一)控制器： 主控制器是信息处理与显示系统的控制中心，通常采用高性能工业 CPU 芯片，在总线、存储器等相关部件 的配合下，协调系统各部分工作。
(二)输入/输出接口及视频处理器： 同步单元(早期俗称延时线)作用是协调显示与发射时刻，消除系统 测距误差。坐标转换器将极坐标下的视频回波转换为直角坐标下的视频，实现光栅化显示。视频处理包括雨雪干扰抑制、同频干扰抑制、尾迹显示、扫描相关处理、回波扩展等。
(三)信息处理器： 负责综合处理各传感器信息，实现目标跟踪和信息融合，为航海人员提供避碰支持。
(四)综合显示与操作控制终端： 操作员可在终端使用活动距标圈(VRM)、 电子 方 位 线(EBL)、 距离和方位测量(EBRLs) 和 船 首 线(HL) 等工具。测量工具的图形标识如图 1-1-12 所示。
图1-1-11 综合显示控制终端 |
图1-1-12 测量工具图形标识
七、雷达电源
古野 FAR-2328W 雷达处理器机箱如图1- 1- 13 所示，包含主板、电源、网络(LAN)信号转换器、风扇、端子板(TB 板)、保险丝等。交流供电为100~230V AC; 直流供电为24V DC。标配显示器供电参数为100～230 V AC。可选集线器(HUB) 供电为100～230 V AC。
图1-1-13 古野 FRA-2328W 处理器机箱
电源检修注意事项：
在进行雷达电源检修工作时，例如使用万用表测量电压，面临触电、电弧烧伤等风险。检修人员需确认已戴好安全帽、穿好绝缘防护服、使用绝缘工具并戴绝缘手套，必要时还需戴护目镜或面罩。维修天线单元前，应关闭电源开关并张贴警告标志。特别注意：一旦主电源连接，收发机所有组件均带高压，即便处于关闭状态，只有完全隔离电源后高压才会消除。
八、雷达外接传感器
雷达 I/O 接口通过微控制器负责接收外部数据，调制速率根据端口特性设置波特率(4800~38400 bit/s)。外接设备如图1-1-14 所示，包括陀螺罗经、AIS、GPS、计程仪、ECDIS、AMS 和 VDR 等。数据需满足 IEC 61162 和 AD-10 格式要求。
图1-1-14 外接传感器拓扑图
(一)输入接口： 互联应使用双绞屏蔽线。现代仪器多采用 RS-232、RS-422 和 RS-485 等。
输入接口将传感器信息输入到雷达系统。如果信息格式不符合雷达设备的要求，则需要 通过接口进行格式转换，设备互联应使用双绞屏蔽线。
现代航海仪器多采用数字接口，不需要格式转换，连接较为简便。对于雷达采用的串行通 信协议的扩展接口，常见的串行接口可分为RS-232、RS-422 和 RS-485 等，部分雷达还配备 USB接口用于数据通信。以古野 FAR-28×7 系列雷达接口为例，如图1-1-15所示。古野FAR- 28×7系列雷达采用RS-485收发器接收来自首向传感器的数据，其传输速率可选择4800 bit/s 或38.4 kbit/s, 如图1-1-15(a) 所示。雷达与计程仪或其他导航仪的连接如图1-1-15(b) 所示。 部分型号雷达和ECDIS可以互为输入，其连接如图1-1-15(c) 所示。
(二)输出接口： 雷达至少需向 VDR 输出 RGB 格式(1280×1024像素)模拟视频信号或以太网/DVI 接口信号。
输出接口用于将雷达视频信息传输至其他导航设备或系统。根据 IEC 雷达性能测试标 准，雷达至少需具备向VDR 输出RGB 格式(1280×1024像素)模拟视频信号的接口。若雷 达的显示性能与 RGB 格式不兼容，则需配备 DVI(Digital Visual Interface)或以太网接口，且网 络带宽应至少支持每15s 传输一幅完整的雷达屏幕截图。
(三)传感器连接故障： 故障将触发报警窗口(Alert Box)。例如波特率设置不一致会导致数据传输异常。
传感器数据传输故障将触发雷达报警，报警窗口(Alert Box)会显示具体的警报信息。部 分与雷达传感器连接相关的报警信息如表1-1-3所示。
表1-1-3 古野雷达传感器连接相关的报警信息
| 报警提示 | 报警详细信息 | 解决方法 |
| AIS MSG SEND ERR | UNABLE TO TRANSMIT AIS MESSAGE | 无法传输AIS消息，按下报警确认键，检查 电源和雷达与AIS的连接 |
| LOST AIS
COM |
CHECK AIS OR SENTENCE MONITOR | 30s内未收到AIS数据，按下报警确认键， 检查电源和雷达与AIS的连接 |
| 报警提示 | 报警详细信息 | 解决方法 |
| LOST GYRO
SIGNAL |
CHECK HEADING SENSOR OR SENTENCE MONITOR | 5s内未收到陀螺罗经的航向信息，按下报 警确认键，恢复罗经信号以消除此报警 |
| LOST
LOG(WT)SIG |
CHECK SPEED SENSOR OR SENTENCE MONITOR | 当[LOG(WT)]设置为参考速度时，30 s 内未收到计程仪的速度信息，按下报警确 认键，检查雷达与计程仪的连接 |
| LOST
LOG(BT)SIG |
CHECK SPEED SENSOR OR SENTENCE MONITOR | 当[LOG(BT)]设置为参考速度时，30 s 内未收到计程仪的速度信息，按下报警确 认键，检查雷达与计程仪的连接 |
|
LOST COG/ SOG SIG |
CHECK POSITION SENSOR OR SENTENCE MONITOR |
当[EPFS]设置为参考速度时，30 s内未从 EPFS接收到COG/SOG数据，按下报警确 认键，检查雷达与EPFS(GPS或北斗)的
连接 |
|
LOST POSITION |
CHECK POSITION SENSOR OR SENTENCE MONITOR | EPFS报警，30s内未从EPFS设备接收到
位置数据，按下报警确认键，检查雷达与 EPFS(GPS或北斗)的连接 |
|
LOST UTC SIGNAL |
CHECK POSITION SENSOR OR SENTENCE MONITOR |
UTC报警，30s内未收到日期或时间数据， 按下报警确认键，检查提供UTC的传感器 (GPS或北斗)连接 |
|
LOST ECDIS COM |
CHECK ECDIS OR SENTENCE MONITOR |
当[ECDIS]设置为速度参考时，30 s内未 收到ECDIS数据，按下报警确认键，检查 电源和ECDIS的连接 |
(四)雷达接口实例：
在进行雷达系统连线时，应优先使用制造商提供的连接线，或确保连接线符合雷达安装说 明书中的基本要求。
以 SPERRY VISIONMASTER FT 航海雷达为例，其传感器配置及参数设置如表1-1-1所 示。需特别注意，应按要求设置传输波特率，若波特率设置不一致，将导致数据传输异常。
表1-1-1 SPERRY VISIONMASTER FT雷达传感器配置及参数设置
| 端口 | 波特率/(bit/s) | 传感器 | 串口类型 |
| COM3 | 38400 | 罗经 | RS-232或RS-422 |
| COM3 | 4800 | taxímetro | RS-232或RS-422 |
| COM4 | 9600 | 监视器 | RS-422 |
| COM5 | 38400 | AIS | RS-232或RS-422 |
| COM7 | 4800 | GPS | RS-232或RS-422 |
| COM8 | 4800 | 内置交换机 | RS-232或RS-422 |
古 野FAR-2××7 系列雷达与部分传感器的I/O 配置情况如表1-1-2所示。该雷达的电源 需为处理器、显示器、控制单元和天线等单元供电。其自动标绘功能集成在信号处理单元中， 性能监视器作为选件集成在天线单元内。雷达的内置交换机功能通过局域网连接运行。
天线单元和处理器单元之间采用RS-422 通信，速率为115.2 kbit/s; 处理器单元和控制单 元之间同样通过 RS-422 通信，速率为19.2 kbit/s,两者均使用异步通信方式。通过HUB-100 连接，最多可接入8个同系列雷达。惯性导航系统(INS) 支 持LAN 和串行端口(RS-422/4800
bit/s) 连接。
表1-1-2 古野雷达与部分传感器的I/O 配置
| 传感器 | 信号 | I/O | 硬件连接 |
|
艏向传感器 |
HDG A |
IN |
RS-422
IEC61162-1 IEC61162-2 (4800~38400 bit/s可调) |
| HDG B | |||
| 导航仪 | NAV A |
IN |
RS-422
IEC61162-1 IEC61162-2 (4800~38400 bit/s可调) |
| NAV B | |||
|
计程仪(仅限串行数据) |
LOG A |
IN |
RS-422
IEC61162-1 IEC61162-2 (4800~38400 bit/s可调) |
| LOG B | |||
|
AIS |
AIS TD A |
OUT |
RS-422 IEC61162-2 (38400 bit/s) |
| AIS TD B | |||
| AIS RD A |
IN |
||
| AIS RD B | |||
|
ECDIS |
ARPA A |
OUT |
IEC61162-1
(4800 bit/s) |
| ARPA B | |||
|
LAN |
INS |
IN | 100 Base-Tx |
| OUT | 100 Base-Tx |
九、多雷达系统的连接
根据《1974年SOLAS 公约》，3000及以上总吨船舶需至少安装两套雷达系统，其中至少一套为 X 波段。多台雷达可安装互换装置(Interswitch Unit)实现图像共享。系统设有单台故障安全保护机制。
(一)双雷达系统： 分为同频（均为X波段）和异频（X与S波段）配置。异频系统中发射机、天线及传输线必须作为整体互换。通过图1-1-16 所示的互换装置实现开关转换。
图1-1-16 双雷达系统架构
(二)多雷达系统： 三套及以上雷达可通过 HUB-3000 进行网络配置。必须正确设置 IP 地址、子网掩码和网关。更改 IP 地址后，需重新起动与 LAN 连接的所有雷达及相关设备。
图1-1-17 多雷达与 ECDIS 网络配置
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