องค์ประกอบพื้นฐานและหลักการของระบบเรดาร์

คู่มือการฝึกอบรมสำหรับช่างเทคนิคอิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าทางทะเล | การบำรุงรักษาอุปกรณ์นำทางทางทะเล

1. การกำหนดค่าระบบเรดาร์

ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีสมัยใหม่ เครื่องมือและอุปกรณ์นำทางประเภทใหม่ ๆ ที่พัฒนาขึ้นบนพื้นฐานของแพลตฟอร์มข้อมูลจึงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง อุปกรณ์เหล่านี้ช่วยให้สามารถรวมข้อมูลและแบ่งปันข้อมูลกับเรดาร์ทางทะเลได้ ระบบระบุตำแหน่งอิเล็กทรอนิกส์ (EPFS) ซึ่งโดยทั่วไปใช้ GPS, BeiDou, GLONASS และระบบที่คล้ายกัน จะให้ข้อมูลตำแหน่งและข้อมูลอ้างอิงเวลาของเรือแก่เรดาร์อุปกรณ์วัดความเร็วและระยะทาง (SDME) ซึ่งโดยทั่วไปประกอบด้วยเครื่องบันทึกความเร็ว ให้ข้อมูลความเร็วของเรือไปยังเรดาร์ ระบบ AIS ให้ข้อมูลการระบุเป้าหมายแก่เรดาร์ รวมถึงรายละเอียดการระบุเรือ ข้อมูลแบบไดนามิก และข้อมูลทุ่น อุปกรณ์ส่งทิศทาง (THD) เช่น ไจโรคอมเพส ให้ทิศทางของเรือไปยังเรดาร์แผนที่เดินเรืออิเล็กทรอนิกส์ (ENC) หรือระบบแผนที่เวกเตอร์อื่น ๆ จะให้ข้อมูลแผนที่ไปยังเรดาร์ เรดาร์จะส่งข้อมูลภาพและการติดตามเป้าหมายไปยังเครื่องบันทึกข้อมูลการเดินเรือ (VDR) เพื่อจัดเก็บและบันทึก เซ็นเซอร์อื่น ๆ เช่น ระบบเตือนภัยการเฝ้าระวังบนสะพานเดินเรือ ก็สามารถเชื่อมต่อกับเรดาร์ได้เช่นกัน ซึ่งทั้งหมดนี้จะรวมกันเป็นระบบข้อมูลการเดินเรือที่มีความแม่นยำสูง สามารถทำงานหลายหน้าที่และหลายภารกิจพร้อมกัน

ขึ้นอยู่กับลักษณะการติดตั้ง ระบบเรดาร์พื้นฐานสามารถแบ่งออกเป็นเรดาร์ใต้เสา (ที่รู้จักกันทั่วไปว่าเรดาร์สามหน่วย) และเรดาร์เหนือเสา (ที่รู้จักกันทั่วไปว่าเรดาร์สองหน่วย) ในเรดาร์ใต้เสา ส่วนประกอบหลักจะถูกติดตั้งอยู่ในสามหน่วยแยกกัน ได้แก่ เสาอากาศ เครื่องส่ง-รับ และจอแสดงผลเสาอากาศติดตั้งอยู่บนเสากระโดงหลักหรือเสากระโดงเรดาร์, จอแสดงผลติดตั้งอยู่ในห้องบังคับการ, และเครื่องส่งรับวิทยุมักติดตั้งอยู่ในห้องเครื่องหรือห้องเก็บอุปกรณ์ใกล้กับห้องบังคับการ.หากตัวส่งสัญญาณและตัวรับสัญญาณถูกผสานรวมกับฐานเสาอากาศและติดตั้งบนเสาอากาศ ระบบนี้จะถูกเรียกว่าเรดาร์เหนือเสาอากาศ (above-mast radar) เรดาร์ใต้เสาอากาศ (below-mast radars) ง่ายต่อการบำรุงรักษาและใช้กันอย่างแพร่หลายบนเรือขนาดใหญ่ นอกจากนี้ยังมักมีกำลังส่งสัญญาณสูงกว่า เรือขนาดเล็กและขนาดกลางมักใช้การติดตั้งแบบเหนือเสาอากาศ (above-mast configuration) แม้ว่ากำลังส่งสัญญาณจะต่ำกว่าและมีค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์น้อยกว่า แต่การบำรุงรักษาก็ยากกว่า

องค์ประกอบของระบบเรดาร์ทางทะเลมีความซับซ้อนค่อนข้างมาก และสามารถแบ่งออกได้เป็นหน่วยเสาอากาศ หน่วยส่ง-รับสัญญาณ หน่วยประมวลผล หน่วยแสดงผล หน่วยควบคุม และแหล่งจ่ายไฟ จากมุมมองเชิงหน้าที่ หน่วยส่ง-รับสัญญาณสามารถแบ่งย่อยออกเป็นสี่ส่วน ได้แก่ ตัวจับเวลา ระบบส่งสัญญาณ ระบบรับสัญญาณ และตัวแยกสัญญาณแบบสองทาง รูปที่ 1-1-1 แสดงการกำหนดค่าของระบบเรดาร์รุ่น Furuno รุ่นหนึ่ง

รูปที่ 1-1-1: การกำหนดค่าระบบของเรดาร์ Furuno รุ่นหนึ่ง

II. ระบบจับเวลาเรดาร์และระบบส่งสัญญาณ

(1) ตัวจับเวลา

ตัวจับเวลา หรือที่รู้จักกันในชื่อเครื่องกำเนิดพัลส์ทริกเกอร์ ทำหน้าที่สร้างพัลส์ทริกเกอร์และประสานการทำงานของส่วนประกอบเรดาร์ต่างๆ วงจรทริกเกอร์จะสร้างสัญญาณเวลาต่างๆ ที่จำเป็นสำหรับทรานซีฟเวอร์ เรดาร์สมัยใหม่ใช้ออสซิลเลเตอร์คริสตัลที่มีความเสถียรสูงเป็นแหล่งกำเนิดการสั่น หลังจากแบ่งความถี่แล้ว จะส่งออกพัลส์ระดับ TTL ในช่วง 0.5–4 kHz โดยขอบขาขึ้นของพัลส์เหล่านี้ทำหน้าที่เป็นสัญญาณอ้างอิงเวลาสำหรับการทำงานของเรดาร์ความถี่ในการส่งสัญญาณพัลส์ของเรดาร์ถูกกำหนดโดยความถี่ในการส่งสัญญาณพัลส์ของวงจรทริกเกอร์ วงจรทริกเกอร์จะส่งสัญญาณทริกเกอร์หลายสัญญาณไปยังส่วนประกอบต่างๆ ของเรดาร์ เช่น ระบบส่งสัญญาณ หน่วยแสดงผล และเครื่องตรวจสอบประสิทธิภาพ เมื่อมีการเชื่อมต่ออุปกรณ์ เช่น ECDIS และ VDR เข้ากับเรดาร์ สัญญาณพัลส์ทริกเกอร์จะถูกส่งไปยังอุปกรณ์เหล่านี้ด้วยเช่นกันในฐานะสัญญาณเวลา

หลังจากเชื่อมต่อเรดาร์กับแหล่งจ่ายไฟแล้ว ผู้ปฏิบัติงานต้องเปิดสวิตช์ไฟบนแผงควบคุม เมื่อเรดาร์เสร็จสิ้นการอุ่นเครื่องเป็นเวลา 3 นาที ผู้ปฏิบัติงานจะกดปุ่มควบคุมการส่งสัญญาณ และระบบส่งสัญญาณเรดาร์จะเริ่มทำงาน ณ จุดนี้ แมกนีตรอนจะสร้างคลื่นไมโครเวฟความถี่สูงมากเป็นพัลส์ ซึ่งจะถูกส่งผ่านตัวนำคลื่นไปยังเสาอากาศและแผ่รังสีออกไปภายนอก

(2) ระบบการปล่อย

ภายใต้การควบคุมของพัลส์กระตุ้น ระบบการส่งสัญญาณจะสร้างพัลส์สี่เหลี่ยมความถี่วิทยุกำลังสูงที่มีความกว้างและความเข้มที่กำหนดไว้ พัลส์เหล่านี้จะถูกส่งไปยังเสาอากาศผ่านสายส่งไมโครเวฟและแผ่กระจายออกไปในอวกาศ ระบบการส่งสัญญาณเรดาร์ประกอบด้วยตัวมอดูเลเตอร์ แมกนีตรอน และวงจรที่เกี่ยวข้องเป็นหลักระบบส่งสัญญาณของเรดาร์ Furuno FAR-2827 ตั้งอยู่ในครึ่งล่างของหน่วยรับส่งสัญญาณ ตามที่แสดงในรูปที่ 1-1-2 ระบบส่งสัญญาณนี้ประกอบด้วยแมกนีตรอน, แผงวงจรการมอดูเลต (แผงวงจร MD) และหม้อแปลงพัลส์

รูปที่ 1-1-2: ผังระบบเครื่องส่งสัญญาณเรดาร์ Furuno FAR-2827

วงจรมอดูเลตสร้างพัลส์แรงดันลบสูง ซึ่งใช้เพื่อขับแมกไตรค์และควบคุมการปล่อยของมัน เวลาเริ่มต้นของพัลส์มอดูเลตถูกกำหนดโดยขอบนำของพัลส์ทริกเกอร์ ในขณะที่ความกว้างของพัลส์ถูกควบคุมโดยปุ่มเลือกช่วงหรือความกว้างของพัลส์บนแผงควบคุมเรดาร์ ความแรงของพัลส์มอดูเลตมีความสัมพันธ์กับแรงดันสูงพิเศษและกำลังส่ง; ยิ่งความแรงสูง แรงดันสูงพิเศษที่ต้องการก็จะสูงขึ้น และกำลังส่งก็จะมากขึ้นโดยทั่วไป ความกว้างของคลื่นการมอดูเลตจะอยู่ระหว่าง 10 ถึง 18 กิโลโวลต์ อย่างไรก็ตาม อาจมีความแตกต่างอย่างมากในความกว้างระหว่างตัวมอดูเลเตอร์ที่แตกต่างกัน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แม้ว่าระบบเรดาร์จะมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง แต่แมกนีตรอนยังคงถูกใช้อย่างแพร่หลายในเรดาร์ที่ติดตั้งบนเรือสำหรับการใช้งานทั้งทางทหารและพลเรือน ปัจจุบัน แมกนีตรอนทางทะเลที่มีจำหน่ายในตลาดครอบคลุมช่วงกำลังไฟฟ้าที่หลากหลาย ตั้งแต่หลายกิโลวัตต์ไปจนถึงหลายสิบกิโลวัตต์ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ที่เหมาะสำหรับเรดาร์ S-band ได้แก่ รุ่น 10 กิโลวัตต์, 30 กิโลวัตต์ และ 60 กิโลวัตต์ ในขณะที่อุปกรณ์ที่เหมาะสำหรับเรดาร์ X-band ได้แก่ รุ่น 2 กิโลวัตต์, 4 กิโลวัตต์, 6 กิโลวัตต์, 10 กิโลวัตต์, 12.5 กิโลวัตต์, 25 กิโลวัตต์, 30 กิโลวัตต์, 50 กิโลวัตต์ และ 60 กิโลวัตต์ แมกนีตรอนทางทะเลที่ได้รับการรับรองจะต้องผ่านการทดสอบที่ครอบคลุมอุณหภูมิ, ความเค็ม, ความชื้น, การสั่นสะเทือนแบบไดนามิก และอายุการใช้งาน

1. โครงสร้างและลักษณะการทำงานของออสซิลเลเตอร์แมกนีตรอน

แมกนีตรอนเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สุญญากาศแบบสั่นความถี่สูงสำหรับไมโครเวฟที่มีโครงสร้างเฉพาะตัว ประกอบด้วยแม่เหล็กถาวรที่มีความเข้มสนามสูงอยู่ด้านนอก และแคโทดกับแอโนดอยู่ภายใน แมกนีตรอนแต่ละรุ่นจะมีลักษณะแตกต่างกันอย่างมาก โดยแมกนีตรอนสำหรับเรดาร์ทางทะเลรุ่น Furuino MG5223F แสดงไว้ในรูปที่ 1-1-3 แมกนีตรอนรุ่นนี้ได้รับการออกแบบให้มีขนาดกะทัดรัดและให้ประสิทธิภาพการทำงานที่ยอดเยี่ยมในระหว่างการทำงานปกติ แมกนีตรอนต้องการแรงดันไฟฟ้าฟิลาเมนต์เพื่อให้ความร้อนแก่แคโทด โดยปล่อยให้แอโนดต่อกราวด์และมีสัญญาณแรงดันไฟฟ้าสูงที่มีขั้วลบถูกปรับความถี่ไปยังแคโทด ณ จุดนี้ จะเกิดการสั่นของไมโครเวฟที่มีความกว้างคงที่ภายในแมกนีตรอน กำลังส่งออกของมันถูกกำหนดโดยค่าของแรงดันไฟฟ้าสูงที่ปรับความถี่เป็นหลัก ในขณะที่ความถี่ของการสั่นขึ้นอยู่กับโครงสร้างของแมกนีตรอนเองเป็นหลัก

รูปที่ 1-1-3: แมกนีตรอน Furuno MG5223F

อายุการใช้งานของแมกนีตรอนถูกกำหนดโดยความสามารถของแคโทดในการปล่อยอิเล็กตรอน และโดยทั่วไปมีช่วงตั้งแต่ 4,000 ถึง 20,000 ชั่วโมง ตามมาตรฐานประสิทธิภาพเรดาร์ขององค์การทางทะเลระหว่างประเทศ (IMO) แมกนีตรอนจำเป็นต้องมีช่วงเวลาอุ่นเครื่อง 3 นาทีก่อนการปฏิบัติงานปกติ การอุ่นเครื่องนี้ช่วยให้แคโทดร้อนขึ้นอย่างเพียงพอ ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการปล่อยอิเล็กตรอนและทำให้แมกนีตรอนสามารถเข้าสู่สถานะการทำงานที่มีกระแสสูงได้ ซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งานของมัน

กระแสแมกนีตรอนเป็นพารามิเตอร์สำคัญที่สะท้อนสถานะการทำงานของระบบส่งสัญญาณเรดาร์ โดยเป็นตัวแทนค่ากระแสเฉลี่ยตลอดรอบการทำงานของเครื่องส่งสัญญาณเรดาร์ สำหรับเรดาร์รุ่นใหม่ ผู้ปฏิบัติงานสามารถตรวจสอบกระแสแมกนีตรอนได้จากผลการทดสอบระบบอัตโนมัติ และเปรียบเทียบกับค่ามาตรฐานที่ระบุไว้ในอุปกรณ์เรดาร์หรือคู่มือการใช้งานหากกระแสของแมกนีตรอนอยู่ในช่วงปกติ แสดงว่าระบบส่งสัญญาณเรดาร์ทำงานได้อย่างถูกต้อง อย่างไรก็ตาม หากกระแสต่ำเกินไปหรือไม่มีกระแส และสัญญาณสะท้อนกลับอ่อนหรือขาดหายไป ควรพิจารณาความเป็นไปได้ที่แมกนีตรอนเสื่อมสภาพหรือเกิดความผิดปกติในระบบส่งสัญญาณ สำหรับรายละเอียดวิธีการตรวจสอบกระแสแมกนีตรอน โปรดดูที่หัวข้อ 4 ของบทนี้: “I. ความผิดปกติของเรดาร์: การระบุและการแก้ไขปัญหา — (4) วิธีการแก้ไขปัญหาอื่นๆ — 1. การทดสอบระบบด้วยตนเอง”

เมื่อทำการบำรุงรักษาระบบการปล่อยมลพิษหรือเปลี่ยนแมกนีตรอน ผู้ปฏิบัติงานต้องปฏิบัติตามขั้นตอนการปฏิบัติงานดังต่อไปนี้อย่างเคร่งครัด:

(1) ความปลอดภัยส่วนบุคคล

ระบบเรดาร์สร้างแรงดันไฟฟ้าสูงในระหว่างการปฏิบัติงาน เมื่อดำเนินการบำรุงรักษาอุปกรณ์ ผู้ปฏิบัติงานต้องปิดแหล่งจ่ายไฟและปล่อยประจุไฟฟ้าออกจากส่วนประกอบที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงก่อนดำเนินการซ่อมแซม หากจำเป็นต้องทำงานกับระบบที่มีไฟฟ้าอยู่ ต้องมีการใช้มาตรการป้องกันที่เหมาะสมล่วงหน้าเพื่อป้องกันการเกิดอุบัติเหตุจากไฟฟ้าช็อตแรงดันสูงและหลีกเลี่ยงอันตรายจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากมีสนามแม่เหล็กแรงรอบๆ แมกนีตรอน บุคลากรที่ทำการบำรุงรักษาต้องเก็บนาฬิกา โทรศัพท์มือถือ และวัตถุที่เป็นเหล็กให้ห่างจากแมกนีตรอนขณะทำงาน

(2) ความปลอดภัยของอุปกรณ์

เพื่อยืดอายุการใช้งานของแมกนีตรอน จำเป็นต้องอุ่นเครื่องให้ร้อนอย่างทั่วถึงอย่างน้อย 3 นาทีก่อนเปิดใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ควรเพิ่มเวลาอุ่นเครื่องให้เหมาะสมเมื่อไม่ได้ใช้งานเรดาร์เป็นเวลานานในขณะที่เรือจอดเทียบท่า หรือในสภาพอากาศที่หนาวเย็นและชื้นเพื่อปกป้องคุณสมบัติแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร ห้ามวางวัตถุที่เป็นเหล็กแม่เหล็กใกล้กับแมกนีตรอนโดยเด็ดขาด ต้องใช้เครื่องมือที่ไม่เป็นเหล็กแม่เหล็กในการถอดประกอบ ชิ้นส่วนอะไหล่ของแมกนีตรอนมักบรรจุในบรรจุภัณฑ์ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ เมื่อหยิบจับให้แน่ใจว่าแมกนีตรอนอยู่ห่างจากวัสดุที่เป็นเหล็กแม่เหล็กอย่างน้อย 10 ซม. และระยะห่างระหว่างอะไหล่สองชิ้นต้องมากกว่า 20 ซม.

(3) การเปลี่ยนแมกนีตรอนและการใช้งานแบบ “อบเครื่อง”

เมื่อต้องเปลี่ยนแมกเนตรอน หน่วยใหม่จะต้องผ่านขั้นตอนการ “เบรกอิน” ก่อนเพื่อปรับปรุงสุญญากาศภายในหลอดและป้องกันการเกิดอาร์คในระหว่างการปฏิบัติงาน ซึ่งอาจทำให้แคโทดเสียหายได้วิธีการเฉพาะสำหรับการ “รันอิน” มีดังนี้: ตั้งค่าเรดาร์ให้อยู่ในโหมดสแตนด์บายและปล่อยให้อยู่ในสถานะนี้เป็นเวลาอย่างน้อยครึ่งชั่วโมง จากนั้นดำเนินการส่งสัญญาณเป็นเวลาอย่างน้อย 10 นาที ในระหว่างกระบวนการนี้ ผู้ปฏิบัติงานต้องตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของกระแสแมกนีตรอน สังเกตการแสดงผลบนหน้าจอ และฟังเสียงการทำงานของหลอดหากเข็มแอมมิเตอร์คงที่โดยไม่มีการแกว่ง การสแกนหน้าจอเป็นสม่ำเสมอ และไม่มีเสียงการปล่อยประจุขณะหลอดกำลังทำงาน ระบบสามารถปิดได้ ปรับแรงดันไฟฟ้าสูงให้อยู่ในระดับปกติ และเปิดเรดาร์ เมื่อยืนยันแล้วว่ากระแสแมกนีตรอนคงที่ การสแกนเป็นสม่ำเสมอ และไม่มีเสียงผิดปกติระหว่างการส่งสัญญาณ ขั้นตอนการ “เบรกอิน” จะเสร็จสมบูรณ์ มิฉะนั้น เวลาอุ่นเครื่องขณะเรดาร์อยู่ในโหมดสแตนด์บายจะต้องขยายออกไป หากสภาพเอื้ออำนวย ควรหมุนเวียนการใช้แมกนีตรอนสำรองทุกหกเดือน

(iii) ข้อกำหนดทางเทคนิคหลักของระบบปล่อย

1. ช่วงความถี่ปฏิบัติการ
ระบบเรดาร์ที่ใช้บนเรือพาณิชย์ทำงานที่ความยาวคลื่นสองแบบ: 3 ซม. และ 10 ซม. ช่วงความถี่สำหรับเรดาร์ที่มีความยาวคลื่น 3 ซม. คือ 2.9–3.1 GHz ในขณะที่สำหรับเรดาร์ที่มีความยาวคลื่น 10 ซม. คือ 9.3–9.5 GHz เมื่อระยะเวลาการทำงานของเรดาร์เพิ่มขึ้น อาจเกิดข้อผิดพลาดในความถี่การส่งสัญญาณได้ สำหรับเรดาร์ X-band การเบี่ยงเบนของความถี่มักจะอยู่ภายใน ±55 MHz

2. ความกว้างพัลส์
ในแต่ละรอบการส่งสัญญาณของระบบเรดาร์ ระยะเวลาของการสั่นของคลื่นความถี่วิทยุจะถูกเรียกว่าความกว้างของพัลส์ ซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงด้วยสัญลักษณ์ τ เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของการสังเกตการณ์เรดาร์ ความกว้างของพัลส์การส่งจะแตกต่างกันไปตามระยะทางที่เลือก ระบบเรดาร์เดียวโดยทั่วไปจะมีหลายความกว้างของพัลส์ โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0.04 ถึง 1.2 ไมโครวินาที

3. ความถี่ในการกระตุ้นเป็นจังหวะ
จำนวนพัลส์ที่เรดาร์ปล่อยออกมาต่อหนึ่งวินาทีเรียกว่าความถี่การส่งซ้ำของพัลส์ ซึ่งสามารถแสดงเป็น fr, PRF (Pulse Repetition Frequency) หรือ PPS (Pulses Per Second); ค่าผกผันของมันคือช่วงเวลาการส่งซ้ำของพัลส์ T โดยทั่วไป ความถี่การส่งซ้ำของพัลส์ของเรดาร์จะอยู่ในช่วง 400 ถึง 4000 เฮิรตซ์

4. กำลังส่ง
ระบบเรดาร์ที่ใช้โหมดพัลส์โดยทั่วไปมีกำลังส่งสูงสุดอยู่ระหว่าง 4 ถึง 30 กิโลวัตต์

3. เรดาร์ ดูเพล็กเซอร์

ดูเพล็กเซอร์ (Duplexer) หรือที่รู้จักกันในชื่อสวิตช์ส่ง-รับ (Transmit-Receive Switch) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับสลับสัญญาณระหว่างระบบส่งและระบบรับในอุปกรณ์ที่ใช้เสาอากาศร่วมกัน เช่น ระบบเรดาร์ เนื่องจากระบบเรดาร์ใช้เสาอากาศร่วมกันในการส่งและรับสัญญาณ หากมีสัญญาณกำลังส่งสูงรั่วไหลเข้าสู่ระบบรับ อาจทำให้วงจรส่วนหน้าของระบบรับเสียหายได้ เมื่อระบบส่งกำลังทำงาน ดูเพล็กเซอร์จะเชื่อมต่อเสาอากาศกับระบบส่ง และเมื่อการส่งสัญญาณเสร็จสิ้น ดูเพล็กเซอร์จะตัดการเชื่อมต่อเสาอากาศออกจากระบบส่งโดยอัตโนมัติ และเชื่อมต่อเสาอากาศกลับไปยังระบบรับ ทำให้เสาอากาศสามารถทำหน้าที่ทั้งส่งและรับสัญญาณได้อย่างต่อเนื่องดังนั้น ดูเพล็กเซอร์จึงป้องกันไม่ให้พัลส์ที่ส่งผ่านเข้าไปในระบบรับสัญญาณ ซึ่งช่วยปกป้องวงจรรับสัญญาณ ปัจจุบัน วงจรหมุนเวียนเฟอร์ไรต์เป็นประเภทหลักของดูเพล็กเซอร์ที่ใช้

เครื่องหมุนเวียนแบบสามพอร์ตชนิด T ประกอบด้วยแกนเฟอร์ไรต์ทรงกระบอกหรือทรงปริซึม ซึ่งมีการประจุสนามแม่เหล็กคงที่ตามแนวแกนของแกนเฟอร์ไรต์ ดังแสดงในรูปที่ 1-1-4 แกนเฟอร์ไรต์ที่ถูกแม่เหล็กจะทำให้เกิดผลของการเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กต่อคลื่นเรดาร์ที่ผ่านเข้ามาเมื่อคลื่นเรดาร์ถูกป้อนผ่านพอร์ต 1 (ระบบส่งสัญญาณ) มันจะถูกส่งไปยังพอร์ต 2 (เสาอากาศ) เท่านั้น; คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ป้อนผ่านพอร์ต 2 (เสาอากาศ) จะถูกเบี่ยงเบนไปยังพอร์ต 3 (ระบบรับสัญญาณ) เท่านั้น และจะไม่เข้าสู่พอร์ต 1 (ระบบส่งสัญญาณ) ซึ่งสร้างลักษณะเฉพาะของการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในทิศทางเดียว จึงทำให้สามารถทำหน้าที่ของตัวแยกสัญญาณได้ รูปที่ 1-1-5 แสดงลักษณะทางกายภาพของวงจรวนเวียนคลื่นนำคลื่น

รูปที่ 1-1-4 โครงสร้างของวงจรหมุนเวียนแบบ T-type สามพอร์ต

รูปที่ 1-1-5: ภาพถ่ายของวงจรหมุนเวียนคลื่นนำ

ในการใช้งานจริง พลังงานบางส่วนที่ถูกส่งออกไปจะรั่วกลับเข้าสู่ระบบรับผ่านวงจรหมุนเวียน ในขณะที่สัญญาณสะท้อนที่แรงก็จะเข้าสู่ระบบรับเช่นกัน เพื่อป้องกันวงจรส่วนหน้าของระบบรับจากการเสียหาย มักจะมีการติดตั้งตัวจำกัดกำลังไมโครเวฟไว้ระหว่างวงจรหมุนเวียนกับระบบรับตัวจำกัด (Limiter) โดยทั่วไปประกอบด้วยไดโอดไมโครเวฟ เมื่อเกิดพัลส์รั่วไหลกำลังสูง ตัวจำกัดจะกระตุ้นให้ตัวจำกัดนำกระแสในทิศทางตรงข้าม ทำให้เข้าสู่สภาวะจำกัด เมื่อพัลส์รั่วไหลสิ้นสุดลง ไดโอดจำกัดจะกลับสู่สภาวะตัด ทำให้เสียงสะท้อนเข้าสู่สาขาของระบบรับ เวลาการฟื้นตัวของวงจรที่จำเป็นสำหรับกระบวนการทั้งหมดไม่เกิน 0.2 μs เวลาดังกล่าวเรียกว่าเวลาสลับส่ง-รับของเสาอากาศเรดาร์

รูปที่ 1-1-6: ระบบการส่งผ่านไมโครเวฟและเสาอากาศ Furuno FAR-2328W

IV. การส่งผ่านไมโครเวฟและระบบเสาอากาศ

(1) ระบบการส่งผ่านไมโครเวฟ

หน้าที่ของระบบส่งผ่านไมโครเวฟคือการส่งสัญญาณไมโครเวฟระหว่างเครื่องรับส่งเรดาร์และเสาอากาศ สำหรับเรดาร์ใต้เสาอากาศ เรดาร์ย่านความถี่ 3 ซม. มักใช้เวฟไกด์ในการส่งสัญญาณไมโครเวฟ ในขณะที่เรดาร์ย่านความถี่ 10 ซม. มักใช้สายโคแอกเชียล อย่างไรก็ตาม เรดาร์ย่านความถี่ 10 ซม. บางส่วนก็ใช้เวฟไกด์ในการส่งคลื่นเรดาร์เช่นกัน เนื่องจากระยะทางระหว่างเสาอากาศกับเครื่องรับส่งค่อนข้างสั้นชุดเสาอากาศเรดาร์เชื่อมต่อกับส่วนประกอบอื่น ๆ ของระบบผ่านสายเคเบิลเฉพาะทาง

1. รีเฟลกเตอร์

เวฟไกด์ ซึ่งมักเรียกสั้น ๆ ว่า 'ไกด์' เป็นท่อกลวงรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ทำจากทองเหลืองหรือทองแดง โดยมีพื้นผิวด้านในที่มีความเรียบสูงมาก ขนาดของเวฟไกด์ที่ใช้สำหรับเรดาร์ 3 ซม. คือ 23 มม. × 10 มม. ในขณะที่ขนาดสำหรับเรดาร์ 10 ซม. คือ 72 มม. × 34 มม.เมื่อติดตั้งเวฟไกด์ ตัวเชื่อมต่อแบบแบนต้องหันหน้าไปทางเสาอากาศ ในขณะที่ตัวเชื่อมต่อแบบโช้กต้องหันหน้าไปทางทรานซีฟเวอร์ เพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณไมโครเวฟมีความต่อเนื่องทางไฟฟ้าแม้ว่าจะไม่มีการสัมผัสทางกายภาพระหว่างปลายเชื่อมต่อก็ตาม ควรสังเกตจุดต่อไปนี้เมื่อติดตั้งเวฟไกด์ด้วย:

รูปที่ 1-1-7 แนวทางคลื่นและส่วนประกอบของแนวทางคลื่น

(1) การตรวจสอบความสะอาด: อะไหล่เวฟไกด์ติดตั้งฝาปิดซีลที่ปลายทั้งสองด้าน ซึ่งต้องถอดออกก่อนการใช้งาน เมื่อถอดฝาออกแล้ว ให้ตรวจสอบอย่างระมัดระวังว่าผนังด้านในของเวฟไกด์สะอาด หากจำเป็น ให้ทำความสะอาดด้วยแอลกอฮอล์บริสุทธิ์
(2) ความยาวและการลดทอน: เวฟไกด์ทำให้เกิดการลดทอนของไมโครเวฟในระดับหนึ่ง ดังนั้น ความยาวในการติดตั้งไม่ควรเกิน 20 เมตร และจำนวนการโค้งงอไม่ควรเกินห้าครั้ง หากเวฟไกด์ยาวเกินไปจะทำให้เกิดการสูญเสียสัญญาณในการส่งผ่านเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
(3) ข้อห้ามสำหรับการใช้ตัวนำคลื่นแบบยืดหยุ่น: เนื่องจากตัวนำคลื่นที่ยืดหยุ่นได้มีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพตามอายุการใช้งาน จึงไม่เหมาะสำหรับการติดตั้งภายนอกอาคาร
(4) การจัดวางและป้องกันหน้าแปลน: ระหว่างการติดตั้ง ให้แน่ใจว่าหน้าแปลนแบนหันไปทางเสาอากาศและหน้าแปลนสำหรับรัดสายหันไปทางเครื่องส่งรับสัญญาณ และติดตั้งปะเก็นยางกันน้ำให้เรียบร้อย สลักเกลียวเชื่อมต่อต้องขันให้แน่นสนิท และหลังการติดตั้งแล้วต้องทาสีประกอบเพื่อป้องกันการเกิดสนิม
(5) การรั่วซึมของน้ำ: เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำจากเสาอากาศเข้าไปในเครื่องส่งรับสัญญาณ ควรวางแผ่นไมกาไว้เหนือทางออกของท่อคลื่นนำคลื่นของเครื่องส่งรับสัญญาณ
(6) การติดตั้งด้วยขายึด: ระหว่างการติดตั้ง ให้แน่ใจว่าท่อส่งคลื่นไม่ถูกกระทำด้วยแรงภายนอกที่มากเกินไป; ควรติดตั้งขาจับในระยะห่าง 1–2 เมตร. ในกรณีที่ท่อส่งคลื่นอาจถูกสัมผัสหรือกระแทก ควรติดตั้งฝาครอบป้องกันในตำแหน่งที่จำเป็น.

2. สายโคแอกเซียล

สายโคแอกเซียลประกอบด้วยตัวนำสองเส้นที่จัดเรียงแบบแกนร่วม: ตัวนำด้านในและตัวนำด้านนอก ตัวนำด้านในเป็นท่อทองแดงบาง ในขณะที่ตัวนำด้านนอกเป็นท่อลอน ตัวนำทั้งสองถูกแยกออกจากกันด้วยวัสดุฉนวนที่มีการสูญเสียไมโครเวฟต่ำ และชั้นนอกสุดถูกหุ้มด้วยฉนวนยางป้องกัน เมื่อเปรียบเทียบกับเวฟไกด์ สายโคแอกเซียลมีขนาดเล็กกว่าและติดตั้งง่ายกว่าเมื่อส่งไมโครเวฟที่มีความยาวคลื่นเท่ากัน

(2) ตัวแผ่รังสีคลื่นแบบร่อง

ระบบเรดาร์ใช้เสาอากาศแบบสแกนทิศทาง ซึ่งโดยทั่วไปจะหมุนด้วยความเร็ว 20–40 รอบต่อนาที ความเร็วในการหมุนนี้เหมาะสมสำหรับเรือพาณิชย์มาตรฐาน รูปที่ 1-1-8(a) แสดงเสาอากาศแบบร่องที่ใช้ในระบบเรดาร์แบบพัลส์ เสาอากาศนี้ประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ เช่น ตัวแผ่คลื่นแบบร่องภายใน ตัวโหลดดูดซับ และฝาครอบเสาอากาศรูปที่ 1-1-8(ข) แสดงโครงสร้างของหม้อน้ำภายในภายในช่องนำคลื่นเวฟไกด์ ซึ่งมีช่องสล็อตจำนวนมาก

รูปที่ 1-1-8 โครงสร้างเสาอากาศเรดาร์

(3) ตัวเข้ารหัสตำแหน่ง

ระบบสแกนมุมราบของเรดาร์ประกอบด้วยตัวเข้ารหัสมุมราบที่ฐานเสาอากาศ หน่วยความจำสัญญาณมุมราบในหน่วยแสดงผล และวงจรที่เกี่ยวข้องหน้าที่ของตัวเข้ารหัสคือการแปลงสัญญาณอ้างอิงมุมอะซิมุทของเสาอากาศ (สัญญาณอะซิมุทหัวเรือ) และสัญญาณตำแหน่งมุมเสาอากาศ ณ ขณะนั้น ให้เป็นข้อมูลดิจิทัลที่มีความละเอียดสูงกว่า 0.1° ข้อมูลดิจิทัลนี้จะถูกส่งไปยังระบบประมวลผลข้อมูลและแสดงผล และบันทึกไว้ในหน่วยเก็บข้อมูลมุมอะซิมุทที่เกี่ยวข้อง ด้วยการวัดมุมระหว่างเป้าหมายกับเส้นหัวเรือ ระบบสามารถกำหนดข้อมูลมุมอะซิมุทของเป้าหมายได้

(iv) ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์และระบบส่งกำลัง

มอเตอร์ขับเคลื่อนมักได้รับพลังงานจากระบบไฟฟ้าของเรือ และเสาอากาศเรดาร์โดยทั่วไปจะทำงานร่วมกับสวิตช์ส่งสัญญาณเรดาร์ สวิตช์ความปลอดภัยมักติดตั้งอยู่ที่ฐานของเสาอากาศเรดาร์ เมื่อบุคลากรกำลังทำการบำรุงรักษาใกล้เสาอากาศ สวิตช์ความปลอดภัยนี้สามารถตัดการจ่ายไฟเพื่อป้องกันไม่ให้เรดาร์เริ่มทำงานโดยไม่ได้ตั้งใจ เพื่อให้เสาอากาศหมุนได้อย่างราบรื่น ความเร็วของมอเตอร์ขับเคลื่อนโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 1,000 ถึง 3,000 รอบต่อนาทีมอเตอร์ลดความเร็วลงผ่านระบบส่งกำลังซึ่งประกอบด้วยรอกและ/หรือเฟือง ขับเคลื่อนเสาอากาศให้หมุนด้วยความเร็วที่กำหนดไว้คงที่ ในระหว่างการบำรุงรักษา ต้องตรวจสอบความตึงของสายพานทุกปีและเปลี่ยนสารหล่อลื่นป้องกันการแข็งตัวเพื่อให้ระบบส่งกำลังทำงานได้อย่างถูกต้อง

(5) ตัวติดตามประสิทธิภาพ (PM)

ในการปฏิบัติการทางทะเลในทางปฏิบัติ การตรวจสอบประสิทธิภาพของเรดาร์อย่างครอบคลุมและแม่นยำนั้นเป็นเรื่องยาก เมื่อกำลังส่งของเครื่องส่งสัญญาณเรดาร์และความไวของเครื่องรับอยู่ในช่วงที่กำหนดไว้ ตัวตรวจสอบประสิทธิภาพ (Performance Monitor หรือ PM) ที่ติดตั้งอยู่ในหน่วยเสาอากาศจะสร้างตัวบ่งชี้การแสดงผลที่ถูกต้องบนหน้าจอเรดาร์ ตำแหน่งของตัวตรวจสอบประสิทธิภาพแสดงไว้ในรูปที่ 1-1-9

รูปที่ 1-1-9: ตำแหน่งการติดตั้งของตัวตรวจสอบประสิทธิภาพ

(6) ข้อกำหนดทางเทคนิคหลักของเสาอากาศ

1. ลักษณะทิศทาง: รูปแบบการแผ่รังสีที่เหมาะสมที่สุดของเสาอากาศเรดาร์คือรูปทรงหอยสมมาตร ในทางทฤษฎี ลักษณะการแผ่รังสีของเสาอากาศมักอธิบายโดยใช้รูปแบบการแผ่รังสี ภายในส่วนที่แผ่รังสีของเรดาร์ ลำแสงที่มีการแผ่รังสีแรงที่สุดเรียกว่าลำแสงหลัก ซึ่งคิดเป็นมากกว่า 90% ของกำลังการแผ่รังสีทั้งหมดของเรดาร์ การกระจายตัวอย่างสมมาตรรอบลำแสงหลักคือลำแสงข้างที่อ่อนแอจำนวนมาก ซึ่งโดยทั่วไปไม่มีผลกระทบสำคัญต่อการสังเกตการณ์ของเรดาร์

2. ความกว้างของลำแสง: ความกว้างของลำคลื่นของเสาอากาศถูกกำหนดเป็นมุมระหว่างจุดครึ่งกำลังสองจุดบนโพลหลัก เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำของมุมอะซิมัธและความละเอียดของมุมอะซิมัธในการตรวจจับเป้าหมายเรดาร์ เสาอากาศจะต้องความกว้างของคานแนวนอน (HBW)มันมีความแคบมาก โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 1° ถึง 2° เพื่อป้องกันไม่ให้เรือสูญเสียการติดตามเป้าหมายบนพื้นผิวในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย เช่น การโคลงเคลง เรดาร์จะความกว้างของลำแสงแนวตั้ง (VBW)มันค่อนข้างใหญ่ ประมาณ 20° ถึง 30°

3. กำไร: ทิศทางของเสาอากาศสามารถแสดงออกได้ในแง่ของอัตราขยายด้วยเช่นกัน อัตราขยายของเสาอากาศหมายถึงอัตราส่วนของความหนาแน่นกำลังสัญญาณที่เสาอากาศจริงผลิตได้ เทียบกับความหนาแน่นกำลังสัญญาณที่องค์ประกอบแผ่รังสีในอุดมคติผลิตได้ที่จุดเดียวกันในอวกาศ โดยมีกำลังขับเท่ากัน

V. ระบบรับสัญญาณเรดาร์

ระบบรับสัญญาณเรดาร์มีความสามารถในการเลือกความถี่ได้ดีเยี่ยม มีอัตราขยายสูง แบนด์วิดท์กว้าง และช่วงไดนามิกที่กว้าง ทำให้สามารถแยกสัญญาณสะท้อนจากเป้าหมายที่มีระดับความเข้มแตกต่างกันอย่างมากออกจากสัญญาณรบกวน สัญญาณรบกวนจากพื้นหลัง และสัญญาณรบกวนจากคลัตเตอร์ได้ จากนั้นจึงประมวลผลและขยายสัญญาณเหล่านั้น และส่งสัญญาณวิดีโอที่ชัดเจนไปยังอุปกรณ์แสดงผล

(1) องค์ประกอบพื้นฐานของระบบรับสัญญาณเรดาร์

ระบบรับสัญญาณของเรดาร์ Furuno FAR-2827 ตั้งอยู่ในส่วนบนของหน่วยส่งสัญญาณและรับสัญญาณ (transceiver unit) ตามที่แสดงในรูปที่ 1-1-10 ระบบรับสัญญาณประกอบด้วยตัวขยายสัญญาณไมโครเวฟแบบรวม (MIC module) ตัวแปลงความถี่ (frequency converter) ตัวขยายสัญญาณความถี่กลาง (intermediate frequency amplifier circuit) และแผงวงจรควบคุมความถี่วิทยุ (radio frequency control circuit board)

รูปที่ 1-1-10: ระบบรับสัญญาณของเรดาร์ Furuno FAR-2827

1. ตัวขยายสัญญาณและตัวแปลงความถี่แบบรวมในไมโครเวฟ (ส่วนประกอบ MIC): ชุดประกอบ MIC ประกอบด้วยสองส่วน: เครื่องขยายสัญญาณความถี่สูงไมโครเวฟ (HF amplifier) และตัวแปลงความถี่ ฟังก์ชันของ HF amplifier คือการขยายสัญญาณสะท้อน RF โดยตรง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน ตัวแปลงความถี่ประกอบด้วยตัวผสมสัญญาณ (mixer) และออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่น (local oscillator) โดยมีหน้าที่แปลงความถี่พาหะของสัญญาณสะท้อนจาก RF ไปยังความถี่กลางที่ต่ำกว่า เมื่อทำการวัดตัวผสมสัญญาณ ผู้ปฏิบัติงานควรใช้มัลติมิเตอร์Ω×100 หรือ Ω×1k ช่วง。

2. แผงวงจรขยายความถี่กลาง (IF circuit board): เครื่องขยายความถี่ปานกลางเป็นองค์ประกอบหลักของตัวรับสัญญาณ ให้แบนด์วิดท์ผ่านกว้าง อัตราขยายสูง ช่วงไดนามิกกว้าง และสัญญาณรบกวนต่ำ เครื่องขยายสัญญาณนี้สามารถปรับอัตราขยายของสนามใกล้ได้โดยอัตโนมัติ จึงช่วยลดการรบกวนที่เกิดจากการสะท้อนของคลื่น

3. วงจรอื่น ๆ: ประกอบด้วยวงจรลดเสียงคลื่นทะเล, ตัวตรวจจับ และเครื่องขยายสัญญาณวิดีโอวงจรลดสัญญาณรบกวน STC Waveระยะการระงับสูงสุดสามารถถึง 8 ไมล์ทะเล สัญญาณความถี่กลางจากเสียงสะท้อนถูกแปลงเป็นสัญญาณวิดีโอเสียงสะท้อนโดยตัวตรวจจับ ตัวขยายวิดีโอทำหน้าที่เป็นวงจรบัฟเฟอร์ ให้การแยกและการจับคู่ความต้านทาน

(2) ข้อกำหนดทางเทคนิคหลักของระบบรับสัญญาณเรดาร์

1. ช่วงความถี่ปานกลาง: ขึ้นอยู่กับผู้ผลิตและรุ่นของอุปกรณ์ ความถี่กลางของเรดาร์มักจะทำงานที่ 30 MHz, 60 MHz หรือ 45 MHz
2. ความไวและการขยาย: ความไวมักแสดงในรูปของกำลังสัญญาณต่ำสุดที่สามารถตรวจจับได้ (Prmin) ซึ่งโดยทั่วไปมีค่าตั้งแต่ 10⁻¹² ถึง 10⁻¹⁴ วัตต์ อัตราขยายของเครื่องขยายสัญญาณความถี่กลางต้องถึง 120–160 เดซิเบล。
3. แบนด์ผ่าน: หรือที่รู้จักในนามของแบนด์วิดท์. ยิ่งแบนด์วิดท์กว้างขึ้น ความบิดเบือนของสัญญาณก็จะน้อยลง และความถูกต้องของการสังเกตก็จะสูงขึ้น; อย่างไรก็ตาม การรักษาความไวอาจยากขึ้น.

VI. ระบบแสดงผลเรดาร์

ระบบเรดาร์สมัยใหม่ใช้จอแสดงผลแบบแบนคุณภาพสูง (เช่น TFT และ OLED) เป็นอุปกรณ์ปลายทางสำหรับการประมวลผลและแสดงข้อมูลเรดาร์จอแสดงผลเรดาร์ทางทะเลแสดงข้อมูลมากมาย รวมถึงแผนที่เดินเรือสี (เมื่อเชื่อมต่อกับ ECDIS) กราฟิกที่พล็อตไว้ เอกโค่ของเป้าหมายเรดาร์ ไอคอนเป้าหมาย AIS และเมนูการดำเนินการของระบบ จอแสดงผลเรดาร์ประกอบด้วยอินเทอร์เฟซอินพุต/เอาต์พุต (I/O) โปรเซสเซอร์วิดีโอ โปรเซสเซอร์ข้อมูล ตัวควบคุมหลัก และเทอร์มินัลควบคุมการแสดงผลและการดำเนินการแบบบูรณาการ

(1) ผู้ควบคุม: ตัวควบคุมหลักทำหน้าที่เป็นศูนย์ควบคุมของระบบประมวลผลข้อมูลและการแสดงผล โดยทั่วไปจะใช้ชิป CPU อุตสาหกรรมประสิทธิภาพสูง และร่วมกับส่วนประกอบต่างๆ เช่น บัสและหน่วยความจำ เพื่อประสานการทำงานของทุกส่วนในระบบ

(2) อินเทอร์เฟซการรับส่งข้อมูลและตัวประมวลผลวิดีโอ: หน่วยซิงโครไนซ์ (เดิมเรียกว่า ไลน์หน่วงเวลา) ทำหน้าที่ซิงโครไนซ์การแสดงผลกับเวลาการส่งสัญญาณ เพื่อขจัดข้อผิดพลาดในการวัดระยะทางในระบบ ตัวแปลงพิกัดจะเปลี่ยนสัญญาณวิดีโอสะท้อนจากพิกัดเชิงขั้วเป็นวิดีโอในพิกัดเชิงเส้นตรง ทำให้สามารถแสดงผลแบบเรสเตอร์ได้ การประมวลผลวิดีโอรวมถึงการระงับสัญญาณรบกวนจากฝนและหิมะ การระงับสัญญาณรบกวนจากช่องสัญญาณเดียวกัน การแสดงผลเส้นลาก การประมวลผลที่เกี่ยวข้องกับการสแกน และการขยายสัญญาณสะท้อน

(3) ผู้ประมวลผลข้อมูล: รับผิดชอบการประมวลผลข้อมูลอย่างครอบคลุมจากเซ็นเซอร์ต่าง ๆ ทำให้สามารถติดตามเป้าหมายและผสานข้อมูลได้ และให้การสนับสนุนการหลีกเลี่ยงการชนแก่ลูกเรือ

(iv) หน้าจอแสดงผลและควบคุมแบบบูรณาการ: ผู้ปฏิบัติงานสามารถใช้เครื่องมือต่างๆ เช่น เครื่องหมายระยะเสมือน (VRM), เส้นแนวราบอิเล็กทรอนิกส์ (EBL), เส้นแนวราบอิเล็กทรอนิกส์แบบช่วง (EBRLs) และเส้นหัว (HL) บนเทอร์มินัล สัญลักษณ์กราฟิกสำหรับเครื่องมือวัดเหล่านี้แสดงไว้ในรูปที่ 1-1-12

รูปที่ 1-1-11 หน้าจอแสดงผลและควบคุมแบบบูรณาการ |

รูปที่ 1-1-12 สัญลักษณ์กราฟิกสำหรับเครื่องมือวัด

VII. แหล่งจ่ายพลังงานเรดาร์

ตัวเครื่องประมวลผลเรดาร์ Furuno FAR-2328W ตามที่แสดงในรูปที่ 1-1-13 ประกอบด้วยเมนบอร์ด, แหล่งจ่ายไฟ, ตัวแปลงสัญญาณเครือข่าย (LAN), พัดลม, บล็อกต่อสาย (TB board), ฟิวส์, และส่วนประกอบอื่น ๆแหล่งจ่ายไฟ AC คือ 100–230 V AC; แหล่งจ่ายไฟ DC คือ 24 V DC แหล่งจ่ายไฟมาตรฐานของจอมอนิเตอร์ทำงานที่ 100–230 V AC ฮับ (HUB) ที่เป็นอุปกรณ์เสริมใช้ไฟ 100–230 V AC

รูปที่ 1-1-13 ตัวเครื่องโปรเซสเซอร์ Furuno FRA-2328W

ข้อควรระวังเมื่อทำการซ่อมบำรุงแหล่งจ่ายไฟ:

เมื่อดำเนินการบำรุงรักษาแหล่งจ่ายไฟเรดาร์—เช่น การวัดแรงดันไฟฟ้าด้วยมัลติมิเตอร์—มีความเสี่ยงที่จะถูกไฟฟ้าช็อตและไฟไหม้จากอาร์ก บุคลากรที่ทำการบำรุงรักษาต้องมั่นใจว่าสวมหมวกนิรภัย เสื้อผ้าป้องกันไฟฟ้า และถุงมือกันไฟฟ้า และใช้เครื่องมือที่มีฉนวนกันไฟฟ้า ต้องสวมแว่นตานิรภัยหรือหน้ากากป้องกันเมื่อจำเป็น ก่อนที่จะทำการบำรุงรักษาชุดเสาอากาศ ต้องปิดสวิตช์ไฟและติดป้ายเตือนสำคัญ: เมื่อเชื่อมต่อไฟหลักแล้ว อุปกรณ์ทั้งหมดของทรานซีฟเวอร์จะมีไฟฟ้าแรงสูง แม้ในขณะที่ปิดเครื่อง ไฟฟ้าแรงสูงจะหายไปเมื่อถอดปลั๊กไฟออกจากแหล่งจ่ายไฟแล้วเท่านั้น

8. เซ็นเซอร์ภายนอกสำหรับเรดาร์

อินเตอร์เฟซ I/O ของเรดาร์รับข้อมูลภายนอกผ่านไมโครคอนโทรลเลอร์ โดยอัตราการส่งข้อมูล (baud rate) จะถูกตั้งค่าตามข้อกำหนดของพอร์ต (4800–38400 บิต/วินาที) อุปกรณ์ภายนอกตามที่แสดงในรูปที่ 1-1-14 ได้แก่ ไจโรคอมเพรส, AIS, GPS, โอดอมิเตอร์, ECDIS, AMS และ VDR เป็นต้น ข้อมูลต้องเป็นไปตาม IEC 61162 และ AD-10 ข้อกำหนดการจัดรูปแบบ

รูปที่ 1-1-14: แผนผังโทโพโลยีสำหรับเซ็นเซอร์ภายนอก

(1) อินเทอร์เฟซการป้อนข้อมูล: ควรใช้สายเคเบิลแบบคู่บิดเกลียวที่มีฉนวนหุ้มสำหรับการเชื่อมต่อ เครื่องมือสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้การเชื่อมต่อแบบอินเตอร์เฟซ เช่น RS-232, RS-422 และ RS-485

อินเตอร์เฟซอินพุตทำหน้าที่ป้อนข้อมูลจากเซ็นเซอร์เข้าสู่ระบบเรดาร์ หากรูปแบบข้อมูลไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของอุปกรณ์เรดาร์ จะต้องทำการแปลงข้อมูลผ่านอินเตอร์เฟซนี้ โดยควรใช้สายเคเบิลแบบคู่บิดเกลียวที่มีฉนวนป้องกันสัญญาณรบกวนในการเชื่อมต่ออุปกรณ์

เครื่องมือทางทะเลสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้การเชื่อมต่อแบบดิจิทัล ซึ่งไม่ต้องการการแปลงรูปแบบและสามารถเชื่อมต่อได้ค่อนข้างง่าย สำหรับการเชื่อมต่อแบบขยายสำหรับโปรโตคอลการสื่อสารแบบอนุกรมที่ใช้ในระบบเรดาร์ อินเทอร์เฟซอนุกรมที่ใช้กันทั่วไปได้แก่ RS-232, RS-422 และ RS-485; เรดาร์บางรุ่นยังมีพอร์ต USB สำหรับการสื่อสารข้อมูลอีกด้วย ยกตัวอย่างเช่น อินเทอร์เฟซเรดาร์ Furuno FAR-28×7 ซีรีส์ ดังแสดงในรูปที่ 1-1-15เรดาร์ Furuno FAR-28×7 ซีรีส์ ใช้ตัวรับส่งสัญญาณ RS-485 ในการรับข้อมูลจากเซ็นเซอร์ทิศทาง โดยมีอัตราการส่งข้อมูลที่สามารถเลือกได้ 4800 บิต/วินาที หรือ 38.4 กิโลบิต/วินาที ตามที่แสดงในรูป 1-1-15(a) การเชื่อมต่อระหว่างเรดาร์กับล็อกหรือเครื่องมือนำทางอื่น ๆ แสดงไว้ในรูป 1-1-15(b) บางรุ่นของเรดาร์และระบบ ECDIS สามารถทำหน้าที่เป็นข้อมูลนำเข้าให้แก่กันได้; การเชื่อมต่อของพวกเขามีแสดงไว้ในรูปที่ 1-1-15(c)

(2) อินเทอร์เฟซเอาต์พุต: เรดาร์ต้องส่งข้อมูลไปยัง VDR อย่างน้อยที่สุด รูปแบบ RGB (1280×1024 พิกเซล)สัญญาณวิดีโอแบบแอนะล็อกหรือสัญญาณอินเตอร์เฟซอีเธอร์เน็ต/DVI

อินเทอร์เฟซเอาต์พุตใช้สำหรับส่งข้อมูลวิดีโอเรดาร์ไปยังอุปกรณ์หรือระบบนำทางอื่น ๆตามมาตรฐานการทดสอบประสิทธิภาพเรดาร์ของ IEC เรดาร์ต้องติดตั้งอินเตอร์เฟซที่สามารถส่งออกสัญญาณวิดีโอแบบแอนะล็อกในรูปแบบ RGB (1280×1024 พิกเซล) ไปยัง VDR ได้ หากความสามารถในการแสดงผลของเรดาร์ไม่รองรับรูปแบบ RGB ต้องติดตั้งอินเตอร์เฟซ DVI (Digital Visual Interface) หรือ Ethernet และแบนด์วิดท์ของเครือข่ายต้องเพียงพอที่จะรองรับการส่งภาพหน้าจอเรดาร์แบบสมบูรณ์ได้อย่างน้อยหนึ่งครั้งทุก ๆ 15 วินาที

(3) ข้อผิดพลาดในการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์: ข้อผิดพลาดจะกระตุ้นให้เกิดกล่องแจ้งเตือน ตัวอย่างเช่น การตั้งค่าอัตราการส่งข้อมูลที่ไม่สอดคล้องกันอาจส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในการส่งข้อมูล

ข้อผิดพลาดในการส่งข้อมูลเซ็นเซอร์จะกระตุ้นให้เกิดสัญญาณเตือนจากเรดาร์ และกล่องแจ้งเตือนจะแสดงข้อมูลการเตือนที่เฉพาะเจาะจง ข้อความเตือนบางส่วนที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์เรดาร์แสดงอยู่ในตาราง 1-1-3

ตาราง 1-1-3 ข้อความแจ้งเตือนเกี่ยวกับการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์เรดาร์ Furuno

แจ้งเตือน

รายละเอียดการแจ้งเตือน

โซลูชัน

ข้อผิดพลาดในการส่งข้อความ AIS

ไม่สามารถส่งข้อความ AIS ได้

ไม่สามารถส่งข้อความ AIS ได้ กรุณากดปุ่มยืนยันสัญญาณเตือนและตรวจสอบแหล่งจ่ายไฟและการเชื่อมต่อระหว่างเรดาร์กับ AIS

สูญหาย AIS

COM

ตรวจสอบ AIS หรืออุปกรณ์ติดตามตัว

หากไม่ได้รับข้อมูล AIS ภายใน 30 วินาที ให้กดปุ่มยืนยันสัญญาณเตือนและตรวจสอบแหล่งจ่ายไฟและการเชื่อมต่อระหว่างเรดาร์กับ AIS

แจ้งเตือน	รายละเอียดการแจ้งเตือน	โซลูชัน
สูญหายไจโร สัญญาณ	ตรวจสอบเซ็นเซอร์หัวข้อหรือตัวตรวจสอบประโยค	หากไม่ได้รับข้อมูลทิศทางจากไจโร-คอมเพรสภายใน 5 วินาที ให้กดปุ่มยืนยันสัญญาณเตือนเพื่อกู้คืนสัญญาณของคอมเพรสและยกเลิกการแจ้งเตือนนี้
สูญหาย LOG(น้ำหนักตัว)SIG	ตรวจสอบเซ็นเซอร์วัดความเร็วหรือตัวตรวจสอบความเร็ว	เมื่อ [LOG(WT)] ถูกตั้งค่าเป็นความเร็วอ้างอิง หากไม่ได้รับข้อมูลความเร็วจากมาตรวัดระยะทางภายใน 30 วินาที ให้กดปุ่มยืนยันสัญญาณเตือนและตรวจสอบการเชื่อมต่อระหว่างเรดาร์กับมาตรวัดระยะทาง
สูญหาย LOG(BT)SIG	ตรวจสอบเซ็นเซอร์วัดความเร็วหรือตัวตรวจสอบความเร็ว	เมื่อ [LOG(BT)] ถูกตั้งค่าเป็นความเร็วอ้างอิง หากไม่ได้รับข้อมูลความเร็วจากมาตรวัดระยะทางภายใน 30 วินาที ให้กดปุ่มยืนยันสัญญาณเตือนและตรวจสอบการเชื่อมต่อระหว่างเรดาร์กับมาตรวัดระยะทาง
สูญเสีย Cog/ SOG SIG	ตรวจสอบเซ็นเซอร์ตำแหน่งหรือตัวตรวจสอบประโยค	เมื่อ [EPFS] ถูกตั้งค่าให้อ้างอิงความเร็ว หากไม่ได้รับข้อมูล COG/SOG จาก EPFS ภายใน 30 วินาที ให้กดปุ่มยืนยันสัญญาณเตือนและตรวจสอบการเชื่อมต่อระหว่างเรดาร์กับ EPFS (GPS หรือ BeiDou) เชื่อมต่อ
ตำแหน่งสูญหาย	ตรวจสอบเซ็นเซอร์ตำแหน่งหรือตัวตรวจสอบประโยค	EPFS แจ้งเตือน: ไม่ได้รับสัญญาณจากอุปกรณ์ EPFS ภายใน 30 วินาที ข้อมูลตำแหน่ง: กดปุ่มยืนยันสัญญาณเตือนเพื่อตรวจสอบการเชื่อมต่อระหว่างเรดาร์กับ EPFS (GPS หรือ BeiDou)
สัญญาณ UTC สูญหาย	ตรวจสอบเซ็นเซอร์ตำแหน่งหรือตัวตรวจสอบประโยค	นาฬิกาปลุก UTC: ไม่ได้รับข้อมูลวันที่หรือเวลาภายใน 30 วินาที กดปุ่มยืนยันการปลุกและตรวจสอบการเชื่อมต่อของเซ็นเซอร์ที่ให้ UTC (GPS หรือ BeiDou)
สูญหาย ECDIS COM	ตรวจสอบ ECDIS หรือหน้าจอเฝ้าระวังคำสั่ง	เมื่อตั้งค่า [ECDIS] เป็นข้อมูลอ้างอิงความเร็ว หากไม่ได้รับข้อมูลจาก ECDIS ภายใน 30 วินาที ให้กดปุ่มยืนยันสัญญาณเตือนและตรวจสอบแหล่งจ่ายไฟและการเชื่อมต่อกับ ECDIS

(iv) ตัวอย่างการเชื่อมต่อเรดาร์:

เมื่อเชื่อมต่อระบบเรดาร์ คุณควรใช้สายเคเบิลที่ผู้ผลิตจัดมาให้เมื่อเป็นไปได้ หรือตรวจสอบให้แน่ใจว่าสายเคเบิลเป็นไปตามข้อกำหนดพื้นฐานที่ระบุไว้ในคู่มือการติดตั้งเรดาร์

โดยยกตัวอย่างเรดาร์ทางทะเล SPERRY VISIONMASTER FT การกำหนดค่าเซ็นเซอร์และการตั้งค่าพารามิเตอร์จะแสดงในตาราง 1-1-1 สิ่งสำคัญที่ต้องทราบคือ อัตราการส่งข้อมูล (baud rate) ต้องตั้งค่าตามที่ระบุไว้ หากตั้งค่าอัตราการส่งข้อมูลไม่ถูกต้อง จะส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในการส่งข้อมูล

ตาราง 1-1-1 การกำหนดค่าและตั้งค่าพารามิเตอร์ของเซ็นเซอร์เรดาร์ SPERRY VISIONMASTER FT

พอร์ต	อัตราการส่งข้อมูล (บิตต่อวินาที)	เซ็นเซอร์	ประเภทพอร์ตอนุกรม
คอม3	38400	เข็มทิศ	RS-232 หรือ RS-422
คอม3	4800	มิเตอร์แท็กซี่	RS-232 หรือ RS-422
COM4	9600	มอนิเตอร์	อาร์เอส-422
COM5	38400	เอไอเอส	RS-232 หรือ RS-422
คอม7	4800	จีพีเอส	RS-232 หรือ RS-422
COM8	4800	สวิตช์ในตัว	RS-232 หรือ RS-422

การกำหนดค่า I/O ของเรดาร์ Furuya FAR-2××7 ซีรีส์และเซ็นเซอร์บางตัวแสดงอยู่ในตาราง 1-1-2 แหล่งจ่ายไฟของเรดาร์ต้องจ่ายไฟให้กับส่วนประกอบต่างๆ เช่น โปรเซสเซอร์, จอแสดงผล, หน่วยควบคุม และเสาอากาศ ฟังก์ชันการวาดแผนที่อัตโนมัติของเรดาร์ถูกผสานรวมเข้ากับหน่วยประมวลผลสัญญาณ ในขณะที่ตัวตรวจสอบประสิทธิภาพถูกผสานรวมเข้ากับหน่วยเสาอากาศเป็นอุปกรณ์เสริมเพิ่มเติม ฟังก์ชันสวิตช์ในตัวของเรดาร์ทำงานผ่านการเชื่อมต่อเครือข่ายท้องถิ่น

การสื่อสารระหว่างหน่วยเสาอากาศกับหน่วยประมวลผลเป็นแบบ RS-422 ที่อัตรา 115.2 kbit/s; การสื่อสารระหว่างหน่วยประมวลผลและหน่วยควบคุมก็ผ่าน RS-422 ด้วยอัตรา 19.2 kbit/s; ทั้งสองใช้การสื่อสารแบบอะซิงโครนัส สามารถเชื่อมต่อเรดาร์ได้สูงสุดแปดเครื่องจากซีรีส์เดียวกันผ่าน HUB-100 ระบบนำทางเฉื่อย (INS) รองรับ LAN และพอร์ตอนุกรม (RS-422/4800)

(บิตต่อวินาที) การเชื่อมต่อ

ตาราง 1-1-2 เรดาร์ Furuno และเซ็นเซอร์บางชนิดฉัน/O การกำหนดค่า

เซ็นเซอร์	สัญญาณ	อินพุต/เอาต์พุต	การเชื่อมต่อฮาร์ดแวร์
เซ็นเซอร์โค้ง	เอชดีจี เอ	เข้า	อาร์เอส-422 IEC 61162-1 IEC 61162-2 (ปรับได้จาก 4800 ถึง 38400 บิต/วินาที)
	HDG B
ระบบนำทางดาวเทียม	NAV A	เข้า	อาร์เอส-422 IEC 61162-1 IEC 61162-2 (ปรับได้จาก 4800 ถึง 38400 บิต/วินาที)
	NAV B
มาตรวัดระยะทาง (ข้อมูลอนุกรมเท่านั้น)	บันทึก A	เข้า	อาร์เอส-422 IEC 61162-1 IEC 61162-2 (ปรับได้จาก 4800 ถึง 38400 บิต/วินาที)
	บันทึก B
เอไอเอส	เอไอเอส ทีดี เอ	ออก	อาร์เอส-422 IEC 61162-2 (38,400 บิตต่อวินาที)
	เอไอเอส ทีดี บี
	เอไอเอส อาร์ดี เอ	เข้า
	เอไอเอส อาร์ดี บี
ระบบแผนที่เดินเรืออิเล็กทรอนิกส์ (ECDIS	อาร์พีเอ เอ	ออก	IEC 61162-1 (4800 บิตต่อวินาที)
	อาร์พีเอ บี
LAN	INS	เข้า	100Base-Tx
		ออก	100Base-Tx

IX. การเชื่อมต่อระบบเรดาร์หลายระบบ

ตามอนุสัญญา SOLAS ปี 1974 เรือที่มีขนาด 3,000 ตันกรอสขึ้นไปจะต้องติดตั้งระบบเรดาร์อย่างน้อยสองระบบ โดยอย่างน้อยหนึ่งระบบต้องเป็นระบบ X-band สามารถติดตั้งเรดาร์หลายระบบพร้อมหน่วย Interswitch Unit เพื่อแบ่งปันภาพได้ ระบบนี้มาพร้อมกับกลไกป้องกันความล้มเหลวเพื่อป้องกันการเสียหายของระบบจากอุปกรณ์เพียงชิ้นเดียว

(1) ระบบเรดาร์คู่: สิ่งเหล่านี้แบ่งออกเป็นการกำหนดค่าความถี่เดียวกัน (ทั้ง X-band) และความถี่ต่างกัน (X-band และ S-band) ในระบบความถี่ต่างกัน เครื่องส่งสัญญาณ เสาอากาศ และสายส่งสัญญาณต้องสามารถสลับเปลี่ยนกันได้เป็นหน่วยเดียว การสลับเปลี่ยนทำได้ผ่านอุปกรณ์สลับที่แสดงในรูปที่ 1-1-16

รูปที่ 1-1-16 สถาปัตยกรรมระบบเรดาร์คู่

(2) ระบบเรดาร์หลายตัว: อาจใช้ระบบเรดาร์สามระบบหรือมากกว่า HUB-3000 กำหนดค่าการตั้งค่าเครือข่าย. ที่อยู่ IP, มาสก์เครือข่ายย่อย และเกตเวย์ต้องถูกตั้งค่าอย่างถูกต้อง. หลังจากเปลี่ยนที่อยู่ IP แล้ว ทุกรadar และอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องที่เชื่อมต่ออยู่กับ LAN ต้องถูกเริ่มต้นใหม่.

รูปที่ 1-1-17 การกำหนดค่าเครือข่ายเรดาร์หลายตัวและ ECDIS