现代科技不断发展，基于信息化平台的新型航海仪器和设备不断涌现。这些新型设备与航海雷达实现了数据融合与信息共享。电子定位系统(Electronic Position Fixing System, EPFS) 通常采用GPS、北斗、格洛纳斯等，为雷达提供船位和时间基准数据。船舶航速和航程测量设备(Speed and Distance Measuring Equipment,SDME)一般是计程仪，其向雷达提供船舶航速。AIS 向雷达提供目标识别信息，包括船舶识别信息、动态数据和航标数据等。陀螺罗经等艏向发送装置(Transmitting Heading Devices,THD)向雷达提供船舶航向。电子航海图(Electronic Navigational Chart,ENC)或其他矢量海图系统向雷达提供海图数据。雷达将图像和跟踪目标数据提供给船载航行数据记录仪(Voyage Date Recorder,VDR)进行保存记录。驾驶台值班报警系统等其他传感器，也能够与雷达连接，共同构成多功能、多任务、高精度的航行信息系统。

依据分装形式，基本雷达设备可分为桅下型(俗称三单元)雷达和桅上型(俗称两单元)雷达。桅下型雷达的主体被分装成天线、收发机和显示器三个箱体。其中，天线安装在主桅或雷达桅上，显示器安装在驾驶室，收发机通常安装在海图室或驾驶台附近的设备舱室。若收发机与天线底座合为一体，并安装在桅上，则称为桅上型雷达。桅下型雷达便于维护保养，在大型船舶中应用较多，且其发射功率通常较大。中小型船舶常采用桅上配置，这种配置的发射功率较低，设备成本也较低，但维护保养难度相对较大。

航海雷达系统的组成较为复杂，可分为天线单元、收发单元、处理器单元、显示器单元、控制单元和电源等部分。从功能角度，收发单元可细分为定时器、发射系统、接收系统和双工器四部分。图1-1-1展示的是古野某型号雷达的系统组成情况。

图1-1-1 古野某型号雷达的系统组成情况

(1)人身安全

雷达工作时会产生高压。在维护设备时，操作人员应首先切断电源，并对高压部件进行放电处理后再进行检修。若需要带电作业，必须事先做好防护措施，严防高压触电事故，并避免电磁辐射伤害。由于磁控管周围存在强磁场，维护人员在操作时要将手表、手机和铁磁物等物品远离磁控管。

(2)设备安全

为延长磁控管的使用寿命，开机时必须充分预热至少3min。特别是在船舶靠港长时间不使用雷达，或天气寒冷潮湿的情况下，更应适当延长预热时间。为保护永久磁铁的磁场特性，严禁将铁磁物体靠近磁控管，拆卸时应使用非铁磁工具。通常，磁控管备件配有特制包装盒，使用时应确保磁控管与其他铁磁物质保持10 cm 以上的距离，且两备件之间的间距超过 20 cm。

(3)磁控管更换与“老练”操作

更换磁控管备件时，需要先对新磁控管进行“老练”操作，以提高管子内部的真空度，防止工作时管内打火，损坏阴极。“老练”的具体方法是：将雷达设置为预备(Standby) 状态，保持半小时以上，然后进行10 min 以上的发射操作。在此过程中，操作人员要观察磁控管电流的变化，留意屏幕显示现象，并聆听管子工作声音。若电流表指针稳定不抖动，屏幕扫描均匀，且管子工作时无放电声音，则可关机，将高压调整到正常值，使雷达发射。确认磁控管电流平稳，扫描均匀，发射无异常声音后，“老练”操作结束。否则，需要延长雷达在预备状态下的预热时间。如果条件允许，备用磁控管最好每隔半年轮流使用一次。

1.工作波段
商船使用的雷达有3cm 和 1 0cm 两种波长。其中，3cm 波长雷达的频率范围是2.9~3.1 GHz,10cm 波长雷达的频率范围是9.3~9.5 GHz。随着雷达使用时长增加，其发射频率会出现误差。对于X 波段雷达，其频率漂移范围通常在±55 MHz 以内。

2.脉冲宽度
在雷达每个发射周期内，射频脉冲振荡持续的时间被称为脉冲宽度，常用符号 τ 表示。为满足雷达观测需求，发射脉冲宽度会因选用量程不同而改变。 一 部雷达通常有多个脉冲宽度，其范围一般在0.04~1.2 μs 之间。

3.脉冲重复频率
雷达每秒发射的脉冲数量称为脉冲重复频率，可用 fr 、PRF(Pulse Repetition Frequency)或 PPS(Pulses Per Second)表示，其倒数为脉冲重复周期 T。一般情况下，雷达脉冲重复频率为 400~4000 Hz。

4.发射功率
采用脉冲体制的雷达，其发射峰值功率一般为4~30 kW。

双工器也被叫作收发开关。因为雷达采用收发共用天线，如果发射的大功率脉冲泄漏到 接收系统，有可能会烧毁接收系统前端电路。当发射系统工作时，双工器会把天线与发射系统 连接起来；发射结束后，双工器会自动断开天线与发射系统的连接，重新建立天线与接收系统 的连接，以此实现天线的收发共用功能。所以，双工器可以防止发射脉冲进入接收系统，起到 保护接收电路的作用。目前，双工器主要采用铁氧体环形器(Ferrite Circulator)。

1. 波导管

波导管常被简称为波导，它是由黄铜或紫铜制作而成的矩形空心管，其内壁具有很高的光 洁度。3cm 雷达所使用的波导尺寸为23mm×10mm, 10 cm 雷达的波导尺寸则是72 mm× 34 mm。在安装波导时，需将平面接头朝向天线，扼流接头朝向收发机。这样即便连接端头之间没有物理接触，也能保证微波的电气连续 性。波导管的安装还需注意以下事项：

图1-1-7 波导及波导元件

• (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。

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。

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

(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。

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

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

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

(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

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

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