현대 과학 기술의 지속적인 발전으로 정보 기술 플랫폼에 기반한 새로운 유형의 항해 장비와 기기가 끊임없이 등장하고 있습니다. 이러한 새로운 장비는 해양 레이더와의 데이터 융합 및 정보 공유를 실현했습니다. 전자식 위치 고정 시스템(EPFS)은 일반적으로 GPS, 베이더우, 글로나스 등을 채택하여 레이더에 선박 위치 및 시간 기준 데이터를 제공합니다. 선박 속도 및 거리 측정 장비(SDME)는 일반적으로 레이더에 선박 속도를 제공하는 거리 측정기이며, 선박 식별 정보, 동적 데이터 및 항해 데이터를 포함한 목표 식별 정보를 레이더에 제공하는 선박 자동식별장치(AIS)입니다. 자이로컴퍼스 같은 전송 방향 장치(THD)는 레이더에 선박의 방향을 제공합니다. 전자해도(ENC) 또는 기타 벡터 차트 시스템은 레이더에 차트 데이터를 제공합니다. 레이더는 기록 보관을 위해 항해일지 기록장치(VDR)에 이미지와 추적 대상 데이터를 제공합니다. 브리지 워치 알람 시스템과 같은 다른 센서도 레이더와 연결하여 다기능, 다중 임무, 고정밀 항해 정보 시스템을 구성할 수 있습니다.

기본 레이더 장비는 하위 어셈블리의 유형에 따라 마스트 아래(일반적으로 3유닛) 레이더와 마스트 위(일반적으로 2유닛) 레이더로 나눌 수 있습니다. 마스트 아래 레이더의 본체는 안테나, 트랜시버, 디스플레이의 세 가지 상자로 나뉩니다. 안테나는 메인 마스트 또는 레이더 마스트에, 디스플레이는 브리지에, 트랜시버는 일반적으로 차트 룸이나 브리지 근처의 장비 칸에 장착됩니다. 트랜시버가 안테나 베이스와 통합되어 마스트에 장착된 경우 이를 업마스트형 레이더라고 합니다. 마스트 아래형 레이더는 유지 관리가 용이하고 대형 선박에서 더 일반적으로 사용되며 일반적으로 송신기 출력이 더 높습니다. 중소형 선박은 송신 출력이 낮고 장비 비용이 낮은 마스트 위쪽 구성을 사용하는 경우가 많지만 상대적으로 유지 관리가 더 어렵습니다.

해상 레이더 시스템의 구성은 더 복잡하며 안테나 유닛, 트랜시버 유닛, 프로세서 유닛, 디스플레이 유닛, 제어 유닛 및 전원 공급 장치와 같은 부품으로 나눌 수 있습니다. 기능적 관점에서 트랜시버 유닛은 타이머, 송신 시스템, 수신 시스템 및 듀플렉서의 네 부분으로 세분화할 수 있습니다. 그림 1-1-1은 Furuno 레이다 모델의 시스템 구성 요소를 보여줍니다.

그림 1-1-1 후루노 레이더 모델의 시스템 구성 요소

(1) 물리적 보안

레이더가 작동 중일 때는 고전압이 발생합니다. 장비를 정비할 때는 먼저 전원 공급을 차단하고 고전압 부품을 방전시킨 후 정비해야 합니다. 전기 작업이 필요한 경우 고전압 감전 사고를 예방하고 전자기 방사 부상을 방지하기 위해 사전에 보호 조치를 취해야 합니다. 마그네트론 주변의 자기장이 강하므로 유지보수 담당자는 작동 중 시계, 휴대폰, 강자성 물체와 같은 물체를 마그네트론에서 멀리 떨어뜨려야 합니다.

(2) 장비 안전

마그네트론의 수명을 연장하기 위해서는 전원을 켤 때 3분 이상 완전히 예열해야 하며, 특히 선박이 항구에 정박해 있거나 날씨가 춥고 습할 때 레이더를 장시간 사용하지 않을 경우 예열 시간을 적절히 연장해야 합니다. 영구 자석의 자기 특성을 보호하기 위해 강자성 물체를 마그네트론에 가까이 가져가는 것은 엄격히 금지되어 있으며 분해 할 때는 강자성 도구가 아닌 도구를 사용해야합니다. 일반적으로 마그네트론 예비 부품은 특수 상자에 들어 있습니다. 마그네트론을 사용할 때는 다른 강자성 물질과 10cm 이상 거리를 유지하고 두 예비 부품 사이의 거리가 20cm 이상인지 확인합니다.

(3) 마그네트론 교체 및 “노련한” 작업

마그네트론 예비품을 교체할 때는 튜브 내부의 진공 수준을 높이고 작동 중 튜브가 발화하여 음극이 손상되는 것을 방지하기 위해 새 마그네트론에 “시즈닝”을 해야 합니다. “시즈닝”의 구체적인 방법은 레이더를 준비(대기) 상태로 설정하고 30분 이상 유지한 다음 10분 이상 발사 작업을 수행하는 것입니다. 이 과정에서 작업자는 마그네트론 전류 변화를 관찰하고 화면 표시 현상에주의를 기울이고 튜브 작업 소리를 들어야합니다. 전류계 포인터가 안정적이고 흔들리지 않고 화면이 고르게 스캔되고 튜브가 방전 소리없이 작동하면 기계를 끄고 고전압을 정상 값으로 조정하여 레이더를 시작할 수 있습니다. 마그네트론 전류가 부드럽고 균일하게 스캔되며 비정상적인 소리가 나지 않고 “노련한”작동이 끝났는지 확인합니다. 그렇지 않으면 준비 상태에서 레이더의 예열 시간을 연장해야 합니다. 조건이 허락한다면 예비 마그네트론은 6개월마다 교체하는 것이 바람직합니다.

1. 작업 밴드
상선에 사용되는 레이더는 3cm와 10cm의 두 가지 파장이 있습니다. 3cm 파장 레이더의 주파수 범위는 2.9~3.1GHz, 10cm 파장 레이더의 주파수 범위는 9.3~9.5GHz입니다. 레이더를 장시간 사용할수록 전송 주파수에 오차가 발생하게 됩니다. X-밴드 레이더의 경우 주파수 드리프트는 일반적으로 ±55MHz 이내입니다.

2. 펄스 폭
각 레이더 전송 주기 동안의 RF 펄스 진동 지속 시간을 펄스 폭이라고 하며 종종 기호 τ 로 표시됩니다. 전송 펄스 폭은 레이더의 관측 요구 사항을 충족하기 위해 선택한 범위에 따라 달라집니다. 레이더에는 일반적으로 0.04~1.2μs 범위의 여러 펄스 폭이 있습니다.

3. 펄스 반복 빈도
레이더에서 방출되는 초당 펄스 수를 펄스 반복 주파수라고 하며, 이는 fr, PRF(펄스 반복 주파수) 또는 PPS(초당 펄스)로 표현할 수 있으며, 그 역수가 펄스 반복 주기 T입니다. 일반적으로 레이더 펄스 반복 주파수는 400~4000Hz입니다.

4. 전원 전송
펄스 방식을 사용하는 레이더의 최대 송신 전력은 일반적으로 4~30kW입니다.

듀플렉서는 트랜시버 스위치라고도 합니다. 레이더는 송신 및 수신에 공통 안테나를 사용하기 때문에 송신기의 고전력 펄스가 수신 시스템으로 누출되면 수신 시스템의 프런트 엔드 회로가 소손될 수 있습니다. 송신 시스템이 작동하면 듀플렉서는 안테나를 송신 시스템과 연결하고 송신이 끝나면 듀플렉서는 송신 시스템에서 안테나를 자동으로 분리하고 안테나와 수신 시스템 간의 연결을 다시 설정하여 송신 및 수신 공통 안테나 기능을 실현합니다. 따라서 듀플렉서는 송신 펄스가 수신 시스템으로 들어가는 것을 방지하고 수신 회로를 보호 할 수 있습니다. 현재 듀플렉서는 주로 페라이트 서큘레이터 (페라이트 서큘레이터)를 사용합니다.

1. 도파관

흔히 도파관이라고도 하는 도파관은 황동 또는 구리로 만든 직사각형 중공관으로 내부 마감 처리 수준이 높습니다. 3cm 레이더에는 23mm x 10mm, 10cm 레이더에는 72mm x 34mm가 사용됩니다. 도파관을 설치할 때 평면 커넥터는 안테나 방향으로, 초크 커넥터는 트랜시버 방향으로 향하게 해야 합니다. 이렇게 하면 커넥터 사이에 물리적 접촉이 없는 경우에도 마이크로파의 전기적 연속성을 보장할 수 있습니다. 또한 도파관은 다음 주의 사항을 준수하여 설치해야 합니다:

그림 1-1-7 도파관 및 도파관 요소

• (1) 청결 상태 확인: 도파관 예비품은 양쪽 끝에 밀봉 캡이 장착되어 있어 사용하기 전에 개봉해야 합니다. 개봉 후에는 도파관 내부의 청결 상태를 주의 깊게 검사하고 필요한 경우 순수 알코올로 세척해야 합니다.
• (2) 길이 및 감쇠: 도파관은 마이크로파에 특정 감쇠 효과가 있으므로 설치 길이가 20m를 초과하지 않아야 하며 곡선 도파관의 수는 5개를 초과하지 않아야 합니다. 도파관이 너무 길면 신호 전송 손실이 크게 증가합니다.
• (3) 소프트 도파관 금기 사항: 소프트 도파관은 열화되기 쉬우므로 실외 설치에는 적합하지 않습니다.
• (4) 플랜지 방향 및 보호: 설치하는 동안 평면 플랜지는 안테나를 향하고 초크 플랜지는 트랜시버를 향하도록 하고 방수 고무 링을 설치해야 합니다. 연결 볼트는 녹슬지 않도록 설치 후 단단히 고정하고 페인트를 칠해야 합니다.
• (5) 방수 침입: 안테나에서 트랜시버로 물이 새는 것을 방지하려면 트랜시버 도파관 출구를 운모 시트로 덮어야 합니다.
• (6) 브래킷 고정: 과도한 외력을 피하기 위해 도파관을 설치할 때는 1~2m마다 고정 브래킷을 설치해야 합니다. 도파관이 접촉 및 충돌하기 쉬운 위치에는 필요한 경우 보호 커버를 설치해야 합니다.

1. 방향 속성: 레이더 안테나의 이상적인 방사 빔은 대칭적인 가리비 모양입니다. 이론적으로 방향성 다이어그램은 일반적으로 안테나의 방사 성능을 설명하는 데 사용됩니다. 레이더 방사 플랩, 더 강한 빔의 방사선을 메인 플랩이라고하며 출력 전력은 90% 이상의 총 레이더 방사 전력을 차지합니다. 메인 플랩은 많은 약한 측면 플랩 방사선에 대칭으로 분포되어 있으며 일반적으로 레이더 관측에 큰 영향을 미치지 않습니다.

2. 빔폭: 안테나의 빔 폭은 메인 플랩의 두 반전력점 사이의 각도로 정의됩니다. 레이더 대상 감지를 위한 방위각 정확도와 방위각 분해능을 보장하기 위해 안테나의수평 빔폭(HBW)일반적으로 1°~2°로 매우 좁습니다. 선박이 흔들리는 등 열악한 환경에서 해수면 표적을 놓치지 않기 위해 레이더가수직 빔폭(VBW)더 크게, 약 20°~30°.

3. 게인: 안테나 지향성은 이득으로 표현할 수도 있습니다. 안테나 이득은 동일한 입력 전력이 주어졌을 때 실제 안테나에서 생성되는 신호 전력 밀도와 공간의 동일한 지점에서 이상적인 방사 장치에서 생성되는 신호 전력 밀도의 비율입니다.

레이더 수신 시스템은 우수한 선택성, 높은 이득, 넓은 통과 대역 및 동적 범위를 가지며, 혼합 간섭 클러터 및 잡음 배경에서 강도 변화가 큰 유용한 표적 에코를 추출하고 이를 처리 및 증폭하여 디스플레이 장비에 선명한 비디오 신호를 출력할 수 있습니다.

(i) 레이더 수신 시스템의 기본 구성 요소

그림 1-1-10에 표시된 것처럼 Furuno FAR-2827 레이더의 수신 시스템은 트랜시버 유닛의 상단에 위치합니다. 수신 시스템은 마이크로파 통합 증폭기 및 인버터(MIC 어셈블리), 중간 주파수 증폭기 회로(IF 회로 기판), RF 제어 회로 기판(RFC 전원 공급 회로 기판)으로 구성됩니다.

그림 1-1-10 후루노 FAR-2827 레이더 수신기 시스템

(ii) 레이더 수신 시스템의 주요 기술 사양

• 1. IF 주파수: 장비 제조업체에 따라 레이더 IF는 일반적으로 30MHz, 60MHz 또는 45MHz에서 사용됩니다.
• 2. 감도 및 배율: 감도는 일반적으로 10-¹²~10-¹⁴ W의 최소 식별 가능한 신호 전력인 Prmin으로 표현되며, IF 증폭기는 다음과 같은 증폭 계수를 가져야 합니다. 120~160dB。
• 3. 패스밴드: 대역폭이라고도 합니다. 통과 대역이 넓을수록 신호 왜곡이 적고 관측 정확도가 높아지지만 감도를 유지하기가 더 어려워집니다.

최신 레이더는 레이더 정보 처리 디스플레이 단말기로 고품질 평판 모니터(예: TFT, OLED 등)를 사용합니다. 해상 레이더 모니터 디스플레이 콘텐츠는 컬러 차트(ECDIS에 연결된 경우), 플로팅 그래픽, 레이더 목표 에코, AIS 목표 아이콘 및 시스템 작동 메뉴를 포함하여 풍부합니다. 레이더 디스플레이에는 입력/출력(I/O) 인터페이스, 비디오 프로세서, 정보 프로세서, 메인 컨트롤러, 통합 디스플레이 및 작동 제어 터미널이 포함되어 있습니다.

(i) 컨트롤러: 메인 컨트롤러는 정보 처리 및 디스플레이 시스템의 제어 센터로, 일반적으로 고성능 산업용 CPU 칩을 채택하고 버스, 메모리 및 기타 관련 부품의 협력하에 시스템의 모든 부분의 작업을 조정합니다.

(ii) 입력/출력 인터페이스 및 비디오 프로세서: 동기화 장치(이전에는 시간 지연 라인으로 알려짐)는 송신기와 디스플레이를 조정하고 체계적인 거리 측정 오류를 제거하는 역할을 합니다. 좌표 변환기는 극좌표의 비디오 에코를 래스터화된 디스플레이를 위해 직각 좌표의 비디오로 변환합니다. 비디오 처리에는 비 및 눈 간섭 억제, 공동 주파수 간섭 억제, 후행 표시, 스캐닝 상관 관계 처리, 에코 확장 등이 포함됩니다.

(iii) 정보 처리자: 다양한 센서의 정보를 통합 처리하여 목표 추적 및 정보 융합을 달성하고 선원에게 충돌 회피 지원을 제공하는 역할을 담당합니다.

(iv) 통합 디스플레이 및 작동 제어 터미널: 작업자는 이동 범위 마커 원(VRM), 전자 방위선(EBL), 거리 및 방위 측정(EBRL), 보우 라인(HL) 등의 도구에 터미널로 액세스할 수 있습니다. 측정 도구의 그래픽 식별은 그림 1-1-12에 나와 있습니다.

그림 1-1-11 통합 디스플레이 제어 터미널 |

그림 1-1-12 측정 도구의 그래픽 식별

그림 1-1-13에 표시된 Furuno FAR-2328W 레이더 프로세서 섀시에는 마더보드, 전원 공급 장치, 네트워크(LAN) 신호 변환기, 팬, 터미널 보드(TB 보드) 및 퓨즈 등이 포함되어 있습니다. AC 전원 공급은 100~230 V AC, DC 전원 공급은 24 V DC, 표준 모니터 전원 공급 매개변수는 100~230 V AC, 옵션 허브 전원 공급은 100~230 V AC입니다. AC 전원 공급은 100~230V AC, DC 전원 공급은 24V DC, 표준 모니터 전원 공급 매개변수는 100~230V AC, 옵션 허브 전원 공급은 100~230V AC입니다.

그림 1-1-13 FURUNO FRA-2328W 프로세서 섀시

레이더 I/O 인터페이스는 마이크로컨트롤러를 통해 외부 데이터를 수신하는 역할을 하며, 변조 속도는 포트 특성에 따라 전송 속도(4800~38400비트/s)를 설정합니다. 외부 장치는 그림 1-1-14에 표시되어 있으며 자이로컴퍼스, AIS, GPS, 주행 거리계, ECDIS, AMS 및 VDR 등이 있습니다. 데이터는 다음을 충족해야 합니다. IEC 61162 및 AD-10 서식 지정 요구 사항.

그림 1-1-14 외부 센서 토폴로지 다이어그램

(i) 입력 인터페이스: 상호 연결에는 꼬인 차폐선을 사용해야 합니다. 최신 기기는 RS-232, RS-422 및 RS-485를 사용하는 경향이 있습니다.

입력 인터페이스는 센서 정보를 레이더 시스템에 공급합니다. 정보 형식이 레이더 장비의 요구 사항과 일치하지 않는 경우 인터페이스를 통해 변환해야 하며 장비는 꼬인 차폐 케이블을 사용하여 상호 연결해야 합니다.

대부분의 최신 해양 기기는 형식 변환이 필요 없고 연결이 비교적 쉬운 디지털 인터페이스를 사용합니다. 레이더가 채택한 직렬 통신 프로토콜 확장 인터페이스의 경우 일반적인 직렬 인터페이스는 RS-232, RS-422, RS-485 등으로 나눌 수 있으며, 일부 레이더에는 데이터 통신을 위한 USB 인터페이스도 장착되어 있습니다. 그림 1-1-15에 표시된 것처럼 FURUNO FAR-28×7 시리즈 레이더 인터페이스를 예로 들어 보겠습니다. FURUNO FAR-28×7 시리즈 레이더는 RS-485 트랜시버를 채택하여 첫 번째 방향 센서로부터 데이터를 수신하며, 전송 속도는 그림 1-1-15(a)와 같이 4800비트/s 또는 38.4kbit/s로 선택할 수 있습니다. 레이더를 트립미터 또는 기타 항법 기기에 연결하는 방법은 그림 1-1-15(b)에 나와 있습니다. 그림 1-1-15(c)와 같이 일부 레이더 및 ECDIS 모델은 서로에 대한 입력으로 사용할 수 있습니다.

(ii) 출력 인터페이스: 레이더는 최소한 VDR에 출력해야 합니다. RGB 형식(1280 x 1024픽셀)아날로그 비디오 신호 또는 이더넷/DVI 인터페이스 신호.

출력 인터페이스는 레이더 비디오 정보를 다른 내비게이션 장비 또는 시스템으로 전송하는 데 사용됩니다. IEC 레이더 성능 테스트 표준에 따르면 레이더에는 최소한 아날로그 비디오 신호를 RGB 형식(1280 x 1024픽셀)으로 VDR에 출력할 수 있는 인터페이스가 있어야 합니다. 레이더의 디스플레이 성능이 RGB 형식과 호환되지 않는 경우 DVI(디지털 시각 인터페이스) 또는 이더넷 인터페이스가 필요하며 네트워크 대역폭이 최소 15초마다 전체 레이더 스크린샷 전송을 지원해야 합니다.

(iii) 센서 연결 실패: 오류가 발생하면 경고 상자가 트리거됩니다. 예를 들어 일관되지 않은 전송 속도 설정으로 인해 비정상적인 데이터 전송이 발생할 수 있습니다.

센서 데이터 전송에 실패하면 레이더 알람이 트리거되고 알림 상자에 특정 알람 메시지가 표시됩니다. 레이더 센서 연결과 관련된 일부 알람 메시지는 표 1-1-3에 나와 있습니다.

표 1-1-3 후루노 레이더 센서 연결 관련 알람 정보

(iv) 레이더 인터페이스의 예:

레이더 시스템을 배선할 때는 제조업체에서 제공한 배선을 우선적으로 사용하거나 배선이 레이더 설치 지침의 기본 요구 사항을 충족하는지 확인하세요.

SPERRY VISIONMASTER FT 해상 레이더를 예로 들면, 센서 구성 및 매개변수 설정은 표 1-1-1에 나와 있습니다. 전송 속도는 요구 사항에 따라 설정해야 하며, 전송 속도 설정이 일정하지 않으면 비정상적인 데이터 전송이 발생할 수 있다는 점에 유의해야 합니다.

표 1-1-1 SPERRY VISIONMASTER FT 레이더 센서 구성 및 매개변수 설정

일부 센서가 포함된 Furuno FAR-2××7 시리즈 레이더의 I/O 구성은 표 1-1-2에 나와 있습니다. 레이더의 전원 공급 장치는 프로세서, 디스플레이, 제어 장치 및 안테나에 전원을 공급하는 데 필요합니다. 자동 매핑 기능은 신호 처리 장치에 통합되어 있으며 성능 모니터는 안테나 장치에 옵션으로 통합되어 있습니다. 레이더에 내장된 스위치 기능은 LAN 연결을 통해 작동합니다.

RS-422 통신은 안테나 유닛과 프로세서 유닛 간에 115.2kbit/s의 속도로, RS-422 통신은 프로세서 유닛과 제어 유닛 간에 19.2kbit/s의 속도로 사용되며, 모두 비동기식 통신을 사용합니다. HUB-100을 통해 동일한 시리즈의 레이더를 최대 8개까지 연결할 수 있습니다. 관성 항법 시스템(INS)은 LAN과 직렬 포트(RS-422/4800)를 모두 지원합니다.

비트/s) 연결.

표 1-1-2 일부 센서가 있는 후루노 레이더I/O 구성

1974년 SOLAS 협약에 따라 총톤수 3,000톤 이상의 선박은 최소 2개의 레이더 시스템을 장착해야 하며, 그 중 적어도 하나는 X-밴드 레이더여야 합니다. 이미지 공유를 위해 여러 대의 레이더에 인터스위치 장치를 장착할 수 있습니다. 이 시스템에는 단일 페일 세이프 메커니즘이 있습니다.

(i) 듀얼 레이더 시스템: 동일 주파수(X-밴드 모두)와 헤테로다인(X- 및 S-밴드) 구성으로 나뉩니다. 헤테로다인 시스템에서는 송신기, 안테나, 전송 라인을 하나의 유닛으로 교환해야 합니다. 스위칭은 그림 1-1-16에 표시된 교환 장치를 통해 이루어집니다.

그림 1-1-16 듀얼 레이더 시스템 아키텍처

(ii) 다중 레이더 시스템: 3개 이상의 레이더 세트는 다음을 통해 사용할 수 있습니다. HUB-3000 네트워크 구성을 수행합니다. IP 주소, 서브넷 마스크 및 게이트웨이를 올바르게 설정해야 합니다. IP 주소를 변경한 후에는 LAN에 연결된 모든 레이더 및 관련 장비를 다시 시작해야 합니다.

그림 1-1-17 멀티 레이더 및 ECDIS 네트워크 구성