Основные компоненты радиолокационных систем и принципы их работы
I. Конфигурация радиолокационной системы
С непрерывным развитием современной науки и техники постоянно появляются новые типы навигационных приборов и оборудования, основанные на платформах информационных технологий. Эти новые приборы реализовали слияние данных и обмен информацией с морским радаром. Электронная система фиксации положения (EPFS) обычно использует GPS, BeiDou, ГЛОНАСС и т.д. для предоставления данных о положении судна и времени для радара. Оборудование для измерения скорости и расстояния до судна (SDME) обычно представляет собой дальномер, который передает скорость судна на радар, а AIS передает на радар информацию об идентификации цели, включая информацию об идентификации судна, динамические и навигационные данные. Передающие курсовые устройства (ПГУ), такие как гирокомпас, обеспечивают РЛС курсом судна. Электронная навигационная карта (ЭНК) или другие системы векторного картографирования передают радиолокатору данные карты. Радар передает изображения и данные о целях слежения на регистратор даты рейса (VDR) для ведения записей. Другие датчики, такие как система сигнализации вахтенного мостика, также могут быть подключены к радару для создания многофункциональной, многоцелевой, высокоточной навигационной информационной системы.
В зависимости от типа узла базовое радиолокационное оборудование можно разделить на подмачтовые (обычно трехблочные) радары и надмачтовые (обычно двухблочные) радары. Основной корпус подмачтового радара разделен на три блока: антенный, приемопередающий и дисплейный. Антенна устанавливается на грот-мачте или мачте радара, дисплей - в пилотской рубке, а приемопередатчик обычно монтируется в штурманской рубке или в отсеке оборудования рядом с мостиком. Если приемопередатчик интегрирован с основанием антенны и установлен на мачте, то такой радар называется верхнемачтовым. Подмачтовые радары просты в обслуживании и чаще всего используются на больших судах, а мощность их передатчиков обычно выше. На малых и средних судах часто используется надмачтовая конфигурация, которая имеет меньшую мощность передатчика и меньшую стоимость оборудования, но относительно более сложна в обслуживании.
Состав морской радиолокационной системы более сложен и может быть разделен на такие части, как антенный блок, приемопередатчик, процессорный блок, блок дисплея, блок управления и источник питания. С функциональной точки зрения блок приемопередатчика можно разделить на четыре части: таймер, передающая система, приемная система и дуплексер. На рисунке 1-1-1 показаны системные компоненты модели радара Furuno.
Рисунок 1-1-1 Системные компоненты модели радара Furuno
II. Системы радиолокационных таймеров и передатчиков
(i) Таймеры
Функция таймера, также известного как генератор запускающих импульсов, заключается в генерации запускающих импульсов для координации работы различных частей радара. Триггерная схема генерирует различные типы сигналов синхронизации, необходимых приемопередатчику. Современный радар использует высокостабильный кристаллический генератор в качестве источника колебаний, после деления частоты, выходная частота в диапазоне 0,5 ~ 4 кГц TTL уровня импульса, фронт импульса в качестве работы радара эталонного опорного сигнала времени. Частота повторения импульса передачи радара определяется частотой повторения триггерного импульса. Триггерная схема выдает несколько триггерных сигналов, которые направляются на передающую систему, дисплей, монитор работы и другие компоненты радара. Триггерный импульс также выводится в качестве временного сигнала на такие устройства, как ECDIS, VDR и т. д., когда они подключены к радару.
Когда оператор включает радар, он включает выключатель питания на панели дисплея. После прогрева радара в течение 3 мин оператор нажимает кнопку управления передатчиком, и система передатчика радара начинает работать. В это время магнетрон генерирует СВЧ-микроволновые импульсы, которые передаются на антенну через волновод и излучаются антенной.
(ii) Система запуска
Под управлением запускающего импульса передающая система генерирует мощные радиочастотные прямоугольные импульсы определенной ширины и амплитуды, которые направляются в антенну через микроволновую линию передачи для излучения в космос. Передающая система радара состоит в основном из модулятора, магнетрона и вспомогательных схем. Передающая система радара Furuno FAR-2827 расположена в нижней половине блока приемопередатчика, как показано на рис. 1-1-2. Эта передающая система состоит из магнетрона, платы модуляционной схемы (MD) и импульсного трансформатора.
Рисунок 1-1-2 Схема расположения системы запуска радара FURUNO FAR-2827
Схема модуляции генерирует высоковольтный отрицательный импульс, который используется для управления магнетроном и контроля его излучения. Время начала модулирующего импульса определяется передним фронтом запускающего импульса, а ширина импульса регулируется кнопками выбора диапазона или ширины импульса на панели радара. Амплитуда модулирующего импульса связана с УВВ и мощностью передачи. Чем выше амплитуда, тем выше требуемое УВВ и выше мощность передачи. Обычно амплитуда модулирующего импульса находится в диапазоне от 10 до 18 кВ и значительно варьируется от модулятора к модулятору.
В последние годы, несмотря на то, что режим работы радаров продолжает меняться, магнетроны по-прежнему широко используются в корабельных радарах как военного, так и гражданского назначения. В настоящее время на рынке представлен широкий диапазон мощности магнетронов для корабельных радаров - от нескольких киловатт до десятков киловатт. Например, для радаров S-диапазона - 10 кВт, 30 кВт, 60 кВт и т.д.; для радаров X-диапазона - 2 кВт, 4 кВт, 6 кВт, 10 кВт, 12,5 кВт, 25 кВт, 30 кВт, 50 кВт, 60 кВт и т.д. Имеются также квалифицированные магнетроны для морского применения. Квалифицированный морской магнетрон должен пройти испытания на температуру, соленость, влажность, динамическую вибрацию, срок службы и так далее.
1. Структура и рабочие характеристики магнетронного осциллятора
Магнетрон - это мощный микроволновый осциллирующий вакуумный электронный прибор со специальной структурой. Снаружи он оснащен постоянным магнитом с высокой напряженностью поля, а внутри - катодом и анодом. Внешний вид различных моделей магнетронов существенно отличается. На рис. 1-1-3 показан внешний вид магнетрона морского радара Furuno MG5223F, который имеет легкую конструкцию и отличные эксплуатационные характеристики. В нормальных условиях работы магнетрону требуется напряжение накала для нагрева катода, анод заземлен, а на катод подается высоковольтный сигнал, модулированный отрицательной полярностью. В это время магнетрон генерирует внутренние микроволновые колебания равной амплитуды. Выходная мощность в основном определяется величиной модулированного высокого напряжения, а частота колебаний зависит в основном от структуры самого магнетрона.
Рисунок 1-1-3 Магнетрон Furuno MG5223F
Срок службы магнетрона определяется способностью катода испускать электроны, обычно 4000ч~20000ч. В соответствии со стандартами работы радаров Международной морской организации (IMO), магнетрон необходимо прогреть в течение 3 минут перед обычным запуском. Благодаря предварительному нагреву, катод может быть полностью нагрет, способность к эмиссии электронов может быть улучшена, и магнетрон может достичь состояния работы с сильным током, тем самым продлевая срок службы.
Ток магнетрона - это ключевой параметр, отражающий рабочее состояние системы запуска радара, и представляет собой среднее значение тока в течение рабочего цикла передатчика радара. Для новых моделей радаров оператор может проверить ток магнетрона в результате самотестирования системы и сравнить его со стандартным значением, указанным в оборудовании радара или руководстве. Если значение тока магнетрона находится в нормальном диапазоне, это указывает на то, что система передатчика радара работает нормально; если значение тока мало или ток отсутствует, и в то же время наблюдается слабый или отсутствующий эхо-сигнал, следует считать, что магнетрон стареет или в системе передатчика имеется неисправность. О методе просмотра тока магнетрона см. в данной главе, раздел IV “I. Поиск и устранение неисправностей радара - (d) другие методы устранения неисправностей - 1. самодиагностика системы”.
При капитальном ремонте или замене магнетрона в пусковой системе оператор должен строго соблюдать следующие инструкции по эксплуатации:
(1) Физическая безопасность
При работе радара возникает высокое напряжение. При обслуживании оборудования оператор должен сначала отключить электропитание и разрядить высоковольтные компоненты перед ремонтом. Если требуется проведение электромонтажных работ, необходимо заранее принять меры защиты, чтобы предотвратить несчастные случаи, связанные с поражением электрическим током, и избежать травм, вызванных электромагнитным излучением. Из-за сильного магнитного поля вокруг магнетрона обслуживающий персонал должен держать такие предметы, как часы, мобильные телефоны и ферромагнитные предметы, подальше от магнетрона во время работы.
(2) Безопасность оборудования
Чтобы продлить срок службы магнетрона, при включении его необходимо полностью прогреть в течение не менее 3 минут, особенно если радар не используется в течение длительного времени, когда судно стоит в порту или когда погода холодная и влажная, время прогрева должно быть продлено соответствующим образом. Чтобы защитить магнитные свойства постоянных магнитов, строго запрещается подносить ферромагнитные предметы близко к магнетрону, а при разборке следует использовать неферромагнитные инструменты. Обычно запасные части магнетрона поставляются в специальной коробке. При использовании магнетрона следите за тем, чтобы он находился на расстоянии более 10 см от других ферромагнитных материалов, а расстояние между двумя запасными частями составляло более 20 см.
(3) Замена магнетрона и “сезонная” эксплуатация
При замене запасных частей магнетрона необходимо “приправить” новый магнетрон, чтобы повысить уровень вакуума внутри трубки и предотвратить ее срабатывание и повреждение катода во время работы. Конкретный метод “притравливания” заключается в том, чтобы перевести радар в состояние готовности (Standby), продержать его более получаса, а затем выполнить операцию запуска в течение более 10 мин. При этом оператор должен наблюдать за изменением тока магнетрона, обращать внимание на явления на экране и слушать звук работы трубки. Если стрелка амперметра стабильна и не дрожит, экран сканирует равномерно, а трубка работает без звука разряда, то машину можно выключить, а высокое напряжение отрегулировать до нормального значения, чтобы радар можно было запустить. Убедитесь, что ток магнетрона ровный, сканирование равномерное, нет аномальных звуковых выбросов, “приправленная” операция закончена. В противном случае необходимо увеличить время прогрева радара в состоянии готовности. Если позволяют условия, запасные магнетроны желательно менять каждые шесть месяцев.
(iii) Основные технические характеристики пусковой системы
1. рабочие полосы
Радары, используемые на коммерческих судах, имеют две длины волны - 3 см и 10 см. Диапазон частот радаров с длиной волны 3 см составляет 2,9-3,1 ГГц, а диапазон частот радаров с длиной волны 10 см - 9,3-9,5 ГГц. По мере использования радара в течение длительных периодов времени возникает погрешность в частоте передачи. Для радаров X-диапазона дрейф частоты обычно находится в пределах ±55 МГц.
2. ширина импульса
Длительность колебаний радиочастотного импульса в течение каждого цикла передачи радара называется шириной импульса и часто обозначается символом τ. Длительность импульса передачи зависит от диапазона, выбранного для удовлетворения требований наблюдения радара. Обычно радар имеет несколько значений длительности импульса, варьирующихся от 0,04 до 1,2 мкс.
3. частота повторения импульсов
Количество импульсов в секунду, излучаемых радаром, называется частотой повторения импульсов, которая может быть выражена как fr, PRF (частота повторения импульсов) или PPS (импульсы в секунду), обратной величиной которой является период повторения импульсов T. Как правило, частота повторения импульсов радара составляет 400~4000 Гц.
4. мощность передачи
Радары, использующие импульсный режим, обычно имеют пиковую передаваемую мощность от 4 до 30 кВт.
III. Радарные дуплексеры
Дуплексер также называют трансиверным коммутатором. Поскольку в радарах используется общая антенна для передачи и приема, при утечке мощного импульса от передатчика в приемную систему возможно перегорание фронтальных цепей приемной системы. Когда работает передающая система, дуплексер соединяет антенну с передающей системой; после окончания передачи дуплексер автоматически отсоединяет антенну от передающей системы и восстанавливает соединение между антенной и приемной системой, чтобы реализовать функцию общей передающей и приемной антенны. Таким образом, дуплексер может предотвратить попадание передающего импульса в приемную систему и защитить приемный контур. В настоящее время в дуплексере в основном используется ферритовый циркулятор (Ferrite Circulator).
Цилиндрический или призматический феррит устанавливается внутри трехпортового циркулятора Т-типа, и постоянное магнитное поле прикладывается в осевом направлении к ферритовому столбу, структура которого показана на рис. 1-1-4. Намагниченный феррит создает эффект смещения поля для проходящей радарной волны. Когда радиолокационная волна поступает из порта 1 (передающая система), она передается только в порт 2 (антенна); электромагнитная волна, поступающая из порта 2 (антенна), отклоняется только в порт 3 (приемная система) и не попадает в порт 1 (передающая система), создавая таким образом направленную передачу электромагнитной волны и реализуя функцию дуплексера. На рисунке 1-1-5 показан внешний вид волноводного циркулятора.
Рисунок 1-1-4 Конструкция трехпортового циркулятора типа T
Рисунок 1-1-5 Физический волноводный лупер
На практике часть передаваемой энергии будет просачиваться обратно в приемную систему через циркулятор, и сильные эхо-импульсы также будут попадать в приемную систему. Чтобы защитить передние цепи приемной системы от перегорания, между циркулятором и приемной системой обычно устанавливается микроволновый ограничитель. Ограничитель обычно состоит из микроволнового диода. Когда возникает импульс утечки высокой мощности, ограничитель переходит в состояние обратного тока и переходит в состояние ограничения. Когда импульс утечки заканчивается, диод ограничителя возвращается в состояние отсечки, позволяя эху войти в ветвь приемной системы. Время восстановления схемы для всего процесса составляет менее 0,2 мкс. 2 мкс, что называется временем перехода приемопередатчика в антенну радара.
Рисунок 1-1-6 Микроволновая система передачи и антенны FURUNO FAR-2328W
IV. Микроволновая передача и антенные системы
(i) Микроволновая система передачи
Система передачи микроволн служит для передачи микроволновых сигналов между приемопередатчиком радара и антенной. В подмачтовых радарах для передачи микроволн обычно используются волноводы для радаров диапазона 3 см, а для радаров диапазона 10 см - коаксиальные кабели. Однако в некоторых 10-см радарах для передачи радиолокационных волн используются волноводы из-за близкого расположения антенны к приемопередатчику. Соединение между антенным блоком радара и остальной частью системы осуществляется с помощью специальных кабелей.
1. волновод
Волноводы, часто называемые просто волноводами, представляют собой прямоугольные полые трубки из латуни или меди с высокой степенью внутренней отделки. 23 мм x 10 мм используются для 3-см радаров, а 72 мм x 34 мм - для 10-см радаров. При установке волновода необходимо ориентировать плоский разъем на антенну, а дроссельный разъем - на трансивер. Это обеспечивает электрическую непрерывность микроволн даже при отсутствии физического контакта между разъемами. При установке волновода следует также соблюдать следующие меры предосторожности:
Рисунок 1-1-7 Волноводы и волноводные элементы
- (1) Проверка чистоты: Запасные волноводы снабжены герметичными крышками на обоих концах, которые необходимо открыть перед использованием. После открытия следует тщательно проверить чистоту внутренней поверхности волновода и, при необходимости, очистить ее чистым спиртом.
- (2) Длина и затухание: Волновод оказывает определенное ослабляющее воздействие на микроволны, поэтому длина установки не должна превышать 20 м, а количество изогнутых волноводов не должно быть больше 5. Слишком длинный волновод приведет к значительному увеличению потерь при передаче сигнала.
- (3) Противопоказания к использованию мягкого волновода: Мягкие волноводы не подходят для наружной установки, так как они подвержены разрушению.
- (4) Ориентация и защита фланцев: При установке необходимо направить фланец плоскости в сторону антенны, а фланец дросселя - в сторону трансивера, и установить водонепроницаемое резиновое кольцо. Соединительные болты должны быть надежно закреплены и окрашены после установки для предотвращения ржавчины.
- (5) Водонепроницаемое проникновение: Чтобы предотвратить попадание воды из антенны в трансивер, выход волновода трансивера следует закрыть листом слюды.
- (6) Крепление кронштейна: При установке волновода, чтобы избежать чрезмерных внешних сил, через каждые 1~2 м необходимо установить фиксированный кронштейн. В местах, где волновод легко соприкасается и сталкивается, при необходимости следует установить защитный кожух.
2. коаксиальный кабель
Коаксиальный кабель состоит из внутреннего и внешнего проводников, расположенных коаксиально. Внутренний проводник представляет собой тонкую медную трубку, а внешний проводник - змеевидную трубку. Внутренний и внешний проводники поддерживаются изоляционным материалом с низкими микроволновыми потерями, а внешний слой обернут защитным изоляционным резиновым материалом. По сравнению с волноводами, коаксиальные кабели меньше и проще в установке при передаче микроволн той же длины.
(ii) Волноводные излучатели с зазором
В радарах используются направленные сканирующие антенны со скоростью вращения от 20 до 40 об/мин, что подходит для обычных коммерческих судов. На рис. 1-1-8(a) показана щелевая волноводная антенна, которая обычно используется в радарах импульсной системы. Антенна состоит из щелевого волновода с беспроводным внутренним излучателем, поглощающей нагрузки и маски антенны. На рис. 1-1-8(b) видна структура внутреннего излучателя щелевой волноводной антенны, внутри которой имеется множество щелей и канавок.
Рисунок 1-1-8 Структура антенны радара
(iii) Кодировщик ориентации
Система сканирования азимута радара состоит из кодера азимута в основании антенны, памяти сигналов азимута в дисплее и связанных с ней схем. Функция кодера заключается в количественном преобразовании опорного сигнала антенны по азимуту (сигнал носового пеленга) и мгновенного сигнала углового положения антенны в цифровую информацию с разрешением более 0,1°. Эта цифровая информация передается в систему обработки и отображения информации и записывается в соответствующий блок хранения пеленгов. Измеряя угол наклона цели относительно носовой линии, система может получить данные о пеленге цели.
(iv) Приводные двигатели и силовые передачи
Приводной двигатель обычно питается от судовой электроэнергии, а антенна радара обычно управляется совместно с переключателем передатчика радара. Основание антенны радара обычно оснащено предохранительным выключателем, который отключает питание, чтобы предотвратить случайный запуск радара, когда персонал проводит техническое обслуживание вблизи антенны. Для обеспечения плавного вращения антенны скорость вращения приводного двигателя обычно находится в диапазоне 1000~3000 об/мин. Двигатель снижает скорость через устройство передачи мощности, образованное ременным шкивом и/или зубчатым механизмом, и приводит антенну во вращение с постоянной скоростью, соответствующей номинальной. При техническом обслуживании необходимо ежегодно проверять натяжение ремня и регулярно менять антифризную смазку для обеспечения нормальной работы приводного устройства.
(v) Монитор производительности (PM)
В морской практике полный и точный контроль характеристик радара затруднен. Когда мощность передатчика радара и чувствительность приемника находятся в заданных пределах, монитор характеристик (PM), установленный в антенном блоке, формирует правильную индикацию на дисплее радара. Расположение монитора характеристик показано на рис. 1-1-9.
Рисунок 1-1-9 Место установки монитора производительности
(vi) Основные технические характеристики антенн
1. Направленные свойства: Идеальный луч излучения радиолокационной антенны имеет симметричную гребешковую форму. Теоретически, диаграмма направленности обычно используется для описания характеристик излучения антенны. Заслон излучения радара, излучение более сильного луча называется главным заслоном, на его выходную мощность приходится общая мощность излучения радара 90% или более. Главная заслонка симметрично распределена вокруг множества слабых боковых заслонок излучения, как правило, не оказывает существенного влияния на радиолокационное наблюдение.
2. ширина луча: Ширина луча антенны определяется как угол между двумя точками половинной мощности на главной заслонке. Для обеспечения азимутальной точности и азимутального разрешения при обнаружении радиолокационных целей, ширина луча антенныГоризонтальная ширина луча (HBW)Он очень узкий, обычно 1°~2°. Чтобы не потерять цель на поверхности моря при качании корабля и других неблагоприятных условиях, радарШирина вертикального луча (VBW)Крупнее, примерно от 20° до 30°.
3. Приобрести: Направленность антенны также может быть выражена в терминах коэффициента усиления. Коэффициент усиления антенны - это отношение плотности мощности сигнала, генерируемого реальной антенной, к плотности мощности сигнала, генерируемого идеальным излучателем в той же точке пространства при равной входной мощности.
V. Радиолокационная приемная система
Приемная система радара обладает хорошей селективностью, высоким коэффициентом усиления, широкой полосой пропускания и динамическим диапазоном, способна выделять полезные эхо-сигналы от цели с большими вариациями интенсивности из смешанного помехового и шумового фона, обрабатывать и усиливать их для вывода четких видеосигналов на дисплейное оборудование.
(i) Основные компоненты приемной системы радара
Приемная система радара Furuno FAR-2827 расположена в верхней половине блока приемопередатчика, как показано на рис. 1-1-10. Приемная система состоит из микроволнового интегрального усилителя и инвертора (MIC в сборе), схемы усилителя промежуточной частоты (IF circuit board) и платы RF control circuit board (RFC power supply circuit board).
Рисунок 1-1-10 Система радиолокационного приемника Furuno FAR-2827
1. интегральный усилитель и инвертор СВЧ (компонент MIC): Сборка MIC состоит из двух частей: микроволнового усилителя высокой частоты (УВЧ) и преобразователя частоты. Функция усилителя высокой частоты заключается в непосредственном усилении радиочастотного эха, что позволяет улучшить соотношение сигнал/шум радиочастотного эха. Преобразователь частоты состоит из смесителя и локального генератора, функция которых заключается в преобразовании несущей обратного сигнала из ВЧ в ПЧ более низкой частоты. При измерении смесителя оператор должен использовать мультиметрΩ x 100 или Ω x 1k остановок。
2. усилитель ПЧ (плата ПЧ): Усилитель ПЧ является основным компонентом приемника и обладает широкой полосой пропускания, высоким коэффициентом усиления, широким динамическим диапазоном и низкими шумовыми характеристиками. Усилитель способен автоматически регулировать коэффициент приближения для подавления помех от отражения волн.
3. Другие схемы: Включает схему подавления волновых помех, детектор и видеоусилитель.Схема подавления волновых помех STCМаксимальный диапазон отклонения составляет до 8 н миль. Эхо-сигнал ПЧ преобразуется в видео-эхо-сигнал детектором. Видеоусилитель действует как буферная схема для изоляции и согласования импеданса.
(ii) Основные технические характеристики приемной системы радара
- 1. частота ПЧ: В зависимости от производителя оборудования, ПЧ радара обычно используется на частоте 30 МГц, 60 МГц или 45 МГц.
- 2. Чувствительность и увеличение: Чувствительность обычно выражается в минимальной различимой мощности сигнала, Prmin, которая обычно составляет 10-¹²~10-¹⁴ Вт. Усилитель ПЧ должен иметь коэффициент усиления 120~160 дБ。
- 3. полоса пропускания: Также известна как полоса пропускания. Чем шире полоса пропускания, тем меньше искажения сигнала и тем точнее наблюдения, но тем сложнее поддерживать чувствительность.
VI. Система радиолокационного отображения
Современные радары используют высококачественные плоскопанельные мониторы (такие как TFT, OLED и т.д.) в качестве терминалов обработки радиолокационной информации. Содержание монитора морского радара богато, включая цветные карты (если он подключен к ECDIS), графики прокладки, эхолокацию радиолокационных целей, значок цели AIS и меню работы системы. Радарный монитор включает в себя интерфейсы ввода/вывода (I/O), видеопроцессор, информационный процессор, главный контроллер и интегрированный терминал управления дисплеем и работой.
(i) Контролер: Главный контроллер - это центр управления системой обработки и отображения информации, который обычно использует высокопроизводительный промышленный процессорный чип и координирует работу всех частей системы при взаимодействии с шиной, памятью и другими связанными частями.
(ii) Интерфейсы ввода/вывода и видеопроцессоры: Блок синхронизации (ранее известный как линия временной задержки) служит для координации дисплея с передатчиком и устранения систематических ошибок дальности. Преобразователь координат преобразует видеоэхо в полярных координатах в видео в прямоугольных координатах для растеризованного отображения. Обработка видеосигнала включает в себя подавление помех от дождя и снега, подавление ко-частотных помех, отображение следа, корреляционную обработку сканирования, расширение эха и т. д.
(iii) Обработчики информации: Он отвечает за комплексную обработку информации от различных датчиков для отслеживания целей и объединения информации, а также для обеспечения поддержки мореплавателей в предотвращении столкновений.
(iv) Встроенный дисплей и терминалы управления работой: Оператор имеет терминальный доступ к таким инструментам, как круги маркеров дальности (VRM), электронные линии пеленга (EBL), измерения расстояния и пеленга (EBRL) и носовые линии (HL). Графическая идентификация инструментов измерения показана на рис. 1-1-12.
Рисунок 1-1-11 Терминал управления встроенным дисплеем |
Рисунок 1-1-12 Графическая идентификация измерительных инструментов
VII. Источник питания радара
Шасси радарного процессора Furuno FAR-2328W, показанное на рис. 1-1-13, содержит материнскую плату, источник питания, преобразователь сетевых (LAN) сигналов, вентилятор, плату терминалов (TB board), предохранитель и т. д. Источник питания переменного тока - 100~230 В переменного тока; источник питания постоянного тока - 24 В постоянного тока; стандартные параметры питания монитора - 100~230 В переменного тока; дополнительный источник питания концентратора - 100~230 В переменного тока. Питание переменного тока - от 100 до 230 В переменного тока; питание постоянного тока - 24 В постоянного тока; стандартные параметры питания монитора - от 100 до 230 В переменного тока; питание дополнительного концентратора - от 100 до 230 В переменного тока.
Рисунок 1-1-13 Шасси процессора FURUNO FRA-2328W
Заметки о капитальном ремонте источника питания:
При проведении работ по капитальному ремонту источников питания радаров, например, при измерении напряжения мультиметром, существует опасность поражения электрическим током и ожогов дугой. Инспекторам необходимо убедиться, что они носят каски, изолированную защитную одежду, изолированные инструменты, изолированные перчатки и, при необходимости, очки или защитные щитки. Перед обслуживанием антенного блока выключите выключатель питания и вывесите предупреждающий знак.СПЕЦИАЛЬНОЕ ПРИМЕЧАНИЕ: После подключения к сети все компоненты трансивера находятся под высоким напряжением, даже если они выключены, и высокое напряжение будет снято только после полного отключения питания.
VIII. Внешние датчики радара
Интерфейс ввода/вывода радара отвечает за прием внешних данных через микроконтроллер, а скорость модуляции устанавливает скорость передачи данных (4800~38400 бит/с) в соответствии с характеристиками порта. Внешние устройства показаны на рисунке 1-1-14, включая гирокомпас, AIS, GPS, одометрию, ECDIS, AMS и VDR. Данные должны удовлетворять следующим требованиям IEC 61162 и AD-10 Требования к форматированию.
Рисунок 1-1-14 Схема топологии внешних датчиков
(i) Входной интерфейс: Для соединения следует использовать витой экранированный провод. В современных приборах обычно используются интерфейсы RS-232, RS-422 и RS-485.
Через входной интерфейс информация с датчиков поступает в радарную систему. Если формат информации не соответствует требованиям радарного оборудования, ее необходимо преобразовать через интерфейс и соединить оборудование витым экранированным кабелем.
Большинство современных морских приборов используют цифровые интерфейсы, которые не требуют преобразования форматов и относительно просты в подключении. Что касается интерфейса расширения протокола последовательной связи, принятого в радаре, то общие последовательные интерфейсы можно разделить на RS-232, RS-422, RS-485 и т. д. Некоторые радары также оснащены интерфейсом USB для передачи данных. В качестве примера можно привести интерфейс радара серии FURUNO FAR-28×7, как показано на рис. 1-1-15. В радарах серии FURUNO FAR-28×7 используется приемопередатчик RS-485 для приема данных от датчика первого направления, а скорость передачи может быть выбрана как 4800 бит/с или 38,4 кбит/с, как показано на рис. 1-1-15(a). Подключение радара к трипметру или другому навигационному прибору показано на рис. 1-1-15(b). Некоторые модели радаров и ЭКНИС могут использоваться в качестве входов друг для друга, как показано на рис. 1-1-15(c).
(ii) Выходной интерфейс: Радар должен, по крайней мере, выводить данные на VDR Формат RGB (1280 x 1024 пикселей)Аналоговый видеосигнал или сигнал интерфейса Ethernet/DVI.
Выходной интерфейс используется для передачи видеоинформации радара на другое навигационное оборудование или системы. Согласно стандарту IEC Radar Performance Test Standard, радар должен иметь как минимум интерфейс для вывода аналоговых видеосигналов на VDR в формате RGB (1280 x 1024 пикселей). Если характеристики дисплея радара не совместимы с форматом RGB, необходим интерфейс DVI (Digital Visual Interface) или Ethernet, а пропускная способность сети должна поддерживать передачу полного снимка экрана радара не реже, чем каждые 15 с.
(iii) Неисправность подключения датчика: Неисправности приведут к появлению блока предупреждений. Например, несогласованные настройки скорости передачи данных могут вызвать аномальную передачу данных.
Сбой передачи данных датчика вызывает сигнал тревоги радара, и в блоке оповещения отображается конкретное сообщение о тревоге. Некоторые из тревожных сообщений, связанных с подключением радарного датчика, приведены в таблице 1-1-3.
Таблица 1-1-3 Подключение датчика радара Furuno Связанная информация о тревоге
| Советы по сигнализации | Детали сигнализации | вылечить |
| AIS MSG SEND ERR | Невозможно проехать сообщение ais | Невозможно передать сообщение AIS, нажмите кнопку подтверждения тревоги, проверьте питание и подключение радара к AIS |
| ПОТЕРЯННЫЙ АИС
COM |
ПРОВЕРЬТЕ AIS ИЛИ МОНИТОР ПРЕДЛОЖЕНИЙ | Если в течение 30 с данные AIS не поступают, нажмите кнопку подтверждения тревоги, проверьте питание и соединение между радаром и AIS. |
| Советы по сигнализации | Детали сигнализации | вылечить |
| ПОТЕРЯННЫЙ ГИРОСКУТЕР
СИГНАЛ |
ПРОВЕРЬТЕ ДАТЧИК КУРСА ИЛИ МОНИТОР ПРЕДЛОЖЕНИЯ | Если в течение 5 с не поступает информация о курсе по гирокомпасу, нажмите кнопку подтверждения тревоги, чтобы восстановить сигнал компаса и отменить тревогу. |
| ПОТЕРЯННЫЙ
LOG(WT)SIG |
ПРОВЕРЬТЕ ДАТЧИК СКОРОСТИ ИЛИ МОНИТОР ПРЕДЛОЖЕНИЯ | Если для параметра [LOG(WT)] установлено значение опорной скорости, а информация о скорости не поступает от измерителя в течение 30 с, нажмите кнопку подтверждения тревоги и проверьте соединение между радаром и измерителем. |
| ПОТЕРЯННЫЙ
LOG(BT)SIG |
ПРОВЕРЬТЕ ДАТЧИК СКОРОСТИ ИЛИ МОНИТОР ПРЕДЛОЖЕНИЯ | Если для параметра [LOG(BT)] установлено значение опорной скорости, а информация о скорости не поступает от измерителя в течение 30 с, нажмите кнопку подтверждения тревоги и проверьте соединение между радаром и измерителем. |
|
ПОТЕРЯННЫЙ КОГ/ SOG SIG |
ПРОВЕРЬТЕ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ИЛИ МОНИТОР ПРЕДЛОЖЕНИЯ |
Если для параметра [EPFS] установлено значение опорной скорости, а данные COG/SOG не поступают от EPFS в течение 30 с, нажмите кнопку подтверждения тревоги, чтобы проверить радар и EPFS (GPS или BeiDou).
затирка |
|
ПОТЕРЯННАЯ ПОЗИЦИЯ |
ПРОВЕРЬТЕ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ИЛИ МОНИТОР ПРЕДЛОЖЕНИЯ | Сигнал тревоги EPFS, не получен от устройства EPFS в течение 30 с
данные о положении, нажмите кнопку подтверждения тревоги и проверьте связь радара с EPFS (GPS или BeiDou). |
|
ПОТЕРЯННЫЙ СИГНАЛ UTC |
ПРОВЕРЬТЕ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ИЛИ МОНИТОР ПРЕДЛОЖЕНИЯ |
Сигнал UTC, в течение 30 с не получены данные о дате или времени, нажмите кнопку подтверждения сигнала, проверьте подключение датчика (GPS или BeiDou), обеспечивающего UTC |
|
ПОТЕРЯННЫЙ ЭКНИС COM |
ПРОВЕРЬТЕ ECDIS ИЛИ МОНИТОР ПРЕДЛОЖЕНИЯ |
Если для параметра [ECDIS] установлено значение задания скорости и данные ECDIS не поступают в течение 30 с, нажмите клавишу подтверждения тревоги и проверьте питание и соединения ECDIS. |
(iv) Примеры радарных интерфейсов:
При подключении радарной системы предпочтительно использовать проводку, поставляемую производителем, или убедиться, что проводка соответствует основным требованиям инструкции по установке радара.
В качестве примера можно взять морской радар SPERRY VISIONMASTER FT, конфигурация датчика и настройки параметров которого приведены в таблице 1-1-1. Следует отметить, что скорость передачи данных должна быть установлена в соответствии с требованиями, если скорость передачи данных не совпадает, это приведет к неправильной передаче данных.
Таблица 1-1-1 Конфигурация и параметры радарного датчика SPERRY VISIONMASTER FT
| порты | Скорость передачи данных/(бит/с) | преобразователи | Тип последовательного порта |
| COM3 | 38400 | компас | RS-232 или RS-422 |
| COM3 | 4800 | таксиметр | RS-232 или RS-422 |
| COM4 | 9600 | монитор | RS-422 |
| COM5 | 38400 | AIS | RS-232 или RS-422 |
| COM7 | 4800 | GPS | RS-232 или RS-422 |
| COM8 | 4800 | встроенный переключатель | RS-232 или RS-422 |
Конфигурация входов/выходов радара Furuno серии FAR-2××7 с некоторыми датчиками показана в таблице 1-1-2. Источник питания радара необходим для питания процессора, дисплея, блока управления и антенны. Функция автоматического картографирования встроена в блок обработки сигнала, а монитор характеристик встроен в антенный блок в качестве опции. Встроенная в радар функция коммутации работает через подключение к локальной сети.
Между антенным блоком и процессорным блоком используется связь RS-422 со скоростью 115,2 кбит/с, а между процессорным блоком и блоком управления - RS-422 со скоростью 19,2 кбит/с, причем в обоих случаях используется асинхронная связь. Через HUB-100 можно подключить до 8 радаров одной серии. Инерциальная навигационная система (INS) поддерживает как LAN, так и последовательные порты (RS-422/4800).
бит/с).
Таблица 1-1-2 Радар Furuno с некоторыми датчикамиI/O настроить
| преобразователи | код | ВВОД/ВЫВОД | аппаратное подключение |
|
носовой датчик |
HDG A |
В |
RS-422
iec61162-1 iec61162-2 (4800~38400 бит/с с возможностью регулировки) |
| HDG B | |||
| навигатор | NAV A |
В |
RS-422
iec61162-1 iec61162-2 (4800~38400 бит/с с возможностью регулировки) |
| NAV B | |||
|
Измеритель (только последовательные данные) |
LOG A |
В |
RS-422
iec61162-1 iec61162-2 (4800~38400 бит/с с возможностью регулировки) |
| LOG B | |||
|
AIS |
AIS TD A |
ВЫХОД |
RS-422 IEC 61162-2 (38400 бит/с) |
| AIS TD B | |||
| AIS RD A |
В |
||
| AIS RD B | |||
|
ECDIS |
ARPA A |
ВЫХОД |
IEC 61162-1
(4800 бит/с) |
| ARPA B | |||
|
LAN |
INS |
В | 100 Base-Tx |
| ВЫХОД | 100 Base-Tx |
IX. Взаимосвязь многорадарных систем
Согласно Конвенции СОЛАС 1974 года, суда валовой вместимостью 3 000 тонн и выше должны быть оснащены как минимум двумя радарами, один из которых должен быть X-диапазона. Несколько радаров могут быть оснащены блоком Interswitch для обмена изображениями. Система оснащена одним отказоустойчивым механизмом.
(i) Двойная радиолокационная система: Они делятся на одночастотные (оба X-диапазона) и гетеродинные (X- и S-диапазоны). В гетеродинной системе передатчик, антенна и линия передачи должны переключаться как единое целое. Переключение осуществляется с помощью устройства переключения, показанного на рис. 1-1-16.
Рисунок 1-1-16 Архитектура двойной радарной системы
(ii) Многорадарные системы: Возможно прохождение трех или более радаров HUB-3000 Выполните настройку сети. IP-адрес, маска подсети и шлюз должны быть установлены правильно. После изменения IP-адреса необходимо перезапустить все радары и соответствующее оборудование, подключенное к локальной сети.
Рисунок 1-1-17 Конфигурация сети мультирадара и ЭКНИС
