船用雷达测方位及其影响因素

子模块二　船用雷达测方位及其影响因素

学习目标：掌握雷达测方位精度及其影响因素；

　　　　　了解方位分辨力及其影响因素。

重点难点：雷达测方位精度及其影响因素。

一、方位分辨力及其影响因素

雷达方位分辨力表示雷达分辨距离相同而方位相邻的两个点物标的能力，以能分辨的两物标间的最小方位夹角Δα_min来表示。Δα_min越小，表示雷达方位分辨力越高。

影响方位分辨力的主要因素是天线水平波束宽度θ_H、光点角尺寸d（光点直径对屏中心的张角）及回波在屏幕扫描线上所处的位置。当天线水平波束扫过海面上点物标时，首先是波束右边缘触及物标，此时屏上即开始显示回波，此后，在整个水平波束（宽度为θ_H）照射点物标期间，回波一直持续显示，从而造成物标回波产生“角向肥大”，每边约扩大θ_H/2如图2-16所示。此时，因为光点角尺寸d也会造成物标回波边缘的扩大约d/2，所以雷达的方位分辨力应为二者之和，即由下式决定：

Δα_min=θ_H+d　（2-10）

图2-16　方位分辨力示意图

由于光点角尺寸d并非常数，而与其在扫描线上所处位置有关：光点离扫描中心越近则其角尺寸d越大；反之离扫描中心越远，则其角尺寸d越小。若屏半径长度为L_S，光点离扫描中心距离为L，则分析表明：

当L≈L_S/3时，d≈θ_H，则Δα_min≈θ_H°

当LL_S/3时，dθ_H，则Δα_min≈d₀＞θ_H°

当L＞2L_S/3时，d°θ_H，则Δα_min≈θ_H°

综上可见，为提高雷达方位分辨力（即要使Δα_min小），应做到：

（1）减小天线水平波束宽度θ_H；

（2）良好聚焦，减小光点直径d尺寸；

（3）正确选择量程，尽可能使欲分辨的回波显示在约2L_S/3区域（太靠近屏边缘不好，因那里聚焦不良）；

（4）还应适当降低亮度、增益，以减小回波亮点尺寸，此时可得：

Δα_min≈(0.6～0.7)θ_H（2-11）

IMO的“性能标准”规定：雷达用1.5n mile或2n mile量程时在量程50%～100%的距离范围内（即L_S/2～L_S）观测两个等距离的相邻点物标。它们能分开显示的最小方位间隔应不大于2.5°。

二、测方位精度及其影响因素

造成雷达测方位误差的因素很多，主要有以下几项。

1. 方位同步系统误差

天线角位置信号通过方位扫描系统传递给显示器，使扫描线与天线同步旋转。由于角数据传递有误差，使扫描线与天线不能完全同步旋转，因而导致方位误差。

2. 船首标志线（船首线）的误差

船首线出现的时间应与天线波束轴向扫过船首的时间一致，否则以船首线为参考测物标舷角就会出现误差。此外，船首线的指向还需与方位刻度圈的读数校准，在“首向上”显示方式时，船首线应指方位刻度圈0°，而且如果船首线太宽，将使校准不精确而产生误差。

顺便指出，在“北向上”显示方式时，还存在陀螺罗经引入的误差。该误差使船首线指示的航向角不准，也导致雷达测定物标回波方位的误差。

3. 中心偏差

在正常非偏心显示时，如果扫描中心O₂未调到与荧光屏几何中心（圆心）O₁相一致，则用机械方位标尺从固定方位刻度圈上测读的舷角θ₁不等于物标实际舷角θ₂，出现方位误差，如图2-17所示。

4. 水平波束宽度及光点角尺寸造成的“角向肥大”误差

如前所述，水平波束宽度θ_H及光点角尺寸d分别产生回波图像的“角向肥大”（或称方位扩大效应）θ_H/2与d/2，引起回波图像左右侧边缘共“肥大”了θ_H/2+d/2，如图2-18所示。若用机械方位标尺去测回波边缘方位，则应注意修正“角向肥大”值（θ_H/2+d/2）。若用电子方位线去测回波边缘方位时，则应注意“同侧外沿”相切的正确重合方法，以消除光点角尺寸d/2的影响，并仍需注意修正水平波束宽度造成的“角向肥大”值θ_H/2。

此外，由于光点角尺寸的大小与回波离荧光屏中心远近位置有关，故应尽可能选择合适量程．使回波尽可能显示于1/2～2/3量程区域为宜。

图2-17　中心偏差

图2-18　回波图像的“角向肥大”

5. 天线波束主瓣轴向偏移角不稳定引起的误差

如前所述，隙缝波导天线波束主瓣轴偏离天线窗口法线方向约3°～5°。此偏离角可在安装雷达时进行校准，但在工作中还会随着雷达工作频率的漂移而改变，因此该误差不能完全消除。

6. 天线波束宽度及波束形状不对称引起的误差

雷达在测量点状物标方位时，通常是以回波中心方位作为物标方位。如果波束形状不对称，则回波的中心位置就可能发生畸变，并随回波的强度而变化。如果回波强度很强，波束形状又不对称，则对测方位精度的影响会很明显。

7. 方位测量设备的误差

方位刻度圈及机械方位标尺或电子方位线及其数据读出装置均可能存在误差，从而导致测方位误差。通常，电子方位线读数应当经常与机械方位刻度圈的读数进行对比，若有误差应及时对电子方位线的读数进行校准，以减小测方位的误差。

8. 本船倾斜或摇摆导致的误差

当本船倾斜或摇摆时，雷达天线旋转面跟着倾斜，从而使得天线扫过的物标方位角与实际物标水平面上的方位角有误差。这项误差在船首尾和正横方向较小，在45°、135°、225°及 315°方向上误差最大。实际工作中，驾驶员应尽可能抓住时机，即在船体处于水平位置的瞬间测定雷达物标的方位，而且应尽可能避免在四个隅点方向上（即从船首方位算起的45°、135°、225°及315°）测定物标方位；横摇时尽可能测正横方向物标；纵摇时测首尾方向物标。

9. 人为测读误差

除上述几项误差外，驾驶员在使用雷达测物标方位时，由于操作技术的原因，会人为引进一些测读误差，例如：机械方位刻度圈最小刻度以下的内插误差、因视线未垂直屏面而引起机械方位标尺的视差误差、量程选择不当及回波未调清晰等引起的误差。

IMO“性能标准”规定：测量位于显示器边缘的物标回波方位，精度应为±1°，或优于±1°，即误差不超过1°。船首标志线最大误差不能大于±1°，其宽度不大于0.5°。

驾驶员为提高雷达测方位的精度，减小误差，应注意以下事项：

（1）正确调节各控钮，使回波饱满清晰；

（2）选择合适量程，使物标回波显示于1/2～2/3量程区域，并注意选择图像稳定显示方式（如“北向上”）；

（3）调准中心，减少中心差；视线应垂直屏面观测，以减少视差；

（4）检查船首线是否在正确的位置上，应校核罗经复示器、主罗经及船首线所指航向值三者是否一致；

（5）使用机械方位标尺线测点物标时，应使方位标尺线穿过回波中心；测横向岬角、凸堤等物标时，应将方位标尺线切于回波边缘进行测读，再减去或加上“角向肥大”值（θ_H/2+d/2）；

（6）使用电子方位线测物标时，应使其和物标回波边缘进行“同侧外缘”重合，以消除光点扩大效应，并进行水平波束宽度扩大效应的修正（θ_H/2）；此外，应经常将电子方位线的方位读数和机械方位标尺读数进行校准；

（7）船倾斜或摇摆时，应伺机测定，即待船身回正瞬间时快测。当实在不可避免船摇时，则横摇时尽可能选测正横方向物标，纵摇时尽可能选测首尾方向物标，避免测四个偶点方向的物标。

想一想

利用雷达测方位时，如何提高雷达测方位精度？

思考与训练

1. 在观察两个同方位相邻的目标时，为了使它们分离地显示在荧光屏上，应当________。

A. 使用短脉冲工作

B. 使用长脉冲工作

C. 尽可能使用合适量程，使它们位于1/3量程内

D. 使用海浪抑制

2. 造成雷达目标图像方位扩大的主要因素是________。

A. 垂直波束宽度　B. 水平波束宽度

C. 脉冲宽度　　　D. 脉冲重复频率

3. 当雷达的扫描线起点与屏幕几何中心不一致时，将会影响________。

A. 方位分辨力　B. 距离分辨力

C. 测方位精度　D. 测距离精度

4. 扫描中心与方位标尺中心不一致将引起________。

A. 距离误差　B. 扫描线与天线不同步

C. 方位误差　D. 固定距标不均匀

5. 如果某雷达的天线水平波束宽度太宽，则它的________。

A. 距离分辨力差　B. 方位分辨力差

C. 测距精度差　　D. 测方位精度一定高

6. 雷达有方位误差时，可以通过什么方法来测定________。

A. 雷达方位与目测比较

B. 船首对准目标航行，看该目标回波点是否在首线上移动

C. 看首线是否指在零刻度

D.　A和B都对

7. 荧光屏距离扫描线方位与雷达天线波束方位不一致，会发生________。

A. 雷达测距误差　　B. 方位误差

C. 距离与方位误差　D. 目标丢失

8.“IMO关于船用雷达性能标准”规定，船用雷达测量位于显示器屏幕边缘的目标回波的方位，其误差不能超过________。

A.　0.5度　B.　1.0度　C.　1.5度　D.　2.0度

9. 设雷达水平波束宽度为a，在同一距离上的两个目标，在荧光屏上能够显示出两个目标辉点，两个目标之夹角应是________。

A. 小于a　B. 小于a/2　C. 大于a/2　D. 大于a

10. 就提高雷达观测方位精度来说，哪种措施是不正确的________。

A. 选好量程，使物标处于2/3量程处

B. 选用“首向上”相对运动显示方式

C. 选用“北向上”相对运动显示方式

D. 船摇摆时，尽可能选测船首尾和两侧目标

11. 影响雷达方位分辨力的因素是________。

A. 脉冲宽度　　　B. 脉冲重复频率

C. 垂直波束宽度　D. 水平波束宽度

12. 为提高雷达分辨力，下述哪种措施是对的________。

A. 适当提高扫描速度　B. 适当增大增益

C. 适当减少增益　　　D. 选用S波段雷达

13. 设雷达天线水平波束宽度为θ_H，那么将引起的“角向肥大”为________。

A.　θ_H　B.　θ_H/2　C.　θ_H/3　D.　θ_H/4

14. 如果天线角位置数据传递有误，会导致________。

A. 测距误差　B. 测方位误差

C. 两者均会　D. 两者均不会

15. 已知某雷达的水平波束宽度为1.0度，则应当修正的“角向肥大”值为________。

A.　1.0度　B.　0.5度　C.　0.75度　D.　0.25度