雷达航标及搜救雷达应答器

子模块四　雷达航标及搜救雷达应答器

学习目标：熟悉各种雷达航标工作原理和在雷达屏幕上显示特征；

　　　　　了解搜救雷达应答器功能。

重点难点：雷达航标工作原理和在雷达屏幕上的显示特征。

为了使浮筒、灯船和灯塔之类重要目标易被雷达发现，常在这类导航标志上加设各种雷达航标，以增强其对雷达波的反射能力，从而增大雷达发现这些航标的距离。下面将介绍几种常用的雷达航标。

一、雷达角反射器

雷达角反射器（Radar Reflector）的基本组成单元是由三块相互垂直的金属板或金属网组成的。其基本特点是在一个很宽的角度范围内，电磁波入射进入射角内的能量将以完全相反的方向反射出来，如图3-8所示。

图3-8　角反射器对入射波的反射

单个角反射器只能在有限角度范围内有效，如将几个角反射器拼成如图3-9所示的五角形反射器和八面体反射器，就能有效地反射由任何方向来的电波。实际效果是五角形反射器优于八面体反射器。但在摇摆时，八面体反射器效能不变，而五角形反射器的效能将大大减小。

图3-9　雷达角反射器

（a）五角形反射器；（b）八面体反射器

图3-10　雷达角反射器在海图上的符号

雷达反射器的作用是十分显著的。例如，装了五角形反射器后，一个三级浮标的探测距离可从1.5n mile增加到3.5n mile；罐形和柱形浮标可从3.5n mile增加到7n mile；球形浮标可在5n mile或更远的距离被探测到。若在反射性能很差的木质渔船上一定的高度处设置一个边长为30cm的反射器，则探测距离可从2n mile增加到6n mile。使用40cm反射器的救生艇可将探测距离从3n mile增加到7n mile。边长为0.5m～1m的反射器具有相当于3 000～4 000t船的反射能力。边长为1m的角反射器，在好天时的探测距离可达7n mile～10n mile。雷达反射器在海图上的符号如图3-10所示。除上述角反射器外，还有一种特殊的雷达反射器，称为透镜反射器。它是由几个用不同电介质材料（折射系数不同）制成的同心空球组成的微波透镜，能将入射到透镜上的雷达波聚焦于直径相对一边的表面上的一点，然后按相反方向再反射回去，不受入射波方向的影响。直径约30cm的透镜反射器，架设高度为2m，雷达天线高度为15m时，其探测距离可达10n mile。

角反射器的缺点是无源信标，对雷达波无放大作用，因此作用距离有限，且无编码识别，容易造成物标混淆。

二、雷达方位信标

雷达方位信标（Ramark）又称雷达指向标，是一种有源主动雷达信标。它按一定时间间隔（如 15s）向四周发射信号，船上雷达收到后，在荧光屏上显示出一条径向亮线或一个夹角为1°～3°的点线或扇形，以指示出该信标所在方位，如图3-11所示。为区分各个指向标，它们所发的信号还可用“点”“划”组成莫尔斯码来加以区别。该信标的工作不受船上雷达控制。雷达方位信标分为扫频式和固定频率式两类。

图3-11　雷达方位信标图像

1. 扫频式雷达方位信标

扫频式雷达方位信标的发射频率是变化的，而且变化范围很大，可包括船用雷达使用的整个频率范围（现大多工作在X波段），使所有工作在该波段的雷达均能收到它的信号。在屏上显示连续径向亮线还是点线或虚线，取决于信标的扫频速率快慢。这种扫频式雷达方位信标在日本、英国等地用得较多。

2. 固定频率式雷达方位信标

固定频率式雷达方位信标的发射频率在船用雷达工作频率范围之外，船用雷达需另配一套接收设备才能接收，接收到信号后经处理再送到雷达显示器显示。其优点是可视需要关掉接收设置，以保持雷达屏幕清晰。这种信标主要在美洲试验使用。

当雷达方位信标信号很强时，可能在雷达屏上产生间接假回波和旁瓣假回波，结果使得屏中心附近显示混乱，如图3-12所示。这种假回波可用FTC（微分电路）消除之。雷达方位信标在海图上的符号如图3-13所示。

图3-12　雷达方位信标的假回波

图3-13　雷达方位信标在海图上的符号

雷达方位信标发射的信号比雷达接收到的物标回波要强得多，故其作用距离远，一般可达20～30n mile，因此可用它来增加探测距离和作为识别标志用。除了作为狭水道、重要航道和港湾的导航标志外，还经常用于岬角、岛屿和山等其他物标密集区及海岸线平坦、低缓难以被雷达探测和分辨的地区作识别标志。

议一议

简述雷达方位信标和雷达应答标的异同点。

三、雷达应答标（雷康）

雷达应答标又称雷康（Racon），是一种被动式的有源雷达信标。它须在接收到船用雷达的发射脉冲信号后约经过0.5µs便自动发出经编码的回答脉冲信号，故有时又称之为“雷达应答器”或“二次雷达”。其回答的编码脉冲信号被船用雷达接收后显示在屏上，可以测其方位和距离，以供定位和导航之用。由于回答脉冲是编码的，故便于相互识别，如图3-14所示。常用的雷康信号是把脉冲编成莫尔斯码，如A（·—），B（—···），N（—·）等。有关这些编码的变更、信标的增设及废除等资料可查航海通告或航海警告。

雷康的回答信号较雷康机架实物产生的回波延迟时间随设备的不同而异（约0.5µs）。有时（如远距离观测时）机架回波较弱以致在雷达屏上看不到它的回波，而只能看到它的回答信号，如图3-15所示。

图3-14　雷达应答标信号图像

图3-15　雷康的机架回波与回答信号

雷康可在整个船用雷达工作频率范围内接收雷达脉冲信号（一般是X波段，少数也有在S波段），而它回答的信号也可被附近同波段雷达所接收。大多数雷康发射机是工作几分钟（如1.5min）再停几分钟，故雷达屏上每隔一定时间才能见到它的回答信号。

雷康的一般探测距离在十几海里以内，理想情况下，可达17～30n mile。若雷康天线装得低，则探测距离将近些。雷康在海图上的符号如图3-16所示。

雷康信号也可能产生间接假回波，如图3-17所示。这些假回波可采用减小增益或用FTC电路消除之。此外，当雷康被附近多台雷达触发时，其性能将被减弱。受触发越多，雷康回答信号与本船雷达的扫描可能越不同步，距离也不能显示，有时还会出现类似雷达方位信标那样的干扰信号。

图3-16　雷康在海图上的符号

图3-17　雷康假回波

由于雷康既可测方位，又可测距离，还有编码供识别，故比雷达方位信标应用更为广泛。

四、搜救雷达应答器

（一）搜救雷达应答器的功能与工作原理

搜救雷达应答器的英文全称为Search Aid Radar Transponder（缩写为SART），简称雷达应答器，如图3-18所示。在GMDSS中，它是指示遇难船舶或救生艇位置的主要设备。在海难发生时，它是进行搜救的寻位装置。

根据修改的SOLAS公约第Ⅳ章的规定，凡在A1、A2、A3、A4海区航行的船舶，从1995年2月1日起必须配备SART。SART可永久性地安装在救生艇上，也可在船舶沉没时被抛出海面自动启动。它工作在9GHz波段（3cm），在收到救助船或飞机发出的3cm导航雷达询问后，SART发射9GHz的电波进行应答，以使救助船或飞机的导航荧光屏上出现多个近小远大光点组成的信号，以判断SART位置。SART可以带试听装置，幸存者从应答器指示灯的闪烁速度是否增加、声响频率是否加快来判断有否飞机或船只正在接近遇难船，以增强救生的信心。

SART处于工作状态时，它不间断地守候9GHz（3cm）的询问信号。如有救助船或直升飞机前来营救时，当雷达应答器收到其所发出的询问信号后，立即在同一波段发射一连串脉冲信号，于是在搜救船或直升飞机的雷达荧光屏上，将显示出应答器响应的信号标志，即在同一方向上有12个间距相同光点。从该标志起始光点的位置可以推算遇难幸存者离救助船或直升飞机的距离，根据一连串光点的方位可算出幸存者的确切位置。

SART一般装有判断工作情况的发光装置，在没有救助船时，定时器以2s周期控制指示灯闪烁0.5s，停1.5s，当收到救助船询问信号时，则闪烁0.5s，停0.5s，闪烁周期缩短，也表示有望（获）救助。SART装有判断工作情况的音响装置，在收到雷达询问信号时，可以收到雷达重复频率约1kHz的调制音响。当雷达距离尚远时，只有在雷达天线指向SART时才能周期性地听到应答时发出的短促声，近距离时雷达波旁瓣也能触发，逐渐变成连续音响。如各搜索船所用雷达调制频率有差异，则SART的音响有变，可以估计有多个营救船在遇难船附近。

图3-18　雷达应答器

（a）搜救雷达应答器；（b）搜救雷达应答器在雷达上的显示信号

（二）SART示位系统的工作原理

SART示位系统由SART和导航雷达共同构成。作为示位的信号源，SART主要由接收机、发射机、天线、定时电路和电源组成。SART可以由人工启动工作和关闭，也可以在落入水中时自动启动。当它接收到导航雷达在9GHz载波上发射的雷达信号时，SART能自动应答，发射独特的应答信号。导航雷达接收到SART的应答信号后，经解调可显示在雷达荧光屏上，从而指示出SART的具体位置。

（三）SART的操作使用与维护保养

雷达应答器按其安装方式可分为三类，即固定式（安装在船上或搜救艇筏上的）SART、便携式SART、装有释放机械与自浮式EPIRB组装在一起的SART。SART的外壳结构是水密的。它本身由天线、接收机、发射机、漂浮容器及电池组成。平时SART应颠倒放置，指示灯在最下面，而电池在最上面，这时候电池的水银开关断开，应答器不工作。由于整个应答器底部重顶部轻，当发生海难将它丢入水中时，即能自动释放和自动保持直立状态，使指示灯在顶部电池在最下端，此时水银开关接通电池对电路供电，应答器立即进入待命状态，等待搜救船上导航雷达的询问。在这期间，当SART接收机收到导航雷达的询问信号时，SART立即予以应答。应答器露出海面的高度应不低于1m，以免使应答器发射的信号被海水淹没。

为了保证SART处于正常工作状态，对SART需定期检查。检查前，应认真阅读SART外壳上标注的操作简介，以及所配电池的失效日期，可以将SART放在救生艇上，开启导航雷达及应答器电源，观察雷达屏幕上是否有SART的应答信号，同时观察SART的音响与灯光是否有变化。实验时，可用双向便携式VHF电话作联系用。需强调的是，每次试验只能限制在几秒钟时间进行，以免造成误会。

（四）SART与一般航标雷达应答器的区别

雷达应答器内有雷达接收机和扫频发射机，依靠电源供电工作，所以也称有源反射器。雷达应答器接收机自动接收船上导航雷达发射的雷达信号，随后以最短的延迟由扫频发射机自动发射应答的雷达信号，其应答信号用长短间隔编码来识别。编码信号在雷达显示器上离圆心最近的一个代表雷达应答器的位置。

SART与一般雷达应答器的主要区别如下。

① 功能不同。一般雷达应答器用于助航、识别物标，而SART仅用于搜寻救助的寻位，寻位效果好，即使在浓雾黑夜情况下，在几海里外可收到SART的应答信号。

② 工作频率不同。一般雷达应答器接收频率、发射机扫频因各自用途而有差异。而SART的工作频率为国际统一，9GHz范围。

③ 应答信号不同。一般雷达应答器脉冲长短不一，延迟时间、编码识别也不相同，作为各自的识别。而SART为了使雷达显示器上的信号区别于其他物标的信号，将在显示器显示一系列等距离的小亮点，很容易被识别。

想一想

搜救雷达应答器在航海上都有什么作用？它与一般雷达应答器有什么区别？

思考与训练

1. 下列目标中，不能用作定位的是________。

A. 小岛　B. 雷达应答标　C. 平缓的沙滩岸线　D.　A+B

2. 常用的雷达航标有________。

A. 角反射器　B. 雷达应答标　C. 雷达指向标　D.　A+B+C

3. 下列被称作被动有源雷达信标的是________。

A. 角反射器　B. 雷达应答标　C. 雷达指向标　D.　A+B+C

4. 下列被称作主动有源雷达信标的是________。

A. 角反射器　B. 雷达应答标　C. 雷达指向标　D.　A+B+C

5. 用雷达应答标的回波，可以测得雷达应答标的________。

A. 方位　B. 距离　C.　A+B　D.　A+B不对