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雷达性能监视器操作使用、规范和工作原理

雷达性能监视器操作使用、规范和工作原理 雷海科技
2021-07-16
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导读:本期文章对船用雷达中雷达性能监视器(简称PM)的出现背景、相关规范要求、操作和使用、工作原理和部分产品参数示例进行了系统的介绍。

编者按:

近期,客户需要雷海支持关于雷达性能监视器的技术资料,但是都比较零散,不成体系遂请求软件部的工程师帅哥帮了个忙,从公众号、论文、标准规范、产品资料中耗费心血整理了一版,供读者参考。

一、引言

船用雷达是一种传统的无线电导航设备,在船舶近海定位、进出港、窄航道航行以及避碰中发挥着重要作用,特别是黑夜和雾航中更加突出。雷达设备在运作时,若出现性能降低而驾驶员不掌握的话,会直接影响船舶航行安全,这种性能下降可能是渐进的或者不显著的,但是对使用者来说却隐含了许多隐患,例如,远处探测能力下降,小目标丢失,回波减弱等,这些都会直接影响雷达的使用,甚至造成事故。陆基雷达可以通过对已知固定目标的回波信号,容易检测出雷达系统是否工作正常。船用雷达与陆基雷达不同,通常在茫茫的大海中使用,四周无固定的目标,操作者对雷达丧失部分或者所有的性能没有直观的感觉。

性能降低的原因有长期使用造成部分组件故障、老化,也有外部原因(如碰撞、起火等)从整体上看就是回波减弱或没有回波,而产生的原因却是多种多样的,可以说涉及了雷达的所有部件。因此如何判断雷达性能是否下降,并且进一步判断是何部分造成其性能下降是雷达使用者和维修人员所关注的问题。在雷达维修中,某些特性,如雷达发射机的功率、接收机灵敏度等指标在现场是不能测试的。所以,就需要一种方法来快速鉴别雷达性能是否下降,雷达性能监视器(radar performance monitor,简称PM)应运而生,“雷达性能监视器”已入选1996年公布航海科学技术名词。

国内外关于船舶导航雷达性能监视器的要求早已生效,有文章也指出:在有关部门安全检查和现场检查时,常发现有些船舶雷达性能监视器仍不满足相关国际公约、国内规则的要求,易导致船舶被滞留。在实操检查中发现,许多驾驶员包括船长对该设备的操作并不熟悉,更有甚者根本不知道设备的存在,对船舶的安全航行造成一定影响。

近年,船舶导航雷达在PM装置的配置上未满足国际公约和国内航行海船法规的规定,此情况曾被作为重点检查对象,并针对未满足公约(MSC.192(79)号决议和法规(国内航行海船法定检验技术规则(2020版)第4篇第5章附录3“雷达设备性能标准的建议案”)要求进行PM装置配置的情况判定为重大缺陷。

二、相关规范要求

在本公众号历史文章中,《一文弄懂船用导航雷达检验标准体系》以及《重磅!中国海事局发布新版导航雷达检验技术要求!》两篇文章中,都介绍了导航雷达安装的平台划分要求,其中关于导航雷达的技术要求依据:

国际航行(SOLAS公约船):有强制安装雷达性能监视器要求,海安会MSC.192(79)决议,第5.7条“雷达性能最优化和调谐提出:无目标时,应有相应指示以确保系统以最佳性能工作;以及应自动或手动操作以在设备处于工作状况时确定系统性能的严重下降情况(相对设备安装时校核的标准而言);

国内航行海船:有强制安装雷达性能监视器要求,中华人民共和国海事局《国内航行海船法定检验技术规则》2020第4篇第5章附录3中,4.7.2无目标时,应有相应指示以确保系统以最佳性能工作,以及4.7.3应自动或手动操作以在设备处于工作状况时确定系统性能的严重下降情况(相对设备安装时校核的标准而言)。

内河船舶:无强制安装雷达性能监视器要求,中华人民共和国海事局《船舶与海上设施法定检验规则-内河船舶法定检验技术规则》(2019)第5篇第6章(航行设备)。

1993年,我国交通部曾经发布过一个船用雷达性能监视器行业标准,标准号为JT/T73,规定了雷达性能监测器的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志及储存。适用于3cm(X波段)船用雷达性能监测器,并在2007年进行了修订,但是该标准在2015年被废止。

三、操作和使用

在相关的技术要求中,仅提出了可以通过操作判断性能的严重下降,通常情况下,严重下降的定义为雷达发射性能及接收性能下降之和超过10dB(也即10倍),就应该提醒使用者,并考虑对雷达进行维修。

但是,对于下降10dB如何判断,从何处观察却无统一的标准。常用的操作及判定是:

1、将雷达调至适当量程(一般为24海里);
2、在雷达终端上调出雷达性能监视器(通常简称为PM)开关,打开雷达性能监视器;
3、当雷达性能监视器工作时,雷达显示器上会显示l条或2条弧。当雷达发射机和接收机性能下降10dB时,显示器屏上的圆弧会显著变弱。在雷达安装交付时,需要校准性能监视器,即调节性能监视控制电平,使得外圆弧信号接近噪声电平,此时内圆弧的信号比噪声电平大10dB,一旦内圆弧出现显著变弱,就可以判定性能显著下降。

需要注意的是,在现场安装时,雷达性能监视器应朝向船尾,不允许朝向船首。

雷达性能监视器可以是内置的,也可以是外置的,对于外置的雷达,雷达性能监视器应使用认可/检验的产品,即能提供雷达性能监视器单独的相关证明文件;对于采用内置的雷达,应要求雷达性能监视器装置为所属雷达厂商配置,要求雷达供货方提供雷达厂商关于雷达性能监视器装置为其配置的书面确认并明确操作说明的相关文件。

四、工作原理

雷达性能监视器的工作原理是:通过自身天线接收雷达射频信号,当雷达射频信号功率超过检测门限时,锁定该频率,产生与之频率相同的射频信号,这个射频信号的功率与其接收到的雷达信号功率成正比,再对产生的射频信号进行脉冲幅度调制,生成两个峰值功率相差10dB射频脉冲,再由天线对外辐射。雷达接收到性能监视器的发射信号后,在终端显示两段同心圆弧,内圆弧的信号强度比外圆弧大10dB。

五、部分产品参数示例

上海广电通信技术有限公司推出了一款外置式雷达性能监视器,其产品外观和规格参数如下图所示,详细内容请见该厂家官网资料。

上海圆舟电子科技有限公司官网展示了一款内置式雷达性能监视器(型号RPM-X),产品图片和技术参数如下,详细内容请见该厂家官网资料。

引用或参考文件:

  1. 国际海事组织海安会决议MSC.192(79) 《经修订的〈关于雷达设备性能标准的建议案〉》

  2. 中华人民共和国海事局《国内航行海船法定检验技术规则》2020第4篇第5章附录3

  3. 中华人民共和国海事局《船舶与海上设施法定检验规则-内河船舶法定检验技术规则》(2019)第5篇第6章(航行设备)

  4. JT/T73-2007船用雷达性能监测器,交通部行业标准,已经作废, 废止日期2015-01-20

  5. 雷达性能监视器的原理,张杏谷,1993年第2期,世界海运

  6. 船舶雷达性能监视器的安全检查,陈海山,2016年9月,航海技术

  7.  海船雷达和性能监测(PM)在一起才最配,卓建煜,2018年5月,中国船检微信公众号,https://mp.weixin.qq.com/s/q2E-1UwEfOVk49NIl8-zeg

  8.  雷达性能监视器小型化的设计思考,钟政良等人,2008年第2期,船用导航雷达


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