第416章 航海雷达高科技

科学博士说：“70

年代出现的高亮度显示器

，可不用遮光罩

，

白天在驾驶台正常光线下供数人同时观察。

有的采用彩色显示器

，用不

同颜色

，表示不同内容，

使屏幕画面更醒目。”

科普作家刘傻子说，早期航海雷达用变流机

，现已普遍采用逆变器

，也有直接用船电的。

航海雷达和其他电子设备一样也经历了电子管

、晶体管和集成电路三个元件阶段。固态航海雷达

，除发射机的磁控管和显示器的阴极射线管外

，全部采用固态元件

，提高了整机工作的稳定性和可靠性

。

南海奥秘研究所高敏所长说：“作为船用电子设备，为适应海上工作条件，在结构

、电路和工艺上须考虑振动、摇摆

、冲击

、湿度

、盐污

、霉菌等各种因素的影响

，舱外露天部分，如天线。还要考虑水密性和抗风强度。”

小波问：“雷达受气候与环境的影响吗？”王可博士说：“在正常天气下

，雷达波传播所受大气折射影响稍

大于光

，所以，

雷达最大作用距离

D（以海里计）

也稍远于物标的地

理能见距离

。式中h

和

H

分别为天线和物标的高度，以米计。雷达对某物标的最大作用距离等于它的发现距离

，即在荧光屏上刚能从噪声背景中检出该物标回波的距离。”

小明问：“航海雷达具有什么样的功能与作用吗？”科学博士说：“在降水天和雾天

，雷达波部分能量被水分吸收，物标发现距离可缩短

15%~20%

。当冷空气移到暖水面出现欠折射时，雷达波的传播途径翘离地面，

雷达作用距离

，可缩短

30%~40%

。当暖空气移到冷水面出现过折射时

，雷达波的传播途径弯向地面，

使雷达作用距离增大。”

刘傻子补充说，而当形成大气波导传播时

，雷达作用距离大大增加

，如在阿拉伯海的干燥季节

，曾探测到距离

1500

海里的物标

。雷达最小作用距离主要与脉冲宽度和波束垂直宽度有关。在脉冲发射期间

，雷达不能接收回波

；在波束下沿外的物标

，雷达波不能射及。

二者中范围大者即为最小作用距离。

高敏所长说：“航海雷达用于测定船位

、引航和避让

。雷达测距比测向精度高。按照定位精度顺序

，雷达定位方法为:距离定位

、孤立目标的距离方位

定位和方位定位。如用雷达测距和目测方位结合，

定位精度更高。”

王可博士说，雷达测量距离和方位的准确性受多种因素影响

。按照国际海事组

织

1981

年提出的性能标准

，要求测距误差不超过所用量程的

1.5%或70

米

，取其大者。物标在显示屏边沿的测方位误差应在±

1°

以内。

刘傻子说：“由于雷达本身性能和物标反射特性的影响

，雷达图象具有以下特点

，需要正确辨认

。由于波束水平宽度和光点直径的影响，物标回波往往比实物为大

；观测物标回波边沿的方位时

，需修正半个波束水平

宽度

。由于雷达地平以远和受遮挡的地物无回波

，所得岸线图形往往

与海图上形状不完全一致。”

小波说：“有干扰

，包括雨雪杂波、海浪杂波

、同频杂波等的干扰

，轻者影

响观察，

重者掩没物标回波

。可能出现假回波，包括旁辨回波

、间接

回波

、多次反射等

。其他如由于船上烟囱

、桅杆的遮挡

，荧光屏上形

成扇形阴影

，超折

射时出现第二行程回波等。”

小明问：“怎样使用航海雷达呢？”

王可博士说：“在较宽水道航行，

最好利用雷达连续在海图上定位进行导航。在

狭水道航行，

须直接在显示器上进行导航

。航海雷达有相对运动显示和真运动显示两种方式。”

刘傻子说，相对运动显示方式，为航海雷达的基本显示方式

。其特点是代表本船船位的扫描起始点在荧光屏上

（一般在荧光屏中心）

固定不动，

所有物标的运动，

都表现为对本船的相对运动。

王可博士说，相对运动显示方式分两种:

舷角显示方式:又称“船首向上”显示方式

。不管本船航向如何改变

，船首标志线始终指向固定方位刻度盘的正上方（零度），便于读取舷角

。但物标在屏幕上的位置随本船航向改变而改变，因此，在船首由于风浪而发生偏荡时，会使图像不稳，且由于余辉而使图像模糊。

高敏所长说：“船舶主要依靠浮标航行，

当航道弯度不大时，

可选用舷角显示方式；

船舶航行转向频繁

，

当需要大角度转向时，

可选用方位显示方式为宜。

真运动显示方式为在荧光屏上能反映船舶运动真实情况的显示方式

。实现真运动显示

，要将本船罗经的航向和计程仪的速度信息输入显示器。”

刘傻子说，其特点是代表本船船位的扫描起始点，以相应于本船的航向和速度在屏幕上移动

，海面上的固定物标在屏幕上则固定不动，

活动物标，

按其航向和航速在屏幕上作相应移动，

根据活动物标的余辉

，即能看出其真实航向和估计其速度。

王可博士说，真运动显示方式

，主要是便于驾驶员迅速估计周围形势

。避让标绘为了判别与会遇船有无碰撞危险，

应根据雷达观测信息

，进行标绘

作业

，标绘内容，

通常是求最近会遇距离和来船的真航向、真航速。

高敏所长说，人工标绘作业可在极坐标图上进行，

按一定时间间隔

，把来船回波的相对位置移标在图上，

其联线就是该船的相对运动线

。它离中心的垂直距离

，称为最近会遇距离

。最近会遇距离太近就会有碰撞危险。已知本船真航向

、真航速

，通过作矢量三角形

，就能求出会遇船真航向

、真航速。

科学博士说：“60

年代

，

出现了套在雷达显示器屏幕上的反射作图器

，它使驾驶员能直接在屏幕上标绘而无视差

，从而提高了标绘效

率

，但准确性有所降低

，也不能留下记录。以后又出现了在屏幕上增加一些被称为‘火柴杆

’的电子标志和基于光

、磁

、机械等方法进行标绘的其他装置。”

60

年代末到

70

年代初

，

出现自动雷达标绘仪

。

自动雷达标绘仪是附属于航海雷达的自动标绘装置

，一般用电子计算机控制

，可与雷达组装在一起

，也可以作为单独部件。工作时

，需向它输入本船航向、

速度

、雷达触发脉冲

、雷达天线角位置和雷达视频回波信号

，

由人工或自动录取会遇船

，然后自动跟踪。

通常用矢量线，在屏幕上表示各会遇船的航向和航速

，其长短可以设定

。矢量线末端代表到设定的时间时

，各会遇船的位置

，可以很容易看出有无碰撞危险。也有用椭圆形或六角形显示预测危险区

，其大小取决于所设定的最近会遇距离

。

如会遇船的航向

、航速和本

船的航速均不变

，本船航向线

，通过预测危险区时

，即有碰撞危险。

计算机姐姐说：“当电子计算机算出最近会遇距离和到最近会遇点时间小于所设定的允许范围时

，会自动地以各种方式

（视觉和音响）

报警

，提醒驾驶员采取避让措施。”

刘傻子说，我现在打卡穿越号机器人手机，继续讲述，请小波、小明、小聪、小燕子、梦弟打开梦幻帽的梦幻开关——

如果需要

，可进行模拟避让，以确定所要采取的避让措施。为准确显示各种避碰信息

，如选定船舶的方位

、距离

、航向

、航速

，最近会遇距离和到最近会遇点时间等

，标绘仪中还有数字显示器或字符显示器。

第二次世界大战后期至

50年代初

，舰艇装备的航海雷达是相对运动显示雷达。1956

年

，英国生产出真运动显示雷达。60

年代后期至

70

年代初

，一些国家陆续研制出各种与避碰装置相结合的航海雷达

，各种避碰雷达相继问世。

70

年代后期以来

，雷达自动标绘仪的性能不断改进，对目标的捕获和跟踪能力，图像和数据显示能力，

抗杂波干扰能力，

试操纵功能等大为提高，

并增加了自动漂移补偿、航道显示和海图显示等功能。

2016

年以后

，航海雷达已经进一步与其他定位导航技术、

数字技术和自动控制技术相结合，

通过自动操舵系统和主机遥控系统

，组成

闭环全自动导航和全自动避碰系统。

海洋科普探险小分队乘坐南海梦想科考艇来到一个港口。

英国“量子罗盘

”导航误差极小，

而中国量子技术更是惊世骇俗！

我们知道

，美国的全球定位系统是一种“天基导航

”，这种信号难以穿

透水面，这也使深洋潜艇一直面临精准导航难的问题。

这时候

，

游来了海豚群

，大概有五七条之多

。一条海豚说：“量子技术有多

厉害？

潜艇长时间躲在海底

浮上海面不会迷失方向

，

因为其掌握量

子技术。”

老海龟说：

“有了量子

技术，

潜艇躲在海底，想打

海面上的敌船

，百发百中。可以说，为解决潜艇通

信和导航问题

，人们纷纷把

目光投向量子技术

。在这方

面，中国是领跑者

，

当然其他国家也不示弱

。就拿英国来讲

，其科学家就提出了“量子罗盘”技术。

原理是，

把一些离子囚禁在过冷的状态

，通过测量地球产生的电磁扰动对这些离子的影响，进而测出相关导航的数据。”

梦弟醒来后

，听到海洋爷爷说：“量子罗盘导航一天累计误差仅为

3

英尺

，所以潜艇可以做到长时间埋头潜伏于深海，在关键时刻发起致命一击。”

刘傻子教授说：“据报道

，量子技术太了不起

，可喜的是，

中国的量子导航也在快速发展之中。

据专家介绍

，一艘潜艇在水下作业

100

天

后，艇长仍能以仅为几百米的误差

，确定在太平洋中潜艇的位置

。而中国另一项任务是要开发出首台量子计算机

，其计算能力是目前全世界所有计算能力之和的

100

万倍

，可在几秒内破译密码。”

科学博士说：“英国的量子罗盘每天导航累积误差仅三英尺

，一百天也就是三百

英尺不到一百米，中国的一百天后误差几百米

，

电子罗盘作为导航仪

器或姿态传感器

，已被广泛应用。”