目前,有的船舶駕駛員對雷達盲區缺乏足夠認識,特別是對船艏方向上的雷達盲區值的增大缺乏認識,還有的把雷達盲區與雷達陰影扇形混淆。當在檢查中被發(fā)現沒(méi)有雷達盲區圖或雷達盲區圖不符合要求時(shí),不知道如何整改。通過(guò)收集多方資料,本文針對船用雷達盲區圖表的繪制進(jìn)行敘述,不當之處請指正。
1 雷達盲區的定義及其作用
雷達觀(guān)測盲區(Radar Observation Blind Area/Zone)簡(jiǎn)稱(chēng)雷達盲區,是指雷達波的最小探測距離以?xún)鹊膮^域,主要取決于雷達的性能和雷達天線(xiàn)的高度。通常又是指位于雷達天線(xiàn)輻射角下緣,雷達波不能射及的區域。
船舶在海上航行時(shí),一些小的、反射性能較差的物標有可能在遠距離不能被雷達探測到,而到近距離時(shí)本應該能探測到,卻又由于雷達盲區的存在,使其無(wú)法被探測到。這樣,如果是能見(jiàn)度不好(如有霧等),嘹望人員以目視無(wú)法發(fā)現目標,以致給船舶的安全航行和人命財產(chǎn)帶來(lái)威脅。因此,駕駛人員在任何時(shí)候都應牢記雷達盲區的存在,為其在避讓、轉向、停車(chē)等操作中提供數值依據,便于充分考慮各種不利因素和后果。
當然,作為船舶駕駛人員,在任何時(shí)候都應該切記:即使在雷達盲區以外的區域,雷達也不能保證每一個(gè)物標都能被探測到,這還要看物標的大小,反射性能,雷達的性能以及駕駛人員是否將雷達調節到最佳狀態(tài),決不能因使用雷達而放松警惕。
2 雷達盲區的產(chǎn)生原因
(1)由于雷達脈沖寬度和接收機收發(fā)開(kāi)關(guān)恢復時(shí)間而產(chǎn)生的雷達盲區。由此所產(chǎn)生的雷達盲區為一圓形區域,其半徑D'大小與脈沖寬度t,接收機收發(fā)開(kāi)關(guān)恢復時(shí)間t'有關(guān),其值可由以下公式?jīng)Q定:
D'=0.5×C×(t+t') (1)
式中:t為脈沖寬度,以微秒(ms)計(通常在0.08~1ms之間);t'為接收機收發(fā)開(kāi)關(guān)恢復時(shí)間(一般也在0.08~lms之間);C為電磁波傳播速度,C=300m/ms。
顯然,D'值是很小的,一般在十幾米左右(以1.5海里距離檔算,通常t=0.08ms,t'=0.2ms為例,計算結果為:D'=6m),由于船長(cháng)和船寬的存在,沒(méi)有考慮的意義,本文在后文繪制時(shí)將不再考慮。
(2)當雷達天線(xiàn)與物標高度相差較大時(shí),由于雷達電磁波束垂直寬度而在天線(xiàn)輻射角下緣產(chǎn)生的雷達波不能射及的盲區。
當船舶平吃水正浮時(shí),盲區亦為一半徑為D的圓形區域。如圖(見(jiàn)圖l和附錄《雷達盲區圖表示例》)所示:雷達電磁波束垂直寬度為B(通常為二十幾度),雷達天線(xiàn)高度為H(視船舶大小而定),物標高度為h,在直角三角形么OPR中,OP=OR×ctgg,其中:盲區半徑D=OP,OR=(H-h),由于船舶正浮,雷達脈沖垂直波束中心軸RR'平行于水線(xiàn)Water Line(RR'平行于OP),角g=(b/2),則有:盲區半徑D=OP=OR×ctgg=(H-h)×ctg(b/2)。由于天線(xiàn)垂直方向和物標反射性能等因素的影響,通常還得加一系數k,即公式為:
D=(H-h)×ctg(k×b/2) (2)
當船舶有一定吃水差時(shí),由于雷達天線(xiàn)的角度不能改變,此時(shí)雷達波束中心軸RR'并不平行于水線(xiàn)Water Line,而只是平行于船舶龍骨Keel,因此,如圖(見(jiàn)圖2和附錄示例)所示,在船艏方向上g=(b/2-a),其中a為雷達波束中心軸與水平線(xiàn)之間的夾角,而在其它舷角方向上,g=(b/2-a×cosj),其中j為左右舷角(0°~180°);因此,上文公式2在非平吃水時(shí)應為:
D:(H-h)×ctg[k×(b/2-a×cosj)] (3')
由于在實(shí)際工作中無(wú)法確定物標的高度和物標的反射性能,也就是說(shuō)h值和k值無(wú)法確定。其中,k值的大小與物標的反射性能有關(guān),還與雷達波束在垂直方向上離開(kāi)中心軸的角度引起的雷達波強度變化有關(guān),為了簡(jiǎn)化計算,也由于在較近距離上雷達波強度較大,根據經(jīng)驗,通常取k值為1;并且,出于安全考慮,假設雷達天線(xiàn)高度遠高于物標高度,因此h值可以忽略。即h取值為0,從而得到簡(jiǎn)化公式:
D=H×ctg(b/2-a×cosj) (3)
另外,在非平吃水狀態(tài)時(shí),天線(xiàn)的高度(H)為由天線(xiàn)向船舶吃水線(xiàn)引垂線(xiàn)所量的高度RW=RO×cosa,其中。RO=RK-OK,而OK=A.D.-AO sina,式中A.D.為尾吃水,AO為雷達到船尾水尺的距離,即:
H=RW=[RK-(A.D.-AO sina)]×cosa (4)
在公式3和公式4中,角度a的值可由吃水差Trim和前后水尺間的距離AF決定,即:
a=arctg(Trim/AF) (5)
在以上三個(gè)公式中:RK為雷達天線(xiàn)到龍骨的垂直高度;A.D.為尾吃水;AD為雷達到船尾水尺的距離;j為左右舷角;b為雷達電磁波束垂直寬度;Trim為吃水差;AF為前后水尺間的距離。其中,RK,AO,AF可從船舶參數和布置圖中取得,b可查閱雷達說(shuō)明書(shū)得到,A.D.和j在繪制時(shí)根據各種情況來(lái)取值。
(3)由于艏樓或裝載較高的貨物(如集裝箱等)對船舶雷達波束造成阻擋而產(chǎn)生的雷達盲區。如圖3所示,它在雷達天線(xiàn)R與艏樓或貨物最高點(diǎn)F的連線(xiàn)RQ同雷達波束中心軸RR'的夾角(O)小于雷達電磁波束垂直寬度的一半(b/2)時(shí)產(chǎn)生。這種情況下在各個(gè)舷角方向上的雷達盲區因船體形狀的不同而變化很大。由于在船首方向上的的數值最為重要,本文只對船首方向上的雷達盲區進(jìn)行討論。
如圖所示:在相似直角三角形DF'QF和DWQR中,有RW/WQ=FF'/F'Q=(RW-FF')/WF'。則:
D=WQ=WF'×RW/(RW—FF') (6)
式中FF'為船首最高點(diǎn)至水面的垂直高度;WF'為船首最高點(diǎn)至雷達天線(xiàn)的水平距離;RW為雷達到水面的垂直距離。
3 雷達盲區圖表的繪制
首先,根據船舶資料取得雷達天線(xiàn)到龍骨的垂直高度RK,雷達到船尾水尺的距離AO,前后水尺間的距離AF,查閱雷達說(shuō)明書(shū)得到雷達波束垂直寬度b;
接著(zhù),列出幾種不同的典型裝載狀態(tài),如:滿(mǎn)載、全壓載及正常壓載狀態(tài)等。并參考附錄《雷達盲區圖表示例》列出表格;
在船舶《穩性手冊》中的總布置圖(可選比例尺較小的小圖)上?;蛘邚陀』虬幢壤诳瞻准埳袭?huà)出本輪的船型輪廓。自雷達天線(xiàn)位置點(diǎn)向下與龍骨平行線(xiàn)成b/2角度畫(huà)一直線(xiàn),并延長(cháng)該直線(xiàn)與水面線(xiàn)相交。如該直線(xiàn)沒(méi)有與裝載貨物或船艏樓高度線(xiàn)相交,則說(shuō)明本輪雷達沒(méi)有受阻擋影響,在船艏方向上沒(méi)有產(chǎn)生盲區增大的現象,這時(shí)的雷達盲區由公式3決定;而且因為雷達天線(xiàn)的角度不變,所以在任何裝載狀態(tài)下也都是如此。如該直線(xiàn)與裝載貨物或船艏樓高度線(xiàn)相交,說(shuō)明艏樓或貨物對船艏方向的雷達波束產(chǎn)生了阻擋,則根據公式6計算出不同裝載下在船首方向上的雷達盲區。將結果填入列表中的零度舷角對應的表格內;
針對這幾種狀態(tài)下的尾吃水A.D.和吃水差Trim,根據公式5分別計算出d值;再根據公式4分別計算出不同的雷達天線(xiàn)高度H;最后根據公式3對每一種裝載狀態(tài)計算出其在不同舷角j上的雷達盲區距離D,并將計算結果填人列表內。
為了提高計算效率,可以利用Excel電子表格進(jìn)行列表計算。為方便使用Excel電子表格計算,可將公式3、4、5分別改為如下三個(gè)公式:
D=H/TAN(b/360*PI()-a*cos(j/180*PI())) (公式A)
H=(RK-(A.D.-AO*SIN(a)))*cos(a) (公式B)
a=ATAN(Trim/AF) (公式C)
·按下表樣式建立電子表格,輸入各種參數;并在單元格“D4”輸入吃水差計算公式:“=C4-B4”;
·根據公式C在單元格“N4”中輸入雷達波束中心軸與水平線(xiàn)之間的夾角僅的計算公式:“=ATAN(D4$/M$1)”;根據公式B在單元格“04”中輸入雷達天線(xiàn)高度H的計算公式:“=($G$l-(C4-$I$l*sin(N4)))*cos(N4)”;
·再根據公式A在單元格“E4”中輸入相應舷角處所對應的雷達盲區范圍D的計算公式:“=$O4/ATN($K$l/360*PI()-$N4$*cos(E$2/180*PI()))”,復制單元格“E4”并粘貼到區域“F4:M4”:
·選定區域“D4:04”,復制并粘貼到區域“D5:05”.
RK: |
37.84 |
AO: |
30.00 |
B: |
025.O |
AF: |
160.20 |
|||||||
裝載 狀態(tài) |
首吃水 |
尾吃水 |
trim |
000 |
022.5 |
045.O |
067.5 |
090.O |
112.5 |
135.O |
157.5 |
180.O |
a |
H |
F.D. (m) |
A.D. (m) | |||||||||||||
壓載 |
3 |
6 |
||||||||||||
滿(mǎn)載 |
8 |
9 |
根據以上計算所得的列表數據,按比例畫(huà)出簡(jiǎn)圖。
4 實(shí)測驗證
當本船停泊時(shí),開(kāi)啟雷達,選擇近距離檔,選用小艇(可利用本船救生艇)自本船船艏處緩慢向船艏方向駛去,駕駛臺密切注意觀(guān)察雷達,當熒光屏一出現該艇回波,立即測出該距離,此距離即為船艏方向的盲區,同法測得其它方向上的雷達盲區,再進(jìn)行比較驗證。
其實(shí),使用此法實(shí)測,得到雷達盲區的數據。再繪制成雷達盲區圖也是可以的。
5 結束語(yǔ)
繪制雷達盲區圖可使駕駛人員在任何時(shí)候都牢記雷達盲區的存在,為其在避讓、轉向、停車(chē)等操作中提供一個(gè)數值依據,以充分考慮各種不利的因素和后果的影響。在實(shí)際操船中,至少還應注意以下幾點(diǎn):
(1)由于不同物標其反射性能不同以及雷達波在垂直方向上強度的變化(即系數k值的不確定性),導致實(shí)際雷達盲區可能大于根據公式計算出來(lái)的數值;
(2)由于船舶在實(shí)際運營(yíng)中通常受到風(fēng)浪涌浪等的影響,船舶的搖晃也會(huì )引起各個(gè)方向上的雷達盲區的變化。特別是縱搖,它相當于是吃水差的變化.由此引起的船首方向上的雷達盲區的變化較大,而且由于縱搖周期長(cháng),船首盲區變大的持續時(shí)間也較長(cháng),更應引起駕駛人員的注意:
(3)雷達天線(xiàn)與艏樓或貨物最高點(diǎn)的連線(xiàn),或雷達波束中心軸以下b/2角度線(xiàn),很可能還會(huì )與桅桿、克令吊等物體相交,即:會(huì )形成一定的雷達陰影扇形。由于雷達波有一定的繞射能力,如果物體的橫截面較小,如:前桅,則可忽略,但如果物體與雷達天線(xiàn)相距很近,或者橫截面很大,就必須考慮其影響:
(4)在實(shí)際操船時(shí),可以時(shí)常輕微擺動(dòng)船首。以便能探測到掩蓋在部分物體后面的物標,特別是船首方向上的物體(如:克令吊)后面的物標;
(5)即使是雷達盲區和雷達陰影扇形以外的區域,由于物標的大小及其反射性能等方面的原因,也可能有些物標雷達并不能探測到;
(6)要時(shí)刻將雷達調到最佳狀態(tài),特別是在變換量程或改變脈沖長(cháng)度后應重新調諧和重新調節增益。海況變化,如:雨雪變小后,海浪變小后。要及時(shí)把調大了的抑制調小。在不同海域要使用與之相適應的量程,如從港口駛出到大洋中就應適時(shí)調大量程。
附錄:雷達盲區圖表示例
備注:以下盲區圖尚未考慮遮蔽狀況和雷達陰影扇形
YH輪No.1雷達盲區圖表
RK:37.84m AO:30.00m b:025.0° AF:160.20m
首吃水 F.D.(m) |
尾吃水 A.D.(m) |
舷角j 吃水差 |
000°.0 |
022°.5 |
045° |
067°.5 |
090°.O |
112°.5 |
135° |
157°.5 |
180° |
a |
H | |
空船Llght |
0.57m |
4.02m |
3.45m |
172.97m |
171.5lm |
167.46m |
161.72m |
155.43m |
149.59m |
144.95m |
142.00m |
140.99m |
0.021532 |
34.45792811 |
壓載Ballast |
3.61m |
7.08m |
3.47m |
157.74m |
156.39m |
152.67m |
147.42m |
141.65m |
136.29m |
132.04m |
129.34m |
128.42m |
0.021657 |
31.40229464 |
谷物Grain |
10.82m |
10.40m |
-0.42m |
121.91m |
122.02m |
122.34m |
122.84m |
123.42m |
124.01m |
124.51m |
124.85m |
124.97m |
-0.00262 |
27.36125455 |
礦物ORE |
10.22m |
10.98m |
0.76m |
124.59m |
124.38m |
123.76m |
122.85m |
121.80m |
120.76m |
119.89m |
119.32m |
119.12m |
0.004744 |
27.00201664 |
木材Lumber |
10.56m |
11.01m |
0.45m |
123.04m |
122.91m |
122.55m |
122.02m |
121.40m |
120.79m |
120.27m |
119.93m |
119.81m |
0.002809 |
26.91416315 |
作者:中遠(香港)航運有限公司 林金民 來(lái)源:航海技術(shù)