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經(jīng)驗交流

船用雷達盲區圖表的繪制
時(shí)間:2009年05月22日   作者:佚名  點(diǎn)擊次數:次 【字體:

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 AreaZone)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=05×C×(t+t) (1)

式中:t為脈沖寬度,以微秒(ms)(通常在0081ms之間);t'為接收機收發(fā)開(kāi)關(guān)恢復時(shí)間(一般也在008~lms之間);C為電磁波傳播速度,C=300mms。

顯然,D'值是很小的,一般在十幾米左右(15海里距離檔算,通常t=008ms,t=02ms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=(Hh),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=(Hh)×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=(Hh)×ctg(k×b/2) (2)

船用雷達盲區圖表的繪制

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=(b2a),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=(b2a×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×(b2a×cosj)] (3)

船用雷達盲區圖表的繪制

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/2a×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=RKOK,而OK=AD.-AO sina,式中AD.為尾吃水,AO為雷達到船尾水尺的距離,即:

H=RW=[RK(AD.-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(TrimAF) (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;AD.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,AD.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(b2)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DFQFDWQR中,有RWWQ=FF'/FQ=(RWFF)WF'。則:

D=WQ=WF'×RW(RWFF) (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。

船用雷達盲區圖表的繪制

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b2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AD.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=HTAN(b360*PI()a*cos(j180*PI())) (公式A)

H=(RK(AD.-AO*SIN(a)))*cos(a) (公式B)

a=ATAN(TrimAF) (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:“=C4B4;

·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:“=$O4ATN($K$l360*PI()$N4$*cos(E$2180*PI()))”,復制單元格“E4”并粘貼到區域“F4M4

·選定區域“D404,復制并粘貼到區域“D505

RK

37.84

AO

30.00

B

025O

AF

160.20

裝載

狀態(tài)

首吃水

尾吃水

trim

000

022.5

045O

067.5

090O

112.5

135O

157.5

180O

a

H

FD

(m)

AD

(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

船用雷達盲區圖表的繪制

船用雷達盲區圖表的繪制

YHNo1雷達盲區圖表

RK37.84m AO:30.00m b:025.0° AF:160.20m

首吃水

FD(m)

尾吃水

AD(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)

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