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經(jīng)驗(yàn)交流

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

目前,有的船舶駕駛員對(duì)雷達(dá)盲區(qū)缺乏足夠認(rèn)識(shí),特別是對(duì)船艏方向上的雷達(dá)盲區(qū)值的增大缺乏認(rèn)識(shí),還有的把雷達(dá)盲區(qū)與雷達(dá)陰影扇形混淆。當(dāng)在檢查中被發(fā)現(xiàn)沒(méi)有雷達(dá)盲區(qū)圖或雷達(dá)盲區(qū)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(duì)船用雷達(dá)盲區(qū)圖表的繪制進(jìn)行敘述,不當(dāng)之處請(qǐng)指正。

1 雷達(dá)盲區(qū)的定義及其作用

雷達(dá)觀測(cè)盲區(qū)(Radar Observation Blind AreaZone)簡(jiǎn)稱雷達(dá)盲區(qū),是指雷達(dá)波的最小探測(cè)距離以內(nèi)的區(qū)域,主要取決于雷達(dá)的性能和雷達(dá)天線的高度。通常又是指位于雷達(dá)天線輻射角下緣,雷達(dá)波不能射及的區(qū)域。

船舶在海上航行時(shí),一些小的、反射性能較差的物標(biāo)有可能在遠(yuǎn)距離不能被雷達(dá)探測(cè)到,而到近距離時(shí)本應(yīng)該能探測(cè)到,卻又由于雷達(dá)盲區(qū)的存在,使其無(wú)法被探測(cè)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(xiàn)目標(biāo),以致給船舶的安全航行和人命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)威脅。因此,駕駛?cè)藛T在任何時(shí)候都應(yīng)牢記雷達(dá)盲區(qū)的存在,為其在避讓、轉(zhuǎn)向、停車等操作中提供數(shù)值依據(jù),便于充分考慮各種不利因素和后果。

當(dāng)然,作為船舶駕駛?cè)藛T,在任何時(shí)候都應(yīng)該切記:即使在雷達(dá)盲區(qū)以外的區(qū)域,雷達(dá)也不能保證每一個(gè)物標(biāo)都能被探測(cè)到,這還要看物標(biāo)的大小,反射性能,雷達(dá)的性能以及駕駛?cè)藛T是否將雷達(dá)調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài),決不能因使用雷達(dá)而放松警惕。

2 雷達(dá)盲區(qū)的產(chǎn)生原因

(1)由于雷達(dá)脈沖寬度和接收機(jī)收發(fā)開關(guān)恢復(fù)時(shí)間而產(chǎn)生的雷達(dá)盲區(qū)。由此所產(chǎn)生的雷達(dá)盲區(qū)為一圓形區(qū)域,其半徑D'大小與脈沖寬度t,接收機(jī)收發(fā)開關(guān)恢復(fù)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)計(jì)(通常在0081ms之間)t'為接收機(jī)收發(fā)開關(guān)恢復(fù)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(jì)算結(jié)果為:D=6m),由于船長(zhǎng)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(dāng)雷達(dá)天線與物標(biāo)高度相差較大時(shí),由于雷達(dá)電磁波束垂直寬度而在天線輻射角下緣產(chǎn)生的雷達(dá)波不能射及的盲區(qū)。

當(dāng)船舶平吃水正浮時(shí),盲區(qū)亦為一半徑為D的圓形區(qū)域。如圖(見(jiàn)圖l和附錄《雷達(dá)盲區(qū)圖表示例》)所示:雷達(dá)電磁波束垂直寬度為B(通常為二十幾度),雷達(dá)天線高度為H(視船舶大小而定),物標(biāo)高度為h,在直角三角形么OPR中,OP=OR×ctgg,其中:盲區(qū)半徑D=OPOR=(Hh),由于船舶正浮,雷達(dá)脈沖垂直波束中心軸RR'平行于水線Water Line(RR'平行于OP),角g=(b/2),則有:盲區(qū)半徑D=OP=OR×ctgg=(Hh)×ctg(b/2)。由于天線垂直方向和物標(biāo)反射性能等因素的影響,通常還得加一系數(shù)k,即公式為:

D=(Hh)×ctg(k×b/2) (2)

船用雷達(dá)盲區(qū)圖表的繪制

當(dāng)船舶有一定吃水差時(shí),由于雷達(dá)天線的角度不能改變,此時(shí)雷達(dá)波束中心軸RR'并不平行于水線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(dá)波束中心軸與水平線之間的夾角,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(yīng)為:

D(H-h)×ctg[k×(b2a×cosj)] (3)

船用雷達(dá)盲區(qū)圖表的繪制

由于在實(shí)際工作中無(wú)法確定物標(biāo)的高度和物標(biāo)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(biāo)的反射性能有關(guān),還與雷達(dá)波束在垂直方向上離開中心軸的角度引起的雷達(dá)波強(qiáng)度變化有關(guān),為了簡(jiǎn)化計(jì)算,也由于在較近距離上雷達(dá)波強(qiáng)度較大,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),通常取k值為1;并且,出于安全考慮,假設(shè)雷達(dá)天線高度遠(yuǎn)高于物標(biāo)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),天線的高度(H)為由天線向船舶吃水線引垂線所量的高度RW=RO×cosa,其中。RO=RKOK,而OK=AD.-AO sina,式中AD.為尾吃水,AO為雷達(dá)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(dá)天線到龍骨的垂直高度;AD.為尾吃水;AD為雷達(dá)到船尾水尺的距離;j為左右舷角;b為雷達(dá)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,RKAO,AF可從船舶參數(shù)和布置圖中取得,b可查閱雷達(dá)說(shuō)明書得到,AD.和j在繪制時(shí)根據(jù)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(duì)船舶雷達(dá)波束造成阻擋而產(chǎn)生的雷達(dá)盲區(qū)。如圖3所示,它在雷達(dá)天線R與艏樓或貨物最高點(diǎn)F的連線RQ同雷達(dá)波束中心軸RR'的夾角(O)小于雷達(dá)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(dá)盲區(qū)因船體形狀的不同而變化很大。由于在船首方向上的的數(shù)值最為重要,本文只對(duì)船首方向上的雷達(dá)盲區(qū)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(dá)天線的水平距離;RW為雷達(dá)到水面的垂直距離。

船用雷達(dá)盲區(qū)圖表的繪制

3 雷達(dá)盲區(qū)圖表的繪制

首先,根據(jù)船舶資料取得雷達(dá)天線到龍骨的垂直高度RK,雷達(dá)到船尾水尺的距離AO,前后水尺間的距離AF,查閱雷達(dá)說(shuō)明書得到雷達(dá)波束垂直寬度b;

接著,列出幾種不同的典型裝載狀態(tài),如:滿載、全壓載及正常壓載狀態(tài)等。并參考附錄《雷達(dá)盲區(qū)圖表示例》列出表格;

在船舶《穩(wěn)性手冊(cè)》中的總布置圖(可選比例尺較小的小圖)上?;蛘邚?fù)印或按比例在空白紙上畫出本輪的船型輪廓。自雷達(dá)天線位置點(diǎn)向下與龍骨平行線成b2角度畫一直線,并延長(zhǎng)該直線與水面線相交。如該直線沒(méi)有與裝載貨物或船艏樓高度線相交,則說(shuō)明本輪雷達(dá)沒(méi)有受阻擋影響,在船艏方向上沒(méi)有產(chǎn)生盲區(qū)增大的現(xiàn)象,這時(shí)的雷達(dá)盲區(qū)由公式3決定;而且因?yàn)槔走_(dá)天線的角度不變,所以在任何裝載狀態(tài)下也都是如此。如該直線與裝載貨物或船艏樓高度線相交,說(shuō)明艏樓或貨物對(duì)船艏方向的雷達(dá)波束產(chǎn)生了阻擋,則根據(jù)公式6計(jì)算出不同裝載下在船首方向上的雷達(dá)盲區(qū)。將結(jié)果填入列表中的零度舷角對(duì)應(yīng)的表格內(nèi);

針對(duì)這幾種狀態(tài)下的尾吃水AD.和吃水差Trim,根據(jù)公式5分別計(jì)算出d值;再根據(jù)公式4分別計(jì)算出不同的雷達(dá)天線高度H;最后根據(jù)公式3對(duì)每一種裝載狀態(tài)計(jì)算出其在不同舷角j上的雷達(dá)盲區(qū)距離D,并將計(jì)算結(jié)果填人列表內(nèi)。

為了提高計(jì)算效率,可以利用Excel電子表格進(jìn)行列表計(jì)算。為方便使用Excel電子表格計(jì)算,可將公式3、45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(shù);并在單元格“D4”輸入吃水差計(jì)算公式:“=C4B4;

·根據(jù)公式C在單元格“N4”中輸入雷達(dá)波束中心軸與水平線之間的夾角僅的計(jì)算公式:“=ATAN(D4$M$1)”;根據(jù)公式B在單元格“04”中輸入雷達(dá)天線高度H的計(jì)算公式:“=($G$l(C4-$I$l*sin(N4)))*cos(N4)”;

·再根據(jù)公式A在單元格“E4”中輸入相應(yīng)舷角處所對(duì)應(yīng)的雷達(dá)盲區(qū)范圍D的計(jì)算公式:“=$O4ATN($K$l360*PI()$N4$*cos(E$2180*PI()))”,復(fù)制單元格“E4”并粘貼到區(qū)域“F4M4

·選定區(qū)域“D404,復(fù)制并粘貼到區(qū)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

滿載

8

9

根據(jù)以上計(jì)算所得的列表數(shù)據(jù),按比例畫出簡(jiǎn)圖。

4 實(shí)測(cè)驗(yàn)證

當(dāng)本船停泊時(shí),開啟雷達(dá),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?cè)ィ{駛臺(tái)密切注意觀察雷達(dá),當(dāng)熒光屏一出現(xiàn)該艇回波,立即測(cè)出該距離,此距離即為船艏方向的盲區(qū),同法測(cè)得其它方向上的雷達(dá)盲區(qū),再進(jìn)行比較驗(yàn)證。

其實(shí),使用此法實(shí)測(cè),得到雷達(dá)盲區(qū)的數(shù)據(jù)。再繪制成雷達(dá)盲區(qū)圖也是可以的。

5 結(jié)束語(yǔ)

繪制雷達(dá)盲區(qū)圖可使駕駛?cè)藛T在任何時(shí)候都牢記雷達(dá)盲區(qū)的存在,為其在避讓、轉(zhuǎn)向、停車等操作中提供一個(gè)數(shù)值依據(jù),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(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)由于不同物標(biāo)其反射性能不同以及雷達(dá)波在垂直方向上強(qiáng)度的變化(即系數(shù)k值的不確定性),導(dǎo)致實(shí)際雷達(dá)盲區(qū)可能大于根據(jù)公式計(jì)算出來(lái)的數(shù)值;

(2)由于船舶在實(shí)際運(yùn)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(dá)盲區(qū)的變化。特別是縱搖,它相當(dāng)于是吃水差的變化.由此引起的船首方向上的雷達(dá)盲區(qū)的變化較大,而且由于縱搖周期長(zhǎng),船首盲區(qū)變大的持續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng),更應(yīng)引起駕駛?cè)藛T的注意:

(3)雷達(dá)天線與艏樓或貨物最高點(diǎn)的連線,或雷達(dá)波束中心軸以下b/2角度線,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(dá)陰影扇形。由于雷達(dá)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(dá)天線相距很近,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(cè)到掩蓋在部分物體后面的物標(biāo),特別是船首方向上的物體(如:克令吊)后面的物標(biāo);

(5)即使是雷達(dá)盲區(qū)和雷達(dá)陰影扇形以外的區(qū)域,由于物標(biāo)的大小及其反射性能等方面的原因,也可能有些物標(biāo)雷達(dá)并不能探測(cè)到;

(6)要時(shí)刻將雷達(dá)調(diào)到最佳狀態(tài),特別是在變換量程或改變脈沖長(zhǎng)度后應(yīng)重新調(diào)諧和重新調(diào)節(jié)增益。海況變化,如:雨雪變小后,海浪變小后。要及時(shí)把調(diào)大了的抑制調(diào)小。在不同海域要使用與之相適應(yīng)的量程,如從港口駛出到大洋中就應(yīng)適時(shí)調(diào)大量程。

附錄:雷達(dá)盲區(qū)圖表示例

備注:以下盲區(qū)圖尚未考慮遮蔽狀況和雷達(dá)陰影扇形

船用雷達(dá)盲區(qū)圖表的繪制

船用雷達(dá)盲區(qū)圖表的繪制

YHNo1雷達(dá)盲區(qū)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(yuǎn)(香港)航運(yùn)有限公司 林金民  來(lái)源:航海技術(shù)

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