導航雷達與AIS在軍用艦船中的綜合運用

2013-04-12 00:00:00柳林李明奇

現代電子技術 2013年17期

摘要：導航雷達和AIS作為兩種主要導航設備在現代船舶上有著廣泛應用，對船舶的安全航行有著重要意義。通過分析其各自優缺點，論述了在軍用艦船中綜合使用導航雷達和AIS的必要性，提出了綜合運用導航雷達和AIS保障艦艇安全航行及遂行各項任務的注意事項和基本方法。

關鍵詞： AIS；導航雷達；軍用艦船；綜合使用

中圖分類號： TN967.7?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）17?0012?03

0 引言

軍用艦船是賦有特殊任務的船只，安全航行是其遂行作戰訓練任務的基礎。從以往各國的報道中可以看到，軍艦觸礁擱淺，軍艦之間、軍艦與民用船只之間相碰的事故不在少數，由于軍艦一般設備先進，造價昂貴，且武器裝備較多，危險性較大，一旦發生事故往往造成重大人員傷亡和財產損失，軍艦作為一國武力象征，有時甚至會引起外交爭端。因此，軍艦的安全航行一直是各國十分重視的問題。

導航雷達作為軍用艦船的必要導航裝備，在艦船安全航行方面發揮著重大作用。AIS作為一種新型導航系統，具有其他導航設備不可比擬的優勢，在軍用艦船上加裝AIS，綜合運用AIS和導航雷達形成優勢互補是保證艦船海上安全航行的重要途徑。

1 導航雷達基本特點

1.1 導航雷達優勢

傳統的艦船導航主要靠目力觀察，受氣象條件及人為因素等方面限制，不易及時發現和跟蹤目標，而有了導航雷達就大不相同，相對來說導航雷達受氣象條件影響較小，精度高，反應快速，探測距離遠，導航雷達的探測距離一般可以達到10～20海里。

隨著電子計算機技術在航海上的推廣和應用，導航雷達自動化程度也越來越高，功能更加完善，特別是導航雷達自動標繪儀的出現，大大提升了導航雷達操縱的簡捷性，增加了避碰預警時間。導航雷達用于近岸航行，特別是用于霧中航行和狹水道航行時，有較大優越性[1] 。

1.2 導航雷達局限性

盡管導航雷達在應用中有上述優勢，但其局限性也不容忽視。由于導航雷達是通過發射和接收電磁波來測向和測距從而實現導航和定位的，其效能發揮要受到導航雷達自身特性和外部干擾的影響。

導航雷達發射和接收共用一個天線，由發射狀態轉為接收狀態有一定延時，因此在近距離上存在一定的幾何盲區；受地球曲率的影響，最大作用距離一般為視距；受導航雷達脈沖寬度和水平波束角的影響，對在較小距離和方位內的多目標不能一一分辨；在復雜電磁環境下，同一區域存在多部相同或相近頻率的導航雷達時，易產生同頻干擾雜波；導航雷達波是近似直線傳播，在前進方向遇到高大目標阻擋時，在目標后面的其他目標就會被遮蔽；導航雷達波的副波瓣效應會在真回波兩側產生呈弧形對稱分布的假回波；當附近有反射能力很強的目標，其回波回到本艦后，被再次反射出去，在熒光屏上除產生真回波外，還可能形成二次甚至多次反射回波；受大氣衰減、大氣折射和雨雪、海浪等雜波干擾的影響[2]，使目標發現距離減小或被淹沒在雜波中，這些干擾雜波和假回波在實際使用時往往會讓操作者難以分辨或影響觀測，進而對航行安全產生錯誤的導向。此外，目標本身距離、構成材料、形狀、高度、速度等也對導航雷達發現目標產生較大影響[3]。

另外，依附于導航雷達的自動標繪儀存在錄取和顯示容量限制、目標信息量少、目標丟失、目標交換、無法識別目標等固有缺陷。導航雷達對操縱員操作維護能力要求較高，受人員操作水平和經驗影響較大。

上述導航雷達局限性有的是可以通過一定操作減少和避免，有的是固有缺陷，所以在實際導航中不能對導航雷達完全依賴，要綜合各種導航裝備信息，加以分析比對，才能做到安全可靠導航。

2 AIS與導航雷達的比較

2.1 AIS簡介

船舶自動識別系統（Automatic Identification System，AIS）是基于GPS定位的設備，精度穩定在5～30 m。該系統無需人工維護和參與，只需要在艦船上安裝1部AIS設備，就能夠自動將船位、航速、航向及改變航向率等船舶動態結合船名、呼號、吃水及危險貨物等船舶識別和航行相關信息通過甚高頻向附近水域船舶及岸臺廣播，使鄰近船舶及岸臺能及時掌握附近所有船舶資訊，得以互相通話協調，采取必要避讓措施[4]。

2.2 AIS與導航雷達比較

AIS通信可靠性高，距離遠，獲取的數據準確，受氣象海況影響小。與AIS相比，導航雷達容易受暴雨、濃霧等惡劣天氣的影響，AIS盡管在強雷暴天氣里也可能會受些影響，但這種影響較小，一般不會出現丟失小目標和受雜波干擾的現象，只要在AIS覆蓋區，信號不會因目標形狀、大小、距離的遠近發生差異；導航雷達存在著回波顯影的展寬、伸長、粘連等現象，不易準確辨別目標，尤其當目標受遮擋時，還無法探測到，而AIS的信號由于使用甚高頻傳輸而具有良好的繞越障礙的能力，信號覆蓋范圍可以擴大到河道和水流彎曲處以及障礙物之后等導航雷達無法探測到的區域，跟蹤穩定性和可靠性高[5]。

導航雷達通常存在著一定的近距離幾何盲區，而AIS不存在近距離盲區；AIS信號可以越過一般障礙物，且通過GPS定位，定位精度和分辨率遠高于導航雷達通過測物標獲得的位置信息，且不因目標距離和方位變化而變化，甚至能夠顯示靠在大船旁邊的小船的位置。船載 AIS能自動識別船舶，信息量大，大大提高船舶在復雜條件下安全航行的能力。

此外，AIS設備的圖標還可以實現類似電子海圖顯示及信息系統的漫游和縮放顯示，使船舶信息交流得以簡化、迅速和可視；能連續自動地向船舶駕駛員提供其周圍實時的船舶動態信息；方便駕駛員對目標的觀測和海域交通態勢的直觀了解。AIS成為繼導航雷達之后最重要的避碰助航系統。

盡管AIS有上述諸多優點，但是系統在管理實施和技術上仍有內在局限。一些島嶼等特別大的障礙仍然會使AIS形成信號盲區；在航行實踐中也會產生目標丟失等現象；AIS的靜態信息是由人工錄入的，可能存在錯誤；安裝 AIS船舶的船位、航向、轉向速率等動態信息，是從 GPS和電羅經等設備中獲得的，可能存在誤差等。這些信息在沒有印證之前，不能盲目輕信，并且并非所有船舶都安裝AIS設備[6]。因此，單純依賴AIS信息可能會導致漏情或誤判。

3 導航雷達與AIS的綜合運用

通過以上分析可知，在實際導航應用中，單純使用導航雷達或AIS都不能達到理想效果，只有根據各自裝備特點，綜合使用才能保障艦船安全航行和遂行各項任務。

3.1 在惡劣氣象條件下的使用

在狹水道航行和霧中航行時，借助AIS上顯示的目標參數和航行狀態，可以減少天氣不良帶來的影響，有利于加強對本艦周圍海域其他船只的掌控，綜合導航雷達觀察到的物標和小目標情況，可有效實施避碰。當軍用艦船與其他裝備AIS船舶發生碰撞時，可以調閱AIS記錄上船只航跡，區分事故責任。

3.2 有效實現對小目標的監控

當軍艦上其他雷達如警戒雷達、火控雷達因某種需要處于靜默狀態時，導航雷達不僅負責導航任務，還擔負監視近距離范圍內的小目標，尤其是具有攻擊性的目標，例如蛙人、潛望鏡、小冰山、小船等，必要時還可以起到目標指示作用。

導航雷達對沒有加裝AIS的船只、漂浮物、島嶼等目標，通過測艦位，做艦位線網達到避碰目的。此外，利用AIS準確度高的特點，可以對導航雷達精度進行標校，此種方法受外部設備和場地限制小，標校簡單易操作[7]。

3.3 在非戰爭軍事行動中應用

在部隊遂行一些非戰爭軍事行動中，由于導航雷達探測距離有限，在執行掃海、海上安保等任務時，需要對一定海區有全面掌控，此時可以借助AIS彌補導航雷達遠距盲區，形成區域綜合態勢。在執行海上搜救任務時，通過 AIS接收遇險船只發送的遇險信息，使用導航雷達結合AIS可以快速、準確地對其進行定位，極大地提高救援的效率和成功率[8]。

3.4 協助判別目標屬性

軍用艦船可以借助AIS信息做重要參考，及時判別目標屬性。軍用艦船加裝具有靜默工作模式的AIS，允許用戶監視所有艦船的身份而不暴露自己，可以對裝有AIS的艦船進行準確識別和精確跟蹤。軍用艦船對 AIS接收到的船舶相關信息與雷達探測信息進行融合處理，將明顯提高對目標的監視、跟蹤與識別效能[9]。

4 結語

鑒于AIS諸多功能，在軍用艦船上加裝具有保密和抗干擾功能的改進型AIS并結合導航雷達使用[10]，不僅可以有效保障軍艦的安全航行，在遂行其他各項軍事任務也有很大發展潛力。

參考文獻

[1] 趙燕.船舶綜合導航系統雷達與AIS數據處理技術[D].大連：大連海事大學，2010.

[2] 曹祥村.海洋環境對導航雷達的影響[J].航海技術，2007（z1）：32?35.

[3] 苑靖國，張海奉.船用導航雷達和AIS綜合應用的優勢與局限[J].科學創新與運用，2012（2）：12?13.

[4] 蔣聰.AIS與導航雷達信息融合仿真平臺設計與應用[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2011.

[5] 區顯新，楊暉.AIS在霧航安全中的海事管理應用[J].水運安全，2009（8）：39?40.

[6] 王小金.船載AIS和導航雷達在使用中應優勢互補[J].航海技術，2002（6）：30?31.

[7] 潘紹仁，察豪.基于AIS的艦載雷達標校方法研究[J].艦船科學技術，2009，31（6）：101?103.