船用導航雷達環境適應性測試方法綜述

王一飛

（船舶重工集團公司723所，揚州225001）

0 引 言

船用導航雷達由艙外部分、艙內部分和電源組成，安裝在船舶的主桅或付桅附近，是船舶航行的重要設備。導航雷達艙外部分由天線、旋轉機構、收／發開關、發射機和接收機組成，安裝甲板上；艙內部分由顯示器、控制器和各類接口組成，安裝在駕駛艙內；電源由船舶供電系統供應。圖1為某型船用導航雷達在水上試驗場的測試照片。

圖1 水面目標架設與測試

1 導航雷達性能試驗準備

某型船用導航雷達應用的顯示器是平面位置顯示器 （又稱P型顯示器），它以極坐標的方式顯示雷達回波所探測目標的斜距和方位，顯示器原點顯示雷達所在地。光點由中心 （原點）沿半徑向外掃掠為距離掃描，當距離掃描線與天線順時針方向同步旋轉時為方位掃描［1］。P型顯示器是一種距離和方位測量的顯示器，具有距離與方位的電刻度，距離電刻度是一族等間距的同心圓，而方位電刻度為一族等角度由中心向外輻射狀的直線，可提供360°范圍內方位信息；可通過光標在顯示器上實現人工錄取目標坐標；可實現偏心顯示，在給定方向上得到擴展掃描。

依據IEC62388：2007的第5條雷達性能進行要素判斷。其主要包括：是連續波導航雷達或是脈沖波導航雷達，是固態導航雷達或是磁控管導航雷達，是X波段工作頻率或是S波段工作頻率，并對該雷達相關功能進行了識別。同時也依據試驗大綱對某型船用導航雷達的性能進行監視和控制，比如抗雜波功能、信號處理能力、圖像及附加處理，對外接口關系，探測距離、航向顯示、方位／距離分辨率，目標探測試驗，橫傾和縱傾等技術指標，并對雷達進行了通電檢查，在整架情況下該雷達艙外部分和艙內部分進行功能性檢查，如天線轉速、對外輻射、回波接收、顯示器及供電情況等，確認基本符合要求后轉入正常的試驗階段。

2 導航雷達的性能試驗

某型船用導航雷達為X波段脈沖磁控管工作體制，由于脈沖寬度較窄，具有較高的距離分辨率。軟件設計界面簡潔，跟蹤性能良好，符合通用導航雷達規范。該雷達的性能試驗在水上試驗場進行，基本安裝情況符合標準和試驗大綱要求，詳見圖2。

圖2 導航雷達架設狀態

2.1 最小探測距離測試

依據該雷達的試驗大綱及IEC62388：2007標準中的5.7條對最小探測距離進行測試時，要在導航雷達增益、抗雜波功能相對固定的情況下，顯示器量程置于最小 （0.75～1nmile）［2］，在水面的小船上架置一個X波段10m2的角反射器。待試設備 （EUT）——雷達能清晰地發現該目標，當角反射器運動時，雷達能實現連續穩定地跟蹤此目標，直至靠近雷達天線40m處。

2.2 距離和方位分辨率測試

依據該雷達的試驗大綱及IEC62388：2007標準中5.8條對距離和方位分辨率進行測試［2］。基本方法是采用一只動力船上架裝10m2（X波段）雷達角反射器，牽動一只無動力的船上架裝另一個10m2（X波段）雷達角反射器 （見圖1），從靠近雷達天線處，在0.75～1nmile的量程能清晰地發現兩標識點圖像的距離小于40m，得到距離分辨率，命令動力船徑向向外航行至1nmile處，再作切向航行，能清晰地在顯示器方位刻度弧線上觀察到2個標識點圖像的方位間隔小于2.5°，得到方位分辨率。

試驗中指揮員在顯示器上進行識別，并指揮動力船上的試驗操作人員進行兩船間距離的測量并給出報告，記錄人員錄取相關數據和照片，詳見圖3。

圖3 被試雷達顯示畫面

測試用X波段雷達角反射器，采用上下對稱型的三角形角反射器，此類型角反射器在相對較寬的角度范圍內可以保證等效雷達反射截面大致不變。當X波段頻率在9.2～9.5GHz時，角反射器的有效反射面積趨近10m2，相關尺寸為215mm。由于該雷達的調制頻率為2.2kHz，脈沖寬度為0.1μs。由于雷達電波的速度設定為150m／μs，檢測結果滿足試驗大綱要求。

3 導航雷達的環境試驗

3.1 環境試驗流程

導航雷達的環境試驗項目較多：電源最大穩態波動、電源異常、電源故障、干熱試驗、濕熱試驗、低溫試驗、振動試驗、雨和噴水試驗、噪聲和聽覺信號試驗、磁羅經安全距離試驗、射頻電磁輻射試驗、X射線輻射試驗等。一般按照試驗大綱及IEC60945的要求進行試驗，順序如圖4所示。

圖4 環境試驗流程

3.2 干熱和低溫試驗

進行干熱和低溫試驗時，由于導航雷達由艙內設備和艙外設備兩部分組成，艙內和艙外設備的試驗應力不一樣，必須采用兩箱法同步進行試驗，即艙外部分放入A箱中，艙內部分放入B箱中，兩箱之間用饋線跨接起來進行試驗。A箱和B箱施加溫度應力與標準要求的相對應，兩箱同步進行試驗，以符合該雷達的實際使用環境，見圖5。

圖5 干熱試驗和低溫試驗示意圖

3.3 振動試驗

振動試驗時按照IEC60945的要求，結合該雷達實際工作特點，分兩步進行：第1步艙外部分正常工作，不輸出射頻功率，施加振動應力進行考核；第2步艙外部分用負載等效天線，輸出射頻功率，施加振動應力進行考核。這樣進行振動試驗的目的是：由于振動試驗在實驗室內進行，使射頻功率不在試驗室內輻射，符合職業健康與安全的規定，又滿足標準對EUT的考核要求。振動試驗示意圖和實物圖見圖6和圖7。

圖6 振動試驗示意圖

圖7 振動試驗實物圖

3.4 導航雷達電磁兼容性試驗

導航雷達電磁兼容性試驗按IEC60945要求進行［3］，并且試驗中的具體原則須符合相關標準要求，具體試驗見圖8和圖9。

圖8 電磁兼容性試驗圖

圖9 羅經安全距離測試圖

在電磁兼容性 （EMC）測試中，傳導干擾的測量是指在電源線與地之間，以及電源線之間存在的射頻干擾電壓。測量 “人工電源網絡”上射頻50Ω負載兩端EUT干擾電壓降。人工電源網絡為EUT提供工作電源通路，隔離供電電網中寄生的其它高頻信號與EUT產生的高頻信號。測試頻率范圍為9～30MHz。輻射騷擾 （端口騷擾）測量是用接收天線、射頻連接電纜和電磁干擾接收機實現干擾的測量，測量結果的數學表達式為：

式中：E為被測EUT處輻射場強 （dB）；U 為電磁騷擾接收機讀數 （dB）；F為測量天線的天線系數 （dB）（注1）；L為連接測量天線與接收機間電纜插入損耗 （dB）。

電磁兼容測試已經實現了自動化錄取結果，檢測人員已將F和L提前輸入到接收機內，測量結果在機內自動生成檢驗報告。

在所有頻率點上進行測量，考慮空間合成輻射功率，測量距離和天線架高、輻射波的極化與輻射源的方向性等因素。測量頻率范圍為30MHz～1GHz，測量輻射干擾應在垂直極化和水平極化2個分量上進行；測量結果用峰值進行全頻段掃描，對感興趣頻段和頻點用準峰或有效值確定測量結果。

在EMC測試中的敏感度試驗，試驗方法執行標準規定的方法和參數。對試驗結果的判別準則一般分為4類：

（1）EUT性能／功能沒有降低，設備符合設計規范，判為通過。

（2）EUT明顯降低，設備性能／功能已經受到電磁干擾的影響，電磁干擾信號停止，明顯降低現象即消失，建議整改。

（3）EUT嚴重降低，設備將不能連續地正常工作，需要設備操作人員介入或復位才能恢復其正常工作，建議修改設計。

（4）EUT失效，暫停試驗。

船用導航雷達在檢驗過程中對其性能／功能進行判定的原則是：

（1）導航雷達在進行各種試驗時，加電預熱／工作正常；

（2）導航雷達天線旋轉速度30rad／min，與顯示掃描線轉動同步；

（3）目標回波或是中心點圖像清晰，發／收通道暢通；

（4）字／符號顯示正常。

4 結束語

對船用導航雷達的測試需要深入理解標準要求，結合特定型號導航雷達的具體要求，制定可靠的實施方法，配備符合要求的設備設施，才能為雷達研制方提供準確的試驗檢測報告。

［1］丁鷺飛，耿富錄.雷達原理 ［M］.西安：西安電子科技大學，2000.

［2］IEC62388.海上導航和無線電通信設備和系統－船載雷達－性能要求，測試方法和要求的測試結果 ［S］.

［3］IEC60945.海上導航和無線電通信設備及系統－通用要求－測試方法及要求的測試結果 ［S］.