影響船用固態雷達應用的因素

中國船級社 李超 賈建雄

船用雷達是一種非常重要的通信導航設備，其應能顯示相對于本船的其他水上船只、礙航物、浮標、海岸線和航標的位置，借以助航和避碰，與船舶的安全息息相關。隨著雷達固態發射機技術的不斷發展，國內外越來越多的雷達企業研發船用固態導航雷達。但因為公約、國內法規對雷達探測雷達應答器的性能要求限制及固態雷達的特點，影響著船用固態雷達的廣泛應用。

船用固態雷達與常規船用導航雷達區別

1、發射機制不同

常規船用導航雷達的發射機采用的是真空式的微波功率放大器件，其利用磁控管發射高功率的射頻脈沖信號，經天線進行輻射，接收反射回來的回波脈沖，再通過低噪聲放大、混頻、中頻放大、信號處理等來識別目標的大小與方位距離。

船用固態雷達的發射機采用的是固態形式的微波功率放大器件，其產生中頻信號，經混頻器變頻至X波段，再通過固態發射機，經天線進行輻射。雷達固態發射機(見下圖)發射三個脈沖，分別為短脈沖、中脈沖、長脈沖。其中短脈沖保證最小作用距離，而中長脈沖保證遠距離目標探測。

2、發射功率不同

發射機制不同造成了兩種雷達發射功率的區別。常規船用雷達的發射功率一般在千瓦級。其采用脈沖變壓器，用于把500V預調制脈沖轉換成8000V的高壓脈沖，控制磁控管，產生25kW射頻脈沖。

而船用固態雷達采用了低功率射頻脈沖的設計，雷達的發射機送入天線的峰值功率僅為200W左右。

3、決定距離分辨力的要素不同

依據常規雷達的相關公式：目標距離分辨力公式: △R=cτ/2,其中C為光速，是常量，τ為脈沖寬度。雷達檢測性能公式：Pa=Pt*τ/PRI, Pt為峰值功率，PRI為主脈沖間隔。

由上可知，在Pt峰值功率一定的情況下，降低脈沖寬度τ可以提高距離分辨力。提高脈沖寬度可以提高雷達檢測性能。對于常規雷達，距離分辨力和雷達檢測性能這兩組性能指標無法同時提高。

常規雷達是脈沖寬度決定距離分辨力，而采用脈沖壓縮技術的固態雷達是信號帶寬決定距離分辨力。脈沖壓縮處理可以在寬發射脈沖下獲得高的距離分辨力。因此船用固態雷達可同時獲得高距離分辨力和很好的雷達檢測性能，解決了上述矛盾。

船用固態雷達的主要特點

1、高可靠性，長壽命

圖 新型雷達固態發射機

常規雷達由于高壓操作，磁控管的使用壽命就受到了影響。通常進口磁控管一般工作壽命為5000小時，國產磁控管最多工作1000小時。而固態發射器件由于低壓操作，沒有壽命限制，一般無須更換，設備可靠性明顯提高，可獲得更好的平均故障間隔時間(MTBF)，維護成本大幅度降低。

2、固態發射器件具有小型化，模塊化，固態化，集成化，重量輕的優點。

3、固態雷達帶寬高，發射功率低。

4、固態雷達器件成本高。

5、固態雷達無需預熱和調諧。

固態雷達開機不再需要進行預熱可立即投入工作，使用中不再需要進行調諧。由于磁控管的高頻振蕩頻率不夠穩定，在使用中需要進行調諧，以保證雷達圖像的清晰飽滿，對于固態雷達而言，信號頻率的高度穩定性使得船舶駕駛員不再需要進行調諧。

影響船用固態雷達應用的因素

1、探測雷達應答器

根據公約及國內法規要求：（1）國際航行海船用雷達性能標準IMO MSC.192(79)決 議 第5.2.4.2條；（2）國內航行海船用雷達性能標準《國內航行海船法定檢驗技術規則》（2020）第4篇第5章附錄3，4.3.4條：X波段雷達系統應能探測雷達應答器和雷達目標放大器。

依據IMO A.802(19)決議：搜救雷達應答器性能標準第2.6條：當符合A.477(X II)決議和第A.222(VII)決議并有高度為15m的天線的導航雷達至少在5海里處詢問時，雷達應答器應能正確工作。

依據現行國際航行海船用雷達和國內航行海船用雷達對應的測試標準，IEC62388第6.6.2.2條：設備在已知的搜救雷達應答器和雷達信號增強設器附近的開闊海面調試到正常工作狀態時，設備能探測到雷達應答器和雷達目標放大器，并符合ITU-R M.628-4 (搜救雷達應答器)和 ITU-R M.1176 (雷達信號增強設施)的要求。

依據上述ITU-R M.628-4要求，采用滿足IMO MSC.192(79)決議的雷達時，應在5海里探測到雷達應答器。

綜上分析：5海里探測雷達應答器，在雷達和雷達應答器性能及測試標準中都有要求。常規磁控管雷達，因其發射功率為千瓦級，可以滿足上述要求。但船用固態雷達通常發射功率在200W左右，因其發射功率低，大約僅能在2到3海里探測到雷達應答器，無法在5海里探測到雷達應答器，不能滿足國際和國內航行海船用雷達性能標準。

因《內河船舶法定檢驗技術規則》（2019）無需配備雷達應答器，也沒有雷達5海里探測雷達應答器的要求，故內河船舶用固態雷達不會受到相關要求限制。同時，S波段雷達也沒有探測雷達應答器的要求，故S波段固態雷達同樣沒有受到該要求限制。

為了滿足5海里探測雷達應答器的要求，后續可能會有兩方面的變化：

（1）廠家在技術上提高固態雷達發射功率，從而有可能滿足該要求。但技術上實現有一定的難度。

（2）為了固態雷達的發展，修訂雷達應答器和雷達的性能標準，如修訂為2海里探測到雷達應答器。

2、固態器件的價格

因固態器件價格較高，不具備市場競爭力。常規X波段船用磁控管雷達價格在幾萬元，其對應的船用固態雷達價格在幾十萬元甚至更高。隨著固態發射機技術的不斷發展，以及固態雷達的應用和發展，相信，固態器件的價格將不斷降低，同時，伴隨著固態雷達的低維護成本，船用固態雷達未來將更具市場競爭力。

相信船用固態雷達將憑借其技術的優勢和特點，通過不斷的應用和發展，有可能會取代磁控管雷達。