船載測高雷達(dá)在航海中的應(yīng)用

謝康樂　胡金輝

摘 要：本文針對雷達(dá)工作特點(diǎn)提出了一個(gè)新的航行方法，通過利用雷達(dá)反射回波得到測量物標(biāo)高度，并結(jié)合測深儀深度數(shù)據(jù)，將測量物標(biāo)精度進(jìn)一步提高，為駕駛員安全航行狹水道等水域提供安全保障，同時(shí)解決了船舶過橋同步測高問題。在提高航行效能的同時(shí)，在船舶操縱與避碰方面也提供了便利。

關(guān)鍵詞：雷達(dá);測高;航海;高度;深度

中圖分類號：U675.6? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）10-0045-02

目前，船舶駕駛主要依靠電子設(shè)備航行，雷達(dá)的使用，大大加強(qiáng)了海上瞭望的力度，不單單減輕了駕駛?cè)藛T的勞力，同時(shí)也增加了船舶航行的安全。但是，目前船舶雷達(dá)的測量只限于平面測量，對于測到的許多目標(biāo)并不是可以完全解析。船舶在峽水道航行時(shí)，雷達(dá)探測到的小目標(biāo)在顯示屏上被降噪設(shè)備抑制掉，許多有用的信息沒有很好的應(yīng)用，因此，改造雷達(dá)對于船舶在狹水道、分道通航制等狹窄水域航行顯得十分重要。

1 狹水道航行問題分析

船舶在進(jìn)出航道、狹水道、島礁區(qū)和某些沿岸水域，存在著一些淺水區(qū)。當(dāng)船舶（特別是大型船舶）航行到這些區(qū)域之前，首先要確定本船是否能夠安全駛過。這由兩個(gè)問題所決定，一是船舶要通過的淺水區(qū)所要求的最小安全水深，即船舶安全駛過淺水區(qū)，當(dāng)時(shí)的實(shí)際水深必須大于或等于最小安全水深，傳統(tǒng)上對于安全水深的計(jì)算為：

海圖水深+潮高+（CD-TD）≥船舶吃水+富余水深

這就要求潮高必須大于或等于一個(gè)最小安全值，該值便為最小安全潮高：

最小安全潮高=吃水+富余水深-海圖水深-（CD-TD）

在某些水道的上空，還建有橫跨水道的橋梁或高空電纜等，這些建筑物構(gòu)成了船舶航行的空中障礙物。為確保安全通過這些障礙物，必須仔細(xì)計(jì)算潮高。然而高架橋底部至平均大潮高潮面的距離為凈空高度，它和大潮升之和為潮高基準(zhǔn)面以上的可利用高度。而潮高基準(zhǔn)面以上相對船舶航行所要求的安全高度為當(dāng)時(shí)潮高、水面以上船舶的最大高度和為了保證安全通過所要求的安全余量三者之和。由于可利用空間對于某個(gè)橫空障礙物是固定的量，為了船舶的安全通過，潮高就不能大于某值，這即是所謂的最大安全潮高。

最大安全潮高=大潮升+凈空高度-水面至船舶大桅頂端的高度-安全富余量

根據(jù)船舶本身情況和航道條件求得安全潮高后，便可根據(jù)《潮汐表》求得合適的通過淺灘或橫空障礙物的時(shí)間，以便船舶安全通過。（如圖1）

顯然，船舶在航行中在計(jì)算過橋防擱淺問題上有三點(diǎn)不利因素：

（1）潮汐計(jì)算具有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)問題。所要的水深數(shù)據(jù)來自測深儀前一時(shí)間測得，而船在航行中，峽水道的河床并不是全部都是一樣的高度，它是高低起伏存在變化，因此，所計(jì)算的數(shù)據(jù)在船舶過大橋時(shí)，存在著安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）潮汐計(jì)算不準(zhǔn)確。船舶在峽水道中航行，船只較多，如果趕上潮汐在回轉(zhuǎn)期間，計(jì)算的結(jié)果就更不準(zhǔn)確，并且分散駕駛員操船的注意力，原本在狹水道航行精神就比較緊張，再加上繁瑣的過橋潮汐計(jì)算，很容易導(dǎo)致疲勞駕駛，給船舶的航行安全帶來隱患。

（3）河床地形存在不確定性。河床不是一成不變的，伴隨的潮汐和地殼運(yùn)動(dòng)以及海事或其他因素影響，海圖深度每時(shí)都在變化，然而海圖水深則是根據(jù)英版航海通告每周更改，這就導(dǎo)致航行數(shù)據(jù)更新慢，并且不全面，給峽水道航行的船舶帶來隱患。

2 雷達(dá)改進(jìn)理論研究

根據(jù)以上3點(diǎn)船舶過橋安全隱患，提出了改造方案。時(shí)時(shí)跟蹤測繪安全余量和富余水深，為駕駛員準(zhǔn)確提供數(shù)據(jù)，判讀過橋位置。

測量安全余量的計(jì)算為：h=2.2（√Ha+√Ht）tanθ

應(yīng)用公式設(shè)置在計(jì)算程序時(shí)需注意的問題

（1）它是建立在大氣壓強(qiáng)為1013hpa

（2）在海平面上溫度為15℃

（3）相對濕度為60%，在整個(gè)對流層內(nèi)相對濕度不隨高度變化。

第二種解析公式計(jì)算方法：

HMAX= TANθ（PTG A?λ?δ0/64 π ?pmin）?

式中：PT---雷達(dá)峰值功率（w）;G A---天線增益;? λ---工作波長（m）;pmin---接收系統(tǒng)門限功率（w）δ0---目標(biāo)的有效散射面積（m?）由于距離為開四次方根的結(jié)果，因此在影響目標(biāo)的雷達(dá)測高的所有因素中，每一項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的影響都是有限的。

3 改進(jìn)后雷達(dá)的應(yīng)用

下面對性能標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到要求的雙波段雷達(dá)能夠發(fā)現(xiàn)典型目標(biāo)的參考距離進(jìn)行分析，標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)天線高于水面15米，海面無雜波干擾、無降水的正常大氣傳播條件下：

通過以上表格得出雷達(dá)在測量大目標(biāo)上，幾乎沒有分別，但是在小目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)能力上，X波段的雷達(dá)具有優(yōu)勢，使用X波段雷達(dá)的船舶可以在較遠(yuǎn)的距離發(fā)現(xiàn)小目標(biāo)。

通過以上數(shù)據(jù)可以得出，由于船舶的接近某個(gè)物標(biāo)，探測到的高度角越來越小的特點(diǎn)，同時(shí)所測到的距離距離也越來越近。利用這一特性，對當(dāng)前水域以三維形式掌握，無論是水下起伏的變化，還是對小島、燈塔、岬角等均有突出物進(jìn)行定位精確的導(dǎo)航。

4 結(jié)論

本文通過采用雷達(dá)電磁波微分差技術(shù)，改善了雷達(dá)一維測量的缺陷，達(dá)到了提高航行安全的目的。通過提高雷達(dá)的測量數(shù)據(jù)利用率，將雷達(dá)與測深儀數(shù)據(jù)進(jìn)行合成計(jì)算，其數(shù)據(jù)結(jié)果將大大提高對在狹水道、分道通航制等狹窄水域航行的船舶安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]董玫，張守宏，吳向東等.距離高分辨測高技術(shù)[J].火控雷達(dá)技術(shù)， 2006， 35（1）：10-14.