船用導(dǎo)航雷達(dá)環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試方法綜述

王一飛

（船舶重工集團(tuán)公司723所，揚(yáng)州225001）

0 引 言

船用導(dǎo)航雷達(dá)由艙外部分、艙內(nèi)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(shè)備。導(dǎo)航雷達(dá)艙外部分由天線、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、收／發(fā)開關(guān)、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成，安裝甲板上；艙內(nèi)部分由顯示器、控制器和各類接口組成，安裝在駕駛艙內(nèi)；電源由船舶供電系統(tǒng)供應(yīng)。圖1為某型船用導(dǎo)航雷達(dá)在水上試驗(yàn)場(chǎng)的測(cè)試照片。

圖1 水面目標(biāo)架設(shè)與測(cè)試

1 導(dǎo)航雷達(dá)性能試驗(yàn)準(zhǔn)備

某型船用導(dǎo)航雷達(dá)應(yīng)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(biāo)的方式顯示雷達(dá)回波所探測(cè)目標(biāo)的斜距和方位，顯示器原點(diǎn)顯示雷達(dá)所在地。光點(diǎn)由中心 （原點(diǎn)）沿半徑向外掃掠為距離掃描，當(dāng)距離掃描線與天線順時(shí)針?lè)较蛲叫D(zhuǎn)時(shí)為方位掃描［1］。P型顯示器是一種距離和方位測(cè)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(nèi)方位信息；可通過(guò)光標(biāo)在顯示器上實(shí)現(xiàn)人工錄取目標(biāo)坐標(biāo)；可實(shí)現(xiàn)偏心顯示，在給定方向上得到擴(kuò)展掃描。

依據(jù)IEC62388：2007的第5條雷達(dá)性能進(jìn)行要素判斷。其主要包括：是連續(xù)波導(dǎo)航雷達(dá)或是脈沖波導(dǎo)航雷達(dá)，是固態(tài)導(dǎo)航雷達(dá)或是磁控管導(dǎo)航雷達(dá)，是X波段工作頻率或是S波段工作頻率，并對(duì)該雷達(dá)相關(guān)功能進(jìn)行了識(shí)別。同時(shí)也依據(jù)試驗(yàn)大綱對(duì)某型船用導(dǎo)航雷達(dá)的性能進(jìn)行監(jiān)視和控制，比如抗雜波功能、信號(hào)處理能力、圖像及附加處理，對(duì)外接口關(guān)系，探測(cè)距離、航向顯示、方位／距離分辨率，目標(biāo)探測(cè)試驗(yàn)，橫傾和縱傾等技術(shù)指標(biāo)，并對(duì)雷達(dá)進(jìn)行了通電檢查，在整架情況下該雷達(dá)艙外部分和艙內(nèi)部分進(jìn)行功能性檢查，如天線轉(zhuǎn)速、對(duì)外輻射、回波接收、顯示器及供電情況等，確認(rèn)基本符合要求后轉(zhuǎn)入正常的試驗(yàn)階段。

2 導(dǎo)航雷達(dá)的性能試驗(yàn)

某型船用導(dǎo)航雷達(dá)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(shè)計(jì)界面簡(jiǎn)潔，跟蹤性能良好，符合通用導(dǎo)航雷達(dá)規(guī)范。該雷達(dá)的性能試驗(yàn)在水上試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，基本安裝情況符合標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)大綱要求，詳見(jiàn)圖2。

圖2 導(dǎo)航雷達(dá)架設(shè)狀態(tài)

2.1 最小探測(cè)距離測(cè)試

依據(jù)該雷達(dá)的試驗(yàn)大綱及IEC62388：2007標(biāo)準(zhǔn)中的5.7條對(duì)最小探測(cè)距離進(jìn)行測(cè)試時(shí)，要在導(dǎo)航雷達(dá)增益、抗雜波功能相對(duì)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(gè)X波段10m2的角反射器。待試設(shè)備 （EUT）——雷達(dá)能清晰地發(fā)現(xiàn)該目標(biāo)，當(dāng)角反射器運(yùn)動(dòng)時(shí)，雷達(dá)能實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定地跟蹤此目標(biāo)，直至靠近雷達(dá)天線40m處。

2.2 距離和方位分辨率測(cè)試

依據(jù)該雷達(dá)的試驗(yàn)大綱及IEC62388：2007標(biāo)準(zhǔn)中5.8條對(duì)距離和方位分辨率進(jìn)行測(cè)試［2］?；痉椒ㄊ遣捎靡恢粍?dòng)力船上架裝10m2（X波段）雷達(dá)角反射器，牽動(dòng)一只無(wú)動(dòng)力的船上架裝另一個(gè)10m2（X波段）雷達(dá)角反射器 （見(jiàn)圖1），從靠近雷達(dá)天線處，在0.75～1nmile的量程能清晰地發(fā)現(xiàn)兩標(biāo)識(shí)點(diǎn)圖像的距離小于40m，得到距離分辨率，命令動(dòng)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(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)圖像的方位間隔小于2.5°，得到方位分辨率。

試驗(yàn)中指揮員在顯示器上進(jìn)行識(shí)別，并指揮動(dòng)力船上的試驗(yàn)操作人員進(jìn)行兩船間距離的測(cè)量并給出報(bào)告，記錄人員錄取相關(guān)數(shù)據(jù)和照片，詳見(jiàn)圖3。

圖3 被試?yán)走_(dá)顯示畫面

測(cè)試用X波段雷達(dá)角反射器，采用上下對(duì)稱型的三角形角反射器，此類型角反射器在相對(duì)較寬的角度范圍內(nèi)可以保證等效雷達(dá)反射截面大致不變。當(dāng)X波段頻率在9.2～9.5GHz時(shí)，角反射器的有效反射面積趨近10m2，相關(guān)尺寸為215mm。由于該雷達(dá)的調(diào)制頻率為2.2kHz，脈沖寬度為0.1μs。由于雷達(dá)電波的速度設(shè)定為150m／μs，檢測(cè)結(jié)果滿足試驗(yàn)大綱要求。

3 導(dǎo)航雷達(dá)的環(huán)境試驗(yàn)

3.1 環(huán)境試驗(yàn)流程

導(dǎo)航雷達(dá)的環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目較多：電源最大穩(wěn)態(tài)波動(dòng)、電源異常、電源故障、干熱試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)、雨和噴水試驗(yàn)、噪聲和聽(tīng)覺(jué)信號(hào)試驗(yàn)、磁羅經(jīng)安全距離試驗(yàn)、射頻電磁輻射試驗(yàn)、X射線輻射試驗(yàn)等。一般按照試驗(yàn)大綱及IEC60945的要求進(jìn)行試驗(yàn)，順序如圖4所示。

圖4 環(huán)境試驗(yàn)流程

3.2 干熱和低溫試驗(yàn)

進(jìn)行干熱和低溫試驗(yàn)時(shí)，由于導(dǎo)航雷達(dá)由艙內(nèi)設(shè)備和艙外設(shè)備兩部分組成，艙內(nèi)和艙外設(shè)備的試驗(yàn)應(yīng)力不一樣，必須采用兩箱法同步進(jìn)行試驗(yàn)，即艙外部分放入A箱中，艙內(nèi)部分放入B箱中，兩箱之間用饋線跨接起來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。A箱和B箱施加溫度應(yīng)力與標(biāo)準(zhǔn)要求的相對(duì)應(yīng)，兩箱同步進(jìn)行試驗(yàn)，以符合該雷達(dá)的實(shí)際使用環(huán)境，見(jiàn)圖5。

圖5 干熱試驗(yàn)和低溫試驗(yàn)示意圖

3.3 振動(dòng)試驗(yàn)

振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)按照IEC60945的要求，結(jié)合該雷達(dá)實(shí)際工作特點(diǎn)，分兩步進(jìn)行：第1步艙外部分正常工作，不輸出射頻功率，施加振動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行考核；第2步艙外部分用負(fù)載等效天線，輸出射頻功率，施加振動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行考核。這樣進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)的目的是：由于振動(dòng)試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，使射頻功率不在試驗(yàn)室內(nèi)輻射，符合職業(yè)健康與安全的規(guī)定，又滿足標(biāo)準(zhǔn)對(duì)EUT的考核要求。振動(dòng)試驗(yàn)示意圖和實(shí)物圖見(jiàn)圖6和圖7。

圖6 振動(dòng)試驗(yàn)示意圖

圖7 振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)物圖

3.4 導(dǎo)航雷達(dá)電磁兼容性試驗(yàn)

導(dǎo)航雷達(dá)電磁兼容性試驗(yàn)按IEC60945要求進(jìn)行［3］，并且試驗(yàn)中的具體原則須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，具體試驗(yàn)見(jiàn)圖8和圖9。

圖8 電磁兼容性試驗(yàn)圖

圖9 羅經(jīng)安全距離測(cè)試圖

在電磁兼容性 （EMC）測(cè)試中，傳導(dǎo)干擾的測(cè)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(cè)量 “人工電源網(wǎng)絡(luò)”上射頻50Ω負(fù)載兩端EUT干擾電壓降。人工電源網(wǎng)絡(luò)為EUT提供工作電源通路，隔離供電電網(wǎng)中寄生的其它高頻信號(hào)與EUT產(chǎn)生的高頻信號(hào)。測(cè)試頻率范圍為9～30MHz。輻射騷擾 （端口騷擾）測(cè)量是用接收天線、射頻連接電纜和電磁干擾接收機(jī)實(shí)現(xiàn)干擾的測(cè)量，測(cè)量結(jié)果的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

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

電磁兼容測(cè)試已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化錄取結(jié)果，檢測(cè)人員已將F和L提前輸入到接收機(jī)內(nèi)，測(cè)量結(jié)果在機(jī)內(nèi)自動(dòng)生成檢驗(yàn)報(bào)告。

在所有頻率點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量，考慮空間合成輻射功率，測(cè)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(cè)量頻率范圍為30MHz～1GHz，測(cè)量輻射干擾應(yīng)在垂直極化和水平極化2個(gè)分量上進(jìn)行；測(cè)量結(jié)果用峰值進(jìn)行全頻段掃描，對(duì)感興趣頻段和頻點(diǎn)用準(zhǔn)峰或有效值確定測(cè)量結(jié)果。

在EMC測(cè)試中的敏感度試驗(yàn)，試驗(yàn)方法執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法和參數(shù)。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的判別準(zhǔn)則一般分為4類：

（1）EUT性能／功能沒(méi)有降低，設(shè)備符合設(shè)計(jì)規(guī)范，判為通過(guò)。

（2）EUT明顯降低，設(shè)備性能／功能已經(jīng)受到電磁干擾的影響，電磁干擾信號(hào)停止，明顯降低現(xiàn)象即消失，建議整改。

（3）EUT嚴(yán)重降低，設(shè)備將不能連續(xù)地正常工作，需要設(shè)備操作人員介入或復(fù)位才能恢復(fù)其正常工作，建議修改設(shè)計(jì)。

（4）EUT失效，暫停試驗(yàn)。

船用導(dǎo)航雷達(dá)在檢驗(yàn)過(guò)程中對(duì)其性能／功能進(jìn)行判定的原則是：

（1）導(dǎo)航雷達(dá)在進(jìn)行各種試驗(yàn)時(shí)，加電預(yù)熱／工作正常；

（2）導(dǎo)航雷達(dá)天線旋轉(zhuǎn)速度30rad／min，與顯示掃描線轉(zhuǎn)動(dòng)同步；

（3）目標(biāo)回波或是中心點(diǎn)圖像清晰，發(fā)／收通道暢通；

（4）字／符號(hào)顯示正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)船用導(dǎo)航雷達(dá)的測(cè)試需要深入理解標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合特定型號(hào)導(dǎo)航雷達(dá)的具體要求，制定可靠的實(shí)施方法，配備符合要求的設(shè)備設(shè)施，才能為雷達(dá)研制方提供準(zhǔn)確的試驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告。

［1］丁鷺飛，耿富錄.雷達(dá)原理 ［M］.西安：西安電子科技大學(xué)，2000.

［2］IEC62388.海上導(dǎo)航和無(wú)線電通信設(shè)備和系統(tǒng)－船載雷達(dá)－性能要求，測(cè)試方法和要求的測(cè)試結(jié)果 ［S］.

［3］IEC60945.海上導(dǎo)航和無(wú)線電通信設(shè)備及系統(tǒng)－通用要求－測(cè)試方法及要求的測(cè)試結(jié)果 ［S］.