雷达跟踪器通过评估目标的雷达图像在逐个扫描的基础上（即每次天线旋转一次）如何运动来工作外文翻译资料

雷达跟踪器通过评估目标的雷达图像在逐个扫描的基础上（即每次天线旋转一次）如何运动来工作。掌握此过程的一般原理和合理地理解是至关重要的，因为该过程和可能发生的问题并非总是如此精确。跟踪的过程分为几个步骤：

1.处理器首先必须认识到有潜在目标要被跟踪。这种潜在目标是在雷达工程师称之为绘图提取的过程中进行研究的。在某种程度上，这种尝试会确定雷达回波是否是合理的永久回波。 （例如，从杂波或噪声中返回）。它还必须考虑到实际目标可能正在移动，并且每次扫描都不会位于同一位置。绘图提取可以大面积自动捕捉（自动获取）也可以在可能的目标周围的一小片区域进行，如用户所指示（手动获取）。仅在1000gt以上的船只上强制使用自动获取设施。一旦获取了目标，将获得目标标识符（通常是目标编号）将出现在屏幕上并随目标一起移动。一旦确定目标很可能是真实的，处理器就可以开始通过测量它在短时间内移动了多远来评估其速度和方向，时间间隔。

2.一旦确定目标可能是真实的，处理器就可以开始测量其速度和方向，方法是通过测量它在短时间内移动了多远。最初，此估算值可能不太准确，但随着对目标的跟踪时间延长，此估算值将有所提高（以下第3步）。一旦开始跟踪，就可以将目标速度和方向数据以目标矢量的形式并在数据框中以数字形式显示给用户。如图13所示。

3.随着数据的建立，一个称为导航过滤器的特殊过程会平均每次测量中的误差，并开始形成精确的轨迹。这对于跟踪处理器也是有利的，因为它可以减少寻找下一个绘图时必须搜索的区域，并减少所需的处理量。如果目标更改了其速度或方向，则过程可能需要一些时间才能显示出变化。因此，跟踪数据仅对于已被跟踪足够长的时间段（通常超过三分钟）的具有恒定直线运动的目标才是准确的。

4.如果在特定扫描中未检测到目标，则该过程

会“随机”以查看是否可以在以后的扫描中使用它。如果经过几次扫描仍未找到，则系统将停止扫描并启动目标丢失的警报。IMO要求该过程应继续跟踪目标，前提是在连续10次扫描中有5次在显示屏上可以清楚地分辨出雷达目标。跟踪器的工作方式产生了许多重要意义：

bull;从初始获取到建立准确的跟踪需要时间，IMO要求在1分钟内给出目标运动的趋势，并在3分钟后进行准确的评估。第66页的表6中给出了必须满足的条件。

bull;选择自动采集后，有时不需要的目标例如长波可能会形成轨迹

bull;如果轨迹图开始变不清晰或目标的速度或方向突然改变，处理器可能会丢失跟踪的目标。（导航过滤器“调谐”到跟踪船只的预期动态，可能会因快速地动态变化而困扰，雷达设计人员必须做出折衷，权衡精度和动态反应能力)

bull;当目标改变速度或方向时，导航过滤器最多需要三分钟就能准确更新目标向量和其他目标数据。

bull;如果两个目标汇聚到相似位置，则跟踪处理器可能会因此困惑。然后可能发生目标交换。这意味着目标标识符会将自己附加到错误的目标。

bull;目标的雷达中心取决于其外形。当目标转弯时，在最坏的情况下，会变成从靠近船首改为靠近船尾。当目标转向时，该运动可能会非常迅速，跟踪相对较近船只的雷达可能会造成混乱。

bull;如果要精确跟踪其他船只，跟踪器必须不断获得本船动态信息（速度和方向）。这些信息能够保证即使在操纵本船时也能确保良好的跟踪。如果本船航向和速度传感器存在错误，则会导致跟踪能力的不准确和不稳定。

新技术雷达

自从1940年代末出现第一批商业组织以来，船用雷达就一直以稳定的速度发展。许多改进措施有助于获得更清晰的雷达图像，并添加了有价值的工具来帮助驾驶员。这些改进的方面非常多，包括ARPA，运动稳定，图像定向选项，扫描到扫描的相关性，干扰消除，高分辨率显示，海图，图表底图以及与AIS的集成。

尽管对嘈杂混乱的目标的识别已经取得了一定的进步，但是仍然存在一个特定的区域，使船用雷达的性能不能始终如一地满足用户的需求，尤其是在海浪混乱的情况下。限制“传统”船用雷达总体性能的一个因素是使用传统的基于磁控管的发射机。它们会产生频率不稳定的脉冲。这意味着在随后的信号处理中只能使用反射信号的幅度。即使信号的频率成分可能包含许多有用的信息，也无法使用。

频率不稳定的传输称为“非相干”。通常，“相干”系统会在频率，相位和幅度上传输经过仔细定义和控制的信号。这样，适当的接收器就可以从目标和杂波中提取与频率相关的信息，从而可以帮助他们分开。这样做是因为雷达反射物体的任何部分（想要的目标或杂波）的任何运动都会在返回的信号中产生称为多普勒的微小频率变化。由于精确地控制了发射波形，这些信号对于相干雷达系统是“可见的”。将反射信号的频率与发射的频率进行比较，并且可随着不断提高的复杂度进行分析。由于频谱，例如，一个浮筒或一个小的休闲船，不同于周围的水，他们可以被系统确定为潜在的目标，即使周围的杂波的振幅可能更高。

如果试图测量来自常规船用雷达的反射信号的频率变化，则非相干雷达发射机引入这些参数的随机变化将与目标和杂波引入的临界频率变化无法区分。额外的目标/杂波信息将丢失。在仅能处理振幅的非相干系统中，来自小目标的信号返回通常比直接来自周围海杂波的返回要低得多，因此被掩盖了。

一些研究表明，通过使用相干雷达，较小的目标如与海况5相关的3海里杂波中的浮标的探测概率将大于80％，而使用常规非相干系统雷达探测的目标仅为20％。这被认为将会是是一项重大的潜在改进。

尽管军事系统已经使用相干雷达技术很多年了，但是它们却非常昂贵。生成雷达信号是一个困难的过程，处理接收到的信号需要数字处理器组。最近，由于移动通信行业开发了类似的技术，基于半导体技术的雷达发射机已经变得可负担得起。这些发送器在许多方面都类似于音频放大器，但工作频率更高，它们可充当放大器。首先生成完整的低电平雷达信号。然后它被半导体功率器件放大并被雷达天线辐射。该技术可以产生非常纯净的信号，非常适合相干雷达传输。相反，

当对磁控管的终端施加短时间的非常高的电压时，磁控管产生一种内部产生的微波能量。几乎不可能控制这些能量爆发的纯度。

重要的是，现在便宜的现代数字信号处理器已经有能力执行这种雷达技术所需的大量计算。因此，海上雷达可能从相干技术的使用中获得的优势现在已经商业化了。

重要的是，价格实惠的现代数字信号处理器现在可以执行此雷达技术所需的大量计算。因此，海事雷达可以通过使用相干技术而潜在地获得的好处，现在在商业上是可以负担的起的。为了将它们与常规雷达区分开来，它们通常被称为新技术（NT）雷达。

从好的方面来说，基于半导体的雷达发射机本质上比现有的基于磁控管的系统更加可靠，磁控管需要在大约10,000伏的电压下运行，这给驱动它们所需的系统施加了压力。同样，由于磁控管是基于阀门（真空管）技术的，因此在必须更换之前，它们的使用寿命相对较短，为10,000小时。半导体发射器仅需20至50伏特即可工作，功率器件的使用寿命为数十万小时。

在不利的一面，半导体器件难以产生磁控管固有的大峰值功率，因此很昂贵。但是，较早前指出，传统的25 kW雷达的平均功率小于10瓦，这是对整体检测性能重要的平均功率，而不是峰值功率。这意味着，如果可以设计一种方案，使雷达可以使用连续发射的信号（而不是脉冲信号）运行，则只需要产生小于10瓦的射频功率即可。这完全在基于半导体的发射器的能力之内。实际上，确实存在这样的系统-它们被称为连续波（CW）雷达，尽管很难进行设计以满足所有IMO的雷达性能标准。

在实践中，相干航海雷达更常使用扩展脉冲而不是连续波。典型的常规航海雷达系统的长脉冲长度约为1微秒。如果相干雷达的等效脉冲为一毫秒，则峰值功率可能会低1000倍。因此，可以用100瓦峰值功率NT雷达有效地复制10 KW峰值功率常规雷达的测距性能。

脉冲压缩

使用NT雷达时，从目标反射的能量是一个很长的脉冲，水平信号很低。因此，有必要收集和集中来自目标反射的所有能量，以便能够正确检测到它并准确确定其范围和速度特性。集中能量的过程称为脉冲压缩。这是一个非常复杂的过程，需要充分了解数学和数字技术知识。此处给出的描述虽然不严谨，也未回答任何问题，但旨在提供对该技术的了解，而无需任何数学知识。

首先，假设接收到的由低电平噪声组成的雷达信号，在有目标的任何地方都覆盖有发射信号的小副本。例如，图14显示了频率扫描的发射脉冲的情况。

从概念上讲，我们可以沿着接收到的波形滑动发送信号的副本，直到获得匹配为止。那么我们可以确定目标范围，该范围相当于创建匹配项所需的时移。这就是相关性过程的本质。实际上，这并不是一件容易的事，因为噪声会“破坏”我们正在寻找的信号特性。

为了进一步了解相关性，请想象一个数字过程，其中将时间划分为小间隔，并在每个间隔测量代表接收信号的电平。每次测量都称为样本。从最低范围的样本开始，然后将接收信号的电平与发送信号的电平进行比较。如果传送信号的长度等于1,000个样本，这将导致会有1,000个比较进行。在每个采样点，如果接收信号与发送信号匹配，则得分为“ 1”；如果不是，则得分为“ 0”。然后在发送脉冲所占据的时间间隔内对分数求和。如果匹配了50分，则得分为50（满分1000）。

随后，我们将比较每次一次向前移动一个范围，并不断重复该过程。高分表示相关性（波形中存在匹配），因此有目标存在。低分相关性很小，表明目标不存在。该系统的好处在于，高相关性恰好发生在等效范围内目标的位置-脉冲已被压缩。噪声会降低总分，但相关的峰值，目标位置，仍然可见（见图15）。

脉冲压缩的一个缺点是，因为可能发生错误的相关性。一定范围内的大目标还可以显示为错误范围内的虚假小目标。这种效应称为“范围旁瓣”，它与由于天线旁瓣而在错误方位处的所有雷达上偶尔出现的虚假目标相似。（在这种情况下，从天线旁瓣发射的能量也可以被目标反射并由同一天线旁瓣接收。尽管在旁瓣方向上，目标也会像在主波束方向上一样显示）。

正确设计发射波形可以最大程度地减小距离旁瓣的可能性，但是在某些情况下，有时会出现错误的目标。

NT雷达的使用

IMO于2008年1月生效的经修订的雷达性能标准考虑了将NT雷达技术用于船舶雷达的可能性。这些标准消除了以前对3 GHz频段的雷达传输与雷达信标的兼容性的要求。这样做是为了在设计合适的相干雷达波形时提供灵活性，从而可以最大程度地提高杂波性能并使旁瓣的不利影响最小化。

NT航海雷达可能在21世纪变得越来越普遍，其用户控制和显示功能将与现有雷达相似。在装有3 GHz NT雷达的船舶上，有必要使用9GHz的雷达检测雷达信号。9 GHz NT雷达最终也将进入市场，但这将有必要去改变SART和Racon的标准。

本节以外的雷达使用的描述假定使用常规雷达，但在实际中，与使用NT雷达几乎没有什么区别。尽管可以预期在海浪和雨水杂波中会有更好的性能，但用户必须注意，由于上述的范围旁瓣效应，偶尔可能在屏幕上看到虚假的目标。

集成桥上的雷达

雷达互连

在继续解释雷达的使用之前，有必要讨论完全或部分集成的桥梁系统（IBS）可能使用的雷达配置。现代雷达具有连接到各种导航设备和传感器的能力，甚至在标准舰船上也可以通过某种方式充当部分集成导航系统。表3（背面）列出了通常与雷达连接的导航传感器的列表。

除了从表中的相关传感器接收输入外，雷达数据还可用于其他导航设备，尤其是电子海图。

在使用雷达之前，有必要确定是否连接了哪些传感器，以及在任何时候都在使用哪些传感器（如果可以的话）。这是因为整个系统的有效性将受到连接的传感器的影响。例如：地面导航的稳定性是否与多普勒计程仪相关，标准全球导航卫星系统或差分全球导航卫星系统的输入执行？可以发现，在某些情况下，即使标准全球卫星导航系统的性能也比多普勒计程仪的性能更好，但这并非总是如此。根据INS手册，一个好的集成导航系统将有助于确保为雷达提供最佳输入，但仍需要做出用户决定。

雷达配置

在使用前需要对雷达配置进行适当的评估。它是通过INS输入还是单独输入？雷达显示器可以切换到两个或多个雷达探头，可能包括3 GHz和9 GHz系统（雷达探头是发射机/天线配置）。执行此操作的机制通常称为交换间单元。用户必须了解可用的雷达探头以及如何执行开关，这一点很重要。可能需要参考雷达手册以全面了解这一点。如果此单元发生故障，则可能需要绕过雷达，并且用户需要了解实现此步骤的程序。

在所有新雷达上和一些已经使用的雷达，当集成到INS中时，一致的公共参考点就是雷达显示器的原点。CCRP可以是通常的编码位置或其他合适的参考。CCRP的这一位置需要整个团队运行中的所有成员都知道。在较旧的系统上，实际上是雷达天线的位置。此外，在较旧的互连系统上，起点将根据所选的雷达探头而改变。

独立雷达以及完全集成的雷达也可以显示图表图像作为所显示雷达数据的基础。在此配置中，它被称为图表雷达。

当在完全集成的系统上使用时，雷达可能会显示在多功能显示器（MFD）上。用户必须知道如何设置MFD，使其操作符合IMO对合格雷达显示的要求，即是否处于IMO认可模式，这一点很重要。这应该在显示屏上清楚地指出。制造商可能会提供替代模式，这些模式可以在某些情况下有效显示雷达信息，但不一定满足IMO的雷达运输要求。切换到非IMO认可的模式时，显示屏应清晰可见。在这种情况下，为了符合运输要求，可能需要将其他MFD切换到批准的雷达模式。

第2章

AIS基础

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