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船用雷達是一種傳統的無線電導航設備，在船舶近海定位、引導船舶進、出港，窄航道航行以及在避碰中發揮作用。GPS導航儀在海洋船舶中已普遍使用，它與雷達相比具有全球、連續、實時、高精度、多功能等優點。隨著海用信標差分GPS(DGPS)基臺的不斷建立，可將使用GPS C/A碼的定位精度提高到米量級。因此，還可應用DGPS或GPS導航儀來改善雷達的使用性能，測定雷達測距、測向精度，彌補雷達在避碰和錨位監視等方面的某些局限性。 2 GPS與雷達的定位與導航功能 2.1 定位功能 船用雷達發射無線電波，并接收該電波從目標反射的回波，在顯示器上一目了然地顯示周圍物標相對于本船的圖像。測定一個或幾個固定物標相對于本船的方位和距離，可在海圖上作出船位。由此可見，雷達對于船舶在近岸海區或窄航道上安全航行發揮重要作用，特別是在霧航中更加顯示它的重要性。但是，由于受到雷達電波傳播的視距所限，探測物標的距離通常只有幾至幾十海里，不能用于遠洋定位。 GPS導航儀同時跟蹤3顆或4顆衛星信號，測定到達衛星的偽距，通過導航儀內部計算機解算，實現實時、連續、全球、高精度定位，可彌補雷達不能實現遠洋定位以及定位不連續、定位操作工作量大等缺點。 2.2 導航功能 30m左右的中型引航船。考慮到天津港冬季多大風， 錨地無遮蔽，以及在海況好時的工作方便，可考慮配置1艘不小于40m的大型子母引航船。天氣及海況不好時，可單獨執行任務；海況好時，可將其攜帶的2艘高速艇放下，共同執行任務。如子母船的設想不能成立，也可只配置1艘大型引航船，另配置2艘高速艇。 無論任何型號的引航船(艇)，在設計上必須考慮到靠船的要求和引航員上、下船的方便。 3.3 對速度和操縱性能的要求 引航船在速度上不能低于16kn。 高速艇一般不能低于20kn。 從操縱靈活的要求出發，采用可變螺距船；駕駛操縱系統，應以方便1人操作為原則；大型引航船，還應加裝首側推器。 3.4 要配置先進的雷達及通信設備 另外，船身應為白色，并在明顯處標注英文“引航(PILOT)”。 以上僅是對引航船提出一些的初步設想，根據規范化及國際大港口的要求來考慮，配置專用引航船是非常必要的。 普通船用雷達要獲得航速、航向航跡等航行數據，需通過幾次定位，由人工標繪實現。自動雷達標繪儀(ARPA)雖然自動顯示上述數據，但存在跟蹤延遲和雷達、計程儀、羅經等傳感器引入的誤差。另外，由于ARPA設備昂貴，不能在所有的船上安裝。 GPS導航儀采用現代電子計算機技術，可實時計算并顯示航速，航向，航跡偏差，風、流壓差，還具有設置航路點、計劃航線、顯示到達航路點的距離、時間等導航功能。 3 GPS的避碰功能 船用雷達測定海上運動物標和靜止物標的距離、方位等相對參數，通過人工標繪得到最近會遇距離(CPA)和到達最近會遇點的時間(TCPA)等避碰數據，駕駛員根據這些數據及時采取避讓措施。但是，有些物標反射回波微弱，操作人員難以看清它們的回波圖像，ARPA有可能對它們漏跟蹤或錯誤跟蹤而不能提供避碰數據。在氣象條件惡劣時，出現嚴重的海浪回波干擾或雨、雪回波干擾，上述丟失物標的現象時有出現。對于未露出海面的暗礁、沉船、淺灘等潛在物標，雷達更是無能為力。根據海圖和航海通告事先查出在航線附近水面危險的小物標和水下的潛在障礙物，把它們作為航路點在GPS導航儀中存貯，并根據障礙物和船舶狀況設置報警范圍。在航行中，駕駛員可以隨時檢查這些物標相對于本船的距離和方位。一旦船舶進入所設定的報警范圍的邊界，GPS導航儀立即發出報警，駕駛員作出避讓措施。 4 GPS輔助雷達定位 雷達定位的難點是正確識別物標，對于不大熟悉雷達觀測的駕駛員更是如此。若用雷達觀測幾個比較接近的非獨立物標，由于物標回波圖像邊緣擴大、失真等原因，這些物標的回波圖像難以清楚分開，因而觀測雷達圖像找不出與海圖所對應的物標，或把一物標回波圖像錯認為另一物標的回波圖像，獲得錯誤的雷達船位或造成不能允許的船位誤差。又由于在海圖上查找雷達回波反射點要耽誤時間，因而定位是不連續、不實時的，獲取船位的時間滯后于實測船位的時間。滯后時間的大、小與觀測者對雷達觀測的熟練程度有關。 普通的GPS導航儀，除了直接存貯任一位置的經、緯度以外，還可輸入當前位置到達雷達測量位置的距離、方位，計算并顯示物標的所在位置的經、緯度。若把雷達測定的物標的距離、方位數據迅速輸入GPS導航儀，根據它顯示的經、緯度數據，可迅速在海圖上找到對應的物標，由此作出雷達船位。用此方法取得的雷達船位比用常規法作得的船位準確、可靠，避免因識別反射物標錯誤而引起雷達船位錯誤或偏差，標繪所用的時間也可明顯縮短。如果將雷達測定的距離和方位數據通過接口和控制裝置輸入GPS導航儀，導航儀就不需人工干預直接顯示相應物標所在位置的經、緯度。 5 錨位監視功能 在船舶錨泊時，船用雷達可通過測定陸標的方位和距離監視本船的錨位偏離狀況，也可通過測定到達他船的方位和距離監視他船的漂移狀況，一旦發現本船和他船走錨，便可采取相應的措施避免發生事故。GPS的錨位監視是以錨位點為中心，輸入的設定距離為半徑，一旦天線所在位置超出此范圍，即被認為走錨而發出報警。監控半徑大、小的選擇要根據GPS導航儀的定位精度、周圍環境及船舶狀況而定。由于GPS具有較高的定位精度，可以減小設置監控半徑，提高監控靈敏度。若采用DGPS可進一步減小監控半徑，提高監控靈敏度。通常，GPS導航儀的最小設置監控半徑為0.1n mile。 雖然GPS不能監視他船的錨移狀況，但對本船的錨移監視具有不需通過測定物標定位、監視靈敏度高、快速實時等優點。GPS與雷達相結合的錨位監控手段，對防止大風造成的損失可起到很大的作用。 6 DGPS測定船用雷達測向、測距誤差 6.1 測定方法 在近海航行或錨泊的船舶，選擇一個獨立、顯著的固定物標測定雷達船位，同時測定DGPS或GPS船位作為參考位置，通過在海圖上作圖可得到雷達距離測量誤差ε↓R和方位測量誤差ε↓B(如圖1所示)。圖中，T為物標位置；R、G分別為雷達船位和DGPS(或GPS)船位；R↓r、R↓g分別為雷達船位和DGPS(或GPS)船位到達物標的距離；α↓r、α↓g分別為雷達和DGPS(或GPS)得到的目標方位角。顯然：ε↓R=R↓r-R↓gε↓B=α↓r-α↓g 用GPS測定雷達的測向、測距誤差 更簡便的方法，是將被觀測物標所在位置經、緯度作為航路點輸入本船導航儀，導航儀自動計算到達物標的距離和方位。將雷達測定的距離和方位值分別減以導航儀計算值，便可得到ε↓R和ε↓B。 選用不同的雷達量程，改變被測船位置，使被觀測物標回波盡量接近顯示器熒光屏邊緣，以便測定雷達在不同量程上的ε↓R和ε↓B。若錨泊測定可多次獲取DGPS(或GPS)參考船位和雷達船位，計算ε↓R和ε↓B的平均值，以免單次測量的偶然性。 6.2 測定精度 根據國際海事組織(IMO)通過的關于船用雷達使用性能標準的A477(Ⅻ)協議，船用雷達測量位于顯示器邊緣物標方位誤差不超過1°，利用距標測量物標距離誤差不超過量程R的15%或70m。因此，要求DGPS或GPS定位誤差引入的ε↓R、ε↓B的誤差δ↓R和δ↓B遠小于上述雷達允許的測距和測向誤差。 GPS在海上95%概率的徑向定位誤差為100m，而DGPS優于10m。因此，用GPS或DGPS導航儀測定雷達測距誤差的精度δ↓R分別為100m和10m。前者在6n mile以上中、遠量程上滿足δ↓R＜1.5%R的要求，后者在所有量程上滿足δ↓R＜1.5%R和70m的要求。 如圖2所示，δ↓B的大、小與物標至船位的距離R↓g和GPS的定位誤差d有關δ↓B≈5.73d/R↓g(°) 7 GPS與雷達配合應用需注意的問題 7.1 GPS導航儀的坐標變換 GPS的坐標基準是采用美國推出的1984年世界大地測量坐標系(World Geodetic System)，即WGS-84測地系統。因此，GPS導航儀的定位解算統一采用WGS-84地球橢球參數。對于上述GPS與雷達配合使用，要求GPS導航儀輸出結果與該區域的地圖采用一致的坐標系統。只有這樣，才能取得吻合的坐標值，不因所用的地圖(含海圖)與GPS的坐標系不一致而引入系統偏差。實際上，由于歷史與地域等原因，目前各國地圖(含海圖)所采用的橢球和投影不盡相同，并非采用與WGS-84一致的坐標系統。例如，我國現行地圖(含海圖)廣泛采用1954年北京坐標系 BEJ-54，在我國本土上它與WGS-84在經度與緯度方向誤差達到幾十米至一百多米。因此，在GPS導航儀中有必要將WGS-84系統轉換成所需的各種坐標系。

回答者：iloveyoufm512016-06-14 00:00