船用导航雷达环境适应性测试方法综述

王一飞

（船舶重工集团公司723所，扬州225001）

0 引 言

船用导航雷达由舱外部分、舱内部分和电源组成，安装在船舶的主桅或付桅附近，是船舶航行的重要设备。导航雷达舱外部分由天线、旋转机构、收／发开关、发射机和接收机组成，安装甲板上；舱内部分由显示器、控制器和各类接口组成，安装在驾驶舱内；电源由船舶供电系统供应。图1为某型船用导航雷达在水上试验场的测试照片。

图1 水面目标架设与测试

1 导航雷达性能试验准备

某型船用导航雷达应用的显示器是平面位置显示器 （又称P型显示器），它以极坐标的方式显示雷达回波所探测目标的斜距和方位，显示器原点显示雷达所在地。光点由中心 （原点）沿半径向外扫掠为距离扫描，当距离扫描线与天线顺时针方向同步旋转时为方位扫描［1］。P型显示器是一种距离和方位测量的显示器，具有距离与方位的电刻度，距离电刻度是一族等间距的同心圆，而方位电刻度为一族等角度由中心向外辐射状的直线，可提供360°范围内方位信息；可通过光标在显示器上实现人工录取目标坐标；可实现偏心显示，在给定方向上得到扩展扫描。

依据IEC62388：2007的第5条雷达性能进行要素判断。其主要包括：是连续波导航雷达或是脉冲波导航雷达，是固态导航雷达或是磁控管导航雷达，是X波段工作频率或是S波段工作频率，并对该雷达相关功能进行了识别。同时也依据试验大纲对某型船用导航雷达的性能进行监视和控制，比如抗杂波功能、信号处理能力、图像及附加处理，对外接口关系，探测距离、航向显示、方位／距离分辨率，目标探测试验，横倾和纵倾等技术指标，并对雷达进行了通电检查，在整架情况下该雷达舱外部分和舱内部分进行功能性检查，如天线转速、对外辐射、回波接收、显示器及供电情况等，确认基本符合要求后转入正常的试验阶段。

2 导航雷达的性能试验

某型船用导航雷达为X波段脉冲磁控管工作体制，由于脉冲宽度较窄，具有较高的距离分辨率。软件设计界面简洁，跟踪性能良好，符合通用导航雷达规范。该雷达的性能试验在水上试验场进行，基本安装情况符合标准和试验大纲要求，详见图2。

图2 导航雷达架设状态

2.1 最小探测距离测试

依据该雷达的试验大纲及IEC62388：2007标准中的5.7条对最小探测距离进行测试时，要在导航雷达增益、抗杂波功能相对固定的情况下，显示器量程置于最小 （0.75～1nmile）［2］，在水面的小船上架置一个X波段10m2的角反射器。待试设备 （EUT）——雷达能清晰地发现该目标，当角反射器运动时，雷达能实现连续稳定地跟踪此目标，直至靠近雷达天线40m处。

2.2 距离和方位分辨率测试

依据该雷达的试验大纲及IEC62388：2007标准中5.8条对距离和方位分辨率进行测试［2］。基本方法是采用一只动力船上架装10m2（X波段）雷达角反射器，牵动一只无动力的船上架装另一个10m2（X波段）雷达角反射器 （见图1），从靠近雷达天线处，在0.75～1nmile的量程能清晰地发现两标识点图像的距离小于40m，得到距离分辨率，命令动力船径向向外航行至1nmile处，再作切向航行，能清晰地在显示器方位刻度弧线上观察到2个标识点图像的方位间隔小于2.5°，得到方位分辨率。

试验中指挥员在显示器上进行识别，并指挥动力船上的试验操作人员进行两船间距离的测量并给出报告，记录人员录取相关数据和照片，详见图3。

图3 被试雷达显示画面

测试用X波段雷达角反射器，采用上下对称型的三角形角反射器，此类型角反射器在相对较宽的角度范围内可以保证等效雷达反射截面大致不变。当X波段频率在9.2～9.5GHz时，角反射器的有效反射面积趋近10m2，相关尺寸为215mm。由于该雷达的调制频率为2.2kHz，脉冲宽度为0.1μs。由于雷达电波的速度设定为150m／μs，检测结果满足试验大纲要求。

3 导航雷达的环境试验

3.1 环境试验流程

导航雷达的环境试验项目较多：电源最大稳态波动、电源异常、电源故障、干热试验、湿热试验、低温试验、振动试验、雨和喷水试验、噪声和听觉信号试验、磁罗经安全距离试验、射频电磁辐射试验、X射线辐射试验等。一般按照试验大纲及IEC60945的要求进行试验，顺序如图4所示。

图4 环境试验流程

3.2 干热和低温试验

进行干热和低温试验时，由于导航雷达由舱内设备和舱外设备两部分组成，舱内和舱外设备的试验应力不一样，必须采用两箱法同步进行试验，即舱外部分放入A箱中，舱内部分放入B箱中，两箱之间用馈线跨接起来进行试验。A箱和B箱施加温度应力与标准要求的相对应，两箱同步进行试验，以符合该雷达的实际使用环境，见图5。

图5 干热试验和低温试验示意图

3.3 振动试验

振动试验时按照IEC60945的要求，结合该雷达实际工作特点，分两步进行：第1步舱外部分正常工作，不输出射频功率，施加振动应力进行考核；第2步舱外部分用负载等效天线，输出射频功率，施加振动应力进行考核。这样进行振动试验的目的是：由于振动试验在实验室内进行，使射频功率不在试验室内辐射，符合职业健康与安全的规定，又满足标准对EUT的考核要求。振动试验示意图和实物图见图6和图7。

图6 振动试验示意图

图7 振动试验实物图

3.4 导航雷达电磁兼容性试验

导航雷达电磁兼容性试验按IEC60945要求进行［3］，并且试验中的具体原则须符合相关标准要求，具体试验见图8和图9。

图8 电磁兼容性试验图

图9 罗经安全距离测试图

在电磁兼容性 （EMC）测试中，传导干扰的测量是指在电源线与地之间，以及电源线之间存在的射频干扰电压。测量 “人工电源网络”上射频50Ω负载两端EUT干扰电压降。人工电源网络为EUT提供工作电源通路，隔离供电电网中寄生的其它高频信号与EUT产生的高频信号。测试频率范围为9～30MHz。辐射骚扰 （端口骚扰）测量是用接收天线、射频连接电缆和电磁干扰接收机实现干扰的测量，测量结果的数学表达式为：

式中：E为被测EUT处辐射场强 （dB）；U 为电磁骚扰接收机读数 （dB）；F为测量天线的天线系数 （dB）（注1）；L为连接测量天线与接收机间电缆插入损耗 （dB）。

电磁兼容测试已经实现了自动化录取结果，检测人员已将F和L提前输入到接收机内，测量结果在机内自动生成检验报告。

在所有频率点上进行测量，考虑空间合成辐射功率，测量距离和天线架高、辐射波的极化与辐射源的方向性等因素。测量频率范围为30MHz～1GHz，测量辐射干扰应在垂直极化和水平极化2个分量上进行；测量结果用峰值进行全频段扫描，对感兴趣频段和频点用准峰或有效值确定测量结果。

在EMC测试中的敏感度试验，试验方法执行标准规定的方法和参数。对试验结果的判别准则一般分为4类：

（1）EUT性能／功能没有降低，设备符合设计规范，判为通过。

（2）EUT明显降低，设备性能／功能已经受到电磁干扰的影响，电磁干扰信号停止，明显降低现象即消失，建议整改。

（3）EUT严重降低，设备将不能连续地正常工作，需要设备操作人员介入或复位才能恢复其正常工作，建议修改设计。

（4）EUT失效，暂停试验。

船用导航雷达在检验过程中对其性能／功能进行判定的原则是：

（1）导航雷达在进行各种试验时，加电预热／工作正常；

（2）导航雷达天线旋转速度30rad／min，与显示扫描线转动同步；

（3）目标回波或是中心点图像清晰，发／收通道畅通；

（4）字／符号显示正常。

4 结束语

对船用导航雷达的测试需要深入理解标准要求，结合特定型号导航雷达的具体要求，制定可靠的实施方法，配备符合要求的设备设施，才能为雷达研制方提供准确的试验检测报告。

［1］丁鹭飞，耿富录.雷达原理 ［M］.西安：西安电子科技大学，2000.

［2］IEC62388.海上导航和无线电通信设备和系统－船载雷达－性能要求，测试方法和要求的测试结果 ［S］.

［3］IEC60945.海上导航和无线电通信设备及系统－通用要求－测试方法及要求的测试结果 ［S］.