影响船用固态雷达应用的因素

中国船级社 李超 贾建雄

船用雷达是一种非常重要的通信导航设备，其应能显示相对于本船的其他水上船只、碍航物、浮标、海岸线和航标的位置，借以助航和避碰，与船舶的安全息息相关。随着雷达固态发射机技术的不断发展，国内外越来越多的雷达企业研发船用固态导航雷达。但因为公约、国内法规对雷达探测雷达应答器的性能要求限制及固态雷达的特点，影响着船用固态雷达的广泛应用。

船用固态雷达与常规船用导航雷达区别

1、发射机制不同

常规船用导航雷达的发射机采用的是真空式的微波功率放大器件，其利用磁控管发射高功率的射频脉冲信号，经天线进行辐射，接收反射回来的回波脉冲，再通过低噪声放大、混频、中频放大、信号处理等来识别目标的大小与方位距离。

船用固态雷达的发射机采用的是固态形式的微波功率放大器件，其产生中频信号，经混频器变频至X波段，再通过固态发射机，经天线进行辐射。雷达固态发射机(见下图)发射三个脉冲，分别为短脉冲、中脉冲、长脉冲。其中短脉冲保证最小作用距离，而中长脉冲保证远距离目标探测。

2、发射功率不同

发射机制不同造成了两种雷达发射功率的区别。常规船用雷达的发射功率一般在千瓦级。其采用脉冲变压器，用于把500V预调制脉冲转换成8000V的高压脉冲，控制磁控管，产生25kW射频脉冲。

而船用固态雷达采用了低功率射频脉冲的设计，雷达的发射机送入天线的峰值功率仅为200W左右。

3、决定距离分辨力的要素不同

依据常规雷达的相关公式：目标距离分辨力公式: △R=cτ/2,其中C为光速，是常量，τ为脉冲宽度。雷达检测性能公式：Pa=Pt*τ/PRI, Pt为峰值功率，PRI为主脉冲间隔。

由上可知，在Pt峰值功率一定的情况下，降低脉冲宽度τ可以提高距离分辨力。提高脉冲宽度可以提高雷达检测性能。对于常规雷达，距离分辨力和雷达检测性能这两组性能指标无法同时提高。

常规雷达是脉冲宽度决定距离分辨力，而采用脉冲压缩技术的固态雷达是信号带宽决定距离分辨力。脉冲压缩处理可以在宽发射脉冲下获得高的距离分辨力。因此船用固态雷达可同时获得高距离分辨力和很好的雷达检测性能，解决了上述矛盾。

船用固态雷达的主要特点

1、高可靠性，长寿命

图 新型雷达固态发射机

常规雷达由于高压操作，磁控管的使用寿命就受到了影响。通常进口磁控管一般工作寿命为5000小时，国产磁控管最多工作1000小时。而固态发射器件由于低压操作，没有寿命限制，一般无须更换，设备可靠性明显提高，可获得更好的平均故障间隔时间(MTBF)，维护成本大幅度降低。

2、固态发射器件具有小型化，模块化，固态化，集成化，重量轻的优点。

3、固态雷达带宽高，发射功率低。

4、固态雷达器件成本高。

5、固态雷达无需预热和调谐。

固态雷达开机不再需要进行预热可立即投入工作，使用中不再需要进行调谐。由于磁控管的高频振荡频率不够稳定，在使用中需要进行调谐，以保证雷达图像的清晰饱满，对于固态雷达而言，信号频率的高度稳定性使得船舶驾驶员不再需要进行调谐。

影响船用固态雷达应用的因素

1、探测雷达应答器

根据公约及国内法规要求：（1）国际航行海船用雷达性能标准IMO MSC.192(79)决 议 第5.2.4.2条；（2）国内航行海船用雷达性能标准《国内航行海船法定检验技术规则》（2020）第4篇第5章附录3，4.3.4条：X波段雷达系统应能探测雷达应答器和雷达目标放大器。

依据IMO A.802(19)决议：搜救雷达应答器性能标准第2.6条：当符合A.477(X II)决议和第A.222(VII)决议并有高度为15m的天线的导航雷达至少在5海里处询问时，雷达应答器应能正确工作。

依据现行国际航行海船用雷达和国内航行海船用雷达对应的测试标准，IEC62388第6.6.2.2条：设备在已知的搜救雷达应答器和雷达信号增强设器附近的开阔海面调试到正常工作状态时，设备能探测到雷达应答器和雷达目标放大器，并符合ITU-R M.628-4 (搜救雷达应答器)和 ITU-R M.1176 (雷达信号增强设施)的要求。

依据上述ITU-R M.628-4要求，采用满足IMO MSC.192(79)决议的雷达时，应在5海里探测到雷达应答器。

综上分析：5海里探测雷达应答器，在雷达和雷达应答器性能及测试标准中都有要求。常规磁控管雷达，因其发射功率为千瓦级，可以满足上述要求。但船用固态雷达通常发射功率在200W左右，因其发射功率低，大约仅能在2到3海里探测到雷达应答器，无法在5海里探测到雷达应答器，不能满足国际和国内航行海船用雷达性能标准。

因《内河船舶法定检验技术规则》（2019）无需配备雷达应答器，也没有雷达5海里探测雷达应答器的要求，故内河船舶用固态雷达不会受到相关要求限制。同时，S波段雷达也没有探测雷达应答器的要求，故S波段固态雷达同样没有受到该要求限制。

为了满足5海里探测雷达应答器的要求，后续可能会有两方面的变化：

（1）厂家在技术上提高固态雷达发射功率，从而有可能满足该要求。但技术上实现有一定的难度。

（2）为了固态雷达的发展，修订雷达应答器和雷达的性能标准，如修订为2海里探测到雷达应答器。

2、固态器件的价格

因固态器件价格较高，不具备市场竞争力。常规X波段船用磁控管雷达价格在几万元，其对应的船用固态雷达价格在几十万元甚至更高。随着固态发射机技术的不断发展，以及固态雷达的应用和发展，相信，固态器件的价格将不断降低，同时，伴随着固态雷达的低维护成本，船用固态雷达未来将更具市场竞争力。

相信船用固态雷达将凭借其技术的优势和特点，通过不断的应用和发展，有可能会取代磁控管雷达。