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船用雷達(dá)是一種傳統(tǒng)的無線電導(dǎo)航設(shè)備，在船舶近海定位、引導(dǎo)船舶進(jìn)、出港，窄航道航行以及在避碰中發(fā)揮作用。GPS導(dǎo)航儀在海洋船舶中已普遍使用，它與雷達(dá)相比具有全球、連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度、多功能等優(yōu)點(diǎn)。隨著海用信標(biāo)差分GPS(DGPS)基臺(tái)的不斷建立，可將使用GPS C/A碼的定位精度提高到米量級(jí)。因此，還可應(yīng)用DGPS或GPS導(dǎo)航儀來改善雷達(dá)的使用性能，測(cè)定雷達(dá)測(cè)距、測(cè)向精度，彌補(bǔ)雷達(dá)在避碰和錨位監(jiān)視等方面的某些局限性。 2 GPS與雷達(dá)的定位與導(dǎo)航功能 2.1 定位功能 船用雷達(dá)發(fā)射無線電波，并接收該電波從目標(biāo)反射的回波，在顯示器上一目了然地顯示周圍物標(biāo)相對(duì)于本船的圖像。測(cè)定一個(gè)或幾個(gè)固定物標(biāo)相對(duì)于本船的方位和距離，可在海圖上作出船位。由此可見，雷達(dá)對(duì)于船舶在近岸海區(qū)或窄航道上安全航行發(fā)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(dá)電波傳播的視距所限，探測(cè)物標(biāo)的距離通常只有幾至幾十海里，不能用于遠(yuǎn)洋定位。 GPS導(dǎo)航儀同時(shí)跟蹤3顆或4顆衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)定到達(dá)衛(wèi)星的偽距，通過導(dǎo)航儀內(nèi)部計(jì)算機(jī)解算，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)、全球、高精度定位，可彌補(bǔ)雷達(dá)不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)洋定位以及定位不連續(xù)、定位操作工作量大等缺點(diǎn)。 2.2 導(dǎo)航功能 30m左右的中型引航船。考慮到天津港冬季多大風(fēng)， 錨地?zé)o遮蔽，以及在海況好時(shí)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(shí)，可單獨(dú)執(zhí)行任務(wù)；海況好時(shí)，可將其攜帶的2艘高速艇放下，共同執(zhí)行任務(wù)。如子母船的設(shè)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(hào)的引航船(艇)，在設(shè)計(jì)上必須考慮到靠船的要求和引航員上、下船的方便。 3.3 對(duì)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(fā)，采用可變螺距船；駕駛操縱系統(tǒng)，應(yīng)以方便1人操作為原則；大型引航船，還應(yīng)加裝首側(cè)推器。 3.4 要配置先進(jìn)的雷達(dá)及通信設(shè)備 另外，船身應(yīng)為白色，并在明顯處標(biāo)注英文“引航(PILOT)”。 以上僅是對(duì)引航船提出一些的初步設(shè)想，根據(jù)規(guī)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(dá)要獲得航速、航向航跡等航行數(shù)據(jù)，需通過幾次定位，由人工標(biāo)繪實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)雷達(dá)標(biāo)繪儀(ARPA)雖然自動(dòng)顯示上述數(shù)據(jù)，但存在跟蹤延遲和雷達(dá)、計(jì)程儀、羅經(jīng)等傳感器引入的誤差。另外，由于ARPA設(shè)備昂貴，不能在所有的船上安裝。 GPS導(dǎo)航儀采用現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，可實(shí)時(shí)計(jì)算并顯示航速，航向，航跡偏差，風(fēng)、流壓差，還具有設(shè)置航路點(diǎn)、計(jì)劃航線、顯示到達(dá)航路點(diǎn)的距離、時(shí)間等導(dǎo)航功能。 3 GPS的避碰功能 船用雷達(dá)測(cè)定海上運(yùn)動(dòng)物標(biāo)和靜止物標(biāo)的距離、方位等相對(duì)參數(shù)，通過人工標(biāo)繪得到最近會(huì)遇距離(CPA)和到達(dá)最近會(huì)遇點(diǎn)的時(shí)間(TCPA)等避碰數(shù)據(jù)，駕駛員根據(jù)這些數(shù)據(jù)及時(shí)采取避讓措施。但是，有些物標(biāo)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(duì)它們漏跟蹤或錯(cuò)誤跟蹤而不能提供避碰數(shù)據(jù)。在氣象條件惡劣時(shí)，出現(xiàn)嚴(yán)重的海浪回波干擾或雨、雪回波干擾，上述丟失物標(biāo)的現(xiàn)象時(shí)有出現(xiàn)。對(duì)于未露出海面的暗礁、沉船、淺灘等潛在物標(biāo)，雷達(dá)更是無能為力。根據(jù)海圖和航海通告事先查出在航線附近水面危險(xiǎn)的小物標(biāo)和水下的潛在障礙物，把它們作為航路點(diǎn)在GPS導(dǎo)航儀中存貯，并根據(jù)障礙物和船舶狀況設(shè)置報(bào)警范圍。在航行中，駕駛員可以隨時(shí)檢查這些物標(biāo)相對(duì)于本船的距離和方位。一旦船舶進(jìn)入所設(shè)定的報(bào)警范圍的邊界，GPS導(dǎo)航儀立即發(fā)出報(bào)警，駕駛員作出避讓措施。 4 GPS輔助雷達(dá)定位 雷達(dá)定位的難點(diǎn)是正確識(shí)別物標(biāo)，對(duì)于不大熟悉雷達(dá)觀測(cè)的駕駛員更是如此。若用雷達(dá)觀測(cè)幾個(gè)比較接近的非獨(dú)立物標(biāo)，由于物標(biāo)回波圖像邊緣擴(kuò)大、失真等原因，這些物標(biāo)的回波圖像難以清楚分開，因而觀測(cè)雷達(dá)圖像找不出與海圖所對(duì)應(yīng)的物標(biāo)，或把一物標(biāo)回波圖像錯(cuò)認(rèn)為另一物標(biāo)的回波圖像，獲得錯(cuò)誤的雷達(dá)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(dá)回波反射點(diǎn)要耽誤時(shí)間，因而定位是不連續(xù)、不實(shí)時(shí)的，獲取船位的時(shí)間滯后于實(shí)測(cè)船位的時(shí)間。滯后時(shí)間的大、小與觀測(cè)者對(duì)雷達(dá)觀測(cè)的熟練程度有關(guān)。 普通的GPS導(dǎo)航儀，除了直接存貯任一位置的經(jīng)、緯度以外，還可輸入當(dāng)前位置到達(dá)雷達(dá)測(cè)量位置的距離、方位，計(jì)算并顯示物標(biāo)的所在位置的經(jīng)、緯度。若把雷達(dá)測(cè)定的物標(biāo)的距離、方位數(shù)據(jù)迅速輸入GPS導(dǎo)航儀，根據(jù)它顯示的經(jīng)、緯度數(shù)據(jù)，可迅速在海圖上找到對(duì)應(yīng)的物標(biāo)，由此作出雷達(dá)船位。用此方法取得的雷達(dá)船位比用常規(guī)法作得的船位準(zhǔn)確、可靠，避免因識(shí)別反射物標(biāo)錯(cuò)誤而引起雷達(dá)船位錯(cuò)誤或偏差，標(biāo)繪所用的時(shí)間也可明顯縮短。如果將雷達(dá)測(cè)定的距離和方位數(shù)據(jù)通過接口和控制裝置輸入GPS導(dǎo)航儀，導(dǎo)航儀就不需人工干預(yù)直接顯示相應(yīng)物標(biāo)所在位置的經(jīng)、緯度。 5 錨位監(jiān)視功能 在船舶錨泊時(shí)，船用雷達(dá)可通過測(cè)定陸標(biāo)的方位和距離監(jiān)視本船的錨位偏離狀況，也可通過測(cè)定到達(dá)他船的方位和距離監(jiān)視他船的漂移狀況，一旦發(fā)現(xiàn)本船和他船走錨，便可采取相應(yīng)的措施避免發(fā)生事故。GPS的錨位監(jiān)視是以錨位點(diǎn)為中心，輸入的設(shè)定距離為半徑，一旦天線所在位置超出此范圍，即被認(rèn)為走錨而發(fā)出報(bào)警。監(jiān)控半徑大、小的選擇要根據(jù)GPS導(dǎo)航儀的定位精度、周圍環(huán)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(shè)置監(jiān)控半徑，提高監(jiān)控靈敏度。若采用DGPS可進(jìn)一步減小監(jiān)控半徑，提高監(jiān)控靈敏度。通常，GPS導(dǎo)航儀的最小設(shè)置監(jiān)控半徑為0.1n mile。 雖然GPS不能監(jiān)視他船的錨移狀況，但對(duì)本船的錨移監(jiān)視具有不需通過測(cè)定物標(biāo)定位、監(jiān)視靈敏度高、快速實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。GPS與雷達(dá)相結(jié)合的錨位監(jiān)控手段，對(duì)防止大風(fēng)造成的損失可起到很大的作用。 6 DGPS測(cè)定船用雷達(dá)測(cè)向、測(cè)距誤差 6.1 測(cè)定方法 在近海航行或錨泊的船舶，選擇一個(gè)獨(dú)立、顯著的固定物標(biāo)測(cè)定雷達(dá)船位，同時(shí)測(cè)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(dá)距離測(cè)量誤差ε↓R和方位測(cè)量誤差ε↓B(如圖1所示)。圖中，T為物標(biāo)位置；R、G分別為雷達(dá)船位和DGPS(或GPS)船位；R↓r、R↓g分別為雷達(dá)船位和DGPS(或GPS)船位到達(dá)物標(biāo)的距離；α↓r、α↓g分別為雷達(dá)和DGPS(或GPS)得到的目標(biāo)方位角。顯然：ε↓R=R↓r-R↓gε↓B=α↓r-α↓g 用GPS測(cè)定雷達(dá)的測(cè)向、測(cè)距誤差 更簡便的方法，是將被觀測(cè)物標(biāo)所在位置經(jīng)、緯度作為航路點(diǎn)輸入本船導(dǎo)航儀，導(dǎo)航儀自動(dòng)計(jì)算到達(dá)物標(biāo)的距離和方位。將雷達(dá)測(cè)定的距離和方位值分別減以導(dǎo)航儀計(jì)算值，便可得到ε↓R和ε↓B。 選用不同的雷達(dá)量程，改變被測(cè)船位置，使被觀測(cè)物標(biāo)回波盡量接近顯示器熒光屏邊緣，以便測(cè)定雷達(dá)在不同量程上的ε↓R和ε↓B。若錨泊測(cè)定可多次獲取DGPS(或GPS)參考船位和雷達(dá)船位，計(jì)算ε↓R和ε↓B的平均值，以免單次測(cè)量的偶然性。 6.2 測(cè)定精度 根據(jù)國際海事組織(IMO)通過的關(guān)于船用雷達(dá)使用性能標(biāo)準(zhǔn)的A477(Ⅻ)協(xié)議，船用雷達(dá)測(cè)量位于顯示器邊緣物標(biāo)方位誤差不超過1°，利用距標(biāo)測(cè)量物標(biāo)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(yuǎn)小于上述雷達(dá)允許的測(cè)距和測(cè)向誤差。 GPS在海上95%概率的徑向定位誤差為100m，而DGPS優(yōu)于10m。因此，用GPS或DGPS導(dǎo)航儀測(cè)定雷達(dá)測(cè)距誤差的精度δ↓R分別為100m和10m。前者在6n mile以上中、遠(yuǎn)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(biāo)至船位的距離R↓g和GPS的定位誤差d有關(guān)δ↓B≈5.73d/R↓g(°) 7 GPS與雷達(dá)配合應(yīng)用需注意的問題 7.1 GPS導(dǎo)航儀的坐標(biāo)變換 GPS的坐標(biāo)基準(zhǔn)是采用美國推出的1984年世界大地測(cè)量坐標(biāo)系(World Geodetic System)，即WGS-84測(cè)地系統(tǒng)。因此，GPS導(dǎo)航儀的定位解算統(tǒng)一采用WGS-84地球橢球參數(shù)。對(duì)于上述GPS與雷達(dá)配合使用，要求GPS導(dǎo)航儀輸出結(jié)果與該區(qū)域的地圖采用一致的坐標(biāo)系統(tǒng)。只有這樣，才能取得吻合的坐標(biāo)值，不因所用的地圖(含海圖)與GPS的坐標(biāo)系不一致而引入系統(tǒng)偏差。實(shí)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(biāo)系統(tǒng)。例如，我國現(xiàn)行地圖(含海圖)廣泛采用1954年北京坐標(biāo)系 BEJ-54，在我國本土上它與WGS-84在經(jīng)度與緯度方向誤差達(dá)到幾十米至一百多米。因此，在GPS導(dǎo)航儀中有必要將WGS-84系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成所需的各種坐標(biāo)系。

回答者：iloveyoufm512016-06-14 00:00