雷達站用于監(jiān)控海洋平臺海域航道的船舶運行狀況，維護海上交通秩序，確保航道安全，可為海上交通提供信息和服務幫助。雷達傳感器將采集的信號發(fā)送至雷達站，雷達站將采集的信號傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，從而控制監(jiān)控區(qū)域。該系統(tǒng)的主要功能為：加強監(jiān)測和控制該海域的船舶通航管理;監(jiān)視跟蹤雷達站區(qū)域內(nèi)的目標;防止和減少海上交通事故;提高沿岸港口的生產(chǎn)效率;為船舶及相關的單位提供信息服務;記錄跟蹤雷達視頻和操作狀態(tài)數(shù)據(jù)，并在電子海圖背景下重放和分析交通。
1、雷達站的組成
雷達站由X波段天線、旋轉(zhuǎn)單元、波導、X波段雙雷達收發(fā)機、雷達跟蹤處理器、服務器、鍵盤、交換機等設備組成。雷達天線是高分辨率、裂縫波導、X波段水平極化天線，雷達天線與雙X波段收發(fā)機相連，收發(fā)機為低噪聲雙收發(fā)機冗余配置，雷達跟蹤處理器執(zhí)行雷達數(shù)據(jù)處理功能。服務器同時控制收發(fā)機和跟蹤處理器。雷達站將采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡接口傳送到控制中心。
2、雷達站的作用
雷達傳感器將采集的信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，將來自雷達回波跟蹤海域范圍內(nèi)船只的航行狀態(tài)整合顯示到上位操作站，操作人員可以清晰、直觀地掌握海面船舶運行狀況，如圖1所示。需要時，可對船舶喊話。萬一發(fā)生海上交通事故，那么系統(tǒng)中的記錄回放可以作為依據(jù)，以便后續(xù)處理。
圖1 雷達站系統(tǒng)框圖
3、雷達站各部件性能指標及用途
3.1 天線技術參數(shù)
頻率：(9375±30)MHz。偏移：水平。增益：(36±0.5)dB。水平波束寬度(-3dB)：<0.38°。垂直波束寬度(-3dB)：14°±2°。旁瓣水平抑制：within±5°-27dB;outside±5°-30dB。旋轉(zhuǎn)速度：20rpm。電源：3ph，50/60Hz，380V。風速：40m/s(操作)，55m/s(最大)。防護等級：IP54。
3.2 旋轉(zhuǎn)單元
雷達天線安裝在旋轉(zhuǎn)單元上，可以控制2臺雷達收發(fā)機的波導開關;波導開關可以關閉2臺雷達收發(fā)機，旋轉(zhuǎn)單元的電源線連接機柜中的電源控制器。
3.3 波導
波導用于連接天線與收發(fā)機信號傳輸。
3.4 雷達收發(fā)機
雷達收發(fā)機由循環(huán)器、磁控管、接收器、放大器、收發(fā)控制單元(TCU)、電源輸入單元、電源和RF限制器組成。雷達站配置雙X波段雷達收發(fā)機，包括2臺單收發(fā)機，每臺單收發(fā)機由共同的波導開關及天線波導相連接，天線控制信號(包括波導控制)由連接模塊連接至雷達收發(fā)機，雷達收發(fā)機有內(nèi)置射頻靈敏時間控制(RF-STC)和脈沖重復頻率功能。收發(fā)機與雷達跟蹤處理器接收復合視頻信號，復合視頻包括模擬視頻、方位角等信息，處理后的信號通過CAN-Bus接口遠程控制和監(jiān)控。雷達收發(fā)機內(nèi)置測試功能。如果出現(xiàn)故障，則可以通過CAN-Bus接口傳輸至雷達跟蹤處理器，再傳輸至VTS控制中心。任何當前狀態(tài)的改變都會提醒操作員，以引起他們的注意。
3.5 雷達接收機技術數(shù)據(jù)
頻率(標準)：(9375±30)MHz。峰值脈沖功率(磁控管)：10kW。脈沖寬度：在50～1000ns射程內(nèi)。脈沖重復頻率：在500～4000Hz射程內(nèi)。開始/停止設定：在360°內(nèi)。消隱脈沖寬度：0～359°。消隱分辨率：0.1°。
3.6 接收器
限制器、調(diào)音器、前置低噪麥克風RF前置擴音器噪音系數(shù)：≤3.5dB。擴音器中央頻率：60MHz。帶寬：20MHz/6MHz。RX-動態(tài)范圍：≥125dB。接收器抑制鏡頻信號能力：20dB。
3.7 控制單元
天線馬達的功率來自電源控制單元，主要功能是控制天線馬達和雷達收發(fā)機功率的開/關，包括一個安全開關和旋轉(zhuǎn)單元，以安全維護收發(fā)機功率。雷達收發(fā)機包括2個靈敏度時間控制(STC)盤，可以獲得增加的動態(tài)范圍。為了避免鄰近雷達站或安裝雷達的船只互相干擾，使用隨機變化的脈沖重復頻率，從而避免出現(xiàn)第二時間回波，能夠保證操作站上回波的穩(wěn)定性，操作員可以在監(jiān)控操作站上分別設置起始和結(jié)束遮蔽的范圍，此功能也可以通過遠程控制實現(xiàn)。
3.8 雷達系統(tǒng)接口
雷達視頻接口是一模擬復合視頻接口，包括視頻、方位角等信息。物理接口是一個同軸電纜連接的接口。遠程控制包括STC控制、脈沖寬度、開/關功能等。另外，校準方位和距離、遮蔽范圍等也可以由遠程控制實現(xiàn)。因此，高精度的參考點是實現(xiàn)各項功能準確性的必要條件。遠程控制是一個CAN-Bus接口。雷達遠程控制、雷達回波校準和傳輸遮蔽控制、雷達狀態(tài)和雷達誤差均經(jīng)由此接口傳輸。
主群功率接口包括旋轉(zhuǎn)單元、電源和安全開關。按下安全開關可以切斷旋轉(zhuǎn)單元與收發(fā)機電源，以進行安全維護工作，這個安全開關必須用鑰匙打開。在維修工作中，維修人員必須保存好鑰匙。
3.9 雷達跟蹤處理器
雷達跟蹤處理器其實是一臺工業(yè)用計算機，裝有數(shù)字信號處理器，它是雷達的接口板。目標錄取和跟蹤都是實時進行的，即連續(xù)記錄雷達旋轉(zhuǎn)所有信息，但大約有幾秒鐘的延遲。雷達跟蹤處理器利用廣域網(wǎng)傳輸雷達視頻，將跟蹤數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)送至雷達站控制中心。相應地，控制中心的命令、遮蔽圖等信息也會傳輸?shù)嚼走_跟蹤處理器，從而進入整個原始雷達視頻。
本地跟蹤器決定雷達站控制系統(tǒng)內(nèi)所連接的雷達傳感器的跟蹤能力和性能，可靠的本地跟蹤是成功跟蹤的前提。多傳感器跟蹤的集成依靠多路跟蹤器的跟蹤功能實現(xiàn)，由多路跟蹤器將系統(tǒng)的跟蹤數(shù)據(jù)傳遞給雷達站操作員，操作員可以在雷達站中心遠程控制雷達跟蹤處理器，該操作通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡完成，能夠更好地實現(xiàn)本地維修。
4、顯示單元
每個雷達站配置一臺維修終端用于監(jiān)視及控制功能，如顯示雷達視頻、偏心、增益、動態(tài)、STC、脈寬、收發(fā)機的選擇等。另外，還可以調(diào)整磁控管狀況、脈沖重復頻率、STC曲線。
5、雷達站信號傳輸
遠距離信號傳輸一般可采用以下3種通信方式。
5.1 微波通信
微波通信在空間為直線傳播，其傳播距離受到限制，最大傳播距離為100km。在一條微波通信信道的2個終端之間建立中繼站，中繼站將信號放大后可以將信號傳輸?shù)疥懮辖K端，但其投資費用大，施工也有一定難度。
5.2 衛(wèi)星通信
衛(wèi)星通信的頻率帶寬很大，信號穩(wěn)定，但是租用衛(wèi)星公司的帶寬為按月收費，投資費用很大。
5.3 光纖通信
光纖通信是指利用光導纖維傳遞光脈沖來進行通信。由于可見光的頻率非常高，所以光纖通信系統(tǒng)的傳輸帶寬遠大于目前其他各種傳輸?shù)膸?，是成熟的遠距離傳輸媒體。綜上所述，從投資費用和施工工作量來看，光纖通信是較為理想的方案。
6、結(jié)語
在海上平臺設置雷達站后，操作人員能探測海上平臺移動目標和識別的來源，可根據(jù)目標的運行軌跡、所處位置、航向航速等參數(shù)判斷雷達掃描范圍內(nèi)的船只往來，從而確保該海域航道移動船舶的安全。來源 | 本文原刊于《天津科技》;2024年4月作者 | 莫儒志 于成龍 潘建 中海油湛江采油服務文昌分公司
