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摘 要：船舶导航雷达是当今应用最为广泛的船舶导航和避碰设备之一，对保障船舶安全航行具有举足轻重的意义。本文主要阐述了船舶导航雷达的新技术和发展情况，展望导航雷达未来的发展趋势。
关键词：船舶导航雷达；新技术；发展
中图分类号：TN959.72 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0307-01
导航雷达主要用于船舶航行时观测海上目标、测量观测物的距离，是船舶安全航行、狭水道引航、进出港口及夜间航行时不可或缺的设备。
船舶导航雷达需要长期在潮湿、海杂波和电磁干扰的环境中使用，这就对船舶导航雷达提出了更高的技术要求。如抗海杂波能力、高可靠性、电磁兼容性和多功能化等。
1 船舶导航雷达的发展
1.1 发展情况
1904年德国人Chrisian Hulsmeyer申请了单站脉冲雷达专利，为导航雷达的发展奠定了基础。19世纪40年代出现了第一款商业导航雷达；1974年海洋安全国际会规定商船必须安装雷达，防止船舶航行碰撞；1977年美国海岸警卫队明确规定，要求所有进入美国水域的船只必须要安装避碰功能的导航设备；从而推动了导航雷达的迅速发展。
然而，雷达的成本与性价比决定了雷达的技术含量，民用船舶安装的导航雷达考虑性价比因素，导致功能单一，技术含量低、新技术应用和发展缓慢。直至19世纪80年代，军事雷达技术发展尤为迅速，出现了脉冲多普勒、相控阵、合成孔径成像、超视距探测技术等。该阶段军事雷达和民用雷达的差距越来越大，民用雷达除隙缝波导阵列天线、固态功放、连续波等技术，其余技术发展缓慢。至今，国际上的主流导航雷达仍然是磁控管导航雷达，甚至连数字信号处理技术的应用也与预期存在一定差距，这与成本有着不可分离的关系。
1.2 发展趋势
导航雷达技术会逐渐朝向动态目标检测、中频采样、维向距离方向发展，这些技术在近期内即可推广应用。受装船条件以及成本的限制，新体制雷达近期内不大可能广泛应用；随着微电子技术和微波集成电路的进步，船用导航雷达将继续往标准化、模块化方向发展；而从自动化技术和智能化技术角度出发，人工智能作为各行业未来的发展趋势，也会逐步应用到船舶导航雷达中，结合新型雷达控制中央系统和传感器、控制器、信息接收器，从而实现无人驾驶形态或者远程操控形态。
2 新技术
2.1 体 制
船舶导航雷达出现后一直使用单载频非相参脉冲、方位机械扫描体制，该体制的雷达限制了新型天线、固态发射机等新设备的应用；在性能指标增长上趋于饱和，发展已近极限；目前脉冲压缩技术和调频连续波雷达已开始应用，脉冲多普勒体制、脉冲压缩体制、相控阵体制、合成孔径体制、超视距体制技术已发展成熟；正在发展中的动目标探测体制、谐波雷达体制、无源探测体制、激光体制等都可能成为未来船舶导航雷达选用的对象，单独使用任何一种体制都有缺陷，最大可能采用结合几个体制构成功能完善的综合体制。
2.2 天 线
现今，导航雷达天线主要采用基于磁控管系统的隙缝波导天线，该天线主瓣窄、副瓣电平低、体积小、重量轻、易安装，并可在一个天线上实现多种极化方式，技术成熟。但是，隙缝波导天线不能兼顾方位分辨率和距离分辨率；其角一频率特性也限制了对信号体制的选择，不适于普通脉冲体制之外的其他信号体制；其结构也不易实现水平极化、垂直极化、固极化的电子切换，难以实现对杂波干扰及同频段的有源干扰所具有的极化分集。
天线技术的发展趋势是宽频带、高增益、多波束、低副瓣、多功能化。超低副瓣天线具有较强的抗海杂波能力，可以避免大量海杂波从副瓣进入天线的可能性。目前，用于抑制杂波的自适应波束形成技术已日趋成熟，正在发展中的线性阵列天线可以有效解决有源干扰，同时可以实现水平-垂直-固极化三种极化形式的转换，被认为可以取代传统的隙缝波导天线。
2.3 算法和软件应用
硬件本身单独对系统性能的改善较弱，它必须借助算法和软件应用层面上的增强，才能使系统达到所要求的性能。国际中提出了多种先进的杂波和抗干扰算法，包括波束锐化算法、跟踪算法等。这些新算法会在信号处理层面上发挥着极大的作用，提高雷达对小目标的检测能力和距离分辨率。针对大型船舶需要配备多频段雷达、多传感器的方法，将探测到的目标信息通过中央计算机进行整合，从而缓解恶劣条件下的感知能力下降问题，从而提高船舶附近的安全监控能力。
2.4 信息融合与组合导航技术
在现代船舶中，自动识别（AIS）、全球定位（GPS或北斗）、电子海图（ECDIS）等应用十分广泛。自动识别是通过船舶交通管理系统获取船舶信息，所获得的目标位置信息完全独立于雷达，并且不会受到大型船舶或岛屿的干扰。GPS与“北斗”可以判定船舶的位置信息，同时也能够得出精准的航向数据。电子海图可以对岛屿、浅滩、海底障碍等信息进行侦查，信息具备一定的时效性因素。美国、欧盟、日本等国家最先实现上述多个技术的融合，我国在近些年也推出了全方位的组合导航雷达，可以在雷达终端上显示相关信息，，也能够能实现实现信息融合，优势互补，随时显示船舶周围的动态与静态信息，提高雷达在复杂环境中的信息捕获能力和使用可靠性。雷达与AIS、GPS、ECDIS以及快速发展的人工智能系统有机的组合，構成了功能更完善、使用更方便的船舶综合信息系统，是现今发展的主流。
3 结束语
国外船舶导航雷达发展早，技术已较为成熟，国内船舶导航雷达的研制起步晚，仍存在雷达分辨率低、探测能力弱、效率低下等问题。未来，结合新硬件技术和人工智能软件技术，无人化操控势必会成为船舶导航雷达领域的一大发展趋势。这方面，英国一直走在前面，国内导航雷达产业必须改变低水平引进仿制、价格战等恶性竞争；随着全球航运业快速发展给导航雷达领域带来的市场行情和技术革新机会，赶上世界先进水平。
参考文献
[1]彭祥龙.船用导航雷达的技术发展及最新应用[J].电讯技术，2013，5309：1247～1252.
[2]王远洲.船用导航雷达的发展及新技术[J].电子工程，1982（2）：23～31.
[3]John N.Briggs.航海雷达目标检测[M].大连：大连海事大学出版.
收稿日期：2018-7-20
作者简介：徐晶晶（1985-），男，汉族，上海人，工程师，大学本科。
关键词：船舶导航雷达；新技术；发展
中图分类号：TN959.72 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0307-01
导航雷达主要用于船舶航行时观测海上目标、测量观测物的距离，是船舶安全航行、狭水道引航、进出港口及夜间航行时不可或缺的设备。
船舶导航雷达需要长期在潮湿、海杂波和电磁干扰的环境中使用，这就对船舶导航雷达提出了更高的技术要求。如抗海杂波能力、高可靠性、电磁兼容性和多功能化等。
1 船舶导航雷达的发展
1.1 发展情况
1904年德国人Chrisian Hulsmeyer申请了单站脉冲雷达专利，为导航雷达的发展奠定了基础。19世纪40年代出现了第一款商业导航雷达；1974年海洋安全国际会规定商船必须安装雷达，防止船舶航行碰撞；1977年美国海岸警卫队明确规定，要求所有进入美国水域的船只必须要安装避碰功能的导航设备；从而推动了导航雷达的迅速发展。
然而，雷达的成本与性价比决定了雷达的技术含量，民用船舶安装的导航雷达考虑性价比因素，导致功能单一，技术含量低、新技术应用和发展缓慢。直至19世纪80年代，军事雷达技术发展尤为迅速，出现了脉冲多普勒、相控阵、合成孔径成像、超视距探测技术等。该阶段军事雷达和民用雷达的差距越来越大，民用雷达除隙缝波导阵列天线、固态功放、连续波等技术，其余技术发展缓慢。至今，国际上的主流导航雷达仍然是磁控管导航雷达，甚至连数字信号处理技术的应用也与预期存在一定差距，这与成本有着不可分离的关系。
1.2 发展趋势
导航雷达技术会逐渐朝向动态目标检测、中频采样、维向距离方向发展，这些技术在近期内即可推广应用。受装船条件以及成本的限制，新体制雷达近期内不大可能广泛应用；随着微电子技术和微波集成电路的进步，船用导航雷达将继续往标准化、模块化方向发展；而从自动化技术和智能化技术角度出发，人工智能作为各行业未来的发展趋势，也会逐步应用到船舶导航雷达中，结合新型雷达控制中央系统和传感器、控制器、信息接收器，从而实现无人驾驶形态或者远程操控形态。
2 新技术
2.1 体 制
船舶导航雷达出现后一直使用单载频非相参脉冲、方位机械扫描体制，该体制的雷达限制了新型天线、固态发射机等新设备的应用；在性能指标增长上趋于饱和，发展已近极限；目前脉冲压缩技术和调频连续波雷达已开始应用，脉冲多普勒体制、脉冲压缩体制、相控阵体制、合成孔径体制、超视距体制技术已发展成熟；正在发展中的动目标探测体制、谐波雷达体制、无源探测体制、激光体制等都可能成为未来船舶导航雷达选用的对象，单独使用任何一种体制都有缺陷，最大可能采用结合几个体制构成功能完善的综合体制。
2.2 天 线
现今，导航雷达天线主要采用基于磁控管系统的隙缝波导天线，该天线主瓣窄、副瓣电平低、体积小、重量轻、易安装，并可在一个天线上实现多种极化方式，技术成熟。但是，隙缝波导天线不能兼顾方位分辨率和距离分辨率；其角一频率特性也限制了对信号体制的选择，不适于普通脉冲体制之外的其他信号体制；其结构也不易实现水平极化、垂直极化、固极化的电子切换，难以实现对杂波干扰及同频段的有源干扰所具有的极化分集。
天线技术的发展趋势是宽频带、高增益、多波束、低副瓣、多功能化。超低副瓣天线具有较强的抗海杂波能力，可以避免大量海杂波从副瓣进入天线的可能性。目前，用于抑制杂波的自适应波束形成技术已日趋成熟，正在发展中的线性阵列天线可以有效解决有源干扰，同时可以实现水平-垂直-固极化三种极化形式的转换，被认为可以取代传统的隙缝波导天线。
2.3 算法和软件应用
硬件本身单独对系统性能的改善较弱，它必须借助算法和软件应用层面上的增强，才能使系统达到所要求的性能。国际中提出了多种先进的杂波和抗干扰算法，包括波束锐化算法、跟踪算法等。这些新算法会在信号处理层面上发挥着极大的作用，提高雷达对小目标的检测能力和距离分辨率。针对大型船舶需要配备多频段雷达、多传感器的方法，将探测到的目标信息通过中央计算机进行整合，从而缓解恶劣条件下的感知能力下降问题，从而提高船舶附近的安全监控能力。
2.4 信息融合与组合导航技术
在现代船舶中，自动识别（AIS）、全球定位（GPS或北斗）、电子海图（ECDIS）等应用十分广泛。自动识别是通过船舶交通管理系统获取船舶信息，所获得的目标位置信息完全独立于雷达，并且不会受到大型船舶或岛屿的干扰。GPS与“北斗”可以判定船舶的位置信息，同时也能够得出精准的航向数据。电子海图可以对岛屿、浅滩、海底障碍等信息进行侦查，信息具备一定的时效性因素。美国、欧盟、日本等国家最先实现上述多个技术的融合，我国在近些年也推出了全方位的组合导航雷达，可以在雷达终端上显示相关信息，，也能够能实现实现信息融合，优势互补，随时显示船舶周围的动态与静态信息，提高雷达在复杂环境中的信息捕获能力和使用可靠性。雷达与AIS、GPS、ECDIS以及快速发展的人工智能系统有机的组合，構成了功能更完善、使用更方便的船舶综合信息系统，是现今发展的主流。
3 结束语
国外船舶导航雷达发展早，技术已较为成熟，国内船舶导航雷达的研制起步晚，仍存在雷达分辨率低、探测能力弱、效率低下等问题。未来，结合新硬件技术和人工智能软件技术，无人化操控势必会成为船舶导航雷达领域的一大发展趋势。这方面，英国一直走在前面，国内导航雷达产业必须改变低水平引进仿制、价格战等恶性竞争；随着全球航运业快速发展给导航雷达领域带来的市场行情和技术革新机会，赶上世界先进水平。
参考文献
[1]彭祥龙.船用导航雷达的技术发展及最新应用[J].电讯技术，2013，5309：1247～1252.
[2]王远洲.船用导航雷达的发展及新技术[J].电子工程，1982（2）：23～31.
[3]John N.Briggs.航海雷达目标检测[M].大连：大连海事大学出版.
收稿日期：2018-7-20
作者简介：徐晶晶（1985-），男，汉族，上海人，工程师，大学本科。