Hãy tưởng tượng bạn đang điều hướng trong sương mù dày đặc trên biển cả với tầm nhìn hạn chế. Làm thế nào bạn có thể tránh va chạm với các tàu khác và đến đích một cách an toàn? Radar hàng hải, một công nghệ xuất hiện trong Thế chiến II, đóng vai trò là "đôi mắt và đôi tai" của việc điều hướng hàng hải. Hướng dẫn toàn diện này khám phá công nghệ radar hàng hải, từ các nguyên tắc cơ bản đến các ứng dụng thực tế và các tiêu chuẩn quy định.
Việc hiểu radar hàng hải bắt đầu với sơ đồ khối hệ thống của nó. Mặc dù các hệ thống radar thực tế có thể phức tạp hơn, sơ đồ đơn giản hóa này cung cấp kiến thức cần thiết về các thành phần radar, tạo nền tảng cho việc học sâu hơn.
Hệ thống radar phát ra sóng điện từ dưới dạng xung thay vì luồng liên tục. Các xung này có thời lượng và tần số lặp lại cụ thể, với các thông số dạng sóng khác nhau ảnh hưởng đến hiệu suất phát hiện. Các dạng sóng radar phổ biến bao gồm xung hình chữ nhật và xung điều tần tuyến tính.
Radar hàng hải bao gồm bốn thành phần cốt lõi hoạt động cùng nhau để phát hiện và hiển thị các mục tiêu:
Máy phát bao gồm nguồn điện, đường trễ, bộ điều chế, bộ kích hoạt và magnetron. Bộ kích hoạt tạo ra các xung điều khiển bộ điều chế để tạo ra các xung điện áp cao, điều khiển magnetron để tạo ra các dao động tần số cao được truyền qua ống dẫn sóng hoặc cáp đồng trục.
Anten phát ra các xung định hướng và nhận tín hiệu vọng lại trong khi xoay với tần số lặp lại xung (PRF) được xác định trước để quét các khu vực xung quanh. Thường được gắn ở điểm cao nhất của tàu (ví dụ: boong la bàn) để tránh chướng ngại vật.
Bao gồm một ô TR, bộ dao động cục bộ, bộ trộn, bộ khuếch đại IF và bộ khuếch đại video, bộ thu khuếch đại các tín hiệu vọng lại yếu và chuyển đổi chúng thành các tín hiệu tương thích với màn hình thông qua khuếch đại và giải điều chế.
Theo truyền thống sử dụng ống tia âm cực (CRT), màn hình radar trình bày thông tin mục tiêu ở định dạng chỉ báo vị trí trên mặt phẳng (PPI) - một cái nhìn từ trên xuống. Chùm electron tạo ra các đường quét hướng tâm được đồng bộ hóa với PRF, với các tín hiệu vọng lại xuất hiện dưới dạng các điểm sáng cho biết các mục tiêu.
Radar tính toán khoảng cách mục tiêu bằng cách đo thời gian giữa việc phát xung và nhận tín hiệu vọng lại. Điểm quét di chuyển theo hướng xuyên tâm với tốc độ bằng một nửa tốc độ lan truyền sóng điện từ. Khi đến mép màn hình, sóng đã di chuyển một khoảng cách gấp đôi bán kính màn hình. Các mục tiêu xuất hiện dưới dạng các điểm sáng ở các khoảng cách tương ứng, được tăng cường bởi các vòng phạm vi và các điểm đánh dấu phạm vi thay đổi (VRM) để có độ chính xác.
Anten định hướng xoay theo chiều kim đồng hồ (nhìn từ trên xuống) với tốc độ 12-30 vòng/phút. Màn hình đồng bộ hiển thị phương vị mục tiêu dưới dạng góc từ tâm màn hình (0° ở trên cùng) đến điểm mục tiêu. Một điểm đánh dấu hướng cố định cho biết hướng đi của tàu.
Radar hàng hải chủ yếu hoạt động ở hai băng tần tần số với các đặc điểm riêng biệt:
Hoạt động ở 8-12 GHz (thường là 9GHz) với bước sóng 3cm:
Hoạt động ở 2-4 GHz (thường là 3GHz) với bước sóng 10cm:
Chương V của Công ước quốc tế về an toàn sinh mạng trên biển (SOLAS) quy định:
Được sửa đổi bởi Nghị quyết IMO MSC.192(79) năm 2004, các tiêu chuẩn chính bao gồm:
Hãy tưởng tượng bạn đang điều hướng trong sương mù dày đặc trên biển cả với tầm nhìn hạn chế. Làm thế nào bạn có thể tránh va chạm với các tàu khác và đến đích một cách an toàn? Radar hàng hải, một công nghệ xuất hiện trong Thế chiến II, đóng vai trò là "đôi mắt và đôi tai" của việc điều hướng hàng hải. Hướng dẫn toàn diện này khám phá công nghệ radar hàng hải, từ các nguyên tắc cơ bản đến các ứng dụng thực tế và các tiêu chuẩn quy định.
Việc hiểu radar hàng hải bắt đầu với sơ đồ khối hệ thống của nó. Mặc dù các hệ thống radar thực tế có thể phức tạp hơn, sơ đồ đơn giản hóa này cung cấp kiến thức cần thiết về các thành phần radar, tạo nền tảng cho việc học sâu hơn.
Hệ thống radar phát ra sóng điện từ dưới dạng xung thay vì luồng liên tục. Các xung này có thời lượng và tần số lặp lại cụ thể, với các thông số dạng sóng khác nhau ảnh hưởng đến hiệu suất phát hiện. Các dạng sóng radar phổ biến bao gồm xung hình chữ nhật và xung điều tần tuyến tính.
Radar hàng hải bao gồm bốn thành phần cốt lõi hoạt động cùng nhau để phát hiện và hiển thị các mục tiêu:
Máy phát bao gồm nguồn điện, đường trễ, bộ điều chế, bộ kích hoạt và magnetron. Bộ kích hoạt tạo ra các xung điều khiển bộ điều chế để tạo ra các xung điện áp cao, điều khiển magnetron để tạo ra các dao động tần số cao được truyền qua ống dẫn sóng hoặc cáp đồng trục.
Anten phát ra các xung định hướng và nhận tín hiệu vọng lại trong khi xoay với tần số lặp lại xung (PRF) được xác định trước để quét các khu vực xung quanh. Thường được gắn ở điểm cao nhất của tàu (ví dụ: boong la bàn) để tránh chướng ngại vật.
Bao gồm một ô TR, bộ dao động cục bộ, bộ trộn, bộ khuếch đại IF và bộ khuếch đại video, bộ thu khuếch đại các tín hiệu vọng lại yếu và chuyển đổi chúng thành các tín hiệu tương thích với màn hình thông qua khuếch đại và giải điều chế.
Theo truyền thống sử dụng ống tia âm cực (CRT), màn hình radar trình bày thông tin mục tiêu ở định dạng chỉ báo vị trí trên mặt phẳng (PPI) - một cái nhìn từ trên xuống. Chùm electron tạo ra các đường quét hướng tâm được đồng bộ hóa với PRF, với các tín hiệu vọng lại xuất hiện dưới dạng các điểm sáng cho biết các mục tiêu.
Radar tính toán khoảng cách mục tiêu bằng cách đo thời gian giữa việc phát xung và nhận tín hiệu vọng lại. Điểm quét di chuyển theo hướng xuyên tâm với tốc độ bằng một nửa tốc độ lan truyền sóng điện từ. Khi đến mép màn hình, sóng đã di chuyển một khoảng cách gấp đôi bán kính màn hình. Các mục tiêu xuất hiện dưới dạng các điểm sáng ở các khoảng cách tương ứng, được tăng cường bởi các vòng phạm vi và các điểm đánh dấu phạm vi thay đổi (VRM) để có độ chính xác.
Anten định hướng xoay theo chiều kim đồng hồ (nhìn từ trên xuống) với tốc độ 12-30 vòng/phút. Màn hình đồng bộ hiển thị phương vị mục tiêu dưới dạng góc từ tâm màn hình (0° ở trên cùng) đến điểm mục tiêu. Một điểm đánh dấu hướng cố định cho biết hướng đi của tàu.
Radar hàng hải chủ yếu hoạt động ở hai băng tần tần số với các đặc điểm riêng biệt:
Hoạt động ở 8-12 GHz (thường là 9GHz) với bước sóng 3cm:
Hoạt động ở 2-4 GHz (thường là 3GHz) với bước sóng 10cm:
Chương V của Công ước quốc tế về an toàn sinh mạng trên biển (SOLAS) quy định:
Được sửa đổi bởi Nghị quyết IMO MSC.192(79) năm 2004, các tiêu chuẩn chính bao gồm:
