Radio Detection and Ranging（Radar）無線電探測與測距

1. 定時器（同步器）：產生鋸齒波將其同時送入調制器及顯示器。

2. 調制器：供給發射機一高壓脈波以控制其開與關，使電能以等於或小於1s的脈衝發送出去；而每秒發出脈波的次數，則依據所要測量的距離來決定。

3. 發射機：由調制器送來高壓派波時，在脈波時間產生射頻振盪送至天線發射出去。

4. 接收機：把發射的射頻電能的一部分及由目標反射回來的微弱電能合併，經放大與檢波後，將脈波送入顯示器。

5. 顯示器：用來顯示脈波探測資料；CRT 之螢幕稱為平面位置顯示器（PPI）。

6. 收發箱：發射時，為免射頻電能損壞接收機而將之與天線斷路；接收時，為免接收之電能進入發射機消耗而將之與天線斷路。

7. 電源供應器：供給系統所需之直流、交流電壓。

二、船用Radar 頻帶

名 稱	頻率範圍（GHz）	波長範圍（cm）	最大可用的巔值功率
UHF特高頻	0.3 ~ 1.0	100 ~ 30	5.0 MW
S	1.5 ~ 3.9	20 ~ 8	25.0 MW
X	8.0 ~ 12.5	3.75 ~ 2.4	10.0 MW

三、名詞解釋

    1. 雷達波為電磁波，其傳播速率與光速同：

    C =3 108 × m/s = 300 m/ms = 161829 NM/s = 328 yards /ms = 983 ft /ms

    2. 載波頻率：射頻電能的頻率，頻率愈高、衰減愈大，頻率愈低，探測距離愈遠；單位為Hz 脈波數 / 每秒，一般船用雷達的週率3000 ~ 10000 MHz。

    3. PRR（Pulse Recurrence Rate）脈波重現率或PRF（Pulse Repetition Frequency）脈波重複率：脈波發射數 / 每秒，單位為pulse / s；一般船用雷達每秒500~ 4000 個。

    4. 波長d ：一個波開始到結束的距離，單位為ms 。C＝f × d ，頻率愈高、波長愈短。

    5. 週期T：兩個脈波中間相隔時間。T ＝ 1 / PRR。

    6. 工作週：波長與週期的比數，T/d。

四、雷達最大測距的影響因素：

1. 頻率愈高衰減愈大（不計天候因素），故採用較低發射頻率時探測距離大。

2. 巔值功率（有效功率）愈高探測距離愈大（功率加一倍探測範圍加25%）。

3. 射頻波長愈大（發射功率愈強）時，探測距離愈大。

4. 脈波重複率低則探測距離愈大；最大探測距離=81000/PRR浬，500PRR4000。

5. 水平波束愈窄（愈集中；0.6°~2°），探測距離愈大。

6. 目標愈大，則在較遠之處亦能有回跡顯示於PPI 上；導體物質（鐵質）較非導體物質（木質）可產生較強回波。

7. 接收機靈敏度愈高則探測距離愈大，但須注意干擾亦變大。

8. 天線旋轉愈慢，則在相同旋轉角度內發射的脈波數較多，對遠距離目標探測能力較強（依規定須20 rpm 以上）。

某雷達其脈波重複率（PRR）為1000 個/秒，水平波束寬2°，天線旋轉率6

轉/分，求天線每旋轉一個波束寬可發射幾個脈波數？

解：step1.先求每一分鐘共發射多少脈波

step2.次求天線一分鐘內共旋轉幾度

step3.再來換算出天線每旋轉一度發射多少脈波

step4.最後求出幾度內的總共脈波數通常情況下，欲使一個目標在螢幕上清晰地顯示出來，則至少要有5 次以上的回波。

(100*60/6*360)*2=55.6

通常情況下，欲使一個目標在螢幕上清晰地顯示出來，則至少要有5 次以上的回波。

五、影響雷達最小探測距離之因素

1. 雷達最小探測距離約為脈波長之一半，故波長影響極小探測距離。

2. 天線愈高，最小探測距離愈遠。

3. 垂直波束愈寬，最小探測距離愈近。

4. 海浪回跡可能在PPI 上之最小探測距離附近產生雜斑。

5. 副波套碰到近距離目標時，產生回跡造成干擾，影響近距離探測。

六、雷達鑑別力

1. 影響Radar 距離鑑別力的因素

1.1 距離鑑別力，乃雷達量測同一方位上兩靠近目標回跡分開之能力；主要影響因素有：發射之脈波長度、接收機增益、陰極射線管顯示點之大小、距離標度。

1.2 高距離鑑別力，需要求短脈波長（或寬）、低接收機增益、近距離標度。

1) 兩接近目標須間隔〔1/2 射頻波長以上〕，即波長1 微秒時（328 碼），兩目標應隔開164 碼以上，波長0.5 微秒時應隔開82 碼以上，故波長短鑑別力高。

2) 將接收機增益降低，可使兩目標回跡分開顯示。

3) 螢幕尺寸愈大、距離標度愈小，則顯示點長度或寬度愈小，鑑別力高。

2. 影響方位鑑別力之因素方位鑑別力，乃雷達量測同一距離上兩接近目標回跡分開之能力；主要因素有：水平波束寬、目標之距離、陰極射線管顯示點之大小。

1) 水平波束寬愈窄，方位鑑別力愈佳。

2) 目標距離愈遠，則分開間隔須愈大，方位鑑別力愈差。

3) 螢幕直徑愈小、距離標度愈小，則陰極射線管之光點愈小，鑑別力就愈高。

4) 單一方位線所產生的偏移量（Offset）約為目標距離1/60；如距離1 浬，則偏移量為

1852 ÷ 60 × 3.28（呎）= 101 呎。

計算同一距離上兩不同方位目標之公式；設水平波束寬2°，距離10 '，則兩目標間最小分隔為：

dist×（θ/180× π）

dist：雷達量測距離

θ ：水平波束寬

10×(2/180)×3.14159= 0.349 浬= 707 碼

1 浬=1852 公尺=2026.8 碼=6074.6 呎

七、雷達回波之判讀及其不正常回波與干擾（P113）

1. 多重回跡（Multiple Echoes）：接收由距離接近之目標所產生之強力回波時即有可能產生，目標回跡多重顯示在實際距離的2、3…倍處。

2. 副波回跡（Side-Lobe Effects）：真像兩側同距離處之弧形亮點。

3. 二次蹤跡波（Second-Trace Echoes）：雷達探測距離之外的目標所產生之回波，通常在超折射或反常大氣情況下發生。

4. 間接回跡（Indirect Echoes）：雷達波經船上物體反射出去，遇到目標後沿著原路徑回來；僞向的距離和目標物相等，但其顯現方位會固定在反射物的方位，不像目標物的方位會變動。船首向上（Head Up）相對運動（R/M）顯示方式時，假若本船向右轉向，則雷達螢幕上的間接回波將固定不動或消失。

5. 陰影扇區（Shadow Sectors）：雷達波被船上大型建築物遮蔽造成掃描死角。

6. 明暗扇形（Sectoring）：由於A.F.C.（自動頻率控制）失調，PPI 上出現光度正常與黑暗相同的扇形。

7. 輻條現象：在PPI 上出現整片或扇面的固定不動的徑向條形直線，切換距離圈時亦不會變動，這種情形表示雷達須維修。

8. 鋸齒狀距離圈：雷達須維修。

八、電波傳播之干擾

1. 干擾的發生，較易出現在使用遠距測程（long-range scales）時。

2. 電子干擾（兩雷達接收頻率重疊時）：

1) 若脈波重複率一樣，則PPI 上顯示無數同心圓，但無固定距離。

2) 若脈波重複率不同但接近，PPI 顯示的干擾亮點呈渦卷狀（spoking）。

3) 若脈波重複率差很多，PPI 顯示的干擾亮點呈不規則狀。

九、海浪干擾

1. 海浪回跡雜斑，多發生在距離本船3、4 浬內。

2. PPI 上所顯示面積一邊較大一邊較小，較廣之一邊即為上風側。

3. 海浪愈高、反射面角度好及天線愈高時，雜斑愈大。

4. 目標回跡對雜斑比值（signal to clutter ratio）的強度，隨波長增加而增大，故X-band 雷達之STC 控鈕（Anti-clutter Sea）效果比S-band 雷達差。

5. 假如在雷達螢幕上位於3.5 浬內的影像，除刻度標（Rings、HL、EBL 等）的亮度正常外，雜斑和回波信號均很弱，但在3.5 浬外，雜斑和回波等均很正常，則此時應調整STC 控鈕。

十、雨和雪干擾

1. 傾盆大雨時，3 公分雷達比10 公分雷達，能量衰減較大。

2. 雪只影響3 公分雷達的最大測距，並不影響10 公分雷達。

3. 降雨地區廣泛且雨勢不停，則PPI 中心週遭的雨水回跡較其他部分明亮。

4. 雪干擾影像呈密集點狀回波群，如棉絮團一樣。

5. 降雨量增加，則最大探測距離縮減，尤其是暴風雨時，因雨水呈噴霧狀，大量吸收電波能量。

6. 極區霧的小水滴體積最大，因此大氣中含水分多，探測距離折損多，大霧時可能下降60%左右。

十一、艏輝線（Heading Flash）顯示方式

1、 船首向上（Head Up）；螢幕上艏輝線永遠與本船首尾線平行指向船頭。

(1) 螢幕正上方為相對方位000°，代表船首向。

(2) 優點：駕駛台所見景像與PPI 上的顯像完全一致；無電羅經訊號輸入時仍可使用。

(3) 缺點：本船轉向時，目標回跡反方向移動（不穩定顯示），無法即時定位與測繪。

2、真北向上（North Up）：雷達方位刻度正上方之0°永遠為真北方向，艏輝線即為本船航向。

(1) 真北向上相對運動為Radar 測繪時的顯示模式。

(2) 優點：本船轉向時只有艏輝線轉動，穩定顯示，故可繼續定位與測繪；PPI上的顯像與海圖一致。

(3) 缺點：電羅經故障時無法使用；駕駛台所見景像與PPI 上的顯像不一定相同，因而造成航行員困擾。

(4) 在狹窄水道中航行，該水道兩側高大建築物較多，航道彎度大且彎道多，應以真運動的對地穩定顯示方式最好。

3、航向朝上（Course Up）：螢幕正上方之相對方位000°，代表本船航向。3.2 優點：穩定顯示，顯像有前述兩種之優點；目標與本船相關方位在PPI 上與實際相同。

缺點：電羅經故障時無法使用；使用時須先設定艏向向上再調為航向向上，故操作複雜。

4. 雷達運動顯示（Presentation）方式中，如選擇對水穩定，則須輸入本船航向（O/C）、本船航速（O/S）。

十二、雷達定位方式

1. 藉由一個單一目標的方位與距離定位。

2. 兩或兩條以上之目標方位線交叉定位。

3. 目標兩側切線方位線相交定位。

4. 兩或兩個以上之距離弧相交定位。

5. 方位線與距離弧相混合定位法。

6. 雷達距離與目測方位結合定位法。

十三、X Band 雷達與S Band 雷達性能之比較

1. X Band 雷達的波長比較短。

2. X Band 雷達的測距比較近。

3. X Band 雷達對近距離目標探測比較清楚精確。

4. X Band 雷達較易受雨雪海浪干擾。

十四、ARPA 之警聲警示燈

1. NA/TNA：當追蹤目標與本船最近碰撞點小於設定，或抵達最近碰撞點時間少於設定時，警聲警示燈啟動；亮光表危險，閃爍與警聲表非常危險。

2. Guard Ring：目標進入警戒圈時，警聲產生。

3. Lost Target：追蹤目標丟失，警聲產生。

4. 20 Targets：輸入目標數達20 個時，警聲產生。

5. System Failure：系統故障時，警聲產生。

十五、雷達助航裝置

1. 雷達反射器（Radar Reflector）：由三面相互垂直之三角金屬面組成，可將雷達波由原路徑反射回去；屬被動裝置，可供方位與距離識別。

2. 雷達訊標（Racon）：為雷達詢答機裝置，可提供方位與距離識別訊號，其形狀為短徑向線，或徑向顯示之摩斯碼訊號；目前供船舶使用者只有X-band（3公分）頻帶。

3. 雷達標識（Remark）：為連續或間斷發射之雷達電標，僅提供方位識別訊號；形狀為從中心點開始之徑向線，由一連串之點、劃或點劃組成。

十六、其他

1. 依IMO MSC. 64（67）決議案採納之雷達性能標準規定，雷達自冷機開啟至完全可操作使用，應在4 分鐘內完成。

2. 雷達控鈕調整順序：亮度→增益→調諧→STC。