電磁波微分差技術(shù)怎么對(duì)付船運(yùn)難題

本文針對(duì)雷達(dá)工作特點(diǎn)提出了一個(gè)新的航行方法，通過(guò)利用雷達(dá)反射回波得到測(cè)量物標(biāo)高度，并結(jié)合測(cè)深儀深度數(shù)據(jù)，將測(cè)量物標(biāo)精度進(jìn)一步提高，為駕駛員安全航行狹水道等水域提供安全保障，同時(shí)解決了船舶過(guò)橋同步測(cè)高問(wèn)題。在提高航行效能的同時(shí)，在船舶操縱與避碰方面也提供了便利。

目前，船舶駕駛主要依靠電子設(shè)備航行，雷達(dá)的使用，大大加強(qiáng)了海上瞭望的力度，不單單減輕了駕駛?cè)藛T的勞力，同時(shí)也增加了船舶航行的安全。但是，目前船舶雷達(dá)的測(cè)量只限于平面測(cè)量，對(duì)于測(cè)到的許多目標(biāo)并不是可以完全解析。船舶在峽水道航行時(shí)，雷達(dá)探測(cè)到的小目標(biāo)在顯示屏上被降噪設(shè)備抑制掉，許多有用的信息沒(méi)有很好的應(yīng)用，因此，改造雷達(dá)對(duì)于船舶在狹水道、分道通航制等狹窄水域航行顯得十分重要。

1狹水道航行問(wèn)題分析

船舶在進(jìn)出航道、狹水道、島礁區(qū)和某些沿岸水域，存在著一些淺水區(qū)。當(dāng)船舶（特別是大型船舶）航行到這些區(qū)域之前，首先要確定本船是否能夠安全駛過(guò)。這由兩個(gè)問(wèn)題所決定，一是船舶要通過(guò)的淺水區(qū)所要求的最小安全水深，即船舶安全駛過(guò)淺水區(qū)，當(dāng)時(shí)的實(shí)際水深必須大于或等于最小安全水深，傳統(tǒng)上對(duì)于安全水深的計(jì)算為：

海圖水深+潮高+（CD-TD）≥船舶吃水+富余水深

這就要求潮高必須大于或等于一個(gè)最小安全值，該值便為最小安全潮高：

最小安全潮高=吃水+富余水深-海圖水深-（CD-TD）

在某些水道的上空，還建有橫跨水道的橋梁或高空電纜等，這些建筑物構(gòu)成了船舶航行的空中障礙物。為確保安全通過(guò)這些障礙物，必須仔細(xì)計(jì)算潮高。然而高架橋底部至平均大潮高潮面的距離為凈空高度，它和大潮升之和為潮高基準(zhǔn)面以上的可利用高度。而潮高基準(zhǔn)面以上相對(duì)船舶航行所要求的安全高度為當(dāng)時(shí)潮高、水面以上船舶的最大高度和為了保證安全通過(guò)所要求的安全余量三者之和。由于可利用空間對(duì)于某個(gè)橫空障礙物是固定的量，為了船舶的安全通過(guò)，潮高就不能大于某值，這即是所謂的最大安全潮高。

最大安全潮高=大潮升+凈空高度-水面至船舶大桅頂端的高度-安全富余量

根據(jù)船舶本身情況和航道條件求得安全潮高后，便可根據(jù)《潮汐表》求得合適的通過(guò)淺灘或橫空障礙物的時(shí)間，以便船舶安全通過(guò)。（如圖1）

顯然，船舶在航行中在計(jì)算過(guò)橋防擱淺問(wèn)題上有三點(diǎn)不利因素：

（1）潮汐計(jì)算具有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)問(wèn)題。所要的水深數(shù)據(jù)來(lái)自測(cè)深儀前一時(shí)間測(cè)得，而船在航行中，峽水道的河床并不是全部都是一樣的高度，它是高低起伏存在變化，因此，所計(jì)算的數(shù)據(jù)在船舶過(guò)大橋時(shí)，存在著安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）潮汐計(jì)算不準(zhǔn)確。船舶在峽水道中航行，船只較多，如果趕上潮汐在回轉(zhuǎn)期間，計(jì)算的結(jié)果就更不準(zhǔn)確，并且分散駕駛員操船的注意力，原本在狹水道航行精神就比較緊張，再加上繁瑣的過(guò)橋潮汐計(jì)算，很容易導(dǎo)致疲勞駕駛，給船舶的航行安全帶來(lái)隱患。

（3）河床地形存在不確定性。河床不是一成不變的，伴隨的潮汐和地殼運(yùn)動(dòng)以及海事或其他因素影響，海圖深度每時(shí)都在變化，然而海圖水深則是根據(jù)英版航海通告每周更改，這就導(dǎo)致航行數(shù)據(jù)更新慢，并且不全面，給峽水道航行的船舶帶來(lái)隱患。

2雷達(dá)改進(jìn)理論研究

根據(jù)以上3點(diǎn)船舶過(guò)橋安全隱患，提出了改造方案。時(shí)時(shí)跟蹤測(cè)繪安全余量和富余水深，為駕駛員準(zhǔn)確提供數(shù)據(jù)，判讀過(guò)橋位置。

測(cè)量安全余量的計(jì)算為：h=2.2（√Ha+√Ht）tanθ

應(yīng)用公式設(shè)置在計(jì)算程序時(shí)需注意的問(wèn)題

（1）它是建立在大氣壓強(qiáng)為1013hpa

（2）在海平面上溫度為15℃

（3）相對(duì)濕度為60%，在整個(gè)對(duì)流層內(nèi)相對(duì)濕度不隨高度變化。

第二種解析公式計(jì)算方法：

HMAX=TANθ（PTG A？λ？δ0/64π？pmin）？

式中：PT---雷達(dá)峰值功率（w）;G A---天線增益;λ---工作波長(zhǎng)（m）;pmin---接收系統(tǒng)門(mén)限功率（w）δ0---目標(biāo)的有效散射面積（m？）由于距離為開(kāi)四次方根的結(jié)果，因此在影響目標(biāo)的雷達(dá)測(cè)高的所有因素中，每一項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的影響都是有限的。

3改進(jìn)后雷達(dá)的應(yīng)用

下面對(duì)性能標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到要求的雙波段雷達(dá)能夠發(fā)現(xiàn)典型目標(biāo)的參考距離進(jìn)行分析，標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)天線高于水面15米，海面無(wú)雜波干擾、無(wú)降水的正常大氣傳播條件下：

通過(guò)以上表格得出雷達(dá)在測(cè)量大目標(biāo)上，幾乎沒(méi)有分別，但是在小目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)能力上，X波段的雷達(dá)具有優(yōu)勢(shì)，使用X波段雷達(dá)的船舶可以在較遠(yuǎn)的距離發(fā)現(xiàn)小目標(biāo)。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以得出，由于船舶的接近某個(gè)物標(biāo)，探測(cè)到的高度角越來(lái)越小的特點(diǎn)，同時(shí)所測(cè)到的距離距離也越來(lái)越近。利用這一特性，對(duì)當(dāng)前水域以三維形式掌握，無(wú)論是水下起伏的變化，還是對(duì)小島、燈塔、岬角等均有突出物進(jìn)行定位精確的導(dǎo)航。

4結(jié)論

本文通過(guò)采用雷達(dá)電磁波微分差技術(shù)，改善了雷達(dá)一維測(cè)量的缺陷，達(dá)到了提高航行安全的目的。通過(guò)提高雷達(dá)的測(cè)量數(shù)據(jù)利用率，將雷達(dá)與測(cè)深儀數(shù)據(jù)進(jìn)行合成計(jì)算，其數(shù)據(jù)結(jié)果將大大提高對(duì)在狹水道、分道通航制等狹窄水域航行的船舶安全。