船舶导航雷达发展趋势的研究

第13卷 第1期 中 国 水 运 Vol.13 No.1 2013年 1月 China Water Transport January 2013 

收稿日期：2012-09-10

作者简介：

常会振（1985-）男，河南商丘人，公安海警学院船艇指挥系，硕士，研究方向为航海仪器。 船舶导航雷达发展趋势的研究

常会振

（公安海警学院 船艇指挥系，浙江 宁波 315801）

摘 要：由于客户对雷达高性价比的要求，厂家对低成本、高效益的追求，海事法规的规范，环境的限制以及技术的发展，船舶导航雷达经过几十年的发展，已取得长足的进展，在性能上基本可以应付目前的海上交通状况。现代

船舶导航系统趋向于信息融合。船舶导航雷达结合AIS、GPS等传感器组合成为综合驾驶台系统已经实现。雷达未

来的发展就是更好的实现现代船舶高性能、高可靠性、智能化和多功能等方面的导航要求。

关键词：船舶导航雷达；雷达硬件；目标检测；综合驾驶台系统

中图分类号：U675 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2013）01-0006-02

一、引言 船舶导航雷达的发展得益于二战期间快速发展的军用雷

达技术，由于船舶导航雷达市场竞争激烈，导致厂家将重心

放在提高雷达性价比上，以此来提高产品竞争力。当前的船

舶导航雷达技术也基本可以应付目前的海上交通状况，因此

在这种情况下，厂家也对新技术的追求就不是那么的强烈，

当然海事法规有明文规定的除外。船舶导航雷达经历了几十

年的发展，虽然在技术上有很大的进展，但在体制上却没有

大的改变，因此，可以认为船舶导航雷达需要相当长的时间

才会发生根本性的变化[1]。但是，仍然有一些因素推动着船

舶导航雷达的继续发展，这些因素有些是为了满足某种需要，

有些则是当前趋势的延续，如果将这些因素具体化，可能将

给船舶导航雷达在系统设计理念和实现上带来革命性的变化

二、影响未来船舶导航雷达系统的因素 推动船舶导航雷达发展的因素大致可以概括为5个方

面，即客户需求、海事法规调整、成本效益、环境以及技术[1]。

1．客户需求 在满足导航雷达基本要求的基础上，客户对船舶导航雷

达的最强烈的要求就是降低价格。在现在这个对价格高度敏

感的全球化市场，价格因素仍然是影响客户是否购买产品的

一个关键性因素，这就限制了一些不能降低系统价格的新的

雷达体制和技术的引入。

客户除了对低价格的需求之外，还对船舶导航雷达的性能

有着稳定的需求，即改善海杂波环境下小目标的检测能力，尤

其是高杂波处理能力与低虚警检测能力。比如，对沿海渔船等

小目标的检测能力的提高将有助于降低合避免潜在的碰撞危

险。传统磁控管发射机的一个主要特点就是它能够产生上升沿

和下降沿都非常陡直的窄脉冲，这有助于通过减小距离单元提

高有用回波的检测能力。目前广泛应用的智能杂波滤除技术能

够较好地解决船舶导航雷达在杂波环境中检测目标的能力。

但是，总的来说，客户对产品性能方面的需求并没有主

导船舶导航雷达的发展，价格因素仍然在雷达的发展趋势中

扮演着关键的角色。

2．海事法规的调整 由于国际海事组织（IMO）要求船舶导航雷达系统必须

符合当前的海事法规的要求，因此，海事和技术法规有关雷

达方面的条文成为了影响未来船舶导航雷达发展的又一重要

因素。作为船舶导航雷达的管理方，法规一方面限制着雷达

的体制，另一方面却也促进着雷达的发展。虽然IMO和国际

电工委员会（IEC）中有关船舶导航雷达的标准是关于雷达

的最低要求，不过也促进了雷达新技术的应用，随着法规的

调整，也使船用雷达的性能越来越完善。海事法规最大的好

处就是使全球所有商船上使用的雷达的技术规格具备统一的

标准，这有利于雷达性能的发挥，保障航行安全。

3．成本和效益 推动船舶导航雷达发展的第三个因素就是生产厂家为了

保持产品竞争力而对降低生产成本和提高产品效益的追求。一

方面，海事法规对船舶导航雷达的性能都有具体的强制性的规

定，厂家生产的雷达必须满足这些要求，另一方面是客户对高

性价比的追求。为了满足这两方面的要求，提高自己产品的竞

争力，厂家就会在产品符合海事法规的最低规定之后，将主要

的精力放在成本上。而IMO和IEC有关雷达性能的新标准已

经在鼓励厂家的创新性设计，尤其是S波段的雷达设计，已

经突破雷达现有的体制，可以不必考虑RACON和SART的

接收限制，从而出现了无磁控管、低发射功率的连续波技术，

使得S波段雷达对目标的检测能力有望等于甚至超过X波段

雷达。当创新性技术的成本降低到可接受的范围之后，厂家一

定会大量使用这些能提高船舶导航雷达性能的新技术。

4．环境 船舶导航雷达的工作环境非常恶劣，而随着近海水域的

开发，不仅要求雷达要在大风大浪的恶劣天气中能正常正常

发挥其功能，还要求雷达能对日益复杂的杂波进行处理。客

户对船舶导航雷达的性能提出了更高的要求，促使厂家不断

使用新技术来改进雷达性能。

5．技术 使生产厂家在众多竞争者中脱颖而出的最有效的方法就

是提高雷达性能和降低雷达价格，这两方面都有可能通过采用

新技术来实现。比如在最好海况下检测出更小目标并提供鲁棒 第1期 常会振：船舶导航雷达发展趋势的研究 7

 控制的杂波抑制算法，以及可以显著降低成本的微电路元件

（MEM）设计加工技术[1]。船舶导航雷达由于其规模较小、开

发能力较弱[1]，因此，可以借助于其他领域出现的新技术，比

如在通信领域出现的高功率、高效放大器以及低成本电子扫描

天线等都可以应用在船舶导航雷达上，新的显示技术如TFT

（薄膜场效应晶体管）屏幕等也正在进入市场。同时，先进的

军用雷达技术也可以应用在船舶导航雷达系统中，比如成熟的

电子扫描技术、用于杂波抑制的自适应波束形成技术以及数字

信号处理技术，AIS为雷达提供了可靠的目标识别技术等。

三、船舶导航雷达硬件发展方向 影响雷达硬件发展的技术主要存在于发射机、天线这两

个方面。

1．发射机 在改善雷达性能方面的研究中，磁控管发射机已经成为了

主要的研究对象。这种发射机的输出信号频谱较宽、频率不稳

定。现在无线通信的迅猛发展给电磁波频谱的使用方式带来了

很大的压力，这就要求雷达要能高效的使用频谱，但是磁控管

发射机自身的缺陷致使雷达根本不能达到高效使用频谱这一

目的。目前有两种方法解决这一问题。（1）对输出信号进行

滤波，主要有窄带滤波技术以及分离滤波技术两种方法[1]。（2）

将一小部分磁控管输出信号能量馈回磁控管腔体，并设法将其

锁定到一个选定的频率[1]。对于第二种方法，虽然目前有一些

研究成果已经发表，但是仍然没有探索出可用于此种磁控管的

制造方法。如果该装置能够制造成功的话，它必将是一种低成

本、高功率的发射源，并将广泛应用于船舶导航雷达以及其他

领域[1]。如果采用功率较低的固态发射机则没有上述缺陷，而

且由于它本身具有的较高的输出频谱纯度、高效率的频谱使用

以及无线通信的广泛使用所带来的较低的价格，更能吸引客户

的注意力，提高厂家的竞争力。事实上，如果规章制度对雷达

波段的发射信号控制的更为严格的话，那么固态发射机将是一

个的可选方案，并可以取代磁控管发射机[1]。

2．天线 现代船舶导航雷达普遍采用隙缝波导天线，这种天线水

平波束窄，旁瓣电平低，体积小，重量轻[2]，但是加工复杂，

对天线水密性要求高。采用低功率发射机的线性阵列天线被

认为可以取代传统的隙缝波导天线，前提是成本问题必须得

到解决。这种天线的优点是可以采用发射单元构成天线，消

除反馈损失，但是对恶劣天气的适应能力比较差，这就会因

维护而可能增加客户的额外负担。解决这一问题的方法就是

将发射机安装在甲板上，同时采用传统雷达馈线将功率馈给

天线[1]。线性阵列天线的性能本就优于基于磁控管系统的隙

缝波导天线，如果其成本能够降低到等于甚至低于隙缝波导

天线，那么这种天线必将广泛应用于船舶导航雷达。

四、船舶导航雷达目标检测能力的增强 在所有的雷达系统中，雷达硬件本身单独对系统性能的

改善微乎其微，它必须借助于一定的算法（简单的例子如检

测和跟踪）才能使系统达到所要求的性能[3]。低功率固态发

射机能够产生不同的波形信号，若是应用动目标显示技术，

则能在复杂的海杂波环境中检测到更小的目标，可以提供给

驾驶员比磁控管系列雷达更好的分辨率，这将有助于提高对目标的检测能力，降低潜在的碰撞危险。由于固态发射机的

峰值功率远低于磁控管发射机，因此为了拥有与磁控管发射

机同样的性能，就要提高射频信号的脉冲宽度，可是为了保

证足够的距离分辨率，就需要让脉冲宽度有一个上限，此上

限根据雷达使用人员设定的距离量程的不同而不同，量程越

大，上限也就越大，同时距离分辨率也就越差。同时对于固

态发射机而言，还可以采用脉冲压缩技术，通过对波形进行

编码以便接收端可以采用与之相匹配的滤波器使信噪比达到

最大化，产生一个与所用编码调制频率宽度相当的脉冲，以

此来提高对复杂杂波中小目标的检测能力与距离分辨率。但

是这种技术在复杂的海况下，回波形式可能因杂波与发射脉

冲相互作用而发生变化，从而产生很严重的旁瓣干扰，不过

可以通过动目标显示技术来降低旁瓣干扰的影响。

五、综合驾驶台系统 现在的各种船舶导航系统趋向于信息融合，形成综合驾

驶台系统，为驾驶员的决策提供更方便快捷的帮助。其中雷

达系统是其不可缺少的组成部分，事实上，在新的雷达性能

标准中，雷达天线与收发机共同组成雷达传感器，雷达显示

器作为综合信息显示器。比如，船舶根据航次在电子海图上

设计好航线后，可以将航线连同电子海图保存在计算机中，

也可以同时保存在综合驾驶台系统的雷达系统模块中。在综

合驾驶台系统中，根据雷达传感器传输的数据，可以测量目

标的方位和距离，显示本船周围运动目标的航行态势等。电

子海图还可以作为雷达图像的显示背景[4]。同时，来自雷达、

GPS、AIS、陀螺罗经、计程仪以及测深仪等传感器的信息

连续显示在综合信息显示屏[5]上，使船员对船舶周围环境的

态势一目了然。数据处理技术的发展，促使数据融合更加容

易，能够在综合信息显示屏上产生更可靠的图像。目前，只

能将3GHz或者9GHz雷达单独的与其他传感器产生的数据

进行融合，如何将3GHz与9GHz雷达数据同时输出以提高

灵敏度和检测能力，还没有实现。

六、结束语 总体来说，船舶导航雷达的发展远远滞后于航天和军用

等高新技术雷达的发展，许多新技术由于成本高而暂时不能

应用于船舶导航雷达领域，在目前，价格仍然是制约船舶导

航雷达发展的关键因素，海事法规的调整以及客户对雷达性

能的需求也促进着船舶导航雷达的发展。现代的船舶导航系

统越来越趋向于信息融合，因此，满足了性能要求的船舶导

航雷达一定会在综合驾驶台系统中占据更重要的位置。

参考文献

[1] John N.Briggs.航海雷达目标检测[M].北京：电子工业出版

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[2] 王世远.航海雷达与ARPA[M].大连：大连海事大学出版

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[3] 杨建宇.雷达技术发展规律和宏观规律分析[J].雷达学报，

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[4] 杨润奎，胡云安，范英飚等.船舶组合导航技术探索与研

究[J].海军航空工程学院学报，2009，24.

[5] 关正军，刘彤.航海仪器[M].大连：大连海事大学出版社，

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