VTS雷达
LW-R30-SH 雷达介绍
1. 系统简介
LW-R30-SH-1雷达是安徽瞭望科技有限公司自主研发的水面目标监视雷达，该雷达采用了波导裂缝天线、固态发射、脉冲压缩、时间分集、频率分集、检测前跟踪等先进技术以及海杂波、气象杂波抑制算法，针对复杂海况系统具有优越的杂波抑制和小目标检测跟踪能力，是应用于船舶交通管理系统（VTS）、海岸监视系统（CSS）或海上风力发电厂监视系统的核心感知设备。LW-R30-SH-1 雷达也可安装在沿海观察站或哨所用于监视海岸线附近的各类非法活动，提高执法机构的警戒能力。
2. 主要应用
VTS 系统一般由通信设备、VTS 雷达、船舶自动识别系统（AIS）、闭路电视
（CCTV）、水文气象设备、VTS 数据处理系统等设备构成。作为 VTS 的核心感知设备，LW-R30-SH-1雷达是严格按照国际灯塔导航协会《IALAV.128 Recommendation for VTS》中对雷达探测性能的要求进行研制的产品。LW-R30-SH-1雷达能够跟踪监视水面运动船只的位置、航速、航向等参数，这些参数均带 GPS 或北斗标校的时间信息。同时该雷达还能跟踪监视锚泊船只、灯塔、浮标的位置，为 VTS 系统提供基础数据。
LW-R30-SH-1 雷达也可安装在沿海观察站或哨所用于监视海岸线附近的各类非法活动，提高执法机构的警戒能力。非法活动目标可能是：走私快艇、非法移民船只、海盗小艇、非法捕捞船、污染船舶等。
3. 技术特点
3.1 配置灵活
LW-R30-SH-1 雷达作为CSS 雷达或 VTS 雷达应用时的硬件设备完全相同，不同点在于需要配置不同的数据处理应用软件。此外雷达收发通道（含信号处理与数据处理）可以配置为价格较低的单通道系统或任务可靠性更优的双通道系统。
在实际应用中，VTS 系统分为基本型（适用 VTS 的信息服务以及可能的助航服务）、标准型（适用 IMO 所定义的所有类型的 VTS ——信息服务、助航服务和交通密度适中和无重大航行危险区域的交通组织服务）、增强型（适用于高交通密度和特定多航行危险区域服务）等三个级别，LW-R30-SH-1 雷达可以依据实际应用需要，选择不同配置的雷达产品，获得高性价比。
3.2 赋形和圆极化设计天线
雷达天线采用低副瓣低交叉极化的波导行波阵列天线，极低的副瓣使方位向假目标得到很好地抑制；天线俯仰面采用倒余割平方赋形设计，有效改善了雷达近区的探测覆盖；圆极化设计提高了抑制气象杂波干扰的性能。
3.3 全固态发射机
全固态发射机克服了磁控管发射机需要定期更换磁控管的困扰。固态发射机的高可靠性有效降低了雷达系统的全寿命周期费用，具有更高的经济性。此外极
低的发射机峰值功率也降低了雷达系统对周边的无线电干扰。
3.4 全相参与脉冲压缩
高稳定的接收机频率源同步发射机和接收机的相位，通过脉冲压缩技术比较目标回波相位变化能够获得相应目标的多普勒信息，经 MTI 处理，抑制环境杂波干扰，解析出目标运动信息。优越的脉压副瓣性能使目标距离向的假目标也得到很好地抑制。
3.5 频率分集与时间分集
如何降低海杂波对目标检测性能的影响是 VTS 或 CSS 雷达的重要功能，LW-R30-SH-1 雷达通过在同一波束内发射不同频率的电磁波，得到的目标反射回波起伏相关性弱于使用同一频率照射的目标回波，通过接收处理能够改善目标对于海杂波的信杂比，从而提高检测性能，此法称为频率分集处理。
LW-R30-SH-1 雷达还在一定时间间隔内针对同一区域发射两次不同频率的电磁波，且这个时间间隔大于海杂波的相关时间，使海杂波相对独立，则回波中海杂波起伏的相关性变弱，而目标的起伏特性几乎不变，通过积累检测能有效改善目标对于海杂波的信杂比，从而提高检测性能，这种方法称为时间分集处理。
3.6 目标检测跟踪
大动态接收机、中频高速采样、脉冲压缩、恒虚警处理、精细杂波图、检测前跟踪、实孔径成像等技术使 LW-R30-SH-1 雷达能够提供清晰的高分辨雷达回波图像，无需人工操作雷达系统能够同时检测跟踪不同速度的小型船只和大型船舶。
3.7 雷达显控
雷达显控终端具有雷达回波图像显示、目标点迹航迹显示、记录重演、雷达设备控制、雷达参数配置、雷达故障显示等功能，提供友好地人机交互显示界面。
3.8 对外接口
雷达对外接口采用标准网络接口，该接口提供雷达视频、目标点迹、航迹、设备监控等信息。雷达系统还能提供传统的视频信号接口。
4. 雷达组成与配置
4.1 双通道与单通道雷达系统配置
LW-R30-SH-1 雷达可以依据用户需要进行双通道系统配置或单通道系统配置，双通道系统配置示意如图 1 所示。双通道收发系统配置了一套天线、转台、伺服控制和显控终端，而发射机、接收机、信号处理和数据处理设备则配置了两套，当其中一个收发通道出现故障时可以自动切换到另一个通道继续工作，这样的配置具有更高的任务可靠性，但系统成本也较高。
单通道雷达系统中天线、转台、伺服控制、发射机、接收机、信号处理、数据处理和显控终端等设备均只配置了一套，其系统配置示意图如图 2 所示。单通道雷达的优点在于建设成本相对较低，控制也相对简单，适用于对数据保障要求较低的应用场合。
图 1 LW-R30-SH 雷达双通道配置示意图
图 2 LW-R30-SH 雷达单通道配置示意图
4.2 雷达天线
LW-R30-SH-1 雷达标准配置为 5800mm 天线（见图 3），当实际的应用中较低的方位分辨力或精度也能够满足使用要求时，可以配置成本更低的长度较短的天线；同样如果对雷达探测近区覆盖要求不高或对雨杂波影响可以忽略的应用场景，也可以去除天线波瓣赋形、圆极化等部件以降低雷达系统成本。
图 3 LW-R30-SH-1 雷达天线示意图
4.3 天线转台与伺服控制箱
LW-R30-SH-1 雷达的天线转台（见图 4 左边部分）用于带动天线进行 360°旋转扫描，雷达发射机产生的发射功率通过转台内旋转关节传递到天线辐射出去，而目标回波射频信号由天线接收到后经旋转关节传递到雷达接收机。转台内还装有方位编码器、油温油位传感器等设备。图 4 的右边部分为控制天线转台旋转的伺服控制箱，伺服控制机箱可以挂墙安装在室内机房，机箱尺寸为：高×宽×深=460×330×225mm 3。
图 4 LW-R30-SH 雷达天线转台与伺服控制箱示意图
4.4 收发机柜
LW-R30-SH-1 雷达收发机柜（见图 5）包含室内馈线组合（波导、环形器、耦合器等）、发射电源、发射组件、接收组件、信号处理、监控组件、通风单元、电源单元、防雷保护、卫星授时等设备。收发机柜采用壁挂式安装结构，图 6 为双通道雷达收发机柜挂墙示意图。
图 5 LW-R30-SH-1 雷达收发机柜构成示意图
图 6 LW-R30-SH-1 雷达收发机柜（双通道）挂墙示意图
4.5 雷达整机安装
LW-R30-SH-1 雷达设备还包括信号处理数据处理服务器、雷达显控终端、波导充气机等设备，信号处理数据处理服务器选配主频较高内存较大的商用服务器，服务器内运行杂波图、MTI、恒虚警、点迹处理、航迹处理等软件。雷达显控终端选配显示分辨率较高的商用计算机，计算机上运行目标显示和雷达监控软件。服务器、计算机、收发机柜、伺服控制箱之间数据通信通过局域网完成。此外依据雷达站实际情况需要选配天线铁塔、避雷针、设备方舱、配电箱、UPS、空调等
辅助设备。LW-R30-SH-1 雷达安装架设示意图如图 7 所示。
图 7 LW-R30-SH-1 雷达整机安装架设示意图
5. 主要性能技术指标
5.1 产品主要性能指标
LW-R30-SH-1 雷达主要性能指标设计严格依据《IALAV.128 Recommendation for VTS》的要求规划设计，具体指标见表 1。
表 1 LW-R30-SH-1 雷达主要性能指标
| 指标名称 | 约束条件 | VTS 标准要求 | 雷达指标 |
| 探测距离 | 晴天，4 级海况，雷达天线 20m 海拔，目标海拔 1m，RCS=1m2 | 基本型要求：无标准型要求：无增强型要求：5nm/9.26km | 5.4nm/10km |
| 晴天，6 级海况，雷达天线 20m 海拔，目标海拔 3m，RCS=10m2 | 基本型要求：7nm/13km 标准型要求：8nm/15km增强型要求：9nm/16.7km | 15nm/27.78km | |
| 距离精度与分辨率 | <5nm/9.26km | 显示：15m跟踪：25m | 显示：6m跟踪：18m |
| 水平波束宽度 | -3dB 处测量 | 基本型要求≤0.7° 标准型要求≤0.45°增强型要求≤0.4° | ≤0.44° |
| 天线副瓣抑制 | 第一副瓣抑制 | 基本型要求：-26dB 标准型要求：-27dB增强型要求：-28dB | -27dB |
表 1（续）LW-R30-SH-1 雷达主要性能指标
| 指标名称 | 约束条件 | VTS 标准要求 | 雷达指标 |
| 目标处理 | 点迹处理≥5000 点/帧航迹处理：300 批/帧目标检测延时≤250 ms 跟踪目标速度≤70 节跟踪目标转速≤20°/s | 点迹处理≥5000 点/帧航迹处理：300 批/帧目标检测延时≤250 ms跟踪目标速度≤70 节跟踪目标转速≤20°/s | |
| 环境适应性 | 温度：室内设备 10℃～40℃（工作），≥-25℃（存储）；室外设备-25℃～60℃（工作） | 温度：室内设备 10℃～40℃（工作），≥-25℃（存储）；室外设备-25℃～60℃（工作） | |
| 防护等级 | 室内：IP20室外：IP54 | 室内：IP20室外：IP54 | |
| 可用度 | 基本型要求：99% 标准型要求：99.7%增强型要求：99.9% | 99.9% |
5.2 产品主要技术指标
LW-R30-SH-1 雷达主要技术指标设计见表 2。
表 2 LW-R30-SH-1 雷达主要技术指标
| 名称 | 指标 | |
| 天馈 | 工作频率 | 9140 MHz ～ 9470 MHz |
| 增益 | ≥35 dB | |
| 方位副瓣 | ≤-27 dB（-5°～-1.5°和 1.5°～5°以内） | |
| 方位波束宽度 | ≤0.44° | |
| 俯仰波束赋形 | 倒余割平方(-40°～ +1°不变） | |
| 极化方式 | 圆极化 | |
| 圆极化 ICR | ≥15 dB | |
| 馈线驻波 | ≤1.5 | |
| 天线尺寸 | 5800×727×300mm3 | |
| 天线重量 | 180kg | |
| 转速 | 24 RPM | |
| 发射 | 发射功率 | ≥50 W |
| 工作比 | ≤20% | |
| 脉冲顶降 | ≤5% | |
| 脉冲顶部波动 | ≤3% | |
| 脉冲前后沿 | ≤20 ns | |
| 输入激励 | 10 dBm | |
| 谐波输出 | ≥45 dBc | |
| 信杂比 | ≥60 dBc | |
| 发射机效率 | ≥20% | |
表 2（续）LW-R30-SH-1 雷达主要技术指标
| 名称 | 指标 | |
| 接收 | 工作频率 | 9140 MHz～9470 MHz（间隔 40 MHz） |
| 噪声系数 | ≤3.5dB | |
| 中频频率 | 120MHz（-60dBm～+10dBm） | |
| 接收带宽 | 35MHz（3dB 带宽） | |
| 线性动态范围 | ≥70dB | |
| 采样时钟 | 160MHz（≥10dBm） | |
| 时序时钟 | 80MHz（≥10dBm） | |
| 波形时钟 | 400MHz（≥10dBm） | |
| 脉冲前后沿 | 20ns | |
| 本振相位噪声 | 优于-105dBc/Hz@1kHz | |
| 输出激励功率 | ≥10dBm（50Ω匹配） | |
| 信杂比 | ≥70dBc | |
| 带外干扰抑制 | ≥45dB | |
| 杂散抑制 | ≥60dB | |
| 信号处理 | 信号处理形式 | MTI+实孔径成像 |
| 处理范围 | 120m～32km | |
| 脉冲重复频率参差比 | 1.1 | |
| 平均重复频率 | 3600Hz | |
| 数据率 | 2.5 秒/帧 | |
| 脉压比 | 35dB（窄）、45dB（宽） | |
| 数据处理 | 点迹处理能力 | ≥5000 点/帧 |
| 航迹处理能力 | ≥300 批/帧 | |
| 预测跟踪确定时间 | ≤1 min | |
| 航迹确定到指定精度时间 | ≤2 min | |
| 数据丢失到航迹自动终止时间 | ≥1 min | |
| 跟踪目标速度 | ≤70 节(35m/s) | |
| 跟踪目标转速 | ≤20°/s | |
| 监控 | 控制 | 雷达系统开关机/参数设置/通道切换 |
| 状态/诊断/告警报告数据项 | 数据源标识、数据接收系统标识、时间、监测及控制数据 | |
| 终端 | 通讯功能 | 发送控制命令和配置参数，接收雷达数据 |
| 监控功能 | 子系统控制、状态监视、故障报警，并能记录和查询系统日志 | |
| 显示功能 | A 显、PPI、 显示区操作、显示区域设置、记录和重演数据 | |
| 用户管理 | 用户权限设置 | |
| 伺服 | 控制 | 天线驱动电机转停控制 |
| 接收和传输 | 转台传感器信号，支持 UDP 协议，与监控终端通讯并执行控制命令 | |
| 配电 | 供电形式 | ～380 V±10%，50Hz±5%，三相五线制 |