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全球海上遇险安全系统(GMDSS)之搜救雷达应答器(SART)

搜救雷达应答器 (SART)

  英文名称为 Search and Rescue Radar Transponder. (SAR transponder.) 


   按SOLAS 公约1988 年修正案规定,每艘客船和500 总吨及其以上的货船,每舷应至少配有19GHz 搜救雷达应答器;300 总吨到500 总吨的货船至少应配备一台9GHz 搜救雷达应答器。该项要求 对于1992 2 1 日以后建造的船舶,建造时配备,对于1992 2 1 日以前建造的船舶,在 1995 2 1 日必须完成该设备的配备。

雷达应答器应存放在能迅速放入任何救生艇筏的位置处。或者,应在每一救生艇筏上存放1 台雷达应答器。至少配有2 台雷达应答器以及配备自由降落救生艇的船上,其中的一台雷达应答器应存放在一艘自由降落救生艇内,另一台存放在紧邻驾驶室之处,以便能在船上使用,并能便于转移至任一其他救生艇筏上。

 

搜救雷达应答器的功能

  在GMDSS 系统中,遇险船可利用各种手段进行遇险报警,报警信息中,包含遇险船舶的位置信息,但是由于受到客观原因的制约,例如遇险船舶使用的定位系统的精度等因素的影响,遇险船舶或幸存者报告的位置与实际的位置可能存在一定的误差和变化,考虑到遇上恶劣海况、浓雾或黑夜,现场搜救幸存者的工作难度很大。为尽快发现幸存者,在GMDSS 系统中,公约船都按要求配备了搜救雷达应答器(SART- Search And Rescue Radar Transponder),解决了现场搜救不易发现失事地点或幸存者的问题,使得遇险船舶、救生艇或幸存者可能被迅速发现和获救。

搜救雷达应答器是GMDSS 系统中用来近距离确定遇难船舶、救生艇筏及幸存者位置的主要方式。SART 是遇险现场使用的设备,能引导搜救飞机或搜救船舶尽快地搜寻到遇险者,并可让持有SART 的幸存者知道是否有救助飞机,或救助船舶在靠近他们。

 

搜救雷达应答器的组成及各部分作用

  搜救雷达应答器实际上是一个被动触发式的雷达信号产生器,该设备开启后,在没有被雷达信号触发前,设备处于接收状态,当被3cm 导航雷达波触发以后,应答一个雷达信号,在导航雷达上显示一连串的点,使搜救船舶和飞机非常容易就能够发现和辨别。

  设备共有天线、环行器(环路器)、接收机、扫频器和发射机组成.

  接收机实际上是一个宽带接收机,工作在9GHz,可以接收3 公分雷达(9GHz 雷达)的脉冲波,接收机接收到雷达脉冲后,产生100 微秒左右的方波,控制扫频器和发射机工作。

  发射机采用的是扫频发射机,在扫描器的锯齿脉冲和接收机方波控制下工作,发射频率范围在9200-9500MHz 的调频波,使雷达接收机很容易地接收到此信号。

  扫频器就是一个锯齿波产生器,用于产生锯齿波电压,控制扫描频率发射机工作。

环路器的作用是把SART 的发射机和接收机隔离,在发射时不至于把接收机损坏。

 

工作原理

  当船舶遇险弃船时,必须携带搜救雷达应答器下船,然后安装并启动SART,在没有雷达脉冲的作用下,SART 处于接收状态,在雷达扫描脉冲的作用下,发射应答信号,应答信号在搜救雷达荧光屏上,能沿半径方向显示出一连串的亮点,最多12 个,亮点的个数与雷达的量程和SART与搜救船的距离有关,其中第一个亮点到雷达荧光屏中心的距离R 是搜救船到幸存者的距离;12 个亮点的连线与船首线的夹角θ就是搜救船到幸存者的相对方

  位。12 个亮点的大约距离是8 海里,每两个亮点大约是0.65 海里。当搜救船逐渐靠近SART 时,亮点逐渐

  变为圆弧;进而变成同心圆。

  SART 独特的信号极易识别,由于SART 发射的应答信号的频率范围很广,因此很容易被雷达接收到,即使在

  雷达失谐的状态下,接收不到自己的回波信号,但是却可以接收到雷达应答器的应答信号。

  小于5MHz 的雷达带宽将对SART 信号轻微衰减,因此要使用雷达的中等带宽,同时增大雷达增益,以

  确保SART 信号的最佳接收。

遇险同时,SART 在受到探测脉冲作用时,蜂鸣声和指示灯闪亮发生变化,持有SART 的遇险者,可以从SART 蜂鸣声和指示灯的变化得知是否有救助船舶或救助飞机在靠近他们。

 

SART的技术性能

1SART的容量

  雷达的发射脉冲重复周期为l ms,而SART 12 次扫描发射大约用100ms,加上SART 的回复抑制时间,则每台SART 在一个具体方位上能响应大约9 台雷达的询问。在全方位上,雷达的方位鉴别能力按20 计算, 则每一台雷达只有在雷达天线旋转一周所用时间的1/1802/360=1/180)的时间内能对SART 发出询问信号。于是在全方位内,SART能响应的询问雷达的台数是180 × 9 = 1620 台。因此SART 所能响应的雷达台数是完全可以满足实际需要的。同时,现代雷达都使用了成熟的噪声抑制技术,它防止了与雷达本身发射不同步的回波显示。

2、对电池的要求

  SART 是用电池供电工作的。要求SART 的电池容量应能使SART 在准备状态工作96h,然后还能连续应答1KHz 探测脉冲8h

3、其它要求

  满足CCIR- 628 建议的SART 的其它技术性能如下:

  频率范围:9200 9500MHz

  极化方式:水平极化

  扫描形式:锯齿线性变化的扫描频率发射

  脉冲持续时间:每次响应,扫描发射12 次,约占100ms

  有效全向辐射功率(EIRP):大于400mW

  有效接收灵敏度:优于-50dBmW

  恢复时间:在10ms 以内

  响应延迟时间:小于0.5ms

  工作温度范围:-30℃ +65℃贮存

  -20℃ +55℃工作

4、操作要求

  在操作上对SAR T 的要求是:工作可靠,操作简便,便于携带,容易发现。具体是:

  1) 应能容易由非熟练人员操作;

  2) 应装有防止意外启动的装置;

  3) 应装有监听或监视(或二者兼备)装置,以指示应答器是否正常工作和告知幸存者

  已有搜救船只在靠近他们;

  4) 应能人工启动和关闭,也能在紧急时自动启动;

  5) 应能提供待命状态的指示;

  6) 应能从20m 高落入水中而不损坏;

  7) 10m 深水处,至少应能保持5min 而不进水;

  8) 在浸入水中条件下,受到45℃热冲击应仍能保持水密;

  9) 单独落入水中,应能自动正向立起,指示灯在上面;

  10) 应有一根与SART 连结的浮动绳索,以提供遇难幸存者系在身上使用;

  11)应能抗海水和油的浸蚀;

  12) 长期暴露在阳光下及在风雨浸蚀下,技术指标不应降低;

  13) 所有表面应呈可见度高的桔黄色;

14) 外围构造平滑,以防止损伤救生筏和遇难幸存者。

 

SART 的使用

1SART的作用距离

  SART 的作用距离,主要与SART 的安装高度和搜救者雷达的天线高度有关。一般情况下,如果SART 的安装高度离海面1.5m,雷达天线高度离海平面15m 以上,搜救船在至少5 海里远处就能探询到SART 信号;飞行高度3000ft 雷达峰值功率10kW 的搜救飞机能在40 海里远处探询到SART 信号。

  影响探询SART 信号距离还有以下三方面的因素:

  首先是雷达天线的高度和雷达的类型有关,一般来说,大型船舶的雷达有较高的天线增益,离海平面也比较高,探询SART 的距离也远;其次受到天气和海况的影响,对于平静的海面因电波多径传输可影响到SART 的接收;相反在大浪时,搜救雷达和SART 仰角要发生变化,可能导致更远距离的接收;但是在波谷时也会降低探测距离,SART 的安装高度也同样会影响发现SART的距离,实际使用SART 时,应当将SART 启动后安装在尽可能高的地方,并注意不要对SART有任何遮挡。

  IMO 建议SART 的性能标准为:当SART 安装在离海平面1 米以上,搜救雷达天线高15 米时,能达到至少5 海里的探测距离,实际上,对于远洋船舶,雷达天线的高度一般在30 米左右,SART 安装的高度也在2 米以上,因此在10 海里以外的范围内,就可以发现幸存者。

  实验得知:将SART 平放在地板上时,作用距离1.8 海里;垂直放在地板上时,作用距离2.5海里;当SART 漂浮在水中时,作用距离为2.0 海里。一般天气情况下,适当的安装SART,对大船雷达,发现距离要10 海里以上。如果安装不好,或者在救生艇筏内使用,或者漂浮在水中,发现距离甚至比视距还要近。

2SART使用

  携式SART 应安装在驾驶室两侧容易接触到的地方。在船舶遇险时,应有专人把它带到救生艇上,或者由幸存者手持,或者按放在遇险船的船舷上,作为出事点的标志。SART 启动后应尽量安装在高处,以提高作用距离。

  SART 平时是以关机状态保存,船舶遇险时要从SART 的安装容器中取出,开机使其处在待机(接收)状态,尽可能的安装在高处,准备应答搜救船舶或者搜救飞机的雷达的触发信号。具体的SART 的使用方法,请参照设备的使用说明书。

3、搜寻SART

  信号应注意的问题

  在海上救助时,使用雷达搜寻遇险者的SART 信号应注意以下几个问题:

  1)雷达量程的选择

  在使用雷达低量程档时,仅能显示SART 的几个亮点,例如在3n mile 量程仅能显示出SART信号的4 个亮点。在恶劣海况下,杂波干扰非常严重,经常不能看到完整的12 个点的SART 信号。一般情况下,海浪干扰最严重可延至4n mile,不会完全淹没整个SART 信号。因此,由两亮点间大约0. 65n mile,可推算出遇险者的位置。

  从以上分析看,开始进入搜救区时,应尽量用远量程,以在大范围内搜寻到遇险者的SART信号。当搜寻到遇险者的SART 信号后,最好使用雷达的6 12n mile 之内的量程。这些量程中,能看到完整的或多个SART 亮点,易区别其它回波和确定SART 的位置。

  2)SART的距离误差

  在SART 距搜救者雷达相距6n mile 左右时,距离误差150m 以上;而在接近SART 时,由于雷达能接收到SART 的正向扫描信号和返回扫描信号,所以会出现两个不同形状的亮点,第一个亮点的距离延迟不大于150m

  3)选择合适的雷达带宽

  小于5MHz 的雷达带宽将对SART 的信号稍有衰减。最好是使用中等带宽以确保获得SART的最佳信号。一般雷达的远距离量程,采用宽脉冲和窄带滤波器,带宽在3 5MHz 间;雷达的近距离量程,采用短脉冲和宽带滤波器,带宽在10 25MHz 间,应根据具体情况,灵活选用。

  4)接近SART时注意

  在接近SART 时,来自雷达天线的旁瓣波束,可能使SART 的信号在雷达的荧光屏上变成一串圆弧或同心圆。这种情况,可用反海浪旋钮来消除。出现这种情况,证明SART 在船附近,应减速并注意搜索。

  5)恶劣的海况下使用的注意事项

  在海况不好的情况下,为增加SART 信号的可见度,可失谐雷达,以减小海浪回波的影响。自动频率控制雷达不允许手动失谐设备。注意在失谐的情况下,一些需要的信息比如航行和避碰船舶信息可能被取消,因此可能的情况下,要尽快回到正常调谐状态。

  6)导航雷达的调整

  在搜救过程中,要合理地调整雷达增益,最好使雷达显示器出现轻微背景噪声,但是还不至于干扰到正常信号的辨别,以获得对SART 信号的最大范围的搜寻。

  为获得最佳探测距离,海浪抑制旋钮应放在最小。注意在受到海浪杂波干扰时,不使用反海浪控钮,最近的SART 回波可能被淹没。这种情况下,可从SART 回波的最后亮点推算出本船船位。如海浪抑制旋钮有自动/人工选择,选择人工方式。注意和自动方式比较一下,看选择哪种方式效果更好。

  在搜寻SART 时,应将抗雨雪干扰旋钮放在人工位置上,直到搜寻到SART 信号。如此钮如有自动/人工雨雪抑制功能,选择人工方式。注意和自动方式比较一下,看选择哪种方式效果更好。

  如果海浪抑制和抗雨雪干扰用一个旋钮控制,建议选择手动搜寻SART 信号。注意和自动方式比较一下,看选择哪种方式效果更好。

注意:SART 和雷达反射器不能在同一救生艇筏上使用,因为雷达反射器可能阻挡SART 的信号。

 

 

 

  雷达应答器国际标准
  本标准等效采用IEC 1097-1国际标准《全球海上遇险和安全系统(GMDSS)第一部分 搜救雷达应答器(SART)——操作与性能要求、测试方法及要求的测试结果》。

  1 主题内容与适用范围
  本标准规定了工作在9GHz频段上,用于海上搜救工作的搜救雷达应答器(SART)的性能要求。
  本标准适用于全球海上遇险安全系统(GMDSS)要求配备的SART,本标准是制定各种SART产品标准的依据。

  2 引用标准
  GB 9391 船用雷达技术要求和使用要求测试方法和要求的测试结果
  GB 12267 船用导航设备通用要求和试验方法

  3 性能要求
  3.1 一般要求
  a. SART应能使援救者的雷达上显示一系列等间隔的点,以表示遇险者的位置;
  b. 从20m高处落入水中不致损坏;
  c. 应能在10m水深处最少停留5min而仍保持水密;
  d. 在规定浸水条件下受到45℃热冲击时,仍应保持水密;
  e. 单独落入水中时,应能正向浮起;
  f. 应备有一根可漂浮的短索(不短于10m)用作系绳;
  g. 应能抗海水及油的浸蚀;
  h. 应能经受长期日光照射,性能不下降;
  i. 外部结构平滑,表面颜色应为黄色或桔黄色;
  j. 重量应适合于人工携带。
  3.2 操作要求
  a. 应便于非熟练人员启动;
  b. 应有防止意外启动的装置;
  c. 应有声或光指示器,或两者兼有,以指示工作是否正常及提示遇险者SART已被搜救雷达触发;
  d. 应能人工启动与关闭,也可具有自动启动功能;
  e. 应具有备用状态(启动但未触发)指示功能。
  3.3 电源要求
  可供SART在备用状态下工作96h后,再在1kHz脉冲复频率的连续询问下,提供8h的应答发射。
  3.4 环境(温度)要求
  SART应能在-20~+55℃环境温度中工作,并能在-30~+65℃的温度下贮存而不致损坏。
  3.5 天线高度
  配置在救生艇筏上的SART的天线高度应高于海平面至少1m。
  3.6 天线特性
  SART的天线垂直方向性图及其流体动力学特性,应使其在狂涌情况下能对搜寻雷达作出响应,天线水平方向性图基本上是全向性的,发射与接收均应使用水平极化波。
  3.7 距离性能
  当符合GB 9391要求的航海雷达使用15m高的天线,对相距至少5n mile处的SART询问时,SART应能正常工作。当峰值输出功率不低于10kW的机载雷达在900m上空,对相距至少30n mile处的SART询问时,SART也应能正常工作。

  4 标志
  产品标志除满足GB 12267第10.2条的规定外,还应在设备的外部清楚地标明简单的操作说明(用中文和英文)及所使用的原电池的失效日期(用中文和英文)。

  5 技术特性
  5.1 频率范围:9200~9500MHz。
  5.2 极化方式:水平极化。
  5.3 扫频速率:200MHz/5μs,标称值。
  5.4 响应信号格式:12次扫描。
  5.5 扫频形式:锯齿波,正向扫频时间7.5±1μs;反向扫频时间0.4±0.1μs;响应从反向扫频开始。
  5.6 脉冲持续时间:100μs,标称值。
  5.7 等效全向辐射功率:不小于400mW(等效于+26dBm)。
  5.8 接收机有效灵敏度:询问雷达脉冲宽度大于400ns(中或长脉冲)时,优于-50dBm(等效于0.1mW/m2);询问雷达脉冲宽度小于或等于100ns(短脉冲)时,优于-37dBm。
  5.9 工作时间:在备用状态下工作96h后,还能在1kHz脉冲重复频率的连续询问下,提供8h的应答发射。
  5.10 激发后恢复时间:小于或等于10μs。
  5.11 从接收到搜寻雷达信号至开始发射应答信号的延迟时间:小于或等于0.5μs。
  5.12 天线垂直波束宽度:相对于SART的水平面,最小为±12.5°。
  5.13 天线水平波束宽度:360°,圆度在±2dB以内。

 



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