航海仪器复习资料

航海仪器复习题

1、何为卫星导航系统？目前世界上开发的全球定位系统有哪些？（6分）

卫星导航系统：由导航卫星、地面站、和用户设备三部分组成，导航卫星用于发送定位信号，地面站对卫星进行跟踪控制并注入导航信息，位于用户运载体上的导航接收机接收卫星信号以实现定位与导航。

世界上的定位系统：1、GPS 卫星导航系统；2、格罗纳斯卫星导航系统；3、北斗卫星导航系统；4、伽利略卫星导航系统

2、卫星基本轨道参数有哪些？（6分）

1、轨道倾角i ；

2、升交点赤经Ω；

3、近地点幅角ω；

4、轨道长半径a ；

5、轨道偏心率e ；

6、平近点角M （0-2π）

3、GPS 系统怎么设置的？相互之间是 怎样联系的？（10分）

由GPS 导航卫星网、地面站和用户设备三大部分组成。

GPS 导航卫星网:由21颗工作卫星与3颗备用卫星组成，轨道高度约为20200km 左右，运行周期11h58min ，轨道倾角约为55°，发射频率为1575.42MHZ 和1227.60MHZ 两种频率，发射天线由12个鞭状螺旋天线组成的螺线天线阵，发射电源由太阳能电源和镉镍蓄电池组成，卫星钟为电子钟。

GPS 地面站:由主控站、5个跟踪站和3个注入站三部分组成。

用户设备（GPS 卫导仪）:由天线、接收机、微处理片和输入输出组成。

相互之间的联系：1、导航卫星与地面站：通过跟踪站收集的气象位置信息形成导航电文，并将测定的信息传送到主控站，通过收集、评价数据，并形成导航信息码发送到3个注入站，再由注入站将导航电文发送到导航卫星，使得导航电码始终保持更新。

2、导航卫星与用户设备：用户设备通过导航卫星的信号来测量时间和多普勒频移，并从中解调出导航电文，由导航电文获得该瞬时的导航卫星的空间位置，从而完成定位计算、测速计算。

4、GPS 定位原理如何，说经经典导航算法的基本步骤？（10分） 定位原理：GPS 导航方程： GPS 系统是个测距（时间）的定位系统，由于在测量过程中，用户的时钟为普通石英钟无法与导航卫星的的电子钟完全同步，因此测量出来的距离不是真实距离，而是伪测距，与真实的距离存在时钟偏差因而产生误差。通过分析，如果同时去测量四颗卫星，则用户所使用的石英钟与卫星的电子钟几乎是完全同步的，即可求出用户的位置（x 、y 、z ）。

经典导航算法：将基本导航方程r 线性化，线性方程的系数是由用户及卫星之间的相对位置决定，因此可以用叠代法来计算用户位置：1、先设一个用户位置，2、通过用用户位置和卫星相对位置方程求出一个系数，3、依次求出多个系数。通过系数收敛于一个点即可得出用户位置。

5、GPS 系统有哪两类加密码？各有何特点（6分）

1、P 码：P 码是一种连续、长周期的伪随机二进制序列码，其码率为10.23MHz ，码周期为7d 、每个周期开始于星期六格林尼治标准时午夜1200时。这种码具有精确额时间和距离测量能力。

2、CA 码：是一种低速、短周期的伪随机二进制序列码。CA 码的码率为1.023MHz ，码周期为1ms 、CA 码测距精度较低，但它具有协助获得P 码的能力。

6、GPS 系统能够的自相关特性和互相关特性指的是什么？在接收信号是起什么作用（6分） 自相关特性：用同样合适的码结构去对的过程中只有完全对齐的情况下，才会有一个较大的数值输出，而没有对齐时则会输出一个较小的数值。 4

,3,2,1)()()()(222*=?-??+??+-+-+-=i t t C t C Z Z Y Y X X r si

Ai u si si si i

互相关特性：用不同的码结构去对的过程中，永远是个小的输出才是具有良好的互相关特性。作用：自相关特性：使用加密码测量延时。互相关特性：防止卫星之间相互干扰。

7、GPS卫星导航电文信号格式如何？一个完整的导航电文包括哪些类容？（10分）

格式：导航电文信号时经过二进制编制而成的数据码，码率为每秒50个码位，1、2、3子帧全相同，4、5子帧分25页为星历和历书。

内容：一个完整的导航电文包括卫星上各有关系统工作状态、系统时间、卫星钟偏差校正参量、卫星星历、卫星历书、卫星识别标志及卫星导航有关的其他信息。

8、GPS系统伪测误差由哪些组成？（6分）

1、卫星误差：包括星历表误差、卫星钟剩余误差和群延迟误差等

2、信号传播误差：受传播介质的影响，卫星信号传播的路径和速度变化产生的测距误差。信号传播误差有电离层折射误差、对流层折射误差、多径效应。

3、GPS接收机误差：GPS接收机误差有接收机通道间偏差、接收机噪声及量化误差。

9、DOP值指什么？对定位误差有何影响？二维定位和三维定位分别采用弄什么DOP类型？（6分）

DOP值即为几何精度因子。

DOP值越小，定位精度越高，定位误差越小。

二维定位采用HDOP，三维定位采用PDOP。

10、说明DGPS的工作原理?（6分）

DGPS由GPS卫星网、基准站、数据链及用户四部分组成，DGPS基准站的位置精确已知，基准站用GPS接收机定位后，与其已知位置比较，计算出修正量。一般DGPS用户和基准站之间距离较近，两者的GPS接收机观测定位误差基本相近，基准站的误差修正数据可以被用户用来修正其观测结果，该误差修正数据被称为差分修正数据。基准站通过数据链以广播或其他的通信方式将差分修正数据发送给用户，对用户测量的数据进行修正，使用户获得高精度的定位结果。

11、GPS卫导仪有哪些功能？（6分）

1、显示定位和导航数据：纬度、经度、高度，航迹向、航迹速、至航路点恒向线或大圆的操舵航向和距离、航行所需要的时间、偏航、航路点间的方向和航程、若有陀螺罗经和计程仪输入时，可显示流向和流速。

2、能够设置一些参数：HDOP、二维定位、三维定位、变换使用测地系。

3、位置更新时间约1s、导航数据更新时间3~5s。

4、显示卫星信息：卫星编号、方位、仰角、卫星工作状态、信噪比、星座预报。

5、能储存、设计航线和航路点。

6、警报：偏航、守锚监视、到达航路点所设定的范围、接收机故障等。

7、接口功能：提供输入/输出接口。

航海雷达复习题

1、试叙述雷达测距、测向基本原理（6分）

测距原理：因为高频无线电波在空间传播时具有等速。直线传播的特性，并且遇到物标有良好的反射现象，（记录雷达脉冲波离开天线的时间t1和无线电脉冲波遇到物标反射回到天线

的时间t2，则物标离天线的距离S由下式求出S=（C/2）*（t2-t1）=C*t/2，其中C=3*

（10.8）m/s，t2-t1为电磁波在天线与物标间往返传播的时间）

测方位原理：因为超高频无线电波在空间的传播是直线传播的，所以，只要把天线做成定向天线，即只向一个方向发射，也只接收一个方向目标的回波，那么天线指的方向就是物标的方向

2、画出船用雷达基本组成框图，说明各部分作用（10分）

触发电路：其任务是每隔一定时间产生一个作用时间很短的尖脉冲分别发送到发射机、接收机和显示器，使它们同步工作。

发射机：发射机的任务是在触发脉冲的控制下产生一个具有一定宽度的大功率超高频的脉冲信号，即发射脉冲，射频脉冲经波导馈线送入天线向外发射。

天线：雷达天线是一种方向性很强的天线。它把发射机经波导馈线送来的发射脉冲的能量聚成细束朝一个方向发射出去，同时，也只接收从该方向的物标反射的回波，并再经波导馈线送入接收机

接收机: 它把回波信号先进行变频——变成中频回波信号，然后放大、检波、再放大，变成显示的视频回波信号

收发开关：在发射时自动关闭接收机入口，让大功率发射脉冲只送到天线向外辐射而不进入接收机，以防止它损坏接收机;而在发射结束时，又能自动接通接收机通路让微弱的回波信号顺利进入接收机，同时关断发射机通路，以防止回波信号能量的流失

显示器：根据接收机送来的回波信号、天线送来的方位信号将物标回波显示在物标所在的方位和距离上。此外，显示器还配有测量物标方位、距离的装置，以测量物标的方位和距离。雷达电源设备：把各种船电换成雷达所需的具有一定频率、功率和电压的专用电源。

3、雷达相对运动显示方式有哪几种，各有何特点？（6分）

1、有：船首向上图像不稳定相对运动显示、真北向上图像稳定相对运动显示方式、真北向上图像稳定相对运动显示方式、航向向上图像稳定相对运动显示方式。

1、船首向上图像不稳定相对运动显示

特点：a、扫描中心代表本船位置在屏幕上不动，船首线代表本船船首方向，显示周围运动物标相对于本船的运动状态，固定物标则与本船等速反向运动。

B、船首线指固定方位盘的零度并代表船首方向。在方位盘上可读得物标的相对方位。

C、本船转向时，船首不动而物标回波反转，图像留下一段弧形余辉。特别是在船首有偏荡或频繁改向时，会使图像模糊不清，影响外观。

2、真北向上图像稳定相对运动显示方式

这种显示方式必须接入陀螺经航向信号。显示特点有

a、扫描中心代表本船位置在屏幕上不动，船首线代表本船船首方向，显示周围运动物标相

对于本船的运动状态，固定物标则与本船等速反向运动。

b、固定方位圈的0摄氏度代表真北，船首线指航向值。在固定方位圈上可直接读得物标真方位。因此，这种显示方式又称为“真方位显示方式”。

C、本船转向时，船首线移向新航向值，而图像稳定。

3、航向向上图像稳定相对运动显示方式

这种显示方式也必须输入陀螺经的航向信息。这种显示方式综合了前两种显示方式的优点

A、船首线指向屏上方，图像直观。

B、因一般均配有由陀螺经稳定的可动方位圈或电子方位刻度圈，故可直接测得相对方位和真方位。

C、本船转向时，船首线移向新航向值而物标回波不动，图像稳定。

4、什么叫雷达盲区？与最小作用距离有何关系？怎么样测定雷达盲区？（6分）

雷达盲区：由于垂直波射角的存在，导致雷达波束不能到达的区域即为雷达盲区。

最小作用距离为发射脉冲宽度与收发开关时间共同决定的最小距离和雷达盲区决定的最小作用距离中较大的一个作为雷达最小作用距离。

测定雷达盲区的方法：将船驶入雷达盲区，再驶出雷达盲区即可测出雷达盲区。

5、何为距离分辨力与方位分辨力？各与哪些因素有关？（6分）

雷达的距离分辨力：表示雷达分辨同方位的两个相邻物标的能力。

相关因素：主要取决于发射脉冲宽度、接收机通频带及屏幕光点尺寸大小和所用量程等因素。雷达方位分辨力：表示雷达分辨距离相同而方位相邻的两个点物标的能力。

相关因素：主要因素是天线水平波束宽度、光点角尺寸、及回波在屏幕扫描上所处的位置和所用量程等因素。

6、扇形阴影区指什么？如何测量雷达的扇形阴影区（6分）

雷达波束在传播路途中被本船的前桅、将军柱、烟囱等高达构件或建筑物阻挡和吸收，致使雷达在这些遮蔽物体后面无法探测到其他物标，结果在荧光屏上对应的区域形成探测不到物标的扇形暗区，这种扇形暗区称为雷达扇形阴影区域。

测定扇形阴影去区的方法是：

1用方位标尺测量本船周围海浪干扰杂波小时的起止方位，并标绘在作图纸上。

2本船在未装雷达反射器的浮标附近作缓慢的回旋并仔细精确地记录浮标回波出、没的方位。

3在船图上测量或在天线前用六分仪测量。

7、何为假回波? 假回波有哪几类？（6分）

假回波：由于雷达技术上的某些缺陷和无线电波传播的某些物理现象，在雷达观测中，有时同一个目标在荧光屏上多处显示，或显示额回波并不是目标的真实位置，这种多余的、影响雷达正常观测的回波，称为假回波。

分类：1间接反射假回波，2多次放射回波，3旁瓣回波，4二次扫描回波

8、雷达观察干扰有哪些？如何抑制？（10分）

1、海浪干扰;抑制方法：为抑制海浪干扰，可选用S波断雷达。如有双速天线，选用高速天线，选用窄脉冲宽度，使用面板上的“海浪抑制”旋钮酌情调节，达到抑制干扰又不丢失物标的目的

2、雨雪干扰；抑制方法：为抑制雨雪干扰，可选用S波段雷达，选用窄脉冲宽度及圆极化天线，也可用“雨雪干扰抑制”空牛或开关加以抑制。

3、同频雷达干扰;抑制方法：干扰过于严重时，换用近量程观测，可减少其引信啊个或选用另一波段雷达工作。如装有同频雷达干扰抑制器，可打开面板上的控制开关，即可消除。

4、电火花干扰；抑制方法：对于固定方位位置上出现的电火花干扰，如一时尚无法排除故

障而加以去除，则使用中可采用暂时小改向方法，使欲测的物标回波避开上述干扰亮线。

9、海浪干扰有何特点？海浪干扰抑制旋钮与增益旋钮在降低回波放大倍数时有何区别？

特点：1、离本船越近，海浪反射越强；随着距离的增加，则海浪反射强度呈指数规律增长迅速减弱。2、海浪反射上风侧越强，显示距离远，下风侧弱，显示距离近。3、大风浪时海浪回波密集而变成分布在扫描中心周围的辉亮实体。如果幅度较大的长涌，可在屏上见到一条条海浪回波。4、海浪回波的强弱还和雷达技术参考书有关。

区别：海浪干扰抑制旋钮在降低回波放大倍数是呈指数下降的。增益抑制旋钮在降低回波放大倍数是呈线性下降的。

10、雷达避险有哪两种？各在什么情况下使用？在雷达使用中如何操作？(6分)

1、距离避险：为了使船舶在航行中离岸保持一定距离，确保航行安全。

操作：可用方位标尺线协助：将方位标尺指向航向，并用活动距标圈定出避险线距离相对应的一根平行方位标尺线，航行时随时保持使危险物标的回波处在上述避险方位标尺的外侧即可

2、方位避险法：当船舶的航向和岸线或多个危险物连线的方向近于平行时，为了安全地避离航线附近的危险物标，可用方位避险来表明危险物标的所在方位。

操作：在海图上求得物标的危险方位，在显示器上将方位标尺置于该危险方向上。航行中，应将物标回波始终放在方位避险线外侧，船首线始终放在方位避险线的安全一侧，船首线和方位避险线之间距离可由活动距标指示，应随时核实船位，保证船位确实位于方位避险线的安全一侧。

11、磁控管有哪几部分组成？在雷达发射及中起什么作用？（6分）

磁控管由灯丝、阴极、阳极、永久磁铁和输出耦合装置等组成。

作用：产生宽度和调制脉冲相同的大功率高频振荡脉冲经波导送天线向外辐射。

12、何为混频器？为什么在雷达接收机中要这个部件？（6分）

混频器是由混频晶体与选频回路组成。

混频器的作用是将回波信号f与本振信号F进行混频而得到其差频信号,即中频信号（ F-f ）。同时混频器亦满足功率传输系数大及混频噪声系数小等要求。