一、引言

由于港口水域航行環(huán)境和海上開闊水域存在明顯差異，雷達設備存在諸多性能限制，因而在港口水域使用雷達應與在海上開闊水域有所區(qū)別。本文根據(jù)上海港的航行環(huán)境和雷達使用情況，就雷達設備的性能限制、圖像調節(jié)等方面，探討在港口水域使用雷達時的注意事項，以提醒駕引人員注意因雷達設備的性能限制和復雜航行環(huán)境所帶來的風險。

二、在港口水域使用雷達設備的局限性

港口水域內船舶通航密度大，船舶間距離近且機動頻繁。這些會導致雷達難以穩(wěn)定跟蹤目標，降低目標數(shù)據(jù)精度。

( 一 ) 雷達的目標分辨能力有限制

根據(jù)IMO雷達設備性能標準MSC.192 ( 79 ) 的規(guī)定，在平靜的海面使用1.5海里或更小的量程，在量程的50%～100%范圍內，兩個點物標的距離分辨力應不低于40米，方位分辨力應不低于2.5度[1]。當目標間距離小于40米或方位差小于2.5度時，雷達可能無法分辨目標，也無法穩(wěn)定跟蹤目標。這種超出雷達分辨能力的情況，在通航密度大的港口水域較為常見。

圖1是上海港南槽航道進口高峰時拍攝的雷達圖像。圖中出現(xiàn)了嚴重的回波粘連現(xiàn)象。其原因就是船舶密度過大，目標間距離太近，超出了雷達的目標分辨能力。雷達無法分辨這些粘連在一起的目標回波，也無法準確捕獲并穩(wěn)定跟蹤這些目標。對那些尚可分辨的目標，即使雷達能夠捕獲，在跟蹤的過程中也極易發(fā)生目標丟失或交換，難以獲取目標的準確運動數(shù)據(jù)。

圖1 上海港進口高峰雷達圖像

( 二 ) 雷達跟蹤處理目標信息存在延時

雷達捕獲目標后，需要對目標信息進行濾波處理，才能穩(wěn)定地跟蹤目標。在濾波過程中，雷達需要累積目標的過往數(shù)據(jù)，濾除各種傳感器誤差，平滑目標及本船的運動和氣象海況等的不利影響[2]。在完成這些過程后，雷達才能預測目標未來的航向和航速，計算并輸出目標的運動數(shù)據(jù)。從濾波的過程可以看出，雷達捕獲目標后要延遲一段時間才能輸出目標的運動數(shù)據(jù)。當目標發(fā)生機動航行時，由于濾波過程的耗時，導致雷達不能及時反饋目標的機動變化，對目標運動的預測存在延時。濾波過程造成了雷達對目標機動處理的延時，因而影響了雷達對近距離、高機動目標的跟蹤精度[2]。

圖2中的3號目標 ( 箭頭位置 ) 是在上海港北槽航道作業(yè)的測量船，在作業(yè)過程中多次穿越航道，其機動尤為頻繁。圖2是在其掉頭時所拍攝。通過圖中3號目標的真尾跡，可以看出測量船已經(jīng)完成了掉頭，并開始向東北方向航行，但其真矢量卻依然指向西南方向，存在明顯錯誤。在面對高機動的目標時，雷達提供的目標運動數(shù)據(jù)并不可靠，甚至會給出錯誤的數(shù)據(jù)。

圖2 機動目標雷達圖像

三、港口水域內雷達圖像的調節(jié)

由于海上開闊水域的航行環(huán)境和港口水域存在較大區(qū)別，船舶從海上進入港口水域時，雷達回波組成變得更為復雜。簡單地減小雷達量程，直接沿用海上的圖像調節(jié)參數(shù)，難以發(fā)揮雷達應有性能。

( 一 ) 雷達圖像應隨航行環(huán)境的變化而不斷優(yōu)化

在港口水域，雷達回波的組成要比海上開闊水域更為復雜。除了海上常見的海浪雜波、雨雪雜波外，還有多種假回波。這主要是因為，在港口水域目標距離近，岸吊、高樓等強反射目標多，使得雷達波反射更為強烈，易形成多種假回波和雜波。使用雷達時，應選擇合適的量程和脈沖寬度，有針對性地調節(jié)增益和雜波抑制控鈕，使雷達圖像與航行環(huán)境時刻保持匹配。

以船舶在上海港北槽航道進口航行為例，到達橫沙島以前，船舶密度通常不大，但航道兩側水域常有小漁船活動，這時應優(yōu)先考慮雷達對弱小目標的探測，應適當加大增益并選擇寬脈沖。到達橫沙島后，船舶密度開始變大，強反射目標增多，小漁船數(shù)量有所減少，這時應優(yōu)先考慮雷達的探測精度和目標分辨力，可選擇窄脈沖并適當減小增益。

( 二 ) 注意調節(jié)雷達圖像時各參數(shù)之間的矛盾

在調節(jié)雷達圖像時，有些參數(shù)之間往往是互相矛盾的。比如，為了提高雷達對弱小目標的探測能力，需加大增益，選擇更大的脈沖寬度，但這可能導致其他目標回波失真，雜波增強，雷達探測精度和目標分辨力降低。為了應對港口水域船舶密度高、強反射源多的航行環(huán)境，使用雷達時應減小增益，選擇窄脈沖，以提高雷達的探測精度和目標分辨力，但這會降低雷達對弱小目標的探測能力。因此很難找到一組適合所有航行環(huán)境的調節(jié)參數(shù)。雷達圖像調節(jié)的過程實際上是雷達各性能之間相互平衡的過程，不可能找到某一組參數(shù)使得雷達的各種性能都達到最佳狀態(tài)。

四、港口水域使用雷達時的注意事項

( 一 ) 雷達不適合在港口水域避碰

1.雷達的CPA精度不能滿足港口水域避碰要求

根據(jù)IMO雷達設備性能標準MSC192. ( 79 ) 規(guī)定，在雷達對目標建立穩(wěn)定跟蹤后，CPA精度為±0.3海里[1]。在海上開闊水域，船舶間CPA通?？刂圃?海里左右，±0.3海里的CPA精度能夠保證安全。在港口水域，船舶間CPA可能會減小到僅有幾十米。例如在上海港的北槽航道、黃浦江這樣的狹水道內，船舶間CPA很可能小于0.1海里，這樣的CPA數(shù)據(jù)已經(jīng)遠遠超出了雷達設備的性能標準，不能用于避碰。有資料認為當CPA控制到0.8海里仍不能滿足航行需要時，雷達提供的信息就只能作為參考[2]。因此，在船舶密度較大的港口水域不能簡單依據(jù)雷達數(shù)據(jù)采取避碰措施。

2.雷達解算目標運動數(shù)據(jù)耗時過長不滿足港口水域避碰要求

在IMO雷達設備性能標準MSC192. ( 79 ) 中規(guī)定，雷達應在3分鐘內顯示目標預測運動[1]。從雷達捕獲目標，到解算出滿足精度要求的目標運動數(shù)據(jù)，存在近3分鐘的延時。使用雷達避碰時，通常應選擇12海里量程[3]。這是考慮到了雷達避碰的原理和相關性能限制的合理做法。但在港口水域內，雷達多使用3海里或1.5海里甚至更小的量程 ( 黃浦江內多使用0.75海里量程 )。面對距離如此近的目標，3分鐘的等待時間過長，會引發(fā)更多的碰撞風險。有資料顯示，全世界每年因雷達延時造成碰撞的船舶達數(shù)百艘之多[4]。

在復雜的航行環(huán)境中，雷達可能無法分辨目標，出現(xiàn)目標丟失、目標交換、處理延時等問題，也可能出現(xiàn)因目標數(shù)據(jù)超出雷達性能標準，導致目標數(shù)據(jù)不可信、雷達頻繁報警等問題。這些因素使得雷達在港口水域不能用于避碰。

( 二 ) 在港口水域使用雷達時不適合使用對水速度

在港口水域航行時，雷達目標種類和數(shù)量都遠多于海上，既有浮標、拋錨船等靜止目標，更有大量航行船舶這類運動目標。駕引人員在面對大量雷達目標時，不可能將注意力平均分配給每個目標。因此，如何在大量目標中快速準確地找出危險目標，對港內安全航行有著重要意義。雷達的真尾跡功能可以起到快速區(qū)分目標的作用[4]，但要有效使用該功能，還需正確選擇本船的速度。

圖3、圖4是上海港江亞錨地出口航行時拍攝的雷達圖像。圖3中本船速度選擇的是對水模式。該模式下，拋錨船、浮標等靜止目標以與風流壓差相反的方向和速度移動，其顯示的對水真尾跡和運動目標的對水真尾跡很相似，難以通過雷達快速區(qū)分并找出危險目標。本船的對水真矢量也不能直觀準確地反映本船風、流壓差的大小，不利于監(jiān)控船位和避讓固定目標，特別是在水流復雜的水域會產(chǎn)生更多的航行風險。圖4中本船速度選擇的是對地模式。該模式下，駕引人員通過雷達能快速分辨出哪些是應該重點關注的目標，可以時刻掌握本船的風、流壓差，有利于港口水域的安全航行。

圖3 對水真運動模式雷達圖像

圖4 對地真運動模式雷達圖像

在實際工作中，常遇到有些船舶為滿足避碰要求，進入港口水域后仍堅持選擇對水速度 ( 如圖5所示 )。這可能與船公司體系文件的規(guī)定有關。有些公司為了規(guī)避可能產(chǎn)生的法律風險，在體系文件中明確要求船長或駕駛員，在港口水域使用雷達時選擇對水速度。面對港口水域復雜的航行環(huán)境，這種為了規(guī)避法律風險，不考慮具體環(huán)境的做法是不明智的，也可能是危險的。船公司在制定相關體系文件時應該更為細致，最好將港口水域和海上開闊水域區(qū)分開來，分別制定相應體系文件。

圖5 某船雷達使用規(guī)則

( 三 ) 謹慎使用雷達的自動雜波控制功能

雷達自動雜波抑制主要有自動海浪雜波抑制 ( AUTO-SEA )、自動雨雪抑制 ( AUTO-RAIN )、自動抗雜波 ( CFAR ) 等。自動雜波抑制功能通常只適合回波組成比較簡單的水域[2]。在港口水域，雷達回波組成復雜，包含多種類型目標回波及雜波。自動雜波抑制無法等效處理這些復雜多樣的回波，可能導致弱小目標回波被當成雜波抑制。特別是當本船雷達處于不穩(wěn)定顯示模式下，本船首向的變化會引起目標回波的不穩(wěn)定，弱小目標的回波更容易被抑制。因而，在使用自動雜波抑制功能時，要更為謹慎地對待弱小目標，同時要避免在不穩(wěn)定顯示模式下使用自動雜波抑制功能。

五、結語

駕引人員在使用雷達時，應充分考慮本船周圍的航行環(huán)境和雷達設備的性能限制。尤其是進入港口水域時，要注意復雜的航行環(huán)境會對雷達設備帶來諸多不利影響，甚至導致雷達的部分功能不適用。不應強調在港口水域內使用雷達的避碰功能，而應合理使用雷達的定位、導航、瞭望、觀測等其他有助于航行安全的功能。同時，為了更好地使用雷達，應該選擇合適的顯示模式和速度，并對雷達圖像進行適當?shù)恼{節(jié)。沿用在海上開闊水域的雷達設置，可能無法發(fā)揮雷達設備的應有性能，并帶來額外的航行風險。

參考文獻：

[1]IMO Resolution MSC.192(79):Revised Recommendation on Performance Standards for Radar Equipment[R].2004.

[2]劉彤.船舶導航系統(tǒng)與引航資源管理[M].大連:大連海事大學出版社,2013.

[3]朱金善.船舶避碰[M].大連:大連海事大學出版社,2012.

[4]陸悅銘,詹海東,梅英群.船用雷達在上海港引航中的應用[J].港口科技,2007(10):23-28.

作者簡介：

胡曉慧，上海港引航站，一級引航員。本文刊發(fā)于《世界海運》2020年第7期
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