AIS系统
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2023年3月19日发(作者：专一性)第一章AIS
第一节绪论
AIS：ShipborneAtomaticIdentificationSystem（船载自动识别系统）
VTS：VesselTrafficServicesSystem（港口）船舶交通管理系统。
船舶交通管理系统VTS是主管机关为了增进船舶交通安全以及保护环境所建立的一种设施。其主要功
能是收集水域内船舶交通有关信息，对收集到的信息进行处理，实现对水域内船舶进行监视、咨询服务及
交通组织管理。增进船舶航行安全，提高航运效率。
VTS作为岸基交通管理系统，离不开交通监视及船舶运动等大量信息的搜集，而雷达则是完成这一任
务的技术手段之一，雷达是VTS的重要组成部分，传统的VTS系统是以岸基雷达为基础建立的，有很多
缺点，如无法进行目标识别、提供的信息量小、目标位置精度和更新率低及无法自动进行船岸信息交换等。
AIS的出现，将给VTS系统带来重大的变革，AIS能提供船舶间和船岸间计算机数据链路的动态连接，为
海上信息交换提供新的平台，
一、AIS的产生
随着世界船舶数量的不断增加以及船舶向大型化和高速化方向的不断发展，世界重要水道越来越拥
挤，海损事故频繁发生，给航行安全和海洋环境造成了巨大的威胁。为了加强海上交通管制、海洋污染监
视和保证船舶航行安全，船舶间以及船岸间的信息交换与日俱增，船舶识别也备受重视。在1995年IMO
的NAV41会议上，瑞典和芬兰联合首次提出了“将自组织时分多址技术应用于船舶间和船岸间的海上转
发器系统的建议草案”的提案。该转发器曾被称为4S(Ship-Ship，Ship-Shore)转发器，它利用了由瑞典民
航局提出的新概念GP&C(全球定位与通信)和新技术STDMA(自组织时分多址接入)。GP&C的特征是利用
VHF无线数据链路和自组织时分多址接人技术实现航空、航海以及陆路运输领域的导航、识别、监视、状
态报告和通信。以GP&C概念构成的监视系统与当今的雷达系统相比具有信息量大、可靠性高、功能多、
经济性好、作用范围广和易于组网等优点，具有广泛的应用前景。在1996年IMO的NAV42会议上，各
成员国就确定未来AIS是利用新提出的STDMA技术，还是利用过去GMDSS系统中提出的DSC技术这
一问题进行了广泛的争论，最后达成的共识是：未来的船载自动识别系统必须能够满足船舶间以及船岸间
不断增长的信息交换的需要，一个在不久的将来不能满足需要的国际标准将会成为技术发展的障碍。到了
1997年NAV43会议，IMO成员基本上取得了一致的意见，确定以STDMA技术为基础的“通用船载自
动识别系统”作为未来的全球海上实施系统。该系统不仅考虑了最初提出的VTS对船舶识别的需要，同时
也认为AIS应当满足海洋中船舶避碰的需要。
从表面上看，强制装载AIS系统只是为了实现VTS中船舶自动识别的功能，但实质上它却给海上交
通监视技术带来了一个全新的概念。以此为基础，还能实现诸如导航、监视、通信、控制、状态报告等其
他多项功能，并能进一步推广出更多的实际应用。它将给海上现代信息技术领域带来革命性的进步。当前
世界上许多发达国家正在大力研究STDMA这一新技术，并且正朝着确定服务层次和实现区域联网的方向
发展。对AIS系统中新技术的研究，不仅会给航海业带来益处，而且也会为船舶工业、航空工业，甚至整
个交通工业的发展奠定新的技术基础和提供新的经济增长点。
二、AIS符合船舶交管和避碰的实际需要
尽管今天的航海技术有了长足的进步，但海上船舶碰撞事故还是经常发生，给海上人命安全和海洋环
境造成了极大的威胁。产生这种现象的主要原因之一是当前用于船舶交管和避碰的助航设备不能满足海上
监视和通信的需要。众所周知，当前海上主要监视系统是雷达，船舶在近距离时的通信系统是甚高频(VHF)
无线电话。雷达目标回波形状一般不能反映目标的真实大小，它既不等于也不成比例于真实目标的大小，
回波可能在远距离时比较小而在中等距离时比较大。在大多数情况下，只靠雷达观察不能可靠地估计出船
舶的对地航向或船首向，尤其是后部有高结构的油轮，可视雷达回波受其后部结构的影响而不在船中心。
当船舶改变航向时，雷达回波的指示会有一定的延时，甚至会出现短时间的错误。雷达自动标绘仪(ARPA)
和雷达自动跟踪仪(ATA)也是如此。有研究表明：在有限能见度条件下，由于雷达提供不充足、不完整或
不明确的信息而发生的“雷达辅助碰撞”事故占据了很高的比例。另外，由于没有船舶标识信息，海上
VHF通信难以进行，特别是在船舶密集区或是当船舶处于紧迫局面时，通过报告自己船位来呼叫对方船舶
的方法很难实行。因此，当前的船舶避碰还沿用传统的方法：用实际操船来显示自己船舶的航行意图；
或者用鸣笛来征询对方船舶的避让意图。这种方法受到诸如天气、环境和狭水道等许多因素的制约，
具有很大的潜在危险，也是与当今信息时代不相称的。
当前大部分VTS机构要求船舶在接近或进入VTS区域时，向VTS中心报告。船舶识别的获取是基于
这些船舶向VTS中心报告的标识和位置，然后VTS操作员推测着将这些信息与无标识的雷达目标相
关联。识别过程繁杂费时，且整个过程依赖船舶的参与和协作。船舶经常忘记遵守向VTS中心报告的要
求，因此就产生了潜在的危险，并对VTS操作员产生后续的麻烦。就是在安装了VHF测向设备时，
VTS的交通图仍然依靠船舶通过VHF的报告来识别，只不过可以利用测向仪将船舶识别与航迹识别关
联起来。AlS正如其名，有助于克服上述缺点。它及时自动地提供船舶标识(MMSI、呼号等)，保证了
在需要时可以迅速进行无线电通信。毫不夸张地讲，这一功能的作用至少等同于VTS机构本身。
三、装载要求
SOLAS公约第5章“航行安全及其相关导则”2000年修订本的第19条中详细说明了作为船舶航行设
备的船载AIS的国际强制装载要求。公约规定船舶装载分阶段实施。后来在2002年12月9～13日召开的
1974海上人命安全国际公约成员国政府的IMO会议上决定“所有300总吨及以上从事国际航行船舶、不
从事国际航行的500总吨及以上的货船和不论大小的客船，应按如下要求配备自动识别系统AIS：
(1)2002年7月1日或以后建造的船舶；
(2)对于2002年7月1日前建造的从事国际航行的船舶：
①客船，不迟于2003年7月1日；
②液货船，不迟于2003年7月1日后的第一次安全设备检验；
③除客船和液货船外的50000总吨及以上的船舶，不迟于2004年7月1日；
④除客船和液货船外300总吨及以上不足50000总吨的船舶，在2004年7月1日后的第一次安全设
备检验或不迟于2004年12月31日；
(3)2002年7月1日前建造的不从事国际航行的船舶，不迟于2008年7月1日。
四、AIS的发展趋势
AIS是高精度无线电定位技术和高速无线数传技术发展的产物，是典型的信息时代助航设备。它给海
上船舶监视领域带来了革命性进步，对航海技术发展的影响是广泛和深远的。
从近期发展来看，AIS的设备类型有待丰富。众所周知，尽管IMO规定了AIS的基本性能，ITU规定
了AIS的内核技术，但当前要求船舶装载的只是A类船载设备。为、此，IEC（国际电工技术委员会）也
制定了A类船载AIS设备的检验标准。随着AIS应用范围的扩展和装载面的扩大，人们需要更多的设备
类型来满足不同应用和用户的需求，如适合小型船舶安装的B类船载设备，适合航标安装的AtoN（Aidsto
Navigation）类型设备和适合搜救飞机安装的SAR（SearchandRescueAircraft）类型设备。这些AIS设备
类型都需要IEC制定相应的检验标准。此外，AIS的岸基设施和网络建设需要跟上。船舶普遍安装AIS设
备提供了船岸数据交换的基础，而AIS岸基设施和网络的建设才是最终发挥其船岸信息交换功能的条件。
沿岸航行的船舶需要从AIS岸基网络中获得诸如气象、海况、警告和DGNSS等信息；政府管理部门也需
要通过AIS岸基网络来了解船舶装载货物的情况和监视船舶航行安全与海洋环境污染。AIS岸基设施和网
络的建设取决于各国政府的态度和政策。
AlS服务有待定义和深化。从岸基应用的角度出发，AIS可理解成为岸基业务提供信息服务。主管部
门的AIS服务包括综合AIS和其他信源信息层次下的所有与AIS相关的功能。主管部门可以定义多种AIS
服务，它们有着各自不同的属性。由此可见，AIS服务的确定是各地区主管部门规范AIS功能和操作的一
种手段，它有利于船舶对当地AIS使用要求和应用水平的理解。AIS服务的不断深化标志着AlS船岸间应
用的发展和功能的增强。当前AIS的使用刚刚开始，“基本AIS服务(BAS)”正在被定义。包括AIS船岸
间信息交换在内的所有AIS应用都有待进一步规范和发展，如船舶间的AIS避碰应用、AIS引航应用和
AIS搜救应用等。没有统一规范的应用将会造成用户理解上的差异，从而给船舶航行带来安全隐患。
AIS信息显示和综合有待研究。IMO的性能标准没有说明AIS的显示要求，而IEC的测试标准中规定
的“AIS最小显示设备”也只是用来满足测试的需要。要想充分发挥AIS的功能，使船舶驾驶员更好地理
解他所处的交通态势必须使用图形显示方式。如何将AIS信息和其他有关信息（如雷达目标和电子海图）
简便、清晰地标绘出来是一个困难的问题，牵涉到信息表述和信息综合等许多方面，需要进一步研究和实
验。大量的、不统一的信息会造成船舶驾驶员的“信息过载”，从而使其产生精神紧张和疲劳。这不仅无
助于驾驶员的判断，而且会造成决策错误。
AIS传输的信息种类有待加强和推广。ITU规定的AIS报文种类有22种，它们可以支持AIS的链路
管理、动态信息广播和安全通信。有研究表明：数字信息交换的效率远高于语音通信，因此，数据交换应
逐步成为未来船舶间安全通信，特别是在紧迫局面下通信的主要方式。当前AIS能够支持的安全通信有“文
本报文”和“二进制报文”两种方式。这其中更为有效并且能够突破语言障碍的是二进制报文。国际组织
和政府管理部门应当在有关研究成果的基础上不断发布和推广新的二进制报文格式，以便提高AIS的安全
通信能力。最后，AIS装载范围应进一步扩大。AIS属于被动式导航系统，它的船舶安装范围越大效果越
好。SOLAS
公约只规定了国际强制装载AIS设备的船舶范围，这是一个最小范围。各国政府应当在条件允许情况下，
逐步扩大AIS的要求装载范围，直至达到理想的所有船舶安装。
AIS构筑的动态数据网络，为航海技术的发展提供了—个崭新的平台。以此为基础，可以像互联网那
样演变出更多的、难以预计的新系统和新应用，是人类航海史上的又一里程碑，是传统的“经验航海”向
未来“信息航海”跨越的重要环节。从长远的角度看，AlS自身的通信性能还有待提高。当前AIS的通信
能力仅能支持一定船舶装载范围的状态报告和较低水平的安全通信。随着船舶装载量和安全通信量的增加
以及通信应用范围的扩大，AIS的通信性能尚需较大幅度地提高。这可能导致增大AIS的带宽，改进调制
方案和使用数据压缩与加密技术。其次，AIS提供的信息平台将逐步提高航海的智能化水平。就船舶避碰
而言，以往船
载自动化设备所能得到的信息是有限的和不够精确的，并且不具备船舶间的信息交互能力。这样就使船舶
自动避碰技术的研究从孤立的“本船”出发，在“灰色”的周边环境下长期徘徊。AIS信息平台的产生将
会使人们站在网络的基础上，透过接近“透明”的环境条件来重新考虑船舶自动避碰问题。这必将导致船
舶智能避碰水平跃上一个新台阶。此外，AIS提供的精确信息和快速通信能力将逐步影响船舶驾驶员的实
际操船方式和传统的航海观念，由过去的完全从本船利益出发逐步向考虑船舶周围海区交通优化的方向迈
进，使其更具有信息时代的特征。为此，相应的海上交通法规也会不断改善，以适应技术的进步和观念的
更新。
第二节AIS的组成及基本原理
一、AIS的组成及各部分作用
1、AIS的主要功能是：将船舶的标识信息、位置信息、运动参数和航行状态等与船舶航行安全有关的重要
数据，通过VHF数据链路，广播给周围的船舶，以实现对本海区船舶的识别和监视。
2、为了支持上述功能的实现，AIS的基本构成包括：内置的卫星定位传感器、VHF数据通信机、通信控
制器、船舶运动参数传感器接口、数据接口、内置完整性测
试模块和最小键盘与显示单元，如图所示。它的外围设备主要有：提供船舶航向的陀螺罗经，提供船舶位
置以及对地运动参数的船舶主卫星导航定位仪，提供船舶速度的计程仪，提供船舶转向速率的转向计和能
够进行图形显示的电子海图显示与信息系统或雷达等外部显示终端。
3、AIS各部分作用
（1）AIS内置的卫星定位传感器主要是用于提供通信链路同步定时和船舶对地运动参数的。它是系统
外接卫星定位系统的补充。在正常情况下，AIS应当使用船舶主要卫星导航定位设备提供的数据。因为在
当前船载电子设备众多、甲板上天线林立的情况下，船舶的主要卫星导航定位设备的天线一般都安装在较
好的接收位置，因而能提供较可靠的定位信息。目前AIS所使用的卫星定位设备大多是GPS系统，它的
定位精度一般在15m。为了得到更精确的船舶位置信息，在有条件的海区还可以使用差分GPS接收机，
该方式的定位精度能够达到5m以内，可以满足狭水道和进出；港航行的需要。其实，只要能够全天候24h
提供连续的较精确船位和定时信息的定位系统都可作为AIS的船舶定位信息传感器。
（2）船舶航行时，船首向是一个非常重要的信息，它通常是由船载陀螺罗经提供的。不仅如此，AIS
还能连接转向计从而获得反映船舶转动方向和转向快慢的转向率。AIS的广播信息中包括船首向和转向率
数据以及其他船舶运动信息。这些信息是通过船舶运动参数传感器接口输入的。该接口可以与船桥上安装
的GPS接
收机、陀螺罗经、计程仪和船舶转向计相连，收集它们提供的各种船舶运动信息，供系统广播和显示使用。
该接口必须符合IEC的有关标准，以便兼容不同厂商的设备。
（3）按照国际标准的要求，AIS应当能够在两个VHF工作信道上发射信息，并能同时在这两个信道
上接收信息。因此，通用船载自动识别系统必须包含两个VHF—TDMA接收通道和一个VHF—TDMA发
射通道。
（4）在IMO的性能标准中没有为AIS直接指定显示单元，对于A类船载设备IEC规定了一个主要用
于测试的最小键盘与显示单元。若想真正发挥出AIS的作用，应当将AIS通过数据接口与电子海图显示与
信息系统或雷达相连。该接口不仅能够输出本船的运动参数和接收到周围船舶的信息，而且能接收来自显
示终端的控制指令和发送报文。
（5）通信控制器是AIS的核心。它通常是一个嵌入式微处理器系统。它根据AIS的网络协议控制VHF
数据通信链路上的信息传输和各接口的数据交换。同时它还必须在不影响VHF链路运行的条件下，实现
AIS的长距离通信功能。通常AIS选择的长距离通信设备是InmarsatC站。该功能可以支持遥远的岸基VTS
中心或政府管理部门对船舶的远距离跟踪与监视。这种跟踪不是为了建立和维护一个大区域的实时交通图
像，因此最高位置更新率是每小时2—4次，通常是每天更新2次。
此外，AIS应能根据当地权力机关的指令，通过通信控制器控制VHF收发信机的工作信道。这种指令
有三种方式输入AIS：手工输入方式、AIS报文和DSC报文。因此，通用船载自动识别系统必须包含一个
DSC接收机，用于自动接收DSC控制指令。
第二节AIS的工作原理
一、AIS的广播式卫星定位转发器原理
AIS不仅能利用VHF无线数据链路和自组织时分多址接人技术在不需要船舶驾驶员介入的条件下，根据船
舶的运动情况，周期性地在海上专用的VHF频道自动广播船舶的标识、位置等本船的信息，而且能够接
收和处理周围其他船舶广播的同样信息，然后通过图形或文本方式显示给船舶驾驶员。AIS传输的信息主
要分为静态信息、动态信息、与航次有关的信息和与安全有关的短信息四大类。
按照国际标准的要求，AIS应当能够在两个VHF工作信道上发射信息，并能同时在这两个信道上接
收信息。因此，通用船载自动识别系统必须包含两个VHF—TDMA接收通道和一个VHF—TDMA发射通
道。这些收发机在一般状态下应当工作在国际电信联盟规定的全球统一的AIS工作信道：海上VHF移动
通信频段的87B信道（AIS信道1：161.975MHZ）和88B信道（AIS信道2：162.025MHZ）。通信机的带
宽是12．5kHz或25kHz，发射功率是2W或12．5W，数据调制采用GMSK（高斯滤波最小频移键控）
方式，空中传输速率为9600bit／s。
大洋（公海）航行时，AIS的带宽是25kHz，发射功率为12．5W。沿岸（临海）航行时，将要根据
沿海国家的规定使用25kHz或12．5kHz的带宽和12．5W或2W的发射功率。在大洋（公海）以及所有
其他海域，AIS并行地在两个信道中同时接收，并且也在这两个信道中有规律地交替发送。此外，在特殊
情况下AIS还能工作于由当地政府机关规定的VHF海上移动频段内的地区性信道中。除此之外，这些收
发信机也能在当地管理部门的控制下，工作于指定的海上VHF移动通信频段(156．025～162．025MHz)
上的任何一个信道。
采用2个TDMA接收机分别在2个独立的频道上同时接收信息，同时，使用1个TDMA发射机在2
个独立的频道上交替进行TDMA发射。
AIS频段无线电波的传播损耗较小，一般5W的发射功率可以作用到100nmile。但AlS的作用距离主
要是受限于无线电波的直线传播特性，也就是受限于天线高度，一般认为它的作用半径在20海里左右。
二、AIS传输的信息及信息的更新率
AIS传输的信息主要分为静态信息、动态信息、与航次有关的信息和与安全有关的短信息四大类。
1、船舶的静态信息包括：
1)海事移动服务标识(MMSl)；用于船舶识别的船舶标识码是海事移动服务标识(MaritimeMobile
ServiceIdentity)。
2)呼号和船名；
3)IMO编号；
4)船长和船宽；
5)船舶类型；
6)GPS天线位置。
这些信息都与船舶自身特征有关，一般是采用人工输入的方式设置的。由于
船载卫星定位接收机输出的定位点是指定位天线的位置，因此为了准确地表示船型，
必须标明定位天线相对于船舶的位置，具体如图2-4所示。参数A、B、C、D为确定
天线位置的坐标。
2、船舶的动态信息包括：
1)船位；
2)协调世界时；
3)对地航向；
4)对地速度；
5)船首向；
6)航行状态；
7)转向率。
这些信息除第六项航行状态以外，都是通过连接于AIS的传感器自动获取的。航行状态信息一般
是由船舶驾驶员手工输入的，具体内容有：在航、锚泊、失控、操纵性受限、吃水受限、系泊、搁浅、捕
捞作业以及风帆动力等。其中所有船位都应以WGS84的基准进行传输。
3、与航次有关的信息是指每个航次前必须要求船舶驾驶员手工输入的信息，具体包括：
1)船舶吃水；
2)危险品；
3)目的港和预计到达时间；
4)计划航线；
5)在船人数。
这些信息一般是通过船岸数据交换方式向航行途经国家报告的。
4、与安全有关的短信息是指船舶为了航行安全向周围船舶和岸台发出的广播信息或是点对点的通信
消息。
5、信息的更新率
AIS内部有一个安全机制，可以防止数据被错误地修改和发送。AIS最重要的功能是周期性地广播船
舶的位置和标识信息以实现对船舶的自动跟踪识别和监视。不同信息类型需要不同的广播周期。因此，AIS
提供了不同的信息更新率，具体如表1-1所示。对于动态信息的更新率，取决于船舶的速度和航向变化率，
具体如表1—2所示。
表1－1AIS信息更新率
静态信息每6min广播一次或根据要求
动态信息2s～3min之内广播一次，取决船速和航向变化率
与航次有关的信息每6min广播一次或根据要求
与安全有关的信息根据要求
表1－2动态信息更新率
船舶状态报告间隔
锚泊3min
船速0～14kn12s
船速0～14kn并转向4s
船速14～23kn6s
船速14～23kn并转向2s
船速大于23kn3s
船速大于23kn并转向2s
三、AIS能够运行的工作模式有以下3种：
1)可在所有海域使用的自主的和连续的模式；
2)在沿岸控制中心管理区域内使用的分配模式；
3)响应其他船舶或基站呼叫的轮询模式。
在通常情况下，AIS应当工作在自主和连续的模式下，这也是该系统的缺省工作状态。在这种模式下，
系统可以自行确定其位置信息的发射时间表，自动解决与其他电台在发射时间上的冲突。当船舶航行于沿
岸的船舶密集区时，当地的政府主管部门可以根据通信链路的负载情况或其他特殊情况，通过岸台控制该
海区的某些乃至全部船台运行于分配模式。分配模式有两个级别，岸台可以通过16号报文控制船台工作
于指定报告速率的级别；或控制船台工作于指定发射时间表的级别。自主和连续的工作模式与分配的工作
模式是不相容的，AIS在同一时刻只能居于二者其一的工作模式，但系统可以在这两个工作模式之间平稳
转换。
AIS工作于轮询模式时，能够自动地回应其他船台或政府管理部门的岸台发来的询问报文。轮询模式
的运行不会和上述两种模式发生冲突。回应信息的发射也应在接收到询问信息的信道上进行。
总之，AIS能够连续自动地提供信息给作用范围内的其他船舶，而不需要船舶驾驶员的干预，同时还
能接收和处理来自其他电台的信息、响应其他电台的询问。该系统所提供的信息内容和数据更新率可以满
足对船舶进行精确跟踪的要求。
四、AIS的时分多址(TDMA)通信原理
AIS采用时分多址通信方式，它把每个信道的时间分成固定的时间缝隙，称为时隙。一组时隙构成一
帧。“帧”是TDMA信道管理中非常重要的一个术语。
1．AIS的时分多址(TDMA)帧结构
在AIS中，1帧持续1min，包含2250个时隙，每个时隙是由0—2249之间的数字表示的。所有这些
时隙都可以由工作在数据链路上的电台使用。一个船位报告占用数据链路上的一个时隙，其他类型的报文
也可以使用多于一个的时隙，这要视具体需要而定，但一份报文连续使用的时隙最多不能超过5个。
2．AIS的数据链路定时技术
TDMA技术需要所有电台保持时间上的同步。在AIS中，共同的时间参考基准是协调世界时，主要的
时间源是GPS时间。当然，其他与UTC相关的时间也可以作为AIS的时间源。因此，AIS的定时过程被
称作混合定时技术。AIS的TDMA数据链路上的每一帧与协调世界时的每分钟同步。
AIS采用以下4种方法来产生对UTC时间的估计，它们的排序也是混合定时技术中所采用的定时方法
的优先次序。这4种方法是：
1)直接与UTC同步
装备了GPS接收机的用户能够自己估计UTC时间(GPS时间)。这是使AIS独立于岸站的主要时间参
考。
2)间接与UTC同步
当一个电台不能从GPS接收机中得到UTC时间，但能接收到与UTC同步的其他电台的信号时，这个
电台将与它们中的一个同步。
3)与岸台同步(直接或间接)
若船台不能用以上方法同步，但能接收到岸台的信号，这个台将同步于接收的岸台中能接收到的台站
数量最多的那个岸台。当船台能接收到几个接收台数量相同的岸台发送的信息时，应选用MMSI最小的岸
台。
4)与一个移动台同步
当某个海区的移动台都丢失了UTC时间基准，并且接收不到岸台的信号时，这些台将同步于它们之
中能接收到的台站数量最多的那个移动台。当船台能接收到几个其他船台发送的信息，而其中每个台所能
接收的台站的数量又相同时，移动台应选用MMSI最小的船台。该船台将成为同步调整的信号台。
当一个船台能获得直接UTC同步或间接UTC同步时，应当首先采用这些方式。但当无法获得UTC
而采用后序两种定时方式时，则应采用以下步骤：
1)时间相位同步
时间相位同步是指船台利用从其他船台或岸台接收的信息对自身时钟进行同步调整的方法。船台通过
时间相位同步可以保证台站间具有较高的同步稳定性，并能保证不会产生消息边界的重叠。是否采用时间
相位同步必须等到接收到结束标志和有效的帧校验序列之后再决定。
2)帧同步
帧同步是指船台将接收到的其他船台或岸台的当前时隙号作为自己的当前时隙号，以保证自身的帧与
周围台站的同步。
3、AlS数据链路的接入方式
在AIS中有4种时隙接人协议：自组织时分多址接人协议(SOTDMA)、增量式时分多址接入协议
(ITDMA)、随机式时分多址接人协议(RATDMA)和固定式时分多址接人协议(FATDMA)。这些协议共同存
在和同时运行于TDMA信道中，以支持AlS的3种工作模式和各项功能。这4种时隙接人协议的具体说
明如下：
1)自组织时分多址接入协议
SOTDMA接入方式应用于以自主、连续模式运行的移动台。移动台使用SOTDMA协议广播位置和标
识信息给附近的所有其他电台。这个协议的目的是提供一种接人算法以便在没有控制台干预的条件下迅速
解决通信碰撞问题。由SOTDMA协议传输的报文具有周期性，用于支持数据链路上的其他用户进行不断
更新的监视。
2)增量式时分多址接人协议
ITDMA支持电台在数据链路的网络人口时、临时改变报告率时和传送与安全有关的报文时，预定传
输时隙。第一个ITDMA时隙总是由SOTDMA或RATDMA分配。在第一个ITDMA时隙传输前，电台必
须先随机地选择下一个跟随的ITDMA时隙并计算相对偏差。这个偏差值要随报文一起传输以指示该电台
预定的时隙。
3)随机式时分多址接入协议
在没有先前预定时，要使用RATDMA接人数据链路。这通常在数据链路的网络人口处或非周期性报
文传输时发生。RATDMA使用概率持续算法在可选时隙中确定传输时隙。
RATDMA使用的概率持续算法是：当发现一个候选时隙时，系统在0～100间随机选取一个概率值
(LME—RTPl)，将该值与当前的传输概率(LME—RTP2)相比较，若LME—RTPl≤LME—RTP2，则传输应
在该候选时隙内进行，否则，将LME—RTP2加上一个概率增量(LME—RTPl)，并且等待下一个候选时隙
的到来。RATDMA的选择间隔应为150个时隙，相当于4s。所有候选时隙应在该选择时段之中，因此一
次传输可在4S内完成。
4)固定式时分多址接人协议
只有岸台或控制台才能使用FATDMA。通过FATDMA协议，岸台能在预定的时间进行编程发射，而
不管信道中的其他预定情况。这个协议可以避免在某些情况下移动台占用岸台预定的时隙。FATDMA协议
支持周期性播发的报文。
五、AIS的自组织通信原理
AlS的核心技术是海上自组织无线数据链路。这是一个新概念。该链路工作于VHF海上移动频段，利
用自组织时分多址算法，具有自组织通信能力。所谓“自组织通信”的含义是指加入到该数据链路上的每
个移动台能在没有基地台控制的条件下，自主地选择自己的发射方案，并能自动地避免和解决通信冲突问
题。
海上自组织无线数据链路的原理如图2—7所示。它的主要特征是在它每一个传输报文中都包含下一
次传输的时间信息(传输时隙)，以便通知数据链路上的其他台站不要占用这个时隙，因而为自己预留了下
一次广播的时隙；同时，海上自组织无线数据链路要求在3～8min的时间范围内重新选择一次时隙，以解
决链路上因为移动台运动而可能产生的通信碰撞。此外，海上自组织无线数据链路还能通过时隙复用来
主动处理因通信链路
容量过载而带来的通
信碰撞。
第三节AIS的应用
一、AIS在船舶避碰
中的应用
1、AIS在探测目
标中的应用
目前，船舶在航
行避让过程中，较为
有效的助航设备是雷
达，尤其是在能见度
受限时。但雷达在使
用上受自然环境的影
响较大，而AIS的使用在某些方面可以解决或改善这些问题，是雷达系统的有益补充。例如：
1)当遇到雨雪、大风浪等恶劣天气时，雷达的回波信号可能会受到干扰，而出现杂波或丢失目标等问
题。AIS尽管在强雷暴天气中也可能会受到干扰，但由于其工作原理的不同，受恶劣天气的影响较雷达来
说还是小得多，并且只要在AIS覆盖区，目标不会由于距离的远近、尺寸大小和形状不同而产生信号差异，
加之AIS传输的信息量较大，因而有助于船舶在实施避让行动前对目标的识别和对避碰局面的判断。
2)当目标船航行于多岛礁、航道的弯头或大船的背后等遮蔽水域时，雷达将无法观测到这些目标，而
AIS在这些居间障碍物的高度不影响无线电波传输的情况下，仍可发现目标。这可使航行于遮蔽水域的船
舶及早发现目标，避免目标的突然出现使船舶一下子陷入十分窘迫的局面中，进而提高在该水域中船舶航
行安全。
3)对于进入雷达盲区的极近距离的小船(如拖轮)雷达上不能发现该目标，而AIS的探测能力依然如故。
这将有利于对近距离
4）定位精度高
2、AIS在船舶避碰信息交换中的应用
目前，船舶所配有的用于船舶避碰的助航设备所提供的目标船信息过于简单，不能完全满足船舶的需
要，尤其在狭窄水域、通航密度较大的水域，这类由于目标船提供的信息不足而造成避碰决策困难或采取
避碰行动不当等问题尤为突出。AIS的强制装载和使用给船舶间避碰信息交换提供了新的手段，它能够自
动、快
捷、全面地提供有助于避碰的信息。通过AIS可获得诸如识别码：MMSI；船舶静态信息：船名、呼号、
船长、船宽、总吨、船舶类型、吃水等；船舶动态信息：带有精度指示的船位、对地船速和航向、船首向、
转向角速度等航行状况信息；甚至可以获得目标船的转向点信息和目标船将要采，取的避碰措施信息等，
这将从根本上解决避碰信息不足的问题。同时，由于这些信息能自动更新，因而系统本身可对附近海区船
舶实施监视并能自动计算目标船舶的DCPA和TCPA，能对碰撞危险给予警告。
3、AIS在自动避让系统中的应用
为了提高海上航行安全，避免船舶碰撞，长期以来人们对船舶自动避碰系统进行了大量的研究，但两
大问题一直困扰着研究者，致使到目前为止仍无实质性进展，那就是：
1)目标信息的采集；
2)避让信息的交换。
如果不能从技术上真正解决这两个问题，那么实现船舶自动避碰将永远是人们美好的愿望，而无法付
诸实施。从理论上讲AIS自动、连续地提供船舶静态的和动态的信息可以解决采集目标信息问题，同时，
AIS快速、准确地建立数据通信链路，又可将避让意图发送给具有碰撞危险的船舶及周围其他船只，以了
解避让意图，提高避让新动向的有效性，进而提高船舶的海上航行安全。
4、AIS的信息显示
AIS的信息显示设备有两类：一是专用的最小显示；二是图形显示。专用的最小显示终端仅被要求显
示所选船舶的方位、距离和船名等三行数据。船舶的其他数据可通过水平滚动方式显示，但方位和距离不
能滚动。其他船舶的数据可以通过垂直滚动方式显示。专用最小显示终端主要是为AIS测试设计的。当
然该终端在实际使用中也是有一定作用的，特别是通过它可以识别船舶和自动进行避碰参数的计算与报
警。但是要想充分发挥AIS的潜能，显示船舶周围的交通态势，应当使用图形显示终端。AIS的图形显示
终端主要包括ECDIS（电子海图）、雷达、带有图形显示器的组合导航系统和AIS专用图形显示器。如果
用图形方式表示AIS信息，至少以下内容应被显示：
1)位置；
2)对地航向；
3)对地航速；
4)船首向；
5)转向率或转向，如可用。
如果AIS信息使用图形显示，则目标类型划分如下：
1)休眠目标
一个表示在特定位置的装配有AIS的船舶存在和方位的目标符号。为避免信息过载，在激活前不显示
附加信息。
2)激活目标
一个表示自动或手动激活休眠目标的符号，以显示附加的图形表示信息，包括：船舶矢量(对地航速和
航向)；船首向；转向率或显示发生航向变化的转向标识的方向。
3)选择目标
一个表示人工选择的任何AIS目标以显示在指定数据显示区域内详细信息的符号。在此区域，显示接
收的目标数据和计算的CPA和TCPA值。
4)危险目标
一个表示数据超出预设的CPA或TCPA界限的AIS目标的符号，同时发出报警。
5)丢失目标
如果未能接收到在预先设定的距离范围内的AIS目标信号，在数据丢失前最后位置将出现一个目标丢
失符号并同时发出报警。
5、AIS的局限性
AIS所给出的信息未必能完全反映周围船舶的情况。船舶驾驶员应时时意识到其他船舶尤其是游艇、
渔船和军舰，以及一些岸基台站(包括VTS中心)可能没有配备AIS。而且，船舶驾驶员还应时时意识到在
某些情况下装配在其他船舶上的AIS可能依据船长的专业判断而被关闭。此外，船舶驾驶员不应假定从其
他船舶接收的信息与本船提供的同样信息的质量和准确性是一样的。
二、AIS在VTS中的应用
AIS是VTS的重要工具，是现有VTS装备的补充。它的作用体现在：能够提高所有船舶交通状况的
知晓能力和在不给船舶增加额外负担的前提下实现交通流管理的最优化。AIS在VTS中应用的具体目标是
船舶识别、辅助目标定位、简单信息交换和提供附加信息以便协助避碰。
一）船舶自动识别
大多数VTS机构要求船舶在进入或接近其辖区时进行船舶报告。当前成功的船舶识别依赖于船舶报
告。船舶报告包括相对于VTS中心的位置和识别信息，VTS将此信息和动态的雷达航迹相关联。该过程
耗用大量时间并且需要船舶的积极配合。对于没有按要求报告的船舶，将会造成潜在的危险局面，并且会
增加VTS操作员的负担。即便是装配了VHF测向设备的VTS台站，也要依靠通过VHF的船舶报告来获
得交通图像。AIS最主要的功能是及时自动地提供船舶识别(MMSI、船名和呼号)。它的使用将改变船舶识
别安全性差和时间耗用多的弱点，使得极为重要的快速无线电通信变得方便快捷，这种贡献如果说不比
VTS本身意义大也至少与其相当。
二）改善船舶跟踪
1．扩大了地理覆盖范围
AIS数据能被其他AIS台站或基地台、转发台接收。这样在VTS机构配置了AIS设备的地方，就能
在VHF无线通信频率的最大接收范围内接收船舶的标识和精确位置。这将允许在常规雷达范围外很好地
监视目标。甚至在保护基地台不受附近VHF干扰的设计中，可通过安装附加基地台或转发台来进一步扩
展VTS监视范围，用比雷达低得多的成本组成监视网络。
2．提高位置精确度
AIS的另一主要功能是结合DGNSS（差分全球导航卫星系统）修正信号获得优于10m精度的船位。当
前雷达系统由于其频率、回旋率、带宽的限制，只能获得30—50m的位置精度。由此可见，AIS与之相比
优势很大。
3．不再有雷达遮挡区
在沿海或海湾水域中船舶的雷达航迹能被标记，但在受附近陆地或建筑物影响的遮挡水域，将引起基
于雷达的VTS丢失船舶航迹。在VTS中心不能精确监视船舶移动状况是很危险的。航迹丢失必会导致重
新获取和识别丢失的航迹，从而增加VTS中心的工作量，而AlS航迹会避免大多数这种情况的发生。但
在十分靠近建筑物和桥梁时，有时也存在“城市峡谷”影响，将使AIS收发机在高楼密集区传输困难，这
是由于AIS收发器接收差分GNSS（全球导航卫星系统）信号的抑制和后续AIS信息发射的抑制共同造成
的。
4．精确的交通图像
VTS中心的雷达跟踪同样也存在两船较近通过时所产生的“航迹交换”问题。一艘船的雷达跟踪航
迹被近处通过的另一艘船干扰，以致两艘船的雷达跟踪航迹发生交换。重要的是这会引起一船的航迹传递
或“交换”给另一船的识别，从而导致在船舶交通显示图像上存在不准确的潜在危险。除非这种情况被
VTS操作员注意到并被快速矫正，否则该现象又使VTS中心增加工作量。借助AIS信息的辅助，更准确
的航迹会被显示出来以避免“航迹交换”的影响。
5．实时操纵数据
基于雷达的VTS系统一般都会提供船舶的对地航向和航速，但这些信息是从船舶优化的历史航迹中计
算出来的，具有一定的延时。与此相对，AIS将提供实时操纵数据的特定参数的所有信息，如船首向和转
向率。这些数据是直接从船舶导航系统中取得的并被自动地填入到AIS的动态信息进行广播。人们还没有
完全意识到在AlS中传输船舶实时操纵数据所带来的巨大潜在好处。这些实时操纵数据使得VTS中心和
其他船舶能够提前30～60s的时间推算出该船运行的精确轨迹，这样就能够检测出可能发生的碰撞，从而
给出警告。这就给周围水域内的其他船舶提供了时间和信息来决定自己的运动方向。
6．天气对跟踪性能的影响
导航雷达的性能常受雨雪天气的干扰。在大的雨雪天气里，雷达跟踪功能有时是不可用的，甚至使用
现代抗干扰技术也不行，而VHF无线传输的抗天气干扰能力不会这么弱。由此推论，VTS中心将更可能
维持一个在基于AIS数据跟踪的精确的交通图像以避免天气影响。
7．提供更精确的导航信息或建议
VTS中心能够接收到来自所在区域内以及邻近水域船舶的AIS信息，从而使船舶航迹的质量、精确度
和可靠性明显提高。因此，提供助航服务或交通管理的VTS中心将能提供更准确的建议。同时，在VTS
中心内某些实时操纵数据的可用性将使VTS操作员能更快地估计船舶运动的大量细节。但是，应当注意
AlS设备本身并不能使VTS中心自动地提供船舶操纵的建议或指导。
三）船岸信息交换
1．航行计划信息的电子传递
一个VTS区域内的航线(包括两点之间可选择的多条航线)通常是预先制定好的，并且根据这些航线的
起始点和终到点进行了索引编号。在某些情况下需要由VTS中心事先计划好船舶的航线，然后通知有关船
舶。当AlS集成到VTS系统并且有适当的软件时，VTS中心可以通过AIS将这个计划好的航线广播出去。
这样船舶就可以按照指定航线行驶，并且其他监控部门也可以根据广播航线来比较船舶的实际航线与计划
航线之间的偏差。
2．安全信息的电子传递
AIS传输安全短信息的功能使VTS中心发布本地航行警告、交通管理信息和港口管理信息的电子广播
成为可能。对于所有用户都在同一个信道上传输的无线电系统一个最大的限制就是容量问题。声音和数字
通信都存在这个问题。在AlS中可通过采用一个预先设计好的交通信息索引表的二进制短消息通信方法来
解决这个问题。实际传输的消息是由索引号和用户属性组成的。如果能在国际上建立和维护一个公用的消
息列表，则这种短消息通信就可以在使用多种语言的船员之间进行，从而避免了由于语言不通而引起的误
解。
3．航行相关信息的电子传递
船舶一般都要求向VTS机构报告运载的危险货物。AIS的与航行相关信息包括这些内容并能自动地传
输给岸台。
4．差分GNSS修正信息的广播
VTS中心可以通过AlS发送差分GNSS修正信息。实现VTS管辖区的高精度卫星定位覆盖。
5．AlS伪目标信息的广播
当装载AlS设备后就可以在AlS显示设备上看到所有其他装载了AlS设备的船舶。此时，船上人员很
可能忘记打开雷达去搜索那些没有装载AlS设备的小渔船，这样很容易给航行带来危险。解决这个问题的
一种方法就是通过VTS中心的雷达搜寻并跟踪那些没有装载AlS设备的船舶，并将得到的有关数据再通
过VTS中心的AIS广播出去，形成AIS伪目标。这样装载了AlS设备的船舶就可以在AIS的显示设备上
看到那些没有装载AIS设备的船舶。但要注意这些伪目标的准确性不如直接接收的目标信息，信息的内容
也不如直接接收的完整。
四）岸对船的AIS服务
1．AIS助航设备
开发助航设备的远程控制和监视可以使航道部门了解并确保助航设备及其支持系统工作正常且处于
规定位置，并能及时组织维护。至今，还没有这些信息的简便、有效、低成本的通用通信方式。AIS的引
入提供了一个用国际标准认可的设备、信息协议和频率将这些信息传输给服务提供者或船舶的机会。航道
部门可以把AIS安装在固定或漂浮的助航设备上，利用AIS播发的信息监视或控制助航设备的运行和性能。
助航设备可以向附近船舶或航道部门发射它的标识、运行状态以及实时浪高、潮汐流和当地天气的其他信
息。浮标还能发射基于DGNSS的精确位置，以便监视和确保它们处于指定位置。性能监视、远程改变运
行参数、激活备用设备等功能也可通过AIS实现。
2．AIS应用于大气及水文信息的实时发布
AIS在传输大气或水文数据方面有着广泛的应用。只要传输此类信息的格式预先在IALA登记，就能
实现国际性的应用。这使不同制造商生产的系统都能有正确的信息表示功能。这类应用的实施方法很多，
具体包括：将传感器直接连接到本地AIS单元以广播相关信息；几个传感器通过一个数据通信系统连接到
一个共享网络的AIS台站，信息按要求广播；传感器与装配有AIS的助航设备协同工作，AIS单元既可广
播助航信息又可广播大气或水文信息。
具体大气和水文信息的广播取决于AIS的运行条件和测量设备的功能。一般包括风速的平均值和峰值、
风向、水位、水温、气温、不同深度的流速与流向、潮汐信息等，这样能使VHF覆盖范围内的航行船舶
获得实时信息。
3．无人操作的VTS
AIS可以无人操作地自动与其他船舶或VTS中心交换信息，并保留为港口安全需要和紧急情况下操作
VHF信道的能力。因此，AIS减少了船舶驾驶台和VTS中心的工作量。在交通密度低的港口，装在船舶
上的AIS可在没有岸台情况下自身形成“无人操作VTS”。在繁忙的港口，AIS将减少VTS操作员的工作
量并使他们在交通管理、信息服务和其他任务方面提高效率。
4．存档数据
在VTS中心对每条船舶自动广播的AIS数据可以快速全面地记录、重放和存档。这样就实现了与飞
机上的“黑匣子”相似的功能。同时，利用记录数据中的船舶标识、位置和装载的货物信息可以加强对那
些可能造成污染的船舶的监控，并且当污染事故发生时也有可能迅速展开评估和调查，实现对海洋污染的
控制。
5．强制的船舶报告制
AIS将在船舶报告制中起重要作用。在船舶报告制中沿岸主管机关要求船舶报告的内容主要都包含在
AIS的静态和动态信息中。AlS长距离通信和报告模式能够满足船舶报告制的要求，可以辅助主管机关履
行对大区域船舶交通进行监视的职责。大区域船舶交通监视的目标是航行安全、搜救援助、资源探测与开
发和环境保护。这些大区域包括大陆架区和专属经济区。当前自愿的和强制的船舶报告时间表已由IMO
通过并规定报告形式要与IMO大会A．851(20)决议“船舶报告系统和船舶报告要求的一般原理，包括报
告涉及危险货物、有毒物质和海洋污染物的事件的导则”相一致。AIS的长距离模式提供一种可行的手段
以允许船舶有效地遵守这些规则。
6．提高海上搜寻与救助的管理
当船舶按国际公约的强制装载要求安装了AIS设备后，沿海水域的海上搜寻和救助能力将有所提高。
当一船遇险时即可通过AIS设备发送有关遇险信息，如船位、船名、呼号、遇险类型等。若时间允许还可
通过AIS的短消息的功能发送更详尽的遇险信息，如在船人数、遇险原因、自救情况、船舶状况和需要救
助情况。海事部门和VTS机构可以为执行SAR任务的船舶和直升机装配AIS。这样就能够快速找到离遇
险地点最近的船舶，从而提高了海上搜寻和救助工作的效率。在搜寻过程中，海上救助协调中心，也能够
对所有参与搜寻的船舶进行跟踪和导航，从而实现对整个搜寻过程的监控和有效地利用可用的资源并确保
覆盖整个搜寻区域，并且所有出事地点附近的船舶和参与救助的船舶都能够像海上救助协调中心一样识别
遇难船舶，从而采取救助行动。这样将更有利于高效、快速地实施海上搜寻和救助，也有利于对SAR救
助行动的管理和评估。
7．基于岸上的引航系统
如果船上没有安装雷达或者由于海上天气的影响使得从岸上或航标上返回的雷达信号非常微弱时，船
长可以通过从岸上获得的航行支援来实现自助导航，也可以叫做岸上引航。使用雷达的岸上引航通常适用
于操纵比较灵活、大小适度的小船。但是由于雷达功能的限制，使得岸上引航仅仅适用于能够保证交通顺
畅的宽阔水域和对船舶的监控只需知道它的方位即可的情况。通过AIS也可以实现岸上引航。但是如果
AIS传输的仅仅是船舶的DGPS位置而不包括船首向的话，则VTS在某一时刻也只能获得船上天线的精确
位置和这个天线相对于地面的速度和航向，却无法知道此时的船首向和该船其他部分的位置。这些不确定
的船舶数据有时将给人们带来误解。例如：一艘350m长的油船，它的天线位于船尾舵手房的上部，当它
转向右舷时，它的航线也将转向右舷，但是它的天线所在的船尾部分将向左舷方向旋转，如图5-2所示。
很显然，在AIS中除了要确定并传输船上天线的精确位置以外还需要传输船舶的船首向。ARPA雷达通常
跟踪的是船舶对雷达的反射信号最好的部分，比如对一艘满载的油船来说这个部分通常为船尾水面以上的
部分。对于一个雷达跟踪部位为船尾水面以上部分的大型油船来说，当其他船舶或VTS中的ARPA雷达
检测到它在转向时，它很可能已经转过了30’～50’，而且从它开始转向时起到ARPA检测到它在转向时
止也差不多过了4—5min。为了提高其他船舶或VTS中心对船舶的跟踪和对船舶船首向改变的检测能力，
必须以高更新率来传输船舶的船首向和DGPS天线的位置。对于装备了AIS设备的船舶来说，这是很容易
实现的。因此，在AIS中能够提供准确的岸上引航功能，并且不受天气和周围环境的影响。
五）AIS网络
当前岸基AIS船舶监控已由最初的单一台站向网络概念发展。基于地区性的VTS网络中心越来越受
重视。对于未来海岸监控信息的使用和管理已不单纯只局限于一个中心或一个观测站，而应当是信息共享，
也就是说一个台站如果需要即可通过网络连接查询、调用其他台站的信息，如图5—3所示。通过在不同
VTS中心间快速传输船舶的详细信息，可以更大程度地提高对航行于管辖水域中船舶的监视、控制和组织
能力，提高VTS的效率。
第二章罗兰C导航系统
概述：由几何学可知，距球面上两定点的距离差为常数的点的轨迹是以这两点为焦点的球面双曲线。双曲
线导航系统就是以此为基础建立并命名的。如果在两个焦点上各配置一个无线电发射台，发射时间一致的
无线电信号，在船舶上装置；无线电接收机接收这些信号，并根据这些信号的时间差或相位差，进而测定
出船舶与两发射台之间的距离差，便可确定此时船舶的位置一定是位于所测定出的距离差相对应的那条双
曲线上。
若设置两组无线电发射台，便可得到两组相互交叉的双曲线族。船舶接收两组无线电信号，即可得到
两条双曲线船位线。这两条双曲线船位线的交点就是船舶位置。
众所周知，无线电波是恒速直线传播的，因此，测量无线电信号的时间就可换算出距离差。
目前双曲线导航系统主要有相位测距差、脉冲测距差和脉冲—相位测距差三类。相位测距差有台卡
(Decca)和奥米伽(Omega)导航系统，脉冲测距差有罗兰(Loran：LongRangNavigation)A导航系统，脉冲—
相位测距差有罗兰C导航系统。
第一节罗兰C定位原理
一、时差双曲线位置线及其双值性的解决
1、时差双曲线位置线：图2－1、2分析
注：M、S二个台同时发射
2、位置线双值性及其解决
位置线双值性：图2－2中相同时差的曲线有二条
解决方法：不采用两台同时发射信号的体制，使每一个时差值只有一条位置性
二、罗兰C导航系统设置
1、台链的组成：P16，一个台链由2～4个副台组成
主台M到各副台的距离约为800海里
2、罗兰C台链的信号发射格式
1）发射频率f=100KHZ，T＝1/f＝10μS，脉冲宽度200μS（20周波）波形：
30μS作为采样点（跟踪点）理由：①避开天波（同一脉冲天
波）对地波的干扰
②信号强度较大（65μS处最
大但易受天波干扰）
2）多脉冲发射格式：每个台发送8个为一组的脉冲信号，
脉冲间隔1000μS，脉冲宽度
200μS（图2－4），主台在发
射8个脉冲后还发第9个脉
冲，第8和9个脉冲的间隔
一般为2000μS或500μS，
注：第9个脉冲作用：（1）
用于视觉识别主台信号。
（2）报警：a、闪烁：莫尔斯
码：
b、跳跃：左右移动100μS
莫尔斯码：-—-（R）-
（E）代表第一副台同步失
调（X台）
-—---
（REE）代表第二副台同步失调（Y台）
-—----（REEE）代表第二副台同步失调（Z台）
3）相位编码P18
⑴相位编码：使8个脉冲信号的载波相位按预定顺序变化，但主台第九个脉冲不参加编码
⑵相位编码方式：二相、二周期、互补编码，各副台的相位编码相同。
二相：脉冲信号的载波相位只用二种：0相位（＋）和π相位（－），图2-5
二周期：每隔二周期重复：偶周期信号相同，奇周期信号相同，奇偶不同。
互补编码：偶数脉冲在两个相邻脉冲组中相位相反，P18表2－1
⑶相位编码作用：①便于自动接收机采用相关检测技术自动识别主副台信号
②消除脉冲组中前一脉冲（前序脉冲）天波对后一个脉冲（后序脉冲）地波的干扰
（消除多次反射天波干扰）
③便于自动测量、定位
④增大作用距离：罗兰C：S/N＞1/10时就可识别信号，而罗兰A：S/N＞3时才可
工作。
注：罗兰信号的天波干扰种类：①同一脉冲天波对地波的干扰
②前序脉冲多次反射天波对地波的干扰
①的干扰比②的严重
4）副台发射延时
为了便于识别主台和各个副台的信号，并保证各发射台的脉冲信号不发生重叠和干扰，各副台按照一
定的顺序，分别以不同的时间间隔依次发射。这个时间间隔（发射延时）包含了基线延迟(baselinedelay)
和编码延迟(codingdelay)两个部分。基线延迟为电波从主台传播到达副台所需的时间，是用来解决双曲线
定位中的双值性问题；编码延迟是当副台接收到主台信号后的延迟时间，是用来区别各副台的信号。编码
延迟通过计算确定，见P18。
注：采用副台发射延时体制后，在副台侧的基线延伸线上测得的时差为最小，等于该副台的编码延时，
在主台侧的基线延伸线上测得的时差为最大，等于二倍基线延时＋副台编码延时。
3、罗兰C台链的识别
一个台链由2～4个副台组成，罗兰C的工作频率只有一个：100KHZ，台链的识别：依靠脉冲组不同
重复频率（或周期：GRI：Group-pulseRepetitionInterval）
台链命名：字母数字
其中：字母有6档，数字有8档
基本脉冲组
重复周期
HLSSHSLSS
3万微秒4万微秒5万微秒6万微秒8万微秒10万微秒
特殊：0～7数字共8档，每档递减100μS。
eg：SS3T=100000－100×3＝99700μS
SL0T=80000μS
新的命名：重复周期T的前4位数字
eg：SH7Y：T＝59300μS第二副台新的命名：5930Y
4、罗兰C台网：P21
第二节罗兰C电波的传播及误差
一、电波的传播
1、无线电波传播方式：地波、天波、空间波（直射波）
罗兰C的100KHZ无线电波是垂直极化波（接收天线用垂直天线），以地波、天波远距传播。
2、电离层从低到高：D层、E层、F层，D层白天有晚上无，电离层不稳定，造成天波传播不稳定，地波
传播稳定，所以用地波测量定位精度高。
3、天、地波特点（识别）
（1）地波先于天波传到RX。
（2）船台距离发射台500海里以内，地波强。
（3）船台距离发射台500～1000海里，天波逐渐强于地波。
（4）船台距离发射台大于1000海里，主要是天波（天波远强于地波）。
4、罗兰C接收机受干扰种类
（1）接收机内部干扰
（2）接收机外部干扰：大气噪声和人工噪声
大气噪声：主要由雷电形成；低纬度、夏季及夜间干扰大，高纬度、冬季及白天干扰小。
人工噪声：主要来源于接收机附近的电气设备及其它台发射的信号（如台卡信号）
二、天波延时及时差测量
1、天波延时：天、地波传播时延差
1）一次反射天波延时小于二次反射天波（如E1＜E2）。
2）电离层越高，天波延时越大，（白天天波延时小于晚上，因电离层晚上高）。
3）距离越远，天波延时越小
2、时差测定原理
罗兰C接收机接收主台和副台的脉冲组信号，并精确地测量该两个脉冲到达本机的时间差(TD)，测量单
位为“μS”，如图所示。每一个时间差都对应着一条双曲线位置线，接收机只要测出主台与两个副台间的
时间差，就可以在罗兰C海图上确定船位；或者利用微处理机将时差换算成经纬度，直接显示出来。
罗兰C接收机通过重合脉冲包络粗测时差(coarseTD)，测出时差值的前四位数值，即万、干、百、十
位数值；比较载波相位（重迭脉冲载波前3周信号相位，即30μS内）精测时差(fineTD)，测出时差值的
个位及小数点的数值。在手动设备上测量时差，是通过观察阴极射线管荧光屏显示的波形，手动进行包络
重合和载波相位比较；而在自动设备中，全部由设备自动完成时差测量。
２、罗兰C接收信号的三种方式
1）接收二个台（主副台）的地波信号测时差T
G
（T
G
：地
波时差）
特点：精度最高，无需修正。
2）接收二个台（主副台）的E1天波信号测时差
特点：精度其次，但需天波改正量进行修正。
换算公式：T
G
＝T
S
＋SWC
T
S
：测得的天波信号时差，SWC：天波改正量
注：近主台时，副台S的天波延时小，主台M的天波延时大，SWC＞0
注：利用罗兰C海图进行定位的准确度受海图比例尺的限制，要求精确
度高时，则应使用罗兰C表。但无论罗兰C或海图罗兰C表上有关位置
线的记载，都是对应于地波
时差计算获得，若测定的是
天波时差，则必须进行天波
修正。
3）接收一个台的地波和
另一个台的天波信号测时
差（接收天～地波信号）
特点：精度最差，且需
特殊天波改正量进行修正。
换算公式：T
G
＝T
GS
中垂线：SWC=0
MS
船靠近主台
SWC＞０
船靠近副台
SWC＜０
（或T
SG
）＋特殊天波修正量
问题：1、罗兰C的采
样点为何取30μS？
2、台链命名及计算（脉冲组重复）周期：SL5、SS7
SL5：T=80000－100×5=79500μS新名称：7950
SS7：T=100000－100×7=99300μS新名称：9930
3、LOR-C接收方式有那三种？精度比较？
三、罗兰C误差P22
1、同步误差
主副台同步误差超过±0.2μS时间达1min以上时，主台信号的第九个脉冲呈闪烁状或不停地左右移动。
2、LOR-C接收设备误差
3、天波修正值误差
天波改正误差：罗兰C用天波测定时差定位时，需经天波改正。天波改正量是按白天电离层高度为73km、
夜间为91km计算（即SWC是平均值或统计值，而非实时值）。实际上，电离层有效反射高度将随着太阳
活动、季节、时间、环境等因素的变化发生极为复杂的变化，即使进行了天波改正，仍有可能存在较大的
误差。通常在使用E1天波进行测量时，误差为1～1．5μs，船位精度1～2海里。
4、图表误差（利用罗兰C海图或罗兰C表的计算和作图误差）
若使用的接收机只能显示时差时，需用罗兰C海图或罗兰C表定位，则定位精度将受到计算和作图误
差的影响。利用罗兰C海图定位时，其精度总受到海图比例尺的限制，一般所引起的定位误差较大。利用
罗兰C表计算时，虽有内插计算产生的误差，但相比之下却较小，所以，当要获得较高精度的船位时，应
优先使用罗兰C表。
5、在海图标绘船位的误差
原因：测地系不一致造成误差。（海图与LOR-C测地系）
6、地波传播误差：
电波传播途中经过一部分陆地测得的时差与全海面传播的时差的差值称为附加二次相位因子ASF，一
般ASF=3~5μs。
ASF=准确值－仪器测定值
形成地波传播误差的原因：陆地地波传播速度小于海面地波，
7、周波跳步：整10μs跳步
产生原因：1）信号弱（距离远）2）干扰信号大
信噪比很低时，接收机的跟踪点可能跳至不正确的过零点（正确的跟踪点为载波第三周的过零点，即
30μs处），引起错误跟踪，使时差读数产生10μs、20μs、甚至30μs的误差。
主台
副台
G
E1
G
T
G
T
SG
T
S
T
GS
8、船舶与发射台相对位置（重点）P24公式
位置线误差与船舶相对于主副台的张角ｒ有关：r＝0时，位置线误差最大，
r＝180°时，位置线误差最小，即双曲线越密误差越小，越稀误差越大。
第三节罗兰C接收机（了解）
注：全自动LOR-CRX只能地波定位
一、罗兰C接收机的组成
1、天线：采用垂直鞭状天线
2、天线耦合器：阻抗匹配，使送入接收机信号最强
3、接收指示器：由接收部分、数据处理部分、键盘和显示部分组成，接收部分采用超外差式接收机。
二、操作步骤
1、开机
2、选台链
3、选副台（即选时差最高位）（非全自动LOR－CRX要此操作，自动的则无）
4、自动测量
5、显示经纬度
三、为了提高测量定位精度，应做到以下各点：
(1)在测定前应检查罗兰接收机，并确认其工作状态良好。
(2)尽量选择基线靠近推算船位的罗兰台，尽量不要选择靠近基线延长线附近的台。
(3)当选择两条罗兰船位线测定时，其位置线交角以接近90°为最佳，不要小于30°和大于150°；
三条罗兰船位线的交角相互成120°为最佳。
(4)尽量用地波信号。若只能接收一个台的地波信号时，应改用两个台均为E1天波测量时差，尽量避
免用天、地波重合的方法测量时差。
(5)使用中应注意识别各种干扰信号。测量时，应尽量将主、副台罗兰信号幅度调整一致；测天波时，
应待“分裂”的天波恢复波形后方可测量；无论是测天波信号，还是测地波信号，务须使主、副台信号左
前沿重合。
(6)尽量用罗兰表。若用罗兰海图定位，应将罗兰海图上标注的船位移至航用海图。
(7)若两对罗兰台的时差不是在同一时刻内测量的，则必须把先测得的罗兰船位线作移线处理，才能
获得准确船位。
第四章GPS定位系统
目前，卫星导航系统有：美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲空间局的Galileo（伽利略）系统、
中国的北斗导航卫星系统。
第一节GPS的组成
GPS由三大部分组成：空间部分（24个导航卫星）、地面控制部分（美空军）和用户部分（GPS接收
机、卫星导航仪）
一、空间部分
1、卫星数：24个：21个工作卫星，3个备用卫星，平均分布在6个等间隔的轨道
2、轨道：轨道面相对赤道面的夹角（倾角）为55°
GPS卫星轨道近圆形，6个等间隔的轨道
轨道高度20200Km（准确值20183Km），属高轨轨道
一个卫星覆盖38％地球表面积
在地平线7．5°以上至少可以看到4颗卫星，在地平线以上至少可以观测到5颗卫星，最多可
看到11颗卫星。做到实时定位，连续定位。
3、GPS卫星运行周期：约12h（717．88min≈718min＝11h58min）
每天提前4min
4、卫星组成
1）发射机和接收机
2）卫星钟：卫星上装有四部原子钟，铷原子钟和铯原子钟各二个，铯钟原子误差1秒／300万年。卫星
钟为卫星连续发射双频的载有导航信号的伪随机码信号提供定时标准。基准时钟频率为10．23MHz。
3）伪码发生器：每颗卫星的发射频率相同，产生的伪码（伪随机码）不同，通过不同的伪码可识别卫
星。
4）导航电文存储器：存储接收机接收由地面站发来的导航信息：包括卫星星历、卫星历书、卫星时钟
校准参数等。
5、卫星发射的信号
卫星同时发射两种频率，分别为
L1波段：1575．42MHz调制有导航数据及伪随机噪声码P码和CA码
L2波段：1227．60MHz调制有导航数据及伪随机噪声码P码
P码：是一种连续、快速（码率10．23MHz）、长周期（7天、始于每周六格林尼治标准时午夜零时）
伪随机二进制码。
CA码：是一种连续、低速（码率1．023MHz）、短周期（1000μs＝1ms）伪随机二进制码。（此处的
码率单位应为：兆波特，MBd）
P码：精测码，1m定位精度，CA码：粗测码，定位精度为20m左右，美国实施的选择可用性政策，
使CA码定位精度降到100m范围。
二、地面控制部分
1．主控站：只有一个，设在科罗拉多州斯普林斯的综合航天控制中心。
主控站作用：
1）从各跟踪站收集跟踪数据，对卫星的轨道参数、时间偏差进行评价，并计算出各卫星原子钟的校正
参量、卫星历书、卫星星历、系统状态等，再编制成导航信息码后，送给注入站。
2）提供GPS系统时间基准。监测站、卫星原子钟都与主控站同步。
3）控制卫星轨道，调用备用卫星。
2．跟踪站：共有5个
跟踪站也称监测站，跟踪站设置有精确原子钟(铯钟)和能够连续测量所有可见卫星的GPS接收机，所
测伪距每1．5s更新一次，电离层和气象数据每15min平滑一次。它的任务是：监测卫星的工作状态，收
集当地气象等环境数据，并将测定的信息传送到主控(制)站。
3．注入站：有3个，分别设在三大洋三个岛上
注入站每隔8～12h将各种由主控站提供的导航信息注入卫星。
三、用户部分
1．“X”型RX，用于高速飞行体，如导弹
2．“Y”型RX，用于中速飞行体，如军用飞机
3．“Z”型RX，用于低速飞行体，如商船、民用飞机
注：“X”和“Y”型RX为双频道接收机，接收L1、L2频率P码定位，
“Z”型RX为单频道（单通道）接收机，接收L1频率、CA码定位。
第二节GPS系统定位原理
一、定位原理
1．伪随机码测距原理
全球卫星定位系统(GPS)采用伪随机码测距，它具有抗干扰能力强、保密性能好、所需信号功率小、无
模糊等优点。GPS接收机是利用所收到的卫星发播的伪随机码信号测量其传播时间进行测距的，同时收到
卫星发播的卫星位置信息进行导航定位解算。
单程测距要求卫星时钟与用户接收机的时钟同步。如果两个时钟不同步，那么在所测量的传播延迟时
间（接收时刻与发播时刻之差）中，除了因卫星至用户接收机之间距离所引起的传播延迟之外还包含了两
个时钟时间的钟差。
假如卫星钟与用户接收机时钟完全同步，以t
SG
表示卫星发播其随机码的时刻，以t
UG
表示用户接收机
收到该随机码的时刻，则用户至卫星的真实距离(设在真空中传播)R为：
R＝C（t
UG
—t
SG
）（1—1）
式中，c为电波传播速度。因为两个钟的完全同步在实际中很难做到，所以全球定位系统采用了统一的原
子时系统。
现以t
U
表示用户接收机时钟的钟面时，以△t
U
表示用户接收机时钟与GPS原子时的钟差，称用户钟差，
则t
U
为：
t
U
＝t
UG
＋△t
U
（1—2）
以t
S
表示卫星钟的钟面时，以△t
S
表示卫星钟与GPS原子时的钟差，称卫星钟差，则t
S
为
t
S
＝t
SG
＋△t
S
（1—3）
实际上，卫星发播的信号要经过电离层对流层才能到达用户，信号在传播中要产生传播延迟误差，设
为△t
A
。
对于在随机噪声条件下检测信号的最佳接收机是相关接收机。它是用发射伪随机码信号的复制——称
本地码，进行本地码移位延迟，使它与所接收到的卫星伪随机码及白噪声之和进行相关检测。当达到相关
函数输出最大值时，本地码所移的码位即可确定目标卫星的观测距离。该观测距离等于卫星至接收机的距
离和传播延迟误差与钟差等效距离之和，通常称伪距离或伪距，以R’表示，如图1—11所示。
R’＝C（t
U
—t
S
＋△t
A
）
将(1—1)(1—2)(1—3)代入，得：
R’＝C［t
UG
＋△t
U
—（t
SG
＋△t
S
）＋△t
A
］
＝C［t
UG
—t
SG
＋△t
U
－△t
S
＋△t
A
］
＝C［t
UG
—t
SG
］＋C［△t
U
－△t
S
＋△t
A
］
＝R＋C△t
A
＋C［△t
U
－△t
S
］（1—4）
2．m序列的相关特性
m序列的自相关函数ρ(τ)定义为:：
ρ(τ)＝（相同码元个数－相异码元个数）÷（相同和相异码元的总个数）
m序列具有双值自相关函数：
ρ(τ)＝1当τ＝0
ρ(τ)＝－1/m当τ≠0
序列的自相关特性提供了一种检测一个m序列(码)与另一个复制的序列(码)０时延的方法，即当自相
关输出极大值时为０时延。伪随机码测距技术就是利用了这个特性。
例：我们以四级线性移位寄存器所产生的m序列来讨论其自相关特性。
后移一位（τ＝1）：1111
101+
111
ρ(τ=1)＝［7(0)－8(1)］/15＝－1/15
后移二位（τ＝2）：1111
110+
100
ρ(τ=2)＝［7(0)－8(1)］/15＝－1/15
零延时（τ＝0）：1111
1111+
00
ρ(τ=0)＝［15(0)－0(0)］/15＝1
白噪声对相关输出的影响很小。当天空中不只一颗GPS卫星时，这些信号也同时被接收机所接收并进
行互相关检测。由于所选用各卫星之间的码序列族具有良好的互相关特性，这些互相关函数通常不会同时
达到最大值，故不会对自相关输出造成严重干扰以致发生误检测。这说明可以利用不同的本地码观测不同
码的卫星，解决了卫星的识别问题。
为了精确测距，必须精确测量卫星信号传播延迟，这就要求测量分辨率要高，同时还要消除或减小诸
如电离层对信号传播延迟的误差。测量分辨率在很大程度上取决于一码元的宽度，或者说取决于码的比特
率(单位时间内码元数，单位为波特Baud)。码的比特率愈高，分辨率也愈高，但是过高的比特率将占用更
大的带宽。GPS系统用于精密测距的伪随机码称为精码(P码；Precise)，它的比特率为10．23兆波特，即
其移位寄存器时钟频率为10．23MHz。为了能无模糊地测定信号传播
延迟，其码周期要大于卫星至测者的传播延迟。P码周期约为266．4天(23017555．5s)，这样长的码周期
足以使任何用户可进行无模糊测距。
电离层的传播误差是信号传播延迟测量的主要误差源之一。为了削弱电离层传播延迟误差，GPS使用
L波段的两个频率作为载波频率：L1的中心频率为1575．42MHz；L2的中心频率为1227．6MHz。因为
P码是调制在L1，L2载波上的，所以可以削弱电离层的传播延迟误差，以得到精确的测距。C／A码只调
制在L1的载波上，其电离层传播延迟误差只能根据数学模型估算来校正，因此测距精度要比P码差。选
择L波段的原因之一是电磁波的云雨吸收在这一波段比较小。
应用伪随机码测定信号传播延迟，需检测相关输出的最大值，这只能靠本地码逐个移动码位进行检测。
在事先不知待测距离及用户钟差的情况下，码长愈长(例如P码)，所需的捕获时间就愈长。为了缩短捕获
时间，GPS系统的卫星除了发播精码(P码)外，还发播一种短码(称C／A码)，其码长只有1023比特，周
期为lms，即比特率为1．023兆波特。这样，在捕获这一短码之后，可以很快地通过于帧转换字来捕获精
密测距码。
3．伪距导航定位原理
如图4—3所示，O点为地心，OXYZ为地球坐标系。测者接收机三维坐标值为X、Y、Z。卫星在同
一坐标系中的坐标为X
S
、Y
S
、Z
S
，接收机至卫星的距离R为：R＝
222)()()(ZZYYXX
SSS
则伪距为：R’＝R＋C△t
A
＋C［△t
U
－△t
S
］
＝222)()()(ZZYYXX
SSS
＋C△t
A
＋C［△t
U
－△t
S
］
式中卫星位置坐标（X
S
、Y
S
、Z
S
）是从卫星发播的导航电文中卫星位置信息归算得到的。卫星钟的
钟差△t
S
同样由卫星导航电文给出。
对GPS系统的C/A码来说，传播延迟误差△t
A
是根据模型估算的校正参数，并以卫星导航电文发给
用户的。伪距是由接收机测伪随机码而得的。
一般用户很难以足够精度测定接收机的钟差△t
U
，可以把它作为一个待定参数连同接收机位置(X、Y、
Z)共四个参数。我们对4颗卫星进行观测可得四个方程式：
R’
i
＝222)()()(ZZYYXX
i
S
i
S
i
S
＋C△t
Ai
＋C［△t
U
－△t
Si
］
i=1，2，3，4
即可解出接收机钟差和三维（纬度、经度、高度）位置的四个参数。对船舶，只要求得二维坐标(纬度、
经度)，则只要观测到3颗卫星就可以了。
注：从测出3颗卫星的伪距离R’
i
为半径画圆并不相交于一点（P51图4－4），当从伪距中扣除（有时是相
加）距离误差值（上式的后三项）时，可使三个半径相交于一点，测出用户的位置。
二、航速测量
GPS接收机根据接收卫星信号产生的多普勒效应，通过计算可测得用户速度
第三节GPS导航电文及其接收（了解）
一、导航电文码的接收
介绍C/A码和P码的捕获：P52
二、电文码的解调（略）
三、GPS导航电文内容P56
第四节GPS定位主要误差及定位精度
一、GPS定位主要误差（也称伪测距误差，因伪测距误差直接影响定位精度）
GPS系统定位主要误差有三个方面：
1．卫星部分：包括卫星星历预报误差、卫星钟钟差误差和群延迟误差。
1）星历表是根据测轨和预算形成的。在测轨形成卫星星历表参数时产生的误差为星历表误差。GPS
卫星导航系统的主控站根据跟踪站(也称监测站)对每颗卫星发射的导航信号进行监控。根据跟踪站的位置
和精确时钟形成对卫星的反向测距定位。对跟踪测量的信息，经过最佳滤波处理，推导出精确的信息数据，
产生星历表参数。经S波段射频链上行注入到各颗卫星。上行注入以前是每天三次，现在每天一两次存入
导航数据电文中，由卫星发送给用户。用户接收设备根据星历参数，计算出信号发射时刻的卫星位置。由
于卫星运动的重力场、太阳辐射压力参数、跟踪站位置、时钟偏差和信号延迟等因素，在测轨形成星历表
参数时，产生星历表误差，使GPS卫星导航仪定位时将产生2．7m左右的距离误差。
2）经过卫星时钟误差校正数校正后的卫星时钟产生的测距误差，称为卫星钟剩余误差。1ns(毫微秒)
时间精度，大约相当于0．3m的距离误差。因此，精确的计时和频率控制对GPS是极其重要的。GPS的
计时与同步是主控站通过一组高精度铯钟进行控制的。每颗GPS卫星都安装高稳定度原子钟，但与GPS
系统时间仍有误差。卫星上的原子钟时间与GPS采用的时间基准即GPS时间之间的偏差随时能预报。主
控站以GPS时间为基准，每天监测卫星上的时间，并产生时钟校正参数，发送给卫星，卫星又将含有时钟
校正参数的导航信号发射给用户。用户GPS卫星导航仪根据误差修正模型和导航电文修正卫星的时钟误
差。经修正后，还有剩余的未经校正的卫星钟剩余误差。
3）群延迟是由卫星设备和信号传播引起的一种延迟。群延迟产生测距误差。群延迟的校正包括在卫星钟
误差校正参数中。为了考虑卫星信号L1、L2之间的群延迟之差，导航电文提供群延迟校正参数，单频
(L1)GPS卫星导航仪利用公式对时间进行修正。卫星钟误差将产生3．1m的距离误差。
2．信号传播路径：包括电离层的信号传播延迟、对流层的信号传播延迟和多路径效应。
信号从卫星传播到用户设备的过程中，由于受电离层、对流层及传播介质的影响，使其传播路径（折
射）和传播速度发生变化而产生的测距误差称为信号传播误差。
通常把地球周围的大气层分为平均高达10～12km的对流层、从10—12km到60km的同温层和60km
以上的电离层。电离层的高度最高可达到2000～3000km的高空。对流层中含有大量的水蒸气及水汽的凝
结物；同温层中几乎没有水蒸气，但含有臭氧，强烈地吸收太阳的紫外线，空气温度较高；电离层中含有
大量的电子和离子。
1）卫星信号在电离层中传播时，传播速度发生变化，传播路径发生变化，产生电离层传播延迟，称为
电离层折射误差。使用双频道(L1、L2)GPS卫星导航仪可以较精确地消除电离层传播延迟。通常，船舶使
用单频道(L1)GPS卫星导航仪。单频道GPS卫星导航仪采用数学模型校正法，可使电离层传播延迟误差减
小一半。卫星仰角大于85°时，L1频率的电离层折射误差不可忽视，规定仰角大于85°时，定位无效，
不予数据更新。
2）卫星信号在对流层中传播时，产生对流层传播延迟，称为对流层折射误差。对流层处于大气的下
层，它受地面的影响。在阳光的照射下地面变热后，使得接近地面的空气变热，体积增大及密度下降，热
空气上升而上面冷空气则下降形成对流。对流层是一种不均匀介质，卫星信号在对流层中产生的传播延迟
与大气温度、压力、卫星的仰角等因素有关，而且变化较大。双频道GPS卫星导航仪不能测定与校正对流
层传播延迟。对流层传播延迟误差与卫星的仰角有关，仰角越小，误差越大，一般选用仰角≥5°的卫星。
利用数学模型校正法可消除部分对流层传播延迟。对流层折射误差无论用P码或CA码测距，均产生约0．4m
的距离误差。
3）多路径效应
多径效应是指GPS卫星导航仪接收到由一个以上的传播路径的信号的合成信号，使信号特性变化而产
生测量误差。该误差的大小与GPS卫星导航仪天线位置及反射体的自然特性有关。多径效应使GPS卫星
导航仪利用P码和CA码定位时，分别产生约1，2m和3．1m的距离误差。
3．用户部分：即卫星导航仪误差，包括用户接收机噪声和测距码分辨率产生的误差及导航仪通道间偏差。
多通道连续型GPS卫星导航仪，因各通道硬件路径不同会产生通道间偏差。
GPS卫星导航仪软、硬件会产生噪声，引起测距误差，该误差为导航仪噪声误差。
GPS卫星导航仪利用伪码测距误差可以量化在一定范围之内，这个量化范围(量化值)称为量化误差。
CA码的速率为1．023MHz，一个码元对应的宽度约为293．2m。若码的伪距离测量能被量化到一个码元
的1／64，则量化数值为4．6m。在规定的量化值范围内，若量化误差呈均匀分布，则总的接收机噪声和
量化误差使GPS卫星导航仪利用P码定位产生0．24m的距离误差，利用CA码定位产生2．44m的距离
误差。
综合上述各种误差可知，星历表误差和卫星钟误差对P码和CA码都是一样的；对流层传播延迟对P
码和CA码都可用数学模型进行估算，二者误差相同；电离层传播延迟用双频测量可以大部分消除，而CA
码单频测量时，用数学模型进行估算，因此精度较差；导航仪噪声和量化误差，CA码是P码的10倍；导
航仪通道间偏差可以看成4个通道同时跟踪同一颗卫星时产生的伪距测量误差；多径效应在GPS卫星导航
仪安装后，便可确定。综合上述误差预算数据i若计算方法取星历误差(2．7m)、卫星钟误差(3．1m)、对
流层折射误差(0，4m)、电离层折射误差(P码0．4m、CA码6．4m)、多径效应(P码1．2m、CA码3。lm)、
导航仪通道间偏差(P码0．15m、CA码0．6m)、导航仪噪声和量化误差(P码0．24m、CA码2．44m)等
误差平方和的平方根，则由总的合成误差引起GPS卫星导航仪等效测距误差(1σ)为4．3m(P码)和8．6m(CA
码)。
二、GPS定位精度（几何误差）
在测距误差一定的条件下，观测点与卫星间的几何图形不同时，定位误差的大小也不同。用户与卫星
间的几何关系对定位误差影响的大小，可用几何精度因子GDOP(GeometricDilutionOfPrecision)来表示：
GDOP＝2222
tzyx
σσσσ／σ
式中：σ为测距误差；
x
σ
、
y
σ、
z
σ和
t
σ
为用户位置和时钟偏差，GDOP完全由用户和卫星间几何位置
确定，故将GDOP称为精度几何因子。GDOP表达了用户位置及用户时钟误差与测距误差之间的关系，
GDOP的值越小，表明选用的卫星的几何图形配置越理想，使位置和时间的偏差值也相应减少。经证明，
4颗（或3颗）卫星与测者所构成的几何四面体体积与GDOP成反比关系，即四面体体积大时，GDOP值
小，定位精度就高。假如，1颗卫星近天顶，其它3颗卫星近地面上(仰角大于5°)相隔近于120°，四面
体体积可视为最大，这时的GDOP值为很小，则定位精度最高。最佳选星是4颗（三维定位）或3颗（二
维定位）仰角满足要求(5°<仰角<85°)的卫星，且选择这些卫星所构成的空间几何图形能使几何精度
因子GDOP值最小（所构成的几何四面体体积大）的一组作为最佳选择。
从上式中可见，GDOP包括三维位置几何精度因子PDOP（PositionDOP）和时间偏差因子
TDOP=
t
σ
/σ，GDOP＝22)()(TDOPPDOP，
同理，PDOP可分为高程几何精度因子VDOP（VerticalDOP）和水平方向几何精度因子HDOP
（HorizontalDOP）。HDOP＝22
yx
σσ/σ，VDOP＝
z
σ/σ，
PDOP＝22)()(VDOPHDOP
需要特别注意的是，VDOP和HDOP是定义在用户地平坐标系中，而不象GDOP和PDOP是定义在
空间直角坐标系中，因此，上式中的
x
σ
与
y
σ、
z
σ都是指换算到用户地平坐标系中的误差分量。
利用上面的关系式，可以得到下面的误差表达式：
伪测距误差（σ）×PDOP＝位置误差
伪测距误差（σ）×VDOP＝高程误差
伪测距误差（σ）×HDOP＝水平位置误差
伪测距误差（σ）×TDOP÷C＝钟差误差C=0.3m/ns
注：σ×TDOP为位置误差，钟差误差（时间误差）单位为ns
任一卫导仪都有可供用户设定的DOP阀值，超过设定阀值接收机就放弃定位（不能定位）并有警报响声(视
用户设定而定)。船载GPS的HDOP的门限值设定为10。船载GPS中可看到HDOP值，HDOP值小则此
时的定位精度高。
例：GPS卫星导航仪等效测距误差为8．6m，假定HDOP＝1.5，
水平位置误差（水平面内二维用户位置的经向误差）＝8．6m×1.5＝12.9m
三、速度测量误差
GPS卫星导航仪的动态特性将会影响速度测量。高质量的GPS卫星导航仪在动态特性很强烈的环境
中有0．03—0，13m／s的水平速度误差，0．05～0．21m／s的垂直速度误差。
卫星几何图形对距离变化率和用户速度误差的影响，类似于对距离误差和用户位置误差的影响，因此，
GDOP参数同样适用于速度测量。
四、海图标绘误差
目前世界各国编制的海图和生产的GPS卫星导航仪，采用了不同的大地坐标系，使得标绘产生误差。
要求GPS选择与海图一致的测地系，如不一致，则需要经纬度修正（从海图标题栏找修正值）。测地
系不同产生的误差可达500m，目前海图主要采用WGS-84，船载GPS测地系用WGS-84
GPS状况介绍：GPS是美国军方为军事目的而设计的，对GPS卫星导航系统实行控制。除了施行民
用与军用两种等级精度外，还设法在卫星信号上施加干扰以限制使用，并采用了SA和A—S技术政策。
SA(SelectiveAvailability)政策也称为选择可用性政策，它是控制非授权用户的一种方法，通过ε和δ
技术实现。ε技术是将卫星发送的GPS卫星轨道参数有意识地增加一个慢变偏移，使等效伪距误差增至
50～100m，周期约为数小时，以达到降低定位精度的目的。δ技术是对卫星的基准频率(10．23MHz)施加
高频抖动，有短周期和长周期变化，使载波、伪码等都出现高频抖动，造成测距和测速误差。
A—S(Anti—Spoofing)政策即反电子欺骗技术，将原来P码与机密W码模2和，形成更保密的Y码。
美国国防部分别于1991年7月1日和1994年1月1日全面实施了SA和A—S两项技术，使CA码
定位精度降至100m，P码定位精度从1995年1月后提高到lm。由于俄罗斯的GLONASS卫星导航系统的
定位精度95％的时间水平误差为20m，不限制民用，不采取其它措施降低精度，加上DGPS和其它卫星导
航系统与技术的发展，终于在1996年3月29日美国副总统戈尔宣布了GPS的新政策：“美国政府在今后
10年内，停止执行人为降低GPS精度的选择可用性(SA)干扰”。SA取消后，将使CA码定位精度从100m
提高到20m。从1993年开始至少10年，美国政府不向用户加收任何类型的费用，并向国际民航社团保证，
若有任何计划上的改变，必须提前6年通知用户，为了向民间用户团体提供GPS有关的信息和数据，美国
国防部建立了政府和私人的信息服务机构。其中最主要的是GPS信息中心(GPSIC)，由美国海岸警卫队
(USCG)负责管理，进行计算机公报(BBS)业务和GPS专家管理的电报信息业务。BBS24小时提供卫星状
态数据，用于预测卫星覆盖和可见性的历书以及有关GPS论著和会议等。美国的GPS政策目标是：保护
国家安全，鼓励商业增长，促进国际使用和继续保持在此领域的领先地位。
第五节GPS接收机使用
一、船用GPS的功能P61
分道航道制中GPS航线设计可有效避碰，如图
4、报警
1）偏航报警：XTE
当GPS测得的船位与计划航线垂直距离大于设定值时报警。
2）到达点（转向点）报警
当GPS测得的船位与转向点的距离小于设定值报警（当GPS测
得的船位进入以转向点为中心、设定值为半径的圆的范围内时报警）。
实际操作：如船的航线偏离计划航线到转向点设定的范围内（如图
圆圈内）时，在到达下一计划航线或其延长线时转向。
3）锚位报警（走锚报警）
卫星船位与锚位距离大于设定值报警。
设定值：保证在正常旋回时不报警，一旦走锚则报警，因此，设定值与锚链长及船长有关。
8、MOB功能（人员落水标记）
当有人落水，按下MOB键，GPS记录下船位，便于船舶回到该点救人。
9、位置更新：1S，导航数据更新：3～5S
10、计算航程，分大圆还是横向线计算
11、能设定各种参数：如HDOP、区时、大地坐标系、2D/3D定位、天线高度（从平均海平面到GPS
天线的高度）、计量单位等。
二、GPS导航仪的启动
1、日常启动（无需初始化）
船舶在营运航行或停泊期间，日常的关机后的启动称为日常启动。由于GPS卫星导航仪已存储关机前
的数据(包括经度、纬度、历书等)，且卫导仪内均装有锂电池，在关机或外电源中断后，卫导仪能保留关
机前所存储的数据，并且时钟在运行。日常启动时只需按下电源键，卫星导航仪即能自动正常接收定位。
锂电池寿命期为四年。
2．热启动（无需初始化）
如果船位变化不大于100英里(请查阅仪器说明书，如某仪器为600nmile)或三个月(请查阅仪器说明书，
推荐航线
如某仪器为半年)以内进行过通电接收，卫星导航仪已收集历书，进行启动，称为热启动。热启动时，只需
按下电源键使参考振荡器加热(最多20min)后，GPS卫星导航仪即可自动定位。
3．冷启动
指GPS卫星导航仪安装后第一次启动；GPS卫星导航仪所存历书太陈旧或者所有数据（包括历书）
被清除；舶舶航行100英里(请查阅仪器说明书，如某仪器为600nmile)以上或者三个月(请查阅仪器说明书，
如某仪器为半年)以上，该GPS卫星导航仪没有通电接收卫星信号进行定位，再进行启动称为冷启动。冷
启动时，有的接收机须进行初始化输入。
冷启动后，GPS卫星导航仪需搜索卫星，重新收集历书，最多30min(不同的机型，该时间不同)以后，
才有初始船位数据更新；若已知临空GPS卫星的编号，输入编号后最多20min(不同的机型，该时间不同)
即有初始船位数据更新。冷启动时初始化输入如下：
核对年、月、日和时间，如与当时不符，应重新输入。
输入概略船位的经、纬度。
置定HDOP数值，一般置10（二维定位时用）。
输入天线高度（二维定位时用）。
置定测地系。使卫星导航仪计算所用的测地系坐标与所使用的海图的测地系坐标相同（不能做到相同，
则尽量接近）。
置定所在区时。
置定各种报警范围或距离。
时间输入误差应不超过15min（或者1h，请参阅仪器使用说明书）。
经、纬度输入误差应不超出l°（或者10°，请参阅仪器使用说明书）。
注：完整历书25帧，每个帧需时30S，0．5min×25帧＝12．5min，因此，冷启动至少12．5min。
三、使用注意事项P62
第六节差分GPS（补充）
一、差分GPS（DifferentialGPS：DGPS）由：GPS卫星网、基准台（已知准确位置）、和通信链（数据链）
组成。
目前世界上广泛采用的差分GPS，可使定位精度提高到8～12m（2drms）、定点定位精度提高到5m，
甚至lm。用户离差分GPS基准台近，定位精度高，离差分GPS基准台远，定位精度低。
二、DGPS分类
差分GPS根据修正数据的处理方法可分为位置差分GPS、伪距差分GPS、相位平滑伪距差分GPS、
载波相位差分GPS、广域差分GPS和广域增强系统。
1．位置差分GPS
根据已知的GPS基准台精确的位置坐标与GPS基准台测量的位置坐标求得的差称为位置修正值。差
分GPS基准台把位置修正值（△X、△Y、△Z），位置修正值变化率及卫星的星历数据龄期AODE用上行
数据通信播发给作用区域内的所有用户，由用户对其位置进行修正；或者用户用下行数据通信传输它的未
校正位置数据和它选用的卫星星组，由基准台计算每个用户的位置修正值，并用上行数据通信将校正后的
定位数据传输给用户。这种方法要求GPS基准台与用户GPS卫星导航仪必须同步观测相同的卫星，若有
一颗卫星不同，将会产生几十米的定位误差。
若由用户对其位置进行修正，则要求基准台有较强的上行数据通信能力，而用户端需要进行大量的校
正处理工作。当多个用户工作时，若有8颗卫星临空，可有多达70组的4颗卫星的组合。这时，采用的
方法有：
(1)所有用户都使用同一组4颗卫星。
(2)用户要用下行数据通信报告选用的一组4颗卫星，以便GPS基准台为每一用户提供位置修正值。
(3)GPS基准台播发临空卫星所有可能4颗组合成一组的位置修正值。
2．伪距差分GPS
根据已知的GPS基准台精确的位置坐标与GPS卫星星历求出GPS卫星到GPS基准台的距离，然后
将此值与GPS基准台用CA码测量的伪距观测值求差，称为伪距修正值。基准台将每颗卫星的伪距修正值、
伪距修正值变化率和星历数据龄期AODE用上行数据播发给作用区内的所有用户，用户GPS卫星导航仪
接收到此信号后，对其观测值进行修正，最后利用改正后的伪距求出用户的位置；或者用户用下行数据传
输它的未校正的伪距测量数据和它选用的卫星星组，由基准台修正每一用户的测量值，并用上行数据通信
将校正后的测量值传输给用户。伪距差分GPS定位精度可达3～10m。
若由用户对伪距观测值进行修正，用户需使用DGPS卫星导航仪。GPS基准台不需要知道用户使用哪
组GPS卫星。伪距差分GPS定位是目前较为广泛采用的技术，其用户是无限的。
3．相位平滑伪距差分GPS
GPS卫星导航仪除了提供CA码伪距观测值之外，还可以提供多普勒计数或载波相位。由于载波相位
观测精度比伪距测量精度高，利用多普勒计数或载波相位辅助伪距测量可以提高测量精度，相位平滑伪距
差分GPS可使定位精度提高到亚米级。
4．载波相位差分GPS
载波相位差分又称为RTK(RealTimeKinematic)技术，是将GPS基准台载波相位观测值和坐标信号一起
传送到用户，然后，用户将自己接收到的卫星载波相位观测值与GPS基准台传送来的载波相位观测值一起
处理，其实时定位精度可达到厘米级。
载波相位差分是目前发展十分迅速的技术，有广阔的应用前景，但是由于起始整周模糊度的解算以及
受高波特率数据链限制及电台干扰和周围环境对卫星信号的遮挡等影响，会造成信号失误等问题，在动态
应用中还有一定的难度。，
5．广域差分GPS
广域差分GPS(WADGPS)是在一定区域设立若干个差分GPS基准台，与一个或多个主控台组网。主控
台接收来自各监测台的差分GPS校正信号，经过处理组合后，形成在扩展区域内的有效差分GPS修正电
文，再通过卫星通信线路或无线电数据链，将修正信号发送给用户。这样就形成了广域差分GPS。广域差
分GPS由GPS基准台网、主控台和数据链组成。
主控台由计算机、网络工作站；数据及综合通信系统组成。主控台协调基准台工作，处理数据和控制
数据的传送。
数据链由有线或无线、FM广播以及卫星通信等通信方式组成。数据链将基准台、主控台及GPS用户
联成一体，实现各种形式的数据传递，完成广域差分系统的各种功能，满足不同用户的要求。
广域差分GPS与单台差分GPS相比较，具有以下优点：
(1)减少设台，避免重复，节省资金。
(2)提高了差分的可靠性，若某一基准台发生故障，可使用其它基准台。
(3)覆盖面广，可远距离、连续可靠地高精度导航。
问题：1、三维定位用4个卫星，二维用3个卫星
2、各DOP概念
3、GPS三个报警及何时报警？偏航、走锚、转向点报警
4、位置差分与伪距差分主要区别？
第四章雷达
第一节概述
一、雷达（Radar）的作用
定位、导航、避让。Radar：RadioDetectionandRanging，无线电探测与测距。
避让一般让右舷和前方向船，导航和避让在能见度不良时尤为重要。
二、雷达的特点：
1．自备系统：自发自收
2．微波脉冲雷达
微波：X波段（3cm，9GHZ），图像分辩率高，测距精度高，用于好天气。
S波段（10cm，3GHZ），抗雨雪、海浪干扰性好，雨雪天、风浪大时用。
微波脉冲概念：微波峰值功率很大，平均功率很小。
τ：脉冲宽度，一般τ＝1μs
T：脉冲周期，一般T＝1000μs？
T和τ大小与量程有关，量程大则大，反之则小。（实际
T＝1/500~1/4000秒，τ＝0.05～2μs）
3．显示器采用平面位置显示（PPI）
显示相对本船的方位、距离（用极坐标）
第二节雷达测距和测方位原理
一、雷达测距原理
1、原理：距离S=C×△t/2
△t为电波往返于天线与被探测目标间的时间，单位为μs，C为无线电波船播速度，C＝300m/μs，这
样，距离S的单位为m。
因此，测距实际是测无线电波从天线到目标的往返时间，1海里相当的△t为12.3μs（1海里＝1.852km）
显示器扫描：径向（距离）、圆（方位）扫描，量程大扫描慢，反之则快；扫描线所代表的时间（距
离）随量程而改变。如6nmile量程：12.3×6＝73.8μs。
2．测距方法：用固定距标（RING）、活动距标（VRM）
二、测方位原理
1、原理：超高频无线电波在空间是呈直线传播的，若把天线做成定向天线（±1°以内），亦即只能
向一个方向发射无线电波，也只能接收同一个方向上的目标回波，则天线的方向即为目标的方向，显示器
的径向扫描与天线旋转同步（由方位同步系统控制，不同步将造成方位误差），若天线旋转（一般约3秒/圈，
20～30转/分钟），依次向四周发射无线电波，则可探测周围所有目标的距离和方位。
天线水平波束宽度θH
＝800．～210．
天线垂直波束宽度θ
V
＝015～030
θ
H
小，可提高方位精度和方位分辩率，天线方向性好。水平波束宽度小，将使天线增益提高，最大作用
距离增加。天线尺寸相同，波长越短，波束宽度越小；波长不变，雷达天线越长，水平波束宽度越小。
θ
V
大，可减小雷达盲区，即θV
小，最小作用距离远，盲区大。但θV
也不能太大，太大能量分散
2．测方位方法：
1）用电子方位线EBL，精度高于机械方位标
2）用机械方位标测：垂直观看，避免产生视差
调中心：标测线穿过本船――中心
三、雷达工作原理
雷达电源说明：电源是雷达设备工作的动力。为防止外界的干扰，雷达都设有专用的电源设备，以便获得
稳定可靠的电源。电源的频率采用中频(400～2000Hz)。
1．为避免低频电源的干扰，船用雷达常把定时电路的触发脉冲与雷达电源的频率同步；为缩小雷达本机
中的变压器和滤波电路进而缩小雷达的体积和重量，故雷达电源常用中频电其频率为400～2000Hz。
2．各雷达使用微波波段，大功率的射频电流可能经过电网对船舶其它电气设备造成干扰；雷达也不希望
船舶其它电气设备，如大功率的收发信机对雷达造成干扰。因此，要求有专用电源设备把雷达和船电予以
“隔离”。
3．雷达要求电源稳定可靠，因此，在雷达电源设备中都装有自动稳压电路和保护电路，而本身却不能满
足此要求。
τ
T
第三节雷达部分控制按钮介绍
一、有关图像质量的控钮
1．亮度(BRILLIANCE或INTENSITY或BRILLIACETUBE)
亮度控钮设在显示器面板上，用改变阴极射线管控制栅极的电位高低来改变荧光屏扫描线的亮暗。如
亮度过亮，不仅会使荧光屏烧黑损坏，而且会使图像散焦，影响显示质量。一般应调到使屏上扫描线刚刚
看不见为好。
2．聚焦(FOCUS)
聚焦控钮是调节聚焦线圈的电流(或聚焦电极的电压)，使电子束恰好聚焦于荧光屏上，得到细而清晰
的图像。聚焦不好将使图像模糊，给测距、测方位带来误差，并使雷达距离分辨力及方位分辨力变差。
聚焦的调整可用固定距离圈的中间一圈作基准，调到细而清晰为好。在改变了亮度、增益甚至转换了
量程后，聚焦也会有轻微变化，所以它们应配合调节(不过，若用静电聚焦的显像管，则聚焦变化不大，无
需经常调节)。
3．增益(GAIN或SENSITIVITY)
这里的增益是指接收机增益，亦即接收机的灵敏度。它是用改变中放的偏压来改变中放的放大倍数，
从而改变回波信号的强度。
如增益太小会使弱小物标丢失，而增益太大会使回波散焦发晕，甚至噪声杂波太大淹没物标回波。一
般应调节“增益”钮使屏上出现微小噪声斑点为好。
4．视频增益(VIDEOGAIN)
它是用来改变显示器视频放大器的放大倍数以实现对屏上图像亮暗的控制。如过亮会使图像发晕而变
得模糊(该现象与聚焦无关)。“视频增益”的适当位置是：即使接收机“增益”调到最大，屏上图像也不会
产生发晕现象。
5．调谐(TUNING)
该控钮用来调节本机振荡器速调管的反射极电压(或固态源偏置电压)，使本振频率恰比发射频率高一
个中频，从而使回波在中放中获得最大增益，在屏上得到最好的图像。
在工作过程中，应视具体情况随时调节该控钮，使回波图像最丰满、清晰。有些机器设有自动频率控
制(AFC)电路，则在显示器上将有“自控一手控”转换开关，若放在“自控”位置，则“调谐”钮将失去
作用。
一般机器还设有“调谐指示表”，用以检查“调谐”钮的调节位置是否适当。
6．脉冲宽度选择开关(PULSELENGTHSELECTOR)
现在多数雷达设有两种脉冲宽度。有的雷达还分长、中、短三种脉冲宽度。控制方式也不同，有的单
独设有脉冲宽度转换开关，有的则与雷达电源开关同轴安装，还有的与量程开关同轴安装。
长脉冲时发射能量较强，物标受电波照射的时间较长。因此回波强且探测距离远，但距离分辨力差。
而短脉冲时则相反，距离分辨力好，但远距离探测能力差。所以，一般远距离时用长脉冲，近距离时用短
脉冲。
二、有关杂波抑制的控钮
1．海浪干扰抑制（ANTI-CLUTTERSEA或SEA-ECHOSUPPRESSION）
该电路又称灵敏度时间控制电路（STC）。它用一个随时间按指数规律变化的电压去控制中放的增益，
使中放的近距离增益大大减小，而随着距离的增加便逐渐恢复正常。这样，就能抑制近距离的很强的海浪
干扰回波，而使明显的强物标突出出来，但对稍远距离上的目标没有影响。
抑制的范围和深度由该控钮控制，一般最大范围可达6～8nmile。
使用该控钮时，应注意它在抑制海浪回波的同时，也抑制了实在物标的回波强度，强度与海浪回波强
度相仿或更低的小物标很可能被丢失。因此，使用该控钮时应十分谨慎，切忌放松正常的隙望。
2．线性－对数中放转换开关（LIN—LOG）
有的机器为了增加接收机的动态范围，在中放或视放电路里增添了对数放大器。它使放大器的输出信
号强度与输入信号强度的对数成正比。这样，对于像海浪等强回波信号，它的放大倍数自然变小，使中放
不易饱和，雷达仍能保持正常观测；而对于信号较弱的回波，放大倍数仍然较大，保证了对小信号的接收
能力。在有强海浪时，使用对数放大器较好。但对远距离观测它毕竟在一定程度上降低了接收机的灵敏度，
所以在远距离观测时或近距离无强回波、强干扰时还是用线性放大器为好。
3．雨雪干扰抑制开关(ANTI—CLUTTERRAIN/SNOW)
雨雪干扰抑制电路实际上是回波视频放大器输入电路里的一个微分电路。该电路又称快时间常数电路
(FASTTIMECONSTANT)即F、T、C电路或微分电路(DIFFERENTIATOR或DIFF)。可用来抑制雨雪等干
扰回波，也可增加距离分辨力。
在探测大雨区域中的物标时，使用了该电路可适当减小增益以便进一步减小雨雪干扰回波，而把目标
回波突出出来。而要探测雨区之后的物标时，则应适当增大增益，以使回波稳定可见。
雨雪干扰抑制电路同样也会减弱物标回波强度，因此会缩小探测距离，甚至丢失弱小物标回波。这也
是应该引起注意的。
4．极化选择开关(POLARIZATION)
极化选择开关是指发射波极化方式的转换开关。它有三个位置，水平极化－准备－圆极化(HOR—
READY—CIR)。在HOR位置时采用水平极化天线，在CIR位置时采用圆极化天线；在READY位置时，
发射机停止发射，显示器也不显示物标回波。
圆极化波能抑制雨雪等对称体的反射回波，在下雨（雪）时使用较好，但它也减弱了其它物标的回波
强度，减少了作用距离。特别是一些形状接近对称反射体的物标，如浮筒、灯塔等重要导航物标，回波性
能也不好，极易丢失，应引起注意。所以好天气用水平极化，雨天用圆极化。
在转换极化方式时，开关应在READY位置停一下。
5．同频干扰抑制开关．(DEFRUITER)
当有同频干扰回波出现时，可将此开关放在ON位置使干扰消除。有的机器还设有“门电平”控钮，
可再稍稍调节该钮，使干扰消除但不丢失物标。
使用同频干扰抑制开关时，应适当调节“增益”控钮，否则将影响干扰的消除效果或可能失物标。用
了雨雪干扰抑制电路后不应再用此电路。还应注意，在使用了该装置后有可能丢小物标，特别是那些在门
限电平附近的物标回波。
另外，干扰抑制的范围是随脉冲重复频率而变化的
三、测距控钮
1．量程（RANGE；SCALE）
使物标显示在径向2/3处（1/3～2/3处）。量程小，精度高。
2．固定距标亮度控钮（CALINT；INTENSITYRINGS）
不用时应关小，保持屏面清晰。
3．活动距标亮度（INTENSITYVRM）
四、测方位控钮
1．方位标尺旋钮（CURSOR）：用于控制刻在透明方位盘上的方位标尺线方位。
2．电子方位线控钮（EBL）
3．可动方位圈旋钮（BEARINGDIAL）：转动可动方位圈，以便测量物标真方位。
第三节雷达观测
§1影响雷达距离探测能力的因素
一、大气的折射
(一)雷达地平
航海者都知道，地球可近似地认为是一个圆球体。对于一个眼高h(m)的测者来说，若不考虑大气的折
射，则测者所能看到的地平范围(即几何地平)为hD
G
93.1(nmile)。但是，地球表层大气的密度及温
度是随高度变化的，因此，光线通过大气时要产生折射，在标准状况下，折射的结果将使测者能见到的地
平范围(即光学地平)有所增加，亦即hD
V
07.2(nmile)。由于雷达波在大气中的折射率比光波小，因
此雷达波能辐射到的地平范围(雷达地平)比上述二者都要大些，即hD
R
23.2(nmile)。如图所示。
若计及物标的
高度，则雷达所能
探测到的海上物标
的最大距离为
）（
21
23.2maxHHD
式中：
1
H为雷达天线高出水面的高度(m)；
2
H为物标高出水面的高度(m)；maxD为雷达最大探测
距离(nmile)。
该距离是理论距离，实际上要在雷达上看到此物标，不仅要求雷达的发射功率足够大，雷达波能有效
地辐射到这里，而且还要求物标高出雷达地平一定的高度，亦即物标在雷达地平以上要有足够的有效反射
面积。
(二)次折射
当大气中的温度下降率随高度的增加而急剧增大或(和)相对湿度随高度而增大时(即折射率随高度的
增加而减小的速率变得慢，甚至折射率反而随高度的增加而增大)，会发生次折射现象。此时，使得雷达波
束向上弯曲。这样随着距离的增加，波束离地面越高，使得雷达本来在测距范围内的物标探测不到了。这
种情况可使小船等
物标的探测距离减
少30～40％。有时
也会丢失近距离上
的低物标(如小船、
冰块等)。如图所
示。
次折射一般发生在极区及非常寒冷的大陆附近，当有冷气团移向温暖的洋流上空的时候。发生次折射
的另一个条件是垂直方向上的天气情况必须是平静的。
(三)超折射
当大气中的温度下降率随高度的增加而减小得慢，或随高度的升高温度反而升高或者(和)相对湿度随
高度而减小时(即折射率随高度的增加而减小的速率变得更大)，会发生超折射现象。此时，雷达波束向下
弯曲而延伸到更远的地方。这样，雷达可探测到在雷达地平之下较远的物标，如图所示。
超折射经常发生在热带及温带沿海海面，在平静的天气里，有温暖而干燥的上层空气团压向冷而潮湿的
表层空气时，或者有冷的海流流入干燥炎热的地区时会发生这种超折射。如红海、地中海、夏季的英吉利
海峡以及亚丁湾等地就时常发生这种超折射
(四)大气波导
过强的超折射可能形成大气波导，亦即雷达波被大气折射而射向海面，再由海面反射至大气；再由大气
折射射向海面，如此循环往复，将雷达波传播到很远的地方，好像电波在波导中传播一样。这种现象称为
大气波导(表面波导)，如图10—5(虞)所示。这在热带地区(如红海，亚丁湾等地)常有发生，
又当在地球表面以上一定高度(如250m)上空存在一层温暖的反射层时，亦即存在逆温层时，且在这地
区大气稳定的，那么将会发生另一种大气波导——高悬波导，如图所示。
这种反常传播并不在天线的所有方向传播，脉冲的反射和传播还取决于波长。有时3cm雷达上可探测
到的远距离目标，在10cm雷达上却看不到，反之亦然。
二、雷达的使用性能
(一)用途
船用导航雷达的用
途是显示水面船只、障碍物、浮筒、岸线及航标相对于本船的位置，借以帮助避碰和导航。（即定位、避
碰和导航）。避让一般让右舷和前方船，导航和避让在能见度不良时尤为重要。
(二)最大作用距离
）（
21
23.2maxHHD
1
H为雷达天线高出水面的高度(m)；
2
H为物标高出水面的高度(m)；maxD为雷达最大探测距离(n
mile)。
(三)最小作用距离
最小作用距离是指雷达能在荧光屏上显示物标的最近距离。在小于最小作用距离以内的范围称为雷达
盲区，盲区中的物标是探测不到的。盲区本大，不利于观测近距离物标，不利于雾天进出港和狭水道航行。
1、雷达最小作用距离取决于发射脉冲宽度τ及收发开关的恢复时间τ
，其表达式为
2/)(
1min
ττ＋
cR，式中c为电磁波在空气中的传播速度。
2、最小作用距离还与雷达的垂直覆盖区有关，如图所示，
2min
R与天线高度及垂直面照射角度有关，
注意此并不等于天线的垂直波束宽度，因为垂直波束宽度是以半功率点来划分的，在半功率点以外的
一定角度机仍有可能探测到物标。另外
2min
R也与目标的高度有关。
（四）距离分辨力(RangeResolution)
距离分辨力是指雷达分辨同方位上的二个相邻物标的能力。当同方位的两个物逐渐靠扰时，两个物标
的回波会逐渐接近至相切，此时两物标间的实际距离就是矩离分辨力。此距离越小，雷达的漓分辨力越好，
屏上图像的清晰度也越高。
影响距离分辨力的主要因素有脉冲宽
及荧光屏光点直径d。考虑到矩形脉冲在通过有限通频带的接
收机时将使波形扩展，扩展的程度与通频带f成反比，因此点状目标在接收机输出端的脉冲宽度
0
为
0
＝＋1/f
综合上述两个因素，雷达的距离分辨力的表达式可写为
DdRfcR/21/(2/）＋
R为雷达的距离分辩率；为脉冲宽度；f为雷达接收机通频带宽度；R为雷达量程；D为荧光屏直
径；d为光点直径。
由上式可知，脉冲宽度越窄，通频带越宽，距离分辩率越高；荧光屏直径越大、光点直径越小，距离
分辩率越高；量程越小，距离分辩率越高。
（五）测距精度(RangeAccuracy)
影响雷达测距精度的因素很多，主要有以下几种：
1．荧光屏扫描线起始时间与雷达脉冲自天线口向外发射的时间不一致引起的误差，一般属固定误差，
可用调整延时线加以消除，但由于电路上的种种原因，此误差还有随机因素，故此误差不能用延时线的调
整完全予以消除。（如天线移位使波导管长度改变会产生测距误差）（也称同步误差）
2．固定距标和活动距标的不精确
测量距离所用的固定距标和活动距标都是有误差的，用它们测量物标的距离必然也会误差。
3．扫描锯齿波的非线性
理想的扫描锯齿波应是直线上升的，但实际上往往是非线性的，这样，使固定距标在时间上是等间隔
的，但在荧光屏上出现的间隔(固定距离圈之间的间隔)是不等的，此时，利用固定距标测量距离，在内插
时将会产生误差。
4．光点尺寸
由于雷达荧光屏的光点是有一定尺寸的，它使屏上回波的尺寸在各个方向都加大了1／2光点直径，
这样，回波的边缘并不正好代表目标的边缘，在测距时会带来误差。光点直径代表的实际距离随量程而变，
其表达式为
SDdR/2
式中：S——光点代表的实际距离；d——光点尺寸(直径)；R为雷达量程；D为荧光屏直径。
可见，荧光屏直径越大，光点越细，量程取得越小，光点造成的测距误差越小。
5．物标（回波）闪烁引起的误差
由于本船和物标摇摆及它们之间的相对运动，造成雷达波束照射物标部位的发生变化，引起物标回波
的反射中心不稳而存在物标回波的闪烁现象，导致测距误差
6．雷达天线高度引起的误差
雷达测得的物标距离是天线到物标的距离，不是水平距离，天线越高影响越大，距离越远，影响越
小。
7．人为测读误差及操作技术
1）控钮调节不当2）量程选择不当3）测量选择不当4）测量顺序不当（先测相对本船运动快的目
标，后测慢的。）5）未垂直观测
此外，影响雷达测距精度的还有电磁波传播速度的变化、荧光屏的曲率等因素。
IMO“性能标准”规定，用固定和活动距标测距误差不能超过所用量程最大距离的1．5％或者70m中
较大的值。
三、距离分辨力对雷达显示的图像的影响
1．图像径向（距离）扩展
原因：1）脉冲宽度（主要原因）
2/
min
cR
min
R为最小距离分辩率，如脉冲宽度＝1μs，
min
R＝150m，二船前后间距小于150m将变成一
个亮点。
2）CRT光点直径
3）目标的闪烁
减小扩展方法：1）选择小量程（2/3半径处）（小量程小，
小）
2）适当减小增益（GAIN）
3）适当减小扫描线亮度（似见非见状态）
2．径向缩小
原因：1）雷达地平以外的山等目标在雷达屏上产生前沿失真，如下图。
2）后沿失真（山峰等背面不能反射）
测距方法：
1）近目标（雷达地平以内）测岸线（测时活
动距标线内缘与目标内缘相切）
2）远目标（雷达地平以外）测山峰（测时活动距标线外缘与
目标外缘相切）
四、测量注意：
1．尽量用X波段雷达
2．选择合适的目标
3．选择合适的量程：小量程，目标到2/3半径处。
4．各种控钮调好：使图像清晰、饱满
5．检查测距误差
6．测量选择：雷达地平以内测岸线，地平以外测山峰
7．测量顺序：先测正横方向，后测首尾方向。
§2影响雷达方位观测的因素
一、阴影扇形的影响
阴影扇形是由于雷达波束被本船上的粗大构件或建筑物、其它船舶、岛屿或陆上的高大障碍物阻挡，而
在荧光屏上这些物标回波后面形成的一个扇形暗区。实际上这个区域有两个部分：一部分是雷达波束被完
全遮挡不能到达的区域，在此区域内探测不到物标，称为盲区；另一部分则是雷达波束能够绕射到达的区
域，在此区域内仍能探测到反射较强的物标回波，但回波强度已被大大减弱，这一区域称为阴影区域。但
现在一般都把这二者统称为阴影区域。
峭壁、高山、高岸和高的建筑物及房屋形成的盲区，将会使雷达屏上的图像与海图上所示的形状产生
相当大的差异，这在沿岸航行时能够经常看到的。
测定阴影扇形的方法是：
1．在弱海浪干扰杂波中观测阴影扇形。如杂波太强，可减小些增益。用方位标尺测量出各阴影扇形
区域的起止方位，并逐一标绘在作图纸上。为保证测量准确起见，阴影区内不应有多次回波、间接回波及
旁瓣回波等。
2．在未装雷达反射器的浮标附近作缓慢的回转，精确地记录浮标回波出没的方位。
二、方位分辨力
方位分辨力是指雷达分辨距离相等而方位相邻的两个物标的能力，以能区分开两个物标间的最小夹角
来表示。此夹角越小，方位分辨力则越高。与距离分辨力一样，它也标志着雷达图像的清晰度。
决定方位分辨力的主要因素是水平波束宽度及荧光屏光点的尺寸。水平波束宽度小，光点尺寸小，两
个物标的回波就不易连在一起，方位分辨力就高。
三、方位精度
影响方位精度的因素主要有下列几种：
1．水平波束宽度及波束形状的不对称
在测量物标的方位时，通常是以物标回波的中心方位作为物标的方位。若波束形状不对称，则回波的中
心位置就可能发生畸变，而且随着回波强度而变化，若回波强度很强，波瓣又不对称，则对方位精度的影
响就会很明显。
2．方位同步系统的角数据传递误差
天线的角位置方位同步系统传输给显示器，使扫描线与天线作同步旋转。因角数据的传递有误差，势必
使同步旋转产生误差，故导致方位误差。
3．船首标志的宽度与精度
雷达显示器屏幕上的船首标志线代表本船的船首，此亮线的出现时间应与电磁波波束扫过船首的时间一
致，否则根据船首标志所测定的物标相对方位(舷角)就有误差。另外，船首标苏线的指向还需与方位刻度
盘的读数校准，例如在船首向上显示方式时，船首标志线应指方位日度盘的0°，船首标志线的宽度过宽，
将使校准不精确而产生误差。
4．波束主瓣轴线方向偏移
主瓣轴线方向与天线口径面所对方向差一个角
度，一般此角度可达3°～5°，而且这个偏离角不是一
个固定值，而随雷达工作频率的漂移而变化（因此，雷
达更换磁控管后，要修正方位偏差），因此，虽然可在安
装雷达时加以校准，但不能完全消除。
5．荧光屏几何中心与扫描起点不一致
在非偏心显示时，扫描起始点应与荧光屏几何中心(圆
心)一致。如不一致，用机械方位指针从方位刻度盘读取的
舷角便产生了方位误差。如图，用机械方位尺从固定方位
刻度圈上读取的舷角
1
不等于物标实际舷角
2
，出现方位
误差。
6．方位测量设备的误差
机械方位指针(及其方位刻度盘)或电子方位线(及其读出
装置)都有可能存在误差，从而引起方位误差。
7．本船倾斜或摇摆导致的误差
本船倾斜或摇摆时雷达天线旋转面跟着倾斜，从而使
天线扫过的物标方位角与实际物标水平面上的方位角有误
差。这项误差在船首尾和正横方向较小，在045、0135、0225、0315上误差最大。
IMO“性能标准”规定，测量位于显示器边缘物标回波的方位，精度应为±1°或优于±1°，即误差不
能超过1°。船首标志线的最大误差不能大于±1°，船首标志线的宽度不大于500．。
四、方位精度对雷达显示的图像的影响――图像横向（方位）扩展
因素：1）天线水平波束宽度θ
H
（荧光屏边缘是主要因素，如下图）
2）CRT光点直径（荧光屏中心是主要因素）
3）目标闪烁
很小目标在水平方向扩展θ
H
边各扩展θ
H
/2），所以，二目标距
（二
离近于θ
H
则不能分辨，可减小量程。
五、测方位注意事项：
1）～4）同测距
5）经常检查测方位误差
方法：目标对准船首，如屏上的目标落在船首线上，则无误差。
6）测量目标选择：点目标测中心，大目标：用EBL与回波的同侧外缘相切
7）顺序：与测距相反，先测首尾方向，后测正横方向。
8）选择北向上，尽量用EBL（电子方位线）测量。
9）船摇摆时，选船正平
测定：选择摇摆方向一致的目标，避开隅点方向（相对船首线）的物标：045、0135、0225、0315
第三节影响雷达回波观测的因素
一、机内噪声的来源和抑制方法
如果没有噪声，那么不论信号如何微弱，只要充分地加以放大，总是可以检测出来的。但是，实际电
路中不可避免地会有噪声，它与微弱信号一起被放大或衰减，有碍对信号的检测。
机内噪声主要来源于接收机变频级和放大部分，诸如：
1．电阻热噪声
2．晶体管噪声
根据其来源的不同可以细分为热噪声、散弹噪声、分配噪声和闪烁噪声。
3．天线热噪声：天线及其周围的介质(例如大气和地面)都会产生热辐射。天线热噪声是介质中微粒的热运
动产生的，这种起伏的热辐射被天线所吸收并输至接收机，便呈觋为天线的热起伏噪声。
4．宇宙噪声：
5．各种干扰：除上述自然噪声干扰外，雷达工作时还会遇到各种有源和无源干扰、工业干扰和天电干扰
等。
接收机噪声越低，其灵敏度越高，雷达的最大作用距离则越远，
二、干扰杂波
(一)雨雪干扰
1．雾
只有能见距离在30m以内的雾对雷达影响（衰减）才校大。另外，不同温度下的雾对电波的衰减也不
一样，极地雾引起的衰减较大，温带地区的雾引起的衰减次之，热带地区的雾引起的衰减较小。
因雾中水颗粒太小，故反射回波很弱。据报道曾有模糊暗淡的回波显示，但是，一般，在雷达屏上看
不到它的回波。
2．云
船用雷达的垂直波束宽度一般为15°～30°，远处的云块往往也在它的作用范围以内。如果云中水颗
粒大(内部有降水现象)，在雷达屏上将出现呈密集的点状回波，无明显边缘。如用微分电路，更易看出这
一特点。如云块较厚，含水量较大(如雨层云)，则回波也较强，与小岛等物标回波相仿。
3．雨雪干扰
由雨雪反射雷状波产生宽干扰脉冲，在屏上形成无明显边缘的疏松的棉絮状连续亮斑区。
特点：降雨(或雪)量越大，雨点(或雪片)越粗，雷达工作波长越短，天线波束越宽，脉冲宽度越宽，
则雨雪反射越强。
措施：1、可选用S波段(10cm)雷达，2、选用窄脉冲宽度，3、圆极化天线，4、用“雨雪干扰抑制”
(FTC)控钮或开关加以抑制，5、用STC海浪抑制
顺便指出，有时含水量较高的云层，若高度较低被雷达波束扫到，也会在屏上产生类似于雨雪干扰那
样的连续亮斑区。其特点和抑制方法均同于雨雪干扰，就不在此详述了。
一般来说，小雨不会有反射回波出现，雨的回波特点与云的回波类似，也呈密集的点状回波群，无明
显边缘，范围比云的要大得多。在一般雨量下，雨回波强度要比船与陆地等的回波弱得多，运用微分电路
并适当调节“增益”是不难把它们区分出来的。但是在热带大暴雨情况下，却很难把小岛等回波从大暴雨
回波中区分出来。在暴雨前，应抓紧时机了解周围海况，把握住船位，记清周围船舶动态，特别是在狭水
道及危险航道航行时，更应如此。
（二）海浪干扰
由海浪反射雷达波而产生海浪干扰杂波，形成屏上本船周围6nmile～8nmile（风浪大时甚至达3nmile
一10nmile）内的鱼鳞状闪亮斑点。
在风浪天、海面有浪涌时，它将产生很强的回波。其特点是：
1．近处海浪回波很强，随着距离的增加其回波强度按指数规律而迅速减弱。
2．干扰回波分布在扫描中心周围，上风舷方向伸展得远且回波强，下风舷稍近一些。风浪大时，海浪
回波的范围可扩展到lOnmile以上。
3．风浪很大时回波密集而变成辉亮的实体。如果是幅度较大的长涌，在屏上还可见到一条一条浪涌回
波。
4．入射角大即垂直波束宽度宽或天线高度高，则海浪回波强。
5．水平波束宽度大，脉冲宽度宽则反射面积大，回波就强。
6．垂直极化波比水平极化产生的海浪回波要强得多。在X和S波段，采用水平极化波较采用垂直极化
波时减小1／4～1／10。海浪回波的大小还与发射频率、天线转速等因素有关。
7．频率高，天线转速慢，干扰回波强。因此，10cm波雷达的海浪干扰较3cm波雷达为弱。
很强的海浪回波会使荧光屏产生饱和而淹没其覆盖区内的物标回波，甚至会使接收机产生饱和或过载，
失去放大能力而丢失物标。
措施：1、如有双速天线，选用高速天线（如80r/min）
2、选用X波段（10cm）雷达
3、选用窄脉冲
4、使用STC旋钮调节到既不丢失目标，又能抑制海浪干扰。
(三)雷达同频干扰
由邻近他船同频段雷达发射的电磁波进入本船雷达天线而产生的干扰，称为同频雷达干扰。
由于同频雷达干扰电波是其他雷达单程发
射直接进入本船雷达天线，故本船雷达停止发射
时，只要接收机和显示器仍在工作，仍能接收到其干扰信号，而且他船离本船越近，接收到的同频干扰越
强。除本船雷达天线主瓣接收外，旁瓣也接收。除直接接收他船同频干扰外，还接收经本船大桅等建筑物
反射的同频干扰。
同频雷达干扰在屏幕上的显像视他船与本船雷达脉冲重复频率之差的大小不同而异。当两台雷达的脉
冲重复频率相差很大时，显像为不规则的散乱光点。当两台雷达的脉冲重复频率稍有不同时的显像，如图
所示：当用远量程档时，显示点状螺旋线；当用近量程档时，显示径向点射线。
由于同频雷达干扰的显像较特殊，比较容易识别，一般也不影响观测。干扰过于严重时，换用近量程
观测，可减小其影响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。目前新型雷达大都装有同频雷达干扰抑制器。
(四)电火花干扰
雷达屏上出现的电火花干扰有多种。有的是在固定位置出现不规则的径向亮线，一般是偏转线圈电刷
和滑环接触不良引起的。有的是位置不定的径向亮线，可能是机内电源、发射机、接收机等有关器件跳火
形成的，这是故障，应即检查、排除后使用。
(五)明暗扇形
在使用自动频率跟踪时，荧光屏上有时会出现明暗扇形图像，是自动频率跟踪控制电路（AFC）失调
所引起的。应改用“手控”工作，待自动跟踪电路正常后方可改用“自控”工作。
三、假回波
(一)间接回波
船上的烟囱、前桅、吊杆柱及其附近的大船、陆上的高大建筑物等，能阻挡雷达波的传播而在其后方
形成阴影扇形区。同时，它们又能作为二次辐射源向外辐射雷达天线发射的电波并接收物标回波再辐射至
天线。这样，同一个物标，雷达波有两条通路：一条是直接从天线到物标的通路；另一条是经过二次辐射
体反射后再到物标的通路。于是，物标在屏上将有两个回波：一个真回波，在正确的方位上；另一个是假
回波，在二次辐射体的方位上，距离为二次辐射体至物标的距离加上它离开天线的距离，如图所示。
在狭水道航行时，正横附近平行航线的大船、桥梁以及岸上反射性能很好的高大建筑物等都是很好的
二次辐射源，都有可能产生这种间接回波，如所示。
间接回波的特性及识别
方法如下：
1．它们通常在阴影扇形
内出现。
2．当间接回波是由船上的二次辐射源引起的，那么当目标方位改变时，间接回波的方位并不改变，
仍在阴影扇形里，只是距离作相应改变。
3．间接回波由船上障碍物引起时，其距离与真回波距离一样。当间接回波由船外的物标引起时，则它
的距离将是二次辐射源与目标的距离和与天线的距离之和。
4．与真回波在屏上的移动比较，假回波的移动是不正常的。
5．间接回波在屏上显示时，其形状有明显的畸变。且比真回波暗（弱）。
6．间接回波还可以用改变本船的航向来判别。当航向改变时，实际物标方位将发生改变，但间接回
波仍将在阴影扇形里或者消失。
(二)多次反射回波
雷达波在本船与横向近距离的物标之间发生多次往返反射所产生的假回波，称为多次反射回波。如图
所示，A为物标的真回波，B为物标二次反射形成的假回波，C为物标三次反射形成的假回波。这种现象
一般是在两船相距很近(约在1nmile以内)，而且正横对正横或接近正横时发生，在狭水道航行及锚泊时经
常能看到。
特点：1）方位与真回波一致2）强度越向外侧越弱
3）等间距出现，距离间隔等于真回波距离。
出现条件：1）物标相距很近(约在1nmile以内)，且正横对
正横或接近正横
2）物标反射较强
措施：1）减小增益2）用STC钮
(三)旁瓣回波
由天线波束的旁瓣扫到物标所产生的假回波，称为旁瓣
回波。如图所示，图中A为主波瓣，B、C、D、E为旁瓣；屏
幕上A为物标A的真回波，B、C、D、E分别为旁瓣产生的
物标A的假回波。旁瓣回波强度较弱，可适当减小增益或用
海浪干扰抑制钮减弱之。
特点：1）旁瓣回波对称分布在主波瓣（真回波）两边
2）真假回波距离相等（即旁瓣回波对称分布于真回波两边的圆弧上）
3）旁瓣回波强度较弱，越往二侧强度越弱。
4）近距离出现
抑制方法：1）用STC（海浪干扰抑制控钮）（此方法为三种方法中最好）
2）降低雷达GAIN（增益）
3）用FTC（雨雪干扰抑制控钮）
(四)二次扫描回波
由于物标距离较远，第一个扫描周期发射的脉冲遇
到物标后再返回到天线时已处在第二个扫描周期内（即
远处物标回波返回的延时t大于雷
达脉冲重复周期
T），这样的物标脉冲回波称为二次扫描回波。同理，若
物标回波处在第三个、第四个……扫描周期时，该物标
脉冲回波则分别称为三次扫描回波、四次扫描回波……
如图所示。由图可知，可能出现二次扫描回波的距离范
围为C×T/2～C×T/2＋R。其中，C为电磁波速，T为
脉冲重复周期，R为量程。不难看出，脉冲重复周期不
同，量程不同，，可能出现的二次扫描回波的距离范围也
各异。实际上，二次扫描回波大都出现在重复周期较大和物标距离较远的情况。而重复周期小，物标距离
近的情况，虽然从原理上讲是可能的，但可能出现的范围较小，且本船与物标的相对位移快，因此这种现
象罕见。
二次扫描回波有下列几个特点：
1）它的回波图形与实际形状不符，发生了变形。远处直线陡岸在屏上变成V字形图像（凸向屏中心
的曲线）的情况。
2）在改变量程（从而改变重复周期）时，假回波图像距离改变、变形或消失。
3）回波的方位是物标的实在方位，回波的距离是实际
距离与C×T/2之差。
4）是该回波在屏上的移动是不正常（或者说不规则）
的。
识别方法：改变量程时，假回波图像距离、形状改变，真回
波不变。
第四节雷达定位
利用雷达测得的距离和方位，进行海图作业，求得本船
船位的过程，称为雷达定位。
§1雷达观测物标的选择
一、几种常见回波特性
1．船舶：万吨船：10～16海里，救生艇：2海里
2．浮标：增设角反射器，增强反射能力
3．冰山：葫芦形冰山反射能力最差
4．孤立小岛：定位好
5．陡岸、岬角：定位导航用
6．过江电缆：回波是一个点回波
7．快速目标：回波是跳跃式回波（一串回波点，亮度较暗）
8．平板形物体：
光滑表面（如大建筑物的墙、礁石、冰山、沙滩及泥滩的斜面、没有植物覆盖的山坡等）：垂直入射波
将全部返回，如入射角不是090，则反射波偏离雷达而去。
粗糙表面（如断裂成很多面的断崖峭壁、覆盖有树林灌木或鹅软石的斜丘等）：则不管入射角如何，仍
有部分散射波返回雷达。
9．球形物体：反射性能很差，表面光滑者尤其如此。
10．圆柱形物体：如烟囱等，其水平方向的影响与球体相似，垂直方向与平板相似。
11．锥体：反射性能很差，只有雷达波与其母线垂直时，其反射性能才与圆柱形物体相似。
12．不同材料：导电性能好的材料其雷达波的反射系数也高。
二、选择目标原则
1．选择回波稳定清晰、位置能与海图精确对应的物标回波来定位，如孤立小岛、岬角等。避免选用平坦
的岸线、山坡等回波有严重变形或位置难以在海图上确定。
2．选择近的物标：近距物标定位精度高，特别是测方位？（距离）
尽可能用测距定位，不用测方位定位。因为雷达测距精度高于测方位，测方位精度受外界条件影响大；
近距离定位精度大于远距。
3．选择位置线交角好：三目标：0120；二目标：090
§2雷达定位定位方法（定位精度由高到低排列）
1．三物标距离定位
2．二物标距离加一物标方位定位
3．二物标距离定位
4．二物标方位加一物标距离定位
5．单物标距离方位定位
6．三物标方位定位
7．二物标方位定位
第五节雷达导航
海上用于避碰，船舶在进出港、狭水道及沿岸航行中，尤其在夜间或能见度不良的恶劣天气时，使用
雷达导航十分方便而有效。导航时，雷达采用对地真运动、北向上显示方式（采用北向上显示可与海图一
致；真运动时，本船对地运动，岸不动；大海上避碰时用首向上）。（雷达的显示方式有：船首向上和真北
向上的相对运动方式、真运动显示方式）
雷达导航方法：连续短时间定位、距离避险线（又称雷达安全距离线）法、
方位避险线（又称安全方位线）法。
一、距离避险线法
为了使船舶在航行中离岸(或选定
目标点)保持一定距离，确保航行安全。
首
先在海图上确定距离避险线。它由各危险点(包括浅滩、暗礁等)的安全距离圈的切线组成(参见图1—5—1
中虚线)。图1—5—1中的实线表示船舶的计划航线。航行时必须使船舶始终保持在距离避险线的外侧。
雷达安全距离的选定，由驾驶员或船长根据当时当地的情况(如天气情况、能见度情况、流向、流速、
船舶类型及密度等)、本船操纵性能、值班驾驶员的技术状态等决定。
1．适用：当参考物标与计划航线接近垂直时可用距离避险
2．实际操作时，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(避险方位标尺线)，航行时随时保持使危险物标(上述各危险点)的回波处在上述避
险方位标尺线的外侧即可。
二、方位避险线法
1．适用：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，可用方位避险线来表明危险物标的所在方
位。
2．使用方法：使参考物标处于方位避险线（平行标尺）的外侧则安全。
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位(真方位)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。船首线与方位避险线之间距可
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，如图1—5—2所示。图中，
左侧是危险的，右侧是安全的。
三、导航注意事项
1．制定计划航线，参考物标，设定好避险线。
2．正确识别回波
3．雷达选择对地真运动、北向上、量程合适
大海上通常选择12海里量程
每隔5～10min变换量程（大、小）
4．普通雷达显示回波是当前瞬时位置，目标的航向航速作图求解，ARPA雷达（避碰雷达）可由雷达自动
计算标绘
第六节雷达航标
为了使浮筒、灯船和灯塔之类重要目标易被雷达发现，常在这类导航标志上加设各种雷达航标，以增
强其对雷达波的反射能力，从而增大雷达发现这些航标的距离。下面将介绍几种常用的雷达航标：
一、雷达角反射
雷达角反射器(RADARREFLECTOR)的基本组成单元是由三块相互垂直的金属板或金属网组成的。其
基本特点是在一个很宽的角度范围内，电磁波入射进入角内的能量将以完全相反的方向反射出来。
除上述角反射器外，还有一种特殊的雷达反射器，称为透镜反射器。它是由几个用不同电介质材料(折
射系数不同)制成的同心空球组成的微波透镜，能将入射到透镜上的雷达波聚焦于直径相对一边的表面上的
一点，然后按相反方向再反射回去，不受入射波方向的影响。直径约30cm的透镜反射器，架设高度为2m，
雷达天线高度为15m时，其探测距离可达10nmile。
角反射器的缺点是无源信标，对雷达波无放大作用，因此作用距离有限，且无编码识别，容易造成目
标混淆。
二、雷达方位信标
雷达方位信标(Ramark)又称雷达指向标，特点：
1．只有发射机，该信标的工作不受船上雷达控制。
2．是一种有源主动雷达信标。它按一定时间间隔(如15s)向四周发射信号。
3．船上雷达收到后，在荧光屏上显示出一条径向亮线或一个夹角为
01
～
03
的点线或扇形，以指示出该信
标所在方位。为区分各个指向标，它们所发的信号还可用“点”“划”组成莫尔斯码来加以区别。
4．只能测方位
雷达方位信标分为扫频式和固定频率式两类：
扫频式雷达方位信标的发射频率是变化的，而且变化范围很大，可包括船用雷达使用的整个频率范围
(现大多工作在X波段)，使所有工作在该波段的雷达均能收到它的信号。在屏上显示连续径向亮线还是点
线或虚线，取决于信标的扫频速率快慢。这种扫频式雷达方位信标在日本、英国等地较多。
固定频率式雷达方位信标的发射频率在船用雷达工作频率范围之外，船用雷达需另配一套接收设备才
能接收，接收到信号后经处理再送到雷达显示器显示。其优点是可视需要关掉接收设置，以保持雷达屏幕
清晰。这种信标主要在美洲试验使用。
当雷达方位信标信号很强时，可能在雷达屏上产生间接假回波和旁瓣假回波，结果使得屏中心附近显
示混乱，。这种假回波可用FTC(微分电路)电路消除之。
雷达方位信标发射的信号比雷达接收到的物标回波要强得多，故其作用距离远，一般可达20nmile～
30nmile，因此可用它来增加探测距离和作为识别标志用。除了作为狭水道、重要屿和山等其他物标密集区
及海岸线平坦、低缓难以被雷达探测和分辨的地区作识别标志。
三、雷达应答标(雷康)
雷达应答标又称雷康(Racon)，特点：
1．雷达应答标组成：发射机、接收机、天线、电源等。
2．是一种被动式的有源雷达信标。它须在接收到船用雷达的发射脉冲信号后约经过0．５S便自动
发出经编码的回答脉冲信号，故有时又称之为“雷达应答器”或“二次雷达”。
3．可以测其方位和距离，以供定位和导航之用。
4．常用的雷康信号：是把脉冲编成莫尔斯码，如A(．一)，B(一…)，N(一·)等。由于回答脉冲是编
码的，故便于相互识别。
雷康可在整个船用雷达工作频率范围内脉冲信号(一般是X波段，少数也有S波段
大多数雷康发射机工作几分钟（如1．5min）再停几分钟，故雷达屏上每隔一定时间才能见到它的回
答信号。
雷康一般探测距离在十几海里以内，理想情况下，可达17nmile～30nmile。
四、搜救雷达应答器SART
1．工作波段：X波段
2．极化方式：水平极化
3．信号：同一方位上连续、等间隔12点，8nmile长
4．有效作用距离：5海里
5．发生频率：扫频式：9200～9500MHZ
6．使用注意：有意调偏本振频率（使接收机处于失谐状态），合理选择量程，关闭FTC或A/CRAIN
开关、增益调到大。
使接收机处于失谐状态目的：使回波或海浪干扰消失或减弱，而SART信号能正常显示。
第五章磁罗经
罗经种类：磁罗经，150总吨以上船舶配备
陀螺罗经，500总吨以上船舶配备
磁罗经：以磁北
M
N为基准
陀螺罗经：以真北
T
N为基准
§1．磁的基本概念
一、磁铁和磁性
磁性：物体具有吸引铁、钢、镍等物质的性质。
凡是带有磁性的钢铁叫做磁铁。
二、磁极
磁铁的磁性最强处叫做磁极。磁铁中部无磁性的部分叫做中性区。条形磁铁的磁极位置，约在离末端
L／12处。见图5—1
磁极的强度，是用磁极所含的磁量(m)来表示的，规定N极带正磁量（＋m）；S极带负磁量（－m），
两磁极的磁量总是相等的。
磁铁具有指向性
三、磁铁的一般性质P75
四、磁力和磁矩
1．磁力：两个互相靠近的磁铁，会产生同性相斥异性相吸的作用力，称之为磁力。
根据库仑定律，两磁量相互作用力的公式为：P76
2．磁矩：磁铁通常以磁矩来表征其强弱。磁铁的磁矩是同名磁量与两磁极间距离的乘积。
lmM2
M大，磁性大，磁性与磁量、长度有关
五、磁场、磁场强度
1．在磁铁的周围，凡是磁力所能达到的范围叫做磁场。磁铁磁场的强弱可用磁场强度表示，
2．单位正磁量在磁场中某点所受到作用力，就是该点处的磁场强度。通常磁场强度用H表示，它是个矢
量。指向磁力的切线方向。
若在磁量为m的磁场中，距离为r处的磁场强度为：
H＝m/r2
在电磁系单位中，磁场强度的单位叫做奥斯特(Oe)。在地磁学中，有时用十万分之一奥斯特单位表
示，即1=510Oe。
若在一定范围内各点的磁场强度大小相等，方向相同，则此范围内的磁场称为均匀磁场。位于船体范
围内的地磁场可视为均匀磁场。
3．高斯的二个重要位置
1）高斯第一位置：在磁铁的磁轴延长线上某点A的磁场强度，图5－3
（1）H
A
的方向：沿磁轴由S→N延伸
（2）H
A
的大小：H
A
＝2M/r3M为磁矩
（3）用途：罗经中的垂直磁铁
2）高斯第二位置：在磁铁的磁轴线的垂直平分线上某点B的磁场强度，图5－4
（1）H
B
的方向：与磁轴平行，指向由S极
（2）H
B
的大小：H
A
＝M/r3M为磁矩
（3）用途：罗经中的纵、横（校正）磁铁
六、铁的磁化
1．磁化：一块原来没有磁性的钢铁物体移近磁极时也表现有磁性。这种使原来没有磁性的铁磁性物
质，在磁场中得到磁性叫做磁化。铁磁性物质包括铁、镍、钴及其合金材料。铁磁体被磁化的极性，与它
所处的磁场方向有关。与磁化磁极接近的一端呈现相反的极性，即顺着磁力线方向的一端为N极，逆着磁
力线方向的一端为S极。
铁磁体被磁化后可呈现出较强的磁性，亦即产生了较强的附加磁场，它的磁感应强度B等于对它起感
应作用的磁场强度H与它本身被磁化后增加的磁场强度之和。B与H的比值就是磁导率，通常以表示。
铁磁性物质≥1。
铁磁体最重要的特点，是它具有磁滞现象。磁滞现象可用下图
予以说明，将未磁化的铁磁体置于一个变化的外磁场H中。当外磁场
H较弱时，随着H的增大，铁磁体的磁感应强度B也随着增大，当
日增大到一定值HA时，B达到BA而不再增大，这时磁化已达到饱
和……。形成了一个闭合的磁化曲线，称为磁滞回线。从图8—5中
可以看出，当外磁场变化时，铁磁体内部的B也变化，H变为零时，
铁磁体所具有的磁感应强度
r
B值称为剩磁。
永磁铁正是利用一些
铁磁体能长期保留其剩磁这一特点而制成的。
2．硬铁和软铁
铁磁材料中，又可分为硬铁和软铁两类。硬铁的磁滞回线所包
围的面积较宽大，软铁的磁滞回线所包围的面积较窄小。也就是就，
硬铁的磁化需要较强的外磁场，且一经磁化后，其剩磁可保留较长时间不消失，即剩磁
r
B和
c
H值(亦称
矫顽力)均较大。软铁可在较弱的磁场中被磁化，但一旦外磁场消失，其磁性也几乎随之消失。即剩磁
r
B和
矫顽力
c
H均较小。
3．退磁
4．使用注意事项P79
七、地磁及地磁三要素P79
1．地磁场与地磁极
地球就像一个均匀磁化的球体，其外表空间存在着磁场，磁化轴和地球的自转轴不重合。位于北半球
的地磁极称为磁北极（磁性S极），集中的是负磁量，南半球的地磁极称为磁南极（磁性N极），集中的是
正磁量。因此，围绕地球空间的地磁力线是从南半球走向北半球的。
2．地磁三要素：Var、、H。
1）磁差Var
左图：P
N
为地理北极，P
S
－P
N
轴为地球
自转轴。T为地磁总力，H为T的水平分
量，Z为垂直分量。
2）磁倾角
在水平面之下为正值，在水平面之
上为负值；＝0
的点连成的曲线为叫
以北＞０，在地磁
磁赤道，在磁赤道
北极＝＋900，在磁赤道以南＜0，在
地磁南极＝－900。
3）地磁水平分量H
cosTH
sinTZ
§2．磁罗经的结构
一、概述
1．磁罗经指北原理及特点
2．磁罗经分类
二、磁罗经的结构
1．罗经柜：用于放置罗经盆、消除自差用的磁铁和软铁。
2．罗盆：由罗盆盆体、罗盘组成。
三、方位仪
方位仪有：方位圈、方位镜、方位针。
N
M
y
x
MC
§3．磁罗经自差
一、磁罗经自差产生的
原因
1．船磁和船磁力
船磁：船舶上的钢
铁材料由于受地磁场
的磁化而产生了磁性。
船磁力：船磁对罗
经盘的作用力
2．磁罗经自差产生的
原因
船磁力使罗盘“0”
刻度由原来所指的磁
北方向偏离后指示罗
北方向，产生了指向误
差---自差。所以，船磁
是产生自差的根本原
因。
3．船磁分类
永久（硬铁）船磁：
由船上硬铁产生的磁
性。
感应（软铁）船磁：
由船上软铁产生的磁
性。
二、船铁的磁
化
1．罗经坐标系P84
纵轴：OX，首为正
横轴：OY，右为正
垂直轴：OZ，下为正
2．地磁力的分解
地磁水平分力H在罗经坐标系的OX/、OY轴分解：
cosxHMCgMC为磁航向
sinyHMCg
地磁垂直分力T在罗经坐标系的OZ轴分解：
sinzTg为磁倾角
3．船铁的分解
1）纵向硬铁，纵向软铁：如龙骨
2）横向硬铁，横向软铁：如横梁
3）垂向硬铁，垂向软铁：如烟囱
4．影响罗盘指向的磁力
1）地磁水平分力H
地磁水平分力H指向磁北，使罗盘的0刻度指向磁北。
H
δ偏东
P
δ偏西
δ=0
2）硬铁船磁力，使罗盘的0刻度指向偏离磁北。
3）软铁船磁力，使罗盘的0刻度指向偏离磁北。
5．磁罗经的三个假设
1）磁罗经安装在船的首尾面上，且在中央。
2）磁罗经距离船铁两端等距，二极作用都要考虑；若不等距，只考虑近端。
3）只考虑对磁罗经N极的影响。
三、硬铁力产生的自差：属半圆自差
纵向硬铁力P首为正
横向硬铁力Q右为正
垂向硬铁力R下为正
P、Q、R力作用大小不变，产生的自差随航向改变
1．纵向硬铁力P力产生的自差p
——属半圆自差
1）分析
2）曲线P86图5-16
3）解析式：δ
P
=B
P
sinMCMC：磁航向，书中CH：磁航向拼音
4）特性：δ
P
在E、W航向上最大，在N、S航向上最小。
5）消除方法：
选择E、W航向用纵向磁铁来消除
2．横向硬铁力Q力产生的自差δ
Q
——属半圆自差
1）分析
2）曲线P87图5-18
3）解析式：δ
Q
=C
Q
cosMC
4）特性：δ
Q
在N、S航向上最大，在E、W航向上最小。
5）消除方法：
选择N、S航向用横向磁铁来消除
三、纵横软铁产生的自差——属象限自差
Q力
δ=0
H力
δ偏西
δ偏东
δ偏西
δ=0
δ=0
δ=0
δ偏东
δ偏东
δ偏西
δ=0
H力
F
a
1．纵向软铁（a杆）产生的自差δa
1）分析
2）曲线P88图5-20
3）解析式：δa=Dasin2MCDa＜0
4）特性：δa在4个隅点航向上最大，在S、N、E、W航向上最小。
5）消除方法：
选择隅点航向用软铁片（或软铁球）来消除
2．横向软铁（e杆）产生的自差δe
1）分析
2）曲线P90图5-22
3）解析式：δ
e
=D
e
sin2MCD
e
＞0
4）特性：δ
e
在4个隅点航向上最大，在S、N、E、W航向上最小。
5）消除方法：
选择隅点航向用软铁片（或软铁球）来消除
3．
a
杆、
e
杆的综合作用
δ=0
δ=0
δ偏西δ偏东
δ偏西
F-e
F
H
δ偏东
δ=0
δ=0
aDeD＞∵纵向软铁对罗盘的影响＜横向软铁的影响
总象限自差δ=δa+δ
e
=（Da+De）sin2MC
=Dsin2MC
Eg：Da=01De=01.5D=00.5
四、垂直硬铁（R）垂直软铁产生的倾斜自差
1．倾斜自差产生的原因：船舶倾斜时
垂直硬铁力←主要
垂直软铁力
2．分类：横倾自差和纵倾自差，可用垂直硬铁消除
3．倾斜自差的表现形式：罗盘左右摆动
4．横倾自差δ
i横
⑴公式：δ
i横cosJiCC
J
：横倾自差系数
i：横倾角度
CC：罗航向
对北半球所造的船，式中的负号表示罗盘向高舷侧偏转，即偏转与船倾方向相反
⑵特性
①罗航向为00或0180时（南北航向）δ
i横最大
②罗航向为东、西向时δ
i横最小
③横倾角i上升，δ
i横增大
⑶消除总在航行中在N、S航向时，用垂直磁铁来消除（使罗盘摆动最小）
（在N、S航向消除横倾自差是因为在N、S航向横倾自差最大）
5．纵倾自差δ
i纵
⑴公式：δ
i纵sinJiCC
J
：纵倾自差系数
i：纵倾角度（较小，小于横倾）
CC：罗航向
⑵特性
罗航向CC为090、0270时最大，南北航向时最小，倾角i上升，δ
i纵增大
⑶横倾自差消除了，纵倾自差也消除了
五、垂直软铁（C杆，烟囱）产生的自差——软半圆自差
北半球F-c朝船尾南半球F-c朝船头
1．分析：以南半球为例
2．公式：δ-c=Bcsin2MC
3．消除方法：选E、W航向，用佛氏铁来抵消
Z
F-c
F-c
Z
§4．磁罗经自差的校正
一、自差校正原则
性质相同、大小相等、方向相反
性质相同：硬铁用硬铁、软铁用软铁，纵向用纵向、横向用横向
那些情况需校正：
①修船后
②每年（由专门罗经师来校正，可与修船相结合）
③碰撞、搁浅后
④装了大量铁磁性货物
⑤磁罗经移位
⑥驾驶台改装
⑦标准罗经（驾驶台顶上）自差超过03，操舵罗经（驾驶台内）自差超过05需校正。
二、倾斜自差的校正
方法：1、用倾针仪校正（由罗经师校正，在码头上进行）
2、航行中校正：选择N、S航向，用垂直磁铁来消除，使罗盘摆幅最小。
三、半圆自差的校正
用爱利法消除P97
Eg：
问题：1、如何放置磁铁？
F
H
F-c
δ-c偏东δ-c偏西
δ-c为0
MC=0270
CC=00268269
移动磁铁使：
δ=0021EE
MC=0180
CC=00178179
移动磁铁使：
δ=0021EE
MC=
0000
CC=00005000
放磁铁使：
δ=0050W
MC=090
CC=008590
放磁铁使：
δ=0050E
2、移动磁铁规律P98
小结：选择四个基点航向
①MC=0000N
→0放横向磁铁
②MC=0090E
→0放纵向磁铁
③MC=0180S
→S
/2移动横向磁铁
④MC=0270W
→W
/2移动纵向磁铁
四、象限自差的消除
选择二个相互垂直的隅点航向，如0045135和航向。通过外拉、里靠软铁球(片)来消除象限自差。
①MC=045使NE
→0
②MC=0135（or0531）使SE
（orNW
）→SE
/2
Eg：
注：E（+）、W（
）
象限自差：一三象限+，二四象限﹣
软铁球调整方法：P99
五、实用自差消除步骤
新磁罗经自差消除五步骤
⑴初校象限自差（软铁片置中间）
⑵消除软半圆自差（佛氏铁长度参考同类型船）
⑶消除倾斜自差（用垂直磁铁）
⑷消除半圆自差（用纵、横磁铁）
⑸准确消除象限自差
六、自差表自差曲线
1．自差表的测定
⑴先测定八个主航向的自差
⑵计算五个自差系数：A、B、C、D、E
自差系数计算公式P100（了解）
MC=045
CC=043→045
=02E→00
软铁往里靠
MC=0513
CC=0134→0134.5
=01E→00.5
软铁往外拉
⑶计算每隔010或015的自差，然后列表
sincossin2cos2ABCCCCCDCCECC
A较小（属固定自差），B、C很大（属半圆自差），D较大（属象限自差），E较小（属象限自差）
2．二个检查
⑴自差检查：八个主航向
测定自差与计算出的自差比较，应在00.5以内
⑵画出的曲线应光滑而非跳跃，否则是计算错误或测量错误
七、测定自差的三种方法
1．利用岸上的叠标测定
⑴要求
⑵优点：精度高
⑶公式：arTBVCB（）
TB：真方位，CB：罗方位，arV磁差，arTBV（）=MB为磁方位
2．利用天体（太阳、北极星）测定
⑴要求：高度在030以下（方位变化慢，罗盆易水平）
⑵优点：不受地理位置限制
⑶缺点：受气候因素影响
⑷公式：arTBVCB（）
3．利用与陀螺罗经比对航向测定
⑴要求：同时测定
⑵优点：不受限制
⑶缺点：精度最差
⑷公式：arGCGVCC（）
注：G：电罗经误差，GC：电罗经测得的航向，CC罗航向，GCG（）=TC
TC：真航向，arGCGV（）=MC，MC：磁航向
注：驾驶员每班次（4小时）至少测定罗经自差一次
§5．磁罗经使用及检查
一、磁罗经检查
1．气泡的检查及消除
⑴气泡产生的原因
①罗盆不水密
②浮室漏水
③液体遇冷收缩，气体逸出
⑵后果：观测航向、方位会产生误差（∵折射）
⑶消除：先排除故障（如：更换密封圈等）
鉴别何种液体（煤油？酒精？）
将注液孔朝上，摇晃几下，用注射器加入专用液体，反复几次，直到加满。
d
3~5d
2．灵敏度检查
⑴灵敏度检查目的：检查轴针与轴帽之间摩擦力大小（摩擦力大则灵敏度低）⑵灵敏度检查的条件
①船必须停靠码头，船首不动
②附近船、岸机械不工作
③罗经自差不能太大（操舵罗经05以内，主罗经03以内）
⑶方法：
先记下原航向，然后用小磁铁将罗盘引偏002~3（向左或向右），稳定后拿掉小磁铁（远离磁罗经3
米以上），然后看新航向与原航向读数误差（测二次：向左和右各引偏一次）
⑷要求范围：要求二者误差在00.2以内
如超过00.2说明轴针与轴帽之间的摩擦力太大，需换新轴针或轴帽或二者一起换。
3．半周期T/2的检查
⑴半周期检查的目的：检查罗盘的磁力（磁性或磁矩）
⑵检查条件
①将罗盘搬到岸上离地1m高度的台子上
②附近机械不工作
③将00对准基线（转动罗盆）
⑶方法：
用小磁铁（N极）将罗盘向左或右引偏040然后拿掉小磁铁（离罗经3m以上），记录00二次过基线
的时间，即半周期T/2
⑷要求范围：
实测半周期与规定半周期二者相差不超过01.5S，说明磁性正常；若实测T/2太大，说明磁性减弱，
需充磁或换新。（半周期太小也不好，罗盘指向将不稳定）
4．自差校正器的检查P1