Transcript Navigasjons-instrumenter Radar-Øving

Navigasjons-instrumenter
Radar-øving
Navigasjons-instrumenter Radar-Øving
Bjørn Kulseng
01.01.2013
Bjørn Kulseng
Kapittel 1. RADAR-grunnlag
1)
Beskriv prinsippet for maling av avstand med radar.
Vi vet at strekning s er gitt ved formelen:
Når radaren sender ut en puls, treffer denne pulsen et objekt og blir
reflektert tilbake til mottakeren i radaren. Avstanden pulsen har reist
vil være 2 ganger strekningen fra radar til objekt. På bakgrunn av
dette må vi skrive om formelen og får følgelig:
2)
Hva er utbredelseshastigheten for en radarpuls, og hvor lang tid
benytter den på 1 nm?
Vi vet at lys er bølger, på samme måte som en radarbølge og disse
vil ha samme utbredelseshastighet:
( )
Siden pulsen bare skal 1nm og ikke «tilbake» trenger vi ikke å
multiplisere 2.
3)
Hvis vi mottar et ekko 70 mikrosekunder, hvor langt borte er da
målet?
Vi bruker formelen fra oppgave 1:
1
4)
Hva menes med PPI og CRT?
CRT (Cathode ray tube) betyr på norsk katodestrålerør. Dette er et
rør (se bilde til venstre under) i vakum. Røret består av en katode
helt bakerst, en anode, vertikal og horisontal-polariserte magnetplater
og en PPI (Polar plan indikator). Da katoden og anoden (som er
påsatt en spenning) blir varmet opp, blir elektronene presset
fremover mot og igjennom magnetene. Denne strålen av elektroner
blir avbøyd ettersom hvordan magnetene er plassert. Vi vet at det
magnetiske feltet generert av hver av de to settene med magneter
går fra nord til sør og kan på denne måten endre retningen til
elektronstrålen. Når denne elektronstrålen treffer PPI’en vil vi se den
som et lys (se bilde under til høyre).
5)
Hvilke type spenning genereres i timebase kretsen, og hvorfor er det
viktig at denne er lineær?
En timebase krets er en elektronisk krets som genererer en
sagtannlignende spenningskurve. Det er viktig at denne kurven er
lineær for at vi skal få plassert ekkoet i riktig avstand fra sentrum
(vår posisjon).
6)
Hva menes med radarens pulslengde, og hvorfor bør denne være
relativt kort?
Med radarens pulslengde mener vi den tiden hvor radaren er aktiv og
sender ut en puls. Vi ønsker at målet vårt skal bli truffet med så
mange pulser som mulig, og må bli truffet av mer enn 8. Dersom vi
reduserer pulslengden vil vi kunne sende ut flere pulser, altså øke
PRF.
Ved å redusere pulslengden reduserer vi også effekten i pulsen. Dette
vil medføre at vi ikke vil ha en god nøyaktighet på lange avstander.
2
7)
Hva er skilleevnen til en radar med pulslengde 0.8 mikrosekunder?
På generell form kan skilleevnen til en radar uttrykkes ved likningen:
I vårt eksempel får vi da:
Men hva sier dette oss egentlig? Vel, når vi har en skilleevne på 120
m vil det si at vi klarer å skille mellom to objekter dersom disse
har en avstand større enn 120 m. ligger objektene nærmere
hverandre enn 120 m vil det vises som et objekt på skjermen.
8)
Hva er minimumsavstanden en radar kan detektere et ekko på når
pulslengden på minste avstandsområde er 0,4 mikrosekunder?
Minsteavstanden for deteksjon er gitt ved likningen:
Og vi får da:
MERK: I praksis vil denne avstanden være noe lengre siden TR-Cellen
(den som gir beskjed til mottakeren om å begynne lytting) i
mottakeren vil ha en viss forsinkelse.
3
9)
Det er oppgitt at radaren har en PRF på 1000 Hz. Hvor lenge er det
da mellom hver puls?
Med repetisjonsperioden ( ) menes tiden mellom hver utsendte puls.
Altså fra en puls sendes til vi sender den neste.
PRF (pulsrepetisjonsfrekvens) derimot er den inverse av
repetisjonsperioden. Dette kan vi se ut ifra likningen:
Når vi som i oppgaven ønsker å finne hvor lang tid det går mellom
hver utsending omskriver vi formelen over og får følgelig:
10)
Hvor mange pulser sendes ut pr . antennerotasjon når PRF er 1600
Hz og rotasjonshastigheten 25 rpm?
Vi har 25 rpm, noe som svarer til 25 rotasjoner (omdreininger) per
minutt. Vi sender ut med en PRF lik 1600 Hz, noe som gir:
Finner så hvor lang tid det tar for antenna å rotere én gang:
Dersom antenna hat rotert 360 grader på 2,4 s og sender ut 1 puls
pr 0,000625s, vil den da sende ut:
11)
Forklar forskjellen mellom pulslengde og bølgelengde.
Med pulslengde menes hvor lang pulsens totale lengde er. Bølgelengde
lengde betyr hvor langt det er fra bølgen er i en tilstand til neste
gang den er i samme tilstand. En pulslengde kan inneholde flere
slike bølgerlengder.
4
12)
Hvorfor må PRF reduseres på lange avstandsområder?
Som nevnt tidligere er PRF tiden det tar fra en puls blir utsendt til
neste puls sendes. På korte avstander vil pulsen som sendes ut fra
radaren bli reflektert fortere, altså ha en kortere tid fra sending til
mottak. På samme måte vil det ta lenger tid fra en puls blir sendt
til den samme blir mottatt dersom vi måler på lange avstander.
Dersom man bruker den samme PRF-innstillingen på korte avstander
som på lange vil man risikere at man har to pulser i luften
samtidig, noe som fører til feilmåling. Man ønsker å holde PRF slik at
en ny puls blir sendt ut så fort man har mottatt den foregående.
Dette vil sikre høyest mulig oppdatering på avlesning fra skjerm. På
denne måten må man justere PRF ut ifra hvor langt unna man
måler.
13)
Med PRF på 2500 Hz, på hvilken avstand vil vi da kunne få inn et
ekko fra foregående puls?
(
)
5
14)
Forklar forskjellen mellom pulseffekt og gjennomsnittseffekt.
For å forklare forskjellen mellom pulseffekt og gjennomsnittseffekt må
vi først forklare hva hvert av disse uttrykkene beskriver
Pulseffekt også kalt peak power ( ) er effekten for senderen omsetter
i løpet av den tiden hvor senderen er aktiv ( ). Denne effekten
avhenger av målområdet og frekvensen, men må generelt sett være
stor. I maritime radarer brukes typisk en effekt som ligger mellom 2
og 75 kW.
Selv om denne effekten er veldig stor vil den reflekterte effekten
over tid være veldig liten og i størrelsesorden picowatt.
Gjennomsnittseffekt også kalt mean power ( ) er ganske
selvforklarende. Det er den midlere effekten som avsettes i senderen
over tid.
På bakgrunn av denne informasjonen kan vi presentere formelen:
Hvor d.r er ytelsesforholdet mellom pulslengde og repetisjonsperioden
gitt ved likningen:
Vi kan da omforme formelen for gjennomsnittseffekten:
Lang forklaring kort. Pulseffekt beskriver effekt avsatt i senderen ved
et spesifikt tidspunkt, mens gjennomsnittseffekt er pulseffekt over tid.
15)
Med pulseffekt på 25kW, pulslengde på 0.8 mikrosekund og PRF på
1600, hva blir da gjennomsnittseffekten?
Bruker formelen for gjennomsnittseffekt fra oppg 14 og får.
(
er puls effekt
er pulslengde og
)
er repetisjonsperioden.
6
16)
Hvor lang blir bølgelengden i radarpulsen når det er oppgitt at den
sender med 9450 MHz?
Bruker formelen:
17)
Hvorfor er det vanlig å kalle en radar som sender i X-båndet for en
3-cm radar?
Grunnen til dette er fordi X-båndet ligger på en frekvens med
bølgelengde mellom 2,42 og 3,75 cm. Snittet av dette er
cm. Da
det er vanlig å karakterisere radarer etter frekvens og bølgelengde er
det naturlig å kalle det 3-cm radar.
18)
Hvorfor benyttes ofte radarer bade i X- og S-båndet på skip?
Grunnen til at disse båndene brukes i maritime radarer er fordi:
S-bånd (10 cm) har den laveste frekvensen av de maritime radarene.
Dette båndet brukes da det vil kunne gi lang rekkevidde og minimalt
med støy fra nedbør. På grunn av den lave frekvensen vil dette
båndet ha større problemer med å gi et godt ekko fra mindre mål
enn x-båndet.
Den lave frekvensen krever også at man må ha en noe større
antenne for å få den utstrålingskarakteristikken som er ønskelig.
X-bånd (3 cm) er den mest utbredte radarfrekvensen blant maritime
radarer. Den gir godt rekkevidde og en god oppløsning også med
forholdsvis små antenner. Det negative med denne frekvensen er at
den er meget utsatt for eksterne faktorer som nedbør. Dette gjør at
den er populær hos personer som vil overvåke metrologiske forhold.
7
19)
Forklar hva som menes med radarens båndbredde.
Med radarens båndbredde (BW) mener vi differansen mellom øverste
og nederste
grensefrekvensen
målt i Hertz. Altså
den høyeste og
laveste frekvensen
som mottakeren kan
slippe gjennom.
Dersom vi har en
stor båndbredde vil
radaren være mer
utsatt for støy og
interferens. Som vist
på figuren vil
Ha høyest følsomhet.
og
vil være
grensefrekvensen
avgrenset av
båndbredden.
20)
Hva menes med begrepet radartverrsnitt?
Når vi snakkes om radartverrsnitt mener vi hvordan radaren
oppfatter et måls dimensjoner i forhold til dets sanne fysiske
størrelse.
Det er flere parametere som representerer målets
refleksjonsegenskaper. Disse kan være pulsvinkel inn i en flate i
forhold til flatens vinkel, og refleksjon-flatens materiale. Dersom man
sammenlikner en stålbåt og en trebåt av samme størrelse vil man
oppdage at trebåten gir et svakere ekko. Dette skjer fordi tre
«absorberer» bølgene i større grad enn stål som i motsetning vil
reflektere radiobølgene på samme måte som lysbølger mot et speil.
En ru overflate med en vinkel på f.eks. 45 vil kunne reflektere noe
av radiobølgene tilbake til mottaker, mens en helt glatt flate nesten
ikke reflekterer noe. Dersom flaten i tillegg består at et absorberende
materiale vil deteksjon være vanskelig. Dette prinsippet blir brukt i
såkalt (stealth-teknologi) hvor man ønsker å fjerne et mål eller gjøre
det «ugjenkjennelig» for radaren. Med ugjenkjennelig mener jeg at
størrelsesordenen på ekkoet ikke er representativt for den faktiske
fysiske størrelsen på objektet. Dette gjøres på fly og båter hvor man
sørger for at ingen flater er loddrette eller vinkelrette og at de
består at en absorberende eller lite reflekterende overflate.
Målets evne til å reflektere elektromagnetiske bølger blir beskrevet
med symbolet
målt i
Formelen for
ser ut som følgende:
8
9
21)
Hvorfor vil radartverrsnittet på et skip variere med den relative
peilingen til skipet?
Dersom den relative peilingen til skipet varierer vil flaten pulsene
treffer variere. Denne endringen i pulsens refleksjonsflate og
refleksjonsvinkel vil naturlig nok gi en endring i radartverrsnittet.
22)
Hva menes med begrepet desibel?
Begrepet desibel er en logaritmisk enhet som beskriver en fysisk
størrelse som f.eks.
effekt. Med logaritmisk enhet menes det at en
x-verdi for effekten blir uttrykket som følger:
( )
( )
( )
Denne kan illustreres grafisk:
Her ser vi store variasjoner i desibel avsatt ved en lav verdi for x,
som i dette tilfelle er effekten. Ved stor effekt vil variasjon i desibel
være liten. Fra dette kan vi forstå at en liten reflektert effekt vil få
stort utslag i desibel. Vi vil da kunne se at effekten som blir
reflektert må ha en øvre grense da.
( )
På samme måte må vi ha en nedre grense:
( )
10
23)
Hvor mye er 3db og -3db i lineær skala?
Bruker formlene som vist i oppgaven over:
3db i lineær skala:
-3db i lineær skala:
24)
Hvorfor har en trebåt og en tilsvarende stor stålbåt forskjellig
radartverrsnitt?
Som forklart i oppgave 20 har absorbsjons-egenskapene i materiale
som skal reflektere radiobølgene stor innvirkning på hvor mye av
effekten som blir sendt tilbake til mottaker.
En trebåt vil absorbere radiobølgene i større grad enn en stålbåt og
vi vil derfor få forskjellig radartverrsnitt.
25)
Hvilke forhold er bestemmende for om et mål skal kunne detekteres?
Det er flere parameter som må til får å få en riktig og klar
deteksjon av et fartøy eller annet mål:
-
Strålebredde: Det vil si bredden på strålen hvor objektet skal
passere gjennom.
Pulsrepetisjonsfrekvens: som nevnt tidligere forteller denne hvor
mange pulser som blir sendt ut pr sekund.
Antennerotasjon: Hastigheten på antennen målt i RPM,
rotasjoner per minutt.
Alle disse forholdene vil spille en stor rolle i hvor mange pulser som
treffer målet vårt. Jo flere pulser i målet vil gi et bedre bilde av
objektet. Det sies at målet bør minst treffes av 8-10 pulser for at
man skal få reflektert nok effekt til å komme over
deteksjonsterskelen.
11
26)
For at du skal treffe en jernstang med 10 pulser pr. scan (rotasjon),
hvilke PRF må du da benytte hvis strålebredden er 1 grad, og
rotasjonshastigheten 35 rpm?
Bruker formelen:
Her er
Er antennas horisontale strålebredde.
er rotasjonshastigheten
er antall treff
Vi omskriver formelen og for å finne PRF:
27)
Hvorfor kan det være en ulempe a sette en hurtigroterende antenne
på en vanlig maritim radar?
En hurtigroterende antenne vil sørge for raskere oppdatering av data.
Men som vi ser på likningen fra oppgave 26:
Her kan vi se at dersom vi øker rotasjonshastigheten (n) må vi dele
på et større tall og det vil gjøre at vi vil få mindre treff på målet
per rotasjon (m)
12
28)
Tenk deg at strålebredden går mot nul1 (senterlinjen). Hva vil denne
senterlinjeavstanden være på 3 nm når vi har en antenne som
roterer med 20 rpm, og har PRF på 1600?
(
)
(
29)
)
Hvorfor bør ikke senterlinjeavstanden være særlig over 3 m?
For svake sendere og små antenner sies det at senterlinjeavstanden
bør være mindre enn 3m. Dette for å kunne detektere en stake eller
andre mindre objekter.
30)
Beregn ekkoets forflytning på skjermen mellom 2 scan, hvis relativ
hastighet er 48 knop og antennerotasjon lik 25 rpm.
Dersom vi har en rpm på 25 får vi en oppdatering hvert 2,4 sekund.
Dersom båten beveger seg med en relativ hastighet på 48 knop
(24,69333 m/s)
Oppdateringsfrekvensen i meter blir da:
13
31)
Forklar begrepet signal / støyforhold (SNR).
Som vi vet trenger mottakeren en minimums-effekt for å registrere
et signal. Denne effekten blir ofte satt til
W, men denne effekten
varierer basert på en rekke faktorer. En av de viktigste av disse
faktorene av disse en mottaker-støy.
Uansett hvor bra elektronikken i utstyret er vil radar-mottakeren
alltid bli påvirket av støy. Dette kan være f.eks. termisk støy. Slik
termisk støy kalles også johnson-støy og er proporsjonal med
mottakerens båndbredde.
Dette kan vi forklare med formelen:
Hvor k er boltzmanskonstanten,
er båndbredden i Hertz.
er den absolutte temperatur og B
Som man kanskje kan tro ut ifra likningen vil en reduksjon i
båndbredde minske støyen (n), men om vi reduserer båndbredden for
mye vil ikke mottakeren forsterke, og prosessere signalet korrekt.
Som vi forstår må et kompromiss mellom støy og båndbredde til.
Formelen over vil være i den ideelle antenna, men vi må introdusere
en ny formel hvor vi tar hensyn til relativ støy, eller støykarakteristikken ( ).
Støyen blir vanligvis oppgitt i db (desibel) og strekker seg som oftest
mellom 2 og 10 db.
Vi kan også se på støy-karakteristikken som faktoren mottakeren
bruker for å karakterisere signal/støy forhold for innkommende
signal.
Lang historie kort så kan vi si at signal / støyforhold (SNR) er
forholdet mellom signal og støy.
32)
Hvorfor vil sjø-ekko være dominerende kun på relativt korte
avstander?
Dersom man ikke bruker ACS/STC (Anti-Clutter-sea/Sensitivity time
control) vil man oppdage at man får veldig stor effekt reflekter
tilbake fra bølger. Denne effekten minker jo lengre bort fra senderen
pulsen blir reflektert.
Denne effekten vil man til en hvis grad få med ACS/STC fordi bølger
nær båten er «større» altså du ser dypere inn i den. Dersom man
ser på bølger fra en avstand vil toppene etter hvert ligge over
hverandre og de vil i mindre grad reflektere pulsene.
14
33)
Forklar hvorfor X-bånd radar får redusert rekkevidde i regnvær.
X-bånd radaren opererer med en frekvens på 8-12 GHz. Dette svarer
til et bølgelengdesnitt på 3cm. Som vi kjenner fra
radiokommunikasjon vil man med ha større utbredelsesområde med
lavere frekvens.
Til sivilt maritimt bruk er de vanligste båndene X, og S-bånd. Sbåndet har en bølgelengde på 10 cm og vil være mindre utsatt for
støy fra regnvær. En høyere frekvens og lavere bølgelengde slik som
X-båndet har betyr at det vil være mer følsomt for regn. Vi kan
forklare dette ved å studere likningen:
[db/km]
Her er
reduksjonen, K er en konstant avhengig av frekvensen, r er
regnintensiteten og
er en konstant avhengig av frekvensen.
Her kommer det klart frem at en høyere frekvens gir en høyere
reduksjon. Altså 3cm gir mer signalreduksjon enn 10cm-radar.
34)
Hvorfor er det vanlig å kalle Anti-Clutter Sea kontrollen for STC?
STC står for sensitivity time control og ordet beskriver ganske godt
funksjonen. Dette er et filter som øker sensitiviteten på mottakeren
proposjonalt med tiden. Dette vil si at regn på kort avstand vil
komme tilbake med samme effekt som regn på lang avstand.
Som vi ser på figuren vil mottakerens sensitivitet ved tiden null være
lik null. Dette
for å hindre
at puls skal
overføres
direkte fra
sender til
mottaker.
Ettersom tiden
går ser vi at
sensitiviteten
øker.
35)
Forklar hva som ligger i begrepet FTC.
Forkortelsen FTC står for «Fast Time Constant». Denne funksjonen kan
vi betrakte som en differensiering hvor ekko med langsom stigning i
nivå fjernes. Nivået på store signalkonsentrasjoner f.eks. regnbyger
kan dempes i spesielle sammenligningskretser. Dette gjør at vi kan se
mål som tidligere var «gjemt» inni en regnbyge.
15
36)
Beregn signalreduksjonen p.g.a. regn (kraftig -10 mm/t) på en Xbånd radar (ca. 10 GHz), samt hvor mange nm signalet må gå
gjennom denne bygen for å bli halvert (kun pga. regn)?
Vi benytter formelen for effektreduksjon:
[db/km]
(
)
Vi vet at vi har en halvering på 3db. Dermed får vi:
37)
Hvorfor oppstår refraksjon (avbøyning) på radarstrålen?
Det store norske leksikon beskriver
som:
følger: «Refraksjon, det at lyset endrer
Overgangen fra ett medium til et annet.
er
ikke en egenskap bare ved lys, men ved
all bølgebevegelse i overgangen fra ett medium
annet».
refraksjon
retning på
Brytning
til et
Dette kan beskrives med snells brytnings
lov:
er brytningsindeksen på mediet bølgen
beveger
seg i før brytning og vinkelen den
kommer inn med
.
er brytningsindeksen på mediet
bølgen kommer inn i etter brytning og
vinkelen det får etter overgang fra ett
medium til ett annet
.
Fra dette kan vi forstå at ettersom
bølgen beveger seg gjennom områder med forskjellig luftfuktighet,
temperatur og variabel nedbør vil bølgen bøyes / få refraksjon.
16
38)
Forklar v.h.a radarligning hvorfor en S- bånd radar normalt vil ha
lengre rekkevidde enn en X-bånd radar.
Setter opp radarlikningen og omskriver den slik at vi får:
(
(
)
)
Vi kan se at bølgelengden
er over brøkstreken og opphøyd i andre
potens. Dette gir en kvadrering av bølgelengden og da vil vi
naturligvis få et større tall hos 10-cm.
39)
Hvilke betydning har antennelengde for rekkevidden til radaren?
En høyer antenne betyr at vi får lengre rekkevidde. Vi kommer
høyere og kan sende pulser med større vinkel mot horisonten. Dette
kan vi også se på likningen:
√
Her ser vi at høyere h betyr at vi får høyere radathorisont.
40)
Under hvilke atmosfæriske forhold kan vi forvente spesielt kort
rekkevidde på radaren?
Som jeg beskrev i oppgave 37. så vi at bølger blir reflektert ut fra
formelen:
Under noen spesielle forhold vil radarpulsen blir avbøyd oppover mot
himmelen og rekkevidden reduseres betraktelig. Slike forhold kan
forekomme dersom utbredelseshastigheten avtar med høyden.
17
41)
Hva menes med at strålebredden er definert til-3db punktet?
Vi vet at radar-loben (bilde
til høyre) har mest effekt
langs midten av pulsen.
Ettersom vi beveger oss ut
fra sentrum av loben, mister
vi effekt. Når vi sier at
strålebredden er definert til 3db-punkter mener vi at den
teoretiske loben, slik vi ser
den til høyre bare er definert
ut til vi har mistet
halvparten av effekten
sammenliknet med miderst i
loben. Noe effekt utenfor denne loben vil bli sendt tilbake til
mottakeren, men er som oftest for liten for å komme over
deteksjonsterskelen. Vi har altså en effektreduksjon på -3db.
42)
Hvorfor er det ønskelig med stor vertikal strålebredde?
Ettersom båten får trim og krenger når den blir påvirket trenger i
en forholdsvis vid vertikal strålebredde. Denne er normalt satt i
mellom 20 og 30 grader. Dette er for å kompensere for krengning og
trim samt at vi ønsker å oppdage mål nært båten og mål lengre
unna.
43)
Hva vil forskjellen i horisontal strålebredde være på en S-bånd radar
og X-bånd radar, begge med antenne på 2.4 meter?
44)
Hvor mye energi sendes ut i den definerte strålens yttergrenser (3db) av en radar med 25 kW sender?
Vi forstår at ved -3db har vi en halvering i effekt. Effekten ved
strålens ytterpunkter blir da:
45)
Du har en radar med 10 kW sender. På 3 nm forventer du at det
ville være nok med 1kW for å detektere en stor bøye med
radarreflektor. Hvor stor demping ut fra senter av strålen vil kunne
18
aksepteres for å oppnå dette? Ville dette være utenfor eller innenfor
den strålebredden som vanligvis defineres?
(
)
Dette vil ligge utenfor den vanlige definisjon av strålebredde.
46)
Første sidelobe på en antenne er oppgitt til å ha en demping på
28db.
Hvor mye energi sendes ut hvis senderen har pulseffekt på 30 kW?
Energien utsendt hvis senderen har en pulseffekt på 30 kW blir da:
47)
Anta at du «eksponerer» en jernstang på 2 nm avstand.
Strålebredden er 1.5 grader og pulslengden 1.2 mikrosekund. Beregn
arealet som jernstangen vil representere på skjermen(m2).
48)
Forklar hvorfor vi kan si at peilenøyaktigheten til odder etc. blir 1/2
strålebredde feil.
Som vi vet klarer ikke radaren bare sende ut en hovedlobe i
pulsretning, men den vil ha flere sidelober hvor vi også får en
refleksjon. Det vil ikke være mye effekt i denne reflekterte pulsen
men dersom vi seiler nært land eller passerer bøyer/staker osv. vil
den bære nok effekt til at vi får ekko på skjermen. Ekko fra disse
sidelobene er ikke ønskelig og kan vises på skjermen som en sirkel
rundt båten. På grunn av effekten av strålebredden vil også
peilenøyaktigheten påvirkes. Gjengivelsen av odder o.l vil bli dradd ut
en
bølgelengde og vi vil da få en peilefeil tilsvarende stor.
19
49)
Hvor stor feil vil vi mest sannsynlig få i posisjon hvis vi bestemmer
denne med peiling og avstand til en odde?
Anta at avstanden er 8
nm, og oppgitt strålebredde er 1.6 grader.
Bruker formelen:
50)
Vi styrer mot to staker som står på hver sin side av leden (samme
avstand). Bredden på leden mellom de to stakene er 60 m. På
hvilken avstand vil vi kunne skille stakene som to uavhengige ekko
når vi regner en strålebredde på 1.4 grader?
Fra en avstand på ca. 1,33nm vil radaren klare å skille de to
stakene.
51)
Hvordan kan det oppstå radarskygge på en radarinstallasjon?
Slik som illustrert på bilde ser vi hvordan en radarinstallasjon kan
bli påvirket av radarskygge. Med dette begrepet mener vi områder
som ikke dekkes av radarstrålen på grunn av jordkrumning eller
landmasser som blokkerer radarens pulsutbredning. Skip som ligger
bak fjell f.eks. eller andre skip vil ikke kunne bli detektert.
Et annet problem kan være master eller skorsteiner som blokkerer
radiobølgene. En måte å komme rundt dette problemet er enten ved
å endre kurs nå å da for å sjekke om det er noe bak blokkeringen
eller å montere to antenner på forskjellige plasser å bytte mellom
disse.
20
52)
Gi eksempel på forhold som kan skape falske ekko.
Dette fenomenet kan kalles engler (eng; angels/ghost echo). Disse
oppstår vanligvis som følge av at radarpulsene reflekteres fra
nærliggende konstruksjoner, som f.eks. master, vinduer eller andre
ting om bord i båten.
Det har også vist seg at engler kan oppstå fra flokker med fugler
eller lokalt nedbør.
Passerer man en båt på nært hold kan dette vises som multiple ekko
og sidelober kan forsterke denne effekten.
53)
Hvorfor oppstår interferens på radaren, og hvordan kan dette unngås
å skape forstyrrelse i bildet?
Dersom man befinner seg i områder hvor det er mange skip som
benytter radar med tilnærmet samme frekvens eller en multippel av
denne kan dette registreres på radaren som kortvarige ekko som
beveger seg i et spesielt mønster.
Slike forstyrrelser kan effektivt elimineres ved å bruke
filtreringskretser (interference reject). Dette filteret sammenligner
ekkoets relative bevegelse i påfølgende sweep. Dersom bevegelsen er
ekstremt stor vil ikke ekkoet vises på skjermen. Det som kan være
skummelt å bruke dette filteret da man kanskje fjerner virkelige
ekko. Interferensen kan minimeres ved å endre på egen PRF.
På figuren under ser vi to kilder som sender ut bølger av samme
frekvens. Her er «peak» bølgetopp og «trough» en bølgedal. Som ser
vil vi få en utslokking av radiobølgen dersom en bølgetopp og en
bølgedal møtes, på samme måte får vi en fordobling av signalet
dersom to bølgetopper møtes. På bakgrunn av dette kan vi forstå at
det spiller en stor innvirkning på signalet mottakeren registrerer.
21
54)
På hvor lang avstand skal en radar i henhold til IMO kunne detektere
en lav kystlinje?
Med en 15m høy antenne skal radaren kunne detektere en 60m høy
kystlinje på 20nm. På samme måte skal den kunne detektere en 6m
høy kystlinje på 8nm.
22
Kapittel 2 -Maritim radar (Pulsradar)
55)
Tegn et enkelt blokkdiagram for en radar.
23
56)
Hva er funksjonen til triggerkretsen - tegn en triggerpuls.
Triggerkretsen blir også kalt utløseren. Denne skal produsere
regelmessige pulser for å starte sendeoperasjonen. Pulsene som
genereres har en viss frekvens. Denne kalles puls repetisjons
frekvens.
Vanligvis genererer triggerkretsen 3-4 forskjellige PRF. Den samme
triggerkretsen sørger også for at mottakeren starter tidsmålingen på
riktig tidspunkt.
Fra blokkskjema i oppgave 55 ser vi at triggerkretsen også styrer
STC. Dette for å gi den korrekte dempningsintervall. Dette fungerer i
praksis ved at brukeren velger området (range) og dette vil virke inn
på triggerfrekvensen (PRF) som igjen bestemmer maksimalavstanden.
Selve triggerkretsen er bygget opp av krystallstyrte oscillatorer som
styrer digitale kretser. For å redusere antall falske ekko kan
brukeren justere på PRF (litt).
24
57)
Hva er funksjonen til modulatoren? Tegn pulsform og noter
karakteristiske størrelser.
Modulatoren har i oppgave å forsyne magnetron med en høy negativ
spenning. Denne er oftest i størrelsesordenen 10-5Kv. Energi lades
opp i store kondensatorer og lades ut i det øyeblikket triggerpulsen
utløses. For hvert intervall slåes en elektronisk bryter opp og åpner
for at likespenning skal kunne lade opp kondensatorene. Når en
sendeperiode er over lukkes bryteren og lagret energi blir raskt
utsendt til magnetronen som genererer RF-Bølger.
25
58)
Hva er funksjonen til magnetronen? Tegn pulsform og karakteristiske
størrelser.
Magnetronen er den komponenten som genererer den høye negative
spenningen mottatt fra modulatoren og omgjør denne til en
radiofrekvens. Det finnes per dags dato mange forskjellige oscillatorer
som kan generere elektromagnetiske mikrobølger med en frekvens vi
finner i radiobåndet, men til maritimt bruk trenger vi magnetronen
som genererer den høye energien som vi trenger. En hulromsoscillator er den mest brukte av disse. Som vi vet trenger radaren
pulser med effekt på 2-500 kW. Den frekvensen som magnetronen
genererer avhenger av hulrommets fysiske størrelse.
Spenningen som trengs for at magnetronen skal fungere blir ført fra
modulatoren og inn på katoden (midterst i magnetronen). Det kreves
også en gløding av magnetronen som skal sørge for at hulrommet og
dermed også resonansfrekvensen skal holde noenlunde konstant. Det
tar en stund å gløde magnetronen og dette er grunnen til at man
må vente fra man starter opp Radaren til den er klar til bruk. Ved
første oppstart burde den gløde i 20-30 min.
Mens magnetronen er i drift blir det skapt varme. For at denne
varmen ikke skal påvirke effekten må man kjøle ned med kjøleribber og vifter. Anodeblokken/hulrommet som vi ser på bildet
trenger et kraftigmagnetfelt rundt seg for å gi ønsket utstråling,
derfor plasseres en kraftig permanent magnet rundt. Magnetronen må
ikke bli utsatt for andre magnetiske felt eller støt for å holde/gi
korrekt frekvens, derfor burde verktøy som brukes være u-magnetisk.
Levetiden på en magnetron sies å være 1000 timer, men varierer
etter bruk og belastning.
26
59)
Hva er funksjonen til en lokal
oscillatoren, og hva er konsekvensen av feil i denne?
Som vi vet må vi omforme mottatt RF-signal til et videosignal for å
få ønsket informasjon tilbake fra ekkoene. Det mottatte signalet må
da gjennom en transformasjonskrets eller miksekrets som det heter
for å redusere frekvensen på et innkommende signal slik at det
lettere lar seg forsterke. En slik krets ser vi på tegningen under.
Her ser vi at vi mottar et signal. Frekvensen på dette signalet
sammenliknes med en nærliggende frekvens generert av en
lokaloscillator. Etter at vi har sammenliknet disse bruker vi
differansefrekvensen (mellomfrekvens MF) mellom ekko og
lokaloscillatoren til videre forsterkning i mellomforsterkeren. Det er
vanlig at MF ligger mellom 30 og 60 MHz. Dersom denne
mellomfrekvensen blir noe større må den tunes enten automatisk ved
(AFC) eller manuelt.
60)
Hva er funksjonen til TR-celle /
sirkulator, og hva kan bli
konsekvensen hvis det er feil på
denne?
Når vi bruker bare en antenne
til både sending og mottak må
27
vi bruke en elektronisk eller kjemisk bryter. Denne bryteren sørger
for at pulsene blir sendt rett ut fra sender til antenna uten å gå via
mottakeren. Dette er i sendemodus. Når vi har sendt ut en puls
bytter bryteren fra sending til mottak slik at den mottatte pulsen
går rett fra antenna til mottakeren-delen. Dersom vi har en feil på
denne vil det resultere i at den store effekten utsendt fra senderen
vil gå inn direkte inn i mottakeren som er veldig følsom og bare skal
ta imot veldig små effekter i størrelsesordenen pikowatt. Det vil
resultere i at vi sprenger mottakeren.
Sirkulatoren derimot er montert som et kryss i bølgeleder og vil
redusere effekten mottakeren utsettes for.
28
61)
Hva er funksjonen til Time Base kretsen, og hva er konsekvensen hvis
det er feil på denne?
Timebase-kretsen tar tiden fra pulsen blir sendt til den blir mottatt.
Dersom vi ser på blokkskjemaet for radaren i oppgave 55 ser vi at
den for beskjed fra triggeren om å starte tidsmåling.
62)
Forklar hvorfor områdevelgeren griper inn i modulatorkretsen?
Spesielle egenskaper i modulatorkretsen styrer perioden som
modulatoren lader seg ut over, samt formen på utladningspulsen. Vi
ønsker en firkantpuls med en utstrekning som er representativ til
lengden på pulsen som sendes ut. Denne pulslengden vil på de fleste
radarer variere mellom 3-5 trinn. Ved å operere områdevelgeren
(range) vil pulslengden automatisk økes på lange avstander. Typisk er
en pulslengde mellom 0,08 og 1,5 mikrosekund.
63)
Forklar hva som skjer i radaren når den tunes, og hva kan forårsake
at den må tunes på nytt?
Som forklart i oppgave 59 har vi en lokaloscillator som vi
sammenlikner innkommende frekvens med. Denne frekvensen kalles
mellomfrekvens (MF) og som vi sa så er det vanlig at denne
arbeidsfrekvensen ligger mellom 30 og 60 MHz. Når vi tuner stiller vi
på frekvensen til lokaloscillatoren slik at vi får ønsket MF. Ettersom
magnetronen blir varm vil MF endres og vi må tunes lokaloscillatoren
på nytt.
29
64)
Hvilke kretser i radaren kontrolleres med AC-sea og AC-rain?
AC-Sea:
Dette står for «Anti-Clutter-Sea». Som vi kan forstå fra ordet er
dette en funksjon som fjerner eller minimerer støyet vi får fra
bølger. Som forklart om støy fra bølger tidligere vil vi ha mer støy
nærme båten. For å kunne justere hvor mye av regnet vi ønsker/ikke
ønsker å se må vi ha et filter som filtrerer bort denne støyen. Dette
filteret går inn i «IF-Forsterkeren», hvor signalet er
defrekvensiert/minket og mer bearbeidelig. Dette filteret fjerner
signaler som forekommer sporadisk, altså signaler som ikke dukker
opp på forventet plass.
AC-Rain:
Dette står for «Anti-Clutter-Rain». Som vi forstår er dette en
funksjon som fjerner eller minimerer støyet vi får fra regn. Som
forklart tidligere reflekterer regn mye av effekten og jo nærmere
pulsen er fra båten jo mer effekt må bli reflektert. Som forklart
tidligere har vi en funksjon som heter STC (Sensitivity time control).
Dette ligger finner vi igjen i blokkskjemaet som «swept gain». Denne
funksjonen øker sensitiviteten eller deteksjonsterskelen om du vil
ettersom tiden går slik at vi holder støyen konstant og ikke veldig
stor nær båten. Denne kan vi justere som vi vil, men det er viktig å
huske at vi kan risikere å fjerne mål vi ønsker å se.
Figur 1: Her ser vi hvordan deteksjonsterskelen minker med tiden
30
65)
Hva er funksjonen til MIC i radarens mottakerdel?
MIC står for microwave integrated circuit. Funksjonen til denne er å
redusere innkommende frekvens-signal slik at det lettere lar seg
forsterke.
66)
Hvorfor benyttes bølgeleder og ikke vanlig koaksialkabel mellom
sender og antenne på X-band radar?
For en vanlig koaksialkabel vil vi normalt ha et tap på 0,08db/m,
mens hvis bruker en bølgeleder vil vi ha et tap på 0,04db/m, altså
dobbelt så mye tap i en koaksialkabel enn en kobberleder. Dette vil i
midlertidig bare gjelde x-bånd radar fordi frekvensen vil ligge vært
radarbåndet.
67)
Hvor mange driftstimer kan man forvente at en magnetron vil virke
med full effekt,
og hva kan gjøres for å sjekke dette?
Levetiden til en magnetron vil normalt ligge på noen 1000 timer, men
dette tallet varierer etter belastning. For å sjekke tilstanden til
magnetronen kan man kan man bruke timeteller som viser antall
timer i bruk (gjelder også i stand-by modus). Når man er ute på
båten kan man også bruke et instrument for å måle
magnetronstrømmen. Dersom man logger denne over tid vil man få
en god indikasjon på mangetrones tilstand. En annen måte å måle
tilstanden på er ved å bruke en glimlampe foran bølgelederen. Hvis
det utstråles høyfrekvent energi vil lampen lyse.
68)
Hvorfor kreves det en viss oppvarmingstid før radaren kan slås over i
sending?
Grunnen til dette er at magnetronen trenger en hvis tid for å
varmes opp. Som vi vet fungerer en magnetron ved at man sender
en høy negativ spenning inn på en katode. Det tar en tid før denne
blir varm nok. Når den har fått rett temperatur vil den avgi
elektroner. Disse elektronene vil da søke utover mot anoden, men
kommer i kontakt med det magnetiske feltet rundt magnetronen og
vil bli «låst» fast og begynne å vibrere. På bakgrunn av dette
skjønner vi at vi må la magnetronen bli oppvarmet før den kan
fungere tilstrekkelig.
69)
Hvilke komponent i radaren krever at den plasseres i god avstand fra
magnetkompasset?
Magneten til magnetronen som jeg forklarte i oppgaven over er veldig
sterk. Dersom denne plasseres nært en magnetkompass vil det ikke
være til å stole på.
70)
Beskriv fordeler og ulemper med «upmast tranceiver».
Med upmast transiver mener vi en sender og mottaker som er
montert oppe i masten nærme selve antennen. Som jeg har forklart
tidligere i oppgaven har vi mye tap i bølgeledere og koaksialkabler.
Ved å plassere sender og mottaker så nært som mulig antenna
31
minimerer vi tapet mellom transiver og antenne. På en slik måte
trenger man bare å sende videosignalet ned til PPI’en.
Ulempen med en slik kobling er at det er veldig vanskelig og farlig å
drive vedlikehold eller bytte komponenter samt feilsøking.
32
71)
Forklar hvorfor vanninntrenging i bølgeleder kan svekke eller ødelegge
radaren.
Inni selve bølgelederen er det en blankpolert flate. Dersom det
komme vann inn i denne vil vi få korrosjon inni lederen og dette vil
føre til forstyrrelser i bølgeforplantningen, som igjen fører til stort
tap og man kan kjenne varmeutvikling på steder hvor det samles
fuktighet.
72)
Hva kan være grunnen til at styrestrek ikke stemmer med skipets
heading?
Dersom synkroniseringen mellom antennen og displayet ikke er riktig
innstilt kan man få avvik mellom prosjektert og faktisk kurs.
73)
Hva benyttes Performence Monitor til?
En performance monitor er en liten mottaker som registrerer det
utsendte signalet fra radaren og overfører det til displayet slik at
brukeren kan følge med hvor mye effekt som blir utsendt.
74)
Hvorfor kalles de vanligste radarantennene for Slotted Waveguide?
En antenne for slottet waveguide, kalles også en spaltet bølgeleder
(SWG). Utformingen av en slik antenne vil være gitt av ønsket
strålingskarakteristikk.
Som vi har forklart i tidligere oppgaver ønsker vi å ha en lavest
mulig strålebredde i asimut, mens en vinkel på ca 20 -30 i
vertikalplanet. På bakgrunn av dette ble antennen med spaltet
bølgeleder utviklet.
Selve prinsippet bak en slik antenne vil være at det dannes en dipol
ved hver spalte i bølgelederen. Hver av disse dipolene blir
sammensluttet til en stråle. Den horisontale strålebredden vil
reduseres ved antall dipoler og da hver av spaltene ligger ½
bølgelengde fra hverandre vil en lengre antenne få en mindre
strålebredde og at lengre bølgelengder krever en lengre antenne for å
få samme strålebredde.
Som vi ser på bilde er
spaltene skjært med
vinkler. Vinkelen til hver
av spaltene er med på å
gi antennen en viss
båndbredde, og dette vil
gjøre det enklere å tune
radaren samtidig som den
kan benyttes med
magnetroner som ikke har
nøyaktig samme frekvens.
Denne skråstillingen av
spaltene gjør også at
resultantstrålen ikke vil
være 100 % vinkelrett på
33
fronten til bølgelederen. Vinkelen på spaltene avgjør da altså
båndbredden og når spalteavstanden er forskjellig fra ½ bølgelengde
vil utstrålingen være litt forskjøvet fra antenneperpendikulæren.
75)
Hva er ulempen til mikrostrip antenner som vi ofte finner på
småbåter?
76)
Tenk deg en radar med sendefrekvens på 9400 MHz, og
mellomfrekvens på 60 MHz. Frekvensen på senderen økes så med
0,6 % pga. oppvarming i magnetron. Hva vil dette bety for
mellomfrekvensen, hvis ikke lokaloscillatoren justeres tilsvarende?
Vi har til å begynne med en sendefrekvens på 9400 MHz (MF=60 MHz)
når sendefrekvensen økes med 0,6 % får vi en sendefrekvens på 9964.
Antatt at lokaloscillatoren gir en frekvens lik 9340 MHz til å begynne
med vil det etter oppvarming være en MF=9964-9340MHz=624MHz.
Som forklart tidligere i oppgaven ønsker vi 30MHz<MF<60MHz og vi ser
at i dette eksempelet er vi langt over denne grensen. Her må vi tune
radaren for å få en skikkelig forsterkning og bilde.
77)
Hvordan kan du sjekke om miksekrystallene er i orden?
Dersom man merker et støyende bilde kan dette bety at
miksekrystallene er defekte. Dette kan komme av at energi fra
senderen slipper gjennom T/R-cellen. På noen radarer finnes
måleinstrumenter for å sjekke om miksekrystallene er i orden. Siden
disse krystallene er dioder kan man teste integriteten ved å måle
motstanden i lede- og sperreretningen. I sperreretningen skal
motstanden ligge på ca. 20
og i lederetning 200-300 .
78)
Forklar hvordan gainkontrollen virker, og i hvilke kretser den griper
inn 1.
Denne kontrollen regulerer forsterkningen av det innkommende
radarsignalet. Denne kontrollen burde stilles inn slik at man får med
de svakeste ekkoene som er ønskelig. Dette gjøres ved å justere opp
til man ser svakt sjøstøy. Dette kontrollen griper inn i IFForsterkningen i kretsen.
79)
Hva skjer hvis mottageren går i «metning».
34
80)
Vis med en skisse hvordan det analoge radarsignalet fra et sweep blir
digitalisert.
35
81)
Forklar hvordan mottaking av polare (vinkel, avstand) signaler
konverteres til
kartesisk system (raster scan).
Dette gjøres ved at man legger den digitaliserte videoen inn i en
minne-matrise hvor informasjonen fra forskjellige retninger legges inn
med peileoppløsning på ca. 0,1 . Etter plassering i den digitale
matrisen må den informasjonen som er gitt av peiling og avstand i
et polart system konverteres til et kartesisk koordinatsystem. Denne
prosessen kalles vanligvis «scan conversion».
82)
Hva er fortrinnet til en raster scan skjerm fremfor en eldre PPI?
En raster scan skjerm er en rektangulær skjerm i motsetning til PPI
som er sirkulær. Fortrinnet til en raster scan skjerm ligger i at den
vil kunne representere mer lyssterke ekko, da ekko belyses for hvert
scan på skjermen og ikke kun hver antennerotasjon slik som hos
PPI’en.
83)
Hva menes med echo averaging, og hvorfor gjøres dette?
Echo average kalles også scan correlation. Dette vil si
ekkoene for å få et mer stabilt og støyfritt bilde. Når
denne typen teknikk bør man være oppmerksom på at
vil være litt på etterskudd. Dette vil virke negativt på
fartøyer.
84)
at man midler
man bruker
presentasjonen
hurtiggående
Hvor stor skjermdiameter kreves for at en radar skal kunne
godkjennes som ARPA?
For å gå godkjenning som ARPA må effektiv skjermdiameter være
minimum 340mm eller 16 tommer, men hos hurtigbåter kan denne
være noe mindre.
85)
Gi en kort forklaring hvordan en fargeradar fungerer?
En fargeradar er en radar som viser farger. Disse fargene kan man
forandre, men dette bør gjøres med forsiktighet, særlig om natten.
Dersom man har et grønt radarbilde med høy lysintensitet vil dette
påvirke øyet i så grad at når man ser bort fra skjermen og ut i
farleden kan hvitt lys virke som om det er rødt. Dette kan man
skjønne kan skape farlige situasjoner, spesielt hos hurtiggående
fartøyer.
86)
Hvilke instrumenter må tilkobles en radar for at den skal fungere i
true motion som ARPA?
For at radaren skal kunne fungere som ARPA og «true motion» (TM)
må den være tilkoblet et kompass. på større skip er dette
ensbetydende med gyrokompass, men på mindre skip er elektroniske
kompass av flux-gate og piezo elerktriske element stadig blitt
vanligere. Siden det er krav til fart må man også ha en GPS
tilkoblet. Kravet her beskriver fart gjennom vannet og da må man
også ha elektromagnetisk logg som kan låses til vannsjikt like under
skipet.
36
87)
88)
Hva menes med interswitch?
Som vi kjenner til kan man se både 3-cm-radar og 10cm-radar på
en skjerm. Man kan også legge ECDIS under radarbilde. For å få til
dette trenger man en spesiell vender for å velge hvilke
sender/display kombinasjoner som skal benyttes. En slik vender kalles
en interswitch.
Hvilke fortrinn vil en X-band radar ha i forhold til en S-band?
X-bånd radaren har som sagt en bølgelengde på 3 cm kontra S-bånd
radaren som har en bølgelengde på 10 cm. Dette blir henholdsvis
9000 MHz og 3000 MHz. Det som vil avgjøre bruksområdet til disse
forskjellige båndene er:
Frekvensområdet vil avgjøre radarpulsens utbredelsessignaler. Jo
høyere frekvens (kortere bølgelengde) jo mer blir pulsen dempet
av regn, snø, osv.
Dette betyr at 3cm vil få større demping i dårlig vær.
God peilenøyaktighet og antenneforsterkning er avhengig av at
antennelengden er stor i forhold til bølgelengden.
For at målet skal gi et godt ekko bør målets dimensjon være
større enn bølgelengden.
Fra dette skjønner vi at vi ikke (ved hjelp av en antenne) kan få i
pose og sekk. Valg av radar må gjøre ut fra bruksområdet. En 3-cm
vil kunne se små gjenstander bedre (på henholdsvis korte avstander).
Mens en 10-cm vil ha større
. En 3-cm radar vil kunne ha en
tilfredsstillende peilenøyaktighet ned mot 1 med en 200 cm (6-fots)
antenne som veier ca 50-60kg. Dersom vi ønsket samme ytelse på en
10-cm radar måtte den ha antenne-dimensjon på 600cm (18 fot). Vi
skjønner at denne dimensjonen er for voldsom og en mindre antenne
går på bekostning av ytelse.
Fortrinnet til 3cm kommer til liv i trange farvann hvor man ønsker
god peilenøyaktighet og en god deteksjon av små objekter. Problemet
med den vil som sagt ligge i at den lett blir påvirket av støy i
forhold til vær og bølger.
89)
Hvilke data kan overføres fra en radar til et elektronisk kartsystem.
Vanlige dataoverføringer fra en radar til ECDIS vil være plottedata.
Disse dataene inneholder posisjon, kurs og fart.
90)
Hva er et NMEA-telegram. Og hvilke data kan tenkes å overføres til /
fra radaren på denne måten?
Et NMEA-telegram er en kodet beskjed sendt fra en komponent til en
annen. Disse kodete beskjeder kalles strenger, og disse kan inneholde
all slags data. F.eks. fartsinformasjon fra ekkolodd eller GPS-data fra
antenna.
Til/fra radaren vil det bli overført informasjon om posisjon, kurs,
fart, dybde, vind, temperatur og rorvinkel
37
91)
Hva menes med Echo Trail?
Med Echo-Trail mener vi at radaren har en innstilling hvor vi kan
følge et måls bevegelse. Dette vil vises på skjermen som en sti bak
målet.
38
92)
Gjør rede for prosedyrer som må følges hvis det skal gjøres feilsøking
eller vedlikehold på radaren.
Som forklart i oppgaven under.
93)
Gjør reder for fremgangsmåten for å starte feilsøking på radar.
Som vi har forstått i løpet av oppgaven er en radar en relativt
komplisert sak med mange forskjellige elektriske og mekaniske
komponenter. Som også nevnt har noen av disse komponentene en
forventet levetid og vi må komme til å trenge å bytte noen av disse.
De elektroniske kretsene vil som oftest være bygget opp av mange
små kretskort og det er sjeldent noe vits i å se på komponentene i
hvert lille kretskort, men heller bytte ut hele kortet. Så feilsøking
her vil dreie seg om å finne ut hvilket kretskort som er gåent. Når
vi skal feil-søke og vedlikeholde radaren burde man ha god forståelse
om hvordan komponentene fungerer og hvordan de forholder seg i
forhold til hverandre. Man må også forstå kretstegninger og
blokkdiagrammer. Lokalisering av feil kan gjøres systematisk ved hjelp
av feil-finning-diagrammer eller av tekstmenyen på skjermen. Når
feilen er funnet vil man så trenge å vite om man kan utbedre feilen.
En smørbrødliste for feilsøking av radaren:
1. slå på radaren etter operasjonsmanualen, med alle kontroller i
riktig stilling. Finnes skjulte brytere f.eks. i transiver burde disse
sjekkes.
2. undersøk alle sikringer med ohm-meter. Er noen sprengt burde de
byttes med noen med høyere ampere. Tenk også over hva grunnen
til at de sprengtes kan være.
3. Sjekk om radaren sender ut høyfrekvent puls. F.eks. ved hjelp av
glimlampe, performance monitor eller internt måleinstrument.
4. undersøk radarens interne analysemuligheter:

Innebygget måleinstrument for testing

Innebygget tekstmeny (kan fastslå feil i kretser og funksjoner).
94)
Du har feil på radaren. Det er kun en lysende prikk i sentrum av
bildet – alt annet virker normalt. Hva kan feilen være?
Sannsynligvis en feil i timebase-kretsen. Retning-signal giver i
antenne kan også være feil.
95)
96)
Du har feil på radaren. Du har svakt eller ikke signal på skjermen –
ellers alt som normalt. Hva kan feilen være?
I senderen kan dette mest sannsynlig være sveket magnetron eller
modulator. Hvis dette er i orden kan det tyde på mikseren ikke er i
stand til å tilpasse riktig mellomfrekvens. Dette kan komme av skade
eller lekkasje på bølgeleder eller rotating joint. Dette kan testes med
glimlampe når føder til SWG er løst fra. Kan også være is eller snø
på antennefronten.
Det er ingen ekko eller sjøstøy nær skipet. Hva kan feilen være?
Trolig veil på T/R-cellen eller limiter. Det kan også være feil på STCkretsen
39
97)
Vektorer på plottede ekko er åpenbart feil og ustabile. Hva kan feilen
være?
Feilen kan her ligge på det tilkoplete utstyr som logg og kompass,
eventuelt i interface-kort. Ved å legge inn manuell fart kan man
sjekke om feilen ligger i loggen. Finnes slike feil vil alle ARPA data
bli feil, samt at peilinger for sted-festing blir feil.
98)
Hvorfor bør men jorde kroppen sammen med kabinettet hvis man
skal skifte et kretskort i radaren?
Dette for å lede strømmen gjennom kroppen.
99)
Gjør rede for det vanligste vedlikehold som kreves på en vanlig
maritim radar.
-
100)
Rengjøring av skanner og indikator.
Luftfilter i pedestal på indikator.
Ettersmøre antennens smørepunkt.
Etterse reim og tannhjul på girboksen.
Etterse pakningene på gearboksen
Sjekke koblingsbrett og jordingspunkt.
Diskuter forhold som har betydning for strålefaren fra en antenne.
Forhold med betydning for strålingsfare:
Tid med eksponering.
Avstand fra antenne.
Antenne gain.
Antenne effekt
40
101)
Beregn fareavstanden fra en radar med følgende data; Pulseffekt =
10 kW, PRF = 1200, pulslengde = 0,3 mikrosekund, antenne gain = 29
db. Grenseverdien settes som 137 V/m.
Omgjør forsterkningen til en lineær størrelse:
Beregner så radarens midlere effekt:
Finner videre feltstyrken E:
(
)
(
Vi får da en fareavstand
)
på:
41
102)
De fleste land mener 100 W/m2 er et ufarlig strålenivå. Hvor langt
må vi være fra en 25 kW sender med 8 fots antenne for å ikke
overstige dette.
I følge en tabellen utarbeidet av furuno (se tabell under) er trygg
avstand (ufarlig strålingsnivå) fra en radar med 8 fots antenne og
sender på 25 kW i verste fall 0,6m.
42
Kapittel 3 – Bruk av radar i navigasjon og planlegging av seilas
103)
Beskriv oppstarts-prosedyren for radar til det fremkommer ønskelig
og pålitelig bilde på skjermen.
1.
On/Off: Knappen trykkes inn for å starte radaren. Det blir tilført
en spenning til magnetronen som begynner å varmes opp. Vanlig
er 3 minutter oppstart/oppvarmingstid. Dette er for at
magnetronen trenger rett temperatur før vi har stabile
frekvensutsendinger. Når radaren er klar til bruk vil den
automatisk gå over i stand-by modus. Stand-by indikator er da
tent. Dersom man nettopp har slått av radaren og trenger å
bruke den igjen vil magnetronen være varm og trenge ingen eller
mindre oppstarts-tid. Det er mulig å overstyre oppstartstiden, men
man vil da ikke få et godt radarbilde. Når man ikke bruker
radaren kan det være lurt å sette den i stand-by da
strømforbruket vil være minimalt.
2. Stand-by/Transmit: Vender som bytter fra stand-by modus til
sendemodus. Når magnetronen er ferdig oppvarmet kan vi skru
radaren i sendemodus. Det kan være verdt å merke seg at selv
om radaren står i stand-by vil magnetronens levetid fortsette å
minke. For å unngå dette problemet må man slå av radaren.
3. Scanner on/off: Knapp som slår på rotasjonen til antenna. Dersom
denne er av må den slåes på for å få 360 representasjon av
omgivelsene. Dersom man skal tune radaren før bruk kan det være
lurt å slå av rotasjonen i en retning hvor man forventer å få
gode ekko.
4. Tuning: Denne funksjonen har blitt forklart tidligere. Denne
kontrollen setter forholdet mellom frekvensen på det innkommende
signalet og lokal-oscillatoren. Forholdet mellom disse kalles
arbeidsfrekvensen eller mellomfrekvensen (MF). For at
mellomforsterkeren skal få ønsket arbeidsfrekvens bør forholdet
mellom lokal-oscillator og det innkommende signal ligge mellom 30
og 60 MHz. På moderne radarer vil man ha en automatisk tuning
kontroll (AFC) som vil gjøre denne jobben for oss. Man bør være
obs på at magnetron-temperaturen kan øke og dermed endre
frekvens på det innkommende signal. Dette vil føre til at man må
etter-tune radaren.
5. Gain: Denne kontrollen regulerer forsterkningen på det
innkommende signalet. Gain burde justeres slik at man får inn de
svakeste ekko som er ønskelig. Vanlig vil være å justere opp til
man ser litt sjøstøy.
6. Range: Denne kontrollen lar brukeren justere området som skal
representeres på skjermen. Når vi justerer på range endrer vi
også på pulslengde, sende-effekt, puls repetisjonsfrekvens og
avstandsringene. Denne kontrollen bør justeres etter
forholdene/omgivelsene rundt båten. Er man på kystseilas burde
man ha kort avstandsområdet og motsatt på havseilas.
43
7. Kort/lang puls: Som forklart om range vil pulslengden variere ut
fra hvilket avstandsområdet vi har valgt. Dette skjer automatisk.
Vi vil også ha mulighet til å variere pulslengden manuelt ved hjelp
av knapper. Dersom vi ønsker å øke den gjennomsnittlige effekten
kan det være aktuelt å øke pulslengden. Dette kan være aktuelt
dersom man vil detektere et svakt ekko fra en kystlinje på lang
avstand. Det kan være verdt å merke seg at ekkoer blir mindre
detaljerte (dårligere oppløsning) dersom vi velger lang puls. Å velge
lang puls vil også bidra til å øke støy fra sjø og regn.
8. Anti-Clutter Rain/Fast Time Constant (FTC): Denne kontrollen
filtrerer bort ekko som ikke oppstår på samme plass. Dersom det
regner mye må denne kontrollen stilles ganske høyt og vi kan
risikere å filtrere bort ekko fra mål vi må «se».
9. Anti-Clutter Sea/Sensitivity time control (STC): Denne kontrollen
øker sensitiviteten på mottatt signal som en logaritmisk funksjon
av tiden.
Samlet gjør alle disse kontrollene at vi får et best mulig radarbilde.
104)
Hvorfor kan det være gunstig å ha gain, brilliance og clutter
kontrollene nedskrudd ved oppstart av radar?
Gain-kontrollen regulerer som sagt forsterkningen på det
innkommende signalet. Brilliance-kontrollen justerer lysstyrken på
billedrøret. Clutter-kontrollene filtrerer bort støy fra sjø og regn.
Når vi gjennomfører oppstart på radaren burde alle disse være skrudd
ned. For brilliance er dette for å sikre en minimal belastning på
systemet. Ved å ha denne lav ved oppstart sørger vi for å forlenge
levetiden på billedrøret.
105)
I hvilke tilfeller kan det være aktuelt a benytte lang puls? Kan det
være ulemper med å benytte lang puls?
Pulslengden velges automatisk etter hvilket avstandsområdet
operatøren velger, men brukeren kan også velge mellom lang og kort
puls. Dersom vi velger lang puls vil vi øke gjennomsnittlig effekt
utsendt av radaren og vi vil da kunne dra opp mindre ekko over
deteksjonsterskelen. Ved å velge lang pulslengde vil oppløsningen bli
redusert og minimumsavstanden øker, samt støy fra sjø og regn vil
bli mer synlig.
44
106)
Hvordan vil echo trails vises i true motion når radaren er stabilisert
ved hjelp av GPS?
«echo trails» er en funksjon som
lar operatøren se en etter-glødning
av foregående ekko på skjermen.
Dette etter-glødningen vil ha
svakere lysstyrke enn det ekkoet
som kommer inn. På denne måten
kan brukeren få en hvis indikasjon
på hvordan bevegelsesmønster et
annet skip har uten å bruke ARPA.
På bilde til høyre ser vi et
radarbilde hvor radaren bruker
funksjonen «echo trails». De hvite
prikkene er den relative posisjonen
til et skip og vi kan se at den har
en «hale» bak seg. Denne halen vil
være representativ med båtens tidligere relative posisjon. Vi kan
justere på lengden til halen. Ved å benytte «echo trail» i «true
motion» når radaren er stabilisert ved hjelp av GPS vil vi da få en
veldig lettlest informasjon om målet/målenes bevegelse.
107)
Hva er forskjellen på å benytte echo stretch og long puls?
«echo stretch» er en funksjon som kan benyttes for å strekke
ekkoene i lengderetning fra eget skip. Dette kan være nyttig for
lettere å overvåke små mål. Denne effekten får vi når vi benytter
lang puls fra senderen.
108)
Hva er hensikten og mulighetene ved å benytte echo average?
«echo avrage» er en funksjon som foretar en midling av mottatte
ekko. Dette betyr at den sammenlikner ekko fra flere scan. På denne
måten vil vi få et mer støyfritt bilde, men man skal være
oppmerksom på at ekko vi ønsker kan gå tapt. Denne funksjonen er
ganske treig og det kan gå så lenge som 15 sekunder før vi får
representert et sikkert ekko.
109)
Hva menes med second trace echo ?
Denne funksjonen benyttes når ekko fra foregående puls reflekteres
fra tvetydighetsområdet. Med «second trace echo» funksjonen vil PRF
reduseres.
110)
Hvilke farer kan være beheftet ved å benytte anti clutter sea (STC)?
STC eller «sensitivity time control» er en funksjon som lar oss
redusere forstyrrelser fra sjø-ekko nær skipet. Når man bruker denne
funksjonen må man være obs på at ekko kan komme under
deteksjonsterskelen og vil ikke bli presentert på skjermen.
45
111)
Diskuter fordeler og ulemper ved bruk av automatisk clutter kontroll?
Slike systemer virker ved at man justerer den kontinuerlige
forsterkningen og signalbehandling etter de rådende signalforhold i
mottakeren. Den kan også analysere signalene fra hver sweep og
sammenligne disse. På denne måten vil tilfeldig støy filtreres bort. En
stor fordel med en slik funksjon er at man kan kombinere scan fra
både x og s-bånd og sammenlikne disse. Man skal imidlertid være
oppmerksom på at hurtiggående fartøyer kan bli filtrert helt bort. En
stor ulempe med denne funksjonen er at operatøren ikke får følelsen
for faren med å undertrykke støy samtidig som at ønskelige ekko
kan bli fjernet.
112)
Hvor stor feil i meter kan forventes ved avstandsmåling på 3 nm
avstandsområde?
Nøyaktigheten på avstandsmålingen er gitt som 1 % av
avstandsområdet. Så dersom vi har et avstandsområde på 3nm får vi
da en feil på:
113)
Hvorfor er det på alle radarer krav om å kunne fjerne
styrestrekinformasjon?
En styrestrek er en strek som viser skipets heading. Denne ligger i
lengderetningen til skipet og dersom man får et lite ekko rett forut
av båten vil styrestreken komme i veien for ekkoet. Operatøren burde
derfor fjerne denne streken av og til for å sjekke om det ligger noe
ekko under styrestreken.
114)
Forklar hvordan man ved hjelp av PI-linjer kan overvåke seilasen.
Med PI-linjer kan man sjekke om skipet holder planlagt
passeringsavstand i forhold til et punkt. Dette er elektroniske linjer
som kan vris med hjelp av en elektronisk kontroll. Linjer kan lagres
og hentes frem ved behov.
115)
Hvordan vil man kunne avdekke om radaren ikke måler riktig
avstand, som følge av feil innstil1ing ved montering?
Linjene avhenger av en elektrisk krets. Denne kretsen blir kalibrert
ved installasjon. For å sjekke at linjen er rette kan man
sammenlikne de med objekt som er rett. Dette kan være en kai. Hvis
streken er feil kalibrert vil den virke skeiv sammenliknet med kaia.
116)
Hvilke farer kan være forbundet ved å editere tekst og linjer på
radarskjermen?
Som vi kan forstå vil en skjerm full av informasjon i form av linjer
og tekst drukne den informasjonen radaren faktisk er bygd for,
nemlig å detektere mål. Mål kan bli mistet under en linje eller
46
tekstinformasjon
117)
Forklar hva som menes med; true- og relative motion, samt head-,
north- og course-up.
True motion: Når et bilde vises i True motion (TM) vil ekko av land
ligge stille på skjermen, og opp på bildet er nord. På denne måten
vil eget skip seile over skjermen og bevegelige ekko vil bli
representert med sin virkelige bevegelse i farvannet. Når eget skip
nærmer seg kanten av skjermen og på-tur ut av bildet vil radaren
oppdatere «posisjonen» vår slik at skipet vil flyttes på andre siden av
skjermen. For å bruke TM må man koble til en fartsgiver (ofte i
form av logg) og kompass. Man kan velge om man vil ha «North up»
visning. Denne typen visning kan man velge sammen med TM og man
vil da få (som vi skjønner fra navnet) Nord opp på skjermen.
Relative motion: I denne visningen vil egen skip stå fast i senter av
bildet, mens objekter rundt beveger seg relativt til eget skip. Dersom
man ikke har tilkoblet en gyro vil styrestreken alltid peke opp på
bildet, dette kalles for øvrig «Head Up». Relativ motion-presentasjon
blir ofte kalt ustabilisert og objekter vi får ekko fra vil ha en
bevegelse som tilsvarer motsatt kurs. Dette kan vi forstå som motsatt
av (TM), hvor båten flytter seg i forhold til ekko.
118)
Forklar hvordan performance monitor kan benyttes for å teste om
radaren er ok.
En performance monitor er en enhet som har til jobb å fortelle oss
om radaren utsender den effekten vi vil at den skal. Måten dette
gjøres på er ved å montere en mottakerdel nært antennen på
radaren. Denne mottakeren består av en føler som sender en video
til radarskjermen hvor den representeres og brukeren kan lese av
hvor mye effekt radaren utsender.
119)
Forklar hvordan du i åpen sjø, uten karakteristiske mal kan sjekke
om radaren er skikkelig tunet.
120)
Forklar minst 2 metoder for sted-festing med radar under kystseilas.
4-punktpeiling: Denne peilingsmetoden går ut på at man bruker en
elektronisk kurslinje (Electronic bearing line «EBL»). Ved hjelp av
denne funksjonen kan man strekke
en linje 45 relativt til skipet og
en linje 90 relativt til skipet.
Dersom vi starter loggeren i det et
objekt treffer 45 graders-linjen og
måler avstanden til objektet treffer
90 graders-linjen vil vi vite hvor
langt det er til objektet ved hjelp
av grunnleggende geometri: som vi
ser på figuren vil distansen seilt
mellom 45 grader og 90 grader
være like lang som avstanden fra
objektet til skipet når objektet står
47
90 grader-linja. På denne måten kan vi finne avstanden og peilingen
fra et objekt.
Peiling ved VRM: VRM står for variable range marker. Dette er en
sirkel hvor man kan justere radiusen. Ved å bruke denne metoden
kan man enkelt måle avstanden fra et punkt. Ved hjelp av EBL kan
man finne peilingen til objektet. Multipliser på 180 grader og du har
sann kurs til objektet.
121)
Nevn de viktigste feilkildene ved posisjonering v.h.a.
Radarobservasjoner nær kysten.
122)
Du går med 10 knop og skal planlegge en sving med konstant radius
på 1 nm. Hva blir da ROT?
123)
Nevn eksempel på hvordan radar kan benyttes for a kontrollere at
planlagt ROT følges.
124)
Du skal foreta en kursforandring på 80 grader. Hvor langt før
kursenes skjæringspunkter må du starte en sving med radius på 0,8
nm?
125)
Hvilke forutsetninger må være kontrollert hvis du skal benytte trialfunksjon
for å simulere / teste en kursforandring i trange farvann?
126)
Hvordan vil du innstille radaren for best mulig a kunne detektere
drivis?
127)
På hvor lang avstand kan du forvente å se en growler (liten del av
isfjell) på radaren i grov sjø?
128)
Hvilke type radar vil egne seg best for is observasjon, og hvorfor?
129)
Vil ising på radarantenne ha betydning på radarens ytelse?
130)
Hvordan kan radar benyttes inne i tett drivis for å finne den mest
effektive ruten gjennom isen?
131)
Hvorfor vil det være vanskelig å benytte automatisk plotting i tett
drivis?
132)
Hvorfor er det mulig å skille gammel is (f1ere år) fra års-is?
133)
Hvilke farer er beheftet med radarposisjonering nær kysten, når det
er is i farvannet?
48
Kapittel 4 - Radarplotting og ARPA
134)
Hvorfor kan det være fordelaktig å benytte 6-min. Plott ved manuell
plotting?
135)
Beskriv al1e sidene i fartstrekanten. Tegn skisse.
136)
Du går i 020 grader med 14 knop. Kl. 1200 har du et ekko i 066
grader, 7.5 nm. Kl. 1206 er samme ekko i 055 grader, 4.2 nm. Hva
er skipets kurs og fart?
Hva er relativ hastighet, og når tid vil vi ha skipet rett forut?
Beregn CPA og TCPA.
Kl. 1207 vil du forandre kurs for å øke CPA med 0,5 nm. Hva blir
din nye kurs?
Hva måtte du ha redusert farten til for å oppnå samme effekt som
med kursforandringen?
137)
Hvis du verken har ARPA, plotteskisse eller ref1eksjonsplotter
tilgjengelig, hvordan kan du da på radaren raskt sjekke om du er på
ko1lisjonskurs med andre fartøy ?
138)
Hvilke fartøy er pålagt av IMO og ha ARPA ombord?
139)
Hva menes med ARPA?
140)
Hvilke hovedkomponent skiller en ARPA radar fra en radar som ikke
har plottemulighet?
141)
Hvor lang tid etter indikasjon om New Target på ARPA kan vi forvente
stabile måldata?
142)
Hvilke grunnleggende innstillinger må vi sørge for er riktige for at
ARPA data
skal være pålitelige?
143)
Gi en kort forklaring på hvorfor plottedata \ gradvis vil bli forbedret
i løpet av de første minuttene etter måldeteksjon.
144)
Hvilke type fartsinformasjon er IMO krav på ARPA, og hvorfor?
145)
Hvilke plottedata kan avleses på ARPA hvis fartsinformasjon er tatt
fra DGPS?
146)
Hvordan kan vi på en ARPA radar plotte strømmens setting?
147)
Under hvilke forhold vil en liten instrumentfeil (kurs / fart) gi store
feilutslag på plottedata?
148)
Hva menes med Target Swop?
149)
Hvordan oppstår Target Overflow, og hvordan kan man omgå
problemet?
49
150)
Hvilke presentasjonsform av måldata og vektorer bør velges for å fa
en rask vurdering av kollisjonsfare?
151)
Hvordan defineres normalt område hvor ARPA skal starte målfølging?
152)
Hvorfor kan det være vanskelig å benytte automatisk plotting
innaskjærs på kysten?
153)
Redegjør for hvordan man kan ground stabilisere radarbildet uten
tilkobling av akustisk logg eller navigasjonssystem.
154)
Hvordan oppstår varsel om Lost Target?
155)
Hvorfor kan det oppstå avvik mellom History og Echo trails?
156)
Hva menes med Trial Maneuver, og hvilke data kan leses ut når man
benytter denne funksjonen?
157)
Hva menes med begrepet PPC?
158)
Hva er fordelen og ulempene ved å presente PAD på ARPA skjermen?
159)
Hva menes med CDP presentasjon, og hvilke fortrinn har denne
metoden fremfor konvensjonell
presentasjon av vektorer?
160)
Hva sier sjøveisreglene om plikten til å benytte radar, samt å ha
grundig kunnskap om radaren?
161)
Hva kjennetegner en typisk radarkollisjon (voksende sving)?
162) Hvilke radarfunksjoner kan være nyttige ved organisering søk og
redning (OSC)?
163)
Hvordan kan radaren optimaliseres for å detektere svake ekko, f.eks.
ved søk?
164)
På hvilken avstand kan vi forvente å se en livbåt på radar når var
antenne står
ca. 15 m over havoverflaten?
165)
Hvorfor er det viktig a benytte X-band radar ved søk etter livbåt og
flater?
166)
Gi en kort forklaring på virkematen til en SART.
167
Du har fatt melding å gå raskest mulig til et skip som er 30 nm
rett nord for din posisjon. Skipet går rett vest med 12 knop. Din
maks. hastighet er 18 knop. Hva blir «jaktkurs» og hvor lang tid tar
det å innhente skipet?
50
Kapittel 5 - Andre radarsystemer
168) Gi en enkel forklaring på hvordan man kan måle avstand med CW radar.
169)
Hvilke fortrinn vil en CW - radar ha fremfor en pulsradar?
170)
Hva menes med SAR i radarsammenheng?
171)
Hvordan er det mulig å oppnå smal strålebredde (noen få meters
oppløsning)
på satellittbasert radar?
172)
Lag en enkel skisse over hvordan en multipuls radar kan være bygd
opp, og forklar hvilke
fortrinn denne radaren har fremfor
konvensjonelle maritime radarer.
173) Gi en enkel forklaring på hvordan det er mulig å forme en
radarstråle ut fra en gruppe faste antenner.
174)
Gi en enkel forklaring på hvordan det er mulig å måle bølgedata
(høyde, retning, energi, etc.), v.h.a. radar.
175) Forklar hvorfor vi observerer racon kun i noen scan, og ikke
kontinuerlig.
176) Hva bestemmer rekkevidden på en racon, og hvor langt vil dette
typisk være?
177) Forklar hvorfor en radarreflektor normalt gir større ekko enn et
annet vilkårlig mål
med samme størrelse.
178)
Hvordan merkes racon og radarreflektorer på sjøkartene (lag skisse)?
179)
Hva betyr forkortelsen VTS?
180)
Lag en enkel skisse over hvordan et VTS system er bygget opp.
181)
Lag en enkel skisse over oppbygningen av en AIS transponder.
182) Hvorfor kan det være fordelaktig for VTS sentraler hvis skip er
utstyrt med AIS?
183)
Du mottar ekko fra et skip, samtidig som du mottar AIS data. Det
viser seg at det ikke er helt
samsvar i posisjonene. Hva kan
grunnen være?
184)
Hvilke rekkevidde vil AIS systemet ha?
51