1．引言
    船用雷達(dá)是一種傳統(tǒng)的無線電導(dǎo)航設(shè)備，在船舶近海定位、引導(dǎo)船舶進(jìn)、出港，窄航道航行以及在避碰中發(fā)揮作用。GPS導(dǎo)航儀在海洋船舶中已普遍使用，它與雷達(dá)相比具有、連續(xù)、實(shí)時、高精度、多功能等優(yōu)點(diǎn)。隨著海用信標(biāo)差分GPS（DGPS）基臺的不斷建立，可將使用GPS C/A碼的定位精度提高到米量級。因此，還可應(yīng)用DGPS或GPS導(dǎo)航儀來改善雷達(dá)的使用性能，測定雷達(dá)測距、測向精度，彌補(bǔ)雷達(dá)在避碰和錨位監(jiān)視等方面的某些局限性。

    2． GPS與雷達(dá)的定位與導(dǎo)航功能
    2.1 定位功能
    船用雷達(dá)發(fā)射無線電波，并接收該電波從目標(biāo)反射的回波，在顯示器上一目了然地顯示周圍物標(biāo)相對于本船的圖像。測定一個或幾個固定物標(biāo)相對于本船的方位和距離，可在海圖上作出船位。由此可見，雷達(dá)對于船舶在近岸海區(qū)或窄航道上安全航行發(fā)揮重要作用，特別是在霧航中更加顯示它的重要性。但是，由于受到雷達(dá)電波傳播的視距所限，探測物標(biāo)的距離通常只有幾至幾十海里，不能用于遠(yuǎn)洋定位。 GPS導(dǎo)航儀同時跟蹤3顆或4顆衛(wèi)星信號，測定到達(dá)衛(wèi)星的偽距，通過導(dǎo)航儀內(nèi)部計(jì)算機(jī)解算，實(shí)現(xiàn)實(shí)時、連續(xù)、、高精度定位，可彌補(bǔ)雷達(dá)不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)洋定位以及定位不連續(xù)、定位操作工作量大等缺點(diǎn)。
    2.2 導(dǎo)航功能 
    30m左右的中型*船?？紤]到

天津港冬季多大風(fēng)錨地?zé)o遮蔽，以及在海況好時的工作方便，可考慮配置1艘不小于40m的大型子母*船。天氣及海況不好時，可單獨(dú)執(zhí)行任務(wù)；海況好時，可將其攜帶的2艘高速艇放下，共同執(zhí)行任務(wù)。如子母船的設(shè)想不能成立，也可只配置1艘大型*船，另配置2艘高速艇。 無論任何型號的*船（艇），在設(shè)計(jì)上必須考慮到靠船的要求和*員上、下船的方便。
    2.3 對速度和操縱性能的要求

    *船在速度上不能低于16kn。 高速艇一般不能低于20kn。 從操縱靈活的要求出發(fā)，采用可變螺距船；駕駛操縱系統(tǒng)，應(yīng)以方便1人操作為原則；大型*船，還應(yīng)加裝首側(cè)推器。
    2.4 要配置*的雷達(dá)及通信設(shè)備 
    另外，船身應(yīng)為白色，并在明顯處標(biāo)注英文“*（PILOT）”。 
    以上僅是對*船提出一些的初步設(shè)想，根據(jù)規(guī)范化及大港口的要求來考慮，配置*船是非常必要的。 

    普通船用雷達(dá)要獲得航速、航向航跡等航行數(shù)據(jù)，需通過幾次定位，由人工標(biāo)繪實(shí)現(xiàn)。自動雷達(dá)標(biāo)繪儀（ARPA）雖然自動顯示上述數(shù)據(jù)，但存在跟蹤延遲和雷達(dá)、計(jì)程儀、羅經(jīng)等傳感器引入的誤差。另外，由于ARPA設(shè)備昂貴，不能在所有的船上安裝。 GPS導(dǎo)航儀采用現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，可實(shí)時計(jì)算并顯示航速，航向，航跡偏差，風(fēng)、流壓差，還具有設(shè)置航路點(diǎn)、計(jì)劃航線、顯示到達(dá)航路點(diǎn)的距離、時間等導(dǎo)航功能。

    3． GPS的避碰功能
    船用雷達(dá)測定海上運(yùn)動物標(biāo)和靜止物標(biāo)的距離、方位等相對參數(shù)，通過人工標(biāo)繪得到zui近會遇距離（CPA）和到達(dá)zui近會遇點(diǎn)的時間（TCPA）等避碰數(shù)據(jù)，駕駛員根據(jù)這些數(shù)據(jù)及時采取避讓措施。但是，有些物標(biāo)反射回波微弱，操作人員難以看清它們的回波圖像，ARPA有可能對它們漏跟蹤或錯誤跟蹤而不能提供避碰數(shù)據(jù)。在氣象條件惡劣時，出現(xiàn)嚴(yán)重的海浪回波干擾或雨、雪回波干擾，上述丟失物標(biāo)的現(xiàn)象時有出現(xiàn)。對于未露出海面的暗礁、沉船、淺灘等潛在物標(biāo)，雷達(dá)更是無能為力。根據(jù)海圖和航海通告事先查出在航線附近水面危險的小物標(biāo)和水下的潛在障礙物，把它們作為航路點(diǎn)在GPS導(dǎo)航儀中存貯，并根據(jù)障礙物和船舶狀況設(shè)置報警范圍。在航行中，駕駛員可以隨時檢查這些物標(biāo)相對于本船的距離和方位。一旦船舶進(jìn)入所設(shè)定的報警范圍的邊界，GPS導(dǎo)航儀立即發(fā)出報警，駕駛員作出避讓措施。

    4．GPS輔助雷達(dá)定位
    雷達(dá)定位的難點(diǎn)是正確識別物標(biāo)，對于不大熟悉雷達(dá)觀測的駕駛員更是如此。若用雷達(dá)觀測幾個比較接近的非獨(dú)立物標(biāo)，由于物標(biāo)回波圖像邊緣擴(kuò)大、失真等原因，這些物標(biāo)的回波圖像難以清楚分開，因而觀測雷達(dá)圖像找不出與海圖所對應(yīng)的物標(biāo)，或把一物標(biāo)回波圖像錯認(rèn)為另一物標(biāo)的回波圖像，獲得錯誤的雷達(dá)船位或造成不能允許的船位誤差。又由于在海圖上查找雷達(dá)回波反射點(diǎn)要耽誤時間，因而定位是不連續(xù)、不實(shí)時的，獲取船位的時間滯后于實(shí)測船位的時間。滯后時間的大、小與觀測者對雷達(dá)觀測的熟練程度有關(guān)。
    普通的GPS導(dǎo)航儀，除了直接存貯任一位置的經(jīng)、緯度以外，還可輸入當(dāng)前位置到達(dá)雷達(dá)測量位置的距離、方位，計(jì)算并顯示物標(biāo)的所在位置的經(jīng)、緯度。若把雷達(dá)測定的物標(biāo)的距離、方位數(shù)據(jù)迅速輸入GPS導(dǎo)航儀，根據(jù)它顯示的經(jīng)、緯度數(shù)據(jù)，可迅速在海圖上找到對應(yīng)的物標(biāo)，由此作出雷達(dá)船位。用此方法取得的雷達(dá)船位比用常規(guī)法作得的船位準(zhǔn)確、可靠，避免因識別反射物標(biāo)錯誤而引起雷達(dá)船位錯誤或偏差，標(biāo)繪所用的時間也可明顯縮短。如果將雷達(dá)測定的距離和方位數(shù)據(jù)通過接口和控制裝置輸入GPS導(dǎo)航儀，導(dǎo)航儀就不需人工干預(yù)直接顯示相應(yīng)物標(biāo)所在位置的經(jīng)、緯度。 

    5． 錨位監(jiān)視功能
    在船舶錨泊時，船用雷達(dá)可通過測定陸標(biāo)的方位和距離監(jiān)視本船的錨位偏離狀況，也可通過測定到達(dá)他船的方位和距離監(jiān)視他船的漂移狀況，一旦發(fā)現(xiàn)本船和他船走錨，便可采取相應(yīng)的措施避免發(fā)生事故。GPS的錨位監(jiān)視是以錨位點(diǎn)為中心，輸入的設(shè)定距離為半徑，一旦天線所在位置超出此范圍，即被認(rèn)為走錨而發(fā)出報警。監(jiān)控半徑大、小的選擇要根據(jù)GPS導(dǎo)航儀的定位精度、周圍環(huán)境及船舶狀況而定。由于GPS具有較高的定位精度，可以減小設(shè)置監(jiān)控半徑，提高監(jiān)控靈敏度。若采用DGPS可進(jìn)一步減小監(jiān)控半徑，提高監(jiān)控靈敏度。通常，GPS導(dǎo)航儀的zui小設(shè)置監(jiān)控半徑為0.1n mile。 雖然GPS不能監(jiān)視他船的錨移狀況，但對本船的錨移監(jiān)視具有不需通過測定物標(biāo)定位、監(jiān)視靈敏度高、快速實(shí)時等優(yōu)點(diǎn)。GPS與雷達(dá)相結(jié)合的錨位監(jiān)控手段，對防止大風(fēng)造成的損失可起到很大的作用。 

    6． DGPS測定船用雷達(dá)測向、測距誤差
    6.1 測定方法 
    在近海航行或錨泊的船舶，選擇一個獨(dú)立、顯著的固定物標(biāo)測定雷達(dá)船位，同時測定DGPS或GPS船位作為參考位置，通過在海圖上作圖可得到雷達(dá)距離測量誤差ε↓R和方位測量誤差ε↓B（如圖1所示）。圖中，T為物標(biāo)位置；R、G分別為雷達(dá)船位和DGPS（或GPS）船位；R↓r、R↓g分別為雷達(dá)船位和DGPS（或GPS）船位到達(dá)物標(biāo)的距離；α↓r、α↓g分別為雷達(dá)和DGPS（或GPS）得到的目標(biāo)方位角。顯然：ε↓R=R↓r-R↓gε↓B=α↓r-α↓g 。
    用GPS測定雷達(dá)的測向、測距誤差 更簡便的方法，是將被觀測物標(biāo)所在位置經(jīng)、緯度作為航路點(diǎn)輸入本船導(dǎo)航儀，導(dǎo)航儀自動計(jì)算到達(dá)物標(biāo)的距離和方位。將雷達(dá)測定的距離和方位值分別減以導(dǎo)航儀計(jì)算值，便可得到ε↓R和ε↓B。 選用不同的雷達(dá)量程，改變被測船位置，使被觀測物標(biāo)回波盡量接近顯示器熒光屏邊緣，以便測定雷達(dá)在不同量程上的ε↓R和ε↓B。若錨泊測定可多次獲取DGPS（或GPS）參考船位和雷達(dá)船位，計(jì)算ε↓R和ε↓B的平均值，以免單次測量的偶然性。
    6.2 測定精度
    根據(jù)海事組織（IMO）通過的關(guān)于船用雷達(dá)使用性能標(biāo)準(zhǔn)的A477（Ⅻ）協(xié)議，船用雷達(dá)測量位于顯示器邊緣物標(biāo)方位誤差不超過1°，利用距標(biāo)測量物標(biāo)距離誤差不超過量程R的15%或70m。因此，要求DGPS或GPS定位誤差引入的ε↓R、ε↓B的誤差δ↓R和δ↓B遠(yuǎn)小于上述雷達(dá)允許的測距和測向誤差。
    GPS在海上95%概率的徑向定位誤差為100m，而DGPS優(yōu)于10m。因此，用GPS或DGPS導(dǎo)航儀測定雷達(dá)測距誤差的精度δ↓R分別為100m和10m。前者在6n mile以上中、遠(yuǎn)量程上滿足δ↓R＜1.5%R的要求，后者在所有量程上滿足δ↓R＜1.5%R和70m的要求。 δ↓B的大、小與物標(biāo)至船位的距離R↓g和GPS的定位誤差d有關(guān)δ↓B≈5.73d/R↓g（°）。

    7． GPS與雷達(dá)配合應(yīng)用需注意的問題
    7.1 GPS導(dǎo)航儀的坐標(biāo)變換
    GPS的坐標(biāo)基準(zhǔn)是采用美國推出的1984年世界大地測量坐標(biāo)系（World Geodetic System），即WGS-84測地系統(tǒng)。因此，GPS導(dǎo)航儀的定位解算統(tǒng)一采用WGS-84地球橢球參數(shù)。對于上述GPS與雷達(dá)配合使用，要求GPS導(dǎo)航儀輸出結(jié)果與該區(qū)域的地圖采用一致的坐標(biāo)系統(tǒng)。只有這樣，才能取得吻合的坐標(biāo)值，不因所用的地圖（含海圖）與GPS的坐標(biāo)系不一致而引入系統(tǒng)偏差。實(shí)際上，由于歷史與地域等原因，目前各國地圖（含海圖）所采用的橢球和投影不盡相同，并非采用與WGS-84一致的坐標(biāo)系統(tǒng)。例如，我國現(xiàn)行地圖（含海圖）廣泛采用1954年北京坐標(biāo)系。BEJ-54，在我國本土上它與WGS-84在經(jīng)度與緯度方向誤差達(dá)到幾十米至一百多米。因此，在GPS導(dǎo)航儀中有必要將WGS-84系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成所需的各種坐標(biāo)系。