Uitleg van de principes, toepassingen en industrienormen van maritieme radar

Stel je voor dat je met beperkt zicht door dichte mist op open zee navigeert. Hoe kun je aanvaringen met andere schepen vermijden en veilig je bestemming bereiken? Maritieme radar, een technologie die tijdens de Tweede Wereldoorlog opkwam, dient als de "ogen en oren" van de maritieme navigatie. Deze uitgebreide gids verkent de maritieme radartechnologie, van fundamentele principes tot praktische toepassingen en wettelijke normen.

Het begrijpen van maritieme radar begint met het blokschema van het systeem. Hoewel de daadwerkelijke radarsystemen complexer kunnen zijn, geeft dit vereenvoudigde schema essentiële kennis over radarcomponenten, wat een basis vormt voor dieper leren.

Radarsystemen zenden elektromagnetische golven uit in pulsen in plaats van continue stromen. Deze pulsen hebben specifieke duur en herhalingsfrequenties, waarbij verschillende golfvormparameters de detectieprestaties beïnvloeden. Veelvoorkomende radar golfvormen zijn rechthoekige pulsen en lineaire frequentie-gemoduleerde pulsen.

Maritieme radar bestaat uit vier kerncomponenten die samenwerken om doelen te detecteren en weer te geven:

• Zender: Produceert hoogfrequente elektromagnetische pulsen - het "hart" van de radar.
• Antenne (Scanner): Zendt pulsen uit en ontvangt echo's - de "ogen en oren" van de radar.
• Ontvanger: Versterkt en verwerkt zwakke echo-signalen om doelgegevens te extraheren - het "zenuwstelsel".
• Display: Presenteert verwerkte informatie visueel voor interpretatie door de operator - het "brein".

De zender bestaat uit een voeding, vertragingslijn, modulator, trigger en magnetron. De trigger genereert pulsen die de modulator aansturen om hoogspanningspulsen te produceren, die de magnetron aandrijven om hoogfrequente oscillaties te creëren die via golfgeleider of coaxkabel worden uitgezonden.

De antenne zendt directionele pulsen uit en ontvangt echo's terwijl deze roteert met een vooraf bepaalde pulsherhalingsfrequentie (PRF) om de omgeving te scannen. Meestal gemonteerd op het hoogste punt van het schip (bijv. kompasdek) om obstakels te vermijden.

De ontvanger, bestaande uit een TR-cel, lokale oscillator, mixer, IF-versterker en video-versterker, versterkt zwakke echo-signalen en zet ze om in display-compatibele signalen door middel van versterking en demodulatie.

Traditioneel met behulp van kathodestraalbuizen (CRT), presenteren radar displays doelgegevens in een planpositie-indicator (PPI) formaat - een vogelperspectief. De elektronenstraal creëert radiale scanlijnen gesynchroniseerd met PRF, waarbij echo's verschijnen als heldere vlekken die doelen aangeven.

Radar berekent de afstand tot het doel door de tijd te meten tussen de puls-uitzending en de echo-ontvangst. Het scanpunt beweegt radiaal met de helft van de snelheid van elektromagnetische golfvoortplanting. Wanneer de schermrand wordt bereikt, heeft de golf tweemaal de afstand van de schermradius afgelegd. Doelen verschijnen als heldere vlekken op overeenkomstige afstanden, versterkt door afstandsringen en variabele afstandsmarkeringen (VRM) voor precisie.

De directionele antenne draait rechtsom (van bovenaf gezien) met 12-30 rpm. Het gesynchroniseerde display toont de richting van het doel als de hoek vanaf het midden van het scherm (0° bovenaan) tot de doelspot. Een vaste kopmarker geeft de koers van het schip aan.

Maritieme radar werkt voornamelijk in twee frequentiebanden met verschillende kenmerken:

Werkt op 8-12 GHz (meestal 9 GHz) met een golflengte van 3 cm:

• Voordelen: Hogere resolutie voor kleine doelen/clutterdetectie; compacte antenne geschikt voor kleine schepen.
• Nadelen: Korter bereik; grotere weersinvloeden (regen/mist).

Werkt op 2-4 GHz (meestal 3 GHz) met een golflengte van 10 cm:

• Voordelen: Groter detectiebereik; betere prestaties bij slecht weer.
• Nadelen: Lagere resolutie; grotere antenne.

Hoofdstuk V van het Internationaal Verdrag voor de beveiliging van mensenlevens op zee (SOLAS) schrijft voor:

• Schepen >300 GT: Eén 9 GHz radar plus ECDIS of elektronisch plotapparaat.
• Schepen >3000 GT: Extra 3 GHz radar en automatische radarplotter (ARPA).

Herzien door IMO Resolutie MSC.192(79) in 2004, belangrijke normen zijn onder meer:

1. Nauwkeurigheid: Afstandsfout ≤30m of 1% (wat het grootst is); richtingsfout ≤1°.
2. Resolutie: Afzonderlijke weergave voor doelen op 40 m afstand in bereik of 2,5° uit elkaar in richting.
3. Prestaties gehandhaafd tijdens ±10° scheepsrollen/stampen.
4. Indicatie gegeven wanneer geen doelen worden gedetecteerd.
5. Volledige werking binnen 4 minuten vanaf koude start; 5 seconden vanaf stand-by.
6. Vereiste bereikschalen: 0,25-24 zeemijl (aanvullende schalen toegestaan).
7. Minimaal twee VRM's met digitale uitlezingen die overeenkomen met de schaalresolutie.
8. Richtingsschaal buiten het displaygebied met 30° nummering en 5° gradaties.
9. Alarmen voor mislukte signalen/sensoren (gyro, log, richting, video, sync, koers).
10. Minimaal vier onafhankelijke parallelle indexlijnen met individuele bedieningselementen.