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用于动态定位操作的小型雷达传感器
国际海洋承包商协会(IMCA)是一个作为海上、海洋和水下工程公司代表的国际贸易协会。
IMCA通过出版信息说明、业务守则和其他适当手段，促进行业质量、健康、安全、环境和技术标准的改善。
成员通过IMCA适当的指引进行自我调节。他们承诺以负责任的成员身份行事，遵守相关准则，并愿意与客户保持沟通并接受客户的审计。
有两个核心活动涉及所有成员：
能力和培训
安全环境和立法
协会由四个不同的部门组成，每个部门针对成员的特定领域：潜水、海洋、近海勘测、远程系统和ROV。
另外还有五个地区部门，帮助处理相应地区成员的问题-分别是亚太、中北美洲、欧洲和非洲、中东和印度以及南美。
IMCA M 229
编写本报告是为了向IMCA成员概述和评估在动态定位应用中使用的Mini RadaScan位置参考传感器。迷你雷达扫描冠状雷达传感器系统在海上作业已经中得到了广泛的应用。
该文件的主要部分是由该系统的制造商-- Guidance Marine有限公司编写的。它涵盖了系统的组成部分，传感器设计，操作包括优点和缺点，维修和维护，应用和技术规格。
此处包含的信息仅供参考，并努力反映最佳行业惯例。为避免疑义，本文所载的任何指导/建议/声明均不承担法律责任。
copy; 2015 IMCA –国际海事承包商协会
1 序言
在海上安全的船舶操作需要可靠和稳健的定位方法。过去50年来，动态定位（DP）系统一直是渐渐发展的，今天，各种制造商制造的系统在世界各地都有销售。
每种测量技术都受到限制（即物理）和外部因素（例如信号阻塞，太阳活动，天气，海况，范围）的限制，这使得一项技术难以覆盖所有应用程序并提供不间断的服务。因此，DP的使用也伴随着国际公认的规则、标准和准则的发展。DP船的设计、建造和操作而增长。1、2、3
DP系统的发展促进了DP位置测量传感器的发展，随着技术的发展，DP位置测量传感器也越来越先进。在相对位置测量设备领域中，DP市场一般使用激光和微波传感器。4、5、6、7本文档介绍了Mini RadaScan产品，该产品是Guidance Marine提供的微波相对定位系统的一部分(详见www.Guide ance.eu.com)。
IMCA发布了用于动态定位操作的IMCA M 209 - RadaScan微波雷达传感器。 本文档提供Mini RadaScan系统的概述。
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1海事组织海事委员会巡回法庭。645.带动力定位系统的船舶指南
2 IMCA M 103.动态定位船的设计和操作指南
3 182 MSF.国际指南
4 IMCA M 170-船用激光定位系统综述.第1部分：MK IV扇束和第2部分：CyScan
5 IMCA M 174-A ReARTEMIS Mark V定位系统
6 IMCA M 209-RadaScan微波雷达动态定位传感器
7 IMCA M 224-半径相对定位系统指南
2术语汇编
CE--符合欧洲。 欧洲经济区（EEA）销售产品的强制性标志
Clutter--雷达信号返回到传感器
DAC--用于控制传感器的数模转换器仪表板图形用户界面
DGNSS--差分全球导航卫星系统
DGPS--差分全球定位系统
DP--动态定位
DSB--双频带DSP数字信号处理
EMC--电磁兼容
FCC--联邦通信委员会。它的功能是制定了在美国制造或销售的产品的电磁干扰准则
FMCW--调频连续波
FSK--频移键
GPS—全球定位系统
HPR--水声定位参考系统I / O输入/输出
IMCA--国际海事承包商协会
IMO--国际海事组织
IP--互联网协议
LAN--局域网
LED--发光二极管
Mrad--毫弧度
OSV--近海供应船
PCI--外围组件互连
PSK--相移键
PSV--平台支撑船
RAS--海上补给
RCS--雷达散射截面
Reflection--传感器从应答器接收的RF信号
Responder--安装在一个结构上的专用硬件单元，它从一个小型RADASCAN传感器重新接收其接收到的信号的调制版本。
RF--无线电频率
RX--接收射频信号
Series1--实现FSK-DSB的微型应答器
Series2--实现PSK-SSB的小型应答器
SSB--单边带
Target--来自应答器TX Tran发射的RF信号的经过处理和确定识别的返回
UL--美国保险商实验室公司（Underwriters Laboratories Inc.）北美领先的产品安全认证组织，其认证全球认可
UPS--通用电源
VFD--真空荧光显示
V1西格玛(1sigma;)标准差是用来量化一组数据值的变化量的一种度量方法。
3 概述
使用相对位置测量设备的DP系统已广泛应用于各种工业应用，在这些应用中，操作通常需要船只执行下列任一项：
“位置保持”；例如，在固定和移动装置上保持其位置以进行装载和/或卸载；
“跟踪和跟随”；例如保持相对于另一艘船只的相同航向和速度。
这些操作通常需要向DP系统提供亚米级精确的本地参考测量。Mini RadaScan传感器是一款基于微波的参考系统，其开发的精度可与激光系统相媲美，并且能够在任何存在大雾，大雨，雪，灰尘或蒸汽的可能会影响激光系统的性能天气条件下工作。
典型的船只将同时使用多个传感器。因此，每个传感器需要能够在不干扰或遭受来自其他传感器的干扰的情况下工作。8
Mini RadaScan系统建立在RadaScan的成功基础之上，是本地参考传感器技术的最新发展之一。Mini RadaScan比RadaScan更小更轻，从而使安装更加轻松快捷，同时在不影响精度的情况下提供关键的全天候操作。Mini RadaScan拥有与RadaScan相同的友好和熟悉的用户界面。
在文件的其余部分，除非另有说明，传感器一词将用于指Mini RadaScan单元。
IMCA M 199 –基于DGNSS的定位系统安装和维护指南
4组件
Mini RadaScan系统由三个主要组成部分组成：
用于检测和处理反射的传感器单元；
反映来自传感器的信号的响应装置；
用于使用仪表板软件配置和控制传感器的船用计算机。
系统组件如图1所示。
图1 Mini RADASCAN系统组件
5 特征
该传感器是一个低功率（1瓦）全天候FMCW雷达装置，在免许可证的9.25 GHz海上无线电定位频带内工作于100 MHz带宽。与固定天线设计不同，1Hz的频率并旋转的360°旋转天线在追踪F目标时提供无限制的船舶操纵性。该传感器通过检测安装在诸如石油钻塔等结构上的一个或多个ATEX认证响应者的反射来工作。
传感器计算发送到DP系统和仪表板的相对目标位置。
每个传感器可以检测到最多四个应答器。它们在专门为传感器设计的四个不同的频率信道中操作，并将唯一的识别码引入到反射中以允许明确的目标识别和鲁棒跟踪。每个应答器也可由多个传感器同时使用，该多个传感器允许多个船只同时从一组应答器获得位置信息。
有两种主要的操作模式：
单目标跟踪提供目标范围和方位测量。主要用于钻机，生产平台等固定结构应用场合;
多目标跟踪提供了目标范围和方位测量，也能够计算船舶航向。它主要用于船舶跟踪和跟踪等移动结构应用。一旦计算出有效的相对位置，传感器就会每秒生成一个标准DP报文，这与所有现代DP系统兼容。
5.1 系统优点
全天候作业；
唯一编码的响应者确保可靠的跟踪;
单一或多个应答能力；
自动目标检测；
全方位360°扫描，提供无遮挡的视野；
使用编码应答器使系统免于虚假反射影响干扰；
应答器经过ATEX认证确保本质安全；
兼容所有先进的DP系统；
多功能应答器适用于所有应用（电源电池组供电，电源供电，或充电电池）；
轻巧轻巧的设计，便于运输和安装；
简化维修和维护的模块化设计。
5.2 系统缺点
必须选择应答器位置以确保整个操作过程中维持瞄准线准确；
要求使用制造商自己的应答器；
与所有基于微波的传感器一样，如果不仔细遵守安装指令，海洋反射会在静止条件下产生问题。
6 安装
6.1传感器接线图
小型RADASCAN安装电缆布线如图2所示。
图2 Mini RadaScan组件电缆布线
6.2传感器布局
传感器的位置随着每个应用的不同而不同，因此以下信息作为一般性指导提供。
在平台供应船（PSV）上，传感器的典型安装位置位于驾驶室之上，这样可以清楚地看到后甲板区域或任何需要的操作区域。
图3 覆盖甲板区域的典型传感器安装位置
理论上，传感器应该如下安装：
检查舱口是否朝向船头（与操作区域相对），平行于船舶的前后中心线。任何与中线对齐的偏差都可以在仪表板软件中纠正（见6.4节）。
在目标的预期方向上保持畅通的视野；
高于海平面以防止淹没或浸没;
保持与任何在X波段工作的雷达系统在不同的垂直水平上（见11.1节）;
（安放在）在平坦，坚硬的水平表面上，要求能够支撑传感器重量并安装四个M12固定螺栓;
能够容易地访问连接面板和传感器信息显示；
足够高，足以与应答器平齐。
6.3应答器放置
为了确保系统的最高性能和发送到DP系统的相对位置数据的质量，应答器的位置，范围和方向必须进行优化。理想条件允许的情况下，应该如下安装应答器：
在允许的高度差范围内；
在允许倾斜范围内；
直接面对传感器；
永久固定。
此外，应在仪表板软件中配置传感器消隐区。遵循这些指导方针，应防止传感器从任何基于微波系统的金属表面检测到任何“重影”反射。
6.4校准
6.4.1校准传感器测量范围
传感器量程测量在工厂进行了校准，在安装或操作过程中不需要进行任何操作。
6.4.2校准传感器方位角
传感器单元在船上安装时，可能会在传感器和船舶中心线或航向轴之间产生方位角偏移。仪表板用户界面允许安装人员输入方位角的固定偏移量来进行补偿。
此更改需要维修服务，并且应在安装过程中由经过培训的人员执行。
在多目标跟踪模式下，DP系统可能要求报告的航向与机载陀螺仪一致。这必须通过Mini RadaScan用户界面9完成，并在开始任何DP操作之前重新执行。
6.4.3 应答器
应答器不需要任何校准步骤，并且一旦开机就可以立即使用。然而，操作员应该非常熟悉安装指南，以便最大限度地提高应答器从传感器的角度的可视性。
7 系统设计
7.1传感器属性
图4显示了Mini RadaScan传感器的内部组件。
图4 Mini RadaScan圆顶（左）; 基地（中心）; 转子和基座（右）
传感器有三个主要模块。
转子包括：
接收（RX）和发射（Tx）天线阵列；
连接到天线阵列的收发器；
主DSP电路板，对收发信机的输出进行分析。
底盘包括：
皮带传动装置，电机和编码器；
轴承、发热元件和滑块；
便于进入底座中的铰链元件。
底座和圆顶组件包括：
保护内部元件的垫片；
小观察舱（有自己的密封盖）；
电源；
真空荧光显示器（VFD）；
安装孔和压力通风孔；
DP系统和仪表板的I/O。
雷达穹顶通过固定螺钉连接到底座，而垫圈确保密封。
圆顶的装配和拆卸只能由经过培训的人员进行，因为它可能危及密封并导致传感器电子元件损坏。
天线阵列专门设计用于优化大多数应用的雷达波束形状; 具体地说，仰角图比方位图更宽，以允许系统处理船的俯仰和滚动，并且确保良好的轴承精度。
7.1.1 VFD-状态显示
该传感器配备了用于诊断和故障查找的显示器。特别是，当仪表板无法启动与传感器的连接时，它为安装者读取网络IP地址和当前故障状况提供了一种方便的方式。
7.2测量原理
7.2.1范围
距离
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