Basic radar principlesIntroduction RADAR = RAdio Detection And Ranging Radar = radiogolven die iets detecteren & de afstand bepalen

Principles of range measurement Belangrijke opmerkingen o Terugkomend signaal zwakker dan uitgestuurd signaal o Kans op detectie echo afhankelijk van Sterkte uitgezonden signaal Duur uitgezonden signaal o Ver detecteren => lang zenden o Kort detecteren => kort zenden o Verplicht tijd tussen zenden & ontvangen Range (hoe groter, hoe meer kans op valse echo) o 2 definities Afstand waarop object zich bevindt Afstand waarop we aan het detecteren zijn o Afhankelijk van Snelheid golf = 300 000 000 m/s = 300 m/s Tijd tussen zenden & ontvangen (die tijd wordt gemeten) o R = speed * time / 2 o Minimum range (IMO) = 40 m => t = 0,27 s o Range 12 => t = 148,16 s Timebase o Tijd tussen 2 opeenvolgende scans o = 148,16 s o Spike bij begin uitzenden signaal o Lichtje gaat even snel als een radarpulse nodig heeft om heen en weer te gaan (dus 148,16 s voor een object op 12) o Echo veroorzaakt ook een spike o Kunstmatige spikes om de 2 om beter afstand te kunnen bepalen o RADAR = draaibare & richtbare antenne o 3600 A-scans voor horizon => 006 opschuiven na elke scan => 3 5 seconden nodig voor hele toer o Echo => stip o Kunstmatige echos => cirkels (= rangerings)

Orientation True north up o Heading marker verandert o Gyrokompas nodig o Gestabiliseerd o Gyropeilingen constant o Voorligging vaartuig = verplicht ( = heading marker) Head up o Voorligging constant naar boven o Als antenne naar voor => reset scherm o Boegpeilingen moeilijk o Beeld verandert constant o Niet gestabiliseerd o Zicht rechts = beeld rechts Course up o Gestabiliseerde head up o Nadeel: van koers veranderen => reset na koersverandering o Wordt niet gebruikt o Gyro-input nodig Vergelijking

Head upBeeldverschuivingen Peilingen Verandering target trails Overeenkomst met rel zicht Overeenkomst met kaart Ja Moeilijk Ja Ja Nee

North upNee Gemakkelijk Nee Nee Ja

Course upNee Gemakkelijk Nee Ja, behalve na grote koersveranderingen Nee

Presentation Relative motion o Origine blijft zelfde o Bewegingen relatief ten opzichte van eigen schip True motion sea stabilisation o Origine verandert van plaats o Rekening houdend met koers & snelheid door het water o Echo van iets vast in water (schip gestopt in water) => vaste positie op scherm True motion ground stabilisation o Origine verandert van plaats o Rekening houdend met koers, snelheid & stroom o Echo van iets vast ten opzichte van de grond (boei/land) => vaste positie op scherm Vergelijking

Relative motionCPA/TCPA Koers, snelheid & aspect Input: koers & snelheid Input: stroom Relatief tov Application for collision avoidance/navigation Direct verkrijgbaar ---------------------------

TM sea stab.--------Direct verkrijgbaar Ja ----------Water Contribution to collision avoidance data CPA

TM ground stab.---------------------------, mogelijk misleidend Ja Ja Grond Difficult without ARPA but with ARPA => chart Alle data

-------------Eigen schip Contribution to collision avoidance data Parallel indexing Limitations collision Target heading avoidance Limitations Beweging van land navigation maakt target identificatie moeilijk

Minder beweging van ----------land

Operational principlesFunction of units

Transmitter principles

Genereert pulse van elektromagnetische energie o Correcte frequentie X-band 9320 9500 MHz 3 cm band Gevoeliger Kleinere antenne Geen grote range Snel ongewenste echos S-band 2900 3100 MHz 10 cm band Minder gevoelig Antenne 3,3 x groter Duurder Verdere detectie Minder gestoord Combinatie = verplicht o Correct vermogen => 10 65 kW o Correcte vorm o Correcte lengte o Correcte herhalingsfrequentie o Via waveguide o Trigger naar receiver & display

Trigger generator o Geeft startschot voor nieuwe cyclus aan Modulator => moet signaal geven Receiver => time base start Display => A-scan begint o Regelt Pulse repetition frequency (PRF) = frequentie van de radar Pulse repetition interval (PRI) Afhankelijk van time base (en dus ook van de range) PRI = 1 / PRF

o Modulator o Regelt Vorm Kracht => max. range Lengte Range > 12 => altijd long Range < 0,5 => altijd short 0,5 < range < 12 => keuze tussen beide Magnetron o Regelt frequentie o Frequentie hangt af van temperatuur Maximum frequentie is niet gekend Verwarmings- / afkoelingssysteem rond magnetron Elektronisch onderdeel => verslijt => nieuwe nodig Zr sterke magneet

Aerial principles Energie in straal bundelen & uitsturen Ronddraaien Rotation data doorsturen naar display Teruggekaatste energie wordt uit bestraalde hoek ontvangen Horizontal beam width o Kleine stralingshoek Geraakt verder Nauwkeurige peiling o IMO: < 2,5 Vertical beam width o Hoe groter hoe meer energieverlies o Ook detectie bij slagzij ( = VBW) o IMO: > 20 Vorm bepaalt stralingshoek Vervorming door o Fabricagefout o Slijtage o Ongeval Rotatie o Verplicht met de klok mee van bovenaf o RPM = 12 o In de toekomst => antenne roteert niet meer, enkel straal beweegt Fout < 1 Aangedreven door zeer sterke motor Antenne onmogelijk tegen te houden Moet blijven draaien bij wind van 220 km/u Olie in antenne Heading marker o Tot op 1/10 van een graad nauwkeurig o Regelbaar

Receiver principles

3 problemen o Frequentie is onbekend o Te grote frequenties om te versterken o Binnenkomend signaal moet heel hard versterkt worden Mixer o Mengen van 2 frequenties o Verschil van de 2 frequenties wordt gebruikt o Altijd dezelfde frequentie ( = beat-frequency = 60 MHz) o Goede frequentie om te versterken Oscillator levert 2de frequentie aan mixer Tuning indicator Amplifier o 6 versterkers op rij o 2de regelbaar tussen 1 & 10 Detector o Geeft videopulse aan display als signaal binnenkomt o Afregelen Maximum => saturatie Terugdraaien tot juist onder saturatie Veel altijd verspringende stipjes => juiste afstelling

Display principles

Werking o Grid wordt gestuurd door detector o Elektronen vallen in op fosfor => geeft licht Radar gloeit heel lang na o 4 5 toeren o Geeft relative motion In daglicht slecht zichtbaar Fosfor kan uitbranden => blinde vlek op scherm Diameter volgens IMO: tussen 18 & 32 cm Echo paint o = verhouding ware grootte spot size (niet correct) o Effect spot size = afmeting kleinste puntje op scherm ( = pixel) Op schaal tekenen technisch onmogelijk o Effect pulse lengte Breedte van object wordt half weergegeven o Effect HBW Target wordt meerdere malen geraakt Boogjes op scherm o Range discrimination Apart te zien als meer dan halve pulse lengte uit elkaar o Bearing discrimination Apart te zien als meer dan HBW uit elkaar

Synthetic display o Radial scan Gegevens worden gedigitaliseerd & opgeslagen Radialen worden gescand Er wordt niets berekend A-scan schrijft rechtstreeks in het geheugen o Raster scan X-y cordinaten worden opgeslagen Berekeningen o Algemeen Afterglow artificieel regelbaar Zwaaien in haven: 0 Ten anker: oneindig Op zee: tussen de 3 & 6 minuten Beter scherm Geen inbrandende fosfor Werken met kleuren Data kan bewerkt worden (was niet oorspronkelijke doel) o Soorten

LCDDeath pixel Gewicht Verbruik Black level Flat screen Viewing angle Burn in Levensduur Prijs Kwetsbaarheid + + + + + +-

Plasma+ + + -

CRT0 + + + + +

Siting of units Antenne o Zo hoog mogelijk o Blinde vlek liefst achter het schip, anders aan bakboord o Uit de rook / draaicirkel kranen / vlaggenlijnen o Niet te hoog wegens weerkaatsing op de golven o Stralingsgevaar o Interferentie met andere antennes (radar heeft wel voorrang) Transceiver unit o Recht onder de antenne o Meestal binnen ( = kwetsbaar) o Bestaat uit Zekering aan/uit Interswitching Soms stralingsetiketje Verbinding met display Display o Zo centraal mogelijk o In nabijheid venster & kaartentafel o Minstens 10 meter verwijderd van kompas Interswitching o Nut Verschillende ranges mogelijk Fout in RADAR bepalen Verschillende opties op verschillende radars Handicap beperken

Target detectionIntroduction Benvloedt door vermogen o Hoe groter, hoe meer kans op terugkeer o Vermogen verdubbelen range verdubbelen

Target characteristics Aspect o = hoek met de straal o Ideaal bij loodrecht op straal Surface texture o Glad => goede reflectie o Ruw => meer verlies Materiaal o Elektrische geleiders => reflectie o Elektrische isolatoren => opslorping Vorm o Afhankelijk van de hoek waaronder men zich bevindt Grootte o Vooral hoogte is belangrijk (VBW) Bij slecht aspect & ruwe texture => wel reflectie in de juiste richting Slecht zichtbaar o Schuin aspect o Perfect glad o Absorptie (door verf)

Minimum detection range Afhankelijk van o Pulse lengte o VBW o Structuur vaartuig

Target enhancement passive Eigenschappen o Aluminium o Glad o Ideaal aspect (alle vlakken staan loodrecht op elkaar) Blinde vlekken opgelost door 2 boven elkaar te plaatsen Ook bij slagzij ideale reflectie

Target enhancement active Werkwijze o Magnetron geactiveerd door straal van radar van schip o Stuurt pulse met zelfde frequentie maar langere pulse lengte Frequentie o Zelfde als ontvangen frequentie o Weet niet exact welke frequentie, wel welke band

Slow sweep racons o Doorloopt n voor n alle frequenties o Doet daar tussen 1 & 2 minuten over Fast sweep racons o In 2,5 s o Doorloopt weer alle frequenties o Stuurt kort signaal terug o Gebruikt in SART Ramark o Zendt constant o Doorloopt zeer snel alle frequenties Radaflare o Vuurpijl met stukjes aluminium folie o Detection range = 12 m o Duurt 15 minuten o Noodsignaal

Sea clutter Ontstaan o Reflectie op de golven Door de wind Door deining o Afhankelijk van Hoogte golven Afstand schip golf Windrichting Hoogte antenne Golflengte Pulse lengte (hoe langer, hoe meer last) Oplossen = sea gain aanpassen o Versterker verzwakken in eerste paar microseconden o Van binnenuit uitvegen o Randjes laten staan

Precipitation clutter Neerslag te zien op radar Afhankelijk van o Grootte partikels o Aantal o Afstand Verschillende soorten neerslag o Mist (hoe dikker, hoe meer last) o Sneeuw & hagel (minder reflecterend dan regen) o Zandstorm (minst reflecterend)

X-band meer last Oplossing = differentiatie o Op scherm verschijnt echo bij verandering in sterkte

Radar horizon = verst detecteerbare punt Afhankelijk van o Hoogte antenne & hoogte object o Atmosferische omstandigheden IMO: > 24 Abnormale atmosferische omstandigheden o Subrefractie Temperatuur daalt sneller met de hoogte Vochtigheid neemt toe met de hoogte Radar presteert minder goed o Superrefractie Temperatuur daalt trager met de hoogte Vochtigheid neemt af met de hoogte Radar presteert beter o Extra-superrefractie Temperatuur stijgt met de hoogte Vochtigheid neemt af met de hoogte Radar presteert veel beter Minder energieverlies Grotere range Gevaar voor second trace echos

Valse echos Indirecte echos o Weerkaatsing op eigen schip/object aan de wal o Komen tevoorschijn in blinde sector Multiple echos o Meervoudige weerkaatsing tussen eigen & ander schip o Echos allemaal even ver van elkaar o Hoe dichterbij elkaar, hoe meer kans Zijechos o Veroorzaakt door side lobs o Alleen dicht bij eigen vaartuig o Werkelijke & valse echos niet te onderscheiden Radar interferentie o Interferentie tussen 2 radars o Moeten exact dezelfde frequentie hebben o Verschijnt als een spiraal op het scherm Second trace echo o Ontvangen van voorlaatste zendpulse

o Peiling is juist, range is fout o Komt niet veel voor Door stroomkabels o Elektrisch magnetisch veld in de richting van de kabel o Reflectie als kabel loodrecht op peiling

Operational controlsSetting-up procedure Kijken in de mast of alles vrij is Radar aanzetten (stand-by) Scherm regelen (brilliance) Wachten tot radar opgewarmd is TX-mode Gain regelen (rotatie moet amper zichtbaar zijn) Tuning regelen Beeldpresentatie regelen (orintatie & motion) Kompas & speed input checken (log) Range

Performance monitoring Vroeger (echobox) o Blikken doos ophangen in stralingsveld o Vangt signalen op & lekt Nu elektronisch

Radar plottingPPC, PAD, SOD & POD PPC o o PAD o o Possible point of collision Snijpunt van de ware vectoren Predicted area of danger Cirkel met veiligheidsmarge rond PPC

ARPA Plotting = niet exact CPA & TCPA bepaalt of target al dan niet gevaarlijk is Aspect bepaalt wie moet uitwijken Mogelijkheden tot vermijden aanvaring o Vertragen Technisch zeer moeilijk Is niet goed te zien op radar Duurt lang voor het effect heeft o Koers veranderen Wel zichtbaar Hoeveel: bij plotting snelheidsvector naar SB draaien tot buiten PAD Cumulative turning = radar assisted collision

ARPAIntroduction ARPA = Automatic Radar Plotting Aid Verplicht vanaf 10 000t Als aan boord: certificaat verplicht

Tracking of targets Steady state tracking o Eigen noch andere schip mag manoeuvreren o Voorwaarde om te kunnen plotten Tracking gate / window o Venstertje rond target (ook rond geheugen) o = is zone in geheugen waarin ARPA zoekt naar een target Rate aiding o Verplaatsen & aanpassen van tracking gate om bij volgende plot opnieuw target in de tracking gate te hebben o Eerste gate = 2de gate o Bij 3de gate heeft ARPA idee van verplaatsing => tracking gate verplaatst o Na verloop van tijd ook verkleining van gate Hit matrix / tracking file o Iedere omwenteling een observatie o Alle observaties worden opgeslagen Smoothing o Methode die uit de beweging van de tracking gate de data haalt

Opmerkingen o Tracking gate Te groot: kans op 2 schepen in 1 gate Te klein: bij minste koersverandering uit de gate o Lengte smoothing Manueel = 6 minuten Lang: uitfilteren deining Te lang: koersverandering valt niet op Te kort: alle bewegingen worden geregistreerd Meestal tussen 1 & 3 minuten Korter dan 1 minuten bij vragen naar plotting Van 3 -> 1 minuut = onmiddellijke overgang Van 1 -> 3 minuten = overgang met de klok mee Maximum number of targets o Ongeveer 40 o Probleem: uitvegen wordt vergeten => alarm Target lost o Als 5 / 10 keer reflectie => target blijft geplot o 6 opeenvolgende omwentelingen geen reflectie => alarm o Verplicht alarm! Target swap o Bij 2 vaartuigen zeer dicht bij elkaar o Terug uit elkaar => kleinste target geen vector, grootste 2 vectoren Target history o Toont vorige posities target o Verandering in koers & snelheid te zien

Target acquisition Handmatig Automatisch (guard zone) o Zone aanduiden op scherm o Als vaartuig in zone => automatische plotting & alarm o Probleem: plots verschijnen geeft geen alarm

Vectors Ware vectoren => aspect Relatieve vectoren => aanvaringskoers Trial manoeuver o Functie op ARPA om manoeuver te simuleren o Relatieve vectoren van andere schepen veranderen o Opmerkingen Input zelf ingeven Er verschijnt een symbool op scherm Veronderstelling van ogenblikkelijke koersverandering Verlies van tijd door te testen Geven van minder roeruitslag => niet zichtbaar voor anderen Vlugger risicos nemen

Display ARPA = eigen apparaat Synthetic display

Alphanumeric data Naast het eigenlijke scherm Bevat o Peiling & afstand o CPA & TCPA o Berekende ware koers & snelheid o Bow crossing

Alarms & warnings (VERPLICHT) Guard zone violation Predicted CPA/TCPA violation Lost target Performance test & warnings

ARPA additional facilitiesAdditional alarms & warnings (NIET VERPLICHT) Time to manoeuvre o Geluidssignaal o Verbonden met trial manoeuver Track change o Overgang smoothing van 3 -> 1 minuut o Verandering eigen koers => alle targets geven alarm Anchor watch o Peiling & afstand bijhouden van vast object o Bij te harde verandering => alarm Tracks full alarm Wrong / invalid request Trial alarm o CPA/TCPA violation tijdens trial manoeuver o Fictief alarm

Automatic ground stabilisation Bepaald target als vast beschouwen Elektronische kaarten op de ARPA gebruiken

Navigation techniquesIdentification of targets & chart comparison Radar geeft vervormd beeld & valse echos o Iets herkennen op kaart is moeilijk o Racon is wel zekerheid o Kustlijn Afhankelijk van getij IJs kan als kust aanzien worden Soms golven te zien maar geen strand o Zandbank zelf bijna nooit zichtbaar, wel de branding Opvallend radartarget o Op radar zeer goed te herkennen o Natuurlijk of artificieel o Sommige kaartedities geven tekening van de radar => kust beter te herkennen

Position fixing Nauwkeurigheid o Afstand: 900 m o Peiling: 2 Peiling afstand o 1 identificatie-object o 3de lijn ontbreekt o Beste = radarafstand + visuele peiling

Parallel indexing Geeft afstand tot gevaar / lijn om op te varen Grote nauwkeurigheid Minder frequent positie moeten nemen => minder werk Wel goed voorbereiden & controleren Enkel toepasbaar in gekend traject Indexing target = referentiepunt o Goed radar-zichtbaar o Goed identificeerbaar o Meestal boei

Accuracy and errorsNauwkeurigheid ARPA

Errors generated in radar Glint o Door beweging van schip in de golven o Geeft random fouten o Geen grote fouten Peiling o Door slagzij o Parallaxfout door bewegingen o Asymmetrische antenne beam o Afrondingsfouten door digitaliseren o Spelingen in tandwielkast Afstand o Door rollen & slagzij o Digitaliseren Gyro-input o Veranderlijk o Fout op gyro Snelheid

Errors generated in ARPA Target swap Track errors

Errors of interpretation Persoonlijke blunders Vergissen tussen ware & relatieve vectoren