罗经传感器 避免碰撞，有哪些高科技“神器”

避免碰撞，有哪些高科技“神器”

6月17日凌晨，美国海军“菲茨杰拉德”号导弹驱逐舰与菲律宾货轮在日本海相撞成为了全球热议的新闻。作为海上“老司机”的美国海军，其最先进的驱逐舰竟然发生这样低级的失误，实在令人唏嘘。在没有道路分界线和交通指示灯的茫茫大海上，特别是在夜间或恶劣天气航行时，如何避免舰船相撞，看上去似乎是一道难题。

事实上，在海上避碰规则日臻完善和导航技术高度发达的今天，如果不是故意撞击，即便是在恶劣的海况下，也是可以做到不发生碰撞事故的。海上避碰除了要遵守《国际海上避碰规则》、加强值更管理和应急训练外，还要依靠舰艇上配备的各种导航装备。接下来我们就细数一下现代海军舰艇上那些担当导航与避碰大任的高技术装备。

罗经是海军舰艇上普遍装备的、用于保证航行和作战的重要导航设备，也是历史较为久远的导航设备之一。罗经是由罗盘发展演变而来的。由于罗经原理简单、使用方便且可靠性高，无论是水面舰艇还是潜艇，都配备有这种导航设备。

罗经一般分为两类，一类是陀螺罗经，也称电罗经，另一类是标准罗经，也称磁罗经。与磁罗经相比，陀螺罗经结构较为精密，不受铁磁干扰，指向精度高、使用方便，因此海军舰艇上经常使用的罗经为陀螺罗经，如美国海军海狼级攻击型核潜艇就配备有2套高性能静电陀螺罗经。但使用陀螺罗经的前提是必须有电，当舰艇供电系统发生故障时，雷达导航等其他用电的导航设备也会失效，此时须启用磁罗经应急。

陀螺罗经导航原理是根据陀螺仪的定轴性和旋进性，利用地球自转和重力实现导航功能。由于陀螺罗经的主要功能是用于航线校正，不能显示迫近舰艇的信息，因此单靠罗经导航并不能防止碰撞事故，还需要辅助以雷达导航、声呐导航等主动型探测与导航装备。

无形之手——

导航雷达

导航雷达属于主动型导航设备，在实现自身定位的同时，可以及时发现航线附近的危险接近物，因此是现代舰艇主要的海上避碰装备。舰艇导航雷达通过天线发射一定频率的电磁波来探测本舰周围的海面情况，以测定目标方位、距离，实现避碰、定位和进行导航。雷达导航主要用于引导舰艇出入港口、通过狭窄水道、沿岸航行和海上避碰，也可用于监视或寻找锚位、海上救援搜索和气象预报。

发达国家海军舰艇上的导航雷达通常与对海搜索雷达融为一体，以提高综合性探测和预警能力。导航雷达探测与预警的主要指标是最大和最小探测距离，最小探测距离越小，雷达盲区也越小，对小型快速迫近船只的预警能力越强。如美国海军尼米兹级核动力航母上配备的AN/SPS-67(V)型对海搜索雷达，最大探测距离为104千米，通过增加窄脉冲方式后，最小探测距离可达到370米，大大减少了探测盲区，实现了对近距离小型舰艇的有效探测和分辨。

大多数国家海军舰艇和民用船只上，还装备了一种名为“自动雷达标绘仪”的避碰设备，亦称避碰雷达。自动雷达标绘仪是航海雷达与计算机技术相结合的产物，具有目标捕捉、跟踪、显示、报警、舰船试操纵等功能。该设备能同时对多个目标进行跟踪和处理，实时显示本船与被跟踪目标的距离、方位与航速等信息。对有碰撞危险的来船，值班人员可在自动雷达标绘仪上进行模拟避让操纵，以提前预测避让效果。目前，自动雷达标绘仪已经成为各国海军舰艇的必备装备。

导航雷达在海上避碰中扮演的角色虽然重要，但受雷达电磁波直线传播特性影响，雷达对目标的探测存在阴影区。另外，受雷达天线高度与垂直波束宽度的限制，以及雷达发射脉冲宽度与收发开关恢复时间的限制，雷达观测还存在盲区。特别是对近距离目标、遮挡物后的目标探测能力有限，对于反射信号较弱的目标在发现方面亦存在欠缺。因此，自动雷达标绘仪对目标的跟踪还存在目标丢失与误跟踪现象，在海上航行时也不能完全依赖雷达导航设备。

上帝之眼——

导航卫星

船舶上使用的卫星导航系统通常是集卫星定位、身份识别和通信联络于一体的综合系统，而非单一的导航卫星信号接收器。通常将该综合性系统称为“船舶自动识别系统”。该系统诞生于20世纪90年代，是融合了通信、网络和信息技术的高科技型航海助航设备，能借助全球定位系统(GPS)将船舶航速、位置、目的地、航向及航向改变率等动态参数，以及船舶名称、船舶类型、吃水深度及危险货物等静态数据，通过甚高频向附近水域的船舶及岸台进行广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶的动静态信息，以便迅速互相通话协调，采取必要的避让行动。

船舶自动识别系统的首要功能是船舶识别，此外它还能提供更多的信息使双方清晰了解对方的操纵意图，使避让更为及时有效。国际海事组织强制要求所有300吨及以上的国际航行民用船舶、500吨及以上的非国际航行民用船舶，以及所有客船都要配备船舶自动识别系统，以减少海上碰撞风险。

军用舰艇是否安装船舶自动识别系统，国际海事组织没做强制性要求。大多数军用舰艇上都配备了该系统，但出于行动保密等因素，即使安装了该系统也不经常用，多在应急时启用。有的军用舰艇在使用船舶自动识别系统时，会关闭信号发射功能，只启用信号接收功能。

水下有耳——

避碰声呐

潜艇避碰一直是各国海军不敢掉以轻心的难题。从1954年到2000年，全世界发生的246起潜艇事故中，碰撞事故占46%。为防止水下潜航的潜艇与其他物体相撞，通常要通过声呐来辨明目标信息，并进行规避操作。

潜艇上的声呐主要包括主动声呐和被动声呐。主动声呐能主动从系统中发射声波“照射”目标，以获取目标信息，多用于探测冰山、暗礁、沉船、水雷和潜艇。被动声呐则被动接收目标产生的噪声信号，以测定目标的方位和某些特性，多用于不能暴露自己而又要探测敌方潜艇或水面舰艇方位时。因此，这两类声呐都可用于水下避碰探测，只是应用时机和场合有所差异。

海军新型潜艇普遍装备了性能先进的综合声呐系统。综合声呐系统是由多部声呐和水声测量设备组成的综合水声探测系统。例如美国海军攻击型核潜艇上配备的AN/BQQ-5综合声呐系统，由9部独立的数字声呐组成，各声呐之间可进行数据共享。与单一的避碰声呐相比，综合性声呐系统在探测静态障碍物和运行中的物体时更加精准有效，并且还能最大限度地隐藏自身信号。

土豪必备——

综合舰桥

考虑到罗经导航、雷达导航、卫星导航等都有其局限性，不能达到百分之百可靠，因此美、德、英等发达国家海军在新造舰艇上倾向于借鉴豪华邮轮的做法，加装集各种导航手段为一体的综合舰桥系统。由于综合舰桥系统需要整合多种功能，并实现人机紧密协调，技术门槛较高，造价不菲，仅有少数“土豪”国家海军才能用得起这样的高端设备。

综合舰桥系统是在组合导航系统的基础上发展而来的船舶航行自动化系统。它利用计算机、网络、现代控制和信息融合等技术，将各种导航传感器、舰船操控、避碰雷达等设备有机结合起来，实现舰船航行自动化。该系统具有完善导航、自动驾驶、自动避碰、通信和航行管理控制等多种功能，提高了航行安全性。

海军舰艇综合舰桥系统除具备民船舰桥的基本功能外，还能够进行精确的航向、横移、平移、减摇控制，并与作战系统高度协调统一，实现了海军舰艇航行相关功能的一体化集成，是21世纪海军导航的主要发展方向。

（作者单位：海军后勤技术装备研究所）

版式设计：方 汉

图片合成：侯继超

避免碰撞，有哪些高科技“神器”

6月17日凌晨，美国海军“菲茨杰拉德”号导弹驱逐舰与菲律宾货轮在日本海相撞成为了全球热议的新闻。作为海上“老司机”的美国海军，其最先进的驱逐舰竟然发生这样低级的失误，实在令人唏嘘。在没有道路分界线和交通指示灯的茫茫大海上，特别是在夜间或恶劣天气航行时，如何避免舰船相撞，看上去似乎是一道难题。

事实上，在海上避碰规则日臻完善和导航技术高度发达的今天，如果不是故意撞击，即便是在恶劣的海况下，也是可以做到不发生碰撞事故的。海上避碰除了要遵守《国际海上避碰规则》、加强值更管理和应急训练外，还要依靠舰艇上配备的各种导航装备。接下来我们就细数一下现代海军舰艇上那些担当导航与避碰大任的高技术装备。

舰艇标配——

陀螺罗经

罗经是海军舰艇上普遍装备的、用于保证航行和作战的重要导航设备，也是历史较为久远的导航设备之一。罗经是由罗盘发展演变而来的。由于罗经原理简单、使用方便且可靠性高，无论是水面舰艇还是潜艇，都配备有这种导航设备。

罗经一般分为两类，一类是陀螺罗经，也称电罗经，另一类是标准罗经，也称磁罗经。与磁罗经相比，陀螺罗经结构较为精密，不受铁磁干扰，指向精度高、使用方便，因此海军舰艇上经常使用的罗经为陀螺罗经，如美国海军海狼级攻击型核潜艇就配备有2套高性能静电陀螺罗经。但使用陀螺罗经的前提是必须有电，当舰艇供电系统发生故障时，雷达导航等其他用电的导航设备也会失效，此时须启用磁罗经应急。

陀螺罗经导航原理是根据陀螺仪的定轴性和旋进性，利用地球自转和重力实现导航功能。由于陀螺罗经的主要功能是用于航线校正，不能显示迫近舰艇的信息，因此单靠罗经导航并不能防止碰撞事故，还需要辅助以雷达导航、声呐导航等主动型探测与导航装备。

无形之手——

导航雷达

导航雷达属于主动型导航设备，在实现自身定位的同时，可以及时发现航线附近的危险接近物，因此是现代舰艇主要的海上避碰装备。舰艇导航雷达通过天线发射一定频率的电磁波来探测本舰周围的海面情况，以测定目标方位、距离，实现避碰、定位和进行导航。雷达导航主要用于引导舰艇出入港口、通过狭窄水道、沿岸航行和海上避碰，也可用于监视或寻找锚位、海上救援搜索和气象预报。

发达国家海军舰艇上的导航雷达通常与对海搜索雷达融为一体，以提高综合性探测和预警能力。导航雷达探测与预警的主要指标是最大和最小探测距离，最小探测距离越小，雷达盲区也越小，对小型快速迫近船只的预警能力越强。如美国海军尼米兹级核动力航母上配备的AN/SPS-67(V)型对海搜索雷达，最大探测距离为104千米，通过增加窄脉冲方式后，最小探测距离可达到370米，大大减少了探测盲区，实现了对近距离小型舰艇的有效探测和分辨。

大多数国家海军舰艇和民用船只上，还装备了一种名为“自动雷达标绘仪”的避碰设备，亦称避碰雷达。自动雷达标绘仪是航海雷达与计算机技术相结合的产物，具有目标捕捉、跟踪、显示、报警、舰船试操纵等功能。该设备能同时对多个目标进行跟踪和处理，实时显示本船与被跟踪目标的距离、方位与航速等信息。对有碰撞危险的来船，值班人员可在自动雷达标绘仪上进行模拟避让操纵，以提前预测避让效果。目前，自动雷达标绘仪已经成为各国海军舰艇的必备装备。

导航雷达在海上避碰中扮演的角色虽然重要，但受雷达电磁波直线传播特性影响，雷达对目标的探测存在阴影区。另外，受雷达天线高度与垂直波束宽度的限制，以及雷达发射脉冲宽度与收发开关恢复时间的限制，雷达观测还存在盲区。特别是对近距离目标、遮挡物后的目标探测能力有限，对于反射信号较弱的目标在发现方面亦存在欠缺。因此，自动雷达标绘仪对目标的跟踪还存在目标丢失与误跟踪现象，在海上航行时也不能完全依赖雷达导航设备。

上帝之眼——

导航卫星

船舶上使用的卫星导航系统通常是集卫星定位、身份识别和通信联络于一体的综合系统，而非单一的导航卫星信号接收器。通常将该综合性系统称为“船舶自动识别系统”。该系统诞生于20世纪90年代，是融合了通信、网络和信息技术的高科技型航海助航设备，能借助全球定位系统(GPS)将船舶航速、位置、目的地、航向及航向改变率等动态参数，以及船舶名称、船舶类型、吃水深度及危险货物等静态数据，通过甚高频向附近水域的船舶及岸台进行广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶的动静态信息，以便迅速互相通话协调，采取必要的避让行动。

船舶自动识别系统的首要功能是船舶识别，此外它还能提供更多的信息使双方清晰了解对方的操纵意图，使避让更为及时有效。国际海事组织强制要求所有300吨及以上的国际航行民用船舶、500吨及以上的非国际航行民用船舶，以及所有客船都要配备船舶自动识别系统，以减少海上碰撞风险。

军用舰艇是否安装船舶自动识别系统，国际海事组织没做强制性要求。大多数军用舰艇上都配备了该系统，但出于行动保密等因素，即使安装了该系统也不经常用，多在应急时启用。有的军用舰艇在使用船舶自动识别系统时，会关闭信号发射功能，只启用信号接收功能。

水下有耳——

避碰声呐

潜艇避碰一直是各国海军不敢掉以轻心的难题。从1954年到2000年，全世界发生的246起潜艇事故中，碰撞事故占46%。为防止水下潜航的潜艇与其他物体相撞，通常要通过声呐来辨明目标信息，并进行规避操作。

潜艇上的声呐主要包括主动声呐和被动声呐。主动声呐能主动从系统中发射声波“照射”目标，以获取目标信息，多用于探测冰山、暗礁、沉船、水雷和潜艇。被动声呐则被动接收目标产生的噪声信号，以测定目标的方位和某些特性，多用于不能暴露自己而又要探测敌方潜艇或水面舰艇方位时。因此，这两类声呐都可用于水下避碰探测，只是应用时机和场合有所差异。

海军新型潜艇普遍装备了性能先进的综合声呐系统。综合声呐系统是由多部声呐和水声测量设备组成的综合水声探测系统。例如美国海军攻击型核潜艇上配备的AN/BQQ-5综合声呐系统，由9部独立的数字声呐组成，各声呐之间可进行数据共享。与单一的避碰声呐相比，综合性声呐系统在探测静态障碍物和运行中的物体时更加精准有效，并且还能最大限度地隐藏自身信号。

土豪必备——

综合舰桥

考虑到罗经导航、雷达导航、卫星导航等都有其局限性，不能达到百分之百可靠，因此美、德、英等发达国家海军在新造舰艇上倾向于借鉴豪华邮轮的做法，加装集各种导航手段为一体的综合舰桥系统。由于综合舰桥系统需要整合多种功能，并实现人机紧密协调，技术门槛较高，造价不菲，仅有少数“土豪”国家海军才能用得起这样的高端设备。

综合舰桥系统是在组合导航系统的基础上发展而来的船舶航行自动化系统。它利用计算机、网络、现代控制和信息融合等技术，将各种导航传感器、舰船操控、避碰雷达等设备有机结合起来，实现舰船航行自动化。该系统具有完善导航、自动驾驶、自动避碰、通信和航行管理控制等多种功能，提高了航行安全性。

海军舰艇综合舰桥系统除具备民船舰桥的基本功能外，还能够进行精确的航向、横移、平移、减摇控制，并与作战系统高度协调统一，实现了海军舰艇航行相关功能的一体化集成，是21世纪海军导航的主要发展方向。

（作者单位：海军后勤技术装备研究所）

版式设计：方 汉

图片合成：侯继超

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