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船舶電気装備技術講座 〔装備艤装工事編〕 (レーダー)

 事業名 船舶の電気装備に関する技術指導等
 団体名 日本船舶電装協会 注目度注目度5


2・3 各ユニットの配置、導波管及び電路の布設
2・3・1 空中線部
(1)取付け場所の選定
(a)空中線の高さ
 船舶用レーダーにおいて、個々の性能以外で探知距離に関係するものに、レーダー空中線部の装備高さがある。空中線部の装備高さは船の喫水線から測り、これが高いほど遠距離の物標の探知が可能となる。それでは高ければ高いほどいいかというと、余り高く設置すると、近距離における海面反射の範囲が広くなり、この中にある小型船などの小物標のエコーが判別しにくくなる。さらに、3ユニットタイプの場合には、装備導波管が長くなって、電波の伝送損が増え、(導波管の損失は往復路のため2倍の影響を受ける。2・3・5(1)項参照)受信信号強度が落ちるなどの不具合を生じる。
 結局、空中線部の装備高さは、通常喫水線上12〜18mとなっている場合が多い。しかし、装備高さはレーダー本位に考慮されることは少なく、船体構造物がレーダー監視上の障害となり、これを回避するようにすると、実際は相当に高くなるのが普通である。このことから、3ユニットタイプを使用する中型船や大型船では、導波管の長さが15m〜20mぐらいになるのが一般的である。2ユニットタイプは、小中型船に装備されることが多く、ケーブルの長さを10m以内で装備する方がレーダーの性能上望ましいので、空中線の高さは、おのずから決定される。
 空中線の高さによる物標の可能探知距離は次式によって概算できる。
 
R: 理論的な可能探知距離(海里)
ha:空中線部の高さ (m)
ht:物標の高さ (m)
ht=0のときレーダー水平線となる。
 
図2・1 探知可能距離ノモグラフ
(拡大画面:13KB)
 
 これをノモグラフで示すと、図2・1となる。
 ここにおいて、ノモグラフの使用法は、次のとおりである。
イ. スケールにて、空中線高さ(ha)及び物標の高さ(ht)を結ぶ直線を引く。図では、空中線の高さが15m、物標(山)の高さが1,000mの場合を例示している。
ロ. 探知可能距離Rとの交点の値を読みとる。図では空中線高さが15m、物標の高さが1,000mの場合、探知可能距離が、約79マイル(約146km)であることを示している。
 
 この式による探知距離は、あくまでも理論的最大値であって、実際にはレーダー本体の性能、すなわち送信電力、空中線の利得、受信器の感度等のほかに、導波管の長さや物標の大きさにも大きく左右されるものである。通常のレーダーでは、更に、空中線の高さによっても異なるが、電波伝搬上で物標に対するレーダー電波の直接波と海面からの反射波によって電波位相が干渉しあい、大略20海里以上では海面スレスレには電波が到達しなくなるなどで、急激に物標の反射電力が小さくなって最大探知距離が延びなくなる性質があり、異常電波伝搬を除き、理論値より大幅に下回ると考えておいた方がよい。したがって、これはあくまで参考値として使用すること。
(b)レーダーの空中線高さによる最小探知距離
 空中線の高さ(ha)と空中線の垂直ビーム幅(θ)により最小探知距離(Rmin)の制限がある。この関係は次式に示される。
 
 
 空中線高さをあまり高くし過ぎても、至近距離の目標が捕えられなくなる。
 通常のレーダーの垂直ビーム幅は20〜30°程度なのでこの距離は空中線の高さの5倍前後で、小型船では問題ない。また、この距離以内でも有効反射面積の大きなものは十分に映像として現れる。
(c)レーダー空中線部を装備するマストのプラットホームはキールライン上にあり、360°にわたって視界を妨げる障害物のないことが望ましい。目視でさえぎられるマストなどがあるとその角度(図2・2のα)がレーダーの映像面上で陰になって抜け落ちるので、(1〜2度であれば感度が下がる程度)、船首方向にこのようなマストなどの障害物があるときは重大である。このときはプラットホームを上に移動し、障害物の頂点を見下ろす角度(図2・2のβ)が空中線垂直ビーム幅の1/2取れれば問題はない(普通βは約10度)。この場合、装備導波管が長くなるのはやむを得ない。また、船によっては積荷状態などでトリムが大きく変わる場合があるので、最も厳しいトリム条件下で前方障害物の検討を行う必要がある。しかし、実際にこの角度を得ようとすると、空中線の高さが異常に高くなり、構造上実現が不可能であったり、例え可能であっても航行する水路の高さ制限で実現不可能な場合が多い。したがって、βの角度を小さくし、例えば5度程度にしている場合もある。このときは比較的近距離の感度が落ち、かつ、偽像も現れるが遠距離の感度はほぼ確保されるので妥協案といえる。
 
図2・2 障害物を避ける図
 
(d)前方の障害物がどうしても避けられない場合には、空中線部を原則として右舷にずらすのがよい。これにより障害物の陰は左側に移り船首方向の視野は確保されることとなる。キールラインから次の二つの式により算出される距離のうち、いずれか大きい値だけ移動すれば十分である。(図2・3)
 
 
Ls :キールラインから移動させる距離(m)
D  :前方の障害物の幅 (m)
R  :前方の障害物までの距離 (m)
θA :空中線の水平ビーム幅 (°)
LA :空中線の開口長 (m)
 
図2・3 空中線部プラットホームの移動(上面図)
 
(e)船首方向の障害物が、空中線部のプラットホームを右(左)舷側に移動しても、なおかつ避けられないときは、空中線部と送受信部をフォアマストへ移動することも可能である。しかし、この場合は、ウィンドラスを動作させたときの振動や、荒天時の波浪との衝突による衝撃等が大きいので、十分に堅牢な機器を選ぶ必要がある。
 フォアマストまでの距離が大きいとき(例えば200m以上)はレーダー表示部からのケーブルも当然長くなるので、ケーブルによる減衰も考慮に入れた対策が必要となってくる。各メーカーに相談すること。
(f)船にはレーダーの視野を妨げる障害物がこの他にも種々ある。例えばデリックポスト、煙突、サブレーダーの場合のレーダーマストなどで、完全に陰になるもの、偽像の出るもの等いろいろあるが、船体設計のときに図面上から判断できるものと、長時間航海に使用してみて、はじめて偽像の出現が確認される場合とがある。いずれにしても、造船所の設計担当者とよく協議して最善の方法を取るとともに、その可能性については航海士を始め、操船する者によく説明しておく必要がある。
(g)煙突や排気口からの煙やごみのかからない位置を選定する。排気ガス等による腐食や、油煙等で電波放射面が汚損すると、その性能が低下する。
(h)「空中線ペデスタルの取付け位置は、キールラインに対して90°方向で、がい装線の入る水防栓口は水密予防上、船首方向に向けない位置で、導波管の布設路を検討して決める。
 
図2・4
 
 
(i)レーダーマストの形状の例を図2・6に示す。
 船の大きさ、船型によって、レーダーマストの形状が決まるが、3脚マストが振動に対してもっとも優れている。
 
図2・5 装備例
A 中、小型船
 
B 大、中型船
 
図2・6 レーダー2台装備例
A 中、小型船
 
B 中、小型船
 
C 大、中型船







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