第2章 自动雷达标绘仪(ARPA)

1、1 船载航行设备船载航行设备 2 课程名称：船载航行设备 （Shipborne Navigational Equipments） 适用专业：海事管理 课程学时：50h 授课教师：刘成勇 3 课程性质课程性质 船载航行设备课程由航海雷达与ARPA、 航海仪器两部分组成，是海事管理专业必修的一 门专业课。根据专业培养目标的要求，本课程侧 重于了解目前在船舶上使用的航行设备的种类、 用途以及操作方法，能够初步掌握这些设备的基 本原理、使用方法以及维护与保养。本课程还结 合航海技术的发展趋势，介绍了一些近期的新型 航海仪器。 4 课程目标课程目标 本课程以课堂讲授为主并通过一定数量的实验 教学，使学生

2、掌握航海雷达与ARPA、磁罗经、陀螺 罗经以及无线电导航、卫星导航系统的基本组成、 工作原理、性能（或功能）及操作使用方法；掌握 设备的维护保养及简单常见故障的判断方法，并能 正确地用于船舶定位、导航与避碰中。本课程的教 学目的是使得学生初步了解船舶重要导航设备的基 本原理和最新进展，并掌握部分设备操作的知识和 技能，锻炼学生综合运用知识的能力，培养学生的 实践能力。 5 教学环节教学环节 教材教材 推荐教材： 航海雷达与航海雷达与ARPAARPA 主 编：王世远 出版社：大连海事大学出版社 出版或修订时间：1998年 航海仪器航海仪器 主 编：杨在金 出版社：大连海事大学出版社 出版或修订时

3、间：1998年4月 6 教学环节教学环节 课程内容课程内容 讲课讲课实验实验小小 计计 雷达基本工作原理及雷达设备雷达基本工作原理及雷达设备4 40 04 4 雷达使用性能及其影响因素雷达使用性能及其影响因素6 60 06 6 雷达定位与导航雷达定位与导航2 20 02 2 ARPAARPA的基本工作原理的基本工作原理6 60 06 6 雷达与雷达与ARPAARPA的操作与使用的操作与使用4 42 26 6 航海陀螺罗经的指北原理航海陀螺罗经的指北原理6 60 06 6 航海陀螺罗经的结构、使用及维护航海陀螺罗经的结构、使用及维护6 60 06 6 船用磁罗经分类、基本结构及使用船用磁罗经分类

4、、基本结构及使用4 40 04 4 船用磁罗经自差矫正船用磁罗经自差矫正4 40 04 4 无线电测向仪无线电测向仪6 60 06 6 卫星导航系统卫星导航系统4 42 26 6 合计合计52524 45656 教学环节教学环节 学时分配学时分配 7 第二章 自动雷达标绘仪（ARPA） ARPA 船用雷达发展历史上的里程碑船用雷达发展历史上的里程碑 8 主要内容主要内容 2.1 绪论 2.2 ARPA的工作原理 2.3 ARPA的操作使用 9 2.1 2.1 绪论绪论 2.1.1 2.1.1 普通船用雷达在船舶避碰中的应用普通船用雷达在船舶避碰中的应用 .1 .1 相对运动雷达用于船舶避碰相对

5、运动雷达用于船舶避碰人工标绘避碰法人工标绘避碰法 船舶避碰船舶避碰 预测：预测相遇船和本船在何时何处将同时占据预测：预测相遇船和本船在何时何处将同时占据 海面上同一点或存在碰撞危险；海面上同一点或存在碰撞危险； 避让：本船对危险船采取的避让机动，使二者不同避让：本船对危险船采取的避让机动，使二者不同 时占据同一点或摆脱两船碰撞危险的局面。时占据同一点或摆脱两船碰撞危险的局面。 CPAClosed Point of Approach:CPAClosed Point of Approach:最近会遇点最近会遇点 DCPADistance to CPA:DCPADistance to CPA:本船到

6、本船到CPACPA的距离的距离 TCPATime to CPA:TCPATime to CPA:本船到本船到CPACPA的时间的时间 10 0 0 060060 相对运动显示人工标绘图相对运动显示人工标绘图 相对运动相对运动 方位线方位线 VR VT VS VS P 11 相对运动显示人工标绘图相对运动显示人工标绘图 VR VT -VS P SHM o VS CPA DCPA 预测视运动预测视运动 要诀：至始反航向终连要诀：至始反航向终连 12 SHM 向右转向向右转向 MIN CPA圆圆 R.M.L C1 C2 新航向新航向 本船保速改向避让时的人工标绘本船保速改向避让时的人工标绘 13 S

7、HM MIN CPA圆圆 R.M.L C1 C2 新航速新航速 本船保向改速避让时的人工标绘本船保向改速避让时的人工标绘 R V 14 相对运动雷达人工标绘避碰流程图相对运动雷达人工标绘避碰流程图 目标检测 雷达 人工标绘 危险船？ 计算目标的C、V、 R、CPA、TCPA 人工设定MINCPA、MINTCPA 保向保速 紧急操船 YES NO TCPA有余？ NO 15 YES避碰规则、本船操纵性能、操船经验 权利船或 义务船 权利船权利船 保向保速 加强了望 义务船义务船 改向或减速 减速减速改向改向 减速指令改向指令 相对运动雷达人工标绘避碰流程图相对运动雷达人工标绘避碰流程图 16 （

8、1 1）由于采用低亮度显示，只提供原始视频显）由于采用低亮度显示，只提供原始视频显 示回波图像，杂波处理简单，图像质量差，因而难示回波图像，杂波处理简单，图像质量差，因而难 以确保在杂波干扰背景中可靠识别相遇船回波；以确保在杂波干扰背景中可靠识别相遇船回波； （2 2）由于采用实时扫描，只能显示目标的瞬时）由于采用实时扫描，只能显示目标的瞬时 位置、描绘目标和本船的位置，而不能直接显示目位置、描绘目标和本船的位置，而不能直接显示目 标的航向、航速数据，更无预测未来及历史航迹的标的航向、航速数据，更无预测未来及历史航迹的 显示功能，因而不能看清现场的运动态势，难以判显示功能，因而不能看清现场的运

9、动态势，难以判 断本船和相遇船是否存在碰撞危险；断本船和相遇船是否存在碰撞危险； .2 .2 普通雷达用于船舶避碰的局限性普通雷达用于船舶避碰的局限性 普通船用雷达在船舶避碰中的应用普通船用雷达在船舶避碰中的应用 17 （3 3）由于不能直接给出碰撞参数）由于不能直接给出碰撞参数CPACPA、TCPATCPA，虽，虽 经人工标绘可以得到，但费时、不直观、不准确，经人工标绘可以得到，但费时、不直观、不准确， 在多船会遇、快速逼近及机动频繁的时候，难以应在多船会遇、快速逼近及机动频繁的时候，难以应 付，因而往往失去宝贵的时机，造成碰撞事故；付，因而往往失去宝贵的时机，造成碰撞事故； （4 4）由于

10、不具有自动计算及自动危险判断的功）由于不具有自动计算及自动危险判断的功 能，因而在验证本船机动的效果时，仍需重新进行能，因而在验证本船机动的效果时，仍需重新进行 人工标绘。人工标绘。 .2 .2 普通雷达用于船舶避碰的局限性普通雷达用于船舶避碰的局限性 普通船用雷达在船舶避碰中的应用普通船用雷达在船舶避碰中的应用 18 2.1.2 ARPA2.1.2 ARPA系统的组成及各部分作用系统的组成及各部分作用 .1 ARPA.1 ARPA系统的基本组成框图系统的基本组成框图 计程仪 X/S 波段 雷达 陀螺罗经 外存储器 预处理 输入输出接口 目标 检测 录取 跟踪器 计算机 ARPA 控制台 数据

11、 显示器 PPI 显示器 ARPA 电源 回波原始视频回波原始视频 本船航本船航 向向 本船航本船航 速速 目标目标 数据数据 布置布置 跟踪跟踪 报警报警 操作操作 指令指令 操船操船 指令指令 中频电中频电 源源 ARPA=Radar+PC 传感器传感器 触发脉冲触发脉冲 天线信息天线信息 19 溢出报警 信号预处理与目标检测 计程仪 录取 计算航行及避碰数据 保向保速危险船？ NO 雷达陀螺罗经 跟踪器 设置MINCPA、MINTCPA 目标清除 .2 ARPA.2 ARPA系统自动标绘避碰流程图系统自动标绘避碰流程图 20 YES声光报警 试操船 航向航速 改向或减速 减速减速改向改向

12、 减速指令改向指令 试操船 （Trial） 避碰 规则 报警解除 计算航行及计算航行及 避碰数据避碰数据 ARPAARPA系统自动标绘避碰流程图系统自动标绘避碰流程图 21 2.1.3 ARPA2.1.3 ARPA系统的分类及特点系统的分类及特点 .1 .1 按照系统组合方式不同分类按照系统组合方式不同分类 .2 .2 按照显示目标动态方式不同分类按照显示目标动态方式不同分类 .3 .3 按照显示器扫描方式不同分类按照显示器扫描方式不同分类 （1 1）分立式）分立式ARPAARPA：主雷达与：主雷达与ARPAARPA显示器分开；显示器分开； （2 2）组合式组合式ARPAARPA：主雷达与主雷

13、达与ARPAARPA显示器合二为一。显示器合二为一。 （1 1）矢量型矢量型ARPAARPA：用矢量表示跟踪目标的动态，有真矢用矢量表示跟踪目标的动态，有真矢 量何相对矢量供选择；量何相对矢量供选择； （2 2）图示型）图示型ARPAARPA：用矢量前方的六边形表示预测危险区：用矢量前方的六边形表示预测危险区 PAD,PAD,也有真矢量何相对矢量供选择。也有真矢量何相对矢量供选择。 （1 1）径向圆扫描式：径向圆扫描式：沿用常规船用雷达的扫描方式；沿用常规船用雷达的扫描方式； （2 2）电视光栅扫描式：为第三代彩色）电视光栅扫描式：为第三代彩色ARPAARPA所采用。所采用。 22 2.2 A

14、RPA2.2 ARPA工作原理工作原理 2.2.1 2.2.1 各种传感信号的预处理各种传感信号的预处理 2.2.2 2.2.2 目标自动检测、录取和跟踪目标自动检测、录取和跟踪 2.2.3 2.2.3 目标参数的自动计算及碰撞危险判断目标参数的自动计算及碰撞危险判断 2.2.4 2.2.4 显示方式及选用显示方式及选用 2.2.5 2.2.5 自动报警和系统测试自动报警和系统测试 2.2.6 2.2.6 试操船试操船 2.2.7 ARPA2.2.7 ARPA的外围设备及要求的外围设备及要求 2.2.8 2.2.8 附加功能附加功能 2.2.9 ARPA2.2.9 ARPA的优点和局限性的优点

15、和局限性 23 2.2.1 2.2.1 各种传感信号的预处理各种传感信号的预处理 （1 1）预处理的内容：）预处理的内容： 雷达原始视频信号的杂波处理；雷达原始视频信号的杂波处理； 距离、方位信号的量化处理；距离、方位信号的量化处理； 陀螺罗经航向信号数字化处理陀螺罗经航向信号数字化处理 计程仪航速信号的数字化处理计程仪航速信号的数字化处理 .1 .1 预处理的内容、必要性预处理的内容、必要性 （2 2）预处理的必要性：）预处理的必要性： 消除海浪、雨雪及同频雷达干扰及噪声杂波；消除海浪、雨雪及同频雷达干扰及噪声杂波； 电子计算机的容量和处理能力有限；电子计算机的容量和处理能力有限； 模拟传感

16、信号经过量化或数字化处理后，可变换模拟传感信号经过量化或数字化处理后，可变换 成计算机可以接受的数字信号。成计算机可以接受的数字信号。 24 2.2.1 2.2.1 各种传感信号的预处理各种传感信号的预处理 （1 1）雷达回波原始视频信号的杂波处理）雷达回波原始视频信号的杂波处理 恒虚警处理（恒虚警处理（CFAR ProcessingCFAR Processing） CFARCFARConstant False Alarm RateConstant False Alarm Rate，即恒虚警，即恒虚警 率，表示单位时间内出现的虚警数是一定的。率，表示单位时间内出现的虚警数是一定的。 CFARC

17、FAR处理：先取出带杂波干扰的原始视频信号积处理：先取出带杂波干扰的原始视频信号积 分均值，然后再将它与原始视频信号相减，以去除杂分均值，然后再将它与原始视频信号相减，以去除杂 波，输出有用的目标回波。杂波干扰的处理具有自适波，输出有用的目标回波。杂波干扰的处理具有自适 应的性质，抑制效果将更显著。应的性质，抑制效果将更显著。 解相关处理（解相关处理（Solve Correlation ProcessingSolve Correlation Processing） 如抗同频雷达干扰。如抗同频雷达干扰。 .2 .2 雷达信号的预处理雷达信号的预处理 25 （2 2）量化处理）量化处理 方位量化方

18、位量化 方位量化是对天线波束的角位置进行量化，即将方位量化是对天线波束的角位置进行量化，即将 360360等分成若干方位量化单元，并用一组由等分成若干方位量化单元，并用一组由“0”、 “1”组成的代码表示不同的方位。组成的代码表示不同的方位。 距离量化距离量化 距离量化，即时间量化，以雷达触发脉冲前沿距离量化，即时间量化，以雷达触发脉冲前沿 为起点，将距离扫描全程对应的时间等分成若干时间为起点，将距离扫描全程对应的时间等分成若干时间 量化单元。量化单元。 .2 .2 雷达信号的预处理雷达信号的预处理 t C r 2 26 （2 2）量化处理）量化处理 原始视频信号的数字化原始视频信号的数字化

19、将雷达接收机输出的原始视频信号经过幅度分层将雷达接收机输出的原始视频信号经过幅度分层 和时间量化而变换成数字视频信号。和时间量化而变换成数字视频信号。 .2 .2 雷达信号的预处理雷达信号的预处理 （3 3）罗经及计程仪信号的数字化处理）罗经及计程仪信号的数字化处理 罗经信号的数字化罗经信号的数字化 由陀螺罗经提供的本船航向模拟信号，用同步机由陀螺罗经提供的本船航向模拟信号，用同步机 或步进电机送至或步进电机送至ARPAARPA的预处理电路，将罗航向信号转的预处理电路，将罗航向信号转 换成数字航向信息，所用转换器件及远离与天线角位换成数字航向信息，所用转换器件及远离与天线角位 置信号量化处理相

20、同。置信号量化处理相同。 计程仪信号的数字化计程仪信号的数字化 数据折合率符合数据折合率符合IMO要求，即要求，即200pulse/nmile。 27 2.2.2 2.2.2 目标自动检测、录取和跟踪目标自动检测、录取和跟踪 .1 .1 数字式目标自动检测数字式目标自动检测 雷达信号检测：雷达信号检测：在噪声和杂波干扰背景中识在噪声和杂波干扰背景中识 别目标的存在。别目标的存在。 在在ARPAARPA中，信号检测是在预处理后进行的，中，信号检测是在预处理后进行的， 杂波处理后的信号检测仍然是在剩余的杂波干扰杂波处理后的信号检测仍然是在剩余的杂波干扰 背景中判别目标是否存在，预处理只是改善了判背

21、景中判别目标是否存在，预处理只是改善了判 别的条件。别的条件。 28 R X Y x y sin Rx 0 x 0 y X Y O O cos Ry x y X Y O .1 .1 数字式目标自动检测数字式目标自动检测 29 X Y O 1 0 0 0 0 1 1 数字式目标自动检测数字式目标自动检测 30 .2 .2 目标录取的方法及特点目标录取的方法及特点 2.2.2 2.2.2 目标自动检测、录取和跟踪目标自动检测、录取和跟踪 定义：定义：跟踪目标的选择及其跟踪的开始，称为跟踪目标的选择及其跟踪的开始，称为 ARPAARPA的的“目标录取目标录取”。 目标录取的任务：目标的距离、方位数据

22、；目标目标录取的任务：目标的距离、方位数据；目标 的属性、尺度数据。的属性、尺度数据。 （1 1）人工录取：）人工录取： 操作方法：操作方法：用手摇（或推动）操纵杆或跟踪用手摇（或推动）操纵杆或跟踪 球，控制显示器电路产生的录取标志在荧光屏上球，控制显示器电路产生的录取标志在荧光屏上 的位置，当套在欲录取的目标回波亮点上时，按的位置，当套在欲录取的目标回波亮点上时，按 下录取开关，则将录取标志的坐标数据作为物标下录取开关，则将录取标志的坐标数据作为物标 的初始位置并输入计算机中，完成目标录取任务的初始位置并输入计算机中，完成目标录取任务 。 31 ARPAARPA的操作界面的操作界面 32 0

23、 0 目标录取的方法目标录取的方法人工录取人工录取 33 目标录取的方法及特点目标录取的方法及特点 （1 1）人工录取：）人工录取： 优点：优点：用可以按照危险程度作出先后录取的用可以按照危险程度作出先后录取的 方案，一般先录取船首向、右舷、离本船近的相方案，一般先录取船首向、右舷、离本船近的相 遇船，录取目的性明确；运用观测经验，较容易遇船，录取目的性明确；运用观测经验，较容易 在干扰背景中识别和录取目标。在干扰背景中识别和录取目标。 缺点：缺点：录取操作过程费时间、速度慢，在多录取操作过程费时间、速度慢，在多 目标复杂情况下容易措手不及；如果观测疏忽，目标复杂情况下容易措手不及；如果观测疏

24、忽， 可能漏掉危险目标；目标的运动态势及危险程度可能漏掉危险目标；目标的运动态势及危险程度 随时变化，需重复进行录取操作和连续观测，值随时变化，需重复进行录取操作和连续观测，值 班驾驶员负担较重。班驾驶员负担较重。 34 目标录取的方法及特点目标录取的方法及特点 （2 2）自动录取：）自动录取： 从发现目标到各个目标位置数据送入计算机从发现目标到各个目标位置数据送入计算机 的整个录取过程由机器自动完成，仅一些辅助控的整个录取过程由机器自动完成，仅一些辅助控 制由操作者介入。制由操作者介入。 操作方法：操作方法： 设置优先区设置优先区 设置限制区：限制区是设置限制区：限制区是ARPAARPA拒绝

25、录取区拒绝录取区 设置警戒区设置警戒区 35 0 0 315315 4545 2702709090 .2 .2 目标录取的方法及特点目标录取的方法及特点 设置优先区设置优先区 36 0 0 目标录取的方法及特点目标录取的方法及特点 设置限制区设置限制区 37 0 0 目标录取的方法及特点目标录取的方法及特点 设置警戒圈设置警戒圈 38 0 0 目标录取的方法及特点目标录取的方法及特点 设置警戒区设置警戒区 39 0 0 .2 .2 目标录取的方法及特点目标录取的方法及特点 设置警戒区设置警戒区 40 目标录取的方法及特点目标录取的方法及特点 （2 2）自动录取：）自动录取： 优点：优点：录取速

26、度快，可应付多目标态势。录取速度快，可应付多目标态势。 缺点：缺点： 可能会造成虚假录取，误将干扰、陆地或岛可能会造成虚假录取，误将干扰、陆地或岛 屿当作目标录取；屿当作目标录取； 可能会漏掉在杂波干扰区外的弱小目标；可能会漏掉在杂波干扰区外的弱小目标； ARPAARPA的优先录取准则较简单，难以适应多目的优先录取准则较简单，难以适应多目 标且运动态势复杂的场合，造成漏掉危险度较大标且运动态势复杂的场合，造成漏掉危险度较大 的目标而酿成危险局面。的目标而酿成危险局面。 41 目标录取的方法及特点目标录取的方法及特点 （3 3）IMOIMO关于关于ARPAARPA录取功能的最低性能标准录取功能的

27、最低性能标准 录取容量：录取容量：不少于不少于2020个（人工、自动录取）个（人工、自动录取） 当录取超过总数时，当录取超过总数时，ARPAARPA发出警报，此时可发出警报，此时可 用用“人工清除人工清除”（Man CancelMan Cancel）功能。）功能。 录取精度：录取精度：距离精度距离精度20m20m，方位精度，方位精度0.10.1； 录取速度：录取速度：从初始录取到建立跟踪所需要的从初始录取到建立跟踪所需要的 时间为时间为1 13min3min； 录取分辨力：录取分辨力：即分别录取两个相邻目标坐标而不即分别录取两个相邻目标坐标而不 混淆的能力，一般为混淆的能力，一般为30 30

28、50m50m。 42 .3 .3 目标的自动跟踪目标的自动跟踪 2.2.2 2.2.2 目标自动检测、录取和跟踪目标自动检测、录取和跟踪 定义：定义：观测目标位置的相继变化以建立其运动的观测目标位置的相继变化以建立其运动的 方程，称为方程，称为ARPAARPA的的“目标跟踪目标跟踪”。 目标跟踪的任务：目标跟踪的任务：利用目标运动的相关性，将离利用目标运动的相关性，将离 散的目标位置（点迹）数据分别连成各目标的航散的目标位置（点迹）数据分别连成各目标的航 迹，并判明其运动规律。迹，并判明其运动规律。 （1 1）实现自动跟踪的方法：）实现自动跟踪的方法： ARPAARPA对目标的自动跟踪是采用天

29、线边扫描边对目标的自动跟踪是采用天线边扫描边 跟踪的方法，必须同时解决两个问题：跟踪的方法，必须同时解决两个问题： 43 .3 .3 目标的自动跟踪目标的自动跟踪 航迹外推：航迹外推：对目标未来位置的预测，即预测对目标未来位置的预测，即预测 目标在下一周天线扫到时的位置。目标在下一周天线扫到时的位置。 由于雷达测量有误差及目标机动的随机性，由于雷达测量有误差及目标机动的随机性， 航迹外推的结果必然存在误差。为了使外推的均航迹外推的结果必然存在误差。为了使外推的均 方误差最小和实现外推的可能性，必须对采集的方误差最小和实现外推的可能性，必须对采集的 点迹数据进行滤波处理，以实现最佳估计，从而点迹

30、数据进行滤波处理，以实现最佳估计，从而 获得最佳预测位置。获得最佳预测位置。 （1 1）实现自动跟踪的方法：）实现自动跟踪的方法： 44 目标的自动跟踪目标的自动跟踪 航迹相关：航迹相关：对新点迹和已有航迹之间归属关系对新点迹和已有航迹之间归属关系 的判明。的判明。 方法：首先判明新点迹是否属于同一目标或者方法：首先判明新点迹是否属于同一目标或者 是其他新发现的目标；是其他新发现的目标； 其次，在预测位置中心设置一个其次，在预测位置中心设置一个“跟踪窗跟踪窗”或或 “跟踪波门跟踪波门” ” ，波门尺寸应保证下一次目标（会波，波门尺寸应保证下一次目标（会波 点）检测时，预测位置和实测位置修正后都

31、处于该点）检测时，预测位置和实测位置修正后都处于该 波门内，以保证连续跟踪；波门内，以保证连续跟踪； 第三，凡是进入波门的信号就认为是相关的，第三，凡是进入波门的信号就认为是相关的， 判定为同一目标的新点迹。判定为同一目标的新点迹。 （1 1）实现自动跟踪的方法：）实现自动跟踪的方法： 45 X Y O 跟踪波门跟踪波门 A R 方位门开始方位门开始 方位门结束方位门结束 AGSAGS RGSRGS 46 目标的自动跟踪目标的自动跟踪 波门尺寸对跟踪性能的影响波门尺寸对跟踪性能的影响 初始录取波门应足够大，以便录取成功并建立起初始录取波门应足够大，以便录取成功并建立起 航迹；但录取波门不可太大

32、，否则降低录取分辨力。航迹；但录取波门不可太大，否则降低录取分辨力。 建立航迹后跟踪波门尺寸要小，有利于提高跟踪建立航迹后跟踪波门尺寸要小，有利于提高跟踪 精度和分辨力；精度和分辨力； 为了适应不同尺寸的目标、目标机动及跟踪误差为了适应不同尺寸的目标、目标机动及跟踪误差 ，波门尺寸大小应能自适应调整。，波门尺寸大小应能自适应调整。 （2 2）跟踪波门）跟踪波门 47 目标的自动跟踪目标的自动跟踪 ARPA ARPA采取的自动跟踪方法采取的自动跟踪方法 波门尺寸按照目标尺寸自动调节波门尺寸按照目标尺寸自动调节：根据自动检测：根据自动检测 到的目标几何面积设置波门尺寸大小，使目标面积占到的目标几何

33、面积设置波门尺寸大小，使目标面积占 波门面积的波门面积的75%75%，其余，其余25%25%是留有余地。是留有余地。 设置大、中、小三种波门尺寸，在跟踪过程中自设置大、中、小三种波门尺寸，在跟踪过程中自 适应调整适应调整：初始录取目标时用大波门，初始建立跟踪：初始录取目标时用大波门，初始建立跟踪 后用中波门；进入稳定跟踪后，用小波门。若用大波后用中波门；进入稳定跟踪后，用小波门。若用大波 门连续门连续5 5次天线扫描，目标都未能进入大波门，则判定次天线扫描，目标都未能进入大波门，则判定 目标丢失。目标丢失。 （2 2）跟踪波门）跟踪波门 48 目标的自动跟踪目标的自动跟踪 目标丢失目标丢失 目

34、标回波信号变弱；目标回波信号变弱； 杂波干扰；杂波干扰； 目标大幅度快速机动目标大幅度快速机动 雷达测量或处理出现特大误差雷达测量或处理出现特大误差 目标进入雷达阴影区或被大目标遮挡目标进入雷达阴影区或被大目标遮挡 误跟踪误跟踪 目标调换目标调换 （发生目标调换的发生目标调换的5 5种情形和技术措施种情形和技术措施） （3 3）自动跟踪的局限性）自动跟踪的局限性 49 .1 .1 目标运动参数的计算目标运动参数的计算 2.2.3 2.2.3 目标参数的自动计算及碰撞危险判断目标参数的自动计算及碰撞危险判断 （1 1）目标位置参数：距离）目标位置参数：距离R R、方位、方位B B； （2 2）目

35、标相对航速与航向；）目标相对航速与航向； （3 3）目标真航速、真航向）目标真航速、真航向 .2 .2 危险预测参数的计算危险预测参数的计算 （1 1）碰撞参数：）碰撞参数：DCPADCPA、TCPATCPA； （2 2）可能碰撞点）可能碰撞点PPCPPC； （3 3）危险预测区）危险预测区PADPAD。 50 MIN CPA圆圆 R.M.L C1 相对运动时的人工标绘相对运动时的人工标绘 O x y N E ),( 111 yxT ),( 222 yxT P ),(yxT 51 .1 .1 目标运动参数的计算目标运动参数的计算 （1 1）目标船运动六要素）目标船运动六要素 相对运动方程：相对

36、运动方程：)()( 121121 xxyyyyxx 相对运动速度：相对运动速度： )()()()( 1211211212 xxyyyxxxyyyx 相对运动方向：相对运动方向： | )()( 12 2 12 2 12 tt yyxx VR 52 .1 .1 目标运动参数的计算目标运动参数的计算 （1 1）目标船运动六要素）目标船运动六要素 目标船航速：目标船航速： 目标船航向：目标船航向： 53 .1 .1 目标运动参数的计算目标运动参数的计算 （1 1）目标船运动六要素）目标船运动六要素 目标船距离：目标船距离： 目标船方位：目标船方位： 54 .1 .1 目标运动参数的计算目标运动参数的计

37、算 （1 1）目标船运动六要素）目标船运动六要素 BCTBCT： BCRBCR： 55 .2 .2 危险预测参数的计算危险预测参数的计算 （2 2）可能碰撞点）可能碰撞点PPCPPC （1 1）碰撞参数：）碰撞参数：DCPADCPA、TCPATCPA； DCPADCPA： TCPATCPA： 2 12 2 12 121121 1 )()( | )()(| | yyxx xxyyyx OCDCPA 56 .2 .2 危险预测参数的计算危险预测参数的计算 （2 2）判断危险度）判断危险度 MINDCPA yyxx xxyyyx 2 12 2 12 121121 )()( | )()(| DCPAM

38、IN DCPADCPAMIN DCPA TCPAMIN TCPATCPAMIN TCPA 57 .2 .2 危险预测参数的计算危险预测参数的计算 （3 3）可能碰撞点）可能碰撞点PPCPPC 58 .3 .3 危险判断与报警危险判断与报警 目标参数的自动计算及碰撞危险判断目标参数的自动计算及碰撞危险判断 （1 1）利用）利用DCPADCPA、TCPATCPA进行危险判断与报警进行危险判断与报警 （2 2）利用警戒环进行危险判断与报警）利用警戒环进行危险判断与报警 DCPAMIN DCPA TCPAMIN TCPADCPAMIN DCPA TCPAMIN TCPA：目标船安全；：目标船安全； D

39、CPADCPAMIN DCPA TCPAMIN TCPAMIN DCPA TCPAMIN TCPA：目标船危险，时间有余；：目标船危险，时间有余； DCPADCPAMIN DCPA TCPAMIN TCPAMIN DCPA TCPAMIN TCPA：目标船紧急危险；：目标船紧急危险； （3 3）利用）利用PPCPPC、PADPAD进行危险判断与报警进行危险判断与报警 （4 4）跟踪目标丢失的危险判断与报警）跟踪目标丢失的危险判断与报警 59 .3 .3 危险判断与报警危险判断与报警 目标参数的自动计算及碰撞危险判断目标参数的自动计算及碰撞危险判断 （1 1）利用）利用DCPADCPA、TCPA

40、TCPA进行危险判断与报警进行危险判断与报警 （2 2）目标相对航速与航向；）目标相对航速与航向； （3 3）目标真航速、真航向）目标真航速、真航向 .4 .4 危险预测参数的计算危险预测参数的计算 （1 1）碰撞参数：）碰撞参数：DCPADCPA、TCPATCPA； （2 2）可能碰撞点）可能碰撞点PPCPPC； （3 3）危险预测区）危险预测区PADPAD。 60 .1 .1 数据显示器数据显示器 2.2.4 2.2.4 显示方式及选用显示方式及选用 ARPAARPA数据显示器的显示内容数据显示器的显示内容 跟踪目标的六参数：跟踪目标的六参数： 本船运动参数本船运动参数: :航速、航向；航

41、速、航向； 矢量时间：矢量时间： 尾迹点及间隔时间：尾迹点及间隔时间： 偏移数据：偏移数据： 安全判据：安全判据： 录取标志位置数据：录取标志位置数据： 故障序号：故障序号： 目标过船头距离（目标过船头距离（BCRBCR：Bow Cross RangeBow Cross Range） 目标过船头时间（目标过船头时间（BCTBCT：Bow Cross TimeBow Cross Time） 61 .2 .2 综合显示器综合显示器 显示方式及选用显示方式及选用 ARPAARPA综合显示器的主要内容综合显示器的主要内容 定量符号定量符号 相对矢量：相对矢量：其起点表示目标现位置；方向表示相其起点表示

42、目标现位置；方向表示相 对运动航向；长度表示对应矢量时间的预测航程对运动航向；长度表示对应矢量时间的预测航程 ；矢量末端表示对应矢量时间的预测到达位置。；矢量末端表示对应矢量时间的预测到达位置。 真矢量：真矢量：其起点表示目标现位置；其起点表示目标现位置；方向表示真运动方向表示真运动 航向；航向；长度表示对应矢量时间的预测航程；矢量末长度表示对应矢量时间的预测航程；矢量末 端表示对应矢量时间的预测到达位置。端表示对应矢量时间的预测到达位置。 62 .2 .2 综合显示器综合显示器 定量符号定量符号 历史航迹：历史航迹：表示目标现位置之前的历史航迹。表示目标现位置之前的历史航迹。 ARPAARP

43、A能显示目标过去能显示目标过去4 4个等时间间隔的位置，个等时间间隔的位置， 并显示出该时间间隔的大小，其时间间隔与使用量并显示出该时间间隔的大小，其时间间隔与使用量 程成比例。程成比例。 ARPA ARPA采用真矢量显示方式显示目标的真运动采用真矢量显示方式显示目标的真运动 航迹。航迹。 （1 1）用于判断目标是否机动）用于判断目标是否机动 （2 2）用于检查跟踪能力是否正常）用于检查跟踪能力是否正常 63 真运动显示方式历史航迹的显示真运动显示方式历史航迹的显示 T T2 2 T T3 3 T T1 1 T T4 4 O O N N 64 .3 .3 显示方式特点及选用显示方式特点及选用

44、显示方式及选用显示方式及选用 （1 1）本船运动显示模式）本船运动显示模式 R.M.R.M.显示模式显示模式 T.M.T.M.显示模式显示模式 用于船舶避碰的只能是对水用于船舶避碰的只能是对水T.M.T.M.方式方式 （2 2）图像指向显示模式）图像指向显示模式 船首向上（船首向上（Head UpHead Up） 真北向上（真北向上（North UpNorth Up） 航向向上（航向向上（Course UpCourse Up） 65 .3 .3 显示方式特点及选用显示方式特点及选用 显示方式及选用显示方式及选用 （3 3）矢量显示模式）矢量显示模式 相对矢量（相对矢量（Relative Vec

45、torRelative Vector）显示模式）显示模式 本船无相对矢量，同速同向目标不显示本船无相对矢量，同速同向目标不显示R.VR.V； 固定或运动目标显示固定或运动目标显示R.VR.V； 从本船到目标从本船到目标R.VR.V延长线的垂足为延长线的垂足为CPACPA，目标，目标 航行至航行至CPACPA的时间为的时间为TCPATCPA。 适用场合：适用场合：R.VR.V显示模式可评估目标逼近本船显示模式可评估目标逼近本船 的速度，估算的速度，估算CPACPA、TCPATCPA，评估相遇船与本船有无，评估相遇船与本船有无 碰撞危险。碰撞危险。 66 0 0 相对矢量显示方式相对矢量显示方式

46、T T1 1 T T2 2 T T3 3 CPACPA CPACPA 67 .3 .3 显示方式特点及选用显示方式特点及选用 （3 3）矢量显示模式）矢量显示模式 真矢量（真矢量（True VectorTrue Vector）显示模式）显示模式 本船与运动目标都显示本船与运动目标都显示T.VT.V，其长度比为速度比，其长度比为速度比， 可形成可形成0 0、1 1、2 2个个PPCPPC； 固定没有固定没有T.VT.V；如果固定目标显示；如果固定目标显示T.VT.V则是因为受则是因为受 到风、流的影响而产生的，此时为对水到风、流的影响而产生的，此时为对水T.MT.M； 若目标的若目标的CPA=0

47、CPA=0，则该目标，则该目标T.VT.V延长线与本船航向延长线与本船航向 线的交点为线的交点为PPCPPC； 若本船和目标的若本船和目标的T.VT.V矢端重叠或离得很近，表示有矢端重叠或离得很近，表示有 碰撞危险。碰撞危险。 根据目标的根据目标的T.VT.V和真航迹可判断目标是否机动。和真航迹可判断目标是否机动。 68 T T2 2 O O 真矢量显示方式真矢量显示方式 T T1 1 69 .3 .3 显示方式特点及选用显示方式特点及选用 （4 4）目标动态预测显示模式）目标动态预测显示模式 矢量（矢量（VectorVector）模式）模式 PADPAD模式模式 PADPAD模式是模式是SP

48、ERRY ARPASPERRY ARPA的专利。的专利。 使用使用ARPAARPA的原则是确保船舶航行安全的原则是确保船舶航行安全 在大样中航行时：在大样中航行时：ARPAARPA主要是直观判断船舶有主要是直观判断船舶有 无碰撞危险，故使用无碰撞危险，故使用R.MR.M、R.VR.V、CUCU显示，并采用显示，并采用 PADPAD模式；模式； 在狭水道或进港时：便于将图像与海图对照，在狭水道或进港时：便于将图像与海图对照， 便于定位和改向避让时的图像稳定，故使用便于定位和改向避让时的图像稳定，故使用T.MT.M、 T.VT.V、NUNU显示，并采用矢量模式。显示，并采用矢量模式。 70 2.2

49、 ARPA2.2 ARPA工作原理工作原理 2.2.5 2.2.5 自动报警和系统测试自动报警和系统测试 2.2.6 2.2.6 试操船试操船 2.2.7 ARPA2.2.7 ARPA的外围设备及要求的外围设备及要求 2.2.8 2.2.8 附加功能附加功能 71 .1 ARPA.1 ARPA的优点的优点 2.2.9 ARPA2.2.9 ARPA的优点和局限性的优点和局限性 （1 1）ARPAARPA具有预处理和自动检测功能，可在具有预处理和自动检测功能，可在 噪声干扰环境中较可靠识别目标；噪声干扰环境中较可靠识别目标； （2 2）ARPAARPA能自动、连续提供必要的航行及避能自动、连续提供

50、必要的航行及避 碰信息数据，并能连续、正确、迅速地评估和预碰信息数据，并能连续、正确、迅速地评估和预 测航行态势。测航行态势。 （3 3）ARPAARPA有多种功能，正确使用有助于解析有多种功能，正确使用有助于解析 雷达信息，确保船舶航行安全，减少碰撞事故和雷达信息，确保船舶航行安全，减少碰撞事故和 海上环境污染。海上环境污染。 （4 4）ARPAARPA工作自动化程度高，可减轻驾驶员工作自动化程度高，可减轻驾驶员 的辛劳，集中精力操船和避让，确保航行安全。的辛劳，集中精力操船和避让，确保航行安全。 72 .2 ARPA.2 ARPA系统误差源及其影响系统误差源及其影响 ARPAARPA的优点

51、和局限性的优点和局限性 （1 1）设备误差）设备误差 传感器误差：传感器误差： 雷达测距误差雷达测距误差 雷达测方位误差雷达测方位误差 陀螺罗经误差陀螺罗经误差 计程仪误差计程仪误差 输入数据误差对输入数据误差对ARAP输出数据的影响输出数据的影响 ： （2 2）ARPAARPA本身的误差本身的误差 滤波处理误差滤波处理误差 计算误差计算误差 目标调换目标调换 录取假目标或杂波录取假目标或杂波 73 .2 ARPA.2 ARPA系统误差源及其影响系统误差源及其影响 （3 3）人为误差）人为误差 对显示模式及矢量模式的误解和误用对显示模式及矢量模式的误解和误用 本船航速输入不当本船航速输入不当

52、对对PPC、PAD图示信息的不正确解析图示信息的不正确解析 试操船功能使用不当试操船功能使用不当 （4 4）使用）使用ARPAARPA的注意事项的注意事项 ARPAARPA仍然是一个助航设备，安全航行的关键仍然是一个助航设备，安全航行的关键 因素是人，不可盲目信赖；因素是人，不可盲目信赖； 必须正确理解矢量、必须正确理解矢量、PPCPPC、PADPAD的概念；的概念； 弱目标回波不可丢失，而丢失的可能是危险弱目标回波不可丢失，而丢失的可能是危险 目标；目标； 74 （4 4）使用）使用ARPAARPA的注意事项的注意事项 自动录取是在目标闯入警戒区时激发闯入报自动录取是在目标闯入警戒区时激发闯

53、入报 警并自动录取，要连续跟踪，及时进行人工录取警并自动录取，要连续跟踪，及时进行人工录取 ； 经常对经常对ARPAARPA的图像信息和数据信息进行对比的图像信息和数据信息进行对比 分析，以减少错误。分析，以减少错误。 .2 ARPA.2 ARPA系统误差源及其影响系统误差源及其影响 75 .3 ARPA.3 ARPA的局限性的局限性 2.2.9 ARPA2.2.9 ARPA的优点和局限性的优点和局限性 （1 1）ARPAARPA传感器的局限性传感器的局限性 （2 2）自动检测的局限性）自动检测的局限性 （3 3）录取的局限性）录取的局限性 （4 4）跟踪局限性）跟踪局限性 （5 5）报警的局

54、限性）报警的局限性 （6 6）安全判据的局限性）安全判据的局限性 （7 7）ARPAARPA用于狭水道航行的局限性用于狭水道航行的局限性 76 2.3 ARPA2.3 ARPA的操作与使用的操作与使用 2.3.1 ARPA2.3.1 ARPA控键的分类与安排控键的分类与安排 .1 .1 基本功能键基本功能键 （1 1）与目标有关的功能键）与目标有关的功能键 （2 2）与本船有关的功能键）与本船有关的功能键 （3 3）与图像显示模式有关的功能键）与图像显示模式有关的功能键 （4 4）与报警有关的功能键）与报警有关的功能键 .2 .2 特殊功能键特殊功能键 （1 1）有关导航的功能键）有关导航的功

55、能键 （2 2）其他附加功能键）其他附加功能键 77 2.3 ARPA2.3 ARPA的操作与使用的操作与使用 2.3.2 ARPA2.3.2 ARPA正确开机及数据设置方法正确开机及数据设置方法 .1 .1 开启和调整好雷达开启和调整好雷达 .3 .3 初始数据设置初始数据设置 （1 1）本船航向输入：陀螺罗经航向；）本船航向输入：陀螺罗经航向； （2 2）本船航速输入：手动或计程仪输入；）本船航速输入：手动或计程仪输入； （3 3）安全判据数据输入：设置）安全判据数据输入：设置MINCPAMINCPA、MINTCPAMINTCPA .2 .2 选择合适的量程和显示组合方式选择合适的量程和显示组合方式 本船运动模式、矢量显示模式、图像指向模式本船运动模式、矢量显示模式、图像指向模式 78 2.3 ARPA2.