自动雷达标绘仪(ARPA)

1、第二篇 自动雷达标绘仪(ARPA),内容提要,第一章 绪论 第二章 ARPA 的基本工作原理 第三章 ARPA 的操作使用 第四章 船用雷达与ARPA新技术,教学目的要求,1、充分认识普通船用雷达用于船舶避碰的局限性 2、了解ARPA的发展概况和基本类型 3、 掌握ARPA系统的组成及各部分作用 4、了解ARPA的性能标准 5、 理解ARPA的基本原理及误差分析 6、掌握ARPA的基本功能、基本操作方法及局限性 7、熟练掌握、正确使用ARPA进行避让操船,第一章 绪 论,第一章 绪论,1-1 普通船用雷达用于船舶避碰的局限性 1-2 ARPA系统的组成及各部分作用 1-3 ARPA系统的分类,

2、第一章 教学目的要求,1、掌握普通船用雷达用于船舶避碰的方法 2、充分认识普通船用雷达用于船舶避碰的局限性 3、了解ARPA的发展概况和基本类型 4、掌握ARPA系统的组成及各部分作用 5、 知道ARPA有哪些输入输出信息,第一章 绪论,1-1 普通船用雷达用于船舶避碰的局限性 一、普通船用雷达在船舶避碰中的应用 船舶避碰包含“预测”和“避让”两个涵义。 预测:预测本船与相遇船在何时（何处）会存在碰撞危险。 避让:本船对危险船采取的避让机动。 问题：单纯依靠船用雷达提供的信息能否 协助船舶避碰？ 1、相对运动人工标绘避碰法,图2-1-1人工标绘图,O (本船),SHM,A(目标）,B,DCPA

3、,CPA,C,D,目视线,两船保速保向时预计的视运动,人工标绘进行避碰的步骤,1、选择要进行标绘的相遇船回波（A） 2、监视该目标回波的移动 3、隔一定时间间隔（6min）标出B点 4、作图并求碰撞及航行参数 碰撞参数： DCPA:最接近会遇距离 TCPA：到达最接近点的时间, 航行参数：,目标船相对速度（REL SPD）、相对航向（ REL CRS）、真速度（TRUE SPD）和真航向（TRUE CRS） 5、CPA TCPA安全界限值（ MINCPA 、 MINTCPA ） MINCPA（CPA安全界限值） 允许目标安全通过本船所需要求的最小会遇距 MINTCPA（TCPA的安全界限值）

4、允许目标到达CPA点的最小时间,6、在ARPA中，MINCPA、MINTCPA由驾驶员来设定（输入） 7、设置MINCPA、MINTCPA应考虑的因素 1）本船大小、速度、操纵性能（若船大（速度）MINCPA大） 2）水域宽阔程度，船舶密度（若窄密MINCPA小） 3）气象条件（风浪、雾、雪）（若风浪大、雾大NINCPA大）,8、判断碰撞危险,6、采取避让措施,图2-1-2 本船保速改向时避让人工标绘,SHM,MIN CPA圆,R.M.L.,O,A,转向方向,O1,新的视运动,O2,A2,最后的视运动,SHM,图2-1-3 本船保向减速时避让人工标绘,MIN CPA圆,SHM,O,W,O1,A

5、,新的视运动,O2,A2,图2-1-4 相对运动雷达人工标绘避碰流程图,雷 达,传感器 在CRT上观测目标,检测目标,目标录取 选择避让目标 确定目标初始位置数据,人工标绘,避碰作图 按规定的时间间隔观测目标位置数据，并标绘,计算目标的航向、航速、 方位、距离、CPA、TCPA,分析每个目标速度三角形及避碰三角形，计算目标参数,人工设定MIN CPA、MIN TCPA,设置安全判据,危险船？,NO,保向、保速,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,保向保速 加强了望,改向或减速,改向,改向指令,减速,减速指令,义务船,人工标绘的局限性,1）费时（37分钟）、麻烦 2

6、）不直观、不准确 3）难以应付复杂局面 2、真运动雷达用于船舶避碰,二、普通船用雷达用于船舶避碰的局限性,1、低亮度显示，影响相遇船回波的识别 2、只能显示目标的瞬时位置，难以判断危险船 3、需通过人工标绘获得目标碰撞及航行参数，但人工标绘存在局限性 4、验证避让效果仍须重新进行人工标绘,三、名称：自动雷达标绘仪Automatic Radar Plotting Aids 简称 ARPA 中文译音 “阿帕”。 四、发展简况 1、雷达作用特别能见度低劣，但随船（速度、体积、密度）避碰事件不断发生改革（很多措施）但只有与计算机结合（自动化、智能化）ARPA 2、ARPA起源，美国，1976年秋天，连

7、续发生油轮事故提出要求IMO1981制定ARPA标准。 3、目前已经在远洋船上安装ARPA。学习重要性，正确使用APPA大大减轻负担,1-2 ARPA系统的组成及各部分作用,图2-1-5 基本ARPA系统组成框图,X/S 波段雷达,陀螺 罗经,计程 仪,外存 器,传感器,预处理,触发脉冲,天线位置及船首信号,本船航向,本船航速,输入 | 输出接口,目 标 检 测,跟 踪 器,目标数据,计 算 机,布置命令,触发脉冲,PPI 综合 显示器,数据 显示器,回波原始视频,ARPA 控制台,操作命令,操船命令,报 警,ARPA 电源,ARPA,1、传感器：,由它们提供必要的信息供标绘用 1） X/S波

8、段高质量雷达提供 : 触发脉冲（trigger） 视频脉冲（Video） 天线角位置信号及船首标志信号,2）陀螺罗经:,提供本船航向信号 3）船舶计程仪: 提供本船航速信号（对水、对地） 4）外存器:磁盘或光盘， 提供视频地图或电子海图。,2、ARPA 部分,1）预处理： 对原始视频杂波处理及模数转换 2）目标检测： 对预处理后的回波信号自动检测，满足存在目标条件者输出发现目标的数字信号。 3）目标录取（人工/自动录取） 将已检测到的目标的初始位置送入跟踪器。,4）跟踪器：,对已被录取的目标进行自动跟踪并建立目标的运动轨迹 5）电子计算机： 自动录取、跟踪和计算目标的航行和碰撞参数、自动判断有

9、无碰撞危险、完成自动标绘的任务。,PPI综合图形显示器： 数据显示器：显示本船及目标航行与碰撞数据。 7）控制台：PPI及数据显示器的控制器 8）接口电路： 将各种传感模拟信号变换成计算机可接受的数字信号 9）电源：,6）显示器：,图 2-1-6 ARPA系统自动标绘避碰流程图,计程仪,雷达,陀螺罗经,传感器,信号预处理与目标检测,录取,超过规定数量溢出报警,录取目标,逐个/全部清除,跟踪器,连续跟踪已录取目标,计算航行及避碰数据,分解每个速度三角形及避碰三角形,设置 MIN CPA MIN TCPA,危险船？,设置安全判裾,碰撞危险判断,NO,保向、保速,YES,试操船,报警（声光）,改向或

10、变速,报警解除,试操船航向、航速,避碰规则,改向指令,改向,变速指令,1-3 ARPA系统的分类,一、按系统组合方式不同分类 1、分立式ARPA系统 2、组合式ARPA系统 二、按显示目标动态方式分类 1、矢量型ARPA 2、图示型ARPA 三、按显示扫描方式不同分类 1、径向圆扫描式 2、电视光栅扫描式,ARPA系统的分类及特点,复习思考题：,1、普通船用雷达用于船舶避碰时有哪些局限性？ 2、如何利用人工标绘求相遇船的碰撞参数？ 3、画出ARPA系统的简框并简要说明其工作概况。 4、ARPA有哪些输入输出信息？,第二章 ARPA 的基本工作原理,2-1 各种传感信号的预处理 2-2 目标自动

11、检测、录取和跟踪 2-3 目标参数的自动计算及碰撞危险判断 2-4 显示方式及选用 2-5 自动报警与系统测试 2-6 试操船 2-7 ARPA的外围设备及要求 2-8 附加功能 2-9 ARPA的优点及局限性,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2-1 各种传感信号的预处理,一、预处理的内容、必要性 1、必要性 5种传感器信号模拟 数字 雷达回波处理：杂波抑制、检测判断等。 2、内容 原始视频雷达信号的杂波处理及方位、距离信号的量化处理； 陀螺罗经航向信号和计程仪航速信号的量化处理。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch1 绪论, 作用： 杂波处理： CFAR； 解相关处理（同于同

12、频异步干扰处理） 量化处理 （包括：目标回波、距离和方位的量化） 1、雷达回波原始视频信号的杂波处理,二、雷达信号的预处理,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2、量化处理 把模拟信号变成数字信号的过程 1）方位量化 对天线波束的角位置进行量化，即将3600等份成若干个方位量化单元。 如分为4096量化单元：,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,如采用专用同步机加A/D转换器,例：输出12位二进制码为：101000101000,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,模拟信号输入,数字信号输出,2）距离量化(R),时间量化(t), 以把距离扫描全程分

13、为若干个时间量化单元t 一般取t （0.1-1） 如t=0.5 R=75m,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,t,3）原始视频信号的数字化,V0,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,幅度量化,时间量化,数字信号,V0 为第一门限电平, 也有采用多分层（4、8、16等），优点：有利于提高抗干扰和检测性能等,2-2 目标自动检测、录取和跟踪,一、数字式目标自动检测的简单原理, 在杂波干扰背景中识别判断目标的存在,在杂波干扰背景中自动判断目标的存在,“雷达目标检测”, “自动目标检测”,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,t,(1),(N),(2),

14、采用方法： M/N准则，即 M OUT OF N 简称 MOON准则, 准则：连续N次探测中，若某量化单元累积出现的回波“1”的次数大于等于M，则判断该单元内发现了目标，输出“1”；否则判断为无目标，输出“0”, M/N值大小对ARPA自动检测性能的影响：, N大，,目标不易丢失, M大，,不易发生误将干扰为目标的错误, 反之？, 试比较 M/N=6/8 和 M/N=2/3 对应ARPA的 检测性能。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,目标录取概念： 含义跟踪目标的选择及其跟踪的开始； 任务：把所要跟踪目标的初始位置距离、方位数据，告知跟踪器（计算机）； 目录录取方式： 1）

15、人工录取； 2）自动录取。,二、目标录取的方法及特点,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,1、人工录取（Manual Acquistion）,1） 方法：, 按下录取开关按下录取开关, 超过规定录取数量，如何处理？,人工清除（Cancel）, 通过操纵杆（Joystick)或跟踪球(Trackball)把录取标志符号“”（或“”、“”、“”、“+” 等）套在欲录取目标回波亮点上；,2）人工录取的一般原则,船首右舷近程的相遇船。 录取数量：10个 *新标准,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,3）人工录取优缺点：, 优点： 目的性明确。运用观测经验，较容易在干扰背

16、景中识别和录取目标。 缺点： 速度慢； 观测疏忽，可能漏掉危险目标； 驾驶员负担较重。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2、自动录取（Auto-Acquisition),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，按一定录取原则由ARPA自动完成。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,IMO: 20个 *新标准,接收机输出,杂波处理 与信号检测,目标 发现,距离编码,距离时钟,同步信号,方位编码,时间编码,方位脉冲,“0”方位脉冲,时钟脉冲,排队控制,缓 冲 器,至计算机,图 2-2-5 自动录取设备,其他特征参数,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2

17、 ARPA基本原理, 排队控制：,使已录取的各目标坐标有次序地送入计算机；,提高自动录取的目的性；,提高录取速度。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理, ARPA常用的几种辅助控制方法：,1）设置优先区,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2）设置限制线（区）：,拒绝录取区,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,3）设置警戒圈（环、区）,功能：对闯入警戒圈（环、区）的目标，ARPA将发出闯入报警（必有 ），并自动录取和跟踪（可选择） 。, 注意：对已经在警戒圈（环、区）的目标，ARPA不报警，也不录取！,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基

18、本原理,自动录取的优点：,自动录取的缺点,可能造成漏录取危险度较大的目标而酿成危险局面。,会造成虚假录取 ；,可能漏掉弱小目标的录取；, 注意：使用中应根据航行环境、态势酌情选用录取方式！, 超过规定录取数量， ARPA会发出报警（如“Over20”）。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,速度快；减轻驾驶员负担。,4、IMO规定要求（最低性能标准）：, 人工录取必不可少的，人工录取目标数量，至 少10个； 自动录取可有可无的，如有，至少20个； 应有“人工消除”功能。 当录取满后，可通过人工消除录取的目标后，再录取。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,目标跟

19、踪：是ARPA的重要性能指标 观测目标位置的相继变化以建立起运动轨迹。 1、实现自动跟踪的方法 1）航迹外推（预测）： 对目标未来位置的预测，即预测目标在下一天线扫描周期的位置。 2）航迹相关处理： 对新点迹和已有点迹之间归属关系的判断。 以预测位置为中心设置一个“跟踪窗”或“跟踪波门”,三、目标自动跟踪方法、精度及局限性,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,最优估计方法：对采样点迹数据进行滤波处理, 卡尔曼滤波器,01,01,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理, , ,G1,G2,G3,过程：滤波、外推,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,滤波

20、方程：,外推方程：, 随着采样序数的增加，预测与实测的位置差越来越小，当进入稳定跟踪后，两者趋于一致。, 跟踪波门移动的轨迹就是目标运动轨迹,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,3）跟踪原理概述, 根据实测位置、预测位置、预测速度，算出滤波位置及滤波速度。 以滤波位置为起点，用滤波速度，来预测下一天线扫描周期的预测位置，并放置跟踪窗（又称波门）等待天线下一时刻目标的到来，当目标进入跟踪窗时，认为该目标为所要跟踪的目标。 利用不断滤波与外推，且跟踪窗逐次缩小，逐次逼近，实现ARPA对目标的自动跟踪。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2、影响自动跟踪性能的因素,

21、 初始跟踪阶段；, 稳定跟踪时；, 目标做快速大幅度机动时期, 目标无机动或机动速率很小, 目标跟踪丢失、系统进行惯性外推时期（应均取0）,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2）跟踪波门尺寸对跟踪性能的影响,AGS方位门开始,RGS距离门开始, R窗深, A窗宽, 扇形窗在录取目标时，称录取波门，在建立航迹进入跟踪后，称跟踪波门（跟踪窗），简称波门。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理, 关于波门尺寸应考虑以下几点：,（1）初始录取 波门应足够大，以便 录取成功并建立起跟踪。 （2）在建立航迹后跟踪波门尺寸小， 有利于提高跟踪精度和分辨力。 （3）跟踪过程波门

22、大小变化：大 中 小 （4）为适应各种因素的变化，波门尺 寸的大小应能的变化应自适应调节。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,3、自动跟踪的局限性,1）目标丢失, 目标回波信号弱, 杂波干扰, 目标大幅度变化, 雷达测量或ARPA数据处理环节出现特大误差, 目标进入雷达阴影区或被大目标遮挡,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2）误跟踪: 也称目标交换, 两个或两个以上目标落入同一个波门而引起跟踪错误的现象。, 常见下列几种：,1）被跟踪目标进入强海浪区而误跟踪海浪,2）,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,3）两个靠近，同向行驶的目标；,航海

23、雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,4）两个被跟踪目标的对驶靠近时；,5）当一被跟踪目标航行到靠近、并转向时将会发生跟踪到陆地，出现“矢量上岸”,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理, 减少目标调换的技术措施：,a、两个重叠时，停止跟踪，按原速度滑行，分开后再跟踪。 b、拒绝人工录取正在逼近另一个已被跟踪的目标，以免破坏对已有跟踪目标的跟踪。 c、当出现两个以上目标时，只跟踪最接近跟踪窗中心的目标回波。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2-3 目标参数的自动计算及碰撞危险判断,一、目标运动参数的计算 二、危险预测参数的计算 1、碰撞参数CPA、TC

24、PA 的计算 2、PPC的计算（可能碰撞点Point of possible collision） 1）PPC产生条件: 目标保向保速，本船保速保向或保速改向; 2）PPC的形成,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,图2-2-16 本船保速保向时的PPC,o,A,B,SHM,C,PPC, 本船保速保向时PPC的形成,强调：只有当CPA=0，PPC才在SHM上,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理, 本船保速改向时PPC的形成,图2-2-17 本船保速改向时的PPC,A,SHM,PPC,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,3）几点说明：,PPC1,E

25、,为目标的反弦角,为本船速度矢量,为目标船速度矢量, 有一个PPC, 当本船保向保速时， BE，当CPA0时无PPC, 当BE 时，,A,PPC2,有两个PPC（PPC1、PPC2）,图2-2-18 形成两个PPC的示意图,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2、PAD（预测危险区Predicted Area of Danger）,1）含义：在目标船保速、保向，本船保速条件下 ，本船和目标船有可能发生碰撞的区域。 2）PAD的形成：,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,图2-2-19 PAD的形成,RML1,RML2,A,A,C,C,F,G,H,I,航海雷达与A

26、RPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,3)、PAD特点：, PAD的形状、大小、位置与下列因素有关： A. OT之间的速度比以及目标的反舷角； B. 设置的MINCPA的大小； C. OT之间的相对位置。 本船船首线穿过PAD，可能有碰撞危险。 PPC及PAD在真矢量的延长线上，PPC可能是PAD中心，但大多数情况下不是。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理, PAD只表示与本船的关系，若两个PAD重叠，并不反映该两个目标之间有碰撞危险。, 有PPC，一般就有PAD，（若有两个PPC，就有两个PAD）。 若是固定目标，目标回波在PAD之内。 4) PAD优点： 在避碰中：直观

27、、简便，即只要本船SHM避开 PAD即可。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,5) PAD缺点：, PAD并未考虑避碰规则，仍需谨慎行事； 精度差； 画面混乱，特别是在船舶密集水集，观测困难； 一旦条件改变（T保向保速，0保速）， PAD无效，特别是旧的PAD作废，而新的PAD尚未形成，若仍用旧的PAD，造成危险。 PAD适用于船舶密度小的开阔水域。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,三、危险判断与报警,1、利用CPA、TCPA进行危险判断与报警 只有当CPA、TCPA同时小于设置的MINCPA和MINTCPA时，ARPA才会发出危险报警；,航海雷达与ARP

28、A第二篇,Ch2 ARPA基本原理,1、利用警戒环进行危险判断与报警, 当目标“侵入”时，发出“目标闯入”报警，或自动录取。, 若第一次出现的目标已处于警成环（区）内，则不报警。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2、利用PPC、PAD进行危险判断, PPC在本船SHM上（CPA=0）碰撞危险（非常危险）；, PPC在本船SHM附近（若CPAMinCPA）碰撞危险（可能碰撞）；, PPC在本船较远（若CPA MinCPA）无碰撞危险 。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理, 本船船首线SHM穿过PAD，可能有碰撞危险,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA

29、基本原理,4、跟踪目标丢失的危险判断与报警,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2-4 显示方式及选用,一、数据显示器 内容： 1、目标运动六参数： 距离 方位 真航向 真速度 CPA TCPA 说明一点：有的有相对航向、相对速度。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2、IMO要求：,一分钟以内显示目标运动趋势 （the system should present the trend of the targets motion within one minute ） 三分钟内稳定显示目标的预测运动（数据） （and the prediction of the

30、targets motion within 3 minutes）,二、PPI综合显示器,1、视频回波显示 数字视频或原始视频。 数字视频的特点： 优点：质量好，亮度大。可选用 缺点：真实感较差。 2、符号没有统一标准 1）定性符号（录取符号：、；危险符号：、*）； 2） 图示符号 ： 有矢量、PPC、PAD、尾迹点、港口 视频地图等,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,3）定量符号,矢量：表示目标 未来的运动势态,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,OV,TV,RV,TV延长线,RV延长线,三、尾迹（历史航迹T

31、rail）,表示目标现位置前的历史航迹。 用等时间间隔点来表示。 作用： 用于判断目标有否机动； 用于检查跟踪能力是否正常。 判断机动方法： 一般用：真矢量真运动航迹比较。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理, 改向判断 两者是否在同一直线上, 改速判断 点间隔是否均匀,注意： 如用相对矢量相对运动判断 若两者不在同一直线改向或改速都有可能 （或：不能唯一确定目标改向） IMO要求： 至少8分钟、4个航迹点表示。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,四、各种显示方式、特点及选用,1、本船运动显示模式 相对运动 RM（必备） 真运动 TM 2、图像指向显示模式 北

32、向上（North Up） N-UP（必备） 航向向上（Course Up） C-UP 或 船首向上（Head Up） H-UP,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,3、矢量显示模式,矢量显示模式： R V T V 1）相对矢量 R V 特点（征） 本船无RV显示，同向同速船也无RV显示 固定或运动目标显示RV RV延长垂足 CPA、TCPA （估计） 适用场合 ： 快速判断本船与所有目标是否存在碰撞危险,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2）真矢量TV, 特点（征） 本船与运动目标均显示TV 当CPA=0时： TV延长线与SHM交点PPC（在SHM上）； 本船

33、TV与目标TV延长，其矢端重叠。 用TV及真运动尾迹判断目标是否机动 固定物标没有TV（无风流影响） 若有TV为对水真矢量（有风流影响） 修正方法：（只装有对水计程仪导航时） 手动修正（manual-drift） ARPA自动修正（Auto-drift） 适用场合 ：可观察目标真航向、真航速及目标态势角、有助于作出正确的避让决策。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,4、目标态势预测显示模式：, 综合显示的组合模式如下：,矢量模式和PAD模式,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,对于没有船首向上（H-UP）的ARPA，实际只有八种组合显示模式,航海雷达与ARPA

34、第二篇,Ch2 ARPA基本原理,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,5、显示方式的选用,1）大海中航行： 常选用：相对运动（RM）；相对矢量（TV）；航向向上（C-up）。 2）在狭小道或进出港： 常选用：真运动（TM）；真矢量（TV）；真北向上（N-up）。 若既要定位又要避让，且航向往南，则改用： TM TV C-up,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,6、IMO性能标准规定：, 对于矢量型： RV、TV两种都应有 对于PAD型： RV或TV其中一种即可 要求矢量时间应可调整 显示方式： 一定有RM、N

35、-up，C-up或H-up *新标准：应该提供TM 显示量程： 至少3、6、12 NM； 直径16 高亮度显示,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2-5 自动报警与系统测试,一、自动报警系统 1、报警分类及内容 1）设备（系统）报警： ARPA设备本身故障所发出的报警。 电源故障报警； 主处理机，内存、跟踪器，显示器，接口及传感器输入信号丢失； 其它。,是设备报警优先级别是最高的,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2）工作报警：,工作状态发生变化时发出的报警： 碰撞危险报警（CPA/TCPA）， 当CPAMINCPA：TCPAMINTCPA； 目标航迹变化报

36、警； 目标闯入（环、区）报警； 目标丢失报警； 录取目标总数超过预定数报警； 误操作报警； 其它报警（如走锚）。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理, 工作报警优先等级：,碰撞危险报警（CPA/TCPA） 航迹变化 闯入警戒圈 目标丢失 走锚,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2、报警方式,1）视觉报警（Visual Alarm）警指示灯闪烁 2）听觉报警（Audible Alarm） 蜂鸣器响 3）符号闪烁报警（Symbol Flash） PPI显示器各种符号 4）文字显示报警（Data Flash） “Danger”或“Collision” 对设备报警 可

37、显示故障代号 如：system 04无雷达触发信号等,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,二、系统测试功能,1、用诊断程序自测试功能（自检功能） 2、用“TEST”（测试）功能 当有故障时，一般会显示故障序号 1）用发光二极管、指示灯、数码管 若轮流闪亮一遍：表示相关电路及功能正常 未亮的灯或管：表示可能是灯或管坏了、或相应部分有故障、系统无法执行相应功能。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,3）用测试回波视频,有的ARPA在按下“TEST TARGET”键后，则在显示屏上显示模拟运动目标回波“X” 用于检查ARPA录取、跟踪和计算功能,航海雷达与ARPA第二

38、篇,Ch2 ARPA基本原理,2-6 试操船,一、概述 1、如有危险报警哪条船？ 能见度不良： 采取措施 互见：权利船？ 若是义务船采取措施 2、什么叫试操船？ ARPA检测到碰撞危险目标并发出报警时，本船实际采取避让机动前，人工输入模拟航向和（或）模拟航速数据，让ARPA计算和预测此避让机动的效果。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,二、试操船方法（措施）,航向试操船 航速试操船 1、矢量型试操船（采用RM显示模式） 1）RV试操船 2）TV试操船 2、PAD试操船,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,三、试操船显示特征（结合IMO要求）,1、在荧光屏的下方

39、有提示： “T”、或“SIM”或“TRIAL” 2、试操船不宜太长时间. 有的ARPA自动回复到正常显示。 3、在试操船中，不能中断对已有跟踪目标的跟踪与计算。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,四、试操船使用注意事项,1、应根据避碰规则 2、应考虑本船操纵特性 3、应注意目标机动 4、速度快些 5、不可忽视了望,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2-8 附加功能,一、导航线 二、港口视频地图 三、锚位监视 四、模拟回波,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,2-9 ARPA的优点及局限性,一、ARPA优点 1、直观、方便。 2、能自动、连续提

40、供多种信息。 3、具有多种功能。 4、自动化程度高。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理, ARPA系统误差源,1）设备误差：, ARPA本身误差,2）操作员误差：, 操作不当，经验不足，或疏忽而引起,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,二、ARPA系统误差源及其影响,1、传感器误差及其对ARPA的影响,1）传感器误差,罗经船向误差,计程仪船速误差,2）传感器误差及其对ARPA的影响,（1）对RV的影响,雷达误差：,TCPA误差,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,（2）对TV的影响,TV PPC PAD,均会影响 ARPA,电罗经：航向误差 计

41、程仪：航速误差,方位误差,距离误差,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,OV,TV,RV,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,结论：,、 TV的误差RV的误差,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理, CPATCPA误差 1、雷达误差 RV矢量误差 TV的误差 PPCPAD的误差,电罗经：航向误差不影响RV矢量 CPATCPA误差 、 计程仪：航速误差但TV的误差 PPCPAD的误差,2、ARPA本身误差,1）对显示模式及矢量模式的误解与误用,1）滤波处理误差；,2）计算误差；,3）目标交换,3、人为误差, 误用TV延长线求CPA,o,T,CPA,

42、RM尾迹TV比较改向,如 RM TV组合,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,TV,RV尾迹, 强调： 当ARPA运用“真运动”显示进行避让时，只能使用“海面稳定”即“对水速度”方式！ 3）对PPC、PAD等信息误解 4）试操船功能使用不当,2）本船航速输入不当,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,三、ARPA系统的局限性,1、传感器局限性：所有传感器局限性ARPA均具有 2、自动检测局限性 识别目标的局限性 MOON累积判断的局限性 N大？不易丢失，不易误检（干扰抑制好） M小？易误检 M、N均小？易丢失，易误检 3、录取的局限性,航海雷达与ARPA第二篇,C

43、h2 ARPA基本原理,2）跟踪容量限制 3）跟踪范围及速度 范围 Max24Nm（有的36Nm） Min0.10.15Nm 速度 Max80KN，有的150KN。,4、跟踪的局限性,1）跟踪可靠性限制,误跟踪,目标丢失 要求：5次/10 能跟踪,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,4）存在跟踪处理延时,处理延时？ 从录取开始测量数据处理数据自动计算显示各种信息数据有一个过程 数据信息一般在1分钟内，较不稳定。 在3分钟后，较稳定。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理, 处理延时对PRPA避碰的影响,A、矢量转向滞后于船首转向，且经3分钟后稳定，因此，在试操船或

44、避让时加予考虑。 B、船舶一旦机动，新数据经一段时间（3min）稳定，而旧数据因余辉而被误用，对避让应用是危险的。 及早录取目标，若丢失目标，一旦出现应立即重新录取。,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,虚警：如MINCPA过大 漏警：如MINCPA过小 6、安全数据的局限性 MINCPA 设置合理？ MINCPA设置合理？ 7、用于狭水道航行的局限性,5、报警的局限性,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,ARPA系统的组成及各部分作用,图2-1-5 基本AR

45、PA系统组成框图,X/S 波段雷达,陀螺 罗经,计程 仪,外存 器,传感器,预处理,触发脉冲,天线位置及船首信号,本船航向,本船航速,输入 | 输出接口,目 标 检 测,跟 踪 器,目标数据,计 算 机,布置命令,触发脉冲,PPI 综合 显示器,数据 显示器,回波原始视频,ARPA 控制台,操作命令,操船命令,报 警,ARPA 电源,ARPA,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理, PAD型ARPA综合态势图,本船船首向上,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,4、 综 合 态 势 图,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,性能表,Aquir,Auto

46、-Acq,A,C,B,D,E,R V 显 示,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,MINCPA圈,A,C,B,D,E,R V 延 长,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,A,C,B,D,E,T V 显 示,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,本船矢量,符号闪 烁报警,Danger,文字 报警,灯光闪 烁报警,声音 报警,Ch2 ARPA基本原理,2）用测试图形,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2

47、 ARPA基本原理,A,C,D,B,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,真实,误差,航海雷达与ARPA第二篇,Ch2 ARPA基本原理,AIS 性能,5.26 Automatic Identification System (AIS) Reported Targets 5.26.1 General Reported targets provided by the AIS may be filtered according to user-defined parameters. Targets may be sleeping, or may be activated. Activ

48、ated targets are treated in a similar way to radar tracked targets.,5.26.2 AIS Target Capacity In addition to the requirements for radar tracking, it should be possible to display and provide full presentation functionality for a minimum number of sleeping and activated AIS targets according to Tabl

49、e 1. There should be an indication when the capacity of processing/display of AIS targets is about to be exceeded.,5.26.3 Filtering of AIS Sleeping Targets To reduce display clutter, a means to filter the presentation of sleeping AIS targets should be provided, together with an indication of the fil

50、ter status. (e.g. by target range, CPA/TCPA or AIS target class A/B, etc.). It should not be possible to remove individual AIS targets from the display.,5.26.4 Activation of AIS Targets A means to activate a sleeping AIS target and to deactivate an activated AIS target should be provided. If zones f

51、or the automatic activation of AIS targets are provided, they should be the same as for automatic radar target acquisition. In addition, sleeping AIS targets may be automatically activated when meeting user defined parameters (e.g. target range, CPA/TCPA or AIS target class A/B).,5.26.5 AIS Presenta

52、tion Status,5.27 AIS Graphical Presentation,Targets should be presented with their relevant symbols according to the performance standards for the Presentation of Navigation-related Information on Shipborne Navigational Displays adopted by the Organization and SN/Circ.243. 5.27.1 AIS targets that ar

53、e displayed should be presented as sleeping targets by default. 5.27.2 The course and speed of a tracked radar target or reported AIS target should be indicated by a predicted motion vector. The vector time should be adjustable and valid for presentation of any target regardless of its source.,5.27.

54、3 A permanent indication of vector mode, time and stabilization should be provided. 5.27.4 The consistent common reference point should be used for the alignment of tracked radar and AIS symbols with other information on the same display. 5.27.5 On large scale/low range displays, a means to present

55、the true scale outline of an activated AIS target should be provided. It should be possible to display the past track of activated targets.,5.28 AIS and Radar Target Data,5.28.1 It should be possible to select any tracked radar or AIS target for the alphanumeric display of its data. A target selecte

56、d for the display of its alphanumeric information should be identified by the relevant symbol. If more than one target is selected for data display, the relevant symbols and the corresponding data should be clearly identified. There should be a clear indication to show that the target data is derive

57、d from radar or from AIS.,5.28.2 For each selected tracked radar target, the following data should be presented in alphanumeric form: source(s) of data, actual range of target, actual bearing of target, predicted target range at the closest point of approach (CPA), predicted time to CPA (TCPA), true course of target, true speed of target.,5.28.3 For each selected AIS target the following data should be presented in alphanumeric form: Source of data, ship.s identification, navigational status, posi