自动雷达标绘仪(ARPA)课件.ppt

1、第二篇第二篇 自动雷达标绘仪自动雷达标绘仪(ARPA)(ARPA)内容提要内容提要n第一章第一章 绪论绪论n第二章第二章 ARPA ARPA 的基本工作原理的基本工作原理n第三章第三章 ARPA ARPA 的操作使用的操作使用n第四章第四章 船用雷达与船用雷达与ARPAARPA新技术新技术教学目的要求教学目的要求n1 1、充分认识普通船用雷达用于船舶避碰的局限性、充分认识普通船用雷达用于船舶避碰的局限性n2 2、了解、了解ARPAARPA的发展概况和基本类型的发展概况和基本类型 n3 3、掌握掌握ARPAARPA系统的组成及各部分作用系统的组成及各部分作用n4 4、了解、了解ARPAARPA的

2、性能标准的性能标准n5 5、理解理解ARPAARPA的基本原理及误差分析的基本原理及误差分析n6 6、掌握、掌握ARPAARPA的基本功能、基本操作方法及局限性的基本功能、基本操作方法及局限性n7 7、熟练掌握、正确使用、熟练掌握、正确使用ARPAARPA进行避让操船进行避让操船第一章第一章 绪绪 论论第一章第一章 绪论绪论n1-1 1-1 普通船用雷达用于船舶避碰的局限性普通船用雷达用于船舶避碰的局限性n1-2 ARPA1-2 ARPA系统的组成及各部分作用系统的组成及各部分作用n1-3 ARPA1-3 ARPA系统的分类系统的分类第一章第一章 教学目的要求教学目的要求1 1、掌握普通船用雷

3、达用于船舶避碰的方法、掌握普通船用雷达用于船舶避碰的方法2 2、充分认识普通船用雷达用于船舶避碰的、充分认识普通船用雷达用于船舶避碰的局限性局限性3 3、了解、了解ARPAARPA的发展概况和基本类型的发展概况和基本类型4 4、掌握、掌握ARPAARPA系统的组成及各部分作用系统的组成及各部分作用5 5、知道知道ARPAARPA有哪些输入输出信息有哪些输入输出信息第一章第一章 绪论绪论n1-1 1-1 普通船用雷达用于船舶避碰的局限性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一、普通船用雷达在船舶避碰中的应用 船舶避碰包含船舶避碰包含“预测预测”和和“避让避让”两个涵义

4、。两个涵义。n预测预测:预测本船与相遇船在何时（何处）会存在预测本船与相遇船在何时（何处）会存在碰撞危险。碰撞危险。n避让避让:本船对危险船采取的避让机动。本船对危险船采取的避让机动。n问题：单纯依靠船用雷达提供的信息能否问题：单纯依靠船用雷达提供的信息能否 协助协助船舶避碰？船舶避碰？1 1、相对运动人工标绘避碰法、相对运动人工标绘避碰法图图2-1-1人工标绘图人工标绘图O(本船本船)SHMA(目标）目标）BDCPACPARVCD0VTV目视线目视线两船保速保向时预计的视运动两船保速保向时预计的视运动图图2-1-1人工标绘图人工标绘图O(本船本船)SHMA(目标）目标）BDCPACPARVC

5、D0VTV目视线目视线两船保速保向时预计的视运动两船保速保向时预计的视运动人工标绘进行避碰的步骤人工标绘进行避碰的步骤1 1、选择要进行标绘的相遇船回波（、选择要进行标绘的相遇船回波（A A）2 2、监视该目标回波的移动、监视该目标回波的移动3 3、隔一定时间间隔（、隔一定时间间隔（6min6min）标出）标出B B点点4 4、作图并求碰撞及航行参数、作图并求碰撞及航行参数 碰撞参数：碰撞参数：nDCPA:DCPA:最接近会遇距离最接近会遇距离nTCPATCPA：到达最接近点的时间：到达最接近点的时间 航行参数：航行参数：目标船相对速度（目标船相对速度（REL SPDREL SPD）、相对航向

6、（）、相对航向（REL REL CRSCRS）、真速度（）、真速度（TRUE SPDTRUE SPD）和真航向（）和真航向（TRUE TRUE CRSCRS）5 5、CPA TCPACPA TCPA安全界限值（安全界限值（MINCPA MINCPA、MINTCPA MINTCPA）MINCPAMINCPA（CPACPA安全界限值）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允许目标安全通过本船所需要求的最小会遇距 MINTCPAMINTCPA（TCPATCPA的安全界限值）的安全界限值）允许目标到达允许目标到达CPACPA点的最小时间点的最小时间 6 6、在、在ARPAARPA中，中，

7、MINCPAMINCPA、MINTCPAMINTCPA由驾驶员来设定由驾驶员来设定（输入）（输入）7 7、设置设置MINCPAMINCPA、MINTCPAMINTCPA应考虑的因素应考虑的因素1 1）本船大小、速度、操纵性能（若船大（速度）本船大小、速度、操纵性能（若船大（速度）MINCPAMINCPA大）大）2 2）水域宽阔程度，船舶密度（若窄密）水域宽阔程度，船舶密度（若窄密MINCPAMINCPA小）小）3 3）气象条件（风浪、雾、雪）（若风浪大、）气象条件（风浪、雾、雪）（若风浪大、雾大雾大NINCPANINCPA大）大）CPAMINCPA 当当 则判断为安全船，无碰撞危险则判断为安全

8、船，无碰撞危险 TCPAMINTCPA CPAMINTCPA CPA=MINCPA 当当 非常危险船，本船应立即采取避让措施非常危险船，本船应立即采取避让措施 0 TCPA=MINTCPA 8 8、判断碰撞危险、判断碰撞危险6、采取避让措施、采取避让措施图图2-1-2 本船保速改向时避让人工标绘本船保速改向时避让人工标绘SHMMIN CPA圆圆R.M.L.OA转向方向转向方向O1新的视运动新的视运动O2A2最后的视运动最后的视运动SHM图图2-1-3 本船保向减速时避让人工标绘本船保向减速时避让人工标绘MIN CPA圆圆SHMRVOWO1A新的视运动新的视运动O2RV0VA2图图2-1-4 相

9、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雷雷 达达传感器传感器在在CRT上观测目标上观测目标检测目标检测目标目标录取目标录取 选择避让目标选择避让目标确定目标初始位置数据确定目标初始位置数据人工标绘人工标绘避碰作图避碰作图 按规定的时间间隔观测按规定的时间间隔观测目标位置数据，并标绘目标位置数据，并标绘计算目标的航向、航速、计算目标的航向、航速、方位、距离、方位、距离、CPA、TCPA分析每个目标速度三角形及避碰分析每个目标速度三角形及避碰三角形，计算目标参数三角形，计算目标参数人工设定人工设定MIN CPA、MIN TCPA设置安全判据设置安全判据危险船？危险船？NO保向、

10、保速保向、保速YES避碰规则，本船操纵性能，操船经验避碰规则，本船操纵性能，操船经验权利船或权利船或义务船义务船权利船权利船保向保速保向保速 加强了望加强了望改向或减改向或减速速改向改向改向指令改向指令减速减速减速指令减速指令义务船义务船人工标绘的局限性人工标绘的局限性1 1）费时（）费时（3 37 7分钟）、麻烦分钟）、麻烦2 2）不直观、不准确）不直观、不准确3 3）难以应付复杂局面）难以应付复杂局面2 2、真运动雷达用于船舶避碰、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二、普通船用雷达用于船舶避碰的局限性1 1、低亮度显示，影响相遇船回波的识别、低亮度显示，影响相遇船

11、回波的识别2 2、只能显示目标的瞬时位置，难以判断危险船、只能显示目标的瞬时位置，难以判断危险船3 3、需通过人工标绘获得目标碰撞及航行参数，但、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人工标绘存在局限性4 4、验证避让效果仍须重新进行人工标绘、验证避让效果仍须重新进行人工标绘三、名称：三、名称：自动雷达标绘仪自动雷达标绘仪Automatic Automatic Radar Plotting Aids Radar Plotting Aids 简称简称 ARPA ARPA 中文译音中文译音 “阿帕阿帕”。四、发展简况四、发展简况1 1、雷达作用、雷达作用特别能见度低劣特别能见度

12、低劣，但随船（速度，但随船（速度、体、体积积、密度、密度）避碰事件不断发生避碰事件不断发生改革（很多措改革（很多措施）施）但只有与计算机结合但只有与计算机结合（自动化、智能化）（自动化、智能化）ARPAARPA2 2、ARPAARPA起源，美国，起源，美国，19761976年秋天，连续发生油轮事故年秋天，连续发生油轮事故提出要求提出要求IMO1981IMO1981制定制定ARPAARPA标准。标准。3 3、目前已经在远洋船上安装、目前已经在远洋船上安装ARPAARPA。学习重要性，正确。学习重要性，正确使用使用APPAAPPA大大减轻负担大大减轻负担 1-2 ARPA1-2 ARPA系统的组成

13、及各部分作用系统的组成及各部分作用图图2-1-5 基本基本ARPA系统组成框图系统组成框图X/S波段波段雷达雷达陀螺陀螺罗经罗经计程计程仪仪外存外存器器传感器传感器预处理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输入入|输输出出接接口口目目标标检检测测跟跟踪踪器器目标数据目标数据计计算算机机布置命令布置命令触发脉冲触发脉冲PPI综合综合显示器显示器数据数据显示器显示器回波原始视频回波原始视频ARPA控制台控制台操作操作命令命令操船操船命令命令报报警警ARPA电源电源ARPA 1 1、传感器：、传感器：n 由它们提供必要的信息供标绘用由它们提供必要的信息供标绘用1 1）X/SX/S波段高

14、质量雷达提供波段高质量雷达提供 :触发脉冲（触发脉冲（triggertrigger）视频脉冲（视频脉冲（VideoVideo）天线角位置信号及船首标志信号天线角位置信号及船首标志信号2 2）陀螺罗经）陀螺罗经:n提供本船航向信号提供本船航向信号3 3）船舶计程仪）船舶计程仪:n提供本船航速信号（对水、对地）提供本船航速信号（对水、对地）4 4）外存器）外存器:磁盘或光盘，磁盘或光盘，n提供视频地图或电子海图。提供视频地图或电子海图。2 2、ARPA ARPA 部分部分1 1）预处理：）预处理：对原始视频杂波处理及模数转换对原始视频杂波处理及模数转换2 2）目标检测：）目标检测：对预处理后的回波

15、信号自动检测，满足存在目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。标条件者输出发现目标的数字信号。3 3）目标录取）目标录取（人工人工/自动录取）自动录取）将已检测到的目标的初始位置送入跟踪器。将已检测到的目标的初始位置送入跟踪器。4 4）跟踪器：）跟踪器：n对已被录取的目标进行自动跟踪并建立目标的对已被录取的目标进行自动跟踪并建立目标的运动轨迹运动轨迹 5 5）电子计算机：）电子计算机：n自动录取、跟踪和计算目标的航行和碰撞参数、自动录取、跟踪和计算目标的航行和碰撞参数、自动判断有无碰撞危险、完成自动标绘的任务。自动判断有无碰撞危险、完成自动标绘的任务。nPPI

16、PPI综合图形显示器：综合图形显示器：n数据显示器：显示本船及目标航行与碰撞数据。数据显示器：显示本船及目标航行与碰撞数据。7 7）控制台：）控制台：PPIPPI及数据显示器的控制器及数据显示器的控制器 8 8）接口电路：）接口电路：n将各种传感模拟信号变换成计算机可接受的数将各种传感模拟信号变换成计算机可接受的数字信号字信号 9 9）电源：）电源：6）显示器：）显示器：图图 2-1-6 ARPA系统自动标绘避碰流程图系统自动标绘避碰流程图计程仪计程仪雷达雷达陀螺罗经陀螺罗经传感器传感器信号预处理与目标检测信号预处理与目标检测录取录取超过规定数超过规定数量溢出报警量溢出报警录取目标录取目标逐个

17、逐个/全部清除全部清除跟踪器跟踪器连续跟踪已连续跟踪已录取目标录取目标计算航行及避碰数据计算航行及避碰数据分解每个速度分解每个速度三角形及避碰三角形及避碰三角形三角形设置设置MIN CPAMIN TCPA危险船？危险船？设置安全判裾设置安全判裾碰撞危险判断碰撞危险判断NO保向、保速保向、保速YES试操船试操船报警（声光）报警（声光）改向或变速改向或变速报警解除报警解除试操船航向、航速试操船航向、航速避碰规则避碰规则改向指令改向指令改向改向变速指令变速指令1-3 ARPA1-3 ARPA系统的分类系统的分类一、按系统组合方式不同分类一、按系统组合方式不同分类 1 1、分立式、分立式ARPAARP

18、A系统系统 2 2、组合式、组合式ARPAARPA系统系统二、按显示目标动态方式分类二、按显示目标动态方式分类1 1、矢量型、矢量型ARPAARPA2 2、图示型、图示型ARPAARPA三、按显示扫描方式不同分类三、按显示扫描方式不同分类1 1、径向圆扫描式、径向圆扫描式2 2、电视光栅扫描式、电视光栅扫描式序序号号分类分类方式方式类型类型特点特点优点优点缺点缺点1按 系 统按 系 统组 合 方组 合 方式分式分分立式分立式主雷达 显 示主雷达 显 示器与器与ARPA显显示分开示分开两 者 图 象两 者 图 象可比较可比较设 备 多、设 备 多、价格高价格高组合式组合式主雷达 显 示主雷达 显

19、 示器与器与ARPA显显示合二为一示合二为一设 备 少、设 备 少、价格低价格低一 旦 出 现一 旦 出 现故 障 影 响故 障 影 响雷达雷达2按 显 示按 显 示目 标 动目 标 动态 方 式态 方 式不同分不同分矢量型矢量型目标动 态 矢目标动 态 矢量显示量显示精 度 高、精 度 高、画面清晰画面清晰不如不如PAD直观直观图示型图示型（PAD型）型）目标动 态 用目标动 态 用PAD显示显示直观方便直观方便精 度 差、精 度 差、图 象 画 面图 象 画 面差差3按 扫 描按 扫 描方式分方式分径向园径向园扫描扫描 电视光电视光栅光标栅光标 ARPA系统的分类及特点系统的分类及特点复习

20、思考题：复习思考题：n1 1、普通船用雷达用于船舶避碰时有哪些局限性？普通船用雷达用于船舶避碰时有哪些局限性？n2 2、如何利用人工标绘求相遇船的碰撞参数？、如何利用人工标绘求相遇船的碰撞参数？n3 3、画出、画出ARPAARPA系统的简框并简要说明其工作概况。系统的简框并简要说明其工作概况。n4 4、ARPAARPA有哪些输入输出信息？有哪些输入输出信息？第二章第二章 ARPA ARPA 的基本工作原理的基本工作原理n2-1 2-1 各种传感信号的预处理各种传感信号的预处理n2-2 2-2 目标自动检测、录取和跟踪目标自动检测、录取和跟踪n2-3 2-3 目标参数的自动计算及碰撞危险判断目标

21、参数的自动计算及碰撞危险判断n2-4 2-4 显示方式及选用显示方式及选用n2-5 2-5 自动报警与系统测试自动报警与系统测试n2-6 2-6 试操船试操船n2-7 ARPA2-7 ARPA的外围设备及要求的外围设备及要求n2-8 2-8 附加功能附加功能n2-9 ARPA2-9 ARPA的优点及局限性的优点及局限性航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理2-1 2-1 各种传感信号的预处理各种传感信号的预处理一、预处理的内容、必要性一、预处理的内容、必要性1 1、必要性必要性n5 5种传感器信号种传感器信号模拟模拟 数字数字n雷达回波处

22、理雷达回波处理：杂波抑制、检测判断等。：杂波抑制、检测判断等。2 2、内容、内容n原始视频雷达信号的杂波处理及方位、距离信号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；的量化处理；n陀螺罗经航向信号和计程仪航速信号的量化处理。陀螺罗经航向信号和计程仪航速信号的量化处理。航海雷达与航海雷达与ARPA第二篇第二篇Ch1 绪论绪论 作用：作用：杂波处理：杂波处理：CFARCFAR；解相关处理（同于同频异步干扰处理）解相关处理（同于同频异步干扰处理）量化处理量化处理（包括：目标回波、距离和方位的量化）（包括：目标回波、距离和方位的量化）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

23、信号的杂波处理二、雷达信号的预处理二、雷达信号的预处理航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理2 2、量化处理、量化处理 把模拟信号变成数字信号的过程把模拟信号变成数字信号的过程 1 1）方位量化方位量化 对天线波束的角位置进行量化，即将对天线波束的角位置进行量化，即将3603600 0等份成若干个方位量化单元。等份成若干个方位量化单元。如分为如分为40964096量化单元：量化单元：航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理0120088.02360如采用专用同步机加如采用专用同步机加A

24、/D转换器转换器例：输出例：输出12位二进制码为：位二进制码为：10100010100011800145018.20005.22817.0航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理模拟信号输入模拟信号输入数字信号输出数字信号输出2）距离量化）距离量化(R)时间量化时间量化(t)以以把距离扫描全程把距离扫描全程分为若干个时间量化单元分为若干个时间量化单元t一般取一般取t（0.1-1）如如t=0.5 R=75m航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理t3）原始视频信号的数字化原始视频信号的数字

25、化V0航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理幅度量化幅度量化时间量化时间量化数字信号数字信号V V0 0 为第一为第一门限电平门限电平 也有采用多分层（也有采用多分层（4 4、8 8、1616等），优点：有利于提高等），优点：有利于提高抗干扰和检测性能等抗干扰和检测性能等2-2 2-2 目标自动检测、录取和跟踪目标自动检测、录取和跟踪一、数字式目标自动检测的简单原理一、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识别判断目标的存在在杂波干扰背景中在杂波干扰背景中自动自动判断目标的存在判断目标的存在 “雷

26、达目标检测雷达目标检测”“自动目标检测自动目标检测”航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2 ARPACh2 ARPA基本原理基本原理t(1)(N)(2)采用方法：采用方法：M/NM/N准则，即准则，即 M OUT OF N M OUT OF N 简称简称 MOONMOON准则准则 准则：连续准则：连续N N次探测中，若某量化单元累积出现的回次探测中，若某量化单元累积出现的回波波“1”1”的次数的次数大于等于大于等于M M，则判断该单元内发现了目标，则判断该单元内发现了目标，输出输出“1”1”；否则判断为无目标，输出；否则判断为无目标，输出“0”0”M/NM/N值大小对值大小对A

27、RPAARPA自动检测性能的影响：自动检测性能的影响：N N大，大，目标不易丢失目标不易丢失 M M大，大，不易发生误将干扰为目标的错误不易发生误将干扰为目标的错误 反之？反之？试比较试比较 M/N=6/8 M/N=6/8 和和 M/N=2/3 M/N=2/3 对应对应ARPAARPA的的 检测性能。检测性能。航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2 ARPACh2 ARPA基本原理基本原理n目标录取概念：目标录取概念：n含义含义跟踪目标的选择及其跟踪的开始；跟踪目标的选择及其跟踪的开始；n任务：把所要跟踪目标的任务：把所要跟踪目标的初始位置初始位置距离、方位数据，距离、方位数据

28、，告知跟踪器（计算机）；告知跟踪器（计算机）；n目录录取方式：目录录取方式：n1 1）人工录取；）人工录取；n2 2）自动录取。）自动录取。二、目标录取的方法及特点二、目标录取的方法及特点航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理1 1、人工录取（、人工录取（Manual Manual AcquistionAcquistion）1 1）方法：方法：按下录取开关按下录取开关按下录取开关按下录取开关 超过规定录取数量，如何处理？超过规定录取数量，如何处理？人工清除人工清除（CancelCancel）通过操纵杆（通过操纵杆（Joystick)Joy

29、stick)或跟踪球或跟踪球(Trackball)(Trackball)把录取把录取标志符号标志符号“”（或（或“”、“”、“”、“+”+”等）等）套在欲录取目标回波亮点上；套在欲录取目标回波亮点上；2 2）人工录取的一般原则）人工录取的一般原则 船首船首右舷右舷近程的相遇船。近程的相遇船。录取数量：录取数量：10个个*新标准新标准 航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2 ARPACh2 ARPA基本原理基本原理3 3）人工录取优缺点：）人工录取优缺点：优点：优点：目的性明确。运用观测经验，较容易在干扰背目的性明确。运用观测经验，较容易在干扰背景中识别和录取目标。景中识别和录取

30、目标。缺点：缺点：速度慢；速度慢；观测疏忽，可能漏掉危险目标；观测疏忽，可能漏掉危险目标；驾驶员负担较重。驾驶员负担较重。航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理2 2、自动录取（、自动录取（Auto-Acquisition)Auto-Acquisition)n从发现目标到各个目标位置数据送入计算机的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，按一定录取原则由整个录取过程，按一定录取原则由ARPAARPA自动完自动完成。成。航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理*新标准新标准

31、接收机输出接收机输出杂波处理杂波处理与信号检测与信号检测目标目标发现发现距离编码距离编码距离时钟距离时钟同步信号同步信号方位编码方位编码时间编码时间编码方位脉冲方位脉冲“0”方位脉冲方位脉冲时钟脉冲时钟脉冲排队控制排队控制缓缓冲冲器器至至计计算算机机图图 2-2-5 自动录取设备自动录取设备其他特征参数其他特征参数航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理 排队控制：排队控制：使已录取的各目标坐标有次序地送入计算机；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；提高自动录取的目的性；提高录取速度。提高录取速度。航海雷达与航海雷

32、达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理 ARPA常用的几种辅助控制方法：常用的几种辅助控制方法：1）设置优先区）设置优先区航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理2）设置限制线（区）：）设置限制线（区）：拒绝录取区拒绝录取区航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理3）设置警戒圈（环、区）设置警戒圈（环、区）功能：对闯入警戒圈（环、区）的目标，功能：对闯入警戒圈（环、区）的目标，ARPAARPA将发出闯入报警将发出闯入报警（必有（必有 ），并自动录取

33、和跟踪（可选择），并自动录取和跟踪（可选择）。注意：注意：对已经在警戒圈（环、区）的目标，对已经在警戒圈（环、区）的目标，ARPAARPA不报警，也不报警，也不录取不录取！航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理自动录取的优点：自动录取的优点：自动录取的缺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。可能造成漏录取危险度较大的目标而酿成危险局面。会造成虚假录取会造成虚假录取 ；可能漏掉弱小目标的录取可能漏掉弱小目标的录取；注意：注意：使用中应根据航行环境、态势酌情选用录取方式！使用中应根据航行环境、态势酌情选用录取方式！超过

34、规定录取数量，超过规定录取数量，ARPAARPA会发出报警（如会发出报警（如“Over20”Over20”）。）。航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2 ARPACh2 ARPA基本原理基本原理速度快；减轻驾驶员负担。速度快；减轻驾驶员负担。4 4、IMOIMO规定要求（最低性能标准）：规定要求（最低性能标准）：n 人工录取必不可少的，人工录取目标数量，至人工录取必不可少的，人工录取目标数量，至 少少1010个；个；n 自动录取可有可无的，如有，至少自动录取可有可无的，如有，至少2020个；个；n 应有应有“人工消除人工消除”功能。功能。n当录取满后，可通过人工消除录取的目标后

35、，再录当录取满后，可通过人工消除录取的目标后，再录取。取。航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理n目标跟踪：目标跟踪：是是ARPA的重要性能指标的重要性能指标n观测目标位置的相继变化以建立起运动轨迹。观测目标位置的相继变化以建立起运动轨迹。n1 1、实现自动跟踪的方法、实现自动跟踪的方法n1 1）航迹航迹外推外推（预测预测）：）：n对目标未来位置的预测，即预测目标在下一天线扫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。描周期的位置。n2 2）航迹航迹相关相关处理：处理：n对新点迹和已有点迹之间归属关系的判断。对新点迹和已有点

36、迹之间归属关系的判断。n以预测位置为中心设置一个以预测位置为中心设置一个“跟踪窗跟踪窗”或或“跟踪波跟踪波门门”三、目标自动跟踪方法、精度及局限性三、目标自动跟踪方法、精度及局限性航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理最优估计方法：对采样点迹数据进行滤波处理最优估计方法：对采样点迹数据进行滤波处理 卡尔曼滤波器卡尔曼滤波器 次采样实测位置；：第 nnx)(次采样预测位置；：第 nnxp)(次采样平滑位置；：第 nnx)(位置平滑（修正）系数速度平滑（修正）系数01 01航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPA

37、ARPA基本原理基本原理 次采样实测位置；：第 nnx)(次采样预测位置；：第 nnxp)(次采样平滑位置；：第 nnx)()1(nxp)(nxp)1(nx)(nx)(nx)()(nxnxp)(nx)1(nxp)1(nx)()(nxnxTp)1(nx)1(nx)1()1(nxnxp)2(nxp G1G2G3跟踪 滤踪滤 1010，速度滤波（平滑）系数，位置滤波（平滑）系数过程：过程：滤波、外推滤波、外推)()()()(nxnxnxnxpp)()()1()(nxnxTnxnxpTnxnxnxp)()()1(（2-2-1）示：可用下列所示的方程表 航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇C

38、h2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理滤波方程：滤波方程：外推方程：外推方程：随着采样序数的增加，预测与实测的位置差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。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跟踪波门移动的轨迹就是目标运动轨迹航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理3 3）跟踪原理概述）跟踪原理概述 根据实测位置、预测位置、预测速度，算出根据实测位置、预测位置、预测速度，算出滤波位置及滤波速度。滤波位置及滤波速度。以滤波位置为起点，用滤波速度，来预测下以滤

39、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，（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当目标进入跟踪窗时，认为该目标为所要跟踪的目标。的目标。利用不断滤波与外推，且跟踪窗逐次缩小，利用不断滤波与外推，且跟踪窗逐次缩小，逐次逼近，实现逐次逼近，实现ARPAARPA对目标的自动跟踪。对目标的自动跟踪。航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理2、影响自动跟踪性能的因素、影响自动跟踪性能的因素影响取值对跟踪

40、系统性能的、）1取值法、滤波器的常增益)1(对应关系选择法、滤波器的变增益)2(取值法、自适应跳变的)3(取大值适用于：、初始跟踪阶段；初始跟踪阶段；取小值适用于：、稳定稳定跟踪时；跟踪时；目标做快速大幅度机动时期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）航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理2）跟踪波门尺寸对跟踪性能的影响）跟踪波门尺寸对跟踪性能的影响AGS方位门开始方位门开始RGS距离门开始距离门开始 R窗深窗深

41、A窗宽窗宽 扇形窗在录取目标时，称扇形窗在录取目标时，称录取波门录取波门，在建立航迹进，在建立航迹进入跟踪后，称入跟踪后，称跟踪波门跟踪波门（跟踪窗跟踪窗），简称），简称波门波门。航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理 关于波门尺寸应考虑以下几点：关于波门尺寸应考虑以下几点：（1 1）初始录取）初始录取 波门应足够大，以便波门应足够大，以便录取成功并建立起跟踪。录取成功并建立起跟踪。（2 2）在建立航迹后跟踪波门尺寸小，）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。有利于提高跟踪精度和分辨力。（3 3）跟踪过程波门大小变化：大

42、）跟踪过程波门大小变化：大 中中 小小（4 4）为适应各种因素的变化，波门尺）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。寸的大小应能的变化应自适应调节。航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理3 3、自动跟踪的局限性、自动跟踪的局限性1 1）目标丢失）目标丢失 目标回波信号弱目标回波信号弱 杂波干扰杂波干扰 目标大幅度变化目标大幅度变化 雷达测量或雷达测量或ARPA数据处理环节出现特大误差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目标进入雷达阴影区或被大目标遮挡航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二

43、篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理2 2）误跟踪）误跟踪:也称目标交换也称目标交换 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跟踪错误的现象。常见下列几种：常见下列几种：1）被跟踪目标进入强海浪区而误跟踪海浪）被跟踪目标进入强海浪区而误跟踪海浪2）航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理3）两个靠近，同向行两个靠近，同向行驶的目标；驶的目标；航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理4）两个被跟踪目标的对驶靠近时；两个被跟踪目标

44、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）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，出现发生跟踪到陆地，出现“矢量上岸矢量上岸”航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理 减少目标调换的技术措施：减少目标调换的技术措施：a a、两个重叠时，停止跟踪，按原速度滑行，分两个重叠时，停止跟踪，按原速度滑行，分开后再跟踪。开后再跟踪。b b、拒绝人工录取正在逼近另一个已被跟踪的目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。标，以免破坏对已有跟踪目标的跟踪。c c、当出现两个以上目标时，只跟踪最接

45、近跟踪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。窗中心的目标回波。航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理2-3 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一、目标运动参数的计算一、目标运动参数的计算二、危险预测参数的计算二、危险预测参数的计算1 1、碰撞参数、碰撞参数CPACPA、TCPA TCPA 的计算的计算2 2、PPCPPC的计算（可能碰撞点的计算（可能碰撞点Point of Point of possible collisionpossible collision）1 1）PPCPPC

46、产生条件产生条件:目标保向保速，本船保速保向或保速改向目标保向保速，本船保速保向或保速改向;2 2）PPCPPC的的形成形成航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理图图2-2-16 本船保速保向时的本船保速保向时的PPCoABSHMCPPC 本船保速保向时本船保速保向时PPCPPC的的形成形成强调：只有当强调：只有当CPA=0，PPC才在才在SHM上上 航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理 本船保速改向时本船保速改向时PPC的形成的形成图图2-2-17 本船保速改向时的本船保速改向时

47、的PPCoACBSHM ASHM PPC航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理3 3）几点说明：）几点说明：oABSHMCPPC1E 为目标为目标的反弦角的反弦角 为本船速度矢量为本船速度矢量0V为目标船速度矢量为目标船速度矢量TV 有一个有一个PPC 0VTV 当本船保向保速时，当本船保向保速时，RV的误差的误差 航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理 CPATCPA误差误差1、雷达误差雷达误差 RV矢量误差矢量误差 TV的误差的误差 PPCPAD的误差的误差电罗经：航向误差电罗经

48、：航向误差不影响不影响RV矢量矢量 CPATCPA误差误差、计程仪：航速误差但计程仪：航速误差但TV的误差的误差 PPCPAD的误差的误差2 2、ARPAARPA本身误差本身误差1 1）对显示模式及矢量模式的误解与误用）对显示模式及矢量模式的误解与误用1 1）滤波处理误差；）滤波处理误差；2 2）计算误差；）计算误差；3 3）目标交换）目标交换3 3、人为误差、人为误差 误误用用TV延长线求延长线求CPAoTCPA RM尾迹尾迹TV比较比较改向改向如如 RM TV组合组合航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理TVRV尾迹尾迹 强调：强调：

49、当当ARPAARPA运用运用“真运动真运动”显示进行避让时，只显示进行避让时，只能使用能使用“海面稳定海面稳定”即即“对水速度对水速度”方式！方式！3 3）对）对PPCPPC、PADPAD等信息误解等信息误解4 4）试操船功能使用不当）试操船功能使用不当2 2）本船航速输入不当）本船航速输入不当航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理三、三、ARPAARPA系统的局限性系统的局限性1 1、传感器局限性：、传感器局限性：所有传感器局限性所有传感器局限性ARPAARPA均具有均具有2 2、自动检测局限性、自动检测局限性 识别目标的局限性识别目标

50、的局限性 MOONMOON累积判断的局限性累积判断的局限性 N N大？大？不易丢失，不易误检（干扰抑制好）不易丢失，不易误检（干扰抑制好）M M小？小？易误检易误检 M M、N N均小？均小？易丢失，易误检易丢失，易误检3 3、录取的局限性、录取的局限性航海雷达与航海雷达与ARPAARPA第二篇第二篇Ch2Ch2 ARPAARPA基本原理基本原理2 2）跟踪容量限制）跟踪容量限制3 3）跟踪范围及速度）跟踪范围及速度 范围范围 MaxMax24Nm24Nm（有的有的36Nm36Nm）MinMin0.10.10.15Nm0.15Nm 速度速度 MaxMax80KN80KN，有的有的150KN15