雷达(幻灯片)(6)(ARPA)

2020/2/221第二篇自动雷达标绘仪（ARPA）AutomaticRadarPlottingAids第一章绪论2020/2/222第一节普通船用雷达用于避碰的局限性一．雷达在避碰中的应用(P111)1．相对运动用于避碰-人工标绘：1）选物标2）测量物标初始位置3）监视物标移动4）隔一定时间（如6分钟）再测量物标位置5）求相对运动参数：相对航向、速度、6）求CPA、TCPA并与设定的MINCPAMINTCPA比较。如：CPAMINCPA;TCPAMINTCPA:安全CPA≤MINCPA;TCPAMINTCPA:危险,但不紧迫CPA≤MINCPA;TCPA≤MINTCPA:非常危险,立即避让7)求安全避让的航向、速度（要求先输入本船的航向、速度）2020/2/2232.Manualplotting(P111)1)速度三角形△ABDVR=AB：目标相对速度（6min）-目标相对运动线：RML－VO=AD：反向本船速度VT=DB：目标真速度（6min）-目标真运动线：TML2)碰撞三角形△BCODCPA=OCC点是本船O到RML的垂足，称作CPA：目标船离本船最接近点(ClosestPointofApproach)TCPA=BC/VR目标线：OB3)判断目标A的碰撞危险如CPA≤minCPA－危险目标，当DCPA＝0，即RML过本船O点，则VT与本船SHL的交点即为PPC(PossiblePointofCollision－可能碰撞点)PPC：或称作PCP（Potential-潜在碰撞点）、PPC(Predicted-预测碰撞点).2020/2/224二．局限性（P113）1．由于采用低亮度显示，仅提供原始视频显示回波图像，杂波处理简单，图像质量差，因而难以确保在杂波干扰背景中可靠识别物标回波。2．由于采用实时扫描，只能显示目标的当前位置，不能直接显示目标的航向、速度，更不能预测未来及显示历史航迹，因而不能看清现场运动态势，难以判断目标是否存在碰撞危险。3．由于不能直接给出碰撞参数，只能通过人工标绘求出，费时、不直观、不准确，不适应多目标、快速逼近及机动频繁的场合。4．不能直接验算避碰效果。2020/2/225第二节ARPA系统的组成及各部分的作用(P115)一．传感器(Sensor)1．雷达：触发脉冲、视频、首线、天线方位信号2．陀螺罗经(Gyrocompass)：本船航向信号3．计程仪(Log)：本船航速信号4．外存储器(Memory)（磁带、盘、光盘）：视频地图、电子海图。操船指令2020/2/226二．ARPA本机1．接口电路(Interface)：将传感器信号进行极性、幅度变换，模数变换。2．预处理电路(Pre_Process)：对雷达原始视频进行杂波处理及模数变换。3．目标检测(TargetDetector)：对预处理的回波信号进行自动检测。4．目标录取(TargetAcquisition)：人工或自动将检测目标位置数据送入跟踪器5．跟踪器：对已录取目标进行自动跟踪，建立运动轨迹6．电子计算机(Computer)：是ARPA的核心，控制自动录取、跟踪、计算目标航行、碰撞参数、判断有无碰撞危险、各种计算与标绘。操船指令2020/2/2277．显示器(Indicator)：包括PPI显示器及数据显示器。前者显示目标回波数字视频或原始视频、矢量、图形、字符。后者显示航行、碰撞参数。（两者可分开也可合一）8．控制台：通过对操纵杆、键、钮，把操作信息送入计算机；接收来自计算机的各种报警信息及操船指令。9．电源：将雷达中频电源变成ARPA需要的各种电源。操船指令2020/2/228第三节ARPA系统的分类及特点(P117)一．按系统组合方式分类1．分立式ARPA系统2．组合式ARPA系统2020/2/229二．按显示目标动态的方式分1．矢量型ARPA用矢量表示本船和被跟踪船的动态（包括当前位置、航向、速度、预测位置等）。有真矢量和相对矢量可供选择。其特点是综合画面清晰，为目前多数ARPA所采用。2．图示型ARPA用矢量前方的六边形表示预测危险区PAD（PredictedAreaofDanger），有真矢量和相对矢量可供选择。其特点是避碰应用直观、简便。但多目标时屏面混乱。目前仅SPERRY公司采用。三按显示方式分类：1径向圆周扫描2TV光栅扫描2020/2/2210第二章ARPA基本工作原理(P119)第一节各种传感信号的预处理一．预处理的必要性抗杂波处理可减少ARPA在对目标的自动检测、录取及跟踪过程中发生误、漏、丢现象，提高ARPA工作的可靠性和精度。对陀螺罗经航向及计程仪航速的量化、数字化可使其符合计算机的要求。2020/2/2211②距离、方位信号的量化及数字化2）陀螺罗经航向及计程仪航速的量化、数字化。二．预处理的内容（P119）1）雷达原始视频的预处理：①杂波处理：海浪、雨雪、同频干扰及机内噪声的抑制。2020/2/2212第二节目标自动检测、录取和跟踪一．数字式目标自动检测（P121、122）1．定义在噪声、干扰背景中识别目标的存在，称为雷达信号检测。2．方法ARPA的信号检测是在信号的预处理后进行的，即在预处理后的剩余杂波背景中进行的。为满足ARPA的高速度、大容量及高精度的要求，ARPA中均采用数字式目标自动检测装置。检测中，为判别信号和干扰，即判别每一个量化单元内有无目标，采用了M/N准则。M/N准则的原意是MOUTOFN，缩写为MOON。即在N次探测中，若某个单元有M及以上次数探测到回波，则判断这个单元为有回波。显然，N大，目标不易丢失。M大，不易发生误将干扰认为目标的错误。故6/8比2/3的检测性能好。2020/2/2213二目标的录取、跟踪（P122-125）定义：对需要跟踪的目标的选择及其跟踪的开始，称为ARPA的目标录取。任务：目前，航海雷达的ARPA录取的任务包括目标的方位、距离数据的录取。专门用途的设备还包括目标属性和尺度数据的录取。方法：（一）人工录取(ManualAcquisition)1．方法采用操纵杆（Joystick）或操纵球或键钮将录取符号（○、□、＋、⊙等）套住目标，再按一下录取键就完成了录取动作2．录取原则先近距离、船首、右舷、左舷。3．优缺点优点：可按危险程度作出录取的先后次序，选择性强、目的性强。缺点：速度慢，不适应多目标。易疏忽、漏录目标、并需连续观测，不断更新换旧，负担重。4．性能标准见标准二及三-1。2020/2/2214（二）．自动录取(Auto-Acquisition)(P124)1．方法首先设定自动录取的范围，包括优先区及排除区(Suppressionarea)。设定后，ARPA根据自己的规律自动录取目标。（1）．DB-4、DB-7ARPA1）首先设定搜索范围：（图缪11-8）①前方最大搜索距离为24海里，不能改变。②两侧及后方搜索距离可在1~24海里内选择。③盲区（船尾阴影扇形）可在0°~90°范围内选择，此盲区内不搜索④陆地轮廓可由操作者用操纵杆移动屏上的录取符来划定。在划定的界线以远不自动搜索。2）目标显示矢量的优先次序：①处于碰撞告警状态的目标②由操作者指定的目标③处于指定距离范围内的目标，次范围可在0~16海里内改变，如不选定，则用6海里。④CPAminCPA和0TCPAminTCPA的目标。minCPA在0~16海里内选择。如不选择，自动设为6海里。minTCPA在0~60分钟内选择，如不选择，自动设为60分钟。⑤不在任何指定范围内的目标⑥操作者指定不要显示的目标10n.m40°DB-7ARPA陆地轮廓线2020/2/2215（2）．SPERRY3400MARPA1）设置警戒圈(GuardRing(Zone))可设置两个警戒圈，方位上均可在0~360°内任意设置，距离上分别可在3~6及1~35海里内设置。当目标从外闯入警戒圈时，ARPA会自动发出报警。当目标已被录取或目标是由里向外走的，或目标已经在圈里时，不会发报警信号。2）设置警戒圈并设置自动录取SPERRYARPA在设置了警戒圈并设置了自动录取后，目标闯入时，不报警但自动录取；如仅设置警戒圈，未设置自动录取，则只报警而不录取。未已在内3/8N.M2020/2/2216（3）．其他ARPA2020/2/22172．自动录取的优缺点优点：速度快，适应多目标；能自动作出优先录取方案；无须连续观测，在一定程度上减轻了驾驶员的负担。缺点：可能会产生虚假录取，漏录取重要、危险目标。（如：淹没在干扰背景中，或弱小的回波，或因优先录取准则不完善，虽然是危险目标但不一定被先录取。（三）取消跟踪(CancelTrack)有的ARPA能按机内设定的程序自动取消已变成安全的目标，重新录取新的目标。但大部分ARPA需由人工进行这个工作。（四）标准见标准二、三。2020/2/2218三．自动跟踪1．方法（P125-128）ARPA中，一般采用α—β滤波器。目标被录取后，计算机便会以录取符号为中心，令跟踪器设置一个检测范围，即跟踪窗或称波门，进行自动检测，并算出目标的位置，再以滤波方程求出滤波（平滑）位置、预测速度及预测位置，再以预测位置为中心设置下一个波门，再进行自动检测、计算等，实现自动跟踪。2020/2/22192．影响自动跟踪性能的因素1）α、β的取值大α、β值，适用于初始阶段及大幅度机动。小α、β值，适用于稳态跟踪、机动速率小及目标丢失、系统处于惯性外推的场合。2）考虑跟踪波门尺寸大小的因素①初始录取时，波门尺寸应足够大，以便录取成功并建立起航迹。但也不可太大，否则，将降低录取分辨率。②在建立航迹后，波门尺寸应小，有利于提高跟踪精度和分辨力。但不能太小，以免丢失目标：也不能太大，以免发生误跟踪。③对不同大小的目标、目标机动及跟踪误差变化时，波门尺寸应能自适应调整。3）改变跟踪波门尺寸大小的方法①波门尺寸按目标尺寸自动调节：目标面积占波门面积的75%。②设置大、中、小三种波门尺寸，在跟踪过程中自动调整。即：在初始录取时，用大波门；初始录取后，用中波门；稳定跟踪后，用小波门。若未检测到目标时，则自动改用中波门；若恢复跟踪了，则改用小波门；若还未检测到目标，则改用大波门。如再连续5次未检测到目标，则发出丢失报警。2020/2/22203．自动跟踪的局限性(P129)1）目标丢失原因：①目标回波变弱；②强杂波干扰；③目标大幅度快速机动；④雷达测量或ARPA数据处理环节出现特大误差；⑤目标进入雷达阴影区或被大目标遮挡。2)误跟踪（目标交换）两个或两个以上目标进入同一个波门时引起的跟踪错误现象，称为误跟踪或目标交换。发生这种现象的情况有：①目标进入强海浪区；②被跟踪目标运动到强目标附近；③两个目标平行航行，一个被跟踪目标突然转向时；④两个目标对驶靠近进入一个波门内时；⑤当一个被跟踪目标向岸航行，近岸时转向，可能发生跟踪陆地的错误。⒈⒉⒊⒎⑤⒌⒍①③②④⒋⑥⑦⑧2020/2/2221四．减少误跟踪所采取的措施(P130)1．两目标靠近进入同一个波门时，即令ARPA停止跟踪进行所谓滑行，直至分开后再继续跟踪。2．ARPA拒绝人工录取正在另一个被跟踪目标附近的目标。3．跟踪波门内出现两个或两个以上分开的目标回波时，ARPA只跟踪最接近波门中心的目标回波。如波门内有5个清晰可辨的回波，则ARPA不予标绘。4．有的采用检测、跟踪回波前沿的方法，大大提高了录取跟踪分辨力。2020/2/2222“二、捕捉（ACQUISITION）（P.182）1．ARPA可以对相对速度100kn以内的目标进行手动或自动捕捉，但手动捕捉和清除功能必须具备。具有自动捕捉功能的ARPA，必须能在某些区域设置限制区，在任何量程上设置限制区，应在显示器上表明捕捉区域。2．自动或手动捕捉的性能应当具有不低于使用雷达显示器所能得到的性能。三、跟踪（TRACKING）1．无论采用自动捕捉还是手动捕捉，ARPA均应能自动跟踪、处理同时显示和连续更新至少20个目标的信息。。2．如果提供自动捕捉功能，则应对使用者提供选择目标跟踪准则的说明。如果ARPA不