自动雷达标绘仪(arpa) 课件

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,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,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）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,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）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),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）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,