第六章ARPA組成原理

1、自動雷達標繪儀自動雷達標繪儀（緒論緒論ARPAAutomatic Radar Plotting Aids第二章第二章 基本組成部分及作用基本組成部分及作用中頻電源回波原始視頻本船航速本船航向天線角位置及船首信號觸發(fā)脈沖觸發(fā)脈沖操作指令操船指令報警X/S波段雷達陀螺羅經(jīng)計程儀外存器輸入 、輸出接口預處理目標檢測跟蹤器目標錄取計算機PPI綜合顯示器數(shù)據(jù)顯示器ARPA電源ARPA控制臺傳感器傳感器ARPA部分部分基本的ARPA系統(tǒng)組成框圖視頻海圖等第二節(jié)第二節(jié) 基本組成部分及作用基本組成部分及作用一、傳感器（外圍設備）一、傳感器（外圍設備）向向ARPAARPA提供必要的信息供計算機標繪用提供必要的信

2、息供計算機標繪用1.高質(zhì)量雷達高質(zhì)量雷達：提供目標回波原始視頻、觸發(fā)脈沖、提供目標回波原始視頻、觸發(fā)脈沖、 天線角位置、船首信號。天線角位置、船首信號。2.陀螺羅經(jīng)陀螺羅經(jīng)：提供本船航向信號提供本船航向信號。3.計程儀計程儀：提供本船航速信號，對水和對地航速。提供本船航速信號，對水和對地航速。4.外存器外存器（任選件）（任選件） ：儲存港口視頻地圖或電子海圖，儲存港口視頻地圖或電子海圖， 供導航使用供導航使用。 二、二、ARPA部分部分1.預處理電路預處理電路：將雷達原始視頻信號進行雜波處理及模數(shù)轉(zhuǎn)換將雷達原始視頻信號進行雜波處理及模數(shù)轉(zhuǎn)換2.2.接口電路接口電路：將所有輸入的模擬信號變換成數(shù)

3、字信號將所有輸入的模擬信號變換成數(shù)字信號a.a.陀螺羅經(jīng)信號數(shù)字化：陀螺羅經(jīng)信號數(shù)字化：b.b.計程儀信號數(shù)字化：計程儀信號數(shù)字化：脈沖式和觸點式脈沖式和觸點式國際標準國際標準200 p/1n mile200 p/1n mile。第二節(jié)第二節(jié) 基本組成部分及作用基本組成部分及作用3.3.目標檢測電路目標檢測電路：將預處理過的目標回波信號進行自動檢將預處理過的目標回波信號進行自動檢 測，凡滿足目標存在判定條件者，在相應測，凡滿足目標存在判定條件者，在相應 的存儲單元存入數(shù)字信號的存儲單元存入數(shù)字信號“1”1”4.目標錄?。ú蹲剑╇娐纺繕虽浫。ú蹲剑╇娐罚?用人工或自動方式將所選目標的位置數(shù)據(jù)送入

4、跟蹤器，用人工或自動方式將所選目標的位置數(shù)據(jù)送入跟蹤器， 作為設置跟蹤窗的初始位置數(shù)據(jù)。同時啟動跟蹤器作為設置跟蹤窗的初始位置數(shù)據(jù)。同時啟動跟蹤器 5.跟蹤器跟蹤器： 對錄取的目標進行自動跟蹤，并對錄取的目標進行自動跟蹤，并通過計算機的計算，進通過計算機的計算，進 行自動標繪，建立目標的運動航跡。行自動標繪，建立目標的運動航跡。 6.計算機計算機：核心，完成所有的計算和控制工作核心，完成所有的計算和控制工作 7.控制臺控制臺：操作信息送入計算機，接受來自計算機的各種報警操作信息送入計算機，接受來自計算機的各種報警 信息及操作船舶的指令信息及操作船舶的指令 8.電源電源：提供提供ARPA各部分所

5、需電源各部分所需電源 第二節(jié)第二節(jié) 基本組成部分及作用基本組成部分及作用9.顯示器顯示器： A.平面位置綜合圖形顯示器（平面位置綜合圖形顯示器（PPI）： 顯示目標回波影像、錄取符號、標繪符號、警報符號顯示目標回波影像、錄取符號、標繪符號、警報符號等目標回波原始視頻或經(jīng)雜波、量化處理后的數(shù)字視頻（處等目標回波原始視頻或經(jīng)雜波、量化處理后的數(shù)字視頻（處理視頻）理視頻）B.數(shù)據(jù)顯示器數(shù)據(jù)顯示器：發(fā)光二極管（：發(fā)光二極管（LED）、）、CRT、PPI旁空白區(qū)旁空白區(qū)10.ARPA系統(tǒng)分類系統(tǒng)分類 A. 組合方式分：組合方式分： a. 分立式；分立式； b. 組合式組合式 B.顯示目標動態(tài)方式分顯示目

6、標動態(tài)方式分 a. 矢量型；矢量型； b. 圖示型（圖示型（PAD）第三章第三章 信號預處理與自動檢測功能信號預處理與自動檢測功能 1.雜波處理雜波處理：雷達原始視頻信號中含有大量的干擾雜波，計雷達原始視頻信號中含有大量的干擾雜波，計 算機容量和處理能力有限，若不預先處理算機容量和處理能力有限，若不預先處理，引引 起起ARPA的工作可靠性和精度大為降低的工作可靠性和精度大為降低（A）恒虛警率處理恒虛警率處理（CFAR Processing）：）： 當雜波干擾強度變化時，雷達信號經(jīng)當雜波干擾強度變化時，雷達信號經(jīng)CFARCFAR處理，使其處理，使其 輸出的虛警率大為降低并保持恒定。輸出的虛警率大

7、為降低并保持恒定。 a.恒虛警率恒虛警率（CFARConstant False Alarm Rate）：）： 單位時間內(nèi)出現(xiàn)的虛警數(shù)（虛警頻率）一定。單位時間內(nèi)出現(xiàn)的虛警數(shù)（虛警頻率）一定。 b.自適應門限處理自適應門限處理方法：方法： 原始視頻信號高于此門限電平認為是目標，否則作噪原始視頻信號高于此門限電平認為是目標，否則作噪 聲處理掉。聲處理掉。抑制熱噪聲、雨雪干擾效果顯著抑制熱噪聲、雨雪干擾效果顯著。（B）解相關(guān)處理解相關(guān)處理（Solve Correlation Processing）：）： a.天線掃掠相關(guān)天線掃掠相關(guān)： 兩次相鄰天線掃描中，目標回波位置基本不變，具有兩次相鄰天線掃描中

8、，目標回波位置基本不變，具有 相關(guān)特性，海浪反射回波位置隨機，是非相關(guān)的。相關(guān)特性，海浪反射回波位置隨機，是非相關(guān)的。 b.距離掃描相關(guān)距離掃描相關(guān)： 兩個或幾個掃描周期中，目標回波在掃描線上的位置兩個或幾個掃描周期中，目標回波在掃描線上的位置 固定不變，強相關(guān)；固定不變，強相關(guān)； 而同頻干擾出現(xiàn)的位置是不同的，是非相關(guān)。而同頻干擾出現(xiàn)的位置是不同的，是非相關(guān)。2.2.雷達視頻信號量化處理雷達視頻信號量化處理：模模/ /數(shù)（數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，整幅雷達視）轉(zhuǎn)換，整幅雷達視 頻圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號頻圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號（A）方位量化方位量化： 把把360 方位等分成若干方位量化單元，用方位等分成若干方

9、位量化單元，用“0、1”二進二進制制 數(shù)字表示不同的方位。量化單元越小，方位精度越高。數(shù)字表示不同的方位。量化單元越小，方位精度越高。 12位二進制：位二進制：360 /212=0.088 （212=4096） a.軸角編碼器；軸角編碼器；b.同步機模數(shù)轉(zhuǎn)換（同步機模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）模塊）模塊（B）距離量化距離量化： 把距離掃描線分成若干等份的距離單元即時間量化。距把距離掃描線分成若干等份的距離單元即時間量化。距 離單元：離單元：0.005或或0.01 n mile的整倍數(shù)，大小隨量程而異。的整倍數(shù)，大小隨量程而異。（C）回波幅度量化回波幅度量化： 把視頻信號進行幅度分層（二、四、八分層等，多

10、個門把視頻信號進行幅度分層（二、四、八分層等，多個門 限電平），用數(shù)字信號表示回波強弱或有無。限電平），用數(shù)字信號表示回波強弱或有無。 固定門限檢測進行，確定信號有無，在對應的存儲單元固定門限檢測進行，確定信號有無，在對應的存儲單元 中存中存“1”或或“0”。 3.目標檢測電路目標檢測電路：將預處理過的目標回波信號進行自動檢測，將預處理過的目標回波信號進行自動檢測， 凡滿足目標存在判定條件者，在相應的存儲凡滿足目標存在判定條件者，在相應的存儲 單元存入數(shù)字信號單元存入數(shù)字信號“1” A.目標檢測目標檢測：在帶有噪聲和雜波干擾背景的雷達信號中識別：在帶有噪聲和雜波干擾背景的雷達信號中識別 目標的

11、存在。目標的存在。 a.人工檢測人工檢測：經(jīng)驗判斷回波是目標。：經(jīng)驗判斷回波是目標。 b.自動檢測自動檢測：自動檢測各量化單元（像素）內(nèi)是否有信號。：自動檢測各量化單元（像素）內(nèi)是否有信號。 與方位距離掃描同步進行。與方位距離掃描同步進行。 B.檢測次數(shù)檢測次數(shù)：天線波束具有一定的寬度，掃過每個方位單元天線波束具有一定的寬度，掃過每個方位單元 時，雷達發(fā)射了時，雷達發(fā)射了L次，即該方位單元內(nèi)的目標次，即該方位單元內(nèi)的目標 被照射（檢測）了被照射（檢測）了L次。次。 *目標照射（檢測）次數(shù)目標照射（檢測）次數(shù)L：L= H nAT （取整數(shù)）（取整數(shù)） 如如 H =1 ，T=1000 s，nA=2

12、0 r/min，則，則L=8 每次檢測的結(jié)果不一定全相同。每次檢測的結(jié)果不一定全相同。 C.M/N準則準則（M out of NMOON）： 累積判定目標存在的依據(jù)。每個量化單元內(nèi)，連續(xù)累積判定目標存在的依據(jù)。每個量化單元內(nèi)，連續(xù) 存儲和檢測存儲和檢測N次距離掃描的回波數(shù)據(jù)，有為次距離掃描的回波數(shù)據(jù)，有為1，無為，無為0； 若回波累積出現(xiàn)若回波累積出現(xiàn)“1”的次數(shù)大于或等于的次數(shù)大于或等于M時，則判定時，則判定 此單元內(nèi)有目標。此單元內(nèi)有目標。 M、N取值影響自動檢測的性能，一般取值影響自動檢測的性能，一般M=1.5N1/2。 （取整數(shù)）（取整數(shù)） M/N：2/3；3/4；4/4；5/6；6/

13、8等等 a. N大（大（M小）?。?目標不宜丟失，容易發(fā)生誤檢；虛警率增加目標不宜丟失，容易發(fā)生誤檢；虛警率增加 b.N小?。∕大大） 容易漏掉目標，目標易丟失；干擾抑制好容易漏掉目標，目標易丟失；干擾抑制好 D.種類種類： a.滑窗檢測器（滑窗檢測器（Moving Window Detector）：）：N=L b.小滑窗檢測：小滑窗檢測：N L，大多數(shù)采用，大多數(shù)采用 第四章第四章 錄取目標功能錄取目標功能目標錄?。ú蹲剑┠繕虽浫。ú蹲剑ˋcquisition）：）： 需要跟蹤目標的選擇及其跟蹤開始需要跟蹤目標的選擇及其跟蹤開始 1.人工錄取人工錄?。河貌倏v桿（用操縱桿（Joystick）

14、或跟蹤球（）或跟蹤球（Track ball） 移動錄取符號（移動錄取符號（+ ）套住目標影套住目標影 像，按下錄取開關(guān)像，按下錄取開關(guān) 優(yōu)點：優(yōu)點：目的明確目的明確 缺點：缺點：費時、速度慢、遺漏費時、速度慢、遺漏 2.自動錄取自動錄?。合率鰩追N具其一下述幾種具其一 a.選擇優(yōu)先度選擇優(yōu)先度：根據(jù)目標位置、避碰參數(shù)區(qū)分不同的優(yōu)先度根據(jù)目標位置、避碰參數(shù)區(qū)分不同的優(yōu)先度 b.設置優(yōu)先區(qū)設置優(yōu)先區(qū)：首向首向 45 ，前方優(yōu)先，前方優(yōu)先 c.設置限制區(qū)設置限制區(qū)（拒絕錄取區(qū)拒絕錄取區(qū)）：）：限制線，限制陸地島嶼等限制線，限制陸地島嶼等 d.設置警戒圈設置警戒圈（環(huán)、區(qū)環(huán)、區(qū)）：）：目標闖入自動錄取、

15、跟蹤并報警目標闖入自動錄取、跟蹤并報警 優(yōu)點：優(yōu)點：方便、迅速方便、迅速 缺點：缺點：隨機性，誤錄、漏錄隨機性，誤錄、漏錄 第五章第五章 自動跟蹤目標功能自動跟蹤目標功能1.跟蹤器跟蹤器： 對錄取的目標進行自動跟蹤，并對錄取的目標進行自動跟蹤，并通過計算機的計算，進通過計算機的計算，進 行自動標繪，建立目標的運動航跡。行自動標繪，建立目標的運動航跡。 A.目標跟蹤目標跟蹤：觀測目標位置相繼變化以建立其運動的過程。：觀測目標位置相繼變化以建立其運動的過程。 a.原理原理：預測加修正。天線邊掃描邊跟蹤，：預測加修正。天線邊掃描邊跟蹤， a）航跡外推航跡外推：對目標未來位置預測對目標未來位置預測；在

16、預測位置建立一個檢測；在預測位置建立一個檢測 范圍（目標錄取、捕捉）范圍（目標錄取、捕捉）跟蹤窗（波門），跟蹤窗（波門）， b）航跡相關(guān)航跡相關(guān)：對新點跡和已有航跡之間歸屬關(guān)系的判別，以預：對新點跡和已有航跡之間歸屬關(guān)系的判別，以預 測位置為中心，設置一個跟蹤窗（波門）測位置為中心，設置一個跟蹤窗（波門）“相關(guān)相關(guān)范范 圍圍”“”“相關(guān)波門相關(guān)波門”，實測與預測位置差小于跟蹤，實測與預測位置差小于跟蹤窗尺窗尺 寸（實測目標在跟蹤窗內(nèi)），航跡相關(guān)，判定為寸（實測目標在跟蹤窗內(nèi)），航跡相關(guān)，判定為 同一目標的新點跡，否則為其它目標，跟蹤基本同一目標的新點跡，否則為其它目標，跟蹤基本 成功。成功。

17、b.跟蹤窗尺寸跟蹤窗尺寸： 確定大小必須考慮許多因素如設備誤差、目標機動范圍與速確定大小必須考慮許多因素如設備誤差、目標機動范圍與速 率、天線掃描周期等。波門大，不易丟失目標，但易誤跟蹤；率、天線掃描周期等。波門大，不易丟失目標，但易誤跟蹤； 小，不易跟蹤上，易丟失目標。小窗徑向窗深小，不易跟蹤上，易丟失目標。小窗徑向窗深 R=量程量程8.5； 窗寬窗寬=10個方位量化單元。一般大、中、小三個，自動調(diào)個方位量化單元。一般大、中、小三個，自動調(diào) 節(jié)。開始大波門，逐漸變小，穩(wěn)定時最小波門，目標回波約節(jié)。開始大波門，逐漸變小，穩(wěn)定時最小波門，目標回波約 占跟蹤窗（波門）面積的占跟蹤窗（波門）面積的7

18、5。 B. 跟蹤濾波器跟蹤濾波器： 數(shù)據(jù)處理方法排除干擾信號分離出有用信號。數(shù)據(jù)處理方法排除干擾信號分離出有用信號。 a.平滑（濾波）位置平滑（濾波）位置=預測（外推）位置預測（外推）位置+位置平滑量位置平滑量 =預測（外推）位置預測（外推）位置+位置平滑系數(shù)位置平滑系數(shù) 實測與預測位置差實測與預測位置差 b.平滑（濾波）速度平滑（濾波）速度=上次平滑速度上次平滑速度+速度平滑量速度平滑量 =上次平滑速度上次平滑速度+速度平滑系數(shù)速度平滑系數(shù) （實測與預測位置差（實測與預測位置差/采樣周期）采樣周期） c. 、 值自適應調(diào)節(jié)值自適應調(diào)節(jié) 濾波系數(shù)濾波系數(shù) 、 取值取值01之間。開始時，實測與預測位置偏差大，之間。開始時，實測與預測位置偏差大， 取用較大的值；經(jīng)過幾次處理，偏差逐漸變小，改用較小的值。取用較大的值；經(jīng)過幾次處理，偏差逐漸變小，改用較小的值。 跟蹤樹跟蹤樹第一次掃描位置第一次掃描位置第二次探測位置第二次探測位置第三次估算位置第三次估算位置第三次濾波位置第三次濾波位置第三次探測位置第三次探測位置第四次掃描第四次掃描目標輸出窗口目標輸出窗口第五次掃描第五次掃描探測位置探測位置濾波位置濾波位置估算位置估算位置跟蹤窗跟蹤窗發(fā)現(xiàn)目標重新跟蹤發(fā)現(xiàn)目標重新跟蹤跟蹤原理跟蹤原理位置滑動濾波停止位置滑動濾波停止窗口放大窗口放大跟蹤位置跟蹤位置窗口縮小窗口縮小窗口穩(wěn)定窗口穩(wěn)定C. 跟