船用導(dǎo)航雷達(dá)

1、第二篇第二篇 自動雷達(dá)標(biāo)繪儀自動雷達(dá)標(biāo)繪儀(ARPA)(ARPA)第一章第一章 緒論緒論v1-1 1-1 普通船用雷達(dá)用于船舶避碰的局限性普通船用雷達(dá)用于船舶避碰的局限性v1-2 ARPA1-2 ARPA系統(tǒng)的組成及各部分作用系統(tǒng)的組成及各部分作用v1-3 ARPA1-3 ARPA系統(tǒng)的分類系統(tǒng)的分類航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 普通船用雷達(dá)用于船舶避碰的局限性普通船用雷達(dá)用于船舶避碰的局限性一、一、普通船用雷達(dá)在船舶避碰中的應(yīng)用普通船用雷達(dá)在船舶避碰中的應(yīng)用 船舶船舶避碰避碰包含包含“預(yù)測預(yù)測”和和“避讓避讓”兩個涵義。兩個涵義

2、。v預(yù)測預(yù)測: :預(yù)測本船與相遇船在何時（何處）會存在預(yù)測本船與相遇船在何時（何處）會存在碰撞危險。碰撞危險。 v避讓避讓: :本船對危險船采取的避讓機(jī)動。本船對危險船采取的避讓機(jī)動。 v普通雷達(dá)采用普通雷達(dá)采用：人工標(biāo)繪人工標(biāo)繪目的：求出目的：求出 CPACPA、TCPATCPA方法：方法：v相對運(yùn)動人工標(biāo)繪避碰法相對運(yùn)動人工標(biāo)繪避碰法v真運(yùn)動人工標(biāo)繪避碰法真運(yùn)動人工標(biāo)繪避碰法航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論人工標(biāo)繪進(jìn)行避碰的步驟人工標(biāo)繪進(jìn)行避碰的步驟1 1、選擇要進(jìn)行標(biāo)繪的相遇船回波（、選擇要進(jìn)行標(biāo)繪的相遇船回波（A A）2 2、監(jiān)視該目標(biāo)回波的移動、監(jiān)視該目標(biāo)回波

3、的移動3 3、隔一定時間間隔（、隔一定時間間隔（6min6min）標(biāo)出）標(biāo)出B B點(diǎn)點(diǎn)4 4、作圖并求碰撞及航行參數(shù)、作圖并求碰撞及航行參數(shù) 碰撞參數(shù)：碰撞參數(shù)：vDCPA:DCPA:最接近會遇距離最接近會遇距離( (簡稱為簡稱為 CPA)CPA)vTCPATCPA：到達(dá)最接近點(diǎn)的時間：到達(dá)最接近點(diǎn)的時間航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論 航行參數(shù)：航行參數(shù)： 目標(biāo)船相對速度（目標(biāo)船相對速度（REL SPDREL SPD）、相對航向（）、相對航向（ REL REL CRSCRS）、真速度（）、真速度（TRUE SPDTRUE SPD）和真航向（）和真航向（TRUE TRU

4、E CRSCRS） 5 5、CPA TCPACPA TCPA安全界限值（安全界限值（ MINCPA MINCPA 、MINTCPA MINTCPA ） MINCPA MINCPA（CPACPA安全界限值）安全界限值） 允許目標(biāo)安全通過本船所需的最小會遇距離允許目標(biāo)安全通過本船所需的最小會遇距離 MINTCPA MINTCPA（TCPATCPA的安全界限值）的安全界限值） 允許目標(biāo)到達(dá)允許目標(biāo)到達(dá)CPACPA點(diǎn)的最小時間點(diǎn)的最小時間 航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論6 6、在、在ARPAARPA中，中，MINCPAMINCPA、MINTCPAMINTCPA由駕駛員來設(shè)定由

5、駕駛員來設(shè)定（輸入）（輸入）7 7、設(shè)置設(shè)置MINCPAMINCPA、MINTCPAMINTCPA應(yīng)考慮的因素應(yīng)考慮的因素1 1）本船大小、速度、操縱性能（若船大（速度）本船大小、速度、操縱性能（若船大（速度）MINCPAMINCPA大）大）2 2）水域?qū)掗煶潭?，船舶密度（若窄、密）水域?qū)掗煶潭龋懊芏龋ㄈ粽?、密MINCPAMINCPA?。┬。? 3）氣象條件（風(fēng)浪、霧、雪）（若風(fēng)浪大、霧大）氣象條件（風(fēng)浪、霧、雪）（若風(fēng)浪大、霧大NINCPANINCPA大）大） 航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論8、碰撞危險判斷碰撞危險判斷v當(dāng)當(dāng) CPA CPA MINCPA MIN

6、CPATCPA TCPA MINTCPA MINTCPA-則判斷為則判斷為安全船安全船，無碰撞危險無碰撞危險 v當(dāng)當(dāng)CPA CPA MINCPA MINCPATCPA TCPA MINTCPA MINTCPA-危險船但尚不緊迫，本船應(yīng)考慮避讓措施危險船但尚不緊迫，本船應(yīng)考慮避讓措施v當(dāng)當(dāng)CPA CPA MINCPA MINCPA0 0 TCPA TCPA MINTCPAMINTCPA-非常危險船，本船應(yīng)立即采取避讓措施非常危險船，本船應(yīng)立即采取避讓措施航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論圖圖2-1-4 相對運(yùn)動雷達(dá)人工標(biāo)繪避碰流程圖相對運(yùn)動雷達(dá)人工標(biāo)繪避碰流程圖雷雷 達(dá)達(dá)傳

7、感器傳感器在在CRT上觀測目標(biāo)上觀測目標(biāo)檢測目標(biāo)檢測目標(biāo)目標(biāo)錄取目標(biāo)錄取 選擇避讓目標(biāo)選擇避讓目標(biāo)確定目標(biāo)初始位置數(shù)據(jù)確定目標(biāo)初始位置數(shù)據(jù)人工標(biāo)繪人工標(biāo)繪避碰作圖避碰作圖 按規(guī)定的時間間隔觀測按規(guī)定的時間間隔觀測目標(biāo)位置數(shù)據(jù)，并標(biāo)繪目標(biāo)位置數(shù)據(jù)，并標(biāo)繪計算目標(biāo)的航向、航速、計算目標(biāo)的航向、航速、方位、距離、方位、距離、CPA、TCPA分析每個目標(biāo)速度三角形及避碰分析每個目標(biāo)速度三角形及避碰三角形，計算目標(biāo)參數(shù)三角形，計算目標(biāo)參數(shù)人工設(shè)定人工設(shè)定MIN CPA、MIN TCPA設(shè)置安全判據(jù)設(shè)置安全判據(jù)危險船？危險船？NO保向、保速保向、保速YES避碰規(guī)則，本船操縱性能，操船經(jīng)驗(yàn)避碰規(guī)則，本船操縱

8、性能，操船經(jīng)驗(yàn)權(quán)利船或權(quán)利船或義務(wù)船義務(wù)船權(quán)利船權(quán)利船保向保速保向保速 加強(qiáng)了望加強(qiáng)了望改向或減改向或減速速改向改向改向指令改向指令減速減速減速指令減速指令義務(wù)船義務(wù)船航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論人工標(biāo)繪的局限性人工標(biāo)繪的局限性1 1）費(fèi)時（）費(fèi)時（3737分鐘）、麻煩分鐘）、麻煩2 2）不直觀、不準(zhǔn)確）不直觀、不準(zhǔn)確3 3）難以應(yīng)付復(fù)雜局面）難以應(yīng)付復(fù)雜局面2 2、真運(yùn)動雷達(dá)用于船舶避碰、真運(yùn)動雷達(dá)用于船舶避碰 航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論二、普通船用雷達(dá)用于船舶避碰的局限性二、普通船用雷達(dá)用于船舶避碰的局限性1 1、低亮度顯示，影響相

9、遇船回波的識別、低亮度顯示，影響相遇船回波的識別2 2、只能顯示目標(biāo)的瞬時位置，難以判斷危險船、只能顯示目標(biāo)的瞬時位置，難以判斷危險船3 3、需通過人工標(biāo)繪獲得目標(biāo)碰撞及航行參數(shù)，但、需通過人工標(biāo)繪獲得目標(biāo)碰撞及航行參數(shù)，但人工標(biāo)繪存在局限性人工標(biāo)繪存在局限性4 4、驗(yàn)證避讓效果仍須重新進(jìn)行人工標(biāo)繪、驗(yàn)證避讓效果仍須重新進(jìn)行人工標(biāo)繪航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論三、名稱：三、名稱：自動雷達(dá)標(biāo)繪儀自動雷達(dá)標(biāo)繪儀Automatic Automatic Radar Plotting Aids Radar Plotting Aids 簡稱簡稱 ARPAARPA ，中，中文譯音

10、文譯音 “ “阿帕阿帕”。四、發(fā)展簡況四、發(fā)展簡況1 1、雷達(dá)作用雷達(dá)作用特別能見度低劣特別能見度低劣，但隨船（速，但隨船（速度度、體積、體積、密度、密度）避碰事件不斷發(fā)生避碰事件不斷發(fā)生改革（很多措施）改革（很多措施）但只有與計算機(jī)結(jié)合但只有與計算機(jī)結(jié)合（自動化、智能化）（自動化、智能化）ARPAARPA2 2、ARPAARPA起源起源，美國，美國，19761976年秋天，連續(xù)發(fā)生油年秋天，連續(xù)發(fā)生油輪事故輪事故提出要求提出要求IMO1981IMO1981制定制定ARPAARPA標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。3 3、目前已經(jīng)在遠(yuǎn)洋船上安裝、目前已經(jīng)在遠(yuǎn)洋船上安裝ARPAARPA。學(xué)習(xí)重要性，。學(xué)習(xí)重要性，正確

11、使用正確使用APPAAPPA大大減輕負(fù)擔(dān)大大減輕負(fù)擔(dān) 航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論1 1、傳感器：、傳感器： v 由它們提供必要的信息供標(biāo)繪用由它們提供必要的信息供標(biāo)繪用1 1） X/SX/S波段高質(zhì)量雷達(dá)提供波段高質(zhì)量雷達(dá)提供 : : 觸發(fā)脈沖觸發(fā)脈沖（triggertrigger） 視頻脈沖視頻脈沖（VideoVideo） 天線角位置信號及船首標(biāo)志信號天線角位置信號及船首標(biāo)志信號2 2）陀螺羅經(jīng)）陀螺羅經(jīng): :v提供本船航向信號提供本船航向信號3 3）船舶計程儀）船舶計程儀: :v提供本船航速信號提供本船航速信號（對水、對地）（對水、對地）4 4）外存器）外存器

12、: :磁盤或光盤，磁盤或光盤，v提供視頻地圖或電子海圖。提供視頻地圖或電子海圖。航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論1-2 ARPA1-2 ARPA系統(tǒng)的組成及各部分作用系統(tǒng)的組成及各部分作用2 2、ARPA ARPA 部分部分1 1）預(yù)處理：對）預(yù)處理：對原始視頻原始視頻雜波處理雜波處理模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換2 2）目標(biāo)檢測：）目標(biāo)檢測： 對的回波信號自動檢測，滿足存在目標(biāo)條件者輸出發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的數(shù)字信號。對的回波信號自動檢測，滿足存在目標(biāo)條件者輸出發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的數(shù)字信號。3 3）目標(biāo)錄?。┠繕?biāo)錄取（人工人工/ /自動錄?。┳詣愉浫。?將已檢測到的目標(biāo)的將已檢測到的目標(biāo)的初始位置初始位

13、置送入跟蹤器。送入跟蹤器。4 4）跟蹤器：）跟蹤器： 對已被錄取的目標(biāo)進(jìn)行自動跟蹤并建立目標(biāo)的運(yùn)動軌跡對已被錄取的目標(biāo)進(jìn)行自動跟蹤并建立目標(biāo)的運(yùn)動軌跡5 5）電子計算機(jī)：）電子計算機(jī)： 自動錄取、跟蹤和計算目標(biāo)的航行和碰撞參數(shù)、自動判斷有無碰撞危險、自動錄取、跟蹤和計算目標(biāo)的航行和碰撞參數(shù)、自動判斷有無碰撞危險、完成自動標(biāo)繪的任務(wù)。完成自動標(biāo)繪的任務(wù)。航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論vPPIPPI綜合圖形顯示器：綜合圖形顯示器： 顯示回波、矢量等各種標(biāo)志符號。顯示回波、矢量等各種標(biāo)志符號。 v數(shù)據(jù)顯示器：數(shù)據(jù)顯示器： 顯示本船及目標(biāo)航行與碰撞數(shù)據(jù)。顯示本船及目標(biāo)航行與碰

14、撞數(shù)據(jù)。 7 7）控制臺：）控制臺： PPIPPI及數(shù)據(jù)顯示器的控制器及數(shù)據(jù)顯示器的控制器 8 8）接口電路：）接口電路： 將各種傳感模擬信號變換成計算機(jī)可接受的數(shù)字信號將各種傳感模擬信號變換成計算機(jī)可接受的數(shù)字信號 9 9）電源：）電源： 供電供電 6）顯示器：）顯示器：航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論序序號號分類分類方式方式類型類型特點(diǎn)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)1按 系 統(tǒng)按 系 統(tǒng)組 合 方組 合 方式分式分分立式分立式主雷達(dá)顯示主雷達(dá)顯示器與器與ARPA顯顯示分開示分開兩 者 圖 象兩 者 圖 象可比較可比較設(shè) 備 多 、設(shè) 備 多 、價格高價格高組合式組合式主雷達(dá)顯

15、示主雷達(dá)顯示器與器與ARPA顯顯示合二為一示合二為一設(shè) 備 少 、設(shè) 備 少 、價格低價格低一 旦 出 現(xiàn)一 旦 出 現(xiàn)故 障 影 響故 障 影 響雷達(dá)雷達(dá)2按 顯 示按 顯 示目 標(biāo) 動目 標(biāo) 動態(tài) 方 式態(tài) 方 式不同分不同分矢量型矢量型目標(biāo)動態(tài)矢目標(biāo)動態(tài)矢量顯示量顯示精 度 高 、精 度 高 、畫面清晰畫面清晰不如不如PAD直觀直觀圖示型圖示型（PAD型）型）目標(biāo)動態(tài)用目標(biāo)動態(tài)用PAD顯示顯示直觀方便直觀方便精 度 差 、精 度 差 、圖 象 畫 面圖 象 畫 面差差3按 掃 描按 掃 描方式分方式分徑向園徑向園掃描掃描電視光電視光柵光標(biāo)柵光標(biāo)航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch

16、1 緒論緒論1-3 ARPA1-3 ARPA系統(tǒng)的分類系統(tǒng)的分類及特點(diǎn)及特點(diǎn)圖圖 2-1-6 ARPA系統(tǒng)自動標(biāo)繪避碰流程圖系統(tǒng)自動標(biāo)繪避碰流程圖計程儀計程儀雷達(dá)雷達(dá)陀螺羅經(jīng)陀螺羅經(jīng)傳感器傳感器信號預(yù)處理與目標(biāo)檢測信號預(yù)處理與目標(biāo)檢測錄取錄取超過規(guī)定數(shù)超過規(guī)定數(shù)量溢出報警量溢出報警錄取目標(biāo)錄取目標(biāo)逐個逐個/全部清除全部清除跟蹤器跟蹤器連續(xù)跟蹤已連續(xù)跟蹤已錄取目標(biāo)錄取目標(biāo)計算航行及避碰數(shù)據(jù)計算航行及避碰數(shù)據(jù)分解每個速度分解每個速度三角形及避碰三角形及避碰三角形三角形設(shè)置設(shè)置MIN CPAMIN TCPA危險船？危險船？設(shè)置安全判裾設(shè)置安全判裾碰撞危險判斷碰撞危險判斷NO保向、保速保向、保速YES

17、試操船試操船報警（聲光）報警（聲光）改向或變速改向或變速報警解除報警解除試操船航向、航速試操船航向、航速避碰規(guī)則避碰規(guī)則改向指令改向指令改向改向變速指令變速指令航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論復(fù)習(xí)思考題：復(fù)習(xí)思考題：vP118P118 3, 43, 4航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論圖圖2-1-1人工標(biāo)繪圖人工標(biāo)繪圖O(本船本船)SHMA(目標(biāo)）目標(biāo)）BDCPACPARVCD0VTV目視線目視線兩船保速保向時預(yù)計的視運(yùn)動兩船保速保向時預(yù)計的視運(yùn)動航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論航海雷達(dá)與航海雷達(dá)與ARPA第二篇第二篇Ch1 緒論緒論圖圖2-1-5 2-1-5 基本基本ARPAARPA系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)