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1、分类号 编号烟 台 大 学毕 业 论 文ARPA雷达在航海中的应用ARPA Radars Application in Navigation申请学位： 工学学士 院 系： 海洋学院 专 业： 航海技术 姓 名： 学 号： 200677503325 指导老师： 2010年 6月 1日烟台大学海洋学院 烟台大学海洋学院烟台大学海洋学院毕业论文任务书姓名瞿绪太学号200677503325毕业届别2010专业航海技术毕业论文题目ARPA雷达在航海中的应用指导教师刘军学历大本职称副教授所学专业船舶无线电通信主要内容：根据老师提供的资料为参考，论述ARPA雷达的原理、组成及其在航海中的应用，并结合实验对它
2、的局限性进行了分析，如测距、测方位、阴影区、影响雷达的诸因素造成的误差应如何消除，及以后应注意的问题。参考资料： 航海技术，中国航海 航海雷达与ARPA 王世远 大连海事出版社基本要求：1、符合海洋学院毕业论文写作规范的要求2、论点鲜明，论据充分，层次分明，结构严谨，语言流畅。进度安排：3.10-3.20 查阅资料 3.21-4.30撰写论文5.1-5.20 修改论文 5.21-6.1 提交论文准备答辩指导教师（签字）： 刘 军 2010年3 月 9日院（系）意见： 教学院长（主任）（签字）： 年 月 日备注： 摘要雷达问世以来，作为船长的“眼睛”，在船舶定位、导航、避碰应用中，发挥了巨大作用
3、，如狭水道中船舶转向发生碰撞或搁浅的概率较大，利用ARPA雷达来确定转向时机，控制船舶航行在安全的预定航线上，是避免船舶发生碰撞或搁浅的有效途径；ARPA雷达的尾迹功能更能及时准确地显示出周围船舶的动态，使我们迅速作出判断；ARPA 雷达速度矢量线航法操作方便，用法简单，图像直观，且绘算精度较高，在许多方面是ARPA捕获、跟踪无法做到的；但是由于工作原理和设备性能等方面的原因，ARPA的功能还存在一定的局限性，船舶驾驶员如果完全信任和依赖ARPA进行避碰操作，就可能危及船舶的航行安全。船舶驾驶员应了解ARPA的局限性，正确使用其功能，才能保证航行安全。关键词：雷达；狭水道；尾迹；局限性Abst
4、ract：Radar is regarded as captains eye since the radar came out. It played a big role in the ship navigation , positioning and application of collision avoidance. The probability is bigger such as ship collision or grounding in the narrow waterway. ARPA radar is used to determine the steering moment
5、 .The ship is controlled in the safety estimated line .It is the effective way to avoid collision or ship grounding. ARPA radars trail function more accurately shows dynamic around the ship, we quickly made judgment. ARPA radar velocity vector method is convenient , simple and intuitive and it is hi
6、gh precision to paint image. In many aspects, ARPA is impossible to capture or tracking some targets. But because the work principle and equipment performance and other reasons, ARPA also exist certain limitations. It may endanger the safety of the ship sailing if the seaman trust and rely on ARPA f
7、ully in collision operation . The driver should understand the ship limitations and correctly use ARPA its function to ensure safety.Keywords: radar； the narrow waterway; trail; limitations目录绪论11 船舶在狭水道水域利用ARPA雷达准确转向的方法21.1 问题的提出21.2 船舶转向中准确控制船位法21.2.1 航线计划21.2.2 新航线和用舵线间距离（D）的解算法31.2.3 利用ARPA雷达来准确控
8、制转向后的船位41.3 结论42 ARPA雷达的尾迹功能及正确的使用方法63 ARPA雷达矢量线航法93.1 ARPA的矢量线93.1.1 矢量线含义93.1.2 本船矢量线93.1.3 他船矢量线93.2 矢量线航法103.2.1 改变矢量时间103.2.2 改变航速113.3 结论124 ARPA功能在使用中的局限性分析134.1 ARPA的外围设备特性所导致的局限性134.1.1 传感器误差引起的ARPA的局限性134.1.2 雷达本身的性能引起的ARPA的局限性134.2 计算机的性能引起的ARPA功能的局限性144.3 ARPA本身原理导致的功能局限性。144.3.1 ARPA在雷达
9、信号预处理上存在去杂波干扰的局限性144.3.2 MOON累积判断的局限性144.3.3 PPC圈和PAD应用的局限性144.3.4 ARPA的安全判据存在的局限性144.3.5 预警原理上造成的局限性164.4 ARPA操作和使用上产生的局限性164.5 减少和消除ARPA局限性的方法和手段164.5.1 发展和使用新技术，大力提高ARPA设备的软硬件性能164.5.2 大力整合现有的新型航海仪器设备，完善ARPA的功能164.5.3 加强海员培训工作，提高船舶驾驶员素质164.6 结论17结束语18致谢19参考文献20烟台大学毕业论文0绪论ARPA(automatic radar plot
10、ting aids)中文为“自动雷达标绘仪”，是在普通雷达的基础上，根据人工标绘原理，增加计算机的输入、存储、计算、判断、输出、模拟、绘图、报警等功能发展而成的一种新型雷达。ARPA与普通雷达相比，能够自动、连续提供必要的航行及避碰信息数据和对航行态势进行评估，驾驶员利用ARPA进行早期了望与判断，避免了盲目采取避让措施，大大减少船舶碰撞事故的发生。狭水道中船舶转向发生碰撞或搁浅的概率较大，利用ARPA雷达来确定转向时机，控制船舶航行在安全的预定航线上，是避免船舶发生碰撞或搁浅的有效途径；ARPA雷达的尾迹功能更能及时准确地显示出周围船舶的动态，使我们迅速作出判断；ARPA 雷达速度矢量线航法
11、操作方便，用法简单，图像直观，且绘算精度较高，在许多方面是ARPA捕获、跟踪无法做到的。但是由于ARPA的功能方面还存在局限性，完全的信任和依赖ARPA进行避碰操作，可能因为信息不可靠，判断失误而构成新的碰撞危险，引发碰撞事故。因此有必要对ARPA的局限性进行细致的分析，并有针对性地采取一系列措施，消除和减少ARPA的局限性给船舶航行安全带来的不利影响，正确使用其功能，才能保证航行安全。1 船舶在狭水道水域利用ARPA雷达准确转向的方法1.1 问题的提出狭水道通常是指可航水域宽度有限，致使船舶不能自由操纵的天然水道。狭水道中航行具有下列特点：（1）航道狭窄弯曲，航行船舶没有足够的回旋余地；（2
12、）航行船舶的密度较大，来往船只和各类渔船比较密集；（3）船舶吃水可能会受到水深的限制；（4）航路附近的暗礁、浅滩多，风、流影响比较复杂。因此，船舶在狭水道中航行发生碰撞或搁浅的概率较大，尤其是在狭水道中船舶转向，如果不能准确地控制船位，很容易造成船舶冲上暗礁和浅滩而导致搁浅。因为在狭水道中船舶转向，船位并不好控制，如果在航道并不很宽，而航道附近充满着浅滩、暗礁，则船舶很可能在不知不觉中陷入危险，因而导致搁浅。在狭水道航行时，可以充分利用天然物标多的特点，选择合适的叠标或导标来导航。在一些航行比较困难的地区，为了使船舶能准确地按照推荐的航线航行，常设有方位叠标，当船已离开叠标线，叠标就会立即错开
13、，有些港口，在一对主导标两侧还设有一对或两对较小的立标，称为外侧标和内侧标。如前后左内侧标成一直线，说明船位已偏左离开航道中线，如前后左外侧标成一直线，则说明船位在航道左边边线上。这样极易校对船位，使船舶保持在需要的航道线上航行，以防止搁浅。如没有合适的叠标时，可以在航线前方或后方选择一个单独而明显的物标作为导标来导航。下面是一种在狭水道水域转向时准确控制船位、以提高船舶航行安全的方法。1.2 船舶转向中准确控制船位法1.2.1 航线计划首先对海图、航路指南、水文气象、经验介绍等有关资料进行详细的研究，结合本人经验选择航线。此航线计划必须标出预定航线、转向所依据明显目标的安全方位及安全距离（即
14、选定转向所依据的圆心和半径）如图1所示。图1 狭水道中航行，其典型的航线计划图1.2.2 新航线和用舵线间距离（D）的解算法 在航线计划中已决定转向时和明显目标的安全距离（R），此时尚未决定的是用舵点，就是决定由原航向的哪一点开始用舵转向，当转向完成后，船位刚好在新航向上。经过用舵点画一线和新航向平行，此线称为用舵线，用舵线和新航向间距离称为舵距离，用D表示，如图2所示。图2 狭水道中船舶转向计划图D值的求解法如下： 图3 D值求解图（cos）sin+旋回半径；转向角；滞距，其值为12倍船长1.2.3 利用ARPA雷达来准确控制转向后的船位利用ARPA雷达来准确控制转向后的船位，除了选择一个明
15、显目标作为转向的方位、距离依据，并用以计算出D值，如可行，另在船前方选出另一个明显目标，此明显目标的目的是用以控制转向后新航路和此明显目标距离等于某安全距离。而ARPA雷达上备有电子方位线（EBL）与可变距离圈（VRM）。现以图2为例来说明如何准确控制转向后的船位，由上述新航线和用舵线间距离的解算法，已求出D值为0.26mile，必须在船前方另选一明显目标，此明显目标和新航向的距离为0.3mile，故明显目标和用舵线的垂直距离=0.26mile+0.3mile=0.56mile转向控制的方法是先在雷达屏幕上选取VRM等于0.56mile，并将EBL的航向设定为290，使它与VRM相切如图4（a
16、）。当明显目标影像接触到EBL时即开始转向，当转向时将VRM重设为0.3mile，并将EBL保持航向290并切此新VRM，如图4（b）。转向时利用雷达的EBL，使转向后明显目标影像保持在EBL上，此意味着新航向航迹和明显目标距离保持在0.3mile，这就是准确控制转向后船位的方法。此方法可让船舶行驶在危险水域转向时，能确保船舶行驶在安全航路上。图4（a）利用EBL和VRM开始转向 图4（b）利用EBL和VRM完成转向1.3 结论在狭水道中船舶转向，由于船舶受到外界各种因素的影响，在转向时很难控制船舶的准确位置，因而常导致船搁浅。使用本法能够准确控制船舶转向后的船位，即使转向时船位有误差，只要在
17、用舵线用舵，转向后将不会出现船位偏差，而使船驶至安全的预定航线上。此法也可以应用在沿岸航行，随时可以了解本船航迹偏离航线的情况。图5 有船位误差时转向效果图2 ARPA雷达的尾迹功能及正确的使用方法近年来在新型的ARPA雷达出现了一种尾迹功能，它有很多优点，是传统自动标绘功能的完善与发展，对了望、避碰有很大帮助。带有尾迹功能的ARPA雷达较普通的ARPA雷达更能及时准确地显示出周围船舶的动态，使我们迅速作出判断。尾迹功能的出现可以说是继自动标绘功能后雷达技术的又一次进步。这里所说的尾迹与老式ARPA尾迹点功能不同。尾迹点是ARPA跟踪计算出目标的动态数据后，根据设定的时间间隔，自动在屏幕上显示
18、出目标的历史航迹点，它需要事先对目标进行跟踪与标绘。而这里所说的尾迹功能是运用先进的电子技术，处理雷达屏幕上的回波图像，暂时延长回波的存留时间，使其在设定的时间内逐渐消失，这样屏幕上的移动目标就拖出了一个尾迹。这和旧式雷达显示器上回波的余辉很相似，只不过它经过了电子处理，使尾迹更加清晰、准确，而且长度可调。但是在航海实践中，这种先进功能却有相当部分的驾驶员所不熟知与接受，一些人对尾迹功能的优点与作用缺乏了解，不会正确使用。还有一部分人出于传统习惯对其存有偏见，他们认为打开尾迹会增大海浪干扰，并会使屏幕显得零乱，因而不愿接受与使用这一新兴功能。这就使得这一先进功能失去了应有的作用，同时带有尾迹功
19、能的ARPA雷达的优势也无法发挥。其实只要正确地使用尾迹功能，不但能有效地抑制海浪干扰，而且还有助于发现一些隐藏在海浪回波中的弱小目标，如渔船、灯浮等。至于屏幕零乱，其实只是视觉上的零乱，而心中却能更加清楚地了解周围各船舶的动态，作为值班驾驶员这才是至关重要的。因此我们一定要消除这种偏见。尾迹功能的优点很多，总结起来主要有以下6大优点：1、 能够及早地发现来船。当远处的来船刚刚进入雷达的视程内，回波较弱，在屏幕上时有时无，因此不易被发现，而打开尾迹后，回波在屏幕上有一定存留时间不会马上消失。因此，即使是远处的十分微弱回波，也清晰可见。特别是大洋航行使用大量程档（24n mile）时效果更明显。
20、实践证明，使用尾迹功能能够提前7-8n mile左右发现来船。在沿海航行时用小量程档（6n mile）时，对灯浮等小型目标同样也能及早发现。2 、可以及早判断出来船的动态。仅仅及早发现来船是不够的，及早地判断出来船的动态，有无碰撞危险才是最重要的。对于远处的来船，由于回波较弱，ARPA通常无法捕捉与标绘。而人工标绘在现代高亮度显示器上很不方便，因此只能待来船驶近回波增强后，再进行捕捉标绘，这就丧失了及早判断、及早避让的时机。而打开尾迹功能后，只要远处的来船一经发现，就能通过其在屏幕上留下的尾迹，大致判断出它的动态，并能通过其尾迹的反向延长线是否过本船中心，准确地判断出有无碰撞危险。3、对多船、
21、复杂局面下的态势判断与避让，效果十分明显。当船只较多时，特别对于是中、日、韩沿海众多的小渔船，ARPA的自动标绘功能就显得力不从心。由于渔船的密度大、之间的距离近，ARPA的跟踪窗很容易发生目标交换或丢失的现象，造成数据错误。另外，ARPA跟踪目标的数量有限，无法将屏幕上的目标全部跟踪，而此时使用尾迹功能，优势就十分突出，周围所有船只的尾迹均清楚地显示在屏幕上，无需进行人工捕捉。如其中有一条船与本船存在碰撞危险，其尾迹的反向延长线必过本船中心。因此，在众多船只中一眼就能看出那条船是危险船，及早采取避让措施。对于那些混杂在渔船群中的大型货船和高速快艇，因尾迹长度相差很大，更容易分辨。如本人有一次
22、通过丹麦海峡，周围船只很多且能见度不良（视程小于1n mile）。突然在雷达荧光屏上发现右舷舷角70方向距离6n mile处有一来船，其尾迹与其它船差别很大，长度很长且反延线过本船中心。判断其为高速渡轮在抢本船船头。立即对其捕捉标绘，2n mile后显示出来船矢量线与数据：速度46kn、CPA0.1n mile。立即采取减速避让措施，3n mile后其以安全距离通过船头。如当时未使用尾迹功能，则在众多的船只中很难及早发现舷角70的危险来船，待其驶近再进行跟踪标绘恐怕已来不及。通过以上实例证明，使用尾迹功能有助于对当时局势作出正确判断，及早发现危险来船，进行有效的避让。4、当态势发生变化时，尾迹
23、反应迅速。当本船或来船的航向、航速发生变化时，物标的尾迹立即发生变化。而矢量线的变化需通过内部运算，其反应时间大大迟于尾迹的变化时间。在使用6n mile以下的小量程档时尤其明显。目标矢量线的反应时间通常要比尾迹慢23min左右。对于及早判断本船或来船避让行动的效果，争取时间上的主动，尾迹的优势十分明显。5、 尾迹准确可靠，不会造成错误判断。这主要是相对ARPA的矢量线而言。目前，ARPA的航向数据主要来自电罗经。因此严格地讲ARPA所显示的航向只是船首向，而不是本船真实的航迹向。当本船转向时，雷达屏幕上的本船与来船的运动态势也逐渐发生变化。这个过程通常需要23min左右。对于那些经验不足的驾
24、驶员往往会误认为在本船转向避让的同时，来船并未保向保速而是正朝着减小双方CPA的方向转向。因此会对自己的避让行动产生怀疑，作出错误的动作，导致紧迫局面的形成。这也是ARPA的局限性所在。尾迹不同于矢量线，它只显示出来船的相对位置的变化关系，而不需要外来的航向航速信息。当本船采取避让行动后，通过观察来船相对尾迹的变化，即可准确地判断出避让效果，准确可靠，绝不会误导出任何错误结论。这又是尾迹的一大优点。6、 使用尾迹功能可有效地抑制海浪干扰。海浪干扰是影响我们发现近距离弱小目标的主要原因，通常用海浪抑制旋钮来抑制干扰。但抑制强度调大，会连同弱小目标一起抑制掉。调小、又达不到抑制的目的。因此抑制效果
25、的好坏通常取决于使用者的经验。对于大风浪天气，其抑制效果很难令人满意。使用尾迹功能则能很好地解决这一问题。打开尾迹时海浪杂波虽然看上去有些增强，但这些杂波相对本船呈静止状态，无尾迹产生。其他弱小目标相对本船均有一定速度（同向同速除外）能拖出长长的尾迹，因此它与海浪回波明显不同，从而很容易判断出隐藏在杂波中的小船。以上分析了尾迹功能的主要优点和它的作用。但和任何事物一样，它也存在着自身的缺点与不足。首先，尾迹只能显示出来船相对于本船的位置变化关系，而不能像被ARPA跟踪的目标一样，显示出来船的航向、航速、CPA、TCPA等数据。因此，它只能帮助我们大致地判断来船的动态，如果想了解来船的各项参数还
26、必须依靠ARPA对来船进行跟踪标绘。另外，由于目前技术的限制，当进行需刷新屏幕的操作（如改变量程、改变运动方式等）时，目标尾迹会消失，要等待数分钟后才能重新形成尾迹。这就造成对目标观察的不连续。ARPA标绘出来的矢量线却不受此限制。因此尾迹功能只是对ARPA标绘功能的增强与补充，而无法取代之。我们要正确了解二者的关系，取长补短配合使用，首先要打开尾迹功能，在对周围船只动态有所了解的情况下，还要对重点船舶进行标绘。这样就能充分发挥二者的优势。和标绘功能一样，尾迹功能在使用中也有一些需要注意的地方。我们必须充分了解这些注意事项做到正确使用，才能充分发挥其功效。否则很可能适得其反。除此之外还要提起注
27、意的是：尾迹功能也可和海浪抑制、雨雪抑制旋钮配合使用，但要注意的是一定要在开启尾迹功能前，将海浪抑制和雨雪抑制调节好，然后再打开尾迹。否则将无法调节好上述两个抑制，这是尾迹功能的原理决定的。第三点须注意的是：矢量线分为相对矢量线和真矢量线，同样尾迹也分为相对尾迹和真尾迹。所不同的是，矢量线可用按钮在真与相对之间互相切换，而尾迹的真与相对是取决于雷达的运动方式。雷达处于真运动时物标在屏幕上拖出真尾迹；处于相对运动时则拖出相对尾迹。无法通过按钮进行切换，只能通过改变雷达的运动方式来变换。当雷达的运动方式改变时，以前的尾迹消失，要经过几分钟后，新变换的尾迹才重新显示出来。真尾迹的准确度受到计程仪精度
28、的制约，它只适用于沿岸或狭水道航行。相对尾迹值记录本船与来船的相对位置变化关系，与计程仪无关，因此准确度很高。只有通过相对尾迹的反向延长线，才能判断出与来船是否有碰撞危险。相对尾迹广泛应用于海上航行与避碰中，如果它与真矢量相配合使用，则来船的相对运动趋势与真运动的航向将同时显示在屏幕上，使驾驶员对来船的动态作出充分的了解。在沿岸航行时，为防止岸上目标拖出的尾迹影响对岸形的观测，通常使用真尾迹。为防止因计程仪不准造成的误差，可按AUTO DRIFT键来自动跟踪某一固定物标（如：灯塔、小岛等）即可修正计程仪的误差。另外通过按TRAIL键可以选尾迹长度。从10s至20min，分为9档可供选择。使用时
29、要根据量程的大小来选择适当的尾迹长度，既要保证足以判断来船的动态，又不使屏幕过于零乱。以上仅总结了使用尾迹时要注意的问题。但作为值班驾驶员，还必须对雷达有正确的认识。必须要明白，再先进的雷达，再先进的功能，只能帮助我们进行判断与避让，人的判断与抉择才是至关重要的。同样人眼的目视了望任何时候也不能被雷达所替代。作为船舶的驾驶者，一定要紧把时代的脉搏，不断地学习掌握包括ARPA雷达在内的各种先进助航仪器，作为自己得力的武器，为船舶安全航行服务。3 ARPA雷达矢量线航法ARPA雷达的问世给船舶驾驶带来了空前的革命，只要轻轻动一下几个按钮，便能较为准确地获悉周围船舶的运动要素及相对于本船的方位、距离
30、、CPA、TCPA等重要导航信息，使驾驶人员从烦琐的绘算中解脱出来。然而ARPA雷达也有其自身的不足，ARPA雷达的向位基准是由罗经提供的，这其中必有误差，因此ARPA雷达提供的导航信息也含有误差。ARPA雷达的另一个不足之处是ARPA雷达不能对所有的回波（如弱回波、面积较大的回波）进行稳定跟踪，从而也就无法提供相关的导航信息。本文所述的ARPA雷达矢量线航法是避开ARPA雷达的这一不足而采用的一种新型航法。3.1 ARPA的矢量线3.1.1 矢量线含义用数学语言来讲，矢量线是指有大小有方向的线段。本文的“ARPA雷达矢量线”是指ARPA雷达上的速度矢量线。从ARPA雷达显示器上可见，矢量线的
31、长度与航速和矢量时间成正比，航速越大，矢量时间越长，则矢量线长度越长。在平常的操作中，一般采用改变矢量时间来改变矢量线长度。如图6，ab、bc距离均为1.4n mile，本船速度14kn，矢量时间为6min时，本船的矢量线长度为1.4n mile；当矢量时间调整为12min时，本船的矢量线长度为2.8n mile。用改变矢量时间来改变矢量线长度通常用于雷达量程的切换上，如雷达量程由12n mile切换到6n mile时，就应相应调小矢量时间，缩短矢量线长度，否则雷达显示器上将显得很乱。反之，如雷达量程由6n mile切换到12n mile，就应相应调大矢量时间，增加矢量线长度，使雷达显示器上被
32、跟踪目标的矢量显得更为直观。3.1.2 本船矢量线（1）真运动显示模式。本船的速度矢量由1;提供，方向为自本船向外，大小为本船对地实际航速。当风流压差角为零时，本船的速度矢量与船首线重合；当风流压差角不为零时，本船的速度矢量与船首线存在一定的夹角。图6（2）相对运动显示模式。本船的速度矢量为零。3.1.3 他船矢量线他船的速度矢量线是由ARPA雷达经过录取、跟踪、计算、标绘所得出的。采用真运动显示模式时，他船的速度矢量线方向自他船向外，大小为他船对地实际航速；采用相对运动显示方式时，他船的速度矢量线方向自他船向外，大小为他船的速度矢量减去本船的速度矢量。3.2 矢量线航法以本船在虾峙门航道航行
33、为例，设航速为14kn，静止回波为下栏山和上溜网重岛灯桩。3.2.1 改变矢量时间在航速一定的情况下，通过改变矢量时间，可以达到调整矢量线的长短。矢量时间越大，则速度矢量线越长；反之，矢量时间越小，则速度矢量线越短。（1）计算本船抵达静止回波所需时间。如图7所示，当需要知道本船还需多少时间到达下栏山时，只需调节本船的矢量时间，使速度矢量末端延伸到下栏山即可。然后从雷达上读取矢量时间，此时间即为本船抵达下栏山所需时间。图7（2）计算本船抵达静止回波时他船的方位距离。如图8所示，当需要知道本船在抵达下栏山时他船的方位距离时，首先调节矢量时间，使本船的速度矢量末端延伸到下栏山，此时他船的速度矢量也随
34、之变化，然后从雷达上直接量取他船的速度矢量末端相对于船速度矢量末端的方位距离即可。（3）计算本船与他船交会时刻。如图9所示，设当前时间为1800，调整矢量时间，使本船速度矢量末端与他船速度矢量末端交会，则此时的矢量时间即为本船与他船交会所需时间，所以，本船与他船交会的时刻为1800+当前的矢量时间。（4）计算本船通过狭窄水道的时间段。设本船通过虾峙门水道上溜网重岛灯桩到下栏山一段，当前时间为1800，用矢量线法求出本船通过上溜网重岛灯桩到下栏山这一段的时间段。如图10所示，很显然，本船通过上溜网重岛灯桩的时间为1806，通过下栏山的时间为1812，即本船通过上溜网重岛灯桩到下栏山这一段的时间段
35、为1812-1806。图8图9图103.2.2 改变航速在矢量时间一定的情况下，通过改变航速，也同样可以调整矢量线的长短。航速越大，则速度矢量线越长；反之，航速越小，则速度矢量线越短。（1）准时准点靠码头。在船舶驾驶中，能准时准点靠码头是最能体现船长水平的。在船接近码头时，船长首先要考虑的就是对船速的控制，但船速究竟在距离码头多远处进行控制，控制在什么范围内为好，尚且没有定论。多数船长是根据以往靠码头的实操经验来控制船速的，但多少还是有误差的，不是提前几分钟就是落后几分钟。一般来说，靠泊的前一阶段，即减速过程中一般采用以往靠码头的实操经验较好；等船速降到可以抛锚制动时，再使用矢量线法操纵。采用
36、矢量线航法进行靠泊操纵，并不等于放弃以往靠码头的实操经验，两者应结合起来使用。设某船可以抛锚控制船速的最大航速为4kn，计划靠泊时间为1830，当前时间为1800，矢量时间为30min，本船速度3kn（可以抛锚制动），请用矢量线法进行靠泊。首先将矢量时间调整到30min，本船矢量线末端超出码头，说明本船靠泊提前，如图11所示。此时应适当调整航速，缩短矢量线长度使其末端正好对准泊位。当船位快平泊位时，立即抛锚，船拖锚前进，航速锐减，这时再适当用车用舵将船靠上码头。（2）确保与他船不在狭窄水道内会遇。虾峙门航道属于狭水道，全长6.8n mile。小双山以东航道较宽，有1.2n mile；小双山以西
37、航道较窄，其中下栏山处最窄，仅有,0.4n mile。本船在虾峙门航道内航行，通常不与他船在小双山以西航道内交会，严禁与他船在下栏山处交会。为达此目的，首先调整矢量时间使两船速度矢量末端交会，如交会点就落在狭水道中，说明两船将在狭水道中相遇，如图12所示。这时就应采取相应的措施：当两船对遇行驶时，应使用高频电话叫通对方，相互协调，保证一方提速先通过，一方减速等待；当两船同向行驶时，可以再调整矢量时间看哪艘船先进入狭窄水道，后进入狭窄水道的船舶理应随后行驶，同时，在认为有必要的情况下，也应该使用高频协调好行动。图11图123.3 结论ARPA雷达速度矢量线航法操作方便，用法简单，图像直观，且绘算
38、精度较高，在许多方面是ARPA捕获、跟踪无法做到的，如计算本船抵达码头、突堤、犄角等ARPA所无法捕获、跟踪的特征点所需时间，计算本船抵达特征点时他船的方位距离，计算本船与他船在何处交会，计算本船通过狭窄水道的时间段等。但在多数情况下，也应结合APRPA的捕获、跟踪功能一并使用。ARPA雷达速度矢量线航法还有待于进一步研究与开发。4 ARPA功能在使用中的局限性分析ARPA(automatic radar plotting aids)中文为“自动雷达标绘仪”，是在普通雷达的基础上，根据人工标绘原理，增加计算机的输入、存储、计算、判断、输出、模拟、绘图、报警等功能发展而成的一种新型雷达。ARPA
39、与普通雷达相比，能够自动、连续提供必要的航行及避碰信息数据和对航行态势进行评估，驾驶员利用ARPA进行早期了望与判断，避免了盲目采取避让措施，大大减少船舶碰撞事故的发生。尤其是在能见度不良情况下，ARPA简直就是驾驶员的眼睛，正确使用和充分发挥ARPA的功能，保证船舶安全航行。由于ARPA的功能方面还存在局限性，完全的信任和依赖ARPA进行避碰操作，可能因为信息不可靠，判断失误而构成新的碰撞危险，引发碰撞事故。因此有必要对ARPA的局限性进行细致的分析，并有针对性地采取一系列措施，消除和减少ARPA的局限性给船舶航行安全带来的不利影响。要想解决ARPA的局限性对航行安全的不利影响，首先要搞清楚
40、ARPA在那些方面存在局限性、其产生的原理和机制是什么，才有可能就解决问题的办法进行探讨。4.1 ARPA的外围设备特性所导致的局限性4.1.1 传感器误差引起的ARPA的局限性陀螺罗经、计程仪、GPS的误差直接影响ARPA的精度。罗经提供给ARPA的真北信号一般是不可靠的，如果在保养方面有问题的话，也可能使陀螺罗经产生固定误差。计程仪的里程读数受风流的影响是有误差的，引起ARPA显示的本船航速是不准确的，相应的经过计算处理得出的目标的参数也是不准确的。GPS提供的位置信息是有误差，那么依据本船的位置变化推算出来的目标的位置数据也会有误差的。4.1.2 雷达本身的性能引起的ARPA的局限性(1
41、)雷达波的水平波束宽度和脉冲重复周期的存在，决定了目标的方位测量精度和距离测量精度有限，进而影响到ARPA的跟踪精度。(2)雷达的天线转速有限，使得ARPA对高速机动的目标和近距离方位变动大的目标的录取和跟踪受到局限，容易出现目标丢失、跟踪中断、漏警现象。(3)雷达的探测能力受气象条件的影响，致使ARPA的功能受到局限。在风浪较大的海况下，波浪所造成的回波将会布满雷达屏幕，如果开大雷达的近程增益，近距离的弱小船舶回波将会被抑制掉，而远距离的强大波浪干扰会依然存在，这就会导致ARPA在录取和跟踪目标的时候，漏检、丢失、误跟踪的情况同时存在。(4)雷达波的传播距离有限和盲区因素的影响，使得ARPA
42、的录取、跟踪的最大最小距离受限。ARPA对距离太远和太近的目标均不能加以录取，各机不一。(5)雷达反射回波不含有目标的属性信息，仅能反映回波的强弱，这一特点限制了ARPA对目标的识别能力。ARPA不能识别回波目标为船舶、岛屿、海浪等属性，当驾驶员采用的模式为相对运动或对水运动时，岛屿和波浪也会有运动参数显示，以及由于海浪干扰及两目标靠近，处于同一跟踪窗内时，会发生目标调换现象，这都是经常造成误跟踪的原因。还可能使目前逐渐增多的超大型船舶被当作陆地而漏检，导致超大型船舶被漏警。4.2 计算机的性能引起的ARPA功能的局限性计算机的内存容量和CPU芯片的处理速度有限，以此为基础进行运算的ARPA的
43、功能不可避免的受到局限。(1)ARPA雷达图像的量化单元不可能太小，回波幅度分层也不可能过多。因为计算机会来不及运算。因此ARPA在图像的分辨率、灰度等级、弱小目标的显示等方面尚不够令人满意。(2)在数据处理方面表现为处理延时较长。目标距离、方位数据在录取后即可显示，而目标的航向、航速、CPA、TCPA的显示均须经过一段延时。一旦发生目标船或本船改向、变速，则新数据同样需要经相应延时后才能产生和稳定。可见在目标刚被录取，本船和目标机动后，不满3min的数据精度及图示(包括矢量、PPC圈和PAD)都存在较大误差和不可靠性。4.3 ARPA本身原理导致的功能局限性。4.3.1 ARPA在雷达信号预
44、处理上存在去杂波干扰的局限性ARPA的目标自动检测门限处理(包括自适应门限处理和固定门限处理)，主要用来抑制海浪、雨雪和机内噪声杂波，但实践中对强海浪干扰的抑制效果尚不够满意。相关处理中，图像稳定是至关重要的。在恶劣海况和不良天气下，小目标仍易被视为干扰信号而被清除，强干扰信号仍易被视为有用信号而被自动录取。4.3.2 MOON累积判断的局限性MOON累积判断中的M和N的取值与雷达天线转速、天线水平波束宽度、脉冲重复周期等因素有关。MOON判据的不完善是ARPA在目标检测中存在误检和目标丢失现象的主要原因之一。IM0关于ARPA“性能标准”的规定，只有那些在10次天线连续扫描中，至少有5次可在
45、显示器屏幕上清楚识别的目标才能可靠跟踪，这导致目标容易丢失。4.3.3 PPC圈和PAD应用的局限性PPC和PAD确定的前提是目标保向、保速，本船保速。一旦本船变速或者目标船变速、变向，PPC和PAD就失效。在渔船密布的沿海渔场海域、狭水道和实行分道通航制的水域航行或进出港时，操船往往需要车舵结合进行避碰和航行，这时PPC圈和PAD就失去实用意义。4.3.4 ARPA的安全判据存在的局限性ARPA判据是人工设置的minCPA和minTCPA值。其局限性表现为：(1)未考虑目标船相对位置、态势不同对碰撞危险度的影响。如图13所示，四条相遇船A、B、C、D的距离R=4nmile、CPA=08nmi
46、le、TCPA=15min，均相同，按照安全判据都出现碰撞危险报警，但因它们所处的相对位置不同，态势不同，实际上各船的危险程度是不一样的。尤其值得注意的是，首向、右舷、快速逼近的目标船，即使现在CPA、TCPA尚未违反安全判据，但潜伏着极大危险。正横后，尤其是船尾目标船，即使其CPA、TCPA均已小于安全判据，出现了危险报警，但事实上并不一定危险。 (2)TCPA的局限性实际TCPA比理论TCPA短。如图14所示，目标船的RML与minCPA圆已相交，因为CPAminCPA，所以目标船是危险船。若TCPAminTCPA，则为非常危险船。这里TCPA是目标船相对运动到CPA点所需时间，即称之为理论TCPA，而实际上目标船相对运动到minCPA圆弧上所需的时间，意即目标船已侵入minCPA圈，该时间应该被看成是目标船与本船发生非常危险的时问，称之为实际TCPA或TMINCPA圆(timetoUINCPA圆)。这个时间比理论TCPA要短得多，所以常用的TCPA并不能确切表示