07导航雷达第七章雷达目标跟踪与AISgai.pptx

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1、第七章 第七章 雷达目标跟踪与 雷达目标跟踪与AIS AIS目标报告 目标报告第一节 第一节 雷达目标跟踪基本原理 雷达目标跟踪基本原理一、雷达目标跟踪装置构成 一、雷达目标跟踪装置构成 雷达信息(包括定时信号、回波视频信息、天线角位 雷达信息(包括定时信号、回波视频信息、天线角位置和船首标识信息)、艏向信息和航速信息是保证雷达 置和船首标识信息)、艏向信息和航速信息是保证雷达跟踪器正常工作的基本信息。跟踪器正常工作的基本信息。(二)信息处理器(二)信息处理器(一)传感器(一)传感器功能:功能:(1 1)按照综合导航系统()按照综合导航系统(INS INS)综合信息处理原则,)综合信息处理原则

2、,验证各传感器信息的完善性,对未通过完善性验证的传 验证各传感器信息的完善性,对未通过完善性验证的传感器信息发出报警。感器信息发出报警。(2 2)按照驾驶员及程序指令综合处理、分配和综合)按照驾驶员及程序指令综合处理、分配和综合(融合)船位、艏向、航速、(融合)船位、艏向、航速、AIS AIS 目标报告、雷达目标 目标报告、雷达目标跟踪、海图的水文地理信息等信息,完成目标跟踪信息 跟踪、海图的水文地理信息等信息,完成目标跟踪信息与其他传感器信息的融合。与其他传感器信息的融合。(三)跟踪器(三)跟踪器 跟踪器通过硬件和软件配合,在主处理器协调下,完 跟踪器通过硬件和软件配合,在主处理器协调下,完

3、成对目标的检测、捕获和跟踪,建立目标的运动轨迹,警 成对目标的检测、捕获和跟踪,建立目标的运动轨迹,警示危险目标,辅助提供避碰措施等功能。示危险目标,辅助提供避碰措施等功能。(四)综合信息显示与操作控制(四)综合信息显示与操作控制 在雷达显示器上,通过控制面板各种开关控钮或操作屏 在雷达显示器上,通过控制面板各种开关控钮或操作屏幕菜单,能够控制雷达的所有功能。按照程序或操作面板的 幕菜单,能够控制雷达的所有功能。按照程序或操作面板的指令,在主控制器的控制下,将视频处理器输出的雷达视频、指令,在主控制器的控制下,将视频处理器输出的雷达视频、跟踪器获得的目标跟踪信息、以及信息处理器对多传感器信 跟

4、踪器获得的目标跟踪信息、以及信息处理器对多传感器信息的运算结果融合为雷达综合视频,送显示器显示。息的运算结果融合为雷达综合视频,送显示器显示。二、雷达目标跟踪基本原理 二、雷达目标跟踪基本原理 目标跟踪:雷达跟踪目标在屏幕上位置的变化,建立目标运动轨迹,获取目标运动参数的跟踪器运算过程。一般地,雷达目标跟踪在 一般地,雷达目标跟踪在1 min 1 min之内可获得目标的运动 之内可获得目标的运动趋势,在 趋势,在3 min 3 min内,雷达对被捕获目标跟踪达到较高的精 内,雷达对被捕获目标跟踪达到较高的精度,获得目标的预测运动,进入稳定跟踪状态。度,获得目标的预测运动,进入稳定跟踪状态。目标

5、跟踪包括:目标检测、目标捕获、目标跟踪、危险判断、试操船等过程。(一)目标检测(一)目标检测 在噪声和杂波背景中发现目标的过程,称为目标检测。在噪声和杂波背景中发现目标的过程,称为目标检测。检测原理:检测原理:设定一个阈值电压,如果回波信号幅值大 设定一个阈值电压,如果回波信号幅值大于该电压,就认为是目标予以保留,相反则认为是杂波 于该电压,就认为是目标予以保留,相反则认为是杂波或噪声不予记录。或噪声不予记录。检测注意事项:检测注意事项:在目标检测时,近距离海浪和较强的 在目标检测时,近距离海浪和较强的雨雪杂波的强度可能会比正常目标回波高出很多,设备无 雨雪杂波的强度可能会比正常目标回波高出很

6、多,设备无法分辨目标与杂波,而将杂波判别为目标;法分辨目标与杂波,而将杂波判别为目标;为了提高目标自动检测的可靠性,驾驶员应细心调整 为了提高目标自动检测的可靠性,驾驶员应细心调整雷达,将回波保持在最佳状态。雷达,将回波保持在最佳状态。(二)目标捕获(二)目标捕获(acquisition acquisition)捕获:捕获:选择所需跟踪的目标,跟踪器记录其初始位置,选择所需跟踪的目标,跟踪器记录其初始位置,启动对目标位置在屏幕上相继变化的检测和跟踪的雷达 启动对目标位置在屏幕上相继变化的检测和跟踪的雷达工作过程。工作过程。捕获分为 捕获分为人工捕获和自动捕获 人工捕获和自动捕获,小于,小于10

7、 000 GT 10 000 GT的 的船舶配备的雷达可不具有自动捕获目标的功能。船舶配备的雷达可不具有自动捕获目标的功能。人工捕获通过光标、轨迹球直接捕获需要跟踪的目 人工捕获通过光标、轨迹球直接捕获需要跟踪的目标;自动捕获通过设置捕获范围(警戒区 标;自动捕获通过设置捕获范围(警戒区/环)来实现。环)来实现。(三)目标跟踪(三)目标跟踪 雷达记录目标在屏幕上位置随扫描更新相继变化,建 雷达记录目标在屏幕上位置随扫描更新相继变化,建立目标的运动轨迹的运算过程,称为目标跟踪。立目标的运动轨迹的运算过程,称为目标跟踪。目标跟踪原理 目标跟踪原理:预测加修正,天线边扫描边跟踪,:预测加修正,天线边

8、扫描边跟踪,不断提高跟踪的精度,直到跟踪稳定为止。不断提高跟踪的精度,直到跟踪稳定为止。跟踪树第一次探测位置第二次探测位置估算位置滤波位置第三次探测位置第四次扫描目标输出窗口第五次扫描探测位置滤波位置估算位置跟踪窗发现目标重新跟踪ARPA目标跟踪原理位置滑动滤波停止窗口放大跟踪位置窗口缩小窗口稳定1.跟踪窗尺寸大,不易丢失目标,但易误跟踪;2.跟踪窗尺寸小,不易跟踪上,易丢失目标。一般大(0.18 n mile)、中(0.125 n mile)、小(0.07 n mile)三个,自动调节。开始大窗口,逐渐变小,稳定时最小窗口,目标回波约占跟踪窗(波门)面积的75。l跟踪窗尺寸对跟踪性能的影响:

9、l l目标丢失 目标丢失(1)(1)目标回波变弱 目标回波变弱:未检测到目标 未检测到目标,无法建立跟踪 无法建立跟踪(2)(2)杂波干扰 杂波干扰(3)(3)目标大幅度快速机动 目标大幅度快速机动(4)(4)雷达实测目标误差太大 雷达实测目标误差太大(5)(5)目标进入阴影区或被高大目标遮挡 目标进入阴影区或被高大目标遮挡l l 目标丢失报警:目标丢失报警:按照性能标准规定,在连续 按照性能标准规定,在连续10 10次天线 次天线扫描中,只要有 扫描中,只要有5 5次能够在显示器上清楚识别出目标,目标 次能够在显示器上清楚识别出目标,目标跟踪就应能够继续。如果违反了这个原则,雷达就判定目标

10、跟踪就应能够继续。如果违反了这个原则,雷达就判定目标丢失,给出目标丢失报警。丢失,给出目标丢失报警。l l目标交换 目标交换 将已跟踪的目标放弃,错误地跟踪上另一个目标,这 将已跟踪的目标放弃,错误地跟踪上另一个目标,这种错误跟踪的现象称为目标交换 种错误跟踪的现象称为目标交换。目标交换产生原因:目标交换产生原因:(1)(1)目标进入强海浪区 目标进入强海浪区;(2)(2)被跟踪的弱目标接近未被跟踪的强目标 被跟踪的弱目标接近未被跟踪的强目标;(3)(3)目标转向 目标转向;(四)危险判断(四)危险判断 在目标跟踪过程中,跟踪器不断将跟踪目标的 在目标跟踪过程中,跟踪器不断将跟踪目标的CPA/

11、TCPA CPA/TCPA值 值与驾驶员设定的安全界限 与驾驶员设定的安全界限CPA LIM/TCPA LIM CPA LIM/TCPA LIM比较,对小于安 比较,对小于安全界限的目标给出危险报警。全界限的目标给出危险报警。(五)试操船(五)试操船 当本船在避碰行动或导航中需要机动(改向或改速或艏向 当本船在避碰行动或导航中需要机动(改向或改速或艏向航速同时改变)航行时,试操船可以在图形显示区域模拟本 航速同时改变)航行时,试操船可以在图形显示区域模拟本船机动操作的未来态势,辅助驾驶员做出保障船舶航行安全 船机动操作的未来态势,辅助驾驶员做出保障船舶航行安全的有效避碰决策。的有效避碰决策。二

12、、雷达目标跟踪基本原理 二、雷达目标跟踪基本原理(六)目标跟踪流程(六)目标跟踪流程第二节 第二节 雷达目标跟踪基本功能 雷达目标跟踪基本功能一、目标跟踪初始设置 一、目标跟踪初始设置(一)传感器设置(一)传感器设置保证雷达跟踪器正常工作的基本传感器包括:保证雷达跟踪器正常工作的基本传感器包括:l l 雷达 雷达:为跟踪器提供了定时信号、回波视频信息、天线角位 为跟踪器提供了定时信号、回波视频信息、天线角位置和船首标识信息。置和船首标识信息。l l 陀螺罗经或艏向发送装置(陀螺罗经或艏向发送装置(THD THD):):提供航向信息 提供航向信息l l 船舶航速和航程测量设备(船舶航速和航程测量

13、设备(SDME SDME,如计程仪):,如计程仪):提供速 提供速度信息 度信息。1 1雷达设置:雷达设置:(1 1)图像调整:)图像调整:增益、人工 增益、人工/自动调谐、脉冲宽度选择、人工杂波(海浪、雨雪)自动调谐、脉冲宽度选择、人工杂波(海浪、雨雪)抑制等控钮。抑制等控钮。(2 2)量程选择:)量程选择:按照 按照IMO IMO雷达性能标准,具有目标跟踪功能的量程至少包括 雷达性能标准,具有目标跟踪功能的量程至少包括3 3、6 6和 和12 n mile 12 n mile,目前多数雷达从,目前多数雷达从0.75 n mile24 n mile 0.75 n mile24 n mile量

14、程都具有目 量程都具有目标跟踪功能。通常驾驶员可以在 标跟踪功能。通常驾驶员可以在612 n mile 612 n mile量程捕获目标和判断 量程捕获目标和判断目标碰撞危险,在 目标碰撞危险,在6 n mile 6 n mile量程确定对危险目标的避碰方案,在 量程确定对危险目标的避碰方案,在3 n 3 n mile mile量程实施避碰行动和评估避碰效果。量程实施避碰行动和评估避碰效果。(3 3)显示方式选择:)显示方式选择:使用雷达目标跟踪功能应选择方位稳定的显示方式,如 使用雷达目标跟踪功能应选择方位稳定的显示方式,如N-up N-up或 或C-up C-up,避免使用,避免使用H-u

15、p H-up显示方式。现代雷达在 显示方式。现代雷达在H-up H-up显示方式下通常 显示方式下通常会禁止目标跟踪功能。会禁止目标跟踪功能。2 2本船艏向设置 本船艏向设置 确认雷达艏向复示器的读数应与本船艏向发送装置的示 确认雷达艏向复示器的读数应与本船艏向发送装置的示数保持一致且随动正常。数保持一致且随动正常。按照性能标准要求,在艏向信息失 按照性能标准要求,在艏向信息失效后 效后1 min 1 min内,雷达应自动切换至艏向上不稳定模式,目标跟 内,雷达应自动切换至艏向上不稳定模式,目标跟踪功能停止工作。踪功能停止工作。3 3本船航速设置 本船航速设置 在避碰时,雷达应采用对水航速(在

16、避碰时,雷达应采用对水航速(STW STW),以获得对水稳),以获得对水稳定方式;在导航时,雷达应采用 定方式;在导航时,雷达应采用SOG SOG,以获得对地稳定方式。,以获得对地稳定方式。本船航速通常通过传感器取得,需要时人工输入。按照性能 本船航速通常通过传感器取得,需要时人工输入。按照性能标准要求,为雷达系统提供航速的传感器应能够提供本船 标准要求,为雷达系统提供航速的传感器应能够提供本船STW STW和 和SOG SOG。(二)(二)安全界限设置 安全界限设置 设置避碰安全界限 设置避碰安全界限CPA LIM/TCPA LIM CPA LIM/TCPA LIM,目标跟踪,目标跟踪功能能

17、够自动将被跟踪目标的 功能能够自动将被跟踪目标的CPA/TCPA CPA/TCPA值与安全界限 值与安全界限比较,对小于安全界限的目标发出危险报警。比较,对小于安全界限的目标发出危险报警。安全界限设置过大,虚警增加,给驾驶员带来不必要的 安全界限设置过大,虚警增加,给驾驶员带来不必要的负担;设置过小,安全系数降低甚至不能达到对碰撞危险 负担;设置过小,安全系数降低甚至不能达到对碰撞危险预警的目的。安全界限的设置值与很多因素有关,包括本 预警的目的。安全界限的设置值与很多因素有关,包括本船吨位和操纵特性、驾驶团队船艺水平、航行水域开阔程 船吨位和操纵特性、驾驶团队船艺水平、航行水域开阔程度和船舶

18、密度、气象海况等 度和船舶密度、气象海况等。CPA LIM/TCPA LIM CPA LIM/TCPA LIM在航海上设置的惯例:在航海上设置的惯例:结合海上避碰规则,大洋航行时 结合海上避碰规则,大洋航行时CPA LIM CPA LIM通常为 通常为2 n mile 2 n mile左 左右,右,TCPA LIM TCPA LIM通常不低于 通常不低于18 min 18 min;近岸航行时,结合上述因素考虑安全界限,近岸航行时,结合上述因素考虑安全界限,CPA LIM CPA LIM可为 可为12 n mile 12 n mile,TCPA LIM TCPA LIM通常为 通常为12 n m

19、in 12 n min以上;以上;狭窄水域航行时,雷达避碰的局限性比较大,特别当 狭窄水域航行时,雷达避碰的局限性比较大,特别当CPA CPA LIM LIM设置小于 设置小于0.8 n mile 0.8 n mile仍然无法满足航行要求时,雷达目标跟 仍然无法满足航行要求时,雷达目标跟踪信息只能作为参考,驾驶员应考虑其他避碰手段。踪信息只能作为参考,驾驶员应考虑其他避碰手段。二、目标捕获 二、目标捕获船舶大小500 GT 以下500 GT 至10 000 GT 以下及10 000 GT 以下高速船所有10 000 GT及以上船舶最少捕获雷达目标数20 30 40SOLAS SOLAS 公约雷

20、达最少捕获跟踪目标数量 公约雷达最少捕获跟踪目标数量(一)人工捕获(一)人工捕获 人工捕获目标时,应遵循驾驶员最关注目标优先捕获,即 人工捕获目标时,应遵循驾驶员最关注目标优先捕获,即船首(相对方位 船首(相对方位330 330 30 30)、右舷(相对方位、右舷(相对方位0 0 112.5 112.5)、近距离()、近距离(8 n mile 8 n mile以内的范围)的原则,船首、右舷、近 以内的范围)的原则,船首、右舷、近距离三者无先后顺序,应当结合当时海面状况综合判断。距离三者无先后顺序,应当结合当时海面状况综合判断。人工捕获具备如下特点:人工捕获具备如下特点:(1 1)可按航行态势和

21、航行需要逐个捕获目标,目的明确,针)可按航行态势和航行需要逐个捕获目标,目的明确,针对性强。对性强。(2 2)可根据雷达观测经验,在复杂的回波环境中辨识和捕获)可根据雷达观测经验,在复杂的回波环境中辨识和捕获目标,避免捕获杂波、假回波和不需要捕获的目标。目标,避免捕获杂波、假回波和不需要捕获的目标。(3 3)如驾驶员疏忽视觉及雷达瞭望,可能会遗漏相关目标,)如驾驶员疏忽视觉及雷达瞭望,可能会遗漏相关目标,造成漏警。造成漏警。(4 4)操作过程费时,随着航行态势不断变化,对新出现的相)操作过程费时,随着航行态势不断变化,对新出现的相关目标或丢失后需再次捕获的目标需要额外操作,增加驾驶员 关目标或

22、丢失后需再次捕获的目标需要额外操作,增加驾驶员工作负担。工作负担。(二)自动捕获(二)自动捕获1、设置警戒/捕获区2 2排除区 排除区 排除区也称限制区,是驾驶员在雷达屏幕上设置的拒绝自 排除区也称限制区,是驾驶员在雷达屏幕上设置的拒绝自动捕获目标的区域。动捕获目标的区域。3 3自动捕获设置 自动捕获设置 一般地说,距本船 一般地说,距本船812 n mile 812 n mile范围可设置为雷达警戒区,范围可设置为雷达警戒区,在 在6 n mile 6 n mile左右设置目标捕获区,近于 左右设置目标捕获区,近于1.5 n mile 1.5 n mile的范围最好设 的范围最好设置为排除区

23、。置为排除区。自动捕获功能具有以下特点:自动捕获功能具有以下特点:(1 1)捕获速度快,可应付多目标快速逼近复杂会遇局面中及时)捕获速度快,可应付多目标快速逼近复杂会遇局面中及时捕获目标的需要。捕获目标的需要。(2 2)能根据驾驶员自动捕获区和排除区的设置,按照优先方案)能根据驾驶员自动捕获区和排除区的设置,按照优先方案捕获目标。捕获目标。(3 3)如果捕获区设置不合理,容易过多地捕获没有跟踪意义的)如果捕获区设置不合理,容易过多地捕获没有跟踪意义的目标,浪费系统资源,分散驾驶员注意力。目标,浪费系统资源,分散驾驶员注意力。(4 4)会误将干扰杂波、陆地或岛屿等当作有用目标捕获,造成)会误将干

24、扰杂波、陆地或岛屿等当作有用目标捕获,造成虚警。虚警。(5 5)可能因捕获区设置不合理,无法捕获相关目标。)可能因捕获区设置不合理,无法捕获相关目标。(6 6)可能会因杂波干扰或阴影扇形区域影响,漏失弱小目标,)可能会因杂波干扰或阴影扇形区域影响,漏失弱小目标,造成漏警。造成漏警。(7 7)不可免除驾驶员雷达观测职责,必须与人工捕获配合使用,)不可免除驾驶员雷达观测职责,必须与人工捕获配合使用,确保不漏失对相关目标的捕获和跟踪。确保不漏失对相关目标的捕获和跟踪。(三)捕获方案选择(三)捕获方案选择l l 驾驶员应根据航行需要综合考虑目标捕获方案。驾驶员应根据航行需要综合考虑目标捕获方案。l l

25、 人工捕获适合各种海域和会遇局面,是辅助驾驶员判断 人工捕获适合各种海域和会遇局面,是辅助驾驶员判断会遇局面必须使用的功能。会遇局面必须使用的功能。l l 自动捕获是捕获目标的辅助手段,更适合在气象海况条 自动捕获是捕获目标的辅助手段,更适合在气象海况条件良好的大洋中使用,在回波复杂的环境,对目标的选择性要 件良好的大洋中使用,在回波复杂的环境,对目标的选择性要求较高,不适合自动捕获。求较高,不适合自动捕获。l l 在任何会遇局面中,适当设置自动捕获区,并配合排除 在任何会遇局面中,适当设置自动捕获区,并配合排除区是值得推荐的方案。区是值得推荐的方案。三、雷达目标跟踪功能 三、雷达目标跟踪功能

26、(一)目标跟踪(一)目标跟踪l l从目标被捕获开始,性能标准要求雷达应在 从目标被捕获开始,性能标准要求雷达应在1 min 1 min之内 之内指示目标的运动趋势(初始跟踪),通常是在雷达图像 指示目标的运动趋势(初始跟踪),通常是在雷达图像区域显示目标的矢量和 区域显示目标的矢量和CPA CPA,此时数据精度较低。,此时数据精度较低。l l在 在3 min 3 min之内,雷达指示目标的预测运动(稳定跟踪),之内,雷达指示目标的预测运动(稳定跟踪),如目标相对矢量、真矢量、过去位置、如目标相对矢量、真矢量、过去位置、PAD PAD、危险标识等,、危险标识等,并在雷达数据显示区域显示目标跟踪数

27、据(八参数)并在雷达数据显示区域显示目标跟踪数据(八参数)。对雷达目标跟踪距离的分析:对雷达目标跟踪距离的分析:1.5nm 1.5nm:处理延时导致了数据不可靠;处理延时导致了数据不可靠;12nm 12nm:无实际意义。无实际意义。性能标准要求,自动跟踪装置至少应在 性能标准要求,自动跟踪装置至少应在3 3、6 6和 和12 n mile 12 n mile量 量程上有效 程上有效。目前。目前多数 多数雷达从 雷达从0.75 n mile 0.75 n mile量程到 量程到24 n mile 24 n mile量程 量程都具有目标跟踪功能。都具有目标跟踪功能。(二)矢量(二)矢量(Vecto

28、r Vector)矢量是根据目标位置和本船 矢量是根据目标位置和本船CCRP CCRP位置,预测目 位置,预测目标和本船未来一段时间(时间长度可调)运动的线段。标和本船未来一段时间(时间长度可调)运动的线段。相对矢量显示 相对矢量显示真矢量显示 真矢量显示两种矢量适用范围:两种矢量适用范围:相对矢量适合目标危险判断,真矢量适合在采取避碰行 相对矢量适合目标危险判断,真矢量适合在采取避碰行动时掌握航行态势,做出避碰决策。动时掌握航行态势,做出避碰决策。相对矢量应用 相对矢量应用1 1:判断碰撞危险 判断碰撞危险CPALIM CPALIM 圈 圈相对矢量应用 相对矢量应用2 2:估算 估算CPA

29、CPA和 和TCPA TCPACPA CPATCPA TCPA相对矢量应用 相对矢量应用3 3:估算 估算BCR BCR和 和BCT BCTBCR BCRBCT BCT相对矢量应用 相对矢量应用4 4:预测目标未来的位置 预测目标未来的位置延长矢量时 延长矢量时间为 间为20min 20min20min 20min 后目标 后目标的位置 的位置真矢量应用一:直观地判断会遇态势 真矢量应用一:直观地判断会遇态势 T T2 2T T1 1T T3 3T T4 4l l 本船与目标 本船与目标T1 T1 成交叉态势,本船 成交叉态势,本船为直航船,目标 为直航船,目标T1 T1 为让路船;为让路船;

30、l l 本船与 本船与T2 T2 同向同速,互不影响;同向同速,互不影响;l l 本船与目标 本船与目标T3 T3 成交叉会遇态势,成交叉会遇态势,本船为让路船,目标 本船为让路船,目标T3 T3 为直航船;为直航船;l lT4 T4 为固定目标,互不影响 为固定目标,互不影响 真矢量应用二:判断碰撞危险 真矢量应用二:判断碰撞危险T T3 3真矢量末端间距若小于 真矢量末端间距若小于CPALIM CPALIM,则有碰撞危险,则有碰撞危险T T1 1 真矢量判断碰撞危险不如相对矢 真矢量判断碰撞危险不如相对矢量直观方便,仅适合单船避碰。量直观方便,仅适合单船避碰。(三)过去位置(三)过去位置(

31、Past Position Past Position)过去位置是指目标(包括雷达和 过去位置是指目标(包括雷达和AIS AIS报告目标)报告目标)及本船等时间间隔的过去(历史)位置标记。分 及本船等时间间隔的过去(历史)位置标记。分为:真过去位置和相对过去位置。为:真过去位置和相对过去位置。新的性能标准要求雷达的过去位置模式与矢量模式保持一致 新的性能标准要求雷达的过去位置模式与矢量模式保持一致。过去位置的应用:过去位置的应用:1 1、用于判断目标是否机动:、用于判断目标是否机动:l l 相对过去位置用于判断目标相对于我船是否机动;相对过去位置用于判断目标相对于我船是否机动;l l 对水真过

32、去位置有助于在避碰行动中了解目标机动航行情况,对水真过去位置有助于在避碰行动中了解目标机动航行情况,掌握航行态势。掌握航行态势。l l 对地真过去位置有助于在导航中了解本船是否沿正确航道航行。对地真过去位置有助于在导航中了解本船是否沿正确航道航行。过去位置显示判断目标机动雷达选择对水真运动:雷达选择对水真运动:本船 本船O O 保速右转 保速右转目标 目标T1 T1 保速保向 保速保向目标 目标T2 T2 加速保向 加速保向目标 目标T3 T3 保速右转 保速右转目标 目标T4 T4 为水上漂浮目标 为水上漂浮目标过去位置的应用:过去位置的应用:2 2、检查雷达目标跟踪能力、检查雷达目标跟踪能

33、力:l l 在本船保速保向航行时,如果所有目标过去位置出现不规则或不 在本船保速保向航行时,如果所有目标过去位置出现不规则或不稳定的显示情况(如跳跃),说明此时雷达目标跟踪环节有问题,稳定的显示情况(如跳跃),说明此时雷达目标跟踪环节有问题,雷达目标跟踪数据不可轻信 雷达目标跟踪数据不可轻信。(四)预测危险区(四)预测危险区(Predicted Area of Danger-PAD Predicted Area of Danger-PAD)T T3 3T T1 1 当本船艏线与目标 当本船艏线与目标PAD PAD 相交时,表示有碰撞危险 相交时,表示有碰撞危险,其图形直观 其图形直观,但狭窄水

34、域、渔区和沿岸航行航行时由,但狭窄水域、渔区和沿岸航行航行时由于目标较多,图像易混乱。于目标较多,图像易混乱。PAD PAD 应用前提:应用前提:本船保速目 本船保速目标船保速保向。标船保速保向。第三节 第三节 AIS AIS报告目标 报告目标一、一、AIS AIS报告信息内容 报告信息内容 将 将AIS AIS 目标信息连接到雷达,解决了目标属性识别的问题。目标信息连接到雷达,解决了目标属性识别的问题。l l静态信息 静态信息l l动态信息 动态信息l l航次相关信息 航次相关信息l l安全相关短消息 安全相关短消息3.动态数据:位置信息对地航向、航速船首向等1.静态数据:船名、呼号船长、船

35、宽船舶类型等2.航次数据:预计到达时间航行计划货物种类等4.其它安全电文二、二、AIS AIS报告信息在雷达显示器上显示特点 报告信息在雷达显示器上显示特点AIS AIS目标的类型:目标的类型:休眠、激活、被选、危险、丢失目标 休眠、激活、被选、危险、丢失目标。三、三、AIS AIS报告信息优势与局限性 报告信息优势与局限性1 1、精度优势:、精度优势:近量程(近量程(3 n mile 3 n mile 之内)报告数据精度不低于雷 之内)报告数据精度不低于雷达目标跟踪的精度,远量程精度应高于雷达目标跟踪。达目标跟踪的精度,远量程精度应高于雷达目标跟踪。2 2、信息优势:、信息优势:AIS AI

36、S 还能够提供比雷达跟踪目标更丰富的船舶 还能够提供比雷达跟踪目标更丰富的船舶相关信息 相关信息。3 3、依赖性强:、依赖性强:信息的精度完全依赖目标船的人为设置和对方传 信息的精度完全依赖目标船的人为设置和对方传感器的精度 感器的精度4 4、通讯延时与错误:、通讯延时与错误:信息更新间隔超时,错误、不准确或延误 信息更新间隔超时,错误、不准确或延误信息的传递;信息的传递;第四节 第四节 雷达跟踪目标与 雷达跟踪目标与AIS AIS报告目标关联 报告目标关联一、目标关联的概念 一、目标关联的概念 雷达将分别来自于雷达传感器和 雷达将分别来自于雷达传感器和AIS AIS传感器关于目标的 传感器关

37、于目标的位置、航向、航速等精度离散的信息,依据一定的准则优化 位置、航向、航速等精度离散的信息,依据一定的准则优化处理,根据驾驶员的要求输出关于目标一致性的最佳动态信 处理,根据驾驶员的要求输出关于目标一致性的最佳动态信息,称为雷达跟踪目标与 息,称为雷达跟踪目标与AIS AIS报告目标关联。报告目标关联。“A+B=C”A+B=C”二、雷达跟踪目标与 二、雷达跟踪目标与AIS AIS报告目标独立性与相关性 报告目标独立性与相关性 独立性:独立性:雷达目标跟踪信息的精度取决于本船配 雷达目标跟踪信息的精度取决于本船配备的雷达、艏向传感器和航速传感器的精度,还取决 备的雷达、艏向传感器和航速传感器

38、的精度,还取决于本船与目标船的动态和气象海况 于本船与目标船的动态和气象海况。二、雷达跟踪目标与 二、雷达跟踪目标与AIS AIS报告目标独立性与相关性 报告目标独立性与相关性 独立性:独立性:AIS AIS报告目标动态信息的精度取决于目标船所 报告目标动态信息的精度取决于目标船所配备的 配备的GPS GPS接收机、艏向传感器、航速传感器及其他传感器,接收机、艏向传感器、航速传感器及其他传感器,也在一定程度上受到气象海况和具体设备因素的影响。也在一定程度上受到气象海况和具体设备因素的影响。相关性:相关性:对于同一个目标而言,目标跟踪信息与 对于同一个目标而言,目标跟踪信息与AIS AIS报告信

39、息又必然具有较好的相关性。报告信息又必然具有较好的相关性。三、雷达跟踪目标与 三、雷达跟踪目标与AIS AIS报告目标关联设置原则 报告目标关联设置原则原则 原则1 1:在通常航行状态下,系统满足精度要求时,在通常航行状态下,系统满足精度要求时,目标关联设置的基本原则是以 目标关联设置的基本原则是以AIS AIS信息为参考 信息为参考。三、雷达跟踪目标与 三、雷达跟踪目标与AIS AIS报告目标关联设置原则 报告目标关联设置原则原则 原则2 2:在低于 在低于1.5 n mile 1.5 n mile量程,在系统满足精度要求的航 量程,在系统满足精度要求的航行状态下,雷达跟踪精度与 行状态下,

40、雷达跟踪精度与AIS AIS目标精度相当,驾驶员可 目标精度相当,驾驶员可以根据航行需要选择关联设置原则。以根据航行需要选择关联设置原则。原则 原则3 3:在任何量程中,当驾驶员对 在任何量程中,当驾驶员对AIS AIS精度有任何怀疑,精度有任何怀疑,应考虑以雷达跟踪目标为准设置目标关联。应考虑以雷达跟踪目标为准设置目标关联。完成关联需要设置的参数包括目标的 完成关联需要设置的参数包括目标的距离差值 距离差值、方位 方位差值和航速差值 差值和航速差值,也有设备还需要设置目标的航向差,也有设备还需要设置目标的航向差值和地理位置差值 值和地理位置差值。四、目标跟踪信息与目标报告信息优势互补 四、目

41、标跟踪信息与目标报告信息优势互补(一)雷达目标跟踪装置优势与局限性(一)雷达目标跟踪装置优势与局限性雷达优势:雷达优势:1 1、雷达是自主式探测设备,可以直观观测到本船、雷达是自主式探测设备,可以直观观测到本船周围包括岸线在内的水面目标,获得较为全面的交 周围包括岸线在内的水面目标,获得较为全面的交通形势图像。通形势图像。2 2、雷达也是目前国际海上避碰规则推荐的唯一可、雷达也是目前国际海上避碰规则推荐的唯一可以作为瞭望设备的航海仪器,其在避碰行动中的观 以作为瞭望设备的航海仪器,其在避碰行动中的观测和操作信息可以作为海事证据予以采纳。测和操作信息可以作为海事证据予以采纳。(一)雷达目标跟踪装

42、置优势与局限性(一)雷达目标跟踪装置优势与局限性雷达局限性:雷达局限性:1 1、雷达易受气象海况的影响丢失弱小目标;、雷达易受气象海况的影响丢失弱小目标;2 2、有、有30 30 50 m 50 m 左右的近距离盲区,在障碍物遮挡形成的阴影扇形 左右的近距离盲区,在障碍物遮挡形成的阴影扇形区域探测能力受到影响;区域探测能力受到影响;3 3、目标的探测精度和分辨力,尤其方位分辨力有限(、目标的探测精度和分辨力,尤其方位分辨力有限(2 2 左右);左右);4 4、雷达只对保速保向的目标保持精度较高的跟踪,不能及时响应、雷达只对保速保向的目标保持精度较高的跟踪,不能及时响应本船和目标船的机动变化,系

43、统对信息的处理有 本船和目标船的机动变化,系统对信息的处理有1 1 3 min 3 min 的延时,的延时,在船舶机动频繁的狭窄水域雷达的跟踪精度降低,目标数据误差 在船舶机动频繁的狭窄水域雷达的跟踪精度降低,目标数据误差增大。增大。5 5、雷达还存在错误捕获,漏捕获、捕获和显示容量限制、目标信、雷达还存在错误捕获,漏捕获、捕获和显示容量限制、目标信息量少、目标丢失、目标交换、无法识别目标等固有缺陷。息量少、目标丢失、目标交换、无法识别目标等固有缺陷。(二)(二)AIS AIS优势与局限性 优势与局限性优势:优势:1 1、AIS AIS 通信不受气象海况影响,信息传输具有一定的绕越障 通信不受

44、气象海况影响,信息传输具有一定的绕越障碍能力,跟踪稳定性与可靠性高于雷达;碍能力,跟踪稳定性与可靠性高于雷达;2 2、AIS AIS 不存在近距离盲区,不会因杂波干扰丢失弱小目标;不存在近距离盲区,不会因杂波干扰丢失弱小目标;3 3、目标的分辨能力取决于、目标的分辨能力取决于GPS GPS 的精度,高于雷达,且不随目 的精度,高于雷达,且不随目标距离和方位的变化而变化;标距离和方位的变化而变化;4 4、对于快速机动高动态目标信息的更新间隔为、对于快速机动高动态目标信息的更新间隔为2 s 2 s,更新率,更新率不低于雷达;不低于雷达;5 5、AIS AIS 目标不会发生目标交换现象。目标不会发生

45、目标交换现象。局限性:局限性:1 1、AIS AIS 不是自主探测设备,不能显示岛屿、岸线和未装备 不是自主探测设备,不能显示岛屿、岸线和未装备AIS AIS 设备 设备的导航标识,对目标的监测依赖他船设备的正常工作。的导航标识,对目标的监测依赖他船设备的正常工作。2 2、并非所有在航的船舶都配备了、并非所有在航的船舶都配备了AIS AIS 设备,配有 设备,配有AIS AIS 设备的船舶也 设备的船舶也可能随时将设备关闭。可能随时将设备关闭。3 3、一些小型船舶安装的、一些小型船舶安装的B B 类 类AIS AIS 设备,发射功率低,信息更新间隔 设备,发射功率低,信息更新间隔延长至 延长至

46、30 s 30 s,在通讯繁忙时船位报告发送不及时。,在通讯繁忙时船位报告发送不及时。4 4、AIS AIS 和其他广播系统一样,对射频干扰敏感,同时还受到 和其他广播系统一样,对射频干扰敏感,同时还受到VHF VHF 电 电波传播的限制。波传播的限制。5 5、AIS AIS 的核心是卫星导航系统,因此它也具有 的核心是卫星导航系统,因此它也具有GNSS GNSS 固有的脆弱性。固有的脆弱性。因此,因此,AIS AIS 报告信息只应作为雷达目标跟踪信息的有益的补充,协 报告信息只应作为雷达目标跟踪信息的有益的补充,协助雷达设备判断会遇局面。助雷达设备判断会遇局面。(二)(二)AIS AIS优势

47、与局限性 优势与局限性五、雷达与 五、雷达与AIS AIS目标无法关联 目标无法关联(一)个别或部分目标无法关联原因:(一)个别或部分目标无法关联原因:1.1.超大型目标船舶(船长超过 超大型目标船舶(船长超过250 m 250 m)雷达回波前沿位置可能)雷达回波前沿位置可能与其 与其AIS AIS 目标报告位置(主 目标报告位置(主GPS GPS 天线位置)相距超过较大;天线位置)相距超过较大;2.2.目标船舶 目标船舶AIS AIS 信息的实际更新间隔远低于理论值,其目标位 信息的实际更新间隔远低于理论值,其目标位置更新不及时。置更新不及时。3.3.个别目标船的 个别目标船的GPS GPS

48、 接收机或 接收机或AIS AIS 设备出现了较大误差,位置 设备出现了较大误差,位置报告误差超常。报告误差超常。(二)所有目标均无法关联的原因(二)所有目标均无法关联的原因五、雷达与 五、雷达与AIS AIS目标无法关联 目标无法关联 由于本船雷达或 由于本船雷达或GPS GPS 误差造成,雷达探测到的所有目 误差造成,雷达探测到的所有目标的位置(方位或距离)或其 标的位置(方位或距离)或其WGS-84 WGS-84 地理位置都有误差,地理位置都有误差,而 而AIS AIS 报告目标位置(目标船 报告目标位置(目标船GPS GPS 位置)是准确的,从而无 位置)是准确的,从而无法实现目标关联

49、。法实现目标关联。(三)关联效果失常的原因(三)关联效果失常的原因 表现为所有或多数目标关联不稳定,目标的 表现为所有或多数目标关联不稳定,目标的AIS AIS 图 图标标识与雷达回波无规律偏离。如果确认本船 标标识与雷达回波无规律偏离。如果确认本船GPS GPS 接收机 接收机定位正常,则通常是目标跟踪环节出现问题。定位正常,则通常是目标跟踪环节出现问题。第五节 第五节 会遇局面与碰撞危险判断及试操船 会遇局面与碰撞危险判断及试操船一、会遇局面与碰撞危险判断 一、会遇局面与碰撞危险判断雷达判断碰撞危险方法:雷达判断碰撞危险方法:1.1.数据比较 数据比较 CPACPA LIM CPACPA

50、LIM 时,来船为非危险目标;时,来船为非危险目标;CPA CPA CPA LIM CPA LIM,但,但TCPACPA LIM TCPACPA LIM 时,来船为非紧迫 时,来船为非紧迫碰撞危险目标,驾驶员需要视 碰撞危险目标,驾驶员需要视TCPA TCPA 酌情关注;酌情关注;CPA CPA CPA LIM CPA LIM,且,且TCPA TCPA TCPA LIM TCPA LIM 时,来船为紧迫 时,来船为紧迫碰撞危险目标,雷达会发出声光报警,需要立即考虑避碰 碰撞危险目标,雷达会发出声光报警,需要立即考虑避碰措施。措施。2.2.矢量指示 矢量指示 利用相对矢量辅助以 利用相对矢量辅助

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