航海雷达与ARPA
ARPA功能在沿岸水域航行中的应用
ARPA功能在沿岸水域航行中的应用[摘要]船用ARPA已成为船舶航行的重要助航设备，由于ARPA 在船舶避碰中有着可贵的优越性，因而在船舶避碰中获得广泛应用.ARPA的功能有自动检测、录取、跟踪、报警、安全判断、试操船等。
船舶驾驶员能够利用ARPA进行早期的判断与评估，避免盲目采取避让措施，最大限度的保证航行安全。
尤其是在沿岸水域航行的情况下，航线附近的危险物、障碍物较多,交通流密集，水文气象条件较为恶劣，ARPA的作用更显得尤为重要。
由于工作原理和设备性能等方的原因,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。
课题研究的意义在于把搜集到的相关资料结合起来，通过分析ARPA的诸多功能在沿岸水域使用及其所存在的局限性，进一步的认识ARPA和了解ARPA，分析总结ARPA特点克服其局限性的措施，最大限度的发挥其功能，使ARPA能为航海安全发挥更大的作用。
[关键词] ARPA导航沿岸航行避碰局限性Abstract: The ARPA used on ship already become an important navigation equipment, it is used widely in avoiding collision due to its advantage. Its functions include: automatic detection, enrollment, tracking, alarm, safety judgment, try exercise ship and so on. Officer can judge and assess the navigation earlier by ARPA, and avoid useless measures to be taken, then make sure the safety navigation. Especially coastal sailing, there are many danger and obstruction around the voyage, so is busy traffic and bad hydrometeors, ARPA is the key of navigation. ARPA has limitation in the principle and instrument function, if the officer handles the ship to prevent the collision on the basis of trust and reliance on the ARPA, the navigation safety would be dangerous. The officer should know the limitation of the ARPA and use the ARPA correctly to ensure the navigation safety. The meaning of the article is the combination of the relevant resource, by analyzing the functions using in coast and its limitations. We can familiar with ARPA, understand ARPA, analyze ARPA, find out the countermeasures, so the ARPA can bring more safety to navigation.Key Words :ARPA navigation coastal sailing collision avoidance limitations目录目录 (3)引言 (4)第一章ARPA功能简介 (4)1.1ARPA的组成及工作原理 (4)1.2ARPA的主要功能 (5)1.3ARPA导航功能的简介 (5)1.3.1 导航线、导航标志的设置与显示 (5)1.3.2 港口视频地图 (6)1.3.3 电子海图的存贮与调用 (6)1.3.4 锚位监视 (6)第二章ARPA功能在沿岸水域航行的运用和分析 (7)2.1沿岸航行的特点 (7)2.2ARPA功能在避碰中的运用和分析 (7)2.2.1 ARP A用于判断相遇态势 (7)2.2.2 ARP A用于碰撞危险估计 (9)2.2.3 ARP A用于求取避让措施 (11)第三章分析ARPA的局限性及影响 (11)3.1ARPA外围设备所引起的局限性 (11)3.1.1雷达设备引起的局限性 (11)3.1.2各种传感器的误差所引起的局限性 (12)3.2计算机的性能引起的ARPA功能的局限性 (12)3.3ARPA自身的设计原理导致的功能局限性 (13)3.4ARPA在操作和使用上的局限性 (16)第四章使用ARPA应注意的问题 (17)结束语 (18)致谢词 (18)［参考文献］ (19)引言按照ARPA的定义，它是“自动雷达标绘仪”的意思。
浅谈AIS和ARPA在海事监管运用中的优劣
第11卷第9期中国水运V ol.11N o.92011年9月Chi na W at er Trans port Sept em ber 2011收稿日期：3作者简介：张军伯，宁波海事局。
浅谈AIS 和ARPA 在海事监管运用中的优劣张军伯（宁波海事局，浙江宁波315020）摘要：随着ARPA 及AIS 等高科技航海、监控设备的出台，给海上众多船只的安全航行及海事监管工作提供了有效及直接的作用。
然而，部分海事监管人员对于二者的功能及相互关系认识不够，在使用上存在误区。
为此，笔者结合多年的航海实践与海事监管的需要，运用两两比较法，将AIS 和ARPA 在VTS 运用中的优劣浅述如下。
关键词：ARPA ；AIS ；海事监管；两两比较法中图分类号：U 675.7文献标识码：A文章编号：1006-7973（2011）09-0019-02ARPA （Au t omat ic Rad ar Plot tin g Aids ，自动雷达标绘仪）通过信息处理解算出目标船的位置、航向航速、CPA （目标与本船的最近会遇距离）和TCPA （目标到达最近会遇点的时间）等动态信息，实现对在航船舶周围动目标的跟踪。
AIS （Au tom atic Id en tificat ion Syst em ，船舶自动识别系统）是一种不依赖于雷达而能自动获取他船的航行信息、发送船舶报告且能自主改善船舶避碰的新型船用助航设备，同时也是沿岸国获取船舶及其货物资料的信息，船舶交通控制系统提高管理效能的重要数据交流平台。
作为一种新型的船舶通信导航设备，它将先进的卫星定位技术、通信技术、信息处理技术和网络技术有机结合，通过VHF 通信方式，在全世界任一海域内实时进行多船舶之间、船岸间的动态和静态航行信息以及其他与航行安全有关信息的交换，对船舶操纵和船舶避碰产生了重要影响，为海上交通管理部门提供了对船舶的实时跟踪监控。
ARPA 系统由传感器和ARPA 本身两大部分组成，传感器给ARPA 提供各种传感信息，ARPA 部分包括原始视频信号及数据处理链路、电子计算机、显示器、控制台及电源。
雷达与ARPA(幻灯片)(ARPA4)
2012-8-8
17
第三节 ARPA的局限性 如上所说，ARPA有很多优点，但必须看到，由于目前技术水平的限制，还存在 很多不足，应予警惕。其局限性主要表现在如下几方面： 一．传感器引入的局限性 1．雷达的探测能力、分辨力、精度以及受气象、环境条件的限制， 2．罗经、计程仪的误差等 二．自动检测的局限性 三．录取的局限性 四．跟踪的局限性 1．跟踪可靠性的限制 主要是存在误跟踪和目标丢失率高。 2．存在跟踪处理延时 一般，从录取到稳定跟踪约需3分钟；若有一方机动了，还须经约3分钟才能重 新稳定。 3．跟踪容量及显示目标矢量的数量受限制。 4．跟踪目标的距离及机动速度受限制。 如：最小距离（有的为0.1~0.15海里）、最大距离(有的为24,有的为36海里,甚至 更多)、最大相对速度(有的为80节,有的为150节)及最大相对回转速度( )等。
试操船含义当相遇船和本船出现碰撞危险报警时在不中断目标信息更新的情况下模拟本船机动对所有被跟踪目标的影响即利用arpa模拟计算显示人工输入的本船航向或和速度对被跟踪目标的碰撞形势的影响进而求出避让安全的航向和速度此时arpa不中断对被跟踪目标的跟踪计算及信息更新这就arpa的试操船功能
第五节
报警与测试
2012-8-8
12
四．注意事项 1）注意延时时间，应留有余地。 2）注意目标可能的机动，应监视目标的动向并注意可能出现的新 的危险，不可盲目信赖试操结果。 3）应用试操结果还应符合避碰规则。 4）要记住显示的状态是模拟的结果，应及时返回正常的显示。 5）试操船结果受雷达、罗经、计程仪及ARPA本身误差的影响，不 可盲目信赖，不可忽视了望。
2012-8-8
11
第二节 基本功能
三 ：试操船功能的局限性：
雷达显示方式及ARPA简介解析
北向上真运动显示方式优缺点：
优点： 直观、方便。就像在空中所看到海面上的实际情 况一样，在狭水道航行时更有利。
不足： 当航向处在090°～270°之间时，观测、使用就会 不大习惯，有时还容易搞错左、右舷，这对避让 及航行会造成不利。
2020/10/14
47 - 14
一、雷达的显示方式——真运动显示方式
不足： 转向或航向不稳时，会因图像频繁移动留下的 弧形余辉而变得模糊，影响正常观测。
2020/10/14
47 - 6
一、雷达的显示方式——相对运动显示
2、指北向上显示模式
需要输入罗经航向，用N UP表示。 特点：
（1）方位圈0°在荧光屏正上方并代表罗北，船首 线指向实际航向。物标显影在固定方位圈上的 读数是真方位——“真方位显示方式” ；
特点： 代表本船位置的扫描中心及运动目标回波均按其
真实航向及成比例航速在屏面上进行移动，而固 定目标回波不动。需要输入航向、航速。 分类：
按速度类别来分，包括：对水真运动与对地真运 动显示方式，避碰用对水真运动方式更准；
按速度输入源来分，包括：计程仪真运动和模拟 真运动。
2020/10/14
一、雷达的显示方式——相对运动显示
3、航向向上显示模式
需要输入航向，用CRS UP表示。 特点：
（3）本船转向时，船首线随航向转动，固定 目标回波则在屏上不动，保持了图像的稳定、 清晰。当航向改变完毕，只要按一下“新航向 向上”(New Course up)按钮，则船首线、图 像及可动方位圈一起转动，直到船首线指向固 定方位刻度圈的0°为止。因此，它总是可以保 持直观的观测。
2、航向向上真运动显示方式
特点： 与相对运动航向向上显示方式一样，
航海雷达与ARPA.
3．雷达为何采用中频电源 1）避免其他低频电源干扰 2）船电负载多，变化大，电压不稳 3）防止各类高频干扰（互相干扰，中频电源隔离久） （雷达电源克服上述问题，满足radar的要求，显然要满足一定的技术
要求，下面谈一谈这些技术指标。） 4．主要技术要求 1）船电变化±20%，中频电源输出电压变化±5%。（稳压，雷达的要
求） 2）能24小时连续工作，适应温差大，温度高，盐雾重的环境。（雷达
工作环境的要求） 3）中频电源频率为400~2000度。（量程的要求，因触发与中频电频率
同）
（电源之后，全机最基本的单元为触发（从显示器反向说明基本性）， 本单元虽简单，但为全机时钟，很重要，下面分析之。）
第三节 雷达发射机
去天线
中频电源
触发脉冲产 生器
①
预调制器
去去 接显 收示 ② 机器
调制器 ③
磁控管 ④
低压 电源
自
动
发
延
射
时
开
开
关
关
收发机险丝 高压保险丝
中频电源
特高压
门
电源
开
关
去接收机
5）调制器波形： 波形好：主要指前沿陡，后沿陡，顶部平坦。 3：磁控营 1）：磁控营的作用及输入输出信号 磁控营的作用：在调制器输出的负高压作用下，产生矩形调制的微 波振荡脉冲。
船电
起动器 整流器
保护电路
功放
中频电源
控制功率
控制频率
调压器
方波产生器
2．中频变流机组
1）基本原理及组成： 电动机带动发电机转动，使发出的电的频率和电压值，恰为雷达中频电源所需的
航海雷达介绍
ERM
Extended Range Measurement
测距
EXPAND
ECHO stretch
展宽
F-SET
Factory Set
出厂设置
GAIN
GAIN
增益
GPS
Global Positioning System
全球定位系统
GZ
Guard Zone
警戒区
HDG
Heading
船首
HL
Heading Line
安装时，应避免显示单元遭受剧烈的震动或撞击，同时显示单元后侧应留有足够的空间以便维修。为确保显示单元在船舶的持续晃动下不会松动，请在安装处加固。
显示单元工作时产生的静电有一定的吸尘效应，系统容易沾染灰尘。当灰尘附在集成电路表面时，会造成散热不畅，严重时会导致集成电路板短路。安装处要注意洁净。
雷达系统正常工作所需的电压为直流24伏(24V DC)，稳定的电压对雷达系统的正常运行非常重要。不稳定的电压或者瞬间尖峰的电流对系统都会造成致命的伤害。在低电压的情况下，雷达系统无法正常工作。如船电不为直流24伏时，请加装电源变压器。
脉宽C
P/L C
12
红
+400伏电压
+400V
13
蓝
调谐
TUNE
14
白蓝
调谐指示
TUNIND
15
绿
电机+24伏
MOTOR+
16
黑
接地
MOTOR-（GND）
17
桔红
船首
HEADING
注意
安装时引脚名称必须和接线排上的名称准确一一对应。
接线排上有三个标有GND的接线孔，接线时，GND引脚与任意一个标有GND的接线孔连接均可。
第一章航海雷达基本原理
Scientific definition: Radar is a kind of electronic system which can be used to find the targets and to measure or determinate the targets information/data by way of the characteristics of electromagnetic wave.
Marine Radar and ARPA
Chapter 1 Basic Principle of Radar
现代雷达与电子计算机、图象处理、数据处理、自 动控制等技术结合，又具有自动信息处理功能及智 能化显示终端，可自动、迅速、准确地完成测量、 显示、控制和管理。
Marine Radar and ARPA
collision avoidance information
Marine Radar and ARPA
Chapter 1 Basic Principle of Radar
雷达是一种主动遥感设备，它利用电磁波的二次辐射、 转发或固有辐射来探测目标，并测定目标的空间坐标、 速度及避碰参数的一个无线电技术范围。称为“雷达”。 “二次辐射”：雷达发射电磁波到目标后、目标产生“二 次辐射”，其中一小部分被雷达天线接收，称为目标回 波, 雷达收到回波便可发现目标。 “转发”： 来自应答器（Transponder），“识别器”， 后者收到雷达信号后发射经过编码的“应答波”被雷达所 接收，从而发现目标。 “固有辐射”：来自具有固有辐射源的目标（如飞机、发 动机、核爆炸、目标上无线电装置等）雷达接收目标的 固有辐射波而发现目标。
Marine Radar and ARPA
4.雷达显示方式及ARPA简介解析
2018/10/12
47 - 8
一、雷达的显示方式——相对运动显示
3、航向向上显示模式
需要输入航向，用CRS UP表示。 特点： （1）船首线指向屏面上方，图像与视外景一致，非 常直观； （2）一般配有陀螺罗经稳定的可动方位圈或电子方 位刻度圈，可读目标的真方位和舷角；
2018/10/12
47 - 9
2018/10/12
47 - 6
一、雷达的显示方式——相对运动显示
2、指北向上显示模式
需要输入罗经航向，用N UP表示。 特点： （1）方位圈0°在荧光屏正上方并代表罗北，船 首线指向实际航向。物标显影在固定方位圈上 的读数是真方位——“真方位显示方式” ； （2）本船转向时，船首线始终跟踪实际航向而随 之转动。其它目标按自己的航速、航向运动。
一、雷达的显示方式——真运动显示方式
按屏幕上方指向分，包括：北向上显示方式与航 向向上显示方式；
1、北向上真运动显示方式
特点： 显示屏正上方代表北，船首线指向实际航向值， 本船转向时船首线移动，其它目标按原来的运 动方式不变；
2018/10/12
47 - 13
一、雷达的显示方式——真运动显示方式
特点： 代表本船位置的扫描中心及运动目标回波均按其 真实航向及成比例航速在屏面上进行移动，而固 定目标回波不动。需要输入航向、航速。 分类： 按速度类别来分，包括：对水真运动与对地真运 动显示方式，避碰用对水真运动方式更准； 按速度输入源来分，包括：计程仪真运动和模拟 真运动。
2018/10/12 47 - 12
2018/10/12 47 - 4
一、雷达的显示方式——相对运动显示
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
CPA : closest point of approach 最接近点，至CPA 的距离
TCPA : time to CPA 到达CPA 的时间
PPC : possible point of collision 可能碰撞点
PAD : predicted area of danger 预测危险区
VRM : variable range marker 可移动距标，活动距标
EBL : electronic beaning line 电子方位线
STC : sensitivity time control 海浪干扰抑制
FTC : fast time constant 雨雪干扰抑制
AFC : auto frequency control 自动频率控制
IR/RIC : radar interence cancel 同频雷达干扰抑制
1.测距原理：因为超高频无线电波在空间传播时具有等速，直线传播的特性，并且遇到物标有良好的反射性，记录雷达脉冲波离开雷达的时间t1和无线电脉冲遇到物标反射回到天线的时间t2，则物标距离天线的距离S 可由下式求的：T C T T C S ∆=-=2
)(212 2.提高雷达的测距精度注意事项：1.正确调节显示器控制面板上的各控制按钮，使回波饱满清晰。
2.选择包含所测物标的合适量程，使物标回波显示于1/2~2/3量程处。
3.应定期将活动距标与固定距标进行比对，进行校准。
4.活动距标应和回波正确重合，即距标圈内缘与回波前沿相切。
5.尽可能选用短脉冲发射工作状态，以减少回波外侧扩大效应。
3.提高雷达的测方位精度注意事项：1.正确调节各控钮，使回波饱满清晰。
2.选择合适量程，使物标回波显示于1/2~2/3量程区域，并注意选择图像稳定显示方式（如“北向上”）。
3.调准中心，减少中心差。
实现应垂直屏幕观测，以减少视差。
4.检查船首线是否在正确的位置上。
应校准罗经复示器、主罗经及船首线所指航向值三者是否一致。
5.使用机械方位标尺线测点物标时，应使方位标尺线穿过回波中心；测横向岬角、突堤等物标时，应将方位标尺线
切与回波边缘进行读数，再减去或加上“角向肥大”值 (22︒
︒H +d θ）。
6.使用电子方位线
测物标时，应使其和物标回波边缘进行“同源外侧”重合，以消除光点扩大效应，并进行水平波束宽度扩大效应的修正（2︒H θ）。
此外，应经常将电子方位线的方位读数和机械防方
位标尺读数进行校准。
7.船倾斜或摇摆时,应伺机测定，即待船身回正瞬间时快测。
当实在不可避免船摇时，则横摇时尽可能远测正横方向物标，纵摇时尽可能选择首位方向物标，避免测四个偶点方向的物标。
4.雷达定位方法的种类，并比较他们的精度：1.三物标距离定位；2.两物标距离加一物标方位定位；3.两物标距离定位；4.两物标方位加一物标距离定位；
5.单物标距离方位定位；
6.三物标方位定位；
7.两物标方位定位；值得指出的是，在条件许可的情况下应采用方位分罗经目测方位，其精度要比雷达测定的方位精度高。
5.如何利用ARPA 进行碰撞危险估计：1.用相对矢量判断---根据本船的实际情况和当时的态势，设置MINCPA 圆延长相对矢量线，若相对矢量线与MINCPA 圆相交，表示该目标与本船有碰撞危险。
还可以读出该物标的CPA 和TCPA 值，进一步予以核实。
2.用真矢量判断---调整矢量的时间长短，若本船真矢量与物标船真矢量的终端重叠或非常接近，则表示存在碰撞危险。
当采用PCP 或PPC 显示时。
当PCP(PPC)标志出现在本船船首线上或船首线附近时，则有碰撞危险。
当采用PAD 时，若本船航向线与PAD 相交，则表示存在碰撞危险。
3.用仅存危险矢量判断--当采用仅存危险矢量显示时，不论用相对矢量或真矢量模式，凡是在屏幕上显示适量的目标，既是与本船有碰撞危险的目标。
6.如何利用ARPA协助避让应注意些什么：1.最重要的是尽早发现和录取相遇船目标。
一般要求8n mile外录取目标，在6n mile左右判断出与本船的会遇结果。
2.试操船结束，采取避让机动后，应继续观测和瞭望，以观其避让效果。
如仍出现碰撞危险报警，则应考虑对方是否采取了不协调的机动。
为此，可用尾迹功能检查，并进一步采取避让措施。
3.狭水道雾航时，应避免在转向点与来船相遇。
4.真矢量与相对适量的显示模式交替使用，相互验证。
显示的综合图像与数据经常进行比较分析，有益于提高利用ARPA避让的可靠性。
5.实施试操船结果必须符合国际海上避碰规则，避碰规则中有关雷达的条款，都是用于ARPA。
6.应注意未被录取和跟踪的目标存在着潜在的危险，ARPA不回加以报警。
1.显示方式：本船运动显示模式｛相对运动R.M 真运动T.M｝图像指向显示模式｛船首向上head up 北向上north up 航向向上course up｝矢量显示模式｛相对矢量R.V 真矢量T.V｝真矢量模式
8、雷达显示方式
（一）、相对运动雷达显示方式
1、船首向上图像不稳显示相对运动
①船首线只想屏上方，图像直观。
②因一般均配有由陀螺罗经的可动方位圈或电子方位刻度圈，故可以直接测得相对方位和真方位。
③本船转向时，船首线移向新航向值而物标回波不动，图像稳定。
2、真北向上图像稳定相对运动显示方式：①扫描中心在屏上按照计程仪航程送来的速度沿着船首线方向移动②扫描中心的正上方代表真北，船首线指航向，本船转向时船首线移动，其他物标不动。
③屏上其他运动物标按他们各自的航向，航速移动，固定物标在图上不动。
3、航向向上图像稳定相对运动显示方式。
对水稳定真运动对地稳定真运动
在狭水道导航时用相对地稳性真运动显示比较直观，但在标绘，计算及判断碰撞危险，采取避碰措施时用对水相对稳性比较直观。
9、影响雷达回波正常观测的因素
1.间接假回波
间接反射家回拨的特征及识别方法如下：
①假回波的距离和方位与真回拨均不同，其方位为间接反射体所在方位，距离略偏大于反
射体至物标的距离和反射体至天线的距离之和。
②他们常常出现在扇形阴影区。
③与真回波在屏上移动比较，假回波的移动是不正常的，当物标移动时，假回波方位往往
仍出现在扇形阴影区不变，仅距离作相应的改变，当改变某一角度时，假回波会在荧光屏上消失。
④假回波在屏上的显示形状有明显的畸变，且比真回拨暗些。
⑤通常识别间接假回波的方法是临时改变本船的航向，当本船该向时，真回波的方位将发
生改变。
但间接假回波仍将出现在扇形阴影区里或消失。
1.多次回波反射：多次回波反射成像特点是：在物标真回波外侧，连续几个等间距，强度诸葛变弱的假回波，其方位与真回波一致。
可根据多次反射回波的上述显示特征予以识别。
1、旁瓣回波：由天线波束的旁瓣扫到近处强反射物标所产生的假回波成为旁瓣回波。
2、二次扫描回波：当出现超折射现象非常强烈时，雷达的探测距离将大大增加，若远处物
标回波返回天线的延迟时间△t大于雷达脉冲重复周期T时，则由第一次发射产生的物标回波将显示在第二次扫描线上而形成的假回波称为二次回波。
二次回波特点
1.假回波图形与实际物标形状不符
1、改变量程时，假回波图形距离会改变，变形或显示。
2、假回波显示的方位是物标的真实方位，但显示的距离是实际距离C·T/2 之差
3、假回波在屏上的移动是不正常的。