07导航雷达第七章雷达目标跟踪与AIS汇编
【精品】07导航雷达第七章雷达目标跟踪与AIS
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。
三、雷达目标跟踪功能
（一）目标跟踪
从目标被捕获开始，性能标准要求雷达应在1 min之内 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CPA，此时数据精度较低。
（二）自动捕获
1、 设置警戒/捕获区
（a）环形区
（b）环/扇形区配合
（c）多边形及排除区
2．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 动捕获目标的区域。
3．自动捕获设置
一般地说，距本船8~12 n mile范围可设置为雷达警戒区， 在6 n mile左右设置目标捕获区，近于1.5 n mile的范围最好 设置为排除区。
3．本船航速设置
在避碰时，雷达应采用对水航速（STW），以获得对水 稳定方式；在导航时，雷达应采用SOG，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和SOG。
（二） 安全界限设置
设置避碰安全界限CPA LIM/TCPA LIM，目标跟 踪功能能够自动将被跟踪目标的CPA/TCPA值与安全 界限比较，对小于安全界限的目标发动轨迹，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1 min之内可获得目标的运动 趋势，在3 min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。
目标跟踪包括：目标检测、目标捕获、目标跟踪、危 险判断、试操船等过程。
（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
AIS与雷达目标信息模糊融合算法与实现
第 ４期
集 美大 学学报 （自然科 学版 ）
Ｊｕｎ ｆ ｉ ｉ ｎ ｅｓｙ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅ ｏ ｒａ ｏ ｍｅ Ｕ ｉ ｒｉ （ ａ ａ Ｓ ｉ ｃ ） ｌ Ｊ ｖ ｔ ｕ ｅ
Ｖ０ ． ５ Ｎ ． １１ ｏ ４
２１ ００年 ７月
Ｊ１ ０ ０ ｕ ．２ １
［ 图分 类 号 ］ Ｕ ６５ ７ 中 ７ ． ［ 献标志码］Ａ 文
０ 引言
雷达是传统的船舶导航设备，用来定位、避让、导航．它能 自主式探测与跟踪 目 ，可得到近水 标 域 的全景交 通 图像 ，且 雷达 的 回波 在一定 程度上 可反 映 目标 的大小 和形状 ，在保证 船舶航行 安全 与港
其 中 ：ｋ－ Ａ Ｓ『 ￣ Ｉ －目标 的时刻 ； 一 雷达 ｉ 目标 的时刻 ；Ｃ １ ～ 粗关联 时间 门限． ＡＴ ｒ 距离粗关 联 的条件 ：
ｊ ｋ ）一 ｋ） ＜Ｃ Ｄ ， ＝１２ …， ， ＝１２ …， （ Ｒ （ Ｊ Ａ Ｔ Ｒ ，， Ｎ ｉ ，，
［ 文章编号 ］１０ ７０ （００ ０ ０８ ０ ０ ７— ４ ５ ２ １ ）４— ２９— ５
Ａ Ｓ与雷 达 目标 信 息模 糊 融合算 法 与 实现 Ｉ
欧 阳萍 ，林 长川
（ 美 大 学 航 海 学 院 ，福 建 厦 门 ３ １２ ） 集 ６０ １
［ 要］为达到优 势互 补的 目的 ，将 Ａ Ｓ（ 摘 Ｉ 船舶 自动识别 系统 ）与雷达 目标 信息进行融合 处理．采用
金项 目 （ ０ １０ ４ Ａ ７０１）
［ 作者简介 ］欧阳萍 （９ ３ ） 女 ，硕士生 ，从事雷达与 Ａ Ｓ目标信息处理研究． １８ 一 ， Ｉ
・
２０ ・ ９
集美 大学 学 报 （ 自然科 学 版 ）
VTS中雷达与AIS基本功能的比较
VTS中雷达与AIS基本功能的比较初立辉[摘要]由于雷达是工作于微波波段的目标探测定位设备，而AIS是工作于超短波波段的数据通信设备，两者的工作机理和功能存在差异。
在VTS的应用中，它们各有特点并存在不足，不能以一个取代另一个。
了解并在VTS中充分发挥该两技术手段的特点，相互弥补其存在的不足，对正确、有效使用该两技术手段，进一步扩展VTS功能，更好发挥它对船舶的服务管理功能有着重要意义。
[ Abstract ] Since the radar is operating in the microwave band target detection pointing device and the AIS is operating in the VHF -band data communication device , there is a difference between the two working mechanism and function . In the VTS applications, they have their own characteristics and shortcomings , can not be replaced by another one . Understand and give full play to the characteristics of the VTS of the two techniques , the presence of each other to make up for its lack of proper and effective use of the two techniques, the further expansion of VTS functions , better play its service management capabilities of the ship is of great significance .1雷达与AIS的异同点1.1 雷达与AIS的工作原理雷达是利用电磁波的二次辐射、转发或固有辐射来探测目标，获取目标空间坐标、速度、特征等信息的一种无线电装置。
雷达与AIS目标位置信息融合方法的研究
探测 。
船 用 雷达 ， 然 在航 海 中起 着 非 常重 要 的 助航 虽 作 用 。但 存 在 着精 度 不 高 、 息 量少 、 受 地 形 影 信 易 响、 更无 法识 别船舶 的 缺陷 ， 其 在 恶 劣气 象 、 况 尤 海 环境 下 ， 其探 测能力 更受 到严 重的影 响 。 因此 ， 如何 进行 两 者 的信 息融 合 、 势 互 补 ， 优 以 提 高 目标位置 的精 度 与 可 靠性 ， 有较 大 的研 究 价 具
舶 ， 不同年 限必 须安 装 ＡＩ 备 … 。随 着强 制 性 在 Ｓ设 的公 约 要求 ， Ｓ设备将 得 到广 泛地 应用 。 同时 ， ＡＩ 近 年来 国内外专 家对 ＡＩ Ｓ开展 了诸多研 究 ＋ ０。 ＡＩ 提供 船舶 的船名 、 Ｓ能 识别 码 、 型等静 态 信 船
息， 以及 船位 、 向 、 速 等动 态 信息 。但 它 仍 会受 航 航
一
在 时 刻 ． 达探测 到 的 目标距 离 ； 雷 在 时刻 ， Ｓ提供 的 目标 位 置的经 度数值 ； ＡＩ
一
ｚ 一 雷 达 的 目标 位 置 在 ｘ 轴 分 量 ；
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一
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雷达 的 目标 位置 在 ｙ 轴分量 ；
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在 ｋ时刻 ， 本船 位置 的经度 数值 ；
ｚ 一 ＡＩ ｓ提供 的 目标 位置在 ｘ 轴 分量 ；
一
在 时 刻 ， Ｓ提供 的 目标 位置 的纬度数 值 ； ＡＩ
在 ｋ时刻 ， 本船位 置 的纬度 数值 ； 其 中， 船 位 置 的 经 纬 度 可 以 由 本 船 的 ＧＦ 本 Ｓ
雷达与ais目标位置信息融合方法的研究
雷达与ais目标位置信息融合方法的研究雷达与 AIS 目标位置信息融合方法的研究随着航运行业的不断发展壮大，自动化系统的应用越来越广泛。
而在自动化系统中，雷达和 AIS 是两个重要的传感器。
雷达可以探测到周围的目标，而 AIS 能够提供目标的位置、速度和方向等信息。
那么，如何将这两种传感器的信息进行融合，提高船舶的安全性和工作效率，成为了当前的一个研究热点。
一、雷达与 AIS 目标信息融合意义1.提高目标追踪准确性由于雷达和 AIS 的工作原理不同，其探测到的目标位置信息可能存在一定的偏差和误差。
而通过各种融合方法，可以有效地减小误差，提高目标追踪的准确性。
2.提高自动化控制效率通过雷达和 AIS 的融合，可以得到更完整、更准确的目标信息，从而实现自动化船舶控制，提高工作效率。
3.提高船舶安全性雷达和 AIS 的融合可以帮助船舶及时掌握周围环境的情况，防止可能的碰撞和其他危险事故的发生，提高船舶的安全性。
二、雷达与 AIS 目标位置信息融合方法目前，已经有许多学者针对雷达和 AIS 的融合方法进行了研究，主要包括如下几种方法：1.基于 Kalman 滤波的融合Kalman 滤波是一种经典的目标状态估计算法，可以有效地估计目标的状态量。
通过将雷达和 AIS 的数据输入到 Kalman 滤波器中，可以得到更准确、更稳定的目标状态信息。
2.基于粒子滤波的融合粒子滤波在目标状态估计中具有很好的效果，特别是对于非线性系统估计情况下的目标状态滤波更具有优势。
通过将雷达和 AIS 的数据，输入到粒子滤波器中，可以得到更高精度的目标状态信息。
3.基于神经网络的融合神经网络可以根据过去经验，预测未来情况。
通过将雷达和 AIS 的数据作为输入，训练得到适合船舶运动的神经网络模型，可以实现目标位置信息的更加准确的融合。
三、结语雷达和 AIS 的融合是一个复杂的问题，需要针对不同情况选择合适的融合方法。
通过不断的研究和创新，可以进一步提高融合精度，提高船舶的安全性和工作效率。
一种雷达与AIS航迹关联算法的研究
一种雷达与AIS航迹关联算法的研究作者：张东良刘杰来源：《硅谷》2011年第16期摘要：在船舶交通管理系统（VTS）中，雷达与AIS航迹关联的精度很重要。
给出雷达与AIS航迹数据关联模型，讨论一种基于多义性处理并考虑航迹历史数据的航迹关联算法，并进行算法性能的推理，给出仿真结果，可以看到仿真在密集环境中取得很好的效果。
关键词：航迹关联；雷达；船载自动识别系统中图分类号：TN965.7+ 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0820011－020 引言船舶交通管理系统（VTS）在保障船舶航行安全，提高航运效率和保护水域环境方面发挥了重要作用。
而船载自动识别系统（AIS）与VTS系统的结合，把他们的数据进行综合处理，增强了船舶识别能力和船舶动态跟踪能力。
VTS中不同传感器收集的船舶动态数据，或雷达与AIS不同类型的传感器收集的数据，要进行数据融合处理，让VTS中心得到正确的船舶位置、航速以及其他有用信息。
融合过程可分为以下几步：航迹滤波、坐标转换、航迹相关和信息融合。
对于VTS系统来说，为了确保航行的稳定与流畅，发现目标后，需要第一时间了解运动目标的当前状态并且快速判断目标下一时刻的运动规律。
但问题是雷达数据与AIS观测的数据是孤立的、离散的，因此VTS系统需要一种新的技术手段来实现当前的航迹进行滤波，以及对未来的航迹状态进行预测，包括目标的位置、速度、方位。
还要考虑噪声的影响，在信息融合前要对信息进行滤波，减少误差以得到精度更高的数据。
精度更高的航迹是航迹融合的基础。
多传感器环境下，每个传感器都有自己的信息处理系统，并且个系统中都收集了大量的目标航迹信息。
如何确定来自不同传感器系统（如AIS与雷达信号）所探测的物体是否是同一个物体，就是航迹关联主要处理的问题，实际上也就是解决多传感器空间区域中重复追踪问题。
在分布式多传感器融合系统中，每个传感器都有数据处理子系统。
航迹关联算法主要分为两类：一类是基于统计的方法，其中包括独立序贯法、相关序贯法、加权法、经典分配法等，如序贯航迹关联算法是把历史的结果数据与当前时刻航迹联系起来，并且赋予良好的航迹关联质量和多义性处理；另一类是基于模糊数学方法、模糊综合函数航迹关联算法、多局部节点模糊航迹关联算法等。
军用舰船中导航雷达与AIS的运用
军用舰船中导航雷达与AIS的运用作者：赵佳伦来源：《智富时代》2018年第01期【摘要】在现代船舶运行过程中，导航雷达和AIS系统的应用都给其提供了极大的帮助，保障了船舶出行的安全性。
然就当前使用情况来看，这两个定位系统在各船舶上的使用效果仍有部分不足。
是以本文便针对导航雷达和AIS系统的定义进行了相关分析，并初步探究了这两大系统综合使用后给舰船运行带来的便捷，从而提出了关于综合使用这两项定位系统的方法及注意事项，如下文所示。
【关键词】军用舰船；导航雷达；AIS系统；运用引言：总所周知，军用舰船是一种特殊的船只种类，担负着国家军事任务，其运行安全性能的高低将直接决定着作战训练的效果。
从以往各国军事报道中，我们可以发现的是军舰触礁搁浅、军舰与民用船只之间擦碰等事故的发生为数不少，且一般情况下军舰的造价也并非普通船只能相比的，同时由于军舰上承载大多的装备武器，如此一旦出现触礁或擦撞等事故，危险系数是极大的，往往会造成重大的人员伤亡及巨大的财产损失。
况且军舰作为一个国家的军事形象之一，如发生相关问题甚至还有可能引发两国间的争执。
故而，军舰运行安全问题一直以来，都是一个国家极为关注的焦点问题。
而导航雷达和AIS系统可以说是现在使用最为广泛性能最为齐全的两大信息定位装置，与其他导航设备相比，这两大装置俨然已经成为了现今军用舰船中不可或缺的导航工具。
将两者综合运用，促使导航雷达和AIS系统间形成优势互补作用，从而提供军用舰船更高质量的定位信息以及更安全的运行途径。
一、导航雷达的优缺点（一）导航雷达的优势与传统导航系统相比较而言，传统的导航系统主要凭借的是人眼里观察，然受诸多因素的影响，比如不可控的天气因素及人为因素，均是致使传统导航系统出现错误指示的重要原因，而融入先进信息技术的导航雷达便有效避免这些弊端，其受天气的影响远远要比传统导航系统小得多，且具备更精准的导航效果、更为迅速的反应能力以及更深远的探测距离。
导航雷达第七章雷达目标跟踪与AIS
目标丢失报警：按照性能标准规定，在连续10次天线 扫描中，只要有5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 标丢失，给出目标丢失报警。
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 种错误跟踪的现象称为目标交换 。
目标交换产生原因： (1)目标进入强海浪区; (2)被跟踪的弱目标接近未被跟踪的强目标 ;
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 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 度和船舶密度、气象海况等 。
CPA LIM/TCPA LIM在航海上设置的惯例：
结合海上避碰规则，大洋航行时CPA LIM通常为2 n mile左 右，TCPA LIM通常不低于18 min；
（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
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 、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
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1 min之内可获得目标的运动 趋势，在3 min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。
目标跟踪包括：目标检测、目标捕获、目标跟踪、危 险判断、试操船等过程。
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 求较高，不适合自动捕获。
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处
理
与
显
示
主控制器
系
统
图 7-1-1 目标跟踪装置原理框图
（一）传感器
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 跟踪器正常工作的基本信息。
（二）信息处理器
功能：
（1）按照综合导航系统（INS）综合信息处理原则， 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。
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。
目标丢失
(1)目标回波变弱:未检测到目标,无法建立跟踪 (2)杂波干扰 (3)目标大幅度快速机动 (4)雷达实测目标误差太大 (5)目标进入阴影区或被高大目标遮挡
（3）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N-up或 C-up，避免使用H-up显示方式。现代雷达在H-up显示方式下通常 会禁止目标跟踪功能。
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。
（二）目标捕获（acquisition）
捕获：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 工作过程。
捕获分为人工捕获和自动捕获，小于10 000 GT的 船舶配备的雷达可不具有自动捕获目标的功能。
（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。
检测原理：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 或噪声不予记录。
检测注意事项：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 法分辨目标与杂波，而将杂波判别为目标；
（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
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、 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 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
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1 min之内可获得目标的运动 趋势，在3 min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。
目标跟踪包括：目标检测、目标捕获、目标跟踪、危 险判断、试操船等过程。
1．雷达设置：
（1）图像调整： 增益、人工/自动调谐、脉冲宽度选择、人工杂波（海浪、雨雪） 抑制等控钮。
（2）量程选择： 按照IMO雷达性能标准，具有目标跟踪功能的量程至少包括3、
6和12 n mile，目前多数雷达从0.75 n mile~24 n mile量程都具有目 标跟踪功能。通常驾驶员可以在6~12 n mile量程捕获目标和判断 目标碰撞危险，在6 n mile量程确定对危险目标的避碰方案，在3 n mile量程实施避碰行动和评估避碰效果。
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/环）来实现。
（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 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：预测加修正，天线边扫描边跟踪， 不断提高跟踪的精度，直到跟踪稳定为止。
跟踪位置
探测位置 滤波位置 估算位置 跟踪窗
（六）目标跟踪流程
未跟踪目标
确认丢失
报警
丢失目标
人工捕获 自动捕获
跟踪目标
确认删除
删除目标
图 7-1-3 雷达目标跟踪流程
确认危险
报 警
危险目标
第二节 雷达目标跟踪基本功能
一、目标跟踪初始设置
（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： 雷达: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。 陀螺罗经或艏向发送装置（THD）：提供航向信息 船舶航速和航程测量设备（SDME，如计程仪）：提供速 度信息 。
第七章 雷达目标跟踪与AIS目标报告
第一节 雷达目标跟踪基本原理
一、雷达目标跟踪装置构成
雷达
天线角位置 与船首标识
雷达视频 定时脉冲
传 陀螺罗经 或 THD
感
器
SDME
艏向 航速
I/O 接口 及视频处理器
跟踪器
EPFS、AIS
位置、识别
等其他传感器 水文地理信息
信息处理器
信
综合信息显示
息
与操作控制
二、雷达目标跟踪基本原理 （四）危险判断
在目标跟踪过程中，跟踪器不断将跟踪目标的CPA/TCPA值 与驾驶员设定的安全界限CPA LIM/TCPA LIM比较，对小于安 全界限的目标给出危险报警。
（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 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 的有效避碰决策。
第一次探测位置 第二次探测位置
窗口稳定
第三次探测位置
第四次扫描 位置滑动滤波停止 第五次扫描
窗口缩小
估算位置 滤波位置
目标输出窗口
窗口放大 发现目标重新跟踪
跟踪树
ARPA目标跟踪原理
跟踪窗尺寸对跟踪性能的影响：
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。
（2）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、AIS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 与其他传感器信息的融合。
（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
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。
目标丢失报警：按照性能标准规定，在连续10次天线 扫描中，只要有5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 标丢失，给出目标丢失报警。
Байду номын сангаас标交换
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 。
目标交换产生原因： (1)目标进入强海浪区; (2)被跟踪的弱目标接近未被跟踪的强目标; (3)目标转向;