第六章ARPA-1组成原理-大连海事大学选修课-雷达及雷达模拟器.ppt

第六章 ARPA 第一节 船用雷达的局限性 船用雷达的功能： 探测目标和测量目标， 可用于船舶定位、导航和避碰。 船用雷达的局限性： 只能显示目标的瞬时位置， 无保存历史航迹和预测未来航迹的功能， 不能直接给出重要的避碰数据。 重要的避碰数据 目标的相对航速，相对航向 目标的真航速，真航向 DCPA（CPA）目标船的最近会遇距离 TCPA到达最接近点的时间 判断碰撞危险 间接获得方法： 人工标绘 人工标绘局限性 麻烦、费时、易出差错， 要求本船和目标船必须保速保向， 观测时间过长，误差大，目标数量少 无法验证本船避碰行动的效果。 结论：发展自动雷达标绘仪 ARPA——Automatic Radar Plotting Aids 第二节 ARPA基本组成部分及作用 一、传感器（外围设备） 向ARPA提供必要的信息供计算机标绘用 1.高质量雷达：提供目标回波原始视频、触发脉冲、天线角位置、船首信号。 2.陀螺罗经：提供本船航向信号。 3.计程仪：提供本船航速信号，对水和对地航速。 4.外存器（任选件） ：储存港口视频地图或电子海图，供导航使用。 二、ARPA部分 1.预处理电路： 将雷达原始视频信号进行杂波处理及模数转换 2.接口电路： 将所有输入的模拟信号变换成数字信号 3.目标检测电路： 将预处理过的目标回波信号进行自动检测，凡满足目标存在判定条件者，在相应的存储单元存入数字信号“1” 4.目标录取（捕捉）电路： 用人工或自动方式将所选目标的位置数据送入跟踪器，作为设置跟踪窗的初始位置数据。同时启动跟踪器 5.跟踪器： 对录取的目标进行自动跟踪，并通过计算机的计算，进行自动标绘，建立目标的运动航迹。 6.计算机： 核心，完成所有的计算和控制工作 7.控制台： 操作信息送入计算机，接受来自计算机的各种报警信息及操作船舶的指令 8.电源： 提供ARPA各部分所需电源 9.显示器 1.预处理电路 1）杂波处理：雷达原始视频信号中含有大量的干扰杂波，计算机容量和处理能力有限，若不预先处理，引起ARPA的工作可靠性和精度大为降低 2）雷达视频信号量化处理：模/数（A/D）转换，整幅雷达视频图像转换成数字信号 1）杂波处理： （A）恒虚警率处理（CFAR Processing）： 当杂波干扰强度变化时，雷达信号经CFAR处理，使其输出的虚警率大为降低并保持恒定。 a.恒虚警率（CFAR－Constant False Alarm Rate）：单位时间内出现的虚警数（虚警频率）一定。 b.自适应门限处理方法：原始视频信号高于此门限电平认为是目标，否则作噪声处理掉。抑制热噪声、雨雪干扰效果显著。 1）杂波处理 （B）解相关处理（Solve Correlation rocessing）： a.天线扫掠相关：两次相邻天线扫描中，目标回波位置基本不变，具有相关特性，海浪反射回波位置随机，是非相关的。 b.距离扫描相关：两个或几个扫描周期中，目标回波在扫描线上的位置固定不变，强相关；而同频干扰出现的位置是不同的，是非相关。 2）雷达视频信号量化处理 （A）方位量化：把360?方位等分成若干方位量化单元，用“0、1”二进制数字表示不同的方位。量化单元越小，方位精度越高。12位二进制：360?/212=0.088? （212=4096） a.轴角编码器；b.同步机模数转换（A/D）模块 （B）距离量化：把距离扫描线分成若干等份的距离单元即时间量化。距离单元：0.005或0.01 n mile的整倍数，大小随量程而异。 （C）回波幅度量化：把视频信号进行幅度分层（二、四、八分层等，多个门限电平），用数字信号表示回波强弱或有无。固定门限检测进行，确定信号有无，在对应的存储单元中存“1”或“0”。 ※像素：整幅图像的量化单元。如3 n mile量程，距离量化为300单元，像素数（量化单元）=4096×300=1228800。 每个像素在计算机中有一个存储单元与之对应，存储单元中存“1”“0”表示像素有无信号，按扫描次序排列。 像素的尺寸表示图像的分辨力。量化单元越小则分辨力越高，计算的目标航迹与实际情况越逼近，跟踪可靠性愈高。 2.接口电路 a.陀螺罗经信号数字化： 同步机──A/D模块； 步进机──I/O接口。 NEMA-0183数字格式 b.计程仪信号数字化： 脉冲式和触点式──国际标准200 p/1n mile。 NEMA-0183数字格式 3.目标检测电路 A.目标检测： 在带有噪声和杂波干扰背景的雷达信号中识别目标的存在。 a.人工检测：经验判断回波是目标。 b.自动检测：自动检测各量化单元（像素）内是否有信号。与方位距离扫描同步进行。 B.检测次数： 天线波束具有一定的宽度，扫过每个方位单元时，雷达发射了L次，即该方位单元内的目