系统的局限性

子模块二　ARPA系统的局限性

学习目标：掌握ARPA系统的局限性。

重点难点：预处理检测局限、录取跟踪报警局限、报警的局限、安全判据试操船局

ARPA现有的功能在去除杂波干扰、录取目标、自动跟踪计算、判断危险、及时报警、决定避让措施及提供目标信息等方面有一定效能，能够为驾驶员争取时间进行安全避让，尤其在多目标情况下解决人工标绘的难题。如能够恰当使用，将是一种得力工具。但是ARPA除了受到传感器数据的精度限制外，其功能上也存在相当多的局限性，使用过程中要十分注意。

一、传感器的局限性

雷达、罗经、计程仪等ARPA系统的传感器，其本身性能的局限性必然导致ARPA系统的局限性。雷达的探测、分辨、抗干扰能力、测量精度及各种假回波都直接影响ARPA的性能，尤其对海杂波干扰的处理能力，尚不尽如人意。

二、雷达信号预处理的局限性

（一）去杂波干扰的局限性

ARPA目标自动检测大多采用门限处理与相关处理两种方法，主要用来抑制海浪、雨雪和噪声杂波。扫描相关处理主要抑制同频异步雷达干扰、MOON判定等杂波处理方法。实践中对强海浪干扰的抑制效果尚不够令人满意，恶劣海况和不良天气下，小目标仍然可能被当作干扰信号清除，强干扰信号被视为有用信号被自动录取。

（二）量化处理的局限性

主要受到所用计算机内存容量、运算速度及显像管分辨率的限制，ARPA对雷达图像的量化处理，因量化单元、回波幅度分层受限。在图像的分辨力、灰度等级、弱小目标的显示等方面尚不够令人满意。有时需直接显示原始雷达视频以作对比。

三、自动检测目标的局限性

（一）识别目标的局限性

ARPA目前仅能区分强弱，尚无法识别目标回波的属性（岛屿、船舶、海等），这也造成目标误跟踪。

（二）MOON判定的局限性

自动检测是在去杂波等预处理后为了保留微弱的目标回波信号，在有剩余杂波的前提下进行自动检测。因此，经MOON判定而输出的仍可能有杂波；同时，有用的小目标回波也可能在杂波处理、量化及MOON判定等处理环节中被判定为杂波不输出。MOON值不同，也直接影响自动检测的性能。如：当N取较大值时，目标不易丢失，干扰抑制也好；当N较大，M较小时，容易发生将干扰当目标的误检现象。M、N值较小的ARPA，自动检测的可靠性降低，即发生误检和漏检的可能性增加。MOON判据不完善是ARPA在目标检测中存在误检和目标丢失显现的主要原因之一。

四、录取目标的局限性

（一）录取容量的限制

由于所用计算机的内存容量和处理能力有限，所以ARPA录取目标的容量有限。人工录取、自动录取均有其各自的缺陷，这在使用“自动捕捉”时尤要注意，应尽量使ARPA录取有价值的目标而排除无价值的目标。为提高录取目的性，采取了如前所述的“抑制区”、“优先度”等措施。录取目标太多，也会使显示器画面混乱，妨碍观测。由于小目标弱回波不一定能在屏幕上稳定清晰地显示出来，尤其在干扰严重时，更要小心观察，屏幕上看不到目标，不一定海面上确实没有目标，特别要注意易受海浪杂波淹没的近距离弱小回波。此外，调用自动录取功能前已处在警戒圈（区）内的目标或从水下进入警戒圈（区）后再露出水面的目标（如潜艇）不会被自动录取。

ARPA能录取的目标数，IMO“性能标准”中规定至少是20个。使用中，应注意及时清除已交会过的跟踪目标，重录新目标。

ARPA的录取容量受计算机内存容量和处理能力的限制。但实际上还存在该录取的没录取，不该录取的被误录取的“漏”、“误”现象。前者被漏录取的还可能是危险目标；后者被误录取的目标，造成画面混乱，妨碍观测。对相距较近的目标，难以分别录取。

练一练

通过录取找出ARPA的最大录取目标数量。

（二）录取目标的限制

1.　录取目标距离的限制

ARPA对距离太远和太近的目标均不能加以录取。采用自动录取方式时，有些ARPA的最近录取距离达2～3n mile，在此范围内的目标只能采用人工录取，人工录取的最近距离也有限制，目标太远也不能录取（一般为24n mile）。

2.　对目标速度的限制

IMO规定ARPA对目标最大相对速度限制为100kn，速度过快，ARPA不能正常录取和跟踪。

3.　对目标大小的限制

部分ARPA对目标大小有限制，如果目标尺寸大于跟踪窗尺寸或目标占据2°以上的方位宽度（在较远距离上）时，都认为该目标已超出船舶尺寸，可能为陆地而不予录取。

4.　录取目标数据的限制

目前ARPA都只具有录取目标初始位置数据（距离和方位）的功能，而无录取目标属性、尺度数据的功能，故易引起误跟踪现象。

五、跟踪目标的局限性

（一）跟踪可靠性限制

跟踪可靠性限制表现在目前ARPA还存在误跟踪和跟踪过程中目标丢失率高两个方面，这是跟踪局限性的两大问题。

由于海浪杂波干扰及两目标靠近时处于同一跟踪窗的目标会发生调换现象，发生误跟踪。此时显示的数据并非原先被跟踪目标的数据。

由于海杂波干扰、回波信噪比过弱或近距离目标大幅度快速机动、近距离目标方位迅速变化等种种原因，都可能造成已跟踪目标的丢失、跟踪中断。

IMO的“ARPA性能标准”规定，只有那些在10次天线连续扫描中，至少有5次可在显示器屏幕上清楚看到的目标才能被可靠跟踪。

（二）跟踪容量及显示目标矢量的限制

为满足一定的性价比，录取内容受所用计算机内存量及计算速度的限制，超过容量，不予录取和跟踪。为了使显示画面清晰，显示矢量数可少于跟踪数。

IMO“性能标准”规定，不论人工录取还是自动录取，录取目标总数均应不少于20个。

（三）跟踪目标距离及速度范围限制

目标离本船太远或太近均不能被ARPA录取和跟踪。最大跟踪距离一般为24n mile，也有的可达36n mile以上，如Raycas ARPA可达41n mile。最小跟踪距离一般为0.1～0.15n mile。

对目标跟踪最大相对速度限制与录取限制一样，正常跟踪目标的最大相对速度在100kn内。

（四）对目标大小的限制

与目标录取限制一样，有的ARPA为了区别船舶和陆地，规定凡目标尺寸大于跟踪窗尺寸或目标占据2°以上的方位宽度（在较远距离上）时，认为目标已超出船舶尺寸，可能是陆地，因而舍弃跟踪。

练一练

在ARPA模拟器上录取陆地，测试ARPA是否录取跟踪。

（五）跟踪精度的局限性

ARPA跟踪精度与航行态势、稳定跟踪时间以及自然条件等有关。IMO“ARPA性能标准”中规定的指标是指船舶横摇不超过10°时，稳定跟踪1min和3min后在对应航行态势下应能达到的最低要求。

六、报警的局限性

ARPA存在虚警和漏警现象。虚警即虚假报警、误报警。虚警产生于杂波干扰、设置的警戒圈（区）不合适或预置的安全判据MINCPA、MINTCPA数值过大等原因。

漏警即该报警的未报警。漏警产生于目标回波弱、进入雷达阴影区被大目标遮蔽、从水下闯入警戒圈（区）而突然出现的目标及超容量未被录取的目标。驾驶员应加强嘹望，及时录取漏警形成的新出现的目标。

（一）数据处理延时

通常ARPA从录取目标、采集测量数据、处理数据、自动计算到显示各种数据和信息，短的约20～30s，一般约为1min。从录取到显示稳定的数据和矢量约3min。目标距离、方位数据在录取后即可显示，而目标的航向、速度、CPA、TCPA的显示均须经过一段延时。3min之内的数据、矢量、PPC圈和PAD不稳定，不可盲目使用。一旦发生本船或目标船改向和/或变速，已稳定显示的数据、矢量、PPC圈和PAD作废，新数据、新矢量的显示同样需要经过相应延时才能稳定、可用。

（二）PPC和PAD应用的局限性

由于PPC和PAD确定的前提是目标保向、保速，本船保速。这就决定了PPC和PAD实际应用的局限性。一旦本船变速或目标船变速或改向，PPC和PAD就失效。在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就失去使用意义。

七、安全判据的局限性

ARPA的安全判据（即碰撞危险判据）均采用人工预置的MINCPA和MINTCPA。用ARPA计算的目标船CPA，并与MINCPA比较，判断是否有碰撞危险。用TCPA与MINTCPA比较，判断碰撞危险的紧迫程度。依据本船所处海域的开阔程度、船舶密度、航行态势、本船操纵性、吨位、速度、装载情况及驾驶员的船艺水平等多种因素预置MINCPA、MINTCPA值。

ARPA的安全判据存在下列局限性：

（一）未考虑目标船相对位置、态势角不同对碰撞危险度的影响。

如图7-8所示，四条相遇船1、2、3、4的距离R、CPA、TCPA均相同，按照安全判据都出现碰撞危险报警，但因它们所处相对位置不同，态势角不同，实际上各船的危险程度是不同的。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，特别是船尾目标船，即使其CPA、TCPA均已小于安全判据，出现了危险报警，但事实上也并不一定危险。

（二）TCPA的局限性

实际TCPA比理论TCPA短。如图7-9所示，目标船的实际TCPA与MINCPA圆已相交，因为CPA＜MINCPA，所以目标船是危险船。若TCPA≤MINTCPA，则为非常危险船。TCPA是目标船相对运动到CPA点需要的时间，称之为理论TCPA。而目标船入侵到MINCPA圆时刻是实际上非常危险的时刻，称之为实际TCPA。由图可见，这个时间比理论TCPA要短得多，所以常用的TCPA并不能确切表示危险的紧迫性。

图7-8　目标不同态势与位置

图7-9　实际TCPA与理论TCPA

（三）MINCPA、MINTCPA与海上避碰规则的关系

驾驶员在使用ARPA避让时还必须考虑ARPA显示的态势及数据与避碰规则的应用。单纯从数据上摆脱危局，可能是违反避碰规则的行为。

八、试操船功能的局限性

目前ARPA的试操船仅是根据试操船航向和航速与跟踪目标的相对位置数据重新计算CPA和TCPA，若满足安全判据即解除报警，无法判断试操船数据的合理性（是否符合国际避碰规则）。试操船计算的前提是目标船保速保向，否则无效；试操船结果仅对已跟踪目标有效；试操船很难模拟本船的操纵性能及时间延迟的准确性。因此，航海人员对试操船的使用应特别加以注意。

九、ARPA用于狭水道航行的局限性

通常，船舶在狭水道中航行时，欲与相遇船安全避让，就必须及时互见对方的避让动态，以正确推测对方的意图。ARPA的矢量计算、矢量稳定显示存在处理延时，使矢量转向总是迟于实际船首转向。矢量的变化还不能代替肉眼互见中的船首变化，尤其船舶以较大舵角转向时，由于船舶惯性，使船舶的瞬时航向与船舶的重心运动的切线不一致，其差值约达10°～20°。本船航向误差角将导致目标真航向、真航速的误差，其值取决于目标改向大小和态势角。船舶在机动期间，ARPA提供的信息、数据是不可靠的。此外，当存在风流影响时，船首向与航迹向并不一致，二者之差角即风流压角。在狭水道或近距离让船时应用ARPA，应当格外注意。

目前，APRA设备的控钮、按键多，操作使用不便，驾驶员尚须经过专门培训，才能正确理解ARPA各种功能、局限性及可能产生的误差，才能充分发挥ARPA的潜力。同时，使用ARPA的驾驶员还必须具有一定的海上航行经验，正确运用避碰规则，才能确保船舶航行安全。

想一想

ARPA自动跟踪目标有哪些局限性？

思考与训练

1.　对ARPA的能力，下列哪一种说法是错误的？

A.　ARPA仅可在其最大跟踪距离范围内具备ARPA功能

B.　ARPA有录取最大容量的限制

C.　只要在PPI上显示着的实在目标的回波光点，ARPA均可自动跟踪之

D.　ARPA仅可在所设定的区域内自动录取并跟踪目标

2.　在恶劣海况和不良天气下，为了避免小目标被当成干扰而清除，ARPA在选择模式时最好选择哪一种。

A.　船首向上模式　　B.　北向上模式

C.　航向向上模式　　D.　北向上或航向向上模式

3.　有关ARPA的识别目标属性正确说法的是。

A.　目前ARPA对船回波能识别为船

B.　目前ARPA对岛回波能识别为岛

C.　目前ARPA对目标回波的属性尚无识别的功能

D.　目前ARPA对目标船、岛及海的回波属性能识别

4.　对ARPA的局限性，以下说法错误的是。

A.　去杂波干扰是雷达信号预处理的任务之一，对ARPA的局限性没有影响

B.　量化处理是雷达信号预处理的任务之一，对ARPA的局限性没有影响

C.　去杂波干扰和量化处理是雷达信号处理的两大任务，对ARPA的局限性没有影响

D.　去杂波干扰和量化处理是雷达信号处理的两大任务，对ARPA的局限性有影响

5.　ARPA的MOON累积判断与有关。

A.　雷达天线转速　　B.　天线平波束宽度

C.　脉冲重复周期　　D.　以上都不对

6.　目前ARPA对雷达图像的量化处理上，对量化单元。

A.　很小都可以　　　　　B.　不可能太小

C.　A和B都不对　　　　　D.　A和B都对

7.　ARPA检测目标的局限性包括些方面局限性。

A.　识别目标的属性局限性　　B.　MOON累积判断的局限性

C.　A和B都对　　　　　　　　D.　A和B都不对

8.　IMO性能标准中规定，ARPA对目标最大相对速度超过时，ARPA不能正常录取和跟踪。

A.　50kn　B.　80kn　C.　100kn　D.　120kn

9.　IMO性能标准中规定，当目标尺寸大于跟踪窗尺寸或目标占据以上的方位宽度时，ARPA认为该目标已超出船只尺寸，可能为陆地而无需录取。

A.　2°　B.　3°　C.　4°　D.　5°

10.　以下有关ARPA的说法正确的是。

A.　目前ARPA对录取到的目标，能显示目标尺度数据

B.　目前ARPA对录取到的目标，不能显示目标尺度数据

C.　目前ARPA对录取到的目标，只能显示目标的属性，而不能显示目标尺度数据

D.　目前ARPA对录取到的目标，只能显示目标尺度数据，而不能显示目标属性

11.　目前ARPA对目标的录取距离一般为。

A.　12海里　B.　24海里　C.　48海里　D.　96海里

12.　当ARPA使用“自动捕捉”时，屏幕上看不到目标回波，则代表：

A.　海面上确实没有目标　B.　海面上不一定没有目标

C.　海面上没有大的目标　D.　以上都对

13.　有关ARPA的说法正确是。

A.　ARPA只对远距离的目标录取有限制，而对近距离目标录取没有限制

B.　ARPA只对近距离的目标录取有限制，而对远距离目标录取没有限制

C.　ARPA对近距离和远距离目标录取都有限制

D.　以上都不对

14.　ARPA对下列哪一种情况不予跟踪计算。

A.　目标相对速度超过限定值

B.　目标尺寸大于跟踪窗

C.　目标在较远距离上占据2度以上方位宽度

D.　A，B，C都不予跟踪计算

15.　ARPA在自动录取及跟踪时是受一定条件限制的，下列说法正确的是。

A.　ARPA可在任意距离上自动录取跟踪目标

B.　只要目标在PPI上显示出来，ARPA均可自动录取跟踪之

C.　ARPA仅可在一定的区域范围内自动录取跟踪有限额目标

D.　A、B、C都正确

16.　有关ARPA的说法正确的是。

A.　由于海浪干扰，可能会引起误跟踪

B.　两目标距离近，可能会引起误跟踪

C.　两目标处在同一跟踪窗，可能会引起误跟踪

D.　A、B、C都对

17.　以下说法正确的是。

A.　由于海浪干扰，可能会引起ARPA对目标跟踪中断

B.　由于目标机动过大，可能会引起ARPA对目标跟踪中断

C.　由于回波信噪比过弱，可能会引起ARPA对目标跟踪中断

D.　A、B、C都对

18.　以下说法正确的是。

A.　ARPA对目标跟踪距离没有限制，只对录取距离有限制

B.　ARPA对目标录取距离没有限制，只对跟踪距离有限制

C.　目标能被ARPA录取，ARPA就能稳定跟踪该目标

D.　A、B、C都不对

19.　有关ARPA跟踪精度的说法正确的是。

A.　ARPA跟踪精度只与航行态势、稳定时间有关

B.　ARPA跟踪精度只与航行态势、自然条件有关，而与稳定时间无关

C.　ARPA跟踪精度只与航行态势有关，而与其他因素无关

D.　A，B，C都错

20.　ARPA的“处理延时”通常需要。

A.　1min　B.　2min　C.　3min　D.　5min

21.　有关ARPA说法正确的是。

A.　本船在改向，目标船保向保速，不可用原来的PPC（可能碰撞点）来判断是否存在碰撞危险

B.　本船在改向，目标船保向保速，不可用原来的PAD（预测危险区）来判断是否存在碰撞危险

C.　A、B都对

D.　A、B都不对

22.　以下说法正确的是。

A.　ARPA的处理延时一般需要3min，但在不满3min内输出显示数据基本没有误差

B.　ARPA的处理延时一般需要3min，但在不满3min内输出显示数据存在较大误差

C.　ARPA的处理延时一般需要3min，但在不满3min内输出显示数据只有矢量存在误差

D.　A、B、C都错

23.　在目标被ARPA录取时，本船或目标机动后，在不满3min内，ARPA输出的数据。

A.　没有误差　　　B.　存在较大误差

C.　数据是可靠的　D.　有关矢量的数据是没有误差的

24.　在狭水道或进出港时，操船往往需要车舵结合进行避碰和航行，这时

A.　PPC圈和PAD还可用

B.　PPC圈和PAD就失去实用意义

C.　PPC圈可用，PAD就失去实用意义

D.　PAD圈可用，PPC就失去实用意义

25.　以下说法正确是。

A.　ARPA的警戒圈可代替正常值守班和瞭望

B.　ARPA的警戒圈可代替正常值守班，但不可以代替瞭望

C.　ARPA的警戒圈不可代替正常值守班，但可以代替瞭望

D.　ARPA的警戒圈不可代替驾驶人正常值守班和瞭望

26.　ARPA在什么情况下可能造成漏警？

A.　目标进入强干扰区　　B.　在水下通过警戒圈的目标

C.　目标进入雷达阴影区　D.　A、B、C都对

27.　ARPA在什么情况下产生虚警？

A.　存在强干扰杂波

B.　设置的安全判据MINCPA和MINTCPA过小

C.　A、B都对

D.　A、B都不对

28.　有关ARPA的试操船说法正确的是。

A.　试操船能准确模拟本船操纵性能

B.　试操船能准确模拟本船时间延迟

C.　试操船很难模拟本船操纵性能及时间延迟的准确性

D.　以上都不对

29.　有关ARPA的局限性说法正确的是。

A.　ARPA报警没有局限性，试操船功能有局限性

B.　ARPA报警有局限性，试操船功能没有局限性

C.　ARPA报警功能和试操船都没有局限性

D.　ARPA报警功能和试操船都有局限性

30.　利用ARPA报警功能设置警戒圈，当报警功能报警时，表示。

A.　警戒圈内肯定有目标进入

B.　警戒圈内可能没有目标进入，可能是虚警

C.　警戒圈内不一定有目标进入，可能是ARPA其他故障报警

D.　B和C都对