專利名稱：自動雷達標繪裝置的顯示方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于船舶導航技術領域。
目前市場上所提供的各種型號的自動雷達標繪裝置(AutomaticRadarPlottigAid簡稱ARPA)，其基本功能是相同的。但在PPI屏幕上所顯示的目標信息有所不同，基本形式是用矢量線表示目標船的航向和速度，預示目標船未來一定時間內(nèi)的航程，這是自動雷達標繪儀的最基本功能，即所有各種型號的自動雷達標繪裝置都應具備，另一種自動雷達標繪裝置除了能顯示目標船的速度矢量外，還能顯示目標船的預測危險區(qū)(PredietedAreaofDanger簡稱PAD)，為了便地區(qū)別，把還能顯示預測危險區(qū)的自動雷達標繪裝置簡稱為PAD型自動雷達標繪裝置。
1、矢量型自動雷達標繪裝置目前除美國SPERRY公司的產(chǎn)品外，所有廠家生產(chǎn)的自動雷達標繪裝置都屬于這一類，雖然有的產(chǎn)品如美國RAYTHEON公司生產(chǎn)的RACAS，除了顯示目標船的速度矢量外，還能顯示目標船的可能碰撞點(PossiblePointofCollision簡寫PPC)，但為了與PAD型有所區(qū)別，也歸于這一類。各種產(chǎn)品的具體性能指標不完全相同，附加功能也多少不一。矢量型ARPA具有一個固定偏轉線圈的陰極射線管PPI(PlanepositionIndicator)顯示器。與基本雷達的顯示器一樣，矢量型ARPA顯示器有北向上、船首向上、真運動、相對運動等不同的顯示方式，矢量型ARPA，除了顯示目標回波外，還以矢量線方式預示被跟蹤目標的航向和速度，又用小亮點將矢量線分段，每一段相當于目標6分鐘航程，最少可出現(xiàn)1段(6分鐘)，最多可出現(xiàn)5段(30分鐘)，由操作者任選，矢量線可以是真運動速度矢量，也可以是相對運動速度矢量，操作者可在北向上和船首向上兩種不同的方向基準中任選一種，可在真運動和相對運動兩種不同的運動方式中任選一種，可在真矢量和相對矢量兩種不同的預示速度矢量中任選一種，這樣可搭配成8種不同的顯示模式，另外，在相對運動顯示時，還可使圖像中心與熒光屏中心一致，也可使圖象中心偏離熒光屏中心，故總共可有12種不同的顯示模式供操作者選用。
矢量型ARPA平面位置顯示器上，除了顯示代表目標未來運動的矢量線外，除了顯示代表目標未來運動的矢量線外，還能顯示代表目標以往運動的尾跡，其形式為5個點(小圓圈)，每兩點之間的間隔時間可由操作者選擇，選擇范圍為10秒至120秒。
矢量型ARPA錄取目標的方式有人工錄取和自動錄取二種，需要跟蹤的目標可以逐個由操作者指定(捕捉)，即人工錄取，也可由操作者規(guī)定搜索范圍，然后自動錄取，錄取后的目標，自動進行跟蹤，并顯示相應的符號和數(shù)據(jù)。錄取容量最多為40個目標，其中最多可要求24個目標顯示速度矢量。矢量型ARPA能跟蹤0.15至24海里。操作者可以選擇被跟蹤的目標，要求數(shù)據(jù)顯示器顯示該目標的距離、方位、速度、航向、CPA、TCPA。操作者還可在一定范圍內(nèi)預置CPA和TCPA安全界限，作為判定目標有無碰撞危險的依據(jù)條件，也即報警的條件。CPA界限的選擇范圍為0至6海里，TCPA界限的選擇范圍為6至30分鐘。機內(nèi)計算機對被跟蹤的目標進行計算，當算出的目標的CPA和TCPA小于操作者置定的安全界限，發(fā)出碰撞警報，其方式是蜂鳴器發(fā)出警報聲，同時警報燈亮，另外，在PPI顯示器上出現(xiàn)碰撞危險符號該符號，套在發(fā)生警報的目標上，以指示操作者對此目標加以注意。試操船是自動雷達標繪儀的一個重要功能，在實際執(zhí)行避讓措施以前，操作者可以先通過試驗(或稱模擬)，決定自己應該采取的措施。如

圖1所示，A為發(fā)生碰撞警報的目標，本船現(xiàn)在航向20°，操作者擬向右改向，按相應按鍵后，本船模擬速度矢量逐步向右轉向，此時目標船的位置并不隨試操船而改變，只是危險符號隨著作相應移動，當危險符號消失時，本船速度矢量所指的方向即安全航向。
2、PAD型自動雷達標繪裝置PAD型自動雷達標繪裝置的特點是，在其PPI屏幕上除了顯示一段相當于6分鐘的目標船速度矢量外，尚能顯示目標船的預測危險區(qū)-PAD;PAD原形一般是不規(guī)則的圖形，為了使PAD容易在PPI上顯示出來，以及考慮到PAD圖形的對稱性，實際應用中對PAD在形狀時行了簡化，早期產(chǎn)品CAS-101型ARPA，PAD用橢圓表示;最新產(chǎn)品CAS-Ⅱ型改成六角形。目前PAD型的ARPA是美國SPERRY公司的專利。
預測危險區(qū)的構成如圖2所示，A是某時刻目標船的位置，B是12分鐘后目標船的新位置，AB即12分鐘期間目標船的相對運動，AB的延伸線正好通過本船位置O，說明CPA為零，如不采取避讓措施，兩船將發(fā)生碰撞。自A點作AC平行于本船船首線。AC長度等于本船12分鐘航程，則CB即目標船12分鐘真運動航程，延長CB線即得目標船的真運動航跡線，它與船首線的交點即可能碰撞點(PPC)，以本船O為圓心，設定的CPA安全界限為半徑作一圓，自B點作該圓的兩條切線BM和BN，再以C為圓心，CA長為半徑。作一段圓弧交BM和BN的反向延長線于D及E，得CD及CE兩條連線，CE與CA夾角為α，CD與CA夾角為β，從△BCE知，如本船航向改為CE，目標的相對運動將沿著切線BM，如本船航向改為CD，目標的相對運動將沿著另一條切線BN，均能滿足CPA等于CPA安全界限，即只要本船的航向向右改變一個α角或向左改變一個β角，兩船就能安全通過。為此，自O點作CD的平行線交目標真運動航跡線于F點，線段FG即六角形PAD的長軸。在長軸FG兩側作兩條長軸平行線，作CE的平行線交目標真運動航跡線于G點，線段FG即六角形PAD的長軸，在長軸FG兩側作兩條長軸平行線，它們與長軸的距離都等于CPA安全界限，取FF1＝G1G＝1/4FG，過F1和G1各作一條FG的垂直線，它們與長軸GF的兩條平行線交于H、I、J、K四點，連FH、IG、GK、JF四線，即得六角形FHIGKJ。
如圖3所示，“+”符號代表本船位置，PAD型自動雷達標繪儀采用相對運動顯示模式。本船位置在PPI屏幕上不動，A和B兩條目標船，在屏幕上作相對運動，以目標船的位置為起始點，用一段點線表示目標船6分鐘的真速度矢量，并用一條實線延伸出去，實線的終端附近是本船與該目標的可能碰撞點(PPC)，以終端為中心，給出了六角形的預測危險區(qū)(PAD)，只要本船的船首線不穿過六角形，則本船與該目標船的會遇距離不會小于所設置的最近會遇距離界限。PAD的構成，前提是目標船保持速度不變，當本船船首線穿過某個目標船的PAD時，表示有碰撞危險，操作者只要改變航向使本船船首線不穿過PAD即可，即直接從PPI屏幕上可找出安全航向，而不必進行航向上的試操船(模擬改向)來找出安全航向;因為本船變速，或者他船改向變速時，原先PPI顯示的PAD圖形就發(fā)生變化，而必須重新計算PAD數(shù)據(jù)，因此PAD圖形不能直接提供變速避讓或變速轉向避讓措施，若采取變速或變速轉向避讓，則需進行試操作，試操船，PPI上顯示的是模擬后的態(tài)勢。因此PAD型ARPA有其不足之處。
本發(fā)明提供了一種新的避碰原理，以及基于此原理的ARPA系統(tǒng)的顯示方法-PSDT顯示方法，并應用此顯示方法構造出PSDT型自動雷達標繪裝置，為開發(fā)新型PRPA系統(tǒng)提供技術。
本發(fā)明技術內(nèi)容敘述如下一、預測危險矢量終點集合構成原理預測危險矢量終點集合(PredietedSetofDangerousTerminus簡稱PSDT)的構成是根據(jù)點的速度合成定理及矢量平面矢量分析而得出的。
如圖4所示，已知本船位置為O點，目標船位置為T點;本船航速為Vo，航向為Co;目標船航速為Vi航向為Ci，因為船舶是具有不能忽略的幾何尺寸的物體，以及雷達測量得到的信息有一定誤差，因此必須設定一個會遇安會距離CPA。以O點為圓心，CPA距離為半徑畫圓，此圓即為安全距離圈，過T點作安全距離圈的切線，得兩條表示安全通過時目標船相對運動軌跡界限線的矢線TG、TH，且TG、TH所表示的會遇結果是不同的，稍后再述，連結O、T兩點，得TO線，TO為會遇距離為零時目標船相對運動軌跡。過T點按目標船航向和航速作目標船N分鐘真運動速度矢量TB，過O點按本船航向和航速作本船N分鐘速度矢量OC，過O點按目標船航向和航速作目標船N分鐘真運動速度矢量OA，也可通過平移矢量TB得到矢量OA，N為設定的時間量，過矢量OA的終點A點，作與TG、TH分別平行的矢線，則矢線AD與矢線AF構成一區(qū)域，此區(qū)域是本船航向及航速組合構成碰撞危險時，本船位置為始點的本船N分鐘速度矢量的終點的集合，此集合為“預測危險矢量終點集合”。過A點作與TO平行的矢線，矢線方向與會遇距離為零的目標船相對運動軌跡線矢向相反，得矢線AE，矢線AE為會最近距離等于零時，本船位置為始點的本船N分鐘速度矢量的終點的集合，是判斷碰撞危險程度的標志線，稱之為零CPA線。
因為TB∥OA，AE∥TO，且｜OA｜＝｜TB｜，所以ABTO構成了平行四邊形，矢量TB的終點B點必在矢線AE上，即零CPA線上，這使得PSDT圖形與目標船真運動矢量聯(lián)系在一起，提供了識別PSDT與目標船回波間對應關系的方法，使PSDT應用于ARPA成為可能。
二、PSDT避碰方法(一)碰撞危險判斷如圖5所示，本船位置為O點，來船位置為T點，OA和TB為目標船的N分鐘真運動速度矢量，矢線AD與AF構成PSDT。
若本船N分鐘速度矢量為OC1，矢量終點C1在PSDT之外，連結A、C1兩點，得矢量C1A，則三角形OAC1構成了矢量三角形，C1A即為目標船N分鐘相對運動速度矢量，平移矢量C1A至目標位置T點，得矢量TA1，因矢量TA1處于兩條安全通過目標船相對運動軌跡界限線之外，所以，本船與目標船的會遇距離將大于設定的會遇安全距離，即無碰撞危險。
若本船N分鐘速度矢量為OC2，矢量終點C2在PSDT之外，連結A、C2兩點，得矢量C2A，則三角形OAC2構成了矢量三角形，C2A即為目標船N分鐘相對運動速度矢量，平移矢量C2A至目標船位置T點，得矢量TA2，因矢量TA2處于兩條安全通過目標船相對運動軌跡界限線之內(nèi)，所以，本船與目標船的會遇距離將小于設定的會遇安會距離，但大于零，即有碰撞危險。
若本船N分鐘速度矢量為OC3，矢量終點C3在零CPA線AE上，三角形OAC3構成了矢量三角形，矢量CA即為目標船N分鐘相對運動速度矢量，平移矢量C3A至目標船位置T點，得矢量TA3，因矢量TA3與TO重合，則可知本船與目標船的會遇距離為零，即碰撞存在，這也就是稱AE為零CPA線的原因。
從上述的論述可以下結論若本船速度矢量的終點處于PSDT內(nèi)則有碰撞危險;若本船速度矢量的終點處于零CPA線上，則碰撞存在;若本船速度矢量的終點處于PSDT外，則可安全通過。
避讓方法就是根據(jù)此原理，進行試操縱，使本船N分鐘速度矢量的終點避開所有PSDT圖形，則本船即可以不小于設定會遇安全距離的會遇距離讓請所有目標船。
(二)避讓會遇結果相對運動分析前面述及TG和TH兩切線，是兩船保持設定會遇安全距離安全通過時目標船相對運動軌跡界限線，但TG和TH兩相對運動軌跡線引起的會遇結果是不同的，即目標船左舷安全通過，或右舷安全通過，或目標船首向安全通過，或目標船尾向安全通過，設本船測目標船真方位為Bi，距離為Di;目標船航速為Vi，航向為Ci;本航航速為Vo，航向為Co;設定會遇安全距離為CPA。因為AF∥TG;AD∥TH，則通過對TG與TH兩條矢線相對運動軌跡所引起的會遇結果的分析，也就推斷出構成PSDT的兩條矢線AF、AD的避碰意義。
1、對遇及碰角接近180°的大角度交叉相遇若本船采取左轉向避讓，使本船速度矢量的終點避于PSDT，則本船將從目標船右舷以不小于會遇安全距離的會遇最小距離安全通過;若本船采取右轉向避讓，使本船速度矢量的終點避開PSDT，則本船將從左舷以不小于會遇安全距離的會遇最小距離安全通過。
2、追越及碰角接近0°的小角度交叉相遇若本船采取左轉向避讓，使本船速度矢量的終點避于PSDT，則本船將從目標船左舷以不小于會遇安全距離的會遇最小距離安全通過;若本船采取右轉向避讓，使本船速度矢量的終點避開PSDT，則本船將從目標船左舷以不小于會遇安全距離的會遇最小距離安全通過。
3、其它交叉相遇情況下假定以零CPA線為分界基準線，若本船速度矢量的終點從PSDT距本船較近的部分避開PSDT圖形，則本船將以不小于設定會遇安全距離過目標船尾向;若本船速度矢量的終點從PSDT距離本船較遠的部分避開PSDT圖形，則本船將以不小于設定會遇安全距離過目標船首向。如圖6所示，若本船速度矢量為OC1，則過目標船首向，若本船速度矢量為OC2，則過目標船尾向。
三、PSDT型ARPA系統(tǒng)避碰摸型設計為了使PSDT避碰原理能在ARPA系統(tǒng)中得以應用，就必須對PSDT進行簡化，使之適應實際避碰操縱。
前已述及，PSDT是一個由兩條矢線構成的區(qū)域，從集合概念來說，PSDT是無限元的集，如在PPI上顯示PSDT原形，則會引起圖形太大而充滿PPI，使得識別困難;因為PSDT中，并非整個區(qū)域都適合實際操縱需要，因此可舍去不適合實際操縱的部分，即對PSDT加以限制，使PSDT成為有限元的集。
實際避碰操縱中，船舶的航速是受到船舶本身特性(主機馬力，操縱性能等)限制和海域環(huán)境情況(風、流、及船舶密度等)的影響，船舶航速能夠達到的最大值，稱為可達最大航速，不同的船舶有著不同的可達最大航速，同一船舶在不同水域，其可達最大航速也不同，因此可用本船航速受限的方法，來限制PSDT，使PSDT成為有限元的集合。
如圖7所示，設目標船航速為Vi，本船可達最大航速為Vmax，本船位置為O點，目標船位置為T點，PSDT由AD、AF兩矢線構成。本船轉向不變速時速度矢量的終點的軌跡在平面上為一個圓。若直接采用本船可達最大航速等速圈與PSDT相交弧作為限制線，則限制后的PSDT圖形呈扇形，若利用垂直于零CPA線的線段，作為限制線，則限制后的PSDT圖形呈等腰三角形，當然限制后的圖形，須包含PSDT圖形位于本船可達最大航速等速圈內(nèi)的部分。
AE為零CPA線，在AE上找一點E1，過E1點用可達最大航速等速圈的切線，并使此切線與AE垂直，切線與AD、AF分別交于D1和F1兩點，則三角形AD1E1即為有限元集的PSDT。設切線與可達最大航速等速圈的切點為T1，因AE1⊥E1T1、OT1⊥E1T(OT1為可達最大航速等速圈半徑)，OT∥AE1，因而T點在OT1線上或延長線上。也可證得，除OT＝CPA時外，切線T1E1必與構成PSDT的兩條矢線AD、AF相交，使PSDT受到Vmax的限制而成為一等腰三角形，因本船速度Vo≤Vmax，則本船速度矢量的終點必在可達最本航速等速圈范圍以內(nèi)，因而受限后的PSDT滿足實際避碰操縱需要。
PPI實際顯示的符號如圖8所示，包括本船N分鐘速度矢量、目標船N分鐘真運動速度，呈等腰三角形的PSDT圖形和表示目標被跟蹤的波門，圖中PSDT頂點與目標船N分鐘真運動速度矢量終點相連的實線，是為了識別PSDT與目標船回波的對應關系而設置的，而且起著零CPA線的作用;圖中本船速度矢量從終點延長的實線，是為了方便從方位圈上讀取本船航向而設置的。
四、會遇安全距離的設置為了適應PSDT顯示方法的實際需要，對會遇安會距離的設置，在整機時，采用連續(xù)性會遇安全距離設置方法。
從PSDT構成原理可知PSDT圖形的頂角θ與會遇安全距離CPA及兩船距離CPA及兩船距離D的關系為CPA＝D·Sin (θ)/2一般地說，CPA為固定值，θ隨D的減小而增大;當θ過大時，PSDT圖形將大到充滿PPI顯示范圍，因此須對θ進行限制，使之不大于某一選定值θmax。那么，顯示的PSDT圖形將能滿足顯示的要求，連續(xù)性會遇安全距離設置方法，就是當方程
CPA＝D·Sin (θmax)/2成立時，即PSDT圖形的頂角等于θmax時，把θ作為固定值，而把CPA作為變量隨D變化而變化，當D繼續(xù)減小時PSDT圖形頂角θ保持為θmax，而CPA則連續(xù)地減小。
θmax選擇須根據(jù)具體情況而定，θmax越小，則產(chǎn)生CPA連續(xù)減小時的兩船距離越小，減小的變化率也越小。θmax選擇范圍為0°～180°在目標船數(shù)量較少時?？蛇x用較大的θmax，若目標船數(shù)量較多時，則須選用較小的θmax;若設定會遇安全距離為2海里，則須選稍大的θmax;若設定會遇距離為1海里以下，則可選稍小θmax，一般θmax選擇為128.3左右。
采用連續(xù)性會遇安全距離，由于難以從PPI上直觀地了解某一距離的目標船，采用何值作為計算PSDT顯示參數(shù)的CPA，因而在顯示目標船避碰參數(shù)時，可增加計算PSDT顯示參數(shù)的CPA值的CPA值的顯示。了解計算PSDT顯示參數(shù)所采用的CPA值，有助于對避讓效果作正確判斷。
會遇安全距離可從0、0.125、0.25、0.5、1、2數(shù)值中選定，θmax可從范圍0°～180°內(nèi)選定，然后通過鍵盤輸入，若未通過鍵盤對會遇安針距離和PSDT頂角最大值進行輸入，則會遇安全距離CPA為1海里，PSDT頂角最大值θmax為128.3。
五、碰撞報警及報警指示系統(tǒng)設置(一)碰撞報警判別式目前ARPA系統(tǒng)用于判斷碰撞危險的參數(shù)為最外會遇距離CPA、至最接近點時間TCPA，判別式為CPA∠CPAo，TCPA∠TCPAo，CPAo，TCPAo為安全界限值。
PSDT型ARPA系統(tǒng)判斷碰撞危險的參數(shù)除CPA、TCPA外，另加一參數(shù)D，即兩船距離。
設報警距離為Do，CPA安全界限為CPAo，TCPA安全界限為TCPAo，判別式為CPA∠CPAo，D∠Do;或CPA∠CPAo，TCPA∠TCPAo，則碰撞危險報警。
CPAo、TCPAo、Do有四組固定的組合供操作者選擇1、CPAo＝2海里，TCPAo＝18分鐘，Do＝6海里。
2、CPAo＝1海里，TCPAo＝12分鐘，Do＝3海里。
3、CPAo＝0.5海里，TCPAo＝9分鐘，Do＝2海里。
4、CPAo∠0.5海里，TCPAo＝6分鐘，Do＝1海里。
如果此四種組合都不符合操作者的要求，可通過鍵盤進行修改，CPA安全界限可在6海里以下選定，TCPA安全界限可在0～30分鐘內(nèi)任選，報警距離可在0～24海里內(nèi)任選。若Do值選為0，則報警判別式與目前的ARPA相同。
(二)報警指示系統(tǒng)報警形式有三種蜂嗚器叫，指示燈亮，PPI上目標船回波上顯示碰撞危險符號。當計算機計算出的被跟蹤目標的CPA、TCPA及檢測所得的兩船距離滿足碰撞危險報警條件，將發(fā)出危險目標報警。此時危險指示燈亮;在危險目標周圍顯示碰撞危險符號，且閃爍;數(shù)據(jù)顯示器自動顯示危險目標的CPA、TCPA、距離、航向、航速等避碰參數(shù);如果危險目標顯示矢量和PSDT圖形，則危險目標的矢量和PSDT圖形將不斷閃爍;蜂嗚器發(fā)出警報聲，發(fā)聲規(guī)律是快速連續(xù)3聲接著停4秒。操作者得知警報后，如果按一下警報解除鍵，警報聲的靜止時間將4秒增加到20秒，危險目標的矢量和PSDT圖形長顯，但碰撞危險符號閃爍;再按一下警報解除鍵，警報聲停響，碰撞危險符號長顯，讓清后所有碰撞危險報警信號消失。
六、影響PSDT避碰模型的因素從PSDT構成原理及PSDT避碰模型設計可知，影響PSDT的因素有目標船航向、目標船航速、目標船距本船距離、本船測目標船真方位、會遇安全距離;對于PPI上顯示的PSDT圖形，影響的因素還有設定本船最大航速Vmax、設定顯示矢量的時間標度N.PSDT頂角最大值θmax，本船航各及航速與PSDT無關。
本船最大航速的設定值，必須不小于當時船舶實際的航速值，如果設定值小于實際所能達到的最大航速值，那么增速避讓的航速不應大于設定值。
顯示矢量的時間標度N的設定，應根據(jù)當時選用的量程，θmax大小、Vmax大小的不同，選擇能使PPI顯示的符號清晰易辯為宜，N的單位為分鐘。當θmax較大時，選用的N值略小，當θmax較小時，選用的N值略大。當Vmax較大時，選用稍小的N值，當Vmax較小時，選用稍大的N值。當量程較大時，選用稍大的N植;當量程較小時，選用稍小的N值。
七、其它功能設置其它一些功能可參考CASⅡ功能設備。
電子方位線的設計，有特殊要求。PSDT型ARPA有兩條電子方位線，一條電子方位線的端點可在平面位置顯示器上任意位置鎖定，兩方位線可平行移動和旋轉;旋轉時以鎖定點為軸，兩方位線保持平行和間距;除一般功能外，數(shù)據(jù)顯示器能顯示兩方位線的間距，這樣設計電子方位線可用來從PPI上直接求取目標船最小會遇距離，驗證避讓效果，求取目標船相對運動線。方法是先使一條方位線的一端鎖定在本船速度矢量終點;并使此方位線與PSDT頂點相交，平移另一方位線與目標船真運動速度矢量的終點相交，則間距即為會遇距離若間距小于設定會遇安全距離，則有碰撞危險，反之，則能安全通過;若平移至目標船回波位置，則可求得相對運動線。
在PPI上，還能顯示代表目標以往運動的尾跡或PSDT頂點過去的位置(由操作者選用)，其形式為5個點，每兩點之間的間隔時間可由操作者選擇，選擇范圍為10秒至120秒。
量程值有1.5、3、6、12、24、海里五檔，由操作者選擇。
八、PSDT數(shù)學模型(一)坐標建立以本船位置為坐標原點O，正北方向為Y軸正向，正東方向為X軸正向，則在船舶運動軌跡平面上建立了XOY直角坐標系。如圖9所示。
(二)數(shù)學模型建立設本船航速為Vo，最大航速為Vmax，航向為Co;位置坐標O(O，O);目標船航速為Vi，航向為Ci，位置坐標T(Xi，Yi)。計算PSDT的會遇安全距離為CPA，顯示速度矢量為N分鐘的矢量，設T＝N/60;本船測目標船距離為Di，真方位為Bi。
1、本船N分鐘速度矢量OCO點坐標(O，O)。
C點坐標(Vo·T·SinCo，Vo·TCOSCo)。
2、目標船N分鐘真運動速度矢量TB。
T點坐標(Xi，Yi)，其中Xi＝Di·SinBi，Yi＝Di·COSBi，B點坐標(Xi+Vi，SinCi，Yi+Vi·COSCi);
3，PSDT圖形等腰三角形AD1F1及零CPA線AE1A點坐標(Vi·T·SinCi，Vi·T·COSi)，γ＝arcCOS(CPA/Di)，ao＝SinBi，bo＝COS(Bi+γ)，co＝Vmax·T
a1＝Sin(Bi+γ)，b1＝Cos(Bi+γ)，c1＝-Vi·T·Cos(Bi+γ-Ci)D1點坐標為( (bo·c1-b1co)/(ao·b1-a1·bo) ， (a1·co-ao·c1)/(ao·b1-a1·bo) )a2＝Sin(Bi-γ)，b2＝COS(Bi-γ)c2＝-Vi·T·COS(Bi-γ-Ci)F1點坐標為( (bo·c2-b2·co)/(ao·b2-a2·bo) ， (a2·co-ao·c2)/(ao·b2-a2·bo) )a3＝COSBi，b3＝-SinBi，c3＝Vi，T.Sin(Bi-Ci)E1點坐標為( (bo·c3-b3·co)/(ao·b3-a3·bo) ， (a3·co-ao·c3)/(ao·b3-a3·bo) )因E1點為D1F1的中點，則E1點坐標為( (XD1+XF1)/2 ， (YD1+YF1)/2 )九、ARPA符號在平面位置顯示器上，以實線形式顯示自PSDT頂點至以一標船位置為始點的目標船N分鐘真運動速度矢量終點的連線;以實線形式顯示呈等腰三角形的PSDT圖形，以點線形式顯示以目標船位置為始點的目標船N分鐘真運動速度矢量和以本船位置為始點的本船N分鐘速度矢量，以實線(或破折線)形式顯示以本船位置為始點的本船N分鐘矢量延長至平面位置顯示器邊緣的延長線;在本船矢量終點位置顯示一小圓，圓心為本船矢量終點，半徑為｛(1/60～1/30)×量程值｝海里。被跟蹤的目標外顯示二段圓弧(即波門);被錄取的目標外顯示一小圓，圓心為目標船位置，半徑為｛(1/30～1/15)×量程值｝海里;有碰撞危險的目標外顯示一正方形，正方形中心為船位置，邊長為｛(0.0471～0.0943)×量和值｝海里。以上的ARPA符號可采用CAS-Ⅱ型ARPA中的相應符號。
PSDT顯示方法及采用該方法的裝置的優(yōu)點。
1、PSDT顯示方法下，運動顯示方式為相對運動、真矢量，即本船在熒光屏上的位置是固定不動的，不隨著本船的航向和速度在屏上移動根據(jù)方向(航向)基準的不同，又有北向上和航向向上兩種顯示方式。量程有1.5、3、6、12、24海里五檔。按本船在PPI上位置不同又可分為中心顯示方式和偏心顯示方式。
2、采用PSDT可以直接自動地解決雷達標繪問題，正確地估計可能發(fā)生的碰撞危險，簡化操縱步驟、減少分析過程、提高安全性。
3、每個PSDT圖形，在PPI都以等腰三角形標志顯示。
4、每個PSDT中都有平分頂角的角平分線(或底的高)，即零CPA線，可用于判斷會遇距離的大小，即能在PPI上直觀判斷危險程度。
5、PSDT與本船航向和航速無關，因而，本船采取轉向和(或)變速時，對PPI上顯示的PSDT符號無影響。
6、從PPI上可以直觀地判斷本船與目標船的會遇情況，若本船速度矢量的終點的PSDT圖形內(nèi)，則有碰撞危險，即將小于設定的會遇安全距離通過。避讓操縱，即為使本船速度矢量的終點避開所有的PSDT圖形。
7、連續(xù)性會遇安全距離設置方法解決了當目標船進入安全距離圈后，PSDT圖形不存在的情況;解決了PSDT圖形過大而充滿PPI顯示范圍的情況。
8、采用本船最大航速對PSDT進行限制，使PSDT變成規(guī)則而合理的圖形。
9、采及CPA、TCPA、D三參數(shù)判斷碰撞危險，解決了目前ARPA采用CPA、TCPA二參數(shù)報警判斷的不足。
10、PSDT圖形顯示數(shù)學模型，相比PAD圖形的數(shù)學模型，要簡單，計算顯示參數(shù)所用的時間短，而提供的信息卻又比PAD多。
11、從PSDT頂點位置變化情況，能迅速反應出目標船是否機動。
實施本發(fā)明中PSDT顯示方法的最好方式，是先按照本發(fā)明提供的PSDT顯示模型編制成計算機程序，然后在制造PSDT型ARPA時得以使用。
實施本發(fā)明中PSDT型ARPA的最好方式，是采用美國SPERRY公司生產(chǎn)的CAS-Ⅱ型ARPA的整機設計，除控制面板部分、數(shù)據(jù)顯示部分，主處理機部分外，其它部分類同，如跟蹤器部分、視頻信號處理部分、平面位置顯示器部分等均相同;控制面板部分應增加控制按鍵。數(shù)據(jù)顯示部分應增加顯示數(shù)據(jù)的項目，主處理機部分中的計算PAD顯示參數(shù)的程序，應改成PSDT顯示參數(shù)的程序。因此在制造PSDT型ARPA時，應先對CAS-Ⅱ的技術進行研究。
權利要求
1.用于避碰操船系統(tǒng)或模擬避碰操船系統(tǒng)的自動雷達標繪裝置的顯示方法，其特征為運動顯示方式為相對運動、真矢量，利用簡稱為PSDT的“預測危險矢量終點集合”在船舶運動軌跡平面上所呈現(xiàn)的圖形及(或)零CPA線，提供船舶避碰操縱直觀信息；PSDT為本船任一航向及任一航速組合，與目標船構成碰撞危險時，本船位置為始點的本船速度矢量的終點的集合，零CPA線為本船任一航向及任一航速組合，與目標船構成碰撞時，本船位置為始點的本船速度矢量的終點的集合。
2.根據(jù)權利要求1所述的顯示方法，其特征為利用本船可達最大航速受限，對PSDT圖形進行限制。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的顯示方法，其特征為利用本船可達最大航速等速圈上的弧，對PSDT圖形進行限制，PSDT圖形呈扇形，扇形須包含PSDT圖形位于本船可達最大航速等速圈內(nèi)的部分。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的顯示方法，其特征為利用本船可達最大航速等速圈的一條垂直于零CPA線的切線，或垂直于零CPA線其它限制線，對PSDT圖形進行限制，PSDT圖形呈等腰三角形，等腰三角形須包含PSDT圖形位于本船可達最大航速等速圈內(nèi)的部分。
5.根據(jù)權利要求1至4所述的顯示方法，其特征為采用連續(xù)性會遇安全距離設置方法，若設定的PSDT頂角最大值為θmax，若設定會遇安全距離為CPAo，當兩船距離值D滿足D≤CPAo/Sin(θmax/2)時，計算PSDT圖形顯示參數(shù)的會遇安會距離值為D.Sin(θmax/2);θmax取值范圍為0°～180°。
6.根據(jù)權利要求1至5所述的顯示方法，其特征為在平面位置顯示器上，以實線形式顯示自PSDT頂點至以目標船位置為始點的目標船N分鐘真運動速度矢量終點的連線;以實線形式顯示PSDT圖形;以點線形式顯示以目標船位置為始點的目標船N分鐘真運動速度矢量和以本船位置為始點的本船N分鐘速度矢量;以實線(或破折線)形式顯示以本船位置為始點的本船N分鐘速度矢量延長至平面位置顯示器邊緣的延長線;在本船矢量終點位置顯示一小圓，圓心為本船矢量終點。
7.根據(jù)權利要求1至6所述的顯示方法，其特征為根據(jù)操作者需要，可顯示兩條電子方位線，一條電子方位線的一端可在平面位置顯示器任意位置鎖定，兩條電子方位線可繞鎖定點旋轉，并保持平行和間距，數(shù)據(jù)顯示器能顯示兩電子方位線的間距值。
8.根據(jù)權利要求1至7所述的顯示方法，其特征為，根據(jù)操作者需要，可顯示PSDT頂點過去的位置，其形式為5個點，每兩點之間的間隔時間可由操作者選擇，選擇范圍為10秒至120秒。
9.根據(jù)權利要求1至8所述的顯示方法，其特征為碰撞危險報警決定于會遇最近距離CPA，至最接近點時間TCPA和兩船距離D三個參數(shù);若設定會遇安全距離為CPAo，TCPA安全界限為TCPAo，報警距離為Do，則危險報警判別式為CPA∠CPAo，TCPA∠TCPAo;或CPA∠CPAo，D∠Do，滿足此判別式則報警。
10.根據(jù)權利要求1至9所述顯示方法的自動雷達標繪裝置，其特征為具有計算PSDT圖形顯示參數(shù)和控制平面位置顯示器顯示PSDT圖形和其它符號的計算機程序。
全文摘要
本發(fā)明涉及應用于船舶導航的自動雷達標繪裝置(ARPA)的PSDT顯示方法和采用此顯示方法的PSDT型自動雷達標繪裝置。顯示方法利用PSDT圖形提供船舶避碰操縱直觀信息，PSDT圖形是本船危險矢量終點的集合，對其顯示范圍限制后，呈等腰三角形；PSDT圖形不受本船航速及航向影響。PSDT型自動雷達標繪裝置把PSDT圖形顯示于平面位置顯示器上，在平面位置顯示器上，采用轉向或(和)變速操縱，使本船速度矢量的終點避開所有的PSDT圖形，即可安全通過。
文檔編號G01S13/93GK1039661SQ88104399
公開日1990年2月14日 申請日期1988年7月15日 優(yōu)先權日1988年7月15日
發(fā)明者嚴慶新 申請人:嚴慶新