07导航雷达第七章雷达目标跟踪与AIS
雷达操作与应用课程标准
《雷达操作与应用》课程标准课程代码：13013101课程类型：理实一体课课程性质：（必修课、限选课、任选课）适用专业：航海技术总学时：20一、课程性质与作用《雷达操作与应用》课程是航海类专业的专项训练课程，是根据STCW 公约马尼拉修正案《中华人民共和国海船船员适任评估规范》关于“雷达操作与应用”而设立的。
本课程的主要任务是培养学生掌握雷达操作方面的基本知识、雷达在船舶航行与避碰中的应用，使学生能够正确的使用雷达，判断局面从而实现避碰，使学生达到STCW公约马尼拉修正案和中华人民共和国海事局所规定的要求，能够满足船舶保安工作的需要。
二、课程目标通过本课程的学习，使学生或学员达到能通过海事局组织的培训合格证考试，取得适任评估证书。
（一）知识目标掌握雷达操作与应用的相关知识和技能；（二）能力目标1、能够正确使用雷达；2、能够雷达基本操作和设置、雷达定位、雷达导航、雷达人工标绘、雷达自动标绘、AIS报告目标及试操项目的学习，有助于船舶航行的安全。
（三）素质目标1、培养学生的动手操作能力；2、培养学生具备分析、判断和应变的能力；3、培养学生的自主学习和沟通能力。
三、课程设计理念与思路根据STCW公约马尼拉修正案及中华人民共和国海事局海船船员适任考试评估的有关要求，进行雷达基本操作和设置、雷达定位、雷达导航、雷达人工标绘、雷达自动标绘、AIS报告目标及试操项目的学习，通过评估，使学生或学员掌握雷达操作与应用的相关知识和技能并能正确进行操作和应用的能力。
四、教学进程安排学习项目学习任务课时1 雷达基本操作和设置任务一保持清晰观测目标的雷达操作方法1 任务二准确测量目标位置的操作方法2 雷达定位任务一雷达目标识别与定位目标的选择3 任务二雷达定位方法的选择任务三雷达定位目标测量方法与保证雷达定位的操作3 雷达导航任务一雷达平行线导航操作1 任务二雷达距离避险线导航操作任务三雷达方位避险线导航操作4 雷达人工标绘任务一转向避让措施6 任务二变速避让措施5 雷达自动标绘任务一目标捕获6 任务二目标跟踪6 AIS报告目标任务一AIS目标信息1 任务二雷达跟踪目标与AIS报告目标关联试操船任务一启动试操船的准备2 任务二试操船操作任务三获得有效的避碰方案任务四利用试操船确定恢复原航向和/或航速的时机总计20五、教学内容与要求项目名称雷达基本操作和设置课时 1教学目标知识目标掌握雷达各控钮的作用及操作要领能力目标应用所学知识，能学以致用素质目标掌握各种型号雷达的正确使用学习任务任务一保持清晰观测目标的雷达操作方法任务二准确测量目标位置的操作方法相关知识雷达的基本组成及各部分功能教学设备、工具与媒体雷达与ARPA实验室考核评价作业、提问项目名称雷达定位课时3教学目标知识目标掌握雷达定位的原理、定位误差等能力目标应用所学知识，能学以致用素质目标掌握不同的雷达定位方法学习任务任务一雷达目标识别与定位目标的选择任务二雷达定位方法的选择任务三雷达定位目标测量方法与保证雷达定位的操作相关知识距离方位定位基础知识教学设备、工具与媒体雷达与ARPA实验室考核评价作业、提问项目名称雷达导航课时 1教学目标知识目标掌握导航线的应用能力目标应用所学知识，能学以致用素质目标掌握各种型号雷达导航的正确使用学习任务任务一雷达平行线导航操作任务二雷达距离避险线导航操作任务三雷达方位避险线导航操作相关知识方位、距离避险线的使用教学设备、工具与媒体雷达与ARPA实验室考核评价作业、提问项目名称雷达人工标绘课时 6教学目标知识目标通过人工标绘获取他船基本信息，从而判断会遇态势能力目标应用所学知识，能学以致用素质目标掌握各种会遇态势下人工标绘的方法学习任务任务一转向避让措施任务二变速避让措施相关知识矢量三角形的原理及应用教学设备、工具与媒体雷达与ARPA实验室考核评价作业、提问项目名称雷达自动标绘课时 6教学目标知识目标能正确标绘物标并掌握各参数含义能力目标应用所学知识，能学以致用素质目标掌握各种型号雷达自动标绘的正确使用学习任务任务一目标捕获任务二目标跟踪相关知识ARPA自动标绘相关知识教学设备、工具与媒体雷达与ARPA实验室考核评价作业、提问项目名称AIS报告目标课时1教学目标知识目标AIS基本信息的输入、获取等能力目标应用所学知识，能学以致用素质目标掌握各种型号AIS的正确使用学习任务任务一AIS目标信息任务二雷达跟踪目标与AIS报告目标关联相关知识AIS工作原理教学设备、工具与媒体雷达与ARPA实验室考核评价作业、提问项目名称试操船课时2教学目标知识目标试操船功能设置及避让措施能力目标应用所学知识，能学以致用素质目标掌握各种型号试操船的正确使用学习任务任务一启动试操船的准备任务二试操船操作任务三获得有效的避碰方案任务四利用试操船确定恢复原航向和/或航速的时机相关知识转向和（或）避让示意图教学设备、工具与媒体雷达与ARPA实验室考核评价作业、提问六、考核评价本课程的考核与海事局的考核直接接轨，实操考核满分100分，60分合格。
导航雷达与AIS在军用舰船中的综合运用
导航雷达与AIS在军用舰船中的综合运用作者：柳林李明奇来源：《现代电子技术》2013年第17期摘要：导航雷达和AIS作为两种主要导航设备在现代船舶上有着广泛应用，对船舶的安全航行有着重要意义。
通过分析其各自优缺点，论述了在军用舰船中综合使用导航雷达和AIS 的必要性，提出了综合运用导航雷达和AIS保障舰艇安全航行及遂行各项任务的注意事项和基本方法。
关键词： AIS；导航雷达；军用舰船；综合使用中图分类号： TN967.7⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）17⁃0012⁃030 引言军用舰船是赋有特殊任务的船只，安全航行是其遂行作战训练任务的基础。
从以往各国的报道中可以看到，军舰触礁搁浅，军舰之间、军舰与民用船只之间相碰的事故不在少数，由于军舰一般设备先进，造价昂贵，且武器装备较多，危险性较大，一旦发生事故往往造成重大人员伤亡和财产损失，军舰作为一国武力象征，有时甚至会引起外交争端。
因此，军舰的安全航行一直是各国十分重视的问题。
导航雷达作为军用舰船的必要导航装备，在舰船安全航行方面发挥着重大作用。
AIS作为一种新型导航系统，具有其他导航设备不可比拟的优势，在军用舰船上加装AIS，综合运用AIS和导航雷达形成优势互补是保证舰船海上安全航行的重要途径。
1 导航雷达基本特点1.1 导航雷达优势传统的舰船导航主要靠目力观察，受气象条件及人为因素等方面限制，不易及时发现和跟踪目标，而有了导航雷达就大不相同，相对来说导航雷达受气象条件影响较小，精度高，反应快速，探测距离远，导航雷达的探测距离一般可以达到10～20海里。
随着电子计算机技术在航海上的推广和应用，导航雷达自动化程度也越来越高，功能更加完善，特别是导航雷达自动标绘仪的出现，大大提升了导航雷达操纵的简捷性，增加了避碰预警时间。
导航雷达用于近岸航行，特别是用于雾中航行和狭水道航行时，有较大优越性[1] 。
1.2 导航雷达局限性尽管导航雷达在应用中有上述优势，但其局限性也不容忽视。
浅析船用雷达和AIS的综合应用的优势与局限性
船用导航雷达和AIS综合应用的优势与局限性摘要：船用导航雷达和船舶自动识别系统（AIS）是两部重要的助航仪器，本文分析了导航雷达和AIS在单独使用时各自的功能和特点，并指出二者在综合应用中所表现出的优势和局限性以及针对其局限性的注意事项。
关键词：导航雷达、AIS、综合应用目前，全球经济趋于一体化，航运业迅猛发展，船舶数量急剧增加，于此同时海难、海损事故也随之增加，给广大海员的生命安全、国家财产和海洋环境造成严重威胁。
为加强航行安全，保护海洋环境，船舶间、船岸间信息的充分、快速、准确交换就显得尤为重要和突出。
一、船用导航雷达的功能和特点1.雷达在应用中的优势伴随船舶数量的激增，船舶碰撞事故的事故率也居高不下，因此，如何实现船舶间的协调行动，避免船舶碰撞就显得异常重要。
雷达作为船舶避碰的主要助航仪器，从出现至今一直发挥着重要的作用。
雷达是自主式导航设备，可以扫描到海面上的具有一定大小的物标并将其回波显示在雷达显示器上，从而将海面上物表和本船的相对位置关系清晰显示，让操作者获得较为全面的交通形式图像。
通过对物标船的标绘，可以判断物标船和本船是否存在碰撞危险，更可以求取避让措施，核实避让行动的效果。
传统的船舶避碰是用眼睛实际观察周围船舶的运动态势，进而凭借经验采取改向或变速措施来实现船舶间的安全避让。
不难发现，传统的避让方法受受能见度的影响较大，比如海上大雾天气，航海员仅凭肉眼能观测到的距离大大减小，有时会减小到几十米，就不能实现安全航行的目标。
而有了雷达就大不相同，雷达受能见度影响小，精度高（30米左右），决策时间短（通过雷达自动标绘仪—ARPA跟踪物标并求取避让措施仅需3-5分钟时间），雷达的探测距离可以达到10—20海里，驾驶员的工作负担大大减轻。
另一方面，当船舶发生碰撞事故时，在避让行动中得雷达观测信息可以作为海事调查的证据，给海事处理也带来了很大方便。
2.雷达在应用中的局限性尽管雷达在应用中有上述的优势，但其局限性也不容忽视。
关于AIS与雷达数据融合技术的研究
科学与信息化2020年4月中 27
信息化技术应用
TECHNOLOGY AND INFORMATION
无与伦比的价值，目前中短波广播工作所要面对的就是要一心 发展技术，保证中短波广播信号不会再因为各种干扰因素变得 寸步难行，积极发展新科技，完善中短波广播的工作漏洞，实 现真正的与时俱进，蓬勃发展。
参考文献 [1] 李旭朝.探析中短波广播发射台电磁干扰问题的控制方式[J].科
TECHNOLOGY AND INFORMATION
信息化技术应用
关于AIS与雷达数据融合技术的研究
康隽永 孙文杰 交通运输部北海航海保障中心秦皇岛航标处 河北 秦皇岛 0只航行中的重要导航技术，二者之间具有一定的差异性，在数据采集上也各有侧 重。本文先是简单介绍了雷达与AIS技术，接下来分析了数据融合技术，最后简单阐述了雷达与AIS数据融合的系统 设计方案。 关键词 雷达；AIS数据；融合技术
3 雷达与AIS数据融合系统设计 AIS技术与雷达技术的优缺点决定着二者之间的数据是可
以互补的，在单一技术很难保证数据质量的前提下，将二者结 合就是提高数据精度的有效方式。
3.1 系统体系结构设计 雷达与AIS技术都是能够获取多个方位数据信息的技术， 二者采用的获取信息的方式还具有差异性，所以为了将二者探 测到的数据进行融合处理，首先就需要将二者获取的数据转化 为相同的格式，即将二者获取的数据转换到同一坐标系上进行 整合，这也是将数据进行融合的前提。同时也要将二者获取的 数据进行时间上的整合，保证接收到的数据是两个系统在同一 时间获取的，这样在进行数据整合处理时才能够有效的提升数 据的精确性，提升船只获取数据的整体性能。 3.2 时空配准 为了保证将雷达与AIS技术获取的数据在进行有效整合， 保证二者获取数据的时间在一个点上是非常重要的，而二者获 取数据的时间长度是不同的，这就需要采用一定的方式将二者 的数据统一到同一时间长度上，可以采用最小二乘法的方式将 二者的时间长度进行统一。同时在保证时间统一的同时，也要 保证二者接收的数据能够在同一个数学坐标系上进行处理，可 以使用高斯—克吕格投影法将AIS的经纬度信息统一变换到直 角坐标系中，坐标原点定义为航迹的实时位置。 3.3 航迹相关 雷达与AIS技术在测量数据对运动目标的数据追踪上也是 存在差异的，为了判断二者测量的数据是否为同一个目标，判 断二者测量航迹的性惯性是一种有效的方式。所以在二者获得 一个物体的数据后，需要分别对其进行计算分析得到探测到的 目标轨迹，将这两个测算出的数据整合到一个坐标系中计算器 相关性，确定是否为同一目标。 3.4 点迹合并
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
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。
雷达操作与应用_评估指南0508
船员评估指南
注：1、该评估内容在真实雷达上操作，部分内容可采用口述方式进行；
2、该评估内容为必考，满分100分，得分60分及以上为及格，但成绩不计
入总分；
3、该评估内容须在5分钟内完成；
4、该评估内容为“雷达操作与应用”项目的基本内容，未及格者不得进行
该项目的后续其它内容的评估。
船员评估指南
注：
1 评分标准
①操作正确、熟练，回答问题完整准确：100%；
②操作正确、比较熟练，回答问题基本准确：80%；
③操作正确、熟练程度一般，回答问题尚准确：60%；
④操作较差，回答问题错误较多：40%；
⑤操作差，回答问题基本不正确：20%；
⑥无法完成操作，不能回答出问题：0。
2 本部分评估考试内容共4项，满分100分，60分及以上及格。
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。
1VTS中雷达和AIS的应用
波；收发共用同一天线。
◆型式： 波导开缝天线。 ◆技术指标：增益GA、水平波束宽度、垂直波束 宽 度、旁瓣电平、极化、转速等。 ◆对雷达使用性能影响：雷达最大作用距离、最小
作用距离、目标方位测量精度、方位分辨
力。
2.5.4 显示器
◆作用：将接收机接收处理后的回波视频进行 显示。 ◆型式：早期为PPI（平面位置显示器），极坐 标扫描；现一般采用综合TV显示器。
益、动态范围、抗干扰性等。
◆对雷达使用性能影响：影响目标发现能力 （最大作用距离）、测量精度和距离 分辨力。
接收机框图
低噪声射频放大器、前置中频放大器和镜频抑制混频器
保证了接收机具有低噪声、高灵敏度性能。
所采用的对数放大器动态范围可高达125dB以上。
2.5.3 天线
◆作用：按一定方向特性向空间辐射（接收）电磁
脉冲重复频率f（重复周期T）：一般为400 ～
5000Hz。
工作频率f0（载波频率）：一般为9375MHz,与
波长λ0的关系为c= f0λ0，c为光速。
矩形调幅脉冲宽度τ：一般0.05～1μs，最窄为
0.04，影响目标的测距精度和距离
分辨力。
2.5.2 接收机
◆作用：检测并处理来自天线的微弱射频回 波信号，输出视频回波。 ◆型式：全固态化。 ◆主要技术指标：灵敏度Prmin 、带宽、增
围（通视距离）、最大作用距离、测量精 度、 分辨力等；每项使用性能指标与几 项技术性能指标相联系。在雷达安装完成 后测定。 技术性能指标：表示雷达分机及全机的技术性能 和质量，是实现雷达使用性能的技术保 证，在机器出厂前测定。 SAT： VTS工程完成后进行的系统现场测试，包 含对雷达使用性能指标的测试。
详细介绍AIS的概况 ppt课件
二〇〇五年十月十四日
ppt课件
10
AIS雏形－SOTDMA技术
• ������ 瑞典的Hakan Lans先生以个人名义申请了这种技 术的专利，并把他的专利卖给了当时属于瑞典航天公 司的GP&C（全球定位和通讯）公司。后来该公司被 SAAB公司收购。
三、各有关船公司要主动和船舶检验部门沟通，根据船舶数量制定船 舶的AIS安装计划，确保按要求将AIS安装上船。
四、所有安装上船的AIS产品需经过船用产品型式认可并具有经船舶 检验机构颁发的产品证书；船舶检验部门要严格把关，确保产品和安装 满足规范要求。
五、各直属海事局、地方海事局要作好船舶安装的督促工作， 2006年 5月1日起开始检查AIS的安装情况，对未按要求安装AIS的船舶禁止离港。
雷达扫描系统
ppt课件
3
雷达的劣势
航海雷达只能探测目标船的位置、平均速度和航（迹） 向，不能获取目标船的即时速度和船首向。
存在近距盲区，近距目标图像和数据不能显示（船用 雷达一般为10-50m）。
障碍物和大船对其后的小目标遮挡较严重。
受海浪暴雨干扰，丢失小目标。
信息量有限，不能提供目标船标识和航行状态等信息。
采用（本船动静态信息+通信）方法，向外播 发本船信息并接收他船信息。上述（1）-（5） 问题均能解决，且造价低。这是一种技术变革： 目标跟踪方法的技术变革，船舶避碰手段的技 术变革。AIS是这种变革的产物。
ppt课件
6
AIS的产生过程
（1990—1992） VHF/DSC应答器
（通过VHF/DSC将本船 信息传给询问对方）
AIS与网络基础培训
导航雷达雷达目标跟踪与AIS
二、雷达目标跟踪基本原理
六 目标跟踪流程
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 ,
二、目标捕获
船舶大小
500 GT以下
500 GT至10 000 GT以下 及10 000 GT以下高速船
所有10 000 GT 及以上船舶
最少捕获雷达目标数
20
30
40
SOLAS公约雷达最少捕获跟踪目标数量
一 人工捕获
人工捕获目标时,应遵循驾驶员最关注目标优先捕获,即船首 相对方位330~ 30 、右舷 相对方位0~112.5 、近距离 8 n mile以内的范围 的原则,船首、右舷、近距离三者无先后顺序,应当结合当时海面状况综合判断,
第四次扫描
目标输出窗口
第五次扫描
探测位置
滤波位置
估算位置
跟踪窗
发现目标重新跟踪
ARPA目标跟踪原理
位置滑动滤波停止
窗口放大跟踪位置来自窗口缩小窗口稳定
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, 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,
雷达操作与应用实训指导书
雷达操作与应用目录雷达操作与应用评估规第一章雷达基本操作与设置第二章雷达观测、定位第三章雷达导航第四章雷达人工标绘第五章雷达自动标绘第六章AIS报告目标第七章试操船雷达操作与应用评估规（适用对象：9205、9206 500总吨及以上二/三副、9209未满500总吨二/三副）1.评估目的通过评估，在真实的雷达设备和/或雷达模拟器上，检验被评估者雷达观测、雷达导航和雷达避碰的设备操作和应用能力。
本评估满足STCW公约马尼拉修正案及中华人民国海事局海船船员适任考试评估的相关要求。
2.评估容2.1 雷达基本操作与设置2.2 雷达观测2.3 雷达导航2.4 雷达人工标绘2.5 雷达自动标绘2.6 AIS报告目标2.7 试操船3.评估要素及标准（1）评估要素3.1 雷达基本操作与设置3.1.1 保持清晰观测目标的雷达操作方法①雷达开机前准备工作②雷达开机、核实传感器数据、并调整在最佳观测状态的操作③根据气象海况和航行环境保持清晰观测目标的操作④雷达关机操作3.1.2 准确测量目标位置的操作方法①准确测量目标距离的操作②准确测量目标方位的操作3.2 雷达定位①在评估要素3.1的基础上，雷达目标识别与定位目标的选择②雷达定位方法的选择③雷达定位目标测量方法与保证雷达定位精度的操作3.3 雷达导航①雷达平行线导航操作②雷达距离避险线导航操作③雷达方位避险线导航操作3.4 雷达人工标绘3.4.1转向避让措施①观测并标绘目标船的相对运动线②求取目标船的航向、航速、CPA及TCPA③判断本船所处的局面④根据规则的规定拟定转向避让措施⑤根据转向不变线判断本船转向后来船的相对运动线的变化方向⑥通过标绘求出具体转向角并核查是否会导致另一紧迫局面⑦操纵船舶进行转向避让⑧核查转向避让效果并判断他船行动⑨求取恢复原航向的时机并采取措施⑩分析产生误差的原因3.4.2变速避让措施①观测并标绘目标船的相对运动线②求取目标船的航向、航速、CPA及TCPA③判断本船所处的局面④根据规则的规定拟定变速避让措施⑤判断本船变速后来船的相对运动线的变化方向⑥通过标绘求出变速幅度并核查是否会导致另一紧迫局面⑦操纵船舶进行变速避让⑧核查转向避让效果并判断他船行动⑨求取恢复原航速的时机并采取措施⑩分析产生误差的原因3.4.3停船避让措施①观测并标绘目标船的相对运动线②求取目标船的航向、航速、CPA及TCPA③判断本船所处的局面④根据规则的规定拟定避让措施⑤判断本船停船后来船的相对运动线的变化方向⑥通过标绘求出停船时机（应考虑冲程的影响）并核查是否会导致另一紧迫局面⑦操纵船舶进行停船避让⑧核查转向避让效果并判断他船行动⑨求取恢复原航速的时机并采取措施⑩分析产生误差的原因3.5 雷达自动标绘3.5.1 目标捕获①CPA/TCPA设置准则②目标捕获的含义，建立初始跟踪的过程，目标运动趋势数据的获取③目标手动捕获和自动捕获在不同航行环境中使用的基本原则及其优势与局限性④自动捕获设置方法及抑制区的合理使用3.5.2 目标跟踪①目标稳定跟踪条件判断，目标预测运动数据的获取及其精度判断②在可能发生目标丢失和目标交换条件下的雷达观测与操作③判断目标危险的方法及其操作④本船机动和目标机动对雷达数据的影响3.6 AIS报告目标3.6.1 AIS目标信息①识别AIS休眠目标、激活目标、被选目标、危险目标、丢失目标和轮廓目标②获取AIS目标信息3.6.2 雷达跟踪目标与AIS报告目标融合①AIS辅助雷达避碰的操作②雷达跟踪目标与AIS报告目标融合条件的选择3.7 试操船①启动试操船的准备②雷达跟踪目标与AIS报告目标试操船方法及其操作③判断试操船结果的可行性④利用试操船确定恢复原航向和/或航速的时机（2）评估标准：①操作正确、熟练，回答问题完整准确：100%；②操作正确、比较熟练，回答问题基本准确：80%；③操作正确、熟练程度一般，回答问题尚准确：60%；④操作较差，回答问题错误较多：40%；⑤操作差，回答问题基本不正确：20%；⑥无法完成操作，不能回答出问题：0。
浅谈AIS与雷达目标信息融合
浅谈AIS与雷达目标信息融合摘要给出AIS和雷达目标信息融合问题的提出背景及模型的建立后，介绍主要用的信息融合方法即粗糙集与神经网络，简单概述粗糙集和人工神经网络，然后对粗糙集与人工神经网络相结合的可行性进行归纳总结，得出将粗糙集和神经网络结合起来的融合方法是可行的。
关键词AIS；雷达；信息融合；粗糙集；神经网络传统的雷达曾是海上监控系统的一个里程碑。
但由于传统雷达的局限性，决定了它所能提供的是非常小量的信息。
而船舶自动识别系统（AIS）能提供的信息有很多的优点，足以弥补雷达数据的缺陷。
但就现阶段来说，雷达在航海技术中又是无可替代的。
因此，为给船舶航行提供更精确可靠的信息，我们需要将AIS与雷达结合起来，把他们的数据进行综合处理，取长补短，为船舶的安全航行和港口对船舶更好的管理提供质量更高的数据。
AIS与雷达系统对目标的监测跟踪相比，AIS具有下列优点：1）信息量大，可提供雷达所不能提供的大量船舶动态信息，节省自动避碰系统的计算时间和存储容量。
2）信息来源可靠，误差小。
3）不间断地提供动态信息。
4）自主运行，无需人工监控。
虽然AIS具有上述优点，但仍有它的局限性，因而它并不能取代雷达系统，这是由于：1）不是所有船舶都安装了AIS，所以雷达系统还是不可或缺的。
2）雷达系统是自主的监测跟踪手段。
在VTS中心，无论船舶上是否装备AIS或雷达，或它们是否正常工作，雷达系统对目标的监测跟踪均不受影响；对一些突发性交通事故的监测、记录，雷达系统更能发挥作用。
3）雷达系统可以得到水域的全景交通图像，除了所有的运动目标，还有静止和固定的目标，如助航设施等。
4）AIS提供的位置数据来自于GPS/DGPS数据，而GPS/DGPS数据是GPS/DGPS 天线所在点的船舶运动数据，恢复成图像时该船只是一个点，而雷达目标回波在一定程度上可反映目标的大小和形状。
5）虽然目前AIS设备中的船位信息来源于GPS/DGPS设备，精度较高。
航海仪器雷达目标跟踪与AIS目标报告介绍课件
03
雷达目标跟踪系统通 常包括雷达接收机、 信号处理单元、目标 识别单元和跟踪控制
单元等部分。
04
雷达目标跟踪系统 可以实时显示目标 的运动轨迹，为船 舶航行提供安全保
障。
雷达目标跟踪技术
01
原理：利用雷达信 号对目标进行探测、
识别和跟踪
04
发展趋势：智能 化、集成化、网
络化
02
技术特点：实时、 准确、抗干扰
04
指导学员进行实际操作， 并解答学员的问题
课件学习收获
01
掌握雷达目标跟踪的原理和方法
02
熟悉AIS目标报告的作用和意义
03
学会使用航海仪器进行目标跟踪和AIS目标报告
04
提高海上航行的安全性和效率
谢谢
航海仪器雷达目标跟踪与 AIS目标报告介绍课件
演讲人
目录
01 航 海 仪 器 雷 达 目 标
跟踪
02 A I S 目 标 报 告 介 绍
03 课 件 内 容 总 结
1
航海仪器雷达目标 跟踪
雷达目标跟踪原理
01
雷达目标跟踪是通 过雷达系统对目标 进行探测、识别和
跟踪的过程。
02
雷达目标跟踪的原理 是利用雷达发射的电 磁波对目标进行照射， 然后接收目标反射的 电磁波，通过分析反 射信号的强度、频率、 相位等信息，判断目 标的位置、速度和方
标
实时更新：实时更 新目标位置、航向、
速度等信息
报警功能：当目标 接近或离开设定区
域时，发出报警
数据存储：存储目 标历史数据，便于
查询和分析
交互式操作：支持 用户自定义目标参
数和显示方式
集成导航：与导航 系统集成，提供更
基于AIS的对海雷达多目标融合跟踪方法
基于AIS的对海雷达多目标融合跟踪方法贺丰收;缪礼锋;陶飞翔;张存【摘要】针对海面密集目标跟踪时数据关联难度大且跟踪精度不高的问题,提出了一种基于船载自动识别系统(AIS)信息的雷达航迹融合方法.首先,根据AIS测量值和雷达的测量噪声等级确定融合系数,保证融合数据的合理性;然后,使用融合后的航迹对雷达测量值作双波门的数据关联处理,优化数据关联方法,提高源于目标测量值的置信度,降低虚警和杂波的影响,进一步提高航迹的稳健性和跟踪精度;最后通过仿真和实测数据证明了所提方法的有效性和优越性.%For the great difficulty of data association and low tracking accuracy in the intensive target tracking of sea surface,a track fusion method based on automatic identification system (AIS) information is proposed in this paper.Firstly,the fusion coefficients are calculated according to the measured value of AIS and the measurement noise level of radar,which can ensure rationality of fusion data.Then the data association of double gates is made by use of the fusion track for the measured value of radar,which can optimize the data association method,improve the confidence level of target measurement value,and reduce the influences of false alarm and clutter.Thus,the track robustness and the tracking accuracy are improved.Finally,the validity and superiority of the method is proved by simulation data and actual measurement data.【期刊名称】《雷达科学与技术》【年(卷),期】2017(015)002【总页数】6页(P153-158)【关键词】海面密集目标跟踪;航迹融合;AIS信息;数据关联【作者】贺丰收;缪礼锋;陶飞翔;张存【作者单位】中航工业雷华电子技术研究所,江苏无锡214063;中航工业雷华电子技术研究所,江苏无锡214063;中航工业雷华电子技术研究所,江苏无锡214063;中航工业雷华电子技术研究所,江苏无锡214063【正文语种】中文【中图分类】TN953;TN957在含杂波或多目标背景条件下,数据关联是对目标进行稳定及正确跟踪的关键技术[1-3]。
AIS PPT课件
报告间隔 3 min1
锚/靠泊船，速度>3节 航速<14节 航速<14节变向 航速14－23节
10 sec1 10 sec1 3⅓ sec1 6 sec1
航速14－23节变向
2 sec
航速>23节
2 sec
航速>23节的变向
2 sec
注1：当船载AIS确认为同步标识台时，其动态信息更新间隔为2 sec。
IMO编号(有的船没有) 人工输入 设备安装 无变更
船长和船宽
人工输入 设备安装 若改变，重新输入
船舶类型 定位天线的位置
人工选择 人工输入
设备安装 设备安装
若改变，重新选择
双向船舶换向行驶时或 定位天线位置改变时
信息更新间隔：6min / 更新或被询问时，立即更新
2020/3/29
可编辑
10
Passenger ship
2020/3/29
可编辑
8
船载AIS信息
AIS
基本信息：自动播发与接收（A&B类）
静态信息
基
动态信息
本
航行相关信息
原 安全相关消息（B类只收不发）
理
2020/3/29
可编辑
9
静态信息
信息标称
输入方式 输入时机
更新时机
MMSI
人工输入 设备安装 船舶变更国籍买卖移交时
呼号和船名
人工输入 设备安装 船舶更名时
可编辑
传统VTS
VTS通过瞭望、雷达 和 无线电话获得船舶信息, 工作强度大，易失误，盲 区，丢目标，不了解周围 水域状况
4
AIS分类
AIS
固定设备
基 站 Base station
雷达与AIS信息融合综述
自动识别系统（Automatic Identification System, AIS）作为一种新型的助航系统，由于具有在船舶之 间自动进行船舶信息交换和船舶识别的基本功能，将 从根本上增进船舶航行安全，提高船舶交通管理系统 （Vessel Traffic Services, VTS）的服务和监控能力。 但是作为自主的对环境具有全景式监测能力的探测设 施，雷达的功能仍然是独特的和不可替代的。通过雷 达与 AIS 的信息融合，构成的船舶航行与安全信息系 统，能够实现两者的优势互补，从而对船舶航行安全 发挥更大作用[1-28]。雷达和 AIS 信息融合的前提是两 者信息的时间、空间统一，关键是航迹关联判定，目 的是形成最终航迹[9-10]。
表1雷达与ais的信息特点比较雷达ais所有目标可见包括海岸固定或漂浮目标存在雷达盲区受气象地形和海况的影响大跟踪的目标数不受限制所有目标数据都有高且相同的刷新率多目标处于近距离时易造成目标丢失或误跟踪数据精度不高信息量少只有配备了ais设备的目标可见不存在盲区受气象地形和海况的影响小跟踪的目标数有一定限制目标数据的刷新率由目标的运动速度和转向率决定在限定的目标数内不会出现问题数据精度高信息量大图中tr表示雷达探测到的目标位置ta表示ais提供的目标位置rx表示雷达目标位置数据的直角坐标ax表示ais目标位置数据的直角坐标
航迹关联算法通常可分为两类[3,9-10,13,21,24,26-28]：一 类是基于统计的方法，另一类是基于模糊数学的方法。 基于统计的关联算法主要有加权法、修正法、序贯法、 统计双门限法、最近邻域法、K 近邻域法、修正的 K 近邻域法、经典分配法和广义分配法等。基于模糊数 学的方法主要有模糊双门限法、模糊综合函数法、模 糊综合决策法和模糊经典分配法等。 4.1 基于统计的航迹关联
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真矢量应用二：判断碰撞危险
T3 T1
真矢量末端间距若小于 CPALIM，则有碰撞危险
真矢量判断碰撞危险不如相对矢 量直观方便，仅适合单船避碰。
（三）过去位置（Past Position）
过去位置是指目标（包括雷达和AIS报告目标） 及本船等时间间隔的过去（历史）位置标记。分 为：真过去位置和相对过去位置。
人工捕获具备如下特点：
（1）可按航行态势和航行需要逐个捕获目标，目的明确，针 对性强。
（2）可根据雷达观测经验，在复杂的回波环境中辨识和捕获 目标，避免捕获杂波、假回波和不需要捕获的目标。
（3）如驾驶员疏忽视觉及雷达瞭望，可能会遗漏相关目标， 造成漏警。
（4）操作过程费时，随着航行态势不断变化，对新出现的相 关目标或丢失后需再次捕获的目标需要额外操作，增加驾驶 员工作负担。
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；
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
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。
（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；
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。
（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。
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。
自动捕获功能具有以下特点：
（1）捕获速度快，可应付多目标快速逼近复杂会遇局面中及时 捕获目标的需要。
（2）能根据驾驶员自动捕获区和排除区的设置，按照优先方案 捕获目标。
（3）如果捕获区设置不合理，容易过多地捕获没有跟踪意义的 目标，浪费系统资源，分散驾驶员注意力。
（4）会误将干扰杂波、陆地或岛屿等当作有用目标捕获，造成 虚警。
（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。
2．本船艏向设置
确认雷达艏向复示器的读数应与本船艏向发送装置的示 数保持一致且随动正常。按照性能标准要求，在艏向信息失 效后1 min内，雷达应自动切换至艏向上不稳定模式，目标跟 踪功能停止工作。
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
近岸航行时，结合上述因素考虑安全界限，CPA LIM可为 1~2 n mile，TCPA LIM通常为12 n min以上；
狭窄水域航行时，雷达避碰的局限性比较大，特别当CPA LIM设置小于0.8 n mile仍然无法满足航行要求时，雷达目标跟 踪信息只能作为参考，驾驶员应考虑其他避碰手段。
二、目标捕获
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
（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。
（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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、雷达目标跟踪基本原理
（二）矢量（Vector）
矢量是根据目标位置和本船CCRP位置，预测目 标和本船未来一段时间（时间长度可调）运动的线段。
相对矢量显示
真矢量显示
两种矢量适用范围：
相对矢量适合目标危险判断，真矢量适合在采取避碰行 动时掌握航行态势，做出避碰决策。
CPALIM圈
相对矢量应用1： 判断碰撞危险
CPA
相对矢量应用2： 估算CPA和TCPA
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。
SOLAS公约雷达最少捕获跟踪目标数量
船舶大小
500 GT以下
500 GT至10 000 GT以下
及10 000 GT以 下高速船
所有10 000 GT 及以上船舶
最少捕获雷达 目标数
20
30
40
（一）人工捕获
人工捕获目标时，应遵循驾驶员最关注目标优先捕获，即 船首（相对方位330~ 30） 、右舷（相对方位0~112.5 ）、 近距离（8 n mile以内的范围）的原则，船首、右舷、近距离 三者无先后顺序，应当结合当时海面状况综合判断。
BCR
相对矢量应用3： 估算BCR和BCT
20min后目标 的位置
相对矢量应用4： 预测目标未来的位置
真矢量应用一：直观地判断会遇态势
T2
T3
T1
T4
本船与目标T1成交叉态势，本船 为直航船，目标T1为让路船；
本船与T2同向同速，互不影响；
本船与目标T3成交叉会遇态势， 本船为让路船，目标T3为直航船；
（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 。
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。
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。