雷达在船舶避碰中的局限性研究论文+开题+综述.docx
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雷达在船舶避碰中的局限性研究论文+开题+综述
开题报告
航海技术
雷达在船舶避碰中的局限性研究
1、选题的背景与意义
随着世界船舶数量不断增加及船舶向大型化和高速化方向发展,世界重要水域越来越拥挤,海损事故时有发生,给船舶航行安全造成了巨大的威胁。
同时,海上交通环境因此日趋复杂,船舶航行的密度越来越大,航道与港口水域变得相对狭窄,使得船舶操纵问题越来越突出,船舶碰撞、搁浅触礁事故时有发生,这些事故的发生,不仅造成了重大的人员伤亡、巨大的财产损失,而且对海洋坏境构成严重的威胁。
因此,提高船舶航行安全,防止及控制船舶对海洋环境的污染,成为当前IMO(国际海事组织)和各国主管部门的当务之急。
所以IMO和各国主管部门采取制定和实施避碰规则,强制配备必要地助航设备,建立VTS(船舶交管系统)和船舶报告制度等措施管理船舶安全航行,其中助航设备中雷达起着至关重要的作用,其中雷达在船舶避碰中起着很大的作用,如雷达在《1972国际海上避碰规则》中的《瞭望》条款中对碰撞危险作出充分的估计、《安全航速》条款中决定安全航速以及在《碰撞危险》条款中判断碰撞危险时的各种应用。
可见,雷达对航行安全是多么的重要。
但是雷达依然存在一定的局限性。
船用雷达的使用性能主要有:
最大探测距离、最大作用距离、最小作用距离、图像距离与方位分辨率、测量距离与方位的精度、抗杂波干扰能力、环境适应性和可靠性等。
这些使用性能是雷达探测能力的标志,是航海使用者所关心的指标。
船用雷达的使用性能除了与雷达本身的各项技术指标(如工作波长、脉冲宽度、发射功率、接收机灵敏度、天线波束宽度等)有关外,还受外在因素(例如大气折射、海面反射及外界干扰波等)等的影响。
只有深刻理解了雷达使用性能与影响影响因素之间的关系,才能真正掌握所使用雷达的探测能力及其局限性,做到心中有数,从而正确判断和使用雷达提供的回波信息,以保证船舶航行安全。
二、研究的基本内容与拟解决的主要问题:
.研究的基本内容:
(1)本文的选题背景及研究的意义
(2)研究产生雷达局限性的原理,包括产生局限性的原因及分类
(3)对产生局限性的原因详细的分析和研究
(4)通过研究提出雷达在避碰中局限性的一些解决措施
(5)得出结论及展望
(6)列出相关参考文献
拟解决的问题
(1)通过研究航海雷达的测量精度,提高精度的措施
(2)通过研究雷达在船舶避碰中的局限性,进一步提出有效指导驾驶员的方法
(3)提出避免因这些局限性可能造成船舶紧迫局面或碰撞危险的解决方案
(4)与其他助航设备结合使用以提高雷达的精度,得出可以避免或减少雷达局限性的相关措施
三、研究的方法与技术路线:
研究方法:
(1)通过导师的指导和同学之间的交流及结合自己所学内容来进行研究
(2)通过图书馆文献及资料查询,查阅相关的文献,借鉴并吸收其中与本文有关的内容进行研究
(3)通过对一些实例的分析研究进一步得出相关的结论
技术路线:
通过指导老师的指导、阅读大量与本论文相关的资料后,发现问题并对问题进行阐述,进一步对问题研究并进行系统的理论分析,最后提出有效、合理、符合实际的解决方案。
四、研究的总体安排与进度:
2010.11.20-12.24学生撰写文献综述、开题报告,并上交两份开题报告打印稿。
2010.12.25-12.31毕业论文开题论证。
2011.1.1-1.14开题报告修改,并将开题报告、文献综述、任务书终稿上交到系里。
2011.1.15~2011.2.20论文撰写、修改。
2011.2.21-3.22毕业实习,同时调研、进一步收集资料并修改论文。
2011.4.28确定终稿,连同毕业实习相关材料上交指导教师。
2011.4.29-5.4各答辩小组完成毕业论文评审。
五、主要参考文献:
[1]王世远.航海雷达与ARPA.大连海事出版社[C],1998.08
[2]吴兆麟.船舶避碰与值班.大连海事出版社[C],2008.08
[3]郑佳春.船舶自动避碰系统中雷达数据的采集与处理.中国雷达[M],2002.02
[4]杨军.海船雷达的应用—学习避碰规则第六条体会.天津海航,1994
[5]严志文.海上动态船舶雷达回波信号研究.中国人民解放军驻上海某军事代表室.2009
[6]曹祥村.海洋环境对导航雷达的影响.海军大连舰艇学院.航海技术.2007
[7]冯爱国.基于雷达、AIS的船舶避碰若干问题的思考.南通航运职业技术学院.航海技术.2009.01
[8]张志新、李佳初、高善民.雷达避碰中误差理论的应用.海军大连舰艇学院.中国航海1991.01
[9]王晨熙、王晓博等.雷达与AIS信息融合综述.海军装备研究院.2009.04
[10]刘志刚.浅谈用雷达避碰时船舶操纵应注意的问题.九江长江港航监督局.2001.03.
[11]F.Paganelli,M.A.Janssen.Titan’ssurfacefromCassiniRADARSARandhighresolutionradiometrydataofthefirstfiveflybys.ICARUS.2007
[12]StevenJ.Ostro,RichardD.West.CassiniRADARobservationsofEnceladus,Tethys,Dione,Rhea,Iapetus,Hyperion,andPhoebe.ICARUS.2006
毕业论文文献综述
航海技术
雷达在船舶避碰中的局限性研究
一、资料来源简介:
(1)宁大图书馆、中文数据库
(2)主要来自网络中,如XX、CNKI、Google等。
(3)所学的教材,如《航海雷达与ARPA》、《船舶值班与避碰》等
(4)一些专业期刊
二、研究历史及现状:
(1)雷达在船舶避碰中的局限性研究现状。
王国正在《雷达相对运动线在船舶避碰中的应用》中说道:
雷达不但是航行定位的重要仪器,而且是保证正规瞭望、避免碰撞的一种有效手段,尤其是在通航密度较大的近海水域,或在能见度不良的情况下,更显示出其极大的优越性。
就避碰而言,雷达通常具有以下功能:
能及早地发现来船并获得碰撞危险的早期警报;通过系统观察与雷达标绘,能准确地获得两船通过时的DCPA与TCPA从而确定是否存在碰撞危险;通过作图,可精确地求得来船的航向与航速;通过作图,可求得本船的避让措施;通过进一步的观察,可及时地判断来船的行动,并能迅速地查核双方所采取的避让行动的有效性;通过作图,可以确定本船恢复原航向或原航速的时机,以确保两船在安全的距离上驶过。
在本卷中主要阐述了雷达在船舶避碰中的重要作用,以及使用雷达在船舶避碰中的注意事项。
杨军在《海船雷达的应用》中提出了雷达设备的特性、效率和局限性。
任何一种设备,均有其特性、效率与局限性,即使是具有尖端水平的计算机导航与自动标绘系统的雷达也亦然。
要想最大程度地发挥雷达在航行与避让中的作用,首先就要求雷达操纵的人员必须十分熟悉雷达的特性与效率,尤其是对雷达的局限性,应予以足够的认识。
例如:
雷达虽然在远距离上发现目标船,然而近距离之内也有探测不到小物标的可能;雷达虽然能较早地获得碰撞危险的早期警报,然而却要花费一定的时间去进行雷达标绘或与之相当系统的观察才能达到此目的;此外,雷达存在各种误差,更可能导致对碰撞危险作出错误的估计与判断。
凡此种种,不管是雷达所具有的优越性,还是所存在的局限性,无一不是船舶操纵者应予以考虑的因素,只有这样,才能扬长避短,使雷达成为一种名副其实的助航设施、有效地避让手段。
当然,驾驶员本身也应具备相应地知识结构与技能水平。
同时,王世远在《航海雷达与ARPA》提出了船用雷达的使用性能及其影响因素。
其中包括最大探测距离、最大作用距离、最小作用距离、距离分辨力、方位分辨率、测距精度、测方位精度等以及他们的影响因素,同时也提到了影响雷达回波正常观测的诸因素:
扇形阴影区、假回波(间接反射回波、多次反射回波、旁瓣回波、二次扫描回波)干扰杂波(海浪干扰、雨雪干扰、同频雷达干扰、电火花干扰、明暗扇形干扰等)等因素。
作为驾驶员,必须要充分了解雷达的这些使用性能,以及要掌握影响雷达的因素。
进一步能减少和避免产生不必要的过失。
综上所述的种种局限性,使普通船用雷达越来越不适应现代船舶朝着大吨位、高速度、高密度及危险货物装载量不断增加方向的航运发展新形势。
为有效地减免发生船舶碰撞事故及其所造成的人命伤亡、经济损失、环境污染与海上资源破坏,客观上强烈要求船用雷达的性能有较大的提高。
对于雷达的这些局限性,郑佳春在《船舶自动避碰系统中雷达数据的采集与处理》中队雷达信号的数据采集与处理设计方案进行分析与讨论,并深入讨论了雷达杂波干扰处理、信号检测的方法和实现,以及系统设计时必须考虑的实时问题。
于安红和陆文兴在《对雷达精度实用性的探讨》对雷达定位误差产生的原因进行了分析并进行了探讨。
严志文在《海上动态雷达回波信号研究》中队船舶导航雷达的回波信号及产生的原因进行了系统的分析,并对提高导航雷达性能的实用性给出了一些建议。
冯爱国也在《基于雷达、AIS的船舶避碰中若干问题的思考》中通过运用雷达与AIS协助船舶避碰的比较,得出雷达与AIS良好的结合使用可以实现避让与导航的完美结合。
三、观点与主张
通过查阅以上相关资料,进一步说明了雷达对航海来说是及其重要的。
对驾驶员来说,应熟练的掌握雷达的各种使用性能,在不同环境、不同时刻能灵活的应用,更好的发挥雷达在航海中的优势是作为一个驾驶员来说是极为重要的。
但在使用雷达的同时,特别注意雷达的局限性,特别是在避碰中估计紧迫局面或碰撞危险时雷达的局限性,以免发生碰撞,造成人员伤亡、财物损失和环境污染。
影响雷达的因素很多,如海洋环境、海浪雨雪、及脉冲宽度等。
因此我们在使用雷达时应考虑:
①必须深入研究雷达受本身性能和外部环境影响原理,以引进先进技术来改进、提高雷达性能。
②使用雷达时还应考虑到大气环境(衰减、折射、干扰等)对雷达作用距离和探测性能的影响,合理使用雷达,正确判断目标。
③注意总结海洋环境对雷达的影响规律,最大限度发挥雷达的使用性能。
④通过了解雷达的局限性,进一步与其他助航设备结合使用,如AIS、GPS从而提高航行安全。
参考文献:
[1]王世远.航海雷达与ARPA.大连海事出版社[C],1998.08
[2]吴兆麟.船舶避碰与值班.大连海事出版社[C],2008.08
[3]郑佳春.船舶自动避碰系统中雷达数据的采集与处理.中国雷达[M],2002.02
[4]杨军.海船雷达的应用—学习避碰规则第六条体会.天津海航,1994
[5]严志文.海上动态船舶雷达回波信号研究.中国人民解放军驻上海某军事代表室.2009
[6]曹祥村.海洋环境对导航雷达的影响.海军大连舰艇学院.航海技术.2007
[7]冯爱国.基于雷达、AIS的船舶避碰若干问题的思考.南通航运职业技术学院.航海技术.2009.01
[8]张志新、李佳初、高善民.雷达避碰中误差理论的应用.海军大连舰艇学院.中国航海1991.01
[9]王晨熙、王晓博等.雷达与AIS信息融合综述.海军装备研究院.2009.04
[10]刘志刚.浅谈用雷达避碰时船舶操纵应注意的问题.九江长江港航监督局.2001.03.
[11]F.Paganelli,M.A.Janssen.Titan’ssurfacefromCassiniRADARSARandhighresolutionradiometrydataofthefirstfiveflybys.ICARUS.2007
[12]StevenJ.Ostro,RichardD.West.CassiniRADARobservationsofEnceladus,Tethys,Dione,Rhea,Iapetus,Hyperion,andPhoebe.ICARUS.2006
本科毕业论文
(20届)
雷达在船舶避碰中的局限性研究
0引言1
1雷达概述1
1.1雷达的工作原理1
1.2目前雷达在避碰中的应用状况1
2雷达在避碰中的局限性3
2.1雷达系统因素导致雷达在避碰中的局限性3
2.1.1雷达观测较视觉观测上的不足3
2.1.2雷达对反射弱、小物标的缺陷4
2.1.3雷达在近距离上的观测不足4
2.1.4雷达对运动船舶动态反应迟钝5
2.2环境因素导致雷达在避碰中的局限性5
2.2.1大气衰减对雷达的影响5
2.2.2杂波干扰对导航雷达的影响5
2.3人为因素导致雷达在避碰中的局限性6
2.3.1雷达的使用6
2.3.2人员值班7
3改善雷达在船舶避碰中局限性的措施7
3.1雷达与AIS的结合使用7
3.2如何提高导航雷达在避碰中的使用效能8
3.3雷达避碰时应注意的几个问题9
3.4配合雷达避碰的措施9
4结束语10
致谢
摘要:
本人在前人研究的基础上,对雷达在船舶避碰中的局限性进行了更深一步的研究。
总结了雷达在船舶避碰中的应用,从雷达系统因素、环境因素和人为因素三个方面详细阐述了雷达在船舶避碰中的局限性,并对其进行分析,最后提出改善雷达避碰局限性的措施。
主要措施有:
雷达与AIS结合使用、如何提高导航雷达在避碰中的使用效能、雷达在避碰时应注意的问题、配合雷达避碰的措施等。
这些措施在一定程度上避免和减弱了雷达在船舶避碰中的局限性,提高了雷达避碰时的使用性能。
在此基础上,航海驾驶员能够很好的使用雷达进行船舶避碰,保证船舶的航行安全。
关键词:
雷达;避碰;局限性
Abstract:
Onthebasisofpreviousresearch,theradarlimitationsInthecollisionavoidancehasbeenstudydeeply.Summarizedtheradarapplicationsinshipcollisionavoidance,Summarizedinshipcollisionavoidanceradarapplications,anddescribestheradarlimitationsincollisionavoidanceindetailfromsystemsfactors,environmentalfactorsandhumanfactors,andanalysesthem,andfinallyProposedmeasurestoreducethelimitationsincollisionavoidance.Majorinitiativesinclude:
radarusedinconjunctionwiththeAIS,howtoimprovetheuseofnavigationradarperformanceincollisionavoidance,radarshouldpayattentiontotheproblemincollisionavoidance,withradarmeasurestoavoidcollisionandsoon.Thesemeasureshaveweakenedthelimitationsinsomeextentinthecollisionavoidanceandimproveperformanceincollisionavoidance.Onthisbasis,thedrivercanuseradarbettertoavoidcollision,toensurethesafenavigationoftheship.
Keywords:
Radar;CollisionAvoidance;Limitations
0引言
任何一种设备,均有其特性、效率与局限性,即使是具有尖端水平的计算机导航与自动标绘系统的雷达也亦然。
要想最大程度地发挥雷达在航行与避让中的作用,首先就要求雷达的操纵人员必须十分熟悉雷达的特性与效率,尤其是对雷达的局限性,应予以足够的认识。
例如,雷达虽然能在远距离上发现目标船,然而在近距离之内也有探测不到小物标的可能。
此外,雷达存在的各种误差,均能导致各种观测数据的误差,尤其是雷达方位的误差,更可能导致对碰撞危险做出错误的估计与判断。
凡此种种,不管是雷达所具有的优越性,还是所存在的局限性,无一不是船舶操纵者应予以考虑的因素,也只有这样,才能扬长避短,使雷达成为一种名副其实的助航设施、有效的避让手段。
当然,驾驶员本身也应具有相应的知识结构与技能水平。
1雷达概述
1.1雷达的工作原理
雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。
雷达的基本任务是探测感兴趣的目标,测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。
雷达主要由天线、发射机、接收机(包括信号处理机)和显示器等部分组成[1]。
雷达发射机产生足够的电磁能量,经过收发转换开关传送给天线。
天线将这些电磁能量辐射至大气中,集中在某一个很窄的方向上形成波束,向前传播。
电磁波遇到波束内的目标后,将沿着各个方向产生反射,其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向,被雷达天线获取。
天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机,形成雷达的回波信号。
由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减,雷达回波信号非常微弱,几乎被噪声所淹没。
接收机放大微弱的回波信号,经过信号处理机处理,提取出包含在回波中的信息,送到显示器,显示出目标的距离、方向、速度等。
1.2目前雷达在避碰中的应用状况
在能见度不良时,雷达是船舶避碰的有效工具。
但是也应注意到,使用雷达后碰撞事故仍然不断发生,甚至某些不用雷达不会相碰的情况在两船都使用雷达时反而发生了碰撞。
出现这种情况的重要原因之一就是船舶驾驶员不了解雷达观测的点,不知道怎样正确使用雷达避碰。
另外,1972年以前的避碰规则对雷达避碰没有明确规定造成的认识上操作上的不一致也导致了事故的不断发生。
《1972年国际海上避碰规则》对使用雷达避碰的原则作了规定。
这些规定虽然比较原则,但却是过去经验教训的总结,十分重要。
1).正确使用雷达,以便获得碰撞危险的早期警报
《规则》第七条(a)款规定:
“每一船舶应用适合当时环境和情况的一切有效手段断定是否存在碰撞危险……”条(b)款规定:
“如装有雷达设备并可使用的话,则应正确予以使用,包括远距离扫描,以便及早获得碰撞危险的早期警报……”。
上述条款明确规定了只要使用雷达有助于及早发现和判断危险,如果我船装有可使用的雷达,就有使用雷达的义务。
2).安全航速
《规则》第六条规定了确定安全航速时应考虑的各种因素。
第19条(b)款规定每一船舶应以适合当时能见度不良的环境和情况的安全航速行驶。
用安全航速行驶对于能见度不良时使用雷达避碰的船舶是十分重要的。
过去的许多碰撞事故表明,以为雷达能探测到周围的情况,因而在能见度不良时用过高的航速,是造成碰撞事故的主要原因之一。
从雷达避碰的实际要求出发,缓速航行应考虑到本船的性能、他船的种类、航行危险和相遇船舶的特点,还要避免因航速过小而使舵效失灵。
在运用雷达提供的情报进行避让操纵时,安全航速的选取,要比没有安装雷达的船舶快一些,但也要从当时的实际情况来选择。
在能见度不良的情况下盲目地高速航行,对使用雷达观测他船的行动缩短了识别和判断的时间,也可能会丢失避让的“良机”。
在危局存在的情况下,则又因船舶的高速航行存在很大的惯性,虽然采取全速倒车也并不会把船立刻停下来。
况且紧急刹车时,船舶操纵的灵活性又受到很大的限制,因而很难在紧迫关头,采取协调动作,避免碰撞[2]。
3).及早地采取行动,在远距离消除潜在的碰撞危险
因为用雷达观测时对它方的行动不能迅速了解,双方协调行动困难以及雷达在近距离时存在缺陷,因此用雷达避让时应及早采取行动,在远距离消除潜在的碰撞危险。
确定开始行动的距离应考虑到:
我方转向或变速所需要的时间和检查行动效果所需要的时间;如果第一次避让失败继续采取第二次行动所需要的时间;如果第二次行动再失败还应留有足够的余地。
在用雷达避碰时,应当遵循宁早勿晚的原则。
4).转向或变速的选择
《规则》第八条(c)款规定:
“如有足够的水域,则单用转向可能是避免紧迫局面的最有效行动,倘若这种行动是及时的、大幅度的、并且不致造成另一紧迫局面”。
这里“足够的水域”、“及时”、“大幅度”、“不致造成另一紧迫局面”等几个条件是必须强调的。
转向必须及早,以便双方有充裕时间从荧光屏上相对运动的变化情况来了解对方的行动,并采取协调的行动。
即使避让失败也留有足够的时间和余地,以便采取进一步的措施。
使用雷达避碰时,如果用转向避让,需要的水域远较互见时为大。
5).应用雷达避碰的效果查核
在利用雷达提供的情报进行避碰时,“为避免与他船碰撞而采取的行动,应能导致在安全的距离驶过。
应细心查核避让行动的有效性,直到最后驶过让清他船为止。
”对于这一规定,一些驾驶人员往往片面地注重于“应导致在安全距离上驶过”,主观地认为本船已采取了避让措施和行动,并在安全距离之外航行,从而产生了麻痹大意的思想,但忽略了碰撞还可能会重新发生。
因为雷达避碰并不是在互见中,不能保证两船一直采取相互一致的协调动作。
如果来船采取了与本船抵消的动作,就产生了新的碰撞可能性。
应用雷达避让操纵,强调的是行动和效果的统一。
要想掌握来船动态,“应细心查核避让行动的有效性,直到最后驶过让清他船为止”。
实际上,要做到这一点并不困难,即本船已达到安全距离之后,也还要继续利用雷达不间断地对来船进行监测,及时了解来船的动态,查核我船所采取主动避让的有效性,直到他船驶过让清为止。
测定能见度的方法比较简单,当船舶进入能见度不良的水域时,开启雷达的近距离档程,用以观测本船周围可能出现的物标,如在航船舶、航标或岸线等。
当设法采取谨慎接近后,驾驶人员可根据雷达提供的距离和方位,集中精力用视觉进行观察,直到用视觉能够清晰地看到这些物标为止。
再用雷达测定出物标的距离,这个视距,就是判断能见度的依据。
6).应用雷达在安全距离上避让
安全距离的避让应包括两个方面,其一是定距离避让,即距离来船多远,本船应当采取避让行动;其二是相遇的安全距离,即两船在相遇时,相隔的距离应多远。
在避让操纵中,驾驶人员首先要考虑的是在雷达荧光屏中探测到来船后,决定在距本船多远的地方采取主动避让行动。
随之还要考虑本船在采取了避让行动之后是否能达到安全避让的目的。
在本船采取了避让行动之后,因为雷达所具有的惰性,需要有一定的时间来核实避让动作所产生的效果。
如果一次避让失败,则应留有充分的余地,就是说应留有充分的距离,留待进一步采取避让措施,而不至于处于紧迫局面。
通常的避让方法为转向避让,在避让操纵中。
一方面是本船转向做主动避让,而另一方面,转向的幅度要足以在他船雷达荧光屏上产生明显的变化,使来船更容易判断出本船所采取的避让行动的意图,以期在最大限度内求得相应的动作上的协调,即双方都互相让开。
用转向来摆脱危局,对于单船或一个方向上的来船,可根据当时的环境和条件考虑适当的减慢或加快航速,用以扩大本船与他船的距离。
在这一过程中,通过雷达的连续观测,当确定本船已把距离扩大到安全距离之外后,才能恢复原来的航向。
当本船处于安全距离之外,改用原航向航行时,避让并没有结束,还要继续观察来船的动向,如果相互又构成对遇形势,或观测发现安全距离不充分,则还应果断地采取第二次避让措施。
在避让操纵中
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