CN1039661A

CN1039661A - 自动雷达标绘装置的显示方法及装置

Info

Publication number: CN1039661A
Application number: CN 88104399
Authority: CN
Inventors: 严庆新
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-07-15
Filing date: 1988-07-15
Publication date: 1990-02-14

Abstract

本发明涉及应用于船舶导航的自动雷达标绘装置(ARPA)的PSDT显示方法和采用此显示方法的PSDT型自动雷达标绘装置。显示方法利用PSDT图形提供船舶避碰操纵直观信息，PSDT图形是本船危险矢量终点的集合，对其显示范围限制后，呈等腰三角形；PSDT图形不受本船航速及航向影响。PSDT型自动雷达标绘装置把PSDT图形显示于平面位置显示器上，在平面位置显示器上，采用转向或(和)变速操纵，使本船速度矢量的终点避开所有的PSDT图形，即可安全通过。

Description

本发明属于船舶导航技术领域。

目前市场上所提供的各种型号的自动雷达标绘装置（Automatic Radar Plottig Aid简称ARPA），其基本功能是相同的。但在PPI屏幕上所显示的目标信息有所不同，基本形式是用矢量线表示目标船的航向和速度，预示目标船未来一定时间内的航程，这是自动雷达标绘仪的最基本功能，即所有各种型号的自动雷达标绘装置都应具备，另一种自动雷达标绘装置除了能显示目标船的速度矢量外，还能显示目标船的预测危险区（Predieted Area of Danger简称PAD），为了便地区别，把还能显示预测危险区的自动雷达标绘装置简称为PAD型自动雷达标绘装置。

1、矢量型自动雷达标绘装置

目前除美国SPERRY公司的产品外，所有厂家生产的自动雷达标绘装置都属于这一类，虽然有的产品如美国RAYTHEON公司生产的RACAS，除了显示目标船的速度矢量外，还能显示目标船的可能碰撞点（Possible Point of Collision简写PPC），但为了与PAD型有所区别，也归于这一类。各种产品的具体性能指标不完全相同，附加功能也多少不一。矢量型ARPA具有一个固定偏转线圈的阴极射线管PPI（Plane position Indicator）显示器。与基本雷达的显示器一样，矢量型ARPA显示器有北向上、船首向上、真运动、相对运动等不同的显示方式，矢量型ARPA，除了显示目标回波外，还以矢量线方式预示被跟踪目标的航向和速度，又用小亮点将矢量线分段，每一段相当于目标6分钟航程，最少可出现1段（6分钟），最多可出现5段（30分钟），由操作者任选，矢量线可以是真运动速度矢量，也可以是相对运动速度矢量，操作者可在北向上和船首向上两种不同的方向基准中任选一种，可在真运动和相对运动两种不同的运动方式中任选一种，可在真矢量和相对矢量两种不同的预示速度矢量中任选一种，这样可搭配成8种不同的显示模式，另外，在相对运动显示时，还可使图像中心与荧光屏中心一致，也可使图象中心偏离荧光屏中心，故总共可有12种不同的显示模式供操作者选用。

矢量型ARPA平面位置显示器上，除了显示代表目标未来运动的矢量线外，除了显示代表目标未来运动的矢量线外，还能显示代表目标以往运动的尾迹，其形式为5个点（小圆圈），每两点之间的间隔时间可由操作者选择，选择范围为10秒至120秒。

矢量型ARPA录取目标的方式有人工录取和自动录取二种，需要跟踪的目标可以逐个由操作者指定（捕捉），即人工录取，也可由操作者规定搜索范围，然后自动录取，录取后的目标，自动进行跟踪，并显示相应的符号和数据。录取容量最多为40个目标，其中最多可要求24个目标显示速度矢量。矢量型ARPA能跟踪0.15至24海里。操作者可以选择被跟踪的目标，要求数据显示器显示该目标的距离、方位、速度、航向、CPA、TCPA。操作者还可在一定范围内预置CPA和TCPA安全界限，作为判定目标有无碰撞危险的依据条件，也即报警的条件。CPA界限的选择范围为0至6海里，TCPA界限的选择范围为6至30分钟。机内计算机对被跟踪的目标进行计算，当算出的目标的CPA和TCPA小于操作者置定的安全界限，发出碰撞警报，其方式是蜂鸣器发出警报声，同时警报灯亮，另外，在PPI显示器上出现碰撞危险符号该符号，套在发生警报的目标上，以指示操作者对此目标加以注意。试操船是自动雷达标绘仪的一个重要功能，在实际执行避让措施以前，操作者可以先通过试验（或称模拟），决定自己应该采取的措施。如图1所示，A为发生碰撞警报的目标，本船现在航向20°，操作者拟向右改向，按相应按键后，本船模拟速度矢量逐步向右转向，此时目标船的位置并不随试操船而改变，只是危险符号随着作相应移动，当危险符号消失时，本船速度矢量所指的方向即安全航向。

2、PAD型自动雷达标绘装置

PAD型自动雷达标绘装置的特点是，在其PPI屏幕上除了显示一段相当于6分钟的目标船速度矢量外，尚能显示目标船的预测危险区-PAD;PAD原形一般是不规则的图形，为了使PAD容易在PPI上显示出来，以及考虑到PAD图形的对称性，实际应用中对PAD在形状时行了简化，早期产品CAS-101型ARPA，PAD用椭圆表示;最新产品CAS-Ⅱ型改成六角形。目前PAD型的ARPA是美国SPERRY公司的专利。

预测危险区的构成如图2所示，A是某时刻目标船的位置，B是12分钟后目标船的新位置，AB即12分钟期间目标船的相对运动，AB的延伸线正好通过本船位置O，说明CPA为零，如不采取避让措施，两船将发生碰撞。自A点作AC平行于本船船首线。AC长度等于本船12分钟航程，则CB即目标船12分钟真运动航程，延长CB线即得目标船的真运动航迹线，它与船首线的交点即可能碰撞点（PPC），以本船O为圆心，设定的CPA安全界限为半径作一圆，自B点作该圆的两条切线BM和BN，再以C为圆心，CA长为半径。作一段圆弧交BM和BN的反向延长线于D及E，得CD及CE两条连线，CE与CA夹角为α，CD与CA夹角为β，从△BCE知，如本船航向改为CE，目标的相对运动将沿着切线BM，如本船航向改为CD，目标的相对运动将沿着另一条切线BN，均能满足CPA等于CPA安全界限，即只要本船的航向向右改变一个α角或向左改变一个β角，两船就能安全通过。为此，自O点作CD的平行线交目标真运动航迹线于F点，线段FG即六角形PAD的长轴。在长轴FG两侧作两条长轴平行线，作CE的平行线交目标真运动航迹线于G点，线段FG即六角形PAD的长轴，在长轴FG两侧作两条长轴平行线，它们与长轴的距离都等于CPA安全界限，取FF₁＝G₁G＝1/4FG，过F₁和G₁各作一条FG的垂直线，它们与长轴GF的两条平行线交于H、I、J、K四点，连FH、IG、GK、JF四线，即得六角形FHIGKJ。

如图3所示，“+”符号代表本船位置，PAD型自动雷达标绘仪采用相对运动显示模式。本船位置在PPI屏幕上不动，A和B两条目标船，在屏幕上作相对运动，以目标船的位置为起始点，用一段点线表示目标船6分钟的真速度矢量，并用一条实线延伸出去，实线的终端附近是本船与该目标的可能碰撞点（PPC），以终端为中心，给出了六角形的预测危险区（PAD），只要本船的船首线不穿过六角形，则本船与该目标船的会遇距离不会小于所设置的最近会遇距离界限。PAD的构成，前提是目标船保持速度不变，当本船船首线穿过某个目标船的PAD时，表示有碰撞危险，操作者只要改变航向使本船船首线不穿过PAD即可，即直接从PPI屏幕上可找出安全航向，而不必进行航向上的试操船（模拟改向）来找出安全航向;因为本船变速，或者他船改向变速时，原先PPI显示的PAD图形就发生变化，而必须重新计算PAD数据，因此PAD图形不能直接提供变速避让或变速转向避让措施，若采取变速或变速转向避让，则需进行试操作，试操船，PPI上显示的是模拟后的态势。因此PAD型ARPA有其不足之处。

本发明提供了一种新的避碰原理，以及基于此原理的ARPA系统的显示方法-PSDT显示方法，并应用此显示方法构造出PSDT型自动雷达标绘装置，为开发新型PRPA系统提供技术。

本发明技术内容叙述如下：

一、预测危险矢量终点集合构成原理

预测危险矢量终点集合（Predieted Set of Dangerous Terminus简称PSDT）的构成是根据点的速度合成定理及矢量平面矢量分析而得出的。

如图4所示，已知本船位置为O点，目标船位置为T点;本船航速为Vo，航向为Co;目标船航速为Vi航向为Ci，因为船舶是具有不能忽略的几何尺寸的物体，以及雷达测量得到的信息有一定误差，因此必须设定一个会遇安会距离CPA。以O点为圆心，CPA距离为半径画圆，此圆即为安全距离圈，过T点作安全距离圈的切线，得两条表示安全通过时目标船相对运动轨迹界限线的矢线TG、TH，且TG、TH所表示的会遇结果是不同的，稍后再述，连结O、T两点，得TO线，TO为会遇距离为零时目标船相对运动轨迹。过T点按目标船航向和航速作目标船N分钟真运动速度矢量TB，过O点按本船航向和航速作本船N分钟速度矢量OC，过O点按目标船航向和航速作目标船N分钟真运动速度矢量OA，也可通过平移矢量TB得到矢量OA，N为设定的时间量，过矢量OA的终点A点，作与TG、TH分别平行的矢线，则矢线AD与矢线AF构成一区域，此区域是本船航向及航速组合构成碰撞危险时，本船位置为始点的本船N分钟速度矢量的终点的集合，此集合为“预测危险矢量终点集合”。过A点作与TO平行的矢线，矢线方向与会遇距离为零的目标船相对运动轨迹线矢向相反，得矢线AE，矢线AE为会最近距离等于零时，本船位置为始点的本船N分钟速度矢量的终点的集合，是判断碰撞危险程度的标志线，称之为零CPA线。

因为TB∥OA，AE∥TO，且｜OA｜＝｜TB｜，所以ABTO构成了平行四边形，矢量TB的终点B点必在矢线AE上，即零CPA线上，这使得PSDT图形与目标船真运动矢量联系在一起，提供了识别PSDT与目标船回波间对应关系的方法，使PSDT应用于ARPA成为可能。

二、PSDT避碰方法

（一）碰撞危险判断

如图5所示，本船位置为O点，来船位置为T点，OA和TB为目标船的N分钟真运动速度矢量，矢线AD与AF构成PSDT。

若本船N分钟速度矢量为OC₁，矢量终点C₁在PSDT之外，连结A、C₁两点，得矢量C₁A，则三角形OAC₁构成了矢量三角形，C₁A即为目标船N分钟相对运动速度矢量，平移矢量C₁A至目标位置T点，得矢量TA₁，因矢量TA₁处于两条安全通过目标船相对运动轨迹界限线之外，所以，本船与目标船的会遇距离将大于设定的会遇安全距离，即无碰撞危险。

若本船N分钟速度矢量为OC₂，矢量终点C₂在PSDT之外，连结A、C₂两点，得矢量C₂A，则三角形OAC₂构成了矢量三角形，C₂A即为目标船N分钟相对运动速度矢量，平移矢量C₂A至目标船位置T点，得矢量TA₂，因矢量TA₂处于两条安全通过目标船相对运动轨迹界限线之内，所以，本船与目标船的会遇距离将小于设定的会遇安会距离，但大于零，即有碰撞危险。

若本船N分钟速度矢量为OC₃，矢量终点C₃在零CPA线AE上，三角形OAC₃构成了矢量三角形，矢量CA即为目标船N分钟相对运动速度矢量，平移矢量C₃A至目标船位置T点，得矢量TA₃，因矢量TA₃与TO重合，则可知本船与目标船的会遇距离为零，即碰撞存在，这也就是称AE为零CPA线的原因。

从上述的论述可以下结论：若本船速度矢量的终点处于PSDT内则有碰撞危险;若本船速度矢量的终点处于零CPA线上，则碰撞存在;若本船速度矢量的终点处于PSDT外，则可安全通过。

避让方法就是根据此原理，进行试操纵，使本船N分钟速度矢量的终点避开所有PSDT图形，则本船即可以不小于设定会遇安全距离的会遇距离让请所有目标船。

（二）避让会遇结果相对运动分析

前面述及TG和TH两切线，是两船保持设定会遇安全距离安全通过时目标船相对运动轨迹界限线，但TG和TH两相对运动轨迹线引起的会遇结果是不同的，即目标船左舷安全通过，或右舷安全通过，或目标船首向安全通过，或目标船尾向安全通过，设本船测目标船真方位为Bi，距离为Di;目标船航速为Vi，航向为Ci;本航航速为Vo，航向为Co;设定会遇安全距离为CPA。因为AF∥TG;AD∥TH，则通过对TG与TH两条矢线相对运动轨迹所引起的会遇结果的分析，也就推断出构成PSDT的两条矢线AF、AD的避碰意义。

1、对遇及碰角接近180°的大角度交叉相遇：若本船采取左转向避让，使本船速度矢量的终点避于PSDT，则本船将从目标船右舷以不小于会遇安全距离的会遇最小距离安全通过;若本船采取右转向避让，使本船速度矢量的终点避开PSDT，则本船将从左舷以不小于会遇安全距离的会遇最小距离安全通过。

2、追越及碰角接近0°的小角度交叉相遇：若本船采取左转向避让，使本船速度矢量的终点避于PSDT，则本船将从目标船左舷以不小于会遇安全距离的会遇最小距离安全通过;若本船采取右转向避让，使本船速度矢量的终点避开PSDT，则本船将从目标船左舷以不小于会遇安全距离的会遇最小距离安全通过。

3、其它交叉相遇情况下：假定以零CPA线为分界基准线，若本船速度矢量的终点从PSDT距本船较近的部分避开PSDT图形，则本船将以不小于设定会遇安全距离过目标船尾向;若本船速度矢量的终点从PSDT距离本船较远的部分避开PSDT图形，则本船将以不小于设定会遇安全距离过目标船首向。如图6所示，若本船速度矢量为OC₁，则过目标船首向，若本船速度矢量为OC₂，则过目标船尾向。

三、PSDT型ARPA系统避碰摸型设计

为了使PSDT避碰原理能在ARPA系统中得以应用，就必须对PSDT进行简化，使之适应实际避碰操纵。

前已述及，PSDT是一个由两条矢线构成的区域，从集合概念来说，PSDT是无限元的集，如在PPI上显示PSDT原形，则会引起图形太大而充满PPI，使得识别困难;因为PSDT中，并非整个区域都适合实际操纵需要，因此可舍去不适合实际操纵的部分，即对PSDT加以限制，使PSDT成为有限元的集。

实际避碰操纵中，船舶的航速是受到船舶本身特性（主机马力，操纵性能等）限制和海域环境情况（风、流、及船舶密度等）的影响，船舶航速能够达到的最大值，称为可达最大航速，不同的船舶有着不同的可达最大航速，同一船舶在不同水域，其可达最大航速也不同，因此可用本船航速受限的方法，来限制PSDT，使PSDT成为有限元的集合。

如图7所示，设目标船航速为Vi，本船可达最大航速为Vmax，本船位置为O点，目标船位置为T点，PSDT由AD、AF两矢线构成。本船转向不变速时速度矢量的终点的轨迹在平面上为一个圆。若直接采用本船可达最大航速等速圈与PSDT相交弧作为限制线，则限制后的PSDT图形呈扇形，若利用垂直于零CPA线的线段，作为限制线，则限制后的PSDT图形呈等腰三角形，当然限制后的图形，须包含PSDT图形位于本船可达最大航速等速圈内的部分。

AE为零CPA线，在AE上找一点E₁，过E₁点用可达最大航速等速圈的切线，并使此切线与AE垂直，切线与AD、AF分别交于D₁和F₁两点，则三角形AD₁E₁即为有限元集的PSDT。设切线与可达最大航速等速圈的切点为T₁，因AE₁⊥E₁T₁、OT₁⊥E₁T（OT₁为可达最大航速等速圈半径），OT∥AE₁，因而T点在OT₁线上或延长线上。也可证得，除OT＝CPA时外，切线T₁E₁必与构成PSDT的两条矢线AD、AF相交，使PSDT受到Vmax的限制而成为一等腰三角形，因本船速度Vo≤Vmax，则本船速度矢量的终点必在可达最本航速等速圈范围以内，因而受限后的PSDT满足实际避碰操纵需要。

PPI实际显示的符号如图8所示，包括本船N分钟速度矢量、目标船N分钟真运动速度，呈等腰三角形的PSDT图形和表示目标被跟踪的波门，图中PSDT顶点与目标船N分钟真运动速度矢量终点相连的实线，是为了识别PSDT与目标船回波的对应关系而设置的，而且起着零CPA线的作用;图中本船速度矢量从终点延长的实线，是为了方便从方位圈上读取本船航向而设置的。

四、会遇安全距离的设置

为了适应PSDT显示方法的实际需要，对会遇安会距离的设置，在整机时，采用连续性会遇安全距离设置方法。

从PSDT构成原理可知：PSDT图形的顶角θ与会遇安全距离CPA及两船距离CPA及两船距离D的关系为：

CPA＝D·Sin (θ)/2

一般地说，CPA为固定值，θ随D的减小而增大;当θ过大时，PSDT图形将大到充满PPI显示范围，因此须对θ进行限制，使之不大于某一选定值θmax。那么，显示的PSDT图形将能满足显示的要求，连续性会遇安全距离设置方法，就是当方程：

CPA＝D·Sin (θmax)/2

成立时，即PSDT图形的顶角等于θmax时，把θ作为固定值，而把CPA作为变量随D变化而变化，当D继续减小时PSDT图形顶角θ保持为θmax，而CPA则连续地减小。

θmax选择须根据具体情况而定，θmax越小，则产生CPA连续减小时的两船距离越小，减小的变化率也越小。θmax选择范围为0°～180°在目标船数量较少时。可选用较大的θmax，若目标船数量较多时，则须选用较小的θmax;若设定会遇安全距离为2海里，则须选稍大的θmax;若设定会遇距离为1海里以下，则可选稍小θmax，一般θmax选择为128.3左右。

采用连续性会遇安全距离，由于难以从PPI上直观地了解某一距离的目标船，采用何值作为计算PSDT显示参数的CPA，因而在显示目标船避碰参数时，可增加计算PSDT显示参数的CPA值的CPA值的显示。了解计算PSDT显示参数所采用的CPA值，有助于对避让效果作正确判断。

会遇安全距离可从0、0.125、0.25、0.5、1、2数值中选定，θmax可从范围0°～180°内选定，然后通过键盘输入，若未通过键盘对会遇安针距离和PSDT顶角最大值进行输入，则会遇安全距离CPA为1海里，PSDT顶角最大值θmax为128.3。

五、碰撞报警及报警指示系统设置

（一）碰撞报警判别式

目前ARPA系统用于判断碰撞危险的参数为最外会遇距离CPA、至最接近点时间TCPA，判别式为：CPA∠CPAo，TCPA∠TCPAo，CPAo，TCPAo为安全界限值。

PSDT型ARPA系统判断碰撞危险的参数除CPA、TCPA外，另加一参数D，即两船距离。

设报警距离为Do，CPA安全界限为CPAo，TCPA安全界限为TCPAo，判别式为：CPA∠CPAo，D∠Do;或CPA∠CPAo，TCPA∠TCPAo，则碰撞危险报警。

CPAo、TCPAo、Do有四组固定的组合供操作者选择：

1、CPAo＝2海里，TCPAo＝18分钟，Do＝6海里。

2、CPAo＝1海里，TCPAo＝12分钟，Do＝3海里。

3、CPAo＝0.5海里，TCPAo＝9分钟，Do＝2海里。

4、CPAo∠0.5海里，TCPAo＝6分钟，Do＝1海里。

如果此四种组合都不符合操作者的要求，可通过键盘进行修改，CPA安全界限可在6海里以下选定，TCPA安全界限可在0～30分钟内任选，报警距离可在0～24海里内任选。若Do值选为0，则报警判别式与目前的ARPA相同。

（二）报警指示系统

报警形式有三种：蜂呜器叫，指示灯亮，PPI上目标船回波上显示碰撞危险符号。当计算机计算出的被跟踪目标的CPA、TCPA及检测所得的两船距离满足碰撞危险报警条件，将发出危险目标报警。此时危险指示灯亮;在危险目标周围显示碰撞危险符号，且闪烁;数据显示器自动显示危险目标的CPA、TCPA、距离、航向、航速等避碰参数;如果危险目标显示矢量和PSDT图形，则危险目标的矢量和PSDT图形将不断闪烁;蜂呜器发出警报声，发声规律是快速连续3声接着停4秒。操作者得知警报后，如果按一下警报解除键，警报声的静止时间将4秒增加到20秒，危险目标的矢量和PSDT图形长显，但碰撞危险符号闪烁;再按一下警报解除键，警报声停响，碰撞危险符号长显，让清后所有碰撞危险报警信号消失。

六、影响PSDT避碰模型的因素

从PSDT构成原理及PSDT避碰模型设计可知，影响PSDT的因素有：目标船航向、目标船航速、目标船距本船距离、本船测目标船真方位、会遇安全距离;对于PPI上显示的PSDT图形，影响的因素还有设定本船最大航速Vmax、设定显示矢量的时间标度N.PSDT顶角最大值θmax，本船航各及航速与PSDT无关。

本船最大航速的设定值，必须不小于当时船舶实际的航速值，如果设定值小于实际所能达到的最大航速值，那么增速避让的航速不应大于设定值。

显示矢量的时间标度N的设定，应根据当时选用的量程，θmax大小、Vmax大小的不同，选择能使PPI显示的符号清晰易辩为宜，N的单位为分钟。当θmax较大时，选用的N值略小，当θmax较小时，选用的N值略大。当Vmax较大时，选用稍小的N值，当Vmax较小时，选用稍大的N值。当量程较大时，选用稍大的N植;当量程较小时，选用稍小的N值。

七、其它功能设置

其它一些功能可参考CASⅡ功能设备。

电子方位线的设计，有特殊要求。PSDT型ARPA有两条电子方位线，一条电子方位线的端点可在平面位置显示器上任意位置锁定，两方位线可平行移动和旋转;旋转时以锁定点为轴，两方位线保持平行和间距;除一般功能外，数据显示器能显示两方位线的间距，这样设计电子方位线可用来从PPI上直接求取目标船最小会遇距离，验证避让效果，求取目标船相对运动线。方法是：先使一条方位线的一端锁定在本船速度矢量终点;并使此方位线与PSDT顶点相交，平移另一方位线与目标船真运动速度矢量的终点相交，则间距即为会遇距离：若间距小于设定会遇安全距离，则有碰撞危险，反之，则能安全通过;若平移至目标船回波位置，则可求得相对运动线。

在PPI上，还能显示代表目标以往运动的尾迹或PSDT顶点过去的位置（由操作者选用），其形式为5个点，每两点之间的间隔时间可由操作者选择，选择范围为10秒至120秒。

量程值有1.5、3、6、12、24、海里五档，由操作者选择。

八、PSDT数学模型

（一）坐标建立

以本船位置为坐标原点O，正北方向为Y轴正向，正东方向为X轴正向，则在船舶运动轨迹平面上建立了XOY直角坐标系。如图9所示。

（二）数学模型建立

设本船航速为Vo，最大航速为Vmax，航向为Co;位置坐标O（O，O）;目标船航速为Vi，航向为Ci，位置坐标T（Xi，Yi）。计算PSDT的会遇安全距离为CPA，显示速度矢量为N分钟的矢量，设T＝N/60;本船测目标船距离为Di，真方位为Bi。

1、本船N分钟速度矢量OC：

O点坐标：（O，O）。

C点坐标：（Vo·T·Sin Co，Vo·T COSCo）。

2、目标船N分钟真运动速度矢量TB。

T点坐标：（Xi，Yi），其中Xi＝Di·Sin Bi，Yi＝Di·COS Bi，

B点坐标：（Xi+Vi，SinCi，Yi+Vi·COSCi）;

3，PSDT图形等腰三角形AD₁F₁及零CPA线AE₁：

A点坐标：（Vi·T·SinCi，Vi·T·COSi），

γ＝arc COS（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点坐标为：（ (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点坐标为：（ (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点坐标为：（ (bo·c3-b3·co)/(ao·b3-a3·bo) ， (a3·co-ao·c3)/(ao·b3-a3·bo) ）

因E1点为D1F1的中点，则：

E1点坐标为：（ (XD1+XF1)/2 ， (YD1+YF1)/2 ）

九、ARPA符号

在平面位置显示器上，以实线形式显示自PSDT顶点至以一标船位置为始点的目标船N分钟真运动速度矢量终点的连线;以实线形式显示呈等腰三角形的PSDT图形，以点线形式显示以目标船位置为始点的目标船N分钟真运动速度矢量和以本船位置为始点的本船N分钟速度矢量，以实线（或破折线）形式显示以本船位置为始点的本船N分钟矢量延长至平面位置显示器边缘的延长线;在本船矢量终点位置显示一小圆，圆心为本船矢量终点，半径为｛（1/60～1/30）×量程值｝海里。被跟踪的目标外显示二段圆弧（即波门）;被录取的目标外显示一小圆，圆心为目标船位置，半径为｛（1/30～1/15）×量程值｝海里;有碰撞危险的目标外显示一正方形，正方形中心为船位置，边长为｛（0.0471～0.0943）×量和值｝海里。以上的ARPA符号可采用CAS-Ⅱ型ARPA中的相应符号。

PSDT显示方法及采用该方法的装置的优点。

1、PSDT显示方法下，运动显示方式为相对运动、真矢量，即本船在荧光屏上的位置是固定不动的，不随着本船的航向和速度在屏上移动根据方向（航向）基准的不同，又有北向上和航向向上两种显示方式。量程有1.5、3、6、12、24海里五档。按本船在PPI上位置不同又可分为中心显示方式和偏心显示方式。

2、采用PSDT可以直接自动地解决雷达标绘问题，正确地估计可能发生的碰撞危险，简化操纵步骤、减少分析过程、提高安全性。

3、每个PSDT图形，在PPI都以等腰三角形标志显示。

4、每个PSDT中都有平分顶角的角平分线（或底的高），即零CPA线，可用于判断会遇距离的大小，即能在PPI上直观判断危险程度。

5、PSDT与本船航向和航速无关，因而，本船采取转向和（或）变速时，对PPI上显示的PSDT符号无影响。

6、从PPI上可以直观地判断本船与目标船的会遇情况，若本船速度矢量的终点的PSDT图形内，则有碰撞危险，即将小于设定的会遇安全距离通过。避让操纵，即为使本船速度矢量的终点避开所有的PSDT图形。

7、连续性会遇安全距离设置方法：解决了当目标船进入安全距离圈后，PSDT图形不存在的情况;解决了PSDT图形过大而充满PPI显示范围的情况。

8、采用本船最大航速对PSDT进行限制，使PSDT变成规则而合理的图形。

9、采及CPA、TCPA、D三参数判断碰撞危险，解决了目前ARPA采用CPA、TCPA二参数报警判断的不足。

10、PSDT图形显示数学模型，相比PAD图形的数学模型，要简单，计算显示参数所用的时间短，而提供的信息却又比PAD多。

11、从PSDT顶点位置变化情况，能迅速反应出目标船是否机动。

实施本发明中PSDT显示方法的最好方式，是先按照本发明提供的PSDT显示模型编制成计算机程序，然后在制造PSDT型ARPA时得以使用。

实施本发明中PSDT型ARPA的最好方式，是采用美国SPERRY公司生产的CAS-Ⅱ型ARPA的整机设计，除控制面板部分、数据显示部分，主处理机部分外，其它部分类同，如跟踪器部分、视频信号处理部分、平面位置显示器部分等均相同;控制面板部分应增加控制按键。数据显示部分应增加显示数据的项目，主处理机部分中的计算PAD显示参数的程序，应改成PSDT显示参数的程序。因此在制造PSDT型ARPA时，应先对CAS-Ⅱ的技术进行研究。

Claims

1、用于避碰操船系统或模拟避碰操船系统的自动雷达标绘装置的显示方法，其特征为：运动显示方式为相对运动、真矢量，利用简称为PSDT的“预测危险矢量终点集合”在船舶运动轨迹平面上所呈现的图形及(或)零CPA线，提供船舶避碰操纵直观信息；PSDT为本船任一航向及任一航速组合，与目标船构成碰撞危险时，本船位置为始点的本船速度矢量的终点的集合，零CPA线为本船任一航向及任一航速组合，与目标船构成碰撞时，本船位置为始点的本船速度矢量的终点的集合。

2、根据权利要求1所述的显示方法，其特征为：利用本船可达最大航速受限，对PSDT图形进行限制。

3、根据权利要求1或2所述的显示方法，其特征为：利用本船可达最大航速等速圈上的弧，对PSDT图形进行限制，PSDT图形呈扇形，扇形须包含PSDT图形位于本船可达最大航速等速圈内的部分。

4、根据权利要求1或2所述的显示方法，其特征为：利用本船可达最大航速等速圈的一条垂直于零CPA线的切线，或垂直于零CPA线其它限制线，对PSDT图形进行限制，PSDT图形呈等腰三角形，等腰三角形须包含PSDT图形位于本船可达最大航速等速圈内的部分。

5、根据权利要求1至4所述的显示方法，其特征为：采用连续性会遇安全距离设置方法，若设定的PSDT顶角最大值为θmax，若设定会遇安全距离为CPAo，当两船距离值D满足D≤CPAo/Sin（θmax/2）时，计算PSDT图形显示参数的会遇安会距离值为D.Sin（θmax/2）;θmax取值范围为0°～180°。

6、根据权利要求1至5所述的显示方法，其特征为：在平面位置显示器上，以实线形式显示自PSDT顶点至以目标船位置为始点的目标船N分钟真运动速度矢量终点的连线;以实线形式显示PSDT图形;以点线形式显示以目标船位置为始点的目标船N分钟真运动速度矢量和以本船位置为始点的本船N分钟速度矢量;以实线（或破折线）形式显示以本船位置为始点的本船N分钟速度矢量延长至平面位置显示器边缘的延长线;在本船矢量终点位置显示一小圆，圆心为本船矢量终点。

7、根据权利要求1至6所述的显示方法，其特征为：根据操作者需要，可显示两条电子方位线，一条电子方位线的一端可在平面位置显示器任意位置锁定，两条电子方位线可绕锁定点旋转，并保持平行和间距，数据显示器能显示两电子方位线的间距值。

8、根据权利要求1至7所述的显示方法，其特征为，根据操作者需要，可显示PSDT顶点过去的位置，其形式为5个点，每两点之间的间隔时间可由操作者选择，选择范围为10秒至120秒。

9、根据权利要求1至8所述的显示方法，其特征为：碰撞危险报警决定于会遇最近距离CPA，至最接近点时间TCPA和两船距离D三个参数;若设定会遇安全距离为CPAo，TCPA安全界限为TCPAo，报警距离为Do，则危险报警判别式为：CPA∠CPAo，TCPA∠TCPAo;或CPA∠CPAo，D∠Do，满足此判别式则报警。

10、根据权利要求1至9所述显示方法的自动雷达标绘装置，其特征为：具有计算PSDT图形显示参数和控制平面位置显示器显示PSDT图形和其它符号的计算机程序。