相對運動人工雷達標繪研究

摘 要:文章通過對船舶運動的分析，利用相對運動作圖法，來計算出目標船的運動要素，并且針對不同方位的來船，得出了在船舶避讓過程中擬定采取的一些措施的重要結論。最后對相對運動作圖過程中所遇到的特殊情況做了詳盡的論述，給出了切線的選擇方法，為船舶的駕引人員提供了重要的參考。

關鍵詞:船舶;相對運動;運動要素;標繪

中圖分類號:U675 文獻標志碼:A文章編號:16717953(2009)04000704

Research on Radar Plotting of Relative Motion

XIAO Zhongming，ZHANG Yuxi，LI Guoshuai

(Navigation College， Dalian Maritime University， Dalian 116026，China)

Abstract: This paper calculate the ship′s movement elements through the analysis of ship′s motion， by using relative motion plotting， and draw some important conclusion on navigator′s pre-action corresponding to ships from different bearings. Finally， state some special circumstances during relative motion plotting ， in this paper， the tangent selective mode， which is an important reference for the ship′s navigatorswas provided.

Key words: ship;relative motion;movement elements;plotting

在任何能見度，特別是在夜間和能見度不良時，駕駛員可使用雷達在較遠距離上發現目標，為估計局面和碰撞危險留有足夠的時間，并對測到的物標進行雷達標繪或其相當的系統觀察。一般在采取避讓行動之前，進行雷達標繪以獲取正確的避讓措施，判斷避讓效果。筆者在學校的教學過程中，一直探索研究，得出一些心得體會，以供人工雷達標繪相關研究者參考。

1 基本概念

1.1 船舶運動

船舶真運動是以地球為定坐標，船舶對于地球的運動;例如:雷達標繪中包含我船的真速度V0、他船的真速度Vt和船舶相對運動Vr。船舶牽連運動就是我船對于地球的運動即我船的真速度V0。船舶的真運動，相對運動和牽連運動三者速度矢量關系為:

Vt=V0+Vr

1.2 運動要素

船舶的運動要素包括航向、航速、DCPA和TCPA。最近會遇距離DCPA衡量了兩船是否會導致碰撞的標準。到達最近會遇點的時間TCPA是判斷兩船潛在的碰撞危險程度，也就是說即使兩船DCPA為0，如果TCPA為無窮大，那么兩船不會發生碰撞危險。

1.3 相對運動線

是在我船相對運動顯示方式的雷達上觀察到的他船相對運動軌跡，是不同時刻他船觀察點的連線。不要錯誤地認為是他船的實際運動方向的MA3，而是視覺上的相對運動軌跡A1A3。

2 相對運動人工雷達標繪

筆者結合理論知識和教學過程中的體會，總結出2個原則:1)自始反航向終連;2)中心不變。原則一是指如何畫出前面提到的矢量三角形，如圖一①所示，圖中 A1 、A2、A3分別為在t₁ 、t2、t3時刻在相對運動顯示方式的雷達上觀察到他船回波，A1A3連線為相對運動線，A1稱為始點，A3稱為終點。“自始反航”可理解為從始點A1沿我船航向線的反航向作我船在t₁t3時間段的航程，末點記為M。“向終連”可理解為由點M向終點A3連接。這樣，船舶運動矢量三角形就畫好了，T同時滿足上述的速度矢量關系。其中MA1方向為我船航向，A1A3方向為他船相對運動方向，MA3方向為他船航向。原則二是指當我船或(和)他船采取避讓行動后，中心點N在構成新的基本矢量三角形過程中保持不變的位置。變化的只是基本矢量三角形中的兩個觀察點B1、B3。如圖一②所示，圖四中③、④、⑤類似。

圖一②為我船改向，他船保向保速，

圖一③為我船變速，他船保向保速，

圖一④為他船改向，我船保向保速，

圖一⑤為他船變速，我船保向保速，

具體畫法可參照本文的參考文獻[1]。

3 常見問題的相對運動作圖法

3.1 求他船的運動要素

例1文獻[1]:本船航向 180°，航速 12 kn，測得目標船回波:

2340 右舷 46.5°距離 8 4 n mile

2346 右舷 46° 距離 6.3 n mile

求:1)目標船的航向及航速。

2)2346時保持 2 n mile會遇最近距我船應右轉多少度?或減速至多少節?

3)2346時采取向右轉向和減速哪一種措施可以先通過?

作圖步驟(見圖二):

1)根據雷達觀測資料，在雷達標繪圖上標定目標船在2340和2346時刻的觀測點A1、A3。

2)連接點A1、A3，得相對運動線A1A3。

為我船和目標船初始的DCPA。

4)運用原則“自始反航向終連”畫出矢量三角形ΔMA1A3。

5)在ΔMA1A3中，求出目標船的航向084°及航速16 kn。

6)根據第2問要求，在2346時(即A3位置處)向離我船2 n mile的圓作切線，切點為P′，即為新最近會遇點，則A3P為我船避讓后的新相對運動線。

7)延長PA3，運用原則“中心不變”，以點M為圓心，為MA1半徑作弧，交延長線PA3于點A1′，得新的矢量三角形ΔMA1′A3，∠A1MA1′為轉向角ΔC，測得為40°。

8)延長線PA3與MA1交于點A′′，的新的矢量三角形ΔMA1′′A3，求出本船新航速為6 kn。

9)從圖二中可以看出，2346時我船右轉40°或減速至6 kn的新相對運動線一致，都在A3P上，不同的是相對運動速度Vr不一致。

TCPA轉向=A3P′′×6=14 min;

TCPA變速=A3P′′′×6=21 min

則我船右轉先于我船減速行動。

3.2 行動后新的DCPA

例2文獻[1]:本船真航向080°，航速10 kn，雷達測得兩船的真方位和距離如下:

A船 B船

1400 TB 115°——11.0′TB 170°——9.5′

1406 TB 115°——9.0′TB 169°——8.5′

1412 TB 115°——7.0′TB 168°——7.5′

求:1)為讓A船.本船與A船相距6 n mile時右轉，擬保持2 n mile的DCPA，應改駛的新航向。

2)1415 得知B船已改駛 040°，航速為 7.5kn，求 DCPA。

3)發現與B船的DCPA太小.決定停車.若本船停車沖程為1n mile，歷時9 min，欲使B船在本船前方2 n mile通過，本船應何時停車?

4)到最近點的時間TCPA。

作圖步驟(見圖三):

1)根據雷達觀測資料，在雷達標繪圖上標定目標船A的觀測點A1、A2、A3和目標船B的觀測點B1、B2、B3。

2)運用原則“自始反航向終連”分別畫出矢量三角形ΔMA1A3和ΔNB1B3。

3)在相對運動線A1A3與6海里圓相交點A4的作與2海里的切線，然后平移至A3，運用原則“中心不變”，以點M為圓心，為MA1半徑作弧，交平移線于點A1′，得A船新的矢量三角形ΔMA1′A3，∠A1MA1′為轉向角ΔC，測得為47°，則我船應行駛航向127°。

4)作B船在1415時刻后12分鐘內的航向與航程，即為NB3′ ，然后平移MA1′至NB1′，得B船新的矢量三角形ΔNB1′B3′，將B1′B3′平移至1415時刻點B4，以中心點O向該平移線作垂線，垂足為點PB，即為我船與B船的最近會遇點，DCPA為0.3 n mile。

5)將NB3′平移，并向與離我船2 n mile的圓作切線，然后將NB1′平移，根據我船沖程為1 n mile，僅量取平移線1 n mile與該切線和B船新的相對運動線B4PB相交，得交點N′、B5，B5即為本船開始采取停車行動處。同理根據我船沖時9 min，可計算:

N′B6=(9/60)×7.5=1.125 n mile。

6.tB4B5=B4B5B1′B3′×12=15 min，則本船停車時刻1430。

tB6PA′=B6PA′NB3′×12=9 min，則TCPA=1430+沖時+tB6PA′=1448。

4 相對運動作圖的特殊情況處理

在上述問題(1)中，涉及到他船與我船在最近會遇距離2海里通過，新的相對運動線作為切線應當切于我船船首還是船尾的問題。

1)先根據《1972年國際海上避碰規則》(以下簡稱《規則》)^[2]中互見情況第13、14、15條，能見度不良情況第19條的\"駕駛和航行規則\"的規定，判斷我船此時應當向向右轉向，還是向左轉向(變速和轉向問題作圖類似，見例1)

2)人工標繪

如圖四①所示。若兩船互見，則根據《規則》第15條的規定，我船為讓路船，他船為直航船。本船應當向右轉向，且避免橫越他船的前方。因此，相對運動線應當切于我船船首方向。若能見度不良，根據《規則》第19條的規定，我船避免對正橫前的船舶采取向左轉向，即應當向右轉向。因此，相對運動線也應當切于我船船首方向。

如圖六②所示。若兩船互見，則根據《規則》第15條的規定，我船為直航船。但一般的標繪題要求僅我船采取行動，而他船保向保速。則我船此時采取有效的協助避讓，向右轉向。若能見度不良，根據《規則》第19條的規定，我船也應當向右轉向。相對運動線切于我船船尾方向時，我船右轉小角度∠B1NB1′，即ΔCB，避讓后TCPA 有限，但無危險;相對運動線切于我船船首方向時，我船右轉大角度∠B1NB1′′，即ΔCB′，避讓后TCPA 無限。

5 結論

人工雷達標繪需要多繪畫，熟練掌握，才能在有限的時間得到準確的避讓措施。海上實際，由于儀器設備的誤差、觀測誤差、標繪誤差、船舶環境、船舶慣性等影響，按標繪所得幅度采取措施達不到預期的DCPA值，需要加大幅度或聯合轉向和變速行動或提前行動。另外，在查核避讓行動的有效性時，如果發現新相對運動線不是人工標繪時預期的，則說明他船可能也采取了行動，要仔細查核協調性，以確保與他船在安全距離上駛過讓清。

參考文獻

[1] 方泉根.雷達觀測與模擬器[M].中華人民共和國港務監督局，1998.

[2] 吳兆麟，趙月林.船舶值班與避碰[M].大連:大連海事大學出版社，2008.