Libro Arpa 2014

ESCUELA NACIONAL DE NAUTICA “MANUEL BELGRANO” - FUNDADA EN 1799 1

ARPA

AUTOMATIC RADAR PLOTTING AID

VICTOR FERRAZZANO

2014


Libro de texto utilizado en la Cátedra Navegación III de la carrera de grado Piloto de

Ultramar, de la Escuela Nacional de Náutica “Manuel Belgrano”, Buenos Aires,

Argentina, dependiente del Instituto Universitario Naval


Indice

Capitulo 1: Características generales de un Sistema ARPA 5

Capítulo 2: Descripción de un Sistema ARPA 11

Capítulo 3: Alarmas, símbolos estandarizados y maniobra de prueba 27

Capítulo 4: Tipos de estabilización 33

Capítulo 5: Errores provocados por los elementos periféricos 39

Capítulo 6: Cinemática aplicada al ARPA 41

Capítulo 7: Error en los vectores verdaderos por la maniobra del buque propio 51

Apéndice: Resolución A.823(19)



1 CARACTERISTICAS GENERALES

DE UN SISTEMA ARPA

1.1 INTRODUCCION

La sigla “ARPA” es un acrónimo que proviene de la expresión inglesa “Automatic Radar

Plotting Aid” y que, como su traducción lo indica, consiste en una ayuda automática para

efectuar el punteo radar.

Mediante una computadora el sistema ARPA analiza la información recibida por el radar

y otros elementos periféricos de todos los buques que estén dentro de su alcance,

obteniendo resultados que luego son volcados a la pantalla en donde serán interpretados

por el operador del sistema.

Dichos resultados incluyen las características cinemáticas de los blancos, tales como su

rumbo, velocidad, CPA y TCPA.

El sistema también puede calcular posiciones futuras de un blanco ya sea para una

maniobra del buque propio, o no.

Pero como cualquier otro sistema tecnológico, el sistema ARPA también posee errores.

Veremos que algunos de ellos son salvables, pero otros no. En este último grupo están

comprendidos los errores inherentes al propio sistema, y que en líneas generales se

producen cuando es el blanco o el buque propio el que está alterando sus parámetros de

rumbo y/o velocidad. Si esto ocurre, la información suministrada por el ARPA no deberá

ser tenida en cuenta, ya que se convierte en información poco menos que inútil.

¿Qué significa este último concepto?. Use la información que le brinda el sistema

ARPA solamente si determina que ninguno está maniobrando. Si alguno está

maniobrando, no use la información del ARPA para tomar una decisión porque es falsa!

Para que Usted pueda usar la información del ARPA, deberá descartar que ni el

blanco ni Usted estén maniobrando en ese momento. Si Usted es el operador del sistema,

es obvio que va a poder saber si el buque propio está maniobrando o no.

Será fácil descartar la maniobra del blanco si éste se encuentra a la vista, ya sea de día o

de noche. El caso crítico se produce cuando no se encuentre a la vista, por ejemplo dentro

de una zona con visibilidad reducida.

1.2 RESOLUCIONES DE OMI

Las resoluciones A.422(11) y A.823(19) de OMI establecen las normas de rendimiento

que deberán cumplir los equipos, para que sean considerados como un sistema ARPA.

Según dicha resolución, un sistema ARPA...”es aquel en el que el análisis del riesgo de

colisión se realiza en forma automática y sin requerir punteo alguno por parte del

operador”

¿Qué significa esto último?. Que el operador del sistema no tiene que estar pendiente de

lo que está haciendo el blanco. El que deberá hacerlo es el sistema ARPA. El sistema

debe detectar el movimiento del blanco sobre la pantalla y darse cuenta si el mismo está

alterando el rumbo y/o la velocidad. Usted no debe tomar ni la demora ni la distancia del

blanco. El sistema deberá hacerlo por si mismo para efectuar todos los cálculos

cinemáticos que hagan falta.


1.3 CERTIFICACIONES

Si el buque cuenta con un sistema ARPA instalado a bordo, el capitán y todos los oficiales

a cargo de la guardia de navegación deberán poseer un certificado de operador de sistemas

ARPA.

1.4 BUQUES OBLIGADOS A TENER ARPA

Según la Regla 19 del Capítulo V del convenio SOLAS (Safety of Life at Sea) los buques

obligados a tener un sistema ARPA instalado a bordo, son todos aquellos con un arqueo

bruto igual o superior a 10.000 t

1.5 PERIFERICOS CONECTADOS AL SISTEMA ARPA

Cuando nos referimos al ARPA, nos referimos realmente al “sistema” ARPA.

Recordemos que un sistema es un conjunto de partes que interactúan entre si, hacia la

búsqueda de un fin común. Imaginemos por un instante el sistema respiratorio: las partes

que interactúan entre si serian los pulmones, bronquios, alveolos, vías aéreas superiores,

etc. El fin común que persigue este sistema es la oxigenación del organismo.

En el caso del sistema ARPA, las partes interactuantes (a los que de ahora en adelante

nos referiremos como “periféricos”) son los siguientes:

RADAR

Girocompás

Corredera

GPS

Fig. 1.2 elementos periféricos que conforman el sistema ARPA

El fin común que se persigue es el mantenimiento de la seguridad de la navegación, de

modo que si el sistema resulta correctamente utilizado, le dará al navegante una valiosa

herramienta para la resolución de diferentes problemas, ahorrándole con ello esfuerzo y

tiempo para la realización de otras tareas que requieren de su participación en forma

activa (por ejemplo ”mirar hacia la proa”)

De la lista de periféricos que puede tener conectado un sistema ARPA, resultan

absolutamente imprescindibles solamente los dos primeros: el Radar y el girocompás. Si

alguno de ellos se ausenta, el sistema “se cae” y deja de funcionar.


No ocurre lo mismo con la corredera o el GPS. El sistema tiene capacidad de funcionar

aun en ausencia de ambos, pero dicho funcionamiento se realizaría con ciertas

limitaciones que veremos más adelante

1.6 INFORMACION VECTORIAL

Cuando el ARPA resuelve el triángulo de velocidades OWA para un blanco cualquiera

(fig.1.3), podrá presentar en forma gráfica sobre la pantalla algunas componentes de dicho

triángulo. La forma gráfica en que presenta esta información, es a través de vectores.

El ARPA puede suministrar dos clases de vectores: relativos y verdaderos.

Cuando se solicitan vectores relativos, el ARPA presentará sobre la imagen del blanco el

lado OA del triángulo. (Fig 1.4).

Fig.1.3

Fig.1.4: Pantalla que muestra vectores relativos. Se muestra

sobre el blanco solamente el

lado OA del triángulo de

velocidades.

Sobre el buque propio no se

muestra ningún vector, ya que el

vector relativo del buque propio

es nulo, según se viera en el

curso de operador radar


Si en cambio solicitamos vectores verdaderos, presentará sobre el blanco el lado WA del

triángulo, y sobre el buque propio, el lado WO. (Fig.1.5)

1.7 VECTORES CRONOAJUSTABLES

Los vectores tienen un origen y un extremo. El origen es donde el radar detecta al

blanco y donde se localiza el eco. El extremo es la punta del vector.

Las normas de OMI para los ARPA establecen que los vectores deben ser

cronoajustables, es decir, ajustables a un tiempo dado. Esta opción está disponible al

operador del sistema, mediante la función “Vector Time”, o “Vector Length” o

similares.

Por ejemplo, si nuestro buque navega a 20 nudos, y seleccionamos un largo de vectores

de 15 minutos, en la pantalla se dibujará un vector de 5 millas de largo, expresando la

distancia que recorreremos en esos 15 minutos a la presente velocidad de 20 nudos. Lo

mismo ocurre con los vectores de los blancos.

Si en la figura 1.5, el largo de vectores es de 10 minutos, significa qie

1) El buque propio está ahora en el centro de barrido y dentro de 10 minutos estará

en la punta del vector propio

2) El blanco está ahora donde aparece el eco radar y dentro de 10 minutos estará en

la punta de su vector

1.8 USAR EL LARGO DE VECTORES PARA INTERPRETAR UN RIEGO DE

ABORDAJE

El riesgo de abordaje se puede evaluar también en forma gráfica, utilizando

convenientemente el tipo de vector en forma conjunta con la función “largo de

vectores”

El riesgo de abordaje se puede evaluar utilizando tanto vectores relativos como

verdaderos verdaderos.

Fig.1.5: Pantalla que muestra vectores

verdaderos. Se muestra

sobre el blanco el lado WA

del triángulo de

velocidades.

Sobre el buque propio se

muestra el lado WO de

dicho triángulo.


1.8.1. Análisis con vectores relativos

Fig.1.6: análisis del riesgo de abordaje utilizando vectores relativos

Recordando que el buque propio no tiene vector relativo, la figura 1.6 muestra la

situación cinemática entre su buque y un blanco. Los vectores son vectores relativos y el

margen de seguridad, que se muestra en color rojo, es de 2 millas náuticas. La figura de

la izquierda muestra un largo de vectores de 6 minutos y no se puede apreciar si el

vector del blanco invadirá el margen de seguridad. En la figura de la derecha se operó

con la función “Vector Time” y muestra un largo de vectores de 30 minutos. Se aprecia

que no existe un largo de vectores que muestre un margen de seguridad violado y se

concluye que no existe riesgo de abordaje con este blanco. En cambio, la figura 1.7

muestra un riesgo de abordaje en menos de 24 minutos

Fig. 1.7 Vectores relativos mostrando un riesgo de abordaje

RELATIVE VECTORS

VECTOR TIME = 6 min

RELATIVE VECTORS

VECTOR TIME= 30min

RELATIVE VECTORS

VECTOR TIME = 6 min

RELATIVE VECTORS

VECTOR TIME= 24min


1.8.1. Análisis con vectores verdaderos

Fig.1.8: evaluación del riesgo de abordaje con vectores verdaderos

Con vectores verdaderos, el buque propio ahora tiene su propio vector, la figura 1.8

muestra la situación cinemática entre su buque y un blanco. Los vectores son vectores

verdaderos. La figura de la izquierda muestra un largo de vectores de 6 minutos. La

manera de interpretar esta información es que dentro de 6 minutos cada buque estará en

la punta de su vector y todavía no se cruzaron. Tampoco se puede apreciar si ambos

estarán en algún momento a distancia peligrosa.

En la figura de la derecha se operó con la función “Vector Time” y se muestra un largo

de vectores de 12 minutos. Se aprecia que no existe un largo de vectores que muestre a

ambos buques en el mismo lugar o muy cerca uno del otro. Se concluye que no existe

riesgo de abordaje con este blanco.

En cambio, la figura 1.9 muestra un riesgo de abordaje en menos de 24 minutos. Se

pudo encontrar un largo de vectores en donde las puntas de los vectores verdaderos “se

tocan” lo que indica que en ese tiempo los dos buques están en el mismo lugar a la

misma hora.

Fig.1.9: vectores verdaderos que muestran un riesgo de abordaje en 24 min

TRUE VECTORS

VECTOR TIME = 6 min

TRUE VECTORS

VECTOR TIME= 12min

TRUE VECTORS

VECTOR TIME = 6 min

TRUE VECTORS

VECTOR TIME= 24min


2 DESCRIPCIÓN DE UN SISTEMA ARPA

2.1 DIAGRAMA DE BLOQUES

La figura 2.1 muestra el diagrama simple en bloques para el caso de un operador que no

cuenta con un sistema ARPA: el operador debe puntear manualmente al blanco, y luego

Fig.2.1


de construir el triángulo de velocidades, calcula las características cinemáticas del blanco:

rumbo, velocidad, CPA y TCPA.

El operador debe comparar el CPA obtenido con el margen de seguridad (MS) fijado por

el capitán, y luego de determinar que debe ceder el paso al otro buque, deberá modificar

el triángulo de velocidades para obtener la maniobra de evasión, la cual podrá consistir

en un cambio de rumbo, velocidad o una maniobra combinada.

Como se aprecia, sin un ARPA el rol del operador sobre la pantalla del radar es totalmente

activo: todo debe ser resuelto enteramente por él.

La figura 2.2 muestra cómo se simplifica el rol del operador, cuando está operando un

sistema ARPA.

En este caso, el operador solamente le indica al sistema cuáles blancos le interesa seguir

y cuáles son los márgenes de seguridad que se deben mantener.

A partir de allí el sistema se hace cargo de la situación cinemática.

“Situación”:

Los movimientos de los blancos y del buque propio se combinan geométricamente y

determinan situaciones cinemáticas.

Rol del ARPA

“Detección del blanco y almacenamiento de datos”

Los datos medidos son la demora, distancia y tiempo, utilizando como sensor al radar.

Esta información es almacenada en la memoria de la computadora.

“Interpretación de los resultados”

Una vez que en la memoria se reúnen suficientes datos, el sistema realiza el cálculo

cinemático, obteniendo el rumbo, velocidad, CPA y TCPA de los blancos.

Fig.2.2


Como previamente el operador ya introdujo los márgenes de seguridad, el sistema va a

interpretar como peligrosos a aquellos blancos que los violen, activándose la alarma de

peligro; y como seguros a los que no los violen.

“Presentación de los resultados”

La presentación de los resultados se realiza sobre la pantalla, en forma alfanumérica.1

En forma gráfica mediante un símbolo sobre cada blanco, en donde dicho símbolo expresa

si el blanco es seguro o peligroso, y mediante resultados numéricos en algún otro lugar

de la pantalla dedicada para tal fin.

Rol del operador

“Decisión de la necesidad de acción”

Recuerde que a veces el sistema puede estar suministrando información falsa.

Un blanco puede ser seguro, pero debido a la maniobra del buque propio o del blanco, la

información se torna falsa y la alarma de peligro puede activarse erróneamente. En esta

etapa el rol del operador es vital para filtrar lainformación falsa y así evitar caer en una

continua cadena de errores que puede llevar a la pérdida del buque.

“Elección de la maniobra”

Una vez determinado que el ARPA está entregando información veraz y que el buque

propio está a rumbo de colisión, el operador le podrá pedir al sistema que calcule una

maniobra de evasión efectiva. Dependiendo del modelo, el sistema le podrá pedir al

operador hacia qué banda debe hacer el cálculo, dentro de cuánto tiempo se hará la

maniobra y el CPA final del mismo. Así por ejemplo el operador le dice: “quiero

maniobrar dentro de 5 minutos hacia la banda de estribor, de modo que ahora el blanco

pase a 2 millas de CPA”.

El sistema responde: ”dentro de 5 minutos caer a estribor al rumbo 150°. El

blanco pasará con 2 millas de CPA”.

“Decisión de si la solución es aceptable”

Es probable que la solución entregada por el ARPA sea matemáticamente efectiva, pero

inaplicable en la práctica. Por ejemplo, siguiendo con el ejemplo anterior, si dentro de 5

minutos caemos a estribor al rumbo 150°, el buque vare encima de un banco que se

encuentra por esa misma banda.

“Reglamentos, experiencia”

A veces la solución calculada por el ARPA es inaplicable, porque pondría a navegar el

buque contraviniendo leyes locales. (áreas prohibidas a la navegación, áreas de protección

pesquera, áreas reservadas para ejercicios militares, dispositivos de separación de tráfico,

etc).

Como puede apreciarse, el rol del operador ahora es sumamente pasivo, pero no por ello

es menos importante. Solamente controla y supervisa, pero tiene la responsabilizar de

filtrar informaciones falsas que provengan del sistema, y que puedan colocar al buque en

situación riesgosa, si se dan por auténticas.

1 significa que la información incluye letras, números y gráficos


2.2 MEDIDA DE LA DISTANCIA

Según la resolución A.422 de OMI, el sistema tiene que poder hacer el seguimiento de un

blanco en forma automática. Eso quiere decir, entre otras cosas, que el sistema tiene que

tener capacidad para medir la demora y la distancia a cualquier blanco, sin requerir en

absoluto de su asistencia. Para poder comprender la forma en que el sistema mide la distancia

a los blancos, es necesario comprender lo que en electrónica se conoce con el nombre de una

compuerta AND. Un esquema de la misma aparece en la figura 2.3.

En dicha figura, se puede apreciar que la

compuerta consta de dos interruptores A y B

y de un testigo C.

La única posibilidad para que se encienda la

lamparita de la figura, es que se cierren los

interruptores A y B. Dicho de otro modo, la

única posibilidad de que exista tensión en C,

es que también la haya en A y en B.

Una compuerta AND del sistema ARPA trabaja con la base de tiempo del radar conectada

al interruptor A. Si en algún momento el radar recibe la señal proveniente de un eco, entonces

habrá tensión en dicho interruptor.

En el B se conecta un reloj digital que provee impulsos eléctricos de manera regular.

Ahora bien, de acuerdo con lo visto anteriormente, se generará una tensión en C, solamente

cuando la haya simultáneamente en A y en B.

Fig.2.4: elementos de la compuerta AND en el sistema ARPA.

Supongamos que nuestro radar opere en la escala de 3 millas y que a nuestro alrededor

existen tres blancos: a 0.8, 1.3 y 2 millas de distancia. (Figura 2.4)

Supongamos también que para esas tres millas (37 s) , el reloj digital de la compuerta es capaz de emitir solamente 30 impulsos. Esto le da al testigo capacidad para evaluar

solamente 30 situaciones.

Fig 2.3 Compuerta AND


Cuando el radar emite un pulso (t = 0), el reloj digital de la compuerta AND comienza a

trabajar, generando tensión en el extremo B de la compuerta.

Cuando el reloj emite su primer pulso, genera tensión en B, pero al no haberla en A, el

voltaje en C es cero y por lo tanto no se registra nada.

Lo mismo ocurre con los 7 pulsos siguientes.

Pero cuando el reloj emite el octavo pulso (t = 9.9 s) se genera tensión en B y también en A porque el radar recibe el eco de un blanco.

Por lo tanto en C hay voltaje. Un fenómeno similar ocurre con el pulso 13 y el 20. (valores

de t = 15.5 s y t = 23.8s)

La forma en que calcula la distancia es por medio de una sencilla regla de tres:

30 pulsos..........3 millas

8 pulsos..........x

x= 0.8 millas

Obsérvese que si este eco en lugar de hallarse a 0.8 millas, estuviera a 0.85 millas de

distancia, el sistema no tendría capacidad de medir la distancia al blanco, debido a que nunca

se produciría simultáneamente la tensión requerida en ambos interruptores.

Para evitar este inconveniente, la OMI establece que el sistema debe tener capacidad de

medir distancias con una precisión de 0.01 millas.

Y se logra con un reloj digital que tenga una FRP adecuada.

0.01 millas = 0.1236 s

0.1236 s ......... 1 pulso

1.000.000 ms ......... x

x = 8.090.614 pps x = 8 Mhz

2.3 MEDIDA DE LA DEMORA

El sistema mide en forma automática la demora a cualquier blanco mediante el uso del

codificador de demora mostrado en la figura 2.5. Consiste en 5 coronas circulares,

compuestas de dos elementos. La recta AB se hace coincidir con la línea de fe del

buque. Las áreas de negro están cargadas eléctricamente y poseen tensión. Las blancas

no tienen tensión.

Una escobilla gira en forma sincronizada con la antena. La escobilla tiene 5 contactos

que toman la tensión del elemento que van tocando, y generan una señal codificada

como las que aparecen en las posiciones 1, 2 y 3.

Este ejemplo tiene 5 coronas circulares y así se pueden conseguir apreciaciones de 1/32

de horizonte o sea 11.25 grados sexagesimales, lo cual es insuficiente para los fines

náuticos, pero si se diseña el dispositivo con 14 coronas se obtiene una exactitud de

menos de 0.03 grados que es lo que exige la OMI para estos casos.

La figura 2.6 muestra los resultados de la precisión obtenida en función del número de

coronas.


Fig.2.5: codificador de demora

n 2n P=360°/2n 1 2 180

2 4 90

3 8 45

4 16 22.5

5 32 11.25

6 64 5.625

7 128 2.8125

8 256 1.4062

9 512 0.7031

10 1024 0.3515

11 2048 0.1757

12 4096 0.0878

13 8192 0.0439

14 16384 0.0219

Fig.2.6: coronas (n) vs precisión (P)

2.4 COMPUERTAS DE BUSQUEDA

Ya hemos visto que las resoluciones de OMI obligan al sistema ARPA a efectuar el

seguimiento de cualquier blanco en forma totalmente automática y sin requerir ninguna

clase de asistencia por parte del operador. Esto quiere decir, entre otras cosas, que el

sistema tiene que tener capacidad para detectar pequeños y grandes cambios de rumbo

y/o velocidad por parte de cualquier blanco. Para dar cumplimiento a estos


requerimientos, el sistema utiliza lo que se denominan “compuertas de búsqueda” y cuyo

significado se pasa a explicar a continuación.

La figura 2.7 muestra la posición de un blanco en la posición inicial (0) y en la siguiente

vuelta de antena (1).

El sistema transforma las coordenadas polares en cartesianas y a partir de la posición

inicial, se determinó que el blanco se movió horizontalmente y hacia la derecha, digamos

unas 20 unidades (x=+20).

Del mismo modo, verticalmente se movió hacia abajo unas 10 unidades. (y=-10)

A partir de ahora y para no perder el seguimiento, con estas dos informaciones el sistema

va a predecir en dónde es de esperarse que aparezca el blanco en la siguiente vuelta de

antena: a partir de la última posición conocida (punto 1), aplica un x=+20 y un y=-10, dando como resultado el punto de predicción A de la figura 2.7.

En ése lugar el sistema va a buscar al blanco en la siguiente vuelta de antena.

En el caso de que el blanco no esté allí, el sistema prevé la apertura de una compuerta

de búsqueda de radio r1 de modo que escaneando dentro del círculo se pueda localizar

nuevamente la presencia del blanco, lo cual se produce en el punto 2 de la figura.

El sistema ahora calcula los valores x, y a partir de la última posición conocida. Esto

es, que se compara las variaciones experimentadas entre los puntos 1 y 2.

Supongamos que dichos valores son x=+10, y=-8. Veamos hasta este momento qué sabe el ARPA del blanco.

El sistema lo vio en los puntos 0,1 y 2 de la figura (posiciones reales)

Fig.2.7

10

20

+x

+y


Movimiento x y De 0 a 1 +20 -10

De 1 a 2 +10 -8

Fig.2.8: información histórica del blanco, al completarse la vuelta de antena 2

Pero el seguimiento debe continuar. Ubicado el blanco en el punto 2, ahora el sistema

debe predecir en dónde podrá encontrarse el blanco en la siguiente vuelta de antena. Y

esto lo hará en base a la información que tiene hasta ese momento del blanco, mostrada

en la figura 2.8.

A partir del punto 2 de la figura, el sistema tiene que aplicar un x y un y y obtener de ese modo un nuevo punto de predicción.

Vea la figura 2.8. Las variaciones x fueron +20y +10, asi que el sistema ARPA se

queda con el promedio +15.

Lo mismo hace para con las variaciones y, que fueron –10 y –8, quedándose con el promedio –9.

Así que aplicando éstos valores a partir del punto 2, se obtiene el punto B de la figura,

que es la nueva posición de predicción del blanco. Allí irá a buscarlo el sistema en la

siguiente vuelta de antena, para no perderlo.

En el caso de no encontrarse el blanco en dicho punto, el sistema prevé abrir una

compuerta de búsqueda con un radio r2 ,menor al anterior, porque el sistema ahora

conoce mejor el comportamiento del blanco.

Se produce el escaneo del blanco dentro de la compuerta, hasta que resulta localizado en

el punto 3, determinándose que respecto dela posición anterior (punto 2), se

experimentó un x= +12 y un y=-15

Veamos hasta este momento qué sabe el ARPA del blanco.

El sistema lo vió en los puntos 0, 1, 2 y 3 de la figura (posiciones reales)

Movimiento x y De 0 a 1 +20 -10

De 1 a 2 +10 -8

De 2 a 3 +12 -15

Fig.2.9: información histórica del blanco, al completarse la vuelta de antena 3

Pero el seguimiento debe continuar. Ubicado el blanco en el punto 3, ahora el sistema

debe predecir en dónde podrá encontrarse el blanco en la siguiente vuelta de antena. Y

esto lo hará en base a la información que tiene hasta ese momento del blanco, mostrada

en la figura 2.9.

A partir del punto 3 de la figura, el sistema tiene que aplicar un x y un y y obtener de ese modo un nuevo punto de predicción.

Vea la figura 2.9. Las variaciones x fueron +20, +10 y +12, así que el sistema ARPA

se queda con el promedio +14.

Lo mismo hace para con las variaciones y, que fueron –10, –8 y -15, quedándose con el promedio –11.

Así que aplicando éstos valores a partir del punto 3, se obtiene el punto C de la figura,

que es la nueva posición de predicción del blanco. Allí irá a buscarlo el sistema en la

siguiente vuelta de antena, para no perderlo.

De no hallar al blanco en el punto C, se abrirá el tercer y último tamaño previsto para

las compuertas de búsqueda, hasta localizar al blanco en el punto 4.

Y así sucesivamente se continua con el seguimiento del blanco.


El método de utilizar compuertas de búsqueda es útil al sistema porque:

a) Cuida los recursos del sistema, haciendo que éste busque el blanco solamente e

torno a ciertas áreas y no en toda la pantalla

b) Sirve para identificar el blanco con un nombre

c) Sirve para seguir un blanco a pesar de que éste efectue cambios de rumbo y/o

velocidad

Puede ocurrir el caso que en determinadas vueltas de antena, el sistema no pueda

localizar al blanco dentro de la compuerta, debido a que ni siquiera el radar lo ve, por

ejemplo cuando un blanco queda tapado por el estado del mar.

En ese caso, el sistema continuará con la predicción, pero en la siguiente vuelta de

antena, hará la búsqueda utilizando una compuerta de mayor tamaño.

Si en compuerta grande tampoco resulta posible localizarlo, se inicia un proceso que

puede culminar con la pérdida del blanco por parte del sistema, tema que será tratado

oportunamente en el capítulo “Alarmas del sistema ARPA”

Se inicia el proceso de “pérdida de blanco”

Fig.2.10:

tamaño y forma de las compuertas de búsqueda


2.5 POSICIONES PROCESADAS POR EL SISTEMA ARPA

Hasta ahora hemos visto que el sistema ARPA procesa dos clases de posiciones: las

posiciones reales del blanco, y las posiciones de predicción. ¿Con cuál de estas dos el

sistema hace los cálculos cinemáticos del blanco?. Con ninguna de ellas. El sistema hace

los cálculos con los valores X e Y correspondientes al punto medio de la línea que une

ambas posiciones, denominándose el punto intermedio “posición ponderada” 1 tal cual se

aprecia en la figura 2.11

Fig. 2.11: Posición ponderada.

2.6 NECESIDAD DE UTILIZAR POSICIONES PONDERADAS

Un barco no es un objeto puntual. Tiene dimensiones y su aspecto puede variar.

Además, los movimientos de rolido y cabeceo pueden hacer que en determinadas vueltas de

antena el radar marque la proa del buque, y en otras el centro o la popa.

Y dado el breve intervalo de tiempo en que tienen lugar dos pasos sucesivos del haz, hasta

los más pequeños errores no se tornan despreciables.

La figura 2.12 muestra tres casos en donde es posible apreciarlos.

Es por este motivo que para realizar todos los cálculos cinemáticos el sistema ARPA no

opera con las posiciones reales del blanco. Se determinó que operando con las posiciones

ponderadas en lugar de las reales, el sistema funciona mejor.

1 en inglés Smoothed position


Fig.2.12: la figura

superior muestra el

caso en que primero se

marca un sector de la

popa y luego uno más a

proa: para el ARPA

esta buque se mueve

mucho más rápido.

La figura central

muestra el caso

inverso. Primero se

marca un sector de la

proa y luego uno más a

popa.

La figura inferior

muestra el caso

extremo: el buque

aparece navegando en

el sentido inverso


2.7 METODO DE ANALISIS REGRESIVO

Un operador resuelve el problema de la cinemática punteando varias posiciones del eco

y construyendo el triángulo de velocidades conjuntamente con el vector del buque propio.

Se obtiene el rumbo relativo (OA), el rumbo y la velocidad del blanco (WA), su CPA y

TCPA.

Dependiendo si el operador utilice o no la modalidad de punteo abreviado, esta operación

le podrá demandar 2, 3 ó 6 minutos.

El ARPA obtiene posiciones del blanco a cada vuelta de antena, esto es, en promedio

cada 3 segundos, lo cual torna el método de punteo que nosotros conocemos bastante

inefectivo por los errores que se pueden cometer al adoptar un intervalo de estudio tan

corto, según se vio al tratar el tema anterior (“Posición ponderada”).

El ARPA resuelve el problema registrando y analizando muchas posiciones pasadas del

eco, para que al cabo de cierto tiempo, entregar el resultado que corresponde a un

movimiento promedio.

Este método, que consiste en entregar información actual de un blanco en base a

información pasada del mismo, se denomina “análisis regresivo”.

Cuando uno adquiere un blanco sobre la pantalla, lo primero que se observa es que el

sistema no entrega información del mismo en forma inmediata. Hay como un retardo en

obtener esta información. Por normas de rendimiento este retardo no debe superar el

tiempo de un minuto. En ese intervalo, y a cada vuelta de antena el sistema va obteniendo

información del blanco (demora y distancia, que luego transforma a coordenadas

cartesianas). Entre cada posición, el sistema calcula el rumbo y la velocidad del blanco,

pero no los muestra en la pantalla. Lo envía a la memoria del procesador. La figura 2.13

muestra el seguimiento del rumbo de un blanco. Vamos a suponer en este ejemplo en

particular que el blanco no está alterando ni el rumbo ni la velocidad y que el sistema

entrega información al cabo de 16 vueltas de antena.

n Rv

1 120

2 122

3 124

4 128

5 120

6 117

7 114

8 119

9 121

10 122

11 124

12 123

13 119

14 118

15 120

120.7

Los rumbos parciales están comprendidos dentro del intervalo 114,128 pero en menos de

un minuto el operador puede apreciar sobre la pantalla el valor promedio120.7

Fig.2.13


Como el seguimiento debe continuar, en la siguiente vuelta de antena el sistema vuelve a

marcar al blanco en otra posición y respecto de la última, le calcula el rumbo en el último

tramo. (Fig.2.14) Como las posiciones de memoria son limitadas, y para que este nuevo

valor pueda ingresar a la memoria, se anula al más antiguo, y se hace el promedio con

estos nuevos valores. El operador ve en la pantalla el nuevo valor 120.9

n Rv n Rv

1 120 16 123

2 122 17

3 124 18

4 128 19

5 120 20

6 117 21

7 114 22

8 119 23

9 121 24

10 122 25

11 124 26

12 123 27

13 119 28

14 118 29

15 120 30

120.9

Veamos la siguiente vuelta de antena. Supongamos que ahora el rumbo en el último

tramo. (Fig.2.15)da por resultado 120. Para que este nuevo valor pueda ingresar a la

memoria, se anula al más antiguo, y se hace el promedio con estos nuevos valores. El

operador ve en la pantalla el nuevo valor 120.8

n Rv n Rv

1 120 16 123

2 122 17 120

3 124 18

4 128 19

5 120 20

6 117 21

7 114 22

8 119 23

9 121 24

10 122 25

11 124 26

12 123 27

13 119 28

14 118 29

15 120 30

120.8

Fig.2.14

Fig.2.15


Se puede apreciar inmediatamente la ventaja del uso del método de análisis regresivo:

mientras los rumbos parciales varían en un amplio margen (114 a 128°), el operador ve

un vector sumamente estable que varia apenas unas décimas de grado.

2.8 ERROR DEL METODO DE ANÁLISIS REGRESIVO

En el ejemplo anterior hemos supuesto que el blanco no estaba efectuando ninguna

maniobra. Pero si el mismo decide efectuarla, toda maniobra que realice va a quedar

enmascarada por el método de análisis regresivo, ya que dicho método entrega el

promedio de los últimos 15 valores. El vector es reacio a mostrar cambios

La figura 2.16 muestra un ejemplo de esta última afirmación: Al cabo de 23 vueltas de

antena el blanco ya está al Rv=170°, pero la maniobra queda enmascarada en el promedio.

El operador ve que el blanco tiene rumbo 130.6

n Rv n Rv

1 120 16 123

2 122 17 120

3 124 18 130

4 128 19 140

5 120 20 150

6 117 21 160

7 114 22 170

8 119 23

9 121 24

10 122 25

11 124 26

12 123 27

13 119 28

14 118 29

15 120 30

130.6

¿Qué pasa si ahora se activa la alarma de peligro, indicando riesgo de abordaje con este

blanco?. El parámetro que activó la alarma es el valor 130.6 y no el 170.

Pero como se ve, el blanco no lleva rumbo 130.6. Lo que es cierto es que el blanco

presentaba riesgo de abordaje con nuestro buque al rumbo 130.6 y que ahora, cuando

lleva un rumbo 170 probablemente esté pasando ya en forma segura.

Este ejemplo corrobora la afirmación expresada en 1.1 en cuanto a que el sistema entrega

información veraz de un blanco en tanto ni en cuanto ninguno esté maniobrando.

Use la información que le brinda el sistema ARPA solamente si determina que ninguno

está maniobrando. Si alguno está maniobrando, no use la información del ARPA para

tomar una decisión porque es falsa!

Para que Usted pueda usar la información del ARPA, deberá descartar que ni el

blanco ni Usted estén maniobrando en ese momento. Si Usted es el operador del sistema,

es obvio que va a poder saber si el buque propio está maniobrando o no.

Será fácil descartar la maniobra del blanco si éste se encuentra a la vista, ya sea de día o

de noche. El caso crítico se produce cuando no se encuentre a la vista, por ejemplo dentro

de una zona con visibilidad reducida. Veremos a continuación que el sistema ARPA

dispone de herramientas para poner en evidencia la existencia de este error.

Fig.2.16


2.9 POSICIONES PASADAS – HISTORY

Mientras que los vectores muestran el promedio de los últimos valores, no ocurre lo

mismo con las posiciones pasadas. Estas muestran las posiciones ponderadas concretas

de cada blanco en un determinado instante en el pasado. Por este motivo es posible

contrastar la información del vector con la de las posiciones pasadas, para saber si el

vector es fiable o no.

Por normas de rendimiento las posiciones pasadas tienen que reunir las siguientes

características:

a) tienen que ser 4 como mínimo

b) estar separadas por intervalos de tiempo iguales

c) no tardar más de 8 minutos en mostrar las cuatro

La figura 2.17 muestra varios ejemplos con posiciones pasadas para el vector verdadero

de un blanco.

El intervalo entre posiciones pasadas es variable y lo puede programar el operador del

sistema, pudiendo elegir cualquier valor entre 0 y 2 minutos. (Si eligiera un valor

superior a 2 minutos, el sistema no podría entregar 4 posiciones pasadas en 8 minutos).

El intervalo entre posiciones pasadas no es un valor fijo por lo siguiente:si la escala es

de 12 millas y el tiempo entre posiciones pasadas es de 2 minutos, entonces las

posiciones pasadas se verán adecuadamente espaciadas sobre la pantalla. Pero si la

escala es de 3 millas, se verán muy separadas e incluso, algunas de ellas se graficarán

afuera de la pantalla y no se verán, por lo que será necesario adoptar un valor menor de

espaciamiento que deberá elegir el operador .

La utilidad de las posiciones pasadas se puede ver en la figura que sigue: aparentemente

hay riesgo de colisión con el blanco indicado como “D”. El vector de este blanco pasa

por el centro de barrido. Además, tiene simbología de blanco peligroso. Pero analizando

las posiciones pasadas se puede ver que éste blanco está maniobrando, por lo tanto el

seguimiento no resulta confiable. Utilizando un EBL se puede determinar que

probablemente el blanco “D” ya quedó seguro, y que el blanco “C” es el que realmente

presentaría riesgo de abordaje

Fig.2.17:

caso (a) blanco mantiene rumbo y velocidad

Caso (b) blanco incrementa velocidad

Caso (c) blanco disminuye velocidad

Caso (d) blanco alteró rumbo y sigue cayendo

Caso (e) blanco alteró rumbo y paró la caída

La única información fiable es la del caso (a).



3 ALARMAS, SÍMBOLOS ESTANDARIZADOS

Y MANIOBRA DE PRUEBA

3.1 INTRODUCCION

Las normas de rendimiento especifican que un ARPA deberá contar con tres clases de

alarma por lo menos, las cuales son:

a) Intruso en el anillo de guardia

b) Peligro de abordaje o aproximación excesiva

c) Pérdida de blanco

3.2 ANILLO DE GUARDIA

Las normas de rendimiento especifican que un sistema ARPA llevará medios que avisen

al operador acerca de la presencia de todo blanco que se aproxime a un anillo de distancia

o zona elegida de guardia . El blanco que de lugar a la alarma quedará perfectamente

distinguido en la pantalla mediante un símbolo consistente en un triángulo con uno de sus

vértices apuntando hacia abajo2.(Fig.3.1)

Fig.3.1: Simbología estandarizada para un blanco ingresando a un anillo de guardia (a)

de 360° de horizonte, o (b) sectorizado

3.3 ALARMA DE PELIGRO

Las normas de rendimiento especifican que un sistema ARPA llevará medios que avisen

al operador acerca de la presencia de todo blanco que se venga siguiendo y del cual se

haya pronosticado que va aproximándose hasta quedar dentro del anillo de distancia

mínima (elegido por el operador) en un tiempo dado (también elegido por el operador).El

blanco que de lugar al aviso quedará perfectamente identificado sobre la pantalla

mediante un símbolo consistente en un triángulo con uno de sus vértices hacia arriba.

(Fig.3.2)

2 Los símbolos de un ARPA están regulados por la Norma IEC 872

(a) (b)


Por ejemplo supongamos que el operador desea saber con 20 minutos de antelación si

algún blanco va a violar el margen de seguridad que es de 2 millas. Esto quiere decir que,

dependiendo de cada equipo en particular, el operador debe indicarle al software del

ARPA los siguientes parámetros:

TCPA limit = 20 min

TCPA limit = 02 millas

Entonces un blanco peligroso será aquel que viole ambos parámetros. Un blanco seguro será

aquél que no viole ninguno o solamente uno de ellos. La simbología para un blanco seguro

consiste en un círculo y también se muestra en la figura 3.2

Ejemplo:

Márgenes de seguridad CPA Limit =2 millas. TCPA Limit = 20 min

Blanco 1: CPA=3 millas TCPA=25 min



Blanco 4: CPA=3 millas TCPA=52min

El único blanco peligroso es el 2. Son seguros los blancos 1, 3 y 4. En particular el blanco 3

continuará siéndolo solamente durante los próximos 5 minutos. Después se volverá

peligroso.

3.4 ALARMA DE PERDIDA DE BLANCO

El ARPA indicará claramente la pérdida de un blanco que se venga siguiendo, y la última

posición detectada quedará claramente indicada en la pantalla mediante un símbolo que

consiste en dos triángulos unidos por su base. (Fig.3.2)

Según las normas de rendimiento, el ARPA debe dar por perdido a un blanco solamente

si en la últimas 10 vueltas de antena, lo detectó 5 veces, o menos.

En los dos ejemplos que se muestra a continuación, el ARPA da por perdido al blanco

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

si/no si si si no si si si si si no no no no no

Fig.3.2: simbología estandarizada para un

blanco seguro (un círculo) y para un blanco

peligroso (un triángulo con uno de sus

vértices hacia arriba).

También se muestra el símbolo que

corresponde a un blanco perdido: dos

triángulos unidos por su base, mostrando la

última posición conocida del blanco

En 10 vueltas, no lo detectó 5 veces


n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

si/no si si si no si no si si no si no si no no

Una vez activada la alarma de pérdida de blanco, se deberá mostrar sobre la pantalla la última

posición conocida del blanco, durante por lo menos 5 vueltas de antena.

3.5 OTRAS ALARMAS OPCIONALES

Las alarmas indicadas anteriormente son las exigidas por las normas de rendimiento del

ARPA, pero la mayoría de los fabricantes ofrecen otras alarmas adicionales, como las

que a continuación se detallan:

3.5.1 MANIOBRA DEL BLANCO

Cuando la computadora determina que un blanco rastreado está maniobrando, algunos

modelos de ARPA disponen de un aviso o alarma que muestra el eco destellando, y un

mensaje en la pantalla que dice cuál es el blanco que está maniobrando.

3.5.2 MOMENTO DE MANIOBRAR

Cuando se efectúa una maniobra de prueba calculada para un determinado instante en el

futuro, la computadora le avisa al operador cuándo es el momento de efectuar la

maniobra.

3.5.3 SATURACIÓN DE LA CAPACIDAD DE RASTREO

Por normas de rendimiento, un sistema ARPA tiene que tener capacidad para procesar en

forma simultánea a 20 blancos como mínimo. Cuando el radar detecta más blancos que

los que puede procesar el ARPA, y éste opera en el modo de adquisición automática, se

activa una alarma que indica que el sistema no está procesando la totalidad de los blancos

situados dentro de la escala en uso.

3.5.4 GARREO DEL BUQUE FONDEADO

Esta alarma avisa al operador cuando el buque propio, que se halla en la condición de

buque fondeado, se mueve sobre fondo debido a los efectos del viento o corriente, no

aguantados por el ancla, es decir, cuando el buque propio garrea.

3.5.5 PERDIDA DEL PUNTO FIJO DE REFERENCIA

La mayoría de los equipos disponen de la facilidad de introducir en la memoria un punto

fijo, indicando por ejemplo un faro, una baliza o un islote, y que sirve para calcular la

deriva del buque propio, estabilizando la pantalla al fondo.3

Si el eco del punto tomado como referencia se pierde por debilitamiento dela señal u otra

causa, se activa una alarma que indica la pérdida del punto fijo de referencia, y el equipo

vuelve a entregar datos relativos al agua: rumbo y velocidad sobre agua.

3.5.6 FALLA DE SISTEMA

Esta alarma se activa para indicar fallas auténticas en cualquiera de los elementos

periféricos que conforman el sistema ARPA:

una falla real en el radar

una falla real en la corredera

una falla real en el girocompás

una falla real en el GPS

una falla real en la CPU del ARPA

3 significa que en la pantalla se verán datos respecto al fondo: rumbos y velocidades sobre fondo

En 10 vueltas, no lo detectó 5 veces


Pero esta alarma también se puede activar no habiendo fallas en ninguno de los periféricos,

como por ejemplo:

mala sintonía del radar: en la pantalla no aparece absolutamente nada. No hay blancos provenientes de buques, de boyas, retorno de mar o tierra. El sistema dispara

la alarma en forma precautoria

radar bien sintonizado, pero ausencia total de blancos provenientes de buques, boyas,

retorno de mar, sin costa a la vista.

Corredera funcionando correctamente, pero indicando velocidades menores a 2 nudos. (Cuando el buque se detiene a tomar práctico, por ejemplo)

3.6 OTROS SÍMBOLOS ESTANDARIZADOS

Blanco en proceso de adquisición: un rectángulo de trazo discontinuo.

Blanco cuyos datos numéricos aparecen en la pantalla: un cuadrado de trazo continuo

Cursor del ARPA:

Una cruz de tamaño adecuado

Maniobra de prueba: Una letra “T” bien visible en la pantalla

3.7 MANIOBRA DE PRUEBA

Las normas de rendimiento del sistema ARPA requieren que éste disponga de facilidades

para simular una maniobra y observar sus resultados sin interrumpir la información

actualizada de los blancos.

Con la asistencia de la computadora, el problema cinemático de predecir los efectos de una

maniobra, se simplifica notablemente efectuándose como “una prueba” en forma previa

a su posterior ejecución.

Si solamente hay dos blancos en aguas libres, la visualización de la maniobra de prueba se

hace relativamente fácil. En zonas de tráfico intenso, con buques grandes y áreas limitadas

para maniobrar se puede tornar dificultoso.

Es importante tener en cuenta cuando se planifica una determinada maniobra que el buque

propio puede requerir temporalmente un rumbo de colisión, como puede suceder con los

buques que se encuentran a mayor distancia, y los posibles riesgos de abordaje hacen

necesario efectuar una secuencia de maniobras porque una única maniobra no pueda resolver

todos los problemas que se presenten. Es por este motivo que algunos equipos tienen la

opción de simular en la misma prueba, dos maniobras diferidas

Los sistemas ARPA disponen de tres tipos de maniobra de prueba las cuales se detallan a

continuación:

3.7.1 PREDICCION MANUAL

El operador introduce en la computadora los datos del rumbo y/o velocidad del buque

propio, cuyos efectos desea probar sobre los blancos. El procesador calcula los resultados

de la maniobra y los presenta al operador. Si la maniobra es efectiva, se detendrán las

T


alarmas relativas a los blancos que se encuentran en situación de riesgo de abordaje. Al

mismo tiempo, el equipo presentará una clara identificación sobre la pantalla de que se

está efectuando una maniobra simulada. Con el objeto de evitar que la pantalla

permanezca innecesariamente en el modo simulación, éste se desactiva automáticamente

al cabo de cierto tiempo, devolviendo al operador la imagen real de la situación.

3.7.2 BUSQUEDA AUTOMÁTICA DE LA MANIOBRA

El operador pide al sistema que calcule la maniobra de evasión más conveniente, con

caída a babor/estribor y a determinada velocidad. La computadora obtiene el rumbo de la

maniobra, el cual presenta al operador del sistema para que tome la decisión.

3.7.3 MANIOBRA CON PANTALLA DINAMICA

En este avanzado método de maniobra de prueba, los movimientos de los blancos y el del

buque propio se multiplican por un número determinado de minutos, con lo cual se podrá

ver en la pantalla lo que ocurrirá en ésa cantidad de minutos, al rumbo y velocidad

introducidos por el operador.

Fig.3.3:Maniobra de prueba con pantalla dinámica y vectores relativos. A la izquierda la

modalidad simulación está desactivada y se ve la situación real. El blanco se muestra

peligroso y la alarma está encendida. A la derecha se activa la pantalla dinámica con un

tiempo de 6 minutos y una caída a estribor de 40°. El trazo discontinuo indica hasta donde

va a avanzar el blanco en esos 6 minutos. El quiebre de la recta muestra el instante de la

maniobra. El trazo continuo muestra el futuro movimiento relativo del blanco. Observe que

ahora el blanco pasó a la condición de seguro y que la alarma se ha apagado. Pero también

observe que esto es una simulación y que queda claramente indicado por la leyenda “Trial”

3.8 INNOVACIONES DE LA MANIOBRA DE PRUEBA

Constantemente están apareciendo innovaciones en los tipos de maniobra de prueba, las

cuales son cada vez más sofisticadas. Los equipos más avanzados disponen de alimentar la

computadora con otros datos de interés que afectan a la maniobrabilidad del buque: estado

de carga, curvas evolutivas, ROT, vectores curvos, etc

Danger: on

CPA: 0.3 nm Danger: off

CPA: 2.1 nm



4 TIPOS DE ESTABILIZACION

4.1 INTRODUCCION

Cuando los datos del buque propio son introducidos al sistema directamente de la

corredera y del girocompás, la pantalla muestra el movimiento del buque sobre la masa

de agua que le rodea, sin tener en cuenta la deriva de la corriente.

Para el análisis de los riesgos de abordaje no es necesario tener en cuenta los efectos de

la corriente, pues ésta afecta por igual a los blancos y al buque propio.

Pero para navegar por canales angostos, pasos estrechos y aguas restringidas en general,

no resulta útil esta presentación de la pantalla debido a que la línea de proa no señala el

movimiento real que está siguiendo el buque. Distinguiremos entonces dos tipos de

pantalla estabilizadas en el ARPA: la de estabilización al agua (o “Sea Stab”) y la de

estabilización al fondo (o “Ground Stab”)

Mediante el punteo de un blanco del cual se tenga la plena certeza que se trata de un blanco

fijo, ya hemos visto que se puede calcular el rumbo y la velocidad de la corriente, leyendo

el segmento WA del triángulo de velocidades. (Fig.4.1)

La velocidad de la corriente será la que resulte de medir el largo del segmento WA y

compararla con el intervalo de punteo. En cambio el rumbo de la corriente será el opuesto al

arrumbamiento del segmento WA.

En efecto, dado que se ha punteado un punto fijo al fondo, como por ejemplo un islote, era

de esperarse que el segmento

WA fuese nulo, o lo que es lo

mismo, que W y A ocupasen

el mismo lugar. Al no ser esto

así, el desfasaje hallado es

atribuido al efecto de la

corriente que en este caso

hizo disminuir la distancia

transversal al islote.

Leyendo el segmento WA

encontramos que tiene un

arrumbamiento de 355° y una

longitud de 0´2. Si el

intervalo de ploteo fue de 6

minutos, entonces la co-

rriente tiene una velocidad de

2 nudos y un arrum-bamiento

que es opuesto a 355°, es

decir 175°.

La corriente no puede tener

rumbo 355°, puesto que en

ese caso, la distancia trans-

versal al islote hubiese au-mentado. Cuando el sistema ARPA puntea un blanco fijo al fondo,

los datos de su vector verdadero representan la velocidad de la corriente. El rumbo de la

corriente será el opuesto al que indica el vector

W

A

O

Fig.4.1


DEMOSTRACIÓN

La figura muestra el buque propio

“S” a un rumbo del primer

cuadrante, con una velocidad

“Vb” y sometido a una corriente

de rumbo 090° y velocidad “Vc”.

Se puede apreciar, en la amura de

estribor, la presencia de una isla

pequeña “O”

Queremos ver qué ve el radar,

cuando el tipo de movimiento es

“movimiento relativo”

Recordemos entonces, que este

tipo de movimiento muestra al

buque propio siempre quieto

Para lograrlo, anulamos los

vectores sobre el buque propio,

colocando vectores opuestos a los

que queremos anular, y los

mismos vectores que agregamos

sobre el buque propio, los

colocamos encima del blanco

Ya en la vista del radar, la

resultante sobre el buque propio es

nula, que es lo que queríamos

lograr: que el buque propio

aparezca detenido. Por medio de la

regla del paralelogramo,

obtenemos la resultante sobre el

blanco.

Desde el punto de vista del

movimiento relativo, el buque

propio aparece detenido, y el

blanco se mueve según la

dirección de la resultante VR

Desde el punto de vista del punteo,

hay que asignar las letras al

triángulo de velocidades

V b

V c

S

O

V b

V c

S

O

-V b

-V c

-V c

-V b

S

O-V c

-V b

VR


Asi, el vector VR será el vector

relativo OA del movimiento. La

velocidad del buque propio

queda contenida en el lado WO.

Se observa que el lado WA

contiene los datos de la

corriente, pero cambiado de

signo, que es lo que se quería

demostrar

4.2 PANTALLA ESTABILIZADA AL AGUA

Cuando se opta por este tipo de estabilización, la configuración del sistema es la siguiente:

La figura 4.2 muestra la pantalla

de un ARPA en donde el buque

propio navega con aguas res-

tringidas. Se tiene adquirido dos

blancos: en particular el blanco 1

es un islote. Se lo adquirió para

determinar los datos de la co-

rriente. El blanco 2 es otro buque.

Al leer los datos cinemáticos del

islote, se encuentra que, entre

otras cosas, dice:

Target 1 course: 180°

Target 1 Speed: 2 kts

Por lo expuesto en el punto 4.1,

determinamos entonces que la corriente tiene una intensidad de 2 nudos, pero el rumbo

seria el opuesto, esto es que la corriente tiene componente Norte.

Entonces :

S

o-V c

-V bwA

VR

ARPA

CORREDERA

GIROCOMPAS RADAR

GPS

Fig.4.2: configuración del

sistema ARPA cuando se opta

por la pantalla estabilizada al

agua. El sistema de

posicionamiento global no

introduce al sistema los datos

sobre fondo

Fig.4.2


Cuando se habla de una pantalla estabilizada al agua, significa que los datos de rumbo

y velocidad de todos los blancos que hay en ella, son relativos a la masa de agua.

Veamos que pasa ahora si el operador decide pasar a la pantalla con datos estabilizados

al fondo

4.3 PANTALLA ESTABILIZADA AL FONDO

Cuando se opta por este tipo de estabilización, la configuración del sistema es la siguiente:

La figura 4.3 muestra ahora la misma pantalla del punto anterior, pero estabilizada al

fondo.

Cuando se habla de una pantalla estabilizada al fondo, significa que los datos de rumbo

y velocidad de todos los blancos que hay en ella, son relativos a tierra o al fondo.

Por ese motivo el islote ahora carece de vector. Si leemos ahora sus datos cinemáticos,

seguramente nos dirá que tiene velocidad cero, algo que resulta totalmente lógico: la pantalla

está mostrando datos respecto del fondo, y el islote ES el fondo, ya que forma parte de él y

obviamente carece de velocidad.

También ha aparecido otro vector sobre la posición del buque propio: es el vector verdadero

sobre fondo que estamos realizando por efecto de la corriente, que como ya hemos analizado

tira al norte y que abate a dicho vector hacia la banda de babor del buque.

También se puede apreciar el vector verdadero sobre fondo del blanco 2.

ARPA

CORREDERA

GIROCOMPAS RADAR

GPS

Fig.4.3: configuración del sistema ARPA cuando se opta por la

pantalla estabilizada al fondo.

Obsérvese que la conexión con el

sistema GPS está ahora asegurada.


Acotación: Los sistemas de posicionamiento globales no son la única manera de estabilizar

la pantalla de un ARPA al fondo. La mayoría de los equipos disponen de una función auxiliar

llamada “Punto de referencia fijo” o “Fixed Target” que permite referir tanto el movimiento

del buque propio como el de los blancos a dicho punto.

El punto de referencia fijo debe estar fijo al fondo. Puede tratarse de un islote, una baliza, un

racón, un buque faro, o cualquier otro objeto de similares características.

Para activar la función es necesario que el punto a adoptar como “fijo” haya sido

previamente adquirido por el sistema.

4.4 VENTAJAS DE CADA TIPO DE ESTABILIZACIÓN

Estabilización al agua: Este tipo de estabilización se usa para evaluar el “aspecto” del blanco y para determinar el valor de la corriente mediante un blanco

fijo al fondo, tales como rocas, islotes, balizas o cualquier otro objeto similar. No

es conveniente para navegar en aguas restringidas

Estabilización al fondo: Al mostrar el movimiento del buque propio sobre el

fondo, y como generalmente los peligros forman parte del fondo (bancos, aguas

poco profundas, arrecifes, etc), este tipo de estabilización resulta ideal para navegar en aguas restringidas. No sirve para evaluar el aspecto de blancos, ni para

determinar los valores de la corriente. Sin embargo, sirve para estimar el valor del

abatimiento comparando el Rv con el Rvp



5 ERRORES PROVOCADOS POR

LOS ELEMENTOS PERIFERICOS

5.1 INTRODUCCION

El sistema ARPA puede suministrar dos clases de vectores: relativos y verdaderos. La

pantalla puede estar estabilizada al fondo o al agua. A su vez cada tipo de estabilización

admite ambas clases de vectores. Veremos en este capítulo qué sucede cuando el

girocompás o la corredera, a causa de estar descalibrados, introducen información falsa

al sistema y cuáles vectores resultar afectados por esta clase de errores: los provocados

por los elementos periféricos.

Haremos el análisis del siguiente modo: supondremos que el radar está exento de errores

y que opera correctamente. Luego introduciremos errores en el girocompás y/o corredera

y veremos de qué pasa con los vectores, primero con estabilización al agua y luego

haremos el mismo análisis usando la estabilización al fondo

5.2 ANALISIS CON ESTABILIZACIÓN AL AGUA

ARPA

CORREDERA

GIROCOMPAS RADAR

GPS

Fig.5.1: configuración del sistema

ARPA cuando se opta por la

pantalla estabilizada al agua y los

periféricos tienen errores( los que

están subrayados). El radar carece

de errores y opera correctamente.

O

W

W ´ A

Vve

Vv

Vr

O

W A

W ´ Vv

Vve

Vr


La figura 5.1 muestra el caso de dos buques a rumbos de colisión con el buque propio y se

ven ambos triángulos de velocidades. El vector verdadero será el lado WA y el vector

relativo el OA.

En el triángulo de velocidades correspondiente al blanco de babor se ha supuesto un error

en la corredera: ésta registra una velocidad menor y se puede apreciar que este error no afecta

al vector relativo OA ya que ni O ni A fueron construidos por información suministrada por

la corredera. Ambos puntos fueron suministrados por el radar, que en este ejemplo carece

de errores. En cambio el error en la corredera afecta notablemente las indicaciones del vector

verdadero W´A, generándose un vector verdadero erróneo (Vve).

En el triángulo de velocidades correspondiente al blanco de estribor se ha supuesto un error

en el girocompás: nuevamente se puede apreciar que el vector relativo no se modifica, pero

el vector verdadero sí.

Como conclusión, cuando existan errores en el girocompás y/o corredera y se esté operando

con una pantalla estabilizada al agua los vectores relativos solo se verán afectados por los

errores propios del sistema ARPA (error de análisis regresivo, por ejemplo). En cambio los

vectores verdaderos se ven notablemente afectados por errores en dichos instrumentos

5.2 ANALISIS CON ESTABILIZACIÓN AL FONDO

En este caso, a pesar de haber errores en el girocompás y/o corredera, el sistema no los toma

en cuenta para graficar la posición del punto W en cada triángulo de velocidades.

Si la pantalla está estabilizada al fondo, no existen errores en los vectores relativos ni

verdaderos debido a errores en el girocompás y/o corredera.

A continuación se muestra un resumen del capítulo

ARPA

CORREDERA

GIROCOMPAS RADAR

GPS

Fig.5.2: configuración del sistema

ARPA cuando se opta por la

pantalla estabilizada al fondo.

Obsérvese que la conexión con el

sistema GPS está ahora asegurada.


6 CINEMATICA APLICADA AL ARPA

6.1 PUNTOS DE PROBABLE COLISION (PPC)

La figura 6.1 muestra un novedoso desarrollo del fabricante Raytheon: los puntos probables

de colisión o PPC. Se trata de puntos sobre la pantalla que nos indican por qué lugares debe

pasar la línea de proa de nuestro buque, para colisionar con un blanco.

Asi por ejemplo en la misma figura vemos que si alteramos el rumbo a estribor haciendo

coincidir la línea de proa con el PPC indicado como “a” vamos a colisionar con el blanco

indicado como “1”

Si la hacemos coincidir con el “d” iremos a colisión contra el blanco “4”

Si la hacemos coincidir con el “e” iremos a colisión contra el blanco “5”

En el instante actual nuestra proa coincide con el PPC indicado como “f” . Esto significa que

sin no hacemos nada colisionaremos contra el blanco “6”.

Fig.6.1: PPC


6.2 GENERACION DE UN PPC

6.2.1 PARA UN BLANCO QUE VIENE A RUMBO DE COLISION

Si un blanco viene a rumbo de colisión es obvio que no hace falta hacer ninguna maniobra

para chocar contra él. La colisión se producirá en algún lugar delante de nuestra línea de

proa, y el mismo análisis hace el oficial de guardia del otro buque.

Entonces para encontrar el PPC de un blanco que inicialmente viene a rumbo de colisión,

basta prolongar la dirección de ambas proas y hallar el punto de encuentra, tal como se

muestra en la figura 6.2

Cuando el buque propio es más veloz que el blanco solo hay un PPC, el cual se desplazará

en movimiento relativo, siguiendo la línea de proa del buque propio y disminuyendo la

distancia al mismo hasta ocurrir la colisión. (Fig.6.3)

Fig.6.3: movimiento del PPC para un blanco que inicialmente viene a colisión

Movim.

del blanco

Movim.

del PPC

Fig.6.2: generación de un PPC para un blanco que inicialmente viene a colisión

WO > WA


Si el buque propio es más lento que el blanco hay dos puntos probables de colisión

(solamente uno ó ninguno en casos muy particulares), uno de los cuales se mueve como en

el caso anterior y el otro siguiendo una demora constante y acercándose al buque propio, tal

como se muestra en la figura 6.4

6.2.2 PARA UN BLANCO QUE INICIALMENTE NO VIENE A RUMBO DE COLISION

La figura 6.6 muestra el movimiento del PPC de un blanco que inicialmente no viene a

rumbo de colisión y el buque propio es más veloz que el blanco.

El movimiento del PPC pasa por la banda de babor o estribor del buque, pero en ningún

caso cruzará la línea de proa. (Fig.6.7)

Se observan las posiciones O, A, A1, A2, A3, etc que son las sucesivas posiciones del

blanco. Para cada una de ellas hay un rumbo de colisión WO´, W1O´1, W2O´2, etc.

Finalmente y para hallar el PPC, desde cada posición del blanco se prolonga su WA y se

halla el punto de encuentro con los rumbos de colisión correspondientes.

Cuando el buque propio tiene menor velocidad que el blanco, existen 2 PPC que se

desplazan del modo que muestra la figura 6.5, hasta que se confunden en uno solo y luego

desaparece el riesgo por salir el eco del sector de posibilidades de colisión.

A

W

O

O´Mov. del PPC M

ov. del

PP

C

Mov. del blanco

O

WA

A1 A2 A3 A4 A5

1er PPC

2do PPC

Fig.6.4: cuando el blanco es más veloz que el buque propio hay 2 PPC

WO < WA

WO < WA

Fig.6.5


W

O´3

W2

O´1

W1

A

A1

W3

O´2

A2

W6

A4

O´4

A3 W

4

W5

A5

O´5

OO

´

R0

Movim. d

el PPC

O´6

R6

R1

R2

R3

R4

R5

Fig.6.6: PPC de un blanco que

inicialmente no viene a colisión


6.3 ERRORES EN LOS PPC POR ERRORES EN LOS PERIFERICOS

6.3.1 CON EL EQUIPO ESTABILIZADO AL AGUA

La figura 6.8 muestra la manera en que un error en la corredera influye en la generación del

PPC sobre la pantalla, cuando ésta se encuentra estabilizada al agua de mar.

En el ejemplo mostrado el PPC aparece a una distancia menor cuando la corredera indica

menor velocidad que la real. Si la corredera indicase valores superiores a los que

corresponden, el PPC se generaría a una mayor distancia dándonos una falsa sensación de

seguridad.

La figura 6.9 muestra el caso similar para errores del girocompás exclusivamente

6.3.2 CON EL EQUIPO ESTABILIZADO AL FONDO

Cuando la pantalla se halla estabilizada al fondo, los errores que tengan la corredera y/o

el girocompás no serán tomados en cuenta por el sistema para efectuar los cálculos,

debido a que estará tomando los datos del GPS o de algún punto fijo de referencia.

Por lo tanto no se producen errores en la posición del PPC.

O

W

A

A1

PPC

A2

A3

A4

A5

A6

PPC1

PPC2

PPC3

PPC4

PPC5

PPC6

Fig. 6.7


6.4 AREAS PREVISTAS DE PELIGRO (PAD)

Algunos modelos de ARPA representan sobre la pantalla una zona en la que existe riesgo

de abordaje si el rumbo del buque propio pasa por ella. Estas zonas se denominan PADs

(Predicted Areas of Danger) y están calculadas en base a los rumbos de colisión teniendo en

cuenta el tamaño del buque propio, imprecisiones en la adquisición de datos y la mínima

distancia a la que se desea pasar del blanco. (Fig.6.10)

A

W

O

PPC

W´

PPCerróneo

PPCPPC

erróneo

A

W´W

O

Fig.6.8: generación de un

PPC en un lugar erróneo,

exclusivamente por un

error en la corredera

Fig.6.9: generación de un

PPC en un lugar erróneo,

exclusivamente por un

error en el girocompás.


En la figura 6.10 se muestra un PAD en forma de cuadrilátero. El mismo de genera del

siguiente modo:

Los límites laterales de la figura son los rumbos R1 y R2, que representan los dos modos posibles de hacer que el blanco pase a la distancia segura.

Se determina la posición del PPC y se lleva el valor de la distancia segura, sobre la

línea de proa y a ambos lados del PPC.

Cuando existen dos PPC, también hay dos PADs. (Fig.6.11)

Las áreas previstas de peligro determinan unos sectores dentro de los cuales no debe entrar

el rumbo del buque propio. La mayoría de los sistemas ARPA calculan estos sectores y los

muestran al observador, pero otros modelos presentan las áreas previstas de peligro mediante

elipses o hexágonos lo cual resulta más útil para el operador, pues en caso de necesidad le

permite saber hasta dónde puede navegar por dentro del sector sin entrar en el área peligrosa.

6.5 PAD EN FORMA DE ELIPSE

En este caso los límites del área de peligro se hallan definidos por una elipse cuyo eje mayor

lo determinan:

a) Los rumbos para pasar por la proa y por la popa del blanco

b) El semieje menor es igual a la distancia segura de paso

Para construir la elipse (Fig.6.12) se procede de la siguiente manera:

Con centro en el buque propio se traza una circunferencia igual a la distancia

segura de paso

Desde A se trazan las tangentes a la circunferencia anterior, obteniendo los puntos de tangencia T1 y T2.

Con centro en W y radio WO se traza un arco hasta que corte a las prolongaciones de las tangentes anteriores, en los puntos O1 y O2.

O

W

A

R1

R2

O1

O2

RR1

RR2

Fig.6.10


Se trazan los segmentos WO1 y WO2.

En el centro de barrido se trazan paralelas a WO1 y WO2 hasta que corten a la

prolongación de WA, originando los puntos M1 y M2.

Se traza la mediatriz del segmento M1M2 y sobre ella se toman las distancias iguales a la distancia segura, obteniendo los puntos M3 y M4.

Se traza una elipse que pase por M1, M2, M3 y M4

RR2

RR1

O1

W

AO2

OO3

O4

R1

R2

R3

R4

O

O2

O1

W

A

M2

M 3

M 4

M 1

T2

T1

Fig.6.12

Fig.6.11


6.6 PAD EN FORMA DE HEXAGONO

Se procede del mismo modo anterior, hasta obtener los puntos p, q r y s de la figura 6.13 y

se traza un hexágono con las medidas indicadas en la figura

Fig: 6.13: PAD en forma de hexágono. La distancia d de toma como ½ pq

6.7 CAMBIO DE LA FORMA DEL PAD AL VARIAR EL CPA

Por lo general, las maniobras para pasar a una distancia segura de un blanco no son

simétricas: a veces la caída a estribor puede ser más amplia que una caída a babor y

viceversa, así que por lo general, las maniobras son asimétricas, y dicha asimetría se

incrementa al aumentar el valor del CPA como se puede apreciar en la figura 6.14.

La figura 6.14 muestra distintos valores posibles de CPA: 1, 2 y millas náuticas.

Supongamos que tenemos a un operador inexperto que interpreta la pantalla de la siguiente

manera: decide adoptar un valor de CPA de 3 millas, generándose el PAD3. El operador ve

que la línea de proa del buque propio pasa por encima del PAD, pero como ésta invade una

porción muy pequeña del PAD, interpreta que en lugar de estar pasando a 3 millas estará

pasando a 2 millas de distancia mínima del blanco y que por lo tanto no es necesario

maniobrar.

Si usted interpreta esta situación de la misma manera que nuestro operador, estará

cometiendo un error muy grave: vea que indica la recta OA del blanco. Viene con rumbo de

colisión y por supuesto es necesario efectuar una maniobra.

O1

W

O

A

p

r

s

q

O2

RR2

RR1

d


Fig.6.14: Forma del PAD al variar el CPA

6.8 MOVIMIENTO DEL PAD

En el caso de que el rumbo del buque atraviese el PAD, éste se moverá a lo largo de la línea

de proa acercándose al buque propio, cambiando su forma, pero nunca apartándose del

rumbo.

En el caso límite que la línea de proa sea tangente al PAD éste se moverá tangenteando la

línea de proa y variando considerablemente su forma.

Cuando el rumbo del buque propio no corta al PAD, éste se moverá en la pantalla variando

su forma y posición de un modo análogo al movimiento de los PPC.

Cuando el buque propio y el blanco navegan de vuelta encontrada, no existe el paso por la

proa o por la popa, debiéndose considerar entonces el paso por babor o por estribor,

resultando el PAD un círculo con centro en el PPC

O

W

A

CPA1

CPA2

CPA3

PAD1 PAD2

PAD3


7 ALTERACIÓN DE LOS VECTORES

VERDADEROS DE LOS BLANCOS POR

LA MANIOBRA DEL BUQUE PROPIO

6.1 INTRODUCCION

Cuando el buque propio altera el rumbo y/o la velocidad es de esperarse que se alteren

los vectores relativos de todos los blancos pero no los vectores verdaderos.

El vector relativo de un blanco es el resultado de la composición de dos movimientos: el

del buque propio más el del blanco. Y si el buque propio altera su movimiento el vector

relativo se alterará a pesar de que el blanco no maniobre.

Lo que de ninguna manera debe ocurrir es que se altere el vector verdadero de un blanco

cuando no es éste el que está efectuando una maniobra sino nosotros.

Sin embargo esta anomalía ocurre cada vez que el buque propio efectúa una maniobra y

es muy fácil darse cuenta de ello: en la pantalla usted verá que absolutamente todos los

blancos deciden maniobrar al mismo tiempo: algunos a babor, otros a estribor, unos

disminuyendo velocidad, otros cuadruplicándola hasta valores ridículos.

Otra manera de darse cuenta de la presencia de este error es comparando el vector

verdadero de los blancos con sus respectivas posiciones pasadas.

La anomalía dura aproximadamente lo que dura la maniobra del buque propio y no se

presenta en pantallas estabilizadas al fondo, como veremos más adelante.

6.2 COMO SE VE EN LA PANTALLA

Fig.7.1


La figura 7.1 muestra cómo se ve este error sobre la pantalla. Al producirse la maniobra del

buque propio (una caída a la banda de estribor), se puede apreciar que misteriosamente todos

los blancos han maniobrado: el blanco 1 a la banda de estribor, el 2 también pero

incrementando notablemente su velocidad, el 3 a la banda de babor y el 4 disminuyendo su

velocidad.

Es como si el extremo de nuestro vector hubiese enganchado los extremos de los vectores

de todos los blancos, alterándolos en la dirección de la maniobra. Sin embargo es fácil darse

en cuenta de que estos vectores no son fiables al compararlos con sus respectivas posiciones

pasadas.

6.3 COMO SE PRODUCE EL ERROR

La figura 7.2 muestra la trayectoria de un blanco O A B C etc y la trayectoria del buque

propio O 1 2 3 4 etc. En particular el buque propio decide alterar su rumbo 40° a estribor en

el punto O. Se analizará primero el caso de una pantalla estabilizada al agua.

Cuando el buque propio se encuentra en el punto 1 el ARPA toma demora y distancia al

blanco que se encuentra en el punto A de su derrota.

El girocompás y la corredera calculan la posición del buque propio pero en lugar de obtener

el punto 1 de la figura (posición real del buque propio y desde la cual el radar midió la

distancia A1) obtiene la posición 1´.

Esta dualidad en la obtención de la posición se debe a que ninguno de los periféricos que

tiene conectado el ARPA le permite conocer el movimiento verdadero sobre fondo del

buque, ni los datos de la corriente, ni el apartamiento de la derrota por el efecto de la pala

del timón colocada a una banda.

Figura 7.2

ARPA

CORREDERA

girocompás RADAR

GPS


Además, cuando el buque evoluciona por acción del timón, uno de los elementos de la curva

evolutiva es “el ángulo de deriva” que se produce entre el Rvp y la tangente a la curva, por

lo cual, el buque parece estar haciendo un rumbo mayor al que realmente está haciendo

El ARPA aplica la distancia A1 entregada por el radar a partir del punto 1´, obteniendo

inevitablemente con ello una posición errónea del blanco (a´).

Según el ARPA este blanco ha maniobrado desde la posición O hasta la posición a´,

produciéndose un arrastre del vector verdadero hacia el mismo lado de la maniobra del

buque propio.

Conclusión: el error se produce por la incapacidad que tiene el ARPA de calcular su

movimiento verdadero sobre fondo, ya que con una pantalla estabilizada al agua no hay

ningún periférico que le permita hacerlo.

Por lo tanto éste error no se produce si el ARPA se encuentra estabilizado al fondo.

angulo de deriva

rG



APENDICE

RESOLUTION A. 823 (19)

IMO ASSEMBLY 19TH SESSION

23 DE NOVIEMBRE DE 1991

PERFORMANCE STANDARDS FOR AUTOMATIC RADAR PLOTTING AIDS

IMO

I:\ASSEMBLY\19\RES\823

INTERNATIONAL MARITIME ORGANIZATION

IMO

E

A 19/Res.823 15 December 1995 Original: ENGLISH ASSEMBLY 19th session Agenda item 10

RESOLUTION A.823(19) adopted on 23 November 1995

PERFORMANCE STANDARDS FOR AUTOMATIC RADAR PLOTTING AIDS (ARPAs) THE ASSEMBLY,

RECALLING Article 15(j) of the Convention on the International Maritime Organization concerning the functions of the Assembly in relation to regulations and guidelines concerning maritime safety,

RECALLING ALSO the provisions of regulation V/12 of the International Convention for the Safety of Life at Sea (SOLAS), 1974,

RECALLING FURTHER resolution A.422(XI), by which it adopted performance standards for automatic radar plotting aids,

RECOGNIZING that the proper use of automatic radar plotting aids will assist the interpretation of radar data and could reduce the risk of collision and pollution of the marine environment,

RECOGNIZING ALSO the need to ensure that advances in technology are reflected in performance standards, in order to improve the standard of collision avoidance at sea,

BEARING IN MIND that automatic radar plotting aids with inadequate performance standards or operated by insufficiently trained personnel might prejudice safety of navigation,

HAVING CONSIDERED the recommendation made by the Maritime Safety Committee at its sixty-fourth session, 1. ADOPTS the Recommendation on Performance Standards for Automatic Radar Plotting Aids (ARPAs) set out in the Annex to the present resolution; 2. RECOMMENDS Governments to ensure that:

(a) automatic radar plotting aids installed on or after 1 January 1997 conform to performance standards not inferior to those specified in the Annex to the present resolution;

(b) automatic radar plotting aids installed before 1 January 1997 conform, at least, to the

performance standards set out in resolution A.422(XI); and


(c) adequate training is established in the proper use of automatic radar plotting aids to enable

masters and deck officers to understand the basic principles of the operation of automatic radar plotting aids, including their capabilities, limitations and possible errors;

3. REQUESTS the Maritime Safety Committee to keep these Performance Standards under review and to adopt amendments thereto, as necessary.

- 3 - A 19/Res.823


ANNEX RECOMMENDATION ON PERFORMANCE STANDARDS FOR AUTOMATIC RADAR PLOTTING AIDS (ARPAs) 1 INTRODUCTION 1.1 Automatic radar plotting aids (ARPAs) should, in order to improve the standard of collision avoidance at sea:

.1 reduce the workload of observers by enabling them automatically to obtain information about plotted targets, so that they can perform as well with several separate targets as they can by manually plotting a single target; and

.2 provide continuous, accurate and rapid situation evaluation.

1.2 The radar facilities provided by an ARPA display should comply with the performance standards for radar equipment (resolution A.477(XII)) appropriate to its mode of use. 1.3 In addition to the general requirements contained in resolution A.694(17), ARPA should comply with the following minimum performance standards. 2 DEFINITIONS

Definitions of terms used in these performance standards are given in appendix 1. 3 PERFORMANCE STANDARDS 3.1 Detection

Where a separate facility is provided for detection of targets, other than by the radar observer, it should have a performance not inferior to that which could be obtained by the use of the radar display. 3.2 Acquisition 3.2.1 Target acquisition may be manual or automatic for relative speeds up to 100 knots. However, there should always be a facility to provide for manual acquisition and cancellation: ARPA with automatic acquisition should have a facility to suppress acquisition in certain areas. On any range scale where acquisition is suppressed over a certain area, the area of acquisition should be defined and indicated on the display. 3.2.2 Automatic or manual acquisition should have a performance not inferior to that which could be obtained by the user of the radar display. 3.3 Tracking 3.3.1 The ARPA should be able automatically to track, process, simultaneously display and continuously update the information on at least 20 targets, whether automatically or manually acquired.

A 19/Res.823 - 4 -


3.3.2 If automatic acquisition is provided, description of the criteria of selection of targets for tracking should be provided to the user. If the ARPA does not track all targets visible on the display, targets which are being tracked should be clearly indicated with the relevant symbol* on the display. The reliability of tracking should not be less than that obtainable using manual recordings of successive target positions obtained from the radar display. 3.3.3 The ARPA should continue to track an acquired target which is clearly distinguishable on the display for 5 out of 10 consecutive scans, provided the target is not subject to target swop. 3.3.4 The possibility of tracking errors, including target swop, should be minimized by ARPA design. A qualitative description of the effects of error sources on the automatic tracking and corresponding errors should be provided to the user, including the effects of low signal-to-noise and low signal-to-clutter ratios caused by sea returns, rain, snow, low clouds and non-synchronous emissions. 3.3.5 The ARPA should be able to display on request with relevant symbol* at least four equally time-spaced past positions of any targets being tracked over a period appropriate to the range scale in use. The time-scale of the past position plot should be indicated. The operating manual should contain an explanation of what the past position plots represent. 3.4 Display 3.4.1 The display may be a separate or integral part of the ship's radar. However, the ARPA display should include all the data required to be provided by a radar display in accordance with the performance standards for navigational radar equipment. 3.4.2 The design should be such that any malfunction of ARPA parts producing data additional to information to be produced by the radar as required by the performance standards for navigational equipment should not affect the integrity of the basic radar presentation. 3.4.3 The ARPA facilities should be available on at least 3, 6 and 12 nautical mile range scales, and there should be a positive indication of the range scale in use. 3.4.4 ARPA facilities may also be provided on other range scales permitted by resolution A.477(XII) and, if provided, should comply with these standards. 3.4.5 The ARPA should be capable of operating with a relative motion display with "north-up" and "course-up" azimuth stabilization. In addition, the ARPA may also provide for a true motion display. If true motion is provided, the operator should be able to select for the display either true or relative motion. There should be a positive indication of the display mode and orientation in use. 3.4.6 The course and speed information generated by the ARPA for acquired targets should be displayed in a vector or graphic form which clearly indicates the target's predicted motion with relevant symbols*. In this regard:

*Refer to IEC 872: Marine Automatic Radar Plotting Aids (ARPAs).

- 5 - A 19/Res.823


.1 an ARPA presenting predicted information in vector form only should have the option of both true and relative vectors. There should be an indication of the vector mode selected and, if true vector mode is selected, the display should show whether it is sea or ground stabilized;

.2 an ARPA which is capable of presenting target course and speed information in graphic form should also, on request, provide the target's true and/or relative vector;

.3 vectors displayed should be time-adjustable;

.4 a positive indication of the time-scale of the vector in use should be given; and

.5 if stationary targets are being used for ground referencing, this fact should be indicated by the

relevant symbol*. In this mode, relative vectors including those of the targets used for ground referencing should be displayed when requested.

3.4.7 The ARPA information should not obscure the visibility of radar targets. The display of ARPA data should be under the control of the radar observer. It should be possible to cancel the display of unwanted ARPA data within 3 s. 3.4.8 Means should be provided to adjust independently the brilliance of the ARPA data and radar data, including complete extinction of the ARPA data. 3.4.9 The method of presentation should ensure that the ARPA data are clearly visible in general to more than one observer in the conditions of light normally experienced on the bridge of a ship by day and by night. Screening may be provided to shade the display from sunlight but not to the extent that it will impair the observer's ability to maintain a proper look-out. Facilities to adjust the brightness should be provided. 3.4.10 Provisions should be made to obtain quickly the range and bearing of any object which appears on the ARPA display. 3.4.11 When a target appears on the radar display and, in the case of automatic acquisition, enters within the acquisition area chosen by the observer or, in the case of manual acquisition, has been acquired by the observer, the ARPA should present in a period of not more than 1 min an indication of the target's motion trend, and display within 3 min the target's predicted motion in accordance with 3.4.6, 3.6, 3.8.2 and 3.8.3. 3.4.12 After changing range scales on which the ARPA facilities are available or resetting the display, full plotting information should be displayed within a period of time not exceeding one scan. 3.5 Operational warnings 3.5.1 The ARPA should have the capability to warn the observer with a visual and audible signal of any distinguishable target which closes to a range or transits a zone chosen by the observer. The target causing the warning should be clearly indicated with relevant symbols* on the display. 3.5.2 The ARPA should have the capability to warn the observer with a visual and audible signal of any tracked target which is predicted to close within a minimum range and time chosen by the observer. The target causing the warning should be clearly indicated with relevant symbols* on the display.


A 19/Res.823 - 6 -


3.5.3 The ARPA should clearly indicate if a tracked target is lost, other than out of range, and the target's last tracked position should be clearly indicated on the display. 3.5.4 It should be possible for the observer to activate or de-activate the audible warning signal. 3.6 Data requirements 3.6.1 The observer should be able to select any tracked target to obtain data. Targets selected should be marked with the relevant symbol* on the radar display. If data is required for more than one target at the same time each symbol should be separately identified, for example with a number adjacent to the symbol*. 3.6.2 The following data for each selected target should be clearly and unambiguously identified and displayed immediately and simultaneously in alpha-numeric form outside the radar area:

.1 present range of the target;

.2 present bearing of the target;

.3 predicted target range at the closest point of approach (CPA);

.4 predicted time to CPA (TCPA);

.5 calculated true course of the target; and

.6 calculated true speed of the target. 3.6.3 The display of the data in 3.6.2.5 and 3.6.2.6 should include an identification of whether the data provided is referenced to sea or ground stabilization. 3.6.4 When data for several targets is displayed, no fewer than two items listed in 3.6.2 should be displayed simultaneously for each target selected. If the items of data are displayed in pairs for each target, the groupings should be 3.6.2.1 with 3.6.2.2, 3.6.2.3 with 3.6.2.4, and 3.6.2.5 with 3.6.2.6. 3.7 Trial manoeuvre 3.7.1 The ARPA should be capable of simulating the effect on all tracked targets of an own ship manoeuvre with or without time delay before manoeuvre without interrupting the updating of target tracking and display of actual target alpha-numeric data. The simulation should be indicated with the relevant symbol* on the display. 3.7.2 The operating manual should contain an explanation of the principles underlying the trial manoeuvre technique adopted including, if provided, the simulation of own ship's manoeuvring characteristics. 3.7.3 It should be possible to cancel a trial manoeuvre at any time.


- 7 - A 19/Res.823


3.8 Accuracy 3.8.1 The ARPA should provide accuracies not less than those given in 3.8.2 and 3.8.3 for the four scenarios defined in appendix 2. With the sensor errors specified in appendix 3, the values given relate to the best possible manual plotting performance under environmental conditions of ± 10 degrees of roll. 3.8.2 An ARPA should present within one minute of steady state tracking the relative motion trend of a target with the following accuracy values (95% probability values).

Data Scenario

Relative course

(degrees)

Relative speed

(knots)

CPA

(nautical miles)

1

11

2.8

1.6

2

7

0.6

3

14

2.2

1.8

4

15

1.5

2.0

Note 1: In steady state tracking both own and target ship follow straight line course at

constant speed. Note 2: Probability values are the same as confidence levels.

3.8.3 An ARPA should present within three minutes of steady state tracking the motion of a target with the following accuracy values (95% probability values). Data Scenario

Relative course

(degrees)

Relative speed (knots)

CPA

(nautical miles)

TCPA (min)

True

course (degrees)

True speed

(knots)

1

3.0

0.8

0.5

1.0

7.4

1.2

2

2.3

0.3

2.8

0.8

3

4.4

0.9

0.7

1.0

3.3

1.0

4

4.6

0.8

0.7

1.0

2.6

1.2

3.8.4 When a tracked target, or own ship, has completed a manoeuvre, the system should present in a period of not more than 1 min an indication of the target's motion trend, and display within 3 min the target's predicted motion, in accordance with 3.4.6, 3.6, 3.8.2 and 3.8.3. In this context, a "manoeuvre of own ship" should be deemed to consist of an alteration of course of + 45? in 1 min.

A 19/Res.823 - 8 -


3.8.5 The ARPA should be designed in such a manner that under the most favourable conditions of own ship's motion the error contribution from the ARPA should remain insignificant compared to the errors associated with the input sensors, for the scenarios of appendix 2. 3.9 Connections with other equipment 3.9.1 The ARPA should not degrade the performance of any equipment providing sensor inputs, and the connection of the ARPA to any other equipment should not degrade the performance of that equipment. This requirement should be met whether the ARPA is operating or not. Additionally, the ARPA should be designed to comply with this requirement under fault conditions as far as is practicable. 3.9.2 The ARPA should provide an indication when any input from an external sensor is absent. The ARPA should also repeat any alarm or status messages concerning the quality of the input data from its external sensors which may influence its operation. 3.10 Performance tests and warnings

The ARPA should provide suitable warnings of ARPA mulfunction to enable the observer to monitor the proper operation of the system. Additionally, test programmes should be available so that the overall performance of ARPA can be assessed periodically against a known solution. When a test programme is being executed, the relevant test symbols* should be displayed. 3.11 Sea and ground stabilization 3.11.1 The ARPA should be capable of sea and ground stabilization. 3.11.2 Log and speed indicators providing inputs to ARPA equipment should be capable of providing the ship's speed through the water in the fore and aft direction. 3.11.3 The ground stabilized input may be provided from the log, from an electronic position-fixing system, if the speed measurement accuracy is in accordance with the requirements of resolution A.824(19), or from tracked stationary targets. 3.11.4 The type of input and stabilization in use should be displayed.


- 9 - A 19/Res.823


APPENDIX 1 DEFINITIONS OF TERMS TO BE USED IN CONNECTION WITH ARPA PERFORMANCE STANDARDS 1. Target means any object fixed or moving whose position and motion is determined by measurements

of range and bearing on radar. 2. Relative course means the direction of motion of a target relative to own ship's position expressed as

an angular displacement from north. It is deduced from a number of measurements of target range and bearing on own ship's radar.

3. Relative speed means the speed of a target relative to own ship's position. It is deduced from a

number of measurements of target range and bearing on own ship's radar. 4. Relative motion means the combination of relative course and relative speed. 5. True course means the true direction of motion of a target expressed as an angular displacement from

north. It is obtained by a vector combination of target relative motion and own ship's true motion.* 6. True speed means the speed of a target obtained by a vector combination of target relative motion

and own ship's true motion.* 7. True motion means the combination of true course and true speed. 8. True bearing means the direction of a target from own ship or from another target expressed as an

angular displacement from north. 9. Relative bearing means the direction of a target from own ship expressed as an angular displacement

from own ship's heading. 10. True motion display means a display across which own ship and each target moves with its own true

motion. 11. Relative motion display means a display on which the position of own ship remains fixed and all

targets move relative to own ship. 12. Azimuth stabilized display means a display in which the azimuth orientation relative to a nominated

true bearing is fixed. 13. North-up display means an azimuth stabilized display in which a line connecting the centre with the

top of the display is north true bearing.

*For the purposes of these definitions there is no need to distinguish between sea and ground

stabilization.

A 19/Res.823 - 10 -


14. Course-up display means an azimuth stabilized display in which a line connecting the centre with the top of the display is own ship's intended course.

15. Heading means the direction in which the bows of a ship are pointing expressed as an angular displacement from north.

16. Target's predicted motion means a prediction of future target motion based on linear extrapolation

from its present motion as determined by past measurements of its range and bearing on the radar. 17. Relative vector means the predicted movement of a target relative to own ship. 18. True vector means the predicted true motion of a target as a result of own ship's direction and speed

input. The true vector may be either displayed with reference to the water or to the ground. 19. Acquisition means the process of selecting a target or targets and initiating their tracking. 20. Tracking means the computer process of observing the sequential changes in the position of a target

in order to establish its motion. 21. Target swop means a situation in which the incoming radar data for a tracked target becomes

incorrectly associated with another tracked target or a non-tracked radar echo. 22. Acquisition area means an area set up by the observer which should automatically acquire a target

when it enters such an area. 23. History means equally time-spaced past position of a target which is being tracked. The history may

be relative or true. 24. Trails means tracks displayed by the radar echoes of targets in the form of a synthetic afterglow.

The trails may be either relative or true. The true trails may be sea or ground stabilized. 25. Echo reference means a facility for indicating that a particular fixed navigational mark which is being

tracked is to be used as a ground stabilized reference. 26. Trial manoeuvre means a facility to assist the observer in making the correct manoeuvre for

navigation and collision avoidance purposes. 27. Suppressed area means an area set up by the observer within which targets are not acquired. 28. ERBL means the electronic range and bearing line used to measure bearings and/or ranges. 29. CPA/TCPA stands for closest point of approach (CPA) and time to closest point of approach (TCPA)

limits from own ship as defined by the observer, to give warning of when a tracked target or targets will close to within these limits.

30. Bow passing prediction is the situation associated with a target which is crossing or predicted to

cross ahead of own ship. 31. Bad echo is the name associated with a tracked target which appears to have been temporarily lost or

which has a poorly defined radar aspect, so that it does not have tracking ability.

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32. Lost target is the name associated with a target that is no longer being tracked due to having been

lost or obscured. 33. Sea stabilization is a mode of display whereby own ship and all targets are referenced to the sea,

using gyro heading and single axis log water speed inputs. 34. Ground stabilization is a mode of display whereby own ship and all targets are referenced to the

ground, using ground track or set and drift inputs. 35. Predicted points of collision is a graphical representation of where predicted collision intercept

points lie with respect to own ship and other targets. 36. PAD means the predicted area of danger defined around a predicted close quarter situation area. The

size is determined by speed ratios between own ship and the target in question and CPA distance limits as defined by the observer.

37. Map lines means the navigational facility whereby the observer can define lines to indicate channels

or Traffic Separation Schemes. Sometimes called Nav lines, these lines require ground stabilization to stop them drifting.

Note: Where reference is made to target range, bearing, relative course, relative speed, closest point of

approach (CPA) or time to closest point of approach (TCPA), these measurements are made with respect to the radar antenna.

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APPENDIX 2 OPERATIONAL SCENARIOS

For each of the following scenarios, predictions are made at the target position defined after previously tracking for the appropriate time of one or three minutes:

Scenario 1

Own ship course 000? Own ship speed 10 knots Target range 8 nautical miles Bearing of target 000? Relative course of target 180? Relative speed of target 20 knots Scenario 2

Own ship course 000? Own ship speed 10 knots Target range 1 nautical mile Bearing of target 000? Relative course of target 090? Relative speed of target 10 knots Scenario 3

Own ship course 000? Own ship speed 5 knots Target range 8 nautical miles Bearing of target 045? Relative course of target 225? Relative speed of target 20 knots Scenario 4

Own ship course 000? Own ship speed 25 knots Target range 8 nautical miles Bearing of target 045? Relative course of target 225? Relative speed of target 20 knots

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APPENDIX 3 SENSOR ERRORS

The accuracy figures quoted in 3.8 of these standards are based upon the following sensor errors, and are appropriate to equipment complying with the performance standards for shipborne navigational equipment.

Note : s means "standard deviation". Radar Target glint (scintillation) (for 200 m length target)

Along length of target s = 30 m (normal distribution)

Across beam of target s = 1 m (normal distribution) Roll-pitch bearing: The bearing error will peak in each of the four quadrants around own ship for targets on relative bearings of 045?, 135?, 225? and 315?, and will be zero at relative bearings of 0?, 90?, 180? and 270?. This error has a sinusoidal variation at twice the roll frequency. For a 10? roll the mean error is 0.22? with a 0.22? peak sine wave superimposed. Beam shape - assumed normal distribution giving bearing error with

s = 0.05? Pulse shape - assumed normal distribution giving range error with

s = 20 m Antenna backlash - assumed rectangular distribution giving bearing error

+ 0.05? maximum Quantization Bearing - rectangular distribution + 0.1? maximum. Range - rectangular distribution + 0.01 nautical miles maximum. Bearing encoder assumed to be running from a remote synchro giving bearing errors with a normal distribution s = 0.03?.

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Gyro-compass Calibration error 0.5?. Normal distribution about this with s = 0.12?. Log Calibration error 0.5 knots. Normal distribution about this, 3s = 0.2 knots. ________

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Libro Arpa 2014