Авіаційно-космічні багатопозиційні радіолокаційні системи з синтезуванням апертури антени

У додатках наведено принципи моделювання просторово-часової обробки у багатопозиційних, бістатичних і моностатичних системах дистанційного зондування, у тому числі й з синтезуванням апертури; приклад моделювання задач виявлення просторово-протяжних об'єктів космічною БПРСА; наведено результати розробки методу забезпечення когерентної обробки у багатопозиційних РСА; розглянуто особливості вирішення задач сумісної обробки при врахуванні зон затінення; наведено результати моделювання задач формування карт висот рельєфу поверхні у багатопозиційній ІРСА; результати статистичного моделювання задач сумісної обробки у БПРСА за наявності різних похибок і при урахуванні впливу атмосфери; досліджено методи підповерхневого картографування та виявлення об'єктів у радіолокаційних багатопоглядових системах; розглянуто приклад практичної реалізації трисупутникової спеціалізованої системи картографування та вимоги щодо її параметрів.

Висновки

1. Виконано дослідження потенційних можливостей багатопозиційних систем з синтезуванням апертури антени при дистанційному зондування поверхні. Показано, що БПРСА дозволяють вирішувати велику кількість задач ДЗ з більш високою ефективністю та якістю порівняно з існуючими і планованими бістатичними та моностатичними РСА.

2. Досліджено структуру корисних сигналів, у результаті введено поняття полів середніх затримок та дельта-затримок. Розроблено методи градієнтного аналізу полів середніх затримок і дельта-затримок, що дозволяють з високою ефективністю виконати оптимізацію багатопозиційних систем ДЗ з синтезуванням апертури за критеріями, які враховують просторову роздільну здатність, вигляд зони високого розділення, енергетичні показники та ін. Невеликі вимоги щодо обчислювальної потужності при цій оптимізації дозволяють використовувати отримані методи у самоконфігуруючихся сузір'ях супутників ДЗ.

3. Розроблено теорію, методи та алгоритми оптимальної і квазіоптимальної сумісної обробки у багатопозиційних РСА авіаційно-космічного базування, які складаються з набору приймачів, передавачів і прийомопередавачів, що переміщуються по незалежним траєкторіям та випромінюють різні сигнали. Результати отримано як для функціонально-детермінованих, так і для стохастичних моделей відбитого електромагнітного поля. Проаналізовано найбільш важливі випадки практичної реалізації та виконано розрахунки похибок, які виникають при сумісній обробці. Показано, що результати синтезу дозволяють оптимізувати обробку для широкого класу радіолокаційних систем дистанційного зондування, забезпечити високу стійкість отриманих результатів до різних завад, створити режими зйомки, які неможливі у моностатичних/бістатичних РСА, підвищити еквівалентну роздільну здатність.

4. Створено теорію, методи та алгоритми оптимального і квазіоптимального виявлення малорозмірних і просторово-протяжних зон з характерними законами відбиття у БПРСА. Їх основою є виявлення за результатами оптимальної сумісної обробки, що дозволяє виконувати ідентифікацію малорозмірних об'єктів, забезпечити стабільність характеристик виявлювача при затіненні об'єкта для частини бістатичних пар, а також при варіаціях завадової обстановки, в умовах впливу атмосферних завад. Виконано аналітичне та чисельне дослідження якісних показників оптимальних і квазіоптимальних виявлювачів. У результаті дослідження доведено високу ефективність запропонованих методів виявлення.

5. Розроблено методику та критерії вибору груп сигналів з метою підвищення якісних показників функціонування багатопозиційних РСА за рахунок забезпечення ефективного розділу сигналів при складній просторовій конфігурації багатопозиційної системи в умовах перекриття допплерівських зсувів частот та часів затримки відбитих від поверхні сигналів. Доведено, що запропоновані методи дозволяють вибрати ці групи таким чином, щоб максимізувати якість вирішення задач дистанційного зондування, мінімізувати вимоги до енергетичного потенціалу, задовольнити вимоги до смуги частот БПРСА. Результати досліджень є основою для подальшої оптимізації вибору сигналів та їх груп у багатопозиційних РСА зі складними динамічними просторовими конфігураціями з урахуванням особливостей первинної та вторинної обробки.

6. Створено теорію, методи та алгоритми відтворення карт висот рельєфу поверхні багатопозиційними інтерферометричними РСА у рамках функціонально-детермінованих та стохастичних моделей відбитих сигналів. Запропоновано методи забезпечення спроможності відтворення інтерферограм, а також винесено рекомендації щодо алгоритмів вторинної обробки. Для багатопозиційних систем модифіковано алгоритми розгортки фази, а також виконано аналітичне і числове дослідження якості вирішення задач відтворення карт рельєфу. Показано, що отримані результати дозволяють створити нові та модернізувати існуючі системи радіолокаційної зйомки топографічних карт, які здатні функціонувати вдень і вночі, у складних погодних умовах та водночас отримати більшу точність оцінки висоти при більшому інтервалі однозначних вимірювань по відношенню до існуючих систем.

7. Досліджено можливість і доцільність використання шумоподібних сигналів у системах дистанційного зондування. При цьому враховано особливості функціонування систем з синтезуванням апертури антени, у тому числі й багатопозиційних, запропоновано критерії вибору шумоподібних сигналів у БПРСА з урахуванням просторової конфігурації та характеру взаємного переміщення носіїв, а також особливостей просторово-часової обробки та присутності міжканальних завад. Показано, що використання таких сигналів дозволяє підвищити якісні показники функціонування систем ДЗ. Доведено можливість збільшення інтервалів однозначності вимірювань і передачі інформації за рахунок додаткової модуляції радіолокаційного сигналу.

9. Виконано аналіз можливості та принципів створення БПРСА, основаних на використанні сигналів, випромінених іншими радіотехнічними системами. Особливу увагу приділено доцільності використання навігаційних систем ГЛОНАСС/GPS для дистанційного зондування поверхні. Досліджено принципи, особливості та характеристики таких багатопозиційних систем та, зокрема, виконано оцінку енергетичного потенціалу для вирішення задач дистанційного зондування, отримано оцінки роздільної здатності таких систем, наведено результати оптимального планування експерименту дистанційного зондування. Отримані результати є основою для створення та оптимізації за різними критеріями РСА, основаних на прийомі сигналів, випромінених різноманітними радіотехнічними системами. Така побудова дозволяє суттєво зменшити витрати на створення та експлуатацію систем ДЗ при збереженні високої ефективності їх функціонування.

Таким чином, в дисертаційній роботі створено теоретичні та науково-методологічні основи, а також принципи практичної розробки авіаційно-космічних багатопозиційних радіолокаційних систем дистанційного зондування з синтезуванням апертури антени на підставі оптимізації сумісної просторово-часової обробки.

Список основних публікацій за темою дисертації

1. Ксендзук А.В. Оптимизация обработки в многопозиционной системе с синтезированием апертуры антенны при факторизации комплексного коэффициента отражения // Измерительная и вычислительная техника в технологических процессах. - Хмельницкий, 2002. - №2. - C. 52-56.

2. Еськов С.Н., Ксендзук А.В., Волосюк В.К. Оценка ошибок в системах зондирования земной поверхности // Защита информации. - Киев, 2003. - Вып. 10. - C. 193-200.

3. Волосюк В.К., Ксендзук А.В., Евсеев И.А. Многопозиционная РЛС с синтезированной апертурой // Радиоэлектронные и компьютерные системы. - Харьков, 2003. - Вып. 4. - C. 74-78.

4. Ксендзук А.В. Принципы создания, преимущества и характеристики многопозиционных радиолокационных систем с синтезированием апертуры антенны // Радиоэлектронные и компьютерные системы. - Харьков, 2003. - Вып. 3. - C. 35-41.

5. Ксендзук А.В. Пространственные функции неопределенности многопозиционных систем дистанционного зондирования, основанных на использовании спутников GPS // Радиоэлектронные и компьютерные системы. - Харьков, 2003. - Вып. 1. - C. 26-32.

6. Жеребятьев Д.П. Ксендзук А.В. Методы селекции движущихся пространственно-протяженных целей // Вестник Восточноукраинского национального университета имени Владимира Даля. - Луганск, 2003. - №2 (72). - C. 61-65.

7. Ксендзук А.В., Жеребятьев Д.П. Метод адаптивного обнаружения протяженных объектов на фоне мультипликативных помех // Вестник Восточноукраинского национального университета имени Владимира Даля. - Луганск, 2004. - №12 (82). - C. 125-129.

8. Ксендзук А.В. Принципы и алгоритмы имитационного статистического моделирования пространственно-временных процессов и их обработки в радиолокационных системах с синтезированием апертуры антенны // Вестник Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина. - Харьков, 2004. - №622. - C. 102-105.

9. Ксендзук А.В. Критерии и алгоритмы оптимизации обработки в системах дистанционного зондирования // Вестник Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина. - Харьков, 2004. - №646. - C. 116-119.

10. Волосюк В.К., Ксендзук А.В., Евсеев И.А. Анализ возможностей многопозиционных РСА и комплексирование измерений // Вестник Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина. - Харьков, 2004. - №646. - C. 124-131.

11. Ксендзук А.В., Евсеев И.А., Клевец С.И. Особенности применения шумоподобных сигналов в моностатических и бистатических РЛС // Системи обробки інформації. - Харків, 2004. - Вип. 12 (40). - С. 104-110.

12. Ксендзук А.В. Алгоритмы когерентной обработки в многопозиционных и бистатических РСА // Авиационно-космическая техника и технология. - Харьков, 2005. - №1 (17). - С. 67-70.

13. Ксендзук А.В., Волосюк В.К., Евсеев И.А. Повышение разрешающей способности РСА при использовании шумоподобных сигналов с учетом стохастического характера отражающей поверхности // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: Сборник научных трудов. - Харьков, 2005. - Вып. 26. - С. 133-138.

14. Ксендзук А.В., Евсеев И.А. Особенности обнаружения объектов в бистатических и многопозиционных РСА // Авиационно-космическая техника и технология. - Харьков, 2005. - №2. - С. 62-68.

15. Волосюк В.К., Ксендзук А.В., Евсеев И.А. Оптимальные алгоритмы построения радиолокационных изображений в бистатических радиолокационных системах с синтезированием апертуры // Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил. - Харкiв, 2005. - Вып 1 (1). - С. 59-64.

16. Ксендзук А.В. Оптимальное восстановление рельефа в многопозиционных интерферометрических РСА // Радиоэлектронные и компьютерные системы. - Харьков, 2005. - Вып. 4 (12). - С. 33-36.

17. Ксендзук А.В. Алгоритмы оптимального и квазиоптимального обнаружения пространственных областей с характерными законами отражения в МПРСА // Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил. - Харкiв, 2005. - Вип 9 (49). - С. 87-93.

18. Ксендзук А.В. Выбор групп сигналов в многопозиционных РСА // Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил. - Харкiв, 2006. - Вип. 1 (7). - С. 60-63.

19. Волосюк В.К., Жеребятьев Д.П., Кравченко А.И., Ксендзук А.В Синтез оптимальных алгоритмов оценки параметров изображений пространственно-протяженных объектов и их местоположения // Системи озброєння і військова техніка. - Харкiв, 2006. - №1 (5).-С. 88-94.

20. Ксендзук А.В. Многопозиционные ИРСА. Алгоритмы обработки стохастических полей // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - Харьков, 2006. - №1/2 (19). - С. 10-12.

21. Ксендзук А.В. Градиентная оптимизация многопозиционных радиолокационных систем с синтезированием апертуры антенны // Радиоэлектронные и компьютерные системы. - Харьков, 2006. - Вып. 1 (13). - С. 28-30.

22. Ксендзук А.В. Оптимальная обработка стохастических полей в МПРСА // Вестник Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина. - Харьков, 2006. - №712. - С. 30-32.

23. Ксендзук А.В., Евсеев И.А., Кухарчук Б.Н. Исследование влияния нестабильностей на работу бистатической РСА // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологи. - Харьков, 2006. - Вып. 30. - С. 130-134.

24. Ксендзук А.В., Евсеев И.А. Разработка алгоритма когерентного приема сигналов с учетом пространственного разнесения приемных и передающих позиций РСА // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологий. - Харьков, 2006. - Вып. 29. - С. 126-131.

25. Ксендзук А.В., Волощук Р.П., Богородицкий Е.А., Федоренко Н.В. Разработка схемы когерентного приемника в бистатической радиолокационной системе с синтезированием апертуры антенны // Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил. - Харків, 2006. - Вип. 2 (8). - С. 34-36.

26. Ксендзук А.В. особенности использования сложных информационных сигналов // Захист інформації. Науково-технічний журнал. - Київ, 2004. - Спец.вип. (22) - С. 67-72.

27. Ксендзук А.В. Кодовые сигнальные группы // Захист інформації. Науково-технічний журнал. - Київ, 2005. - №2 (32). - С. 68-73.

28. Ксендзук А.В. Использование спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS для дистанционного зондирования поверхности // Электромагнитные волны и электронные системы. - Москва, 2003.-Т.8. №5.-С. 8-15.

29. Ксендзук А.В. Синтез апертуры с использованием навигационной системы ГЛОНАСС // Зарубежная радиоэлектроника. - Москва, 2003. - Вып. 2. - С. 44-54.

30. Ксендзук А.В. Методика и особенности выбора пространственных конфигураций и сигнальных групп в МПРСА // Электромагнитные волны и электронные системы. - Москва, 2005. - Т. 10, №7. - С. 61-69.

31. Ксендзук А.В. Аналитическое и численное определение качественных показателей функционирования радиолокационных систем дистанционного зондирования // Электромагнитные волны и электронные системы. - Москва, 2004. - Т. 9., №5. - С. 35-41.

32. Ксендзук А.В. Использование шумоподобных сигналов в радиолокационных системах дистанционного зондирования // Электромагнитные волны и электронные системы. - Москва, 2004. - Т. 9, №9-10. - С. 62-72.

33. Волосюк В.К., Кравченко В.Ф., Ксендзук А.В., Пустовойт В.И. Модифицированный метод синтезирования апертуры антенны // Доклады Академии наук. - Москва, 2004. - Т. 396, №5. - С. 611-614.

34. Волосюк В.К., Ксендзук А.В., Кравченко В.Ф., Кутуза Б.Г. Пространственно-временная обработка сигналов в многолучевых РСА с картографированием подповерхностных слоев почв // Электромагнитные волны и электронные системы. - Москва, 2006. - Т. 19, №11. - С. 62-72.

35. Ksendzuk A.V. Space ambiguity functions for the remote sensing system based on GLONASS navigation system // 5-th European Conference on Synthetic Aperture Radar: EUSAR 2004 (25-27 may 2004). - Ulm, Germany, 2004. - Vol. 2. - P. 713-716.

36. Ksendzuk A.V., Sologub N.S. Estimation position of the slow targets in strong multiplicative noise // 5-th European Conference on Synthetic Aperture Radar: EUSAR 2004 (25-27 may 2004). - Ulm, Germany, 2004. - Vol. 2. - p. 811-813.

37. Ксендзук А.В. Оптимизация обзора в многопозиционных РСА с фиксированной пространственной конфигурацией // Радиолокационное исследование природных сред: Материалы ХХIII всероссийского симпозиума (19-21 апреля 2005 г.). - Санкт-Петербург, 2005. - Вып. 5. - С. 123-128.

38. Ksendzuk A.V., Volosyuk V.K., Ksenzuk V.M. Multiposition SAR versus Monostatic SAR // 6 th European conference on Synthetic Aperture Radar: EUSAR 2006 (16-18 may 2006). - Dresden, 2006.

39. Ксендзук А.В. Алгоритмы обнаружения и идентификации точечных целей в многопозиционных РСА // Радиолокационное исследование природных сред: материалы ХХIII всероссийского симпозиума (19-21 апреля 2005 г.). - Санкт-Петербург, 2005. - Вып. 5. - С. 133-139.

40. Ксендзук А.В., Волосюк В.К., Евсеев И.А. Особенности формирования выходных эффектов в бистатических РСА // Радиолокационное исследование природных сред: материалы ХХIII всероссийского симпозиума (19-21 апреля 2005 г.). - Санкт-Петербург, 2005. - Вып. 5. - С. 128-133.

41. Ксендзук А.В. Обнаружение пространственных областей с заданными законами отражения в многопозиционных РСА // 15 International Crimean Conference Microwave & Telecommunication Technology: CriMiCo 2005 (12-16 september 2005). - Sevastopol, 2005. - P. 923-924.

42. Ksendzuk A.V., Volosyuk V.K., Sologub N.S. Perspectives, principles of creation and advantages of multiposition radiolocation system with synthetic aperture // 15 International Crimean Conference Microwave & Telecommunication Technology: CriMiCo 2005 (12-16 September 2005). - Sevastopol, 2005. - P. 945-947.

43. Ksendzuk A.V. Extended quality identifiers for radar measurements // IV International Crimean Conference Microwave & Telecommunication Technology: ICATT (9-12 September 2003). - Sevastopol, 2003. - P. 757-760.

44. Ksendzuk A.V., Volosyuk V.K. Multi-base InSAR with enhanced signal processing // IV International Crimean Conference Microwave & Telecommunication Technology: ICATT (9-12 September 2003). - Sevastopol, 2003. - P. 405-408.

45. Ksendzuk A.V. Оптимизация взаимного пространственного размещения приемников и передатчиков в бистатических радиолокационных системах с синтезированием апертуры антенны // International Crimean Conference Microwave and Telecommunication Technology: CriMiCo 2003 (8-12 September 2003). - Sevastopol, 2003. - P. 763 - 766.

46. Ksendzuk A.V. Non-periodical wideband signals in synthetic aperture radar // Ultravideband and Ultrashort Impulse Signals: UWBUSIS (19-22 September 2004). - Sevastopol, 2004. - P. 237-239.

47. Ksendzuk A.V., Volosyuk V.K. Some aspects of usage of the pseudo noise sequences in the radiolocation systems // Ultravideband and Ultrashort Impulse Signals: UWBUSIS (19-22 September 2004). - Sevastopol, 2004. - P. 234-236.

48. Ксендзук А.В. Использование навигационных систем как элементов глобальной многопозиционной системы картографирования поверхности // Тезисы докладов III-й научно-практической конференции «Применение спутниковых радионавигационных систем (GNSS) в Украине» (12-13 июня 2002 г.). - Харьков, 2002. - С. 121-122.

49. Ксендзук А.В. Энергетический потенциал ГЛОНАСС/GPS для решения задач ДЗ // Тезисы докладов III-й научно-практической конференции «Применение спутниковых радионавигационных систем (GNSS) в Украине» (12-13 июня 2002 р.). - Харьков, 2002. - С. 123-126.

50. Ksendzuk A.V. Phase unwrapping and ambiguity elimination in the multi frequency SAR interferometer // The Fifth International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter, and SubMillimeter Waves. - Kharkov, 2004. - Р. 247-249.

51. Ksendzuk A.V., Volosyuk V.K., Sologub N.S. Optimisation of the spatial attitude of the bistatic and multistatic synthetic aperture radar // The Fifth International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter, and SubMillimeter Waves: MSMW`04 (21-26 june 2004). - Kharkov, 2004. - P. 178-180.

52. Ksendzuk A.V. SAR interferometer optimal processing algorithms for the stochastic surface models // The Fifth International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter, and SubMillimeter Waves: MSMW`04 (21-26 June 2004). - Kharkov, 2004. - P. 253-255.

53. Ксендзук А.В. Оптимизация многопозиционных систем дистанционного мониторинга по энергетическим показателям // Сучасні інформаційні технології управління екологічною безпекою регіонів, природокористуванням, заходами у надзвичайних ситуаціях: Тези другої міжнародної науково-практичної конференції (15-20 вересня 2003). - Київ-Харків-Крим, 2003. - С. 64-65.

54. Ксендзук А.В. Комплексная система мониторинга районов экологических катастроф // Проблеми розробки і провадження сучасних інформаційних технологій моніторингу навколишнього середовища та управління екологічною і інформаційною безпекою в регіонах: Тези третьої міжнародної науково-практичної конференції (13-18 вересня 2004). - Київ-Харків-Крим, 2004. - С. 152-154.

55. Ксендзук А.В. Методы комплексирования в многопозиционных радиолокационных системах с синтезированием апертуры антенны // Третья Харьковская конференция молодых ученых. Микроволновая электроника и радиолокация (12-15 января 2004 г.). - Харьков, 2004. - С. 39-40.

56. Ксендзук А.В. Комплексирование измерений в МПРСА при факторизации комплексного коэффициента отражения // Труды четвертой международной научно-практической конференции «Современные информационные и электронные технологии (19-23 мая 2003 г.). - Одесса, 2003. - С. 26.

57. Ksendzuk A.V., Volosyuk V.K., Sologub N.S. Advantages of wideband and ultravideband signals in remote sensing systems // Ultravideband and Ultrashort Impulse Signals: UWBUSIS (19-22 September 2004). - Sevastopol, 2004. - P. 240-242.

58. Ксендзук А.В. Устойчивые преобразования многомерных пространственно-временных процессов в задачах комплексирования радиолокационных данных // Перша науково-технічна конференція Харківського університету Повітряних Сил (16-17 лютого 2005 р.). - Харків, 2005. - С. 163.

59. Ксендзук А.В. Особенности формирования интерферограмм в интерферометрах с синтезированием апертуры // Третья Харьковская конференция молодых ученых Микроволновая электроника и радиолокация (12-15 января 2004 г.). - Харьков, 2004. - С. 15-16.

Размещено на Allbest.ru