авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Авиационные и космические комплексы дистанционного зондирования земли с интерферометрической обработкой многомерных сигналов

-- [ Страница 1 ] --

Экз. №

На правах рукописи

БАБОКИН Михаил Иванович

АВИАЦИОННые и космические КОМПЛЕКСЫ

ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ с

ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ МНОГОМЕРНЫХ СИГНАЛОВ

05.12.14 – Радиолокация и радионавигация

Автореферат диссертации на соискание

ученой степени доктора технических наук

Москва-2010

Работа выполнена в унитарном государственном предприятии «Научно-производственный центр «СПУРТ».

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кузьмин Геннадий Васильевич (в/ч 54023);

доктор технических наук, профессор Ефимов Виталий Александрович (Военный учебно-научный центр ВВС ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина);

доктор технических наук, профессор Татарский Б.Г. (Московский авиационный институт (технический университет).

Ведущая организация - ЦНИИМАШ.

Защита состоится 29 октября 2010 г. в 1100 на заседании диссертационного совета

Д 850.012.01 при ГУП НПЦ «СПУРТ» по адресу: 124460, г. Москва, г. Зеленоград,1-й Западный проезд, д.4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП НПЦ «СПУРТ».

Автореферат разослан « » 2010 г.

ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., с.н.с. Петров Валерий Георгиевич

В автореферате пронумеровано 34 стр.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

К определяющим факторам использования комплексов дистанционного зондирования Земли для России следует отнести протяженный характер территории с запада на восток (~10 тыс. км) в Северном полушарии, имеющей большую протяженность прибрежных районов с морским климатом (устойчивым облачным покровом, туманами и ветрами) и прилегающей к ней акватории.

Это, и не только это, определяет актуальность использования над территорией России в качестве средств ДЗЗ группировки авиационных и космических РЛ датчиков с применением техники синтезирования апертуры, способных формировать изображения, близкие по качеству к оптическим изображениям, независимо от освещенности, погодных условий, на большой дальности, с широкой полосой обзора.

Большое количество гор, морей и рек на территории России, в труднодоступных местах, возлагает на перспективные средства ДЗЗ решение следующих важнейших народохозяйственных задач: высокоточную оценку рельефа местности, формирование трёхмерных изображений земной поверхности, исследование динамических процессов на земной и морской поверхности и т.п.

Особенно актуальным для модернизации экономики России является получение материалов РЛ съемки с высокими измерительными свойствами, обеспечивающих создание и обновление государственных топографических карт и планов, создание картографической основы государственного кадастра недвижимости, а также решение других задач.

Исходя их этого, одной из важнейших задач на современном этапе развития средств ДЗЗ, как составляющей геоинформационных систем, является круглогодично и круглосуточно, в любых метеоусловиях, на больших удалениях с высокой точностью и разрешающей способностью формирование трёхмерных изображений земной поверхности, оценивание уклонов, сдвигов земной, параметров волнения морской поверхностей.



Поэтому решение проблемы получения с помощью авиационных и космических РЛ комплексов дистанционного зондирования Земли высокоточных цифровых карт местности и мониторинг земной и морской поверхности являются актуальными для повышения эффективности экономической деятельности и использования природных ресурсов России.

Степень разработанности проблемы.

В нашей стране с конца 50-х годов 20 века ведутся активные работы по разработке теории, совершенствованию принципов построения и созданию опытных и серийных образцов отечественных РСА авиационного и космического базирования. Неоценимый вклад в развитие теории РСА внесли такие известные ученые, как А.П. Реутов, Г.С. Кондратенков, П.И. Дудник, Ю.Л. Феоктистов, Н.И. Буренин, Ю.А. Мельник, В.А. Потехин и др. В первую очередь благодаря их усилиям в СССР были созданы первые РСА с оптическими системами формирования РЛИ. В конце 60–х годов в ВВИА им проф. Н.Е, Жуковского группой ученых под руководством Я. С. Ицхоки (Н.Н. Луначарский, Л.П. Фирсов, П.С. Падун, В.Г. Поздняков, В.М. Беляев, Л.А. Школьный, Е.Ф. Толстов), были проведены исследования по принципам и методам цифровой обработки сигналов в РСА, обеспечивающим гибкость управления и получение РЛИ в реальном масштабе времени. На основе этих исследований в 70-е годы появились первые образцы летных макетов отечественных РСА с цифровой обработкой сигналов воздушного базирования.

Следующим этапом разработки теории РСА явились исследования методов и алгоритмов обработки сигналов и изображений, направленные на учёт маневра и траекторных нестабильностей носителя, движения целей и элементов морской поверхности, автоматизацию процесса сбора и обработки радиолокационной информации. Эти исследования проводились в 80…90-е годы под руководством Е.Ф. Толстова, Л.Н. Школьного, А.А. Лаврова, В.Н. Антипова, а их результаты широко использовались в НИОКР при создании опытных образцов многофункциональных РЛС с режимами обзора земной поверхности самолетов Су-27М, МиГ-29М и разведывательной РСА нового поколения. Внедрением новых разработок руководили главные конструкторы этих РЛС – Т. О. Бекирбаев, Ю.Н. Гуськов, А.С. Сосков.

В тоже время группой ученых под руководством В.И. Тихонова, М.С. Ярлыкова, М.А. Миронова, В.М. Харисова проводились и проводятся фундаментальные исследования в сфере оптимальных статистических методов обработки сигналов. В частности глубокое развитие получили методы линейной и нелинейной фильтрации случайных марковских процессов, разработаны методы статистического синтеза оптимальных радиотехнических систем. Использование этих методов в радиосвязи и радионавигации в сочетании с возможностями современных цифровых процессоров позволили добиться впечатляющих результатов. Есть все основания предположить, что их использование в теории и практике создания РСА позволит перейти на новый качественный уровень и вплотную приблизиться к достижению потенциальных возможностей и характеристик РСА.

На сегодняшний день ситуацию, которая сложилась в теории и практике создания отечественных РСА можно охарактеризовать следующими положениями:

  1. Разработаны основные физические принципы построения РСА авиационного и космического базирования и приобретен опыт создания РСА с аналоговой обработкой сигналов.
  2. Предложены методы и способы цифровой обработки сигналов РСА, обоснованы принципы построения бортовых процессоров, а также получены и опробованы на практике алгоритмы цифрового синтезирования апертуры, основанные на разработанных физических принципах.
  3. К настоящему времени достигнута разрешающая способность отечественных РСА на уровне 2... 3 м на дальности до 70 км для самолетных и 10... 15 м на дальности до 500 км – для космических систем.
  4. На стадии опытно-конструкторских работ находятся устройства формирования, излучения и обработки широкополосных зондирующих сигналов с полосой до 600 МГц, способных обеспечить разрешение по дальности до 25 см.
  5. Созданы или находятся на стадии конструкторской разработки опытные образцы специализированных и программируемых цифровых процессоров обработки сигналов нового поколения.

Таким образом, развитие теории и принципов построения РСА привело к тому, что уже существуют высокоэффективные комплексы РСА авиационного и космического базирования, которые способны получать высокую разрешающую способность (единицы метров и выше) при боковом и переднебоковом обзорах и производить детальное картографирование местности.

В то же время требуется решить ряд новых научных задач и, прежде всего, задачи получения детального рельефа местности, формирования трёхмерного изображения, оценивания состояния земной и морской поверхностей. Работы в этих направлениях активно ведутся во всем мире, но только в последнее время, благодаря разработке многомерной радиолокации, с применением техники РСА, совместно с достижениями СВЧ техники и созданию мощных бортовых цифровых процессоров, появились реальные условия для решения этих задач.

В многомерной (многопозиционной, многочастотной, многополяризационной) радиолокации более эффективно используется информация, содержащаяся в пространсвенно-временной структуре электромагнитного поля, что позволяет повысить информативность и помехозащищенность РЛ комплексов, формировать трёхмерные карты местности, исследовать пространственные процессы и их проявления во времени.

Цель диссертации, предмет и рамки исследований.

Поставленная в работе цель - разработка принципов построения авиационных и космических комплексов РСА, методов и алгоритмов обработки многомерные сигналов, при решении задач получения детального рельефа местности, оценивания состояния земной и морской поверхностей, позволяет выделить объект и предмет исследований.

Объектом исследований являются когерентно-импульсные авиационные и космические радиолокационные комплексы с синтезированием апертуры антенны, использующие многомерные сигналы.

Предмет исследований: режимы функционирования авиационных и космических радиолокационных комплексов и алгоритмы обработки отражённых многомерных сигналов при оценивании рельефа местности, параметров состояния земной и морской поверхностей.

Рамки исследований. Исследования проводились в рамках классических положений теории радиолокации:

- информация, поступающая на вход антенны (антенн) РЛС, формируется за счет эффекта отражения радиоволн подстилающей земной или морской поверхностью;

- вид зондирующего сигнала и диаграмма направленности антенны считались заданными;

- между полезным сигналом и помехами (шумами) имеются детерминированные и статистические различия.

Задачи исследований.

Сформулированные выше тема, проблема и цель может быть представлена рядом взаимосвязанных научно-технических задач, которые последовательно решаются в диссертационной работе. Основными из этих задач являются:

  1. Анализ и обоснование требований к перспективным многомерным комплексам РСА, предназначенным для дистанционного зондирования поверхности Земли, высокоточного формирования рельефа местности и детальных трёхмерных изображений, наблюдения за динамичными процессами на земной или морской поверхности и оценки параметров их состояния.
  2. Разработка структуры и математических моделей сигналов многомерных РЛ комплексов с синтезированной апертурой антенны, с учётом априорной неопределённости относительно местного рельефа и состояния морской поверхности.
  3. Синтез оптимальных (квазиоптимальных) алгоритмов оценки рельефа местности, уклонов и сдвигов земной, параметров взволнения морской поверхностей с использованием общей теории статистического оценивания и марковской теории фильтрации.
  4. Разработка субоптимальных алгоритмов, обладающих небольшими вычислительными затратами и пригодных для реализации в бортовых процессорах сигналов современных цифровых комплексов РСА авиационного и космического базирования.
  5. Реализация алгоритмов в программных пакетах, предназначенных для разработки программно-алгоритмического обеспечения цифровых систем обработки, а также для моделирования и обработки реальных сигналов РСА с целью проверки его работоспособности в различных условиях и окончательной отладки.

Методы исследования.

Для решения перечисленных задач в работе использовался современный математический аппарат теории марковских процессов, теории статистических решений, теории оптимальной нелинейной фильтрации. Проверка эффективности синтезированных алгоритмов проводилась с помощью имитационного и полунатурного моделирования, а также с использованием реальных сигналов, записанных в ходе летных экспериментов и имевшихся в распоряжении автора радиоголограмм РСА авиационного (Н-010, Н-011, «Жук», «Барс») и космического базирования («Меч-КУ»).





Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Разработаны принципы построения многомерных комплексов дистанционного зондирования Земли с интерферометрической обработкой сигналов с синтезированием апертуры антенны, предназначенных для высокоточного измерения рельефа местности, уклонов и сдвигов земной, оценки параметров волнения морской поверхностей.
  2. Предложены математические модели формирования траекторного сигнала для многомерных комплексов РСА авиационного и космического базирования в условиях априорной неопределённости относительно местного рельефа и состояния морской поверхности, ориентированные на исследование алгоритмов оценки рельефа местности, уклонов, сдвигов земной и параметров волнения морской поверхностей.

3. На основе общей теории статистических решений и марковской теории фильтрации синтезированы алгоритмы оценивания рельефа местности, уклонов и сдвигов земной, параметров волнения морской поверхностей.

4. Разработаны конкретные алгоритмы оценивания рельефа местности, уклонов и сдвигов земной и параметров волнения морской поверхностей, пригодные для реализации в бортовых процессорах сигналов современных РСА.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Синтезированнные квазиоптимальные алгоритмы интерферометрической обработки сигналов в многомерных комплексах РСА для решения задач:

-оценивания местного рельефа;

- оценивания уклонов земной поверхности;

- оценивания сдвигов земной поверхности;

- оценивания параметров волнения морской поверхности.

  1. Субоптимальные варианты алгоритмов оценивания рельефа местности, уклонов и сдвигов земной, параметров волнения морской поверхностей, экономичных с точки зрения вычислительных затрат и пригодных для реализации в бортовых процессорах сигналов современных цифровых РСА.
  2. Сравнительный анализ потенциальной и реальной точности измерения рельефа местности, сдвигов земной и параметров взволнованной морской поверхностей.
  3. Состав, структурные схемы и характеристики режимов оценивания рельефа местности, уклонов и сдвигов земной, параметров волнения морской поверхностей.
  4. Математические модели формирования траекторных сигналов для многомерных комплексов РСА в условиях априорной неопределённости относительно местного рельефа и состояния морской поверхности, ориентированные на исследование алгоритмов оценивания рельефа местности, уклонов, сдвигов земной и параметров волнения морской поверхностей.
  5. Результаты летно-экспериментальных исследований, имитационного и полунатурного моделирования алгоритмов оценивания рельефа местности, уклонов и сдвигов земной, параметров волнения морской поверхностей.
  6. Рекомендации по выбору тактико-технических характеристик и условий применения многомерного комплекса РСА в режимах оценивания рельефа местности, уклонов и сдвигов земной, параметров волнения морской поверхностей.
  7. Принципы построения и технология использования программных пакетов моделирования, обработки и анализа радиоголограмм, предназначенных для внедрения новых алгоритмов оценивания рельефа местности, уклонов и сдвигов земной, параметров волнения морской поверхностей, в состав программного обеспечения существующих и перспективных комплексов РСА.

Достоверность результатов, выводов и рекомендаций подтверждается:

- корректностью использования известного математического аппарата;

-наглядной физической интерпретацией полученных математических соотношений;

- достаточной обоснованностью принятых допущений и предположений, а также отсутствием противоречий между новыми теоретическими положениями, разработанными в диссертации, и известными частными результатами других исследований;

- обсуждением на научно-технических конференциях, ссылками в технической литературе;

- результатами полунатурных и натурных экспериментов с реальными радиолокационными сигналами, записанными во время полёта на борту авиационных и космического носителей РСА, режимов оценки рельефа местности, уклонов и сдвигов земной, параметров волнения морской поверхностей.

Практическая направленность работы заключается в обосновании состава, структуры и алгоритмов функционирования когерентно-импульсного многомерного авиационного и космического радиолокационного комплекса с синтезированием апертуры антенны для высокоточной оценки рельефа местности, уклонов и сдвигов земной и параметров волнения морской поверхностей, а также в разработке предложений по тактико-техническим характеристикам и условиям применения такого комплекса.

Реализация результатов исследований данной работы проводились и ведутся в рамках модернизации существующих и проектирования новых образцов техники: мониторинга Земной поверхности нового поколения (ОКР «КК РЛН Аркон-2М», «Метеор-3М/ЭЛСАР»), многофункциональных РЛС перспективных самолетов (ОКР «Су-30МКИ/БАРС»). Разработанные в диссертации алгоритмы использовались в перечисленных работах в качестве базовых при определении облика специального алгоритмического обеспечения формирования трёхмерных изображений, оценки уклонов и сдвигов земной, параметров волнения морской поверхностей. Основные положения работы используются при обосновании тактико-технических требований к перспективным комплексам ДЗЗ.

Апробация результатов исследований

Результаты исследований опубликованы в 42 научных публикациях, в том числе в 27 статьях (9 во всесоюзных и всероссийских изданиях, одно авторское свидетельство на изобретение) и 15 отчетах по НИР и ОКР. Они докладывались автором на 2 всероссийских конференциях (г. Свердловск – 1989 г., г. Москва –1999 г.), 4 всероссийских симпозиумах «Радиолокационное исследование природных сред» (г. Санкт-Петербург, 2005, 2006, 2007 и 2009г.).

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 7 разделов, заключения и приложения. Объем работы составляет 326 страниц, включая список литературы из 125 наименований на 12 страницах, 92 рисунка, схем и графиков, приложение на 10 страницах, а также титульный лист.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе на основе анализа объектов наблюдения при дистанционном зондировании Земли формулируются основные тактико-технические требования к перспективным комплексам, способным эффективно решать задачи в следующих направлениях народохозяйственной деятельности:



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.