Аннотация результатов, полученных в 2016 году
На первом этапе исследований был проведен подробный анализ моделей отражения зондирующих сигналов радиолокационных станций от морской поверхности, как по данным литературного анализа, так и полученных в рамках собственных предыдущих исследований. Был проведен анализ данных радиолокационных измерений с целью построения поля течений, выполненных коллективом в рамках выполнявшегося ранее в рамках международного проекта гидрографического мониторинга Невской губы «HYMNE». Для измерений использовались две когерентных импульсных РЛС с идентичными характеристиками: • длина волны – 3.14 см, • излучаемая мощность – 6 КВт, • разрешающая способность по дальности – 15 м, • разрешающая способность по азимуту – 2 град, • разрешающая способность по углу места – 18 град, • частота повторения импульсов – 1500 Гц. Зона действия радиолокационного комплекса – приблизительно 500 м на 500 м. Для верификации радиолокационных данных использовались данные контактных измерений с помощью CTD-зонда, совмещенного с допплеровским измерителем скоростей течений производства Meerestechnik-Elektronik (Model SM24H). Так как допплеровский измеритель скоростей не может измерять течения непосредственно у поверхности воды, то для оценки использовались значения, полученные в результате линейной экстраполяции сглаженной эпюры. При этом измеренные значения скоростей на малых глубинах, для которых характерно относительно большая дисперсия измерений, при экстраполяции не учитывались. Контактные измерения показали, что скорость течений у поверхности воды в зоне обзора РЛС изменяется от 30 до 60 см/с и возрастает по мере удаления от берега. Для оценки спектра морского волнения и волнограммы на поверхности моря использовали прибор «Прилив-2». По поверхностной волнограмме определяли доминантную и среднюю высоту волны. Средняя высота волн в рассматриваемом случае равнялась 0,2 м. Анализируя спектр морского волнения, имея информацию о длинах поверхностных волн, можно определить орбитальную скорость движения частиц у поверхности воды. Она составила не более 2 см/с. В силу того, что другие составляющие суммарного допплеровского сдвига значительно больше составляющей, обусловленной орбитальным движением частиц, и последняя сравнима с разрешающей способностью РЛС по скорости, ей решили пренебречь при расчетах. Заметим, что в случае относительно высоких волн зависимость допплеровского смещения частоты от дальности (или от времени для одного элемента разрешения) имеет синусоидальный характер при ориентации диаграммы направленности антенны (ДНА) в направлении движения доминирующих волн. Скорость ветра на высоте 10 метров над поверхностью моря – 2 м/с. Проведенный анализ ранее полученных измерений показал, что доплеровское смещение частоты рассеянного морской поверхностью сигнала СВЧ-диапазона зависит от угла между главным лепестком ДНА и направлением ветра (прямо пропорционально косинусу угла). Полученные результаты хорошо согласуются с особенностями местности, в которой проводились наблюдения. Увеличение скорости в левой части карты обусловлено сужением канала, на берегу которого были установлены РЛС. Главным недостатком РЛС наземного зондирования является ограниченная дальность действия. Эта дальность мало зависит от излучаемой мощности и параметров приемника РЛС. Определяющими параметрами являются высота антенны, рабочая частота (в нашем случае X-диапазон) и состояние моря. В области интерференции наблюдается резкое падение удельной ЭПР с уменьшением угла скольжения. При малых углах скольжения и хорошо проводящей морской поверхности отраженный морем сигнал распространяется по двум траекториям: прямой и переотраженной. Это приводит к взаимной компенсации прямого и переотраженного сигналов, причем тем большей, чем меньше угол скольжения. Отражение от морской поверхности в этой области снижаются обратно пропорционально седьмой степени дальности, что дает нам право утверждать, что после критического угла скольжения радиолокационное зондирование моря практически невозможно. Таким образом, наиболее интересным является радиолокационное зондирование водной поверхности с использованием летательных аппаратов. В этом случае зондирование происходит при относительно постоянных углах скольжения, находящихся в хорошо исследованной зоне диффузного рассеяния. В рамках работы проводились исследования перспектив использования бортовых РЛС и оптимизации их параметров для дистанционного зондирования морской поверхности. В рамках этих исследований был предложен подход к измерению приповерхностного ветра с использованием навигационной доплеровской системы в дополнение к стандартным возможностям. Также были рассмотрены возможности использовании бортового метеорологического радара для зондирования водной поверхности и определения приповерхностного ветра. Был предложен алгоритм определения скорости приповерхностного ветра на основе измерения морской ЭПР. Исследование отношения между ЭПР морской поверхности и вектором ветра вблизи поверхности, которую иногда называют "геофизическая модель функция", проводились на основе следующей формы представления зависимости ЭПР от параметров приповерхностного ветра. Также рассмотрены результаты проведенного моделирования эффективной поверхности рассеяния морской поверхности на основе геофизической функциональная модель Винсманна (Wismann) в зависимости от направления и скорости ветра и азимутального угла сканирования для различных углов скольжения. "Измеряемый" азимут был промоделирован в соответствии с с релеевской моделью распределения длины проекции вектора. В общем случае задача определения навигационного направления ветра над водной поверхностью с помощью скатерометра сводится к поиску главного максимума измеренной азимутальной зависимости удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР), а задача определения скорости приводного ветра – к определению значений УЭПР с направления против ветра, с нескольких или со всех азимутальных направлений. Пусть ЛА, оборудованный метеорадаром, выполняет горизонтальный прямолинейный полет со скоростью V на высоте H над уровнем моря. Пусть метеорадар работает в режиме обзора подстилающей поверхности, с шириной диаграммы направленности антенны a.v и a.h в вертикальной и горизонтальной плоскостях, соответственно, выполняя периодическое сканирование в секторе обзора, превышающем ±90°, и разрешение в вертикальной плоскости обеспечивается селекцией по задержке. В этом случае возможно выделение сигнала, отраженного от подстилающей поверхности с заданным углом визирования θ и широким раствором по азимутальному направлению. Угловая селекция (узким лучом диаграммы направленности) выполняется в горизонтальной плоскости и, наряду с селекцией задержки, обеспечивает угловое разрешение в азимутальной Δαb и вертикальной Δθ плоскостях, соответственно. Пусть направление приповерхностного ветра w, и α – угол между направлением против ветра. Пусть модель УЭПР удовлетворяет выражению для геофизической модели. Поскольку сектор обзора в вертикальной плоскости достаточно мал, модельная функция УЭПР для средних углов может быть использована без коррекции при азимутальных углах в пределах 15-20 градусов. Поскольку метеорадар выполняет периодическое сканирование по азимуту, текущее значение УЭПР не соответствует отражению от одного и того же узкого азимутального угла в пределах сектора Das. Отсчеты УЭПР, снятые в пределах сектора и усредненные по всем измеренным значениям, дают несмещенную оценку для заданного азимутального угла сектора обзора. Число секторов обзора равно . Таким образом, N значений УЭПР, полученные для различных азимутальных углов, формируют систему из N уравнений. Полагая сектор зондирования равным 5°, при полном обзоре получим систему из 37 уравений. Оценка скорости и направления ветра, таким образом, сводится к решению приведенной системы уравнений. Как показано выше, метеорадар с широким сектором обзора, и используемый в режиме наземного отображения как скаттерометр, может быть использован для дистанционного измерения направления приповерхностного ветра над водой с помощью анализа данных по азимуту УЭПР, в дополнение к его типичным метеорологическим и навигационным приложениям. Концепция сканирования сектора бортовым метеорадаром широкого сектора обзора гораздо предпочтительнее, так как она позволяет получать значения УЭПР из различных азимутальных измерений, что обеспечивает более точную оценку вектор направления ветра. Несмотря на то, что КВР во время прямолинейного дозы измерения полета не позволяет получить всю 360 ° по азимуту набор данных УЭПР, как во время классического кругового полета, так и прямолинейного полета, сценарий прямолинейного полета оказывается быстрее и удобнее для реализации измерений. Измерение скорости ветра начинается, когда летательный аппарат выходит в режим устойчивого горизонтального прямолинейного полета на заданной высоте и скорости полета. Измерение закончено, когда получено требуемое количество значений УЭПР для каждого узкого азимутального сектора. Для получения большего числа измерений УЭПР для каждого из азимутальных направлений необходимо обеспечить несколько последовательных посылок зондирующих сигналов. В рамках моделирования произведено “измерение” УЭПР с использованием трех вариантов 180-градусных азимутальных секторов: [-90°, 90°], [45°, 225°] и [90 °, 270°], соответственно. Оценки скорости и направления против ветра этих случаев сектора были 9,9718 м/с и 358,7°, 10.0071 м/с и 357,9°, 9,9975 м/с и 357,5°, соответственно, при истинной скорости ветра 10 м/с. “Измеренные” УЭПР и значения, рассчитанные согласно [42] с подстановкой оценок скорости ветра и направления против ветра. Эти результаты были получены без учета инструментального шума. Оценка инструментального шума измерений скаттерометра составляет около 0,2 дБ, что соответствует неопределенности решений только при скорости ветра 0,5 м/с [16]. Принимая во внимание инструментальный шум 0,2 дБ для тех же условий. Оценки скорости и направления ветра для рассмотренных секторов соответственно равны 9,994 м/с и 357,9°, 10.0258 м/с и 356,9°, 10,0279 м/с и 357,3°. Отметим, что полученные результаты показывают, пригодность и точность предложенного алгоритма, даже в самом худшем случае расположения азимутального сектора ([90 °, 270 °]). Направления каналов доплеровской РЛС 1, 2, 3, и 4 относительно курса ЛА ψ0.a.1, ψ0.a.2, ψ0.a.3, и ψ0.a.4, соответственно. Пусть направление приповехностного ветра ψ w, угол между направлением против ветра и курсом ЛА a. Поскольку рассматривается случай стабилизированной по курсу антенны, значения проекций углов направлений каналов на азимутальную плоскость не изменяются на протяжении всего выбранного сценария полета. Тогда решение сводится к системе из 4-х уравнений. Решение такой системы уравнений относительно U и a может быть найдено с использованием приближенных численных методов, что позволит получить оценки скорости приповерхностного ветра и направления против ветра. Сооветствующее моделирование планируется выполнить в рамках дальнейших исследований. Устройство приема для макетных образцов РЛС берегового и воздушного базирования было унифицировано и реализовано по модульно масштабируемому принципу. Устройство состоит из нескольких модулей приема сигналов (МПС) обеспечивает преобразование сигнала, принятого антенным элементом, к виду, удобному для преобразования его в цифровой код с последующей цифровой обработкой. МПС выполняет частотную селекцию принимаемого сигнала, его усиление и преобразование по частоте в область рабочих частот аналогово-цифрового преобразователя (АЦП). Модули приема сигналов построены по супергетеродинной схеме с одним преобразованием частоты. Количество модулей в приемной системе может варьироваться в зависимости от требований к системе. Для макета РЛС берегового базирования используется 16 МПС, что позволяет получить лучшую разрешающую способность по азимуту и расширенный выходной динамический диапазон. Для макета РЛС воздушного базирования количество МПС выбирается исходя из возможностей носителя и требований по покрытию водной поверхности за один пролет. Уменьшение количества МПС приводит к расширению диаграмма и снижению динамического диапазона. Однако, в отличии от береговой РЛС, РЛС воздушного базирования имеет постоянную дальность до исследуемой поверхности, поэтому эти характеристики для нее менее критичны. Разрабатываемая РЛС включает в себя 16 антенных элементов, составленных в антенную решетку. Каждый антенный элемент подключается к своему модулю приема сигналов (МПС). К модулям приема предъявляются повышенные требования по идентичности их характеристик (коэффициент усиления, коэффициент шума, линейность и прочее) при серийном производстве. Кроме того, для коммерческой привлекательности всей системы необходимо стремиться к снижению затрат на производство МПС. Поэтому решено было отказаться от использования ВЧ интегральных схем в пользу дискретной элементной базы (транзисторов, диодов и т.д.). Модуль приема сигналов обеспечивает преобразование сигнала, принятого антенным элементом, к виду, удобному для преобразования его в цифровой код с последующей цифровой обработкой. МПС выполняет частотную селекцию принимаемого сигнала, его усиление и преобразование по частоте в область рабочих частот аналогово-цифрового преобразователя (АЦП). В силу выше сказанного, модули приема сигналов целесообразно строить по супергетеродинной схеме с одним преобразованием частоты. Входной сигнал с выхода антенного элемента А1 поступает через устройство защиты А2 на входной малошумящий усилитель А3. Устройство защиты предотвращает попадание на вход приемного модуля сигналов недопустимо высокой мощности, излучаемого РЛС и возможных внешних помех на рабочей частоте РЛС. Малошумящий усилитель обеспечивает заданный коэффициент шума приемного тракта. Принимаемый сигнал с выхода МШУ поступает на смеситель А4, где преобразуется по частоте в область промежуточной частоты, равной 60 МГц. Усилитель А6 обеспечивает требуемое усиление приемного тракта, а и полосовой фильтр А8 обеспечивает заданную избирательность по соседним каналам приема. Все приемные модули запитаны от общего сигнала гетеродина. Раздача сигнала гетеродина между модулями осуществляется по последовательной схеме. Для этого сигнал гетеродина, подаваемый на МПС, усиливается предварительным усилителем А7 до требуемого уровня, а часть его мощности ответвляется на выход fгвых , откуда подается на вход fгвх , следующего МПС. Антенный элемент представляет собой решетку из четырех микрополосковых печатных излучателей. Материал подложки Arlon AD250 (ε = 2,5) толщиной 0,5 мм. Система питающих линий обеспечивает синфазное равноамплитудное питание элементов решетки. Антенна принимает сигналы с вертикальной поляризацией. Результаты электродинамического моделирования дают коэффициент усиления антенны 11,6 дБ. Ширина диаграммы направленности антенны составила 80 градусов в азимутальной плоскости и 26,6 градусов в угломестной плоскости. Входной коэффициент отражения антенны меньше -20 дБ в диапазоне частот от 9390 МГц до 9430 МГц. Усилитель выполнен на транзисторе NE3515 фирмы NEC. На частоте 9.4 ГГц транзистор обладает коэффициентом шума 0.28 дБ, коэффициентом усиления 14 дБ и выходной мощностью 15 дБм (по сжатию усиления на 1 дБ). Плата автогенератора выполнена на материале Arlon AD250, толщиной 0.5мм, имеющем диэлектрическую проницаемость 2.5. В схеме используются конденсаторы типоразмера 0603. Коэффициент усиления усилителя на центральной рабочей частоте равен 15.5 дБ, коэффициент отражения ниже -20 дБ в диапазоне от 9,31 ГГц до 9,51 ГГц. Коэффициент шума на частоте 9,41 ГГц равен 0,9 дБ. Усилитель сигнала гетеродина должен компенсировать потери сигнала гетеродина при его передаче от одного модуля приема сигнала к другому. Должен обеспечивать выходную мощность сигнала не ниже 13 дБм (20 мВт), а также, по возможности вносить минимум шумов в сигнал гетеродина. Для этой цели подходит МШУ, рассмотренный ранее. Смеситель выполнен по схеме с фазовым подавлением зеркального канала. Что позволяет исключить из схемы МПС узкополосного фильтра преселектора, который требовал бы предварительной настройки при производстве. Топология смесителя представляет собой два балансных диодных смесителя, входной сигнал на которые подается через синфазный делитель мощности, а сигнал гетеродина через квадратурный делитель мощности. Сигналы ПЧ складываются квадратурной схемой сложения, выполненной на LC –элементах (схема на топологии не представлена). Плата смесителя выполнена на материале Arlon AD250, толщиной 0.5мм, имеющем диэлектрическую проницаемость 2.5. Результаты моделирования частотной зависимости потерь преобразователя смесителя для мощности сигнала гетеродина в 10 дБм. Видно что потери преобразования на центральной частоте рабочего диапазона системы (9,41 ГГц) составляют 6,5 дБ. На частотах зеркального канала приема потери преобразования больше на 10-15 дБ. Из полученных характеристик видно, что потери преобразования мало чувствительны к мощности сигнала гетеродина и равны 6,7 дБ при мощности гетеродина 3 дБм (2 мВт). Это снижает требования к настройке схемы раздачи сигнала гетеродина при сборке МПС в решетку. Коэффициент шума смесителя для частоты входного сигнала 9,41 ГГц равен 8,2 дБ для мощности гетеродина 10 дБм. УПЧ представляет собой двухкаскадный усилитель на транзисторах BFU520A фирмы NXP. Нагрузкой каждого каскада является фильтр на двух связанных LC-контурах. Коэффициент усиления УПЧ в полосе пропускания от 50 до 70 МГц равен 38±1 дБ. Коэффициент шума усилителя равен 3,5 дБ. Топология УПЧ может быть выполнена как и все перечисленные ранее узлы МПС на единой плате на основе диэлектрика Arlon AD250, толщиной 0.5мм с диэлектрической проницаемостью 2.5. Автогенератор выполнен на транзисторе NE3210 фирмы NEC. На частоте 9.4 ГГц транзистор обладает коэффициентом усиления 15 дБ и коэффициентом шума 0.32 дБ. В автогенераторе используется схема с параллельной обратной связью. Для обеспечения требуемой стабильности частоты в цепь обратной связи включён фильтр на диэлектрическом резонаторе, обладающем высокой добротностью и термостабильностью. Плата автогенератора выполнена на материале Arlon AD250, толщиной 0.5мм, имеющем диэлектрическую проницаемость 2.5. В схеме используются конденсаторы типоразмера 0603. Выполнена оценка коэффициента шума и коэффициента усиления МПС в целом. Здесь G и N – это коэффициент усиления и коэффициент усиления соответствующего функционального блока, – суммарный коэффициент усиления от входа приемного тракта до выхода данного блока, а – суммарный коэффициент шума от входа приемного тракта до выхода данного блока. При расчете коэффициента шума модуля приема сигналов следует учитывать шумы АЦП, так как для достижения максимального динамического диапазона собственные шумы на выходе МПС должны быть равны собственным шумам АЦП. Была выполнена оценка вклада шумов АЦП в результирующий коэффициент шума приемного тракта. Полоса оцифровываемого сигнала равна ∆F=10 МГц. Центральная частота 60 МГц. Для оцифровки принимаемого сигнала предполагается использовать 12-разрядный АЦП AD9633 фирмы Analog Devices, работающий на частоте дискретизации 80 МГц. Данная модель АЦП обладает для гармонического входного сигнала с амплитудой 1В и частотой 70 МГц отношением сигнал/шум SNR=70 дБ. Отсюда уровень собственных шумов АЦП может быть вычислен как: P_ш=10log((U_m^2)/2R)-SNR=10log(〖(1В)〗^2/(2*(100 Ом)))-70=7дБм-70=-63дБм. Отсюда коэффициент шума АЦП равен: N_АЦП=P_ш+174-10log(∆F)=-63+174-73=38дБ . Данное значение коэффициента шума было использовано для расчета результирующего коэффициента шума МПС. Передающая часть макетов в отличие от приемной различна. Для макета наземной РЛС передатчиком служит РЛС «Фуруно». На первом этапе проекта в качестве передатчика для макета РЛС воздушного базирования использовался тестовый генератор сигналов. Собственный макета будет создан в процессе доработки макетов по результатам лабораторных испытаний (запланированных на 2017 год). Рассматриваются два варианта передатчика: импульсный и со сложным сигналом, синтезируемым с помощью генетических алгоритмов в зависимости от окружающих условий.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
При создании РЛС наблюдения за морской поверхностью, особенно учитывая желание увеличить количество точек измерений, следует принимать во внимание стоимостные и организационные ограничения. Поэтому РЛС наблюдения за морской поверхностью обычно строится на основе судовых навигационных РЛС. Построение измерительного инструмента на основе судового радара снижает стоимость самой дорогой (излучающей) части и снимает вопросы по получению разрешения на электромагнитное излучение, так как работа судовых радаров уже регламентирована и имеются все разрешительные документы. В рамках проекта разработана радиолокационная система гидрографического мониторинга морской поверхности с повышенным угловым разрешением, базирующаяся на коммерчески доступной импульсной навигационной РЛС Furuno M1623. С целью получения динамических характеристик морской поверхности, таких как волнение, скорость поверхностного течения и направление приповерхностного ветра, с повышенным угловым разрешением традиционная навигационная РЛС была модернизирована для работы в когерентном режиме, а также предложено использовать дополнительную приемную 16-элементную антенную решетку с вертикальной поляризацией. Данная конфигурция обеспечивает повышение разрешающей способности по азимуту. Так как приемная решетка является неподвижной, можно увеличить ее площадь и линейные размеры, тем самым реализуя высокое разрешение по азимуту. Высокая точность измерения угла обеспечивается тем, что элементы такой антенной решетки стоят с большим шагом, много большим длины волны. Такая ФАР имеет многолепестковую диаграмму направленности, но с узким главным лепестком. Это могло бы привести к неоднозначности измерения угла, но шаг расстановки элементов решетки выбран таким, что неоднозначность измерения угла не превышает ширину диаграммы направленности антенны РЛС облучающей объект. Реализация комплексной системы радиолокационного мониторинга акваторий на основе взаимодействия радиолокационных средств различных диапазонов волн приводит к необходимости использования специальных алгоритмов объединения данных. Реализованная схема объединения измерений включает процессы совмещения информации различных уровней об объекте наблюдения (параметры движения, идентификационные признаки), о взаимодействии объектов наблюдения и ситуации в целом, о возможных угрозах с целью прогнозирования их развития и выработки мер по их предотвращению, наконец, о мета-процессе координации датчиков и управления работой всей системы в реальном времени. Специфика построения системы мониторинга заключается в разнородном характере информации, извлекаемой различными средствами локационного и спутникового мониторинга о предмете наблюдения. Данная информация различается размерностью вектора наблюдений, набором составляющих его оцениваемых параметров, точностью производимых оценок. Следует учитывать, что в общем случае входящие в состав комплекса средства работают асинхронно, вследствие чего информация от разных источников поступает в разные моменты времени. Совместная обработка информации в радиолокационном комплексе заключается в совмещении данных (приведении к единому отсчету в пространстве и, при необходимости, во времени), отождествлении, или идентификации, данных (установлении соответствия между наблюдениями и конкретными объектами) и собственно объединении, или фильтрации (уточнении оценки параметров объекта по данным совместных наблюдений). Выравнивание наблюдений в пространстве осуществляется путем преобразования координат векторов положения объекта из локальных систем координат, связанных с отдельными РЛС, в базовую систему координат, связанную с центром объединения. В качестве базовой предпочтительно использовать прямоугольную систему координат, в которой удобнее производить фильтрацию параметров движения объекта. Выравнивание данных во времени (синхронизация) используется при совместной траекторной обработке, когда данные, полученные в РЛС в разные моменты времени, приводятся в центре обработки к некоторому единому для всех моменту объединения. При этом объединяемые данные должны содержать в себе оценку вектора скорости объекта; следует также учитывать, что экстраполяция координат объекта на момент объединения приводит к появлению дополнительных погрешностей оценивания. Таким образом в ходе сопровождения движущегося объекта несколькими независимыми РЛС, целесообразно использовать последовательное объединение отметок в ходе траекторной обработки. При построении локальных моделей отдельных морских акваторий в условиях объединения данных от различных источников с различными характеристиками пространственно-временной сетки и различным характером типичных ошибок измерения, в условиях неполноты данных, развитие данного класса моделей требует оптимизации пространственно-временных метрик, используемых при построении графов связности. Помимо степени связности графа, определяемой на основе исследованных выше показателей, для идентификации причинно-следственных связей в системе необходимо определять направленность графа. Для этих целей исследованы методы на основе фазовой синхронизации и оценки стабильности временной задержки. По результатам проведенных исследований, оценку интервала корреляции разностной фазы целесообразно использовать для нормировки оценок, получаемых с использованием высокочувствительного метода на основе оценки фазовой синхронизации, к корреляционным свойствам разностной фазы. Напротив, в качестве метрик связности, инвариантных к расстройке автокорреляционных свойств исследуемых рядов данных, целесообразно использовать показатели на основе оценок взаимной когерентности и взаимной условной энтропии. Таким образом, при построении сетевых математических моделей на основе графов связности по данным пространственно-разнесенных измерений гидроклиматических показателей целесообразно комбинирование вышеуказанных методов с целью выявления как динамики топологии связности графа, так и направленности его связей.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Комплексирование данных в радиотехническом комплексе, использующем данные от нескольких разнодиапазонных пространственно-разнесенных РЛС и спутниковой системы наблюдения, состоит из двух этапов: комплексирование радиолокационных данных между собой и комплексирование спутниковых и объединенных радиолокационных данных. Для представления в системе траекторной обработки пространственно-распределенных целей используется центроид; таким образом, все цели в траекторной обработке (ТО) радиолокационного комплекса (РЛК) рассматриваются как точечные. Для выравнивания во времени и в пространстве датчики должны быть привязаны к единой для всех устройств координатной сетке: во времени это шкала UTC, в пространстве – географические координаты на эллипсоиде WGS84 (синхронизация и координатная привязка осуществляются при помощи приемника спутниковых радионавигационных систем). Объединение всех данных производится в центре обработки (ЦО), размещенном на одной из РЛС системы. В ходе исследований в рамках Проекта показано, что при несинхронных измерениях, свойственных многодиапазонному РЛК, объединение данных (как число радиолокационных, так и радиолокационных со спутниковыми) целесообразно производить на уровне отметок и осуществлять в ходе траекторной обработки. ТО должна обладать способностью работать в условиях поступления разноточных данных в случайные моменты времени. Поэтому в РЛК принято решение об использовании следующих алгоритмов траекторной обработки: алгоритм обнаружения траектории на основе метода серийных испытаний с временными критериями завязки и подтверждения, алгоритм отождествления по методу ближайшего соседа, алгоритм фильтрации на основе информационного фильтра Калмана, в котором результирующая оценка и ее ковариационная матрица вычисляются как линейная комбинация вкладов от каждой позиции. В случае невозможности передачи от РЛС в ЦО отметок в РЛК предусмотрена реализация алгоритма объединения траекторий, в ходе которого выполняется преобразование координат вновь пришедших траекторных отметок, отождествление этих отметок с системными траекториями, для отождествленных траекторий – объединение, тогда как по новым не отождествленным траекторным отметкам формируются новые системные траектории. Во избежание накопления ошибок отождествление отметки с системными траекториями производится на каждом обзоре по принципу каждая с каждой. Фильтрация используется только тогда, когда последняя присвоенная отметка траектории и новая траекторная отметка принадлежат разным РЛС. Комплексирование радиолокационных и спутниковых данных осуществляется при помощи объединения результатов измерений спутниковой системы наблюдений с траекториями, построенными по данным радиолокационного наблюдения и в целом не отличается от объединения радиолокационных данных на уровне отметок за исключением необходимости дополнительного преобразования координат из географических (долгота/широта), в которых выражены спутниковые измерения, в прямоугольные, в которых осуществляется объединение и обработка. Используемые для этого формулы преобразования координат основаны на обратном преобразовании Винсенти. На предыдущих этапах выполнения Проекта была предложена структурная схема макета РЛС зондирования морской поверхности. Была разработана конструкция и схемотехническое решение дополнительной приемной антенной решетки для навигационного радара X диапазона (Furuno 1623), где, в свою очередь, каждый антенный элемент представляет собой решетку из четырех микрополосковых печатных излучателей (рис. 1) и выполнен на одной печатной плате вместе с модулем приема сигналов. Материал подложки Arlon AD250 (ε = 2,5) толщиной 0,5 мм. Система питающих линий обеспечивает требуемое амплитудно-фазовое распределение. Антенный элемент принимает сигналы с вертикальной поляризацией. Антенные элементы объединены в линейную решетку из 16 элементов с расстоянием между ними 150 мм. Результирующая диаграмма направленности антенной решетки при синфазном приеме представлена на рисунке 2. Изменение диаграммы направленности антенной решетки при изменении вносимого фазового сдвига между сигналами от антенных элементов можно наблюдать на рисунке 3. При этом вносимый фазовый сдвиг изменялся линейно вдоль решетки с шагом 90 градусов (между сигналами соседних элементов). Предлагаемый подход позволяет повысить разрешающую способность приемной антенны в азимутальной плоскости, что является актуальным вопросом при измерении батиметрических показателей. Экспериментальные исследования радиолокационных макетов проводились на полигоне Института Океанологии РАН (ИО РАН), г. Геленджик. Записи сигналов предварительно обрабатывались с помощью разработанного в среде LabView программного спектроанализатора с целью выявления спектральных компонент, содержащих информацию о батиметрических параметрах, для их последующего детального анализа. По результатам экспериментальных исследований были уточнены возможности и ограничения разработанных макетов. Так, мертвая зона РЛС зондирования морской поверхности составляет 30-50 м, в зависимости от длительности импульса. Удельная эффективная поверхность рассеяния (УЭПР) моря при прочих равных условиях зависит от угла скольжения и высоты подъема антенны. Существенное влияние на амплитуду сигнала, в данных условиях, оказывала высота установки антенны. Так, при высоте 8 м при слабом волнении (значимая высота волны 0,2-0,4 м) отраженный сигнал наблюдался на дальностях до 400-450 м, применение когерентного накопления в пределах 300 мс позволяет построить спектр до 600-700 м. При установке антенны на высоте 50 м сигнал наблюдался до дальностей 600-800 м. Таким образом, увеличение отношения сигнал/шум с увеличением высоты составило около 10 дБ. Когерентное накопление, реализованное на предыдущем этапе выполнения Проекта в РЛС Furuno 1623, позволяет существенно увеличить дальность действия до дистанций свыше 1 км. Следующим шагом было построение карты распределения радиальных скоростей ветровых волн. Для минимизации уровня шума и влияния отражений от других целей, каждое значение радиальной скорости в азимутальном секторе нормировалось к максимуму из этой области. Полученные результаты были верифицированными с данными акустического доплеровского измерителя течений (ADCP). Экспериментальные данные разработанного макета РЛС зондирования морской поверхности были сопоставлены с данными эталонной когерентной РЛС. Сравнительный анализ показал, что дальнейшая модернизация макета не требуется, так как полученные результаты испытаний макета подтверждаются таковыми для эталонной РЛС. В результате проведенных исследований был сформирован технический облик перспективной системы мониторинга акваторий путем объединения локальных пространственно-разнесенных радиолокационных постов мониторинга состояния моря. Ключевые посты наблюдения могут быть дополнены измерительными комплексами для получения дополнительной специализированной информации, важной при осуществлении функций экологического мониторинга и контроля морских акваторий, источниками которой являются оптические, контактные, гидроакустические средства контроля, а также долговременные базы данных. Все локальные посты наблюдения и автономные морские измерительные комплексы предлагается объединить в единую сеть сбора и передачи текущей информации, оперативный анализ которой будет осуществляться в единых (ведомственных государственных) центрах, с последующим накоплением и детальным изучением океанографически- и экологически значимых данных, а также будет использоваться заинтересованными потребителями информации для оперативного реагирования на чрезвычайные ситуации, прогнозирования их развития и ликвидации последствий. В общем случае группу разнородных станций различных диапазонов волн целесообразно располагать таким образом, чтобы их зоны наблюдения перекрывались. Повышение эффективности решения радиолокационных задач в подобном комплексе по сравнению с одиночной РЛС достигается благодаря наличию таких особенностей, как разнесение отдельных источников информации в пространстве, что обеспечивает наблюдение за целью с разных ракурсов, наличия среди радиолокационных источников средств наблюдения разных частотных диапазонов, условия распространения, отражательные свойства цели, объем и качество извлекаемой информации о целях существенно различаются, а также увеличения числа наблюдений, используемых для оценки требуемых параметров. В радиолокационном многодиапазонном комплексе с объединением данных появляются такие преимущества по сравнению с одиночной РЛС, как увеличение зоны наблюдения, повышение точности и надежности оценивания параметров объекта наблюдения, а также возможность комбинирования разнотипных датчиков, предоставляемых существенно различную информацию об объекте наблюдения и повышение устойчивости работы комплекса при сбоях в функционировании отдельных РЛС, что выражается в увеличении его живучести и помехоустойчивости. Для решения задач комплексного мониторинга обширных акваторий предложен и реализован подход к объединению результатов измерений от средств различных частотных диапазонов и различного базирования с результатами спутниковых измерений на основе геоинформационного представления данных в виде масштабируемых сетевых математических моделей, основанных на теории направленных графов. В качестве исходных данных для модели используются результаты выполненных локальных измерений полей течений, реализованных различными средствами и сведенных на единую координатную сетку в рамках единой системы мониторинга за счет предварительного объединения данных от пространственно-разнесенных средств измерения. Реконструкция данных выполняется программно в виде градиентной модели, основанной на первичном представлении результатов множественных измерений в виде локальных векторов и последующей реконструкции недостающих элементов векторного поля с использованием информации о совместном поведении в точках, для которых получены результаты объективных измерений. При этом оценка степени взаимного влияния элементов основывается на использовании метрик взаимной кооперативности, а направленность изменений определяется на основе причинно-следственных связей, устанавливаемых с использованием методов оценки взаимной временной задержки. Достоинством сетевых моделей является возможность учета не только текущих состояний системы, но и их перспективных изменений на основе непараметрического подхода, основанного на извлечении информации непосредственно из измеренных данных и реконструкции направленного графа перспективных изменений на их основе. При этом каждое добавление априорной информации влечет за собой пересчет параметров исходного графа с целью уточнения прогноза. В развитие указанного подхода представляется целесообразным использовать комбинирование градиентной модели с объектно-ориентированным подходом, когда по данным измерений выполняется предварительная селекция отдельных подвижных или способных к передвижению в исследуемой акватории объектов. В качестве примеров таких объектов следует выделить фрагментированные и/или дрейфующие льды, поверхностные разливы нефтепродуктов и иных технологических жидкостей, в отношении которых существует угроза распространения. Для решения задач селекции целесообразно применять объединение данных от разнесенных радиолокационных средств и/или радиолокационных средств с синтезированной апертурой. За счет объединения градиентной модели, реконструированной по данным измерений поверхности акватории с использованием скатеррометрических и иных методов, и объекто-ориентированного подхода, может быть реализовано эффективное прогнозирование перемещения и/или распространения конкретных объектов, обуславливающих факторы риска для судоходства и хозяйственной деятельности в обследуемой акватории.