Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Основным направлением совершенствования РСА космического базирования является повышение информативности радиолокационных изображений (РЛИ), которое может быть достигнуто за счет реализации следующих мер, формирующих облик перспективного высокоинформативного РСА космического базирования с многолучевым обзором: расширение полосы зондирующего сигнала; использование многочастотных РСА; реализация полнополяриметрических режимов работы РСА; применение режима двойного приема (интерферометрическая съемка); многолучевая работа РСА и цифровое формирование диаграммы направленности антенны. В работе систематизированы основные проблемы многолучевых систем высокого разрешения, возникающие при дистанционном зондировании Земли. Получены результаты расчётов параметров РСА, которые показали, что преодолеть ограничения, присущие одноканальным космическим системам РСА, можно при использовании многоканальных методов с антенной в виде активной фазированной антенной решетки (АФАР). В работе обоснованы и рассчитаны три варианта реализации многолучевой системы SIMO-РСА Х-диапазона применительно к прямоугольной АФАР размером 4,5м×1,5м. Анализ показал, что эти схемы обзора позволяют снизить рабочую частоту зондирующих импульсов. Также рассмотрены три различные схемы работы системы MIMO-РСА. Проведен анализ и расчет энергетического обеспечения РСА для перспективных многолучевых режимов съемки. Получены значения параметров антенных решеток различной конфигурации, для которых рассчитаны предельные значения наклонной дальности. Оценены потери на распространение радиоволн и потери в тракте РСА. Результаты расчетов позволили выявить некоторые общие требования и проблемы по энергетическому обеспечению РСА. Предложены и описаны три варианта модификации режимов съемки для использования в многолучевых РСА. Проведено сравнение характеристик многолучевых режимов, показаны особенности расширения трассы съемки при использовании трехлучевого РСА за счет снижения качества синтеза радиолокационных изображений. Показано, что новые технологии зондирования Земли, использующие многолучевой обзор и сканирование, позволяют увеличить время когерентного накопления и обеспечить высокое пространственное разрешение при большой полосе захвата. Разработана методика расчета геометрических и временных параметров съемки космического РСА и создано соответствующее программное обеспечение. Методика позволяет на основе геометрии обзора и тактико-технических характеристик РСА определять основные геометрические и временные параметры циклограммы РСА. Для двух разных типов элементов АФАР были получены выражения и построены диаграммы распределения, позволяющие найти допустимые значения частоты повторения импульсов при изменении угла визирования и высоты орбиты носителя РСА. Показаны преимущества применения режимов двойной линейной поляризации. В рамках теоретического обоснования принципов построения АФАР с цифровым диаграммообразованием для организации режима обнаружения движущихся объектов были реализованы: - исследование различных методов обнаружения движущихся объектов и определение параметров их движения в автоматическом (автоматизированном) режиме; - выбор методов цифрового диаграммообразования с учетом режима работы РСА при обнаружении движущихся объектов; - разработка методики, алгоритмического и программного обеспечения исследования возможностей космических радиолокационных средств, используемых для наблюдения движущихся объектов. Предъявлены основные требования к тактико-техническим характеристикам бортового радиолокационного комплекса, который должен обеспечивать ведение локационного мониторинга подвижных целей в сантиметровом диапазоне радиоволн. В качестве перспективного направления организации поляриметрических режимов предложен полнополяриметрический режим съемки, применение которого дает новые возможности в получении радиолокационных данных при проведении интерферометрических измерений и, в частности, в режиме селекции движущихся объектов (СДО). Для целей реализации полнополяриметрического режима съемки разработаны различные варианты структур приемо-передающих модулей. Рассмотрены и исследованы базовые алгоритмы СДО. Получены алгоритмы определения радиальной и тангенциальной скорости движущихся объектов, выделены присущие им недостатки, которые позволяют сделать обоснованный выбор метода при использовании в перспективных космических РСА. Двулучевой метод моноимпульсного РСА обеспечивает более качественное подавление фона и выделение сигналов подвижных объектов, что позволяет рекомендовать его в качестве основного режима СДО. Показано, что применение цифрового диаграммообразования позволяет одновременно организовать классическую маршрутную съемку и селекцию движущихся целей. Рассмотрены схемы реализации системы цифрового диаграммообразования: прямая и с подрешетками. Сравнительный анализ двух структур показал, что наиболее экономичным является вариант с разбиением АФАР на подрешетки. Среди объектов наблюдения можно выделить специфический класс нитевидных объектов. Для их обнаружения может быть использован согласованно-избирательный фильтр. В работе были получены зависимости отношения сигнал-фоновый шум, дисперсии фонового шума и средней контрастности изображения нитевидного объекта на входе фильтра от числа накопленных строк, когда фильтр избирательно согласован с импульсами различной формы. По результатам статистического моделирования были построены характеристики обнаружения изображения нитевидного объекта. Вместе с тем показано, что основным недостатком таких алгоритмов является неопределенность относительно области интегрирования (накопления) корреляционной статистики. В связи с этим в работе проводится анализ применимости преобразования Радона для обнаружения нитевидных объектов. Результаты моделирования обработки РЛИ с помощью преобразования Радона показывают, что применение этого алгоритма повышает отношение сигнал-шум и улучшает качество обнаружения таких объектов. Кроме того, преобразование Радона усиливает различия между объектами с малой интенсивностью по сравнению с фоном. Таким образом, появляется возможность обнаружения протяженных объектов, отражающая способность которых ниже отражающей способности фона. Проведенное исследование показало, что для разделения каналов и поляризации необходимо использовать ортогональные (квазиортогональные) сигналы, которые обеспечивают низкий уровень взаимной корреляции и сохраняют качество РЛИ. В работе получены результаты исследования систем сложных сигналов, которые могут быть использованы в космических РСА для устранения проблем наложения в азимутальной и угломестной плоскостях. Описаны корреляционные свойства, рассчитаны уровни взаимной корреляционной функции, относительные и интегральные уровни боковых лепестков автокорреляционной функции таких сигналов.