КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 23-29-10114
НазваниеРазработка и исследование методов повышения эффективности систем космического мониторинга движущихся объектов
Руководитель Храмов Константин Константинович, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" , Владимирская обл
Конкурс №76 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-706 - Радио- и телевизионные системы, радиолокация и связь
Ключевые слова радиолокатор с синтезированием апертуры, РСА, селекция движущихся целей, моделирование, обработка сигналов
Код ГРНТИ47.49.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на решение научно-технической проблемы, заключающейся в разработке методов повышения эффективности систем космического мониторинга, которые включают в себя построение математического аппарата и алгоритмов обработки сигналов радиолокационных систем с синтезированием апертуры (РСА) космического базирования, совершенствование методов селекции движущихся объектов для мониторинга движения воздушного, водного и наземного транспорта при дистанционном зондировании Земли.
Разрабатываемые в рамках проекта теория и методы автоматизированного радиолокационного обнаружения движущихся объектов, системы многолучевого землеобзора и обзора с управляемой диаграммой направленности расширяют и дополняют теоретические основы и технологию развития систем дистанционного мониторинга с помощью РСА.
Применение новых систем сигналов, высококачественных синтезаторов стабильных частот с низким уровнем шумов, новых методов обзора и обнаружения движущихся объектов из космоса позволят повысить эффективность и существенно расширить тактические возможности радиолокационных систем.
Основными ожидаемыми результатами при реализации проекта являются:
1) теория и методы высокодетального дистанционного зондирования Земли, позволяющие за счет многолучевого обзора и сканирования с управляемой диаграммой обеспечить автоматизированную работу системы селекции движущихся объектов и высокое пространственное разрешение при большой полосе захвата;
2) методы, математические модели и алгоритмы автоматизированной селекции движущихся объектов в РСА космического базирования, измерения их координат и параметров движения;
3) математический аппарат и программное обеспечение для расчета геометрических и временных параметров радиолокационных систем космического мониторинга;
4) результаты математического моделирования систем сложных сигналов, которые могут быть использованы в РСА космического базирования для устранения проблем наложения.
Прикладная значимость результатов работы обусловлена возможностью организации мониторинга движения воздушных, морских и наземных объектов на больших территориях, в том числе недоступных и малозаселенных.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Храмов К.К., Костров В.В.
Achievable parameters of the X-band synthetic aperture radar based on small satellite
E3S Web of Conferences, Volume 431, Article Number 02026, Рages 1-11 (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202343102026
2.
Костров В.В., Храмов К.К.
Организация поляриметрических режимов съемки в радиолокаторах с синтезированной апертурой космического базирования
Всероссийские открытые Армандовские чтения. Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн, C.283-293 (год публикации - 2023)
10.24412/2304-0297-2023-1-283-293
3.
Храмов К.К., Костров В.В.
Оценка предельных параметров РСА Х-диапазона на базе малых космических аппаратов
Всероссийские открытые Армандовские чтения. Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн, С. 294-304 (год публикации - 2023)
10.24412/2304-0297-2023-1-294-304
4.
Храмов К.К., Жиганов С.Н., Смирнов М.С., Блюхеров И.А.
Исследование механизмов интерполяции при цифровом формировании сложных радиолокационных сигналов
Научные исследования: итоги и перспективы, Т. 4, № 4. С. 9 - 20. (год публикации - 2023)
10.21822/2713-220X-2023-4-4-9-20
5. Храмов К.К., Смирнов М.С., Лагунов И.Р. Расчет допустимых значений частоты повторения импульсов для РСА космического базирования на основе АФАР Инновационные, информационные и коммуникационные технологии: сборник трудов XХ Международной научно-практической конференции, С.471-476 (год публикации - 2023)
6.
Храмов К.К., Смирнов М.С., Жиганова Е.А., Жиганов С.Н.
Исследование методов формирования сложных сигналов, используемых в РСА космического базирования
Радиотехнические и телекоммуникационные системы, №4. С.59-71 (год публикации - 2023)
10.24412/2221-2574-2023-4-59-71
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
При выполнении проекта исследовалась возможность применения преобразования Меллина для коррекции миграции сигналов по каналам дальности в системах РСА. Показано, что алгоритм коррекции миграции дальности на основе преобразования Меллина не имеет преимуществ перед используемыми в настоящее время для этой цели алгоритмами в космических РСА высокого разрешения. Поэтому его применение для коррекции миграции сигналов по каналам дальности нецелесообразно.
Выполнено исследование свойств и ограничений преобразования Радона для автоматического обнаружения протяженных (нитевидных) объектов на радиолокационных изображениях (РЛИ), построен соответствующий алгоритм автоматического обнаружения таких объектов. Сформулированы практические рекомендации по его использованию. Рассмотренный в проекте подход к формированию статистики обнаружения может быть эффективно использован в случае обеспечения постоянного уровня ложных тревог в обнаружителе протяженного объекта.
Разработан математический аппарат и программное обеспечение для автоматизированного расчета геометрических и временных параметров циклограммы радиолокаторов с синтезированной апертурой (РСА) космического базирования.
Разработаны программные модули и получены результаты расчета проекции пространственной диаграммы направленности антенны на Землю, относительного уровня мощности отраженного сигнала в географических координатах и областей неоднозначности на поверхности Земли. На основании полученных результатов сделаны практические рекомендации по снижению уровня сигналов неоднозначности.
Разработана компьютерная модель алгоритма автоматического обнаружения объектов, движущихся с радиальной скоростью, на основе метода селекции движущихся целей (СДЦ) с остановленным фазовым центром на базе двухканального интерферометра. Получены результаты обработки траекторных сигналов для РСА космического базирования. Выполнено статистическое моделирование системы СДЦ. Исследован алгоритм СДЦ по тангенциальной скорости, основанный на использовании синтезированных апертур различной длительности. Алгоритм имеет пределы по однозначной оценке тангенциальной скорости, которые ограничивают его использования для космических РСА. Предложен и исследован алгоритм оценки тангенциальной скорости движущегося объекта для системы СДЦ, основанной на использовании двух апертур, смещенных по траектории движения носителя. Рассмотрен метод СДЦ, основанный на использовании двух скошенных режимов. Такой метод может быть реализован в РСА с активной фазированной антенной решеткой (АФАР), формирующей два луча диаграммы направленности антенны.
Получены результаты обработки сигналов в полнополяриметрическом режиме работы, нацеленном на извлечение поляризационной информации о движущихся объектах.
На основе рассмотренных алгоритмов были разработаны компьютерная модель и программное обеспечение автоматического обнаружения движущихся объектов при наблюдении с помощью низкоорбитальных РСА космического базирования.
Сформулированы предложения по организации автоматического (автоматизированного) режима мониторинга движущихся объектов. Предложена и описана схема системы землеобзора и СДЦ с целевой аппаратурой космического базирования, основу которой составляет бортовой радиолокационный комплекс, работающий по технологии синтезирования апертуры антенны с АФАР. Разработанный облик РСА и предлагаемые режимы съемки позволили определить общие требования к радиолокационному датчику при реализации типовых задач землеобзора и СДЦ, разработать требования к антенной системе РСА и ее характеристикам, дать оценку энергетических характеристик радиолокационного комплекса, которая позволяет определить требования к системе энергоснабжения. Показано, что наиболее приемлемым с учетом необходимости реализации режима СДЦ при работе РСА и съемке заданных территорий является разбиение полотна АФАР на подрешетки, разнесенные в горизонтальном направлении. Применение подрешеток в АФАР позволяет снизить объем вычислений. Анализ возможностей реализации в АФАР цифрового диаграммообразования (ЦДО) позволил сделать ряд практических выводов относительно применения многолучевого режима.
Проведен анализ эффективности применения сложных зондирующих сигналов для подавления помех неоднозначности в РСА космического базирования. Получены результаты сравнительного анализа корреляционных свойств и методов формирования сложных сигналов, которые могут быть использованы в космических РСА: ЛЧМ сигналов с различными законами изменения частоты, ФКМ-сигналов и ансамблей ФКМ-сигналов, в т.ч. М-последовательностей, минимаксных последовательностей, последовательностей Лежандра и Якоби, дополнительных последовательностей, последовательностей максимальной вероятности, систем Уолша.
При анализе режимов диаграммообразования показана эффективность двулучевого метода моноимпульсного РСА, что позволяет рекомендовать его в качестве основного режима СДЦ. Для расширения функциональных возможностей РСА предложена структура его реализации на основе АФАР с системой ЦДО. Предварительные исследования и расчеты показали, что предлагаемая идеология построения бортового радиолокационного комплекса и организации режимов работы позволяют производить обнаружение и мониторинг движущихся объектов на фоне подстилающей поверхности.
В рамках проекта получены результаты качественной и количественной оценки влияния погрешностей аппаратурной реализации на характеристики РСА. Рассмотрен алгоритм автоматической коррекции искажений на основе анализа пилот-сигнала. Результаты проведенного анализа позволили заключить, что наиболее рациональным способом нахождения фазовых и амплитудных ошибок зондирующего сигнала является вариант оценки по пилот-сигналу при наземных испытаниях и по уголковым отражателям при летных испытаниях и эксплуатации.
Рассмотрены основные методические вопросы организации и проведения отдельных видов исследований космических РСА. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для исследования возможностей космических низкоорбитальных РСА для обнаружения движущихся объектов.
Электронная публикация, посвященная проекту: «Мониторинг движущихся объектов из космоса: новые эффективные алгоритмы обработки сигналов» (https://www.mivlgu.ru/news/2024-11/nauka/uchenye-muromskogo-instituta-vlgu-povyshayut-effektivnost-sistem-distancionnogo).
Публикации
1. Храмов К.К., Костров В.В., Лагунов И.Р. Анализ алгоритма формирования элементов поляризационной матрицы рассеяния в условиях шумового воздействия Наука и образование в развитии промышленной, социальной и экономической сфер регионов России, С.336-338 (год публикации - 2024)
2.
Костров В.В., Толстов Е.Ф., Храмов К.К.
Automatic Detection of Thread-like Objects in SAR Using a Modified Radon Transform
2024 26th International Conference on Digital Signal Processing and its Applications , Pp. 1-6 (год публикации - 2024)
10.1109/DSPA60853.2024.10510127
3. Храмов К.К., Смирнов М.С. Оценка уровня помех неоднозначности по дальности в РСА космического базирования 79-я Научно-техническая конференция Санкт-Петербургского НТО РЭС им. А.С. Попова, посвященная Дню радио, С.43-47. (год публикации - 2024)
4.
Храмов К.К., Макаров В.П., Костров В.В.
Оценка азимутальной неоднозначности в РСА космического базирования при использовании круглой зеркальной антенны
Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн , С.348-356 (год публикации - 2024)
10.24412/2304-0297-2024-1-348-356
5.
Храмов К.К., Жиганов С.Н., Макаров В.П., Тараскин Д.А.
Подавление помех неоднозначности по дальности при помощи методов кодирования зондирующих сигналов в РСА космического базирования
Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн , С.380-389 (год публикации - 2024)
10.24412/2304-0297-2024-1-380-389
6.
Костров В.В., Макаров В.П., Храмов К.К.
Оценивание поляризационной матрицы рассеяния при использовании квазиортогональных зондирующих ЛЧМ сигналов
Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей», №4. С.3-13 (год публикации - 2023)
10.38013/2542-0542-2023-4-3-13
7. Костров В.В., Ракитин А.В., Храмов К.К Принципы построения АФАР с цифровым диаграммообразованием для организации режима обнаружения движущихся объектов Наука и образование в развитии про-мышленной, социальной и экономической сфер регионов России, С.388-391 (год публикации - 2024)
8.
Храмов К.К., Жиганов С.Н., Смирнов М.С.
Choosing Sets of BPSK-Signals Based on Cycle Sequences for Low Orbit SAR with Multibeam Antenna Array
2024 26th International Conference on Digital Signal Processing and its Applications , Article number 10510096, pp. 1-5 (год публикации - 2024)
10.1109/DSPA60853.2024.10510096
9.
Жиганов С.Н., Смирнов М.С., Тараскин Д.А.
Формирование РЛИ точечного объекта с учётом помех неоднозначности по дальности в системах космического мониторинга при использовании зондирующих сигналов с частотной модуляцией
Радиотехнические и телекоммуникационные системы, №4. С.78-84 (год публикации - 2024)
10.24412/2221-2574-2024-4-78-84
10.
Храмов К.К., Смирнов М.С., Лагунов И.Р.
Расчет геометрических и временных параметров циклограммы радиолокатора космического базирования с синтезированием апертуры на основе активной фазированной антенной решетки
Научные исследования: итоги и перспективы, Т.5, №1. С.8-18. (год публикации - 2024)
10.21822/2713-220X-2024-5-1-8-18
11. Смирнов М.С., Храмов К.К. Алгоритмы моделирования радиоголограмм для РСА на основе ФКМ сигналов 79-я Научно-техническая конференция Санкт-Петербургского НТО РЭС им. А.С. Попова, посвященная Дню радио, С.40-42 (год публикации - 2024)
12.
Храмов К.К., Жиганов С.Н., Смирнов М.С., Жиганова Е.А.
Analysis of the effectiveness of using complex probing signals to range ambiguity suppression in space monitoring systems
E3S Web of Conferences, Volume 592, Article Number 06007, Pp. 1-13 (год публикации - 2024)
10.1051/e3sconf/202459206007
13.
Костров В.В., Храмов К.К., Макаров В.П.
Оценка уровня помех неоднозначности в космических РСА с АФАР
Радиотехнические и телекоммуникационные системы, №4. С.67-77 (год публикации - 2024)
10.24412/2221-2574-2024-4-67-77
14. Костров В.В., Храмов К.К. Характеристики обнаружения двухканальной системы СДЦ с остановленным фазовым центром Цифровая обработка сигналов, №1 (год публикации - 2025)
15.
Храмов К.К., Костров В.В., Макаров В.П.
Помехи неоднозначности сигналов космических РСА при использовании круглой зеркальной антенны
Журнал радиоэлектроники, №11. С.1-19 (год публикации - 2024)
10.30898/1684-1719.2024.11.28