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 24-29-00507
НазваниеРазвитие методов и алгоритмов дифференциальной интерферометрии для оперативной диагностики Земли с борта летательных аппаратов
Руководитель Бабокин Михаил Иванович, Доктор технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" , г Москва
Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-706 - Радио- и телевизионные системы, радиолокация и связь
Ключевые слова радиолокационные системы; радиолокационный мониторинг; радиолокационная интерферометрия; радиолокационное изображение (РЛИ); радиолокатор с синтезированной апертурой антенны (РСА); двухмерное отражательное РЛИ; трехмерное скоростное РЛИ; трехмерное дифференциальное РЛИ; интерферометрическая разность фаз; переднебоковой режим обзора РСА; математическое и имитационное моделирование.
Код ГРНТИ47.49.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Актуальность проекта связана с глобальным характером территории Российской Федерации (РФ) с запада на восток в Северном полушарии, имеющей большую протяженность районов с различным типом и структурой подстилающей поверхности. Применительно к РФ, это возлагает на перспективные средства ДЗЗ решение следующих важнейших народно-хозяйственных задач: классификацию типов подстилающей поверхности, высокоточную оценку рельефа местности, исследование динамических процессов на земной, морской и ледовой поверхности и т.п., в общем случае представляющие задачу оперативного мониторинга Земли.
Исследуемый в проекте радиолокационный метод дифференциальной интерферометрии позволяет с высокой детальностью и предельной точностью измерять подвижки земной поверхности, как на коротких, так и протяжённых временных интервалах, а также определять кратковременные изменения в кадре подстилающей поверхности Земли, связанные с движением объектов и изменением в отражающей способности за относительно короткий интервал когерентного накопления.
Научная проблема, решаемая в проекте:
- исследование и разработка оптимальных методов и алгоритмов дифференциальной интерферометрической обработки мультивременных сигналов в целях повышения информативности средств дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).
К числу задач, решаемых в рамках проекта, можно отнести:
- развитие теории интерферометрических радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны при однопроходной и мультивременной организации процесса радионаблюдения:
- разработку методов и алгоритмов оптимальной обработки мультивременных сигналов при скошенном переднебоковом обзоре земной поверхности.
Таким образом, научная новизна проекта заключается в:
- разработке принципов построения комплексов ДЗЗ с РСА для дифференциальной интерферометрической обработки мультивременных сигналов, с целью оперативной диагностики Земли с борта летательных аппаратов;
- разработке математических моделей формирования отраженных стохастических сигналов, моделей движения в кадре РЛИ и траекторных нестабильностей в РСА;
- синтезе методов и оптимальных алгоритмов обработки одномерных радиолокационных сигналов для радиолокационных комплексов аэрокосмического базирования ориентированных на решение вышеуказанных задач;
- выработке обоснованных предложений по техническому облику РСА, реализующего синтезированные алгоритмы, а также апробация работоспособности радиолокационных систем различных диапазонов и поляризаций на базе компьютерного и полунатурного имитационного моделирования.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
На основе проведённых исследований в 2024 году были сформулированы и получены:
- теория интерферометрических радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны при однопроходной и мультивременной организации процесса радионаблюдения;
- методы и алгоритмы оптимальной обработки мультивременных сигналов при скошенном обзоре земной поверхности.
- математические модели формирования отраженных стохастических сигналов, моделей движения и траекторных нестабильностей;
- методы и алгоритмы обработки одномерных радиолокационных сигналов для радиолокационных комплексов авиационного и космического базирования.
Для достижения вышеуказанных результатов в 2024 году на данном (промежуточном) этапе решены следующие задачи:
- обоснованы условия применения дифференциальных интерферометрических РСА комплексов,
- разработаны модели движения носителя РСА при исследовании различных вариантов однопроходных дифференциальных интерферометрических РСА комплексов,
- сформулированы условия применения моделей земных покровов при облучении электромагнитными волнами в условиях отклонения местного рельефа,
- исследованы возможности использования марковской теории нелинейной фильтрации случайных процессов при оценке рельефа местности и его подвижек,
- получены рекуррентные (мультивременные) квазиоптимальные алгоритмы оценивания оценке рельефа местности и его подвижек,
- сформированы упрощённые алгоритмы оценивания для отработки на моделях и реальных сигналах.
По результатам выполнения плана работ в 2024 году:
- приведено математическое описание предлагаемого метода и алгоритмов радиолокационной дифференциальной интерферометрии с помощью одного РСА;
- приведено математическое описание описания отраженных сигналов от различного типа подстилающих структур;
- разработаны математические модели для имитации отражаемых эхо-сигналов и алгоритмов обработки сигналов с интерферометрического РСА;
- опубликованы: 1 научная работа в изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science или Scopus, 1 научная работа в изданиях, индексируемых в RSCI, 1 научная работа в сборниках трудов Всероссийских и/или Международных конференций; подана 1 заявка в реестре патентов РФ, получены 2 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.
Публикации
1.
Бабокин М.И., Шимкин П.Е., Степин В.Г., Харлампьев К.С.
Интерферометрическая оценка вертикальных подвижек земной поверхности с помощью РСА переднебокового обзора
Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн. Всероссийские открытые Армандовские чтения. Материалы Всероссийской открытой научной конференции, Бабокин М.И., Шимкин П.Е., Степин В.Г., Харлампьев К.С. Интерферометрическая оценка вертикальных подвижек земной поверхности с помощью РСА переднебокового обзора. // Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн. Всероссийские открытые Армандовские чтения. Материалы Всероссийской открытой научной конференции. Муром, 2024. С. 390-395. (год публикации - 2024)
10.24412/2304-0297-2024-1-390-395
2.
Бабокин М.И., Шимкин П.Е.
Обнаружение сдвигов земной поверхности с помощью однопозиционного РСА космического базирования в режиме переднебокового обзора
Журнал радиоэлектроники (электронный журнал), Бабокин М.И., Шимкин П.Е. Обнаружение сдвигов земной поверхности с помощью
однопозиционного РСА космического базирования в режиме переднебокового обзора. //
Журнал радиоэлектроники. – 2024. – № 8. (год публикации - 2024)
10.30898/1684-1719.2024.8.10
3. Бабокин М.И., Шимкин П.Е., Степин В.Г. Применение дифференциального интерферометрического РСА для обнаружения кратковременных изменений на поверхности Земли Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, Бабокин М.И., Шимкин П.Е., Степин В.Г. Применение дифференциального интерферометрического РСА для обнаружения кратковременных изменений на поверхности Земли. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № _. С. 101-113. (в печати) (год публикации - 2024)
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
На основе проведённых исследований в 2025 году сформулированы и получены:
- принципы построения комплексов ДЗЗ с РСА для дифференциальной интерферометрической обработки мульти временных сигналов, с целью оперативной диагностики Земли с борта летательных аппаратов;
- обоснованные предложения по техническому облику РСА и аппаратуры обработки сигналов, реализующего синтезированный метод и алгоритмы;
- апробация работоспособности радиолокационных систем различных диапазонов и поляризаций на базе компьютерного и полунатурного имитационного моделирования;
- результаты интеллектуальной деятельности в виде патента РФ на изобретение.
Для достижения вышеуказанных результатов в 2025 году решены следующие задачи:
- сформулированы рекомендации к проектированию интерферометрического комплекса РСА для дифференциального мониторинга земной поверхности;
- подтверждены теоретические результаты данными, полученными в ходе компьютерных проверок и доступных экспериментальных данных.
По результатам выполнения плана работ в 2025 году:
- разработано программное обеспечение для проведения полунатурного эксперимента радиолокационного метода дифференциальной интерферометрии и присущей ей обработки сигналов с борта одного летательного аппарата;
- разработан технический облик дифференциального интерферометрического РСА и аппаратуры обработки сигналов, реализующего синтезированный метод и алгоритмы;
- опубликованы 3 научных работы в изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science или Scopus, 3 научных работы в изданиях, индексируемых в RSCI, 3 научных работы в сборниках трудов Всероссийских и/или Международных конференций.
Публикации
1.
Степин В.Г., Бабокин М.И., Шимкин П.Е.
Алгоритм разрешения фазовой неоднозначности при оценке параметров наземных движущихся объектов
Журнал радиоэлектроники (электронный журнал), Степин В.Г., Бабокин М.И., Шимкин П.Е. Алгоритм разрешения фазовой неоднозначности
при оценке параметров наземных движущихся объектов. // Журнал радиоэлектроники. – 2025.
–№ 3. (год публикации - 2025)
10.30898/1684-1719.2025.3.5
2.
Бабокин М.И., Шимкин П.Е., Степин В.Г.
Estimation of Short-term Earth's Surface Changes Detection Using Differential Interferometric SAR
2024 IEEE 9th All-Russian Microwave Conference (RMC), M. I. Babokin, P. E. Shimkin and V. G. Stepin, "Estimation of Short-term Earth's Surface Changes Detection Using Differential Interferometric SAR," 2024 IEEE 9th All-Russian Microwave Conference (RMC), Moscow, Russian Federation, 2024, pp. 44-48 (год публикации - 2025)
10.1109/RMC62880.2024.10846870
3. Бабокин М.И., Шимкин П.Е., Степин В.Г., Харлампьев К.С. Способ измерения кратковременных смещений на поверхности Земли Федеральный институт промышленной собственности (ФИПС), Патент РФ на изобретение RU 2 837 515 C1, заяв. от 12.12.2024, опубл. 31.03.2025, бюлл. № 10. (год публикации - 2025)
4.
Бабокин М.И., Шимкин П.Е., Степин В.Г., Харлампьев К.С.
Оценка рельефа поверхности Земли однопозиционным РСА бокового обзора
Тезисы и материалы (презентации) докладов двадцать третьей международная конференция "СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА" 10-14 ноября 2025 г. в ИКИ РАН г. Москва, Бабокин М.И., Шимкин П.Е., Степин В.Г., Харлампьев К.С. Оценка рельефа поверхности Земли однопозиционным РСА бокового обзора // Сборник материалов докладов двадцать третьей международной конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса" 10-14 ноября 2025 г. ИКИ РАН г. Москва (год публикации - 2025)
10.21046/23DZZconf-2025a
5.
Бабокин М.И., Шимкин П.Е., Степин В.Г., Харлампьев К.С.
Мультивременное интерферометрическое измерение смещений рельефа поверхности Земли однопозиционным РСА бокового обзора
Тезисы и материалы (презентации) докладов двадцать третьей международная конференция "СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА" 10-14 ноября 2025 г. в ИКИ РАН г. Москва, Бабокин М.И., Шимкин П.Е., Степин В.Г., Харлампьев К.С. Мультивременное интерферометрическое измерение смещений рельефа поверхности Земли однопозиционным РСА бокового обзора // Сборник материалов докладов двадцать третьей международной конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса" 10-14 ноября 2025 г. ИКИ РАН г. Москва (год публикации - 2025)
10.21046/23DZZconf-2025a
6.
Бабокин М.И., Шимкин П.Е., Степин В.Г.
Применение многопроходного однопозиционного РСА бокового обзора для интерферометрической оценки смещений поверхности Земли
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, Бабокин М.И., Шимкин П.Е., Степин В.Г. Применение многопроходного однопозиционного РСА бокового обзора для интерферометрической оценки смещений поверхности Земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 6. С. 40-50 (год публикации - 2025)
10.21046/2070-7401-2025-22-6-40-50
7.
Бабокин М.И., Шимкин П.Е., Степин В.Г.
Применение однопозиционного РСА бокового обзора для интерферометрической оценки рельефа поверхности Земли
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, Бабокин М.И., Шимкин П.Е., Степин В.Г. Применение однопозиционного РСА бокового обзора для интерферометрической оценки рельефа поверхности Земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 5. С. 75-86 (год публикации - 2025)
10.21046/2070-7401-2025-22-5-75-86
Возможность практического использования результатов
Важным практическим применением результатов проекта является обследование больших площадей с целью обнаружения термокарстовых подвижек грунтов и просадок в местах интенсивной добычи углеводородов, шахтной добычи полезных ископаемых, представляющих потенциальную опасность для трубопроводов, дорог, жилых и промышленных объектов, что позволит предотвратить экологический ущерб от нефтезагрязнений, сократить производственные затраты и т.п.