КОМПЛЕКСНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ ДИСТАНЦИОННОГОЗОНДИРОВАНИЯ, НАЗЕМНОЙ КАЛИБРОВКИ И ВАЛИДАЦИИ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

КОМПЛЕКСНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ ДИСТАНЦИОННОГОЗОНДИРОВАНИЯ, НАЗЕМНОЙ КАЛИБРОВКИ И ВАЛИДАЦИИ

Алиева Е.Н., Гасанкулиева М.М.

Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности

ЛЗ1010, г. Баку, пр. Азадлыг, 20

СOMPREHENSIVE OPTIMIZATION OF REMOTE SENSING SYSTEMS, GROUND CALIBRATIONS AND VALIDATIONS

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ

Разработана общая модель системы дистанционного зондирования, где учтены такие факторы, как затухание сигнала, аддитивные и мультипликативные шумы. Осуществлена оптимизация предложенной модели. Показано, что при полете носителя сканерной системы ДЗ по наклонной (восходящей) траектории максимальное количество вырабатываемой информации на выходе комплекса ДЗ достигается при обеспечении динамического повышения отношения сигнал / шум подсистем калибровки и валидации.

ABSTRACT

A general model of a remote sensing system has been developed, which takes into account such factors as signal attenuation, additive and multiplicative noise.

The optimization of the proposed model has been carried out. It is shown that during the flight of the carrier of the remote sensing scanner system along an inclined (ascending) trajectory, the maximum amount of generated information at the output of the remote sensing complex is achieved while ensuring a dynamic increase in the signal-to-noise ratio of the calibration and validation subsystems.

Ключевые слова: дистанционное зондирование; оптимизация; измерения; валидации.

Key words: remote sensing; atmosphere; optimization; measurements; validation.

Хорошо известно, что важнейшим требованием достижения высокой достоверности систем дистанционного зондирования

размещенных как на спутниках, так и на высотных самолетах является обеспечение этих систем техническими средствами наземной калибровки и валидации полученных результатов. Для проведения работ по калибровке и валидации возможно организация как синхронных, так и квазисинхронных наземных измерений. При этом, калибровка может быть осуществлено как на специально отведенных тестовых участках, так и на реальных наземных объектах, хорошо изученных по предыдущему опыту зондирования. В настоящее время, существуют всемирные сети как наземных так и морских тестовых участков, предназначенных для калибровки результатов спутникового дистанционного зондирования [5]. Все это указывает на актуальность и важность проведения исследований по оптимизации совместной работы систем зондирования и калибровки. В последние годы были опубликованы ряд работ по информационной оптимизации систем

спутникового дистанционного зондирования [1,2], в которых оценивался общее количество Шенноновской информации, получаемое от различных наземных объектов,

характеризующихся текстурным признаком информативности при осуществлении наклонного полета носителя. Здесь под текстурой подразумевается любое прямоугольные и косоугольные решетчатые структуры, контурные и штриховые конфигурации, множество объектов с четко различимыми границами, малые объекты, размещенные в узловых точках двухмерного поля и т.д. Вместе с тем, в этих работах не затрагивалась задача оптимизации калибровки спутниковых данных, т.е. процесс дистанционного зондирования земных объектов рассматривался обособленно, без привязки к наземным данным.

В настоящем разделе мы восполним этот пробел и попытаемся решить задачу совместной информационной оптимизации систем

спутникового зондирования, наземной калибровки и валидации [4].

Следуя работам [1, 2], мы здесь также рассматриваем случай наклонного полета носителя, высота полета которого монотонно растет во времени (рис. 1.4). Комплексный подход к рассматриваемой задачи оптимизации

дистанционного зондирования предусматривает информационный анализ результатов измерений, проведенных составными частями комплекса (рис. 1.5) дистанционного зондирования.

Рис. 1. Схематическая иллюстрация спутникового дистанционного зондирования.

Принятые обозначения: О¿, I = 1,3, позиции носителя при наклонном полете; А1А2- траектория

полета; т^щ; I = 1,3- сканируемая поверхности земли; И - высота полета

строка на

Рис. 2. Блок-схема комплекса дистанционного зондирования.

Принятые обозначения: 1- система ДЗ; 2-система наземной валидации; 3 - система обработки Сигнал на выходе системы дистанционного зондирования оценим следующим образом:

= иК5.0 + и'

Т,

(1)

где

и' =

линз ат '

ик50- значение ик5 при Т = 0;Т - текущее время.

Сигнал наземной системы калибровки и валидации результатов обозначим как и„а1. Считаем, что в комплексе существуют следующие шумы: (1) шумы системы дистанционного зондирования, обозначенная далее как ак5 и (2) шумы системы калибровки и валидации, обозначаемая как ауа1. Таким образом, на вход системы обработки поступает суммарный сигнал V— определяемый как

и— = и)

+ иуа1 = и„яп + и'

ЯБ.О

Т + иуа1. (2)

Суммарные шумы а— на входе системы обработки определим как

2 + П2

(3)

С учетом выражений (1.19) и (1.20) суммарное отношение сигнал/шум на входе системы обработки определим как

^ = икз.о+и'т+Цудг (4)

Выражение (1.21) преобразуем в следующем

виде:

ияз.о+и'-т

_ ара1

2

(5)

где *ф„а1 - отношение сигнал/шум системы калибровки и валидации, определяемое как

^ = ^

вуа1

(6)

Л

ЯЯ 1

2

а

ра1

Количество информации, формируемое на выходе системы ДЗ в течение одной сканируемой строки Т\ определим как

Mi=^log2

URS0+U'T "val

^Tpval

2

aRS ,2 .

(7)

Оптимизационная задача формируется по схеме безусловной вариационной оптимизации [1 - 3] следующим путем:

1. Осуществляется уменьшение размерности пространства независимых переменных, т.е. вводится на рассмотрение функция

^val = ^val(T),

(10)

где ЛТ - элемент изображения на строке. Суммируя по всем получаем

Mz = T?=1±log2

URS0+U'T "val

2

"Sal

M = taxTTlogi

URS0 + U'T "val

^val

"RS „2 .

dT.

подлежащая оптимизации. 2. Вводится вспомогательное ограничительное условие

(8)

Мл

= J0maX*Pval (T)dT = С, (11)

Для удобства дальнейшей записи выражения (8) можно условно записать в непрерывной форме

(9)

где С = const.

Физический смысл ограничения (11) состоит в том, что по мере увеличения T система наземной калибровки может как уменьшить, так и увеличить отношение сигнал/шум на своем выходе, однако, суммарный технический ресурс, выделенный на реализацию таких изменений, является ограниченной величиной.

С учетом выражений (9) и (11) составим уравнение безусловной вариационной

оптимизации

v a

2

R S

а

И

2

Mo=M + Mi=f0max^log2

URS0+U'T аval

t^val

dT + A$0max ¡PvaldT,

(12)

где Я - множитель Лагранжа. Согласно правилу Эйлера, оптимальный вид функции (10) может быть вычислен по условию

где F(T)- суммарное подинтегральное выражение в формуле (12).

С учетом выражений (12) и (13) получаем

dF(T) d^val(T)

= 0,

(13.30)

2

а

R S

2

а

v a

2

аRs

2 v2 a

2

"pal

■ + А = 0.

aRs\\URS.0+U'T

(14)

аval

val\ln2

T

AT

Из выражения (14) имеем

ln2AT \URS.0+U'T

аval

^Pval\

■ = X. (15)

Из выражения (15) окончательно получим следующую формулу для вычисления значения Я с помощью условия (11)

= + (16)

•гуа1\ ) Х1п2 Ат1 &уа1

С учетом выражений (11.28) и (16.33) нетрудно вычислить значение Я, которое обозначим далее как Я0. При этом общее решение рассматриваемой

оптимизационной задачи повторяет выражение (1.32) с заменой Я на Я0, т.е.

^val(T)on = T№l + T-n^]-

uRS.O &val

(17)

Покажем, что полученное решение (17) обеспечивает максимум функционала (12). Для этого достаточно взять производную выражения (14) и убедиться, что она всегда отрицательна.

С учетом выражений (17) и (9) можно вычислить максимальное количество информации, вырабатываемое в комплексе в течение Ттах

T

1

М„

Jo

AT

X0-ln2-AT-Jl+a¡2s/a^al

dT.

(18)

Таким образом, показано, что при осуществлении дистанционного зондирования системой ДЗ, размещенной на носителе, выполняющего полет по возрастающей по высоте траектории, при существовании ограничений на интегральную величину отношения сигнал/шум системы калибровки и валидации, максимальное количество информации на выходе комплекса ДЗ обеспечивается при увеличении во времени отношения сигнал/шум системы калибровки и валидации.

Показано, что при осуществлении измерений системой ДЗ, размещенной на носителе, выполняющего полет по возрастающей по высоте траектории, при существовании ограничений на интегральную величину отношения сигнал/шум системы калибровки и валидации, максимальное количество информации на выходе всего комплекса обеспечивается при увеличении во времени отношения сигнал/шум системы калибровки и валидации.

Литература

1.Асадов Х.Г. Оптимизация и синтез экстремальных информационно -измерительных систем дистанционного динамического зондирования // Измерительная техника, М., 2002, № 7, с. 55-57

2. Асадов Х.Г., Керимов М.Дж. Новый принцип оптимизации систем дистанционного зондирования по энергоинфомационному критерию, // Информационные технологии, М., 2006, № 5, с.41-45

3. Асадов Х.Г., Керимов М.Дж. Об оптимизации нестационарного режима работы систем дистанционного зондирования на примере теплового контроля энергоэффективности и зданий и сооружений // Контроль. Диагностика. 2006, № 11, с. 33-35

4. Халафов Р.В. Совместная оптимизация систем дистанционного зондирования и наземной валидации / Материалы 4-ой Международной межвузовской научно-практической конференции. 2 выпуск. Великие Луки, 2014, с. 108-111

5.CEOS Cal/Val Portal

http://calvalportal.ceos.org/cvp/web/wuest/ocean-color

т

т

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАССИВА НА СТЕПЕНЬ УПЛОТНЕНИЯ ПОРОДНОЙ ЗАКЛАДКИ

DOI: 10.31618/nas.2413-5291.2021.1.73.492 Габараев Олег Знаурович

профессор кафедры горного дела ФГБОУ ВО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) » Гарифулина Ирина Юрьевна аспирант кафедры горного дела ФГБОУ ВО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) » Зассеев Игорь Анатольевич аспирант кафедры горного дела ФГБОУ ВО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)» Березов Азамат Казбекович аспирант кафедры горного дела ФГБОУ ВО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)»

INFLUENCE OF MASSIVE PARAMETERS ON THE DEGREE OF COMPENSATION OF THE BREED BOOK

Gabaraev Oleg Znaurovich

professor of the Mining Department of «NCIMM (STU)»,

Vladikavkaz, Russia. Garifulina Irina Yurievna post-graduate student of the Mining Department of «NCIMM (STU) »,

Vladikavkaz, Russia. Zasseev Igor Anatoltvich post-graduate student of the Mining Department of «NCIMM (STU) »,

Vladikavkaz, Russia Berezov Azamat Kazbekovich Post-graduate student of the Mining Department of «NCIMM (STU)»,

Vladikavkaz, Russia