CC BY
66УДК 621.396.96 ГРНТИ 47.05.17
МЕТОДИКА ДВУХПРОХОДНОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫМИ СТАНЦИЯМИ С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ КОСМИЧЕСКОГО И БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТОВ
В.П. ЛИХАЧЕВ, доктор технических наук, профессор
ВУНЦВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)
О.В. ЛИХАЧЕВА А.В. УНКОВСКИЙ
Филиал ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Сызрань)
В статье в интересах более оперативного формирования трехмерных радиолокационных изображений земной поверхности по исходным условиям первичной съемки радиолокационной станцией с синтезированной апертурой космического аппарата обосновывается порядок расчета пространственных, временных и энергетических условий получения повторных радиолокационных изображений с использованием радиолокационной станцией с синтезированной апертурой беспилотного летательного аппарата. Получены аналитические выражения параметров (угол наблюдения, дальность съемки, время синтезирования) съемки повторного радиолокационного изображения радиолокационной станцией с синтезированной апертурой беспилотного летательного аппарата одного и того же участка местности по исходным условиям первичной радиолокационной съемки с космического аппарата. Обеспечивается повышение оперативности формирования трехмерного радиолокационного изображения и точности оценки рельефа местности на нем. Введен термин - интерферометрическая псевдовысота космического аппарата и получено его выражение.
Ключевые слова: радиолокационная станция с синтезированной апертурой антенны, воздушная и космическая радиолокационная съемка, беспилотный летательный аппарат, двухпроходная интерферометрическая съемка, трехмерное радиолокационное изображение.
Введение. Современные достижения в области радиолокационного дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) позволяют решать широкий спектр задач в различных сферах деятельности общества. Благодаря развернутым космическим орбитальным группировкам радиолокационных станций с синтезированной апертурой антенны (РСА) обеспечивается формирование радиолокационных изображений (РЛИ) в качестве дополнительных слоев реального времени геоинформационных систем (ГИС) (рисунок 1) в интересах: мониторинга катастрофических экологических ситуаций как после стихийных бедствий (землетрясений, наводнений, паводков, селей [1, 2] и других опасных гидрометеорологических явлений [3, 4]) и технологических катастроф, так и при развитии инфраструктурных, промышленных и др. объектов, а также для поисковых и спасательных работ Министерства по чрезвычайным ситуациям (ЧС) и нужд Вооруженных сил. Достигнутые успехи в создании малогабаритных РСА на беспилотных летательных аппаратах (БпЛА) [5-7], имеющих низкие эксплуатационные затраты, побуждают потребителей использовать их в интересах: исключения (минимизации) социально-экономического ущерба, причиненного различными видами опасных природных явлений (стихийных бедствий); картографирования ущерба, нанесенного ЧС; трехмерного радиолокационного картографирования рельефа местности и определения высоты, на которой расположены мобильные объекты [8].
Использование радиолокационных данных для экологического мониторинга кратко можно охарактеризовать следующими направлениями. В частности, за счет реализации радиолокационной топографической съемки (БЯТМ) и изображений, полученных с космического аппарата (КА) Ьапёва1;, произведена оценка потери мангровых зарослей на севере Малайзии [9]. Результаты ДЗЗ (спутниковые снимки и данные РЛС Х-диапазона) использовались в исследовании залива Гаэта с акцентом на динамические процессы, которые влияют на концентрацию мелких частиц в условиях устойчивой деятельности человека в морских прибрежных экосистемах [10]. Модернизация национальной сети метеорологических радаров (ЫЕХКАО) позволила применить двойную поляризацию в контексте воздушных перемещений птиц, летучих мышей и насекомых, потенциально значимых для экологических и природоохранных исследований [11]. Трехмерные радиолокационные данные используются в краткосрочном конвективном прогнозировании штормов (Ко,№са8Йп§) [12]. Для определения наземных экосистем, зависящих от грунтовых вод, в масштабе, применялись данные космического радиолокационного ДЗЗ [13]. В перспективе РЛИ, формируемые с использованием РСА БпЛА [14-20], могут обеспечить повышение уровня информационного обеспечения роботизированных систем, например, при планировании поисково-спасательных миссий с несколькими роботами [21], а также для мониторинга нетронутости естественного полога леса [22].
Вектор
потребители
улицы
участки земли
Растр
высоты точек рельефа
землепользование
реальный мир
Рисунок 1 - Возможность использования в ГИС [4] двумерных и трехмерных РЛИ в качестве дополнительного
слоя реального времени
РСА БпЛА, в том числе и малого класса [5-7, 14, 18, 23], ведущие видовую радиолокационную разведку с субметровым разрешением, следует рассматривать как инструмент радиоэлектронно-информационного обеспечения (РИО) технических средств
военные системы управления, связи и навигации
комплекса разведки, управления и связи, формирующих в различных погодных и временных условиях целеуказания авиационным комплексам (АК) оперативно-тактической и армейской авиации [24]. Проблемным вопросом реализации данной технологии является отсутствие на РЛИ информации о высоте, на которой расположены мобильные объекты (подразумевается, что объекты могут периодически находиться (отсутствовать) в полосе обзора РСА, но в период формирования пары РЛИ и в промежуток времени между съемками они не перемещаются). Вариант его решения предложен в публикации [25]. Решение данной задачи также возможно при реализации двухпроходной интерферометрической съемки космических РСА, основным недостатком которой является низкая оперативность (единицы-единицы десятков суток).
Актуальность. Фундаментальным заделом в области исследования интерферометрической съемки РСА являются работы зарубежных авторов Calo F., Hanssen R.F., Ouchi K., Pepe A., Richards M.A, в которых заключены основные теоретические принципы, проблемы и этапы формирования интерферограммы [8, 26, 27]. В известных работах авторов Jakowatz C.V., Zebker H.A. и Madsen S.N. детально раскрыты геометрические соотношения по реализации РСА интерферометрической съемки поверхности Земли. Rosen P.A., Bamler R., Gens R. в своих работах привели описание теории космических интерферометрических РСА.
Среди отечественных ученых стоит отметить работы авторов Баскакова А.И., Захарова А.И., Захаровой Л.Н., Коберниченко В.Г., Купряшкина И.Ф., Лихачева В.П., Школьного Л. А. [28-З5], посвященные методологическим основам и проблемам реализации интерферометрической съемки с авиационных и космических носителей, а также рекомендациям по их решению. Так, в работах [З1, ЗЗ] достаточно полно раскрываются этапы получения трехмерного РЛИ, определены зависимости:
истинной разности фаз и соответствующей ей относительной высоты рельефа;
измеренной разности фаз с учетом шума фазы от номера пикселя интерферограммы по координате дальности;
среднеквадратических значений погрешности определения разности фаз для различных уровней коэффициента корреляции, высоты рельефа от величин интерферометрической базы и наклонной дальности до цели.
Наиболее значимые работы по исследованию влияния помех на формирование интерферограммы принадлежат авторам [ЗЗ, З4]. Однако следует заметить, что в [З5] вопросы, связанные с реализацией двухпроходной интерферометрической съемки с БпЛА, раскрыты недостаточно полно, а реализация двухпроходной интерферометрической съемки с различных носителей РСА для формирования трехмерных РЛИ земной поверхности ранее вовсе не рассматривалась. Чем и обусловливается актуальность проведения исследований в данной предметной области в настоящее время.
Цель статьи - обоснование методики расчета пространственных, временных и энергетических условий получения РЛИ РСА беспилотного летательного аппарата по исходным условиям первичной съемки РСА КА в интересах оперативного формирования трехмерных РЛИ земной поверхности.
Обоснование параметров двухпроходной интерферометрической съемки РСА КА и БпЛА. Формирование трехмерных РЛИ в режиме двухпроходной интерферометрической съемки с применением космических РСА и РСА БпЛА позволит повысить оперативность в задачах исследования рельефа местности с наблюдаемыми на ней важными объектами для гражданской деятельности и в интересах ликвидации чрезвычайных ситуаций. Однако специфика и условия съемки космической РСА существенно отличаются от условий съемки РСА БпЛА, что не позволяет с использованием существующих способов сформировать трехмерное РЛИ. В данном случае основными определяющими факторами для пары РЛИ являются (рисунок 2): угол наблюдения а, критический размер интерферометрической базы B,max, разрешающие способности по азимуту А/ и дальности Ar, соотношения сигнал/шум на изображениях q .
g' и
Использование расчетных значений параметров съемки РСА БпЛА, соответствующих параметрам повторной съемки космической РСА, при условии реализации первичной съемки с КА, позволит реализовать двухпроходную интерферометрическую съемку путем комбинирования РСА, расположенных на КА и БпЛА.
РСА КА
Рисунок 2 - Геометрическая схема двухпроходной интерферометрической съемки космической РСА и РСА БпЛА
Специфика и условия съемки повторного радиолокационного изображения РСА БпЛА существенно отличаются от условий одно- и двухпроходной съемки РСА КА. Пара РЛИ, формируемых РСА КА, как правило, получены при одинаковых технических характеристиках передающего, антенно-фидерного и приемного устройств и незначительно отличающихся друг от друга наклонных дальностях [28, 31], что обусловливает необходимость расчета характеристик РСА БпЛА и параметров траектории его полета, нивелирующих основные факторы декорреляции (снижения коэффициента корреляции) первого и второго РЛИ [36]. Доминирующие вклады в когерентность пары РЛИ вносят коэффициенты корреляции
Уи У2 и Уз [36-38]
71 = 1Д/(1 +1/ Чк )(1 +1/ ЧБ ),
(1)
где Чк и чБ - соотношения сигнал/шум на РЛИ, полученных РСА соответственно КА и БпЛА; у2 - характеризующий различие геометрических условий съемки и импульсных характеристик РСА, фактически определяющих размеры элементов разрешения на РЛИ; у3 - характеризующий соотношение временного интервала между съемками РЛИ и времени изменения (стабильности) отражательной способности рассеивателей в элементах разрешения РЛИ (количественные закономерности изменения и достижимые значения коэффициентов у1, у2 и у3 [36-38] для
случая двухпроходной интерферометрической съемки РСА КА и БпЛА требуют отдельного и детального рассмотрения).
При ранее полученном РЛИ коэффициент корреляции у1 можно максимизировать за счет выполнения условий съемки повторного РЛИ РСА БпЛА
Чб > Чк .
(2)
Исходя из уравнения дальности обнаружения объектов РСА [31, 32]
чК =
рк ок лкаф
2 (4*) ОЛкТкМкУК *п0КЦКК
(3)
чББ =-
рб °блб°ф
2 (4*)3 ЛБкТБГщб&БУБ ^б^
(4)
где - скважность зондирующего сигнала РСА КА; лк (лб ) , РК (РБ ), Ок (0Б ), ТК (ТБ ), ршк (ршб ), Ь^К (ЬСБ ) и А!к (А!Б ) - длина волны излучения, импульсная (средняя) мощность
передатчика, коэффициент усиления антенны, шумовая температура приемника, коэффициент шума приемника, суммарные потери в приемо-передающем тракте и разрешение по азимуту РСА КА (БпЛА); вк (вб) - угол падения электромагнитной волны (ЭМВ) РСА КА (БпЛА);
к - постоянная Больцмана; С7ф - ЭПР фона подстилающей поверхности; Як (ЯБ ) - наклонная дальность от фазового центра антенны РСА КА (БпЛА) до элемента разрешения.
Исходя из (2)-(4Х допуска^ что лк = лб =л, тк = тб , ршк = ршб, а!к = а!б = а! и
Ь,к = Ьб, требование к наклонной дальности повторной съемки РСА БпЛА примет вид
лб ^ лк 3
Р Об Осук
рк окуб
(5)
Для удобства дальнейшего изложения введем понятие интерферометрической псевдовысоты КА - Нк . Под данным понятием будем понимать такую условную высоту орбиты КА с РСА при повторной съемке заданного участка земной поверхности, которая образует интерферометрическую базу В и треугольник с параметрами (рисунок 2): дальности Як , высоты НК, угла наблюдения аК, который подобен треугольнику, образованному в результате пролета БпЛА на высоте НБ для съемки второго РЛИ с дистанции ЯБ и углом наблюдения аБ . Через дальность ЯБ, угол наблюдения аБ и интерферометрическую базу В выразим псевдовысоту
Ик = ^^ сов(аБ)з(+ в.
РК СК УБ
(6)
Для повышения коэффициента когерентности интерференционной картины у2 необходимо
выполнить условие ограничения размера интерферометрической базы [31] при съемке РСА БпЛА
в ^
±шах
X
Як 3,
]Рб СБ ОУК
2 А соб (аБ) Ку РК02кУБ
(7)
Если перпендикулярная направлению обзора составляющая базы интерферометра превышает (7), происходит полная декорреляция изображений и интерферограмма становится полностью недостоверной. Значение базы интерферометра В, минимизирующей ошибку измерения высоты, составляет около 0,38В1шах [30, 31], т.е. В « 0,38В,тах .
В свою очередь (7) указывает на выполнение условия
в к = 0Б .
(8)
Для РСА БпЛА принимается допущение о том, что подстилающая поверхность по среднему уровню Земли плоская, тогда при НБ « Я3 угол падения ЭМВ можно выразить как
0Б = аБ .
(9)
Расчет высоты полета БпЛА НБ будем производить относительно нахождения РСА КА в середине интервала синтезирования с учетом (8) и (9)
НБ = ЯБ соб вК.
(10)
Угол падения ЭМВ для РСА КА
вК = агсБт
( Яз + Нк ^
Я3
•Б1па
К
(11)
а для РСА БпЛА
вБ = агсБт
Я3 + НБ
V Яз
Б1п аБ
(12)
Из равенства (11) и (12), с учетом (5) и (10), получим выражение для расчета угла
аБ = агсБ1п
Я
V
Яз + НК
3 РБ оук
3 + 3 б б^с к со§
Рк СК Уб
■ ( Я3 + НК . агсБ1п I —-— Б1па
V Яз
К
//
ЯК Б1п аК
Яз + Нк
(13)
Подставим (13) в (6) и получим окончательное выражение для расчета псевдовысоты:
К = R. 3 PB G QV cos
K K 3 Pk Gl VB
arcsin
R3 + HB V R3 + hk
\\
К
+ B.
(14)
JJ
Потенциальная точность определения высоты рельефа на трехмерном РЛИ [31]
ah =
RBЛ
V1, 52^B.lmax J
2 2 aw+aH ,
(15)
2 2 где оу - погрешность измерения разности фаз; он - дисперсия значений высоты носителя до
средней поверхности.
Подставим (5), (7) в (15) и получим аналогичное выражение для комбинированной воздушно-космической двухпроходной интерферометрической съемки
а
h( К / B)
а^М cos (а)
Y
0,16ж
V
+ ан .
(16)
Исходя из того, что погрешность измерения разности фаз с достаточной точностью может быть аппроксимирована выражением [31]
аЛг)=-j3(1 -r)0,4\
где у = уу2у3 , получим из (15) окончательное выражение
: ^(1 - у)0 86 М2 cos2 (ав ) /1,13 + ан .
(11)
h( к / b )
(18)
При существенных искажениях интерферограммы восстановление рельефа с высокой точностью невозможно, вследствие ошибок фазоразностных измерений при комплексно-сопряженном перемножении отчетов двух РЛИ [36-38]. Снижение фазовых ошибок достигается при совмещении РЛИ с пиксельной точностью. Например, в работах [29, 39] рассматривается алгоритм совмещения РЛИ по радиолокационным теням, функционирующий при наличии траекторных нестабильностей носителя РСА и имеющий высокую точность совмещения при отсутствии радиоконтрастных объектов.
В случае комбинированной интерферометрической съемки с использованием РСА КА и БпЛА из-за существенных различий дальности съемки, скоростей носителей и др., разрешения А/ и Аг на первом и втором РЛИ могут отличаться друг от друга, что приводит к ошибкам их совмещения и к значительному уменьшению коэффициента у2. Для исключения данного негативного эффекта необходимо обеспечить
XR
К
XRB
2VKTcK 2VeTcb
(19)
где ТсК ( ТсБ ) - время синтезирования апертуры РСА КА (БпЛА).
Тогда, с учетом (5) и (19), определим требование к времени ТсБ, обеспечивающее корегистрацию двух РЛИ и выполнение последующих этапов формирования трехмерного РЛИ
T Б = Tc
с К'
QP
К
Gt
Л2 (
V GK J
Гб
V VK J
(20)
Следует отметить, что приведение к единому пространственному масштабу [25] двух РЛИ с разным разрешением по азимуту А/ и по дальности Аг (в интересах поэлементного совмещения) приведет к появлению участков поверхности с разной эффективной площадью рассеяния в одних и тех же элементах разрешения РЛИ и, как следствие, к их полной декорреляции у2 ^ 0 . Поэтому для повышения коэффициента у2, кроме выполнения условия
(20), также требуется одинаковое разрешение по дальности Аг на двух РЛИ, которое при выполнении условия (8) достаточно просто обеспечивается равенством ширины спектра сигналов А/0 РСА БпЛА и КА. Согласование частот повторения сигналов РСА БпЛА и КА не
требуется, т. к. их выбирают исходя из максимальной ширины доплеровского спектра отраженных сигналов, т.е. из соотношения скорости носителя к горизонтальным размерам антенны [31, 34, 40].
Для повышения коэффициента корреляции у3 необходимо уменьшить временной интервал
между съемками пары РЛИ, т.е. фактически повысить оперативность съемки. Повышение оперативности комбинированной относительно космической двухпроходной интерферометрической съемки определим как
K = Тк+ ТрлИ (1) T 100%,
ТК + ТРЛИ (1)
ТБ = LyI^Б + N (ЕрЛИ /VБ + ТРЛИ(2)) + Тподг + ТРЛИ(1),
(21)
где ТБ - полное время формирования трехмерного РЛИ при повторной съемке РСА БпЛА;
ТК - период повторяемости интерферометрической съемки РСА КА; ТРЛИ(1) и ТРЛИ(2) - время
формирования РЛИ соответственно РСА КА и БпЛА; Ьу - максимальная дальность полета
БпЛА; УБ - средняя скорость полета БпЛА на маршевом участке; DpЛИ - ширина полосы РЛИ
по путевой дальности; Тподг - время на подготовку и запуск БпЛА; N - количество съемок РСА
БпЛА той же самой полосы РЛИ РСА КА по горизонтальной дальности, в пределах которых углы падения ЭМВ для КА и БпЛА соизмеримы и не приводят к изменению отражательной способности фона в элементе разрешения.
Для обеспечения когерентности пары РЛИ РСА КА производят последовательные съемки в одинаковых условиях (при одинаковых углах ак), что выполняется через несколько
последовательных витков КА, т.е. через «цикл замыкания подспутниковых трасс» [41]. Следовательно, период повторной интерферометрической съемки РСА КА заданного района (период замыкаемости круговой орбиты КА) рассчитаем, как период времени, при котором произойдет совпадение подспутниковых трасс КА при съемке первой и второй радиоголограмм
ТК = Тобр min mod 1 N3
NТРАС I
2^RS COs((u)
AL
(22)
ТРАС
где mod {x/y} - остаток от деления x на y; N3 = 1, Nтрас ; NWAC - ближайшее натуральное число, при котором mod {x/y} после округления до второго десятичного разряда равно нулю; ALТРАС = УЗэквТобр cos((/)ul) - линейное смещение следа трассы КА; УЗэкв =465 м/с - линейная
скорость вращения Земли на экваторе; фш - геодезическая широта района, РЛИ которого формируется; Тобр = (Я3 + НК 3/ - период обращения КА для круговой орбиты; ТЗ = 8,6164-104 с - период обращения Земли вокруг своей оси; / = 3,986-1014 м3/с2 -гравитационная постоянная Земли; Я3 = 6,371-106 м - средний радиус Земли.
Проведенный анализ существующих космических РСА, реализующих двухпроходную интерферометрическую съемку с различным периодом повторного прохода [28], представлен в таблице 1, что указывает на их низкую оперативность.
Таблица 1 - Современные РСА космического базирования, реализующие интерферометрическую съемку
РСА КА и их параметры съемки Периодичность съемки ТК Точность определения высоты ак, м
Тегга8ЛК-Х\ТапОБМ-Х, Нк =514 км, Х»3,125 см 11 суток 30 мин 2-4
СоБтоЗкуМеа 1-4, Нк =620 км, X »3,125 см 16 суток (съемка с 4-х спутников в 1, 9, 10, 13 дни в интервале) 2-4
БЯ8-1, 2, БМУКЛТ, Нк =785 км, Х»5,6 см 35 суток 11-14
ЛЬ08-2, Нк =628 км, Х»23 см 46 суток 7-100
Результаты расчетов и их анализ. Рассчитаем требуемую дальность съемки (5) для РСА БпЛА малого класса (рисунок 3) с учетом различных дальностей Як =600; 658; 832; 1333 км при высоте орбиты КА Нк = 561 км и технических характеристиках космической РСА: Ук =7583 м/с, ОК =48 дБ, £>с =4, РК =2000 Вт.
ЯБ, км 15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
4
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 РБ, Вт
Рисунок 3 - Значения дальности съемки РСА БпЛА с согласованным отношением сигнал/шум (1 - ЯК =600 км; 2 - ЯК =658 км; 3 - ЯК =832 км; 4 - ЯК =1333 км)
На основе значений дальности съемки РСА БпЛА с согласованным отношением сигнал/шум (рисунок 3) определены диапазоны требуемой дальности съемки РСА БпЛА (таблица 2) в интересах формирования двухпроходной интерферометрической съемки по предложенной методике.
Таблица 2 - Требуемая дальность съемки РСА БпЛА (при УБ =40 м/с; Об =16,99 дБ; Qc =1; РБ =1-5 Вт) заданного участка земной поверхности в зависимости от дальности съемки РСА КА
Параметр Дальность съемки РСА КА ЯК , км
600 658 832 1333
Требуемая дальность съемки РСА БпЛА малого класса ЯБ , км 3,72-6,37 4,08-6,97 5,16-8,82 8,26-14,13
На основе учета дальности действия существующих малогабаритных РСА БпЛА малого класса (не более 5 км) [5, 7, 14, 18] и графических зависимостей на рисунке 3 определим требования к мощности их передатчиков РБ =0,2-2,4 Вт и дистанции съемки РСА с БпЛА
ЯБ =1-5 км.
По данным, представленным в таблице 2, согласно (7) получены зависимости для размеров интерферометрической базы (рисунок 4) при различных дальностях съемки РСА КА с учетом РБ=1-5 Вт и разрешении по дальности Аг=1 м.
В, м 200
5 РБ, Вт
Рисунок 4 - Значения интерферометрической базы при согласовании двух РЛИ по отношению сигнал/шум (1 - ЯК =600 км; 2 - ЯК =658 км; 3 - ЯК =832 км; 4 - ЯК =1333 км)
Расчет времени ТсБ выполнен согласно (20) и данным, представленным в таблице 2, при этом для достижения разрешения по горизонтальной дальности 1 м ширина спектра ЛЧМ сигнала А/0 составила 200 МГц. Представленные на рисунках 5, 6 результаты вычислений времени ТсБ
при различных А/о и о указывают о необходимости его увеличения при повышении мощности
РБ. Так при РБ=1 Вт, сБпЛА =70° (Я^ =1333 км), А/ =1 м при выполнении равенства (3) и (4) ТсБ =3,1 с, что при РБ =5,75 Вт составляет ТсБ =5,6 с.
ТсБ, с
10-
!а/о={/1о>, Мгц II
-о- Угол наблюдения = 22 ■■■+■■■ Угол наблюдения = 33 ■ -*■ Угол наблюдения = 50,3 ..■■>■■ Угол наблюдения = 70,4
7 а/, м
Рисунок 5 - Зависимость ТсБ от А/ при различных параметрах съемки: А/0 , с и РБ (1 - 1 Вт; 2 - 5,75 Вт; 3 - 10,5 Вт; 4 - 15,2 Вт; 5 - 20 Вт)
Оперативность реализации комбинированной двухпроходной интерферометрической съемки РСА КА и БпЛА по разработанной методике определим при следующих исходных данных. Максимальная дальность полета БпЛА малого класса составляет Ьу «150 км. При
условии УБ =40 м/с, Тподг « 5 мин, N (ррли/УБ + ТрлИ(2)) «125 мин (при N =5), с учетом передачи
и обработки данных ТРЛИ(1) « 65 мин, получим ТБ ¡«257,5 мин. При нахождении БпЛА в зоне
съемки РЛИ (в зоне барражирования) Тподг =0 мин, а Ьу /УБ значительно уменьшится, например,
до 5 мин. Тогда ТБ «195 мин. Следует отметить, что такие значения ТБ позволяют повысить
коэффициент корреляции двух РЛИ у3.
Минимальная периодичность съемки Тк существующих РСА коммерческих КА
(таблица 1) составляет 11 суток 30 мин, следовательно, относительное повышение оперативности формирования трехмерных РЛИ при комбинированной съемке РЛИ КА и БпЛА (21) составит К «98-99 %. Даже если реализовать двухпроходную интерферометрическую съемку РСА КА с высотой орбиты 1100 км, обеспечивающую цикл замыкания трассы Тк около 2 суток 17 мин, то
К«91-93 %.
При А/ =1 м, < =4 °, <н =0,1 м, на основе данных в таблице 1 и выражений (15)—(18), (21)
получены точностные и временные характеристики формирования трехмерного РЛИ с использованием РСА КА и БпЛА, которые представлены в таблице 3 и рисунках 7-8. Анализ
8
6
4
2
0
зависимостей, представленных на рисунках 7 и 8, позволяет сделать вывод о повышении точности определения высоты рельефа в случае комбинированной интерферометрической съемки РСА КА и БпЛА.
ТБ, с
сБ'
12
10
О Угол наблюдения = 22
+ Угол наблюдения = 33
* Угол наблюдения = 50,3 > Угол наблюдения = 70,4
V,, ! V 10«, МГц
> ,е>
ф—10,5 Вт
>' Ж"
5,75 Вт
>
у к*
ж
¿о „ ..о"1" 1
. ** ч
у
а" У*
Ж
У„ !/ю!, МГц
20 Вт -15,2 Вт
1 Вт
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5 ТсК, с
Рисунок 6 - Зависимость ТсБ от ТсК при различных параметрах съемки: А/0 , а и РБ (1 - 1 Вт; 2 - 5,75 Вт; 3 - 10,5 Вт; 4 - 15,2 Вт; 5 - 20 Вт)
Рисунок 7 - Точность определения высоты рельефа местности (15) в зависимости от дальности наблюдения (1 - комбинированная двухпроходная съемка КА-БпЛА; 2 - двухпроходная съемка КА-КА)
8
6
4
2
0
4,5 -
4 -
3,5 3
2,5 2 1,5
Ок, м
123456789 10 11 В, М а) ЯК =1200 км, ЯБ =5 км
150 200 250 300 350 400 450 500 550 В, м б) ЯК =1200 км
Рисунок 8 - Потенциальная точность определения высоты рельефа местности (15) в зависимости от размера интерферометрической базы для различных схем интерферометрической съемки РСА (а - комбинированная двухпроходная съемка КА-БпЛА; б - двухпроходная съемка КА-КА;
1 - аК =20°; 2 - аК =33°; 3 - аК =47°; 4 - аК =60°)
Таблица 3 - Сравнение точностных и временных характеристик формирования трехмерных РЛИ на основе двухпроходной интерферометрической съемки (при условии: аК =60°, а^ =4° (КА-КА), а^ =3° (КА-БпЛА),
ан =0,7 м (КА-КА), ан = 0,3 м (КА-БпЛА))
Схема интерферометрической съемки РСА Дальность до объекта, м Время формирования трехмерного РЛИ, мин. Размер интерферо-метрической базы, м Потенциальная точность определения высоты ак, м
Комбинированная двухпроходная (КА-БпЛА) > 5103 (г1) и 195-257,5 10 (согласно (6)) > 1,64
Двухпроходная (КА-КА) > 1200-103 (г4) и 2962-15935 500 > 3,46
Выводы. Методика комбинированной двухпроходной интерферометрической съемки в интересах формирования трехмерных РЛИ, при условии наличия первого РЛИ, сформированного РСА КА, позволяет определить требования к геометрическим, энергетическим и временным условиям формирования повторной радиоголограммы РСА БпЛА. Полученные аналитические выражения высоты полета с НБ, наклонной дальности ЯБ, угла наблюдения аБ, времени синтезирования апертуры ТсБ РСА БпЛА (при фиксированных технических характеристиках) обеспечивают условия для когерентной регистрации радиоголограмм при комбинированной двухпроходной интерферометрической съемке земной поверхности с КА и БпЛА. Введено понятие - «псевдовысота» и получено его выражение, которое позволяет рассчитать условную высоту для синтеза интерферометрической базы с учетом выполнения соотношения сигнал/шум для второго РЛИ при реализации комбинированной воздушно-космической радиолокационной интерферометрической съемки. Полученные аналитические зависимости могут быть использованы в программном обеспечении автопилота БпЛА с РСА для автоматизации процесса формирования трехмерных РЛИ совместно с космической РСА или для реализации режима выявления изменений на нескольких РЛИ.
а м
5
Практическая значимость разработанной методики заключается в потенциальном повышении оперативности получения трехмерных РЛИ на 91-98 %. При оценке оперативности учитывалось сужение в N раз по горизонтальной дальности полосы РЛИ, формируемого РСА БпЛА, относительно полосы РЛИ РСА КА, которое необходимо для согласования углов визирования объектов и фона в целях снижения отличий их отражательной способности в элементах разрешения пары РЛИ. Показано, что имеется выигрыш в точности определения высоты рельефа местности не менее чем в два раза по сравнению с двухпроходной интерферометрической съемкой космической РСА. Данный выигрыш закономерен для различных углов наблюдения с учетом соблюдения оптимальных размеров интерферометрической базы, что подтверждается результатами расчетов. При этом не учитывалось, что уменьшение временного интервала между съемками пары РЛИ в 11-82 раз приведет к повышению стабильности отражательной способности рассеивателей в элементах разрешения РЛИ и повлияет на уменьшение погрешности измерения разности фаз (17).
Повышение оперативности и точности получения трехмерных РЛИ рельефа местности обусловливает актуальность их использования в качестве дополнительных слоев реального времени геоинформационных систем, что, в свою очередь, позволит более эффективно: решать задачи экологической безопасности; выполнять спасательные операции в случае ЧС; оценивать последствия стихийных бедствий; исследовать земной покров; обеспечивать информацией АК оперативно-тактической и армейской авиации [24]. В случае развертывания орбитальной группировки малогабаритных КА разработанная методика, кроме указанных выше эффектов, позволяет снизить экономические затраты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. The Audit of disaster risk reduction. ISSAI 5510. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.environmental-auditing.org/media/5767/issai-5510-e.pdf (дата обращения 05.10.2021).
2. Audit of disaster-related aid. ISSAI 5520. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://intosaicovid19.org/wp-content/uploads/2020/05/issai-5520.pdf (дата обращения 05.10.2021).
3. Абдуллин Р.К. Современное состояние картографирования опасных гидрометеорологических явлений // Географический вестник. 2016. № 3 (38). С. 151-160.
4. Use of Geospatial Information in Auditing Disaster Management and Disaster-related Aid. ISSAI 5540. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://intosaicovid19.org/wp-content/ uploads/2020/05/issai-5540.pdf (дата обращения 05.10.2021).
5. Купряшкин И.Ф. Малогабаритные радиолокационные станции с непрерывным частотно-модулированным излучением: Монография / И.Ф. Купряшкин, В.П. Лихачев, Л.Б. Рязанцев. Москва: Радиотехника, 2020. 276 с.
6. Комплексы с беспилотными летательными аппаратами. В 2-х кн.: Кн. 1. Принципы построения и особенности применения комплексов с БЛА: Монография / под общей ред. В.С. Вербы, Б.Г. Татарского. М.: Радиотехника, 2016. 512 с.
7. Купряшкин И.Ф., Лихачев В.П., Рязанцев Л.Б. Краткий опыт создания и первые результаты практической съемки поверхности малогабаритной РЛС с синтезированием апертуры антенны с борта мультикоптера. Журнал радиоэлектроники. 2019. № 4. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/apr19/12/text.pdf (дата обращения 05.10.2021).
8. Richards M.A. A beginners guide to interferometric SAR concepts and signal processing // IEEE A&E systems magazine. 2007. Vol. 22. N 9. P. 5-29.
9. Wong C.J. Estimating Mangrove Above-Ground Biomass Loss Due to Deforestation in Malaysian Northern Borneo between 2000 and 2015 Using SRTM and Landsat Images / C.J. Wong, D. James, N.A. Besar, K.U. Kamlun, J. Tangah, S. Tsuyuki, M-H. Phua // Forests, 2020. 11 (9):1018. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://doi.org/10.3390/f11091018 (дата обращения 24.09.2021).
10. Paladini de Mendoza F. Circulation during Storms and Dynamics of Suspended Matter in a Sheltered Coastal Area / F. Paladini de Mendoza, S. Bonamano, R. Martellucci, C. Melchiorri, N. Consalvi, V. Piermattei, M. Marcelli // Remote Sensing, 2018. 10 (4): 602. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://doi.org/10.3390/rs10040602 (дата обращения 24.09.2021).
11. Stepanian P.M. Dual-polarization radar products for biological applications / P.M. Stepanian, K.G. Horton, V.M. Melnikov, D.S. Zrnic, S.A. Gauthreaux Jr. // Ecosphere: Concepts & Theory, 2016. Vol. 7 (11): e01539. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://doi.org/10.1002/ecs2.1539 (дата обращения 24.09.2021).
12. Wei Zhang, Wei Li, Lei Han. A Three-dimensional Convolutional-Recurrent Network for Convective Storm Nowcasting // IEEE International Conference on Big Knowledge (ICBK). Cornell Universit: NY. 2019. P. 333-340.
13. Terrett M. SARGDV: Efficient identification of groundwater-dependent vegetation using synthetic aperture radar / M. Terrett, D. Fryer, T. Doody, H. Nguyen, P. Castellazzi // IEEE Cornell Universit: NY. 2020. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://arxiv.org/abs/2009.03129 (дата обращения 24.09.2021).
14. Купряшкин И.Ф. Многофункциональный малогабаритный беспилотный авиационный комплекс «Флибустьер» / Лихачев В.П., Митрофанов Д.Г., Рязанцев Л.Б., Растрыгин Ю.В. // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. 2018. № 4 (104). С. 102-110.
15. Пат. 2619771 РФ. Устройство формирования радиолокационного изображения в радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны / Купряшкин И.Ф., Лихачев В.П., Рязанцев Л.Б., Яковенков В.В.; опубл. 18.05.2017. Бюл. № 14.
16. Пат. 2632898 РФ. Способ формирования радиолокационного изображения в радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны / Купряшкин И.Ф., Лихачев В.П., Рязанцев Л.Б., Яковенков В.В.; опубл. 11.10.2017. Бюл. № 29.
17. Гнездилов М.В. Алгоритм формирования радиолокационных изображений с субметровым разрешением в малогабаритных РЛС с синтезированной апертурой / М.В. Гнездилов, И.Ф. Купряшкин, В.П. Лихачев, Л.Б. Рязанцев // Цифровая обработка сигналов, 2018. № 2. С. 53-58.
18. Беляев В.В. Беспилотный авиационный комплекс контроля заметности вооружения, военной и специальной техники / В.В. Беляев, И.Ф. Купряшкин, В.П. Лихачев, Л.Б. Рязанцев // Инновационный вестник. 2019. № 2. С. 35-39.
19. Коренной А. В. Комплексирование сигналов в радиолокационных системах зондирования земной поверхности / Коренной А.В., Ященко Е.А. // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2018. Т. 11. № 3. С. 291-300.
20. Коренной А.В. Комплексная обработка радиолокационных изображений в различных частотных диапазонах / А.В. Коренной, С.А. Лепешкин, Е.А. Ященко, А.А. Кожевников // Радиотехника. 2017. № 12. С. 19-25.
21. Shree V. Exploiting Natural Language for Efficient Risk-Aware Multi-robot SaR Planning / V. Shree, B. Asfora, R. Zheng, S. Hong, J. Banfi, M. Campbell // IEEE Robotics and Automation Letters. Cornell Universit: NY. 2021. Vol. 6 (2), P. 3152-3159.
22. Bhugeloo A., Peerbhay K., Ramdhani S. Assessing the Trade-Offs of SPOT7 Imagery for Monitoring Natural Forest Canopy Intactness // Forests. 2018. Vol. 9 (12): 781. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://doi.org/10.3390/f9120781 (дата обращения 24.09.2021).
23. Лихачев В.П., Рязанцев Л.Б., Чередников И.Ю. Применение беспилотных летательных аппаратов для ведения тактической радиолокационной разведки // Военная мысль. 2016. № 3. С. 24-28.
24. Васильев В.А. Анализ возможностей космической разведки по информационному обеспечению управления авиацией при выполнении огневых задач / В.А. Васильев, П. А. Федюнин, М. П. Беляев, В. А. Манин // Воздушно-космические силы. Теория и практика.
2021. № 17. С. 47-56. [Электронный ресурс]. Режим доступа: Ийр://,^^^академия-ввс.рф/1ша§е8/ёос8/ук8/17-2021/47-56.рёГ (дата обращения 08.10.2021).
25. Пантюхин М.А., Лихачев В.П., Писарев Ю.В. Методика определения координат наземных объектов на основе обработки данных радиолокационного мониторинга. Актуальные вопросы состояния и перспектив развития сложных технических систем военного назначения: IV Всероссийская научно-практическая конференция военного учебного центра МГТУ им. Н.Э. Баумана: сборник научно-методических трудов (Москва, 24 апреля 2020 г.) / М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020. С. 388-391.
26. Ouchi K. Recent trend and advance of synthetic aperture radar with selected topics // Remote Sensing. 2013. Vol. 5, N 2. P. 716-807.
27. Pepe A., Calo F. A review of interferometric synthetic aperture radar (InSAR) multi-track approaches for the retrieval of Earth's surface displacements // Applied Sciences. 2017. Vol. 7, № 12. Paper 1264.
28. Захаров А.И. Космическая радиолокационная интерферометрическая съемка Земли и ее перспективы в рамках проекта «КОНДОР-ФКА» / А.И. Захаров, Е.А. Костюк, П.В. Денисов, Л. А. Бадак // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 1. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/jan19/2/text.pdf (дата обращения 24.09.2021).
29. Кузнецов В.А., Лихачев В.П., Унковский А.В. Алгоритм совмещения радиолокационных изображений по энтропии радиолокационных природных и антропогенных объектов в интересах двухпроходной интерферометрической радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 1. С. 104-111.
30. Коберниченко В.Г. Радиоэлектронные системы дистанционного зондирования Земли: учебное пособие / В.Г. Коберниченко. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016. 220 с.
31. Радиолокационные системы воздушной разведки, дешифрирование радиолокационных изображений. Под ред. Л. А. Школьного. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2008. 531 с.
32. Авиационные системы радиовидения: Монография / В.Н. Антипов и др.; под ред. Г.С. Кондратенкова. М.: Радиотехника, 2015. 648 с.
33. Купряшкин И.Ф. Поляриметрические и интерферометрические режимы работы РЛС с синтезированной апертурой антенны в условиях помех: Монография / Купряшкин И.Ф., Лихачев В.П., Ложкин А.Л., Семенов В В. Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА». 2015. 189 с.
34. Купряшкин И.Ф., Лихачев В.П. Космическая радиолокационная съемка земной поверхности в условиях помех: Монография. Воронеж: Научная книга. 2014. 460 с.
35. Лихачев В.П. Проблемные вопросы навигационного обеспечения двухпроходного интерферометрического радиолокатора с синтезированной апертурой антенны на БЛА / В.П. Лихачев, А.В. Унковский, А.А. Воронин, А.А. Брюховецкий // Сборник статей по материалам VII Международной НПК «Академические Жуковские чтения» (Воронеж, 20-21 ноября 2019 года). Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2019. С. 162-166.
36. Rosen P.A. Synthetic aperture radar interferometry / P.A. Rosen [et al.] // Proceedings of IEEE. 2000. Vol. 3. P. 333-381.
37. Bamler R., Hartl P. Synthetic aperture radar interferometry // Inverse Problems. 1998. Vol. 14. P. 1-54.
38. Hanssen R.F. Radar interferometry. Data Interpretation and Error Analysis. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2001. 327 p.
39. Лихачев В.П., Пантюхин М.А., Сидоренко С.В. Алгоритм морфологической обработки радиолокационных изображений и обнаружения объектов по радиолокационной тени // Вестник ВГУ, серия: системный анализ и информационные технологии, 2018. № 2. С. 149-161. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://doi.org/10.17308/sait.2018.2/1223 (дата обращения 24.09.2021).
40. Радиолокационные системы землеобзора космического базирования / В.С. Верба, Л.Б. Неронский, И.Г. Осипов, В.Э. Турук; под. ред. В.С. Вербы. М.: Радиотехника, 2010. 680 с.
41. Груздов В.В. Новые технологии дистанционного зондирования Земли из космоса: Монография / В.В. Груздов, Ю.В. Колковский, А.В. Криштопов, А.И. Кудря. М.: Техносфера, 2018. 482 с.
REFERENCES
1. The Audit of disaster risk reduction. ISSAI 5510. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://www.environmental-auditing.org/media/5767/issai-5510-e.pdf (data obrascheniya 05.10.2021).
2. Audit of disaster-related aid. ISSAI 5520. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://intosaicovid19.org/wp-content/uploads/2020/05/issai-5520.pdf (data obrascheniya 05.10.2021).
3. Abdullin R.K. Sovremennoe sostoyanie kartografirovaniya opasnyh gidrometeorologicheskih yavlenij // Geograficheskij vestnik. 2016. № 3 (38). pp. 151-160.
4. Use of Geospatial Information in Auditing Disaster Management and Disaster-related Aid. ISSAI 5540. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://intosaicovid19.org/wp-content/uploads/2020/05/issai-5540.pdf (data obrascheniya 05.10.2021).
5. Kupryashkin I.F. Malogabaritnye radiolokacionnye stancii s nepreryvnym chastotno-modulirovannym izlucheniem: Monografiya / I.F. Kupryashkin, V.P. Lihachev, L.B. Ryazancev. Moskva: Radiotehnika, 2020. 276 p.
6. Kompleksy s bespilotnymi letatel'nymi apparatami. V 2-h kn.: Kn. 1. Principy postroeniya i osobennosti primeneniya kompleksov s BLA: Monografiya / pod obschej red. V.S. Verby, B.G. Tatarskogo. M.: Radiotehnika, 2016. 512 p.
7. Kupryashkin I.F., Lihachev V.P., Ryazancev L.B. Kratkij opyt sozdaniya i pervye rezul'taty prakticheskoj s'emki poverhnosti malogabaritnoj RLS s sintezirovaniem apertury antenny s borta mul'tikoptera. Zhurnal radio'elektroniki. 2019. № 4. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://jre.cplire.ru/jre/apr19/12/text.pdf (data obrascheniya 05.10.2021).
8. Richards M.A. A beginners guide to interferometric SAR concepts and signal processing // IEEE A&E systems magazine. 2007. Vol. 22. N 9. pp. 5-29.
9. Wong C.J. Estimating Mangrove Above-Ground Biomass Loss Due to Deforestation in Malaysian Northern Borneo between 2000 and 2015 Using SRTM and Landsat Images / C.J. Wong, D. James, N.A. Besar, K.U. Kamlun, J. Tangah, S. Tsuyuki, M-H. Phua // Forests, 2020. 11 (9):1018. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://doi.org/10.3390/f11091018 (data obrascheniya 24.09.2021).
10. Paladini de Mendoza F. Circulation during Storms and Dynamics of Suspended Matter in a Sheltered Coastal Area / F. Paladini de Mendoza, S. Bonamano, R. Martellucci, C. Melchiorri, N. Consalvi, V. Piermattei, M. Marcelli // Remote Sensing, 2018. 10 (4): 602. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://doi.org/10.3390/rs10040602 (data obrascheniya 24.09.2021).
11. Stepanian P.M. Dual-polarization radar products for biological applications / P.M. Stepanian, K.G. Horton, V.M. Melnikov, D.S. Zrnic, S.A. Gauthreaux Jr. // Ecosphere: Concepts & Theory, 2016. Vol. 7 (11): e01539. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://doi.org/10.1002/ecs2.1539 (data obrascheniya 24.09.2021).
12. Wei Zhang, Wei Li, Lei Han. A Three-dimensional Convolutional-Recurrent Network for Convective Storm Nowcasting // IEEE International Conference on Big Knowledge (ICBK). Cornell Universit: NY. 2019. P. 333-340.
13. Terrett M. SARGDV: Efficient identification of groundwater-dependent vegetation using synthetic aperture radar / M. Terrett, D. Fryer, T. Doody, H. Nguyen, P. Castellazzi // IEEE Cornell Universit: NY. 2020. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://arxiv.org/abs/2009.03129 (data obrascheniya 24.09.2021).
14. Kupryashkin I.F. Mnogofunkcional'nyj malogabaritnyj bespilotnyj aviacionnyj kompleks «Flibust'er» / Lihachev V.P., Mitrofanov D.G., Ryazancev L.B., Rastrygin Yu.V. // Izvestiya Rossijskoj akademii raketnyh i artillerijskih nauk. 2018. № 4 (104). pp. 102-110.
15. Pat. 2619771 RF. Ustrojstvo formirovaniya radiolokacionnogo izobrazheniya v radiolokacionnoj stancii s sintezirovannoj aperturoj antenny / Kupryashkin I.F., Lihachev V.P., Ryazancev L.B., Yakovenkov V.V.; opubl. 18.05.2017. Byul. № 14.
16. Pat. 2632898 RF. Sposob formirovaniya radiolokacionnogo izobrazheniya v radiolokacionnoj stancii s sintezirovannoj aperturoj antenny / Kupryashkin I.F., Lihachev V.P., Ryazancev L.B., Yakovenkov V.V.; opubl. 11.10.2017. Byul. № 29.
17. Gnezdilov M.V. Algoritm formirovaniya radiolokacionnyh izobrazhenij s submetrovym razresheniem v malogabaritnyh RLS s sintezirovannoj aperturoj / M.V. Gnezdilov, I.F. Kupryashkin, V.P. Lihachev, L.B. Ryazancev // Cifrovaya obrabotka signalov. 2018. № 2. pp. 53-58.
18. Belyaev V.V. Bespilotnyj aviacionnyj kompleks kontrolya zametnosti vooruzheniya, voennoj i special'noj tehniki / V.V. Belyaev, I.F. Kupryashkin, V.P. Lihachev, L.B. Ryazancev // Innovacionnyj vestnik, 2019. № 2. pp. 35-39.
19. Korennoj A.V. Kompleksirovanie signalov v radiolokacionnyh sistemah zondirovaniya zemnoj poverhnosti / Korennoj A.V., Yaschenko E.A. // Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Seriya: Tehnika i tehnologii. 2018. T. 11. № 3. pp. 291-300.
20. Korennoj A.V. Kompleksnaya obrabotka radiolokacionnyh izobrazhenij v razlichnyh chastotnyh diapazonah / A.V. Korennoj, S.A. Lepeshkin, E.A. Yaschenko, A.A. Kozhevnikov // Radiotehnika. 2017. № 12. pp. 19-25.
21. Shree V. Exploiting Natural Language for Efficient Risk-Aware Multi-robot SaR Planning / V. Shree, B. Asfora, R. Zheng, S. Hong, J. Banfi, M. Campbell // IEEE Robotics and Automation Letters. Cornell Universit: NY. 2021. Vol. 6 (2), pp. 3152-3159.
22. Bhugeloo A., Peerbhay K., Ramdhani S. Assessing the Trade-Offs of SPOT7 Imagery for Monitoring Natural Forest Canopy Intactness // Forests. 2018. Vol. 9 (12): 781. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://doi.org/10.3390/f9120781 (data obrascheniya 24.09.2021).
23. Lihachev V.P., Ryazancev L.B., Cherednikov I.Yu. Primenenie bespilotnyh letatel'nyh apparatov dlya vedeniya takticheskoj radiolokacionnoj razvedki // Voennaya mysl'. 2016. № 3. pp. 24-28.
24. Vasil'ev V.A. Analiz vozmozhnostej kosmicheskoj razvedki po informacionnomu obespecheniyu upravleniya aviaciej pri vypolnenii ognevyh zadach / V.A. Vasil'ev, P.A. Fedyunin, M.P. Belyaev, V.A. Manin // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2021. № 17. pp. 47-56. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://www.akademiya-vvs.rf/images/docs/vks/17-2021/47-56.pdf (data obrascheniya 08.10.2021).
25. Pantyuhin M.A., Lihachev V.P., Pisarev Yu.V. Metodika opredeleniya koordinat nazemnyh ob'ektov na osnove obrabotki dannyh radiolokacionnogo monitoringa. Aktual'nye voprosy sostoyaniya i perspektiv razvitiya slozhnyh tehnicheskih sistem voennogo naznacheniya: IV Vserossijskaya nauchno-prakticheskaya konferenciya voennogo uchebnogo centra MGTU im. N.'E. Baumana: sbornik nauchno-metodicheskih trudov (Moskva, 24 aprelya 2020 g.) / M.: MGTU im. N/E. Baumana, 2020. pp. 388-391.
26. Ouchi K. Recent trend and advance of synthetic aperture radar with selected topics // Remote Sensing. 2013. Vol. 5, N 2. pp. 716-807.
27. Pepe A., Calo F. A review of interferometric synthetic aperture radar (InSAR) multi-track approaches for the retrieval of Earth's surface displacements // Applied Sciences. 2017. Vol. 7, № 12. Paper 1264.
28. Zaharov A.I. Kosmicheskaya radiolokacionnaya interferometricheskaya s'emka Zemli i ee perspektivy v ramkah proekta «KONDOR-FKA» / A.I. Zaharov, E.A. Kostyuk, P.V. Denisov, L.A. Badak // Zhurnal radio'elektroniki f elektronnyj zhurnal]. 2019. № 1. Rezhim dostupa: http://jre.cplire.ru/jre/jan19/2/text.pdf (data obrascheniya 24.09.2021).
29. Kuznecov V.A., Lihachev V.P., Unkovskij A.V. Algoritm sovmescheniya radiolokacionnyh izobrazhenij po entropii radiolokacionnyh prirodnyh i antropogennyh ob'ektov v interesah
dvuhprohodnoj interferometricheskoj radiolokacionnoj stancii s sintezirovannoj aperturoj antenny // Radiotehnika. 2021. T. 85. № 1. pp. 104-111.
30. Kobernichenko V.G. Radio'elektronnye sistemy distancionnogo zondirovaniya Zemli: uchebnoe posobie / V.G. Kobernichenko. Ekaterinburg: Izd-vo Ural. un-ta, 2016. 220 p.
31. Radiolokacionnye sistemy vozdushnoj razvedki, deshifrirovanie radiolokacionnyh izobrazhenij. Pod red. L.A. Shkol'nogo. M.: VVIA im. prof. N.E. Zhukovskogo, 2008. 531 p.
32. Aviacionnye sistemy radiovideniya: Monografiya / V.N. Antipov i dr.; pod red. G.S. Kondratenkova. M.: Radiotehnika, 2015. 648 p.
33. Kupryashkin I.F. Polyarimetricheskie i interferometricheskie rezhimy raboty RLS s sintezirovannoj aperturoj antenny v usloviyah pomeh: Monografiya / Kupryashkin I.F., Lihachev V.P., Lozhkin A.L., Semenov V.V. Voronezh: VUNC VVS «VVA». 2015. 189 p.
34. Kupryashkin I.F., Lihachev V.P. Kosmicheskaya radiolokacionnaya s'emka zemnoj poverhnosti v usloviyah pomeh: Monografiya. Voronezh: Nauchnaya kniga. 2014. 460 p.
35. Lihachev V.P. Problemnye voprosy navigacionnogo obespecheniya dvuhprohodnogo interferometricheskogo radiolokatora s sintezirovannoj aperturoj antenny na BLA / V.P. Lihachev, A.V. Unkovskij, A.A. Voronin, A.A. Bryuhoveckij // Sbornik statej po materialam VII Mezhdunarodnoj NPK «Akademicheskie Zhukovskie chteniya» (Voronezh, 20-21 noyabrya 2019 goda). Voronezh: VUNC VVS «VVA», 2019. pp. 162-166.
36. Rosen P.A. Synthetic aperture radar interferometry / P.A. Rosen [et al.] // Proceedings of IEEE. 2000. Vol. 3. pp. 333-381.
37. Bamler R., Hartl P. Synthetic aperture radar interferometry // Inverse Problems. 1998. Vol. 14. pp. 1-54.
38. Hanssen R.F. Radar interferometry. Data Interpretation and Error Analysis. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2001. 327 p.
39. Lihachev V.P., Pantyuhin M.A., Sidorenko S.V. Algoritm morfologicheskoj obrabotki radiolokacionnyh izobrazhenij i obnaruzheniya ob'ektov po radiolokacionnoj teni // Vestnik VGU, seriya: sistemnyj analiz i informacionnye tehnologii, 2018. № 2. pp. 149-161. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://doi.org/10.17308/sait.2018.2/1223 (data obrascheniya 24.09.2021).
40. Radiolokacionnye sistemy zemleobzora kosmicheskogo bazirovaniya / V.S. Verba, L B. Neronskij, I.G. Osipov, V.E. Turuk; pod. red. V.S. Verby. M.: Radiotehnika, 2010. 680 p.
41. Gruzdov V.V. Novye tehnologii distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa: Monografiya / V.V. Gruzdov, Yu.V. Kolkovskij, A.V. Krishtopov, A.I. Kudrya. M.: Tehnosfera, 2018. 482 p.
© Лихачев В.П., Лихачева О.В., Унковский А.В., 2021
Лихачев Владимир Павлович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры боевого применения средств РЭБ (с воздушно-космическими системами управления и наводящимся оружием), Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), Россия, 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54 А, lvp_home@mail.ru.
Лихачева Ольга Владимировна, Россия, 394005, г. Воронеж, ул. Владимира Невского, 31 А, olga_lihacheva@mail. ги.
Унковский Алексей Викторович, преподаватель кафедры авиационного радиоэлектронного оборудования, филиал Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Сызрань), Россия, 446007, Самарская область, г. Сызрань, ул. Маршала Жукова, 1, Alex-unuk@rambler.ru.
UDK 621.396.96 GRNTI 47.05.17
TECHNIQUE OF TWO-PASS INTERFEROMETRIC SURVEY BY SPACECRAFT AND UNMANNED AERIAL VEHICLES SYNTHETIC APERTURE RADARS
V.P. LIHACHEV, Doctor of Technical Sciences, Professor
MESC AF «N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy» (Voronezh)
O.V. LIHACHEVA
A.V. UNKOVSKIY
MESC AF «N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy» branch (Syzran)
The article substantiates the procedure for calculating the spatial, temporal and energy conditions for obtaining repeated radar images using an unmanned aerial vehicle synthetic aperture radar in the interests of more rapid formation of the Earth's surface three-dimensional radar images according to the initial conditions of primary survey by a spacecraft synthetic aperture radar. Survey parameters analytical expressions (observation angle, shooting range, synthesis time) of a repeated radar image by the synthetic aperture radar of an unmanned aerial vehicle of the same area according to the initial conditions of primary radar survey from a spacecraft are obtained. Improving the efficiency of the formation of a three-dimensional radar image and the accuracy of assessing the terrain on it is ensured. The term interferometric pseudo-altitude of the spacecraft is introduced and its expression is obtained.
Keywords: synthetic aperture radar, aerospace radar survey, unmanned aerial vehicle, two-pass interferometric survey, three-dimensional radar image.
DOI: 10.24412/2500-4352-2021-20-66-85
