CC BY
1
INFORMATION RESOURCES AND THEIR CLASSIFICATION M.A. Prokhorov
The article formulates a system-wide definition of the category "information resource " and presents conclusions from the analysis of approaches to the classification of information resources of automated systems. A mathematical model of modern information resources is proposed and an approach to their classification is substantiated. A mechanism has been developed to determine whether information resources belong to specific classes.
Key words: automated system, information resource, classification, mathematical model, metadata.
Prokhorov Mikhail Alexandrovich, candidate of technical sciences, senior researcher, [email protected], Russia, St. Petersburg, St. Petersburg Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences
УДК 629.7.018.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-8-295-296
МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ПО КООРДИНАТАМ ПУТЕВОЙ И НАКЛОННОЙ
ДАЛЬНОСТИ
А.С. Молчанов, М.А. Лозицкий
В статье рассмотрена методика проверки разрешающей способности радиолокационных систем дистанционного зондирования Земли по координатам путевой и наклонной дальности при проведении летных испытаний, отличающийся от ранее известных тем, что для определения разрешающей способности (ширины отклика на уровне половинной мощности) применяется метод аппроксимации цифровых сигналов преобразования Фурье.
Ключевые слова: разрешающая способность, метод Фурье, радиолокационное изображение, аппроксимация, уголковый отражатель, летные испытания.
Основным параметром радиолокационных систем дистанционного зондирования Земли (РЛС ДЗЗ) является разрешающая способность, характеризующая информативные свойства радиолокационного изображения (РЛИ). Проверка разрешающей способности РЛС ДЗЗ является главной задачей на этапе ее летных испытаний [1]. Проверка разрешающей способности РЛС ДЗЗ проводится методом натурных испытаний путем выполнения полетов на радиолокационную съемку в заданном диапазоне высот и скоростей полета.
Разрешающая способность радиолокатора - это минимальное расстояние между целями, при котором они могут наблюдаться раздельно, или ширина выходного сигнала в координатахX, Y.
Разрешающая способность может оцениваться двумя методами:
1) визуальным методом по минимальному расстоянию между двумя точечными объектами, при котором они наблюдаются раздельно. Объекты считаются наблюдаемыми раздельно, если их отметки на РЛИ имеют форму «земляного ореха»;
2) методом измерения ширины отклика от одиночного точечного отражателя на РЛИ (метод импульсного реагирования). Разрешающая способность определяется шириной отклика на уровне половинной мощности.
Для определения ширины откликов применяются два метода аппроксимации цифровых сигналов:
использование функции Гаусса;
метод преобразования Фурье.
Первый метод используется тогда, когда форма откликов импульсного реагирования не искажается различными дестабилизирующими факторами. Второй метод значительно сложнее и требует большого объема памяти и времени для получения результатов анализа [2].
Разрешающая способность определяется разрешением по путевой (по азимуту) AX и наклонной дальности
AY.
Разрешающая способность РЛС ДЗЗ по ширине отметки на РЛИ от одиночного точечного отражателя (импульсному реагированию) по путевой AX и наклонной дальности AY определяется по формуле:
AX = kxPx , (1)
AY = kyPy , (2)
где AX - разрешающая способность по путевой дальности (по азимуту); AY - разрешающая способность по наклонной дальности; kx, ky - коэффициенты пространственного градуирования; Px, Py - средние значения ширины откликов на уровне половинной мощности излучения РЛС ДЗЗ [3, 4].
Коэффициенты пространственного градуирования kx, ky вычисляются по формулам:
а2lx2-b2(lv cos0)
= J—-—-- , (3)
X ] a2d2-c2b2 295
а 2(ly cos ©)-с 2lx 2
"y Ч d2 2b2 x , (4)
V a a -c b
a ={xB + xqb ) (xa + x0 a) , (5)
b = {ув + Уов )-(Уа + УоA ) , (6)
c = {хд + x0д )-{xc + Х0С ) , (7)
d = (у д + Уо д )-{Ус + Уос) , (8)
где lx, ly - расстояния между диагональными уголковыми отражателями (УО) миры разрешения; (ха, уа), (хв, ув), (хс, ус), (хд, уд) - координаты пикселей РЛИ, в которых расположены максимальные отклики от максимально удаленных УО А, В, С и Д миры; (хоа, уел), (хов, уов), (хос, уос), (ход, уод) - координаты смещения максимумов аппроксимирующих функций соответствующих откликов; 0 - угол наблюдения УО. Угол наблюдения УО вычисляется по формуле:
© = arctgHD, (9)
где D - расстояние от проекции линии пути летательного аппарата (ЛА) до миры разрешения; H - высота полета ЛА.
Средние значения ширины откликов на уровне половинной мощности излучения РЛСВР (Px , Ру ) вычисляются по формулам:
— 1 n
Рх = -ЕPxi , (10)
ni=1
- 1 n
Ру = Руг (11)
П i=1 ^ '
где Рх, Ру - ширина откликов на уровне половины мощности; n - количество уголковых отражателей [6].
Ширина откликов на уровне половины мощности Рх, Ру по координатам х и у с применением аппроксимации функции Гаусса вычисляется по формулам:
Рх = 2dx[0,5ln2]0'5 = 1,177dx , (12)
Ру = 2ау [0,5ln2]0,5 = 1,177ау , (13)
где dx, ау - параметры, характеризующие ширину функции.
Ширина откликов на уровне половины мощности Рх(Ру) по координатам х(у) с применением преобразования Фурье вычисляется по формулам:
Рх +Рх + Рх , (14)
16
Р =_Xх2 -Х1 )1МХ2,у макс)-Р] , (15)
16[к(х2,у макс )-к(х4,умакс )] ' Р = (х4-х3Ш^^макс)-^ (16)
х 16[h(x3 , у макс )-h(x4, у макс )] ' где Х2, Х3 - координат^1 минимальн^гх значений элементов, для которых Ъ(Х2,умакс)>Р, Н(хз,умакс)>Р', Н(Х2,умакс) - функция преобразования Фурье; Р - уровень половинной мощности [6-7]. По аналогичным соотношениям вычисляется Ру.
Непосредственно для проведения проверки необходимо выбрать и подготовить радиолокационные миры с характеристиками, позволяющими выполнить проверку разрешающей способности, испытываемой РЛС ДЗЗ. Пример расположения УО приведен на рис. 1, 2.
Направлю не г :гетаЛА
__^ <ъ
Рис. 1. Пример схемы размещения УО
296
УО должны быть размещены таким образом, чтобы оси, проходящие через максимумы диаграммы направленности УО, были перпендикулярны траектории полета ЛА. Точность установки должна составлять ±3° по углу места и азимуту [9].
А 1
¿и
Направление полётаЛА
Рис. 2. Схема размещения УО в разрешающей мире
Проверку разрешающей способности выполняют не менее чем по 20 независимым РЛИ радиолокационной миры (или РЛИ УО при оценивании разрешающей способности по импульсному реагированию) в каждом режиме работы РЛС ДЗЗ в начале, середине и в конце диапазона высот и скоростей полета ЛА. За значение разрешающей способности принять минимальное расстояние между УО, если 50 % реализаций удовлетворяет критерию раздельного наблюдения УО. Пример РЛИ приведен на рис. 3.
Рис. 3. Пример РЛИ с расположенными на нем УО
Для получения оценки разрешающей способности по ширине отметки на РЛИ от одиночного УО необходимо:
1. Вычислить ширину откликов Рх, Ру на уровне половины мощности с использованием функции Гаусса или преобразования Фурье. Для вычисления ширины откликов Рх, Ру с использованием функции Гаусса построить двухмерную гауссовскую функцию, описывающую форму основного лепестка Н(х,у):
Н(х, у) = А ехр
(х - хо) ах
ехр
(у - Уо)2
а у
(17)
где А - амплитуда максимума функции (пика); хо, уо - координаты максимума функции Н(х,у); ах, ау - параметры, характеризующие ширину функции.
2. Для нахождения неизвестных параметров (А, хо, уо, ах, 0у,) используются пять точек РЛИ. Построение аппроксимирующей функции Гаусса по пяти точкам РЛИ проводится с помощью программно-методического комплекса обработки изображений [10], реализованного в технологической линии обработки испытательной информации. Поиск максимумов откликов от УО на РЛИ может осуществляться как вручную, так и автоматически [11-13]. Для вычисления ширины откликов Рх, Ру с применением преобразования Фурье используется следующий алгоритм:
- представляются амплитудные значения яркости РЛИ в виде квадратной матрицы размером 16x16 элементов по наклонной дальности и азимуту. Самый яркий отклик изображения уголкового отражателя занимает один из четырех центральных элементов матрицы. Элементы матрицы представляются в виде комплексных чисел, в которых мнимая часть равна нулю а(х,у) = 0, а реальная часть аг(х,у) соответствует элементам РЛИ;
- к рассмотренной выше матрице 16x16 элементов применяется двухмерное прямое преобразование Фурье. Полученная в результате прямого быстрого преобразования Фурье (БПФ) матрица комплексных чисел разбивается на четыре матрицы размером 8x8 элементов. Матрицы 8x8 комплексных чисел расставляются по углам матрицы 256x256 элементов, не занятые центральные элементы которой заполняются нулями [14]. К сформированной таким образом матрице применяют обратное двухмерное преобразование Фурье;
- интерполированные значения получают путем вычисления модуля комплексных элементов матрицы, полученной после обратного БПФ;
- после вычисления модуля определяется ширина аппроксимирующих функций на уровне половинной мощности путем линейной интерполяции полученных дискретных отсчетов. Для этого в матрице модулей находится максимальное значение функции Нмакс(х,у), выбирается строка и столбец элементов матрицы, проходящие через
Н
найденный максимум, и измеряется ширина функции по азимуту Рх и наклонной дальности Ру на уровне Р = м0.с .
л/2
Общий вид функции Н(х) приведен на рис. 4;
- строятся графики функций интерполяции отсчетов РЛИ по азимуту и наклонной дальности. Данные для графика выбираются таким образом, чтобы они проходили через отклик радиолокационного изображения с максимальной амплитудой и включали выборки РЛИ и непрерывную функцию, полученную путем линейной интерполяции аппроксимирующих отсчетов [15, 16].
Ш)
^ЛИ/С
Р
Xl
Х2
Хз
Х4
Рис. 4. Определение ширины функции на уровне половинной мощноспш в методе преобразования Фурье
Вычисляется средняя ширина откликов на уровне половины мощности Р х , Р у и рассчитываются коэффициенты пространственного градуирования Ах, ку с использованием линейных размеров расположения радиолокационной миры и координат максимумов откликов УО. Вычисляется разрешающая способность РЛС ДЗЗ на местности по путевой АХ и наклонной дальности АУ и заносится в таблицу. Аналогичные вычисления и построения графиков выполняются для всех отобранных для дешифрирования изображений радиолокационной миры [17, 18]. За окончательное значение разрешающей способности принимается среднее значение ширины отклика от всех УО по всем отобранным для дешифрирования РЛИ. Перспективным для решения таких задач является применение средств моделирования и цифровых двойников [19, 20].
Таким образом, в результате проведенных исследований проработаны способы оценивания разрешающей способности по координатам путевой и наклонной дальности, которые целесообразно использовать при проведении летных испытаний РЛС ДЗЗ.
Список литературы
1. Молчанов А.С. Теория построения иконических систем воздушной разведки. Волгоград: Панорама, 2017. 224 с.
2. Молчанов А.С., Чаусов Е.В. Теория и практика распознавания объектов бронетанковой техники при дешифрировании аэроснимков. М.: Перо, 2021. 246 с.
3. Вербицкий Г.Г., Дмитриев Д.В., Казак А.А., Левадный Ю.В. Особенности дешифрирования объектов местности на радиолокационных изображениях // Инновационная деятельность в Вооруженных Силах Российской Федерации: Труды Всеармейской научно-практической конференции. Санкт-Петербург: ВАС им. С.М. Буденного, 2016. С.65-70.
4. Молчанов А.С. Анализ построения и основные задачи систем автоматического распознавания объектов при проведении испытаний наземных комплексов обработки и дешифрирования материалов воздушной разведки // Материалы Международной научно-практической конференции «Геоинформационный сервис. Теория и практика». Выпуск № 1. 2020. С. 237-248.
5. Молчанов А.С. Информационная технология автоматизированного распознавания типовых наземных объектов воздушной разведки // Сборник материалов VIII Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве». М., 2020. С. 107-110.
6. Макаренко В.Г. Инерциально-спутниковая навигационная система управления транспортными средствами / В.Г. Макаренко, А.А. Подорожняк, С.В. Рудаков, А.В. Богомолов // Проблемы управления. 2007. № 1. С. 64-71.
7. Молчанов А.С., Коломоец В.А. Исследование зависимости вероятности распознавания от величины линейного разрешения на местности для объектов сельскохозяйственной техники системами дистанционного зондирования Земли // Информация и космос. 2023. № 4. С. 95-102.
8. Молчанов А.С., Музыря М.В., Лозицкий М.А. Анализ сенситометрической аппаратуры для испытаний аэрофотоматериалов на основе фоточувствительных приборов с переносом заряда // Приволжский научный вестник. 2012. № 11. С. 9-14.
9. Радиолокационные системы воздушной разведки, дешифрирование радиолокационных изображений / Л.А. Школьный, Е.Ф. Толстов, А.Н. Детков, О.А. Карпов, А.М. Яковлев. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2008. 531 с.
10. Чаусов Е.В., Молчанов А.С. Программно-методический комплекс обработки изображений при проведении лётных испытаний иконических оптико-электронных систем // Геодезия и картография. 2020. Т. 81. № 1. С. 26-33.
11. Воздушная разведка. Автоматизированное дешифрирование радиолокационных изображений / И.К. Антонов, А.Н. Детков, Д.А. Ницак, А.Н. Тонких, О.Е. Цветков. М.: Радиотехника, 2021. 296 с.
12. Макаренко В.Г., Богомолов А.В., Рудаков С.В., Подорожняк А.А. Технология построения инерциаль-но-спутниковой навигационной системы управления транспортными средствами с нейросетевой оптимизацией состава вектора измерений Макаренко В.Г., Богомолов А.В., Рудаков С.В., Подорожняк А.А. // Мехатроника, автоматизация, управление. 2007. № 1. С. 39-44.
13. Солдатов Е.С. Сенсорные сети контроля состояния авиационной техники при испытаниях и эксплуатации / Е.С. Солдатов, А.В. Богомолов, Е.В. Ларкин, А.С. Солдатов // Авиакосмическое приборостроение, 2024 г. № 2. С. 60-67.
14. Радиолокационная фотограмметрия / В.И. Аковецкий, Г.Н. Донсков, Ю.Н. Корнеев, Л.Б. Неронский. М.: Недра, 1979. 239 с.
15. Журкин И.Г., Корнеев Ю.Н. Измерительные свойства радиолокационных снимков // Геодезия и аэрофотосъемка, 1975. № 6. С. 93-101.
16. Ларкин Е.В. Исследование критериев соответствия потока событий пуассоновскому потоку / Е.В. Ларкин, А.В. Богомолов, Д.В. Горбачев, А.Н. Привалов // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2019. № 1 (175). С. 3-11.
17. Буренин Н.И. Радиолокационные станции с синтезированной антенной: монография. М.: Советское радио, 1972. 172 с.
18. Левадный Ю.В., Телеш В.А. Методика дешифрирования объектов местности на радиолокационных изображениях // Информация и космос. 2017. № 1. С. 160-167.
19. Балык О.А. Методологические основы применения средств моделирования в процессе разработки и сертификации беспилотных авиационных систем / О.А. Балык, С.А. Айвазян, А.В. Богомолов, А.С. Солдатов // Математические методы в технологиях и технике. 2022. № 8. С. 39-43.
20. Солдатов А.С. Технологическая платформа синтеза цифрового двойника летательного аппарата на основе технологий киберфизических систем / А.С. Солдатов, Е.С. Солдатов, А.В. Богомолов // Управление развитием крупномасштабных систем (MLSD'2023): труды Шестнадцатой международной конференции. М.: ИПУ РАН, 2023. С. 1092-1099.
Молчанов Андрей Сергеевич, д-р техн. наук, доцент, начальник отдела, [email protected], Россия, Ахтубинск, Войсковая часть 15650,
Лозицкий Максим Александрович, начальник отделения, [email protected], Россия, Ахтубинск, Войсковая часть 15650
METHODOLOGY FOR CHECKING THE RESOLUTION RADAR SYSTEMS FOR REMOTE SENSING OF THE EARTH BY THE COORDINATES OF THE TRACK AND INCLINED RANGE
A.S. Molchanov, M.A. Lozitsky
The article considers a method for verifying the resolution of radar systems for remote sensing of the Earth by the coordinates of the track and inclined range during flight tests, which differs from the previously known ones in that the method of approximation of digital Fourier transform signals is used to determine the resolution (response width at the level of ground power).
Key words: resolution, Fourier method, radio location image, approximation, angle reflector, flight tests.
Molchanov Andrey Sergeevich, doctor of technical sciences, docent, head of department, andryoe@yandex. ru, Russia, Akhtubinsk, Military unit 15650,
Lozitsky Maksim Aleksandrovich, head of department, merdmax@list. ru, Russia, Akhtubinsk, Military unit 15650
