Однопроходный бортовой интерферометрический радиолокатор с синтезированной апертурой антенны переднебокового обзора для оценки рельефа подстилающей поверхности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.14, кандидат наук Шимкин Павел Евгеньевич

• Шимкин Павел Евгеньевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Шимкин Павел Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗВИТИЯ

ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИХ РАДИОЛОКАТОРОВ С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ АНТЕННЫ

1.1. Обзор интерферометрических методов

1.2. Поперечная интерферометрия

1.2.1. Интерферометрический метод оценки рельефа местности

1.2.2. Основные этапы обработки информации в интерферометрических радиолокаторах с синтезированной апертурой антенны

1.2.3. Информационный продукт интерферометрических радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны

1.3. Дифференциальная интерферометрия

1.4. Продольная интерферометрия

1.5. Существующие интерферометрические системы

1.5.1. Авиационные системы

1.5.2. Космические системы

1.6. Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ, АНАЛИЗ И СРАВНЕНИЕ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОПРОХОДНОГО ОДНОПОЗИЦИОННОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОГО РАДИОЛОКАТОРА С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ АНТЕННЫ ПЕРЕДНЕБОКОВОГО ОБЗОРА

2.1. Геометрия наблюдения

2.2. Составляющие ошибок при измерении рельефа

2.3. Коэффициент корреляции

2.3.1. Пространственная декорреляция

2.3.2. Шумовая декорреляция

Стр.

2.3.3. Разноракурсная декорреляция

2.4. Оптимальный размер базы интерферометра

2.5. Сравнение по точностным характеристикам

2.6. Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИХ РАДИОЛОКАТОРАХ С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ АНТЕННЫ

3.1. Структура имитационных моделей интерферометрических радиолокаторов

с синтезированной апертурой антенны

3.2. Формирование радиолокационного изображения в радиолокаторах с синтезированной апертурой антенны при переднебоковом телескопическом обзоре

3.2.1. Краткий обзор алгоритмов формирования радиолокационного изображения

3.2.2. Сигнальная модель

3.2.3. Алгоритм обратного проецирования

3.3. Параметры цифровой модели рельефа

3.4. Параметры интерферометрического радиолокатора с синтезированной апертурой антенны

3.5. Моделирование траекторного сигнала, его обработка и формирование радиолокационного изображения

3.6. Вычисление интерферометрической разности фаз, фильтрация и масштабирование

3.7. Выводы по третьей главе

Стр.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОТРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ОДНОПРОХОДНОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОГО РАДИОЛОКАТОРА С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ АНТЕННЫ ПЕРЕДНЕБОКОВОГО

ОБЗОРА

4.1. Описание эксперимента

4.2. Структура обработки экспериментальных радиоголограмм

4.2.1. Считывание регистрационных данных

4.2.2 Согласованная фильтрация по дальности

4.2.3. Автофокусировка

4.2.4. Формирование пары радиолокационных изображений

4.2.5. Согласованная фильтрация по азимуту

4.2.6. Вычисление интерферометрической разности фаз, фильтрация и масштабирование

4.3. Исследование коэффициента корреляции

4.4. Исследование точности оценки рельефа

4.5. Сравнение с достоверными топографическими данными

4.6. Выводы по четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Однопроходный бортовой интерферометрический радиолокатор с синтезированной апертурой антенны переднебокового обзора для оценки рельефа подстилающей поверхности»

Актуальность темы исследования

Предпосылкой активного развития за последние десятилетия радиолокационного дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) является серьезный скачок в теории и технике построения радиолокационных систем (РЛС) ДЗЗ, в частности, радиолокаторов с синтезируемой апертурой антенны (РСА), устанавливаемых на борт беспилотных, авиационных или космических носителей. Это привело к тому, что современные РСА позволяют формировать радиолокационные изображения (РЛИ) исследуемого региона подстилающей поверхности (ПП) Земли с разрешающей способностью порядка единиц метров и выше, близкие по качеству к оптическим изображениям независимо от состояния атмосферы и времени суток. Однако, использование РСА в привычном виде дает возможность получать только двумерные распределения интенсивности отраженного сигнала, изучать структуру ПП и отражательные свойства исследуемого региона. В связи с этим, дальнейшее повышение геоинформативности авиационных и космических средств ДЗЗ можно связать с развитием теории и техники радиолокационной интерферометрии. Первостепенно, она позволяет решить задачу формирования трехмерного картографирования и получения высокоточных топографических карт и цифровых моделей рельефа (ЦМР) поверхности Земли. Кроме того, использование интерферометрии дает ряд дополнительных возможностей получения информации по сравнению с обычными методами анализа амплитудного РЛИ, таких как определение сдвигов, уклонов земной поверхности, т.е. обнаружение изменений поверхности за время между сеансами наблюдения, мониторинг приграничных территорий, селекцию движущихся целей и др. Следует отметить, что немаловажным фактором является оперативность получаемой интерферометрической информации и последующее ее применение для решения вышеперечисленных задач.

Таким образом, важнейшей актуальной научной задачей на современном этапе развития средств ДЗЗ, является круглогодичное и круглосуточное, при любых метеоусловиях, на больших расстояниях, с высокой точностью и разрешающей способностью оперативное получение трехмерных изображений поверхности Земли с формированием ЦМР и топографических карт.

Степень разработанности проблемы

Фундаментальные исследования, развитие теории и методов обработки интерферометрических данных, разработку принципов построения авиационных и космических комплексов РСА, методов и алгоритмов обработки многомерных сигналов при решении задач оперативного получения детального рельефа местности, оценивания состояния земной и морской поверхностей развивали такие известные ученые как Л.Б. Неронский, А.И. Захаров, А.И. Баскаков, М.И. Бабокин, H.A. Zebker, S.N. Madsen, R.M. Goldshtein, M.A. Richards C. V. Jakowatz, W. G. Carrara, W. G. Goodman и др. Результатом их исследований явились такие разработки интерферометрических комплексов как космические RADARSAT-1/2 (Канада), ERS-1/2 (Европа), SRTM (США), ENVISAT ASAR (Европа), ALOS PALSAR (Япония), TerraSAR-X и Tandem-X (Германия), «Кондор-Э» (Россия) и авиационные CCRS C-SAR (США), IFSAR/STAR3Í (США), RTV (США), GeoSAR (США).

На сегодняшний день, идеология построения интерферометрических РСА (ИРСА) комплексов с борта одного носителя РСА базируется на реализации одного из двух способов сбора данных об исследуемом регионе для интерферометрической обработки: использование комплекса с «мягкой» базой или с «жесткой базой». Построение комплекса с «жесткой» базой физически предполагает наличие двух разнесенных на антенную базу приемных апертур, на каждой из которых имеется независимый когерентный приемник, но при этом одна из антенн работает на излучение и прием. Соответственно, для получения пары комплексных РЛИ необходимо один раз пролететь над поверхностью и собрать данные с каждого из приемников РЛС. При использовании комплекса с «мягкой»

базой необходимо использовать один носитель РСА с одной антенной системой, но формирование двух РЛИ потребует повторного пролета над исследуемой поверхностью. При этом пути пролета жестко контролируются для сохранения требуемой базы и во избежание сильной декорреляции радиоизображений. Преимущества ИРСА с «жесткой» базой - относительная простота компенсации движения и высокая стабильность базы, в связи с жестко закрепленными антеннами, а также отсутствие временной декорелляции между снимками. Недостатками являются цена и сложность такой системы, а также обычно недостаточный размер базы. Соответственно, главным преимуществом «мягкой» базы является наличие всего одного приемопередатчика (антенны) на борту носителя, что значительно снижает стоимость и сложность. Однако, при этом появляются такие существенные недостатки, как сложность контроля размера базы, связанная с высокоточным выходом носителя на второй проход, и временная декорреляция, вызванная тем, что проходы могут происходить через значительный промежуток времени, в условиях которого возможны даже не столько значительные изменения рельефа местности, сколько изменения в мелкоструктурных характеристиках поверхности, которые приведут к появлению интенсивных разностно-фазовых шумов, маскирующих рельеф подстилающей поверхности. Например, растаявший лед, выпавшие снег или дождь. «Мягкая» база в основном нашла применение в космических системах. Здесь, кроме вышеуказанных недостатков, проявляется также низкая оперативность получения информации. Возможность получения необходимых достаточно больших размеров базы позволяет надеяться на более высокие точностные характеристики, чем при реализации «жесткой» базы, имеющей конструктивные ограничения.

В связи с этим, перспективным является направление исследований и предложение новых способов радиолокационного интерферометрического зондирования в задачах получения высокоточных трехмерных изображений ПП, лишенных вышеуказанных недостатков. Одним из таких способов является

однопроходный ИРСА с одной антенной, работающий в режиме скошенного переднебокового обзора.

Цель диссертации

Целью диссертационной работы является исследование способа радиолокационного интерферометрического зондирования с помощью однопроходного однопозиционного ИРСА авиационного базирования при решении задач оперативного оценивания рельефа ПП.

Задачи, требующие исследования

Для достижения поставленной в данной диссертационной работе цели необходимо решить следующие задачи:

1. Анализ и обоснование требований к перспективным радиолокационным комплексам, предназначенным для получения детальных трехмерных изображений и высокоточного формирования рельефа земной поверхности, использующие сложные зондирующие сигналы с целью реализации высокого пространственного разрешения получаемых карт рельефа.

2. Исследование потенциальных точностных характеристик однопроходного однопозиционного ИРСА переднебокового обзора и проведение его сравнительного анализа с наиболее близким аналогом организации ИРСА на борту одного носителя.

3. Разработка математических моделей отраженных сигналов и структуры радиолокационных комплексов с синтезированной апертурой антенны, с учетом априорной неопределенности местного рельефа.

4. Реализация алгоритмов обработки сигналов в современных программных пакетах для имитационного моделирования алгоритмов работы комплексов ИРСА с демонстрацией возможностей моделируемых систем.

5. Экспериментальная проверка и отладка алгоритмов интерферометрической обработки радиоголограмм, записанных на борту авиационного носителя предлагаемой схемы организации ИРСА в ходе испытательных полетов.

Научная новизна результатов исследований, полученных лично автором:

1. Предложен эффективный способ измерения рельефа ПП, реализованный на примере однопозиционного интерферометрического комплекса авиационного базирования, с обоснованием выбора размера базы интерферометра, оптимального по критерию минимума дисперсии ошибки оцениваемого рельефа ПП.

2. Рассчитаны и проанализированы потенциальные точностные характеристики ИРСА и впервые проведено сравнение по точности измерений рельефа ПП однопроходным однопозиционным ИРСА переднебокового обзора с близким по идеологии построения авиационным однопозиционным ИРСА с «мягкой» базой.

3. Разработана оригинальная имитационная модель бортового однопроходного ИРСА переднебокового обзора, ориентированная на проверку возможности его использования в качестве перспективного инструмента ДЗЗ в задачах оперативного измерения рельефа ПП.

4. Разработано и экспериментально проверено специализированное программное обеспечение (ПО), предназначенное для проверки и отладки алгоритмов интерферометрической обработки реальных радиоголограмм, полученных в ходе экспериментальных полетов с бортовым ИРСА переднебокового обзора.

Практическая значимость заключается в следующем:

1. Использование однопроходного ИРСА переднебокового обзора дает возможность оперативного получения информации на борту одного носителя с одним РСА без необходимости во второй приемной антенне и практически одновременного с РЛИ получение ЦМР ПП, с требованием частичной модификации бортового ПО цифровой обработки сигналов и контроля за зоной обзора без доработки аппаратной части.

2. Разработанная программно-алгоритмическая реализация расчета и анализа потенциальных точностных характеристик ИРСА комплексов позволяет выбрать наиболее выгодный режим зондирования с точки зрения минимизации

погрешности оценки рельефа ПП. Потенциальные значения точности измерений рельефа ПП с помощью однопроходного ИРСА переднебокового обзора сопоставимы с потенциальными точностными характеристиками близкого к нему аналога при прочих равных условиях.

3. Сформированные принципы построения структуры имитационного компьютерного моделирования интерферометрических РСА и разработанная программа в современном программно-математическом пакете MATLAB, позволяют гибко анализировать работу моделируемых ИРСА комплексов в широком диапазоне вариаций условий наблюдения, характеристик ЦМР и параметров ИРСА.

4. Разработанное прикладное ПО позволяет оперативно обрабатывать экспериментальные радиоголограммы и в результате получать двухмерные и трехмерные РЛИ исследуемого региона, а дополнительный режим статистической обработки дает возможность оптимизации размера базы ИРСА и извлечения информации о реальной точности измерения рельефа путем исследования коэффициента корреляции пар РЛИ и визуального и инструментального сравнения с данными из Google Earth.

Методы исследования

При решении поставленных в работе задач использованы методы современной статистической радиолокации, теории оптимальной фильтрации, цифровой обработки сигналов, имитационного компьютерного моделирования и программирования в пакете прикладных программ MATLAB. Проведение экспериментального исследования осуществлено по реальным радиоголограммам, записанным в ходе испытательных полетов авиационного РСА.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Эффективный способ организации ИРСА переднебокового обзора авиационного базирования с размером базы интерферометра, оптимальным по критерию минимума дисперсии ошибки оцениваемого рельефа ПП, позволяет

оперативно получить информацию о рельефе ПП за один проход носителя РСА без необходимости в дополнительной приемной антенне.

2. Расчет, анализ потенциальных точностных характеристик бортового однопроходного ИРСА переднебокового обзора и их сравнение с потенциальными точностными характеристиками бортового двухпроходного ИРСА бокового обзора с «мягкой» базой показывают сопоставимый порядок точности измерений при прочих равных условиях.

3. Имитационные компьютерные модели интерферометрических РЛС, реализованные в современном программно-математическом пакете MATLAB, позволяют гибко анализировать работу моделируемых ИРСА комплексов в широком диапазоне вариаций условий наблюдения, характеристик ЦМР и параметров ИРСА, и подтверждают возможность использования однопроходного ИРСА переднебокового обзора в качестве перспективного инструмента при решении задач оперативного измерения рельефа ПП.

4. Экспериментальная отработка алгоритмов интерферометрической обработки сигналов по реальным радиоголограммам, записанным в ходе испытательных полетов однопроходного однопозиционного ИРСА авиационного базирования подтверждает его работоспособность и эффективность, а результаты измерений рельефа ПП дают близкое совпадение характерных точек рельефа ПП с достоверными топографическими данными.

Степень достоверности научных результатов

Достоверность научных результатов достигается благодаря строгому следованию известным положениям теории радиолокации, цифровой обработки сигналов, а также результатами имитационного компьютерного моделирования, подтверждающими основные теоретические положения диссертационной работы, сходимостью экспериментальных результатов оценки рельефа ПП исследуемым ИРСА с достоверными топографическими данными из Google Earth, апробацией основных результатов диссертационной работы на научно-технических-конференциях и публикациями автора, одобренными научной общественностью.

Практическая направленность

Результаты исследований использованы при выполнении НИР на кафедре радиотехнических приборов и антенных систем ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»:

1. НИР в рамках выполнения Государственного задания в сфере научной деятельности в проектной части №8.152.2014/К Минобрнауки «Исследование радиолокационного трехмерного картографирования поверхности Земли с аэрокосмических аппаратов и наземными сканирующими РЛС».

2. НИР в рамках выполнения гранта РФФИ № 13-08-97538 «Новые методы и алгоритмы высокоточного дистанционного зондирования и мониторинга протяженных объектов для повышения эффективности разработки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых и предотвращения катастроф техногенного характера».

Использование результатов исследования подтверждено актом, полученным в ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ».

Апробация результатов диссертационной работы

Результаты исследований докладывались и обсуждались на 12-ой международной научно-технической конференции «Авиация и космонавтика». М: НИУ МАИ, 2013; 20-ой, 21-ой и 22-ой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиотехника, электроника и энергетика». М: НИУ МЭИ, 2014 - 2016; международном научно-техническом семинаре «Методы и алгоритмы обработки квазидетерминированных и стохастических сигналов и изображений в условиях различной априорной неопределенности». М: НИУ МЭИ, 2014; 8-ой всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь». М: ИРЭ РАН, 2014; 7-ой всероссийской научной конференции «Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред». Муром, Владимирская область, 2016.

Публикации

Основные результаты диссертационной работы изложены в 14 научных работах общим объемом 2,26 п.л., среди которых 5 статей, все в научно-

технических журналах, входящих в перечень ВАК РФ, в том числе 1 статья, индексируемая Web of Science и Scopus; 1 патент РФ на изобретение, 2 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ, а также в материалах 6 научно-технических конференций. Материалы диссертации отражены в 2 научно-технических отчетах по НИР.

Структура и объем диссертации

По своей структуре диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 136 наименований. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 76 рисунков и 6 таблиц.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗВИТИЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИХ РАДИОЛОКАТОРОВ С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ АНТЕННЫ

1.1. Обзор интерферометрических методов

Анализ существующей литературы показал, что наиболее информативными материалами по теме исследований являются [1-3]. Впервые опубликованные фундаментальные геометрические соотношения для интерферометрических радиолокаторов с синтезируемой апертурой антенны (ИРСА, англ. Interferometric Synthetic Aperture Radar - InSAR) хорошо описаны в известных работах H. A. Zebker и S. N. Madsen [4]. Подробными учебниками по разработке ИРСА с борта авиационных носителей, являются работы [5] и [6]. Перспективы использования ИРСА космического базирования приведены в [7]. Источники [8-11] описывают теорию систем космического базирования, а также применение космических ИРСА. Первые попытки по созданию интерферометрических РЛС и использованию получаемых с их помощью когерентных комплексных изображений приведены в [12-17]. Первый патент по теме ИРСА зарегистрирован в США в 1971 году [18], но, в связи с высокой степенью секретности, опубликован только в 1982 [4]. Наиболее информативными российскими научными источниками, включающими информацию по данному направлению, являются [19-29].

На сегодняшний день, радиолокационная интерферометрия с использованием ИРСА представляет собой семейство методов, основанных на анализе разности фаз между двумя и более комплексными (включающими в себя амплитудную и фазовую информацию) радиолокационными изображениями (РЛИ), с целью извлечения дополнительной информации, помимо отражающей способности, об области пространства, исследуемой при радиолокационной съемке. В зависимости от решаемой задачи, этой информацией может служить локальное возвышение объектов над некоторым отсчетным уровнем или рельеф

поверхности, изменение высотного профиля с течением времени или вследствие природных явлений, информация о наличии скоростных движущихся объектов на радиолокационном снимке, или, другими словами, селекция движущихся целей, изменение в отражающей способности исследуемого региона.

По своей сути, техника ИРСА является одним из методов когерентной обработки РСА изображений. Основанием служит использование нескольких комплексных РЛИ, полученных с различных положений и/или различного времени с целью формирования нового информационного продукта. Пространственное расстояние между точками наблюдения обычно составляет пространственную базу интерферометра, в то время как разница во временных моментах наблюдения составляет временную базу. Пространственная база в свою очередь подразделяется на продольную, коллинеарную вектору скорости носителя РСА, и поперечную, ортогональную вектору скорости. Техника ИРСА, использующая только поперечную базу составляет первый тип интерферометрии - поперечная интерферометрия или интерферометрия с поперечной базой (cross-track InSAR -CT-InSAR) [8, 9, 30], решающая задачу оценки высотного профиля и создания карты высот рельефа. Частным случаем данного типа является дифференциальная интерферометрия (differential InSAR - D-InSAR) [11, 31], служащая для отображения сдвигов и обнаружения изменений земной поверхности, использующая пару изображений одного и того же района исследуемой поверхности, полученные в различные моменты времени. Вторым типом является вдольтрассовая интерферометрия или интерферометрия с продольной базой (along-track InSAR - AT-InSAR, ATI) [32, 33], использующая продольную базу интерферометра с целью измерения изменяющихся во времени элементов в кадре получаемого РЛИ, таких как отображение волнения морской поверхности (течений), движение ледников и обнаружение движущихся наземных целей.

Отдельно следует выделить практические методы поляриметрической и многочастотной интерферометрии, использующие возможность съемки поверхности одновременно в нескольких частотных и поляризационных каналах,

позволяющие путем совместной многоканальной поляризационной и многочастотной обработки повысить отношение сигнал/шум на интерферограмме и улучшить результаты на этапе раскрытия фазовой неоднозначности. Кроме того, попиксельная корреляционная обработка РЛИ дает возможность выявлять изменения за период между съемками, связанные в том числе и с изменением отражательной способности, что позволяет проводить классификацию типов отражающих поверхностей.

1.2. Поперечная интерферометрия

Начиная с появления первой концепции ИРСА в 1974 году [14], техника ИРСА чаще всего реализуется в виде поперечной интерферометрической съемки, и используется для создания высококачественных топографических карт рельефа поверхности Земли, называемых цифровыми моделями местности (ЦММ) (digital terrain model - DTM) или цифровыми моделями рельефа (ЦМР) (digital evaluation model - DEM).

Для вывода основных соотношений при оценке рельефа с помощью ИРСА, рассмотрим одну из наиболее часто используемых схем построения ИРСА -двухпроходная интерферометрическая съемка на примере авиационного носителя РСА и приведем подробную схему и алгоритмическое описание его работы.

1.2.1. Интерферометрический метод оценки рельефа местности

Геометрия наблюдения за поверхностью в случае построения классического двухпроходного ИРСА изображена на Рисунке 1.1, который поясняет принцип работы ИРСА на примере одиночной точечной цели , имеющей координаты

(хг,y,z). Для простоты рассмотрим строго боковой обзор. Наблюдение за

исследуемой поверхностью происходит с помощью одного носителя РСА, но за два прохода, так называемый режим «мягкой базы». В двух проходах носитель РСА движется вдоль координаты Х с постоянной скоростью V, формируя синтезированную апертуру размером L, но с различными положениями по высоте

и направлению поперечному движению. На Рисунке 1.1 это проявляется в наличии сдвигов во втором проходе АН и А Y. В результате образуется интерферометрическая пара антенн, разделенных базой интерферометра В. Следует отметить, что в общем случае наличие сдвигов АН и АY приводит к наклону базы к горизонтали, обозначим этот угол а. В большинстве случаев а

принимает значения 0 - строго горизонтальное смещение и — - строго

вертикальное смещение.

Н + АН

Рисунок 1.1. Геометрия визирования двухпроходного авиационного ИРСА

Фаза пикселя или элемента разрешения на РСА изображении от одиночной точечной цели может быть представлена выражением (1.1):

4жR

Ф = Фо + Фs + ФR = Фо + Фs +

Я

(1.1)

где R - расстояние до элемента на поверхности; фа - фаза, вносимая процессором согласованной фильтрации; ф5 - вклад в результате рассеивания от цели; фЯ = ~~~

- фазовый сдвиг до центра пикселя, как результат двойного распространения [6, 34].

Обозначим ф1 и ф2, как фазы пикселей РЛИ, полученного от одиночной цели < (xi,у, zi) (Рисунок 1.1) при двух проходах носителя соответственно. Предполагая, что фС1 « фс 2 и ф31 « ф5 2, можем записать интерферометрическую разность фаз (ИРФ) (1.2):

4ж 4ж

ф - ф - ф2 = Т(Я - R2 ) = у А, (1.2)

где А = Я1 - Я2 - разность хода.

Выражение (1.2) применимо тогда, когда РСА полностью разделены, т.е. каждый из них имеет свой собственный передатчик и приемник. В общем же случае используют формулу (1.3):

ф - ф - ф2 = ^(Я - R2 ) , (1.3)

где р = 2 в случае двух передатчиков (режим «мягкая» база); р = 1 - в случае одного передатчика (режим «жесткая» база).

Исходя из геометрических соотношений, высота элемента может быть найдена с помощью (1.4):

г, = Н - Rcosб1. (1.4)

с ^ ^

ж

2

ж

Обозначив угол [ = ж ---со - б1 = —ъ со-б1 и, применив теорему

V ^ У

2

косинусов, получим (1.5 - 1.6):

R22 = R2 + B2 - 2BR1 cos¡3 ^ (R1 - A)2 = R2 + B2 - 2BR1 cos¡3, (1.5)

„ R2 + B2-(R-A)2

cos ¡3 = —-^-(1.6)

2BR1

С другой стороны (1.6) можно переписать как (1.7):

С <тт Л

ж

cos Р = cos--V (0-в1 = sin (в1 - со).

V2 )

(1.7)

Тогда:

cos01 = cos [( + (в1 - ()] = cosacos (в1 - ()- sin(sin (в1 - ()

соя с

1

V

R2 + B2 -(R1 -А) 2 BR

2 Л

sin(

У

R12 + B2 - (R1 - А) 2 BR

2

(1.8)

Где А = -^ф

4ж'12' В' В

Здесь же следует выделить параллельную (1.9) и ортогональную (1.10) проекции базы интерферометра В:

А7 . АН cos( =-; sin(

B,

sin (в1 - () = — ^ By = B sin (в1 - ()

B

B

cos(в1 - () = — ^ BL = Bcos(в - ()

B

(1.9)

(1.10)

Подставив (1.8) в (1.4) окончательно получим точную связь между параметрами интерферометрической съемки, рабочей длиной волны Я и разностью фаз Ф12 (1.11):

z = Н - R1 cos (

- R1 sin (

R2 + B2 - R-^12

1 V 1 4ж 2 BR1

,2\

(111)

V У

В практических приложениях и для анализа (1.11) обычно пользуются упрощением о том, что направляющие Я1 и Я2 на цель практически параллельны,

2

в связи с тем, что R1 и R2 » B . Тогда, можно записать следующие аппроксимации (1.12 - 1.14):

R2 * R - Bsin(в1 - со), (1.12)

Л = R - R2 * Bsin(0 - со), (1.13)

Ф12 * sin(01 - с). (1.14)

Отношение между изменением высоты цели z относительно изменения ф12 можно найти, взяв производные (1.15 - 1.17):

dф12 dф12 d61

dz dQ1 dz

(1.15)

d-Q = ^Bcos(Qi - o), (1.16)

dQ1 _ 1

dz Я sinQ1

Таким образом (1.18):

d^12 2^pBcos(Q1 - o)

(1.17)

dz sinQ1

(118)

откуда следует (1.19)

, XR sinQ1

dz -Б-TTT-\ d^12 = aFd^ (1.19)

2жрБcos(Q1 - o) v 7

где aF - масштабирующий коэффициент ИРФ (в зарубежной литературе -

interferometric scale factor). Т.к. ортогональная проекция базы равна (1.10)

BL= B cos(Q1 - o), то масштабирующий коэффициент запишется следующим

образом (1.20):

XR sinQ

aiF = l^B ■ ^

Выражение (1.20) говорит о том, что изменение высоты по отношению к нулевой высоте опорной плоскости может быть оценено путем умножения

измеренного изменения ИРФ относительно ИРФ нулевой высоты и масштабирующего коэффициента. Для того, чтобы воспользоваться этой связью, сначала необходимо вычислить ИРФ нулевой высоты или плоской поверхности. Воспользуемся (1.14). Тогда для плоской поверхности (1.21):

2л рВ

2л рВ

Ф12 (У sin [01 (у)- ю] =—-— sin

X

2л рВ . -Sin

X

X

arcsin

с \

у - ю

и н2 + у2)

arcsin

V1+(н''у )2

- ю

(1.21)

= Фп (X У)

где фр2 - ИРФ плоской поверхности Земли.

Если учесть, что dф12 есть разность между получаемой ИРФ и ИРФ плоской поверхности, тогда dz будет разницей между нулевой высотой и фактической высотой цели, т.е. z. Поэтому высота цели с координатами (х,у) может быть оценена с помощью (1.22):

г (x, у)« а1Р [ф12 (x, у)- фР (x, у)] . (1.22)

1

1.2.2. Основные этапы обработки информации в интерферометрических радиолокаторах с синтезированной апертурой антенны

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шимкин Павел Евгеньевич, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Richards M.A. A beginners guide to interferometric SAR concepts and signal processing // IEEE A&E systems magazine. Part 3: Tutorials - Richards. 2006. Vol. 21, N 6. P. 5-29.

2. Ouchi K. Recent trend and advance of synthetic aperture radar with selected topics // Remote Sensing. 2013. Vol. 5, N 2. P. 716-807.

3. 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, N 12. Paper 1264.

4. Madsen S.N., Zebker H.A. Imaging radar interferometry. Principles & Applications of Imaging Radar - Manual of Remote Sensing. Vol. 2. New York: Wiley, 1998. 866 p.

5. Spotlight Mode Synthetic Aperture Radar / C.V. Jakowatz [et al.]. Boston: Kluwer Academic Publishers, 1996. 430 p.

6. Carrara W.G., Goodman R.S., Majewski R.M. Spotlight Synthetic Aperture Radar. Norwood, MA: Artech House, 1995. 554 p.

7. Franceschetti G., Lanari R. Synthetic Aperture Radar Processing. New York: CRC Press, 1999. 324 p.

8. Synthetic aperture radar interferometry / Rosen P.A. [et al.] // Proceedings of IEEE. 2000. Vol. 3. P. 333-381.

9. Bamler R., Hartl P. Synthetic aperture radar interferometry // Inverse Problems. 1998. Vol. 14. P. 1-54.

10. Gens R., Vangenderen J.L. SAR interferometry-Issues, techniques, applications // International Journal of Remote Sensing. 1996. Vol. 10. P. 1803-1835.

11. Massonnet D., Feigl K.L. Radar interferometry and its application to changes in the earth's surface // Review of Geophysics. 1998. Vol. 4. P. 441-500.

12. Rogers A.E.E., Ingalls R.P. Venus: Mapping the surface reflectivity by radar interferometry // Science. 1969. Vol. 165. P. 797-799.

13. Zisk S.H. A new Earth-based radar technique for the measurement of lunar topography // Moon. 1972. Vol. 4. P. 296-300.

14. Graham L.C. Synthetic interferometric radar for topographic mapping // Proceedings of IEEE. 1974. Vol. 62. P. 763-768.

15. Zebker H. A., Goldstein R.M. Topographic mapping from interferometric SAR observations // Journal of Geophysical Research. 1986. Vol. 91. P. 4993-4999.

16. Goldstein R.M., Zebker H. A., Werner C.L. Satellite radar interferometry: Two-dimensional phase unwrapping // Radio Science. 1988. 23. Vol. 4. P. 713-720.

17. Li F., Goldstein M. Studies of multibaseline spaceborne interferometric synthetic aperture radars // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1990. Vol. 28. P. 88-97.

18. Three dimensional, azimuth-correcting mapping radar: patent No 4321601 U.S.A.: Richman D.U. 23.03.1982.

19. Радиолокационные системы землеобзора космического базирования / В.С. Верба [и др.]; под общей редакцией Вербы В.С. М.: Радиотехника, 2010. 680 с.

20. Радиолокационные системы воздушной разведки, дешифрование радиолокационных изображений / Л.А. Школьный [и др.]; Под ред. Л.А. Школьного. М.: Изд-во ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2008. 531 с.

21. Баскаков А.И. Точностные характеристики космического радиотехнического комплекса дистанционного зондирования для восстановления рельефа поверхности Земли: дис. ... д-ра тех. наук. М., 1997. 461 с.

22. Бабокин М.И. Авиационные и космические комплексы дистанционного зондирования Земли с интерферометрической обработкой многомерных сигналов: дис. ... д-ра тех. наук. М., 2010. 335 с.

23. Захарова Л.Н. Методы радиолокационной интерферометрии в исследовании характеристик земных покровов: дис. ... канд. физ.-мат. наук. М., 2011. 213 с.

24. Захаров А.И. Методы дистанционного зондирования Земли радарами с синтезируемой апертурой: дис. ... д-ра физ.-мат. наук. М., 2012. 370 с.

25. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли. Учебное пособие для вузов. Радиовидение; под. ред. Г.С. Кондратенкова. М.: Радиотехника, 2005. 368 с.

26. Баскаков А.И., Жутяева Т.С., Лукашенко Ю.И. Локационные методы исследования объектов и сред. Учебник для студентов высших учебных заведений; под редакцией А.И. Баскакова. М.: Издательский центр «Академия», 2011. 384 с.

27. Елизаветин И.В., Шувалов Р.И., Буш В.А. Принципы радиолокационной съемки для целей формирования цифровой модели местности // Геодезия и картография. 2009. № 1. С. 39-45.

28. Бабокин М.И. Алгоритмы оценки относительного рельефа местности в многопозиционных комплексах РСА // Радиотехника. 2009. № 7. С. 65-72.

29. Волосюк В.К., Кравченко В.Ф. Статистическая теория радиотехнических систем дистанционного зондирования и радиолокации; под редакцией проф. В.Ф. Кравченко. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 704 с.

30. Rodriguez E., Martin J.M. Theory and design of interferometric synthetic aperture radars // IEEE Proceedings. 1992. Vol. 13, N 2. P. 147-159.

31. Gabriel A.K., Goldstein R.M., Zebker H.A. Mapping small elevation changes over large areas: Differential radar interferometry // Journal of Geophysics. 1989. Vol. 94. P. 9183-9191.

32. Goldstein R.M., Zebker H.A. Interferometric radar measurements of ocean surface currents // Nature. 1987. Vol. 328. P. 707-709.

33. Sea surface velocity vector retrieval using dual-beam interferometry: First demonstration / J.V.Toporkov [et al.] // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2005. Vol. 43. P. 2494-2502.

34. Mercer J.B., Fritsch D., Hobbie D. SAR technologies for topographic mapping // Photogrammetric Week. 1995. P. 117-126.

35. Soumekh M. Synthetic aperture radar signal processing with MATLAB algorithms. New York: Wiley, 1999. 616 p.

36. Cumming I.G., Wong F.H. Digital processing of synthetic aperture radar data: algorithms and implementation. Artech House, 2005. 660 p.

37. Sullivan R.J. Microwave radar: imaging and advanced. Boston: Artech House, 2000. 496 p.

38. Rihaczek A.W., Hershkowitz S.J. Radar resolution and complex-image analysis. Artech House Publishers, 1996. 544 p.

39. Hein A. Processing of SAR data: fundamentals, signal processing, interferometry. Springer, 2004. 291 p.

40. Richards M.A., Scheer J.A., Holm W.A. Principles of modern radar: basic principles. NC: SciTech Publishing, Raleigh, 2010. 960 p.

41. Richards M.A. Fundamentals of radar signal processing. New York: McGraw-Hill, 2005. 513 p.

42. Leberl F.W. Radargrammetric Image Processing. Norwood, MA: Artech House, 1990. 685 p.

43. Zitova B., Flusser J. Image registration methods: a survey // Image and Vision Computing. 2003. Vol. 21. P. 977-1000.

44. An automatic image registration for applications in remote sensing / Y. Bentoutou [et. al.] // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. Vol. 43, N 9. P.2127-2137.

45. Scheiber R., Moreira A. Coregistration of interferometric SAR images using spectral diversity // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2000. Vol. 38, N 5. P. 2179-2191.

46. Franceschetti G., Lanari R. Synthetic Aperture Radar Processing. New York: CRC Press, 1999. 324 p.

47. Imel D.A. Accuracy of the residual-delay absolute-phase algorithm // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensin. 1998. Vol. 36, N 1. P. 322-324.

48. Ghiglia D.C., Pritt M.D. Two-dimensional phase unwrapping: theory, algorithms, and software. New York: Wiley, 1998. 512 p.

49. Zebker H.A., Lu Y. Phase unwrapping algorithms for radar interferometry: residue-cut, least-squares and synthesis algorithms // Journal of the optical society of America. 1998. Vol. 15, N 3. P. 586-598.

50. Constantini M. A novel phase unwrapping method based on network programming // IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing. 1998. Vol. 36, N 3. P. 813-821.

51. Gens R. Two-dimensional phase unwrapping for radar interferometry: developments and new challenges // International Journal on Remote Sensing. 2003. Vol. 24, N 4. P. 703-710.

52. Chen C.W., Zebker H.A. Network approaches to two-dimensional phase unwrapping: intractability and two new algorithms // Journal of the optical Society of America. 2000. Vol. 17, N 3. P. 401-414.

53. Phase unwrapping algorithm for SAR interferometry - a data fusion approach by Kalman filtering / O. Loffeld [et. al.] // IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing. 2008. Vol. 46, N 1. P. 47-58.

54. Martinez-Espla J.J., Matrinez-Martin T., Lopez-Sanchez J.M. A particle filter approach for InSAR phase filtering and unwrapping // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2009. Vol. 47, N 4. P. 1197-1211.

55. Bian Y., Mercer B. Interferometric SAR phase filtering in the wavelet domain using simultaneous detection and estimation // IEEE Transactions Geoscience and Remote Sensing. 2011. Vol. 49, N 4. P. 1396-1416.

56. Ghiglia D.C., Romero L.A. Robust two-dimensional weighted and unweighted phase unwrapping that uses fast transforms and iterative methods // Journal of the optical society of America. 1994. Vol. 11. P. 107-117.

57. Pritt M.D. Phase unwrapping by means of multigrid techniques for interferometric SAR // IEEE Transactions on Geoscience and Remote. 1996. Vol. 34. P. 728738.

58. Ghiglia D.C., Romero L.A. Minimum Lp-norm two-dimensional phase unwrapping // Journal of the optical society of America. 1996. Vol. 13. P. 19992013.

59. El-Sheimy N., Valeo C., Habib A. Digital terrain modeling: acquisition. Norwood, MA: Artech House, 2005. 270 p.

60. U.S. GeoData digital elevation models // U.S. Geological Survey. Fact sheet 04000.http://erg.usgs.gov/isb/pubs/factsheets/fs04000.html (дата обращения 12.03.2017).

61. Weibel R., Heller M. A framework for digital terrain modeling // Proceedings of the 4th International Symposium on Spatial Data Handling. Vol. 1. 1990. P. 219229.

62. Melvin W.L., Showman G.A., Guerci J.R. A knowledge-aided GMTI detection architecture // Proceedings of the IEEE Radar Conference. 2004. P. 301-306.

63. U.S. National Geospatial-Intelligence Agency // Digital terrain elevation data. https://www1.nga.mil/ProductsServices/TopographicalTerrestrial/DigitalTerrain ElevationData/Pages/default.aspx (дата обращения 14.03.2017).

64. U.S. National Geospatial - Intelligence Agency Performance Specification. Digital Terrain Elevation DATA (DTED). MIL-PRF-89029B. 2000.

65. SAR for the rapid terrain visualization demonstration / B.L. Burns [et al.] // Conference Record of Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers. 2000. Vol. 1. P. 8-15.

66. Roth M.W. High-resolution interferometric synthetic aperture radar for Discoverer II // Johns Hopkins APL Technical Digest. 1999. Vol. 3. P. 297-304.

67. The shuttle radar topography mission - A new class of digital elevation models acquired by spaceborne radar / B. Rabus [et al.] // ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. 2003. Vol. 57. P. 241-262.

68. Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) Jet Propulsion Laboratory // National Aeronautics and Space Administration. http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/ (дата обращения 20.04.2017).

69. National Geospatial-Intelligence Agency, High Resolution Elevation Product Specification // Specification NGA.IP.0002_1.0. http://www.gwg.nga.mil/ntb/baseline/docs/HRE spec/index.html (дата обращения 20.04.2017).

70. Sensing the ups and downs of Las Vegas: the InSAR reveals structural control of land subsidence and aquifer-system deformation / F. Amalung [et. al.] // Geology. 1999. Vol. 27, N 6. P. 483-486.

71. Nonuniform ground motion monitoring with TerraSAR-X persistent scatterer interferometry / U. Wegmuller [et. al.] // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2010. Vol, 48. N 2. P. 895-904.

72. Interferometric synthetic aperture radar (SAR) missions employing formation flying / G. Krieger [et. al.] // Proceedings of IEEE. 2010. Vol. 98, N 5. P. 816843.

73. Romeiser R., Hirsh O. Possibilities and limitations of current measurement airborne and spaceborne along-track interferometric SAR // Proceedings of the IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium. 2001. Vol. 1. P. 575-577.

74. Northrop Grumman E-8 Joint STARS // http://en.wikipedia.org/wiki/Northrop Grumman E-8 Joint STARS/ (дата обращения 03.05.2017).

75. Mercer B. Combining LIDAR and IFSAR: What can you expect? //Proceedings Photogrammetric Week (Institute for Photogrammetry, University of Stuttgart). 2001. P. 227-237.

76. Mercer B. DEMs created from airborne IFSAR // International Society for Photogrammetry and Remote Sensing, Commission II, 2004. P. 841—848.

77. Gamba P., Houshmand B. Digital surface models and building extraction: A comparison of IFSAR and LIDAR data // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2000. Vol. 4, N 38. P. 1959-1968.

78. Goldstein R. Atmospheric limitations to repeat-track radar interferometry //Geophysical Research Letters. 1995. Vol. 18, N 22. P. 2517-2520.

79. Gray A.L., Mattar K.E., Farris-Manning P.J. Airborne SAR interferometry for terrain elevation // Proceedings IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium. 1992. Vol. 2. P. 1589-1591.

80. The Canadian Airborne R&D SAR Facility: The CCRS C/X SAR / C. E. Livingstone [et al.] // Proceedings IEEE International Geoscience Remote Sensing Symposium. 1996. Vol. 3. P. 1621-1623.

81. The ERIM interferometric SAR: IFSARE / G.F. Adams [et al.] // IEEE AES Systems Magazine. 1996. P. 31-35.

82. Mercer J. B., Thornton S., Tennant K. Operational DEM production from airborne interferometry and from RADARSAT stereo technologies // Proceedings 1998 American Society for Photogrammetry and Remote Sensing - Resource Technology, Inc. Conference. - 1998.

83. Wheeler K., Hensley S. The GeoSAR airborne mapping system // Record of IEEE 2000 International Radar Conference. 2000. P. 831-835.

84. First P-band results using the GeoSAR mapping system / S. Hensley [et al.] // Proceedings IEEE 2001 Geoscience and Remote Sensing Symposium. 2001. Vol. 1. P. 126-128.

85. RADARSAT repeat-pass SAR interferometry / D. Geudtner [et al.] // Proceedings IEEE 1998 International Geoscience and Remote Sensing Symposium. 1998. Vol. 3. P. 1635-1637.

86. Duchossois G., Martin P. ERS-1 and ERS-2 tandem operations // European Space Agency ESA Bulletin. 1995. Vol. 83. P. 54-60.

87. Rufino G., Moccia A., Esposito S. DEM generation by means of ERS tandem data // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1998. Vol. 6. P. 19051912.

88. Shipping S. DEM generation using ERS-1/2 interferometric SAR data // Proceedings of IEEE 2000 Geoscience and Remote Sensing Symposium. 2000. Vol. 2. P. 788-790.

89. ERS - 1/2 // https://earth.esa.int/web/guest/missions/esa-operational-eo-missions/ers (дата обращения 28.02.2018).

90. Suchail J. The ENVISAT-1 advanced synthetic aperture radar instrument // Proceedings of IEEE 1999 Geoscience and Remote Sensing Symposium. 1999. Vol. 2. P. 1441-1443.

91. ENVISAT ASAR // https://earth.esa.int/web/guest/missions/esa-operational-eo-missions/envisat/instruments/asar (дата обращения 28.02.2018).

92. ALOS PALSAR // http://gds.palsar.ersdac.jspacesystems.or.jp/e/about/ (дата обращения 28.02.2018).

93. Werninghaus R., Buckreuss S. The TerraSAR-X mission and system design // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2010. Vol. 48. N 2.

94. TerraSAR-X // http://www.geo-airbusds.com/terrasar-x/, http://www.dlr.de /eo/en/desktopdefault.aspx/tabid-5725/9296read-5979/and/9296 read-15979/ (дата обращения 28.02.2018).

95. Способ измерения рельефа поверхности Земли: пат. 2643790 РФ / П.Е. Шимкин, А.И. Баскаков, М.И. Бабокин; заявл. 08.12.2016; опубл. 06.02.2018, Бюлл. № 4.

96. Zebker H.A., Villasenor J. Decorralation ininterferometric radar echoes // IEEE Transactions on geosciences and remote sensing. 1992. Vol. 30. N 5. P. 950-959.

97. Баскаков А.И. Анализ влияния фазовых шумов на точностные характеристики интерферометрических РСА с «жесткой» базой // Исследование Земли из космоса. 1998. №2. С. 43-50.

98. Melvin W.L., Sheer J.A. Principles of modern radar. Vol. II: Advanced techniques. SciTech Publishing, 2013. 872 p.

99. Huaping X., Yinqing Z., Chunsheng L. Analysis and simulation of spaceborne SAR interferometric baseline // Proceedings of IEEE CIE International Conference on Radar. 2001. P. 639-643.

100. Баскаков А.И., Шимкин П.Е. Исследование потенциальной точности определения местного рельефа авиационным интерферометрическим РСА при переднебоковом обзоре // Радиотехника. М.: Радиотехника. 2013. № 10. С. 71-74.

101. Баскаков А.И., Шимкин П.Е. Сравнение точностных характеристик двух способов построения авиационных интерферометрических РСА // Альтернативная энергетика и экология. 2015. № 22. С. 77-83.

102. High squint SAR imaging using the modified range-doppler algorithm / Z. Mei [et al.] // The Proceedings of The Second International Conference on Communications, Signal Processing and Systems, Lecture Notes in Electrical Engineering. Springer International Publishing. 2014. P. 549-556.

103. Li Z., Zhao X. Modified hybrid digital correlation algorithm for highly squint SAR image formation // IET International, Radar Conference. 2013. P. 1-3.

104. Шимкин П.Е., Баскаков А.И. Моделирование алгоритмов обработки сигналов двухпроходного авиационного интерферометрического РСА // Журнал радиоэлектроники. 2015. № 11. С. 1-19.

105. Шимкин П.Е. Имитационная модель однопроходного РСА интерферометра переднебокового обзора // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2016. № 4. С. 17-25.

106. Munson D. A., O'Brien J., Jenkins W. Topographic formulation of spotlight mode synthetic aperture radar // Proceedings of the IEEE. 1983. Vol. 71. N 8. P. 917925.

107. Desai M., Jenkins W., Desai M. Convolution backprojection image reconstruction for spotlight mode synthetic aperture radar // Image Processing, IEEE Transactions on. 1992. Vol. 1, N 4. P. 505-517.

108. Kirk J. A discussion of digital processing in synthetic aperture radar // Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on. 1975. Vol. AES-11. N 3. P. 326337.

109. Walker J. Range-doppler imaging of rotating objects. Aerospace and electronic systems // IEEE Transactions on. 1980. Vol. 1. N 1. P. 23-52.

110. Doerry A.W. Basics of polar-format algorithm for processing synthetic aperture radar images // Sandia National Laboratories. 2012. Report SAND2012-3369.

111. An improved polar format algorithm with performance analysis for geosynchronous circular SAR 2D images / Q. Liu [et. al.] // Progress in Electromagnetic Research. 2011. Vol. 119. P. 155-170.

112. Crochiere R., Rabiner L. Interpolation and decimation of digital signals: a tutorial review // Proceedings of the IEEE. 1981. Vol. 69. N 3. P. 300-331.

113. A comparison of algorithms for polar-to-cartesian interpolation in spotlight mode SAR / D. Munson [et al.] // Proceedings in International Conference on Acoustic Speech and Signal Processing. 1985. P. 1364-1367.

114. Gorham L.A., Rigling B.D., E.G. Zelnio. A comparison between imaging radar and medical imaging polar format algorithm implementations // Society of Photo-Optical Instrumentation Engeneers (SPIE) Conference Series. 2007. Vol. 6568. P. 1-7.

115. Designing interpolation kernels for SAR data resampling / A.W. Doerry [et al.] // Proceedings of SPIE. 2012. Vol. 8361. P. 1-17.

116. Deming R., Best M., Farell S. Polar format algorithm for SAR imaging with MATLAB // Proceedings of SPIE. International Society for Optics and Photonics. 2014. Vol. 9093. P. 1-20.

117. Munson D.A, O'Brien J., Jenkins W. Tomographic formulation of spotlight-mode synthetic aperture radar // Proceedings of the IEEE. 1983. Vol. 71. N 8. P. 917— 925.

118. Desai M., Jenkins W. Convolution backprojection image reconstruction for spotlight mode synthetic aperture radar // Image Processing, IEEE Transactions on. 1992. Vol. 1, N 4. P. 505-517.

119. Mapping of a 2D SAR backprojection algorithm to an SRC Reconfigurable Computing MAP processor / P. Buxa [et al.] // Ninth Annual Workshop on High Performance Embedded Computing, MIT Lincoln Laboratory. 2005. P. 1-3.

120. Fan D. Implementation of a power efficient synthetic aperture radar back projection algorithm on FPGAs using OpenCL: Ph.D. dissertation. University of Dayton. 2015. 66 p.

121. Pritsker D. Efficient global back-projection on an FPGA // IEEE Radar Conference (RadarCon). 2015. P. 0204-0209.

122. Rogan A., Carande R. Improving the fast back projection algorithm through massive parallelizations. SPIE Defense, Security, and Sensing // International Society for Optics and Photonics. 2010. P. 135-152.

123. Benson T.M., Campbell D.P., Cook D.A. Gigapixel spotlight synthetic aperture radar backprojection using clusters of GPUs and CUDA // IEEE Radar Conference (RADAR). 2012. P.0853-0858.

124. Synthetic aperture radar processing with GPGPU / M.D. Bisceglie [et al.] // Signal Processing Magazine, IEEE. 2010. Vol. 27, N 2. P. 69-78.

125. Performance evaluation of SAR image reconstruction on CPUs and GPUs / F. Kraja [et al.] // Aerospace Conference, IEEE. 2012. P. 1-16.

126. Hartley T., Fasih A., Berdanier C. Investigating the use of GPU-accelerated nodes for SAR image formation // IEEE International Conference on Cluster Computing and Workshops, CLUSTER'09. 2009. P. 1-8.

127. Wang D., Ali M. Synthetic aperture radar on low power multi-core digital signal processor // IEEE Conference on High Performance Extreme Computing (HPEC). 2012. P. 1-6.

128. Gorham L.A., Moore L.J. SAR image formation toolbox for MATLAB // Proceedings of SPIE. 2010. Vol. 7699. P. 1-13.

129. Gorham L.A. Large scene SAR image formation: Ph.D. dissertation. Wright State University. 2015.

130. Gorham L.A., Rigling B.D. Scene size limits for polar format algorithm // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2016. Vol. 52, N 1. P. 7384.

131. Implementation and analysis of a fast backprojection algorithm / L.A. Gorham [et al.] // SPIE Conference Series. 2006. Vol. 6237m.

132. McCorkle J., Rofheart M. An order N2log2 N backprojector algorithm for focusing wide-angle wide bandwidth arbitrary-motion synthetic aperture radar // Proceedings of SPIE Conference on Radar Sensor Technology. 1996. Vol. 2747. P. 25-36.

133. Yegulalp A. Fast backprojection algorithm for synthetic aperture radar // IEEE Radar Conference. 1999. P. 60-65.

134. Имитационная модель авиационного интерферометрического радиолокатора с синтезированной апертурой антенны: свид. 2017614174 / П.Е. Шимкин; заявл. 17.02.2017; опубл. 06.04.2017.

135. Шимкин П.Е., Бабокин М.И., Баскаков А.И. Исследование точности однопроходного переднебокового РСА интерферометра при измерении рельефа поверхности Земли // Современные проблемы ДЗЗ из космоса. 2017. № 5. C. 103-112.

136. Программа для интерферометрической обработки экспериментальных радиоголограмм авиационного радиолокатора с синтезированной апертурой антенны: свид. 2017614032 / П.Е. Шимкин; заявл. 17.02.2017; опубл. 05.04.2017.

ОТЗЫВ

научного руководителя по диссертационной работе Шимкина Павла Евгеньевича «Однопроходный бортовой интерферометрический радиолокатор с синтезированной апертурой антенны переднебокового обзора для оценки рельефа подстилающей поверхности», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.14 - Радиолокация и радионавигация

Шимкин Павел Евгеньевич в 2015 году с отличием окончил магистратуру ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» по направлению 11.04.01 «Радиотехника», обучаясь на кафедре радиотехнических приборов. В том же году поступил в очную аспирантуру НИУ МЭИ в уже объединенную кафедру радиотехнических приборов и антенных систем. С 2012 по 2014 год работал инженером в АО НИИП им. В.В. Тихомирова, специфика работы в котором и определило направление научно-исследовательской деятельности и тематику диссертационной работы в целом. С 2014 года по настоящее время прошел путь от инженера до ведущего инженера в АО ВНИИРТ, где занимается исследованием и реализацией алгоритмов цифровой обработки сигналов на базе ПЛИС в современных радиолокаторах наземного базирования. Совмещая с основной работой в АО ВНИИРТ, с 2016 года работает ассистентом на кафедре радиотехнических приборов и антенных систем, где преподает лекционно-практический курс «Системы цифровой обработки сигналов» для магистрантов направления 11.04.01 «Радиотехника», а также занимается научно-исследовательской работой и принимает участие в НИР в рамках грантов, выполняемых кафедрой радиотехнических приборов и антенных систем.

За время работы над диссертацией Шимкин П.Е. по теме исследования опубликовал 14 научных работ, из них 5 статей в журналах, входящих в перечень ВАК РФ, в том числе 1 статью, индексируемую Web of Science и Scopus; 1 в трудах конференций и 5 в тезисах конференций; получил 1 патент на изобретение и 2 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.

Считаю, что Шимкин Павел Евгеньевич является сформировавшимся научным сотрудником, способным самостоятельно ставить сложные научно-технические задачи и творчески подходить к их решению. Шимкин П.Е. отличается настойчивостью в достижении поставленных целей, умением научно обосновывать свои выводы, трудолюбием, стремлением к повышению своей научной квалификации и расширению кругозора. Основные результаты диссертационной работы получены им самостоятельно, содержат новые научные результаты, имеют практическую ценность. Результаты работы полно и своевременно опубликованы в периодических изданиях, докладывались на международных и всероссийских конференциях. Диссертационная работа соответствует всем требования Положения ВАК о порядке присуждения ученых степеней, а ее автор заслуживает присуждения ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.14 -Радиолокация и радионавигация.

Научный руководитель

зав. кафедрой радиотехнических

приборов и антенных систем

ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»

д.т.н., профессор

Баскаков А.И.