Разработка алгоритмов получения изображений в радиотехнических системах с синтезированной апертурой, паразитирующих на сигналах других систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат наук Женгуров Борис Глебович

• Женгуров Борис Глебович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Женгуров Борис Глебович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АЛГОРИТМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ В БИСТАТИЧЕСКОМ РСА, ПАРАЗИТИРУЮЩЕМ НА ТВ СИГНАЛЕ

1.1 Постановка задачи формирования радиолокационного изображения в бистатическом радиолокаторе с синтезированной апертурой

1.2 Алгоритмы получения РЛИ, основанные на методах решения линейных уравнений

1.3 Алгоритм получения РЛИ методом адаптивной фильтрации

1.4 Выводы по главе

ГЛАВА 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ БИРСА, ПАРАЗИТИРУЮЩЕГО НА ТЕЛЕВИЗИОННОМ СИГНАЛЕ

2.1 Описание алгоритмов и программ моделирования

2.2 Анализ основных соотношений параметров для работы алгоритма формирования РЛИ

2.3 Выводы по главе

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОТРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В РАДИОЛОКАТОРЕ, ПАРАЗИТИРУЮЩЕМ НА СИГНАЛАХ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

3.1 Описание экспериментальной аппаратуры

3.2 Результаты эксперимента

3.3 Выводы по главе

ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОНЫ ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В КОСМИЧЕСКОМ БИСТАТИЧЕСКОМ РАДИОЛОКАТОРЕ С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ Р- ДИАПАЗОНА

4.1 Постановка задачи

4.2 Определение зоны формирования изображения

4.3 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список используемой литературы

Приложение

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка алгоритмов получения изображений в радиотехнических системах с синтезированной апертурой, паразитирующих на сигналах других систем»

ВВЕДЕНИЕ

Задача дистанционного зондирования Земли является одним из приоритетных направлений развития авиационной и космической техники. Среди существующих систем исследования земной поверхности особое место занимают радиолокаторы с синтезированной апертурой (РСА), которые позволяют получать радиолокационные изображения (РЛИ) местности с высоким разрешением при любых метеоусловиях и времени суток. Кроме того, данные системы позволяют решать задачи: экологического мониторинга, исследование изменения климата, контроль течения океанских вод, также, решение задач в гляциологии, геологии и прочее.

Одной из важных тактико-технических характеристик, предъявляемых к радиолокационным системам землеобзора, является пространственное разрешение на местности.

Разрешение по дальности (перпендикулярно направлению полета) определяется возможностью различия двух целей, расположенных в одной дальномерной плоскости. Разрешение по дальности зависит от длительности импульса или коэффициента сжатия (для сложного сигнала) и определяется по формуле [1,2]:

SR =-, (1)

2AF sin у

где c - скорость света; AF - ширина спектра частот; у - угол места.

В радиолокаторах бокового обзора (РБО) без синтеза апертуры разрешение по азимуту определяется шириной диаграммы направленности приемной антенны. Принцип работы РСА основан на получении изображения с перемещающегося в пространстве приемника. За счет приема когерентного сигнала на движущийся объект формируется раскрыв антенны, равный длине пройденного пути приемника. Это позволяет формировать

РЛИ с лучшим пространственным разрешением по азимуту (вдоль линии полета), чем в РБО без синтеза апертуры [3,4].

Разрешение по азимуту в РСА определяется по следующей формуле[5]:

¿»х = —, (2)

2Ls V У

Где R - наклонная дальность; Ls - длина синтеза апертуры; Л - длина волны.

Принцип действия РСА был разработан Карлом Велем (CarlWiley) сотрудником «Авиастроительной компании ГудИр» (Goodyear) (сейчас компания называется LockheedMartin) Аризона, США в 1951 г. В результате исследований в университете Мичигана в 50-х и 60-х годах были изучены ключевые моменты построения РСА.

Результатом испытаний радиолокационных комплексов с синтезированной апертурой авиационного базирования в 60-х и 70-х годах, стал запуск в июне 1978 года космического аппарата Seasat, работающего в L-диапазоне частот. Позднее, в 1981 году был проведен эксперимент с радиолокатором SIR-A и с его модификацией SIR-B, в котором уже была реализована возможность перенацеливания луча визирования. Кроме того в SIR-B запись радиоголограмм происходила в цифровом виде[6].

Среди отечественных разработок начального этапа развития РСА следует отметить РСА "Меч-К" и "Меч-КУ"[7, 8].

РСА "Меч-К" был запущен в 1987 году в составе КА "Космос-1870". Этот радиолокатор работал в S-диапазоне длин волн с длиной волны в 9 сантиметров, полоса зондирующего сигнала 10 МГц, чувствительность РСА-33 дБ.

РСА "Меч-КУ" являлся модификацией РСА "Меч-К". Был установлен на КА "Алмаз-1" и запущен в 1991 году.

Второй этап развития РСА характеризуется ориентацией получения продуктов для широкого круга потребителей, развитием режимов съемки, а также получением рельефа местности с использованием режима

двухпроводной интерферометрии ("мягкой" базы).

Радиолокационные спутники ERS-1 (1991-2000), ERS-2 (c 1995 года), предназначались для глобального мониторинга поверхности океана, определения метеоусловий, исследования прибрежных зон и зондирования поверхности суши. Радиолокаторы работали в С-диапазоне длин волн в одном режиме с фиксированной полосой захвата в 100 км. Изначально ERS-2 планировался на смену ERS-1, однако, спутники превысили свой рабочий срок пребывания на орбите. Это позволило не только превысить объем полученной информации, но и провести интерферометрическую съемку поверхности земли. Принцип интерферометрической съемки заключался в проведение двукратного зондирования одного и того же участка поверхности земли с различных мест визирования, из чего находилась разность хода фаз пропорциональная высоте поверхности.

Коммерческий многорежимный спутник RADARSAT-1 был специально спроектирован для удовлетворения нужд широкого круга пользователей. Задачи, решаемые спутником - мониторинг поверхности океана, зондирование поверхности суши, прогноз урожайности сельскохозяйственных угодий, геологоразведка, мониторинг стихийных бедствий, исследование береговых зон, определение айсбергов, лесопользование и океанология.

Для третьего этапа характерно развитие систем интерферометрической съемки и широкое применение продуктов РСА для частных пользователей.

Для отработки новых технологий глобального мониторинга поверхности земли в 2000 году в США был запушен многоразовый космический корабль, на борту которого находился многочастотный поляриметрический РСА C, X и L диапазонов [9].

Уникальность эксперимента заключалась в обеспечении однопроходной интерферометрической съемки ("жесткой" базы), что реализовывалось размещением на борту двух антенн. Передающая антенна находилась непосредственно на корабле, а приемная - на выдвижной штанге.

5

Радиолокационный комплекс PALSAR работал в L-диапазоне в составе КА ALOS и являлся усовершенствованной моделью радиолокатора, запущенного в составе КА JERS-1. Введение многоканального поляриметрического режима расширило возможности мониторинга поверхности земли.

Основное назначение КА ALOS являлось научным; использование в коммерческих целях являлось второстепенным. Данные полученные со спутника могут быть использованы для картографирования и наблюдения за использованием природных ресурсов.

Четвертый этап характеризуется запуском радиолокационных спутников сверхвысокого разрешения. Спутники позволяли эффективно решать военные задачи и получать карты местности с высокой степенью информативности. Также, данные дистанционного зондирования находили широкое применение в коммерческих и научных целях.

На этом этапе была запущена орбитальная группировка РСА SARLupe (Германия) военного назначения, которая включала в себя пять спутников. Данные системы позволяют получать радиолокационные изображения с разрешением до 0,5 метра с высокой периодичностью съемки. Данная группировка спутников позволяет эффективно решать разведывательные задачи.

Также, на этом этапе следует отметить четыре радиолокационных спутника серии CosmoSkyMed, разработанные итальянским космическим агентством совместно с министерством обороны Италии. РСА решает следующие задачи: мониторинг лесного покрова, экологический мониторинг, контроль чрезвычайных ситуаций, картографирование границ водоемов, обнаружение разливов нефти и лесных пожаров, обеспечение судоходства, а также обеспечение боевых действий в ходе военных конфликтов.

Космический аппарат TerraSAR-X, разработанный DLR(Германия), был

выведен на орбиту высотой 514 км в 2007 году. В состав спутника входит

РСА, использующий АФАР, состоящую из 12 секций, включающих 384

6

приемо-передающих модулей. Радиолокатор работает в X-диапазоне частот с полосой пропускания в 300 МГц.

Спутник TerraSAR-X имеет следующие научные приложения [10 - 12]:

• Картографирование лесных и растительных массивов, архивирование РЛИ по отдельным видам деревьев и кустарников в полной поляриметрической матрице;

• Наблюдение за таянием ледников, направлением ветров, анализ изменение глобального климата.

• Исследование новых методов получения РЛИ, основанные на режиме бистатической съемки, предусмотренный в TerraSAR

Следующим этапом является развитие многопозиционных РСА (МПРСА) [6, 13]. Это системы с разнесенными в пространстве передающими и приемными позициями, в которых пространственная селекция целей для последующего извлечения полезной информации осуществляется с использованием алгоритмов синтезирования апертуры.

Варианты построения МПРСА представлены на рисунке 1

Рисунок 1 - Варианты построения МПРСА.

Особенности МПРСА по сравнению с однопозиционными системами [14 -

• скрытность работы приемных позиций;

• возможность использования микроспутников, что уменьшает стоимость системы;

• более гибкое формирование зон обзора;

• повышение помехозащищенности от активных и пассивных помех. МПРСА разделяют на два вида построения системы с точки зрения взаимного расположения приемника и передатчика: оппозитное и сонаправленное (псевдо-моностатическое) (Рисунок 2).

Рисунок 2 - Виды построения МПРСА. Верхние: оппозитное. Нижнее:

сонаправленное.

На сегодняшний день самой эффективной и оправданной в коммерческом отношении МПРСА является система Tandem-X совместно с TerraSAR-X [17 -19 ]. В качестве приемо-передатчика используется Tandem-X, а TerraSAR-X используется как приемник. Совместное использование этих систем позволяет

получать радиолокационные данные, по которым строятся карты поверхности и рельефа местности с точностью до 20 сантиметров.

Остальные системы МПРСА на сегодняшний день имеют экспериментальный характер. Среди них следует отметить:

• CARABASII-LORA (Швейцария) - данный эксперимент проводился в сентябре 2007 года, на территории Швейцарии. В качестве передатчика в эксперименте использовался РСА CARABASII [20], а в качестве приемника - радар LORA (LOwfrequencyRAdar), разработанный FOI. LORA использовался в стационарном варианте и был расположен на горе Niesen, на высоте 2362 м над уровнем моря, что на 1740 м выше месторасположения зондируемой сцены [21];

• RAMSES-ESAR - эксперимент, проведенный в 2004 году совместно компаниями ONERA (Франция) и DLR (Германия). При эксперименте были использованы два самолета. На борту одного располагался приемо-передатчик системы ESAR, на другом -RAMSES. В ходе эксперимента отрабатывались два режима геометрического взаимного расположение приемника и передатчика. В первом режиме передатчик располагался позади летательного аппарата с приемником, во втором режиме -наоборот. Для проведения калибровки на наблюдаемой сцене были размещены два уголковых отражателя и один сферический. На первом этапе процесса обработки получали моностатическое изображение с системы RAMSES. Данное изображение использовали для определения задержки, вносимой из-за разноса бортовых часов двух систем. На втором этапе строили бистатическое радиолокационное изображение. После наложения бистатического изображения на монохроматическое определяли сдвиг между двумя изображениями. Далее, строили бистатическое изображение с учетом сдвига [22];

• Ingara - это полно-поляриметрический, многорежимный РСА Х-диапазона авиационного базирования, разработанный Австралийской Организацией Оборонной Науки и Техники (в англоязычной транскрипции DSTO-Defence Scienceand Technology Organisation) [23]. В 2005 году, в рамках программы по модернизации, была начата работа по исследованию характеристик даннго РСА в бистатическом режиме. Для проектируемой бистатической системы выбрали геометрическую ситуацию, где передатчик, расположенный на борту летательного аппарата, движется по круговой траектории вокруг зондируемой сцены. Приемник же располагался на вышке, т.е. вблизи поверхности земли;

• F-SAR - приемная система, расположенная на борту самолета. Эксперимент с этой системой был проведен в ноябре 2007 года в рамках подготовительной фазы к запуску системы TanDEM-X [24]. В качестве передатчика использовался спутник TerraSAR. Самолет с приемной системой F-SAR двигался параллельно к траектории спутника. В ходе эксперимента было построено РЛИ по бистатической схеме;

• SABRINA - экспериментальная установка для изучения таких основных моментов построения бистатических систем как: отработка алгоритмов получения РЛИ, получение интерферометрических изображений, отработка методов синхронизации, изучение различных вариантов геометрического расположения приемной позиции по отношению к передатчику[25];

• HITCHHIKER - это приемная система, предназначенная для

разработки эффективных методов фокусировки для бистатических

систем. Данная система разработана в Немецком Центре Сенсорных

Систем Университета Сегеля (в английской транскрипции- Center

for Sensor systems (ZESS) University of Siegen). Эксперименты с

10

данной системой были проведены в 2009 году. Они заключались в установке приемника на высотном здании для приема отраженного сигнала от спутника TerraSAR-X, работающего в режиме прожекторной съемки с полосой частот зондирующего сигнала в 150 МГц и в 300МГц. Синхронизация приемника осуществлялась по прямому сигналу, принимаемому по второму каналу [26].

Среди МПРСА особенный интерес представляют системы, получившие в литературе название «РСА-паразиты» (ParasiticSAR), поскольку для решения целевой задачи эти системы используют чужие радиосигналы, иногда сигналы радиосистем, не являющихся, собственно, радиолокаторами [27, 28, 29, 30]. Например, это могут быть системы спутниковой навигации, системы космической связи, системы радио и ТВ вещания и т.п.

Такой подход к созданию МПРСА привлекателен в экономическом отношении, так как часть элементов системы уже развернуты. Кроме того, создаваемые элементы МПРСА могут быть пассивными, что обеспечивает высокую скрытность разворачиваемой системы, что, в свою очередь, может быть весьма актуальным для военных применений.

Однако, при использовании уже существующих нерадиолокационных систем возникают проблемы с синхронизацией приемо-передающей аппаратуры, трудности с цифровой обработкой сигнала. Информационные характеристики РСА-паразита могут оказаться не очень хорошими, так как используемые сигналы не предназначены для радиовидения [31].

Сравнительная характеристика параметров сигналов некоторых радиосистем, которые можно использовать для паразитического радиолокационного наблюдения, приведена в таблице 1.

Таблица 1. Параметры сигналов, используемых для построения РСА-

паразитов.

Параметры FM-радио ТВ-вещание Сотовые телефонные станции GSM-1800 Системы GPS/ GLONASS

Полоса частот, кГц 50 6000 81,3 10000

Диапазон несущих частот, МГц 66-108 48,5-694 1805-1880 1164-1215, 1525-1575

Мощность предатчика, кВт 250 10 0,1 0,2

Потенциальное пространственное разрешение, м 6000 50 1860 30

Как видно из таблицы 1, наибольшей полосой частот обладает системы Глонасс/GPS и станции ТВ-вещания, что позволяет получать изображение с лучшим пространственным разрешением по наклонной дальности. Однако, использование телевизионного сигнала позволяет получать изображения в различных диапазонах частот. Преимуществом систем Глонасс/GPS является возможность расположения "паразитического" РСА на борту космического аппарата, в отличие от остальных систем, диаграмма направленности которых стелется вблизи поверхности Земли.

Ниже приведены примеры экспериментов с радиолокационными системами, паразитирующими на сигналах от нерадиолокационных систем.

Эксперимент с пассивным радиолокатором, паразитирующим на сигналах от базовых станций GSM, проведенный в Сингапурском университете. Для проведения эксперимента был изготовлен двухканальный приемник, настроенный на несущую частоту 900 кГц, с полосой частот в 200 кГц. Чувствительность приемника составляет 56 дБм, динамический диапазон - 70 дБ. В качестве приемных антенн использовались волноводы с коэффициентом усиления в 22 дБ. Диаграмма направленности антенны в основном лепестке на уровне 3 дБ - 22°. Приемник располагался стационарно на обочине дороги на расстоянии 100 м от базовой станции GSM. В качестве цели использовался автомобиль, движущийся по дороге на расстоянии 250 м от приемника. В ходе эксперимента было построено радиолокационное изображение с ярко выраженной отметкой от автомобиля [32].

Ряд экспериментов с использованием в качестве зондирующего сигнала спутник Глонасс, был проведен совместными усилиями университета Бернингтона и Пекинского технологического университета. Радиолокационная система представляла собой двухканальный приемник, расположенный на высотном здании [33, 34].

Характеристики системы: Центральная частота 1602,4375 МГц;

Полоса частот 5,11 МГц;

Диапазон углов по дальности 71-68°;

Диапазон углов по дальности 73-60°;

Время синтезирования Бистатический угол Оценочное разрешение по азимуту Оценочное разрешение по дальности

PRF

1 кГц; 5 минут;

45°; 5 м; 31 м.

Шумовой радар HITCHHIKER - это система, которая была представлена в 2008 году как приемная аппаратура для работы с сигналом от спутника TerraSAR [35]. В 2011 году для системы был разработан передатчик, генерирующий шумовой импульсный сигнал в X-диапазоне частот с центральной частотой 9,65 ГГц и полосой в 500 МГц. В ходе эксперимента система была расположена стационарно в задании. Зона обзора достигала 1000 м. Цель эксперимента заключалась в построении радиолокационного изображения движущихся автомобилей по методу инверсного радиолокационного синтеза апертуры (ИРСА). Для получения РЛИ на первом этапе происходила оценка траектории движения цели. Для оценки высоты места расположения цели над уровнем моря использовались карты дорог. Далее производили синтез РЛИ. В ходе эксперимента получали РЛИ движущихся на автодороге автомобилей. Данную систему предлагается применять для мониторинга транспортного потока.

Самолетные эксперименты с пассивным радиолокатором, паразитирующим на сигналах от FM-радиостанций. Эксперименты были проведенные в 2010 году сотрудниками университета Лондона [36]. На борту самолета располагался двухканальный приемник, настроенный на частоту радиостанций в диапазоне от 88 до 108 МГц с полосой в 200 кГц. В качестве приемных антенн использовались два ненаправленных штыря с размерами 550 мм и 350 мм.

Целью экспериментов являлись:

• разработка дешевого, легкого авиационного радара, паразитирующего на сигнале FM-станций;

• разработка новых алгоритмов идентификации воздушных целей и построения изображения местности;

• демонстрация возможности идентификации воздушных целей по сигналам от FM-станций;

• демонстрация получения изображения местности с пассивного

FM-радара.

Первый эксперимент состоял из двух этапов. На первом подтверждалась работоспособность системы и производилась оценка характеристик системы. Система была размещена на одиннадцатом этаже здания. Антенны были размещены за окном. В ходе эксперимента получено радиолокационное изображение, на котором было идентифицировано две движущиеся цели, перемещающиеся на расстоянии 20 и 50 км от приемника. На втором этапе проводились два летных эксперимента с движущимся приемником на борту летательного аппарата. На этом этапе было идентифицировано несколько самолетов.

Идентификация объектов происходила следующими этапами:

• устранение интерференции в отраженном канале при помощи сигнала по прямому каналу;

• согласованная фильтрация;

• идентификация объекта с использованием алгоритма CFAR (Constant False Alarm Rate) [37];

• сложение нескольких кадров для уменьшения вероятности ложной тревоги.

При втором эксперименте был произведен анализ данных, полученных при полете, для построения изображения местности. Изображение местности строилось по оценке доплеровского сдвига и оценке сдвига по дальности.

Следует упомянуть, что при данном эксперименте для получения радиолокационного изображения не использовался принцип синтеза апертуры.

Система по построению радиолокационного изображения цели по сигналам, принятым от телевизионных систем формата DVB-T, разработана в Варшавском технологическом университете. Данная система представляет собой три двухканальных приемника[38].

Для получения РЛИ цели определялась траектория цели по алгоритму СБАЯ. После локализации объекта производили синтез РЛИ. Данная система позволяет получать радиолокационное изображение низколетящих самолетов.

В период с 2010 по 2014 г. проведена серия экспериментов в Поволжском государственном университете телекоммуникации и информатики. В ходе экспериментов в качестве источника зондирующего сигнала использовали сигналы телевизионного вещания Самарского радиоцентра. При этом на движущемся автомобиле располагался двухканальный приемник для приема сигнала непосредственно от телевизионной вышки и отраженного от Земли.

К интересным особенностям подобной реализации БиРСА можно отнести возможность одновременного зондирования подстилающей поверхности на различных несущих частотах (таблица 2), в зависимости от выбранного телевизионного канала. Недостатком системы является сравнительно низкое пространственное разрешение (50-100 м).

Таблица 2. Список каналов эфирного телевидения в г. Самара

Название Частота, МГц Номер канала

СТС 49,75 1

ОРТ 77,25 3

Терра Домашний 175,25 6

Скат ТНТ 183,25 7

РТР 199,25 9

НТВ 471,25 21

Петербург 487,25 23

Культура 503,25 25

Рио 519,25 27

Муз ТВ 583,25 35

ТВ-3 599,25 37

ТВЦ 679,25 47

Спорт 703,25 50

В диссертации ставится задача разработки эффективного алгоритма построения радиолокационного изображения в радиолокаторе с синтезированной апертурой, паразитирующем на сигнале телевизионного вещания разработки ПГУТИ.

Цель диссертационной работы.

Разработка и исследование алгоритмов получения радиолокационных изображений в радиолокаторах с синтезированной апертурой, паразитирующих на сигналах других систем.

Основные задачи исследования.

Получение алгоритма построения радиолокационного изображения в радиолокаторе, паразитирующем на сигналах ТВ-вещания. Анализ основных характеристик «РСА-паразита». Подбор оптимальных параметров для построения РЛИ. Поиск вариантов оптимальной, с точки зрения вычислительной сложности, реализации алгоритмов.

Математическое моделирование и экспериментальная отработка разработанных алгоритмов на реальных радиолокационных изображениях, в том числе полученных с РСА ОВЧ диапазона частот, установленных на движущихся объектах.

Методы исследования.

Задачи проведенных исследований решены на основе методов статистической радиотехники, цифровой обработки сигналов, приближенных методов, а также компьютерного имитационного моделирования и натурного эксперимента.

Научная новизна.

1. Впервые задача формирования радиолокационного изображения в паразитирующем РСА сформулирована как задача приближенного решения уравнения Фредгольма 2-го рода.

2. Разработан алгоритм формирования РЛИ в паразитирующем РСА на основе адаптивной инверсной фильтрации, оптимальной по критерию наилучшей разрешающей способности.

3. В рамках экспериментальных работ впервые получены РЛИ местности РСА, паразитирующим на сигналах аналогового (SECAM) и цифрового (DVB-T2) ТВ вещания.

4. Рассмотрено применение разработанного алгоритма для формирования РЛИ в космическом бистатическом РСА Р-диапазона Определена зона построения изображений в космическом бистатическом радиолокаторе Р-диапазона частот.

Обоснованность и достоверность результатов работы

Результаты исследований получены на основе строгих радиофизических и математических моделей. Использованные при этом методы решения поставленных задач корректны с формальной математической точки зрения. Контроль достоверности результатов осуществлялся анализом физического смысла решений, имитационным моделированием и натурным экспериментом.

Практическая ценность работы.

Полученные алгоритмы открывают возможность получения радиолокационных изображений с радиолокаторов, паразитирующих на сигналах других систем.

Разработанные алгоритмы могут быть использованы для получения изображения в многопозиционных радиолокационных системах с синтезированной апертурой в условиях дестабилизирующего воздействия среды распространения.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Алгоритм формирования радиолокационного изображения в паразитирующем РСА, основанный на решении возмущенной системы линейных уравнений.

2. Алгоритм формирования РЛИ в паразитирующем РСА на основе адаптивной инверсной фильтрации.

3. Результаты математического, полунатурного моделирования и экспериментальных работ по исследованию характеристик разработанных алгоритмов.

4. Расчеты области автофокусировки вокруг наземного пункта приема космического бистатического РСА P-диапазона высокого разрешения в условиях дестабилизирующего воздействия атмосферы Земли.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на Европейской конференции по радиолокаторам с синтезированной апертурой EUSAR'2014 (г. Берлин, Германия, 2014 г.), на Мировой конференции по системотехнике, кибернетике и информатике (г. Орландо, США, 2015г.), на Всероссийской НТК «Радиолокация, навигация, связь» (г. Воронеж, 2013 г., 2014 г), на Всероссийской конференции «Козловские чтения» (Самара, 2013 г.), на международной научно-технической конференции "Физика и технические приложения волновых процессов" (г. Екатеринбург, 2013 г., Нижний Новгород, 2014 г., Казань, 2015 г.), на тринадцатой всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (г. Москва, 2015 г).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 23 работы, в том числе 5 статей в журналах, включенных в перечень ВАК, 2 работы опубликованы в трудах конференций, включенных в рейтинг Scopus. Опубликованные работы достаточно полно отражают содержание диссертации. Среди них наиболее значимые [39 - 46].

ГЛАВА 1. АЛГОРИТМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ В БИСТАТИЧЕСКОМ РСА, ПАРАЗИТИРУЮЩЕМ НА ТВ СИГНАЛЕ

1.1 Постановка задачи формирования радиолокационного изображения в бистатическом радиолокаторе с синтезированной апертурой.

Рассмотрим задачу построения изображения в бистатическом радиолокаторе с синтезированной апертурой (БиРСА), образованном передатчиком телевизионного центра и приемником, размещенном на движущимся носителе, например, автомобиле.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Женгуров Борис Глебович, 2016 год

- х—

V/ - У— V н у

хг 2

V/ -

+ у—2 + й2 г 2(У/ - у)

л/х—2 + (V/- У—)2 + н2 г2

н (— - 1 2 2 2 )

л/х— + У—2 + Г

(8—)

«3 - «2 =

+

хг1

хг 2

^х? + у? + (Н - -г )2 Vх? + у,2 + к

2 , ,.2 , ,.2

+

У,г1

--V«+

г- у)

+

л/х? + У? + (Н - -г)

Нг2 (Н - -г )г1

л/х,2 + (V«- У,)2 + Н2 Л

л/х,2 + У,2 + к2 тхчУ^+сН-о

^ У

2

Определим вектора наклонных дальностей между координатами Яс2- Кг и Яс1- :

«4(«, г?) =

Г 0 ^

V«

VН У

г1

' - хг > V« - Уг

Н

хг1

V« -

Н-

г1(^ - У)

(Н - -г )г1

гУ

(83)

«1(«, г 2) =

Г 0 ^

V Н У

г1

^-хЛ

V х,2 + У,2 + Н2

У, V Н У

хг 2

д/х2 + у,2 + к2

У,г2 д/х2 + у,2 + к2

г2 )

д/х2 + у,2 + к2

(84)

2

2

2

2

V

0

R4 - R1 =

f

Xr 2

+

+

Vt -

r1(Vt - y)

У1Г 2

v

f

Jx^V-yy^iH—Zrf Vxi2 + У12 + h

+

+

r 2

(H - zr )r1

VX^2 ^2

h2 vxyTv-yTTcH-z]

^ У

2

2

2

2

2

Построим графики корреляционных функций флуктуации траекторной фазы при различных значениях масштаба неоднородностей в ионосфере (Рисунки 31 -33).

mon 0

'■■■ к

Eist

О 025 0.5 [1.Ö 1 125 1.5 1.75 :

2.2) 2.5

Рисунок 31 - Графики корреляционных функций флуктуаций разности времени прихода при масштабе неоднородностей в ионосфере равном 100 м, где mono - для моностатического случая; Bist - для бистатического случая.

0.09 0.031 0.072 0 063 0.054 0 045 0.036 0.027 0.01S 9x10"

О

\

\

\

: L

\ \ Bist

\ \

\

0.25 0.5

Ii 1.75

2.25 2.5

Рисунок 32 - Графики корреляционных функций флуктуаций разности времени прихода при масштабе неоднородностей в ионосфере равном 700 м, где mono - для моностатического случая; Bist - для бистатического случая.

025 0J225

о.:

0.175 0.15 0.125 0.1 0.075 0:05 0.025

\

\

: \ mono

\ V

\ \ .

::......

t—_ ■

0 0.25 0.5 0.75

1.25 15

1.75

2.25 2.5

Рисунок 33 - Графики корреляционных функций флуктуаций разности времени прихода при масштабе неоднородностей в ионосфере равном 700м, где mono - для моностатического случая; Bist - для бистатического случая.

Как видно из графиков 3— - 33, при работе в бистатичеком режиме, дисперсия флуктуации траекторной фазы имеет меньшие значения, чем в моностатическом режиме.

Для определения радиуса зоны автофокусировки радиолокационного изображения при работе в бистатическом режиме для Р-диапазона частот было проведено моделирование. Для проведения моделирования был сформирован ЛЧМ сигнал с функцией неопределённости, представленной на рисунке 34. Далее, в сигнал вводились искажения, соответствующие различным дисперсиям и масштабам неоднородности в ионосфере (рисунки 35 - 37).

Рисунок 34 - ФН последовательности ЛЧМ импульсов без искажений

в)

i.J-

" 1 il • ■

X

40 35 30 25 20 15 10 5 050

Д)

Рисунок 35 - ФН последовательности ЛЧМ импульсов после прохождения через ионосферу при масштабе ионосферной неоднородности равной 700 м а)-дисперсия флуктуации траекторной фазы 1.5 рад2; ; б)-дисперсия флуктуации траекторной фазы 1.6 рад2; ; в)-дисперсия флуктуации траекторной фазы 2 рад2; ; г)-дисперсия флуктуации траекторной фазы 2.5

рад2;

г)

е)

д) е)

Рисунок 36 - ФН последовательности ЛЧМ импульсов после прохождения

через ионосферы при масштабе ионосферной неоднородности равной 100 м а)-дисперсия флуктуации траекторной фазы 1.2 рад2; ; б)-дисперсия флуктуации траекторной фазы 1.3 рад2; ; в)-дисперсия флуктуации траекторной фазы 1.4 рад2; ; г)-дисперсия флуктуации траекторной фазы 1.5

рад2;

450 400 350 300 250

;

:

:

1

150 100 50 1

1 L

А

0 5 30 s 20 15 10 5

-

:

.... _2

Г2 : ,

:

i ! ............l5

:

б)

в)

г)

Д) е)

Рисунок 37 - ФН последовательности ЛЧМ импульсов после прохождения через ионосферы при масштабе ионосферной неоднородности равной 1000 м а)-дисперсия флуктуации траекторной фазы 5 рад2; ; б)-дисперсия флуктуации траекторной фазы 6 рад2; ; в)-дисперсия флуктуации траекторной фазы 7 рад2; ; г)-дисперсия флуктуации траекторной фазы 8

рад2;

Как видно из рисунков 35 - 37, изображения начнут искажаться при следующих параметрах:

—) масштаб неоднородности 100 м - дисперсия 1,6 рад2;

2) масштаб неоднородности 700 м - дисперсия 2,5 рад2;

3) масштаб неоднородности 1000 м - дисперсия 8 рад2.

На рисунке 38 представлены значения дисперсии при различных расстояниях от пункта приема при масштабе неоднородности ионосферы

равном 4000 м.

Рисунок 38 - Зоны корреляции относительно пункта приема при масштабе неоднородности ионосферы равном 4000 м.

4.3 Выводы по главе 4

— Проведенный расчет показывает возможность формирования РЛИ космического бистатического РСА Р - диапазона методом, в котором в качестве опорного сигнала используется сигнал прямого канала.

2. Показано, что, при работе в бистатическом режиме, дисперсия флуктуации траекторной фазы сигнала имеет меньшее значение, чем в моностатическом режиме, что позволяет получать РЛИ с заданным качеством в пределах зоны автофокусировки.

3. Определено, что зоны автофокусировки вокруг наземного пункта приема космического бистатического РСА Р-диапазона достаточно для построения изображения в интересах различных потребителей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения диссертационной работы получено:

—. Показано, что алгоритм получения радиолокационного изображения с бистатического радиолокатора сводится к решению уравнения Фредгольма 2-го рода.

2. Алгоритм построения оценки РЛИ, основанный на выборе адаптивного фильтра, сводящего функцию неоправданности сигнала к дельта-функции.

3. Показано, что определение времени синтеза апертуры необходимо проводить подбором для каждого случая записи радиоголограмм.

4. Алгоритм формирования РЛИ методом адаптивной инверсной фильтрации имеет высокую помехоустойчивость, что позволяет строить РЛИ с использованием приемника с низкой чувствительностью.

5. Определено, что величину ширины диаграммы направленности, используемой при синтезе, можно выбирать равной ширине ДН реальной антенны, либо меньшей.

6. Проведена экспериментальная отработка разработанного алгоритма адаптивной инверсной фильтрации, показывающая возможность получения радиолокационного изображения с использованием сигнала от аналогового телевидения.

7. Показана возможность получения радиолокационного изображения с использованием сигнала цифрового телевидения стандарта ЭУБ-Т2.

8. Определено, что, при работе с сигналом цифрового телевидения, для получения РЛИ в использовании алгоритма адаптивной инверсной фильтрации нет необходимости.

9. Проведенный расчет показывает возможность формирования РЛИ космического бистатического РСА Р - диапазона методом, в котором в качестве опорного сигнала используется сигнал прямого канала.

Ю. Показано, что, при работе в бистатичеком режиме, дисперсия

89

флуктуации траекторной фазы сигнала имеет меньшее значение, чем в моностатическом режиме, что позволяет получать РЛИ с заданным качеством в пределах зоны автофокусировки.

11. Определено, что зоны автофокусировки вокруг наземного пункта приема космического бистатического РСА Р-диапазона достаточно для построения изображения в интересах различных потребителей.

Список используемой литературы

1. Казаринов, Ю. М. Радиотехнические системы. / Ю. М. Казаринов. -М.: ВШ, 1990. - 496 с.

2. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны / Антипов, В.Н., Горяинов, В.Т., Кулин, А.Н. и др.; под ред. В.Т. Горяинова. - М.: Радио и связь, 1988.- 304с.

3. Неронский, Л.Б. Микроволновая аппаратура дистанционного зондирования Земли и атмосферы. Радиолокаторы с синтезированной апертурой антенны: Учеб.пособие Ч.2 / Л.Б. Неронский, В.Ф. Михайлов, И.В. Брагин.- СПбГУАП. СПб., 1999.220 с.

4. Сколник М. Справочник по радиолокации том 2. под ред. Дудника П.И./ М. Сколник. - М.: Советское радио, 1977.- 408с.

5. Радиолокационные станции обзора земли / Кондратенков, Г.С., Потехин, В.А., Реутов, А.П., Феоктистов, Ю.А.; Под.ред. Кондратенкова, Г.С. - М.: Радио и связь. - 1983. - 272с.

6. Радиолокационные системы землеобзора космического базирования / Верба В.С., Неронский Л.Б., Осипов И.Г., Турук В.Э.; Под. ред. Верба В.С.- М.: Радиотехника, 2010. - 680с.

7. Витер В., Петровский В., Кучейко А. Космические аппараты радиолокационного наблюдения, созданные в «НПО машиностроения»//Новости космонавтики. №3-2001.- 42-43 с.

8. Буренин Н.И. Радиолокационные станции с синтезированной антенной / Н.И. Буренин. - М: Советское радио, 1972 г. 160с.

9. Shuttle Radar Topography Mission X-SAR [Электронный ресурс] /SRTM. 3D view on Earth. DLR Oberphaffenhofen, Germany/ CD-ROM, 200/ SRTM Web Site www.dfd.dlr.de/srtm.

10. TerraSAR-X Mission Planning System: Automated Command Generation for Spacecraft Operations / Maurer E., Mrowka F., Braun A.,

Geyer M. P., Lenzen C., Wasser Y., Wickler M.// IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING. -VOL. 48, NO. 2, .-2010.- pp.642-648.

11. TerraSAR-X SAR Processing and Products/ Breit H., Fritz T., Balss U., Lachaise M., Niedermeier A., Vonavka M. // IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING.- VOL. 48, NO. 2, .2010.- pp.727-740.

12. The TerraSAR-X Mission. [Электронный ресурс]/ Werninghaus R., Balzer W., Buckreuss S., Mittermayer J., Mühlbauer P. //http://www.dlr.de/Portaldata71/Resources/forschung_und_entwicklung/ missionen/terrasar_x/EUSAR-TX-Mission.pdf

13. Переслегин С.В., Халиков З.А. Двухпозиционная радиолокация морской поверхности // Проявление глубинных процессов на морской поверхности. - Н.Новгород: ИПФ РАН. - 2008 г.

14. Отчет НИР «Поиск». Поволжский государственной университет телекоммуникации и информатики. Самара, 2010г.

15. Imaging Formation Algorithm of the Ground and Space-Borne Hybrid BiSAR Based on Parameters Estimation from Direct Signal/ Zhang Q., Hu C., Wu L., Zeng T., Long T. // Hindawi Publishing Corporation Mathematical Problems in Engineering Vol.-2014

16. Иващенко Е.В. Разработка алгоритмов формирования изображений в радиолокаторах с синтезированной апертурой космического базирования ОВЧ диапазона частот: Автореф... дис. Канд.техн. наук.- Самара: ПГУТИ, 2010.- 130с

17. Balss U., Niedermeier A., Breit. TanDEM-X Bistatic SAR Processing//EUSAR. - Fraunhofer, 2010.- pp.751 -753.

18. Bartusch M., Miller D., Zink M. TanDEM-X: Mission Overview and Status//EUSAR. - Fraunhofer, 2010.- pp.132 -135.

19. SAR Experiments in a Bistatic Hybrid Configuration for Generating PolInSAR Data with TerraSAR-X Illumination./ Nies H., Behner F., Reuter S., Loffeld O., Wang R.

20. Hast A., Johansson L. Fast factorized back-projection in an FPGA. //Technical report, IDE0607, January 2006.

21. Swiss Airborne Monostatic and Bistatic Dual-Pol SAR Experiment at the VHF-Band./ Barmettler A., Zuberbühler L., E.Meier, Ulander L., Gustavsson A., Wellig P.// EUSAR. - Friedrichshafen, 2008.- pp.139 -143.

22. Analysis of bistatic scattering behavior of natural surfaces./ Dubois-Fernandez P., Cantalloube H., Ruault du Plessis O., Wender M., Vaizan B., Coulombeix C., Heuze D., Krieger G. //EUSAR. - Ulm, 2004.-pp.573 -577.

23. Bistatic SAR Experiment with the Ingara Imaging Radar: Preliminary Results./ A.S. Goh, M. Preiss, N. J. S. Stacy, D. A. Gray.// EUSAR. -Friedrichshafen, 2008.- pp.49 -53.

24. Bistatic Experiment Using TerraSAR-X and DLR's new F-SAR System./ S. V. Baumgartner, M. Rodriguez-Cassola, A. Nottensteiner, R. Horn, R. Scheiber, M. Schwerdt, U. Steinbrecher.// EUSAR. - Friedrichshafen, 2008.- pp.57 -61.

25. SABRINA-X: Bistatic SAR receiver for TerraSAR-X /AntoniBroquetas, P. Lopez-Dekker, J. J. Mallorqui, A. Aguasca, M. Fortes, J. Carlos Merlano, S. Duque. //EUSAR. - Fraunhofer,2010.- pp.748 -750.

26. Synchronization and Preprocessing of Hybrid Bistatic SAR Data in the HITCHHIKER Experiment./F. Behner, S. Reuter, H. Nies, O. Loffeld.//EUSAR. - Berlin, 2014.- pp.268 -271.

27. Горячкин О.В., Янгазов Р.Р Особенности использования телевизионных сигналов в качестве зондирующего сигнала бистатической РСА // Инфокоммуникационные технологии. - 2010. -Т.8. - №1. - С.41-46.

28. Горячкин О.В. Некоторые пути реализации космических радиолокационных систем - «Паразитов» // материалы трудов VI Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», г. Казань, 17-23 сентября 2007г. - С.56-57.

29. RUI ZUO. Bistatic Synthetic Aperture Radar using GNSS as Transmitters of Opportunity.// A thesis submitted to The University of Birmingham for the Degree of doctor of philosophy, 2011

30. K. Lu, J.Yang, X. Qi , L. Zhang / Passive ISAR Imaging Using Multichannel DVB-T Signals //Sensors & Transducers, Vol. 166, Issue 3, March 2014, pp. 203-212

31. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли. Учебное пособие для ВУЗов. - М.: «Радиотехника», 2005. - 368 с.

32. H. Sun, D. K.P. Tan, Y. Lu. Design and Implementation of an Experimental GSM Based Passive Radar Radar // IEEE Int. RADAR 2003. pape RA30040.pdf, Adelaide, Australia, 3-5 September, 2003.

33. Experimental demonstration of passive BSAR Imaging using navigation satellites and a fixer receiver./M. Antoniou, Z. Zeng, L. Feifeng, M. Cheniakov.// IEEE Geoscience and remote sensing letters. - vol 9. № 3. -2012.- pp.477 - 481.

34. First space surface bistatic fixed receiver SAR images with a navigation satellite./ Zhangfan Z., Antoniou M., Feifeng L., Cherniakov M.// Radar Symposium - 2011 - pp.373 - 378.

35. First HITCHHIKER Noise Radar Imaging Experiment./F. Behner, S. Reuter, H. Nies, O. Loffeld.// EUSAR. - Berlin, 2014.- pp.794 -797.

36. Brown J. W. A. FM Airborne Passive Radar: A thesis submitted to University College London for the degree of Doctor of Philosophy in Electronic Engineering .- London, 2013- 148p.

37. Bunch J. R., Fierro R. D. A Constant False Alarm Algorithm. Linear Algebra and its Applications. - Vol. 172, 15 July 1992, pp. 231-241

38. B^czyk M. K., Samczynski P., Kulpa K. Passive ISAR imaging of air targets using DVB-T signals.

39. Бистагический радиолокатор с синтезированной апертурой, паразитирующий на сигналах ТВ вещания / Борисенков А.В., Горячкин О.В., Долгополов В.Н., Женгуров Б.Г. // Радиолокация, навигация, связь: сборник научных трудов XIX международной научной конференции, г. Воронеж, 16-18 апреля 2013. - Воронеж,

2013. - Т.3.- С. 1685-1696.

40. Бистатический радиолокатор с синтезированной апертурой, паразитирующий на сигналах ТВ вещания / Борисенков, А.В., Горячкин, О.В., Долгополов, В.Н., Женгуров, Б.Г. // Инфокоммуникационные технологии. - 2013. - Т.12. - №2. - С.13-22.

41. Горячкин О.В., Женгуров Б.Г. Алгоритм формирования радиолокационного изображения РСА, паразитирующего на телевизионном сигнале // Физика и технические приложения волновых процессов: Труды XI МНТК / подобщ. ред. Ю.Е. Мительмана. - Екатеринбург: Изд. Урал. ун-та, 2012. - 394с., С.64-65.

42. Горячкин О.В., Борисенков А.В., Долгополов В.Н., Женгуров Б.Г. Радиолокатор с синтезированной апертурой паразитирующий на сигналах ТВ вещания.// Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева-

2014. -№ 2. - С. 16-24.

43. Горячкин О.В., Женгуров Б.Г., Бакеев А.Б., Барабошин А.Ю., Невский А.В., Скоробогатов Е.Г. Бистатический радиолокатор с синтезированной апертурой Р-диапазона для МКА «Аист—2». // Электросвязь - 2015. -№ 8.

44. Горячкин О.В., Борисенков А.В., Долгополов В.Н., Женгуров Б.Г., Курков И.Г., Калимуллин Р.Г., Мовчан В.К., Хохлов С.М Мобильный радиолокационный комплекс с синтезированной апертурой УКВ диапазона для дистанционного зондирования Земли.// //Инфокоммуникационные технологии. - 2015. -№ 4.

45. Горячкин О.В., Борисенков А.В., Долгополов В.Н., Женгуров Б.Г.. Бистатический радиолокатор с синтезированной апертурой паразитирующий на сигналах ТВ вещания. //Инфокоммуникационные технологии. - 2013. -№ 2. - С. 13-22.

46. Goriachkin O.V., Borisenkov A.V., Dolgopolov V.N., Zhengurov B.G. BistaticSARBasedonTV-signal. //10th European Conference on Synthetic Aperture radar. - Berlin, 2014. - P. 335-338.

47. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Том 1. - М.: Советское радио. - 1966. - 728с.

48. Горячкин О.В. Лекции по статистической теории систем радиотехники и связи. - М.: Радиотехника. - 2008. - 192с.

49. Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа. - М.: Наука. - 1981. - 543с.

50. Манжиров А. В. Справочник по интегральным уравнениям. - М.: Физматлит, 2003.

51. Краснов М. Л. Интегральные уравнения.- М.: Наука. - 1975. - 304с.

52. Власенко Г.И. Теория восстановления сигналов. - М.: Советское радио - 1979. - 272с.

53. Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов. - М.: Радио и связь. - 1985. -312с.

54. Горячкин О.В. Методы слепой обработки сигналов и их приложения в системах радиотехники и связи. - М.: Радио и связь, 2003. - 230с.

55. Ishimaru A., Kuga Y., Liu J., Kim Y., Free-man T. Ionospheric effects on synthetic aperture radar at 100 MHz to 2 GHz. //Radio Science (USA) -1999 - vol. 34 - num.1 - p. 257-268.

56. Zheng-Wen Xu, Jian Wu, Zhen-Sen Wu. Potential Effects of the Ionosphere on Space-Based SAR Imaging.// Transactions on antennas and propagation, VOL. 56, NO. 7, JULY 2008.-pp.1968-1975

57. Wang L., Yazici B. Bistatic Synthetic Aperture Radar Imaging Using Ultra Narrowband Continuous Waveforms.// IEEE TRANSACTIONS ON IMAGE PROCESSING, VOL. 21, NO. 8, AUGUST 2012.-pp3674-3686.

58. Горячкин О.В. Влияние атмосферы Земли на деградацию характеристик изображений космических радиолокационных станций с синтезированной апертурой // Компьютерная оптика. -2002. - Вып.24. - С.177-183.

59. Горячкин О.В. Компенсация искажений радиоимпульса в трансионосферных РСА УКВ диапазона // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2004. - Т.9. - №6. - С.38-45.

60. Ramongassie S., Valle P., Orlando G., Arpesi P.G., Heliere F., Arcioni M. P-band SAR instrument for BIOMASS// EUSAR 2014 - p.1156-1159.

61. Цифровая обработка сигналов и изображений в радиофизических приложениях. / Басараб М.А., Волосюк В.К., Горячкин О.В. и др. / Под ред. Кравченко В.Ф. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 544с.

62. Multi-Positional VHF-Band SAR System for Earth Observation on the Basis of Microsatellites / Akhmetov R., Goriachkin O., Ivachenko E., Kovalenko A., Riemann V., Stratilatov N., Tkachenko S. // Program and Book of Abstracts for 12th URSI Commission-F Triennial Open Symposium on Radio Wave Propagation and Remote Sensing 8th - 11th March 2011 and URSI-F Training Workshops 7th March 2011 in Garmisch-Partenkirchen, Alpine-Bavaria, Germany, 2011, P.78-80.

63. Space-based juxtaposition Earth and Circumterrestrial radar monitoring system based on micro-satellites technologies //Akhmetov R.N., Belokonov I.V., Goriachkin O.V., Kovalenko A.I., Riemann V.V.,

97

Stratilatov N.R., Tkachenko S.I. // in Book of abstracts of the First Specialized International Symposium, Limassol, Cyprus, November 2-7, 2009, M., A.A.Maximov Space Systems Research Institute (NIIKS), 2009. - 62 p.

64. Bistatic P-band SAR for spacecraft AIST-2. Goriachkin O.V., Borisenkov A.V., Dolgopolov V.N., Zhengurov B.G., Juravlev A.A., Kurkov I.G., Khohlov S.M.// Procedia Engineering- 2015. -Vol.104. -P. 2-8.

65. [Электронный ресурс] https://en.wikipedia.org/wiki/Great-circle distance

Приложение 1

Исходный текст программы моделирования

#include "stdafx.h" #include "iostream" #include "fstream" #include "conio.h" #include <complex> #include <vector> #include "iomanip" //#include <omp.h> #include <math.h> //#include <time.h> #include<cstdlib> #include<ctime> #include <random>

using namespace std;

void fft(double* x, double* y,long n,long m,long ind);

int main() {

ifstream infile,infile1,cor;

ofstream out("noise45m.txt"); // файл изображения

ofstream out11("noise45mv1.txt"); // файл изображения

ofstream out12("noise45mv2.txt"); // файл изображения

ofstream out13("noise45mv3.txt"); // файл изображения

ofstream out14("noise45mv4.txt"); // файл изображения

ofstream out15("noise45mv5.txt"); // файл изображения

ofstream out16("noise45mv6.txt"); // файл изображения

ofstream out17("noise45mv7.txt"); // файл изображения

ofstream out18("noise45mv8.txt"); // файл изображения

ofstream out19("noise45mv9.txt"); // файл изображения

ofstream out1("Image-cos-3-2.txt"); // файл комплексного изображения - cos ofstream out2("Image-sin-3-2.txt"); // файл комплексного изображения - sin ofstream out3("Sign-2.txt"); // файл оценки спектра голограммы cor.open("4704.txt"); // файл координат движущегося автомобиля

infile.open("disk.img.1352554704.qsb"Jios::in | ios::binary); // файл

голограммы

const double pi=3.14159265358979; long int i, i1, i2, k1, kx, ky, k, k2; double xr1, xrr, yrr, hrr;

double yrl, xr2, yr2, hr2; double hrl; double x; double y; double R; double Rl, w, wa; double pr_c, pr_s; double ot_c, ot_s; int iii=1; double R0;

double al, a2; double fff; double f0; i=0;

double r0, rl, r2; int nnn;

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

double xt=0.0;

double yt=0.0;

double 1-^=146.0+160.0; // координаты

телецентра

double 1пху=44; // высота

плоской поверхности на которой строится РЛИ

int МП=1;

long int ^ог=0;

long int т=11; // степень БПФ

double ^=599.25е6; // несущая частота

long int g=10000; // частота с которой

интерполируются координаты машины

long int gg=10; // число пропускаемых

отсчетов при вычислении корреляционной функции для ускорения процесса вычисленний

(д.б.=1)

double Я=1; // знак фазы

траекторного сигнала

double с=300000000;

double dx=25;

double dy=25; // пространственный

шаг РЛИ

double fdn=30.*pi/180.; // ширина диаграммы

направленности АУ при синтезе РЛИ

//fdn=atan(c/(fn*2.*dx));

double fdn1=45.*pi/180.; // ширина диаграммы

направленности АУ при моделировании сигнала отраженного от точечной цели

long int const Fd=12500000/2;

double fsm=0*-(125/775)*Fd;

long int N=pow((long double)2^m);

double vs=100;

int nsm=0;

double k0=2*pi*fn/c;

double n0=pow((long double)10^0);

int v=34; // параметр

синхронизирующий голограмму и навигационные данные (обязательно меняется при смене

голограммы!)

double fp=l00000;

double ti=0.0000002;

double d=l600;

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

double tp=l/fp; long int tpi=tp*Fd;

long int tii=ti*Fd;

double zp;

long int n, nmin, nmax;

long int l=0;

long int ii1;

long int ii2;

long int iii1;

long int iii2;

vector <double> xr0; vector <double> yr0; vector <double> hr0; vector <double> xr; vector <double> yr; vector <double> hr;

double vg, nes_c, nes_s;

double tdes=1.0/Fd;

long int t0;

cout<<"Enter start time0 (sec):"<<endl; cin>>t0;

long int ts;

cout<<"Enter time0 (<10 sec):"<<endl; cin>>ts;

int time0;

cout<< "Required fdn: " <<fdn*180./pi<<endl;

double *peredc, *pereds, *operedc, *opereds; peredc= new double [N]; pereds= new double [N];

operedc= new double [N]; opereds= new double [N];

double *p, *pm; p=new double [N]; pm=new double [N];

long double z_c = 0; long double z_s = 0; long double z0_c = 0; long double z0_s = 0;

if(! cor) {

cout<<"Position data not found";

}

cout<<m<<endl; int marsh;

int prop=131072*v; clock_t t1 = clock(); time0=t0;

infile.ignore(16*prop+t0*Fd*16);

while(cor) {

cor>>vg;

xr0.push_back(vg); cor>>vg;

yr0.push_back(vg); cor>>vg;

hr0.push_back(vg); icor++;

}

cout<<icor<<endl; xr=xr0; yr=yr0; hr=hr0;

double xd, yd, alf;

double xd1, yd1, xd2, yd2;

double xdmin, ydmin, xdmax, ydmax;

alf=atan((yr[ts-1+time0]-yr[0+time0])/(xr[ts-1+time0]-xr[0+time0]))-pi/2;

xd=-d*cos(alf);

yd=-d*sin(alf);

xd1=xr[0+time0]+xd;

yd1=yr[0+time0]+yd;

xd2=xr[ts-1+t ime0]+xd;

yd2=yr[ts-1+time0]+yd;

xdmin=min(min(xd1Jxd2)Jmin(xr[0+time0]Jxr[ts-1+time0]));

xdmax=max(max(xd1,xd2)Jmax(xr[0+time0]Jxr[ts-1+time0]));

ydmin=min(min(yd1Jyd2)Jmin(yr[0+time0]Jyr[ts-1+time0]));

ydmax=max(max(yd1,yd2)Jmax(yr[0+time0]Jyr[ts-1+time0]));

//xdmin=-500;

//xdmax=1800;

//ydmin=-500;

//ydmax=8000;

double vx=(xr[ts-1+time0]-xr[time0])/(ts); double vy=(yr[ts-1+time0]-yr[time0])/(ts); double vh=(hr[ts-1+time0]-hr[time0])/(ts);

for (i1=0; i1<ts; i1=i1+1) {

xr[time0+i1]=xr[time0]+vx*i1; yr[time0+i1]=yr[time0]+vy*i1; hr[time0+i1]=hr[time0]+vh*i1;

}

cout<< "xdmin: " <<xdmin<<endl; cout<< "xdmax: " <<xdmax<<endl; cout<< "ydmin: " <<ydmin<<endl; cout<< "ydmax: " <<ydmax<<endl; cout<< "vx: " <<vx<<endl; cout<< "vy: " <<vy<<endl; int Nx=(xdmax-xdmin)/dx; int Ny=(ydmax-ydmin)/dy; cout<< "Nx: " <<Nx<<endl; cout<< "Ny: " <<Ny<<endl;

short int **prim_c;

prim_c = new short int *[ts]; for(i=0;i<ts;i++){prim_c[i] = new short int [Fd];} short int **prim_s;