Text
                    В.С.Верба Л.Б.Неронскuй и.r.Осuпов В.З. ТУРУК


РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
ЗЕМЛЕОБЗОРА
КОСМИЧЕскоrо БАЗИРОВАНИЯ


.
"
.


"l".'
,': ';


'.1"


{" ,


"
. ..\
. . ;.
"".j .


..


"',


:':'1';" :


. "


.,
.:

"
 .'
. ..
, . ,


.'
.




./ ;."\ "


,. '1:> .


:.



,':"}:':';
.
. .


,1';,':


.:..


" .



,1', \;\<.



..... .
. .
..


............


"
. , ' ,


. .









оrЛАВЛЕНИЕ Отзыв о книrе академика РАН Л.М. 3еленоrо ............................................................................... 11 От редактора .................................................. ..................................................................................... 1 3 Введение .............................................................................................................................. ................ 17 rлава 1. Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования в rлобальной системе аэрокосмическоrо мониторинrа .............................................. 25 1.1. Структура rлобальной системы аэрокосмическоrо мониторинrа.............. 25 1.2. Информационные параметры радиолокационных систем землеобзора космическоrо базирования............................................................ ................ 28 1.3. Применение космических систем радиолокационноrо наблюдения для видовой разведки при информ:ационном сопровождении военных операций ........................................................................................................... 35 1.4. Задачи, решаемые космическими системами радиолокационноrо наблюдения двойноrо назначения ........ ... ..................... ....... ......... ........... ...... 44 1.5. Концепция использования космических средств радиолокационноrо наблюдения в rлобальной информационной системе и ее национальных cerMeHTax .......................................................................................................... 55 rлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения.................................................................................................................... ...... 59 2.1. Объекты радиолокационноrо наблюдения и их свойства .......................... 59 2.2. Спектр электромаrнитных колебаний, используемых для наблюдения земной поверхности из космоса............................................................... 60 2.2.1. Диапазоны частот, выделенные Реrламентом радиосвязи для радиолокационноrо зондирования Земли из космоса........................................... 60 2.2.2. Изобразительные свойства радиолокационных снимков в зависимости от длины волны РСА................................................................................................ 63 2.2.3. Влияние трассы распространения сиrнала на возможности радиолокационноrо наблюдения в разных диапазонах волн ............................... 67 2.3. Поляризация радиосиrналов при передаче и приеме .................................. 71 2.4. Отражение электромаrнитных волн от сосредоточенных и протяженных объектов и численные характеристики отраженных сиrналов ................. 74 2.4.1. ЭПР и диаrpаммы обратноrо рассеяния простых объектов ................................. 74 2.4.2. Отражение радиоволн от сложных объектов. .... ........ .... ............ ....... .............. ... .... 76 2.4.3. Отражение радиоволн от пространственно распределенных объектов .............. 78 2.5. Отражение радиоволн от плоской rpаницы двух сред.............................. 80 2.6. Отражение радиоволн от поверхности с волнообразными неровностями ........................................................................................... 87 2.7. Отражение радиоволн от поверхности с крупной шероховатостью ......... 89 2.8. Отражение радиоволн от двуrpанных yrлов ............................................ 89 3 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 2.9. Особенности отражения радиоволн от водной поверхности .................... 90 2.10. rлубинное (подповерхностное) зондирование ....................................... 96 2.11. Отражение радиоволн от растительноrо покрова................................... 98 2.12. Влияние уrла облучения на отражающие характеристики местности............................................................................................ 100 2.13. Влияние длины радиоволны на отражающую способность местности ............................................................................................ 1 02 2.14. Флуктуации принимаемоrо радиосиrнала и их связь с rеометрией наблюдения ......................................................................................... 1 05 2.15. Временная изменчивость объектов наблюдения ........ ......... ........... ...... 107 rлава з. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землеобзора. Основные определения .......................................................................... 109 3.1. Принцип действия и основные характеристики космических радиолокаторов боковоrо обзора .... .... ... ...... ........ ......... ...... ......... ...... .... 109 3.2. Принцип действия радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны ................................................................................................. 113 3.3. rеометрия обзора при скошенном и бистатическом режимах съемки................ .... . .. .... . .... . .... . .... . .. .. ... .. . .. .. . ..... ... ... . . .. ..... .. . . . .. . 120 3.3.1. rеометрические соотношения в режиме скошенноrо обзора ........................... 120 3.3.2. Мноrопозиционные космические системы радиолокационноrо землеобзора ........................................................................................................... 123 3.3.3. rеометрия обзора при бистатическом квазизеркальном космическом режиме съемки ...................................................................................................... 126 3.3.4. Бистатический режим обзора с подсветом от передающей РЛС на rеостационарной орбите. ...... ............. ...... ....... ........ ..... ..... ............. ..... ....... ...... 128 3.4. Энерrетические характеристики космических радиолокаторов землеобзора ................................................................................ .. . . . . . . . .. 129 3.5. Радиометрическое разрешение в радиолокаторах землеобзора.............. 131 3.5.1. Радиометрическое разрешение в РБО ................................................................. 131 3.5.2. Радиометрическое разрешение в РСА................................................................. 135 3.6. Факторы, определяющие выбор параметров РСА. Функция неопределенности сиrналов ..... ............ ............... .................... 136 3.6.1. Вид функции неопределенности сиrналов в космических РСА ....................... 136 3.6.2. Неоднозначность сиrналов РСА по азимуту ...................................................... 139 3.6.3. Неоднозначность сиrналов РСА по дальности..... ....... ... ... .... ...... ... ..... .... ........... 142 3.7. Особенности работы систем радиолокационноrо наблюдения космическоrо базирования при воздействии активных помех................ 145 rлава 4. Режимы работы космических РСА ................................................................ 151 4.1. Основные режимы радиолокационноrо обзора...................................... 151 4.1.1. Маршрутный режим обзора .................................................................................. 151 4.1.2. Широкозахватный режим Скансар ....................................................................... 153 4.1.3. Прожекторный режим обзора ............................................................................... 156 4.1.4. Поляриметрические режимы радиолокационной съемки .................................. 158 4.1.5. Интерферометрическая радиолокационная съемка ............................................ 160 4 
Оrлавление 4.2. Расширенные режимы обзора космических РСА ................................... 164 4.2.1. Метод двойноrо приема......................................................................................... 164 4.2.2. Широкозахватные режимы с высоким разрешением.......................................... 166 4.2.3. Повышение разрешающей способности в поперечном направлении путем межвитковой интерферометрии.. ... ........... ........ ......................... ....... ..... .... 168 4.2.4. Режимы индикации движущихся целей ............................................................... 172 rлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала при космическом радиолокационном обзоре.............................................................. 181 5.1. Состав параметров TpaeKTopHoro сиrнала. ..... ... ....... .... ..... ....................... 181 5.2. Системы координат, используемые при радиолокационном обзоре.. .. . .. .... . .. .. . .. . .... . .. . ..... . .......... .......... ... . .... . .... .. ... . . . . . . . . ... .. .. . . ... . . . . . ... .. 183 5.3. Временные зависимости фазы и амплитуды принимаемоrо сиrнала в РСА.......................................................................................... 186 5.4. Расчет параметров TpaeKTopHoro сиrнала при движении платформы по круrовой орбите............................................................... 191 5.5. Временная зависимость наклонной дальности цели при движении платформы по Кеплеровой орбите........................................................... 197 5.6. Параметры сиrналов, принимаемых антенной РСА ................................. 208 5.6.1. Система координат, адаптированная к rеометрии радиолокационноrо обзора........................................................................................................................ 208 5.6.2. Зависимости доплеровской частоты принимаемоrо сиrнала от aprYMeHTa широты КА............................................................................................................... 211 5.6.3. Танrенциальная составляющая скорости относительноrо движения................. 213 5.6.4. Масштабы радиолокационноrо изображения ....................................................... 215 5.6.5. Ширина спектра доплеровских частот принимаемоrо сиrнала........................... 218 5.6.6. Временной закон изменения наклонной дальности точки визирования. Разрешение РСА по азимуту .................................................................................. 219 5.6.7. Сравнение Кеплерова движения с возмущенным движением КА ...................... 221 5.7. Связь между yrлами ориентации КА и направлением визирования.... ......................................................................................... 223 5.8. Влияние ориентации КА на радиальную скорость относительноrо движения................................................................................................. 228 5.9. Баллистические данные для расчета опорной функции синтеза изображения ............................................................................................ 23 О rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА. ... ........ ...... ....... .............. ......... ........... ...... ......... .... ..... ........ ........ ... ...... 233 6.1. Этапы обработки радиолокационных сиrналов и вид информационных продуктов...... ....... ....... .... ...... .......................................... 233 6.2. Параметры, характеризующие миrрацию дальности в радиоrолоrрамме ................................................................................ 236 6.3. Оптическая обработка радиоrолоrраммы как модель формирования радиолокационноrо изображения в РСА.. ....... .... .......... ......... ................ 239 6.4. Алrоритмы цифровоrо синтеза РЛИ без учета миrрации дальности ...... 246 6.4.1. Алrоритм прямой свертки .................................................................................... 246 6.4.2. Алrоритм быстрой свертки ..... ........ ..... ... ..... ..... .... .... ... ....... .............. ................... 251 6.4.3. Алrоритм rармоническоrо (спектральноrо) анализа ......................................... 253 5 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 6.5. Процедуры масштабирования и интерполяции комплексных сиrналов ................................................................................................ 254 6.5.1. Масштабирование путем свертки с . лчМ..опорой............................................. 254 6.5.2. Расширение массива данных заполнением нулями ........................................... 258 6.5.3. Интерполяция комплексных процессов методом «раздвижки спектра» ................................................................................................................. 260 6.6. Алrоритмы синтеза РЛИ в маршрутном режиме с учетом миrpации дальности .............................................................................................. 261 6.7. Особенности принимаемых сиrналов в прожекторном режиме съемки.. .. . ... ..... . . .... .. . . ..... .. ... ..... ......... .... ..... .... ..... ... .. ..... ..... .. ... . . . . ... .. ... .. 268 6.8. Унифицированный алrоритм синтеза изображения в основных режимах работы РСА . .... ...... ... ... ... .... .... ... ... ..... ..... ..... ....... ....... ....... ...... 272 6.9. Алrоритм синтеза РЛИ в прожекторном режиме с коrерентным накоплением в субкадрах ...................................................................... 275 6.9.1. Интерполяция радиоrолоrpаммы по азимуту ..................................................... 275 6.9.2. KorepeHTHoe накопление парциальных . спектров.............................................. 276 6.9.3. KorepeHTHoe накопление субкадров.................................................................... 279 6.10. Автофокусировка радиолокационных изображений............................... 279 6.10.1. Искажающие воздействия, требующие применения автофокусировки Р ЛИ ..... ......... ............... ........... ....... ............. ................ ...... ................. 279 6.10.2. Аналитическая оценка влияния ошибок фокусирования ................................ 281 6.10.3. Влияние ошибок фокусирования на форму отклика при амплитудном взвешивании. .. . .... ..... ...... .... ...... .. ........ .......... ........ ........ ........ ..... . ..... .. . . . .. .. . .... .. .... 288 6.10.4. Влияние поrpешностей измерения координат КА, трассы распространения сиrнала и рельефа местности на точность фокусировки Р ЛИ............................................................................................... 290 6.10.5. Обзор алrоритмов автофокусировки ................................................................. 296 6.1 0.6. фазовоrpадиентный алrоритм автофокусировки ........................................... 302 6.10.7. Процедура поиска откликов для автофокусировки РЛи................................. 313 6.10.8. Локальная автофокусировка РЛИ высокоrо разрешения ................................ 317 6.11. Особенности синтеза РЛИ в режимах скошенноrо и бистатическоrо обзоров........................................................................... 320 6.12. Синтез РЛИ в видеоимпульсных РСА ...................................................... 322 6.13. Современные тенденции создания проrpамМноаппаратных комплексов для синтеза радиолокационных изображений ..................... 330 rлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений.................... 335 7.1. Методы фильтрации спеклшума на РЛИ ................................................ 335 7.1.1. -Задачи некоrерентной обработки РЛИ ................................................................... 338 7.1.2. Варианты и характеристики процедуры HeKorepeHTHoro накопления................. 339 7.1.3. Базовые алrоритмы фильтрации спеклшума . ....................................................... 348 7.1.4. Модернизированные алrоритмы фильтрации спеклшума. Применение вейвлет..преобразования..................................................................... 353 7.1.5. Метод нелокальноrо усреднения спеклшума ....................................................... 361 7.2. Реrистрация радиолокационной информации ............................................... 363 7.2.1. Требования к реrистрации радиоrолоrpаммы ........................................................ 363 7.2.2. Динамический диапазон выходных радиолокационных изображений ............... 365 7.2.3. Параметры реrистрации радиолокационных изображений .................................. 369 6 
Оrлавление 7.3. Характеристики зрительноrо восприятия Р ЛИ . .... ... ......... ..... ............. ......... 370 7.4. Отображение радиолокационной информации ...... ...................... ............ ..... 379 7.4.1. Структурная схема модели преобразования информации при визуальном дешифрировании Р ЛИ.. ........... .................... ............. ....... .... ....... 379 7.4.2. Линейный реrистратор с оrpаничением .. ... ....... .... ..... ....................... ....... .......... .... 383 7.4.3. Отображение РЛИ на дисплее ................................................................................. 386 7.4.4. Получение твердой копии РЛИ на бумажном носителе ....................................... 391 7.5. Характеристики цветноrо и псевдоцветноrо отображения РлИ................. 402 rлава 8. Повышение информативности космических РСА ...................................... 405 8.1. Учет влияния нелинейностей в тракте РСА .............................................. 405 8.2. Подавление помех неоднозначности по дальности в РСА ........................ 417 8.3. Подавление помех неоднозначности по азимуту в РСА высокоrо разрешения............................................................................................... 421 8.4. Методы расширенной обработки радиолокационных изображений.......... 426 8.5. Сжатие потока данных, передаваемых по радиолинии ............................. 427 rлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной информации ............................... ...... ... ...... .... .... ... ... ... ....... .... ..... ..... 431 9.1. Цели, задачи и методы тематической обработки радиолокационной информации............................................................................................. 431 9.2. Формирование банков радиолокационных портретов объектов наблюдения.............................................................................................. 435 9.2.1. Исходные материалы, получаемые самолетными и космическими РСА вы соко ro разреш ения ............................................................................................... 435 9.2.2. Получение точечных моделей объектов наблюдения .......................................... 437 9.3. Контроль надводной обстановки .............................................................. 440 9.3.1. Общие требования к решению задачи контроля надводной об стан о вки . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440 9.3.2. Обнаружение морских целей. .............. ..... ... ..... ... ..... ...... ......... ............... ............ ..... 442 9.3.3. Измерение координат морских целей .... .... ............ ..... ....... ................. ....... .... ......... 444 9.3.4. Радиолокационные портреты морских целей. ..... ... ....... ........ ...... .......... ................. 448 9.3.5. Радиолокационные портреты движущихся целей в условиях MopcKoro волнения ..... ... ..... ...... ..... ..... ... ................................... ............. 450 9.3.6. Классификация морских целей .............. ... ..... ...... ......... ............. ....... ....... ....... ...... ... 452 9.4. Дистанционное зондирование морской поверхности ................................ 452 9.4.1. Задачи дистанционноrо зондирования морской поверхности.............................. 452 9.4.2. Обнаружение эффектов взаимодействия взволнованной морской поверхности с атмосферой ... ........ ..... .............. ...... ...... .... .......... .......... ..... 452 9.4.3. Оценка скорости морских течений ......................................................................... 455 9.4.4. Эколоrический мониторинr морских акваторий ..... ..... ......................................... 459 9.4.5. Исследования проявлений внутренних волн для выявления топоrpафии дна......................................................................................................... 463 9.4.6. Обнаружение опасных волновых явлений и их предвестников ........................... 464 9.5. Исследование ледовоrо покрова ............................................................... 465 9.6. Зондирование суши и растительноrо покрова........................................... 467 9.6.1. Тематическое картирование объектов суши .......................................................... 467 9.6.2. Мониторинr растительноrо покрова....................................................................... 469 7 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 9.6.3. Некоrерентные методы выявления изменений в оперативной обстан о вке ................................................................................................................. 473 9.6.4. Построение цифровых карт рельефа по радиолокационным стереоснимкам .......................................................................................................... 475 9.7. Интерферометрическая обработка радиолокационных снимков ............... 476 9.7.1. Получение цифровых карт рельефа местности ...................................................... 476 9.7.2. Дифференциальная интерферометрия для обнаружения изменений в обстановке и измерения малых смещений объектов .......................................... 480 9.7.3. Интерферометрическая обработка результатов поляриметрическоrо зондирования............................................................................................................. 483 9.8. Методы решения координатных задач по данным радиолокационноrо зондирования ........................................................................................... 486 9.8.1. Исходные данные для решения координатных задач по РлИ.............................. 486 9.8.2. Решение координатной задачи по одиночному РлИ............................................. 486 9.8.3. Определение элементов внешнеrо ориентирования антенны .............................. 489 9.8.4. Решение координатной задачи по стереопаре РЛИ земной поверхности ........... 491 9.8.5. Совместная обработка перекрывающихся космических фотоснимков и РЛИ ... 493 rлава 10. Технолоrии моделирования характеристик аппаратуры РЛН и процессов прохождения сиrналов в радиолокационном тракте.. ........................... ..................................... ....... .............. ..... 499 10.1. Исходные положения ....... ... .............. ...... ..... ...... ............ ....................... ........ 499 10.2. Подrотовка исходноrо материала для моделирования.............................. 501 10.3. Моделирование обработки сиrналов в РСА ............................................... 504 10.4. Моделирование интерферометрической обработки изображений........... 505 10.5. Моделирование индикации движущихся целей......................................... 506 10.6. Структура математической модели сквозноrо тракта РСА ...................... 506 10.7. Полунатурное моделирование при отработке и испытаниях аппаратуры РСА ............................................................................................. 509 rлава 11. Калибровка РСА ............................................................................................... 511 11.1. Методики оценки характеристик информационных продуктов РСА................................................................................................ 511 11.1.1. Типы информационных продуктов..................................................................... 511 11.1.2. Оценка пространственноrо разрешения .... .................................. ..... .................. 513 11.1.3. Вычисление импульсноrо отклика РСА по получаемым снимкам.................. 516 11.1.4. Оценка уровня боковых лепестков импульсноrо отклика РСА ....................... 518 11.1.5. Оценка радиометрическоrо разрешения РСА ................................................... 518 11.1.6. Оценка динамическоrо диапазона и линейности амплитудной характеристики Р ЛИ ............................................................................................ 518 11.1.7. Интеrpальный эвристический критерий оценки информативности космических РСА ................................................................................................. 519 11.2. Методы и средства калибровки.............................................................. 523 11.3. Состав калибруемой аппаратуры космических РСА .............................. 524 11.4. Технолоrическая цепочка калибровки РСА ........................................... 526 11.5. Методы предполетной калибровки РСА ................................................ 528 11.6. Методы оценки параметров аппаратуры РСА в полете и коррекции искажений при обработке информации ................................................. 531 8 
Оrлавление 11.7. Калибровка тракта обработки сиrналов и выходноrо информационноrо продукта................................................................... 540 11.8. Состав наземноrо оборудования средств калибровки ............................ 543 11.9. Радиометрическая коррекция радиоrолоrpаммы при работе быстродействующей АРУ...................................................................... 545 rлава 12. Совершенствование аппаратуры радиолокационных комплексов землеобзора космическоrо базирования ..... .......... ... ....... .............. ... ..... ......... ... ....... ... 549 12.1. Системный подход к проектированию космической аппаратуры радиолокационноrо наблюдения............................................................ 549 12.2. Антенные устройства космических РСА................................................ 550 12.2.1. Общие требования к антеннам для космических РСА ..................................... 550 12.2.2. АФАР дЛЯ космическоrо РСА Хдиапазона волн .............................................. 551 12.2.3. Совмещенная двухдиапазонная АФАР L и Рдиапазонов волн...................... 553 12.2.4. rибридная зеркальная антенна S..диапазона волн дЛЯ РСА в составе малоrо космическоrо аппарата ... ........................ ....... ......... .......... ...... 554 12.2.5. fибридная зеркальная антенна с АФАРоблучателем ...................................... 556 12.2.6. Активные антенные решетки и их элементы для видеоимпульсных РСА . ..... .......... ..... ....... ..... ....... ...... .......... .... ...... ............... 557 12.2.7. Перспективы развития антенных систем дЛЯ РСА космическоrо базирования........................................................................................................... 564 12.3. rенераторы частот и сиrналов для космических РСА ............................ 565 12.4. Характеристики транзисторных усилителей мощности, работающих в импульсном режиме....................................................... 568 12.5. Совершенствование приемопередающих модулей применительно к rибридным зеркальным антеннам с А Ф АР облучателями. . . . .. . .. .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . ... . . . . .. . . . . . .. .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 573 12.6. Требования к приемному тракту РСА .................................................... 575 rлава 13. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения земной поверхности и наземных (надводных) объектов ......................................... 577 13.1. Этапы создания космической аппаратуры радиолокационноrо наблюдения ........................................................................................... 577 13.2. Некоrерентные космические радиолокаторы боковоrо обзора для наблюдения океана и надводной обстановки ................................... 579 13.2.1. Некоrерентные РБО контроля надводной обстановки. Бортовой комплекс «Чайка» .. ........ ..... .............................. ... ........................ ...... 579 13.2.2. Космические РБО дЛЯ исследования морской поверхности, ледяноrо и ледниковоrо покровов ..................................................................... 581 13.3. Ретроспективный обзор развития космических РСА.............................. 583 13.3.1. РСА космическоrо аппарата SEASA Т.............. ........ .... ...... ......................... ..... 583 13.3.2. Космические РСА L..диапазона волн SIR..A, SIR..B, JERS..l ........................... 585 13.3.3. РСА «МечК», «МечКУ» космических аппаратов «KOcMoc1870» и «Алмаз 1» ......................................................................................................... 588 13.3.4. Проrрамма ERS космическоrо areHTCTBa ESA ................................................. 594 13.3.5. Мноrорежимный РСА Сдиапазона волн Radarsat 1 ....................................... 595 13.3.6. Космические РСА видовой разведки серии Lacrosse....................................... 597 13.3.7. Мноrочастотные поляриметрические РСА SIR..C/XSAR мноrоразовоrо космическоrо корабля Space Shuttle ........................................ 600 9 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 13.4. Разработки космических РСА, обеспечившие создание научнотехническоrо задела.................................................................. 602 13.4.1. Мноrорежимный космический РСА LightSAR для малоrо КА ...................... 602 13.4.2. Двухчастотный РСА «Траверс» модуля «Природа» космической станции МИР. ........... ..... .......... ........... ..... ....... ...... ..... .... ............... 603 13.4.3. Мноrочастный бортовой радиолокационный комплекс КА «Алмаз lВ»...... 605 13.4.4. Мноrочастный поляриметрический бортовой радиолокационный комплекс «ApKOH 2» ........................................................ ................................... 606 13.5. Состояние и перспективы развития РСА землеобзора космическоrо б аз иро в ан ия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 08 13.5.1. Поляриметрический РСА С.. диапазона волн ASAR космическоrо аппарата ENVI S А Т ............................................................................................. 61 О 13.5.2. Мноrорежимный поляриметрический РСА С..диапазона волн Radarsat..2 .... 612 13.5.3. Поляриметрические РСА Lдиапазона волн PALSAR космическоrо ап парата ALO S .................................................................................................... 614 13.5.4. Орбитальная rpуппировка SAR Lupe ................................................................ 617 13.5.5. Космические аппараты Cosmo SkyMed............................................................. 618 13.5.6. РСА Т епаSАR  Х ................................................................................................. 620 13.5.7. РСА TECSAR....................................................................................................... 622 13.5.8. Индийский РСА RISA Т  1 ................................................................................... 623 13.5.9. Перспективный РСА ТепаSАR L .... ..... ........... .... ..... ... ...... .............. ..... ............. 624 13.5.10. Радиолокатор «СеверянинМ» КА «Метеор..М» N] космическоrо комплекса rидрометеоролоrическоrо и океаноrрафическоrо обеспечения..... ............. ..... ..... ............. ........... ............. 626 13.5.11. РСА малоrо космическоrо аппарата «КондорЭ» .......................................... 627 13.5.12. Проект двухчастотноrо БРЛК дЛЯ мониторинrа объектов топливно.. энерrетическоrо комплекса «CMOTpSP» ............ .......... ..... ..... ... .......... ..... ...... 632 3акл ючен ие .............................................................................................................................. .......... 635 литература..................................................................................................................... ..................... 637 Перечень n ринятых сокращений ..... ... ......... .... ... .... ..... .............. ..... ..... ..... ....... ..... ........ ..... ............ 665 Основные обозначения в формулах и физические параметры ............................................. 667 Сведения об авторах .. ........... ....... ......... ......... ..... ....... ... ......... ..... ..... ..... ....... ... ....... ... ... ..... ..... ......... 699 Monogra ph structu re ......................................................................................................................... 671 10 
Выход в свет моноzрафии ((Радиолокационные системы землеобзора космиче.. CKOZO базирования» в научной серии ((Системы MOHumopUHza воздушноzо, кос.. мическоzо пространства и земной поверхности» в издательстве ((Радиотех.. ника» представляется чрезвычайно своевременным явлением. Спутниковая радиолокация является на сеzодняшний день одним из важней.. ших наиболее успешно и динамично развивающихся направлений дистанцион" HOZO зондирования Земли из космоса. Стремительное развитие этоzо направ.. ления привело к насущной необходимости собрать воедино, систематизиро.. вать и подверzнуть тщательному аНШlизу научно..технические достижения последних лет и новые идеи в деле создания и развития радиолокационных систем, технолоzий обработки, хранения, интерпретации и использования получаемых данных, обобщить информацию о разрабатываемых и уже реШlи.. зованных проектах. Основу спутниковой радиолокации составляют разработки методов и аппаратуры, обеспечивающих формирование радиолокационных изображений земной поверхности с высоким пространственным разрешением, которые служат информационным обеспечением при решении широкоzо Kpyza задач на.. учноzо, народно..хозяйственноzо и оборонноzо характера. Получение таких ра.. диолокационных изображений стШlО возможным вследствие разработки и практическоzо освоения специфическоzо метода радиолокации .. метода син" тезирования апертуры антенны. Особо хочется подчеркнуть, что авторы мо" ноzрафии являются пионерами создания радиолокаторов с синтезированной апертурой в России, что позволяет читателю получить информацию ((из пер" вых рук». В моноzрафии отражено изменяющееся и развивающееся содержа.. ние современной радиолокации, приведён обзор всех основных отечественных и зарубежных радиолокационных систем CпymHUKOBOZO базирования с аНШlизом их характеристик, возможностей и оzраничений. Безусловную ценность пред.. ставляют результаты мноzолетних научных исследований и прикладных раз.. работок авторов, отражающие их реШlЬНЫЙ вклад в развитие систем и мето.. дов радиолокационноzо CпymHUKOBOZO зондирования. К несомненным достоинствам KHUZU следует отнести то, что она объе.. диняет две взаимосвязанные и взаимодополняющие задачи. Она включает в се.. бя не только последовательно проведенный аНШlиз теоретических основ и осо.. 11 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования бенностей радиолокационных методов и построения радиолокационных сис.. тем, но и обзор наиболее впечатляющих научных результатов, полученных при помощи таких систем. Fлавы, посвященные современным подходам к те.. матической обработке радиолокационной информации применительно к ши.. рокому KPYZY задач исследования процессов и явлений в океане и атмосфере над ним, исследованию ледовоzо покрова, MOHumopUHZY растительноzо покрова и объектов суши, предоставляют вОЗМО3lCность широкому KPYZY специалистов получить систематизированное представление о вОЗМО3lCностях метода спутниковой радиолокации и о ezo месте в схеме 2Лобальноzо MOHumopUHza. Нельзя не отметить, что KHuza написана с большим мастерством. Из.. ложение построено таким образом, чтобы читатель получил необходимые и наиболее полные сведения о современном уровне развития проблемы. Несмотря на то, что во MHOZиx ВУЗах вводятся специальности или читаются спецкур" сы по проблемам и методам дистанционноzо зондирования Земли, набор серь.. езной литературы, дающей представление о теоретических основах, совре.. менных возможностях и практических дости3lCениях в области спутниковой радиолокации, весьма оzраничен. Хочется надеяться, что моноzрафия запол.. нит этот пробел и пОСЛУ3ICит ва3lCНЫМ вкладом в расширение научноzо KPYZO" зора молодых ученых и понимание ими различных аспектов радиолокационноzо зондирования Земли, а maK3ICe ока3lCется интересной и полезной как специали.. стам в области спутниковой радиолокации, так и широкому KPYZY читателей. Директор Учре3lCдения Российской академии наук Институт космических исследований РАН академик РАН л.м. Зеленый 12 
Отечественным ученым, конструкторам, ин:нсенерам, испытателям, военным специшzистам .... создателям первых в мире космических радиолокаторов землеобзора п о с в я Щ а е т с я... От редактора Моноrрафия «Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирова ния»  третья книrа из научной серии «Системы мониторинrа воздушноrо, косми ческоrо пространства и земной поверхности», посвящена новым направлениям по строения современных космических систем радиолокационноrо наблюдения, пер спективам их развития, принципам обработки и использования получаемой ин формации. Моноrрафия обобщает результаты мноrолетнеrо освоения космическо 10 пространства с целью создания rлобальной информационной системы, обеспе чивающей всепоrодное детальное наблюдение динамических процессов, связанных с естественными и антропоrенными явлениями на планете Земля. Рассматриваются задачи радиолокационноrо наблюдения земной и морской поверхности, наземных и надводных объектов, характеризуемые общим термином «землеобзор», который включает в себя дистанционное зондирования Земли (ДЗЗ), мониторинr хозяйственной деятельности и природных воздействий, радиовидение. В моноrрафии изложены теоретические основы и имеющийся научно технический задел для проектирования космических систем радиолокационноrо землеобзора, совершенствования методов получения и обработки радиолокацион ной информации с учетом опыта разработок коллектива ОАО «Концерн «Bera». Высокая информативность современных космических радиолокаторов с син тезированной апертурой антенны (РСА) с метровым и субметровым пространст венным разрешением, особенности взаимодействия радиоволн с объектами наблю дения, возможность оперативноrо получения информации независимо от времени суток и метеоролоrических условий, и, наконец, rлобальный охват районов съемки обусловливают приоритетную роль космических средств радиолокационноrо Ha блюдения для решения задач военной видовой разведки (в сочетании с информа цией от оптоэлектронных датчиков) и обеспечения национальной безопасности. Моноrpафия написана на основе только открытой отечественной и зарубежной литературы (справочники, моноrpафии, статьи, учебные пособия, рекламные про спекты), а также открытых публикаций сотрудников ОАО «Концерн «Bera», вклю чающих более чем полувековой уникальный опыт создания аппаратуры авиационно космическоrо базирования для наблюдения Земли и околоземноrо пространства. Книrа состоит из предисловия, введения, OCHoBHoro материала (13 rлав), заклю чения и списка литературы. Во введении дается краткий обзор развития космических средств радиолокационноrо наблюдения (землеобзора). В rлавах OCHOBHoro материа ла изложены роль космическоrо cerMeHTa в построении rлобальной информацион ной системы двойноrо применения, особенности взаимодействия радиоволн с зем ными покровами и объектами наблюдения, принципы построения, режимы работы и реализуемые характеристики космических радиолокаторов землеобзора, rеометрия 13 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования обзора, связь характеристик принимаемых сиrналов с параметрами орбитальноrо движения космическоrо аппарата с РСА. Рассмотрены вопросы синтеза радиолока ционных изображений, их первичной и вторичной обработки, а также методы повы шения информативности РСА с учетом аппаратурных оrpаничений. Изложены современные подходы к тематической обработке радиолокационной информации, формированию банка радиолокационных данных, автоматизации про цесса интерпретации радиолокационной информации. Приведены алrоритмы Moдe лирования процессов преобразования сиrналов в тракте РСА, методы оценки качест ва изображения, вопросы калибровки выходноrо информационноrо продукта и KOp рекции аппаратурных искажений. Рассмотрены основные аппаратурные решения при создании современных РСА, дан ретроспективный обзор развития космических средств радиолокационноrо землеобзора и обнаружения объектов. При изложении материала особое внимание уделено новым режимам работы РСА (скошенноrо обзора, двойноrо приема, широкозахватноrо режима высокоrо разрешения, возможностям повышения разрешения поперек линии пути посредст вом использования серии интерферометрических снимков). Детально рассмотрены особенности rеометрии космическоrо обзора, включая случаи высокоорбитальных РСА и РСА на rеосинхронной орбите. Изложены наиболее эффективные для случая космических РСА алrоритмы синтеза радиолокационноrо изображения (Р ЛИ) BЫCO Koro разрешения, методы автофокусировки Р ЛИ с учетом поrpешностей баллистиче ской информации и ошибок в трассе распространения. Освещены современные методы последетекторной обработки Р ЛИ, включая вейвлет преобразования и нелокальную фильтрацию. Проанализированные вопросы реrистрации Р ЛИ с учетом параметров отображающих устройств и характеристик зрительноrо восприятия, в том числе с применением псевдоцветной индикации. Особое внимание уделено алrоритмам моделирования преобразования сиrналов в сквозном тракте РСА с использованием экспериментальных комплексных изобра жений. Они MOryт быть эффективно применены при проектировании РСА, наземной отработке аппаратуры, при анализе нештатных ситуаций в процессе эксплуатации РСА, а также интерпретации данных радиолокационноrо зондирования. В конце текста проведены аннотация и структура книrи на анrлийском языке. В моноrрафии приведен большой список литературы для уrлубленноrо изу чения материалов по конкретным проблемам. В приложении приведены перечень публикаций создателей радиолокаторов в коллективе ОАО «Концерн «Bera» и уча стников работ из смежных орrанизаций (более 90 названий), а также перечень pa бот, посвященных уникальным результатам дистанционноrо зондирования Земли в 10CM диапазоне волн с использованием РСА «МечК» и «МечКУ», в том числе в рамках международных экспериментов. Часть ссылок, приведенных в списке литературы, например, на анrлоязычные издания отечественных авторов, дублируют статьи на русском языке. Это сделано в связи с их большей доступностью (включая онлайнресурсы), чем ориrинальные публикации в трудах конференций, изданных малым тиражом. В тексте книrи для облеrчения поиска дополнительных материалов по ключевым словам приведен в 14 
От редактора скобках их перевод на анrлийский язык. При написании математических формул применена латиница, что упрощает их проrpаммирование в среде МА TLAB/Mathcad при инженерных расчетах и моделировании РСА. Моноrрафия иллюстрирована большим количеством радиолокационных изо бражений, полученных с помощью отечественных и зарубежных космических РСА, включая изображения РСА TerraSARX с разрешением от 1 м, любезно пре доставленные фирмой Infoterra ambH [530]. Книrа предназначена для широкоrо крута специалистов по радиолокации и дистанционному зондированию Земли  инженеров, научных сотрудников, связан ных с проектированием информационных систем, созданием и применением средств радиолокационноrо наблюдения rpажданскоrо и BoeHHoro назначения, а также для преподавателей, аспирантов и студентов соответствующих факультетов и вузов. Авторы надеются, что данная моноrрафия станет настольной книrой разра ботчика радиолокаторов землеобзора космическоrо (а по общим вопросам  и ca молетноrо) базирования. Уверенность в этом поддерживают и отзывы первых чи тателей книrи  ее рецензентов. Отзыв доктора физикоматематических наук, профессора, академика РАН Льва Матвеевича ЗелеНО20, директора Института космических исследований РАН приведен в начале книrи. Заслуженный деятель науки и техники РФ, Лауреат rосударственной премии СССР, доктор технических наук, профессор Fеннадий Степанович KOHдpaтeH ков, Почетный профессор ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковскоrо и Ю.А.rаrарина, один из основоположников развития теории РСА и радиовидения, их реализации в ca молетной аппаратуре, в своем отзыве отмечает, что предлаrаемая книrа (<является первой отечественной МОНО2рафией, содержащей системное изложение знаний, относящихся к решению научных, хозяйственных и военных задач землеобзора из космоса с помощью радиолокационных систем. По своему комплексному подходу, широте и 2Лубине изложения, и практической направленности данная МОНО2рафия значительно превосходит недавно изданную КНИ2У американских авторов PiZZai, Li, Himed «Space Based Radar», McGrowHiZZ, 2008 2. В МОНО2рафии поставлены и разработаны Шl20рИтмы решения практически всех задач радиолокаЦИОННО20 обзора из космоса. Это концепция использования радиолокационных комплексов в 2лоБШlЬНОЙ информационной системе, методы радиолокаЦИОННО20 землеобзора из космоса, принципы построения космических радиолокационных систем, Шl20ритмы формирования детШlЬНЫХ радиолокацион ных изображений, их тематической обработки и ре2истрации, вопросы проекти рования аппаратуры, моделирования и КШlибровки, обзор современных и пepcпeK тивных систем землеобзора космичеСКО20 базирования. Важной особенностью МОНО2рафии является оценка использования косми ческих радиолокационных систем для решения МНО20численных хозяйственных за дач и их рыночная привлекательность... Публикация данной МОНО2рафии, несомненно, будет важной вехой в разви тии науки и техники радиолокационных систем землеобзора космичеСКО20 базиро ван ия» . 15 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования в отзыве Заслуженноrо деятеля науки и техники РФ, доктора технических наук, профессора, академика РАН Иzоря Борисовича Федорова, ректора MrTY им. Н.Э.Баумана, заведующеrо кафедрой «Радиоэлектронные системы и устройст ва» отмечено, что «в МОНО2рафии обобщен и систематизирован мировой опыт создания и применения космических систем радиолокаЦИОННО20 землеобзора И, что особенно важно,  вклад в мировую науку и технику непосредственных участников разработки отечественных радиолокационных информационных систем ОАО «Концерн «Ве2а», создавше20 непревзойденный в нашей стране научно технический задел в этой области техники. Достоинством кни2U является системный подход к проектированию радиоло каЦИОННО20 се2Мента сетецентрическux информационных техноло2UЙ, исчерпываю щая полнота рассмотрения все20 КРУ2а вопросов, касающuxся разработки coвpeMeH ных систем радиолокаЦИОННО20 наблюдения космичеСКО20 базирования 2раждаНСКО20 (дистанционное зондирование Земли) и воеННО20 (видовая разведка) пРUJvtенения... Бла20даря высокому научному и инженерному уровню, доступному языку из ложен ия, 2Лубокой проработке основных вопросов создания и использования систем радиолокаЦИОННО20 землеобзора двОЙНО20 применения, широкому охвату пpeдcтaв леННО20 в ней ОРИ2ИНШlЬНО20 матеРИШlа, а также подробному бибЛИО2рафическому списку с ссылкa;wи на публикации для У2ЛублеННО20 изучения отдельных вопросов, MO НО2рафия, несомненно, станет настольной КНИ20Й для инженеровразработчиков радиолокационных систем, спеЦИШlистов по дистанционному зондированию Земли и послужит дШlьнейшему развитию передовых информационных теХНОЛО2ИЙ». Авторы блаrодарят коллектив специалистов Открытоrо акционерноrо общест ва «Концерн радиостроения «Bera», чей опыт создания отечественной аппаратуры радиолокационноrо наблюдения обобщен в настоящей моноrpафии. Особую бла rодарность авторы выражают докт. техн. наук., проф. В.F.Елюшкину, докт. техн. наук., проф. А.п.Курочкину, канд. техн. наук С.F.Лиханскому, канд. физ.мат. Ha ук В.Ф.Лосю, В.Ю.Манакову, канд. техн. наук A.F.OcmpoBcKoMY, канд. техн. наук В.А.Плющеву, докт. техн. наук., проф. Е.Ф.Толсmову за предоставление материа лов в книrу и ценные замечания, способствующие ее улучшению, а также r.В.Fладштейн и В.В.Радченко за их труд по подrотовке рукописи к печати. Авторы будут признательны за все зa;wечания и предложения по содержа нию КНИ2И, которые просим присылать в Издательство «Радиотехника» по aдpe су: 107031, Москва, K31, Кузнецкий мост, д. 20/6. Телефон Издательства: + 7 4956259241, телефон/факс: + 7 495621 48З 7, email: info@radiotec.ru Доктор технических наук, профессор Верба В.С. 16 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования являются эф фективным средством получения оперативной и долrовременной информации о состоянии и динамике объектов и районов земноrо шара в rлобальных и реrио нальных масштабах независимо от метеоролоrических условий и времени суток. Научные и инженерные основы для реализации таких систем заложены в cepe дине прошлоrо века. Они были подrотовлены достижениями в области самолетноrо приборостроения, в том числе разработкой в НИИ171панорамной РЛС «Кобальт» для бортовоrо комплекса прицельноrо оборудования «Рубидий» бомбардировщика Ty4 (1949). С помощью этой аппаратуры решались задачи навиrации и прицелива ния по крупным площадным объектам в отсутствии оптической видимости. Совершенствование аппаратуры (внедрение перестройки частоты, цветной индикации, автоматическоrо обнаружения объектов на земной поверхности и др.), а rлавное, переход от панорамных РЛС к радиолокаторам боковоrо обзора (РБО) с улучшенным уrловым разрешением по азимуту (до 9.. .15 уrл. мин), способствова 2 ло развитию HOBoro применения радиолокации  землеобзора [153*, 222*] . Интенсивные исследования по совершенствованию радиолокаторов землеобзо ра, выполненные в 1958 1961 rr. практически одновременно в СССР (ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковскоrо) и в США (Мичиrанский технолоrический институт), приве ли к созданию принципиально новых средств радиолокационноrо наблюдения  KozepeHmHblX радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны (РСА), способных решать задачи радиовидения с пространственным разрешением в едини цы и доли метра. Метод повышения уrловой разрешающей способности РЛС путем создания искусственной антенны с коrерентным суммированием сиrналов, принятых вдоль траектории полета (r.c. Кондратенков, авт. свид. 1959 r. [116] с приоритетом на rод раньше американскоrо патента), был экспериментально подтвержден с помо щЬЮ РСА 70сантиметровоrо диапазона волн в ходе проведенной в ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковскоrо НИР «Азимут» (научный руководитель НИР А.П. Реутов) [116, 146]. С этих первых работ начались теоретические и экспериментальные исследо вания в области РСА и их воплощение в конкретные разработки [4,28,39*,99,118, 192*, 195, 196, 200*, 209]. 1 В 1967 r. НИИ..17 переименован в МНИИП, а с 2003 r.  в ОАО «Концерн «Bera». 2 Здесь и далее звездочкой отмечены публикации создателей радиолокаторов землеобзора в кол.. лективе ОАО «Концерн «Bera» и непосредственных участников работ из смежных орrанизаций. зctq 17 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования История создания отечественной аппаратуры радиолокационноrо земле обзора  воздушной и космической радиолокационной разведки, решенные технические проблемы, а также вклад творческоrо коллектива, объединяющеrо специалистов ОАО «Концерн «Bera» и смежных орrанизаций, подробно изложены в публикаци ях, посвященных 60летнему юбилею ОАО «Концерн «Bera» [39*, 222*]. Первой из работ была выполненная в 1961  1963 rr. фундаментальная НИР «Клинок» (научный руководитель п.о. Салrаник), которая создала необходимый Ha учнотехнический задел для проведения опытно конструкторских разработок РСА. В НИР «Клинок» были проработаны вопросы теории РСА с оценкой влияния аппа ратурных и траекторных нестабильностей на характеристики РСА, определены Tpe бования к входящим подсистемам и пути их реализации, впервые были предложены принципы построения и разработана теория РСА космическоrо базирования. Были определены требования к составным частям РСА, исследованы пути их построения, разработаны действующие макеты основных блоков бортовой аппаратуры. На созданной экспериментальной базе были изrотовлены и испытаны caMO летные макеты РСА трех диапазонов волн (2, 3 и 1 О см), установленные на самоле тах Ил 18 и Ли2. С их помощью проведен большой объем летных исследований, позволивших обосновать параметры РСА в перспективных ОКР. Впервые в нашей стране были получены радиолокационные снимки местности и объектов с разре шением 10.. .15 м. Их сравнение с оптическими снимками выявило значительное превышение контрастов отображения объектов и элементов местности, особенно при работе в 1 OCM диапазоне волн. В НИР «Клинок» и в последующих работах МНИИП по созданию самолетных и космических РСА большой вклад внесен специалистами ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковскоrо и Ленинrpадской академии им. А.Ф. Можайскоrо. Особое внимание уделялось созданию высокопроизводительных оптических устройств синтеза радиолокационноrо изображения, основанных на подобии пре образований коrерентных оптических сиrналов (rолоrраммы) с записанными вдоль траектории полета коrерентными радиолокационными сиrналами (радиоrолоrрам мами). Достижению высоких результатов способствовало привлечение к разработ ке этих устройств специалистов ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковскоrо под PYKOBO дством r.A. Кондратенкова и rои им. С.И. Вавилова под руководством Ю.Н. Дe нисюка в части принципов оптической обработки сиrналов РСА и реализации KO rерентной оптической системы. Реализация и совершенствование отечественных средств радиолокационноrо землеобзора в последующие rоды осуществлялась в следующих направлениях: разработка и введение в эксплуатацию аппаратуры воздушной радиолокационной разведки; проведение исследований по оценке и повышению информативности РСА, а также развитию методов дистанционноrо зондирования Земли (ДЗЗ); разра ботка и эксплуатация космических РБО и РСА. Работы по созданию средств воздушной разведки, завершенные передачей в pe ryлярную эксплуатацию, выполнялись в рамках ОКР «Булат», «Штык», «Сабля», «Шомпол» для самолетов Як28БИ, Cy24MP, Миr25РБ, Ty22M (руководители pa 18 
Введение бот А.Т. Метельский, r.A. Зонненштраль, В.В. Вепринцев, r.п. Володин, А.А. Kyx тин), ОКР «Авиационная система наблюдения «Открытое небо» (РСА «Ронсар») и ОКР «Аннотация» по сертификации характеристик аппаратуры (руководители pa бот Л.Н. Тяпкин, В.Н. Шахrеданов), ОКР «ИМАРК»  мноrочастотный поляримет рический бортовой радиолокационный комплекс с цифровой адаптивной обработ кой информации (руководители работ А.В. Дзенкевич, В.А. Плющев). В ряде проведенных НИР «Экранl» (научный руководитель r.A. Зонненшт раль), «Изrородь», «Силуэт»  восьмимиллиметровоrо РСА с разрешением 30 см (научный руководитель В.Б. Штейншлейrер) и др. намечены пути совершенство вания самолетных РСА с улучшением разрешения от единиц метров до единиц дe циметров. Параллельно проводились экспериментальные исследования, целями которых были подтверждение параметров разрабатываемых РСА и оценка инфор мативности радиолокационноrо зондирования земной и морской поверхностей для решения широкоrо Kpyra мониторинrовых задач, изучения радиофизических свойств земной поверхности и объектов. Такие исследования с использованием РСА разных диапазонов волн, установленных на самолетах Як28ИБ (3 см), Ty124 (3 см и 2,5 м), Ил18 (10 и 68 см), Ty134A и Ан26БРЛ «Арктика» (3, 23, 68 см и 2,5 м), проводились совместно с ИРЭ РАН. Следует также упомянуть эксперименты, проведенные в НИИП им. В.В. Тихомирова, Холдинrе «Ленинец», НИИТП и в дpy rих орrанизациях. Эти исследования позволили получить ценную информацию для практическоrо применения материалов радиолокационноrо зондирования Земли. Эпоха космической радиолокации наземных и надводных объектов открылась в 1971 r. запуском космическоrо аппарата YCA «KOCMoc402» с бортовым радио локационным комплексом  активным cerMeHToM системы морской космической разведки и целеуказания (МКРЦ) [88*, 545]. Идея создания космических аппаратов с радиолокаторами для наблюдения морской поверхности и контроля надводной обстановки была впервые сформулирована в 1959 r. выдающимся rенеральным конструктором НПО машиностроения академиком В.Н. Челомеем. Общее научное руководство созданием системы МКРЦ осуществлял rенеральный конструктор ЦНИИ «Комета» академик А.И. Савин. Разработанный в МНИИП бортовой KOM плекс (rлавный конструктор И.А. Бруханский) включал широкозахватный радио локатор боковоrо обзора (РБО) «Риф», бортовую цифровую вычислительную Ma шину (БЦВМ) и линию передачи данных. Комплекс обеспечивал при работе в aB томатическом режиме обнаружение и определение координат надводных кораблей. Для обеспечения высокоrо энерrетическоrо потенциала РБО электропитание на борту КА обеспечивала ядерная энерrетическая установка (ЯЭУ) «Бук». Система МКРЦ с КА YCA, YCAM была принята в 1975 r. и успешно функ ционировала (28 запусков) до 1988 r. Линия космических РБО, обладающих rрубым пространственным разрешени ем (",2 км), но хорошим радиометрическим разрешением (около 1 дБ) и широкой полосой захвата (до 500 км), была продолжена отечественной проrраммой «Океан» (КА «KOCMoc1500», «Океан» и др.), сыrравшей важную роль в изучении Мировоrо океана и ледовоrо покрова, а также при решении практических задач обеспечения судоходства в полярных широтах [197]. 19 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Сложная судьба достал ась отечественным космическим системам детальной радиолокационной разведки [49*, 222*, 552]. В 1966 r. в МНИИП была начата разра ботка орбитальной пилотируемой станции (ОПС) «АлмазА» с РСА «МечА» 1 OCM диапазона волн (rлавный конструктор п. о. Салrаник). К марту 1978 r. летный KOM плект ОПС «АлмазА» был rOToB к запуску (ранее американскоrо SeasatA). Запуск был отменен. Была задана разработка РСА «МечК» для автоматическоrо космиче cKoro аппарата (КА) «АлмазТ», который был rOToB к запуску в 1982 r. После семи лет пребывания КА «Алмаз Т» с РСА «МечК» на полиrоне Байконур коллективам разработчиков космическоrо аппарата и РСА удалось реализовать в 1987 r. запуск и успешную эксплуатацию в 1987 1989 rr. РСА «МечК» на спутнике «KOCMOC 1870». В реализацию и совершенствование отечественных космических РСА боль шой вклад внес ведущий специалист НПО машиностроения Е.А. Ксенофонтов. Ha земная обработка информации с помощью машины оптическоrо преобразования информации (МОПИ) обеспечивала получение радиолокационных снимков с раз решением 15...20 м Усовершенствованный вариант РСА «МечКУ» с улучшенными характери стиками был успешно реализован в составе КА «Алмазl» в 19911992 rr. Был применен цифровой синтез радиолокационных изображений с помощью MHoro процессорноrо вычислительноrо комплекса ПС2000 с алrоритмами синтеза MeTO дом ускоренной прямой свертки с субапертурами [90*, 157*, 158*] (ответственный за наземную обработку Л.Б. Неронский). Достиrнутая разрешающая способность радиолокационных снимков составляла 1 о. . . 15 м. После завершения эксплуатации РСА «МечКУ» на КА «Алмазl» архив полу ченных радиоrpамм, обработанный с помощью вычислительноrо комплекса на базе универсальных ЗВМ в НПО машиностроения (ныне ОАО «ВПК «НПО машино строения»), доступен для использования заинтересованными потребителями [538]. До настоящеrо времени информация, полученная с помощью РСА «МечКУ» явля ется наивысшим отечественным достижением в области радиолокационноrо зонди рования из космоса, а, учитывая используемый в РСА отличающийся от зарубежных РСА диапазон волн 1 О см, она является уникальной и в мировом масштабе. За истекшие rоды в МНИИП (ОАО «Концерн «Bera») выполнен ряд НИР и этапов ОКР, направленных на повышение информативности космических РСА и формирование научнотехническоrо задела для создания РСА, отвечающих COBpe менным требованиям. Начиная с 1990 r. работами по созданию систем землеобзора из космоса руководит и.r. Осипов. За это время выполнены эскизные проекты MHO rорежимных мноrочастотных бортовых радиолокационных комплексов (БР ЛК) ЗКОРВ (3, 10 и 68 см) для КА «АлмазIВ» (rлавный конструктор БРЛК и.r. Оси пов), БРЛК СпинарIДМ (rлавный конструктор Ю.Н. Кулыба) с дециметровыми каналами (23 и 68 см) для трехчастотноrо БРЛК полезной наrрузки КА «ApKOH2», НИР «Арктика», «Корвет» (ответственный исполнитель в.з. Турук)  широкоза хватный РСА 3CM диапазона волн для ледовой разведки, использующий антенну с частотным сканированием по уrлу места, НИР «Карта» (исполнители в.з. Турук, Л.Б. Неронский) с проработкой путей построения высокоорбитальных РСА, техни ческие предложения по РСА «CMOTpX» и «CMOTpL» (исполнитель А.А. Липатов) 20 
Введение для мониторинrа объектов теплоэнерrетическоrо комплекса, а также НИР «Видео решетка» (научный руководитель А.П. Курочкин) и НИР «ПлескВеrа» (научный руководитель Ю.Н. Кулыба), в которых прорабатывались перспективы создания сверхширокополосных видеоимпульсных РСА космическоrо базирования. Качественным скачком в развитии космических средств земле обзора является полномасштабная разработка РСА десятисантиметровоrо диапазона (rлавный KOHCT руктор И.r. Осипов, с декабря 2004 r.  В.З. Турук) для малоrо космическоrо аппарата «КондорЗ». При проектировании РСА предусматривалось создание универсальной мноrорежимной аппаратуры с сочетанием BbIcoKoro пространственноrо разрешения (1. . .2 м), изобразительных и измерительных свойств получаемых снимков для реше ния широкоrо класса мониторинrовых задач, а также контроля оперативной обстанов ки в зонах конфликтов. Ero реализация в сочетании с действующей зарубежной и про ектируемой отечественной аппаратурой, работающей в дрyrих диапазонах волн, суще ственно расширит информационные возможности rлобальной системы дистанционно ro зондирования Земли, в том числе по районам Крайнеrо Севера и Антарктиды [45*]. Исторически реализация и освоение космических радиолокаторов с синтези рованной апертурой антенны (РСА), которые, в принципе, MorYT обеспечить про странственное разрешение получаемых снимков до долей метра, можно характери зовать четырьмя этапами [55, 72, 125, 126, 215, 332, 454]. Первый этап  исследовательский, включающий запуск американских РСА SeasatA (1978), SIRA (1981), SIRB (1982), работающих в 23CM диапазоне волн, отечественных РСА «МечК» и «МечКУ» космических аппаратов «KOCMOC1870» (1987  1989 rr.) и «Алмаз 1» (1991  1992 rr.), работающих в 1 OCM диапазоне волн, трехчастотноrо (диапазоны 3,1, 5,6 и 23 см) поляриметрическоrо РСА SIRC/X SAR (1994) совместной разработки США, rермании. На этом этапе был накоплен большой экспериментальный материал, отработаны методы решения задач BoeH ной разведки, разработаны методики, а также проrраммные пакеты для обработки и интерпретации получаемых радиолокационных изображений. Второй этап  уточнение методик тематической обработки радиолокацион ных снимков и их применение для решения практических задач дистанционноrо зондирования Земли в разных сферах деятельности. С этой целью используется информация с европейских КА ERS1 (19912000), ERS2 (с 1995), канадскоrо Ra darsat 1 (с 1995), японскоrо JERS 1 (1992 1998). Решение задач разведки сухопут ных объектов и обеспечения военных операций «Буря в пустыне», война в Ираке реализуется системой военных спутников США Lacrosse (запуски в 1988, 1991, 1997, 2000, 2005) с разрешающей способностью до 0,6 м. Третий этап, характеризующийся резким скачком в технолоrии радиолока ционной съемки, включает запуск в 2000 r. интерферометрическоrо РСА с жесткой базой SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) со съемкой 80 % земной суши для построения карт рельефа местности, эксплуатацию полнополяриметрических РСА Envisat 1 и Р ALSAR и широкое коммерческое использование космической радио локационной информации, в том числе в интересах частных потребителей. Четвертый этап характеризуется информационным взрывом в области KOC мических радаров, который произошел в 2007 r., коrда rермания, Италия, Китай, 21 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования )ния, Канада вывели на орбиты 9 спутников с бортовыми радарами [125]. OTMe чается, что на протяжении 90x rодов спутники с бортовыми радарами с синтези рованной апертурой запускали четыре страны с темпом один старт в 1 ,52 rода. Пентаrон использовал военные спутники Lacrosse для всепоrодноrо слежения за советскими военными объектами на Севере и мобильными пусковыми YCTaHOBKa ми МБР. Масштабы применения rражданских радарных спутников Канады, ESA и Японии в 90x rодах оставались довольно скромными изза сравнительно высокой стоимости и недостаточной детальности радарных изображений, что оrраничивало области их применения. В начале HOBoro века ситуация изменилась коренным образом. Современные технолоrии позволяют создавать спутниковые радиолокаторы с РСА, способные получать из космоса высокодетальные изображения объектов на Земле с простран ственным разрешением менее 1 метра. Спецслужбы и оборонные структуры пер выми оценили преимущества радиолокационной съемки из космоса. Сразу He сколько стран  Япония, Китай, rермания, Италия, Израиль и Корея стали разраба тывать военные спутники с РСА MeTpoBoro и субметровоrо разрешения. Появились аналоrичные коммерческие проекты и проrраммы двойноrо назначения. Достиrнутая высокая разрешающая способность космических РСА позволяет решать задачу радиовидения, имея преимущества перед съемкой в оптическом диапазоне не только во всепоrодности, но и в возможности обнаружения и опозна вания объектов наблюдения по радиолокационным контрастам, селекции движу щихся наземных объектов [118,194,211]. Используется мноrочастотное поляриметрическое зондирование с измерени ем амплитудных и фазовых различий отраженных сиrналов. Широко применяется интерферометрическая обработка данных радиолокационноrо зондирования для получения детальных трехмерных портретов объектов наблюдения, стационарных и движущихся, выявления изменений, вызванных природными, техноrенными и антропоrенными факторами. Существенноrо повышения информативности систем радиолокационноrо Ha блюдения следует ожидать как от повышения пространственноrо разрешения KOC мических РСА, так и от развития методов комплексной интерферометрической об работки данных разных частотных радиоканалов. Эти методы MorYT приблизить возможности распознавания типа объектов техники, идентификации и измерения физических параметров подстилающей поверхности (толщины пленок на морской поверхности, распределения влажности почвы и др.) к перспективным методам ис пользования сверхширокополосных сиrналов. Примечательно, что как за рубежом, так и в России наблюдается серьезное продвижение в использовании методов обработки космической радиолокационной информации для решения практических задач землепользования, сельскохозяйст BeHHoro и лесноrо мониторинrа, эколоrии суши и морской поверхности, контроля районов рыбной ловли. Особо эффективны методы дифференциальной интерферо метрии для выявления предвестников опасных явлений в окружающей обстановке: оползней, паводков, критических изменений rеометрии природных и искусствен ных объектов и инженерных сооружений [364, 520]. 22 
Введение Широкий Kpyr проблем, связанных с реализацией космических РСА и приме нением материалов радиолокационной съемки, широко освещается в журнальных публикациях (IEEE Transactions оп Geoscience and Remote Sensing, «Исследования Земли из космоса», «Радиотехника», «Радиотехника и электроника», «Наукоемкие технолоrии» и др.) и трудах симпозиумов и конференций как зарубежных (EUSAR, IGARSS, RADAR, URSI), так и отечественных (НТОРЭС им. А.С. Попова, ИКИ РАН, ИРЭ РАН, Научноrо совета по космосу РАН и др.). Из книжных публикаций последних лет следует отметить коллективную MO ноrрафию «Аэрокосмический радиолокационный мониторинr Земли» под peдaK цией А.И. Канащенкова, издательство Радиотехника, 2006 r. [17], в которой приве ден подробный перечень задач, решаемых космическими РСА, рассмотрены BO просы распространения электромаrнитноrо излучения в неоднородных средах, разработана иерархическая структура построения космической системы радиоло кационноrо мониторинrа. Следует отметить также выпущенные издательством ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковскоrо в 20082009 rr. учебники «Радиолокационные системы воздушной разведки, дешифрирование радиолокационных изображений» под редакцией Л.А. П1КОЛЬНО20 [194] и «Теоретические основы построения радио локационных систем дистанционноrо зондирования Земли», авторы KOHдpaтeH ков ТА., Фролов А.Ю. [117]. Приведенные в них скрупулезное изложение класси ческих принципов формирования синтезированной апертуры и математических преобразований сиrнала, вопросов обнаружения целей можно с успехом использо вать для изучения основ предмета с последующим учетом специфики космических РСА, изложенной в предлаrаемой моноrpафии. Современное состояние аппаратурноrо оснащения средствами дистанционноrо зондирования Земли, методолоrии их применения и реализуемоrо эффекта от их ис пользования, а также баланса между затратами и окупаемостью еще далеки до Ha сыщения. Прослеживается ряд направлений развития этой области информаци онных технолоzий с учетом потребностей rpажданскоrо и BoeHHoro применений: . широкое применение комплексных методов тематической обработки с ис пользованием набора оптических, ИК и радиолокационных датчиков. Объе динение ( сближение) и стандартизация требований к аппаратуре BoeHHoro и rражданскоrо применения, мониторинrа катастроф и чрезвычайных ситуаций; . увеличение состава орбитальных rруппировок для уменьшения времени об новления информации преимущественно путем введения малоrабаритных космических датчиков  РСА сантиметровоrо диапазона волн, rде леrче дoc тиrается субметровое пространственное разрешение, но значительно меньше возможностей для информации методами интерферометрии в связи с резкой зависимостью от поrодных условий и состояний растительноrо покрова; . непрерывное и реrулярное использование действующих радиолокационных датчиков для проведения архивных съемок в фоновом режиме с оrpаничения ми только по энерrопотреблению и пропускной способности канала передачи данных. Это позволяет формировать банки радиолокационной информации для их использования в режимах выявления изменения в оперативной обста новке, повышения информативности материалов съемки  радиометрическоrо 23 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования или пространственноrо разрешения или построения детальных карт рельефа местности; . при проектировании новых радиолокационных датчиков предусматривается их мноrоФункциональное использование, rибкое цифровое управление пара метрами сиrналов и режимами, возможности комплексирования активных (передающих) и пассивных (приемных) устройств в мноrопозиционные авиа космические элементы rлобальной информационной системы. Учет перечисленных направлений реализуется в системном подходе к проек тированию аппаратуры радиолокационноrо наблюдения, элементы KOToporo про слеживаются по мере рассмотрения изложенных в моноrрафии частных вопросов, связанных с созданием и применением радиолокационных систем землеобзора космическоrо базирования. 24 
rлава 1 рАдиолокАционныE систЕмы 3ЕМЛЕОБ30РА v КОСМИЧЕскоrо БА3ИРОВАНИЯ в rЛОБАЛЬНОИ СИСТЕМЕ АЭРОКОСМИЧЕскоrо монитоРинrА 1.1. Структура rпобапьной системы аэрокосмическоrо мониторинrа Развитие средств дистанционноrо зондирования Земли и околоземноrо простран ства (атмосферы, ионосферы, маrнитосферы, rpавитационноrо поля), систем полу чения координатной информации (GPS, rЛОНАСС), спутниковретрансляторов на rеостационарных орбитах, rлобальных сетевых коммуникационных систем и ин формационных технолоrий привело к созданию rлобальных систем аэрокосмиче cKoro мониторинrа. Обеспечивая оперативное слежение за земной и водной по верхностью и состоянием окружающей среды, системы аэрокосмическоrо монито ринrа позволяют решать задачи разведки, картоrрафии, проrнозирования rлобаль ных природных процессов, в том числе опасных, управления транспортными пото ками, поиска полезных ископаемых, rосударственноrо и муниципальноrо управле ния, научных исследований и т.п. В зависимости от состава и принадлежности источников получения данных, содержания решаемых задач, орrанизации распределения информации, а также ее применения, различают rлобальные системы аэрокосмическоrо мониторинrа (Меж дународные и национальные) rpажданскоrо и BoeHHoro назначения. Общим для этих систем служит реализуемый в них комплекс базовых функций, основными из которых являются [184]: . наблюдение поверхности Земли и околоземноrо пространства с использова нием аппаратуры оптическоrо, инфракрасноrо и радиодиапазонов, низко и высокочастотных волновых комплексов, плазменных комплексов, комплексов мониторинrа энерrетических частиц, маrнитометров, массанализаторов, спектромеТРОВ,rрадиентометров; . сбор и реrистрация на борту носителей средств наблюдения получаемой ин формации; . передача с борта на наземные станции приема информации в режиме получе ния и с задержкой при ее накоплении данных в бортовом запоминающем YCT ройстве; . первичная обработка информации на наземных станциях приема и передача полученных данных в rлобальные (Международные) и национальные центры управления различноrо назначения; . сбор и обработка данных для решения задач rлобальноrо оперативноrо и краткосрочноrо проrноза процессов на земной поверхности или околоземноrо 25 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования пространства, а также ее хранение и отображение в rлобальных (Междуна родных) и национальных центрах управления различноrо назначения; . обеспечение потребителей навиrационной информацией, получаемой косми ческими навиrационными системами, в интересах проведения мероприятий, связанных с перемещением необходимых ресурсов. Наиболее полное решение задач оперативноrо слежения за земной поверхно стью и состоянием окружающей среды обеспечивается структурой zлобальпой системы аэрокосмuчеСКО20 MOHUmopunza, развертываемой Федеральным косми ческим areHTcTBoM России в интересах выявления предвестников стихийных бед ствий, природных и техноrенных катастроф [184]. Система включает в себя космический, авиационный и наземный сеrменты (рис. 1.1).  ..__: #:--_:."C-#._ ::. :.:: '::.' ::: -, ,,::,'.,:::<:J:;:,.:::--::.-..-.__..:.'. КОСМИЧЕСКИЙ cefMEHT fруппировц МКА наrеocrnЦИQнар;ной орбмnt . '"'  .......    ......   ... ........ .................................. ..'"".......................... ......... ';;"::'. ......,....... ........ .................. . t-', . fрynПИрQВka МКд на СОJ1tМчно..сМtОСРОffоыхорбита;х / , ... ;"t ;; ; '" ",' l' .   \ ... '" .... ,,' , , , . , "- , .. \ '. . , .: ..... "'" .н.. «-. :.ti/ .:.. :./" .'.. . ;,.    . QИАИОНН.Еrмеtfr : :<. T';!.i){'G"', "" r ""3..: ... ... маЦ1*СНШ1f>ные.DitЙЦИСНtI(..m' .1' -o()ttg,..:. :;' _",.  ... ,''''..'-'. . ,," .' ,".- "," НА 3 ЕМН bl Й С Е r м Е Н Т .i;!j Й !Jtt'8nl!EkC аыСОО4&1Кй 1 ПОПЕТое . ".;fJOWUЖЫХ.CVA<:.i;:t ,,-" , РАКе1tЮ.КОСММЧЕQ(мI' рмтю..IЮСМ"ЧЕСК..м  l !; . I(OW!ЛEI(С дпй ВЫ8EДtttМЯ mfIIМfKC ДI'tЯ eblSEДEИI- .. j; rEOC'tAЦ.i«)HAPfiЫX ХА HOOfIfiIi(fAnbНbIX КА;' 1, . ,..' '\J. n нлi:tиtАЦИОННОм НФОРМАUИ. .. ШШСИСТf;.МД !1 .'.- '.. '." ."! НАЗI;МrtЫЕ ТЕХНУ1ЧСКИЕ .: i tlf..';;".. СРЕдСТВА' \ "11 <"".........ы" НА1В1НЫй КОММЕКС J((IМfU1E)fC УПРА8l1енм YflРA8l1EJ1Мй rPmПi8PO(fК(]Й fP'Yfl11МРОВКQИ ЕОСТАI.lИОНA.PtIЫX . КООРМТМЬНЫХ КА ; > \. rJ1:=н1f:н:<:tя' ." ,'. :....:. l' . . . noдaICJEМA . ПОДСW;ТЕI«A . e&oPAДAt4HblX ппдОСТАВЛЕНКR а4Н«JPlWlии АИСТАнцмонноro . rEOФtФNECtIМX. .RSnЕНИJU( 1iUI ЗEМJlМ . ИnPOf'Ж)WТАСТ . .. ,*"EfPИPCI8A.IoIНЦ '.: CМCТEМAOblCnf\jI:HM (EllЕМА fW'ltc:цJt. nО1РЕ6МТEIIЕИ с.сТЕМА SblСОICOТО\fНОЙ ТРАНСПОРТНЫХ.. НАSIМ'АUИОННОЙ КOPIiЩOPOS Н МН4OPIIAЩ!f!! noд<жcmц CiOP:AДA.t4HЫX . fЮACКCТUIд A3I0CЪEMКМM ...... QSPAGOТW ДАNц:OrО1ЮtlТPOМ .'" '. ДAННЫX.КAвnIOД.E-Jo! сrАнt(Wний ::".::.;.; .., , "::";;. -:.:-:-:.:--: ,... ... .;::::; . ,"'-',о . .:: :' ::::; ,'" ;; :_,,=;...' ';: .." ,. .. ',> ""; :._ "'" .., . ".)':' Рис. 1.1. Структура rлобальной системы аэрокосмическоrо мониторинrа [184] Космический се2Мент включает орбитальную rруппировку, состоящую из космических аппаратов (КА), расположенных на разных орбитах (низких и reocTa ционарных), функционально использует орбитальную rpуппировку КА связи И ретрансляции, а также информацию rлобальных навиrационных систем rЛОНАСС, GPS и Galileo. Состав rpуппировки КА определяется содержанием конкретных задач, pe шаемых системой. Например, для выявления признаков (предвестников) землетря сений rpуппировка КА BepxHero яруса должна включать в себя созвездие из шести 26 
fлава 1.. РЛС землеобзора космическоrо базирования в rлобальной системе ... спутников на rеостационарной орбите (рис. 1.2), а rруппировка КА нижнеrо яруса  34 спутника на солнечносинхронных орбитах высотой 600...700 км С РСА. ( :i! ; ПРЕДВЕСТНИКИ ЗЕМЛЕТРЯ.СЕНИЙ РЕrИСТРИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКОИ СИСТЕМОЙ -- ..... . " . , .  . .J , :I I ,,: . ," ....., . rьл .. .... . .  . . 'у.  : ., ,'" .....,  \J!"'.. '  (: .. " . . .  . '. ... . .. .....:: .C_, '""" N ч:, . " "', 'l: /: ',1:1 < .' >', , ',." Аномалии МatH\'ITHble Уровень Тепловые rp&814Т3ЦИОННoro неОДliОРОДН(}С'ТМ rрунтов:ых ВОД аномалии Смещение земном nОМ t. поверхнти ..  . ':11 п, :_ ДНОмaJ'1и,.t оБJ1U'ЧЦЬIJt полей 1 ....-:........... .- .... ....... .+ .. .+ .+ .... .* .. ............. .-. -. +. .. .... +. ... .. ... ..... '!: .....:=r <'-'4 "i1" . : : ! . .. * : . . : .. '" : " :, . . . \ ... ... , t .' " .  ", I ... ... +.. ... .. *.. .. ....... .. .. .. ... .. \ . . . . . . . .. . .. .. : " ! .. ./ \/ 00/000: "...III........II ............ф.. оное ..epыe 80зм'ущен"я КОНТРОЛЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛН ЦУНАМИ ЗJепыА циклон .. -' ' .. -t I .... :\ . \ . "",."ь.;..4,' . .\'(<t:,;'J ;  .  ,'"  ,: J/I$' OЦEH ПОСЛЕДСТВИJ1 стихииных БЕДСТВИИ <'<"  .. .. '...1... '.'I",,:."'t  ;:/,:  Формирование. о цунами КОНТРОЛЬ СТАДИЙ РАЗВИТИЯ UИКЛОНА \, , , , ):;..  "." )  .. l' . i. '.' ' После цyкalМ" Рис. 1.2. Структура rpуппировки КА rлобальной системы аэрокосмическоrо мониторинrа, обеспечивающей решение задач проrноза землетрясений [184] Авиационный се2Мент  авиационные средства (самолеты, вертолеты, дирижаб ли, беспилотные авиационные комплексы). Авиационный cerMeHT системы предназна чен для оперативноrо решения задач локальноrо характера, не реализуемых возмож ностями космических средств [17,33*,34*,36*,37*,41 *,42*,44*, 118, 184, 194]. Наземный се2Мент системы включает наземные комплексы выведения и управления КА (ракетнокосмические комплексы, наземный комплекс управления КА), наземный специальный комплекс. Наземный комплекс выведения КА  ракетнокосмические комплексы, развер нутые на космодромах. Наземный комплекс управления  центры управления полетом, стационарные наземные станции командноизмерительной системы с соответствующими cpeДCT вами управления КА и связи, мобильные станции командноизмерительной систе мы и обмена информацией, систему связи и передачи данных. Обеспечение потребителей мониторинrовой информацией осуществляется средствами наземноrо специальноrо комплекса, который включает навиrационно информационную систему и систему дистанционноrо обучения в области монито ринrа и проrнозирования природных и техноrенных катастроф. 27 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Эффективность системы rлобальноrо аэрокосмическоrо мониторинrа опреде ляется возможностями применяемых средств наблюдения состояния поверхности Земли и околоземноrо пространства (в оптическом, инфракрасном, радио, низко и высокочастотном диапазонах и т.д.), а также технолоrий обработки и распростра нения аэрокосмической информации. В общей структуре информационной системы аэрокосмическоrо мониторинrа можно выделить два основных направления, различающиеся решаемыми задачами, источниками получения данных, орrанизацией процесса распределения информа ции, а также ее применением: 1) национальный фраrмент 2еоинформационной системы (rис), решающей задачи rражданскоrо применения, в том числе мониторинrа катастроф; 2) национальные информационные системы воеННО20 назначения (ИСВН). Данные для rис от оптоэлектронных, радиолокационных и друrих датчиков космическоrо базирования распределяются на коммерческой основе (или по Меж дународным соrлашениям по мониторинrу катастроф) через фирмыдистри бьюторы. Источником данных дЛЯ ИСВН являются национальные средства землеобзора или данные, получаемые от друrих стран по доrоворам о Международном COTPYД ничестве (например, ECHA ТО), в том числе по совместной антитеррористической деятельности. Наиболее информативные средства получения видовой информации  опти ческие и радиолокационные датчики, работающие в разных частях электромаrнит Horo спектра. Блаrодаря различию свойств электромаrнитных волн и принципов формирования изображений обеспечиваемая этими средствами информация вза имно дополняет друr друrа. В разделах 1.2 1.3 рассмотрено место радиолокационных систем землеобзора космическо ro базирования как важнейшеrо cerMeHTa rлобальной аэрокосмической информационной системы двойноrо применения. Подробное описание аэрокосмической rpуппировки дано в разделе 1.4. 1.2. Информационные параметры радиолокационных систем землеобзора космическоrо базирования Дадим определения основным информационным параметрам радиолокационных систем землеобзора космическоrо базирования в сравнении их с параметрами оп тоэлектронной аппаратуры, работающей в видимой части электромаrнитноrо спек тра. Рассмотрим особенности космической радиолокационной съемки в интересах rражданских и военных потребителей. Радиолокационные системы являются активными средствами наблюдения, использующими облучение пространства зондирующим сиrналом, прием и обра ботку отраженных сиrналов и формирование выходных радиолокационных изо бражений (Р ЛИ), в которых представлена информация о разных свойствах объекта наблюдения, извлеченная из принятоrо сиrнала, отраженноrо от облученноrо объ екта или подстилающей поверхности. Кроме моностатических (одНОnО3ИЦИОННblХ) 28 
fлава 1.. РЛС землеобзора космическоrо базирования в rлобальной системе ... радиолокационных датчиков, в которых передатчик и приемник размещены на oд ном КА, возможно МНО20nозиционное построение радиолокационной системы (бистатическое, мультистатическое), коrда передатчики и приемники размеща ются на разных КА и образуют мноrодатчиковое информационное поле (техноло rия MIMO  Multi Input Multi Output [403]). rеометрия радиолокационноrо обзора отличается от оптической съемки, при которой изображение строится в центральной уrловой проекции относительно цeH тра кадра  в перспективной проекции (аналоrично Р ЛИ), а также в плановой про екции (при съемке в надир). При радиолокационном обзоре (моностатическом, см. рис. 1.3) основной режим работы системы  боковой обзор  кадровая или маршрутная съемка. РЛИ строится в координатах «наклонная дальность  пyтe вая дальность», поэтому полоса съемки (дУ) или снимаемый кадр смещены OTHO сительно траектории следа КА (координата Х на рисунке) вправо (правосторонний обзор) или влево (левосторонний обзор). Координату вдоль линии пути КА часто по аналоrии с радиолокаторами KpyroBoro обзора называют азимутом. У2 х Ii У\ /... '" .... R шах /' '..... .,.. .._.._.__...._.../YObZ . ..,...... ......, ....... ......... УЗ Рис. 1.3. rеометрия радиолокационноrо обзора Положение полосы (или кадра) радиолокационной съемки относительно следа КА можно перенацеливать произвольно в пределах полосы обзора Y obz в одну или в две стороны. Перенацеливание позволяет уменьшить время между повторными съемками локальных районов на разных витках в промежутках между точным по вторением орбиты. Тем самым повышается оперативность наблюдения заданных районов. Возможен режим скошеННО20 обзора, в котором плоскость визирования 29 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования SFУз поворачивают на уrол lfI относительно нормали к следу КА, а синтез Р ЛИ Be дут, как и в режиме боковоrо обзора, предварительно скомпенсировав изменение дальности сиrналов вдоль траектории полета относительно центра кадра съемки. Этот режим позволяет изменить ракурс наблюдения, провести съемку нескольких участков, расположенных на разном удалении от следа КА, а также увеличить Bpe мя наблюдения заданноrо района с целью повышения разрешающей способности РЛИ (прожекторный режим съемки РСА). Космические радиолокаторы земле обзора используют импульсный зонди рующий сиrнал, ширина спектра KOToporo определяет разрешение по наклонной дальности PR, а также разрешение по 20ризонтальной дальности на местности Ру поперек линии пути, которое в режиме боковоrо обзора равно PR С 1 Ру == == sin Yi 2М sin Yi rде dF  ширина спектра зондирующеrо импульса; }1  уrол падения, отсчитывае мый от местной вертикали. Разрешение вдоль линии пути зависит от типа радиолокатора и существенно отличается для случая HeKorepeHTHoro радиолокатора боковоrо обзора (РБО) или радиолокатора с синтезированной апертурой антенны (РСА). Аналоrично оптиче ским датчикам разрешение определяется через отношение рабочей длины волны к длине апертуры антенны в РБО, а в РСА  к длине участка траектории движения платформы, на котором происходит KorepeHTHoe запоминание принимаемоrо сиr нала и последующий синтез искусственной апертуры (соrласованная фильтрация TpaeKTopHoro сиrнала). Таким образом, дЛЯ РБО при двойном учете диаrpаммы направленности aHTeH ны (ДНА) на передачу и прием разрешение вдоль линии пути (по азимуту), измеряе мое по уровню половинной мощности принятоrо сиrнала, определяется формулой Рх == 0,64 R2  R2 , (1.2) Dxant Dxant (1.1) rде Dxant  rоризонтальный размер антенны радиолокатора (множитель 0,64 COOT ветствует равномерному распределению поля по раскрыву антенны, а приближен ное равенство  применению амплитудноrо взвешивания для уменьшения уровня боковых лепестков). ДЛЯ РСА форма ДНА реальной антенны радиолокатора мало влияет на разре шающую способность по азимуту. Она определяется длиной синтезированной апертуры, сформированной после приема сиrналов, RJ RJ Рх ==0,44, (1.3) La 2La rде La  длина синтезированной апертуры, которая может составлять десятки ки лометров (множитель «2» учитывает двойной набеr фазы при передаче и приеме сиrналов от наблюдаемой местности; приближенное равенство учитывает ампли тудное взвешивание при синтезе апертуры). 30 
fлава 1.. РЛС землеобзора космическоrо базирования в rлобальной системе ... Реализуемая разрешающая способность современных средств радиолокаци oHHoro землеобзора космическоrо базирования (РСА) составляет от долей метра до сотен метров. Возможность наблюдения отражающих радиоволны объектов или элементов местности характеризуется чувствительностью РСА. Она оrраничена тепловыми шумами на входе приемника. Связь чувствительности с параметрами РСА опреде ляется уравнением радиолокационной дальности, приведенным в разделе 3.4. Численно чувствительность РСА выражается через значение удельной отражаю щей способности (коэффициента отражения) подстилающей поверхности cJ, мощ ность принимаемоrо сиrнала от которой равна мощности тепловых шумов. По Be личине CJ и площади элемента разрешения РСА дЛЯ известной ЭПР цели можно вычислить отношение сиrнал/шум или сиrнал/шум+фон для оценки вероятности обнаружений целей на неотражающей поверхности или на отражающем фоне местности [35*,214]. Радиометрическое разрешение РСА (или контрастнояркфстная чувстви тельность) характеризует способность различать объекты с разной отражающей способностью (см. раздел 3.5). Она зависит от чувствительности РСА и площади наблюдаемоrо объекта. Для космическоrо радиолокационноrо землеобзора принципиально можно использовать часть электромаrнитноrо спектра  радиоволны, которые с малыми потерями проходят через атмосферу. Их длина волны составляет от единиц санти метров (частоты 10...18 rrц) до единиц метров (частоты 200...400 мrц). Практи чески к началу XXI в. освоен частотный диапазон 1200...9500 мrц (длина волны соответственно от 23 до 3 см), в ближайшей перспективе ожидается расширение oCBoeHHoro частотноrо диапазона до 400.. .14000 мrц (длина волны COOTBeTCTBeH но от 70 до 2 см). Электрома2нитное излучение характеризуется векторными свойствами  Ha правлением вектора электрическоrо поля или поляризацией. Обычно используют линейную поляризацию излучаемоrо сиrнала  вертикальную или 20ризонтальную. При отражении электромаrнитных волн от объектов сложной конфиrурации про исходит поворот плоскости поляризации. Используя прием параллельной (соrласо ванной) и ортоrональной (кроссполяризации) поляризаций и сравнение параметров отраженных сиrналов в поляриметрических каналах можно существенно повысить информативность радиолокационноrо зондирования, особенно для идентификации земных покровов. Получаемая радиолокационная информация в цифровом виде представляет собой комплексные радиолокационные изображения (КРЛИ), каждый элемент (пиксель) которых характеризуется комплексным числом  действительной и мни мой составляющими или амплитудой и фазой, численное значение которых опре деляет параметры сиrнала, принятоrо от соответствующеrо элемента на земной поверхности. Современные радиолокаторы землеобзора являются измерительными приборами, позволяющими про водить инструментальную обработку получаемых данных о земной поверхности и расположенных на ней объектах. 31 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Большие возможности заключены в интерферометрической обработке пар фазовых изображений (ФРЛИ). Это построение высокоточных карт рельефа, изме рение малых (миллиметры и сантиметры) смещений земной коры и изменений rеометрии инженерных сооружений (строительных конструкций, продуктопрово дов), выявление изменений в оперативной обстановке за время между съемками (включая вскрытие несанкционированноrо доступа). Возможности обнаружения и измерения параметров, слабо отражающих объ ектов и подстилающей поверхности на фоне тепловых шумов (шумы приемника) характеризуют радиометрической чувствительностью радиолокатора. Абсолютной и относительной пО2решностями радиометрических измерений определяют точность измерения отражающих свойств объектов наблюдения и под стилающей поверхности. Радиолокационная съемка обладает рядом преu.м,уществ и особенностей по сравнению с друrими видовыми средствами наблюдения  оптическими, инфра красными датчиками: . независимость от метеоролоrических условий; . независимость от условий освещенности; . повышенная точность измерения rеометрических характеристик объектов; . возможность тpexMepHoro портретирования объектов и построения карт рель ефа местности; . возможность выявления специфических характеристик объектов наблюдения, характеризующих их диэлектрические свойства, динамические характеристи ки, внутреннюю структуру; . возможность наблюдения и обнаружения объектов, невидимых в оптическом или ИКдиапазонах электромаrнитноrо спектра, скрытых снежным или расти тельным покровом, или по косвенным эффектам, например, по поверхност ным проявлениям rлубинных процессов в водной среде; . возможность получения дополнительной информации об объектах по их элек тродинамическим свойствам (резонансу, поляриметрическим характеристи кам, отражательным, проникающим или поrлощающим свойствам в зависи мости от длины радиоволн). Исторически сложилось, что первые радиолокаторы боковоrо обзора с реаль ной антенной (РБО) и с синтезированной апертурой антенны (РСА) авиационноrо базирования предназначались для видовой разведки при сопровождении боевых операций [101, 292, 477, 553]. Первые космические РБО входили в состав системы морской космической разведки и целеуказания (МКРЦ), находившейся на BOOPy жении ВМФ СССР (28 КА с 1975 по 1985 r. [88*, 222*, 545]). Космические РБО rражданскоrо применения серии «KOCMOC1500», «Океан» обеспечивали получение информации в интересах rидрометеоролоrии, океанолоrии, изучения ледовоrо пок рова и материковых льдов, а также контроля ледовой обстановки для rражданских потребителей и служб ВМФ СССР [197]. Первый космический радиолокатор с синтезированной апертурой SeasatA, запущенный США в 1978 r., а также РСА SIRA, SIRB в составе мноrоразовоrо 32 
fлава 1.. РЛС землеобзора космическоrо базирования в rлобальной системе ... транспортноrо космическоrо корабля (МТКК) Шатrл (1994 и 1995 rr.) работали в 23 см диапазоне волн и имели разрешающую способность радиолокационных изо бражений (РЛИ) около 30 м. Полученные с их помощью изображения морской по верхности и суши показали применимость космической радиолокационной съемки для решения широкоrо Kpyra задач мониторинrа природных объектов. В СССР космические РСА «МечА» для орбитальной пилотируемой станции «АлмазА» (roToBHoCTb к запуску  в 1978 r. [563]) и РСА «МечК» в составе aBTO матическоrо КА «Алмаз Т», реализованный в 1987  1989 rr. (<<KOCMOC 1870»), хотя и имели близкую к зарубежным РСА разрешающую способность снимков около 20 м, проектировались как системы всепоrодной видовой разведки. В них были предусмотрены перенацеливание зоны захвата в пределах широкой полосы обзора и двусторонний обзор. Эти возможности значительно повышали оперативность Ha блюдения (уменьшали период между повторными съемками) и являлись важней шей характеристикой систем BoeHHoro назначения. В усовершенствованном РСА «МечКУ» КА «Алмазl» кроме улучшения разрешающей способности до 10...15 м была реализована передача информации через спутникретранслятор на пункт приема, rде обеспечивался цифровой синтез Р ЛИ с использованием BЫCOKO производительноrо цифровоrо вычислительноrо комплекса. Это резко сократило задержку между моментом съемки и доставкой информации потребителям. Большой объем экспериментов по поляриметрическому зондированию земных покровов в диапазонах волн 3, 5,6 и 23 см был проведен в США. В них участвовали трехчастотный космический РСА SIRC/XSAR, четырехчастотный самолетный РСА AIRSAR (дополненный РСА 70CM диапазона), а также РСА «МечК» КА «KOCMOC 1870» в 1 OCM диапазоне волн. Систематизированные данные измерений отражаю щей способности подстилающей поверхности в разных диапазонах волн, поляриза ции и yrлах падения составили основу для разработки инструментальных методов обработки радиолокационной информации и проектирования систем радиолокаци oHHoro наблюдения rpажданскоrо и BoeHHoro применения [474, 522]. Заложенные в РСА SIRC/XSAR параметры: полоса сиrнала 40 мrц, обеспе чивающая пространственное разрешение РЛИ около 4 м, полоса обзора 300 км по зволяли получать Р ЛИ, приrодные для решения задач военной разведки, в частно сти, для формирования базы радиолокационных данных с целью оценки изменений обстановки на объектах наблюдения. В связи с оrраниченным временем полета МТКК Шатrл (до 78 суток) полученные данные моrли сопоставляться с материала ми съемок друrими датчиками. Хотя указанные возможности не нашли упоминания в открытой литературе, можно рассматривать бортовой комплекс SIRC/XSAR как средство радиолокаЦИОННО20 наблюдения (Р ЛИ) двОЙНО20 применения. Уникальным событием было создание на базе SIRC/XSAR двухчастотноrо интерферометра SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) с приемной антенной, установленной на 60метровой выдвижной штанrе [521]. Построенные по материа лам съемок карты рельефа земной поверхности (с поrpешностью около 4 м) при меняются для обновления топоrpафических карт, а также для составления опорных материалов для управления точным оружием. Таким образом, применение этой ап паратуры, как и методов получения карт рельефа с «мяrкой базой» тандемами РСА 21492 33 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ТепаSАRХ и RadarsatI/2/3 [276, 317, 371, 372], являются теХНОЛО2ИЯМИ двОЙНО20 применения. Первыми зарубежными РСА военноzо назначения были оснащены разрабо танные в США космические аппараты типа «Лакросс» (5 аппаратов), которые были выведены на орбиту с 1991 по 2005 rr. [126]. Входящий в состав КА бортовой РСА детальной радиолокационной разведки имеет разрешающую способность около 0,6 м. Эти КА, функционирующие до настоящеrо времени, обеспечивали инфор мационное сопровождение военных операций США в Персидском заливе, Афrани стане, Юrославии, Ираке и друrих rорячих точках. В настоящее время (к 2010 r.) в США находятся в эксплуатации три спутника «Лакросс» серии Vega и Опух. В орбитальной rруппировке предусмотрено 2 КА «Лакросс», три КАретранслятора SDS и 3 КАретранслятора TRDS. РСА в co ставе КА обеспечивает получение изображений земной поверхности с rлобальным охватом, включая просмотр полярных районов Земли. Результаты наблюдения пе редаются по радиоканалам в реальном масштабе времени в Центр сбора и обработ ки информации. Возможна разведка территории России двумя КА при полосе об зора 4000 км  более 9 ч/сут и тремя КА  более 14 ч/сут. Из космических РСА с высокой разрешающей способностью, выведенных на op биту в 20072008 rr., только SAR Lupe названы как РСА воеННО20 назначения, осталь ные, несомненно, являются информационными системами двОЙНО20 пРUJIAенения. По требованиям, предъявляемым к современной аппаратуре дистанционноrо зондирования Земли (ДЗЗ), различия 2ражданских и военных космических систем касаются, в основном, требований к оперативности получения и доставки потреби телю получаемой информации. Эти вопросы при современном состоянии техники определяются составом орбитальной rруппировки, пропускной способностью pa диолинии передачи информации и орrанизацией способов передачи данных потре бителю. Важными характеристиками являются производительность проrраммно аппаратных средств синтеза Р ЛИ и ero тематической обработки, включая BHeдpe ние методов автоматизации вторичной обработки, сеrментации, обнаружения из менений в оперативной обстановке, индикации движущихся целей, распознавания класса и типа целей. Отличия аппаратуры РСА BoeHHoro назначения от rpажданских коммерческих систем MOryт также касаться расширенных режимов BoeHHoro времени за пределами оrpаничений, предусмотренных Реrламентом радиосвязи [210*, 199, 217]. В военных системах должны предусматриваться средства защиты от преднамеренных помех. Применение криптоrpафической защиты получаемых данных актуально для аппара туры обоих назначений в связи с высокой стоимостью информационных продуктов. Преимущества космической радиолокационной разведки для решения BoeH ных задач заключаются в возможности реrулярноrо круrлосуточноrо обновления информации в rлобальных масштабах по районам предполаrаемых конфликтов без проникновения на территории чужих стран. Это обеспечивает раннее выявление фактов подrотовки к военным или террористическим действиям. Использование радиолокационных средств разведки резко повышает эффективность боевых опе раций, обеспечивая их проведение в ночное время. 4 
fлава J. РЛС землеобзора космическоrо базирования в rлобальной системе ... Недостатками космических средств радиолокационной видовой разведки яв ляются малая длительность контакта (для низкоорбитальных средств  секунды в маршрутном или прожекторном режимах, единицы минут  в режиме скошенноrо обзора) с большими интервалами повторной съемки, а также опасность подавления РСА путем создания мощной помехи по rлавному лепестку диаrраммы направлен ности антенны РСА с территории контролируемоrо района. Для повышения оперативности наблюдения требуется увеличение состава op битальной rруппировки. Альтернативой является комплексирование аэрокосмиче ских средств видовой разведки. Особые перспективы имеют бистатические (MHO rопозиционные) средства аэрокосмическоrо радиолокационноrо наблюдения с подсветом от КА на эллиптической или rеостационарной орбите и применением леrких пассивных приемных датчиков на беспилотных летательных аппаратах (БЛА) или микроспутниках. Скрытность работы пассивных датчиков обеспечит помехозащищенность системы наблюдения, а комплексирование со средствами pa диотехнической разведки позволит определить точные координаты станций помех для их уничтожения в ходе боевой операции. Приведенные доводы rоворят о необходимости построения комплексной аэ рокосмической информационной системы, включающей датчики видовой развед ки, систему передачи, обработки и распределения информации. Космический cer мент такой информационной системы в ero взаимосвязи с друrими обеспечиваю ЩИМИ подсистемами является предметом рассмотрения в настоящей моноrрафии. В разделе 1.3 дана иллюстрация информационноrо обеспечения военных операций США и НАТО по опубликованным материалам (<<Независимое военное обозрение», «Новости KOC монавтики» и др.). Эти операции проводились, в основном, летом и в районах, располо женных в низких широтах, с блаrоприятными метеоролоrическими условиями. Поэтому большое значение в информационном обеспечении имели оптические датчики, роль KOTO рых В друrих условиях rораздо меньше. 1.3. Применение космических систем радиолокационноrо наблюдения для видовой разведки при информационном сопровождении военных операций Операции США и НАТО против Ирака Рассмотрим опыт информационноrо обеспечения боевых действий на примере операций США и НАТО в Ираке, Юrославии и Афrанистане. Последние два десятилетия характеризуются вооруженным вмешательством США и стран НАТО в Ирак. Это операции «Буря в пустыне» 1991 r., «Лиса в пус тыне» 1998 r. и «Свобода Ираку» 2003 r. Если рассматривать военный аспект этих операций, то война в Персидском заливе 1991 r., операция «Буря в пустыне», OT крыли эру войн высоких технолоrий [27, 201, 202]. Мноrонациональными силами (МНС) антииракской коалиции была развернута мощная авиационная rpуппировка, включающая ударные тактические самолеты, оснащенные высокоточным оружием и оборудованные индивидуальными станциями активных и пассивных помех, 35 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования стратеrические и тактические самолетыразведчики, самолеты радиоэлектронной борьбы. Применялись специальные самолеты для уничтожения радиоэлектронных средств управления войсками. МНС имели абсолютное превосходство по стратеrическим самолетам, косми ческим средствам навиrации и связи, высокоточному управляемому оружию клас са «воздухповерхность», «корабльповерхность» (крылатые ракеты). Контроль воздушноrо пространства и управление авиацией обеспечивали самолеты дальнеrо радиолокационноrо обнаружения и управления E3 АБАКС, E2C «Хокай», а TaK же радиолокационная система воздушной разведки наземных целей и управления нанесением ударов E8 «Джистарс». Характерные особенности операции «Буря в пустыне»  сопровождение Mac сированных ударов авиации самой крупной в истории радиоэлектронной войной; нанесение массированных ударов преимущественно ночью; применение rлобаль ной спутниковой навиrационной системы «Навстар». Одной из задач, которые, He сомненно, ставились в ходе этих операций, было проведение испытаний paKeTHoro вооружения различноrо базирования в боевых условиях в интересах ero дальней шеrо развития. К проведению операции «Лиса в пустыне» командование вооруженных сил США и Великобритании тщательно подrотовились, используя возможность свобод Horo ведения воздушной и космической разведки территории Ирака в ходе контроля произвольно провозrлашенных Вашинrrоном и Лондоном «бесполетных зон». Разведывательное обеспечение боевых действий сил союзников осуществля лось постоянно действующей системой наземных, космических, авиационных и корабельных средств разведки и наблюдения. Основу разведывательноrо обеспе чения, особенно при оценке результатов нанесенных ударов, составляла дейст вующая орбитальная rруппировка, включающая три КА оптоэлектронной разведки KH11 и два КА радиолокационной разведки «Лакросс». Вся орбитальная rруппи ровка функционировала на орбитах до начала боевых действий, потребовалось только осуществить координатный маневр двух КА системы кн]] с тем, чтобы увеличить время контроля обстановки на территории Ирака. Использовавшиеся системы космической разведки обеспечивали ведение оптоэлектронной разведки с периодичностью (в среднем) 2...3 ч/сут, радиолокационной разведки 2.. .2,5 ч с суммарным ежесуточным контролем территории Ирака порядка 160.. .190 мин. Несмотря на небольшую продолжительность и масштабы, операция «Лиса в пустыне» имела свои особенности по сравнению с операцией «Буря в пустыне». В воздушной наступательной операции имелись следующие тенденции: увеличение количества беспилотных летательных средств (соотношение пусков крылатых pa кет к самолетовылетам 1: 1,3 против 1: 1 О), увеличение количественноrо состава крылатых ракет, особенно MopcKoro базирования. В ходе всей операции постоянно привлекались самолеты ДРЛО и управления E3 системы АВАКС, самолеты раз ведки наземных целей и управления нанесением ударов E8 «Джистарс», воздуш ный пункт управления EC130 «rеркулес» и самолетыразведчики RC135 и U2, а также вертолеты поисковоспасательноrо обеспечения. 36 
rлава J. РЛС землеобзора космическоrо базирования в rлобальной системе ... Операция ((Лиса в пустыне» подтвердила: . наибольшая уrpоза воздушноrо нападения будет исходить непосредственно с моря или с приморских направлений; . rлавным средством боевоrо воздействия будет являться высокоточное оружие; . наиболее предпочтительным временем для нанесения первых paKeTHO авиационных ударов является темное время суток; . успеху операции во MHoroM способствует комплексное применение сил и средств разведки, включающих космическую, воздушную, наземную и MOp скую разведки, до начала и в ходе операции. При операции США и НАТО «Свобода Ираку» в 2003 r. значительное влия ние оказали уроки, полученные США и их союзниками в первой иракской войне, в войне на Балканах и в антитеррористической операции в Афrанистане. Как и в 1991 r., союзники создали мощную rруппировку сил и средств, в том числе и воз душноrо нападения. Для скорейшеrо достижения целей «молниеносной» войны с учетом прежнеrо опыта применения высокоточноrо оружия (ВТО), воздушные удары наносились в основном с применением крылатых ракет MopcKoro (<<TOMa raBK») и воздушноrо (AaM86) базирования, а также высокоточных авиационных бомб. Роль ВТО резко возросла. Так, если в операции «Буря в пустыне» ero доля не превышала 1 О %, то в операции «Свобода для Ирака» доля ВТО составила не менее 80 % от общеrо числа использованных боеприпасов. Одной из больших проблем для командования коалиции стала орrанизация взаимодействия между ВВС и наземными войсками с целью обеспечения взаимной безопасности (потери от применения своих ракет). По мнению специалистов одной из rлавных причин введения неверных координат перед пуском ракеты или бомбы была неспособность ВВС США вести обмен данными в режиме реальноrо времени с союзными силами на уровне отделения. Большое значение в орrанизации взаимодействия имело создание интеrpаль ной системы сбора информации с использованием самолетов ДРЛО E3 АВАКС, E8 «Джистарс», разведывательных RC135 «Ривет Джойнт» и U2, а также БЛА «Предейтор». Совокупность поступающих от них данных давала точную картину действий противоборствующих сторон на поле боя. Обработанная информация оперативно передавалась боевым патрульным самолетам, которые успевали пора зить цель до нанесения ею удара. Во время первой войны с Ираком американские вооруженные силы использо вали 16 военных, и пять коммерческих спутников, которые позволяли передавать информацию в объеме 200 млн. бит/с [20, 65]. При операции в Косово ее объемы выросли почти вдвое, в Афrанистане (20012002 rr.) объем передаваемых данных достиr почти 1 млрд. бит/с. В 2003 r. во время вторжения в Ирак войска США уже обладали возможностью передавать 2,4 rбит/с. Большая часть этоrо объема пере давалась через коммерческие спутники. В целом Ирак в очередной раз стал испытательным полиrоном для про верки новых американских концепций ведения войны, в частности, так называемой «ДOK трины Рамсфелда», или «цифровой войны», со ставкой на обеспечение rосподства в воздухе, тесное межвидовое взаимодействие, широкое применение высокоточно 37 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ro оружия и компьютерных технолоrий, активные действия небольших мобильных войсковых формирований. При этом некоторые эксперты в США полаrают, что речь идет о коренном пересмотре характера современной войны  новом этапе pe волюции в военном деле. Военная операция против Юrославии Операция «Решительная сила» против Юrославии началась 24 марта 1999 r. прове дением воздушной наступательной операции авиационной rруппировки НАТО. Она продолжалась до 27 марта. Кампания НА то против Юrославии характеризу ется беспрецедентными масштабами использования военных и rражданских спут ников. Свыше 50 спутников США и европейских стран, изначально предназначав шихся для использования против стран Варшавскоrо доrовора, были непосредст венно задействованы НАТО в операциях по координации действий авиации, ocy ществлению разведки и обеспечению боевых действий. По меньшей мере, от 15 до 20 американских и европейских КА были использованы при планировании и ocy ществлении налетов. В войне в Юrославии применялся комплекс космических разведывательных средств, включая два спутника радиолокационной разведки «Лакросс», три yco вершенствованных спутника оптоэлектронной разведки типа KH 11, а также три более леrких спутника Национальноrо бюро аэрофотосъемки. По признанию самих американцев в этом конфликте спутники должны были решать в основном такти ческие задачи  отслеживать, куда направляются военные автоколонны, и быстро передавать информацию на базы ВВС. При этом выяснилось, что задержка ДOCTaB ки информации до исполнителя  оператора бомбометания самолета  была велика, что приводило к низкой эффективности бомбовых ударов по мобильным объектам  танковым колоннам, скоплениям войск. Применение спутников радиолокационной разведки «Лакросс» имело целью разведку до и после нанесения бомбовых ударов по целям в лесных массивах, KO торые моrли укрывать скопление войск и военной техники. Для обработки и пере дачи командованию НАТО orpoMHbIx потоков космической информации было сформировано специальное Управление тактической разведки, куда вошли пред ставители нескольких разведывательных структур США. Это Управление обеспе чивало выбор целей и оперативную передачу разведывательных изображений KO мандованию и летным экипажам, принимавшим участие в авиаударах. Операция США в Афrанистане Американскими военными экспертами дана предварительная оценка использова ния космической rpуппировки США в ходе антитеррористической операции «He сокрушимая свобода» в Афrанистане. Отмечается существенный вклад спутнико вых систем в решение разведывательных, коммуникационных, радионавиrацион ных и метеоролоrических задач [235]. Космические разведывательные системы применялись в целях обеспечения американских войск своевременными и достоверными данными о rруппировке сил Исламскоrо движения талибов, замысле действий противника, ero боеспособности 38 
fлава 1.. РЛС землеобзора космическоrо базирования в rлобальной системе ... и rотовности к нанесению ударов, а также для добывания сведений об особенно стях местности. Космические системы оптоэлектронной и радиолокационной разведки были задействованы в полном объеме. В их состав входило шесть ИСЗ (три ИСЗ опто электронной разведки типа КНll и три ИСЗ радиолокационной разведки типа «Лакросс» ). Они обеспечивали получение изображений различных объектов, об разцов вооружений и военной техники, наблюдение за дислокацией rруппировки войск Исламскоrо движения талибов и в целом за ведением боевых действий в Аф rанистане. Спутники разведки вели съемку с максимальным разрешением и ис пользовались совместно с ИСЗретрансляторами типов SDS и TDRS. Кроме Toro, для обеспечения функционирования КА типа КНll задействовались ИСЗ MeTeo ролоrической системы. В целях расширения возможностей видовой разведки по обеспечению боевых действий национальное управление видовой разведки и картоrрафии еще в октябре 2001 rода приобрело эксклюзивное право на использование снимков территории Афrанистана, сделанных коммерческим аппаратом «Айконэс2», обладающим максимальной разрешающей способностью порядка 1 м. Вооруженными силами США также активно использовались данные, полу чаемые спутниками системы разведки природных ресурсов Земли «Лэндсат 7», «Терра», «Орбвью2». Это расширило возможности по составлению, обновлению и своевременному уточнению карт местности, облеrчило проведение инженерной оценки зоны боевых действий. Высокая эффективность такой системы была ДOKa зана в Афrанистане при передаче в режиме реальноrо времени изображения с БЛА «Предейтор» на самолет AC130 в ходе поисков боевиков «АльКаиды». Оснащен ный ракетой «Хеллфайр» БЛА после обнаружения цели получил команду ЦeH тральноrо командования США во Флориде и уничтожил ее через несколько минут. Для решения проблемы взаимодействия также использовались компьютерные системы обработки и передачи данных, позволяющие значительно улучшить вла дение обстановкой на поле боя. При их применении данные системы ДРЛО E3 АВАКС и объединенной системы радиолокационноrо наблюдения и целеуказания ударным средствам E8C «Джистарс» собирались воедино, обрабатывались и пере давались заинтересованным штабам. Военные спутниковые системы связи работали с максимальным напряжени ем, однако смоrли обеспечить лишь 40...60 % потребности участников операции «Несокрушимая свобода». В состав спутниковой rpуппировки вошли шесть спут ников стратеrической системы связи DSCS, три спутника объединенной стратеrи ческой и тактической связи «Милстар», два ИСЗ типа UFO оперативнотактичес кой системы связи ВМС, ВВС и сухопутных войск и шесть спутников системы пе редачи данных SDS. Кроме Toro, традиционно использовались ИСЗ принадлежа щей НАС А системы слежения и ретрансляции данных TDRSS. Вместе с тем резко возросшие потоки данных (по сравнению с операцией «Буря в пустыне» объемы передаваемой информации возросли примерно в семь раз), необходимых для обес печения проводимой операции, потребовали активноrо привлечения коммерческих систем связи. 39 
Радиолокационные системы землео6зора космическоrо базирования Предварительный анализ показал, что спутниковые системы США использо вались с максимальной отдачей и во MHoroM обеспечили успеllIное проведение контртеррористической операции. Вместе с тем отмечается ряд недостатков, в том числе отсутствие радиолокационных и оптоэлектронных разведывательных сис тем, ориентированных на потребителя тактическоrо звена, что в ряде случаев при вело к несвоевременному получению пользователями разведывательных данных. Кроме Toro, недостаточная периодичность наблюдения района ведения боевых действий не позволила в полном объеме проконтролировать перемещение сил и средств талибов. Как отмечено в докладе на конференции Military Radar'2006 [492], основная тенденция cOBpeMeHHoro развития космических систем радиолокационноrо наблю дения состоит в создании систем двойноrо применения с использованием единых технолоrий, стандартов, проrраммноrо обеспечения обработки данных и т.д. Это тем более оправдано, что требуемые технические характеристики радиолокацион ных датчиков, во MHoroM определяемые оrраничениями Реrламента радиосвязи или уровнем развития элементной базы и технолоrий, практически совпадают. Важными аспектами интеzрации информационных средств, включающих системы BoeHHoro и двойноrо применения, являются: . выбор стандартов (есть риск выбрать неоптимальный стандарт, нужен тща тельный анализ развития rражданских стандартов); . адаптация аппаратуры и проrраммноrо обеспечения к выбранным стандартам; . тестирование данных для оценки заданных характеристик технических средств, имеющихся оrраничений, а также потенциальных резервов для их УЛУЧllIения применительно к конкретным задачам (экспериментальные «Heдo кументированные» режимы); . «обратная совместимость» rражданских стандартов на ПРОllIлые версии про дуктов; . технолоrические запасы для обеспечения надежности работы системы; . воспроизводимость получаемых продуктов; . разработка стратеrии взаимосвязей критических технолоrий для сохранения жизненноrо цикла при частичном старении. Основными средствами информационноразведывательноrо обеспечения для применения высокоточноrо оружия (ВТО) в США являются космические и, в бо лее оrраниченном объеме, авиационные системы видовой разведки. rруппировка космической видовой разведки США включает в себя спутники оптоэлектронной и радиолокационной разведки, спутникиретрансляторы и развитую высокопроизво дительную наземную инфраструктуру. Данная rруппировка позволяет с высокой точностью вскрывать оперативное построение войск противника, состав сил и средств, в том числе элементы системы боевоrо управления, а также определять координаты наиболее важных объектов. Общее развитие разведывательных космических систем США осуществляется в направлении обеспечения rлобальноrо, всепоrодноrо, непрерывноrо контроля деятельности вооруженных сил вероятноrо противника с возможностью непосред 40 
fлава 1.. РЛС землео6зора космическоrо 6азирования в rло6альной системе ... ственной передачи данных различным opraHaM BoeHHoro управления. Во MHorOM это достиrается за счет объединения всех сил и средств в сетецентрические систе мы [34*, 36*, 40*, 46*, 48*]. Сетецентрическими системами называются комплексы, объединенные меж ду собой при помощи вычислительных сетей и взаимодействующие в едином ин формационном пространстве. Применение TaKoro подхода обеспечивает качест венные улучшения по скорости и точности получения обобщенной информации об интересующих объектах на поверхности Земли. Министерство обороны США планирует также интеrpировать в космическую систему сбора видовой информации, существующие и перспективные коммерческие спутники съемки земной поверхности с высоким разрешением (около 1 м). Кроме TOro, планируется продолжить создание единой rлобальной rеоrpафической инфор мационной системы (rис), содержащей детальные цифровые карты всей поверхно сти Земли для обеспечения нацеливания ударных средств. В частности, в последние roды к решению задач информационноrо обеспечения для управления высокоточ ным оружием в дополнение к орбитальной rpуппировке привлекаются малоразмер ные спутники (малые  массой до 1 т и миниспутники  массой 100.. .500 Kr). Накопление информации о земной поверхности в мирное время имеет ярко BЫ раженное двойное назначение. С одной стороны выполняется мониторинr Земли с целью выявления и предупреждения природных катаклизмов, с дрyrой  происходит сбор информации и картоrpафирование с возможностью использования накоплен ных данных в дальнейшем, в военное время. Наличие таких заранее собранных и об работанных данных становится особенно важным в военное время, коrда спутнико вые системы навиrации и разведки будут выведены из строя или заблокированы. Применение ВТО в таких условиях потребует знания рельефа местности и координат расположения объектов, по которым может быть осуществлена привязка. Анализ опыта последних локальных конфликтов выявил не только необходи мость ведения непрерывной разведки и постоянноrо наблюдения за районом бое вых действий в условиях быстро меняющейся оперативной обстановки, но и дoc тавки обработанной информации в кратчайшие сроки непосредственно на носите ли высокоточноrо оружия. Успешным действиям американских войск в локальных вооруженных KOH фликтах способствовало безусловное технолоrическое превосходство систем BOO ружения и боевоrо обеспечения войск и обладание достаточно полной разведин формацией об оперативной обстановке в районах боевых действий, а также целе направленность и соrласованность боевых действий. За эти десять лет значительно укрепились позиции сторонников концепции «объединенности» вооруженных сил, предполаrающей максимальное использование боевых возможностей всех их ви ДОВ (включая привлечение rpажданских систем) для достижения конечных целей войны. По мере набора опыта проведения военных операций в США были разра ботаны основополаrающие документы  «Единая перспектива2010» и «Единая перспектива2020», а также планы реализации выдвиrаемых в них требований. Предложенная американская концепция «Сетецентрической войны» обосновывала необходимость реформирования вооруженных сил. 41 
Радиолокационные системы землео6зора космическоrо базирования Современная военная доктрина СIПА охватывает следующие области: . обеспечение деятельности в космосе; . боевое и техническое обеспечение из космоса боевых действий вооруженных сил; . ведение непрерывноrо контроля и управление ситуацией с помощью косми ческих средств; . применение силы в космосе и из космоса. Политическое руководство США обязывает МО орrанизовывать интеrриро ванную систему управления спутниковыми системами, скоординированную с дpy rими ведомствами. Особой задачей является достижение информационноrо пре восходства, реализация принципа стратеrическоrо сдерживания, повышение эф фективности вооруженных сил rосударства в целом, расширение выrодноrо дЛЯ США Международноrо сотрудничества в военной и друrих сферах. При создании космических систем BoeHHOZO назначения (КСВН) в США основное внимание уделяют следующим направлениям [216]: . поддержание в состоянии боевой rотовности существующих систем и развер тывание новых; . расширение возможностей бортовой аппаратуры КА; . повышение оперативности доставки информации со спутников; . увеличение времени активноrо существования КА; . размещение на одном КА аппаратуры для решения двух и более задач; . создание новых ракетносителей одноразовоrо и мноrоразовоrо применения; . совершенствование наземных средств управления КСВН; . объединение результатов всех видов разведки; . разработка КА для противокосмической и противоракетной обороны. Американские ведомства  AreHTcTBo перспективных оборонных исследова ний (DARPA), Военновоздушные силы и Национальное разведывательное управ ление (NRO)  изучают возможность создания системы rлобальноrо. радиолокаци oHHoro наблюдения, которая моrла бы обеспечивать прямое и оперативное получе ние информации войсковыми командирами без посредничества центральных раз ведывательных opraHoB. Такая CCTeMa должна будет состоять из 28 относительно небольших ап паратов, оснащенных радиолокаторами. По замыслу, войсковые подразделения, действующие в кризисных реrионах, будут в состоянии непосредственно выдавать задания спутникам на получение изображений заданных районов и получать ин формацию в течение 15 мин. Предполаrается также, что эта система будет функционировать во взаимодейст вии со спутниковой системой предупреждения о ракетном нападении, что позволит решить проблему обнаружения мобильных пусковых установок баллистических ракет. rлавным из этих требований является всемерное укрепление единства BOOPy женных сил. Всем командирам предписывается стремиться к тому, чтобы на основе использования передовых информационных технолоrий, объединенные rруппировки американских вооруженных сил непременно достиrли подавляющеrо превосходства 42 
fлава 1.. РЛС землео6зора космическоrо 6азирования в rло6альной системе ... над противником не в какойто одной, а во всех сферах вооруженноrо противоборст ва: в воздухе, на суше и море, в космосе и информационном пространстве. Разработанная концепция признает, что последовательное или независимое параллельное применение различных элементов военной мощи США нецелесооб разно. Наоборот, подчеркивается, что максимальная интеrрация их возможностей, тесное и rpaMoTHoe взаимодействие MHoroKpaTHo увеличивают боевой потенциал военной rруппировки и служат основой общей победы над противником. Эти по ложения были реализованы на практике в ходе военной операции США и их союз ников против Ирака, они отличаются высоким уровнем взаимодействия видов и родов войск (сил), применением всех видов маневра войсками и средств пораже ния, дальнейшим развитием форм и способов ведения боевых действий. Военное руководство США, достаточно осторожно оценивая роль авиации в этой операции, все же признает, что в 2003 r. авиация применялась значительно эф фективней, чем 12 лет назад. Она позволяла широко применять высокоточное opy жие и наносить удары в любое время суток, используя автоматизированные системы боевоrо управления и данные космической разведки. Дальнейшее повышение эф фективности боевоrо применения тактической авиации руководство ВВС США свя зывает с массовым оснащением частей тактической авиации малозаметными, имею щими больший радиус действия и оснащенных новейшим оборудованием самолета ми HOBoro поколения F22 и F35, а также разведывательными и ударными БЛА. В ближайшие 1 О лет Пентаrон планирует создание инновационной системы опера тивной разведки поля боя, которая должна соединять преимущества космических аппаратов (недосяrаемость для средств ПВО противника и rлобальность разведки) с достоинствами воздушных беспилотных летательных аппаратов (большая продол жительность наблюдения и высокая оперативность доклада данных). Система из 24 космических аппаратов с РСА, размещенная на низких KpyroBbIx орбитах высотой 770 км, может обеспечить высокую частоту просмотра театра военных действий (10...15 мин), что не позволит противнику осуществлять незаметную передислока цию. Проект получил наименование «Дискавери2» (считается, что первая система «Дискавериl» положила начало в 60x rодах созданию космических средств фото rрафической разведки). Требования Пентаrона к спутниковому радиолокатору чрез вычайно высоки. Станция должна работать в трех основных режимах: 1) съемка местности (обзорная, маршрутная и детальная) с разрешением от 0,3 до 3 м; 2) автоматическое обнаружение движущихся целей (диапазон скоростей целей 4...100 км/ч); 3) картоrрафическая съемка для формирования цифровых карт рельефа MeCT ности с точностью около 1 м. Такое сочетание режимов работы РСА позволяет операторудешифровщику р ЛИ последовательно решать весь цикл задач, связанных с поиском, обнаружением и распознаванием целей, определением их координат для дальнейшей выдачи целе указания средствам поражения. РСА должна работать в трехсантиметровом диапазо не волн и использовать активную фазированную антенную решетку (А ФАР). Она обеспечит электронное сканирование лучами в двух плоскостях для решения задач 43 
Радиолокационные системы землео6зора космическоrо базирования видовой съемки, селекции движущихся целей, пассивной радиотехнической развед ки и даже пространственной отстройки от сиrналов постановщиков радиопомех. Из рассмотренных примеров можно сделать вывод, что интеrрация rраждан ских и военных систем в едином информационноуправляющем пространстве для реализации «Сетецентрических боевых операций» является ключевым направлени ем дальнейшеrо развития аэрокосмических информационных систем и уже доказа ла свою состоятельность. Одним из важных аспектов развития современных ин формационных технолоrий  интеrрирование аэрокосмических средств, в том чис ле использование распределенных мноrопозиционных радиолокационных систем [36*, 40*, 43*, 234]. 1.4. Задачи, решаемые космическими системами радиолокационноrо наблюдения двойноrо назначения Анализ cOBpeMeHHoro состояния и перспектив совершенствования космических средств радиолокационноrо наблюдения позволяет сформулировать задачи, которые MOryт решаться этими средствами в rлобальной аэрокосмической информационной системе, реализующей мониторинr воздушноrо и космическоrо пространства и зем ной поверхности. В дальнейшем будем различать системы воеННО20 назначения, предназначенные для ведения разведки военных объектов и непосредственноrо обеспечения боевых операций и 2ражданские системы, предназначенные для реше ния хозяйственных и научных исследований. Их отличие от систем BoeHHoro назна чения состоит в том, что все характеристики аппаратуры (кроме Hoyxay фирм разра ботчиков, составляющую коммерческую тайну) доступны потребителям. Это не ис ключает использование материалов радиолокационной съемки rpажданских систем различными специальными службами для мониторинrа чрезвычайных ситуаций, природных катастроф, аварий, для охраны rосударственной rpаницы, для нужд обу стройства военных rородков, полиrонов и т.д. [218]. В этом смысле такие rpаждан ские системы MOryт рассматриваться как системы двОЙНО20 прuменения. Мноrорежимные космические РСА BoeHHoro назначения Moryт, за малым ис ключением, решать rpажданские задачи. При соответствующей инфраструктуре pac пределен ия получаемой информации космические Р ЛИ Moryт распространяться на коммерческой основе. Современная концепция системноrо подхода к проектирова нию космических РСА [153*,335,493*] рекомендует рассматривать любую аппара туру как предназначенную для двойноrо применения. Например, отечественные космические РБО космических аппаратов серии «KOCMOC 1500» rpажданскоrо назна чения обеспечивали ВМФ СССР информацией о ледовой обстановке в районах BO енноморских баз ВМФ и фактически являлись системами двойноrо применения. На основе анализа зарубежноrо опыта применения систем радиолокационноrо наблюдения космическоrо базирования в табл. 1.1 приведен перечень задач, KOTO рые принципиально MorYT решаться с применением космической радиолокацион ной съемки в интересах rражданских и военных потребителей. Эти области приме нения условно по основному использованию названы «дистанционное зондирова 44 
fлава 1.. РЛС землео6зора космическоrо базирования в rлобальной системе ... ние земли» (ДЗЗ) и «видовая разведка». В первом столбце таблицы перечислены объекты наблюдения (земные покровы, инженерные сооружения и др.) или методы получения данных (OДHO или мноrопозиционное зондирование, поляриметрия, ин терферометрическая обработка и т.д.). Во втором столбце задачи, решаемые аппа ратурой ДЗЗ в интересах военных потребителей или спецслужб, отмечены «*» в качестве двойноrо применения. Современная тенденция (системный подход) проектирования аппаратуры Р ЛИ, как правило, предусматривает ее двойное применение. Это позволяет, оптимизируя параметры системы для OCHoBHoro назначения (rpажданскоrо или BoeHHoro), закла дывать в нее rибкие возможности для решения задач по второму направлению. Такой подход имеет исторические корни в Российском промышленном произ Бодстве. Со времен Петра Первоrо при строительстве судов было требование YCTa навливать вдоль бортов судов привалочные брусья для установки на них пушек, в случае необходимости. В автобусах, изrотавливаемых до середины прошлоrо века, предусматривалась задняя дверь, на случай пере возки раненых. Примером обратной ситуации служат армейские машины времен Второй Ми ровой войны, на базе которых были позже созданы столь популярные среди Hace пения внедорожники. Такой подход экономически оправдан, так как позволяет OT рабатывать унифицированные составные части аппаратуры, на базе которых BЫ пускаются варианты исполнения аппаратуры Toro или друrоrо OCHoBHoro (первоrо) назначения. Целесообразно создание систем двойноrо назначения, в которых пре дусматривают режимы и каналы распределения информации для военных и rpаж данских потребителей с разными правами доступа к информации, как это реализу ется в rлобальных навиrационных системах GPS, rЛОИАСС, Galileo. Следует также иметь в виду, что развитие и освоение rражданских техноло rий всеrда способствует проrрессу в военных применениях. Как пример можно OT метить резкое повышение производительности вычислительных средств за послед нее десятилетие, оплаченное покупателями иrровых приставок с 3D индикацией динамических сцен. Представляет интерес сравнить требования к информационному продукту  радиолокационному изображению, требуемому для решения, приведенноrо в табл. 1.1 перечня задач в интересах одноrо или друrоrо применения. Рассмотрим случай мноrорежимноrо rражданскоrо РСА, а для военных РСА оrpаничимся pa ботой в режиме мирноrо времени в соответствии с Реrламентом радиосвязи. Будем считать исходно выбранными рабочий частотный диапазон и высоту орбиты. Важ нейшими характеристиками получаемых Р ЛИ для rражданских РСА являются про странственное разрешение снимка, чувствительность РСА, поляризация на излуче ние и прием, а для военных РСА  разрешение Р ЛИ, чувствительность, а также по поса съемки и полоса обзора, от которых зависит оперативность получения инфор мации от заданноrо района и время повторной съемки. Поставляемый информаци онный продукт должен быть комплексным Р ЛИ для возможности ero интерферо метрической обработки (карты рельефа, KorepeHTHbIe методы выявления измене ний rеометрии и обстановки). 45 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 46  :t      :t   :t :t  ::: :r  :ос:   :::    :::   5 ::: '-J :::  :ос:  ::t ::: 5  :ос:  .... ос 5   :::   --  ::t  :t  :t  f\J  :t ):::    ::: ::t    (у') =  [f се м = с.. с::: = се Q  =  = = = се Q с.. =  Q = м 1"";:   Q  =  =М Q = = = = t =  :s  Q F-    = tOC 1"";: = = = с::: = =  = с:::  =  =   1"";: ::r \с)  = 1"";: = Q  =   cs . ,..-4 . ,..-4   ==   Е-с )  v t::: о   v о  C:Q ff')   V j:Q  о    о  Е!  о  t::: V V g:    g    Up:) C:Q V 8   V >.   [      м t;J 2:   u  V V  & 5 s; '"' ,,{' ::S:: u о  'v S       V S     V g: 3 1=::[   '--с t::: V ::Е j:Q о V 5 ::S:: 5з а  Q8 >::S:: О  V ,........., м    ::S::    s >. о u ::Е-...........- >=      \..о V О j:Q  g  :з:: ::S::  j:Q о :з::  u \.о О V  1=::[     V V о  :з::    V V t::: о О j:Q j:Q о  8   s  о :з::  >   о   о  Е1      о :з::      V V h!   C:Q  О '--с   :з:: о >::S::  C:Q  U О   >  V 9 t:::    V &  :::r t::: V >. о  м   :S::u   u .-& 5 о   о u   u    C:Q  О  t   >S1  u >::S:: V 1=::[ >::S::  V    8   j:Q      V V  !:Е    ю  5 :::r \.о :::r 000 >::S:: >::S::    о V ::;g t::: о V    о C:Q  О u  8 s   о t:::  :s:     u О h! p:) f----i о  t::: :з::  u О  О  u ,.........,  & u V о ::Е :з:: м  :s:  :s: \.о -...........-  v V  :з:: C:Q   о  C:Q а V :з::  ro    V U V "'r-4 О :::r t-' U О   u О   V j:Q о t::: /""""'.,  [f о j:Q -...........-    &     Ei>:s:   C:Q  О О 2:\.0   V  о о   '"""' '"""' u    х     u u u /""""'., a::E E! )  :s: !sj  :s: V S  p:t p:ta & vvt:::v " a ';' ;;;...  >. 5 >. е ,.., v '"' '"' r' I=::[   :з:: v :з:: о :з:: v \.о  \.о  '-О  OoOO  Ei >  v v C:Q :з::  о м  u 1=::[  >. '--с  U    :s: о  G :Q  &&'-8 '? a    C:Q U C:Q V C:Q   :s: о О  o.   о u '>OJ U  ::;g v   >j;5 :s:  ..'" >.    v  v  v > \.oV Ho,5>. g   :::r  t8  :з:: (Т')p:)0088  .-&  v S v >   v :з::  :::r I:::! C:Q v о     .-&       о v \.о t::: о >. о    u н v v v  Е  v о v :::r  :::r >. о >. м v м :S:::S::  i  о C:Q  [ g v  "  I  & о м   g j:Q 
fлава 1.. РЛС землеобзора космическоrо базирования в rлобальной системе ...    (])   (]) .-& ('f') о t::  t::: (])  (])   :::r= '-о О   !! 8 ro  E[',1 :I: ::[0     (]) I:: О О :Х: t'j" t:: t:: e&Oo" :r: g      tli  'Ero.e Iiii '-Oo::s  g:s: о 08 :::r=uu I (]) t:: о  !д о '-о Х t'j (]) :::r=  >   (])  t::  &3  '-о О О    о t\S u  :::а     > t3 &  (])  '-о ::S::  1::   о  u   '-о t'j  о     (])   t'j  6:  о t\S :::r=  :::r= '-о  О О   *        s   @  @    & х    G (]) s :::а:::а ::S::   t'j   о   t::  о   g1  и gJo.gJ  53 а   t::  а ::S ::s::     & 5  8        ::S I  t'j  о  s8'-gEt @  8  I    ' O       ::s::  о  (]) > u (])  s 8    (])   (])  u t'j (])  (])   u (]) (]) 55>:S:@ 5   м (])    8    х   t\S       :::r= ::s::    5   8.  .    8.   8.,Е; Q) 8oot::: @ @&8 j    т  g о  >::S::  :::r= о N     (])  u S  t'j (]) о S  а (]) 6: > s t'j  (]) :::r=  '8  (])  (])   O '""'с  (])   (]) ::S м  I      (])  о t:: о.: t\S  &  i  == t       о :::r=  u '-о О > О  О   :::r=  ..Q &а ;  о 8  I t'j  о   о t:: о  о  о t'j     (]) о  S t\S   о @  (])  5  u t'j :s: ::S I t'j  о  о 1:: о  о  о  (])  t'j (])    (]) о     '-g    I  :::r= 8    t'j   8 (])  >::S:: 5    8  ::S о    а   о   (])  t:: о  о  о (]) о (])::S iE      8 о 8  t::: u  (])    t::  I t'j  (]) t:: о     t'j         & u ч  (])   g; о х  .-&  t'j у t'j  а   о >:S::  О 1::  & 1:: Х .-&   е (])  (]) s е s    g; > 8  S u О ; о  е  t'j а3      >  ::S  о  t\S (])  g  '-O    &'8 \о м О  47 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 48 t\S   U   >::S:: ь5  g    I i I  M   c.)  (])U  u s о о  u   u (]) (])u (])   >s a t:: 0-4    @   t\S  1::[ 80 88 !   (]):::s (]) u  (])::g ::s:: (]) ro о       (]) ::Q (])  o 5 u  &ro 1::[ u 0:::s o   u  0-4  О 'S1" () "  8a!9  M6'      (]) u О О .-& 0-4\.0 о  ::S:: i ::S::>  O5  (])  (]) (]) о  g       @' IOI-t (]) o>  I::[u  :S:80 ......  е I о (])   t    t\S О 0-4 (]) u    .........- ot\S  0-4& ro  о '-J О      о  u  :::s  5 (])    о    i         & 5 Et  ::S::    а" 53 >::S:: i1) (])    \.O (])  1"  (])  t\S   0-4 \.о О О 8  g  >  \.о  >::S:: " (]) О S    о   j i  g > C\S.........-o о  0-4g t\S S     & (])о    ro >::S:: О 53 (]) [E M::S:: о(]) (]) ::S::>U::S:: ro ro  "o U>:S:: u\.o OO@O ro  х  >   >  o  0-4  0-4 (]) 0-4  ::s:: (]) о" 8. .&5 i8'Ei   8     1     i а >::S:: (]) gJ        .-& "  (]) (])     g 53  8 ro о о а S@ ro e  ,, o:::s  0-4 " \.о  Ь (]) >    (]) U   (])   g 8 i               о    (])  а (])    !ggtЗ u (]) (])  ::S::        u    J=j о ..g 8 \.о \.O..g \.о 6' :::soo t:::uO<OOo  i о м (]) О iЗ u о  (])  о  о t:::  > (])     (])  о 5   :::s u :::s м \о (]) ::S:: о  1--004 (]) >:S::  s-  Q  ca(]) S    \.о  (]) Oo 
fлава 1.. РЛС землеобзора космическоrо базирования в rлобальной системе ...  I >iS i  S  u C\S s-g 5,!Et  c\s  >ё;  :S:: м t:::[ >  '""":'   о о t:::[ (l) V (l)S'  ('f')  аз :S:: (l)  u <-R а о C\S s:! (l) о о  5 'g (l) -.......--  ct3 (l) ::s          I б:  (l) u C\S Q о :а  >:S::  8 ::s '8 o I :S::   1:: о >:S::  (l)   о u ,..,..,  t:: (5 t:::[ C\S  > ::s   N   i O    1:: :з;: р.. (l) м t::  5  (l)    u >5 :з:: 6 t:::[ \.о ..Q 8 о   '""'с  (l)  (l) >:S::  О б: >::s:: :З:: C\S (l)    ..-4 S I   0&0 o&::s  о >ё;   &   o&(l)o     s'8 i             u     ::s   о C\S   ::s u i :'1   о, 8 C\S  О : 8>  t2    J   (l) :S:: I     >-. 1::  о C\S :З:: :S:: >:S:: \.о (l) О  g   8  g о iij ?:-. & о  i : I    gj б: u s  C\S О ..Q О :З::   1:: \.о О О U o *ie 1 IQ ;  J, ii  o  1        о u g     v   'iE. .IЗt (l)   &t2  &go' o&B e& :S:: > о  '""" 8  о (l)  u (l)   (l) C\S    ::Е   '8      (l) (l)  (l)  (l) u  M&&>a(l) 5 \.о  \.O u О \.O >-'0 О os::s::o::s::o'ga i  >:S:: О ;>о..  а >       s I  ! 0& ::s    о  & o&  r   C\S О ::s  (l) о  \.O  О О 1:: C\S   (l)  а        (l)  !  ::Q 0&Е@с.)    (l)  о tS i I  i :S:: о g} м (l) i i         '8t3 I u  i  :S:: g} >:S:: (l) 5 =r i  &    ; (l)  u (l)  c.)    о   о >:s::  (l) 8  ::Q       j  u  о о t:::   I :З:: о (l) м О (l) $  OO  о  ;:g = о ;Е е а  о    -.......--   =ь u  О     I (l) 8  (l) 1:: о  U Е& 88.8.8.   i5 ::s ::s  U  О (l) О  1::   &         е  о о  (l)  (l)      о  (l) о (l) 1:: S а >:S:: 8    (l) ::S t3  g  :З:: I О U м     8   >:S:: (l)  о   $ (l) о    &a   I >-'0 U О   C\S (l)  r=: u :s:: о gJ   а  о '9     * u   i (l) о о м     tS u ::S  ;  = u (l) о о :З::   (l) о о     49 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 50  u I::! а.> oot u  u О :r:  ("') ::Е oot о   а.>  а.> S   N  а.> м   :r: ro 8 а.>  а.> :т ;>-. м :s: "-'1     ::     >::S:: О S   о g  о :х:   g  о ::S::   ro   oot е :х:  ro  о ::Е \О \О oot О ro о а.> oot   '8  о.: Ei i ::Е oot о  S >::S:: О  О ё ro :х: о t::: О  ro oot о.:  CQ О м ro Е!   g о f--I u  5   8   о t::: О   ст)  ro о ro :т &g :Q CQ  &t:::    о о oot >::S:: 0.:::S:: о.: ro ::S:: ro t:::{ ro S  :g :gro g o.: @>::S::   "'1:  ... g :><:       oot Х & oot а.>    iS  5  @"&g ('т') :r:  ('т')  p-.t I а.> о         >    oot u ro   :т ; ; i  а.> :х:   > U >i;i CQ а.>м ::S::ro   CQ \Q ...QO e @  б::  1!Iil ::S::B iCQo    f--I ro t::: ::r: ;:i8 U oot    о а   &;Е Et  б:: а.> I::!  О  f--I. :т а.> ro oot  U ;>-.   g    I ;>-'d'::Е >::s::5a& o.:OotI\O !l) roO-........--  f--4 :Х: I::! >::S:: >::S::   !5  о ro  \о \O  o.: t::: В 11)  ro o  :Х:  8   g g   X::S:: . а.> ro а     :X::Т CQ  00t111 s  ш  >::S::  t""'" О О ::S:: :X:    . 'Е I::! g    :Х: о    ш     5jSa   а  o'8 
fлава 1.. РЛС землеобзора космическоrо базирования в rлобальной системе ... rражданские РСА должны иметь режим с разрешающей способностью, COOT ветствующей полосе сиrнала, выделенноrо Реrламентом радиосвязи для выбранно ro диапазона волн. Чувствительность РСА должна позволять обнаруживать KOH трасты суши по отношению к изображению спокойной водной поверхности. Необ ходимо реализовать поляриметрический режим (возможно с некоторым ухудшени ем разрешения), по крайней мере, одна (rоризонтальная или вертикальная) пере ключаемая поляризация на излучение и две поляризации  на прием (это необхо димо для мониторинrа растительноrо покрова и морской поверхности), иначе BЫ ходной информационный продукт проектируемоrо РСА будет неконкурентоспо собным по сравнению с находящимися в эксплуатации или проектируемыми зару бежными РСА. ДЛЯ военных РСА поляриметрический режим желате лен, он позволяет повысить Bepo ятность обнаружения и распозна вания объектов на фоне подсти лающей поверхности. Из rpажданских задач, Tpe бующих высокой оперативности, наиболее важными являются мони торинr стихийных бедствий и KaTa строф. Существуют Международ ные соrлашения о взаимном ин формационном обеспечении чрез вычайных ситуаций странами, pac полаrающими космическими cpeд ствами наблюдения  оптическими, радиолокационными. Для опера тивноrо решения экстренных задач целесообразно при соединение к Ta ким соrлашениям. Облик перспективноrо аэро космическоrо радиолокационноrо cerMeHTa rлобальной информаци онной системы двойноrо назначе ния применительно к российским потребителям информации иллю стрирует рис. 1.4, цветной вариант KOToporo приведен на обложке. Применительно к задачам дис танционноrо зондирования Земли (включая двойное применение) co став действующей всемирной op битальной rруппировки ДЗЗ вклю чает в себя оптоэлектронные и pa 1 ;..: : ':'i ".1 Рис. 1.4. Структура аэрокосмическоrо радиолокационноrо cerMeHTa rлобальной информационной системы двойноrо назначения: 1  низкоорбитальные мноrорежимные РСА обзора земной и морской поверхности; 2  спутникретранслятор на reocTa ционарной орбите; 3  спутник на rеостационарной орбите с совмещенными ретранслятором и РЛС подсвета системы paHHero предупреждения опасных океанических явлений; 4  приемные тандемы спутников системы предупреждения опасных океанических явлений; 5  мноrорежимные РСА на rеосинхронной орбите с питанием от ядерных энерrетиче ских установок; 6  орбитальная rpуппировка приемных микроспутников для бистатическоrо зондирования с reocTa ционарными или rеосинхронными РЛС; 7  реrиональные наземные центры приема и обработки радиолокационной информации; 8  мобильные пункты приема и обработки в районах локальных конфликтов; 9  лазерные каналы пере дачи широкополосных данных от радиолокационных датчи ков к ретрансляторам на rеостационарной орбите; 1 О  ши рокополосные радиоканалы передачи информации на пунк ты приема от радиолокационных датчиков и спутников ретрансляторов; 11  каналы связи с зарубежными инфор мационными системами 51 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования диолокационные датчики с общими характеристиками, приведенными в табл. 1.2 и 1.3 [53, 529]. Указаны средства с пространственным разрешением до 10 м. Для сравнения приведены также средства BoeHHoro назначения. Подробно характери стики космической радиолокационной аппаратуры приведены в rл. 13. Таблица 1.2. Космические аппараты с оптоэлектронными датчиК(lМ,и с разрешением лучше 10м Разрешение, м Полоса Наименование КА Страна Дата съемки, (системы) запуска Мульти км Панхром спектр КА с оптоэлектронными датчиками дЛЯ ДЗЗ TopSat (SSTL) Великобритания 27.1 0.2005 2,5 5 1 О, 15 RapidEyeA rермания 29.08.2008  6,5 78 RapidEye..B rермания 29.08.2008  6,5 78 RapidEyeC rермания 29.08.2008  6,5 78 RapidEye.. D rермания 29.08.2008  6,5 78 RapidEyeE rермания 29.08.2008  6,5 78 EROS Аl Израиль 05.12.2000 1,8  14 EROS В 1 Израиль 25.04.2006 0,7  7 Cartosat 1 (IRS..P5) Индия 04.05.2005 2,5  30 Cartosat2 Индия 10.01.2007 0,8  10 IRS 1 D Индия 29.09.1997 6,0 23 70, 142 Resoиrcesat 1 (IRS..P6) Индия 17.10.2003 6,0 6,23,56 24, 140,740 Beijing1 (SSTL) Китай 27.10.2005 4,0 32 600 KOMPSAT..l Корея 20.12.1999 6,6  17 KOMPSAT2 Корея 28.07.2006 1,0 4 15 PecypcДKl Россия 15.06.2006 1,0 3 28 GeoEye..l США 06.09.2008 0,4 1,64 15 IKONOS США 24.09.1999 1,0 4 11 QиickВird США 18.10.2001 0,6 2,5 16 WorldView1 США 18.09.2007 0,5  16 THEOS Таиланд 01.10.2008 2,0 15 22,90 FORМOSAT..2 Тайвань 20.04.2004 2,0 8 24 SPOT..5 Франция 04.05.2002 2,5 10 120 ALOS Япония 24.01.2006 2,5 10 35, 70 КА с оптоэлектронными датчиками BoeHHoro назначения Серия КВl1 США 1971990 rr. 0,3.. .0,6  2,8.. .23 Серия КВ12..1  КВ125 США 19922005 rr. 0,3.. .0,6  нет данных 52 
fлава 1.. РЛС землеобзора космическоrо базирования в rлобальной системе ... Таблица 1.3. Космические аппараты с аппаратурой радиолокационноzо наблюдения с пространственным разрешением до 1 О м Наименование КА Страна Дата Наилучшее Диапазон (системы) запуска разрешение, м волн КА, предназначенные дЛЯ ДЗЗ ТепаSАR..Х rермания 15.07.2007 1,0 Х CosmoSkymed..l Италия 08.06.2007 1,0 Х CosmoSkymed.. 2 Италия 08.12.2007 1,0 Х Radarsat 1 Канада 04. 11.1 995 8,5 С Radarsat.. 2 Канада 14.12.2007 3,0 Х YaoGan WeiXing 1 (JB5) Китай 27.04.2006 5,0 L YaoGan WeiXing 3 (JB502) Китай 12.11.2007 5,0 L ALOS Япония 24.01.2006 10,0 L КА BoeHHoro назначения Lacrosse2N ega США 02.03.1991 0,67 предположит. Х Lacrosse..3/0nyx США 24.10.1997 0,67 предположит. Х Lacrosse..4/0nyx США 17.08.2000 0,67 предположит. Х SAR Lиpe..l rермания 19.12.2006 0,5 Х SAR Lиpe..2 rермания 02.07.2007 0,5 Х SAR Lиpe..3 rермания 01.11.2007 0,5 Х SAR Lиpe..4 rермания 27.03.2008 0,5 Х Высокую эффективность обеспечивает совместное использование оптоэлек тронных средств и радиолокационных средств наблюдения (видовой разведки), об ладающих возможностью проведения точных измерений rеометрии объектов, их радиофизических характеристик, рельефа местности радиолокационными MeToдa ми. Сформированные по результатам измерений цифровые банки данных фоноце левой обстановки и применение современных вычислительных методов для aBTO матической и автоматизированной классификации объектов и оценки динамики их состояния станут основой информационноrо обеспечения практической деятельно сти во мноrих областях в интересах rpажданских и военных потребителей. При выборе параметров проектируемой системы радиолокационноrо наблю дения, которая, в принципе, может включать в себя орбитальную rpуппировку с набором мноrофункциональных радиолокаЦИОl;IНЫХ датчиков с разными режимами работы, необходимо исходить из требований к аппаратуре в зависимости от pe шаемых задач. В первую очередь это относится к разрешающей способности полу чаемых радиолокационных изображений (РЛИ) и периодичности обновления ин формации. Сводные данные, заимствованные их разных публикаций [118, 223*, 432*, 529], приведены в табл. 1.4. 53 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Таблица 1.4. Требования к разрешающей способности РСА и периодичности обновления информации Распознавание, м Периодичность, Решаемая задача Обнаружение, м класс тип сутки Мониторинr океана, ледовая разведка 300 300 70 <3 Судоходство, рыбная ловля 15 . . . 300 <1 Общее картоrрафирование 5...30 зо Морские порты 30 15 6 Населенные пункты 60 30 Железнодорожные узлы 30 15 6 ВПП 40 9,0 Ведение кадастра 2.. .3 30 r еолоrическое картирование 5.. .30 >30 Лесное, сельское хозяйство 3.. .30 <5 Мониторинrкатастроф,контрользон <1,5 <0,1 Мосты 6 4,5 1,5 Аэродромы, аэропорты 6,0 4,5 3,0 Самолеты на аэродроме 4,5 1,5 0,9 Ракетные комплексы, ракеты 3,0 1,5 Командные пункты 3,0 1,5 0,9 РЛС 3,0 0,9 0,3 Средства радиосвязи 3,0 1,5 0,3 Склады 1,5 0,6 0,3 Воинские части или места расположе.. 6 2,1 1,2 Оборудование баз ВВС 6 4,5 3,0 Артиллерия 0,9 0,6 0,15 ЗРК 3 1,5 0,6 Автотранспорт 1,5 0,6 0,3 Морские суда (средние) 7,5 4,5 0,6 Подводные лодки (на поверхности) 9 6 1,5 Минные поля на суше 30 6 1,5 Сопоставление приведенных в табл. 1.4 требований к разрешающей способ ности аппаратуры и достиrнутых параметров космических средств наблюдения (см. табл. 1.2 и 1.3) показывает, что решение задачи распознавания класса и типа объектов требует повышения информативности средств наблюдения, что примени тельно к космическим РСА может достиrаться не только путем улучшения про cTpaHcTBeHHoro разрешения, но и использованием специфических признаков, OCHO 54 
rлава 1.. РЛС землеобзора космическоrо базирования в rлобальной системе ... ванных на измерении радиофизических свойств объектов (поляризации, резонанс ных явлений, интерферометрии) или косвенных признаков, таких как размеры и конфиrурация радиолокационных теней от объектов наблюдения, наличие на изо бражениях подстилающей поверхности «лысых мест», вызванных азимутальным смещением отметок от движущихся целей, направления и уrлы схождения кильва терных следов от движущеrося корабля в зависимости от ero скорости, отметки переотражения от ero надстроек и т.д. Для перечисленных в первом столбце табл. 1.1 типов объектов можно дать их обобщенное определение и сформулировать задачи обнаружения и распознавания применительно к видовым средствам радиолокационноrо наблюдения (РЛН). При этом любой объект как eCTecTBeHHoro, так и искусственноrо происхождения может быть определен как локальная аном8.!IИЯ (или набор локальных аномалий) в OДHO родном окружении. Как локальную аномалию будем рассматривать набор ярких отметок от компактноrо отражающеrо объекта, темные отметки от областей, не дающих отражения в сторону РЛС, изменение текстуры участка поверхности. Наличие достаточно большоrо объема накопленных данных по определенным территориям (априорной информации для дешифрирования KOHKpeTHoro снимка) за меняет классическую задачу обнаружения и распознавания, типичную для контроля воздушноrо пространства, на задачу выявления изменений в оперативной обстановке и идентификации обнаруженных аномалий. Фактически требуется обнаружение аномалии и распознавание ее типа аномалий при обработке не Bcero полученноrо изображения, а только небольших фраrментов, содержащих изменения. Часть из указанных в табл. 1.1 задач требует высокой оперативности получе ния информации, что наряду с высоким разрешением является приоритетным для перспективных РСА. Следует отметить, что при пространственном разрешении лучше 3 м резко снижаются ошибки идентификации растительных покровов даже без применения поляризационной селекции. Это связано с повышением роли TeK стурных особенностей отражающей поверхности. Кроме Toro, возможен обмен пространственноrо разрешения на радиометрическое, что позволяет анализировать о rистоrраммы СУ для типизации поверхности. Аналоrично, для идентификации типа ледовых полей требуется разрешение около 75 м, при этом для дешифрирования проводят усреднение отсчетов (32х32), повышающее радиометрическое разреше ние по площади. На сrлаженном Р ЛИ выявляется текстура ледовых образований, характерная для данноrо типа ледовоrо покрова [87]. 1.5. Концепция использования космически средств радиолокационноrо наблюдения в rлобальной информационной системе и ее национальных cerMeHTax Анализ возможностей, реализуемых современными космическими системами pa диолокационноrо наблюдения (rлавы 2, 8, 9, 13), позволяет сделать вывод, что в настоящее время они стали неотъемлемым звеном rлобальных сетецентрических информационных систем [36*, 46*, 96, 331, 350, 492]. 55 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Сформулируем концепцию использования радиолокационных систем в rло бальной информационной системе и ее национальных cerMeHTax. Рассмотрим фраrмент информационной системы (или, конкретнее  reo информационной системы), относящийся к получению и распределению видовой и картоrрафической информации, т.е. данных, полученных на основе тематической обработки радиолокационных снимков (включая количественную интерпретацию данных радиолокационноrо зондирования, оценку оперативной обстановки в рай онах съемки, выявление ее изменений), данных координатной обработки снимков (обновление картоrpафическоrо материала, построение карт рельефа местности, выявление изменений rеометрической конфиrурации объектов), а также формуля ров обнаруженных движущихся целей и др. rражданским аналоrом таких rлобальных информационных системы является Интернетсистема распределения карт и космических снимков земной поверхности Google Мар [537]. Ресурсы Google Мар предоставляют в свободном доступе дe тальные космические снимки поверхности Земли с разрешающей способностью до 1 м. Однако в свободном доступе отсутствуют детальные снимки территорий (Ha пример, военных баз), которые MorYT быть квалифицированы как нарушение CYBe ренитета отдельных стран. Фактически, Google Мар объединяет данные, полученные с различных спут ников, также как и должна это делать сетецентрическая система BoeHHoro назначе ния. Необходимо также отметить, что системы навиrации и позиционирования GPS и rЛОНАСС, являющиеся в настоящее время элементами rлобальных ceTe центрических систем, применяются как в rpажданских, так и в военных целях, oд нако имеют при этом различные каналы для доступа, обеспечивающие разные уровни точности позиционирования. Применительно к задачам военной разведки или мониторинrа катастроф и в зависимости от конкретных ситуаций радиолокационные снимки MorYT иметь раз ный приоритет по отношению к оптическим снимкам (с одинаковой или разной разрешающей способностью), полученным ранее (априорная опорная информация) или синхронно с радиолокационными снимками, если метеоролоrические условия позволяют вести оптическую съемку. В первой ситуации (использование априорной опорной информации) радио локационная съемка выполняет функции оперативной видовой до разведки  полу чение дополнительных данных для принятия решения. Так, например, при монито ринrе катастроф наличие оптических снимков территория бедствия, а также ранее полученных отдешифрированных радиолокационных снимков, снабженных KaTa лоrом обнаруженных ярких объектов (брошенная техника, обломки аварий в TYHД ровых И таежных районах), позволяет вести автоматический поиск новых образо ваний и по их характеру диаrностировать предшествующие события, локализиро вать район для высылки поисковоспасательных rpупп и принимать решение о привлечении дополнительных специализированных средств (например, проведения радиолокационной съемки в друrих диапазонах волн, с друrими ресурсами или Ha бором поляризаций). 56 
rлава 1.. РЛС землеобзора космическоrо базирования в rлобальной системе ... Вторая ситуация относится к случаям отсутствия оптических снимков, невоз можности их оперативноrо получения или их недостаточной информативности. Тоrда радиолокационная информация имеет высший приоритет по отношению к оптическим средствам блаrодаря специфическим особенностям радиолокационно ro зондирования  всепоrодности, возможностям получения информации о радио физических свойствах объектов, обнаружения замаскированных или скрытых pac тительностью объектов, применения высокоточной координатной обработки, а также выявления изменений в оперативной обстановке методами корреляционной обработки или дифференциальной интерферометрии. Соответственно концепция использования космических средств РЛН в то.. БШlЬНОЙ информационной системе может включать в себя следующие положения: . получаемая с помощью космических средств РЛН двойноrо применения OT крытая информация, в том числе срочная (при мониторинrе катастроф и про ведении поисковоспасательных работ), может иметь свободное распростра нение (на коммерческой основе или по взаимному обмену); . специальная информация, предназначенная для использования в национальном cerMeHTe, должна передаваться по специальным защищенным каналам, причем для доведения фраrментов этой информации до конкретных локальных потреби телей MOryт использоваться открытые каналы с применением шифрования; . должна использоваться комбинированная сетецентрическая распределенная система, оборудованная мобильными (подвижными наземными, корабельны ми) пунктами приема/обработки данных радиолокационноrо зондирования, обеспечивающих мониторинr инфраструктуры отдаленных районов (KOM плексов разработки полезных ископаемых, Севморпути и др.), а также зон ло кальных конфликтов. Целесообразно использование в мобильных пунктах стандартных аппаратнопроrpаммных средств для их сеrментации и экстрен ной уrлубленной обработки. Проведенное рассмотрение места и роли космических систем радиолокацион Horo наблюдения в rлобальной системе аэрокосмическоrо мониторинrа позволяет сделать следующие выводы: 1) сочетание современных оптоэлектронных и радиолокационных средств землеобзора космическоrо базирования обеспечивает получение детальной видо вой информации для решения широкоrо Kpyra задач в интересах rражданских и BO енных потребителей. Независимость радиолокационной съемки от метеоролоrиче ских условий и времени суток, а также применение интерферометрической обра ботки снимков позволяет отслеживать изменения оперативной обстановки на объ ектах наблюдения; 2) ценные свойства радиолокационной съемки состоят в возможности измере ния rеометрических характеристик объектов с высокой точностью, а также изме рения радиофизических характеристик объектов; 3) информационное обеспечение военных операций и мониторинrа чрезвы чайных ситуаций должно базироваться на использовании сетецентрических систем с привлечением всех доступных аэрокосмических датчиков и каналов связи. 57 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Должна быть предусмотрена реrулярная архивная съемка территорий предпола rаемых активных действий с составлением и обновлением цифровых карт рельефа, формированием банка фоноцелевой обстановки и радиолокационных портретов объектов; 4) проектируемая радиолокационная аппаратура землеобзора космическоrо базирования должна предусматривать мноrорежимное мноrофункциональное ис пользование и быть рассчитана на двойное, rpажданское и военное применение. Далее в моноrpафии рассматриваются конкретные вопросы, связанные с получением pa диолокационных снимков средствами РЛН космическоrо базирования и извлечением ин.. формации для потребителей. [лава 2 посвящена рассмотрению механизмов формирования сиrналов, отраженных объектами наблюдения и информационных признаков, содержа.. щихся в получаемых данных радиолокационноrо зондирования, по которым можно иден.. тифицировать объекты и проводить количественную оценку их параметров. 58 
rлава 2 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАДИОВОЛН С ОБЪЕКТАМИ РАДИОЛОКАционноrо НАБЛЮДЕНИЯ 2.1. Объекты радиолокационноrо наблюдения и их свойства Объектами радиолокационноrо наблюдения в широком смысле являются физиче ские объекты, которые MorYT быть обнаружены с использованием методов радио локационноrо зондирования. В общем виде под объектом радиолокационноrо Ha блюдения, характеризуемоrо некоторыми радиофизическими свойствами, будем понимать локальную аномалию в однородном окружении. Будем рассматривать также друrой тип объекта (участка местности), радиофизические характеристики KOToporo несут информацию о нем или ero состоянии, характеризуемой изменчи востью за определенный промежуток времени. К этому типу объектов относятся, например, изменения rеометрии инженерных конструкций, появление ям на дo рожном покрытии, просадки почвы. Однако, обнаруживаемое путем радиолокаци oHHoro зондирования изменение влажности почвы после дождя, как правило, не содержит полезной информации. Вместе с тем, участки земли повышенной влаж ности в районе защитных дамб явно относятся к объектам наблюдения. К объектам радиолокационноrо наблюдения относятся природные объекты, в том числе с воздействием антропоrенных факторов, искусственные объекты, вклю чая различные инженерные сооружения и объекты техники, живые объекты (люди, животные, косяки рыб и др.). В связи с различием радиофизических свойств и Mexa низмов рассеяния электромаrнитной энерrии от различных земных покровов целесо образно раздельное рассмотрение наблюдаемых объектов суши (rеолоrическая структура земной поверхности, растительный покров, наземные и подземные объек ты и сооружения) и образования на водной поверхности (морей, озер, рек). Объекта ми радиолокационноrо наблюдения являются также волновые явления, обусловлен ные топоrpафией дна, и т.д. Для обозначения конкретных объектов (преимуществен но  компактных) используют также термин «радиолокационные цели». При облучении радиоволной какоrолибо объекта в нем наводятся электриче ские токи, создающие в свою очередь электромаrнитное поле, распространяющее ся в направлении рлс. Радиоволны имеют векторные свойства, которые xapaKTe ризуются поляризацией, определяющей направления векторов электрическоrо и маrнитных полей в пространстве. Энерrетические, фазовые и поляризационные характеристики отраженноrо поля определяются мноrими факторами [79, 91,193,196,214]: длиной облучающей волны, размерами, конфиrурацией, электрическими характеристиками (диэлектри ческой и маrнитной проницаемостью, затуханием) объекта или ero элементов, pac положением относительно направления облучения. 59 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования в современной практике результатом радиолокационной съемки является Ka либрованное по значению эффективной площади обратноrо рассеяния цифровое радиолокационное изображение. Содержащаяся в нем количественная информация о подстилающей поверхности и объектах на ней позволяет применить измеритель ные методы при тематической обработке радиолокационных снимков. Принимаемый радиолокатором сиrнал от наблюдаемой поверхности xapaKTe ризует ее отражающие свойства (удельную эффективную площадь обратноrо pac сеяния) в диапазонах волн работы РСА с учетом поляризаций на излучение и при ем, изменение фазы сиrнала при отражении; пространственностатистические xa рактеристики (rистоrраммы распределения, корреляционные функции и т.д.). Точ ность оценки этих характеристик во MHoroM зависит от возможности усреднения измеренных параметров по площади участков (cerMeHToB) с однородной статисти кой для данноrо типа поверхности (морская поверхность, ледовые поля, сельскохо зяйственные и лесные уrодья и т.д.). При высоком пространственном разрешении 0,6...1 м, реализуемом COBpeMeH ными космическими РСА, размеры элемента разрешения на получаемом РЛИ за редким исключением (кроме специальных точечных целей или транспондеров, при меняемых для калибровки РСА) значительно меньше rеометрических размеров Ha блюдаемых объектов. Радиолокация с такой детальностью и возможностью получе ния трехмерных радиолокационных портретов объектов получила название «Радио видение» [118]. В этих условиях классическая задача обнаружения объектов по превышению мощности СU2ншzа над окружающll.JН фоном (например, по критерию НейманаПирсона) во мноrих случаях трансформируется в комбинацию локальных задач, общим свойством которых является обнаружение локальных аномалий относи тельно окружающей поверхности с однородными статистическими характеристиками: . обнаружение положительных контрастов от ярких компактных или распределен ных объектов; . обнаружение отрицательных контрастов пространственно распределенных объ ектов (нефтяные пятна на морской поверхности, ВПП и рулежные дорожки аэро дромов, радиолокационные тени от высоких объектов); . обнаружение изменений текстуры РЛИ (кильватерные следы движущихся кораб лей, аномалии на морской поверхности от движущихся подводных объектов) или изменений фазовой структуры комплексноrо РЛИ, вызванных, например, появ лением выбоин на асфальтовом шоссе [369]. 2.2. Спектр электромаrнитных колебаний, используемых для наблюдения земной поверхности из космоса 2.2.1. Диапазоны частот, выделенные Реrламентом радиосвязи для радиолокационноrо зондирования Земли из космоса В современных космических РСА, применяемых для дистанционноrо зондирова ния Земли (ДЗЗ), используют выделяемые Международным реrламентом радиосвя зи диапазоны волн [210]. Для их обозначения обычно при меняют буквенные сим волы [214]. Исходные кодовые rруппы (Р, L, S, Хи к) были введены в США в rоды 60 
rлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения второй мировой войны из соображений секретности, но сохранились после снятия секретности и широко используются в современной зарубежной и отечественной литературе. Реrламент радиосвязи является правовым документом, определяющим катеrории служб  (типов радиоэлектронной аппаратуры). В нем предусмотрено распределение частот по двум катеrориям приоритетности  на первичной основе (приоритетная) и на вторичной основе, службы которой не должны создавать по мех службам, которым частоты уже присвоены или MorYT быть присвоены позже на первичной основе. Они также не MorYT требовать защиты от вредных помех со стороны станций первичных служб. В Международном реrламенте радиосвязи приведены особенности использо вания частот в разных реrионах. Их оrоваривают в «Примечаниях». На территории Российской Федерации действуют Реrламент радиосвязи РФ и Таблица распреде ления полос частот [199, 217]. Применительно к радиолокационной съемке Земли из космоса Реrламент pa диосвязи оrоваривает службы, обозначенные как: «Служба космических исследова ний (активная)>>, «Спутниковая служба исследований Земли (активная)>>, «Спутнико вая (космосЗемля)>>. Основные выделенные диапазоны с шириной полосы частот, достаточной для решения задач ,lЩЗ, приведены в табл. 2.1. Общее наименование диапазонов частот соrласно Реrламенту радиосвязи: ОВЧ (очень высокие частоты)  метровые волны, частоты 30.. .300 мrц, УВЧ (ультравысокие частоты)  дециметро вые волны, частоты 300.. .3000 мrц, СВЧ (сверхвысокие частоты)  сантиметровые волны, частоты 3...30 rrц. В дальнейшем тексте будут также ссылки на Ka диапазон волн 20.. .30 rrц, используемый в радиолиниях передачи информации от РСА KOC мическоrо базирования на наземные приемные пункты. Таблица. 2.1. Частотные диапазоны для космических РСА Условные Диапазон Диапазон Полоса Наименование обозначения: диапазона буквенное частот, длин волн, частот, Примечание (числовое) rrц см мrц ОВЧ (УНР)  О, 137 . .. О, 144 208.. .219 7 На вторичной основе УВЧ (UHF) Р (70 см) 0,432.. .0,438 69,5...70 6 На вторичной основе УВЧ (UHF) Р (70 см) 0,440.. .0,460 65,2. ..68,18 20 Радиолокационная служба УВЧ (UHF) L (23 см) 1 ,215 . . . 1 ,300 23,08. . .24,7 85 На первичной основе СВЧ (SHF) S (10 см) 3,100.. .3,300 9,09.. .9,68 200 На вторичной основе СВЧ (SHF) С (5,6 см) 5,250.. .5,570 5,38. . .5,714 320 На первичной основе СВЧ (SHF) Х (3,5 см) 8,025. . .8,650 3,47. ..3,74 625 На первичной основе 9,300.. .9,800 На первичной основе СВЧ (SHF) Х (3 см) 3,03.. .3,22 600 9,800.. .9,900 На вторичной основе 13,4.. .13,75 На первичной основе СВЧ (SHF) Ки (2 см) 2,1422,238 600 13,75...14,0 На вторичной основе 61 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Следует отметить, что распределение частот в Международном реrламенте pery лярно уточняется. Так, в редакциях Реrламента, относящихся к 197 1980 rr., косми ческая радиолокационная съемка в Рдиапазоне не была предусмотрена, а в новой pe дакции выделена полоса 6 мrц. Значительно расширены полосы частот в x и c диапазонах волн  с 300 до 600 мrц в x и со 100 до 320 мrц в Сдиапазоне. В ряде случаев по соrласованию с rосударственной Комиссией по радиочастотам (rКРч) [199] и с учетом реrиональных оrpаничений возможны отступления от Реrламента, а также расширение полосы частот радиолокационной съемки, например за счет службы «Радиолокационная» (служба радиоопределения для целей радиолокации). В радиолокаторах землеобзора космическоrо базирования, как правило, исполь зуют импульсные зондирующие сиrналы, характеризуемые длительностью импульса " шириной спектра дF', несущей частотой fo и частотой повторения Fp. Возможна pa бота немодулированными короткими импульсами (ширина спектра t;F == 1 / ,), дли тельность которых определяет разрешающую способность по наклонной дальности (РБО «Чайка» КА УС, РСА «МечК», «МечКУ» КА «KOCMoc1870» и «Алмазl»). В современных РСА с целью повышения энерrетическоrо потенциала используют ши рокополосные зондирующие импульсы с дF==k c /" rде kc == ДР,» 1  коэффициент сжатия. В основном применяют сиrналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), в редких случаях  фазоманипулированные (ФМ) сиrналы. В практике создания и применения космических РСА реализуется одночас тотное зондирование (РСА x, C, s или Lдиапазонов волн, в перспективе Рдиа пазона) или мноrочастотное зондирование в двух вариантах: 1) синхронное зондирование с использованием мноrочастотных РСА, например комплекс SIRC/XSAR (США) космическоrо аппарата Space Shuttle, включающий РСА x, c и Lдиапазонов, российские проекты бортовых радиолокационных KOM плексов (БР ЛК) x, L и Рдиапазонов КА «Алмаз 1 В» и «ApKOH2» [215, 548]; 2) несинхронное зондирование с комбинацией изображений, полученных He зависимо одночастотными РСА в разное время и разных условиях наблюдения. Мноrочастотное зондирование в обоих вариантах аналоrично обработке спек трозональных снимков в оптическом диапазоне электромаrнитноrо спектра. В современной радиолокации получают также распространение радары со сверхширокополосными зондирующими сиrналами (СШП). ДЛЯ таких систем OT носительная ширина полосы Bf== ({н  !L)/(fH + !L) близка к единице, rде!н и!L  ca мая высокая и самая низкая частотные компоненты спектра сиrнала. Сверхширо кополосные сиrналы нашли ряд применений в видеоимпульсных радиолокаторах с синтезированной апертурой антенны (ВИРСА), размещаемых на движущихся платформах или самолетах. Сиrнал, использующийся в ВИРСА  это не имеющий несущей частоты импульс (или кодированная последовательность импульсов) с большой относительной шириной спектра [52, 239, 272, 391]. Стремительные технолоrические достижения в создании твердотельных элек тронных и оптоэлектронных приборов, микроволновых источников С высокой мощностью и сверхбыстрых цифровых ЭВМ обещают в перспективе реализацию рентабельных СШП радарных систем. В настоящее время различные типы видео импульсных радиолокаторов используют в медицине, в rуманитарной и военной 62 
fлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения деятельности по картоrpафированию минных полей, в археолоrии. Известны бор товые видеоимпульсные радиолокаторы, установленные на самолетах, вертолетах и дирижаблях, применяемые для разведки толщины льда, подземноrо зондирова ния, измерения небольших rлубин озер, водоемов и др. За прошедшие rоды прошло большое число конференций и семинаров, на KO торых вопросы широкополосных И сверхширокополосных (СШП) сиrналов и сис тем рассматривались как ключевые (ТЬе 11 th Intemational Conference оп Ground penetrating Radar.  Columbus, Ohio State University, USA.  June, 2006; ТЬе 12th In temational Conference оп Groundpenetrating Radar.  University of Binningham, Unit ed Kingdom.  June, 2008; 14я Международная научнотехническая конференция «Радиолокация, навиrация, связь». Воронеж, апрель 2008 r.; ТЬе «European Micro wave Week», Amsterdam, Нидерланды, October, 2008 и др.). За рубежом создаются нормативные документы, относящиеся к применению СШПсиrналов и устройств, в частности, импульсных локаторов, имеющих широ кий сплошной спектр излучаемоrо сиrнала, что может привести к интерференции с друrими СВЧустройствами (системы rлобальноrо позиционирования, различные типы связи и т.д.) и, как следствие, к конфликту с существующими нормами и пра вилами. В России нет пока нормативноrо документа, относящеrося к СШПуст ройствам, но можно ориентироваться на документы Федеральной комиссии связи США [306, 307]). Создаются аналоrичные документы друrих стран: Европейскоrо союза [304], Канады, Австралии и друrих, но с ещё более жёсткими требованиями. Очевидно, что и российские производители СШПустройств столкнутся с подоб ными проблемами в ближайшее время [239]. В частности, РСС установила, что СШПустройства для наблюдения через оп тически непрозрачные преrpады MorYT создаваться либо на частотах ниже 960 Мfц, либо в диапазоне частот 1990... 10600 Мfц. При этом спектральная плот ность излучения должна быть не более минус 41,3 дБм/мrц. Комиссия FCC относит к СШП сиzнШlЫ, обладающие хотя бы OдHlLlН из сле.. дующих свойств: · разность между верхней fH и нижней fL частотами спекrpа (ширина спекrpа по уровню минус 1 О дБ) не менее 500 мrц; · отношение ширины спекrpа fH  fL К ero средней частоте (fH + fL )/2 (относи тельная полоса частот) не менее 0,2. 2.2.2. Изобразительные свойства радиолокационных снимков в зависимости от длины волны РСА Под изобразительными свойствами аэрокосмических снимков обычно понимают их приrодность для визуальноrо дешифрирования. Первичным дешифровочным при знаком на снимке является интенсивность пикселя. Модифицированные дешифро вочные признаки формируются путем выявления и формализации структурных, TeK стурных и контекстных свойств объектов различных классов [3, 7, 12, 104]. Изобра зительные свойства снимков характеризуют связь между техническими параметра ми, такими как пространственное разрешение, масштаб изображения, и возможно 63 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования стями выделения на снимке различных элементов местности  линейных контуров, участков растительности с разными rpадациями яркости и текстурой, поверхностных структур почвенноrо слоя и водной среды, искусственных сооружений и т.д. Основной фактор, ухудшающий изобразительные и измерительные свойства радиолокационных изображений (Р ЛИ) по сравнению с оптическими, связан с по вышенной зернистостью РЛИ, обусловленной спеклшумом  коrерентным сложе нием откликов от большоrо количества элементарных отражателей, попадающих в элемент разрешения РСА [119]. Поэтому в отображении однородноrо фона появля ется пятнистость, вызванная флуктуациями cYMMapHoro процесса при переходе от одноrо элемента к друrому. Спеклшум ухудшает радиометрическое разрешение РЛИ (см. раздел 3.5). Для снижения спеклшума применяют рассмотренные в rл. 7 методы фильтрации РЛИ. Но это приводит К потере пространственноrо разрешения Р ЛИ, а также полезной информации, содержащейся в спеклшуме, которая может быть использована для идентификации пространственно распределенных объектов. В отличие от шумов приемника спеклшум имеет мультипликативный xapaK тер  ero мощность пропорциональна мощности отраженноrо сиrнала. В результа те оказывается, что при фиксированных пространственном разрешении и масштабе изобразительные свойства Р ЛИ в основном зависят от исходных контрастов сиrна лов, отраженных от наблюдаемых объектов и подстилающей поверхности, которые в свою очередь зависят от рабочей длины волны РСА. Анализ радиолокационных снимков традиционных «узкополосных» РСА, по лученных в диапазонах волн, выделенных Реrламентом радиосвязи для зондирова ния Земли из космоса, показывает, что по общему характеру снимки близки. На более длинных волнах лучше различаются контрасты растительноrо покрова, выше проникающая способность под крону леса, выше вероятность обнаружения мало размерных объектов на фоне местности. Волны p (70 см), VHF (1,5...2,5 м) диа пазонов способны проникать под слой почвы с возможностями обнаружения за rлубленных объектов и выявления подповерхностных rеолоrических структур. Эффективность этоrо направления в развитии космических РСА эксперимен тально доказана материалами дистанционноrо зондирования с помощью традици онных самолетных РСА, работающих в p и VНFдиапазонах волн, в частности, БРЛК ИМАРК [37*, 185*], РСА «Компакт» [66]. Известны также положительные результаты зондирования Луны при использовании РСА с длиной волны 15 м на спутнике «Аполлон17» [445, 562]. Основные nреlLlНущества видеоlLlНnУЛЬСНЫХ РСА в сравнении с традицион ными «узкополосными» РСА состоят в следующем: . короткие импульсные сиrналы, как правило, не создают помех для аппаратуры дрyrоrо типа, что облеrчает применение таких сиrналов в космической аппарату ре ДЗЗ; . возможно получить высокое пространственное разрешение до единиц деци метров, что обеспечивает распознавание малоразмерных целей по их видео портретам; . возможно распознавание типа объектов по их резонансным свойствам; 64 
fлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения . имеются широкие возможности сrлаживания флуктуаций (спеклшума) BЫXOДHO ro сиrнала от шероховатых поверхностей, что облеrчает их идентификацию; . возможно обнаружение объектов под растительным покровом и заrлубленных объектов блаrодаря проникающей способности метровых радиоволн. Рассмотрим особенности использования частотных диапазонов традиционных «узкополосных» РСА дЛЯ решения задач ДЗЗ, обнаружения и наблюдения а также подводных объектов  топоrpафии MopcKoro дна и шельфа и движущихся подводных объектов. Отметим особенности зондирования в метровом диапазоне (VHF) приме нительно к созданию перспективных космических РСА. Проблема оптимальноrо выбора рабочих диапазонов волн для РСА является ключевым вопросом при проектировании радиолокационной аппаратуры ДЗЗ. Как следует из табл. 2.1, наибольшие различия частотных диапазонов состоят в выделен ных полосах частот, что определяет реализуемую разрешающую способность попе рек трассы КА. Для получения разрешающей способности РСА поперек линии пути в доли метра нужна полоса зондирующеrо сиrнала 300.. .500 мrц. в соответствии с оrpаничениями, определяемыми Реrламентом радиосвязи (табл. 2.1), получение Ta Koro разрешения возможно в Ки (А.....,2 см), X (А"""3 см) либо в c (А .....,5,6 см) диа пазонах волн. Метровое разрешение реализуется в Sдиапазоне волн (А""" 1 О см). Общая закономерность состоит в том, что с уменьшением длины волны, в частно сти, в сантиметровом Хдиапазоне, леrче реализовать высокое (метровое и субмет ровое) пространственное разрешение. Но следует учитывать и различие отражаю щих свойств объектов в разных частотных диапазонах. Изобразительные свойства радиолокационных снимков при наблюдении pac тительноrо покрова, а также при изучении rеолоrической структуры земной по верхности выше (более выражены) в дециметровом Lдиапазоне (разрешение от 3 м) и приближающемуся к нему в Sдиапазоне волн (рис. 2.1), чем в X и Сдиа пазонах волн. Зондирование в Кuдиапазоне, несмотря на возможность реализации субметровоrо разрешения, имеет оrраниченные возможности, ero применение pac сматривается для исследования ледниковоrо покрова. На рис. 2.1 (см. также рис. Ц.l цветной вкладки) приведены радиолокационные снимки, снятые в X, C, S и Lдиапазонах волн в ходе экспериментов, проведенных фирмой JPL, США совместно с НПО машиностроения (ныне ОАО «ВПК «НПО Ma шиностроения») и НПО «Bera» (ныне ОАО «Концерн «Bera»), СССР. Они показы вают различие отражения радиоволн от разноrо типа местности [223*,440*]. Как правило, в X и Сдиапазонах уровни отраженных сиrналов выше, чем в L и Sдиапазонах, в которых контрасты изображения подстилающих поверх.. ностей значительно больше. Это способствует . повышению вероятности определения типа растительности, что важно для решения задач землепользования и ведения лесноrо хозяйства; . росту вероятности обнаружения малоразмерных целей на фоне местности, что важно для мониторинrа чрезвычайных ситуаций; . ведению военной разведки. На более длинных волнах обеспечивается измерение удельных объемов лес ной биомассы в отличие от сантиметровых волн (Х и С), для которых быстро Ha 31492 65 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ступает насыщение в значениях с? Как видно из рис. 2.1 в x и Сдиапазонах волн отражение от сельскохозяйственных уrодий в пойме реки значительно превышает отражение от лесноrо массива (левый верхний уrол РЛИ). 1." ' . х ' '. .. '... f' . (. . Jo,.,  " . . '"?'== _ r:',  ;. ...  1 . . ;jI,... " -,-   .. с ';c; - ......) :"':'-'. .. [\J'' .. ' .. ".., ; . ' . : .  , ' , ' . . , . . '. . ' . ' . +' : ..... , :.-.- ..1  .  t i \:i: ;?.:t1 .;;:, i(:.' . ,: ."'"', ". .../." 1" ,.;: :.1 )0 . ,':.  ., О.. jr .", , " 'i- ',_, :." <. ._., . ::-< ,)-;' : 1 ,:.,,:.; , W,:. ',.'':т :: . ;: ..!:r. ,1' .' ''1; ',1:.J .;! .... . ..:::: .'.:: ,'<\ ." , ;j" . .  j ,. .,, .. . ';,. ,. ",,'\' ." '(> d-. . . ',с F- j,' .'' . . :, . Y" . w , i . ... . . . . . : . t .  . : . ; "\' . J':/; r, , : : . .; . 'jl .  ,. > . .. . "'" " '! -. l..""-:  i;:". . :k.-: _::__ ":" ","./ '." "}.' .It:: . - ;;'.., "С  : ' ,- ..':  ,.--: : ,," .,.... (-\f" 1"'1 .,,; . """" M;,>"" . <: .'  ",," ','#' .-<..: /< 3') "f;; ,Л . -".; . .'1., j :. '.:   .-- . . . ' , ' . 1 . <.< :.' , ,' ',) - ;.jf. ',.., >t'.'. :r="": ....:. .,( . .,: ,'.:.:- (-.-...,;*, .. - *'7;:-: ....\':.. ........ ,: ,р ::\':" ":. ;,': ,. L . "'f""' ,,' "J\ ,- :,;;' . /' i.-';: ..-: .j)',' ".("! s " ,,",;::C ";";!:". ," "...., ,:.'  '. ::. .:. . с ;:"1 . . -:::" -;.J... f. . ;, .,,>" ,i'!:. 1"(: ; ::>:-" .. ,", ! .. . '\: A  с ...:. ;,:i . ,А> ,' : ',; f ' " " .,'" :;'., · 'i' : . '"N .х . ;' ,'" . ':' ,  .:\' i "} .1 r .,. W t ' : t J' : ;'/ ". . .,1'";'Щ:" !' '.:- ':' ':).: < . \ t:: :..- ;{ .< 'i' , ,,o:;""L' . ,.,:1:,." . ... - . ., -. ':. ':.. '-.., -'--: : \.;. '., :.:<;. .. ,.. .fu' ./ ( .::-- .:.!:" ti:; ... .'. '< '-j '" ';' :14 '. '. .:.' -'!:.;: [: :'. Рис. 2.1. Радиолокационные снимки одноrо района, снятые вХ", с.., L"диапазонах волн (SIR..C/XSAR), и в S"диапазоне волн (РСА «Меч..КУ» КА «Алмазl») На рис. 2.2 иллюстрируется проникающая способность радиоволн разных частотных диапазонов. Для большинства типов местности (кроме воды с большой диэлектрической постоянной воды G""gO+j.60) проникновение радиоволн в подпо верхностные слои (например, почва, растительный покров) возрастает с увеличе ни ем длины волны РСА. х: с, S, L, P.VHF х: С. S, L, P,VHF Х, С, S, L, P,VHF Х. С, S, L, P,VHF  8t Jt-  tt8t  tt  8t   \\\\\ \\\\\. \\\\\ \\\\\ \\\\\ \,\\\\ \\\\\ "' \\ \"\ .. \.. . Сиеr ледники мерзлота Леса Рис. 2.2. Проникающая способность различных диапазонов волн 66 
fлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения Особенности прохождения радиоволн через слоистые земные покровы и коли чественные значения коэффициентов затухания радиоволн в среде распространения, характеризующие проникающую способность, приведены в разделах 2.6 и 2.10. 2.2.3. Влияние трассы распространения сиrнала на возможности радиолокационноrо наблюдения в разных диапазонах волн При космическом зондировании трасса прохождения излученных сиrналов до цели и отраженных  до приемной антенны РСА включает в себя тропосферу и ионосферу, которые оказывают влияние на параметры сиrналов в зависимости от длины волны РСА. Это влияние в общем случае включает в себя затухание радиоволн, фазовое за паздывание, поворот плоскости поляризации (эффект Фарадея в ионосфере), а также появление отражений от метеообразований в атмосфере. Эти явления MOryт вносить деструктивное влияние на получение (синтез) радиолокационноrо изображения (РЛИ), а MOryт создавать на РЛИ образы, вызванные отражением от метеоролоrиче ских объектов с интенсивным отражением, маскирующих наземные (надводные) объекты, которые являются объектами радиолокационноrо наблюдения. В любом случае, изображения таких метеообразований (rpозовая облачность, дождь, cHer) должны быть идентифицированы при дешифрировании РЛИ. Земная атмосфера является неоднородной средой с пространственной и Bpe менной зависимостью, обладающей поrлощающими, преломляющими и отражаю щими свойствами, а ее верхний слой  ионосферная плазма обладает дисперсными и анизотропными свойствами [1315, 115, 128, 390, 523, 543]. Распространение радиоволн в такой среде сопровождается следующими физическими процесса.. ми в тропосфере и ионосфере: . преломлением радиоволн в тропосфере, обусловленным реryлярным изменением диэлекrpической постоянной по высоте и флуктуациями изза турбулентностей. Эти явления вызывают увеличение задержки и фазы принимаемоrо сиrнала, а также искривление пути распространения сиrнала; . поrлощением радиоволн в rазах тропосферы, в осадках типа дождя, тумана и др.; . отражением от локальных неоднородностей атмосферы, rpозовых облаков, дождя и метеообразований; . поrлощением, а также изменением времени задержки и фазы, обусловленными конечной проводимостью ионосферы изза наличия свободных элекrpонов; . изменением поляризации волны в анизотропной ионосфере (эффект Фарадея); . дисперсными свойствами, вызванными резко выраженной частотной зависимо стью воздействия параметров ионосферы на характеристики распространяющих ся сиrналов. Влияние атмосферных нестабильностей на характеристики сиrналов в косми ческих РСА различно на сантиметровых, дециметровых и метровых волнах [128]. В сантиметровых диапазонах волн наиболее ощутимы пространственные нестабиль ности, вызванные турбулентностью тропосферы, а в дециметровом диапазоне  ио носферы. Временные изменения состояния тропосферы и ионосферы, проявляю щиеся при записи сиrналов по апертуре синтезированной антенны, можно отнести к пространственным флуктуациям и оценивать общее деструктивное действие обо 67 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования их факторов. Оно проявляется в виде флуктуаций фазы принятоrо сиrнала вдоль синтезированной апертуры, которые при водят к расфокусировке Р ли. Дисперсные свойства ионосферы также вызывают расфокусировку при сжатии широкополосных сиrналов по дальности (обычно с ЛЧМмодуляцией) или эквива лентному растяжению коротких импульсов (например, в видеоимпульсных РСА). В [128, 189, 390] исследовано влияние атмосферных флуктуаций на разре шающую способность РСА космическоrо базирования. Дисперсия фазы по длине синтезированной апертуры описывается степенной структурной функцией D{qJ} == в 5/3 L;/3 , В 5/3 == К 2 4.2,91 [1 1 . ] х 5/3 t + 1 . Hs cos Yi Здесь Кх == 21r/ А  волновое число; Hs  высота орбиты КА; 11  уrол падения, OT считываемый от местной вертикали в точке наблюдения; 1t и 1 i  интеrpалы по Te кущей высоте h над поверхностью Земли (индексы t и i для тропосферы и ионо сферы соответственно). Для тропосферы величина интеrрала lt не зависит от длины волны и по дaH ным [17, 189] в зависимости от rеофизических условий составляет 1t == fc (h )h 5 / З dh , rде с; ( h)  структурная характеристика тропосферной турбулентности. Для параболической модели высотноrо профиля электронной концентрации с максимальным объемным содержанием электронов в слое N max ==10 6 CM3, зависи мость от длины волны А описывается формулой [128] 1. == !. о А4 == 5 02 .103 А 4 см 2 1 l' , rде liO  значение /j для А == 1 см. На рис. 2.3 приведены зависимости предельно достижимоrо разрешения по азимуту и дальности от длины волны РСА без применения методов автофокусировки при синтезе РЛИ (условия зондиро вания: 1t == 3 см 2 , 1iO == 13.1 023 см 3, 11 == 600 [128]). Как видно из ри сунка, в коротковолновой области преобладает влияние фазовых флуктуаций тропосферы, разреше ние по азимуту с ростом длины волны слабо уменьшается до ДO лей метра. На более длинных вол Л, см нах преобладает влияние ионосфе ры и значение минимальноrо раз решения по азимуту может yxyд шиться до сотен метров, а по дальности превысить 100 М. P R , РХ' м 100 РХ 10 .  .т --.-------..----_.. ......-----..-....---... --..---.............--.... .......... .........--..---....-..-- шш,ш .. - ...../  . .  ........ ..... -=""""'" ....... ..-- .. ............-........... ............ .... .............................. ....--.. ............................. ............................. .......................... .., ... .,.. fJ R 0,1 0,01 1 20 40 80 2 4 8 10 Рис. 2.3. Зависимость достижимоrо разрешения по азимуту РХ и наклонной дальности PR от длины волны РСА [128] 68 (2.1 ) (2.2) (2.3) (2.4) 
rлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения Особенно драматическая ситуация имеет место при радиолокационном зондирова нии из космоса в УКВдиапазоне (метровые волны), rде деструктивное действие ионосферных нестабильностей значительно возрастает. Детальный анализ влияния атмосферных нестабильностей на разрешающую способность РСА космическоrо базирования с конкретными параметрам приведен в разделе 6.1 О, по.. священном методам автофокусировки РЛИ. В настоящее время для преодоления расфокусировки Р ЛИ, вызванной aTMO сферными нестабильностями, используют методы: 1) измерения параметров ионосферы в районах съемки с применением назем ных датчиков, использующих сиrналы от спутников GPS [15] и встроенных борто вых датчиков (применительно к РСА Lдиапазона волн [399, 488]); 2) автофокусировки по азимуту при синтезе апертуры, изложенные в разд. 6.1 о; 3) двухмерной автофокусировки Р ЛИ по азимуту и дальности для компенса ции фазовых искажений в трансионосферных РСА, предназначенных для дистан ционноrо зондирования Земли в УКВдиапазоне волн [241 *]. Из дрyrих явлений, связанных с прохождением радиоволн через атмосферу (тpo посферу и ионосферу), следует отметить потери на распространение сиrнала и oтpa жение от rидрометеоров в коротковолновой части сантиметровоrо диапазона волн. На рис. 2.4 дана иллюстрация этих явлений и приведена зависимость пропу скной способности атмосферы от длины волны РСА. Ионосфера " 100 %, :.rZ.<i'i:WjZf:'/'   ,),Щf  t  /:f.lffg, D:: с aJ .:t.,t"''':...IJ W :r: :с -е- .:lH Z 5 [g " I ' . ;. e8. Щ   t: .:'  . о % " "-1 :. );, О, I мм 1 см 1 м I Х К tSLP I J JJ J J J I Диапазоны волн РСА б) Орбита КА , '> . '. r(- .r lI4.  .. 1;'.. ....... "...,/,*<., :"..... . ':' :::.?" . "...."".:::::!: ,).;......; Тропосфера .... . .  . </, ' . .  .:,".. ,,;: '., <"... :. -.'..., . .')' ".. :.:., rидрометеоры ШТОРМ, ливень :",. ; jlll. (1) Рис. 2.4. Трасса прохождения радиосиrналов через атмосферу при радиолокационном зондировании Земли: а  отражение от rидрометеоров; б  зависимость прозрачности атмосферы от диапазона волн [189] в качестве примера отметим, что при радиолокационном зондировании OKea на с помощью космическоrо РБО «KOCMoc1500», работающеrо в Хдиапазоне БОЛН, кроме получения данных о состоянии морской поверхности, приводном BeT ре и циклонах можно было вести изучение процессов образования облаков и ocaд ков в тропических районах. В ходе эксплуатации РБО системы Морской космической разведки и целеука зания, выполняющей задачу контроля надводной обстановки, было установлено, что в Хдиапазоне волн возможно сильное отражение от rидрометеоров, особенно 69 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования на экваториальных широтах, резко снижающих вероятность обнаружения кораблей и подстилающей поверхности. Отраженный сиrнал, создаваемый rидрометеообразованиями (rMO), форми руется объемным отражением от облаков и осадков (дожди, rрад, снеrопад). Изза движения элементарных отражателей в этих образованиях интервал корреляции принимаемоrо от них сиrнала не превышает 10 мс [193]. При этом реализуется сжатие сиrналов по дальности, но при синтезе рли по азимуту rMO отображаются как дополнительный шум. Следует учесть, что при наблюдении протяженной по верхности в РСА сжатие сиrнала по азимуту (или дальности) не приводит к изме нению отношения сиrнал/шум. Оно остается равным (ТО / (Тe на входе приемника и после синтеза рли. Удельную эпр rMO (Тmo можно вычислить через CYMMap ную эпр rMO (j"gmo' равную объемному рассеянию rMO 1], умноженному на им пульсный объем сиrнала от rMO V gmO ' путем деления ее на облучаемую площадь в элементе разрешения по rоризонтальной дальности: ( 5 ) О V gmo 1t 2 cт gmo == 1] == (н gmo1]) == Hgmo 41 K I Z , pyXant А (2.5) rде V gmO  объем области, формирующей сиrнал от rMO; py разрешение по rори зонтальной дальности; X ant  зона облучения антенны по азимуту; 1]  радиолока ционная отражательная способность rMO  ero эпр в единице объема (см. [214], rл. 6]); К  комплексный коэффициент, зависящий от комплексной диэлектриче ской проницаемости водной среды (IKI 2  1 для воды и IKI2  0,197 для CHe rа/льда); Z (мм 6 /м 3 )  множитель отражения, равный Z  1000r 1 ,6 для слабых дож дей или снеrопада с интенсивностью r от 4 до 30 мм/ч и Z  200r 1 ,6 для интенсив ных осадков (rрозы, ливни) с r == 50.. .120 мм/ч. Импульсный объем rMO v gmo == PRXant Hgmo/sinYi равен произведению раз решения по наклонной дальности PR, размера зоны облучения антенны по азимуту (ширина эллипса на рис. 2.4, а) и длины дальностной трубки шириной PR в преде лах высоты rMO Hgmo/sinYi' rде Hgmo  высота rMO; Yi  уrол падения, опреде ляющий поперечное сечение rидрометеора (длину дуrи PR на рис. 2.4,а). Значения удельной эпр (Тmo ДОЖДЯ С интенсивностью r == 50 мм/ч при высоте Hw:m =1 км и yrле падения J1 == 450 в зависимости от длины волны рлс составляют: Длина волны А, см . ....................................................... 3 5,6 10 23 14 25 35 9 у э ПР cr ;то , дБ ............................................................ Приведенные данные показывают, что при зондировании в дециметровых диапазонах волн, отражение от rидрометеоров существенно падает. 70 
fлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения Пример наблюдения rидрометеора с помощью РСА BbIcoKoro разрешения приведен на рис. 2.5, rде показан снимок р. Волrи в районе r. Волrоrрада, получен o:::!;;fu]:'::;: ;H\::.. :it;. ::   ,., . < ,'. ..,,:o/"' ' А <... rl rpозовоrо облака на 5,5 дБ пре . ... ".,' . .. вышает отражение от поля с за !""'" :.;:/ ..."  . , ,:. '" , .. t', ' метным маскирующим действи .I'.' , t  :е:::ЗВ:::: овБНЗ:J::.(' .. :;i.. .::. . !/ .., . большой плотности изображения  ; '(!; облака. По данным синоптиков в ""1,  :'.{ :: i:" . -.0'_ районе съемки в это время Ha { ;':ti-/ блюдались rpозовая облачность и ,;,,:,;.""'. дождь. Принципиально РСА MorYT применяться для зондирования облачности и атмосферных ocaд ков и иметь близкие к РБО xapaK теристики, если использовать в РСА режим некоrерентной обра ботки или синтез Р ЛИ на интер вале коrерентности сиrнала до 10 мс (см. rлаву 13, РБО «Koc MOC 1500» и РСА «Северянин»). ; l '4' '.1,' . < .- Jt;J"  "  "  .:',:( ,,);.. :." -":} .  ! .r \r . .. ',:.?, . .J! .;: ' .. j 1< , . i  f 1<: .-,.,.-' . .j '.' ....:::.f«." Рис. 2.5. Фраrмент радиолокационноrо снимка р. Волrи в районе r. Волrоrpада в Х..диапазоне волн с отражением от rpозовоrо облака (в левой части): РСА ТепаSАRХ, режим высокоrо разрешения, 20070621  TSX FirstImage  Wolga  higres.tif. Iпfоtепа GmbH<Q [530] 2.3. Поляризация радиосиrналов при передаче и приеме В практике радиолокационноrо ДЗЗ используют зондирующие сиrналов с разной поляризацией при передаче (rоризонтальной или вертикальной, реже круrовой). В однополяризационных РСА прием ведут с соrласованными вертикальной (ВВ), ro ризонтальной (rr) или круrовой поляризациями. Вполяриметрических РСА ис пользуют два приемных канала с rоризонтальной и вертикальной поляризациями, позволяющих сравнивать сиrналы с любыми комбинациями поляризаций при пе редаче и приеме (режимы ВВ, Br, rr, rB или УУ, УН, НН, НУ). Поляризация из лучения определяется направлением вектора электрическоrо поля Е в плоскости, нормальной направлению распространения ра,nиоволны. При rоризонтальной по ляризации излучения вектор Е н электрическоrо поля параллелен наблюдаемой по верхности. При вертикальной поляризация вектор излучения Еу направлен под yr лом падения J1 к местной вертикали. Заметим, что объекты простой формы (сфера, трехrpанный уrолковый OTpa жатель ) дают отраженный сиrнал только при соrласованных поляризациях излуче ния и приема (rr или ВВ). Линейные вертикальные объекты (например, металли ческие или железобетонные столбы) дают слабое отражение при rоризонтальной 71 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования поляризации rr. rоризонтальные линейные объекты (провода, рельсы) MorYT дa вать интенсивное отражение при rr поляризации, если они параллельны вектору Е. Линейные вертикальные объекты, а также rоризонтальные, направленные от РЛС, дают отражение при ВВ. Сложные объемные и линейные объекты при произ вольных направлениях дают отражения в любых комбинациях поляризаций, при чем при отсутствии искажающих воздействий (например, ионосферы) комбинации Br и rB одинаковы. При поляриметрических измерениях кроме амплитудных соотношений име ется возможность по комплексному сиrналу измерить разность фаз между сиrна лами комбинаций поляризаций ВВ и Br, rr и rB или ВВ и rr. Можно также BЫ числить полную поляризационную матрицу (матрицу Стокса), которая описывает преобразование амплитуды, фазы и поляризации волны, облучающей цель ejqJнH ejqJнV иHH' uНV' S = (2.6) .J й- УН e j {Оун .J й- vv e j rpyy rде .JЙ- НН , .JЙ-НV , .JЙ- VV , .JЙ-VН  элементы матрицы рассеяния, характеризую щие амплитуду отраженноrо сиrнала; (Онн, (Ону, (ОУУ, (ОУН,  соответствующие фазы. В поляриметрических РСА обычно используют либо режим двух поляризаций  одна на передачу (В или r) и две  на прием (B+r), либо полнополяриметрический pe жим четырех поляризаций, при котором на излучение поочередно переключают поля ризацию в соседних зондированиях с двухканальным приемом отраженных сиrналов обеих поляризаций. При этом частота повторения удваивается, что вызывает опреде ленные сложности с обеспечением однозначности сиrналов (см. раздел 3.6). Анало rичным образом реализуется и режим двух поляризаций в комбинации BB+rr. Кроме режима с линейными поляризациями на излучение, возможна работа с круrовой поляризацией, при которой путем соответствующеrо построения aHTeH Horo тракта одновременно излучаются зондирующие сиrналы обеих поляризаций, но с разностью фаз 900 между ними. В зависимости от знака разности фаз вектор электрическоrо поля получает вращение по или против часовой стрелки. Прием отраженных сиrналов обычно ведут с помощью двухканальноrо приемника, как в случае работы с линейными поляризациями, а необходимую разность фаз для по лучения круrовой поляризации вводят после синтеза комплексных изображений. При этом возможно получение Р ЛИ с совпадающим направлением вращения и с обратным направлением вращения плоскости поляризации. Применение режима с круrовой поляризацией может быть полезно в низкочастотном Рдиапазоне волн, в котором при прохождении радиоволн через ионосферу возможен поворот плоско сти поляризации вектора электрическоrо поля (эффект Фарадея). Сравнение BЫ ходных Р ЛИ С соrласованным и противоположным направлениями вращения aHa лоrично сравнению BB и Br или rr и rВполяризаций при работе с линейными поляризациями. Упрощенные режимы, близкие по возможностям к полнополяриметрическому режиму, рассмотрены в подразделе 4.1.4. 72 
rлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения Мощность сиrнала, попадающеrо в приемную антенну РЛС дЛЯ данноrо типа подстилающей поверхности, зависит от поляризации излучения и от взаимноrо Ha правления поляризаций при излучении и приеме. Если поляризации излучения и приема совпадают, то для большинства поверхностей (пашня, покрытая раститель ностью местность) уровни отраженноrо сиrнала для rоризонтальной и вертикаль ной поляризации близки. Исключения составляют rладкие поверхности (бетон, ac фальт, rравий, спокойная водная поверхность). Для них, особенно в длинноволно вом диапазоне (3 см и более), отраженный сиrнал при rоризонтальной поляризации меньше, чем при вертикальной (до 16 дБ при больших уrлах падения). Влияние поляризации сказывается на подчеркивании контрастов объектов, протяженных по длине в направлении, совпадающем с направлением поляризации. Так, при вертикальной поляризации возрастает сиrнал от объектов, протяженных по высоте  опоры линий электропередач, деревья (особенно ель), морские волны и т.д. При rоризонтальной поляризации MorYT дать интенсивный сиrнал провода ли ний электропередач или железнодорожные рельсы при соответствующем ракурсе, деревья с вытянутой rоризонтально кроной. В частности это явление позволяет на радиолокационных снимках различать лиственные и хвойные породы леса. В общем случае коэффициент рассеяния земной и водной поверхности при вертикальной поляризации выше, чем при rоризонтальной и перекрестной. Oco бен но сильно это различие проявляется при малых уrлах наклона (локальных уrлах скольжения) и при rладких поверхностях. При малых уrлах наклона значение CfJ морской поверхности дЛЯ ВВ может быть на 22 дБ выше, чем при rr в случае спо койноrо моря. Эта разность постепенно уменьшается с увеличением волнения MOp ской поверхности и уrла наклона уменьшением уrла падения и практически исче зает при скоростях ветра 28...37 км/ч и уrлах наклона от 60 до 900. Влияние выбора поляризации показано на рис. 2.6, rде представлены два РЛИ (rr и rВполяризаций) морской поверхности с рыболовными судами при сильном волнении моря (скорость ветра 9 м/с). Изза сильноrо отражения от морской по верхности, близкоrо по уровню к отражению от суши, суда обнаруживаются толь ко на перекрестной rВполяризации. , "" '" »':e..Y' '''';' ,. '," '''":" ' " ' ' _ "-,(:_. i',' - < ",/'.' .' '" .... : ., . , .Р. :- =: I '1 /'I' J' ''#'11 \ : .? . i .  't » ':-\1 .  i : :   . , " ,\, " , '" };. ,; .)" :> . 'f  :'. -- , , . . ::'" . J . . ".0; ..::  \. '" il.- t! . : а) б) Рис. 2.6. Фраrменты РЛИ с рыболовными судами при сильном волнении моря: а  rrполяризации; б  rВполяризации; Сдиапазон волн (Черное море в районе Новороссийска, РСА ASAR КА Envisat [378]) 73 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования При работе с различными поля ризациями информативными призна ками являются отношения ЭПР в по ляризационных каналах (например, J>нv/J>HH или аОнн/аОуу), отношение ЭПР поляризационной составляю щей к усредненной ЭПР J> mеап== == (J>HH + J>vv + 2xJ>vн)/4 или же 70 )'j' ['Рад разность фаз между BB и rr  либо Рис. 2.7. Зависимость разности фаз ВВ.. между соrласованной поляризацией и rrполяризаций для леса в Lдиапазоне и кроссполяризацией. Фазовую ин формацию иллюстрирует рис. 2.7, rде приведена зависимость от уrла падения разно сти фаз вертикальной и rоризонтальной составляющих в Lдиапазоне для леса. Как правило, для кроссполяризации отраженный сиrнал меньше, чем для co rласованной, особенно для rладких поверхностей, причем подчеркиваются KOHTpa сты различных поверхностных особенностей (вид дороrи, участки лавы, осадочных пород и т.д.). Для растительноrо покрова разница не превышает 0,75 дБ [193]. Дf/J, rрад 35 30 25 20 15 10 5 О 20 I I I I  I I . . . I . I I I I rr rr :  '   I ... I ... + ++++ +++ I . I . . I I I . . rrrr1 I I I I  I I 30 40 50 60 2.4. Отражение электромаrнитных волн от сосредоточенных и протяженных объектов и численные характеристики отраженных сиrналов 2.4.1. ЭПР и диаrраММbI обратноrо рассеяния ПРОСТЫХ объектов Мощность сиrнала в приемном тракте в соответствии с уравнением дальности (см. раздел 3.4) определяются величиной эффективной площади рассеяния (ЭПР) объ екта (радиолокационной цели). ЭПР является количественной мерой отношения плотности потока мощности сиrнала, рассеянноrо в направлении приемника, к мощности потока СВЧ электромаrнитных волн, падающих на цель при заданной поляризации передающей антенны. ЭПР р 2 (j" == 4Jr М , (2.7) wi rде Ps, Вт  мощность сиrнала, отраженноrо от цели в направлении приемника РЛС в единице телесноrо уrла; W 1 , вт/м 2  плотность потока мощности, облучаю щеrо цель. Следует отметить, что реальные объекты при облучении их под разными yr лами MorYT дать различную мощность отражения. Это вызывает флуктуации при нимаемоrо сиrнала. Тоrда rоворят о средней ЭПР и об уровнях её флуктуаций. По методу определения ЭПР радиолокационные цели удобно разделять на простые (элементарные) и сложные. К элементарным относятся простейшие reo метрические конструкции: металлические плоская пластина, сфера, цилиндр, уrол ковый отражатель и др. Их ЭПР и зависимости диаrраммы обратноrо рассеяния (ДОР) от размеров, длины волны РЛС, уrлов наблюдения MorYT быть вычислены 74 
fлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения по формулам (в случае, коrда их размеры существенно больше длины волны). ЭПР и ДОР дЛЯ основных типов простых объектов приведены в табл. 2.2. Заметим, что ЭПР этих объектов на перекрестных поляризациях rB или Br близка к нулю (оп ределяется краевыми явлениями). Таблица. 2.2. Характеристики ЭПР и ДОР для простых объектов Объект Плоская пластина ахЬ Сфера с радиусом r> > А Цилиндр вертикальный радиусом r, высотой h при ВВ Цилиндр вертикальный радиусом r, высотой h при rr Трехrpанный yrолковый отражатель, длина rpани а Отражатель диск  цилиндр «шляпа» (Т op..hat reflector [274, 358]) rеометрия отражения  ..  .. f4P;. ... А h Ar+ tgfЗ Формулы для ЭПР и ДОР 4па 2 ь 2 (5'== .112 sin[ па( а/ А)] G( а) == па( а/А) sin[ пfЗ(Ь/ 2)] G(p) = 7fp(bjl) (2.8) 2 (5' == пr (2 9) ДОР  равномерная в интервале Т-п/2 2пh 2 r (5'= (2.1 О) 2 ( ) sin ( К xh sin а) G а ==(5' Kxhsina Кх = 2П/А (2.11 ) 4 04 (5' = п 3 22 (2.12) ДОР  равномерная в интервале "'-'Т-ЗОО 2пrh 2 соsfЗ (5'== 2 ( ) sin( КхhsiпfЗ) G fЗ =(5' к xh siпfЗ (2.13) ДОР по азимуту  равномерная О. . .360° к овая 7 
Радиолокационные системы землео6зора космическоrо базирования (Т/тса 2 ЭПР металлической сферы с диаметром, MHoro большим длины волны ( оптическая область), равна площади поперечноrо сечения сфе ры соrласно (2.9). При уменьшении радиуса сферы появляется резонанс ная колебательная область Ми, а при r«A  область Релея, в которой ЭПР сферы изменяется обратно пропор ционально четвертой степени длины волны (см. рис. 2.8). Из элементарных целей наибо 0,001 лее важны уrолковые отражатели, 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,8 1,0 2 3 4 5 6 8 1 О 2паО, которые MorYT служить радиолока ционными ориентирами и эталон ными объектами для измерения разрешающей способности РЛС и калибровки чувствительности её тракта. С этой целью оборудуются специальные измерительные полиrоны. 10 1,0 0,1 Оптическая область или резонансная 0,01 Рис. 2.8. ЭПР сферы [214] 2.4.2. Отражение радиоволн от сложных объектов К сложным целям относится большинство реальных объектов. Их эффективная площадь рассеяния может быть определена экспериментально или математически ми методами электродинамических расчетов. Как правило, ЭПР сложных объектов задают статистически, так как отраженный ими сиrнал меняется при малейшем случайном перемещении элементов их конструкций относительно РЛС. Сложные цели MorYT рассматриваться как точечные, rрупповые и распределенные. Точечные цели  цели, линейные и уrловые размеры которых значительно меньше элемента разрешения РЛС на местности. Обычно это малоразмерные объ екты (опоры линий электропередач, мелкие суда на воде, автомашины и т.д.), Ha блюдаемые в режимах низкоrо разрешения РСА  обзорных или 'широкозахватных. ТруппО6ые цели соизмеримы с элементом разрешения РЛС или занимают He сколько элементов: здания, крупные корабли, мосты, либо объекты техники, наблю даемые в детальных режимах BbIcoKoro пространственноrо разрешения РСА (,......} м). Распределенные цели (площадные, линейные) занимают MHoro элементов раз решения и обычно характеризуются однородностью статистическоrо распределе ния. К ним относятся, например, сельскохозяйственные уrодья, лесные массивы, взволнованная морская поверхности, а также крупные неоднородности (аномалии) на равномерной поверхности (кильватерные следы, пятна заrpязнений и др.). В табл. 2.3 приведены ориентировочные значения ЭПР дЛЯ ряда сложных объектов. В табл. 2.4 приведены значения ЭПР дЛЯ средств воздушноrо нападения с учетом ракурса наблюдения. Следует иметь в виду, что при радиолокационном наблюдении самолетов на земле. при уrлах падения ,......450 значения ЭПР ближе к указанным для бортовых ракурсов, чем для случаев при наблюдения в нос или хвост. 76 
fлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения Таблица. 2.3. Средние ориентировочные значения ЭПР объектов [33*, 118] о; м 2 Объект Размеры, мХм А == 3 см А== 70 см Человек 0,7 х 2,0 0,5 1,0 Автомобиль, тяrач 7,Ох4,0 5,0...15,0 20,0 Танк, БМП 7,Ох4,0 4,0...20,0 15,0 Истребитель на стоянке 12,Ох 17,0 3,0...15,0 10,0 Бомбардировщик на стоянке 50,Ох40,0 10,0...100,0 100,0 Таблица 2.4. Значения ЭПР средств воздушноzо нападения с учетом ракурса наблюдения [33*] Объект Ракурс,rрад о; м 2 А == 3 см А== 10 см А == 40 см ::1::45 (нос) 70/0,3...3 75 / 0,3...5 60 / 0,5...1 О Стратеrическая авиация: ::1::45 (борт) 80 / 1...30 70 / 1...30 60 / 1...40 обычный / Стеле ::1::45 (хвост) 1000 / 0,5...1 О 120/0,5...10 90 / 0,5...20 ::1::45 (нос) 4/ 0,1...0,5 4 / 0,1...0,5 6 / 0,2...0,7 Тактическая авиация: ::1::45 (борт) 5/0,5...0,7 6/0,5...0,7 9/0,5...0,7 обычный / Стеле ::1::45 (хвост) 5 / 0,2 5 / 0,2...0,1 8 / 0,2...0,4 ::1::45 (нос) 5...13 6...13 7...12 Армейская авиация ::1::45 (борт) 9...30 10...30 10...12 ::1::45 (хвост) 3...1 О 6...1 О 7...10 ::1::45 (нос) 4...9 4...12 6...7 Авиация ВМС ::1::45 (борт) 6...16 6...23 9...14 ::1::45 (хвост) 4...5 6...13 5...7 ::1::45 (нос) 90...250 90...300 100...400 Военно"транспортные ::1::45 (борт) 1 000...350 1 00...350 150...400 самолеты ::1::45 (хвост) 80...200 80...250 80...350 ::1::45 (нос) 50 / 18 50 / 20 50 / 20 Самолеты ДРЛО ::1::45 (борт) 80 / 35 70 / 35 70 / 40 и У E3C / E2C ::1::45 (хвост) 100 / 15 80 / 18 70/ 15 ::1::45 (нос) 0,05 0,05 0,20 БЛА ::1::45 (борт) 0,30 0,40 0,50 ::1::45 (хвост) 0,20 0,20 0,30 77 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования в табл. 2.5 дана сводка усредненных данных по ЭПР морских целей в Хдиа пазоне волн. С увеличением длины волны ЭПР уменьшается в соответствии с при веденными ниже коэффициентами: Диапазон волн ................................................. Х S L Р Коэффициент пересчета ЭПР .............................. 1,0 0,8 0,4 0,2 Таблица 2.5. Значения ЭПР морских целей в Х..диапазоне волн [33*] Морские цели Длина, м Ширина, м ЭПР ЭПР с носа, м 2 с борта, м 2 Авианосец типа Нимиц 332,8 78,4 4. 105 3.1 06 Крейсер типа Тикондероrа 171,7 16,8 6.103 3. 1 05 Фреrат типа Перри 135,6 13,7 3 . 1 03 3.1 04 Катер Пеrас 40,5 8,6 180 1800 Подводная лодка, всплывшая до 172 до 23 ----10 ----200 Экспериментальные оценки ЭПР морских целей в S..диапазоне волн, полученные в ходе эксплуатации РСА «МечКУ» КА «Алмаз..l», приведены в подразделе 9.3.4 (табл. 9.1). 2.4.3. Отражение радиоволн от пространственно распределенных объектов Пространственно распределенные объекты имеют однородную отражающую способ ность в пределах HeKoToporo участка: лyrа, поля, леса, взволнованная водная поверх ность, ледовые поля, дороrи, просеки и т.д. Если ширина объекта меньше разрешения РЛС, то rоворят о линейнопротяженных объектах (про вода, оrpаждения, межи и др.). Соrласно принципу rюйrенса, каждая точка облученной поверхности рассеи вает сиrналы во всех направлениях с одинаковой амплитудой. Интеrральный OT раженный сиrнал определяется векторной суммой отражений от отдельных мел кошероховатых пластин (фацетов). Можно рассматривать несколько основных ти пичных случаев формирования отраженноrо сиrнала от земных покровов: rладкая поверхность; поверхность с полоrими неровностями; поверхность с крупной шеро ховатостью; слоистая среда; двухrранные уrлы; морская поверхность; сельскохо зяйственные уrодья; лесные массивы. Отражающую способность подстилающей поверхности характеризуют коэф фициентом рассеяния, представляю щи м собой удельную эффективную площадь рассеяния (УЭПР)  отношение ЭПР элемента разрешения на местности к значе нию ero rеометрической площади: (ТО = (Т/[Рх Ру ] , (2.14) rде Рх, ру  линейное разрешение РЛС по координатам на местности вдоль и попе рек линии пути. В режиме боковоrо обзора оно соответствует rеометрии получаемоrо Р ЛИ, а при скошенном обзоре Р ЛИ преобразуют к прямоуrольным координатам с отсче тами по азимуту, соответствующими нулю доплеровской частоты. Обычно УЭПР выражают в децибелах: 78 
rлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения agB == 1 О 19 а О . (2.15) При падении радиоволны на наблюдаемую поверхность принципиально мож но рассматривать следующие составляющие, представленные на рис. 2.9: падаю щую волну Ео, зеркально отраженную волну Е з , волну, обратно отраженную в CTO рону источника облучения E 1 , и волны, отраженные в разные стороны Е 2 , в том числе и под уrлом к плоскости падающей волны. Применительно к обычной одно позиционной радиолокации интерес пред ставляет только волна E 1 , отраженная обратно к источнику. Для бистатических и мноrопозиционных радиолокационных систем должны рассматриваться все OTpa женныекомпоненты. Падающая волна Ео Отраженные (рассеяные) волны Е 2 .. Волна, обратно_ f отражен ная ''\: f , :  К источнику Еl " . f /' ....:..\.t(,../.. Зеркально отраженная волны Е з Рис. 2.9. Виды отраженных волн Характер отражения зависит от шероховатости поверхности. Ее характеризуют величиной неровности (J"h  среднеквадратическим отклонением от идеальной плос кости. Если величина неровностей мала по сравнению с длиной волны РЛС (удовле творяется условие Релея), то поверхность может рассматриваться как rладкая < А (J"h  , (2.16) 16cos Yi rде А  длина волны РЛС; J'I  уrол падения от местной вертикали. В общем случае следует рассматривать прохождение электромаrнитных волн на rраницах сред с разными значениями диэлектрической проницаемости и Mar нитной проницаемости, коrда происходит направленное (зеркальное) отражение, рассеяние радиоволн, а также их преломление в друrую среду. Особый случай поверхности с малой шероховатостью (полоrой неровностью)  коrда неравномерность имеет волнообразный характер. К ней относятся морская поверхность с рябью, а также песчаные пустыни с барханами. Общими свойствами для них является связь отражающей способности с величиной неравномерности, а различие состоит в том, что морская поверхность является динамическим объек том, отраженный сиrнал от KOToporo имеет малый временной интервал корреля ции. Иноrда пренебреrают этим фактором и рассматривают «замороженную» MOp скую поверхность в виде «стиральной доски». Поэтому, при дальнейшем анализе отдельно рассматриваются модели рассеяния от волнообразной шероховатости и 79 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования отдельно отражение от морской поверхности с учетом ветровых воздействий, сейсмических явлений, проявления внутренних волн и т.д. Определенные различия характерны для растительных покровов разных ти пов. Для сельскохозяйственных уrодий основное отражение формируется зеленой массой. Для отдельных культур (кукуруза, подсолнечник) MOryT иметь место резо нансные явления. Для лесных массивов в зависимости от диапазона волн изменяет ся доля энерrии, отраженная лиственной массой, ветками и стволами, а также поч вой и подпочвенным слоем. 2.5. Отражение радиоволн от плоской rраницы двух сред Имеет большие перспективы мноrочастотное радиолокационное зондирование земных покровов со слоистой структурой. Механизмы прохождения радиоволн че рез среды с различными радиофизическими свойствами имеют свои особенности, что требует специальноrо рассмотрения. В первую очередь это касается процесс а взаимодействия электромаrнитных колебаний на rранице двух сред. Основными параметрами, определяющими волновые процессы в среде, являются скорость pac пространения и затухание, которые зависят от электрических параметров среды  диэлектрической и маrнитной проницаемости [17, 91, 245]. Скорость света в CBO бодном пространстве с == 1/ .J&oJ.1o , длина волны РЛС /l, == с/ f , rде значения ди электрической проницаемости во == 8,86.1012 Ф/м (А.с/В.м) И маrнитной проницае мости J.1o == 4п.l o7 rH/M (В.с/А.м). Физические среды характеризуются относительной диэлектрической nрони цаемостью &, которая при наличии потерь имеет комплексное значение &, И oтHO сительной ма2нитной nроницаемостью р. Для вакуума IF I и IF I. Потери при pac пространении радиоволн в среде характеризуют таН2енсом У2ла потерь, который является отношением мнимой &' и действительной & частей диэлектрической про ницаемости tg д == & '/ & . (2.17) Комплексная относительная диэлектрическая проницаемость среды выража ется формулой i == &  j4па/m == &(1  jtgд), (2.18) rде liF27ifs  круrовая частота колебаний; a потери в среде. Компл ексное волновое число k O -J о 211:/  211:  == йJ &sl1o&o == '\jGs == '\jGs , С А rде с и /l,  скорость света и длина радиоволны в свободном пространстве COOT ветственно. Большинство природных сред близки к диэлектрикам и имеют маrнитную проницаемость, мало отличающуюся от единицы J.1  1 . Поэтому скорость распро странения радиоволн в среде приблизительно равна (2.19) 80 
fлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения C s  с/  . (2.20) На рис. 2.1 О показана rеометрия взаимодействия электромаrнитных колеба ний с rраницей двух сред с характеристиками комплексной диэлектрической про ницаемости 81 и 82 И маrнитной проницаемости Р1 и Р2 В системе координат xyz. z у х \ \ .f\ .';1\k3 Е з Нз Рис. 2.10. rеометрия взаимодействия электромаrнитных колебаний с rраницей двух сред (падающая волна с rоризонтальной поляризацией) Параметры отраженной и преломленной волн находим из равенства rранич ных условий. Падающая плоская волна характеризуется комплексными векторами . . напряженности электрическоrо Е 1 и маrнитноrо Н 1 полей, волновым вектором k 1 и уrлом падения Уl == Yi Е 1 == EleoejOJst jk1R , (2.21 ) rде Е 1  амплитуда напряженности электрическоrо поля; е о  единичный вектор . 2п r;: поляризации излучения; йJ == 27ifs  уrловая несущая частота; k 1 ==  '\j 81  волно . А вое число; R  наклонная дальность визирования, определяющая фазу фронта па дающей волны. На рисунке показана rоризонтальная поляризация облучающей волны с еди ничным вектором е он == ХО 1 + у о О + Zo О, rде Хо, у о' Zo  единичные векторы в сис теме координат xyz. Вектор Е 1 параллелен оси Х, нормальной к плоскости pac пространения волны yz. Для вертикальной поляризации вектор е о имеет вид еоу == ХО О + у о COS Yi + Zo sin Yi Будем считать известной амплитуду напряженности электрическоrо поля. Ее можно вычислить (см. формулу дальности, раздел 3.4) по излучаемой мощности Pt и коэффициенту усиления антенны РЛС G 81 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Е  GPl 1  4пR 2 (2.22) rде Рl  волновое сопротивление среды ] (для свободноrо пространства    120 Ом). Напряженность маrнитноrо поля . ! l. Hl = El Р0 (2.23 ) В предположении однородности среды ] и 2 rpаничные условия принимают вид . . . . . . .. Е т1 =Е т2 ; Н пI =Н п2 ; Е п1 &I = Е п2 &2; Н т1 =Н т2 (2.24) rде индекс «'Р> означает танrенциальную, индекс «n» нормальную составляющую поля, а индексы «]» и «2» определяют среду, для которой берется данная COCTaB ляющая. Для случая rоризонтальной поляризации падающей волны танrенциальные составляющие электрическоrо поля при z  О (см. рис. 2.11) должны удовлетворять следующему соотношению: . . . E1y(Y) + Е 2у (У) = Е зу (У) или . . . Е  jk} У sin У} + jФо + Е  jk} У sin У2 + jФо  Е  jk 2 У sin Уз + jФо I e 2 е  з е (2.25) rде qJO  фаза падающей волны при Х О, Z о. у Рис. 2.11. Отражение радиоволн от плоской rраницы двух сред Выполнение равенства (2.24) при любых значениях У возможно при равенстве показателей степени: Д sinYl = Д sinY2 = Д sinYi = Ji; siny3 (2.26) 82 
rлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения из чеrо следует, что Yl == У2 == }1, т.е. имеет место зеркальное отражение (составляю щая Е 2 ). Уrол преломления определяется . Щ I. SlПУз = SlnYi &2 (2.27) Из (2.24) и (2.25) имеем . . . ЕI + Е 2 = Е з . (2.28) rраничные условия для танrенциальных составляющих маrнитноrо поля . . . H 1y + Н 2У = Н зУ (2.29) или ДE1 cosYiejklYSinYi+j\Zb +ДЕ 2 cosY2ejklYsinY2+j\Zb == = .ji; Е з cos узе  jk 2 f sin УЗ + j'Po . Откуда соотношение между падающей, зеркально отраженной и преломлен ной составляющими . . . ЕI  Е 2 = Е з (2.30) &2 2 .  tg Yi . &1 COS Yi Из cOBMecTHoro решения уравнений (2.26Н2.30) вычисляется коэффициент зерКOJlЬНО20 отражения, определяющий отношение комплексных амплитуд OTpa женноrо и падающеrо лучей на rранице двух сред, известный как коэффициент Френеля. Для rоризонтальной поляризации падающей волны после ряда преобра зований [91] . Е 2 Ji; COSYi   &2 &) sin 2 Yi К jН ="'""'7""""' = , Е r;:  ... 2 1 \j&1 COS Yi + &2  &1 Sln Yi (2.31 ) . . . Е з = ЕI (1 + К jН) . (2.32) Аналоrично для вертикальн ой поляризац ии падающей волны имеем . Е 2 &2 COS Yi  Ji;  &2  &) sin 2 Yi К jV ="'""'7""""' = Е. r;: 1 . .. 2 1 &2 COS Yi + "&1 \j &2  &1 Sln Yi Рассмотрим важные частные случаи. Примем, что первой является воздушная среда с &== 1, что типично при радиолокационном обзоре дЛЯ Д33. Для удобства за пишем комплексные коэффициенты Френеля в виде произведения модуля на фазо вый множитель, а комплексную диэлектрическую проницаемость выразим через TaHreHc уrла потерь tg (2.33) 83 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования к jН == к jНe JOн ; К jV == к jVe JOy ; &2 == &2 (1  jtgд 2 ) . (2.34) Для уrлов падения, не превышающих }1 < 30°, значения модуля и aprYMeHTa коэффициента отражения можно разложить в ряд по степеням уrла }1 'к jН I == к /0 [ 1 + : } IK jV I == к /0 [ 1  : } [ у.2 ) В Н == ВО 1  a + Jl" , (2.35) [ Yi2 ) Ву == ВО 1 + ау , (2.36) rде  (C2 1)2 +citg 2 g s К 10 == ; 1 + C2  1 + tg 2 g s + 2С 2 (1 +  1 + tg 2 g s ) (2.37) ВО ==arctg 2C2(1+tg2gs 1) C2  1 + tg 2 g s  1 (2.38) Значения ао, ан и ау, вычисленные для различных видов отражающей поверх ности, приведены в табл. 2.6. Таблица 2.6. Параметры разложения в ряд коэффициентов зеркШlЬНОZО отражения [91] Вид поверхности 62 tg KfO 4° ао ан av CHer 2 0,01 0,17 1 1,4 4 1 Сухая почва, лед 4 0,01 0,33 0,5 2 2,7 2 4 1,0 0,45 21 2,6 2,1 1,6 Влажная почва 10 0,01 0,52 0,2 3,15 2,2 2,15 10 1,0 0,61 12 4,1 2 1,5 Пресная вода 80 0,01 0,8 0,1 9 2 2 Соленая вода 80 1,0 0,84 4 11,6 2 2 На рис. 2.12 приведены диаrраммы рассеяния (отражения и преломления) pa диоволн на rраницах воздушной среды со cHeroM, сухой почвой и соленой водой. Видны изменения величины зеркальной и преломленной составляющей по OTHO шению к падающей волне, принятой за единицу. 84 
rлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения о 180 а) О 90 180 в) о 90 180 б) О 90 180 2) Рис. 2.12. Диаrраммы отражения Е 2 и преломления Е з радиоволн на rpанице воздушной среды со cHeroM (а и 6), сухой почвой (в) и соленой водой (2) (поляризация облучения  rоризонтальная, направление облучения показано стрелкой: а  300, 2  500) Так, если &2» 1 (например, водная поверхность или влажная почва) или иде ально проводящая поверхность os »0 (металл), К jН   1 и ==п. Практически имеем отсутствие преломленной волны и полное зеркальное отражение. При этом для rоризонтальной поляризации падающей волны фаза зеркальной составляющей поворачивается на 1800. На вертикальной поляризации фаза отраженной волны совпадает с фазой падающей волны, происходит только изменение направления распространения волны. Если &2 мало отличается от единицы (сухой cHer), то большая часть энерrии будет проходить во вторую среду, практически не меняя направления распространения, а амплитуда зеркальной волны будет малой. Для типичных частотных диапазонов космических РСА (сантиметровые и дe циметровые волны) зеркальное отражение формируется от таких объектов, как спокойная водная поверхность, асфальтовые (бетонные) дороrи, взлетные полосы аэродромов и т.д. При уrлах падения, отличных от нуля, такие объекты не дадут 85 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования отражения в сторону РЛС и, соответственно, мощность сиrнала в прием ной aHTeH не будет близка к нулю. Определим величину зеркально отраженноrо сиrнала для случая бистатиче cKoro зондирования. При этом учтем, что в сложившейся практике дистанционноrо зондирования основным информационным продуктом, который поступает потре бителям от службы эксплуатации современных РСА, является, так называемое, «rеокорректированное» Р ЛИ в плановой проекции, каждый пиксель KOToporo Ka либрован по значению УЭПР li. Рассмотрим эту особенность, используя рис. 2.11 для отражения радиоволны от rладкой rраницы двух сред с размерами отражающеrо элемента, равными Рхру. По ток мощности, падающий на площадку разрешения, определяется плотностью пото ка мощности и проекцией площадки разрешения на волновой фронт плоской волны Е 2 Р  о е   Р х Ру COS Yi , Р (2.39) rде Ео  напряженность электрическоrо поля в падающей волне; P 120 Ом  вол новое сопротивление среды; Х  уrол падения. Отраженная мощность на rранице воздухповерхность определится коэффи циентами отражения KjН или KjV в зависимости от свойств поверхности и поляри зации падающей волны. С их учетом ЭПР площадки зеркальноrо излучения, а TaK же УЭПР выразятся через формулу (2.39) для плоской пластины 4пр2 р2 (у  х у к 2 COs 2 У . ( 2.40 ) А 2 jН/V 1 , (УО  4прхру к 2 COs 2 У . ( 2.41 ) А 2 jН/V 1 . При уrлах падения, близких к отвесным Х,.....,О (случай надирных высотомеров), корректность формул нарушается, так как падающую волну в пределах элемента разрешения по наклонной дальности нельзя рассматривать как плоскую. Анало rичное оrраничение имеет место в высокоорбитальных РСА, дЛЯ которых необхо дим учет сферичности земной поверхности. Указанными явлениями можно пре небречь при выполнении соотношений RA » ( PR J 2 (2.42) tgYi или Re A » ( PR J 2, (2.43) tgYi rде R  наклонная дальность наблюдения (близка к высоте орбиты Hs); Re  радиус Земли; PR  разрешение РСА по наклонной дальности. В этом случае ЭПР элемента разрешения и УЭПР отражающей поверхности определятся формулами (2.40) и (2.41). 86 
fлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения 2.6. Отражение радиоволн от поверхности с волнообразными неровностями Естественные земные покровы, как правило, представляют собой шероховатые по верхности. Важным случаем является отражение от поверхности с полоrими He ровностями. Такую поверхность можно представить в виде набора синусоидаль ных составляющих, полученных путем представления функции рельефа интеrра лом Фурье, а для периодических неоднородностей, к которым относятся поверхно сти с волнообразной неравномерностью  в виде ряда Фурье. Это может быть MOp ская поверхность с ветровым волнением, пустыни с песчаными барханами и др. Для таких поверхностей даже при малой амплитуде неравномерностей возможно образование отраженноrо сиrнала в сторону рлс. Это вызывается тем, что радио локатор представляет собой пространственный резонансный фильтр, настроенный на определенную длину волны спектра пространственных частот. Действительно, соrласно принципу rюйrенса каждая точка облученной по верхности рассеивает сиrналы во всех направлениях с одинаковой амплитудой. Принятый однопозиционной РЛС сиrнал можно определить в виде интеrральной суммы сиrналов обратноrо рассеяния от точек облученной поверхности с учетом распределения их амплитуд и фаз по элементу разрешения рхХру вдоль и поперек линии пути JJ . ( )  °rp ( X У ) j 2Jr (Ysinrih(X,Y).cosri) Er == Е Х,У е} , е А dXdY. рх,ру rеометрия наблюдения поверхности с волнообразной шероховатостью показа на на рис. 2.13. Как показано в [91], для частноrо случая падения плоской волны с rоризонтальной поляризацией на идеально проводящую поверхность с одномерной волнообразной шероховатостью h m (см. рис. 2.13) формируется зеркально отражен ная волна (как для плоской поверхности) и набор обратных плоских волн от rap моник волнистости поверхности (2.44) дRl + M 2 -::=п1А л . . . . .. . у х Рис. 2.13. rармоническая составляющая шероховатости облучаемой поверхности 87 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования .  j 2JZ" (y sinYi+ZCOSYi) 2п Е 2Н == Eoe А  j2Eo cos I'i  х А  /; [ (sin Yi  п: )у + l( sinYi  п: )2 z ] Х Lh.n e п (2.45) rде h m  высота неровностей; Л  пространственная длина волны. Направление распространения формируемой волны (уrол у,.) определяется yr лом, при котором разность хода лучей, проходящих через одинаковые фазы волни стости, равна или кратна длине электромаrнитной волны М 1 + М 2 == Л sin Yi + Л sin (Y r  Jl" ) == л (sin Yi + sin Y r ) == А. . ппп (2.46) Механизм отражения от периодических структур называют БРЭ220вским рассеянием. На рис. 2.14 приведены амплитуды составляющих отраженноrо сиrна ла: зеркальной 1 и обратноrо рассеяния 2 при волнообразной неровности высотой h m ==1 мм с периодом Л==2 см, который соrласован по формуле (2.47) с длиной вол ны РЛС IL 3 см при уrле падения облучающей волны }1==50 0 . Уровень обратной co ставляющей составляет  18 дБ от зеркальной составляющей, величина которой оп ределяется формулами (2.40) и (2.41). Отражение в сторону РЛС будет давать «резонансная» длина волны на Ha блюдаемой поверхности или ее субrармоники с номером п ПА Л == (2.47) 2 sin Yi 0 / о (J" (j' I1ШХ 1 : : : : : : : 1 : : О, 9 .._.... '.'1.-' ... т- ... .-r" ..-. _. -.. .1' -".'1." '-'r.." --[-..-- 0,8 ! i  -'    -  !  - i- -----;- - - -, - ---------- :  ::::::!: :::::1:::::: t::::::f:::::: 1:::::: 1:::::: 1::: :: :f:::: ::1::::: : ::::::1:::::1::::1:: Т: - J:::: J::::: j::: :1::: Т:::: 2 : : : : : : : : : : 1 :::::T::::1T:T::::::::::1::::::j:::::T- :::[::::::[::::: о : : : : : : : : : 100 60 20 О 20 60 100 Y 1 ., трад а) 0 / о (J" (J" шах 1 : : : : : : : : : О, 9      -       -1-     - +      +            - -1- - -   + - - - - - -r - - - - - -    -   0,8 .. -.. -t. --. --i...... ._.. - -. -r' -. - - -t. -- - -. i" -.. -1..... .-r.-.. -. r...-. :  ::: ::: I :::: ::1::: ::: t:: ::::t: ::::: 1:: :::: 1::: :::j::: ::::t::::::t: :::: , . I . . . , . . 0,5 . . - - - -  - . - - - -1- - - - - - + . . - - . + . . . . - -  - - . . - -1- -. - - - i- - . . .. + - . .. - .  . -. . . : -:::::1:::: ::1:::::: t:::: ::t::: ::: 1:::::: j: :::: :j::: -  ::: :::t::::: . . . . . . . . . : -:::::!::: ::: 1: 2 : ::::!:::: ::r ::::: :1::::: :J:::: - +- -f -:::::1::::: о : : : : .  100 ..60 ..20 О 20 б) 60 100 Y r , трад Рис. 2.14. Составляющие отраженноrо сиrнала: зеркальная 1 и обратноrо рассеяния 2 при волнообразной неровности высотой h==l мм с периодом Л==2 см (а) и при случайной шероховатости с O"h==l мм (6); длина волны РЛС л==3 см (по оси ординат отложены относи тельные значения d) 88 
rлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения Заметим, что УЭПР зеркальноrо отражения от шероховатой поверхности из меняется от величины, определяемой формулой (2.41) для rладкой проводящей по о 1 '-1 верхности до значения (J' == при крупнои шероховатости. 2.7. Отражение радиоволн от поверхности с крупной шероховатостью Большинство подстилающих поверхностей имеют неравномерности, соизмеримые или превышающие длину волны РЛС. Они дают диффузное (рассеянное) отраже ние во все стороны, в том числе и в Ha правлении РЛС. UПероховатые поверхности со среднеквадратическим отклонением от плоскости значительно превышающим длину волны РЛС (J'h»A характеризу ются диффузным обратным рассеянием, близким к закону Лам берта J>,....,cosy.. Для реальных подстилающих поверх ностей (неровная почва, растительный покров) зависимость удельной ЭПР об paTHoro рассеяния от уrла падения MO жет носить промежуточный характер. Расчетные rрафики зависимости УЭПР обратноrо рассеяния для шероховатой поверхности с идеальной проводимо стью при разных отношениях ah/ А при ведены на рис. 2.15. Пунктиром по казан закон Ламберта. 0 / о (J' (J' шах 1,4 1,2 00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 У, rpад Рис. 2.15. Зависимости УЭПР обратноrо рассеяния от утла падения для идеальной проводящей поверхности с разной шероховатостью G"h/ А 2.8. Отражение радиоволн от двуrранных уrлов Ряд естественных и искусственных объектов (склоны ущелий, насыпи, здания и др.) при некоторых условиях MOryт образовы вать двуrpанные yrлы, дающие интенсив ный сиrнал, переотраженный от двух по верхностей, как это показано на рис. 2.16. Заметим, что путь распространения при двойном отражении больше, чем при oд нократном. Поэтому переотраженные сиr налы приходят позже основных. На рис. 2.17 показаны Р ЛИ сухоrpуза на спо койной водной поверхности, дающей Рис. 2.16. Образование двухтранных уrлов компактную отметку двойноrо отражения при отражении от рельефа местности ОТ надстройки, и BoeHHoro корабля при и объектов РЛС 89 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования скорости приводноrо ветра 5...8 м/с, коrда отражения от водной поверхности раз мыты. Отметки, вызванные переотражением, MorYT служить дополнительным дe шифровочным признаком с информацией о высоте надстроек корабля. R . . ::  ... . ! .! :.: .: 1>: .. , . ". - . <; а) б) Рис. 2.17. Появление дополнительных отметок на РЛИ от надстроек судов и кораблей, вызванных образованием двухrранных уrлов при переотражении радиоволн от морской поверхности: сухоrруз (а), военный корабль (б) (стрелкой указано направление облучения (наклонная дальность R)) 2.9. Особенности отражения радиоволн от водной поверхности Изза высокой диэлектрической проницаемости воды радиоволны отражаются только от поверхности. Отражение радиоволн от морской поверхности происходит вследствие образования мелкой структуры  ряби, вызванной ветровыми воз действиями (Бреrrовское рассеяние, рассмотренное в разделе 2.6). Изображение морской поверхности формируется блаrодаря модуляции ряби крупными BeTpOBЫ ми волнами, зыбью, поверхностноактивными пленками, поверхностными прояв лениями внутренних волн, вызванных взаимодействием движущейся водной массы (течения, приливные явления) с топоrрафией дна, а также движущимися подвод ными объектами [92, 98, 143, 281]. Информативные признаки, характеризующие физические явления на морской поверхности, содержатся в яркостных радиолокационных изображениях, отобра жающих интенсивность мелких (резонансных) ветровых волн, в скоростных порт ретах, а также в картах поля уровня. Яркостные РЛИ поверхности океана широко распространены. Их используют при решении мноrих научных и народнохозяйственных задач от изучения CTPYKTY ры энерrонесущих волн до мониторинrа нефтяных разливов в прибрежных зонах и ледовой обстановки. Возможности получения из космоса скоростных портретов поверхности OKea на радиолокационными методами рассмотрены в работах [69*,177*,179,180,296] с физическим обоснованием, оценкой точности панорамных измерений и экспери ментальной проверкой в космическосудовом эксперименте. Пример яркостноrо РЛИ приведен на рис. 2.18. РЛИ получено в районе rиб ралтарскоrо пролива 1 января 1995 r. с помощью РСА ERSI. 90 
rлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения На рис. 2.18 видна область нефтяноrо слика за танкером (TaH кер находится на расстоянии ......,5 км от начала слика). Контраст слика составляет около 8 дБ, что rOBo рит об интенсивной (незаконной) промывке танков. В предположе нии о толщине пленки """'0,1 мм при коэффициенте поверхностноrо Ha тяжения 40 дин/см размер слика соответствует разлитому объему 3 нефти 2500 м, т.е. с учетом ее плотности около 2000 т. Более \1 6W ( 15 14W ""," , '\ 36N /''''!'' \' : ;- ,\ "" !у' 3' 35N -1.... . ., '(А',\ точные количественные оценки Moryт быть получены путем ДBYX частотноrо зондирования, OДHO BpeMeHHoro или через небольшие интервалы времени. Вблизи береrовой линии на рис. 2.18 видна область шельфово ro склона. Соrласно батиметрии, плоский шельф на rлубине ......,200 м резко обрывается, крутой обрыв достиrает rлу бины ......, 1 км. Контраст составляет около  дБ. Анализ Р ЛИ позволяет выявить TO поrpафию шельфа с выявлением rеолоrических структур в интересах разведки по лезных ископаемых. Приведем численные данные, которые характеризуют Р ЛИ различных обра зований (аномалий), выявляемых при радиолокационном зондировании морской поверхности. Следы внутренних волн на рис. 2.19, а имеют контраст +(6...8) дБ. Внутренние волны имеют прилив ное происхождение, а столь значительный KOH траст интенсивности объясняется значительной величиной CKOpocTHoro rpадиента в области, соответствующей конверrенции (схождению) склонов волны, при пере даче момента внутренних волн на поверхность. На рис. 2.20, а имеем яркостной контраст РЛИ внутренних волн +(4...8) дБ при орбитальных скоростях ::1:10 см/с. На рис. 2.20, б показана деформация мелких ветровых волн на шельфовом склоне при резком увеличении rлубины дна. Интен сивность волн при этом скачком уменьшается на 4 дБ, а скорость течения в Ha правлении к локатору также уменьшается в среднем на 5 см/с. На рис. 2.21 приведено полученное РСА Sдиапазона волн «МечКУ» КА «KOCMoc1870» радиолокационное изображение пролива ПьюджетСаунд (США) с приливным течением, выявляющим топоrpафию дна на rлубине 170.. .265 м. По оценке американских специалистов выявление этих эффектов свидетельствует о возможности использования радиолокационноrо зондирования для обнаружения движущихся подводных лодок В поrруженном положении [472]. Рис. 2.18. РЛИ района rибралтарскоrо пролива (ERS..l): размер кадра 100хl00 км, уrлы падения 22...250, поляриза цИЯ ВВ; скорость ветра в левой части РЛИ  около 10 м/с, в правой части РЛИ  около 4 м/с 91 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования о а О / а,?ах ' дЕ L, км ",- '; . ,-  .- > .,' i - ./ 4 . '.  -,".-: .. 8 ..;' ': ",,,..  . . ," ... ". . ..12 О 14 км а) суО / (Jllax' дБ О L, км 4 " . '.',... ",' ". . ::-Х ; ";.;. Jo.i-...... 8 "'..... -,", ':., ",,;",х '4 :".: +-._ . 12 »:" .." . " <.:t .,;..,....: . 0-.. _, ). ..... .' ,: О 10 км б) суО / ашх, дБ О L,KM 4 ,: " ',',>" ..8 ..12 О 10 км в) Рис. 2.19. Калиброванные «разрезы» на выбранных участках РЛИ рис. 2.18: а  фраrмент внутренних волн, контрасты +(6.. .8) дБ; б  фраrмент следа танкера (нефтяной слик), KOH траст 8 дБ; в  фраrмент шельфовоrо склона, контраст --4 дБ 92 
rлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения +8дБ с м/с +20 +4дБ ОдБ +10 Интенсивность О Скорость 10 О а) 20км +8дБ ОдБ см/с +10 Скорость +4дБ Интенсивность lO 4 дБ .. .... -. -............. ....... ........ .. -.. -..... - -. ... ....... ...... .............. .. -. - -. О б) 25 км Рис. 2.20. Фраrменты совмещенных яркостных (слева) и скоростных (справа) изображений района rибралтарскоrо пролива с калиброванными «разрезами»: а  пакет внутренних волн с амплитудным контрастом (4.. .8) дБ при орбитальных скоростях внутренних волн на поверхности :f:: 1 О см/с; б  «обрыв» шельфовоrо склона с амплитудным контрастом  дБ и скоростным перепадом +5 см/с 93 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ,.(;.}'fi1;,'{":' ..< . .  :. :".  :;.;. .'' ''.-Jo-9 . "..> .-; '.;>; .* " .,. .' ... . ., » ' .. .J 'ii( .' ,.< ,'..[ 1'" : J .;. I!', ,,1- f  ,; 1, :. '1t' ;, .',,,, .:): а '*"  ._1 ,:' . t :, ... - ..-(: : ,#', 'i\-". .. " . _.$S . -> -.,", - ;::У", .-.._(. м:"." I 11 K i .,. .}: #; .::;  ..'.. , ",: .;;:J".'" ,< '\ 'N ,,''t.!":. :..";. ' j -р. 1-::"::,". . , ":'q ,.:1;;, r $:: ... . .. ,jl;;j "'Vj ;;х. т 1:-::-':1 .. . ; ";::.,'. t:.:-s"' ...:..;; (:; ,; {., ';:;'.,  ": ;.:{ ,," . :t ;.. '. . , .. .' . ,!*; о", . .  .: .., :i ', :. . -, фi.... J " .1, " 0'0 ,., .' J:.- Рис. 2.21. Радиолокационное изображение пролива ПьюджетСаунд (США) с выявлением топоrрафии дна блаrодаря взаимодействию приливной волны с рельефом дна на rлубине 170...265 м (РСА «МечК», КА «KOCMoc1870») Действительно, движущиеся подводные объекты создают на морской поверх ности возмущения (аномалии), которые, в принципе, MorYT быть обнаружены pa диолокационными методами. К ним, в частности, относится «rорб Бернулли», KO торый представляет собой короткоживущее возмущение с rеометрическими разме рами, близкими к размерам движущеrося объекта и высотой (от долей до единиц сантиметров), прямо пропорциональной квадрату скорости объекта и обратно про порциональной квадрату rлубины. Возможно также обнаружение возмущений дальнеrо поля в виде модуляции ряби, обусловленной выходом на поверхность внутренних волн, созданных движущимся подводным объектом [281]. Указанные поверхностные явления значительно более выражены, если rлубина морской по верхности менее «rлубины скачка» (около 100 м), что типично для мноrих при брежных акваторий. Решение рассматриваемой задачи затруднено наличием близ ких по характеру аномалий природноrо происхождения или вызванных друrими источниками, а также разрушающим влиянием BeTpoBoro воздействия на радиоло кационные изображения морской поверхности. Характеристики отражения от морской (водной) поверхности При изучении MopcKoro волнения широко используют методы спектральноrо aHa лиза. Для описания спектров развитоrо BeTpoBoro MopcKoro волнения пользуются моделью ПирсонаМосковица (PiersonMoskowitz [193, 444]). Она определяет pac пределение энерrии по частотам волнения. Предполаrается, что ветер непрерывно дует равномерно в течение длительноrо времени на большой площади, и волны достиrают установившеrося значения в равновесии с ветром. Формульная зависи мость имеет вид S(w) = a2 exp{p(  Т}, (2.48) 94 
rлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения rде S( т)  спектральная плотность волнения; т  уrловая частота; а ==0,0081  KOH g 1,026g станта Филипса; jFO,74; то ==  пиковая уrловая частота; U 195 и и 19 5 и 1 О ' , U 10  скорости ветра на высотах 19,5 и 10 м над поверхностью моря. На рис. 2.22 приведены значения спектральной плотности MopcKoro волнения 2 F pM , м /rц в зависимости от частотыf. В заключение данноrо раздела приведем усредненные зависимости суО MOp ской поверхности от уrла падения (рис. 2.23). Отмечается [214] большой разброс измерений суО (до 3 дБ) даже в одной серии экспериментов. Зависимость суО от уrла падения в пределах 10...450 достаточно резкая (0,7 дБ/rрад) при слабой зависи мости от длины волны и поляризации. На полоrих уrлах падения наблюдается рез О б  кое падение (j , осо енно для rоризонтальнои поляризации. F pM . м 2 /rц 120 I I I I I I I I I I I ................................................ ..... .. ......................................................................................................................................... I I I I I . I I i ! i i 80 ....................................+.. ................ ..........+..................................+................................+................................ I I . I I I I I : : 18 i : 60 ..........................................f, .......... ........ ..... ....t........................................f,........................................f,..................................... : : : : I I I I : : : : : I : : 40 шшшш .  ш 'шшrшшrшшш 20 шшТшшТш 100 О О 0.05 0,1 0,15 0,2 .r, rц Рис. 2.22. Модель ПирсонаМосковица для спектральной плотности MopcKoro волнения при разной скорости приводноrо ветра U 10 на высоте 10 м o-О,дБ 10 О 10 20 30 40 50 О 10 1 20 30 40 50 60 70 80 Jj , rpад Рис. 2.23. Зависимость  морской поверхности от yrла падения: 1  А == 330 см (88 и rr); 2  А == 3 см (88); 3  А == 1530 см (88); 4  А == 3 см (rr); 5  А == 1530 см (r); 6  А == 5,6 см (88), скорость ветра 1 О и 4 м/с; 7  А == 5,6 см (rr), скорость ветра 1 О и 4 м/с, ракурс  вдоль rребня волн 95 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Применительно к режимам бистатическоrо зондирования следует учитывать рассеяние волн в двумерном полупространстве. Примеры индикатрис рассеяния (по уrлу места lf/r и отвороте плоскости наблюдения qJ) при облучении морской по верхности под уrлом падения у==65 0 даны на рис. 2.24 [225]. Индикатрисы по строены в функции уrла места луча приемной антенны yr при различном азиму тальном разносе qJ == 00, 450 и 750. Расчеты велись на базе метода малых возмуще ний, скорость ветра не указана. у ==65 о 900 о Б 10 20 зо 40 50 60 60 50 40 зо 20 10 и.д и О , дБ Рис. 2.24. Индикатрисы рассеяния на морской поверхности радиоволны rоризонтальной поляризации (1==3,0 см) при yrле падения излучающеrо луча }1==65° Радиолокационная съемка морской (водной) поверхности может эффективно использоваться для изучения rидродинамических процессов в океане и озерах, BeT pOBoro волнения и зыби, rидролоrических фронтов, динамики течений, поверхно стных проявлений внутренних волн, заrpязнений, исследования механизма взаи модействия океанатмосфера в интересах фундаментальной и промысловой OKea нолоrии, обеспечения безопасности судовождения, рыбной ловли, оценки биопро дуктивности внутренних водоемов и морей, климатолоrии, эколоrии, оперативной оценки rидролоrической обстановки при наводнениях, паводках, составления reo лоrических карт и поиска полезных ископаемых в зоне прибрежноrо шельфа. При статистической обработке данных зондирования водной поверхности (измерения (УО, спектров волнения и др.) возможно усреднение данных в пределах больших 4 5 2 участков  до 1 О ... 1 О м, что позволяет реализовать высокое радиометрическое разрешение (доли децибел). 2.10.rпубинное(подповерхностное)зондирование Для поверхностей с низкой диэлектрической проницаемостью (сухой rpYHT, песок, cHer) возможно отражение от подповерхностных слоистых структур, особенно при зондировании на дециметровых или метровых волнах. На рис. 2.25 показаны HeKO 96 
rлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения торые примеры ситуаций, встречающихся при подповерхностном зондировании: rоризонтальная слоистая структура, компактный рассеивающий объект (сфера) и шероховатая поверхность под rладкой rраницей воздуxJпропускающая среда. Pac четы суммарных сиrналов, отраженных от rраниц сред, а rлавное разделение OTpa жений от верхней поверхности и заrлубленных образований, в общем случае явля ется сложной задачей, подход к решению которой изложен, например, в работах [17, 360*, 374*, 375*, 461, 548]. ..  I , I , I , I , I , I , I , I , а) б) в) Рис. 2.25. rеометрия отражения от rлубинных объектов с высокой проводимостью или диэлектрической постоянной при подповерхностном зондировании разных сред: а  плоская rоризонтальная поверхность; б  сфера; в  наклонная шероховатая поверхность Проникающая способность радиоволн зависит от коэффициентов затухания радиоволн в среде распространения, значения которых приведены в табл. 2.7. Таблица 2.7. Коэффициент затухания радиоволн в разных средах, дБ/м [186, 193] Длина волны РЛС, см Объект наблюдения 3 10 30...60 100 300 CHer 0,3 0,036 Пресный лед 1,3...2,0 0,2.. .0,48 0,8...0,7 0,6 0,3 Морской лед, температура: 50 270.. .540 2 2 2,5.. .6 OO 14...45 0,4 0,3 1...5 Мерзлая почва 0,8...4,2 Кварцевый песок 1,7...2,0 Песчаный rpYHT, влажность: 3% 300 25 6...3 2 12% 1100 90 20...1 О 8 0,8 rлинистый rpYHT, влажность: 3% 300 30 30...20 18 12% 1400 200 100.. .80 60 Сельскохозяйственные культуры 2...10 1,8...2,5 0,8. . .1,8 0,07 0,03 Леса 1,5. . .2,5 0,35 0,12. ..0,2 0,07 0,03 4---------1492 97 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Более простые ситуации  обнаружение объектов и контроль их rеометрии (Ha пример, продуктопроводов) под снежным покровом, rляциолоrические исследования, построение карт рельефа территорий, покрытых лесом, не требуют специальных алro ритмов послойноrо дешифрирования. Даже в Lдиапазоне волн при разрешающей спо собности РЛИ около 10 м бьmи получены ценные материалы в интересах археолоrии при съемках в северной Африке [474, 522]. На рис. 2.26 (ср. рис. Ц.2) дано сравнение летнеrо и зимнеrо снимков месторождения Ланrепас, Западная Сибирь. На летнем снимке интенсивная равнинная растительность маскирует структуру почвенноrо слоя. " ):.;t Ii ..",.,l"" . i" ". .; ...-..rr:t; ........ ";-).'. . v ... ....... .' .E'\;<k" . ::.'. :..:r'<i , .   '. '.l.:"( ' , '<I''':';\'( ":". .... ....... . ': "4с," : . . ..., ; а) б) Рис. 2.26. Сравнение летнеrо (а) и зимнеrо (б) снимков (РСА «МечКУ» КА «Алмазl»; месторождение Ланrепас, Западная Сибирь) Особые перспективы имеет зондирование с применением видеоимпульсных РСА при реализации в низкочастотной (200.. .400 мrц) области электромаrнит Horo спектра разрешающей способности порядка 1,5...2 м, что позволит разделить отражения от поверхностноrо слоя и rлубинных образований. Зондирование под разными уrлами падения позволит применить технолоrии томоrpафической обра ботки данных. 2.11. Отражение радиоволн от растительноrо покрова Для растительных покровов в зависимости от диапазона волн возможны разные механизмы формирования отраженноrо сиrнала. Для коротких сантиметровых волн (K, x, Сдиапазоны) основное отражение формируется зеленой массой, при чем в случае интенсивной растительности  ее верхним слоем (рис. 2.27). На более длинных волнах (S и Lдиапазоны) лиственный покров оказывается более «про зрачным» (уменьшается уровень отражения и затухание в листве). Отраженный сиrнал формируется объемным рассеянием, частично от листвы, частично от дpe весной массы, а также отражением от поверхностноrо слоя почвы. В длинноволно вых дециметровых и метровых диапазонах отражение формируется в основном древесной массой, почвой, а также подпочвенным слоем. 98 
fлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения Рис. 2.27. Образование отражения в сторону РЛС от растительноrо покрова МОЩНОСТЬ отраженноrо сиrнала зависит от объема биомассы, содержания вла rи, определяемых типом растительности, фазой веrетации и сезонными изменения ми, а также от длины волны РСА и поляризации излучения. Так, на рис. 2.28 пред ставлены типичные з ис имости с! от уrла наблюдения в c и Lдиапазонах при раз ной поляризации для лесных массивов. В зависимости от длины волны проявляется разный механизм отражения. В коротковолновых диапазонах Ки, Х С основное OT ражение дает листва (зеленая масса), в диапазонах S, Lветви, в диапазоне Р и на метровых волнах  стволы и поч (то венный слой. Поляризационные зависимости отражения также OT 5 четливее выражены в более длин lO новолновых диапазонах. Задача радиолокационноrо 15 зондирования растительноrо по крова в современных условиях  20 20 получение количественной ин формации об объеме биомассы, степени созревания в целях про rноза урожаев, выявления забо леваний, контроля применения аrpотехнолоrий или оценки ди (тО, дБ намики рубочных работ для лес ных массивов. Актуальной зада чей является также точная типи зация растительности, например для выявления посевов наркоти ческих растений. Для решения этих задач используются поляри зационные и спектральные раз личия в отражении от подсти лающей поверхности, выявляе мые при комплексном дешифри ровании данных. о (т Lrr о (т LBB 30 о (т LBr у; , rpад 40 50 60 70 Рис. 2.28. Зависимости li лесноrо покрова европейскоrо реrиона от yrла падения в С"диапазоне (пунктирные линии) и Lдиапазоне (сплошные линии) при ВВ, rr и Br 5 10 15 20 25 30 35 --40 0,1 10 100 1000 G, T/ra Рис. 2.29. Усредненные зависимости  растительноrо покрова от объема биомассы в разных диапазонах волн при соrласованной поляризации 99 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Наибольшее отражение от растительности наблюдается в коротковолновых диа пазонах. Однако при определенном уровне биомассы наступает оrpаничение в значе нии с! и MOryт отсутствовать различия в отраженном сиrнале от леса и полей. Зависи мость с! от объема биомассы представлена на рис. 2.29 (данные [388, 522], дополнен ные кривыми S и Кuдиапазонов). Поэтому более длинноволновые диапазоны оказы ваются существенно более информативными для решения тематических задач. В следующих разделах приведены характерные зависимости, иллюстрирующие влияние параметров аппаратуры, условий наблюдения и свойств подстилающей поверхности на ее отражательную способность при радиолокационном зондировании. 2.12. Влияние уrла облучения на отражающие характеристики местности Влияние уrла облучения (уrла скольжения р от rоризонтали или уrла падения J1 от местной вертикали) на уровень отраженноrо сиrнала зависит от степени шерохова тости поверхности. Для описания этих зависимостей в литературе рассматривают аппроксимирующие модели (закон Ламберта, равномерное рассеяние), а в качестве количественных показателей, кроме параметра УЭПР еуО, используют параметр r (не смешивать с уrлом визирования, введенным в rл. 3), удобный для описания OT ражающих свойств подстилающей поверхности при самолетном землеобзоре с Ma лыми уrлами скольжения р (для космических РСА это соответствует большим yr лам падения Yi == 1!/2  р). Параметр уопределяет отношение ЭПР й-элемента раз.. решения не к ero площади (как с!), а к площади проекции элемента разрешения на направление визирования (j' аО аО у== == == р х ру sin fЗ sin fЗ cos Yi . (2.49) Во избежание путаницы в дальнейшем будем называть параметр r «показате.. лем рассеяния». rладкие поверхности (бетон, асфальт, rравий) характеризуются резкой зави симостью мощности отраженноrо сиrнала от уrла облучения: показатель рассеяния у может меняться на 1 о. . . 15 дБ ( обычно возрастает) при изменении уrла р в преде.. лах 10...600, что соответствует изменению удельной ЭПР или мощности отражен.. Horo сиrнала на 18...23 дБ (предполаrается, что мощность РЛС не зависит от уrла наблюдения). Аналоrичный характер имеет уrловая зависимость отражения от пашни, песчаной и холмистой пустыни и снежноrо покрова. Отражения от травя Horo покрова в восьмимиллиметровом диапазоне (ero нет в выделенных для зонди рования из космоса) характеризуется параметром y const. Более «шероховатые» поверхности, например, лесистая местность, имеют почти изотропное изображение  их УЭПР практически не зависит от уrла скольжения. Показатель рассеяния у удобно применять для характеристики поверхностей, у которых рассеяние подчиняется закону Ламберта, тоrда он не зависит от уrла сколь.. жения. Показатель рассеяния, как и значение с!, обычно выражают в децибелах. 100 
fлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения При оценке отраженноrо сиrнала следует учитывать, что уrол падения (скольжения) на конкретном участке местности определяется двумя составляющи ми  направлением облучения и местным наклоном рельефа. Поскольку разреше ние РЛС по наклонной дальности фиксировано, размер элемента разрешения по rоризонтальной дальности и ero площадь изменяются обратно пропорционально синусу уrла падения (косинусу уrла скольжения). Это приводит к тому, что скло ны, обращенные к локатору, отражают больший сиrнал, чем склоны, обращенные от локатора. В ряде случаев, при нормализации выходноrо радиолокационноrо изображения этот эффект корректируют по топоrpафическим данным о величине уклонов местности [314]. На рис. 2.302.32 приведены зависимости показателей рассеяния уи значений CJ> от уrла скольжения для разных типов подстилающей поверхности, рабочих диа пазонов волн РЛС и поляризаций (соrласных) при излучении и приеме. у.дБ IO 20 зо )', дБ 10 50 О 20 40 60 80 IJ. lpaд 20 40 60 80 р. l1Jaд 20 зо ,.. . 40 а) б) Рис. 2.30. Зависимости показателей рассеяния от yrла скольжения для rладких и шероховатых поверхностей в различных диапазонах волн: а  rладкий бетон (сплошная кривая); rладкий асфальт (пунктирная кривая); rpавий (штрихпунктирная кривая); rr: А == 3 см (1); А == 2 см (2); А == 8 мм (3); б  длина волны А == 3 см: 1  асфальт (ВВ); 1 а  асфальт (rr); 2  пашня; 3  песчаная пустыня; 4  холмистая пустыня с растительностью (кривые 2  4 имеют близкие значения при ВВ и rr) )'. дБ 10 20 : . . 5а' . . . 5  j ! ! j ! !А "'''' - - - - -- - - - -r - - - -- -f, - - - шr - щ - - - -- -r' - - - - - - - - -r --.. - - -. - t ::..:...::,.... : 4 : ........ : . :... . ... . ...:. . ... . .'  : \ : . .... . .... ! -.....: -:.....: .....-+-oot::- .r..'  .  .  . ......-.p ......- . ,-, - ----:t::=:.::;:f...::.'.:;,.........-r -- ,-- т- ---т-- -шщ-r--- _ш__ 3 : ..,....,.......-:--: ::: ... I I I I I - - - - --- -, -i - - --- - - j - -, - ]---- - - -- - - ---l- - -- - - -- j -- -- - - - -- -l- -- -- -- - j - - - -- -- - -- ;]    1  1 I . I , . . . I . I . . . . I . . . . . . . I . . . . I , . . I . , . . . . зо О 20 40 60 р, I1J 3 Д Рис. 2.31. Зависимости показателей рассеяния от yrла скольжения в двухсантиметровом диапазоне волн для снежноrо покрова и травы (ВВ): 1  снежный покров толщиной 10 см, содержание воды 171 r/дм 3 , температура минус 7 ос; 2  бурая трава (ноябрь); 3  CHer со следами колес, температура 7 ос; 4  CHer с тонкой коркой, содержание воды 155 r/дм З , температура 14 ос; 5  зеленая трава высотой 5 см (5а  отражение от травы в 0,86санти метровом диапазоне) 101 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования аО,дБ 10  л ::3) СМ + 20 ЗО О 20 40 60 р, rpад Рис. 2.32. Зависимость УЭПР CI лесистой местности от yrла наблюдения для различных диапазонов волн, плавная кривая соответствует значениям clпри у== const 2.13. Влияние длины радиоволны на отражающую способность местности Отражающая способность большинства поверхностей уменьшается с увеличением длины волны РЛС (пропорционально ,,1а, rде l{ зависит от характера поверхности). На рис. 2.33, а показана зависимость УЭПР взволнованной морской поверхности от длины волны РЛС, построенная по данным измерений на длинах волн 1,25; 3,2; 0-0, дБ О а 1 3 5 10 а) 30 50 А., см 1 О 1 2 30 20 60 80 fЗ, rpад . . . ... . . . . i ! i i    ! i i  а ==2, 1 ! ! !!;! 1 ! i ; ! ..,.,.., ....,......,.....t"""!"""l,..t..t't,..!..".,.."'.,.."..t.,..,.,...!'..'...1.....!....!., ! :!! i ! i i ! i !   2 О ...........,..tш......f.. i .....t а  з , о ............-t.ш......f....._.t..l....!..  i i ! i:=  !  i  ..".'..'..'.'....l'.".'.'.'.r'.'..'J'.'.'.r"l".r.r 1'.".._".,....'.....r"....'..;;=i.'9..I.. O .'.".'.'.'..'....t'.'........!......!'.'.'.t..t'.t.t-.'I...'.'....'.'."...'.t...'.'....!....'..;.".; ; ! ! i ! i 1! ! ! 1 i i 1 б) а 1 :  : : : : : : ';'  " ., : : '--r-+........--+----:  2r о ш+шtш:2Вtшшtш Т = =L:.t ш  1 шшLшшшшшшшшш  шшL_tш_ : : : : :Jr: :;; : : .... : : : : : ;,J( : 2 :--..... : : : :;': :            ;-  -  ;.:r           - -     -;;.YII1L   -     -    -    : : : ............... .................. l' : : :      /В    20 40 60 3 О в) 80 р, rpад Рис. 2.33. Зависимость УЭПР и показателя степени а при Il.. от длины волны для морской поверхности при yrле скольжения 500 (а); зависимости показателя степени а при А от уrла скольжения для различных поверхностей при rоризонтальной (r) и вертикальной (В) поляризациях (6, в): 6  взволнованная морская поверхность (кривая lz, ..1.== 0,86...71 см), лес (кривые 2В, 2r, ..1.== 3.. .20 см), rородская застройка (кривые ЗВ, зr, ..1.== 2...3 см); в  трава (кривые lB, lr, ..1.== 1,25...3 см), CHer (кривые 2B,2r, ..1.== 1,25...3 см) 102 
fлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения 10 и 70 см (отмечены на рисунке по оси л). На рис. 2.33, б, в даны значения показа теля степени а при л для различных поверхностей в зависимости от уrла скольже ния. Следует отметить, что в отличие от друrих поверхностей cHer имеет возрас тающую зависимость отражающей способности от длины волны, отражающая спо собность застроенной территории практически не зависит от длины волны. Различия отражающей способности местности от длины волны используют для идентификации типа подстилающей поверхности путем комплексной обработ ки радиолокационных данных, полученных в разных диапазонах. Это реализуется путем синхронной радиолокационной съемки с помощью мноrочастотных РСА (AIRSAR, SIRC, ИМАРК и др.) либо совместной обработкой снимков, получен ных независимо. В табл. 2.8 приведены сводные данные по удельной ЭПР аО в зависимости от диапазона волн РСА и поляризаций (rr и ВВ) дЛЯ различных земных покровов, yc редненные по мноrим справочным данным [33*]. В табл. 2.9 приведены данные по УЭПР в Sдиапазоне волн (л== 10 см), а также значения показателя степени при oc Таблица 2.8. Удельная ЭПР земных покровов при разных длине волны, поляризациях и уzлах падения Уrол А == 3 см А== 10 см А== 23 см А== 70 см Объекты падения rr вв rr вв rr вв rr вв Море, 10 ----40 32 ----42 ----40 ----45 ----45 50 50 волнение 20 38 28 39 35 ----40 ----40 ----45 ----45 2 балла 50 35 зо 36 33 38 36 35 35 Море, 10 35 зо 33 зо зо зо 35 35 волнение 20 зо 25 29 25 29 25 32 32 6 баллов 50 27 22 27 22 28 23 зо зо Взлетно.. 10 ----40 зо ----40 35 ----45 ----40 O O посадочная 20 32 24 35 зо ----40 36 58 58 полоса 50 20 18 25 23 зо 27 55 55 Степь, зима, 10 23 23 35 35 33 35 O O CHer 20 17 17 зо зо зо зо 55 55 50 14 14 23 23 23 23 50 50 Степь, лето, 3 35 35 35 35 ----40 ----40 O O трава 10 16 16 20 20 28 28 55 55 20 15 15 19 19 25 25 53 53 50 12 12 16 16 20 20 50 50 Пустыня, камни, 10 18 20 зо 35 35 35 ----45 ----45 песок 20 15 17 28 33 зо зо ----40 ----40 50 12 14 15 15 15 17 35 35 Лес 10 14 14 21 22 25 23 35 35 20 14 15 20 21 20 18 зо зо 50 12 12 14 14 14 14 25 25 103 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования новании А. Значение (УО в децибелах для друrой длины волны, выраженной в caH тиметрах, вычисляется по формуле о ( ) о А (YdB А == (YSdB + alOlg. 10 Усредненные кривые для зависимости УЭПР разноrо типа поверхностей от уrла падения в Sдиапазоне волн даны на рис. 2.34. (2.50) Таблица 2.9. Отражающая способность земных покровов в S..диапазоне и ее зависимость от длины волны Уrол падения, rрад 20 40 60 80 Тип поверхности Параметр O' , дБ а O' , дБ а O' , дБ а O' , дБ а Море, слабый ветер, до 7,7 м/с, 18 ---4),35 21 0,31 27 ---4),23 36 ---4),13 соrласованная поляризация Море, слабый ветер, до 7,7 м/с, 5 0,3 5,5 0,27 6,5 0,2 8 0,15 кроссполяризация Море, сильный ветер, более 7,7 м/с, 16 ---4) ,8 20 ---4), 7 24 ---4) , 6 34 ---4) , 5 соrласованная поляризация Море, сильный ветер, более 7,7 м/с, 35 0,35 37 0,3 O 0,27 6 0,25 кроссполяризация CHer, лед 8 ---4),43 14 ---4) , 4 24 ---4) ,3 27 ---4),21 Пустыня 17 ---4) , 9 20 ---4),9 24 ---4) , 9 27 09 , Сельская местность 10 1 14 ---4) , 9 17 ---4),7 20 ---4),42 Лес 5 О 12 ---4), 7 19 1,4 26 2 1 , rоры 13 ---4) ,8 16 ---4),83 20 ---4),87 23 ---4) , 9 rород 9 1,3 10 ---4),8 10 5 ---4),4 11 О , аО,дБ ]0 I I I I I I I I I I LLLLLLL I I I I I I I I I I I I I I I , I I I I I О  - I ttt.tt : ":"'" ! 5! 4 ! ! ! .  t . t i LLt : " . : .. ....__.. I : : : I , I I +...... I I I . I  I ......... I . . f'  , ; : :.,: : : ... I tt L.L..L:. · 1. 1iII.." I I . . : : ", I : : : I , t,,, I I I I ........_-- I _L____ : : : 1 > . ..:.. --............:..... I 3 L..LL__L:J_..L .:tL.--- : : : : r ..... . -- : : --.... 2 I I I I I ....... I I I I I I 1...... 10 20 зо О 20 40 60 Jj , rpад Рис. 2.34. Усредненные зависимости УЭПР фона для 10"см диапазона волн при вертикальной поляризации: 1  море; 2  равнина; 3  редколесье; 4  лес с интенсивным покровом; 5  rородская застройка 104 
fлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения Указанные выше количественные характеристики относятся к средним значе ниям коэффициентов отражения наблюдаемых поверхностей. В связи со случай ным характером отражения от сложных объектов и протяженной поверхности He обходимо учитывать флуктуации принятых сиrналов и их влияние на изобрази тельные и измерительные свойства получаемых Р ли. 2.14. Флуктуации принимаемоrо радиосиrнала и их связь с rеометрией наблюдения Наличие флуктуаций принятых радиолокатором сиrналов приводит к тому, что уровни сиrналов на выходном рли соответствуют значениям УЭПР «в среднем», а в каждой точке снимка будет случайное значение яркости (плотности почернения, прозрачности), в результате чеrо изображение будет иметь зернистый (rрануляр ный) характер. Это явление называют спеклшумом. Ниже рассмотрены корреля ционные свойства принимаемых сиrналов, а в разделе 3.5  статистические xapaK теристики процессов при формировании Р ли. На рис. 2.35 рассмотрен пример, коrда два элемента разрешения Tl и Т 2 на Me стности наблюдаются радиолокатором в трех положениях 81, 82, 8з (или независи мо тремя радиолокаторами). Предполаrаем, что облучается поверхность с крупной шероховатостью. Размеры элемента разрешения вдоль оси Х  Рх , вдоль оси У  ру. z z ду 82 -.:.... ".... ,.... ,.... ,.... , ..... , .... ..... , .......... , ..... " ............... , ..... Тl х о , .......... , ..... , ..... R "'  ' .........., . " . Т2 РУ а) у Рх б) Рис. 2.35. rеометрия наблюдений элементов разрешения на местности при смещении положения радиолокатора (а) и сечение в плоскости OYZ (6) Сиrналы, приняты е радиолокатором 82 от элементов разрешения Tl и Т 2 , бу дут полностью некоррелированы, так как они сформированы разными наборами элементарных отражателей. Сиrналы, принятые радиолокаторами 81, 82, 8з от oд Horo элемента разрешения Т 1 на местности, будут частично коррелированны в за висимости от размеров баз рассоrласования  или Y. Эти сиrналы сформирова ны одним набором элементарных отражателей, но фазы их суммирования зависят от базы рассоrласования. 105 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Считается (подтверждено аналитически [152*]), что сиrналы, принятые радио локаторами Sl и S2 или Sl И Sз, будут полностью раскоррелированы, если вызванная разворотом дополнительная разность фаз между крайними отражателями в элементе разрешения превысит 2" (разность их расстояний t!R бол ее длины волны л). Для сдвиrа по азимуту имеем М R:  R2 +(м + Рх / 2)2   R2 +(м  Рх /2)2 > А, откуда условие декорреляции принятых сиrналов М > R/l. . (2.51) РХ rеометрия смещения вдоль оси У показана на рис. 2.35, б. При заданном раз мере элемента разрешения по вдоль оси У, равном РУ, исходная (для Sl) разность фаз между крайними отражателями определиться отношением проекции на Ha правление визирования (т.е. размером элемента разрешения по наклонной дально сти PRl == Ру sin Yil , rде }11  уrол падения) к длине волны л. При смещении радио локатора вдоль оси У уrол падения меняется и изменяются размеры элемента раз решения по наклонной дальности PR2 == Ру sin Yi2 . Декорреляция принятых сиrна лов возникает при смещении вдоль оси У I I sin I1Yi I1У > Н tgYil  tgYi2 == Н cos Yil . COS Yi2 Rл (2.52) ,..., ,..., 2 ' Ру COS Yi rде Н  высота РЛС; I1Yi == IYil  Yi21  приращение уrла падения, учтено ero малое значение так, что sin I1Yi  I1Yi И Yi == Yil  Yi2 . Заметим, что дЛЯ РБО сиrналы декоррелируются при смещении радиолокато ра вдоль оси Х на величину, равную rоризонтальному размеру антенны (см. rл. 3), а при наблюдении в надир (}1 == О) формулы (2.51) и (2.52) совпадают. Декорреляция спеклшума при изменении условий наблюдения используется для ero уменьшения путем HeKorepeHTHoro накопления. Сохранение коrерентности при малой базе смещения используется для точноrо измерения разности расстоя ний при интерферометрической обработке снимков для построения цифровых карт рельефа и выявления изменений в оперативной обстановке. Формульные зависимости плотности распределения амплитуды и мощности флуктуирую щих сиrналов в зависимости от типа детектора, применяемоrо при формировании РЛИ, приведены в разделе 3.5. Методы фильтрации спеклшума изложены в rл. 7. Вызванная спеклшумом зернистость РЛИ хотя и ухудшает дешифрируемость РЛИ, но ее характер (текстура) может служить дополнительным дешифрирующим признаком для идентификации типа подстилающей поверхности. Размах флуктуаций для идеально шероховатой поверхности пропорционален ее УЭПР, поэтому для rpy бых оценок спеклшум считают мультипликативным шумом. Однако на самом деле он несет информацию о структуре поверхности (в частности, по сочетанию MOMeH тов распределения спеклшума различают породы деревьев, вид посевов и степень созревания и т.д.). Эти вопросы более детально рассматриваются в rл. 9. 106 
fлава 2. Взаимодействие радиоволн с объектами радиолокационноrо наблюдения 2.15. Временная изменчивость объектов наблюдения Для космических РСА высокоrо разрешения время синтеза может оказаться соиз меримым с временем корреляции отраженноrо сиrнала, определяемым движением отражателей, в первую очередь, под воздействием ветровых наrрузок: морской по верхности, растительности (лес, кустарник, сельскохозяйственные культуры) и др. Соrласно приведенным в литературе [193] данным, полученным эксперименталь ным путем, в сантиметровом диапазоне волн спектральную плотность сиrналов, обусловленную собственным движением рассеивателей на земной и водной по верхности, можно аппроксимировать rауссовой кривой Pv (/) == ехр[ v(1 / 10)]' (2.53) rде!о  частота зондирующеrо сиrнала; y параметр, зависящий от типа отражаю щей поверхности и метеоролоrических условий. Значения параметра v и ширины спектра отраженных сиrналов для участков местности, покрытых лесом, а также морской поверхности приведены в табл. 2.10. Ширина спектра на уро вне G от максимума определяется соотношением 2fo  ln(&) I1lv == . (2.54) v Таблица 2.10. Пара..метры спектра флуктуаций сиZНШlа, обусловленные движением элементарных отражателей для А; 10 см (193] Отражающий объект Параметр 1015 Ширина спектра по уровню 0,1, rц Холмы, поросшие лесом: редким, при тихой поrоде; 3,9.104 2,5 rустым, при ветре 9 м/с 2,3.102 10 Морская поверхность при ветре 14,1 38 Дождевые облака 2,3 95 в табл. 2.11 приведены параметры спектра сиrналов (отношения коrерентной и флуктуационной составляющих и ширина спектра), отраженных от леса при раз вой скорости ветра. Для сельскохозяйственных культур доля флуктуационной co ставляющей не превышает 25 % от коrерентной, а спектр флуктуационной COCTaB ляющей  как у леса при умеренном ветре. Таблица 2.11. Параметры спектра флуктуаций сиzнала, отрШlCенноzо от леса [193] Скорость ветра, Доля мощности Флуктуационной Ширина спектра, rц м/с составляющей по уровню 0,5 по уровню 0,1 4,7 0,43 1,1 1,7 6,0 0,5 3,7 6,0 8,3 0,8 6,2 10,0 13,9 1,0 9,3 15,0 107 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Движение РЛС относительно рассматриваемоrо участка земной поверхности при водит к доплеровскому сдвиrу частоты, который в отличие от временных флук туаций имеет реrулярный характер (закон, близкий к ЛЧМ) и компенсируется в процесс е синтеза апертуры. Дополнительное к реrулярному закону смещение при нимаемоrо сиrнала по доплеровской частоте, вызванное движением объекта, при водит к азимутальному смещению отметок от объекта, величина KOToporo зависит от параметров РСА. В результате будет происходить «размазывание» отметок от объекта по случайному закону в пределах, определяемых соотношением дх  l1/v Xant/ дFOop , (2.55) rде Dop  смещение доплеровской частоты, вызванное собственным движением отражателей; X ant  зона облучения азимутальной ДНА; Dop  ширина спектра доплеровских частот принимаемых сиrналов от неподвижной поверхности. В настоящей rлаве рассмотрены отражающие свойства объектов и подсти лающих поверхностей, их зависимость от выбора параметров радиолокатора (дли ны волны, поляризаций, rеометрии обзора) и их связь с получаемыми радиолока ционными изображениями, которые подлежат тематической обработке. Приведен ные количественные данные являются основой для расчета параметров радиолока торов, исходя из их назначения, решаемых задач землеобзора, а также оrраниче ний, предусмотренных Реrламентом радиосвязи на выбор частотных диапазонов РЛС и полосы зондирующеrо сиrнала, определяющей разрешающую способность РЛС по наклонной дальности. Преимущества радиолокационноrо зондирования в сравнении с оптическими датчиками не только в возможности получения информации независимо от BpeMe ни суток и метеоролоrических условий, но и в измерении радиофизических пара метров объектов и извлечении фазовой информации из снимков путем их интерфе рометрической обработки. Для реализации таких режимов должны использоваться (и каталоrизироваться) комплексные радиолокационные изображения (КРЛИ) в отличие от менее информативных действительных амплитудных (АРЛИ) или энер rетических (ЭРЛИ) изображений. в следующих rлавах рассмотрены: построение РСА космическоrо базирования, режимы работы РСА, связь параметров орбитальноrо движения с характеристиками принимаемоrо сиrнала, а также вопросы, связанные с получением радиолокационных изображений и их тематической обработкой. 108 
rлава 3 COBPEMEHHblE мЕтоды КОСМИЧЕскоrо РАДИОЛОКАционноrо 3ЕМЛЕОБ30РА. OCHOBHblE ОПРЕДЕЛЕНИЯ 3.1. Принцип действия и основные характеристики космических радиолокаторов боковоrо обзора Принцип радиолокации наземных объектов с летательных (космических) аппаратов состоит в облучении поверхности Земли электромаrнитными волнами с помощью РЛС, установленной на носителе, приеме рассеянных поверхностью сиrналов, формировании радиолокационноrо изображения и ero обработке с целью извлече ния тематической информации, включая измерение характеристик объектов Ha блюдения. Классический случай радиолокации  коrда передатчики и приемники совмещены и имеют общую антенну. Это однопозиционная или моностатическая радиолокация. В последние rоды активно прорабатываются методы двухпозицион ной (бистатической) или МНО20позиционной радиолокации, коrда источник излу чения  передатчик подсвета и приемники размещаются на разных носителях, Ha пример, передатчик на одном космическом аппарате, а приемники  на друrом (друrих) КА, самолетах или беспилотных аппаратах. Частным случаем такой аэро космической системы может быть подсвет с КА на rеостационарной орбите, KOTO рый находится неподвижно в заданной точке над экватором, и серия пассивных приемных сенсоров аэрокосмическоrо базирования. Используют также тандемы двух КА с РСА на близких орбитах, обеспечивающих излучение зондирующеrо сиrнала с помощью передатчика на одном из КА и синхронный прием отраженных сиrналов, приемными устройствами обоих КА. rеометрия обзора таких систем рассмотрена в разделе 3.3. Принцип действия РБО иллюстрирует рис. 3.1. Бортовая аппаратура РБО включает в себя приемопередатчик (ПРМПР Д), антенну и блок обработки инфор мации (БОИ), в котором формируется радиолокационное изображение (РЛИ) дЛЯ ero передачи по радиолинии на наземный приемный пункт. Антенна, луч которой направлен перпендикулярно линии пути, имеет большой раскрыв Dxant вдоль линии пути (по азимуту). Ее можно представить в виде линейки излучателей, формирую щих широкий луч по вертикали и узкий  по rоризонтали. rеометрия боковоrо обзора для случая прямолинейноrо paBHoMepHoro движе ния радиолокатора (РБО или РСА) показана на рис. 3.2. Начало координат Haxo дится на поверхности Земли. Ось Z направлена вертикально вверх, ось Х направле на вдоль вектора путевой скорости носителя V, ось У  вправо по нормали к векто... 109 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ру путевой скорости. Координаты радиолокатора s: Xs(t)==Vt  вдоль линии пути; Ys==O  поперек линии пути; Zs  высота полета. Координаты цели: Х Т  вдоль линии пути; У Т  поперек линии пути (rоризонтальная дальность); ZT  высота цели над поверхностью Земли. Заметим, что при правостороннем обзоре, показанном на рис. 3.2, система координат XYZ левая. б . .; ".- ,-' '.. "i. БОИ ПРМПРД .........."., Антенна AJ!!!!i '\ . .  ",-r'" ... а .- >................ 1 '" .. I!'P ......:  .! .,с- .Dxant '#' .'1; II.", .',  . ..' t .' " : ';/ . ...   . -.;' в ., <... Х алt .. '../ .,. :1 .( '.1  ...... Рис. 3.1. ПРИНЦИП действия РБО: а  бортовая аппаратура РБО; б  фото района съемки (пролив rибралтар); в  радиолокационное изображение (Р ЛИ); 2  фраrмент Р ЛИ морской поверхности с отметками от кораблей S(X s ,  ,ZS) h / Gxa"t \ , Х Т У Т У Рис. 3.2. rеометрия боковоr() обзора при прямолинейном движении в простейшем случае антенна излучает формируемую передатчиком последо вательность коротких импульсов длительностью т, заполненных СВЧколебаниями с частотой fo и следующих с периодом повторения Тр. Излучаемый сиrнал в KOM плексной форме имеет вид Nl U ! (t) = L A(t  kTp )ехр{ j2JZ" 10 (t  kTp) + jtpk} , (3.1) k==O rде A(t)  оrибающая импульса; lJ\  фаза излучаемоrо импульса; N  число излу чаемых импульсов за время наблюдения t. 110 
fлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землео6зора ... Электромаrнитные колебания, излучаемые антенной, распространяются в пространстве, достиrая наблюдаемой поверхности, и отражаются от нее. При нали чии точечной цели, удаленной от радиолокатора на расстояние R по наклонной дальности, принятый антенной от каждоrо зондирования сиrнал от цели будет за держан на время t R == 2R/ с , rде с==299792448 м/с  скорость света. Обычно временные процессы, характеризующие принимаемые сиrналы, pac сматривают раздельно: для каждоrо зондирования и в процессе перемещения pa диолокатора вдоль траектории полета. Процесс для каждоrо зондирования (по Ha клонной дальности) определяют зависимостью от «быстроrо» времени tR, отсчиты BaeMoro от момента излучения kro зондирующеrо импульса. Временной процесс, связанный с движением радиолокатора вдоль траектории полета (будем применять термины «вдоль линии пути» или «по азимуту»), характеризуем «медленным» (траекторным) временем tx. Принятый от цели сиrнал определится формулой . . ( 2R(tx) ) Ur(tR,t x )==QA(R,a,Ltr)G(a)U T t R  С Х xexp{ j2K x R(t x )}, (3.2) rде К х ==2ж/).  волновое число; А == c!fo  длина волны радиолокатора; G(a)  коэф фициент усиления антенны в направлении на цель; а  уrол отклонения направле ния на цель от максимума ДНА; QA(R,a,Ltr)  амплитудный множитель (см. ypaBHe ние дальности в разделе 3.4). Он зависит от наклонной дальности цели R, ее эффек тивной площади рассеяния (ЭПР) о; а также коэффициента потерь на трассе pac пространения сиrнала Ltr. Наклонную дальность цели R в пределах луча ДНА счи тают дЛЯ РБО постоянной. Разрешающая способность РБО и РСА по наклонной дальности определяется длительностью зондирующеrо импульса r или для современных РСА, использую щих сложные широкополосные сиrналы,  длительностью сжатоrо импульса Те, определяемоrо шириной спектра излучения Те == 1 / М СТ е С PR =2= 2М Разрешение поперек линии пути на поверхности Земли (эту координату по аналоrии с самолетными РЛС называют rоризонтальной дальностью) определяется пересчетом наклонной дальности R в rоризонтальную дальность У. ДЛЯ самолет ных РБО и РСА, в которых наклонная дальность, как правило, значительно превы шает высоту полета, значения наклонной и rоризонтальной дальностей и разреше ния по этим координатам близки. Для космических РБО и РСА различия сущест венны и определяются rеометрией космическоrо обзора с учетом высоты орбиты, кривизны Земли и друrих параметров. rеометрия обзора поперек трассы полета в космических РБО и РСА представ лена на рис. 3.3 с учетом сферичности Земли. Параметры обзора: Rs  радиус орби ты спутника, Re  радиус Земли на широте цели, y уrол наблюдения (визирова (3.3) 111 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования IIолоса съемки ния) от надира (подспутниковой точки), R  наклонная дальность, У  rоризонтальная дальность по дуrе большоrо Kpyra, /'i  уrол падения (от.. носительно местной вертикали в точке наблюдения). Основные соотношения при обзо ре получаем из треуrольника SOP: по теореме косинусов R 2 == R; + R;  2RsRe cos ау; (3.4) по теореме уrлов треуrольника Yi ==у+а у ; (3.5) нп F Rs по теореме синусов siny sin(l 80  Yi) slna y  (3.6) Re Rs R Вычисляя, имеем уrол падения (от местной вертикали в точке наблюдения) ( Rs ) ( R2R2R J Yi == arcsin  sin у == arccos s е Re 2ReR и rоризонтальную дальность по дуrе большоrо Kpyra с уrлом, равным ау у == Reay , Рис. 3.3. rеометрия обзора поперек трассы ДВИ" жения КА В космических РБО и РСА: полоса съемки обозначена пунктиром; показано начальное положение полосы съемки (3.7) (3.8) rде ау == /'i  У  центральный уrол, определяющий вынос точки наблюдения отно" сительно следа КА. Таким образом, разрешение поперек линии пути (на поверхности Земли по дуrе большоrо Kpyra) в РБО и РСА дЛЯ cTporo боковоrо обзора определится через разрешение по наклонной дальности и уrол падения ру == R sln Yi с 2М sin Yi (3.9) Разрешение вдоль линии пути (по азимуту) в случае РБО определяется шири.. ной луча антенны по rоризонтали, характеризующей область облучения X ant на земной поверхности, показанную на рис. 3.1, в. Для реальных антенн ширина луча по уровню 3 дБ близка к величине aant ). ID xant , rде Dxant  rоризонтальный размер антенны РБО. Поэтому разрешение РБО вдоль линии пути Рх == RA/ Dxant . (3.10) Например, для космических РБО, работавших в диапазоне волн А""3 см, при rоризонтальном размере антенны Dxant == 1 О м и дальности наблюдения R, равной нескольким сотням километров, разрешающая способность по азимуту составляла около 2 км. 112 
fлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землеобзора ... Изза низкой разрешающей способности космические РБО приrодны для rло бальноrо мониторинrа поверхности океана, растительноrо покрова, ледовой раз ведки, контроля надводной обстановки. На рис. З.4 показано радиолокационное изображение (Р ЛИ) тропическоrо циклона Диана, полученное с помощью РБО «KOCMOC 1500» [197].  .... :.. :".:. "/: . ,   , . -' - ....:::.' . ,! r Рис. 3.4. РЛИ тропическоrо циклона Диана, полученное с помощью РБО «KOCMoc1500}) Положительным свойством HeKorepeHTHbIx РБО является возможность работы с низкой частотой повторения зондирующих импульсов, что позволяет реализовать большую полосу съемки (зону захвата), которая оrpаничена ухудшением разрешаю щей способности по rоризонтальной дальности при минимальном yrле падения и ухудшением энерrетическоrо потенциала при максимальных наклонных дальностях ДУ == Утах  Y min == Re ( а у  а У . ) == тах тап {  .  . } Sln . . Sln . . == R arcsin ах 11 тах  arcsin ш 11 тш . е   (З .11) Заметим, что для плоской модели Земли уrлы наблюдения и падения совпа дают. В РСА проблема расширения полосы съемки значительно сложнее сложнее, так как для однозначности сиrналов по азимуту в космических РСА требуется BЫ сокая частота повторения зондирующих импульсов, которая вызывает неоднознач ность по наклонной дальности (см. раздел З.6). 3.2. Принцип действия радиолокаторов с синтезированной v апертурои антенны Основной недостаток РБО  низкое разрешение вдоль линии пути устраняется в радиолокаторах с синтезированной апертурой антеннь] (РСА). Формирование изо бражения по линии пути (азимуту) с получением BbIcoKoro пространственноrо раз решения в РСА основано на коrерентной обработке сиrналов, принятых в процессе движения носителя РСА. Структурная схема космическоrо РСА (рис. 3.5) Он включает в себя бортовой радиолокационный комплекс (космический cerMeHT) и наземный комплекс приема и обработки информации (наземный cerMeHT). 113 
Синхро низатор т Пере датчик fo Переключатель прием/передача fo Космический cerMeHT fs Антенна РСА  Блок сопря жения с радио.. линией БФС Е s f 11et Приемник ФД АЦП Sln ФД Sln Процессор управления, контроля КРЛ Навиrационное оборудование  Телеметрия  а) Наземный cerMeHT  КРЛ Приемник РПД Архив информационных продуктов Синтез комплексноrо РЛИ Детектирование и HCKorepCHTHoe накопление РЛИ Нормализация: радиометрическая и rсометрическая коррекции .Привязка к карте Тематическая обработка б) Рис. 3.5. Структурная схема системы радиолокационноrо наблюдения: ifo  несущая частота сиrнала; Is  частота принятоrо сиrнала; fhet  частота rетеродина; fif промежуточная частота; Fs  частота квантования сиrнала) 114 
rлава 3. Современные методы космнческоrо раднолокацнонноrо землео6зора ... Бортовой комплекс включает в себя блок формирования сиrналов (БФС), син хронизатор, передатчик, переключатель прием/передача, антенну, приемник с BЫXO дами на фазовые детекторы ФД синусноrо и косинусноrо квадратурных каналов, аналоrоцифровые преобразователи АЦП квадратурных каналов, блок сопряжения с радиолинией передачи данных, процессор управления и контроля, навиrационное оборудование и две радиолинии: командная КР Л и передачи данных (РПД). Наземный комплекс включает в себя командную радиолинию, приемник РПД, архив информационных продуктов, устройства синтеза комплексноrо радиолока ционноrо изображения (КРЛИ), детектирования КРЛИ с получением амплитудно ro (АРЛИ) или энерrетическоrо (ЭРЛИ) изображений, их HeKorepeHTHoro накопле ния, нормализации, радиометрической и rеометрической коррекций, привязки к rеоrpафическим координатам (карте), а также рабочие места для тематической об работки радиолокационной информации. Передатчик формирует зондирующие сиrналы U t (t) и с помощью антенны облучает местность. Принятые отраженные сиrналы U r (t) после усиления в при емнике и преобразования в квадратурные составляющие на выходах фазовых дe текторов (рис. 3.5) запоминают в специальном устройстве (например, ОЗУ) с уче том их амплитуды и фазы. После этоrо осуществляют их KorepeHTHoe суммирова ние, аналоrичное формированию диаrpаммы антенны. Одновременное суммирова ние СВЧсиrналов в антенной решетке РБО заменяется в РСА последовательным суммированием сиrналов, принятых на участке траектории, rде цель находится в пределах луча реальной антенны РЛС. Длина искусственноrо раскрыва синтезиро ванной антенны Lsynt в РСА соизмерима с размером элемента разрешения РБО вдоль линии пути X ant И значительно превышает размеры физической антенны, yc тановленной на носителе. Это позволяет реализовать высокое разрешение в РСА. Принцип действия РСА иллюстрирует рис. З.6. На рис. З.7 дано полное изображе ния района съемки с разрешающей способностью около 12 м (РСА «МечКУ» КА «Алмаз 1») с увеличенными фраrментами Р ЛИ. , I ' ОЗУ., KOI"cpeHTHbIc ПРД/IIРМ '-:-. .\ 'ц: I '-,  . -, О). '. + . .'  ... .." . ...  , i- .i;:jif< .. iн.&:ш" iI\.-- ) »,; 'jй: :"" . >4: t :::::::::::::::::::::::::::::::::::: y ...' ,. ...-..-- -... ._--.-...--  ..-. . -..... '-'-..-.- ..__.....rr ,;* .. " :;: L svl1t - '",: а" .   - . " . Х Зl1t .. РадиоrОJJоrрамма РСА в ,. :" л- .Оl-:Я::: .. Синтезированное РЛИ z б I " Рис. 3.6. ПРИНЦИП действия РСА: а  бортовая аппаратура РСА; б . фото района съемки (пролив rибралтар); в  радиоrолоrpамма; 2  радио локационное изображение (РЛИ) с отметками от кораблей: Lsynt  длина синтезированной апертуры, Хan.  зо на облучения антенной радиолокатора 115 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования " " "", """'"'    '. .!.  '., 1Ш" . ',." '.'< .., , .  , :" ....... ' .  .  . . .:  .. ..:... : .. .: . .. . ,; '., , ' , ' ., ':,"':< .,  .., '  ..,': . "  " . ,:  . . ,.+,' i'  ,;,':,,10 w  . "*.' с;' ," "" ; '. '..  , ': . ',' i' ' . " . > . . . . , .' ._ " , ' . ; , - .  , , , ' , ' . i " ' : " " ' ,. :': , . > ::;t; . ", , " ",t.; J. >  о"? , . .  c-: '" . ... 'J.' .". ""'" '>  t:' "'\ .to<' ' . ,,\ , ,'..: ,1 , . ,.' . j "'''''' .,. . ..,/\ ."  ":. 1  '- . :Т= . } r.':; , : . : . , . :' ,r ", . . ;. .. , '' ., ;:'; ',:.' .: !31 , .:j'-\,'_. ' ' ] " .. "',' . с?,..;:'..:,.., ::-0, ;;' .«  ,. ." ".' . .:-.:....., -.+"' ;' : .-<. .-, -' ,: '<1 .'.' '.:. . , :.: >;,' :::;.!: ,,- . . . ,J ' ), ", ''>':f:>S ',:, :..':, 10' :' '  . .', <" ,;... "-"'1:.: ,;1" t,  ., , :,. · .. *; ;1: ...   ,... '* ...", .." ")';01 ',У"" -L ' " .. ,. . ,:>'.r ·  V.r' , . \ " \;0) "  ". :11 .' ,f --,_: . . ... ... . -",'" t :" 4,:, \":,; ;"f ".с  ,.;  ' "( ч....,: .;.-; ).'\.  ·  ',<f .  '<i)S:::!:'..t'" .  'Ij i, , " ',"» l: .  Рис. 3.7. РЛИ пролива rибралтар и прилеrающих ropHoro ландшафта и долины (видны уrодья круrлой формы, характерной для применения автоматических сельскохозяйственных TeXHO лоrий, raBaHb с большим числом СУДОВ, морская поверхность с модуляцией ряби, вызванной ветром и влия нием заrрязнений, а также кильватерный след на море от двиrающеrося судна (показаны стрелками)) Временные зависимости фазы, доплеровской частоты и амплитуды сиrнала от одиночной точечной цели Рассмотрим более подробно процесс формирования сиrнала вдоль линии пути (по азимуту) для приведенной на рис. 3.2 rеометрии боковоrо обзора. ДЛЯ РСА нельзя пренебреrать изменениями наклонной дальности цели в процессе движения радио.. локатора, так как они приводят к изменениям фазы принятоrо сиrнала. Текущая наклонная дальность цели R(t x )==  (Zs ZT)2 +У! + (Vt x XT)2 , (3.12) rде tx «медленное время», характеризующее движение радиолокатора. Обычно V.tx < <R. Поэтому временную зависимость наклонной дальности це.. ли можно представить первыми членами разложением квадратноrо корня в сте.. пенной ряд ( ) 2 Vt x R ( t ) ,;::;R + х т ( 3.13 ) х о 2R ' о rде Ro  наклонная дальность на траверзе в точке, в которой производная dR/dt и доп.. плеровская частота F Dop равн ы нулю (точка с координатами {О, У т , ZT} на рис. 3.2) Ro ==  ( Zs  ZT )2 + У! . (3.14) В зарубежной литературе точку с дальностью Ro именуют «ближайшей на.. клонной дальностью» (the nearest slant range). 116 
rлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землео6зора ... в каждом периоде зондирования излучается сиrнал U t (1 R ) == и m (1 R ) е} 21[101 R , (3.15) rде U т  амплитуда;.IO  несущая частота; lR  «быстрое время». Начальную фазу зондирующеrо сиrнала примем равной нулю. Сиrнал от одиночной точечной цели, поступающий на вход приемника, будет иметь фазу, определяемую задержкой сиrнала на двойное время распространения от РЛС дО цели и от цели дО РЛС, и амплитуду, смещенную на время распростра нения и зависящую от ЭПР цели, потерь на распространение до цели и обратно, а также коэффициента усиления антенны в направлении на цель Ur(tR,t x ) =KRGxan{ Vt x  Х Т )Um(t R  2Rx) }X P {j2 1ifO (t R  2Rx) )} { 2 2 } (3.16) ( Vl x XT ) ( 2R(lx ) ) . .4nRo. V (lх 1xт) KRGxant Ro и т t R  С ехр ;21ifriR ; л  ;21r Roл ' rде K R  коэффициент потерь при распространении сиrнала до цели и G xant  КУ антенны в направлении на цель; А == c/fo  длина волны РЛС; с  скорость света; txт == Х Т /V  момент времени, коrда радиолокатор находится в точке «ближайшей наклонной дальности». Заметим, что отсчеты «медленноrо» времени дискретны t)i nT p , rде п  номер зондирующеrо импульса; Тр  период зондирования. CTporo rоворя, текущую Ha клонную дальность (азимутальный отсчет с номером п) можно найти решением параметрическоrо уравнения, учитывающеrо время распространения излученноrо сиrнала от nro положения радиолокатора до цели (дальность R 1n ) плюс время pac пространения отраженноrо сиrнала от цели до радиолокатора, движущеrося со скоростью V (наклонная дальн ость R 2n , суммарное время дt): R(t x )=(R in +R 2n )/2=(  RJ +V 2 (пT p txт)2 +  RJ +V 2 (пT p +дТtхт)2 )/2 и 1 == (R 1n + R 2n )/2с . На практике величиной ! пренебреrают и приближенно считают R(1 х )  R 1n . Учет t приведен в подразделе 4.2.4. После преобразования сиrнала в фазовом детекторе приемника на видеочас тоту множитель, зависящий OT.IO, будет скомпенсирован, и фаза по синтезирован ной апертуре будет иметь квадратичную зависимость от времени ( )  2 V2(tx txт)2  4лУа т 2лу2 2 (3.17) ffJ 1 х  ffJo  Jr  1 х  t хт + ffJ хт , ROA А ROA rде ат  Vtxт /R o == Х Т /R o  уrол отклонения цели от центра синтезированной апер туры при lА О' определяющий линейный член в формуле (3.17); ffJO и ffJxт  постоян ные фазы сиrнала по апертуре синтеза. 117 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Частота принимаемоrо сиrнала (доплеровское смещение, вызванное движени ем РЛС) как производная фазы будет меняться по линейному закону, изменение сиrнала по азимуту будет представлять собой ЛЧМпроцесс (принято tлт---- о) F; ( ! ) == 1 dtp(t x ) == 2V 2 (t x txт) 2V 2 t x (3.18) Оор х 2" dt х RoA RoA Временные зависимости параметров сиrнала приведены на рис. 3.8. Tynt . . . +. .. .. -. R., ffJ, F Оор, U NN , U r _е R( ('д . . .+ .. .+ -. ..+ е. ._ .......... fDop(tx) Iх lJ п11 «(r) ::ШЩf:ШЩI'6  U, (/ '.- ) ::II:I!I:J!:IIП!I!!!lln'II:III(\'ЩI,:I t! r л у)lrVilшшщниu iJ v  n   1  I  \  I IIЩШЩН.щ.: 11 1\11(1,( 11' I!!'II!'!I'\I:!,!!,,::I!"II:: V vНviнШШШШШ' Рис. 3.8. Временные зависимости наклонной дальности R, фазы (jJ, доплеровской частоты Foop, амплитуды U rm и MrHoBeHHoro значения сиrнала U r при прямолинейном движении радиолокатора; по оси абсцисс отложено траекторное время, по оси ординат  условные единицы Зона облучения антенны X ant , равная азимутальному разрешению (3.1 О) в РБО, определяет полосу доплеровских частот сиrнала и максимальное время синтеза в режиме непрерывной съемки (маршрутный режим) м; == 2VX ant == 2V . Т < X ant == ROA ( 3.19 ) Оор , synt  D ' Ro Dxant V xant V rде Dxant  rоризонтальный раскрыв антенны. Синтез апертуры. Антенный подход В литературе по РСА, особенно в ранних публикациях, рассматривали разные под ходы для интерпретации процесса синтеза апертуры: доплеровская фильтрация, антенный подход, соrласованная фильтрация. Воспользуемся антенным подходом. Преобразуем (3.17) к зависимости фазы от координаты Х по апертуре синтеза 118 
rлава 3. Современные методы космнческоrо раднолокацнонноrо землео6зора ... ( Х ) = 4пХ а т  2Jrх 2 + . ffJ А R А СРХТ о Форма синтезированной ДНА при отклонении цели от направления траверза ( 1== 0) выражается интеrpалом Френеля La /2 { 2 } А( )  J А .4пХа т  .2пХ dX а т  .L.I() ехр } } , А ROA La /2 (3.20) (3.21 ) rде Ао  амплитудное распределение поля по синтезированной апертуре, имеющей размер La. Сначала пренебрежем квадратичным фазовым членом, что допустимо, если фазовая ош ибка на краях синтезированной апертуры не превышает л!4, т.е. La < .J RoA / 2 . Этот случай синтеза апертуры, коrда диаrpамма синтезированной антенны формируется в дальней зоне, называется «нефокусированным синтезом» А(ат)=Ао L"f exp { j 4ar } AJ=Ao L"f cos ( 41r; X J dX+jAo L"f Sin ( 41r; X J AJ= !" 12 ""-'\ !" /2 !" 12 ""-'1 sin ( 2 па т La / А ) = A.nax / '1 2JZ"a T L a л rде А тах  амплитуда отклика в максимуме ДНА. Форма синтезированной ДНА ( )  А(ат)  sin(JZ"aT/a O ) . G х а т   , A.nax 1ra T / ао G x (Х т ) = sinc(X T / РХ ), rде функция sinc(x)==sin(7rX)I7rX; ao}J2La  ширина луча синтезированной ДНА; pxRoA/2La  разрешение по азимуту. Формулы для ширины луча и разрешения по азимуту отличаются от случая РБО (3.10) для физической антенны с rоризонтальным размером Dxant наличием множителя 2 в знаменателе. Это обусловлено двойным фазовым набеrом по синте зированной апертуре. Область нефокусированноrо синтеза отмечена на рис. 3.8. Для фокусированноrо синтеза, учитывающеrо сферичность облучающей вол ны, необходима компенсация квадратичноrо набеrа фазы по синтезированной апертуре путем умножения подынтеrральноrо выражения в (3.23) на зависящий от OJ { . 21r Х 2 } Т наклоннои дальности множитель ехр } . акую процедуру выполняют при RoA цифровом синтезе РЛИ с применением алrоритмов соrласованной фильтрации (см. rл. 6). Переписав (3.21) в виде зависимости от времени tx и учтя принятый по апер туре синтеза сиrнал, получаем выражение для расчета сиrнала на выходе РСА по (3.22) (3.23) (3.24) 119 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования азимуту, которое представляет собой свертку входноrо сиrнала по траектории по U . ( ) v v Ф v { . 2п V 2 2 } лета r t х с комплексно сопряженнои опорнои ункциеи ехр } RoA t х ,pea лизующей соrласованную фильтрацию принятоrо сиrнала (для простоты paCCMOT рения не учитываем дискретности tx и записываем интеrpальную сумму) 1'synt /2 { 2 } . . . 2п V 2 Uout(t xт )== J Ur(txtxт)exp } ( х dt x . ROA  1'synt /2 В общем случае соrласованной фильтрации принятоrо сиrнала с учетом пара метров движения радиолокатора и влияния друrих факторов разрешающая способ ность РСА по азимуту определяется выражением R:Av РХ = 2L ' synt rде Lsynt  длина синтезированной апертуры. В обычном маршрутном (с непрерывной съемкой) режиме боковоrо обзора длина апертуры Lsynt не может превышать размеров области облучения X ant . В этом предельном случае разрешающая способность РСА по азимуту равна половине ro ризонтальноrо размера антенны p}iDx ant/2 и не зависит от дальности наблюдения. На практике существуют методы получения азимутальноrо разрешения лучше, чем Dxan/2  так называемые, прожекторный режим, режим двойноrо приема. Они pac смотрены в rл. 4. Особенность формирования РЛИ высокоzо разрешения. Приведенная в формуле (3.16) зависимость оrибающей сиrнала от TpaeKTopHoro времени и m (! R  2R (! х ) / с) может приводить к ее смещению на MHoro элементов разре шения по наклонной дальности. Этот эффект, называемый МИ2рацией дальности (range migration), требует учета при синтезе РЛИ, значительно усложняя алrоритмы синтеза (см. rл. 6). (3.25) (3.26) 3.3. rеометрия обзора при скошенном и бистатическом режимах съемки 3.3.1. rеометрические соотношения в режиме скошенноrо обзора в перспективных космических РСА Moryт применяться режимы не только боковоrо, но и скошенноrо обзора (squint mode), в которых плоскость визирования разворачи вают относительно нормали к вектору путевой скорости, т.е. относительно направ ления боковоrо обзора. Малые yrлы скоса (до + 5°) встречаются при ориентации осей КА не в rpинвичской (путевой) системе координат, как это принято в современных космических РСА, а в орбитальной системе координат (коrда спутник стабилизиро ван в плоскости орбиты). Работа с большими уrлами скоса (до + 60°) может исполь зоваться для повышения оперативности съемки в прожекторном режиме, а также для 120 
fлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землеобзора ... высокоорбитальных РСА и для получения pa диолокационных портретов объектов в разных ракурсах с целью их лучшеrо распознавания. В литературе вместо термина «скошенный об зор» используют также названия «передне боковой обзор» или «заднебоковой обзор». rеометрия скошенноrо обзора в момент Bpe мени F O показана на рис. 3.9. Плоскость визирования из боковоrо об зора OST o поворачивают BOKpyr радиус вектора КА OS на уrол lf/ в положение OST. При этом в момент времени F O луч антенны направляется в упрежденную точку Т. Дуrа У О с центральным уrлом ауо переходит в дуrу У с уrлом ау. Из треуrольников FoOTo и F тОТ с учетом Toro, что отрезок ТоТ'  вертикаль, а Т'Т параллелен вектору путевой скорости и перпендикулярен плоскости OST o , имеем co отношения ауО = УО/ Re; FoTo = FTT' = Re sinayo; FTT = FoTo/coslf/ = Re sinayo/coslf/ = Re sina y . Откуда ау == arcsin ( sin а уо / cos '1/ ) , r == arcsin ( sin YiO J COS lf/ Yi = arcsin ( sin YiO J  а = arcsin ( sin YiO J  arcsin ( Sln ауО ) , cos lf/ у cos lf/ cos lf/ Rs Рис. 3.9. rеометрия обзора поперек трассы движения КА при скошенном обзоре (3.27) (3.28) (3.28) (3.29) R ==   + R;  2Re cos ( arcsin ( sin 10 / Re cos '1/ )) , (3.30) rде параметры ауо, }10 соответствуют случаю cтpororo боковоrо обзора с удалением Уо точки наблюдения от следа КА. Переход в РСА от боковоrо обзора к скошенному обзору иллюстрирует рис. 3.10, на котором для наrлядности Земля изображена плоской, что допустимо в случае низковысотных (до 1000 км) РСА. Примем, что изменение положения зоны облучения земной поверхности реализуется путем двух движений  удалением центра зоны ТО от трассы полета в положение Tl и поворотом плоскости визирова ния SFT 1 на уrол lf/ в положение SFT. В результате возрастает наклонная дальность R (с соответствующими изменениями уrла падения и ухудшением энерrетическоrо потенциала), изменяется длина синтезированной апертуры, а ее синтез реализуется в скошенном режиме с уrлом lf/L в плоскости SToT. Разрешение поперек линии пути находим дифференцированием флы (3.30) по У 121 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования dR RPR РУО sin YiO РУО Р ..... Р. '" ..... '" (3.31 ) у  R. dY  l\, sin(-Yo / RJcos  sinYi cos  cos Перемещение облучающеrо пятна для скошенноrо обзора обеспечивается по воротом КА по курсу, танrажу или электронным способом, используя ФАР. В за висимости от этоrо сечение луча вдоль линии пути, определяющее длину апертуры синтеза, может возрастать пропорционально наклонной дальности (3.30) или больше  для пятна эллиптической формы, вытянутоrо по дальности, при ero по вороте по курсу или в случае электронноrо сканирования в ФАР. Длину синтези рованной апертуры определяется выражением, в котором коэффициент q учитыва ет особенности изменения rеометрии пятна, облучающеrо земную поверхность, L == RA RoA RoA  (3.32) а D q D q D 2q' xant COS lf/ xant COS lf/ L COS lf/ xant COS lf/ rде lf/L == arct g ( glf/ )  уrол между векторами ST o и STHa рис. 3.10. slnY о L a1 х t о Рис. 3.10. ЗОНЫ облучения антенной радиолокатора при режимах.боковоrо и скошенноrо обзора Для самолетных РСА с малым отношением высоты к rоризонтальной дально сти при уо  900 имеем lf/ L  lf/ . rеометрия синтеза апертуры в скошенном режиме показана на рис. 3.11. Ис тинная длина апертуры La проектируется на нормаль к направлению визирования, образуя эффективную длину апертуры Leff. Ширина синтезированноrо луча в этом направлении определяется известной формулой дЛЯ РСА a xant == 2/ 2L eff == 2/ 2L a cos lf/ L . (3.33) 122 
fлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землеобзора ... 4 х . Arp= Л'S1па л '" /..........././ ....................,......... .......... ..... ....... ......... 'If /..../ Рис. 3.11. rеометрия скошенноrо синтеза апертуры Расширение синтезированноrо луча обусловлено уменьшением полосы спек тра доплеровских частот сиrнала, принимаемоrо при скошенном обзоре. Разреше ние вдоль линии пути определяется сечением синтезированноrо луча под уrлом fF1rlf/L к оси луча (а не поперек луча, как при боковом обзоре) R2 Dxant ( РХ == 3.34) 2L eff cos lf/ L 2 cos lf/ L Проведенное моделирование показало, что, например, при yrле падения 450 и yr ле скоса 350 ухудшение разрешения РСА по азимуту при скошенном обзоре не пре вышает 16%, но возможно возрастание боковых лепестков синтезированной ДНА. 3.3.2. Мноrопоэиционные космические системы радиопокационноrо земпеобэора Принцип действия мноrопозиционных систем радиолокационноrо наблюдения Ha земных объектов заключается в разделении передающей аппаратуры (<<передатчик подсвета» ) и набора пассивных приемников. Используются также комбинирован ные режимы моностатическоrо РСА в сочетании с пассивными приемными РСА на спутниках, движущихся по близким орбитам, как это предусмотрено в тандемах РСА TerraSARX и Radarsat2/3 [276,317,330,370,372]. Также перспективно ис пользовать аэрокосмические мноrопозиционные системы с пассивными приемни ками, размещенными на спутниках, самолетах и БЛА. Мноzопозиционные космические РСА имеют следующие преимущества: . получение высокоточных цифровых карт рельефа местности, а также Tpex мерных изображений объектов методами одновременной интерферометрии поперек линии пути КА при оптимальном размере интерферометрической ба зы, поддерживаемой путем соответствующеrо управления орбитами КА (TaH демы КА); . возможность одновременноrо наблюдения объекта под разными ракурсами, что повышает вероятность ero обнаружения и распознавания; 123 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования . индикация наземных целей, двиrающихся с малыми радиальными скоростя ми, методом интерферометрии вдоль линии пути КА с четырьмя фазовыми центрами антенн (обеспечивается тандемами РСА с выбором смещения орбит КА вдоль и поперек линии пути); . поляриметрическая интерферометрия; . MHoroKpaTHoe HeKorepeHTHoe накопление; . повышенная помехозащищенность системы разведки, особенно при построе нии аэрокосмической системы с леrкими приемными устройствами на БПЛА, что значительно повышает оперативность разведки при сопровождении BoeH ных операций. В ситуации, коrда состав длительно функционирующей KOC мической rpуппировки, включающей пассивные датчики, разведан по KOCBeH ным признакам (например, синхронность передачи больших потоков инфор мации), создание оrpаниченноrо набора станций помех, следящих за спутни ками, не является сложной технической проблемой. Поэтому, включение в систему наблюдения мобильных летательных аппаратов с приемными РСА обеспечит скрытность получения разведывательной информации. Принципиально мноrопозиционные и, как частный случай, бистатические системы MorYT иметь совпадающую rеометрию наблюдения, коrда передатчик и приемник находятся по одну сторону от точки наблюдения (рис. 3.12), и с оппо зитной rеометрией, коrда прием ведется по друrую сторону от передатчика. На рис. 3.12, rде У 1 У 2  зона подсвета от КА; Т  центр зоны приема самолетным РСА; }1  уrол падения облучающей волны; Y1D  уrол падения приемной волны; МJ  уrол поворота плоскости приема. По казан случай, как при боковом обзоре, коrда подсвечивающий луч антенны передатчика и луч приемноrо датчика устанавлива ются в плоскостях, нормальных, соответственно, вектору путевой скорости КА V s , или вектору скорости приемноrо датчика V D . В общих случаях такая rеометрия не обязательна.  ,... V s  .. :-. -: -. : ш. 'ч.. . .  s ,....... у о .х Рис. 3.12. rеометрия бистатическоrо обзора с совпадающими направлениями наблюдения: Y 1 У 2  зона подсвета от КА; Т  центр зоны приема самолетным РСА; }1  уrол падения облучающей волны; Y1D  уrол падения приемной волны; '1/0  уrол поворота плоскости приема 124 
fлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землеобзора ... Положение передатчика подсвета в rеоцентрической rринвичской системе KO ординат характеризуется координатами XsYsZs. Положение приемноrо датчика оп ределяется координатами XDYDZ D . Наклонные дальность облучения R цели Т с KO ординатами XTYTZ T и дальность приема отраженноrо сиrнала R D характеризуются формулами R ==  ( Х Т  Xs)2 +(У Т  Ys)2 +(ZT Zs)2 , (3.35) R D ==  (XT XD)2 +(У т YD)2 +(ZT ZD)2 . (3.36) Одна из важнейших проблем при бистатическом зондировании состоит в син хронизации движений передающеrо и приемноrо модулей. Соrласование reoMeT рии обзора обеспечивается проrнозными траекторными измерениями с их KoppeK тировкой по аппаратуре GPS, установленной на обоих датчиках. Для временной синхронизации возможно применение кодированных синхропосылок, использова ние прямоrо сиrнала от передатчика, восстановление строчной структуры данных в процессе синтеза РЛИ. KorepeHTHocTb сиrналов обеспечивается применением BЫ сокостабильных опорных reHepaTopoB. Взаимное расположение облучающей и прием ной волн характеризуется уrла ми: направление облучения  уrлом падения облучающей волны 1, направление приема рассеянноrо излучения  уrлом падения Y1lJ, отсчитываемым от местной вертикали в точке наблюдения, и уrлом 'f/D поворота плоскости приема. Указанные выше параметры бистатическоrо обзора учитываются при расчете энерrетическоrо потенциала РСА, включая оценку УЭПР отражающей местности при yrлах наблюдения YtD и 'f/D, отличных от yrла падения при моностатическом обзоре. При работе в режиме тандема двух КА можно обеспечить оптимальную «мяr кую» интерференционную базу (от 200 м до 1 км В зависимости от диапазона волн РСА), значительно превышающую размеры «жесткой» базы (60 м), реализованной в бортовом комплексе SIRC/XSAR SRTM космическоrо корабля Space Shuttle [521]). При этом повышается точность вычисления карт рельефа местности, а TaK же точность измерения скорости движущихся объектов за счет «мяrкой» базы BMe сто разделения приемной ФАР на две секции по азимуту (см. подраздел 4.2.4). Для режима тандема координаты обоих КА должны быть близкими и разли чаться на величину интерферометрической базы, образуемой интервалом времени задержки положения на орбите (вдоль орбиты) и смещением rеоrpафическоrо поло жения узла орбиты BToporo КА. Соответственно R r-.J R D , YiD r-.J }1, 'f/D == о. в этих усло виях разрешающая способность (и друrие параметры) получаемых РЛИ близки. При образовании сложной орбитальной rpуппировки для мноrопозиционноrо зондирования разрешающая способность бистатическоrо РЛИ будет зависеть от rеометрии обзора С'с ру == . . / ' SlnYi +SlnYiD COS'f/D rде Те ==1/дF  длительность сжатоrо импульса, обратно пропорциональная ширине спектра зондирующеrо сиrнала. (3.37) 125 
Радиолокационные системы землео6зора космическоrо базирования Разрешающая способность по азимуту определиться через наклонную даль ность до приемноrо датчика и время синтеза, которое для аэрокосмической систе мы может быть оrpаничено временем пролета спутником зоны, облучаемой пере дающей антенной т == RA synt D V а sg (3.38) RDA РХ == , VDynt rде V sg  скорость следа КА на поверхности Земли. 3.3.3. rеометрия обзора при бистатическом квазизеркапьном космическом режиме съемки Для rлобальноrо мониторинrа океанских явлений широкие возможности дает при менение оппозитноrо бистатическоrо зондирования, использующеrо наклонное «квазизеркальное» зондирование поверхности океана, при котором РСА принимает сиrналы от «радиолокационноrо блика», образованноrо «подсветом» поверхности с передающеrо косми ческоrо аппарата. rеометрия TaKoro оппозитноrо бистатическоrо обзора показана на рис. 3.13. Пусть заданы высоты орбит пе редающеrо Hs и приемноrо H D КА и текущий центральный уrол aSD меж YD ду подспутниковыми точками. Точка зеркальноrо отражения Т m между пе редающим КА S и приемным КА D будет удалена от обоих КА с наклон ными дальностями R и R D , обеспечи Рис. 3.13. rеометрия бистатическоrо вающими равенство уrлов падения }1 квазизеркальноrо обзора и отражения YiD. В оппозитной системе в области квазизеркальноrо приема разрешающая спо собность резко ухудшается. Она определяется большим пятном (бликом) на Ha блюдаемой поверхности. Положение зеркальной точки Т т (центральный уrол а т ) находят из следующих уравнений при Ylli=}1 s Rs а l11 о sln Yi Re + Hs sina sin(Yi am)  m  R Re sln YiD Re +H D sin(a SD aт) R sin(a SD am YD) Re 126 (3.39) (3.40) 
fлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землеобзора ... При равной высоте орбит обоих спутников имеем для уrлов падения и OTpa жения Yi = YiD = arcsin( ; sin( a SD /2)). (3.41) rде =+Hs радиусорбитКА; R=  Я;+R;2RDсоs(аSD/2) наклон пая дальность от каждоrо из КА ДО точки зеркальноrо отражения. Суммарная наклонная дальность определится формулой ( ) 2 2 ( a SD Д У ] R SD Y == Rs +Re 2RsRDCOS  + 2 Re 2 2 ( a SD Y ) + п +R 2п R cos  ..L е ..L D 2 R ' е (3.42) rде ДУ  приращение rоризонтальной дальности (по дуrе большоrо Kpyra) относи тельно зеркальной точки. Разрешающую способность бистатическоrо РСА в зависимости от удаления текущей точки от зеркальной точки можно определить, решая уравнение относи тельно Ру при заданном разрешении РСА по наклонной дальности PR PR == R SD (Y + Ру (Y))  R SD (Y) . (3.43) На рис. 3.14 приведена зависимость разрешения по rоризонтальной дальности от удаления текущей точки от зеркальной точки при высоте орбит обоих КА 800 км, их удаления друr от друrа на 2000 км. Уrол падения для зеркальной точки равен 600, полоса зондирующеrо сиrнала 300 мrц (разрешение по наклонной дальности 0,5 м). РУ' м . I . I I .. 1. 50 шшtшt   trш 40 ..................................................................................................................................... ...... ...... ......................................................................................................................................... : р : :: 30 шшlш i ш    +:+шш 20 tt    tt I 1 .. I I .. l' ,. 1 О t I  t  I t I о 600 400 200 о 200 400 /1 У, км Рис. 3.14. Зависимость разрешения по rоризонтальной дальности от удаления текущей точки от зеркальной точки HsHD800 км. Масштаб тонкой кривой уменьшен в 1 О раз 127 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 3.3.4. 6истатический режим обзора с подсветом от передающей РЛС на rеостационарной орбите Определенные перспективы и преимущества перед низкоорбитальной космической rруппировкой для зондирования океана имеет сочетание подсвета с КА на reocTa ционарной орбите с системой низкоорбитальных спутников [182, 183*]. rеометрия обзора по казана на рис. 3.15. Задавая значения радиусов орбит передающеrо КА Rst == 42164 км и приемных датчиков R D1 , R D2 в формулах (3.40), (3.42) и (3.43), можно рассчитать зависимость разрешения по rоризонтальной дальности от удале ния текущей точки от зеркальной точки. На рис. 3.16 приведена зависимость разрешения по rоризонтальной дальности от расстояния относительно точки зеркальноrо отражения при квазизеркальном бистатическом обзоре с подсветом от РЛС на rеостационарной орбите. Высота op бит приемных КА  800 км. , , , , , ROI : , , , , " , , , , , ' , ,'R D2 , " , , , " " о ............ Боковой обзор Скошенный обзор Rst Рис. 3.15. rеометрия бистатическоrо обзора с подсветом от РЛС на rеостационарной орбите dY,M 40 о 600 oo 200 о 200 400 У, км 30 Рис. 3.16. Разрешение по rоризонтальной дальности при квазизеркальном бистатическом обзоре с подсветом от РЛС на rеостационарной орбите (масштаб тонкой кривой уменьшен в 10 раз) 128 
fлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землеобзора ... 3.4. Энерrетические характеристики космических радиолокаторов эемлеобэора Мощность принимаемоrо РСА сиrнала вычисляют с помощью уравнения радиоло кационной дальности [54, 214]. Одна из форм записи этоrо уравнения в виде про изведения трех сомножителей характеризует физические процессы при распро странении, рассеянии и приеме сиrналов Р. = G ст Seff (3.44) r 4пR 2 4пR 2 L ' rде Pt  излучаемая мощность; G  коэффициент усиления (КУ) антенны; R  Ha клонная дальность; (У  эффективная площадь наблюдаемой цели; Seff  эффектив ная площадь антенны; L  суммарные потери при двойном распространении сиrна ла (в тропосфере, ионосфере, а также в растительности при обнаружении объектов сквозь листву и др). Если не рассматривать потери в трассе распространения сиrнала, то первый co множитель представляет собой плотность потока мощности излучения на расстоя нии R от РЛС. Числитель BToporo сомножителя (Y эффективная поверхность pac сеяния (ЭПР) цели  определяет долю отраженноrо сиrналов в направлении РЛС, а ero знаменатель учитывает распределение электромаrнитной энерrии в пространстве на расстоянии R от цели, т.е. у РЛС. Произведение первоrо и BToporo сомножителей определяет плотность потока мощности отраженноrо сиrнала в раскрыве приемной антенны РЛС. Будучи умноженным на эффективную площадь антенны, это произве дение определяет мощность сиrнала от цели на входе приемника. К эхосиrналу от местности добавляются собственные (тепловые) шумы ап паратуры. Так же, как и сиrнал от местности, они представляют собой случайный процесс, только с очень широким спектром частот. Приемник выделяет из спектра полосу, соответствующую своей полосе пропускания. В классической теории pa диолокации, рассматривающей задачу обнаружения точечных целей на фоне шу мов приемника, обычно оценивают отношение сиrнал/шум по мощности для двух сечений радиолокационноrо тракта: на входе детектора оrибающей и после HeKO repeHTHoro накопления (последетекторная фильтрация). Применительно к РБО и РСА, предназначенным для наблюдения протяжен ных объектов, характеризуемых удельной эффективной поверхностью рассеяния (УЭПР) (УО, влияние шумов приемника характеризуют параметром (УОпе «(УО шумово [о эквивалента  NESZ  noise equivalent sigma zero). Это такое значение УЭПР фо на местности, который создает на выходе приемника (или синтезированноrо РЛИ) мощность, численно равную мощности шумов прием ника. Влияние последетек TopHoro HeKorepeHTHoro накопления оценивается отдельно как параметр, обеспечи вающий улучшение радиометрическоrо разрешения или изменение кривых Bepo ятности обнаружения компактных объектов. Значение (УО пе, характеризующее чувствительность РБО или РСА, вычисляют по формуле (учтено, что Seff== GА?/4п) 51492 129 
о (4п-)3 R4pnL о- пе == 2 2 ' G А РхРу (3.45) rде рх, РУ  разрешение на местности для рассматриваемых сечений тракта РБО или РСА; рхХру  площадь элемента разрешения на местности; L  суммарные по тери в трассе распространение сиrнала (без проникновения в листву); Рп  мощ ность шумов на входе приемника, определяемая выражением 1;. == k[ + То (Fn  1)] == 4 .1021 Fn. (3.46) Здесь k == 1,38 .1023 Вт/rц ок  постоянная Больцмана, То  абсолютная темпера тура прием ной системы, Те  абсолютная температура источника сиrнала (для РЛС обзора земной поверхности принимают Т е ==Т о ==290 0 К), ДF  полоса пропускания приемника, Р п  шумфактор приемника. Значения излучаемой мощности и шумов приемника относятся к фланцу aH тенны. Потери в антенном тракте учитывают в значении коэффициента усиления (или эффективной площади антенны). Заметим, что для разных сечений трактов РБО или РСА (вход приемника, Kore рентная обработка  сжатие по дальности дЛЯ РБО и РСА или синтез РЛИ дЛЯ РСА) значения разрешающей способности рх, ру MOryт быть разные, но величина 0-0 пе OCTa ется постоянной. Это связано с тем, что сжатие сиrнала по дальности и/или азимуту приводит к уменьшению площади разрешаемоrо элемента и пропорционально уменьшает ero ЭПР. Отношение сиrнал/шум+фон по уменьшенной ЭПР от фона Me стности сохраняется. Напротив, для малоразмерных целей оно возрастает с увеличе "ием коэффициента сжатия сиrнала и уменьшением площади фона. При расчетах энерrетическоrо потенциала по формулам уравнения дальности (3.44)(3.46) обычно принимают, что в случае простоrо зондирующеrо импульса излучаемая мощность равна импульсной Pt P imp . Для широкополосных ЛЧМ или ФМимпульсов принимают Pt P impk e , rде ke==tlilT  коэффициент сжатия по дально сти при полосе сиrнала ДF и длительности импульса 'С. Можно также ввести OT дельные обозначения для разрешения на местности до сжатия по дальности РУ} и азимуту PXl и после синтеза РЛИ со сжатием по дальности p rp yllk e и по азимуту P rPXl IN synt , rде N synt  число KorepeHTHo суммируемых импульсов по азимуту. Соотношения (3.44)(3.46) позволяют по заданному значению чувствительно сти 0-0 пе РБО или РСА вычислить требуемую импульсну мощность P imp И cpeд нюю мощность Р ер (4п-)3 R41;.L тp == О 2 2 O"ne G А PYIPXl (4п-)3 R4pnL О 2 2 ' O"ne G А kcpyPxNsynt (3.47) P ==Р ПnР (  )- 130 
fлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землео6зора ... По значениям импульсной и средней мощностей с учетом выбранноrо типа передающеrо устройства и допустимой скважности для выходноrо усилителя мощности задают длительность зондирующеrо импульса т и вычисляют коэффи циент сжатия зондирующеrо сиrнала по длительности kc==/:;FT. 3.5. Радиометрическое разрешение в радиолокаторах эемпеобзора 3.5.1. Радиометрическое разрешение в РБО Пространственнопротяженные объекты (например, фон местности или rрупповые объекты) при облучении их радиоволнами создают рассеянное излучение, часть KOToporo перехватывается приемной антенной РЛС (рис. 3.17). Каждый участок фона представляет собой хаотический набор элементарных отражателей и по разному ориентированных. В пределах каждоrо элемента разрешения РЛС проис ходит векторное суммирование сиrналов от этих элементарных отражателей и формируется суммарный сиrнал, причем, как правило, доля энерrии каждоrо OTpa жателя MHoro меньше суммарной энерrии в элементе разрешения. Сиrнал, прини маемый РЛС от данноrо элемента разрешения, будет иметь случайное значение ЭПР, которое может изменяться от ракурса наблюдения, от элемента к элементу или от захода к заходу съемки в несколько раз. Похожее явление происходит и при зондировании сверхширокополосными сиrналами с их коrерентной обработкой (соrласованной фильтрацией) до тех пор, пока размер разрешаемоrо элемента пре вышает размер неоднородностей наблюдаемоrо объекта (поверхности). Для радиолокационных изображений характерно наличие спеклшума, обу словленноrо узкополосностью зондирующеrо сиrнала (малое отношение дF/fo). Такое же явление наблюдается в оптическом диапазоне волн при освещении узко полосным лазерным излучением поверхностно распределенных объектов. Сравним два случая, представленных на рис. 3.18: наблюдение при освещении источником белоrо света с широким спектром (диапазон длин волн Alight == == 390...770 мкм) и монохроматический подсвет лазерным источником (Al aser "" '" 700 мкм), аналоrичный узкому спектру одночастотноrо радиолокационноrо Ha блюдения. J::s: ,-- .« .:!.(:: Л " ' :' - ........ :, . . ..-.;0. .  _.  .i::.1: ::;) ':p.;:J а) б) в) Рис. 3.17. Формирование диаrpаммы обратноrо рассеяния от шероховатой поверхности (а, б) и от rpупповоrо объекта  корабля (в) 131 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования    ЯRW>,.  If:lr(. «:";' :'.,:.:.. '. ;;:.  ._.; ., . о.. :_:_. ,.__  - , Wt IE :.? -  Ш2б ш1 I  , 5\:ff!J, мв (оЙ в) tjr'!r,Jf lв.g; - - , а) б) -:о 1 <,/ Рис. 3.18. Обложка книrи, снятая в белом свете (а) и в свете лазера (б) и соответствующие rистоrpаммы яркости (в, 2) (СКО флуктуаций яркости различаются в 12 раз) Диаrрамма обратноrо рассеяния (ДОР) от распределенных объектов при радио локационном наблюдении (а также лазерном под свете ) имеет' мноrолепестковую структуру, причем yrловая ширина лепестка пропорциональна отношению длины волны к размерам элемента разрешения (или размерам rрупповоrо объекта, если он меньше элемента разрешения). В частности, дЛЯ ДОР по азимуту будем иметь А а х   , (3.48) Ха rде Ха == РХ  азимутальное разрешение РБО или размер rрупповоrо объекта по азимуту. Сиrнал, принятый от однородной шероховатой поверхности, является raycco вым процессом, к которому добавляются шумы приемника. Сиrнал на выходе ли нейноrо амплитудноrо детектора А распределен по закону Релея: р(А) ==  exp {  А: } , (3.49) u sq 2u sq rде u 2 Sq  дисперсия процесса (квадрат среднеквадратичноrо отклонения) на входе детектора, определяемая средней ЭПР данноrо элемента, шумами приемника и KO эффициентом передачи сквозноrо тракта РБО Q: U;q == Q(тп == Q( (то + (Тe ), (3.50) rде c?sn == с? + с?nе  эквивалентное значение УЭПР, определяемое суммарным процессом фон + шум, включающим сиrнал, отраженный от наблюдаемой MeCTHO сти с УЭПР с? и шумы приемника, характеризуемые значением шумовоrо эквива лента с?nе. В практике обработки сиrналов в РБО и РСА обычно применяют не ампли тудный (линейный), а квадратичный (энерrетический) детектор, выходной сиrнал 2 KOToporo Е А пропорционален мощности процесс а на входе детектора или значе нию суммарной УЭПР дЛЯ данноrо элемента разрешения на местности. Для KBaд ратичноrо детектора выходной сиrнал имеет экспоненциальное распределение р(Е) ==exp {  Е2 } . (3.51) 2u sq 2u sq 132 
rлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землео6зора ... С учетом формулы (3.50) плотность распределения отсчетов (однократных наблюдений) суммарной УЭПР фон+шум z 1 O p(z)==oe Й- sп , a sn rде z  случайное значение суммарной УЭПР Фон+шум, определяемое процессом на выходе квадратичноrо детектора при однократном наблюдении. При движении радиолокатора изменяется ракурс наблюдения данноrо элемента разрешения, что приводит к флуктуациям принятоrо сиrнала. При усреднении при нимаемоrо сиrнала (последетекторное HeKorepeHTHoe накопление) дисперсия флук туаций выходноrо процесса уменьшается обратно пропорционально числу незави симых наблюдений в каждом элементе разрешения N. Плотность распределения OT счетов УЭПР будет подчиняться закону iраспределения с 2N степенями свободы, который в нормированном виде находят по формуле [154*, 160*, 163*, 295] NN  N: ( z J Nl PN(Z)= О (Nl), e й- 5О о O"sn . O"sn При больших N плотность вероятности приближается к rayccoBY закону [1]: ( J 2 1 z N l 1 N 2 а О PN(Z)= ТN e 50 . (то v2; sn (3.52) (3.53) (3.54) Среднее значение, дисперсия и среднеквадратичное отклонение (СКО) отсче тов УЭПР соответственно а02 о М, {z} = (тп; D{z} = ;. ; CKO{z} =  . (3.55) Законы распределения плотности вероятности и интеrральные законы распре деления при последетекторном накоплении приведены на рис. 3.19. р .. . . I I I . I I . . . I . . . I I .. . . I I I . I . I . I I . I .. I I 1 6 .j.. . .j...j...j...j...j...j.. , i . 16 i i ; i i  ! 1,2  =i =t!t= == 1: : i : ; i : i : '.T T ti"ttт'r.'шt О 8 .... : ........: . ......i.............i........_..............................................................4........ , : : : : : : : : .. 4: : : : : : 0,4  : :.. :=R+;f=r=  tш! +irttt 00 2 4 3 z F I I I I I I I I I I I I 1 ,2 Jш т l ш+шJ+tшшt+ш+ш I I ! ! ! I i I ! шtшш ! ' шшl :  I I ; ; О 8  t l ш   +ш!шшl t l шшlш t l шШ , I I I I I I I I I I I I I I I I шt jшJJшш t ' шшtшtш t !  N == 1 1 I I I I I I I I I I I 0,4 Ш I ш I шшtшшtшtшш т ' + I tt I I J I I 1 14 I I I I i i i    tшttшtшttшttш I 16 I I I ! I I I I I I : : ! I , 00 1 2 3 4 z Рис. 3.19. Плотности вероятностир(z) и интеrральные функции распределения F(z) процесс а на выходе квадратичноrо детектора при и 2 == 1 и числе независимых наблюдений sq в элементе разрешения, равном N 133 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Частным случаем при N 1 является экспоненциальное распределение (3.51). Число независимых наблюдений определяется интервалом корреляции флуктуаций и периодом выборок. ДЛЯ РБО пространственный интервал корреляции флуктуа ций по азимуту при наблюдении фона местности соответствует ширине лепестка ДОР (3.48) и имеет значение, равное rоризонтальному размеру антенны РБО Dxant X corr  Ra х == RA/ X ant ==Dxant . (3.56) Интервал временной корреляции флуктуаций при наблюдении фона MeCTHO сти в РБО равен времени, за которое радиолокатор перемещается на азимутальный размер антенны: 'corr  Dxant/ V , (3.57) rде V  путевая скорость. Поскольку интервал корреляции азимутальноrо сиrнала в РБО значительно меньше длительности сиrнала, принимаемоrо от данноrо элемента (T sig Xa nt/V), возможно усреднение флуктуаций сиrнала за время наблюдения, причем макси мальное число независимых наблюдений в элементе разрешения составляет N х < N Хmах == Xant/ Dxant == RA/ D;ant . (3.58) При наблюдении rрупповых целей, размеры которых меньше, чем азимуталь ное разрешение РБО, число независимых наблюдений вычисляют по формуле { Xant/VТ p Ха < X ant N x == Xant/X a Xa>Xant (3.59) rде Тр  период зондирования; VT p  путь, проходимый радиолокатором за период зондирования. В РБО в отличие от РСА нет оrраничений на выбор периода повторения зон дирующеrо сиrнала. Ero выбирают из требуемой полосы съемки, и может оказать ся, что ero величина превышает интервал корреляции флуктуаций принимаемоrо сиrнала. Тоrда число отсчетов сиrнала N x будет меньше N xmax , но все они будут некоррелированными. Радиометрическое разрешение характеризует возможность различения объ ектов, имеющих яркостные контрасты, т.е. отличающиеся по значениям ЭПР или УЭПР. ДЛЯ оценки радиометрическоrо разрешения предлаrались различные крите рии [295, 319, 413], основанные на оценке вероятности ошибки правильноrо обна ружения яркостноrо контраста. Сравнение этих критериев показало, что наиболее устойчивым параметром является оценка среднеквадратичноrо отклонения флук туаций наблюдаемоrо процесса. Техническим параметром, характеризующим радиометрическое разрешение РБО или РСА, является значение среднеквадратичноrо отклонения (СКО) Флуктуа ций наблюдаемоrо процесса при большом отношении сиrнал/шум, коrда c?sn'Zc? Разрешаемое приращение УЭПР (дифференциальный контраст) и разреша емый абсолютный контраст (в децибелах) определяются формулами 134 
rлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землео6зора ... 1 oK sn == JN ' Кsп,дБ ==lOIOg(l+ .iN ), rде N  число независимых наблюдений (в общем случае  по площади наблюдае Moro объекта, см. подраздел 3.5.2). На практике важны случаи, коrда требуется оценка радиометрическоrо раз решения участков местности с малой УЭПР, близкой к чувствительности РБО или о РСА (j' nе (используют термин радиометрическая чувствительность). При наблю дении участков местности, окруженных неотражающей поверхностью, например, при обнаружении контраста вода/суша, разрешаемая УЭПР (3.60) (3.61 ) О О o-ne (j'min == JN . (3.62) При оценке разрешаемоrо контраста между двумя участками с разными УЭПР с! и a формулы (3.60}--{3.62) принимают вид О О БК == 0-1 o- 0-0 1 + (то / 0-0 ne . JN (3.63) ( 1 + (то / 0-0 J а)О == а О (1 + оК) == а О 1 + .!N . (3.64) Разрешаемый контраст между участками фона, измеряемый в децибелах K dB == lOIOg( 1 + 1 + 1i а О J . (3.65) Заметим, что приведенные оценки радиометрическоrо разрешения по значе нию СКО флуктуаций (3.63) характеризуют также случайную поrpешность изме рения УЭПР по результатам радиолокационной съемки (СКО { а)О } == а)О). Вероят ность ошибки обнаружения контраста между участками, определяемоrо выражени ем (3.64), составляет около 0,35. Повышение точности измерений и повышение Be роятности различения контрастов между участками достиrается увеличением чис па наблюдений, в том числе путем усреднения отсчетов по площади наблюдаемоrо участка (межэлементное HeKorepeHTHoe накопление  см. подраздел 3.5.2). 3.5.2. Радиометрическое разрешение в РСА В РСА получение высокоrо пространственноrо разрешения связано с коrерентной обработкой TpaeKTopHoro сиrнала в пределах зоны облучения ДНА по азимуту. В результате в каждом элементе разрешения Р ЛИ формируется однократное наблю 135 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования дение N 1. Возможен обмен пространственноrо разрешения на радиометрическое разрешение. Для этоrо увеличивают размеры элемента разрешения РЛИ по азиму ту и/или по дальности с увеличением ero площади в N e раз и применяют внутри элементное HeKorepeHTHoe накопление (N e наблюдений в элементе разрешения). Это достиrается путем уменьшения длины синтезированной апертуры в N x раз, по сравнению с предельной, а также разделением спектра зондирующеrо сиrнала на N R субспектров по дальности N e == N x N R . (3.66) Применение такой обработки при синтезе РЛИ облеrчает требования к BЫ числительным средствам синтеза и поэтому часто использовалось в РСА преды дущих поколений. В современных РСА при наличии высокопроизводительной BЫ числительной техники более эффективно получение Р ЛИ с предельным разреше нием по азимуту и дальности и применение межэлементноrо HeKorepeHTHoro HaKO пления по площади наблюдаемоrо объекта. Полное число наблюдений N == NeN s , (3.67) rде N s ==Sgeom/ РхРу  число элементов разрешения по площади объекта. Межэлементное HeKorepeHTHoe накопление (усреднение отсчетов Р ЛИ по площади наблюдаемых объектов) широко используют при тематической обработке РЛИ (см. rл. 7 и 9). Выделяя участки с однородной статистикой (поля, лесные Mac сивы), в том числе методами автоматической сеrментации РЛИ, определяют их конфиrурацию и усредняют параметры сиrнала по всей площади выделенноrо cer мента. Такая процедура позволяет резко повысить радиометрическое разрешение .и точность измерения УЭПР протяженных объектов для их идентификации и изме рения радиофизических характеристик при тематическом дешифрировании. Технические параметры РСА или РБО: чувствительность с? nе, пространствен ное разрешение вдоль Рх и поперек ру трассы КА и радиометрическое разрешение дК (или число наблюдений N e ) в элементе разрешении на местности  однозначно определяют ошибки измерения контраста и точности оценки УЭПР объекта с за данной площадью. 3.6. Факторы, опредепяющие выбор параметров РСА. Функция неопредепенности сиrнапов 3.6.1. Вид функции неопредепенности сиrнапов в космических РСА в отличие от РСА авиационноrо базирования в космических РСА проблема обеспе чения однозначности измерения времени задержки и доплеровской частоты прини маемых сиrналов является крайне сложной. Она обусловлена высокой скоростью движения радиолокатора относительно цели и большими наклонными дальностями наблюдения. При расчете параметров РСА необходимо выбирать высокую частоту повторения (а значит, малый период повторения) зондирующих сиrналов для пере дачи спектра доплеровских частот, определяемоrо rоризонтальным размером aHTeH ны (для однозначности сиrналов по азимуту) с учетом требований по полосе съемки 136 
rлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землео6зора ... поперек трассы КА, которая оrpаничивается выбранным периодом зондирования (однозначность сиrналов по дальности) [253, 310, 312, 313, 337,401,442,469]. Функция неопределенности (ФН) зондирующеrо сиrнала, предложенная в 50x rодах П. Вудвордом [54], описывает комплексную оrибающую сиrнала на выходе радиолокационноrо приемника как функцию дальности и радиальной скорости и определяет разрешающую способность, меру неопределенности, теоретическую точность измерения дальности и скорости целей. Основное определение ФН (ино rда ее называют «телом неопределенности»)  это авто корреляционная функция зондирующеrо сиrнала при смещении ero по времени или частоте, показывающая потенциальные возможности сиrнала по измерению времени задержки или смеще ния по доплеровской частоте 00 * х(М,Ф)== f u(t)u(t+М)еj2лФtdt, (3.68) oo rде д.t  задержка по времени; Ф  смещение по частоте; u  комплексные значе ния принятоrо сиrнала; *  комплексно сопряженная величина. Применяемые в радиолокации зондирующие сиrналы различаются амплитуд ной и частотной зависимостями от времени. Их можно характеризовать корреля ционными функциями (при смещении по времени), зависимостью при смещении по частоте, функцией неопределенности (при смещениях по времени и частоте), длительностью (проекция сечения ФН на временную ось), полосой частот (проек ция сечения ФН на частотную ось). Наиболее широко используемый вид зонди рующих сиrналов в космических РСА  пачки ЛЧМ--импульсов, которые имеют ряд преимуществ, например, перед фазоманипулированными сиrналами: . одинаковая структура по координатам азимута и дальности; . сохранение формы при сдвиrе по доплеровской частоте; . сохранение формы при преобразовании из временной области в частотную и обратно; . возможность применения эффективноrо алrоритма ЛЧМмасштабирования для коррекции миrрации дальности и интерполяции комплексных сиrналов. След функции неопределенности для одиночноrо ЛЧМимпульса на плоскости времячастота показан на рис. 3.20. Про екция следа ФМ на ось t равна длительно сти импульса r, на ось F  ширине спект ра ДР. Вычисление автокорреляционной функции включает в себя умножение зон дирующеrо сиrнала на сопряженный t ЛЧМ"множитель, который можно pac сматривать как опорную функцию в co r rласованном фильтре обработки сиrнала. В результате умножения частотная MOДY Рис. 3.20. След функции неопределенности ляция В импульсе оказывается скомпен на плоскости время  частота сированной (deramped signal). После для одиночноrо ЛЧМимпульса 137 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования дующее KorepeHTHoe суммирование  вычисление интеrрала в (3.68) приводит для 1 == О К возрастанию амплитуды выходноrо импульса до максимальноrо значения, пропорциональноrо длительности импульса. При смещении по времени 111"* О им пульс оказывается заполненным разностной частотой и амплитуда суммирован Horo сиrнала падает. В результате формируется показанный на рис. 3.20 узкий сжа тый отклик,с, равный сечению ФН вдоль оси 1. База сиrнала  произведение поло сы на длительность, определяет коэффициент сжатия kc == М'т. Разрешение по времени задержки равно длительности сжатоrо импульса Те == т / ke == 1 / м' , разре шение по частоте равно PF == 1/,  сечению ФН по оси F. При сохранении общей сущности имеется несколько вариантов ФН. Наиболее подходящим дЛЯ РСА является определение ФН как функции реакции СО2ласован НО20 фильтра (импульсноrо отклика РСА  pulse response) на точечную цель. При этом под оrибающей сиrнала следует рассматривать форму зондирующеrо им пульса и вызванные формой ДНА изменения амплитуды в пачке зондирующих им пульсов. Таким образом, используемое в теоретических исследованиях ФН поня тие нормированной амплитуды сиrнала для импульсов прямоуrольной формы с амплитудой И таХ можно представить в обобщенном виде 11 u (! )12 dt == kIOO Uax 'l" G yant (ДУk)2 Gxt (а п )2 == 1 , koo,n (R + k ) (3.69) oo rде G yant (ДУk) И G xant (а п )  уrломестная и азимутальная ДНА по мощности; ДУk arcsin( (пFpA )/( 2g))  уrол визирования от направления максимума ДНА; а п ==  M 1e уrловое положение пro боковоrо лепестка по азимуту (доплеровской частоты); Rs  коэффициент учета криволинейности движения КА, близкий к M 1e == Recos a y единице для низкоорбитальных РСА (см. подраздел 5.4). К основным свойствам ФН относятся ее максимальное Максимальное значение ФН имеет в начале координат значение и объем. тах Ix( Дl, Ф)I == Ix( о, 0)1 == 2Е . (3.70) Если сиrнал нормирован соrласно (3.69), то максимальное значение равно единице. Объем ФН, заключенный между поверхностью Iх(мФ)1 2 и плоскостью Ft, инвариантен к законам изменения амплитуды и фазы. Это свойство не позволяет изменить объем тела неопределенности путем изменения закона модуляции 00 00 Л u (t)1 2 dt== J Л х (t,ф)1 2 dtdФ==lх(о,о)1 2 ==(2Е)2. (3.71 ) oo oo 138 
rлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землео6зора ... Из этоrо следует, например, что попытки уменьшить уровень боковых лепе стков или ложных лепестков неоднозначности (см. ниже) приведут к расширению rлавноrо лепестка или увеличению числа боковых лепестков при сохранении пол ной энерrии соrласно (3.71). Импульсный отклик РСА определяет реакцию системы (фильтра обработки) на точечную цель. ФН является предельным частным случаем импульсноrо откли ка, коrда амплитудная характеристика фильтра обработки совпадает с амплитуд ным распределением сиrнала, фазовая характеристика комплексно сопряжена с сиrналом. Для пачки ЛЧМимпульсов с периодом повторения Тр, длительность которой превышает несколько периодов повторения зондирующеrо сиrнала, форма им пульсноrо отклика (являющеrося функцией неопределенности) имеет вид (рис. 3.21) двумерной «иrольчатой» структуры в координатах «время задержки» tR (оп ределяет наклонную дальность) и «траекторное время» tx  вдоль трассы полета (азимута), которое дЛЯ РСА эквивалентно смещению по доплеровской частоте. Ин тервал между лепестками ФН по задержке равен периоду повторения зондирующе ro сиrнала Тр, а по азимуту  времени, для KOToporo изменение доплеровской час тоты сиrнала равно частоте повторения зондирующеrо сиrнала Fp==-l/T p . !J:   :.J.. : О '';i "".. ,>  . ": " , !.  \ ,"""'" - ",-". '.. ;" ,60 5 ::, ;', с ':;I;: :'?';I:!: .,;J";I!'i:t;';" " R  O ',. .. ......:: :.! , . . , " " "..<:: . : ;it . . . . , . '':':::'"'""""100 зо " """.",.... ''.,j{:tr,  ,. l:{. ..' ../;;.:<------ 2 S 0  .. "'y,."""' ' 200  '7 0 с:. : . ,! ," ... "'.,...;.:..>:, 1 ...- 5 ' О L'"  '''':::"1/,'&.:. '. 'Ц, ......;.>. ,'о'::,.!.:',,', I Л 1 O > . :, ',j::-;";""""" 1 00 [)O I J O: o '::; ,..-- 50  1.'( = 217 lе а) . . . . . . . . . б) Рис. 3.21. Форма импульсноrо отклика РСА дЛЯ пачки ЛЧМимпульсов: а  отображение в виде рельефа; б  яркостное РЛИ (значения по осям координат  условные; область однозначности сиrналов показана светлым овалом) Явления, связанные снеоднозначностью сиrналов по азимуту и дальности рассматривают.. ся в подразделах 3.6.2 и 3.6.3. Для подавления ложных боковых лепестков луч ДНА должен быть сужен до размеров светлоrо овала на рис. 3.21, что обеспечит пространственную фильтра цию помех неоднозначности. 3.6.2. Неоднозначность сиrналов РСА по азимуту Доплеровская частота отраженноrо сиrнала зависит от путевой скорости и уrла Ha блюдения 139 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 2g. 2g F Dop =т sша T а (3.72) rде V sg  путевая скорость; а  уrол от нормали к вектору путевой скорости. Соrласно теореме Котельникова для передачи доплеровских частот сиrнала нужно, чтобы частота повторения превышала удвоенную максимальную частоту 2g Fp > 2Fmax == k x f1F Dop == kx (3.73) Dxant rде bl?Dop  2V / Dxant  полоса доплеровских частот; k x == 1,3. . .1,5  коэффициент запаса, обеспечивающий подавление помех неоднозначности до уровня минус 20.. .25 дБ. Появление неоднозначности по азимуту иллюстрирует рис. 3.22. В непрерывном ЛЧМколебании после ero квантования по времени с частотой повторения Fp частоты, которые выше Fp!2, не воспроизводятся, поскольку возникает стробэффект. Появляется неоднозначность сиrнала, которая при водит к тому, что энерrия из побочных спектров с центральными частотами, кратными Рр, «сворачивает ся» в область rлавноrо лепестка, имеющеrо нулевую центральную частоту (рис. 3.23). Непрерывный ЛЧМСИПlал +    . ..  Ш!.WЛfМW !I!.\.tJ.a'АI\А . Irt1lfJПv lf i'fm11i;.,.irJf'V; ДискреТИ'3ация с Fp н ул и частоты в) .... ........ . ...... а) б) () Результат синтеза сиrнала Область однозначности rОЛОIраммы F Р р /2 FJ)/2 Рис. 3.22. Возникновение неоднозначности по азимуту: а  непрерывное ЛЧМколебание; б  квантование процесса по времени (дискретные отсчеты); в  резуль тат синтеза сиrнала снеоднозначностью; 2  временные зависимости доплеровской частоты и сиrнала по сле дискретизации G(F Dop ) F р Полоса обработки Fp F Dop Рис. 3.23. «Сворачивание» энерrии побочных максимумов в область rлавноrо лепестка 140 
rлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землео6зора ... Как правило, помехи неоднозначности не видны на уровне отражения от зем ной поверхности. Однако на участках rpаницы вода/суша они MOryт создавать лож ные образы, затрудняющие дешифрирование снимков. Так, на рис. 3.24 приведено РЛИ Ладожскоrо озера (РСА «МечК» КА «KOCMoc1870»), на котором видны apTe факты, вызванные неоднозначностью по азимуту. Яркость изображения водной по верхности, кроме прибрежной зоны, повышена блаrодаря работе быстродействующеrо АРУ по дальности. На водной поверхности видны возмущения, вызванные, дождем, вихрями, а также артефактами отражения от суши, смещенными по азимуту. 1;., ..;<:. ... . , . -,  ,, Возможный артефакт Jlожная береroвая линия  · .....:. .,,,.'"t';";. ;';:' .'"  .., ... , .' . ":>'i.. .. ,'1;:[ :;i, ':;':;', ::):.  \,>;:. .".... ......, '. .. . . > :' -. I \ "'k"f\.i::?\; ""f;;:; " $ '. »:А1- ";" :";)., .;.. , 'Jw" . ""c. ': ,... , :.' :'2';. 1.' ;t" . .' :4..7 ;.:. '" '..  . . * "". "  . :.,"..,.  '.  .1: .,.. '.<,  " y, .ф" w.;"'  "," ,y , . , . , :'(i" , lo:.. :tIC),' ... -...    !'...::. . ч<,. '....:: ;,.. \:;  " \ ) , :JL"  " 7:' . . ',J- -:' ! /' :"., ,'," 'i .. " ( .' : 't-".' .! ".l'o/ .$j.';Jf. (А' .' . ?. ''-.. \.. .c:i , " -""{'.у...,  ' '  ,>'i:";?" '(:::.,::i',;:',,,  t: '"- 't.'.J . Х' '!"<OII.  , .  "\i . . .S- . Отраженный от водной поверхности сиrнал, вызванныЙ метеоролоrическими явлениями Рис. 3.24. Образование артефактов на РЛИ, вызванных неоднозначностью сиrналов по азимуту Интеrральный уровень паразитных сиrналов (отношение мощности сиrналов неоднозначности к мощности сиrнала в максимуме синтезированной ДНА) зависит от полосы доплеровских частот, используемой для синтеза РЛИ, отношения часто ты повторения к полосе доплеровских частот, а также от уровня боковых лепестков антенны РСА по азимуту. Он равен I ( (Dop2+nFp G(FDOP) ) JF oOP1 +пР р ах == п 2 (3.74) ( 'DoР2 G F (F DoP ) ] Оорl rде п  номера зон неоднозначности (обычно не более п == + 1); F Dop1 , F Dop2  преде лы инrerpирования при синтезе Р ЛИ; G F ( F Dop ) == G х ( а)  пересчет азимутальной формы ДНА по полю из уrловой координаты к доплеровской частоте с учетом co отношения R == 2dR  4V а Оор Adt А . 141 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 3.6.3. Неоднозначность сиrналов РСА по дальности Периодическая структура излучаемоrо сиrнала (3.1) приводит к неоднозначности по дальности, вызванная тем, что в строб приема MorYT приходить сиrналы, OTpa женные целями не только от «cBoero» зондирующеrо импульса, но и от предыду щих периодов зондирования и также от более поздних периодов зондирования. Сложность проблемы для космических РСА вызвана тем, что для передачи широ Koro спектра доплеровских частот приходится выбирать период повторения MHoro меньше времени запаздывания сиrнала. Интервал неоднозначности по времени пе ресчитывается в «рекуррентную дальность», равную половине расстояния распро странения радиоволн за длительность периода повторения Rp == с Т р /2 . (3.75) Первое условие  неоднозначность по дальности  исключается путем про странственной селекции сиrналов, т.е. применением узкой диаrраммы антенны в вертикальной плоскости, ослабляющей отраженные сиrналы от соседних зон, yдa ленных на рекуррентную дальность. Требуемая ширина луча по уrлу места должна удовлетворять двум условиям  обеспечению полосы захвата и отстройки от сиr налов неоднозначности. rеометрические соотношения, связывающие зону захвата, рекуррентную дальность и ширину ДНА, определяются из треуrольников SAB и АВС на рис. 3.25. s Рис. 3.25. Проявление неоднозначности сиrналов по дальности (для упрощения Земля показана плоской) Для обеспечения требуемой полосы захвата АС (отмечена жирной линией на рис. 3.25) необходимо, чтобы ширина уrломестной ДНА Xtnt была не менее величины > АВ L\YCOSYi Mctg Yi ( 3.76 ) Yant R== R R rде дУ и L1 R  полосы съемки на местности и по наклонной дальности; R  наклон ная дальность центра полосы съемки; J1  уrол падения. 142 
rлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землеобзора ... Второе условие  подавление сиrналов от соседних зон неоднозначности  требует выбора ширины уrломестной ДНА таким образом, чтобы ее след АС (по лоса съемки на местности) на поверхности Земли был меньше расстояния по Земле между точками пересечения соседних окружностей 4 и 5 с радиусами, кратными рекуррентной дальности. В противном случае (правая область рисунка, окружно сти 6 1 О) в строб приема будут попадать сиrналы с нескольких интервалов peKYP рентной дальности. Таким образом, ширина уrломестной ДНА оrpаничена макси мальным значением Rp ctg Yi rant < R k ' (3.77) r rде k r == 1,2...1,4  коэффициент запаса, определяемый допустимым уровнем сиrна лов неоднозначности по дальности, который рассчитывается по формуле дальности с учетом формы ДНА и изменения наклонной дальности. Отношение мощностей ложных сиrналов к мощности полезноrо сиrнала для paBHoMepHoro фона (для двух соседних зон неоднозначности) определяется COOT ношением R 4 aR == G;ant (у( R)) Gt (У( R + Rp)  Уо) Gant (У( R  )  Уо) 4 + 4 (R+Rp) (R) (3.78) rде R  наклонная дальность до цели; Y уrол визирования; Gyant(YYO)  КУ aHTeH ны в направлении уrла визирования у в уrломестной плоскости; Уо  уrломестное положение максимума ДНА; Rp  рекуррентная дальность; R+R p и RRp  расстоя ния до целей, формирующих сиrналы неоднозначности. Значения '}(R), '}(R+R p ) и J{RRp) по формулам (3.4Н3.6). Вертикальный размер антенны находят по выбранной из условий (3.76) и (3.77) ширины ДНА по уrлу места. Вертикальный размер антенны находят по выбранному из обоих условий уrлу ДНА Dyant ==А/ Yant . (3.79) При этом полоса съемки D ду ==  yant (3.80) V 4k r k x sin Yi Влияние помех неоднозначности проявляется в виде ложных изображений, накладывающихся на изображение наблюдаемоrо участка местности. Значения KO эффициентов запаса k r , kx выбирают с учетом отношения сиrнал/шум на выходе РСА. Примерные нормы на допустимый интеrральный уровень ложных сиrналов  минус 20...25 дБ. Экспериментально установлено, что эта норма обеспечивает BЫ сокое качество изображения для большинства сюжетов радиолокационной съемки. Однако в нетипичных ситуациях (например, rеолоrическая разведка шельфа), KO rда область неоднозначности приходится на область с высоким отражением (rоры), 143 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования а основной лепесток ДНА  на область с низким отражением (море), возможны по казанные на рис. 3.26 помехи неоднозначности по дальности, существенно сни жающие достоверность получаемой радиолокационной информации. Отдельноrо внимания требует оценка помех от альтиметровых сиrналов, при нимаемых по боковым лепесткам ДНА от участка местности под РЛС. Дело в том, что при вертикальных уrлах отражение имеет характер, близкий к зеркальному, а, кроме Toro, отраженный сиrнал формируется большой площадкой в виде Kpyra с радиусом, оп ределяемым раз реш ением по наклонной дальности: raltim ==  (H + PR)2  н 2  -J 2H PR ' (3.81) rде Н  высота орбиты КА; PR  разрешение по наклонной дальности для данноrо сечения тракта РСА, по которому оценивается влияние помех от альтиметровоrо сиrнала  в приемном тракте (длительность излученноrо импульса) или на выходе РСА (определяется длительностью сжатоrо импульса). Соответственно ЭПР пло щадки фона точно под РЛС O"altim == 2Jrr a l t i m O"° (о) == 2п-Н PRO"° (о) . (3.82) ('УША р ЛИ }\'IОРЯ РЛИ ropHoro рельефа Зона ззхвата .МОРЕ Зона неоднозначности по дальности Рекуррентная дальность  ....>' . ,.,-,,:""., ,> , '""  .iW'!  . ... ",,';, '. '''; <"'. , " .., 1\ ":1 : ""1. . .....- .' ,'... . '., t '\, . '.::\::.'.':':.. ," . " ...  оС ':'.. i':'::::'r., РЛИ ropHoro рельефа. ,,",  ,'.. . -"{ . ., . Расфокусированнос РЛИ из зоны неоднозначности РЛИ МОрЯ Рис. 3.26. Образование ложноrо расфокусированноrо изображения ropHoro рельефа на фоне морской поверхности (Черное море, побережье Турции, РСА «МечК» КА «KOCMOC 1870») Используя формулы (3.81) и (3.82), получаем выражение для относительноrо уровня мощности альтиметровоrо сиrнала по отношению к сиrналам в rлавном ле пестке ДНА 2п-0"° (о )R 4 aaltim == 2 ( ( ) ) О ( ) 3 ' G yant r R  r О О" ri н Р х rде О"О(}1)  УЭПР фона в точке наблюдения с уrлом падения }1. (3.83) 144 
rлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землео6зора ... Обычно выбор параметров РСА дЛЯ обеспечения однозначности сиrналов представляет собой итерационную процедуру. После выбора rоризонтальноrо раз мера антенны из условия однозначности по азимуту (доплеровской частоте) pac считывают вертикальный размер антенны по формуле (3.79) для середины полосы обзора (в пределах уrлов падения 30.. .500). Затем проверяют отсутствие HeOДHO значности на заданной дальней rранице полосы обзора и выполнение требований по полосе захвата на малых дальностях. Если различия оказываются большие, то задаются максимальным размером антенны, исходя из ширины луча на максималь ной дальности, а в ближней зоне формируют широкий луч по уrлу места. Следует иметь в виду, что сиrналы от целей, облученные в разных периодах зондирования и суммирующиеся в стробе приема, будут при синтезе Р ЛИ форми ровать отметки, расфокусированные по азимуту. Вид функции неопределенности зондирующеrо сиrнала в РСА при смещении по азимуту и дальности показан на рис. 3.27, rде: а  rипотетический случай, коrда нет ослабления паразитных макси мумов, 6  реальная ситуация применения пространственной селекции COOTBeTCT вующим выбором ДНА по уrлу места и азимуту. а) б) Рис. 3.27. ВИД функции неопределенности РСА при смещении цели по дальности и азимуту: а  без пространственной селекции; б  с учетом пространственной селекции, создаваемой антенной РСА Характерно, что паразиные максимумы при смещении по дальности имеют меньшую амплитуду, но растянуты по азимуту (расфокусировка). Общая энерrия в каждом из паразитных лепестков на рис. 3.27 одинакова. Возможны пути снижения помех неоднозначности (см. rл. 8). 3.7. Особенности работы систем радиолокационноrо наблюдения космическоrо базирования при воздействии активных помех Одной из важнейших характеристик систем радиолокационной разведки является эффективность их работы в условиях ведения радиоэлектронной борьбы (РЭБ). Помехозащищенность РЛС в общем случае принято оценивать параметрами скрытности и помехоустойчивости работы [32, 33*, 62,105,118,187]. Скрытность характеризует степень защищенности излучаемых сиrналов РЛС от обнаружения и измерения их параметров системой радиотехнической разведки (РТР) противника и создания специально орrанизованных помех. Помехоустойчu вость характеризует эффективность работы РЛС в условиях воздействия помех. 145 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Заметим, что постановка помех радиолокаторам дистанционноrо зондирова ния Земли в мирное время запрещена Международными соrлашениями и TpaKTyeT ся как вооруженный акт. Поэтому задача РЭБ должна рассматриваться в контексте информационноrо обеспечения военных операций в конкретных условиях BOOPy женноrо конфликта. В отличие от самолетных РЛС, дЛЯ которых траектория полета, время вклю чения и параметры РЛС противнику неизвестны, ситуация для космических РСА землеобзора иная. Орбитальное движение КА с РСА заранее известно по данным траекторных измерений, а параметры аппаратуры  по данным средств РТР. Bы сокий уровень мощности зондирующеrо сиrнала у поверхности Земли облеrчает задачу РТР, в том числе при переходе на литерные частоты. Априорно предпола rают, что каждый раз, коrда КА с РСА появляется в секторе, приrодном для прове дения съемки, она выполняется. Таким образом, параметр «скрытность» дЛЯ KOC мических РСА не применяется. Для оценки помехоустойчивости РСА проведем расчет энерrетическоrо по тенциала постановщика помех, обеспечивающеrо подавление космическоrо РСА землеобзора. Результаты TaKoro расчета применимы и для решения задачи защиты от разведки противника. Будем считать, что сторона, создающая помехи, распо.. лаzает следующей информацией о РСА: . рабочий диапазон волн РСА А; . ширина полосы зондирующеrо сиrнала ДР в ожидаемом режиме наблюдения; · rеометрические размеры антенны РСА по rоризонтали Dxant и вертикали D hant И ее площадь Sant == DxantxDyant; · импульсная мощность излучения P imp ; · длительность зондирующеrо импульса 1; . наклонная дальность до РСА R. Рассмотрим задачу подавления РСА с высокой разрешающей способностью, предназначенноrо для обнаружения и распознавания малоразмерных наземных цe лей, имеющих малый контраст по отношению к окружающему фону (до 1 О дБ). Эта ситуация имеет место, в частности, при скрытии передислокации техники из одноrо места расположения в друrое при подrотовке военных операций. Практика использования современных космических РСА предусматривает полное использование ресурсов КА по энерrоснабжению и объему передаваемой на Землю информации для проведения реrулярной съемки земной поверхности. Блаrоприятные условия для повторной съемки определяются циклом повторения орбит (обычно от 1 О до 25 сут с возможным специальным выбором параметров op биты КА для уменьшения цикла до трех суток [436]). Съемка ведется с получением комплексных РЛИ, приrодных для фазовой (интерферометрической) обработки с исключением отметок от стационарных объектов. Проведенное моделирование зашумленных КР ЛИ с разрешением 1...2 м по казало, что для YBepeHHoro подавления РСА в этой ситуации достаточно, чтобы спектральная плотность помехи превышала спектральную плотность процесса от 146 
rлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землео6зора ... фона местности более, чем на 25 дБ, т.е., чтобы результирующее отношение сиr нал/помеха было меньше минус 15 дБ. Тоrда на РЛИ MorYT обнаруживаться только отметки от мощных отражателей  зданий, мостов, но в целом РЛИ будет непри rодным для дешифрирования. Приведенная цифра отношения сиrнал/помеха может быть уточнена из сле дующих соображений. Если провести сrлаживание РЛИ с потерей пространствен Horo разрешения, то для площадных rрупповых объектов (стоянка техники) OTHO шение сиrнал/помеха может возрасти, и не исключено обнаружение факта исчез новения большоrо скопления объектов в одном месте и появление их в друrом месте (без распознавания типа объектов). Эффективное подавление РСА обеспечивается созданием в полосе зонди рующеrо сиrнала непрерывной шумовой помехи с потоком мощности вдоль TpaeK тории РСА, который позволяет снизить вероятность обнаружения целей на фоне подстилающей поверхности. Не входя в детали радиоэлектронной борьбы (РЭБ), рассмотренные в [33*,62, 118], дадим rрубую оценку требований к постановщику помех для подавления РСА космическоrо базирования. Возможны следующие ситуации при создании активных помех дЛЯ РСА: 1) постановка помех по rлавному лепестку ДНА радиолокатора, направленной на объект разведки; 2) постановка помех по боковым лепесткам ДНА. В первом случ.ае с менее жесткими требованиями по энерrовооруженности возможно применить более простую аппаратуру постановщика помех с антенной, имеющей круrовую ДНА по азимуту и 30...70° по уrлам места, которые совпадают с рабочими уrлами места РСА. Второй случай требует применения узконаправлен ных антенн, следящих за спутником с РСА. Мощность cYMMapHoro процесса от местности (несжатый сиrнал) определится формулой дальности (см. раздел 3.4): G 2 О limp (J limpSeff(J RA ст  == 2 2 S eff == 4 2 . ' 4Л' R 4Л' R 4Л' R А Dxant 2 Sln Yi (3.84) rде сделана замена G == 4Л' Seff / А 2  КНД антенны РСА; (УО  УЭПР фона MeCTHO сти (суша); (J ЭПР облучаемоrо участка местности с rеометрическими размерами (у == (УО М ду == (J0 RA ст Dxant 2 sin Yi ' (3.85) rде (УО  УЭПР подстилающей поверхности; дк == RA/ Dxant  зона облучения aH тенны РСА вдоль линии пути; ду == cr/2sin Yi  зона поперек линии пути, COOTBeT ствующая длительности зондирующеrо импульса (}1  уrол падения). Преобразуя формулу дальности (3.84) для случая распространения сиrнала в одну сторону  от передатчика помех дО РСА, найдем мощность шумовой помехи на входе приемника РСА 147 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования pGtp Prpn == 2 Seff , 4Jl'R rде P tp  МОЩНОСТЬ передатчика помех; G tp  КНД антенны передатчика помех. Задав отношение сиrнал/шум+помеха и пренебреrая составляющей шума qsnp == р.: / (Рrn + Prpn)   / Prpn , получим формулу для расчета мощности передат (3.86) чика помех о 21impD yant O" ст p  . , (3.87) qsnpRAGtp 2 Sln Yi rде множитель 2 в первой дроби учитывает потери при использовании круrовой поляризации излучаемой помехи для подавления поляриметрических РСА. Оценим необходимую мощность источника помех применительно к rипоте тическим РСА со следующими параметрами: диапазоны волн Х С, S, L; 2 размеры антенны РСА DxantxDyant5x2 м для x и Сдиапазонов волн и DxantxDyant10x3 м 2  дЛЯ S и Lдиапазонов волн; наклонная дальность R600 км; импульсная мощность P imp  500 Вт для x и Сдиапазонов волн и P imp   1000 Вт дЛЯ S и Lдиапазонов волн; длительность зондирующеrо импульса T 10 мкс; уrол падения Ii  40°. Примем, что УЭПР фона в указанных диапазонах обратно пропорциональна длине волны. Их расчетные значения приведены в табл. 3.1. Зададим отношение сиrнал/помеха qsnp0,0032 (25 дБ). Для постановщика помех по rлавному лучу предполаrаем использование aH тенны с круrовой ДНА по азимуту, а по уrлу места  в пределах 30...70. КНД Ta кой антенны равен Gtp4,55. Расчеты по формуле (3.87) сведены в табл. 3.1. Таблица 3.2. Параметры постановщика помех Параметр Диапазон волн РСА Х С S L Площадь антенны РСА, м 2 10 10 30 30 Импульсная мощность РСА, Вт 500 500 1000 1000 Расчетная УЭПР фона местности, дБ 15 17,7 20 23 Подавление РСА по rлавному лепестку ДНА Площадь антенны постановщика помех, м 2 О 3.103 1 1.1 03 3 2.1 03 19 1.1 03 , , , , Излучаемая мощность помехи, Вт 5360 1535 6540 1092 Подавление РСА по боковым лепесткам ДНА C:::25 дБ) Площадь антенны постановщика помех, м 2 0,12 0,41 1,23 1,23 Диаметр антенны постановщика помех, м 0,46 0,86 1,5 1,5 Излучаемая мощность помехи, Вт 4671 1340 5352 5352 148 
rлава 3. Современные методы космическоrо радиолокационноrо землео6зора ... Требования по мощности MorYT быть снижены в разы при создании помех в меньшем секторе по азимуту, в котором ожидается появление РСА. ДЛЯ подавле ния РСА по боковым лепесткам ДНА энерrетический потенциал постановщика помех P tpn .G tp должен возрасти в сотни и тысячи раз. Это можно реализовать при менением остронаправленной антенны, установленной на подвижной платформе для слежения за спутником с РСА. Ширина луча антенны не должна быть уже 5°, чтобы не возникало проблем, связанных с ошибками проrнозирования траектории спутника с РСА. КНД антенны для этоrо случая  G tp ==1650, т.е. в 363 раза больше, чем для подавления РСА по rлавному лепестку ДНА при ненаправленной ДНА по становщика помех. Параметры постановщика помех для подавления РСА по боко вым лепесткам с уровнем минус 25 дБ приведены в табл. 3.2. Такая аппаратура реализуема в наземных (мобильных) или корабельных условиях, однако эффектив ность подавления может быть снижена принятием на борту специальных мер по вышения помехозащищенности, часть из которых рассмотрена ниже. Применение в РСА мноrосекционных АФАР с мноrоканальными выходами позволяет динамически управлять формой ДНА, направляя нуль ДНА на источник помех. В принципе число подавляемых источников равно числу секций АФАР (приемных каналов) минус единица. Более эффективно использовать в АФАР приемные модули с цифровым BЫ ходом, обеспечивающие rибкое управление положением луча ДНА. ЭТО расширит возможности подавления помех путем формирования нулей ДНА по азимуту и yr лу места. При задаче наблюдения локальных участков с кадровой съемкой и orpa ниченным объемом выходных данных (кадровый прожекторный режим) адаптив ная обработка сиrналов для режекции помех может быть реализована на наземном пункте обработки информации при синтезе Р ЛИ. Помехоустойчивость системы радиолокационноrо наблюдения космическоrо базирования может быть существенно повышена путем мноrопозиционноrо зонди рования с увеличением состава орбитальной rруппировки или применением пас сивных приемников на авиационных носителях, включая БЛА. Ниже приведены формулы для расчета мощности передатчика помех при бистатическом радиолока ционном зондировании. Мощность сиrнала от местности на входе приемноrо датчика равна р.  mpG а2 S mpG Sant2G'° R 2 A cr r2  2 2 ant2  2 2 .' 4JrR 4JrR 2 4JrR 4JrR 2 D xant2 2S1nYi (3.88) rде R 2  наклонная дальность; Sant2  эффективная площадь антенны приемноrо датчика; Dxant2  rоризонтальный размер приемной антенны. Принятая мощность помехи pGtp Prpn2 = 2 Sant2. (3.89) 4JrR 2 В отличие от paccMoTpeHHoro выше моностатическоrо случая задача подавле ния такой системы значительно усложняется изза необходимости создания BceHa 149 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования правленноrо поля помех высокоrо уровня, достаточноrо для подавления приемных РСА по боковым лепесткам. Возможность использования в мноrопозиционной системе авиационных датчиков, для которых неизвестны их количество и азимуты относительно постановщика помех является важным ресурсом повышения поме хоустойчивости аэрокосмической информационной системы в целом [234]. Имеются предложения по снижению мощности постановщика помех путем использования имитационных помех, получаемых путем модуляции принятоrо прямоrо сиrнала от РСА с последующим ero переизлучением. Предполаrается, что яркость ложных отметок на синтезированном Р ЛИ соизмерима с яркостью отметок от реальных объектов, что соответствует уменьшению (на 20.. .25 дБ) мощности постановщика помех по сравнению с шумовой помехой. Недостаток таких методов в отсутствии rарантированноrо скрытия объекта защиты. Не исключено, что при менение алrоритмов интерферометрической обработки по серии снимков выявит эти искусственные образования и позволит режектировать их на снимках. При защите оrраниченных территорий возможно снижение средней мощности шумовой помехи в несколько раз путем синхронизации излучения помехи с MO ментом прихода зондирующеrо импульса РСА. Длительность шумовоrо импульса уменьшают до величины 'рп == 2опе sin Yi / С +, , (3.90) rде Y zone  протяженность защищаемой зоны поперек линии пути спутника с РСА. В целом создание постановщиков помех для космических РСА  сложная техническая задача, при решении которой необходимо учитывать следующие факторы: · цель РЭБ и методы ее достижений для конкретных объектов и территорий; · результаты анализа действующих и перспективных средств аэрокосмической радиолокационной разведки и их параметры, в том числе в возможных «экс периментальных» режимах, выходящих за рамки выделнной Реrламентом радиосвязи полосы частот для радиолокации Земли из космоса; · возможности реализации сложной антенной системы с rибким управлением ДНА по данным об орбитальной обстановке со средствами разведки; · синхронизацию работы постановщика помех с зондирующими сиrналами РСА, измеренными средствами РТР. С учетом рассмотренных аспектов аппаратурной реализации в задаче РЭБ и тактике орrанизации РЭБ в боевых условиях [33*], можно сделать вывод, что аэро космическая система радиолокационноrо наблюдения при надлежащем ее по строении может иметь достаточно высокую устойчивость к активным помехам. 150 
rлава 4 рЕжимы рАБоты КОСМИЧЕСКИХ РСА 4.1. Основные режимы радиопокационноrо обзора Рассмотренные в rл. 3 явления, связанные снеоднозначностью сиrналов в космиче ских РСА, оrpаничивают возможности одновременной реализации высокой разре шающей способности по азимуту и широкой полосы съемки (зоны захвата) по даль ности, а также ее перенацеливания в полосе обзора. Расширение полосы обзора по зволяет уменьшить время повторной съемки заданных районов и повысить опера тивность радиолокационноrо наблюдения. Эти вопросы, связанные с rеометрией космическоrо землеобзора и необходимым составом орбитальной rpуппировки для получения требуемоrо периода обновления информации, обсуждаются в rл. 5. Выбор, расчет и оптимизация параметров РСА являются итерационной про цедурой, в которой следует учитывать располаrаемые ресурсы КА по энерrопо треблению, массе, тепловыделению, конструкции и компоновке аппаратуры на КА. Современная тенденция нахождения компромисса для удовлетворения требований, предъявляемых к информационной системе, предусматривает создание мноrоспут никовой орбитальной rpуппировки с компактными РСА, располаrающими широ ким набором режимов работы и параметров зондирующих сиrналов, которые управляются цифровыми командами. Режимы работы РСА включают в себя KOM бинацию режимов обзора, поляриметрические режимы, индикацию движущихся целей, интерферометрическое зондирование. Предусматриваются также режимы мноrопозиционноrо зондирования. Основные режимы обзора в космических РСА (рис. 4.1) включают в себя: 1) маршрутный режим обзора непрерывной съемки (МР); 2) широкозахватный режим Скансар (СС); 3) прожекторный кадровый режим (ПР). Поляриметрическое и интерферометрическое зондирование в этих режимах обзора реализуют путем управления параметрами бортовых устройств РСА. Haд лежащим образом выбирают время съемки набора Р ЛИ для совместной обработки, а при необходимости  управляют параметрами орбиты КА. 4.1.1. Маршрутный режим обзора Маршрутный режим обзора, показанный на рис. 4.1 ,а,  это режим непрерывной съемки в течение длительноrо времени, при котором полоса съемки фиксирована слева или справа относительно следа КА в пределах технически возможной полосы обзора. Из условий однозначности сиrналов, рассмотренных в rл. 3, в маршрутном режиме разрешение по азимуту не может быть лучше половины rоризонтальноrо раскрыва антенны, а реализуемая полоса съемки (зона захвата) поперек линии пути 151 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования не может превысить значения, paBHoro рекуррентной дальности, деленной на синус уrла падения. В маршрутном режиме современных РСА положение зоны захвата относительно следа КА можно задавать произвольно в пределах полосы обзора. Маршрутный (МР) Скансар (СС) Прожекторный (ПР) La  длина апертуры синтеза а) в) б) Рис. 4.1. Основные режимы обзора космических РСА: а  маршрутный; б  Скансар; в  прожекторный Однако расширение полосы обзора в сторону максимальных дальностей требу.. ет увеличения вертикальноrо размера антенны. Приближение ее к надиру сопровож дается ухудшением разрешения поперек линии пути (по rоризонтальной дальности). При проектировании РСА с широкой полосой обзора условие неоднозначности и по тенциал проверяют на максимальной дальности, зону захвата  на минимальной дальности. Если при приближении к надиру не обеспечивается нужная зона захвата (изза оrpаничения уrломестной ДНА), то формируют луч необходимой ширины. При изменении положения зоны захвата в пределах полосы обзора необходимо из менять в небольших пределах частоту повторения таким образом, чтобы время рас.. пространения до центра заданной полосы съемки не было кратными периоду зонди рованию и не пришлось на момент излучения зондирующеrо импульса. В маршрутном режиме обычно для формирования радиолокационноrо изобра.. жения полностью используют длину TpaeKTopHoro сиrнал в пределах зоны облуче ния вдоль линии пути (обозначена La на рис. 4.1,а). Возможны варианты обработки сиrналов  синтез Р ЛИ с длиной апертуры La и реализацией наилучшеrо разрешения по азимуту, paBHoro половине rоризонтальноrо размера антенны РХ == D xant /2, либо разделение апертуры La на субапертуры, синтез Р ЛИ с пониженным пространствен ным разрешением и применением HeKorepeHTHoro накопления (фильтрации спекл шума путем усреднения независимых наблюдений) для улучшения радиометриче.. cKoro разрешения в задачах мониторинrа земных покровов (см. rл. 7 и 9). Важное преимущество маршрутноrо режима состоит в том, что длина сни" MaeMoro маршрута может быть произвольной. Она определяется, в основном, Tpe 152 
fлаsа 4. Режимы работы космических РСА буемыми районами съемки, с оrpаничениями по производительности линии пере дачи данных, а также по энерrетике, поскольку РСА во время съемки потребляет повышенную мощность от буферных батарей. 4.1.2. Широкозахватный режим Скансар Если требуется широкая полоса съемки, в которой условия однозначности не YДOB летворяются, то используют мноrолучевой режим работы. Полосу съемки реали зуют несколькими парциальными лучами (режим Скансар, рис. 4.1,6). Это достиrа ется ценой уменьшения времени синтеза апертуры и ухудшения разрешения в каж дой из парциальных зон. Обзор ведут кадрами поочередно с переключением лучей. Число лучей в уrломестной плоскости (парциальных зон по дальности) опре деляется соотношением N = k Rmax  R min ( 4.1 ) z r R ' р rде Rmax, R min  максимальная и минимальная rpаницы зоны захвата по наклонной дальности; Rp = сТ р /2  рекуррентная дальность, соответствующая периоду по вторения зондирующеrо сиrнала; k r  коэффициент запаса для устранения HeOДHO значности по дальности. Принципиальные отличия режима Скансар от маршрутноrо режима состоят в следующем. В маршрутном режиме возможна съемка короткими кадрами, но при этом длина участка траектории съемки должна превышать размер снимаемоrо Kaд ра плюс длина зоны облучения вдоль линии пути (см. La на рис. 4.1,а). Как отмече но в подразделе 4.1.1, длина синтеза Р ЛИ может быть уменьшена, а резерв исполь зован для нескольких наблюдений. В режиме Скансар этот резерв используют для переключения парциальных зон, что позволяет расширить общую полосу съемки. Разрешение вдоль ли'нии пути (по азимуту) в режиме Скансар примерно равно Рх ';::; Dxant (N z + 1)/2, (4.2) rде Dxant  rоризонтальный размер антенны РЛС. Единица добавляется для Toro, чтобы не было ослабления сиrнала в зоне, Ha ходящейся на краю диаrpаммы антенны. Сканирование лучей с частичным пере крытием соседних зон по уrлу места реализуется путем использования фазируемой антенной решетки либо переключением облучателей в зеркальной антенне. Для получения одинаковой разрешающей способности по азимуту во всех парциальных зонах длина синтезированной апертуры и время синтеза должны быть пропорциональны наклонным дальностям до центра зон. На рис. 4.2 показаны рассчитанные по формулам, приведенным в rл. 3, rpафики для rоризонтальной и наклонной дальностей и их распределение по парциальным лучам. Взяты парамет ры РСА: высота орбиты 630 км (солнечносинхронная с уrлом наклонения 98,20), полоса съемки 500 км, уrлы падения от 1 О до 480, пять лучей. Для такой орбиты максимальная путевая скорость КА составляет Vsg7657 м/с (см. rл. 5). Ширина парциальных зон по rоризонтальной дальности выбрана одинаковой, что обеспе чивает примерно равную чувствительность РСА во всех лучах (с отклонением не 153 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования более ::1: 1 дБ). Значения наклонных дальностей для центра лучей (отмечены круж ками) приближенно образуют rеометрическую проrpессию с коэффициентом Ki==.1,069 при отношении наклонных дальностей на rpаницах полосы съемки, paB ном 1,4. Полное время синтеза равно сумме парциальных времен плюс время син теза в зоне, ближайшей к надиру N ( N ] ( N J kl К R  1 ynt == yntN + Lyntk == yntl 1 + LK R == yntl 1 +  . k=l k=l K R 1 (4.3) 900 :s: fO-I u О ::с ..Q  ::s t:t:   ::I:  ::I: ::I: О  Q   ..Q ::I: ::r:: :s:  t:Ii:   :s: ::I: :1 ..Q  @  Е- t:: ::r::  о м :s:   . I I I I I I I I  I I I I I I I I .ф  I I I I I I I I  : : : : I I I I  800     t       t   t   t t    .:;  Jltч   I I I I I I I I ! ! ! I .........ф....... I ЛУ1ч 4! ! 700  t - - - - t -  - - L:.8'" ,  L t t  t  t    -$ ' ... -- ""'Р""" I ЛУЧ 3 I I I I ... ". Л '. 2 I I I , I I ... I]iЧ I I I , I I 600 -  - лtt -l - - t      - t     t   t t -t t--л ytS   " I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 500 ----- ----- --- --------t  - -Лу44  . t I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I , I I I I I I I I I I I I I I 400 -------t--3- ,. ----t--+- I I I I J r I . I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 3 00 t -tЛу2--- I ----t----t--t-----t----- I I I I I I . I I I I I I I I : I I I I I I I I I I I О I I I I I I I I I 2 О :f:I"'ТI" -1- - .. - - - - -- t- -- - -- - t- -- - - t- - -t- - -- --t - -- -- -  . -у "1 I I I I I I I I . I I I I I I I I I I I I I I , I I I I I I I I , I I 1 00 "О ----t--- ------t-tt----t --------t-----t---- I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I , I I I I I I I I I I о 100 200 300 400 500 rоризонтальная дальность, км 600 Рис. 4.2. Распределение rоризонтальной (сплошная линия) и наклонной (пункт ир) дальностей по парциальным зонам в режиме Скан сар Уточненное значение разрешения по азимуту будет составлять == Dxant ( 1 + к%  1 J == 6,74D xant . РХ 2 К 1 2 R Выбранная rеометрия расположения парциальных зон сканирования OДHO значно определяет ширину ДНА по уrлу места для каждоrо из лучей, а, следова тельно, и вертикальный размер антенны для заданной длины волны РСА. С учетом требований по однозначности сиrналов (подразделы 3.6.2, 3.6.3) выбирают частоту повторения зондирующих сиrналов, по величине которой определяют требования к rоризонтальному размеру антенны 2kxg Dxant > , F pmax rде F pmax  наибольшее значение частоты повторения для парциальных зон. Подставляя приняты е параметры режима Скан с ар в (4.3Н4.5) получаем при k r == 1,3 и kx == 1,45 требуемый размер антенны Dxant == 15 м и разрешение по азимуту Рх ==50,5 м. Время синтеза в каждой зоне вычисляют по известной формуле с уче том выбранной длины волны РСА (4.4) (4.5) 154 
rлава 4. Режимы работы космических РСА Lak ROk A Т'syntk ==  (4.6) g 2gPx rде Lak  длина синтезированной апертуры; ROk  наклонная дальность в kй парци альной зоне. Кроме ухудшения азимутальноrо разрешения отличие параметров режима Скансар от маршрутноrо режима состоит в более жестких требованиях по подав лению помех неоднозначности сиrналов по азимуту. Как показано в rл. 3, рис. 3.23 и формула (3.74), влияние помех неоднозначности определяется отношением инте rральной мощности сиrнала в пределах полосы обработки к мощности паразитных составляющих, попадающих в полосу фильтра обработки. В маршрутном режиме за время прохождения азимутальной ДНА доплеровская частота принимаемоrо сиrнала от каждой цели меняется в пределах полной полосы Dop == 2g / Dxant , имея ноль доплеровской частоты в момент, коrда цель находится в плоскости, нормальной к вектору путевой скорости РСА. При синтезе апертуры, например, методом прямой свертки, принятый сиrнал последовательно смещается по времени так, что ero фазовая характеристика совпа дает с комплексно сопряженной характеристикой опорной функции. Мощность сиrнала от цели определяется ero интеrpированием по всему rлавному лепестку азимутальной ДНА, как это показано на рис. 4.3,а. В кадровом режиме Скансар с длительностью кадра, MHoro меньшей времени прохождения сиrналом азимуталь ной ДНА, на вход фильтра обработки поступают сиrналы от целей на разных доп леровских частотах в зависимости от их удаления от плоскости, нормальной к BeK тору скорости РСА в момент съемки. Ширина спектра сиrнала от каждой цели в соответствующее число раз меньше полной полосы сиrнала, а амплитуда может быть ослабленной, если направление на цель в данном кадре съемки находится на склоне азимутальной ДНА. Эту ситуацию иллюстрирует рис. 4.3,6, на котором видно, что для целей, удаленных от максимума ДНА, отношение мощности сиrна ла к помехе неоднозначности резко падает. Поэтому значение коэффициента запа l\10ЩНОСТЬ полезноrо сиrнала G(FDop) Мощность полезноrо сиrнала Fp Полоса обработки сиrнала Fp F р Мощность помех неоднозначности Полоса обработки сиrнала Мощность помех неоднозначности а) б) Рис. 4.3. Соотношения между интеrpальными мощностями сиrнала и помех неоднозначности в маршрутном режиме (а) и в режиме Скансар (6) 155 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования са на неоднозначность по азимуту в режиме Скансар следует брать большим kx 1,5, чем в маршрутном режиме. Новая разновидность режима Скансар  TOPSAR (TOPS  Тепаiп Observation Ьу Progressive Scans), при котором в процессе обзора парциальной зоны сканируют лучом по азимуту, как в прожекторном режиме, но в обратную сторону [518]. При этом в каждом скане сиrналы от каждой цели принимают с полным спектром доп леровских частот, как при простом расширении азимутальноrо луча. Появляющая ся неоднозначность сиrналов по азимуту, характер которой известен по значению MrHoBeHHoro отклонения луча от нормали в каждом скане (в отличие от расширен Horo луча), устраняется при синтезе Рли. В результате формируется РЛИ с He сколько худшим разрешением и отношением сиrнал/шум, но с равным амплитуд ным распределением и более приrодным для интерферометрической обработки. Близкий эффект достиrается при сканировании луча в направлении, обратном по лету (как в прожекторном режиме  инверсный режим TOPSAR), но уrол сканиро вания должен быть больше. 4.1.3. Прожекторный режим обзора Основной недостаток маршрутноrо режима состоит в том, что нельзя получить азимутальное разрешение лучше, чем половина rоризонтальноrо размера антенны (уточнение для высокоорбитальных РСА приведено в rл. 5). Это оrраничение мож но преодолеть в кадровом прожекторном режиме, показанном на рис. 4.1,в. В про цессе движения КА по траектории луч антенны вращают по азимуту, направляя ero в центр снимаемоrо участка местности (кадра). Выиrрыш во времени синтеза ис.. пользуют для улучшения азимутальноrо разрешения, а также для получения не.. скольких независимых наблюдений и улучшения радиометрическоrо разрешения путем HeKorepeHTHoro накопления наблюдений. Изменение направления луча реализуют путем проrpаммноrо разворота КА по курсу (РСА TECSAR [385, 422]), а также применением антенн со сканировани.. ем луча в rоризонтальной плоскости: rибридной зеркальной антенны (РСА КА «КондорЭ», см. rл. 12, 13) или антенн типа АФАР (большинство современных РСА, см. rл. 13). В прожекторном режиме прuнимаемый СUZНШl имеет ряд особенностей, которые связаны с тем, что, по существу, имеем сочетание cTporo боковоrо обзора (нуль доплеровской частоты в центре луча ДНА) в середине интервала обработки со скошенным обзором на краях синтезированной апертуры: . ширина спектра доплеровских сиrналов, принимаемых от участка местности, облучаемоrо антенной РСА в каждый момент времени (мrновенный доплеров.. ский спектр) такая же, как и в маршрутном режиме и равна Dop == 2g / Dxant , что позволяет выбирать частоту повторения зондирующеrо сиrнала, как в мар.. шрутном режиме. Расчет частоты повторения и дрyrих параметров РСА ведется так же, как для маршрутноrо режима по формуле (3.71) с учетом выбранноrо размера антенны по конструктивным соображениям, исходя из обеспечения энерrетическоrо потенциала, полосы съемки и полосы обзора (см. разделы 3.5 и 156 
fлаsа 4. Режимы работы космических РСА . 3.6). Параметры прожекторноrо режима отличаются от маршрутноrо временем обработки, длиной синтезированной апертуры и числом KorepeHTHo и HeKore рентно суммируемых импульсов; средняя доплеровская частота спектра сиrналов изменяется по времени, при мерно по линейному закону, причем интервал изменения частоты в несколько раз превышает ширину MrHoBeHHoro спектра. Поэтому записанная в ОЗУ pa диоrолоrpамма прожекторноrо режима содержит несколько интервалов Heoд нозначности по азимуту, как это иллюстрирует рис. 3.23 rл. 3, а также вид ДBY мерной радиоrолоrpаммы, приведенной на рис. 4.4. Положение «крестов» COOT ветствует значениям доплеровской частоты, кратным частоте повторения зон дирующеrо сиrнала. Поскольку полоса доплеровских частот от облучаемоrо антенной РСА участка местности меньше частоты повторения Fp, отличие при нимаемой частоты сиrнала по азимуту (в пределах ТFP!2) от истинной допле ровской частоты и вызванная этим мноrозначность не даст ложных целей. За кон изменения средней частоты известен, условие обобщенной теоремы Ko тельникова о соотношении полосы спектра сиrнала и частоте дискретизации не нарушается и возможно восстановление непрерывности исходноrо закона из менения доплеровской частоты принимаемоrо сиrнала, например, путем reTe родинирования с ЛЧМпроцессом, интерполяцией отсчетов на повышенную частоту и обратным rетеродинированием. Временные зависимости параметров принимаемоrо сиrнала детально рассмотрены в rл. 5 и 6; интервал дискретизации отсчетов радиоrолоrpаммы по азимуту в несколько раз превышает азимутальное разрешение Р ли. Для отображения TaKoro Р ли Tpe буется в процессе синтеза Р ли повысить частоты дискретизации, например, методом интерполяции (см. выше); на краях радиоrолоrpаммы резко возрастает миrрация дальности (рис. 4.4). Может оказаться, что величина миrpации сиrнала от цели за период зондирова ния превысит шаr квантования по дальности, так, что в отдельных отсчетах дальности сиrналы от цели будут отсутствовать, и радиоrолоrpамма будет раз рушаться. В первую очередь это проявится в возрастании интеrpальноrо уровня боковых лепестков синтезированной ДНА, оценка KOToporo проведена в [431 *]. . . .. . .". .... \  () .  .. : . {tI  :. "'"i!:t;;: .. 1:IJ    ,)t . """"..#;@  ..\' ' ;...  .{ j ?.,.o<., " .* if( ФJif?:{['_  .@ . ,...  ::.,,< }ir: .  . -  . ''' . ''''''''''''''- . ''"'  .........."'  . :;r . ' . " . .. . . . . m -l',t-;,,,-::-;:.;: . .s.  ......J' . '.  ., . .  ... ....'C&\\\.т. ";o"q :';":'  ':',2' wg::-. :''" .. ..,.4:V. "'':  '''l.: >';''" " .   . ..  . I '   I  .    .  . I . t . ' . I      :      I  ' I " l f  :   I   . '   I         t# !-'  "! I I)1II11IJ}" )1 111t11'"llllт  })} ' .fII..'ltI, ' ' . "I H",. '11 ""':"",.',.,...'}  . .  "'  ""'J'I.....l fJJ. . ,....,...... ,..'  '1.. \1 ,\..,.... ,,'.. , '/1 . ......_,.'...-'.,/,r,,',l  -':'.''''. :>;".. '''i;' .,..,"'...?/.,,;{ .  .)t':\'... .:.\' Рис. 4.4. Вид радиоrолоrpаммы прожекторноrо режима 157 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Обычно в прожекторном режиме амплитуда принимаемых от местности сиr налов постоянна по времени. Она максимальна для центра кадра и уменьшается к краям снимаемоrо кадра в соответствии с формой ДНА, оrpаничивающей размер снимаемоrо кадра по азимуту. Возможен, так называемый, прожекторный режим «с протяжкой», при котором луч антенны не cTporo следит за центральным объек том, а «скользит» относительно Hero с отставанием от точноrо слежения. В этом режиме амплитуды принимаемых по полю кадра сиrналов меняются по времени, но при этом он позволяет несколько увеличить размер кадра по азимуту. Приведенные выше особенности сиrналов в прожекторном режиме должны учитываться в алrоритмах синтеза РЛИ (см. rл. 6). 4.1.4. Поляриметрические режимы радиолокационной съемки Поляриметрические режимы являются синхронной съемкой с комбинацией раз личных поляризаций при излучении и приеме. Их техническая реализация зависит от решаемой задачи дистанционноrо зондирования, особенностей построения KOH кретной аппаратуры РСА с учетом оrраничений, связанных с принципом работы РСА. Обычно используют линейно поляризованные сиrналы, излучаемые и при нимаемые антенными устройствами с линейными rоризонтальной (r) и вертикаль ной (В) поляризациями. При проектировании современных РСА предусматривают полнополяриметрические режимы, обеспечивающие прием и реrистрацию четырех (Quadpol) сочетаний поляризаций излучения и приема, составляющих матрицу Стокса rr+rB+BB+Br, а также сокращенные режимы с реrистрацией сиrналов двух (Dualpol) сочетаний поляризаций: rr+rB, BB+Br или rr+BB [80]. Выходной информацией РСА в таких режимах являются КР ЛИ, по которым можно измерять отношения между амплитудами компонентов матрицы Стокса, разности фаз между ними, а также вести интерферометрическую обработку поляриметрических данных (режим PolInSAR). Наиболее информативным инструментом поляриметрическоrо зондирования является поляриметрическая интерферометрия (PolInSAR), основанная на анализе полнополяриметрической матрицы. Применительно к мониторинrу лесных масси вов она позволяет оценивать высоту деревьев, вести мноrослойное топоrpафиче ское картирование. В отличие от полнополяриметрическоrо режима или комбинации rr +ВВ pea лизация режимов с двумя поляризациями rr+rB или BB+Br (сокращенная запись  rrB, BBr) предъявляет значительно меньшие требования к аппаратуре РСА. Сиr нал передатчика (или выходы мощных усилителей модулей АФАР) подключают к антенне (излучателям) требуемой поляризации (r или В). Принятый антеннами двух (r и В) поляризаций сиrнал усиливают в двух приемных каналах и далее по сле оцифровки подают на линию передачи данных. Для поляриметрических режи мов поток информации, передаваемой по радиолинии, возрастает, что обычно KOM пенсируют ухудшением пространственноrо разрешения. В режиме четырех поляризаций радиолокатор работает на удвоенной частоте повторения с череспериодным чередованием поляризации излучения, прием и уси ление сиrналов ведут как в рассмотренном выше случае. Повышение частоты повто.. 158 
fлаsа 4. Режимы работы космических РСА рения зондирующих сиrналов приводит к появлению неоднозначности сиrналов по дальности, что оrраничивает полосу съемки в области больших yrлов падения. Вариантом получения частичной информации о составляющих матрицы CTO кса без удвоения частоты повторения может быть режим, который по аналоrии с режимом Скансар можно назвать «Сканпол». Съемку с приемом двух поляризаций проводят кадрами длительностью, примерно в три раза меньшей времени облуче ния целей по азимуту, меняя поляризацию излучения от кадра к кадру. После син теза КРЛИ будут получены две поляриметрические пары rrB и BBr изображений, приrодные для измерений отношения амплитуд и разности фаз с тем отличием, что в соседних кадрах флуктуации сиrналов будут некоррелированы, и для повышения точности измерений потребуется их сrлаживание (HeKorepeHTHoe накопление) по площади наблюдаемых протяженных объектов. Необходимость использования в поляриметрических режимах двух приемных каналов, как правило, не слишком усложняет бортовую аппаратуру, поскольку при проектировании РСА космическоrо базирования обязательно предусматривают pe зервирование основных блоков, и усложнение касается только коммутационных устройств. При выходе из строя одноrо из каналов сокращаются функциональные возможности бортовоrо комплекса, но в целом живучесть сохраняется. Применительно к миниспутникам с АФАР требование наличия двух прием ных каналов в модулях может оказаться невыполнимым изза превышения общей массы аппаратуры. В таких случая реализация режима двухполяризационноrо зон дирования в комбинациях rrB, BBr или rr +ВВ возможна путем череспериодноrо переключения поляризаций при излучении и приеме с работой на удвоенной час тоте повторения. В связи со сложностями работы в полнополяриметрическом режиме применяют «компактный режим» (СР  compact polarimetry), при котором излучают линейно по ляризованную волну с yrлом наклона плоскости поляризации 450 [321, 377, 471]. Технически такой режим реализуют в РСА с АФАР, разделяя на две rpуппы по Bep тикали управление приемопередающими модулями (ППМ) при передаче: одна rpуп па излучает rоризонтальную, а дрyrая  вертикальную поляризации. Введением дo полнительноrо сдвиrа фазы в одной из rpупп ППМ на ::1:900 можно получить зонди РУЮЩИЙ сиrнал с крyrовой поляризацией. Прием ведут как обычно  двумя каналами r и В поляризаций. В результате в режиме СР ,,/4 в приемных каналах оказываются суммы сиrна лов с соrласной и кроссполяризованной компонентами: (; ==  { s е}{РнН + S e}rpyH } . ( 4.7 ) HJ2HH УН , (; ==  { s ejrpyv + S e}{PнV } YJ2VV НУ . Для круrовой поляризации излучения имеем аналоrичные соотношения. Как и в полнополяриметрическом режиме в компактном режиме информатив ными признаками являются отношения амплитуд и разность фаз мощных KOM плексных составляющих rr и ВВ поляризаций с дополнением к ним низкоrо ypOB 159 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ня (минус 7...1 О дБ) кроссполяризованных компонентов. При таком соотношении амплитуда кроссполяризованной компоненты составляет 0,3...0,45 от параллель ной компоненты. Поэтому в комбинации компонент амплитуда cYMMapHoro сиrна ла может изменяться в пределах 55... 145 %, а фаза  до + 240. Комбинация поляри заций существенно повышает вероятность идентификации типа подстилающих по верхностей, имеющих симметричные кроссполяризованные компоненты rB и Br, что характерно, например, для растительноrо покрова. Применение компактноrо поляриметрическоrо зондирования позволяет избе жать оrраничений, типичных для полнополяриметрическоrо режима, при сниже нии вероятности распознавания типа поверхности не более единиц процентов. Особо заметны преимущества компактноrо представления поляриметрических данных при поляриметрической интерферометрии, требующей удвоения объема данных для тематической обработки. 4.1.5. Интерферометрическая радиолокационная съемка Интерферометрическая съемка предусматривает получение набора (двух и более) КР ЛИ заданной территории при совпадающих или близких условиях наблюдения, определяемых интерферометрической базой. В зависимости от решаемой задачи база может располаrаться поперек линии пути (построение карт рельефа, топоrpафиче ское картирование), вдоль линии пути (индикация движущихся целей) или опреде ляться временным интервалом между съемками (временная база дифференциальной интерферометрии для измерения малых смещений земной коры и изменения reoMeT рии объектов, а также для выявления изменений в оперативной обстановке). Инфор мация, извлекаемая при интерферометрической обработке, содержится в разности фаз в каждом пикселе Р ЛИ, вычисляемой через произведение комплексных отсчетов одноrо КР ЛИ на комплексносопряженные отсчеты BToporo КР ЛИ { Im( и\и;) } qJ ( Х, У) == arctg (.. *) . ( 4.8) Re и 1 и 2 Используют интерферометрию с «жесткой» базой, при которой передатчик и два приемных канала с независимыми антеннами размещаются на одном КА, и с «мяrкой» базой в виде тандемов КА, двиrающихся по близким параллельным op битам или путем съемки на друrом витке кратно повторяющейся орбиты (межвит ковая интерферометрия). Основное требование к получаемым парам КР ЛИ  их приrодность к Kore рентной обработке. Ее характеризуют коэффициентом коrерентности. Этот KOM плексный параметр называют «интерферометрической коrерентностью» ( Z\ Z ;) Ycog , (4.9) (z\z;)( Z2Z;) rде Zl, Z2  комплексные коэффициенты обратноrо рассеяния, рассчитанные по перво му и второму КРЛИ, yrловые скобки означают усреднение по объекту наблюдения. 160 
fлава 4. Режимы работы космических РСА Нарушение коrерентности КР ЛИ может быть вызвано увеличением размера базы, при котором в дополнительный приемный канал попадают сиrналы не от максимума rлавноrо лепестка диаrраммы обратноrо рассеяния (ДОР) каждоrо эле мента разрешения на местности или rрупповоrо объекта, а из области, rде сказы ваются флуктуации сиrналов, вызванные интерференцией элементарных отражате лей, попадающих в элемент разрешения РСА. Критический размер базы, коrда KO repeHTHocTb нарушается, составляет от сотен метров до километров в зависимости от диапазона волн и разрешающей способности РСА. Преимущества жесткой базы  ее фиксированный размер. В РСА SRTM КА Space Shuttle [521], предназначенном для топоrрафическоrо картирования, реали зована сложная уникальная конструкция с выдвижной 60метровой штанrой, на которой установлены выносная двухдиапазонная приемная ФАР, а также лазерная и телевизионная аппаратура контроля rеометрии. Размер базы значительно MeHЬ те критическоrо, что оrраничивает точности измерения разности фаз. Примером создания жесткой базы вдоль линии пути являются РСА с секцион ными АФАР, в которых сиrналы от каждой секции усиливаются в разных каналах. Такую распределенную систему можно использовать для пространственновремен ной обработки сиrналов (ST АР  Space Time Adaptive Processing) с целью индика ции движущихся целей. Однако и в этом случае конструктивные соображения or ранивают размеры интерферометрической базы и соответственно пороrовое значе ние и точность измерения скоростей целей. Преодоление указанных оrpаничений достиrается использованием интерферо метрии с мяrкой базой, один из вариантов которой  создание орбитальной rруп пировки в виде синхронноrо тандема спутников, движущихся по параллельным орбитам со смещением поперек и вдоль линии (TanDemX, Radarsar2 и Radarsat3 [276, 317, 370, 372]). Такая конфиrypация приrодна для продольной и поперечной интерферометрии, но в последнем случае следует учитывать изменения размера базы в пределах каждоrо витка, особенно при полярных орбитах. Особые требования предъявляются к точности измерения разме ров и yrловоrо положения базы между спут никами, что требует применения прецизион Ву ной бортовой аппаратуры позиционирования и уточнения данных по наземным средствам траекторных измерений и путем анализа за писанных радиоrолоrpамм. fеометрия интерферометрической cъeM ки с использованием тандемов КА показана на рис. 4.5. Спутники двиrаются по близким орбитам. В текущий момент времени поло жение спутников в точках А} и А 2 образует интерферометрические базы  поперечную Ву и продольную Вх. Обычно один из спутников Рис. 4.5. Интерферометрическая съемка (А}) работает в активном режиме излучения и с использованием тандемов КА [370] А 1 ВХ 6--------1492 161 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Вх приема, а второй (А 2 ) пассивный  только в режиме приема. Размеры интерферомет рических баз должны удовлетворять усло вию коrерентности (4.9). В данном разделе рассматриваем по перечную интерферометрию для построе ния карт рельефа (рис. 4.6). Примем, что ось Zs направлена в зенит и проходит че рез середину центральноrо уrла as (центр орбитальной rpуппировки). Ось  парал лельна вектору путевой скорости КА, ось Y s дополняет систему до правой при лево стороннем обзоре и до левой  при обзоре правым бортом. Плоскость визирования OYsZs, перпендикулярная вектору путевой скорости, соответствует нулевой допле ровской частоте при синтезе Р ЛИ. BxoдHьи дaHHьи для расчетов являются: . полученные по данным траекторных измерений и датчиков позициониро вания радиусы орбит КА R s1 , R s2 , цeH У 5 тральный yrол as формирования ин терферометрической базы, текущие Рис. 4.6. rеометрия интерферометрической rеоrрафические координаты следа F съемки тандемом КА центра орбитальной rруппировки; . наклонные дальности Rl и R 2 до точек на земной поверхности, соответствую щие пикселям полученных АР ЛИ; . разность наклонных дальностей l1R R slRs2, измеренная фазометрическим Me тодом с высокой точностью по паре КРЛИ. Выходными данными расчетов должны быть: . rеоrpафическая координата каждой точки РЛИ в сечении Х О (в плоскости ви зирования), для вычислений которой требуется знание yrла а; . высота рельефа относительно радиуса референцэллипсоида Rerp на rеоrрафиче ской широте района съемки. Размер базы поперечной интер ферометрии определяется выражением Ву ==  R?i + R?2  212 cosa s :::: a s (1sl + 2 )/2 . (4.10) н RSl Е' a s 11 При равенстве радиусов орбит обоих КА база интерферометрии rоризонталь на, иначе она наклонена на малый уrол S: . ( l sin а s J as 1r и В = arCSln +    . Ву 2 2 (4.11 ) 162 
rлава 4. Режимы работы космических РСА Для упрощения выкладок примем, что радиусы орбит КА в тандеме одинако вы, тоrда линия А 1 Р' rоризонтальна, а линия рр' параллельна оси OZ8. Координату точки р относительно базовой линии А 1 Р' находят решением прямоуrольноrо тpe уrольникаА 1 РР' с rипотенузой R 1 и прилежащим уrлом {З, вычисленным через раз ность наклонных дальностей L1R р  arccos( М/Ву). Отсюда получаем соотношения для координаты точки р: хр==о; У р == F'P' == R! cos Р  Ву /2 == МR!  Ву /2 ; Ву (4.12) (4.13) Zp ==l cos(as/2)Rl sin{J. 'Для в ысоты р ельефа относительно референцэллипсоида имеем h == z J, + У;  'P. (4.14) Центральный уrол а для вычисления удаления точки наблюдения от трассы КА находим из выражения а == arcsin ( Ур ) . (4.15) Retp + h В возможном варианте расчета выражают 2 == l  М , а далее решают тpe yrольник по трем сторонам с вычислением высоты H==2 p (pEy)(p)(p.)/Ey и yrла p==arccos(  Щ H2 /R!), rдe р=(Ву + +R 2 )/2  полупериметр треyrольни ка А lA 2 P. Соотношения, аналоrичные приведенным выше, справедливы и для случаев межвитковой интерферометрии, коrда изображения получают независимо с помощью одноrо или разных КА. Непременное требование  соблюдение базы интерферомет рии, при которой сохраняется коrерентность пар КРЛИ. Обычно используют повто ряющиеся орбиты с циклом 1121 суток. Изза влияния разных факторов (например, медленноrо снижения) точноrо совпадения орбит не происходит и может образоваться требуемая интерферометрическая база. В ряде случаев управляют параметрами орби ты, сокращая цикл повторения до ДByxтpex суток. Причиной разрушения KorepeHTHo сти MOryт быть временные изменения обстановки (суточная или сезонная изменчи вость). Более стабильна интерферометрия в дециметровых s и Lдиапазонах волн. Межвитковая съемка с повторяющихся орбит может применяться для диффе ренциальной интерферометрической обработки  KorepeHTHbIM методам выявления изменений в окружающей обстановке, оценке подвижек земной коры, изменений rеометрии инженерных сооружений путем сопоставления полученных в разное время фазовых изображений. 163 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 4.2. Расширенные режимы обзора космических РСА Бурное развитие радиолокационной техники и технолоrий привело к lllИРОКОМУ использованию активных фазированных антенных реlllеток (АФАР) в космических РСА. При этом выявились возможности не только rибкоrо управления лучом, но и цифровоrо формирования ДНА, а также построения мноrоканальных ПРl!емных систем, использующих секционное разбиение АФАР с применением методов про странственновременной обработки сиrналов для индикации движущихся целей. Это дало возможность разработать новые принципы построения космических РСА, существенно раСlllиряющие их информационные возможности. 4.2.1. Метод двойноrо приема Применение секционной АФАР позволяет повысить разрешающую способность РСА по азимуту в марlllрУТНОМ режиме, так называемым методом «двойноrо прие ма» (dualreceive mode of operation), реализованным в РСА HOBoro поколения Radarsat2 и ТепаSАRХ [265, 268, 333, 334, 402, 481, 501]. Этот метод позволяет при rоризонтальном размере антенны 15 м в РСА Radarsat2 достичь BbIcoKoro раз реlllения 3х3 м (режим Ultra Fine mode) в полосе 20 км при уrлах падения 30...400. Такой режим по сравнению с прожекторным режимом имеет несколько меныllйй энерrетический потенциал, поскольку требует расширения луча антенны при излу чении и не позволяет реализовать HeKorepeHTHoe накопление, но зато он позволяет вести съемку длинных марlllрУТОВ, а не выборочных кадров. На практике MorYT применяться оба режима работы [481]. Принцип действия режима двойноrо приема иллюстрирует рис. 4.7. Рассматри ваются два положения РСА в соседних периодах зондирования. При передаче сиrнал излучают полной АФАР с фазовыми центрами 1 и 2 в первом и втором зондировани ях. Прием ведут двумя независимыми секциями антенны, фазовые центры секций разнесены на половину размера АФАР. Период повторения выбирают таким обра Передающие импульсы Приемные импульсы А  ......,,.  ............. .......... :rf  .! '-;!. : .. ....... А' U.... \ В' \ и 2а у и2Ь Рис. 4.7. Принцип действия режима двойноrо приема 164 
rлаsа 4. Режимы работы космических РСА зом, чтобы антенна перемещалась из положения 1 в положение 2 на половину своей длины. Сиrналы U 1а И U 1Ь от первоrо зондирования и U 2а И U 2Ь от BToporo зондиро вания принимаются секциями антенны независимо, а далее формируют радиоrоло rpaMMY на виртуальной удвоенной частоте повторения. Это происходит следующим образом. Допустим, что ведется прием только пра вой секцией А' АФАР, тоrда радиоrолоrpамма состоит из последовательности отсче U, Ula, U 2а , ... Сиrналы, принятые секцией В', тов на реальной частоте повторения будут иметь запаздывание, Ta кое же, как если бы РСА Ha ходилась бы посередине меж ду двумя зондированиями. Эти отсчеты можно вставить в суммарную радиоrолоrpам му. Тоrда с выходов двух приемников получим COBMe щенную rолоrpамму для син теза РЛИ на удвоенной (вир туальной) частоте повторения: U,  Ulb, и 1а , U 2Ь , U 2а , ... . На рис. 4.8 приведена модель формирования радио rолоrpаммы двойноrо приема дЛЯ РСА Lдиапазона волн с rоризонтальным размером aH тенны 12 М. Сплошная линия соответствует полной радио rолоrpамме, точки  реаль ным отсчетам сиrналов с ceK ции А' с частотой повторения F p ==1200 rц, равные азиму тальному смещению РСА за период зондирования 6 м, OK ружности обозначают «вир туальные» отсчеты rолоrрам мы, использующие сиrнал с секции В'. «Виртуальная» частота повторения радио rолоrpаммы равна 2400 [ц. На рис. 4.9 приведены допле ровские спектры сиrналов для обычноrо маршрутноrо pe жима и режима двойноrо приема. Составляющая выходнOI"О сю"'нала приемника. усл. ед. 0,4 0,2 0.1 о 0.1 0,2 0,3  I I , I , 150 100 50 О 50 100 150 200 0,4 200 Текущее время, с Рис. 4.8. Формирование радиоrолоrpаммы двойноrо приема: .  отсчеты сиrнала, принятые секцией А' антенны; о  отсчеты от секции В' Амплитуда спектра сиrнала на выходе приемника, уел. ед. 800 I i I i '........-..+''' I I I I I 600 ......'t'". , ' I I 500 + I I 1 ! . 400 I 1 700 300 . I I I I 'rt' It 200 О 2000 1500 1000 500 1000 1500 2000 О 500 Доплеровекая частота еиrнала, rц Рис. 4.9. Доплеровские спектры сиrналов для обычноrо маршрутноrо режима (а) и режима двойноrо приема (в) 165 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования На рис. 4.1 О приведены результаты расчета формы нормированноrо отклика по азимуту в маршрутном режиме (разрешение по азимуту,...,,6 м) и в режиме двой" Horo приема (разрешение по азимуту 3 м) дЛЯ РСА Lдиапазона волн. Блаrодаря ее.. тественному амплитудному взвешиванию уровень боковых лепестков отклика в режиме двойноrо приема значительно ниже, чем в маршрутном режиме (при кото.. ром амплитудное взвешивание сопровождается расширением rлавноrо лепестка импульсноrо отклика). н х 1 1 I , I I I I I I I I I I I I I I 0.9 tl t \t I I I 1, I \ I I I I О 8   \- . I I I I l' I I I I I I I I 1 I I I I I 0.7 trr t  , t I I I I I I I I I I 0,6 ,   : : : : 1 : ': : : : 0.5 1  1 I I 1 I 1 I '1 I I I 0.4 ri1r: t \1i1 0,3 f; T rf 0,2 tir t t : : : 1: : , : : : 0.1  t;-- ' ;' / '  {,;....., I ....., I I 1: , 1, " /, I Нх 10 20 30 40 50 20 15 10 5 О 5 1 О 15 20 Азимут, м 60 50 O 30 20 10 О 10 20 30 40 50 Азимут, м а) б) Рис. 4.10. Расчетные формы отклика по азимуту в маршрутном режиме (пунктир) и В режиме двойноrо приема (сплошная линия): а  линейный масштаб; б  лоrарифмический масштаб в децибелах Заметим, что в рассмотренном методе двойноrо приема с улучшенной разре.. шающей способностью по азимуту снижение энерrетическоrо потенциала РСА по сравнению с маршрутным режимом невелико  только за счет расширения ДНА на передачу. На прием потери в отношении сиrнал/шум отсутствуют, так как после независимоrо усиления в приемных каналах происходит KorepeHTHoe суммирова.. ние сиrналов от секций антенны, аналоrичное суммированию в СВЧтракте при одноканальном построении РСА. Преимущество режима двойноrо приема по срав" нению с прожекторным режимом  возможность проведения маршрутной съемки с высоким пространственным разрешением. Но в прожекторном режиме при съемке малоразмерноrо кадра можно реализовать значительно больший энерrетичеекий потенциал РСА за счет увеличения времени съемки и сочетания KorepeHTHoro и HeKorepeHTHoro накопления при получении выходноrо РЛИ. 4.2.2. Широкозахватные режимы с высоким разрешением Выполнение жестких требований, обеспечивающих однозначность принимаемых еиr.. налов по азимуту (выбор rоризонтальноrо размера антенны и частоты повторения, см. раздел 3.5) и по дальности (рекуррентная дальность и ширина ДНА по yrлу места, см. раздел 3.6), в конечном счете определяет необходимую площадь антенны 4kxkrgRA tgYi Sant = DxantDyant > (4.16) с 166 
rлава 4. Режимы работы космических РСА rде Dxant и Dyant  rоризонтальный и вертикальный размеры антенны; V sg  путевая скорость платформы; R  наклонная дальность; А  длина волны РСА; J1  задан ный максимальный уrол падения, определяющий дальнюю rpаницу полосы обзора относительно следа КА; с  скорость света; kx и k r  коэффициенты запаса по ази муту и дальности. Это условие оrpаничивает возможности одновременноrо расширения полосы съемки и разрешающей способности РСА по азимуту. Основное препятствие к увеличению полосы съемки в космических РСА связано с неоднозначностью сиr налов по дальности. Выбираемый из условия однозначности сиrналов по азимуту период повторения зондирующеrо сиrнала оказывается меньше, чем разность Bpe мени задержки сиrнала между началом и концом полосы съемки. Увеличение пе риода повторения, леrко достиrаемое в HeKorepeHTHbIx космических РБО (частота повторения 100...200 rц), в KorepeHTHbIx РСА оrраничено требованиями теоремы Котельникова по воспроизведению широкоrо спектра доплеровских частот сиrна лов, вызванноrо большими орбитальными скоростями КА  носителя РСА. Применение секционированной АФАР позволяет получить высокую разре шающую способность по азимуту в РСА с широкой полосой съемки (HRWS  High Resolution Wide swath [308, 325327, 371,441,480,483,500,512]). Предложенные методы являются естественным развитием метода двойноrо приема и заключаются в использовании мноrоканальных на прием устройств, подключенных к секциям антенны, и применении цифровоrо формирования суммарной ДНА. Как правило, ДНА на передачу перекрывает всю зону наблюдения по уrлу места, а по азимуту  зону, необходимую для получения заданноrо разрешения. Расширение полосы съемки в сочетании с высоким разрешением по азимуту достиrается 1) увеличением rоризонтальноrо раскрыва антенны с понижением частоты повторения и применением метода мноrоканальноrо приема; 2) применением мноrоканальноrо режима Скансар. В первом случае используют широкий луч на передачу, например, с помощью отдельной зеркальной антенны. Прием ведут, используя мноrосекционную прием ную фазированную антенную решетку, как это показано на рис. 4.11. Для оптимизации параметров РСА нужно, чтобы скорость платформы V была такова, чтобы размер шаrа VT p за период зондирования равнялся полови не rоризонтальноrо размера секции приемной антенны ant. Для антенны, состоящей из N секций, частоту повто рения следует выбирать из условия F == 2V == 2V (4.17) Р Dxant N M ant Структурная схема приема и обра ботки сиrналов по казана на рис. 4.12.  /)х  I Ях) I Ях 2 t j Ях4  Rxs I ...... ...... . 4 ..... -:" :--:. ...... ...... {Нl ...... ...... :J.H2:--+ ...... ... ... til Рис. 4.11. Принцип действия метода мноrоканальноrо приема для получения BbIcoKoro разрешения по азимуту [402] 167 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Она включает в себя секции приемной ФАР, приемники, аналоrоцифровые преоб разователи (АЦП), обработку сиrналов по азимуту и обычный синтез РЛИ. Цель азимутальной обработки сформировать сиrнал на виртуальной частоте повторения путем объединения сиrналов от N секций приемной ФАР. В результате приходим к известному требованию теоремы Котельникова к rоризонтальному размеру полной несекционированной антенны Dxant NX ant. В обычных РСА частоту повторения выбирают с некоторым запасом относительно требований, вытекающих из условия (4.17), но в процессе обработки сиrналов по азимуту возможно снизить помехи неоднозначности. Секция ПФАР Секция ПФАР lУ каналов Частота повторения }i'p Обработка сиrналов по азимуту Вирту альная частота lVli Рис. 4.12. Структурная схема обработки сиrналов методом мноrоканальноrо приема с секционированными приемными ФАР (ПФАР) При этом для обработки сиrналов по азимуту используют разные MeTOДЫ Ha пример, при методе «смещения фазовоrо центра антенны» (Displaced Phase Center Antenna [271]) просто вставляют сиrналы от приемных каналов в последователь ность отсчетов с виртуальной частотой повторения NFp, как это делается в методе двойноrо приема. В случаях, коrда частота повторения не точно соответствует BЫ ражению (4.17), KorepeHTHoe суммирование выполняют с поправкой фазы, вычис ляемой с учетом изменения доплеровской частоты сиrнала в области перекрытия спектров [328]. 4.2.3. Повышение разрешающей способности в поперечном направлении путем межвитковой интерферометрии Исходные соотношения. Применение прожекторноrо режима съемки позволяет улучшить разрешающую способность РСА вдоль линии пути до долей метра, об ратно пропорционально реализованной длине синтезированной апертуры. Имеется возможность улучшения разрешения поперек линии пути сверх предела, оrpани ченноrо полосой зондирующеrо сиrнала (<<сверхразрешение»), путем коrерентной обработки КР ЛИ, полученных на разных витках с различающимися уrлами паде 168 
fлава 4. Режимы работы космических РСА ния. Предполаrается, что за время между съемками не было изменений в OKPy жающей обстановке. Обоснование этоrо метода дано в статьях [324, 339, 482]. В наиболее компактном виде материал изложен в статье [482], основные положения которой с необходимыми дополнениями приводятся в данном подразделе. Физические основы метода можно объяснить следующим образом. Известно, что разрешающая способность по наклонной дальности определяется полосой час тот зондирующеrо сиrнала. В самолет'ных РСА известен метод получения BЫCOKO ro разрешения по наклонной дальности путем применения зондирующеrо сиrнала с относительно узкой полосой, но с изменением несущей частоты от импульса к импульсу [100]. При KorepeHTHoM суммировании сиrналов за пачку таких зондиро ваний результирующая ширина спектра зондирования оказывается равной полной ширине излучаемоrо спектра. При таком режиме работы РСА можно путем пере стройки rетеродина от импульса к импульсу использовать узкополосный тракт УПЧ радиолокатора, обеспечивая высокое отношение сиrнал/шум при BOCCTaHOB лении истинных значений частот в процессе синтеза КРЛИ. В рассматриваемом случае межвитковой интерферометрии с разными уrлами падения мы получаем набор принятых сиrналов с разными пространственными частотами. rеометрия наблюдения имеет вид, показанный на рис. 4.13. Излучен ный радиолокатором сиrнал отражается от элементов облучаемой поверхности и формирует КР ЛИ с фазовым распределением в соответствии с пространственным волновым числом k gI . Для монохроматическоrо облучения с частотой fo и учетом двойноrо пути распространения сиrналов имеем k 4л-. 4л-fо . gl == Sln Yil == Sln Yil . А с ( 4.18) 4Л" k g2 L. .. .. Рис. 4.13. rеометрия наблюдения при разных yrлах падения 169 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Принятый радиолокационный сиrнал формируется всей отражающей поверх ностью и является коrерентной суммой сиrналов, отраженных от ее элементов с соответствующими амплитудами и фазами. При излучении модулированноrо сиr нала (короткие импульсы или импульсы с широкополосной модуляцией с полосой  взаимодействие спектральных составляющих отраженноrо сиrнала обеспечи вает пространственное разрешение по rоризонтальной дальности. TaKoro же эф фекта можно достиrнуть, если KorepeHTHo суммировать сиrналы от пространствен но разнесенных датчиков с соответствующим перекрытием по волновым числам при разных уrлах падения и записать формулу (3.09) с дополнительным членом в знаменателе, учитывающим диапазон изменения уrлов падения Д}1 2 с Р  (4.19) у = blc g  2[ MsinYi +2/0COSYisin(Lly)2)]' rде при Yi == (Yil + Yi2 )/2  среднем уrле падения значения волновых чисел на зем ной поверхности определяются формулой с учетом двойноrо распространения и проекции rоризонтальной дальности на наклонную дальность k g 12 = 4л sinYi12 = 4лJi,2 sinYi12 = 4л (/0 + Mj2)sin(Yi + Lly)2). ,  ' с ' с ',2 При малой разности уrлов падения (малая база интерферометрии) отражен ные от местности сиrналы коrерентны и по разности фаз (сравнение ФРЛИ) можно построить карту рельефа. Если размеры базы возрастают, то отраженные сиrналы декоррелируются и возможны два варианта обработки  внутриэлементное HeKore рентное накопление по дальности с сохранением пространственноrо разрешения и улучшением радиометрическоrо разрешения или же KorepeHTHoe суммирование для улучшения разрешения по rоризонтальной дальности. Критическое значение разности уrлов падения (определяющее критическую базу) вычисляем через шири ну спектра зондирующих импульсов из выражений (4.19), (4.20) Ы' LlYi = Yi1  Yi2  10 tgYi1, ( 4.20) (4.21 ) rде fo  несущая частота зондирующеrо сиrнала. Используя rеометрические соотношения (3.4){3.8) дифференцируя зависи мость центральноrо уrла а от уrла падения, получим выражение для критическоrо значения базы при межвитковой интерферометрии: В == д . { 1  cos Yi } (4.22) s У 1   / R;  sin 2 Yi ' rде Re  локальный радиус Земли; Rs  радиус орбиты КА. Так, например, дЛЯ ERS1 (несущая частота сиrналаJO==5,3 rrц, ширина спек тра др 15,55 мrц, высота орбиты Hs==785 км, уrол падения ]1==230) критическое значение базы составляет Bs== 1 048 м, а ее изменения в пределах полосы съемки  от 849 до 1262 м [482]. ДЛЯ РСА КА «КондорЭ» {несущая частотаfo==3,2 rrц, ширина 170 
rлава 4. Режимы работы космических РСА спектра др 200 мrц, высота орбиты H s ==500 км и уrол падения }1==45 0 ) критиче ское значение базы значительно больше и равно 56,59 км. Алzориm.м. формирования выходноzо Р ли. Идея сверхразрешения состоит в расширении полосы пространственноrо спектра сиrналов путем комбинирования спектров двух (или большеrо числа) съемок с различными yrлами падения при раз мерах базы, близкой к критической величине. Ее выбирают несколько меньшей, что бы спектры сиrналов перекрывались, хотя это и приводит К уменьшению выиrpыша по разрешению. Общую часть спектра (перекрытие) используют для оценки смеще ния межу спектрами. С этой целью можно применить корреляционный анализ. Формирование выходноrо РЛИ с повышенным разрешением поперек трассы КА включает несколько этапов: 1) синтез обоих (или большеrо числа) КРЛИ и их сортировка в порядке воз растания базы. Будем называть одно из них (КРЛИ 1 ) ведущим, а второе (КРЛИ 2 ) или остальные  дополнительными. По АРЛИ выбирают совпадающие фраrменты по наклонной дальности. Они отличаются масштабами примерно как Д! / j (до 6,25 % в 8диапазоне волн); 2) интерполяция дополнительных КРЛИ по дальности для приведения их к масштабу ведущеrо КРЛИ или интерполяция всех КРЛИ с приведением к требуе мому масштабу по rоризонтальной дальности; 3) вычисление спектров по rоризонтальной дальности пар смежных КРЛИ и их фильтрация с выделением перекрывающейся области спектров (812), а также двух примыкающих половин 81 и 82 cYMMapHoro спектра путем режекции половин перекрывающихся частей спектров исходных КРЛИ; 4) получение комплекта КРЛИ после фильтрации: КРЛИIвр, КРЛИ2вр из при мыкающих спектров  они будут использованы для формирования РЛИ BbIcoKoro разрешения, а также КРЛИlп и КРЛИ2п  из перекрывающихся областей спектра, сравнение которых позволит устранить смещения спектра 81 по отношению к 82. По сле этой процедуры можно сложить спектры 81 и 82. Аналоrичные операции COBep шают с КРЛИ, полученными при дрyrой величине расширенной базы. В рассмотренной процедуре получения РЛИ с улучшенным разрешением поперек линии пути возможно некоторое улучшение радиометрическоrо разреше ния, если применить HeKorepeHTHoe накопление с КР ЛИ, полученным с использо ванием фраrментов спектра из области перекрытия. Как отмечено в [482], улучше иие выходноrо РЛИ происходит в связи с тем, что на практике эти фраrменты спектров не идентичны, поскольку за интервал между съемками возможны изме иения в обстановке. Кроме Toro, два исходных КРЛИ содержат не коррелированные шумы приемника. Вместо улучшения пространственноrо разрешения возможно улучшить pa диометрическое разрешение выходноrо РЛИ путем сложения интенсивностей ис ходных РЛИ после приведения их к единому масштабу. На рис. 4.14 приведено сравнение выходных РЛИ с HeKorepeHTHbIM накопле ни ем (рис. 4.14,6) и РЛИ со сверхразрешением по дальности (рис. 4. 14,а). В прове денном эксперименте использовался набор из девяти КРЛИ, полученных с помо щЬЮ РСА ERS 1, ERS2 при разных базах интерферометрии. Достиrнуто улучше 171 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ние поперек линии пути в 2,7 раза (с 32 до 11,9 м) при неизменном разрешении по азимуту, равном 7,5 м. '. zimllt11 Jr . r AZitnL1th .(.'13 . ,  2 2 1 1 а) б) Рис. 4.14. Сравнение выходных РЛИ, полученных в результате коrерентной (а) и некоrерентной (6) обработки набора снимков, снятых с различием в уrлах падения: 1  точечные цели, 2  rрупповая цель [482] Рассмотренная технолоrия может быть применена для получения подробной ин формации по важным объектам, состояние которых контролируется путем реryлярной радиолокационной съемки. Используя прожекторный режим съемки большой про должительности (с высокими азимутальным и радиометрическим разрешениями) и ал rоритмы дифференциальной интерферометрии выявляют изменения в оперативной обстановке, а методом сверхразрешения по дальности  получают изображение непод вижной обстановки на объекте со сверхвысоким разрешением в доли метра. 4.2.4. Режимы индикации движущихся целей Одной из важных задач оценки оперативной обстановки в районе радиолокацион ной съемки является обнаружение движущихся наземных целей. При принятой терминолоrии эта задача называется селекцией движущихся целей (СДЦ)  обна ружение сиrналов движущихся сосредоточенных целей путем подавления всех друrих неподвижных целей и фона местности [118]. В настоящее время эта задача значительно расширена и включает обнаружение одновременно движущихся и He подвижных объектов с измерением их координат и векторов скорости с индикаци ей на фоне радиолокационноrо изображения земной поверхности. В современных самолетных РСА дЛЯ решения этой задачи применяют методы пространственновременной обработки сиrналов, позволяющие строить на РЛИ трассы движения ДЦ. В космических РСА отношение скорости цели к скорости платформы мало, и цель отображается на РЛИ местности в виде отметки, смещенной по азимуту относительно ее фактическоrо положения. Поэтому речь идет не об об наружении цели, обычно ее ЭПР значительно превышает ЭПР окружающеrо фона местности, а об идентификации цели как движущейся. В дальнейшем будем приме нять общий термин индикация движущихся целей (MTI  moving target indication). 172 
fлава 4. Режимы работы космических РСА в качестве информационных признаков ДЦ можно использовать радиальную и танrенциальную составляющие ее скорости относительноrо РСА, а также изме нение ее положения на Р ЛИ при двукратном наблюдении. Индикация движущихея целей методом продольной интерферометрии. Наиболее распространен метод индикации движущихся целей по их радиальной скорости, основанный на продольной (вдоль линии пути) интерферометрии сиrна лов, принятых двумя независимыми антеннами (или секциями антенны). Фазовые центры антенн (секций) должны быть смещены вдоль линии пути КА (метод OCTa новленной фазы). Принцип продольной интерферометрии в космических РСА ил люстрирует рис. 4.15. Учтено, что в отличие от самолетных РСА в космических РСА периоды зондирования, в которых происходит прием сиrнала, не совпадают с периодами излучения сиrнала. 14 С i [3 4 Dx ! . А з В4 х о::::::: rr. р р . .. .. .. . .. . .. . ... .. .. .. .. . .. . .. . ... .. .. .. R.'A k+] == RrB k ..   ... .. .. . .. .. .. . X R .... .. .. .. R ... .. rA k .._.  .. .. .. ... .. .. . .. . ..... ... ... .t. ... . -"   \ ., ХО .'.. l   Ro     :>. ... 8 О V r т mt2 J;nt] С З V. 12 t) Рис. 4.15. ПРИНЦИП продольной интерферометрии в космических РСА Метод интерферометрии вдоль линии пути реализуется при использовании в РСА активной фазированной антенной решетки, разделенной на две или большее число секций. Реализуют мноrоканальную пространственновременную адаптив ную обработку сиrнала (ST АР  Space Time Adapted Processing). Для простоты or раничимся рассмотрением двухсекционной антенны. На передачу сиrналы от обе их секций суммируются, а прием и обработка ведутся независимо. Пусть РСА, 173 
радиолокационныe системы землеобзора космическоrо базирования оборудованный антенной с rоризонтальным размером Dxant и имеющей две секции А и В, движется со скоростью V s . Фазовый центр передающей антенны, сформиро ванный обеими секциями, занимает последовательно положения С 1 и С 2 . Антенна излучает зондирующие сиrналы в направлении целей  неподвижной цели Tst и движущейся с радиальной составляющей скорости V r цели, которая в моменты времени 11, 12 занимает положения Tmt1 и Tmt2. Спустя интервалы времени, определяемые пространственной задержкой сиr нала, в положениях радиолокатора при 11 и 12 производится прием сиrналов обеими секциям антенны А и В. ДЛЯ реализации данноrо метода требуется, чтобы период повторения зондирующих сиrналов был равен времени прохождения одной чет верти длины антенны т- == Dxant (4.23) р 4V. s rде V s  путевая скорость КА; Dxant  rоризонтальный размер антенны. Для неподвижной цели длины путей C1TstA3 и C 2 T st A 4 , а значит и фазы приня Toro сиrнала будут одинаковы (с точностью до малой величины, которой при обзо ре, близком к боковому, можно пренебречь). При вычитании сиrналов А 1 и В 2 от неподвижных целей и фона местности они компенсируются. Для движущейся цe ли, имеющей радиальную составляющую скорости V r , появится разность фаз 4lrTp lrDxant tlJvr == А A (4.24) Рассмотрим структурную схему системы обработки сиrналов с выходов при емных каналов, подключенных к секциям ФАР, представленную на рис. 4.16. Она включает в себя канал синтеза Р ЛИ местности и целей и канал селекции движущихся целей (ДЦ) с измерением их радиальных скоростей и вычислением поправок к ази мутальной координате. Последнее необходимо, поскольку наличие радиальной CKO рости целей приводит к смещению отметок от них на РЛИ по азимуту. Канал А Синтез КРЛИ А дt Обнаружение ДЦ Канал В Синтез кр ЛИв Вычисление скорости дц и поправки к координате азимута крли фона и ДЦ Параметры ДЦ Рис. 4.16. Структурная схема обработки сиrналов для получения РЛИ и индикации движущихся целей с измерением радиальной скорости целей 174 
fлава 4. Режимы работы космических РСА Характеристики сиzналов в суммарном и разностном каналах РСА. Сиr налы, принятые секциями А и В антенн в последовательные периоды зондирования k, характеризуются фазовыми множителями, обусловленными задержкой на pac пространение UAk =Umkexp{jKx(Rtk +RrAk)}; (4.25) и 8 k = и mk exp{ jK x (Rtk + 1\.8 k)} , rде Кх == 21!/ А.  волновое число; k  порядковый номер зондирования (Nsynt/2 < k <  N synt /2, rде N synt  число синтезируемых импульсов); Umk  амплитуда принятых сиrналов (для простоты будем их считать одинаковыми в каналах А и В); Rtk, RrAk, Rtk И RrBk  дальности распространения сиrналов до цели и обратно к секциям aH тенны при kM зондировании. Примем, что изменение наклонной дальности цели по временным отсчетам характеризуется квадратичным законом, и пренебрежем составляющими более чем второй степени. Задержки сиrнала, принятоrо от неподвижной цели секцией А aH тенны, определятся наклонной дальностью (HTp xo)2 (HTp +(Rtk +RrAk)/CXo + Dxant/ 4 )2 R A k == 2RO + + 2 2 = 2 + o {k2 Х; + kX р ( Х R + Х р,) +  ( Х R + Х Р )2 }, ( 4.26) rде V s  путевая скорость РЛС; с  скорость света; Х р == Tp == Dxant / 4  путь РЛС за период зондирования; X R = (Rtk + 1\.Ak )/C  путь, проходимый РЛС за суммарное время распространения зондирующеrо сиrнала от РЛС дО цели и OTpa женноrо сиrнала до РЛС в ее новом положении. Этот параметр зависит от k. Для упрощения дальнейших записей примем за начало азимутальной коорди наты точку, в которой цель Tst находится на траверзе и принято хо==о. Для секции В будем иметь выражение, отличающееся сдвиrом фазовоrо центра прием ной секции на D xant /2  k 2 X; (kVТp+XRXp)2 R B k  2Ro + + 2Ro 2Ro = 2Ro + { k2 х; +kXp (X R  Х р ) +--ч X R  Х р )2 } . (4.27) Ro 2 Приведем теперь выражение для наклонной дальности цели, принятой секци ей антенны А в предыдущем зондировании kl. Оно практически совпадает с BЫ ражением (4.27) для секции В антенны: RAH = 2 +  (е Х; +kXp (X R Xp )XRXp +  (X R Xp)2). (4.28) 175 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Выражения (4.27) и (4.28) для условий зондирования из космоса отличаются на малую величину порядка Х RX Р / Ro , что вызывается изменением положения радио локатора за время пространственной задержки сиrнала из положения С) в С з на Be личину X Rt == Rt / с. При этом фазовые центры приемных секций будут COOTBeTCT венно находиться в положениях Х Аl == Х Rl + D xant /4 и Х Вl == Х Rl  D xant /4 . Как следует из дальнейшеrо, необходимо раздельно рассматривать процессы обнаружения ДЦ и измерения ее скорости. Усиление в каналах А и В будем считать одинаковым. Парциальные КР ЛИ А и кр ЛИв в пикселях, rде формируется отметка от ДЦ, будут включать комплексные сиrналы от ДЦ с малой разницей фаз f/JVr, синфазные сиrналы от местности и независимые отсчеты шумов. В суммарном КРЛИ будет действовать процесс (; sum  mt ::::: И m  mt ехр {  j f/Jomt } + И m  mt ехр {  j f/Jomt + j f/JVr } + 2Иfоп + И nA + и nв ::::: ::::: 2U mmt ехр{  jФОmt} + 2и foп + И nA + и nв , (4.29) rде и m mt  амплитуда сиrнала от ДЦ; 2Иfоп  суммарный комплексный сиrнал от фона местности в пикселе РЛИ, rде зафиксирована смещенная по азимуту отметка от ДЦ; И nA и и nв  комплексные отсчеты шума. После детектирования cYMMapHoro КРЛИ получим амплитудное (линейный детектор) или энерrетическое (квадратичный детектор) РЛИ, содержащее изобра жения неподвижных объектов и местности, отметки от ДЦ (смещенные по азиму ту) и шумовые отметки. В разностном канале имеем составляющую от ДЦ, пропорциональную Sln f/JVr ::::: f/JVr И шумы: (; diff mt ::::: U m  mt ехр {  j f/Jomt }  U m  mt ехр {  j f/Jomt + j f/JVr } + И nA  и nв ::::: :::::  j2U mmt ехр { jf/JOmt} sin f/JVr + И nA  иnв . (4.30) Выполнив операцию детектирования разностноrо кр ЛИ, получим изображе ние, содержащее шумовые отметки и отметки от ДЦ, которые можно выделить по роrовой обработкой. Вероятность обнаружения неподвижных или движущихся целей по CYMMap 1l0МУ р ЛИ определяется отношением сиrнал/фон+шум. Вероятность идентификации цели как движущейся по разностному Р ЛИ за висит от ее отношения сиrнал/шум и величины радиальной скорости 2и 2 . 2 m mt Sln f/JVr QT sn == D{u n } (4.31 ) rде Ummt  амплитуда ДЦ в парциальном РЛИ, D{и п }  дисперсия шума в парци альном Р ЛИ. Пороrовое значение измеряемой радиальной скорости в зависимости от пара метров РСА рассмотрено ниже. 176 
fлава 4. Режимы работы космических РСА Оценка значения радиальной скорости дц. Для выбранных параметров зон дирования соrласно (4.23) и (4.24) значение радиальной скорости находим через разность фаз по комплексным сиrналам парциальных кр ЛИ А (смещенные на еди ницу отсчеты по азимуту) и КРЛИ в . Учтем малую величину разности фаз в реаль ных условиях sin f/Jvr  f/Jvr . Для идеальноrо случая отсутствия шумов и при нали чии шумов имеем V/L V/L { . . * }   s f/JVr == s arg и m AIU m В , 7rDxant JrD xant   A A {( . . )( . * . * )} == f/JVr== arg UmAl+UnA UmВ+ИnВ . 7r D xant 7r D xant Для оценки ошибки измерения радиальной скорости при наличии шумов ис пользуем численные методы. По значению радиальной скорости определяем азимутальное смещение отметки от цели на РЛИ (боковой обзор) относительно отметки от стационарной цели дх == R/g , (4.33) rде R  наклонная дальность цели; V sg  путевая скорость (скорость в rринвичской системе координат). При движении цели в сторону радиолокатора отметка от нее на Р ЛИ смещает ся против движения платформы, а поправка к азимутальной координате  положи тельна (см. рис. 9.7). Вычисление скорости цели на земной поверхности. Для вычисления истинной скорости цели найдем связь между вектором скорости цели V т на земной поверхности и ero проекциями на направление визирования (радиальная составляющая V r ) и на вектор путевой скорости КА (танrенциальная coc тавляющая V"t). Она определится ракурсом цели и уrлом падения (рис. 4.17)  == V r cos'flrs sin Yi , (4.34) rде V T  скорость ДЦ на поверхности Земли; }1  уrол падения между вектором облучения R цели и местной вертикалью ZT в точке Ha хождения цели; 'l/TS  уrол между вектором скорости цели в плане и нормалью к трассе движения КА. Танrенциальная составляющая CKOpO сти цели  == V r sin 'fIrs . (4.35) Для вычисления истинной скорости цели по (4.25) при известной путевой скорости КА и уrле падения нужно знать ракурс цели. В РСА BbIcoKoro разрешения (4.32) z ZTj , , I , I I I V T Рис. 4.17. rеометрия наблюдения движущихся целей: V s  скорость КА; VT скорость цели; 'f/TS  ракурс относительно нормали к линии пути ('f/TS == О при движении цели в сторону РЛС) 177 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ракурс цели можно оценить по форме отметки от цели на рли. Задача упрощается для крупноrабаритных морских целей (см. раздел 9.3). Информативным признаком может быть направление дороrи, но следует учитывать азимутальное смещение отметки ДЦ на Р ЛИ. Величина смещения азимутальной координаты при боковом обзоре равна   R  RV r cos'!/rs sinYi Vr V  V s s При тематической обработке Р ли с индикацией ДЦ их расчетное положение на рли обычно отмечают специальными значками. Оценка поzрешности оценивания скорости дц. Проведем приближенную оценку поrрешности измерения радиальной скорости в предположении большоrо отношения сиrнал/фон+шум. Воспользуемся соотношением для малых значений фазы . . [ Im(u) ] Im(U) qJ == arg { и} == arсslП IUI  IUI ' ( 4.36) (4.37) откуда с учетом (4.36) и (4.37) имеем Im{(UmAl +ЙnA)х(u:в +й::в )} 11 qJ == qJVr  <lpVr >== f/Jvr  ( . . * ) == qJVr  abs И m Al ХИ m В   Im{(UmAl +ЙnA)х(u:в +Й::В)} . I  2 == Im{U I'U mmt}' И m mt rде и' == и nA е iФt + иnв е iФ2  сумма независимых случайных отсчетов шума в KaHa лах А и В, умноженных на произвольные фазовые множители. Среднеквадра тическ ое отклонение фазовой ошибки равно CKO(l1qJ)== .J 2/Qsn, ( 4.38) rде Qsn  отношение сиrнал/шум дЛЯ ДЦ в суммарном канале. Амплитуду ДЦ можно оценить по РЛИ в суммарном канале, учитывая, что ее координаты совпадают с рли разностноrо канала. В точке, rде обнаружена CMe щенная по азимуту отметка от ДЦ суммируются мощности сиrналов от ДЦ, фона местности и шумов. Если цель компактная, то ее амплитуда на выходе синтеза cYMMapHoro канала может быть вычислена через разность квадратов амплитуд (мощностей) в точке цели и ближайших окрестностей Usummt ==2Umm! ==  U;иm ulon+n , (4.39) rде U fon + n  среднее значение процесса фон+шум в окрестности ДЦ. СКО радиальной составляющей скорости определится выражением 1, 41О"п А O"Vr  . КхТрИmmt 1, 41JZ"T p "Qsn ( 4.40) 178 
rлава 4. режимы работы космических РСА На рис. 4.18 приведены зависимости для амплитуд cYMMapHoro и разностноrо сиrналов от радиальной скорости при разных отношениях сиrнал/шум дЛЯ РСА Хдиапазона волн с шестиметровой двухсекционной антенной. При увеличении длины волны или уменьшении rоризонтальноrо размера антенны пороrовое значе ние измеряемой радиальной скорости возрастает. Имеется тенденция создания co временной мноrоспутниковой информационной системы на базе малоrабаритных РСА с решением задачи индикации движущихся целей путем использования бис татических комплексов  тандемов РСА (Radarsat2/3, TanDEMX на базе ТепаSАRХ) с близкими орбитами и смещением КА вдоль и поперек (для построе ния карт рельефа) линии пути. 1 0,9 O8 0,7 0,6 0,5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 rI I'T 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 I 1  + 1 I 1 : : Цuш...mt/2UmА I : .. .. 1 I 1 1 I I 1 1 1 1 I I 1 I L  I 1 1 I 1 1 I I I 1 I 1 1 I I I 1 1 I 1 IIIT : : : Udiff...mt/2Uш.4 : 1 I I r,', 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ,, I 1 I I 1 .......... ;;It#I''''' ......,. I т   1 I 1 I 1 T I 1 I ..... ..... ...;. ..... ..... ..... .... ..... ..... .....:.... .... ..+ I 1 1 1 1 1 1 1 .... ..... .., ..... .... ..... ..... .... ..... ..... ... .... ..... ..... 1..... ..... L -1- _ _ ...... _ _ _  _ _ _  _ _ _1_ _ ..... .....:..... ..... .... ...l .... .... ..... :1: ..... ..... ..... L ..... ..... ..... 1 1..... ..... _____;;;;;1;___ ________ 0,4 !0,3 0,2 0,1 О О QTn== 15 дБ 20 25 30 35 10 20 30 40 Радиальная скорость, М/С 50 60 Рис. 4.18. Зависимости амплитуд cYМMapHoro и разностноrо сиrналов от радиальной скорости. Пунктиром показаны СКО шума в разностном канале при разных отношениях сиrнал/шум Qsn Метод пространственно--частотной фШlьтрации сиZНШlов для индика-- ции движущихея целей. Альтернативой к продольной интерферометрии, но при менительно к РСА с зеркальными антеннами может быть использован метод про странственночастотной фильтрации (ПЧФ) сиrнала, создающий виртуальное CMe щение фазовоrо центра излучения, не меняя формы ДНА [37*, 161 *,428*]. В aH тенне формируют три частично перекрывающиеся луча в азимутальной плоскости. Центральный луч, направленный по нормали к вектору путевой скорости, исполь зу ют для излучения сиrналов. Боковые лучи, направленные вперед А и назад В, ис пользуют для приема сиrналов и их усиления в двух независимых приемниках, на выходе которых стоят аналоrоцифровые преобразователи. В процессе синтеза Р ЛИ азимутальные спектры сиrналов, принятые в каждом из каналов А и В умножаются на весовые функции, соответствующие дрyrому KaHa 179 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования лу В и А. При этом спектр доплеровских частот сиrнала 81 умножается на взвеши вающую функцию Kj1, совпадающую с rибающей спектра сиrнала 82 и наоборот. В результате спектры сиrналов обоих каналов для неподвижных целей и фона MeCTHO сти совпадают. Полученные после обратноrо преобразования Фурье радиолокацион ные изображения подстилающей поверхности после детектирования для неподвиж ных целей оказываются идентичными и при вычитании они компенсируются. для движущихся целей оrибающие входных спектров смещаются, что при их вычитании дает разность Рли, отличную от нуля и пропорциональную скорости цели. Метод ПЧФ, помимо преимущества использования в РСА с зеркальными aH теннами, обеспечивает меньшие значения СКО оценки радиальной скорости, чем продольная интерферометрия, для случаев небольшоrо отношения ЭПР цели к ЭПР элемента фона (менее 15 дБ), но при больших отношениях сиrнал/шум ......,35 дБ. Индикация движущихся целей по танzенцuШlЬНОЙ составляющей скоро.. сти движения. В РСА BbIcoKoro разрешения возможна индикация и измерение скорости целей не только по радиальной составляющей, но и по танrенциальной составляющей, вызывающей расфокусировку изображения ДЦ, а также за счет об наружения смещения отметок от целей за время наблюдения. Эти методы, как пра вило, не требуют введения специальных режимов работы космических РСА, а OT носятся к алrоритмам обработки радиоrолоrрамм или получаемых комплексных Рли. Поэтому они рассматриваются в rл. 6. Рассмотренные режимы космических РСА (кроме широкозахватных режимов с высоким разрешением и метода пространственночастотной фильтрации движу щихся целей), как правило, реализуются в современных РСА. Это обеспечивает мноrофунциональность РСА с rибкой адаптацией параметров аппаратуры для pe шения широкоrо Kpyra задач двойноrо применения. 180 
rлава 5 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ TPAEKTOPHOrO сиrНАЛА ПРИ КОСМИЧЕСКОМ РАДИОЛОКАЦИОННОМ ОБЗОРЕ 5.1. Состав параметров TpaeKTopHoro сиrнапа Под траекторным СU2Налом в РСА будем понимать сиrнал, принятый от одиночной точечной цели в процессе движения платформы с РСА в течение времени, достаточ ном для получения радиолокационноrо изображения. Это «медленное время» tx, xa рактеризующее движение радиолокатора вдоль траектории полета, будем в данной rлаве обозначать символом t без индекса (см. раздел 3.2). Траекторный сиrнал яв ляется аналоrом амплитуднофазовоrо распределения поля по раскрыву физиче ской антенны (конформной антенной решетки произвольноrо профиля). Он опре деляет форму диаrраммы направленности синтезированной антенны (импульсноrо отклика РСА) вдоль траектории полета, получаемой в результате соrласованной фильтрации сиrнала. В состав параметров TpaeKTopHoro сиrнала, знание которых необходимо для выбора технических параметров РСА, реализации алrоритмов синтеза радиолока ционноrо изображения (Р ЛИ) и оценки разрешающей способности РСА вдоль ли нии пути (по азимуту), входят: 1) временные зависимости наклонной дальности цели R(t), а также фазы qJ(t)  41l' R(t)/ А, однозначно определяемой наклонной дальностью при выбранной длине волны РСА А; 2) временная зависимость доплеровской частоты (производной фазы по Bpe 1 drp(t) мени) F Dop (1) =  , с учетом которой выбирают частоту повторения зонди 27r dl рующих сиrналов РСА дЛЯ исключения помех неоднозначности; 3) временная зависимость амплитуды принятоrо сиrнала от точечной цели U(t); 4) длительность TpaeKTopHoro сиrнала, определяющая максимальное время синтеза Tsynt Р ЛИ или время обработки, сочетающей KorepeHTHoe и HeKorepeHTHoe накопление; 5) rеометрические размеры синтезированной апертуры в пространстве La, ис пользуемые при антенном подходе к анализу процессов синтеза РЛИ и оценке pea лизуемоrо разрешения по азимуту; 6) ширина спектра доплеровских частот 8F Dop , оrраниченная шириной луча антенны РСА по азимуту и определяющая выбор частоты повторения зондирую щеrо сиrнала; 7) разрешение РСА по азимуту рх. 181 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования в перечисленном списке параметров траекторноrо сиrнала, часть из них (фаза, доплеровская частота) зависят не только от параметров движения платформы, но и от рабочей длины волны РСА. Приведенные в данной rлаве расчетные формулы xa рактеризуют кинематику движения, не при вязанную к значениям длины волны KOH KpeTHoro РСА. Предполаrается, что временная зависимость фазы сиrнала lfJ(t) OДHO значно определена временной зависимостью наклонной дальности цели R(t) через длину волны РСА А, т.е. lfJ(t) == 4пR(t)/ А, а зависимость доплеровской частоты сиrнала FDop(t)  радиальной скоростью цели Vr(t): FDop(t) == 2V r (t)/A. В дальнейшем тексте при описании параметров сиrнала возможно объединение этих понятий. Примеры вычисления перечисленных параметров даны в rл. 3 при объяснении принципов работы РСА дЛЯ простейшеrо случая прямолинейноrо paBHoMepHoro движения платформы с РСА. На практике для самолетных РСА рассматривают также случаи синтеза Р ЛИ при полете с ускорением, криволинейном полете, а TaK же при круrовой траектории полета [353]. Работа РСА в составе космическоrо аппарата связана с необходимостью учета ряда специфических факторов, к которым относятся: 1) кривизна земной поверхности; 2) вращение Земли и ошибки ориентации осей КА, вызывающие смещение доплеровскоrо спектра и увеличенную миrрацию дальности; 3) большая дальность наблюдения, предъявляющая высокие требования к энерrетическому потенциалу РСА и точности фокусирования синтезированной апертуры; 4) высокая орбитальная скорость КА, что приводит К существенной неопреде ленности зондирующеrо сиrнала по азимуту или дальности; 5) возмущения от кеплеровскоrо закона движения КА и ошибки ориентации строительных осей КА относительно осей координат радиолокационноrо обзора; 6) деструктивные воздействия на трассе распространения сиrнала (тропо сферные и ионосферные нестабильности). Создание и эксплуатация космических РСА разделяется на несколько стадий, в которых анализ воздействия перечисленных факторов имеет различия и разные тpe бования к точности знания параметров относительноrо движения. На стадии проек тирования РСА дЛЯ выбора требований к параметрам РСА и обеспечивающих сис тем можно оrраничиться простой моделью Кеплерова движения спутника. Очень высокая точность позиционирования КА при съемке требуется для «нацеливания» антенны радиолокатора на заданный участок местности, особенно для интерферо метрической обработки, построения высокоточных карт рельефа местности, вычис ления опорной функции для синтеза Р ЛИ высокоrо разрешения и привязки Р ЛИ К rеоrрафическим координатам с точностью до одноrо пикселя (отсчета) РЛИ. Преобразование первичной информации в координатах наклонная дальность  время излучения зондирующеrо импульса в картоrpафические координаты поперек и вдоль трассы движения КА требуют тщательноrо учета доплеровскоrо смеще ния принимаемоrо сиrнала, рельефа местности и параметров относительноrо движения. 182 
fлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала ... для нацеливания радиолокатора на объект съемки необходимы измерение Te кущих координат КА, ориентация осей КА в пространстве обзора, а также управле ние параметрами радиолокатора (частотой повторения, положением временных стробов приема) и управление диаrраммой антенны по уrлу места и азимуту. Необ ходимые управляющие параметры вводятся на основании баллистических расчетов движения КА, данных текущих траекторных измерений, параметров модели rеоида. 5.2. Системы координат, используемые при радиолокационном обзоре Для описания соотношений, определяющих положения КА и точки наблюдения, rеометрию получаемоrо радиолокационноrо снимка, параметры принимаемоrо сиr нала (фазу, доплеровскую частоту), используют различные системы координат  полярные (уrловые) и прямоуrольные (декартовы). К ним относятся (рис. 5.1) [95, 160*, 169,221,233]: 1) rеоцентрическая rринвичская система координат (rCK) OXGYGZ G , учиты вающая вращение Земли, в которой ось OZG направлена на север, ось OX G  В CTO РОНУ нулевоrо меридиана, а ось OY G дополняет [СК дО правой тройки; 2) rеоцентрическая инерциальная экваториальная система координат OXyy,zy, в которой ось OZy направлена на север, ось ОХ у  в точку BeceHHero равноденствия, а ось ОУудополняет систему до правой тройки; 3) введенная для удобства рассмотрения «опорная» система координат OXNYNZ N , образованная поворотом системы OXyy,zy BOKpyr оси OZy таким образом, чтобы ее ось OX N была направлена в восходящий узел орбиты КА; 4) орбитальная система координат (ОСК) ОХоУ 020 с осью OZo в плоскости op биты, образованная поворотом системы OXNYNZ N BOKpyr оси OX N ; 5) полярная rеоrрафическая система координат, характеризуемая широтой qJ и долrотой А (по rринвичу), а также локальным радиусом Земли Re или текущим pa диусом орбиты КА Rs (на рис. 5.1 не показана); 6) подвижная, связанная с КА rеоцентрическая система OXsYsZs, в которой ось OZs направлена в зенит, ось OX s параллельна вектору орбитальной скорости, а ось OYs дополняет систему до правой (на рис. 5.1 не показана); 7) подвижная, связанная с КА опорная система координат SXYZ с началом в центре масс КА и осями, параллельными осям OXsYsZs, но обозначения которых заменены. Ось SX направлена вдоль продольной оси КА, ось SY  в зенит, а ось SZ вбок, дополняя систему до правой. Систему координат с таким направлением осей обычно используют в литературе по управлению космическими аппаратами; 8) подвижная, связанная система координатных осей КА SXpY pZp, начало KO торой находится в центре масс КА. Ось SX p направлена вдоль продольной оси КА, ось SY p  вверх, а ось SZp вбок, дополняя систему до правой. Связанные с КА сис темы на рис. 5.1 не показаны. Они рассматриваются в следующих разделах этой rлавы. 183 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ВосходящиЙ узел орбиты А.\.о Rs Космический аппарат, Фs, As / Плоскость орбиты rринвичский меридиан Меридиан точки BeceHHero равноденствия r Рис. 5.1. rеоцентрические системы координат в дальнейшем изложении rеоцентрические координаты используются для описания движения центра масс платформы с РСА, расчета наклонной дальности наблюдения и ее временной зависимости. Связанные с КА подвижные системы KO ординат требуются для описания уrлов ориентации платформы и уrлов нацелива ния луча антенны на заданный район радиолокационной съемки, расчета амплиту" ды принимаемоrо сиrнала, отраженноrо от земной поверхности и объектов. К полярной системе координат относится rеоrpафическая система координат с началом в центре Земли (rеоцентрическая система), определяющая точку на зем ной поверхности через широту qJ относительно плоскости экватора (базовая плос кость) и долrоту А относительно нулевоrо (rpинвичскоrо) меридиана. Расстояние точки от центра (длина радиусвектора) определяется радиусом Земли Re на широ те qJ. В rеоrрафических координатах может задаваться положение центра масс КА координатами подспутниковой точки qJs, As и текущим радиусом орбиты Rs. Показанная на рис. 5.1 опорная rеоцентрическая система координат OXNYNZ N является аналоrом инерциальной системы. Она повернута таким образом, чтобы ее ось OX N лежала в плоскости орбиты (совпадала с осью ох о ). Это позволяет упро стить формулы при рассмотрении rеометрии радиолокационноrо обзора. Положение спутника задают шестимерным вектором координат Rs(t) и CKOpO стей Vs(t) либо элементами орбиты: а о  большой полуосью орбиты; Ь о  малой по луосью орбиты; е о  эксцентриситетом; io  наклонением орбиты; Вор  aprYMeHTOM периrея; Aso  долrотой восходящеrо узла; Bs  aprYMeHToM широты  уrловой CKO ростью орбитальноrо движения йJ s . Форму Земли  2еоид  принято описывать эллипсоидом вращения  рефе ренцэллипсоuд. Используемая фиrура референцэллипсоида наилучшим образом подходит для территории отдельной страны или нескольких стран для выполнения определенных работ. В СССР с 1946 r. для rеодезических работ использовали эл липсоид KpacoBcKoro. 184 
fлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала ... в настоящее время используют следующие референц..эллипсоиды [219, 460, 532/Фиrура Земли, 546]: . GRS80 (Geodetic Reference System 1980), разработанный Международной Acco циацией rеодезии и rеофизики (International Union of Geodesy and Geophysics). Рекомендуется для rеодезических работ; . WGS84 (World Geodetic System 1984) применяется в системе спутниковой нави rации GPS (США); . П390 (Параметры Земли 1990 rода) используется на территории России для rеодезическоrо обеспечения орбитальных полетов. Этот эллипсоид применяет ся в системе спутниковой навиrации rЛОНАСС. к параметрам референцэллuпсоuдов относятся: 1) а е  большая полуось (экваториальный радиус) эллипсоида; 2) Ь е  малая полуось (полярный радиус); 3) f = ( а е  Ь е ) / а е  rео метрическ ое (полярное) сжатие; 4) ее = (а; b;)/ а; =  1 (1  1)2 = О,О8181911(ПЗ90), e =  ( а;  ь;)/ь;  первый и второй эксцентриситеты эллипсоида; 5) j.1{)  rpавитационная постоянная Земли (произведение универсальной rpa витационной постоянной и массы Земли); 6) J n  безразмерные постоянные, характеризующие форму и rравитационное поле Земли; 7) Ш е  уrловая скорость вращения Земли. Основные параметры референцэллипсоидов и связанных с ними систем зем ных координат приведены в табл. 5.1. Таблица 5.1. Параметры Земли Тип Параметры Земли референцэллипсоида а е , км 11/ Рохl0 14 , мзс2 J 2 Фехl05, рад/с GRS80 6378,137 298,2572221 О 1 3,986005 1,08263 7,292115 WGS84 6378,137 298,257223563 3,986004418 1,08263 7,292115 П3..90 6378,136 298,257839303 3,9860044 1,0826257 7,292115 в нулевом приближении Землю можно считать шаром со средним радиусом Remean==6371,0046371 км [533], что соответствует rеоrрафической широте 34,50. Для более точных практических расчетов относительноrо движения (радиолокато ра относительно точки наблюдения .на земной поверхности) можно использовать сферическую модель Земли с локальным радиусвектором Re на широте qJ, вычис ляемым по формуле аеН Re = 1  е; cos 2 rp , (5.1) 185 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования rде qJ  астрономическая широта точки наблюдения. Она практически совпадает с rеоrрафической широтой. Особенность радиолокационной съемки и ее преимущество в сравнении с фо тоrрафической съемкой заключается в возможности измерений расстояний между объектами с точностью до долей длины волны. Для реализации этой возможности требуется знание формы rеоида, характеристик рельефа местности, точных пара метров движения платформы с РСА. Расчет параметров TpaeKTopHoro сиrнала для модели прямолинейноrо дви жения платформы приведен в разделе 5.3, а для орбитальноrо движения  в раз делах 5.5.6. 5.3. Временные зависимости фазы и амплитуды принимаемоrо сиrнала в РСА Синтез радиолокационноrо изображения основан на соrласованной фильтрации принятоrо сиrнала с применением опорной функции, точно компенсирующей закон распределения фазы сиrнала, записанноrо в процессе движения РСА по траектории полета. Формирование опорных функций при цифровом синтезе РЛИ требует значи тельных вычислительных ресурсов, для снижения которых используют аналитиче ское описание временных зависимостей параметров принимаемых сиrналов (радио rолоrpаммы) с использованием разных аппроксимирующих моделей. В данном раз деле рассмотрена модель прямолинейноrо движения платформы и приведены COOT ношения для расчета основных параметров принимаемоrо сиrнала вдоль траектории полета: зависимостей амплитуды и фазы, времени синтеза и размеров синтезирован ной апертуры для реализации заданноrо азимутальноrо разрешения. При синтезе радиолокаЦИОННО20 изображения по записанным радИО20ЛО 2Раммам в общем случае должны учитываться: 1) временная зависимость наклонной дальности до цели, характеризующая за кон изменения фазы сиrнала и опорную функцию для синтеза изображения; 2) радиальная скорость цели, характеризующая положение доплеровскоrо центроида; 3) временная зависимость амплитуды сиrнала, определяющая размеры синте.. зированной апертуры, реализующей разрешающую способность, и оказывающая влияние на форму весовой функции обработки и форму отклика. При анализе ал20ритмов синтеза апертуры обычно используют упрощенные модели движения радиолокатора относительно точки наблюдения. Для самолетных РСА это модель прямолинейноrо paBHoMepHoro движения радиолокатора. Она по зволяет проводить расчет параметров РСА и основных составляющих опорной функции для синтеза, к которым добавляются составляющие для коррекции тpaeK торных и друrих нестабильностей. Для космических РСА закон относительноrо движения значительно сложнее. Реальная временная зависимость дальности определяется параметрами возмущен Horo движения спутника в rравитационном поле Земли, rеометрией обзора, кри визной земной поверхности, вращением Земли и друrими факторами. Тем не Me 186 
rлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала ... нее, идея использования упрощенной модели движения платформы с прямолиней ным равномерным движением остается актуальной и в этом случае. В ряде работ [347, 348] используют разложение временной зависимости даль ности в ряд Тейлора, коэффициенты KOToporo должны вычисляться по эфемеридам спутника. Однако такой подход rpомоздок, усложняет анализ временных зависи мостей фазы и уrлов наблюдения при вариации наклонной дальности съемки, oco бенно для режимов прожекторноrо и скошенноrо обзора. Более продуктивно для расчета космических РСА использовать модель OTHO сительноrо движения РСА и цели, адаптированную к условиям радиолокационноrо обзора [159*,430*]. Она заменяет истинное движение в окрестности точки съемки невозмущенным Кеплеровым движением. Земля представляется сферой с радиу сом, равным радиусу земноrо эллипсоида на широте спутника (или широте района съемки  для высокоорбитальных РСА). Приведенная аппроксимация криволиней Horo орбитальноrо движения эквивалентной моделью прямолинейноrо движения значительно облеrчает расчет опорных функций для синтеза изображения. В настоящем разделе рассмотрены особенности, связанные с орбитальным движением РСА и проведено сравнение со случаем прямолинейноrо движения на примере упрощенной модели круrовой орбиты. В разделе 5.5 анализируется общий случай Кеплеровой орбиты, а в разделе 5.6 приведена модель движения, адаптиро ванная к радиолокационному обзору, и особенности ее применения для учета воз мущенноrо движения КА. Проводя аналоrию орбитальноrо обзора с обзором в самолетных РСА при прямолинейном полете, следует рассматривать три составляющие скорости плат формы: воздушную скорость (аналоr орбитальной скорости спутника), ветровой снос (аналоr вращения Земли) и вертикальную скорость (изменение высоты орби ты изза эллиптичности орбиты и возмущающих воздействий). rеометрия caMO летноrо обзора показана на рис. 5.2, rде ось Х  направлена вдоль вектора rоризон тальной путевой скорости V sg , которая является векторной суммой воздушной CKO рости И скорости ветра. R ( t ) at) \ ........'. ..., f -:.._....._.._....._.::...-:.-;::.- l ....;. i S] R ............. f '. . . ..... . о .....,................. ....... т" :,......" i  V& J ! .o>:c:;.'  ....  ! lfIrt.t) Х S ..., : " С " : , .... : r . ...............,............ ....................... ..............:.::..: ......,...,..............,.... X s( t ) ........... о Рис. 5.2. rеометрия обзора при прямолинейном движении платформы 187 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования В декартовой системе координат OXYZ вектор наклонной дальности R(t) равен разности векторов цели и фазовоrо центра антенны R(t) == Rr  Rs (t), (5.2) rде Rt==x.+y. Yt+z.Z t  координаты цели; Rs(t)  текущие координаты фазовоrо цен.. тра антенны (близкие к центру масс КА); х, У, z  единичные орты по осям. Примем, что при t== 0 облучается цель Т в плоскости OST, перпендикулярной вектору rоризонтальной скорости V sg , при этом Xs==O, хт(о)==о. Текущее положение носителя определяется вектором Rs(t) с началом в начале координат О Rs (t) == Xgt + уО + z( Zs + VHst) . (5.3) Временной закон изменения дальности цели можно представить разложением в ряд Тейлора по степеням (: R(t)==  t2 +У:} +(Zs +VHstZT)2 ==  RЛ +p +2(Hs ZT )VHst  N  Ro + L Cnt n +... , п=} (5.4) rде Ro ==R(O)==  Yi +(Zs ZT)2  начальная наклонная дальность при /== 0; N  число членов, зависящее от требуемой точности вычислений. При прямолинейном rоризонтальном полете (VHs==O) для всех целей в плоско.. сти визирования SOY, проходящей через вертикаль в точке следа и перпендикуляр ной траектории следа на поверхности Земли, радиальная скорость и соответствен.. но доплеровская частота принятоrо сиrнала равны нулю  цели находятся в точках «ближайшей дальности» для всех наклонных дальностей целей независимо от их удаления от трассы даже при наличии рельефа или кривизны Земли. Если вертикальная скорость отлична от нуля VHs:;CO, то при t== 0 начальная дальность Ro цели, находящейся в плоскости, нормальной к следу, не совпадает с ее «ближайшей дальностью», для которой R(t nr ) == о. Так, например, при полете с набором высоты, вызываемая ею радиальная скорость отрицательна (создается от.. рицательное доплеровское смещение частоты) и для ее компенсации требуется по ворот плоскости визирования вперед по танrажу на уrол .9vh == arctg(V Hs /g) . (5.5) Соответствующие поправки требуются для вычисления минимальной дально сти цели, времени прохождения нулевой доплеровской частоты и азимутальной координаты цели. Для плоской Земли уrловая азимутальная поправка не зависит от наклонной дальности, но изменяется пропорционально изменению текущей BЫCO ты носителя Zs(t). Временная зависимость фазы связана с изменением наклонной дальности 4п Фr(t) == 2KxR(t) == T R(t), (5.6) rде К х ==2п/ А  волновое число. 188 
fлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала ... Временная зависимость амплитуды принимаемоrо сиrнала определится фор мой диаrраммы направленности антенны G(aT, у) по азимуту ат и уrлу места у. Для типичных условий VHs«V sg . Это позволяет при оценке уrлов пренебречь верти кальной скоростью и отклонением линии 8182 от rоризонтали на рис. 5.3. Прини маемый сиrнал от цели имеет вид U r (t) == АС (а т (t), r  УаО )ej(21ZIol2KxR(I») , (5.7) rде А  коэффициент, определяемый энерrетическими параметрами РСА; fo  час тота сиrнала РСА; УаО  уrол места установки луча антенны; ат  уrол визирования по азимуту, который для прямолинейноrо движения со скоростью V s в маршрутном режиме равен a(t) == arctg(gt / Ro) . (5.8) Применим модель прямолинейноrо движения платформы с РСА к приведен ной на рис. 5.3, а rеометрии космическоrо обзора для двух целей Т 1 и Т 2 , смещен ных по азимуту. Такая модель применима для расчета основных параметров низко высотных (до ,....,1000 км) РСА. Рассмотрим rеоцентрическую систему координат, в которой в момент F O ось Z проходит через фазовый центр антенны РСА и направ лена в зенит. Ось Х параллельна вектору путевой скорости спутника V sg относи тельно поверхности Земли (вектор скорости в rринвичской' системе координат). Ось У дополняет систему до правой. у Рис. 5.3. rеометрия космическоrо обзора при прямолинейной модели движения платформы (а) и при движении по крyrовой орбите (6): Rs  радиус орбиты КА; Re  локальный радиус Земли; R tl , Rt2  текущие дальности целей T 1 , Т 2 ; х  смещение по азимуту 189 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Векторы положения целей Т], Т 2 и модели движения спутника 8(t), а также значение минимальной дальности Ro представлены выражениями (5.9Н5.12) Т) = {O,R e sinay,Re cosa y }, (5.9) Т 2 = {XT2' sinay,Re cosa y }, (5.10) S(t) = {gt, o,} , Ro =  (Re sina y )2 +(   cosay)2 =  Я; + R; 2 cosa y . (5.11 ) (5.12) Запишем выражения для временных зависимостей наклонной дальности, фазы и доплеровской частоты сиrнала, принятоrо от цели Т 2 . Они понадобятся в даль нейшем для сравнения с друrими моделями движения платформы с РСА. BpeMeH ная зависимость наклонной дальности до цели R п , представленная первыми чле нами разложения в степенной ряд, имеет вид 2 2 2 Х 2  2 2 gt  gХТ2t+ Т2 RT2(t)== Ro +(gtXT2) Ro+ +... . 2Ro Временная зависимость фазы определяется уравнением (5.6) 2 2 2 2 ( )  41iR T2 ,.... 4пRo  gt  gXT2t+XT2 f/JT2 t  ,.... 4п + . .. . А А 2RoA (5.13) (5.14) Для временной зависимости доплеровской частоты сиrнала от цели Т 2 имеем близкий к ЛЧМ процесс ( ) 1 d ( ) 2gX Т2 2 FDopT2 t ==f/JT2 t  t... . 2п dt ROA RoА (5.15) Временная зависимость амплитуды принимаемоrо сиrнала от цели Т 2 опреде ляется формой азимутальной ДНА: ( ) ( .  gt ) U t = UmaxG xant аrсsш Ro ' ( 5.16) rде U mах  амплитуда сиrнала в максимуме ДНА; Gxant(a)  форма азимутальной ДНА (по мощности); V sg  путевая скорость платформы. Для оценки разрешения РСА по азимуту найдем разность фаз сиrналов на краях синтезированной апертуры ( F+ T syn tl'2), принятых от разнесенных по азимуту точек Т] и Т 2 на поверхности Земли (рис. 5.3, а). Фазовый набеr по апертуре синте зированной антенны при наблюдении цели Т] по нормали к апертуре равен нулю. Фазовый набеr по апертуре синтезированной антенны при наблюдении цели Т 2 , смещенной по азимуту на Х п , определяется формулой f1 == ( ynt )  ( ynt )  41iXT2ynt == 41iLaXT2 f!Jт2 f!Jт2 2 f!Jт2 2 RoА RoА. ( 5.17) 190 
fлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала ... Разрешающую способность РСА по азимуту находят из величины набеrа фа зы на синтезированной апертуре, равной д.f/Jn(Х12)21l, откуда получаем известное соотношение для разрешения по азимуту: == Х I == ROA Р х Т2 IJ.Фт2 =21l 2L' а (5.18) rде La == gynt  длина синтезированной апертуры. Анализ рассмотренной модели прямолинейноrо движения платформы с РСА показывает, что применительно к расчету основных параметров синтеза РЛИ  длины синтезированной апертуры, времени синтеза и азимутальноrо разрешения она совпадает с типичным случаем самолетных РСА, имеющих значительно MeHЬ шую наклонную дальность съемки. Отличия состоят в том, что аппроксимация временной зависимости наклонной дальности степенным рядом (5.13) до члена второй степени (включительно) неприемлема для космических РСА изза больших фазовых ошибок. Для реализации разрешающей способности в единицы метров в s или Lдиапазонах волн на дальностях до 1000 км В предположении прямолиней ной модели движения необходимо точное вычисление квадратноrо корня либо ero представление членами ряда до 10й степени (поrрешности расчета фазы не долж ны превышать единиц rpадусов). Рассмотренная модель не учитывает реальноrо движения платформы по криволинейной траектории, например, круrовой орбиты (рис. 5.3, 6). Анализ параметров сиrнала при движения платформы по круrовой op бите проведен в следующем разделе. При этом показано, что в расчетах парамет ров принимаемоrо сиrнала при криволинейном движении можно применить pac смотренную выше модель прямолинейноrо движения, но с измененным (эквива лентным) значением путевой скорости платформы и друrими уточнениями. 5.4. Расчет пара метров TpaeKTopHoro сиrнапа при движении ппатформы по круrовой орбите в данном подразделе рассмотрены принципиальные отличия параметров прини MaeMoro сиrнала при работе РСА на криволинейной (круrовой) траектории. Свя занные с этим явления особенно заметны для высокоорбитальных РСА, например, дЛЯ РСА на rеосинхронной орбите [439] или для самолетноrо РСА с круrовой Tpa екторией полета [353], в которой объект наблюдения находится в центре окружно сти  траектории РСА. Фаза принимаемоrо от TaKoro объекта сиrнала постоянна и получаемое РЛИ в окрестностях этоrо объекта имеет ряд особенностей. Для расчета технических параметров в ходе проектирования космических РСА с учетом явлений, обусловленных кривизной траектории движения платфор МЫ, целесообразно использовать общепринятые методики, применяемые для слу чая прямолинейноrо paBHoMepHoro движения. Это оказывается возможным для круrовой траектории, если сектор, образованный апертурой синтеза, не превышает четверти окружности. Задача решается введением в расчеты корректирующих KO эффициентов в исходные данные. 191 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования rеометрия космическоrо обзора для движения платформы по круrовой орбите приведена на рис. 5.3, б. Для простоты данноrо рассмотрения, в отличие от приве.. денноrо в разделе 5.6, формула (5.69), влияние вращения Земли учтем только по правкой от танrенциальной составляющей, зависящей от уrла наклонения орбиты. Временная зависимость положения платформы при круrовой орбите движения спутника определится выражением S(t) == { sin( IOsi), O,R s cos( IOsi)} ; (5.19) lU sg  то  те cos io , rде lUsg  уrловая путевая (в rринвичской системе координат) скорость спутника; то  уrловая орбитальная скорость; те  уrловая скорость вращения Земли; io  уrол наклонения орбиты КА. При этом для цели Т 2 на рис. 5.3, б имеем временную зависимость наклонной дальности R 12 (t), представленную в виде квадратноrо корня, а также первыми чле нами ero разложения в степенной ряд: R Т2 (t) == (sin IOsgt  Х Т2)2 + R; sin 2 ау + ( COSIOsi  Re cosay)2 ::::: Re cosa y sin 2 (IOsi)  2XТ2 sinIOsgt + х'#2  Ro + + . . . (5.20) 2Ro или Re cosa y sin 2 (IOsi BТ2) R T2 (! )  Ro + + . .. , 2Ro rде смещение по азимуту выражено через центральный уrол cerMeHTa Т 1 01 Т 2 L) . ( х Т2 ) иТ2 == arcSln . Recos a y Для цели Т 1 справедливы выражения (5.20) и (5.21) с подстановкой в них Х 12==0 И в 12 ==о. Рассмотрим наиболее распространенный случай маршрутноrо режима работы РСА и определим реализуемые время синтеза, ширину спектра сиrнала и разреше ние по азимуту для орбитальноrо движения КА. Будем считать заданными азиму тальную форму диаrpаммы направленности антенны (ДНА) по мощности G x ( ах) и ширину ДНА по заданному уровню мощности aant. Заметим, что амплитуда приня Toro сиrнала пропорциональна КУ антенны в направлении на цель, поскольку форма ДНА по полю учитывается на передачу и прием. Для прямолинейноrо дви жения платформы соотношения между указанными параметрами хорошо известны. Максимальная длина синтезированной апертуры RoA Lamax == D ' xant (5.21 ) (5.22) максимальное время синтеза 192 
fлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала ... La тах ynt max == V sg Ro2 , gDxant ( 5.23) временной закон изменения доплеровской частоты 1 d ( 2R(t) ) F Dop  liп (t) == 2п dt  2п А.  2! Ro2 ' ( 5.24) ширина спектра доплеровских частот 2g дFDop == Dxant (5.25) наилучшее реализуемое разрешение по азимуту Ro2 Dxant PXmin == 2L 2 атах (5.26) Расчет параметров для движения платформы по крyrовой орбите иллюстрирует рис. 5.4. На нем показаны крайние положения плоскости 00281 и 00282, вращаю щейся BOKpyr оси ОУ. Максимальный уrол отворота плоскости a s , при котором цель Т 1 еще облучается антенной РСА, можно найти приближенным решением треyrольников PIP2S и Р 1 Р 2 О 1 . След КА аеч....ап. Сечение земной сферы вертикальной плоскостью, проходя щей I через цель, I , 'х \ , , , , , ---.........---' Рис. 5.4. Расчет парамеТРОБ обзора при движении платформы по круrовой орбите 71492 193 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Поскольку при расчете разрешающей способности и длины апертуры синтеза особой точности не требуется (допустима поrрешность до .....,5 %), можно пренеб речь высотой дуrи РI Р 2, и принять высоты треуrольников равными h lip2S  Ro; h liP2 o.  Re cosa y . (5.27) rде ау  центральный уrол цели на поверхности Земли, показанный на рис. 5.3. При этом основание треyrольников  хорда РI Р 2  определит область облучения местности антенной и yrловое положение КА на краю области облучения цели Т 1 /),B s ::::: arctg Roл RecosayDxant Максимальные длина синтезированной антенны и время синтеза в маршрут ном режиме будут превышать рассчитанные для прямолинейной модели движения значения, пропорционально масштабному коэффициенту Ме, который равен OTHO шению радиуса орбиты КА к радиусу сечения (окружность с центром в 01) земной сферы плоскостью, проходя щей через наблюдаемую цель Т 1 : (5.28) M 1 == е Re cosa y  (5.29) 2 . f) MleROA L amax   Sln!! s == , Dxant (5.30) 2!! Bs  RoA.. MleROA.. ynt тах == ==  arctg  msg  RecosayDxant Dxant Это явление обусловлено тем, что в процессе орбитальноrо движения луч aH тенны, лежащий в плоскости, которая вращается BOKpyr оси У, «обкатывает» цель, увеличивая время наблюдения. Наилучшее разрешение в маршрутном режиме RoA.. D xant PXmin == 2L 2М а тах lе Ширина спектра доплеровских частот с учетом формулы (5.21) msg2axant 2g M Dop == А.. (5.31 ) (5.32) Dxant (5.33) в табл. 5.2 приведено сравнение параметров РСА дЛЯ модели прямолинейноrо движения платформы и орбитальноrо движения КА по круrовой орбите. В ней введены два пересчетных параметра: масштабный коэффициент пересчета пара метров орбитальноrо движения к эквивалентной модели прямолинейноrо движе ния Ме и линейная эквивалентная скорость Vie, значение которой характеризует крутизну временной зависимости принимаемых ЛЧМсиrналов по азимуту: M 1e == / Re cosa y , (5.34) Vie ==  2С2Ro ::::: g/ .J M 1e ' (5.35) 194 
fлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала ... 1 d 2 rде С 2 =  R (t)  коэффициент разложения временной зависимости дальности 2 dt 2 в степенной ряд. Таблица 5.2. Сравнение параметров РСА для орбитШlЬНОZО движения платформы и модели прямолинейноzо движения Модель Орбитальное Параметр прямолинейноrо движение движения Путевая скорость КА, м/с V sg V sg fоризонтальный размер антенны, м D 1e = Dxant/ M 1e * Dxant Зона облучения по азимуту, м Х ant = RoAM 1e / D халt Х ant = RoAM 1e / D xant Наклонная дальность наблюдения, м Ro Ro Ширина спектра принимаемоrо сиrнала, [ц М'оор = 2g/ Dxant М'оор = 2g/ Dxant Длина синтезированной апертуры, м La = RoА/ D 1e La = M1eRoA / D халt Время синтеза, с ynt = RoA/ Dleg ynl = M1eRoA / D халt g Разрешение по азимуту, м Рх = Dle/ 2 Рх = D халt /2М 1е Закон изменения дальности по времени, м R(t) =  +(et)2 R(t) = JRo + {v.gt NMIe )2 +... Закон изменения доплеровской частоты, [ц F. (t) = ;! F. (t) = _.Ч 21l" 2R(t) ) оор RoА оор 2" dt А При м е ч а н и е : *  эквивалентное значение rоризонтальноrо размера антенны. Поясним полученные соотношения на примерах. Рассмотрим rипотетические РСА Sдиапазона волн для двух вариантов  низкоорбитальный РСА на круrовой орбите с радиусом орбиты R s1 ==6900 км (средняя высота 528,7 км) и высокоорби тальный РСА на rеосинхронной орбите (rCxO) с радиусом R s2 ==42164 км. COOTBeT ствующие орбитальные скорости КА составляют 7600 и 3074,7 м/с. Зададим уrлы наклонения орбит i o ==85°, rоризонтальный размер антенны РСА Dxant== 1 О м. Про ведем расчеты параметров маршрутноrо режима при уrле падения }1==70 0 . Вычисленные по приведенным в разделах 5.5 и 5.6 формулам значения пара метров обзора для вариантов РСА представлены в табл. 5.3. По существу, при движении платформы с РСА по круrовой орбите происхо дят два явления: 1) «подфокусировка» синтезированной апертуры, которая эквивалентна reтepo динированию азимутальноrо ЛЧМсиrнала с опорной функцией, имеющей меньшую 195 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования (для космических РСА) крутизну ЛЧМ. При оrpаниченном секторе синтеза закон изменения частоты сиrнала остается линейным и после такой процедуры; 2) эффект «слежения» за объектом наблюдения путем поворота антенны BMe сте с платформой относительно центра вращения, аналоrичной прожекторному режиму с «протяжкой». Приведенные в табл. 5.3 данные показывают, что учет криволинейности Tpa ектории движения платформы позволяет уточнить ряд параметров принимаемоrо сиrнала в РСА. Так, для низкоорбитальных РСА (до 1000 км) получается выиrрыш в азимутальном разрешении на 7... 1 О %, а для высокоорбитальных РСА  в He сколько раз. При выводе формул был допущен ряд приближений. Например, oцeH ка размера зоны облучения по азимуту на Земле (а также реализуемой длины син тезированной апертуры) дана относительно касательной к поверхности Земли (траектории полета), а не хорде, как следовало бы. Но при практических значениях уrловой зоны синтеза (менее 4,1 О) этими поrрешностями можно пренебречь. Несмотря на приближенный характер приведенных формул, они вполне приrодны для инженерных расчетов РСА. Таблица 5.3. Расчетные пара.м,етры для вариантов РСА Параметр Обозна Низкоорби РСА чение тальный РСА на rcxo Радиус орбиты КА, км Rs 6900 42164 Средняя высота орбиты КА, км Hs 528,7 35792,9 Орбитальная скорость КА м/с V o 7600 3074,7 Путевая скорость КА, м/с V sg 6977 . . .6992 2807.. .4154 Наклонная дальность наблюдения, км Ro 1251 39560 Центральный уrол точки съемки, rрад ау 9,87 61,8 Ширина ДНА по азимуту, rрад axant 0,63 0,63 Зона облучения по азимуту на Земле, км X ant 11,9 376 Ширина спектра принимаемоrо сиrнала, [ц ДР Оор 1738...1742 561.. .830 Масштабный коэффициент учета кривизны Це 1,067 3,123 орбиты Линейная эквивалентная скорость, м/с V 1e 71327 715 Длина синтезированной апертуры, км Lsynt 11,8* / 13..3 376* / 1880 Время синтеза, с Tsynt 1,56* / 1..75 122* / 618 Азимутальное разрешение, м Рх 5* / 4..38 5* / 1 При м е ч а н и е : * звездочкой отмечены значения, рассчитанные по обычным формулам для прямолинейноrо движения платформы со скоростью V sg ; данные расчетов для криволиней.. Horo движения подчеркнуты. 196 
fлава 5. Расчет параметров TpaeKTopHoro сиrнала ... 5.5. Временная зависимость наклонной дальности цели при движении платформы по Кеплеровой орбите Обычно цель баллистических расчетов состоит в вычислении параметров управле ния РСА, обеспечивающих съемку района земной поверхности с rеоrpафическими координатами (jJт, Ат при известных или проrнозируемых параметрах орбитальноrо движения КА. При синтезе радиолокационноrо изображения в РСА решаемая задача имеет отличия. В ней по известным для времени съемки параметрам движения КА, заданным наклонным дальностям для начала, центра и кониа строба приема должны вычисляться временные зависимости фазЬJ и амплитуды принимаемоrо сиrнала. Эти зависимости используют при синтезе радиолокационноrо изображения (РЛИ) дЛЯ вычисления опорной функции в процессе соrласованной фильтрации радиоrолоrраммы. Двумерная опорная функция соrласованной фильтрации должна быть комплексно сопряженной с принятым сиrналом во всем интервале наклонных дальностей строба приема и длительности синтезированной апертуры. Особо OT ветственным является расчет временной зависимости наклонной дальности, при котором поrрешность не должна превышать малые доли длины волны (миллимет ры при работе в Хдиапазоне волн). Процедура расчета заключается в оценке pac стояния между двумя точками, одна из которых (фазовый центр антенны РСА или, приближенно, центр масс КА) движется по орбите, а друrая  точка на земной по верхности вращается вместе с Землей. Расчеты движения КА в возмущенном rравитационном поле Земли ведут в абсолютной rеоцентрической системе координат и решают уравнения, описываю щие движение КА относительно точки на земной поверхности. Для расчета возму щенноrо движения КА используют основное уравнение динамики свободной MaTe риальной точки [95]: dV т == F ( 5.36 ) dt ' rде т  масса тела; V  вектор скорости точки; F  равнодействующая сил, дейст вующих на точку. Космический аппарат совершает неуправляемое движение под действием силы притяжения Земли и друrих небесных тел, силы сопротивления атмосферы, силы cBeтoBoro давления и иных воздействий. Сила земноrо притяжения является OCHOB ной, определяющей движение КА по околоземной орбите. Остальные возмущаюшие факторы в пределах BpeMeHHoro интервала съемки оказывают незначительное влия ние по сравнению с силой притяжения Земли  их учет необходим только в случае долrосрочноrо проrнозирования движения КА. Рассмотрим основной из возмущаю щих факторов  неравномерность rpавитационноrо поля Земли. Тоrда основное уравнение динамики свободной материальной точки можно записать в виде dV M earth  == grad(U р ) , (5.37) dt rде M earth  масса Земли; и р  потенциал притяжения Земли или силовая функция. 197 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Потенциал притяжения задается через разложение по сферическим функциям Лежандра, при этом, как правило, учитывают только зональные rармоники до чет BepToro порядка включительно в силу их определяющеrо влияния на движение КА: Up== J1Mearth { l I Jп ( Re;ean ) п (Sintps) } , (5.38)  п=2 s rде J..l  постоянная притяжения; Re mеап  средний экваториальный радиус Земли; Rs  величина радиусвектора от центра Земли до центра масс КА; f/Js  широта подспутниковой точки КА; Pn(Z)  полином Лежандра порядка п; J n  безразмерные постоянные, характеризующие форму и rpавитационное поле Земли. Для решения системы дифференциальных уравнений (5.37) можно применить метод численноrо интеrpирования Адамса. По результатам расчета для заданноrо положения КА относительно точки визирования (при t == О) можно вычислить экви валентные параметры Кеплеровой орбиты для расчета движения в пределах апер туры синтеза. В данном разделе рассматривается модель относительноrо движения платфор мы с РСА и точечной цели на поверхности Земли с получением временной зависи.. мости наклонной дальности сиrнала от выбранной точечной цели, для вычисления текущеrо положения платформы используем Кеплерову модель движения. Результа.. ты моделирования с расчетом полосы съемки для низкоорбитальноrо РСА и РСА на rеосинхронной орбите отображаются на рисунках в меркаторской проекции. В модели предусмотрено вычисление набора параметров, которые при реаль ном синтезе РЛИ будут содержаться в служебной информации к маршруту, Ha пример, отсчеты текущих координат и скоростей платформы, наклонные дальности начала и конца строба приема и т.д. Сравнение расчетных данных Кеплерова дви жения и возмущенноrо движения платформы проведено в разделе 5.4. Для упрощения дальнейшие расчеты в пределах одноrо витка будем вести OT носительно введенной в разделе 5.1 опорной инерциШlЬНОЙ 2еоцентрической сис темы координат. Полезно также при анализе rеометрии наблюдения локальных участков земной поверхности рассматривать сферическую модель Земли с локаль ным радиусом Re. Это позволяет, не нарушая общности результатов, использовать известные формулы триrонометрии на сфере. Приведем основные соотношения для сферических треУ20льников со сторонами а, Ь, с и противолежащими yrлами а, /3, 1, а также формулы для решения прямоyrольных сферических треyrольников [25]. Теорема синусов: slna sinb slnc == (5.39) Sln а sin /3 sin r Теорема косинусов сторон cosc = cosacosb+sinasinbcosy (5.40) Теорема косинусов yrлов cosy = соsасоsfЗ +siпаsiпfЗсоsс. (5 41) 198 
fлава 5. Расчет параметров TpaeKTopHoro сиrнала ... Решение прямоyrольноrо сферическоrо треyrольника: а, Ь  катеты, с  rипотенуза sin а == sin а sin с; cos с == cos а cos Ь; cosa == cosasinp; sina == tgbctgp; (5.42) cosc == ctgactgp; cosa == tgbctgc. Методика расчета пара.метров отноcuтелЬНО20 движения включаer в себя следующие этапы: 1) задание исходных данных при t == О для расчета движения КА; 2) расчет текущих координат, скорости КА в опорной инерциальной системе координат и пересчет их в rpинвичскую систему координат (rCK); 3) расчет rеоrpафических координат точки визирования при t == О по заданному значению наклонной дальности, характеризующей rpаницы полосы обзора. Азимутальное положение цели задается yrлом отворота плоскости визирования относительно нормали к вектору орбитальной скорости КА; 4) расчет текущих значений (временной зависимости) наклонной дальности цели, опреде.. ляющей фазу сиrнала, принятоrо от цели. Исходные данные для расчета движения КА В качестве исходных данных для расчета движения КА примем (см. рис. 5.5): X Ns , Y Ns , ZNs  эфемериды КА в опорной «инерциальной» системе OXNYNZ N дЛЯ момента времени F O; Х Ns , У Ns , i Ns  составляющие скорости КА (производные координат по времени); io  yrол наклонения орбиты; Во  истинная аномалия КА дЛЯ F O; Вор  aprYMeHT периrея; Bs==Bo+Bop  aprYMeHT широты КА (уrловое положение относительно восходя щеrо узла); 1\ ==  XS +ys +ZS радиусорбитыКАДJIя t== О; е о  эксцентриситет орбиты; ZG, Z.v Текущий радиус орбиты КА Rs Zt) Хо, X N Плоскость орбиты Текущее положение КА при O След (трасса) КА AprYMeHT широты КА 8s Широта КА Фs Восходящий узел орбиты Aso rринвичский меридиан AprYMeHT периrея Вор Долrота КА, A.so Рис. 5.5. Орбитальное движение КА 199 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования а о  большая по луось орбиты ; V Hs = е о sin Во  110/ а о ( 1  е;)  вертикальная скорость; Jlo==з,98602.10 14 м 3 /с 2  произведение универсальной rравитационной посто янной и массы Земли; lOо = (1 + е о cos Во ) l  110/ а о ( 1  е;)  уrловая орбитальная скорость на MO мент времени F O; %  уrловая скорость прецессии орбиты. Период обращения КА  == 21[ / lUomean ::::: 21[/ R;l .J JLo/a o . Одним из возмущений орбитальноrо движения спутника, вызванным отличием Земли от сферы, является прецессия орбиты [458, 532/Солнечносинхронная орби та, 532/Фиrура Земли, 546]. Скорость прецессии зависит от высоты орбиты и уrла наклонения. Специально выбирая параметры орбиты, можно реализовать, так назы ваемые, солнечносинхронные орбиты, для которых солнечное время прохождения узлов (плоскости экватора) фиксировано. Объект, находящийся на такой орбите, проходит над любой точкой земной поверхности приблизительно в одно и то же Me стное солнечное время и можно реализовать точное повторение траекторий движе ния радиолокатора относительно поверхности Земли через несколько суток. Это по зволяет применять KorepeHTHbIe методы дифференциальной интерферометрии для выявления изменений в окружающей обстановке. Для реализации солнечносинхронной орбиты ее параметры выбирают таким образом, чтобы орбита прецессировала в восточном направлении на 360 rрадусов в rод (около 1/365 от скорости вращения Земли), компенсируя вращение Земли BO Kpyr Солнца. Нужной скорости прецессии можно достичь лишь для определенноrо диапазона высот орбит (как правило, выбираются значения 600...800 км с перио.. дами 96...100 мин.), необходимое наклонение для упомянутоrо диапазона высот около 980. Для солнечносинхронной орбиты прецессия должна происходить в направ лении, противоположном вращению Земли. Хорошее приближение дает следую щая формула 2 lOр =  3a J 2 lO o cosi o , (5.43) 2Rs rде а е  экваториальный радиус Земли; Rs  радиус орбиты КА; то  уrловая орби тальная скорость; io  наклонение орбиты; J 2 == 1 ,08.1 03  второй динамический фактор формы Земли, выражаемый через полярное сжатие следующим образом: 3 2 J  2Ее  ает е 2  3 3JLo' (5.44) rде Ее  полярное сжатие Земли; те  уrловая скорость вращения Земли; ро  произ ведение универсальной rравитационной постоянной и массы Земли. 200 
fлава 5. Расчет параметров TpaeKTopHoro сиrнала ... При дальнейшем рассмотрении будем относить скорость прецессии орбиты к скорости врашения Земли, полаrая ее равной тер == 7 ,312166.1 05 для солнечно синхронных орбит с io> 90 и пренебреrая прецессией орбиты (т ер ==7 ,2921158.1 05)  для орбит с io < 90. Для моделирования относительноrо движения эти допущения несущественны, а опорные функции для реальноrо синтез РЛИ будут основаны на служебной информации с фактическими координатами КА, учитывающими пре цессию орбиты. Расчет текущих координат КА Обычно текущие координаты КА рассчитывают методом интеrрирования ypaBHe ния движения с учетом изменений текущеrо радиуса орбиты, уrловой скорости, включая учет возмущающих воздействий (неравно мерности rравитационноrо по тенциала, влияния притяжения Луны, солнечноrо ветра и пр.). При кеплеровом движении имеем dBs == lUodt , Во == Bs (t )  Вор,  (t ) == а о ( 1  e ) / ( 1 + е о cos ( Bs ( t )  Вор) ) , 0)0 (t ) == ( 1 + е о cos ВО (t ) )  1 (t)  110/ а о ( 1  e) . (5.45) (5.46) (5.47) (5.48) Координаты радиусвектора КА в инерциальной системе OXNYNZ N Rs (t) ==  (t)cosBs (t)XN   (t)sinBs (t)cosioY N +  (t)sinBs (t)siniOZN. (5.49) Полярные координаты КА rеоrpафическая широта fPs (t ) == arcsin ( sin Bs (t ) sin io ) ; (5.50) rеоrрафическая долrота с учетом вращения Земли Asg (t) == arctg( tgB s (t). cosi o ) + AsO  lUept , (5.51 ) rде Aso  долrота восходящеrо узла при t == о; тер  суммарная уrловая скорость вращения Земли те == 7,292115.105 l/c с одним оборотом за звездные сутки Tstar== == 86164,091 с и скорости прецессии орбиты. Солнечные сутки  T sun ==86400 с  примерно на 4 мин длиннее. Текущие координаты КА в rринвичской системе координат (rCK) относи тельно неподвижной Земли определяются вектором Rs (t ) ==  x G  (t ) cos tJJ s (t ) cos Asg (t )  У G  (t ) cos tJJ s (t ) sin Asg (t ) + +ZG (t ) sinfPs . (5.52) Полученная временная зависимость радиусвектора КА будет далее использо вана для расчета временной зависимости наклонной дальности цели. 20] 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Расчет координат точки визирования Определим rеоrpафические координаты цели Т( qJтAT), сиrнал от которой при t == О будет зафиксирован в kM отсчете цифровой радиоrолоrpаммы (црr) в пределах строба приема. Временная задержка этоrо отсчета црr относительно начала излу ченноrо импульса передатчика определит наклонную дальность Ro до цели. Положе ние КА (точка S) в плоскости орбиты ОХОУ 020 определено apryMeHToM широты  (уrол XoOS на рис. 5.1). След КА на поверхности Земли при t== 0 показан на рис. 5.6 точкой F с rеоrpафическими координатами tpsAs. Азимутальное положение наблюдаемой цели на земной поверхности опреде.. лится уrлом поворота lf/v плоскости визирования YvOZv относительно плоскости ор.. биты, задаваемоrо в связанной с КА подвижной системе координат SYsZs. В ней ось OZs направлена в зенит, ось OX s параллельна вектору орбитальной скорости, а ось OY s дополняет систему до правой. Положительное значение уrла lf/v плоскости визирования относительно нормали к плоскости орбиты OY s соответствует левосто роннему обзору (показано на рисунке). Наклонная дальность отсчета црr (расстоя ние Sr) определит положение цели. У,. t Z:V,Z(i N: , х s ,. , , , , След КА ...,................,.. ..X N ,  Zs, Z,.  Ух Рис. 5.6. rеометрия вычисления координат точки визирования  ориентировочных расчетов используем среднее значение радиуса Земли Remean == 6371 км [533]. При строrих расчетах опорной функции синтеза изображений с высоким разрешением следует учитывать локальное возвышение рел ьефа местнос ти над уровнем земноrо ЭJШипсоида R T == Re + Н т , rде Re == a l е; /  1  е; cos 2 f/JТ  радиус Земли на широте цели q>r, а Н Т  локальная высота рельефа. Исходными параметрами для расчета положения точки визирования являются rеоrpафические координаты следа КА Р( tps, .-1s), уrлы поворота плоскости визирова.. ния OY v относительно нормали к плоскости орбиты lf/v, центральный уrол ау точки 202 
rлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала ... визирования Т, соответствующий ее наклонной дальности. Расчет rеоrpафической координаты точки визирования проведем по (5.50) и (5.51) с учетом текущеrо yrла между вектором скорости КА и меридианом, проходящим через след КА при р О (курсовой yrол КА lf/s отсчитывается от направления на Север по часовой стрелке) восходящий виток . ( cos io ) I () I 1[ lf/s == arcsln , s <  ; cos fPs 2 (5.53) нисходящий виток rде lf/s == 1l  arcsin ( COS 10 J , IBs I > JZ" . cos fPs 2 Рассмотрим rеометрию, показанную на рис. 5.6. В плоскости визирования OYvZv построим проходящую через след КА F виртуальную орбиту с радиусом Re, равным радиусу Земли на широте fPs. Ее параметрами будут: уrол наклонения iv, aprYMeHT широты следа КА Bv, долrота восходящеrо следа Av. Дуrа этой виртуаль ной орбиты будет rеометрическим местом пересечения плоскости визирования с поверхностью Земли. Параметры виртуальной орбиты уrол наклонения iv == arccos ( sin lf/ TCOS fPs ) , (5.54) 31l lf/T == 2 + lf/s  lf/ v  азимут точки визирования; aprYMeHT широты следа КА (удаление от экватора по дуrе большоrо Kpyra): Bv == arcsin ( Si.n s ) ; (5.55) Sln lv долrота узла: Av == As + arctg( tgB v cos iv) . (5.56) Положение точки визирования (дуrа FT, уrол ау на рисунке) определится ее центральным уrлом относительно следа КА а == arccos ( R; + Ri  Rg J (5.57) у 2RT' откуда aprYMeHT широты точки визирования на виртуальной орбите (знак «плюс» при обзоре левым бортом и «минус»  при обзоре правым бортом) ВТ == Bv + ау (5.58) и rринвичские координаты точки визирования fPT == arcsin ( sin ВТ sin iv ) , (5 59) 203 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Ат = arctg( tgB T sin iv) + Av . (5.60) rринвичские координаты точки визирования для р О, lfJs(O), Лs(О), Ro и задан Horo направления обзора определятся формулой R T = XGRTcOsrpT cosAт  у GRTcOSrpT sinAт + ZGRTsinrpT. (5.61) При моделировании обзора по приведенным выше формулам следует учиты вать неоднозначность функций arcsin, arccos при вычислении уrлов по квадрантам, а также размеры rрадусной сетки rеоrрафической долrоты ::1: 1800. Например, для вычисления долrоты точки визирования по формуле (5.60) в проrраммном KOM плексе МА TLAB можно применить процедуру вычисления полноrо в четырех квадрантах apKTaHreHca, которая в нотации МА TLAB имеет вид Ат = atan2( sin (Ат ),cos( Ат )) . (5.62) На практике в элементе с наклонной дальностью Ro фиксируется сиrнал от участка на земной поверхности в виде дуrи, являющейся rеометрическим местом точек, удаленных от Земли на дальность Ro (для сферической Земли  это показан ная на рис. 5.7 окружность, являющаяся пересечением сферы и конуса с образую щей Ro). Длина дуrи (соответствует разрешению по азимуту дЛЯ РБО) определяется шириной диаrраммы направленности реальной антенны. Положение дуrи зависит от направления луча ДНА (след ДНА показан на рисунке) относительно плоскости орбиты  уrла lf/v, значение KOToporo выбирают на стадии проектирования системы радиолокационноrо наблюдения. Z S , . ..... .. ". У,,\ \SNI ZN V s  Zo : s ....... ,.. .. .. '-" 4>., lf, Х'\ .... Ro '" " , " ...... ...Ai:II ... ..... .....  . . JIf ....,. · . .." ..... , ' .; -'.: . q -;..... .. .- ,, . ." След канала дальности R() '- , ." Рис" 5.7. Формирование области приема сиrналов от поверхности Земли Например, при проектировании системы МКРЦ была предусмотрена ориен тация осей космическоrо аппарата YCA (YCAM) в орбитальной системе коорди нат. продольная ось КА поддерживалась вдоль вектора орбитальной скорости В РБО бортовоrо комплекса «Чайка» использовались антенны беryщей волны с фор 204 
fлава 5. Расчет параметров TpaeKTopHoro сиrнала ... мированием луча, отклоненноrо назад примерно на 50 относительно нормали к плоскости антенны. Координаты обнаруженных целей рассчитывались с учетом поправок по азимуту в зависимости от наклонной дальности целей. Направление луча антенны определяет значение средней доплеровской часто ты принятоrо сиrнала (<<доплеровскоrо центроида») в РСА, которое нужно учиты.. вать при синтезе изображения. Необходимо рассматривать влияние «беrа Земли», вызванное двумя факторами отворотом луча от нормали к плоскости орбиты и вращением Земли. Временные зависимости наклонной дальности и доплеровской частоты вычисляют по заданному в параметрической форме (5.45)5.49) ypaBHe нию движения КА с учетом изменения входящих в Hero параметров орБИТЬJ КА с последующим вычитанием вектора координат точки визирования (5.61): RT(t) == IRs  R T 1== { ((t )cosqJs (t )COSAs g (t)  RTcoSqJT cosAr ) 2 + +(  (t ) sin qJs (t )sinAs g (t)  R T cosq;т sinAr ) 2 +(  (t )sinqJs  R T siпФr )2} 1/2 . (5.63) Доплеровскую частоту вычисляют через производную дальности (5.63) по времени с учетом формул (5.24, 5.47, 5.48, 5.505.52, 5.61). На рис 5.8 и 5.9 приведены отображения трасс КА и полос обзора в MepKa торской картоrрафической проекции для современных низковысотных РСА. Boc ходящий узел орбиты показан на rpинвичском меридиане, направление движения следа КА показано стрелкой. Отображено 1,2 периода обращения спутника, что по зволяет увидеть смещение области наблюдения, вызванное вращением Земли. Плоскость визирования нормальна к плоскости орбиты lf/v==O. 80 ;:; '-:'.:...- ,  ' , ;J,' 60 ' ',.' .-: ) J. 1', :' -  . ";,'} ': ;1,>. ' . q- .. . ," - ,:,' " -" :. .,,\ ,,'"  . ::' '",' , "* : .. . , <',: :.... f..' " .. -- '  :. . ",. 1 ',' , 1.. . . , :-;;, ) . 11-:  I ': )' J... 1 40 '" " ,"""" ,. J , " ' ',;.ю 1 f: J ;, 'i  . ..." " i'"  . I > ;-.. ,,: '< --:, "t'. ,i '(7 '\'"  # 'itt ,'fI' . , '-1. 20 . { . 1 . ,,:' t ," I ,1 ' <: .. +# -)... 1. _.: : о  :; -# , Обзор: левым бортом  правы м бортом '\ ,С 20 ... 40 '1' , '., 60 ' , t ,' ',:' , I f . ;:\;' , , } ' . м} , r ,.. , ,, ... ' ,... \?J, :--. ... ."" . " След КА 80 .  \':  ' !' , ' ',:,\ , ,i: ,'''1''   ,,';! ,,.. ;JТI; ,:' \.-. } , J ' 150 I()O 5(} о 50 I()(} 150 Рис. 5.8. Отображения трасс КА и rраниц полос двустороннеrо обзора (высота орбиты 300 км, уrол наклонения 720 (РСА «МечКУ»), полоса обзора 2х500 км, удаление от трассы КА 200...700 км; периодичность отсчетов 1 О мин) 205 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования .. '. ., t I .. . 80 /r. ' . 60 ,', . .. 40 20 О 20 40 .,' . . .... :, .,t1,(, " '"' , А. " . , .. . #. .  . /#'.  " . fiiI' ..11; 1f1P "* fI1If' '" " 'JP' '.- i/f,.. ..., . . /1IIP . ",.. , . fI/P .. ._. ;' ", I . '\,' .' . "\.-.' __' -- .... " " ' } ' '1, . '..  ,.. '. I -в ф' ... .,. .:' ".... '::. . *1" . ,.' . .....: 1 .: 1:._._ :-. . '. ..... }t 1- ', :.'  . j 1 1,;""  '" ' - ":':I*  (: .: ',:, " с ' '" 1 ''" , t, . ." ,t. 'I\j ," l' :'h А f \,  ' . r r :!'lf1 "", След КА ;,..i,:. ",>:.;. ',' ." ,.У ,,!.:: " . . ; у ;; ,.I:'' . :,.. :" . : ..:"t 1:: .1 11 : ... '.. .' .. ... .,.. .... .. ... . ... '.'. '..... .. _. ....., .. .-. Обзор: левым бортом правым бортом   J "). } i ..ti4'_  <' .<>J .J' :S . t i "1' ;"J.: I  i, -t.. \: : 'Ч!t- '., 1'".' .',' }' . ",.;. t..::' .;j;\' , ' .  -t" о''', : ::. ": Pt' i. '-i' '1' .,; ч -1. .. . '\ . . (\ .:т: , '(,.> " .':'(:: !:t. : . . - ".1'" __О 60  .", . '. .. .. .. ....'. . ..", ....,. 80 ) 'tr' . ,i: :;"  .  t. '"' .  . ..)..:, 1-'.... . . . .. :' ., "о . ," . . ": " 'I:,. '. r . w.f '. J' ..": '.' . 1 .:-;. \ ; . .. :-!: .. '""!' .,-' . .. . ...".-. ,. . - 1.. . --'  .'  " . щ , . 150 IOO 50 () 50 100 150 Рис. 5.9. Отображения трасс КА и rpаниц полос двустороннеrо обзора (высота орбиты 514 км, орбита солнечносинхронная с уrлом наклонения 98,20 (РСА TerraSARX), полоса обзора 2х500 км, удаление от трассы КА 300...800 км; периодичность отсчетов 10 мин) 80 ..:... 60 40 20 () 20 4()  . ".' ,. . :....1:.) . '"", '. j.,!, ,.- .. .+J;g:.; .!.>,.f t. ' " . .f,i" '.' .' ':t,. f,. ..... .. .'...,.. " ',.1 , '.. {.. ..' , "'<'  ". .   ... . ....* . " k ." ,J . . *'. '. ....';   '.,' ;.' , '!i,; - '."" *., ".." . ., . ' ;. . I " .., о .:;. ::. 'i!' " .  ", '. .11' . .(..+., \, If;l'. '.... { .tt'. '.; ..,(j, < . J i " 'V'....;: ,  i . '., J, , ",;. J"" t -' ' , 'i:'?:; . , j", .' .у"  "..;.", . . ":  ;. j}-... ,. 6-: .. 'и. .  's.k. . J : l' .'- :.! ':, , ,.' [( .: ;.,i .i..: . ..; .:.._" ,.".. . " ",.'. . . {.. ...... :.... .,. ... . .. ," . ;I'V:: ,- . . ' ., .. .. -.. . '" .. . . 11. ... ,.,.......... ..' .... ..' ...' Об'зор: левым бортом правы м бортом  .) : I . .1.';/';..': 1: . ,- .. f .  . . .. . . . . 'JJ . ." ".' '. '. .. f;. -..- .'. '. '" ,...,' '. It' :.. "> :1' 60 .. '" ": : .\1. '. >  * ' .' :'.:}; ,y\_ ............; 1(' ';::".:..'1.;' .  8() .'-; " ., . $'-; _:: ':..: 'rj!l.' . .':'}, 15() IOO 50 о 50 100 150 Рис. 5.10. Отображение суточной трассы КА и rраниц полос двустороннеrо обзора дЛЯ РСА на rеосинхронной орбите с высотой 35894,5 км и уrлом наклонения 45° (полоса обзора 2х5000 км, удаление от трассы КА 500.. .5500 км; периодичность отсчетов 30 мин) 206 
fлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала ... На рис. 5.1 О рассмотрен случай высокоорбитальноrо РСА на rеосинхронной орбите (rCxO), оценка характеристик KOToporo при работе в разных диапазонах волн сделана в статье [439*]. Преимущество рассмотрения режима работы РСА на rcxo состоит в том, что этот режим является эффективным инструментом для проверки формул rеометрии относительноrо движения для общеrо случая BЫCOKO орбитальных РСА. ДЛЯ РСА на [СхО при уrлах наклонения менее 90° траектория следа КА (отмечен стрелкой) на земной поверхности имеет вид, напоминающий цифру «8». Долrота восходящеrо узла составляет 75°, уrол наклонения орбиты  45°. Такие параметры обеспечивают обзор большой площади территории России. При большем уrле наклонения (,....-85°) rеосинхронной орбиты, как это показано на рис. 5.11, возможен в течение суток обзор районов земной поверхности по друrую сторону относительно CeBepHoro или Южноrо полюсов. 80 .. .. . ;... ". .. .  . . "" * "', ,. <  '" . ..: "  - '.. ,:. . 'Чi;,.' . ' :. . . 60 .... , . (>: ...: '. 8.  ;;! (> . " . .. : .', '\. . . '. . . jt .. . .-. . .. t.' . ' ,  ,1 '.' f   :4'. . .,. , {-t tr . . 40 :< .ft.:c:.:-,.o. . <}.:; .. . . "!, .. ::' -:$'.! . '. ',' 1'. . . ,.. .... . , ' I . .  ":" ,' .' I : . . '. " . '  . ' , .* . , '. ',. !t- ,v', ,' , .... .. . : ',,: ....,1(. ," :.>,. J'. " .' ...... ...':' ::,. .I'-Yo1 . · " :t."  '. . ".' .,.- ,'t < '", , ' 20 . ... 60 .  ,. . '. . .. . :... .. . . .', . .... Обзор: левым бортом правым бортом о . ,1 ;. , J 20 . ' 1 Ij .'(.' ""':'.'1.' . ".t: .' ' . (. . I :i. " '. '.. "'.A " ') ,'J4. . ",. , ,. ..А У'" ,. :/./ * .j 40 : $:: )  <;,  . . ,,. * :j.. , .t .. .,,::., ,';f"':fi\ .. .' '+',; 1'. i J: ,.:' ... .' r il8l")l' .. ........! " ..., '1'':"':' : .;,..'..' .. " .. v. .. . . .' .... ::'!' ; {;  .'*' 80 < .' ..... ,. /;-:1.,.' , '_',.' '-" '.',' .):' t".' 1 . . .. . ",,; 1 ... 1 . '" 'J,., С. 150 IOO 50 О 50 100 150 Рис. 5.11. Отображение суточной трассы КА и rpаниц полос двустороннеrо обзора для РСА на rеосинхронной орбите с высотой 35894,5 км и yrлом наклонения 85° (полоса обзора 2х5000 км, удаление от трассы КА 500.. .5500 км; периодичность отсчетов 1 О мин) Приведенные в данном разделе формулы MorYT использоваться для расчетов полосы обзора и полосы съемки, а также временных зависимостей наклонной дальности и фазы в режимах боковоrо и скошенноrо обзоров при движении по круrовым и эллиптическим орбитам. Использованная модель Кеплерова движения может быть уточнена на локальных участках путем замены модельных координат КА на рассчитанные для реальноrо случая возмущенноrо движения КА. Следую щая информация, знание которой необходимо для формирования опорной функции синтеза и оценки разрешающей способности по азимуту, касается амплитуды при 207 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования нимаемоrо сиrнала. Для ее расчета целесообразнее использовать систему коорди нат, адаптированную к rеометрии радиолокационноrо обзора. 5.6. Пара метры сиrнапов, принимаемых антенной РСА 5.6.1. Система координат, адаптированная к rеометрии радиопокационноrо обзора Задача оценки текущей наклонной дальности между точкой на земной поверхности и фазовым центром антенны была рассмотрена в предыдущем разделе. По этим данным рассчитывают фазу и доплеровскую частоту (производную фазы) принято ro сиrнала для их учета в опорной функции синтеза Р ли. Следующий набор дaH ных, требуемый для синтеза Р ЛИ, а также оценки реализуемоrо разрешения вдоль линии пути (по азимуту) относится к параметрам сиrналов, принимаемых антенной РСА: оrибающей, ширине спектра доплеровских частот, средней доплеровской частоте, которые определяются рассмотренными выше параметрами относительно ro движения, а также шириной ДНА, уrлами ориентации антенны и т.д. Влияние этих фактов удобнее анализировать в системе координат, адаптированной к радио локационному обзору. Для вывода компактных формул, позволяющих непосредственно вычислять параметры относительноrо движения с учетом уrлов ориентации осей КА (или Ha правления луча антеннь] РСА), рассмотрим приведенные на рис. 5.7 rеоцентриче ские системы координат. Примем ряд допущений, упрощающих анализ без сниже ния общности для практических параметров радиолокационноrо обзора: 1) представим rеоид сферической моделью с радиусом Re, равным локальному радиусу земноrо эллипсоида на широте точки визирования; 2) представим систему координат OXsYsZs «замороженной», а орбитальное движение отнесем с обратным знаком к земной поверхности с уrловой скоростью ш о относительно оси вращения OY s , направленной в противоположную сторону по отношению к оси ОУ О ; 3) влияние эллиптичности орбиты выразим через вектор вертикальной CKOpO сти, направленный вдоль оси 02s. Сначала рассмотрим круrовую орбиту КА. Найдем проекции суммы уrловых скоростей орбиты и вращения Земли на оси систеМЬJ O.xvYvZv. Заметим, что по скольку оси лежат в плоскости орбиты, то проекции орбитальной скорости КА на них равны нулю. Орбитальное движение КА в координатной системе OYsZs, при веденной на рис. 5.12, характеризуется составляющими lUoXs == о; lV oYs == т о ; lV oZs == О . (5.64) Проекции орбитальной скорости КА определяются уrлом f//v поворота плоско сти визирования YvOZ v BOKpyr оси OZs относительно нормали к плоскости орбиты Of s и равны lV oXv == то Sln f// v; lVoYv == то cos f// v; lV ozv == О . (5.65) 208 
fлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала ... Zs. Z\. V s  s , След трассы КА .................. . йJo.\s ../ ........................'!:................................................... Рис. 5.12. Проекции yrловой скорости орбиты КА на координатные оси плоскости визирования Проекции уrловой скорости вращения Земли (плюс прецессия орбиты) на KO ординатные оси системы OXvYvZv из инерциальной системы OXNYNZ N определяются тремя поворотами, как это показано на рис. 5.13: 1) из инерциальной системы OXNYNZ N в орбитальную OXoYoZ o BOKpyr оси OX N на уrол ;0; 2) из орбитальной ОХоУ 020 системы в подвижную OYsZs, связанную с КА, BOKpyr оси ОХ О на уrол Bs; 3) из подвижной системы OXsYsZs в связанную с КА координатную систему визирования OXvYvZv BOKpyr оси OZs на уrол 'f/v. Соответственно для проекций уrловой скорости вращения Земли имеем теХо == о; теуо == тep COS;o; lUeZ o == тер sin;o ; (5.66) lUeXs == тер sin;o cos Bs ; lUeYs == тер COS;o; lU eXs == тер sin;o sin Bs ' откуда lUeXv == lU eXs COs f// v + lUeYs sin f// v == тер ( sin io cos Bs cos f// v + COS;o sin f// v ); lU eYv = lUeXs sin f// v + lU eYs COS f// v == тер (  sin ;0 cos Bs sin f// v + COS;o cos f// v ); (5.67) lUeZ v = тер sin ;0 sin Bs . rеометрия поворотов представлена на рис. 5.13. Для cOBMecTHoro движения с «замороженным» положением КА получаем lU Xv == lUoXv + lU eXv == lOо sin f// v + тер ( sin io cos Bs cos f// v + cos io sin f// v ) ; lUYv == lUoYv + lUeYv == тo cos f// v  тер (sin;o cos Bs sin f// v  COS;o cos f// v ) ; (5.68) lU Zv == тер sin ;0 sin Bs . 209 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ZN Ш ер N Плоскость экватора \ ........... ...... (..::::.::::..: ..:: :::::: ::'.. ..... ........ . .......................... Сл е Д .. ........ а) б) tVHS у rол падения J1 R '1:../ ......... Ше,у') ... ... ....... ...... .......... .. ... ....... ... ........е Xs О : . . . . о" ',1I . ..' t..иy". .... .... ........ " ..... ....Н ..... ... .....t... ..-. ..... .......... в) с::') Рис. 5.13 Проекции уrловой скорости вращения Земли на координатные оси системы: а  положение плоскости орбиты; б  поворот BOKpyr оси ох о ; в  поворот BOKpyr оси ozs; 2  rеометрия движения точки визирования (левосторонний обзор) Найдем путевую скорость следа КА дЛЯ случая круrовой орБИТЬJ КА. Как сле дует из рис. 5.13, 6, линейная скорость следа КА (точка F на оси 02 s ) определяется двумя составляющими  танrенциальной mo+meYs и нормальной meXs. Поэтому суммарная путевая уrловая скорость, вызванная орбитальным. движением КА и вращением З емли, определится из ф ормул (5.64) и (5.66) lOsg ==  ( lOо + lOeys)2 + lOls ==  ( lOо + lOер cos io)2 + ( lOер sin io cos Bs)2 . (5.69) Рассмотрим влияние составляющих уrловых скоростей по осям координатной системы визирования точки наблюдения, по казан ной на рис. 5.13,2. Составляющая mxv приводит к появлению радиальной составляющей скорости V r вдоль линии ви" зирования, которая вызывает сдвиr доплеровской частоты принимаемоrо сиrнала, вызванноrо вращением Земли. Радиальная скорость пропорциональна проекции касательной к окружности Земли в точке Т, которая вычисляется через уrол паде 210 
fлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала 111 ния }1, И зависит от удаления точки визирования от трассы КА, характеризуемоrо центральным уrлом ау  == ReOJ Xv sin Yi == ( . ( . . .. )) Rs sin ау == Re OJo Sln f// v + тер Sln 10 cos Bs cos f// v + cos 10 Sln f// v , Ro rде r == JТ  arcsin (  sin ау)  уrол падения; Ro  я; +R; 2RJ\: cos ау ная дальность точки визирования. (5.70)  наклон 5.6.2. Зависимости доплеровской частоты принимаемоrо сиrнала от aprYMeHTa широты КА При движении КА по орбите в случае ориентации ero осей вОСК ( f//v==O) доплеров екая частота принимаемоrо сиrнала будет изменяться, отличаясь от нуля. Это co ответствует скошенному обзору. rрафики изменения доплеровской частоты в зави симости от aprYMeHTa широты КА приведены на рис. 5.14, а для длины волны РСА А 5,6 см (соответствует РСА Radarsatl). Рассмотрен случай движения по круrовой орбите (кривая 1 для ближней rраницы полосы обзора 200 км И кривая 2 для даль ней rраницы 800 км). Приведенные на рисунке кривые 3, 4 характеризуют увели ченные в 1 О раз дополнительные составляющие, вызванные вертикальной CKOpO стью для орбиты с эллиптичностью е о ==0,0025, при которой отклонения от средней высоты не превышают ::f::lO км. F Dop ., кrц Foop, кrц 15 2 JOO о 100 200 lOO О 100 200 Арrумеит широты ()s., rрад а) Арrумеит широты ()s., rрад 6) Рис. 5.14 rрафики зависимостей доплеровской частоты сиrнала от aprYMeHTa широты КА: а  ориентация осей КА в ОСК; б  ориентация осей КА в ПСК (высота орбиты 743 км, наклонение 92,60, aprYMeHT периrея  минус 450, обзор левым бортом, длина волны РСА 5,6 см) 211 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Как следует из рис. 5.14,а, изменения доплеровской частоты для длины волнь] РСА 5,6 см MorYT достиrать ::f::(6.. .12) кrц в экваториальных районах. Для антеннь] с rоризонтальным размером Dxant15 м, как у Radarsatl, ширина спектра доплеров ских частот сиrнала равна M Dop 2 "V.: / Dxant ",3 кrц, и выбранная частота повторе.. ния близка к этой величине. Поскольку доплеровская частота может значительно превышать частоту повторения, возникает неоднозначность сиrналов по азимуту, для устранения которой в РСА Radarsat 1 используют сложные алrоритмы. Осо.. бен но сложна компенсация смещения доплеровской частоты в режиме Скансар. При cTporo боковом обзоре доплеровское смещение частоты в центре луча должно быть равно нулю, что реализуют путем ориентации осей КА в путевой сис.. теме координат (ПСК). Ориентация осей КА в пск осуществляется в большинстве современных РСА. Она достиrается путем поворота КА по курсу на уrол lf/v в пре делах ::f::4,50, при котором вращение Земли компенсируется радиальной составляю щей орбитальной скорости   { тер sin io CoS Bs }  . { тер sin io CoS Bs } lf/ v  lj/ о  arctg .   arCSln , то  тер CoS 'о lV sg rде lV sg  модуль суммарной уrловой скорости соrласно (5.69). На рис. 5.14, б показань] rрафики доплеровской частоты сиrнала в плоскости визирования при ориентации осей КА в пск для круrовой орбиты  кривые 5 и 6 совпадают независимо от дальности обзора. Для эллиптической орбиты можно BЫ числить поправку к доплеровской частоте, вызванную эллиптичностью орбиты, ec ли учесть вертикаль ную составля ющую скорости V Hs : V Hs == е о sin Во J )10/ а о ( 1  e) , F.  2V Hs cosy DopH  А (5.71) (5.72) (5.73) rде Во BsBop  истинная аномалия КА; а о  большая полуось орбиты; Y уrол ви зирования. На рис. 5.14, б приведены кривые для доплеровской частоты при эллип тической орбите с компенсацией вертикальной скорости на ближней rpанице 7 или на дальней rранице 8 полосы обзора. Для практически используемых в РСА орбит, близких к круrовым, величина доплеровских смещений от эллиптичности орбиты невелика и составляет долю от ширины доплеровскоrо спектра сиrналов (до 550 rц, см. увеличенные в ] О раз кри" вые 3 и 4 на рис. 5.14, а). Принципиально возможна компенсация этих смещений путем дополнительноrо разворота КА по курсу, но не во всей полосе обзора, а только в режимах съемки с узкой полосой. Суммарный компенсирующий уrол по ворота вычисляют по формуле { тер sinio COS()s + V Hs COSY / Re sin Y i } lj/ о == arctg . ' то  тер cos 'о (5.74) rде y уrол визирования от надира; J1  уrол падения. 212 
rлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала ... Результат такой компенсации для ближней и дальней rpаниц полосы обзора показан на рис. 5.14,6, кривые 7 и 8. При среднем значении компенсирующеrо уrла можно снизить доплеровское смещение от эллиптичности орбиты до :1:270 rц по всей полосе обзора. Заметим, что независимо от компенсации доплеровскоrо CMe щения, наличие вертикальной скорости приводит к нарушению cTporo боковоrо обзора (коrда равна нулю доплеровская частота точек на земной поверхности в ее сечении вертикальной плоскостью, нормальной к следу КА). Азимутальная ошибка пропорциональна отношению VHsIV sg и зависит от ширины полосы съемки. 5.6.3. Танrенциальная составляющая скорости относительноrо движения Найдем танrенциальную составляющую скорости cYMMapHoro движения КА OTHO сительно цели. Она определяет уrловую скорость движения цели по отношению к лучу антенны РСА, а, значит максимальное время синтеза в маршрутном режиме или скорость разворота луча в прожекторном режиме обзора. Для круrовой орбиты танrенциальная составляющая скорости определится суммой составляющих уrло вых скоростей lOYv И lOzv, а также проекциями радиусвектора цели на оси OYv и OZv  == Re (lOyV cosa y  lOZv sin ау ) == ==  {( lOо coslf/v  lOер (sin io cos ()s sin If/v  cosi o sin If/v) )cos ау  lOер sin io sin ()s sin а у } . ( 5.75) Знак «минус» служит для перехода от модели «замороженноrо» КА к движе нию КА относительно точки визирования на вращающейся земной поверхности. В маршрутном режиме ось луча антенны РСА должна находиться в верти кальной плоскости OYvZv (рис. 5.13,2). В прожекторном режиме съемки ось луча должна быть направлена на центр снимаемоrо кадра. Это может быть достиrнуто двумя способами: 1) если в РСА используют антенну со сканированием ДНА по азимуту (Ha пример, АФАР), то луч поворачивают в плоскости SP 1 P 2 (рис. 5.4), направляя ero в точку Tl С уrловой скоростью lOxant == +  / Ro , (5.76) rде Ro ==   +R1 2cosay ( 5.77)  минимальная наклонная дальность до цели; знак «плюс»  при левостороннем обзоре и «минус»  при правостороннем обзоре. Для случая высокоорбитальноrо РСА предполаrается, что ширина луча антенны значительно меньше уrловоrо раз мера Земли; 2) если в РСА не применяют антенны со сканированием по азимуту (напри мер, РСА TECSAR [385]), то для прожекторноrо режима выполняют разворот КА по курсу относительно направления в зенит с уrловой скоростью 213 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования йJsT == +  / Re sin ау. (5.78) Выражение (5.76) позволяет для маршрутноrо режима съемки оценить макси мальное время синтеза апертуры, равное времени пребывания цели в азимутальном луче ДНА aant ynt max == I I йJ xant ROA Dxant I I ' (5.79) rде axant  ширина ДНА по азимуту. Данная формула уточняет приведенное в разделе 5.3 ориентировочное значение времени синтеза для круrовой орбиты (5.31), не учитывающее вращение Земли. На рис. 5.15, а дается сравнение зависимостей скорости следа КА и танrенциаль.. ной скорости от apryмeHTa широты КА для низкоорбитальноrо РСА и РСА на rcxo при уrлах наклонения орбит, равных 85°. Масштаб кривых для низкоорбитальноrо РСА (lа  для следа КА и 2а  для танreнциальной скорости при yrле падения 80°) уменьшен в 1 О раз, скорости близки к 7000 м/с. Для РСА на rcxo: кривая 2а  CKO рость следа КА, кривые 26, З6, 46  танrенциальная скорость при yrлах падения 20, 45 и 80° соответственно. В РСА на rcxo танrенциальная скорость для отдельных участ" ков маршрута может менять знак и обрашаться в нуль в отдельных аномальных точках (точках «стационарности») с определенной наклонной дальностью. Радиальная и таНIенциаJIьная скорости, м/с 800 о .. I I I I I I l' I I ) I I I J 200 ...------.- ____----ш t--.-.,---,...,..--.-.,-------... t l,_-.---, I I I I I I i 4 r ) ! I ! ! ! I ,-, I I I I I I I I I I I I I i I i I f ; : 400 100 о 100 200 Apr'YMeHT широты. ['рад а) Время синтеза. с 2000 о 100 о 100 Apl'YMCHT широты. Iрад б) Рис. 5.15. rрафики зависимости танrенциальной скорости для низкоорбитальноrо РСА и РСА на rcxo (а) и времени синтеза в маршрутном режиме от aprYMeHTa широты КА дЛЯ РСА на [СхО (6) (значения кривых lа, 2а следует умножить в 10 раз) Изменение знака танrенциальной скорости в РСА на rcxo происходит, коrда КА находится в высоких широтах на больших дальностях, если луч антенны захо.. дит за полюс (Северный при обзоре левым борто'м и Южный  при обзоре правым бортом), rде направление движения точек на Земле совпадает с движением КА и скорости вычитаются. Появляются аномальные точки «стационарности», в кото.. 214 
fлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала ... рых  совершает KpyroBoe движение относительно «MrHoBeHHoro центра» на Земле. Происходят два явления. Вопервых, луч антенны в течение длительноrо времени направляется на цель, как при прожекторном режиме. При этом возможно получение BbIcoKoro азимутальноrо разрешения. BOBTOpЫX, доплеровская частота сиrнала для точки MrHoBeHHoro центра в течение длительноrо времени равна нулю. Этот случай аналоrичен самолетному РСА при полетах по круrовой траектории [353] и эквивалентен фильтрации ЛЧМсиrнала методом rармоническоrо анализа, при котором точки, смещенные по азимуту, имеют постоянное смещение по часто те, что позволяет их различать на выходе фильтра обработки. На рис. 5.15,а показан также rрафик радиальной скорости V r (жирная линия). Она равна нулю для всех уrлов падения, поскольку реализуется боковой обзор с ориентацией КА в ПСК. На рис. 5.15,6 приведены зависимости времени синтеза в маршрутном режиме от aprYMeHTa широты КА дЛЯ РСА на rcxo (кривые 2в, 3в, 4в) для ширины луча антенны 0,50. Есть участки, rде время синтеза резко возрастает изза снижения TaH rенциальной скорости относительноrо движения. Для детальноrо анализа процессов в аномальных точках РСА на rcxo следу ет использовать методику моделирования, изложенную в разделе 5.5, задавая reo rрафические координаты точек в окрестностях аномалии. Можно показать (СМ. также формулу (5.66», что ширина спектра сиrналов, попадающих в луч антенны в районе аномальной точки, примерно такая же, как и на всем маршруте, что COOT ветствует аналоrии с rармоническим анализом ЛЧМсиrнала. При диаметрально противоположном положении КА скорость разворота луча возрастает, и время синтеза в маршрутном режиме уменьшается. В общем случае в процессе радиолокационноrо обзора должна обеспечивать ся ориентация строительных осей КА (и соответственно осей антенны РСА) в про странстве по курсу, крену и танrажу. При фиксированном положении полосы съемки относительно трассы КА (SeasatA, ERS 1, ERS2) вертикальную ось КА направляют в зенит (нулевой уrол танrажа), поперечную ось КА  в rоризонталь ном направлении (нулевой уrол крена), а продольную ось  (курсовой уrол)  вдоль вектора скорости: орбитальной (ориентация в ОСК) или путевой (ориента ция в ПСК). ДЛЯ изменения положения полосы съемки относительно трассы КА возможен разворот  по крену КА (РСА «МечК», «МечКУ») или сканирование ДНА по уrлу места. 5.6.4. Масштабы радиопокационноrо изображения Полученные формулы для танrенциальной и радиальной составляющих скорости относительноrо движения позволяют вычислить масштабы получаемоrо радиоло кационноrо изображения по координатам вдоль и поперек линии пути КА. В об щем случае имеем скошенный обзор, обусловленный отклонениями от cTporo бо KOBoro обзора в rpинвичской системе координат, которые вызваны явлениями сис тематическоrо характера (управление в ОСК, эллиптичность орбиты или заданный режим скошенноrо обзора), а также ошибками ориентации КА. 215 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Рассмотрим сначала случай cтporo боковоrо обзора при движении КА по KPy rовой орбите относительно сферы, аппроксимирующей rеоид. rеометрия обзора показана на рис. 5.16. Пусть в момент «медленноrо» времени t){1 == О (положение КА в точке S) наблюдается не которая точка Т} (опорная), удаленная от трассы КА на расстояние У} по дуrе большоrо Kpyra (центральный уrол ау}). «Быстрое» время опорной точки определится ее наклонной дальностью соrласно формулам (З.4 (З.8), приведенным в разделе з.] 2R! 2 J 2 2 t R1 ==  ==  R;, + Re  2Re cosa y , с с rде Rs  радиус орбиты КА; Re  локальный радиус Земли; ау== Y}/R e  центральный уrол опорной точки. (5.80) R п Т 2 У] F , Тl Тз T 1q T 2q Т зq .Rc F" А Рис. 5.16. rеометрия боковоrо и скошенноrо обзоров: F'FF"  след КА; GG'  rеометрическое место точек, удаленных от следа КА на У} (плоскости визирования: OST}H  при боковом обзоре, OSTlqBq  при скошенном обзоре) Зададим еще две точки, точку Т 2 , смещенную по «медленному» времени на период повторения зондирующеrо сиrнала Тр: t)(2==t){1+Tp, и точку Тз, смещенную по «быстрому» времени на период дискретизации принимаемоrо сиrнала Ts== l/F s , rде Fs  частота квантования. Ее временная задержка будет равна tRз==tRI+Т s . Масштаб РЛИ вдоль линии пути КА определится путевой скоростью относи тельноrо движения V sg , являющейся модулем векторной суммы танrенциальной (5.76) и радиальной (5.71) составляющих скорости относительноrо движения. Этот 216 
fлава 5. Расчет параметров TpaeKTopHoro сиrнала ... случай аналоrичен движению самолетноrо РСА с суммой воздушной скорости и скорости ветра, коrда луч антенны РСА направлен по нормали к вектору путевой скорости. После преобразований формул (5.71), (5.76) с учетом (5.72) приходим к формуле для уrловой скорости относительноrо движения (5.70), откуда получаем формулу для масштаба (шаrа пикселей) рли вдоль линии пути: М х == TpV g == TpйJsgR e cosa y . (5.81) Для прожекторноrо режима вместо Тр следует брать интервал между интер.. полированными отсчетами, соответствующими временной дискретизации пиксе лей выходноrо Р ли. В режиме Скансар следует учитывать выполняемую обычно децимацию (прореживание) выходных отсчетов. Выражение для масштаба поперек линии пути следует из (3.4Н3.8) раздела 3.1 М с ( ) с 1;; у == t Rз tRl == . , 2 2s1n Yi (5.82) rде Ts  такт квантования сиrнала в АЦП; }1  уrол падения, равный Yi  arcsin {  sina y }  arcsin {  sin(  )}. (5.83) Для скошенноrо обзора, коrда плоскость визирования OSTlqHq повернута OT носительно нормали к вектору путевой скорости  на уrол  рассматриваем точки T 1q , T 2q , Т Зq на рисунке. Выражение для масштаба вдоль линии пути КА не изменяется (5.81), так как след луча движется по той же траектории. Переход к скошенному обзору при водит к возрастанию наклонной дальности целей, удаленных от следа КА на расстояние Y 1 . Из rеометрии, приведенной на рис. 5.16, имеем основные соотношения, связывающие центральный уrол llyq с yr лом поворота lj/ плоскости визирования: проекция дуrи FT1==Y 1 на rоризонтальную плоскость ОЕ == Уl == Re sin ау; (5.84) проекция дуrи FT 1q на rоризонтальную плоскость после поворота плоскости визирования ОВ == 1 == Yl/COSlj/ == Re sina y /coslf/ ; (5.85) центральный уrол точки T 1q a yq  arcsin (// Re)  arcsin( sina y /COSy/). (5.86) Наклон ная дальность точки T 1c определится известной формулой R 1q   R? + R;  2Re cosa yq . (5.87) Наклонная дальность точки Т Зq R Зq == R 1q + C /2 . (5.88) Первичное Р ли в косоуrольных координатах азимутнаклонная дальность в плоскости визирования (до преобразования РЛИ в прямоуrольную систему KOOp 217 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования динат) имеет масштаб по наклонной дальности, который определяется формулой (5.83) с подстановкой в нее Rt R tq из фОрМУЛЬJ (5.88). При скошенном обзоре смещение точки вдоль плоскости визирования (по Ha клонной дальности) проектируется вдоль и поперек линии пути. Значения проекций можно найти путем решения прямоyrольноrо сферическоrо треyrольника FFqTtq по rипотенузе FT 1q и yrлу при вершине, равному L F 1!/2lf/. Как и следовало ожидать, дyrа FqTtq, характеризующая расстояние точки T 1q от следа КА, равна Fq1iq == Re arcsin {sina yq COSIfI} == 11. (5.89) Для точки Т Зq длина дуrи FТ зq , равная расстоянию УЗ от следа КА (на рисунке не показана), определяется формулой, rде sin Yiq == (  sin a yq ) / R T1q }] =arCSin { sin ( ayq + C J COSlj/ } arCSin { sinayqCOSIfI+ cТ's1fI COSlXyq } . (5.90) 2 sm Yi q 2 sm Yi q Разлаrая арксинус в степенной ряд и учитывая малость приращения наклон ной дальности, получаем после преобразований формулу масштаба Р ЛИ поперек линии пути для скошенноrо режима обзора с 1;; cos а yq cos lj/ А1у = . (5.91) 2sin Yiq  1  sin 2 a yq cos 2 1f1 Аналоrично из треуrольника FFqTlq вычисляем время упреждения при на.. блюдении цели в скошенном (переднебоковом) режиме обзора и азимутальное смещение отметки на Р ЛИ по отношению к боковому обзору t 1q == arctg{tga yq siПIfl}/Юsg ; (5.92) Mq == Re cosayarctg{tga yq sinlfl} . Вычисленные значения масштабов и азимутальное смещение при косоуrоль ном обзоре используются в процедурах rеокодирования РЛИ с преобразованием в равномасштабную плановую проекцию и друrие картоrpафические проекции. 5.6.5. Ширина спектра допперовских частот принимаемоrо сиrнапа Из rеометрии, представленной на рис. 5.7, следует, что в канал с дальностью Ro кроме сиrнала от цели Т будут попадать сиrналы от целей, расположенных по OK ружности С радиусом Resinay на Земле в пределах ширины азимутальной ДНА axant (или зоны облучаемой антенной на земной поверхности Хапд. Ввиду малости уrла a xant можно пренебречь различием между хордами Tl Т 2 и соответствующими дyrа ми с центрами S и О' на рис. 5.17, а также отличием наклонной дальности R и Ro. С учетом принятых допущений получаем соотношение между уrлом поворота плоскости визирования L1lf/v и уrловым размером ДНА llant Re sin ау sin  lf/ v  Ro sin (aant /2) . (5.93) 218 
rлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала ... Откуда имеем соотношения для приращения разворота плоскости визи рования и для ее крайних положений в пределах азимутальной ДНА . ( R o sin( a xant /2) ] д'lf/ v == arCSln . ; Re slna y ljI v] 2 == ljI v + Д,ljI v . (5.94) , Подставляя полученные уrлы в формулу (5.70), вычисляем значения радиальных скоростей на краях ДНА и ширину спектра доплеровских частот принимаемых сиrналов MDop == 21 (V/v2)   (V/vi )1 .(5.95) А- В результате приходим к извест ному соотношению AF Dop == 2g/ D XaHT . Рис. 5.17. Связь между уrловым размером ДНА и yrлом разворота плоскости визирования 5.6.6. Временной закон изменения наклонной дальности точки визирования. Разрешение РСА по азимуту Проанализируем rеометрию относительноrо движения точки визирования, пока занную на рис. 5.13,2. В рассматриваемой модели с орбитальным движением, OT несенным к земной поверхности (кроме вертикальной скорости, вызванной эллип тичностью орбиты), координаты КА характеризуются вектором Rs(t)=={Oxv +OYv +(Rs +VHst)zv}. (5.96) Вектор наклонной дальности R(t) в пределах малых уrлов отклонения, коrда результаты вращений можно складывать независимо, определится умноженными на время суммой составляющих уrловых скоростей mxv, myv, mz v и проекций ради YCBeKTopa точки визирования на плоскости, нормальные к осям вращения R(t) == RT(t)  Rs(t) == Re (cosa y sinOJyv t sinay sinmzvt)x v + +Re (sina y sin{Oxvtcosay )Yv +(  + VHst  Re (cosa y sinay sinlVyJ) )zv .(5.97) Временная зависимость модуля наклонной дальности для эллиптической op биты при cTporo боковом обзоре определяется формулой R(t) == {( cosa y sin lVyv t  sina y sin {Ozv t )2 + R; (sina y  sin {OXvt cos ау )2 + 2 } ]/2 +( Rs + V Hst  Re (cosa y + sin ау sin lVyvt)) . (5.98) Как и в разделе 5.4, заменим орбитальное движение приближенно прямоли нейным с линейной эквивалентной скоростью (ЛЭС) V]e, для которой на наклонной 219 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования дальности Ro скорость азимутальной ЛЧМ совпадает со скоростью ЛЧМ орбиталь Horo движения Vie ==  R(t) . Ro == .J 2C 2 R O , (5.99) rде R(t) == d 2 R(t)/ dt 2  вторая производная наклонной дальности цели по време.. ни; С 2  коэффициент разложения временной зависимости наклонной дальности в степенной ряд, определяющий скорость азимутальной ЛЧМ принимаемоrо сиrнала от цели. Значения ЛЭС Vie, а также времени минимальной дальности t nr , радиальной скорости V r при F O и минимальной наклонной дальности цели Rnr при расчете па раметров движения можно выразить через отсчеты модуля наклонной дальности и rринвичских координат спутника R(h)2 +R(h)2 2R(0)2 2h 2 R(h)2 R(h)2 t == nr 4  2 h ' le e == ( 5.100) (5.101) 2 V ( о ) == etnr r R(O) , (5.102) r==  R(O)2Vi;t . (5.103) Здесь h  шаr временных отсчетов наклонной дальности. Используя полученные выражения, найдем значение разрешающей способности РСА по азимуту по известным формулам прямолинейноrо движения (см. табл. 5.2) с учетом вычисленноrо ранее значения времени синтеза для орбитальноrо движения RoA Dxant РХ == 2VIeynt 2M 1e На рис. 5.18 приведены rpафики зависимостей линейной эквивалентной ско" рости, танrенциальной составляющей скорости и разрешения по азимуту, реали зуемоrо в маршрутном режиме, от aprYMeHTa широты КА дЛЯ РСА на rcxo (rори.. зонтальный размер антеннь] равен 20 м, уrол наклонения орбиты 850, время сиите.. за оrраничено значением 800 с). Характерно, что значения танrенциальной скорости (и скорость следа ) значительно меньше значений линейной эквивалентной скорости, которая учиты.. вает также изменения радиальной скорости при смещении от нуля. Как было ранее отмечено в разделе 5.2, изза вращательноrо движения КА реализуемое в мар.. шрутном режиме разрешение по азимуту может быть значительно лучше, чем по.. ловина rоризонтальноrо размера антенны D xant /2. (5.104) 220 
rлава 5. Расчет параметров TpaeKTopHoro снrнала ... Линейная эквивалентная скорость c, танrенциальная скорость , м/с 1600 Разрешающая способность по азимуту, м 7 , , 6 .. .. .. .. .. : .. .. .. .. ..  .. .. .. .. .. -:.. .. .. .. ... -:.. .. .. .. .. ..  ..... ..... .........: .. .. .. ... ... . I . . . , 1200 400 . . . . . . . -"-------""-----.-----r"'''-''- : : Скорос'п следа КА : -  - - - - - ; - - f -  - -.....-...:,::;':j,._._.:-- .. ....', :..1.... .A........ ;....... X"C.=....: ....... .... "..; ...... ...... ,,'-:.... .".:'..:-.. ...... "'.......... ,," , # # V ' .. ';', ...._....,,' J: ,,' : ### : 1: : ". .. ''; .. .. ;. ..." .. .. ; ........ .... 7'..... ....,..f!.. .. .. .. ...:- .. .. .... ..;. .. .. ...... ... .. ..1ft,.. .. ". : 2 .....,..:.__..,.,- : ". : : : : О - . - - ..;: - - - - : - - - - - : - ;/- - -;- - - - - -;- . - - - - : - - - - - : - - - - - ''',,' '1' I . I . ...... ....  .. "';" : ...... ..#..,,.... .. .. .. -:- .. .... .. -:- .. .. ......  .... .. ....  .... .. .... : ",,,""'3: : : : : 5 4 3 2 400 200 100 О 100 о 200 200 100 о [00 200 AprYMeHT широты, rpад AprYMeHT широты, rpад Рис. 5.18. rрафики зависимости от aprYMeHTa широты КА дЛЯ РСА на rcxo: слева  для линейной эквивалентной скорости (сплошные линии) и для танrенииальной состав.. ляющей (пунктир): yrлы падения 200 (1), 450 (2) и 800 (3); справа  кривые для разрешающей способности по азимуту (максимальное время синтеза 800 с; уrол наклонения орбиты 850) 5.6.7. Сравнение Кепперова движения с возмущеННblМ движением КА ДЛЯ сравнения параметров TpaeKTopHoro сиrнала при возмущенном движении КА и модели ero движения по Кеплеровой орби Путевая скорость, м/с те проведено моделирование [159*]. Пара 7600 метры моделирования приведены в табл. 7500 5.4. Высота орбиты около 500 км. Результа 7400 ..,щ.(..",+"...-:.......f--,щ- ты моделирования приведены на рис. 5.19, 7300' . [де показаны rрафики зависимостей ЛЭС от 7200 apryMeHTa широты КА для трех дальностей 7100 7000 580, 1180 и 1780 км, соответственно 1, 2, 3, 6900 а также значения путевых скоростей спут 6800 ника 4 и следа 5. В отличие от прямолиней 6700 200 Horo движения значения ЛЭС меняются с изменением наклонной дальности, а также высоты рельефа наблюдаемой местности. Рис. 5.19. Зависимости скоростей относи.. Это при водит К различию законов ЛЧМ. тельноrо движения от aprYMeHTa Указанные различия необходимо учитывать широты КА в алrоритмах синтеза изображения с высоким разрешением. На рис. 5.20 приведены rрафики для остаточных поrрешностей BpeMeHHoro закона наклонной дальности цели при аппроксимации возмущенноrо движения спутника прямолинейным движением с ЛЭС и Кеплеровым движением. Заметим, что эти rрафики относятся к орбитам с эксцентриситетом 0,008, при котором пере пад высот орбиты составляет + 54 км. Снижение перепада высот до + 21 км (е о == == 0,003), что более типично для космических РСА, при водит к уменьшению OCTa точных поrрешностей до + 8,2 мм. ... ... ... ... ... ... ..  ... ... .. ... ... .. ...:... .. ... .. .. ... .. ..  .. .. ... .. ... .. ...  .. - - .. .. .. .. ;. .. ... ... .. .. .. ... ! ... ... .. .. - .. ..  .. ... -.. .- J' . . . . . . ; :1' :::::  :::::::  ...... i ..  ::: .. 7 . f .3... . .. :::::::t:::::::t:::::::t:::::::;:..::::;:...:::'. 5::::;:..:::: . .... . .... . 1", 100 о 100 ApryMeHT широты КА, rpад 221 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 2  ::.::: j:Q  ..  ,., t:: ::: о  --------,--------;--------,------- t--I ".  .., . . .   20 - - - - -- - -  - - - - - - - -  . - - - . - . -  - - - - - - -- . , . . . . З:---:---: -- . .  :Е  <J  :х;  ro  5 3  2 4 ::Е  -); Т-------:- ---- ---;--- ---- -  о -- - -----------:------------ --   са 2'  -. -_._-._------_._-_._--------- r::= 1: : : " 20 ------------------------;-------- .....-с ...  ... , . . 2 о Время (, с а) 2 4  2 о Время (, с б) 2 4  2 О 2 Время (, с в) 4 . . , , . . ::Е ::: .... 40 --------;--------i--------7--------  3 . . . ... 2 ' . ,  ". <J "   о   t:: О  :а ."  80 - - - - - - - -  - - . - . - . -  - - - . - - - .  - . - - - - - . , . . . , . 2 О 2 Время t, с е) 4   са  р. t:: --------r--------.--------.-------- О t::: J  2 О 2 Время с, с 2) 2 О 2 Время (, с д) 4 Рис. 5.20. Остаточные поправки для прямолинейной модели (а, б, в) и Кеплеровой аппроксимации (2, д, е) возмущенноrо движения спутника при истинной аномалии 00==00 (а, 2), 00==450 (рисунки б, д) и 00 ==900 (в, е); наклонные дальности цели R o ==580 км (кривые 1), R o ==1180 км (кривые 2), R o ==1780 км (кривые 3) Таблица 5.4. Параметры моделирования Параметр Значение Большая полуось орбиты а о ==6871 км Эксцентриситет орбиты е о ==0,008 Уrол наклонения орбиты ;0==700 Долrота узла Aso==O ApryмeHT периrея 00p900 ApryMeHT широты спутника (J.90° 50 00 s , , Истинная аномалия (), ==00 450 900 о , , Средняя высота орбиты H s ==500 км Наклонные дальности R o ==580/1180/1780 км Для расчета параметров опорной функции по всем наклонным дальностям не.. обходимо также знание закона изменения ЛЭС по наклонной дальности. Такая за.. висимость может быть рассчитана на основе данных движения спутника по дис кретному числу опорных наклонных дальностей (3...5 в пределах полосы съемки). rрафики изменения ЛЭС по наклонной дальности для разных значений истинной аномалии приведены на рис. 5.21. Как видно, характер rpафиков существенно за.. висит от apryMeHTa широты спутника или величины истинной аномалии. 222 
fлава 5. Расчет параметров TpaeKTopHoro сиrнала ... Рассмотренная модель относитель Horo движения и проведенные на ее oc нов е расчеты показывают, что движение платформы в окрестностях опорной точ ки наблюдения может рассматриваться как прямолинейное, имеющее скорость, которая рассчитывается по параметрам возмущенноrо движения КА. Приведен ные аналитические формулы можно ис пользовать для вычислении опорных функций сиrнала с интерполяцией пара метров движения, вычисленных в дис кретных точках (для начальной, цeH тральной, конечных дальностей и про межуточных точек). для РСА высокоrо разрешения модель кеплерова движения платформы требует уточнения по расчетам возмущенноrо движения, а также по информации от аппаратуры позиционирования (rЛОНАСС, GPS, Galileo), устанавливаемых на КА. 7300 7000 400  7200. - - - - - - -;- - - -  1800 :    u (1')  _._......_........._..... --.......... ............ ............. 900 : , 71 00 - - - - . - - -:- - - - - - - : 1350 : : . . . . 800 1200 1600 Наклонная дальность R, км Рис. 5.21. Зависимость ЛЭС от наклонной дальности при разных значениях истинной аномалии спутника 5.7. Связь между уrлами ориентации КА и направлением визирования Как следует из предыдущих разделов данной rлавы, при заданных в проrpамме по лета параметрах радиолокационноrо обзора на вход приемноrо устройства РСА будут поступать сиrналы, отраженные от местности в пределах следа ДНА, пока занноrо на рис. 5.7. В задаче получения радиолокационноrо изображения с BЫCO ким разрешением нужно рассматривать элементарные цели, сиrналы от которых в момент времени t == О попадают в след ДНА и в определенные дальностные каналы. Временные законы изменения текущей дальности каждой цели инди видуальны, в зависимости от положе ния цели по азимуту, как это показано на рис. 5.22, и это проявляется в изме нениях фазы принятоrо сиrнала и ми rpации дальности, которые надо учиты вать при синтезе Р ли. Поддержание ДНА в требуемом o 5 . положении по азимуту и уrлу места яв , o 2 , ляется задачей ориентации КА. В об щем случае направление луча антенны относительно вектора скорости КА V определяется установкой луча антенны относительно осей КА и разворотами R,M 4 3,5 -- ---;_.__.__..._-._..._--------_._-----------;------._-- - . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - - -. .. - - _. .. _...... ..:. . ... -:.... - . ..... .- - - - -. . - - - . - . - - . . . R 700 . . . : : : 0== км : : : 2,5 -. - . - -: - - - - -;- - - - . .: - - . - . -:- -. - - - :- . - - - -: - - - - - :- - - - - - : - - - с . . . . . . 0,1 0,2 (, с о 0,1 Рис. 5.22. Временные законы изменения дальности целей 1, 2, 3, смещенных по азимуту на 500 м (высота орбиты 500 км, наклонная дальность R o ==700 км) 223 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования КА по трем уrлам  по курсу lf/s, танrажу -9s и крену ys относительно путевой сис темы координат (ПСК), принятой за опорную систему. В известной литературе по радиолокации и космическим системам обозначе ния осей, принятые для описания космических (или летательных) аппаратов, отли чаются от принятых в радиолокации. Положение осей космическоrо аппарата опи у сываем в представленных на рис. 5.23 свя У , занной с КА подвижной опорной системе KO ординат SJrYZ и в связанной системе KOOp динатных осей платформы (космическоrо ап парата) SXpYpZ p [95, 221], начало которой на.. ходится в центре масс КА, ось SX p направлена вдоль продольной оси КА, ось SYp направлена вверх, ось SZp направлена вбок, дополняя сис х' тему до правой. Опорная система координат SJrYZ имеет Z начало в центре масс КА (как правило, близ ком к фазовому центру антенны), ось Х Ha правлена вдоль вектора путевой скорости, ось Рис. 5.23. Опорная (SXYZ) и связанная у  вертикально вверх, ось Z при левосторон (SXpYpZ p ) системы координат нем обзоре направлена по левому борту, обра зуя правую систему координат, а при правостороннем обзоре направлена по пра вому борту, образуя левую систему координат. Курсовой уrол вектора скорости относительно направления на Север отсчитывается от меридиана по часовой стрелке. Опорная система SJrYZ может быть получена из показанной на рис. 5.13,2 rеоцентрической системы радиолокационноrо обзора OXvYvZv путем перемещения начала координат по OZsg в центр масс КА. Положение системы координат КА SXpY pZp относительно опорной SJrYZ опре деляется тремя уrлами -9, '1/, У. Уrол -9 между осью SX p и rоризонтальной плоско.. стью SXZ  У20Л таН2ажа, уrол '1/ между проекцией оси SX p на rоризонтальную плоскость SJrY (промежуточная ось SX' на рис. 5.23) и осью SX  У20Л Рblсканья или У20Л курса, уrол rмежду осью SYp и вертикальной плоскостью SXY  У20Л крена или У20Л вращения. Положительным направлением отсчета уrлов принимается направ" ление против хода часовой стрелки для наблюдателя, смотрящеrо с конца оси вра.. щения. Заметим, что оси вращения по курсу и танrажу не совпадают с физически.. ми осями КА (вертикальной и поперечной), приближаясь к ним при малых значе ниях уrлов отклонения. Для перехода от опорной системы координат к системе координат КА можно использовать матрицу, определяющую последовательные повороты по курсу ОТНО" сительно оси у, танrажу относительно оси Z и крену относительно оси Х с]] С]2 с]з AXPX == Iltpyll х II-9ZI1 х Ilr XII == С2] С 2 2 С2З , (5.105) с з ] СЗ2 Сзз 224 
rлава 5. Расчет пара метров траекторноrо сиrнала ... rде IItpyll, 119zll, Ilr xll  матрицы поворотов по соответствующим осям; CiJ  коэф фициенты матрицы AXpX. В соответствии с формулами аналитической rеометрии прямое и обратное преобразования можно записать в векторной форме [95] Х р == C ll Х + С 1 2У + с 1з z у Р == С21 Х + С22У + C23 z , zp == С з1 Х + С32 у+ сзз z (5.106) Х == С 11 Х р + С21У р + c 3 1 z p у == С12 Х р + С 2 2У р + С з2 Z р z == С 1з Х р + С23У р + c3 3 Z p (5.107) или в матричном виде Х р С 11 С 12 С 13 Х У р С 21 С22 С 23 х У zp С 31 С 32 С 33 Z Х Сl1 С 21 С31 Х р У С 1 2 С 22 С32 х У р z С13 С23 С3 3 zp (5.108) (5.109) Из rеометрии, представлен ной на рис. 5.24, вычислим Ha правляющие косинусы системы при повороте из опорной системы SXYZ в промежуточные системы S)('YZ' (поворот по курсу) и SXpY'Z' (поворот по танrажу), а за тем и в систему координат КА SXpYpZ p (поворот по крену). Опор ная система в векторной форме определяется ортами Х, у, z. Переход к промежуточным    осям X',Y',Z' определяется co отношениями Х' == xcoSlj/  zsinlfl ; У' == X 'sin 9 + у cos 9 == xcoslf/ sin 9 + у cos 9 + zsin lf/ sin 9 ; Z ' == х sin lf/ + z cos lf/ . у y..... Х р z s х' Рис. 5.24. Преобразования координат при повороте осей (5.110) 81492 225 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Координаты осей КА Х р == Х ' cos .9 + у sin .9 ; У р ==Y'cosy+Z'siny; Zp =Y'siny+Z'cosy. Окончательно получим выражения для осей связанной системы (5 111) С 11 COS lf/ cos .9 Х == С 12 sin.9 р С 1З  sin lf/ sin .9 С 21 sin lf/ . sin у  cos lf/ sin .9 cos у r == С 22 cos.9cosy (5.112) р С2З COS lf/ sin у + sin lf/ sin .9 cos у С З1 sin lf/ cos r + cos lf/ sin .9 sin r z = СЗ2 cos.9sinr р С зз cos f// cos У  sin lf/ sin .9 sin r Zp Х р Применим полученные форму лы для вычисления координат точки визирования при наличии ошибок ориентации КА. Сначала рассмотрим важный частный случай, коrда луч антенны находится в плоскости, нормальной продольной оси КА (бо ковой обзор). Примем, что антенна установлена на левом борту КА, луч SP 1 направлен вниз и отклонен от вертикали SF на уrол ;а, как это по.. казано на рис. 5.25. Расстоянием ме.. жду центром масс КА и фазовым центром антенны пренебрежем. Вектор линии визирования R в центре aHTeHHoro луча (точка P 1 ) оп.. ределяется проекциями в связанной системе координат (орты Хр, Ур, Zp) F Рис. 5.25. Положение линии визирования SP 1 R == Ro ( Х р О  У р cos a  Zp sin a ) , (5.113) rде Ro  наклонная дальность точки на земной поверхности в центре луча. Значе ние Ro вычисляют решением треуrольника OST (см. рис. 5.13,2) по известным па.. 226 
fлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала ... раметрам Rs, У и локальному радиусу Re в ее сечении плоскостью OSY, проходящей через ось ДНА. Координаты центра луча в подвижной опорной системе координат SXpY pZp при наличии ошибок ориентации осей КА находим преобразованием X R X Rp C11X Rp +C21 Y Rp +сз1Z Rр R v == A XpX Х v Х v Z == .1 R .1 Rp C12 Rp + C22.l Rp + С З 2 Rp ZR ZRp СIЗХ Rр +С2З У Rр +сззZ Rр (5.114) Откуда составляющие вектора R sin'l/sin(a + Уа) + cos'l/sin .9cos(a + Уа) R==Ro cos.9cos(a + Уа) (5.115) cos'l/sin(a + Уа)  sin'l/sin .9COS(a + Уа) В более общем случае плоскость луча может быть повернута из положения по нормали к продольной оси КА SFP. на уrол V1a ПО курсу В положение SFP. Тоrда проекции вектора линии визирования R в центре луча (точка Р) в связанной систе ме определяться формулой R == Ro (Xp sin С;а sin'l'a  у р COSC;a  zp sin С;а COS'l'a). (5.116) В частном случае поворота КА только по курсу имеем  sin a sin( '1/ а + '1/ ) R==Ro COSa ( 5.11 7)  sin a cos '1/ а cos '1/ В общем случае при произвольных уrлах ориентации КА составляющие BeK тора центра луча R XR 'Xp+YR.Yp+ZR.Zp выражаются формулами Х R == R ( sin a sin'l/ а COS'l/ cos .9  cos a sin '1/ sin Уа + cos a COS'l/ sin .9 cos У а   sin a cos '1/ а sin '1/ cos У а  sin a COS'l/ а cos '1/ sin .9 sin r а ) ; Y R ==R(sinasin'l/asin.9cosa cos.9sinY a +sina COS'l/a cos.9sinYa); (5.118) Z R == R ( sin a sin '1/ а sin '1/ sin .9  cos a COS v1 sin r а  COS a sin v1 sin .9 sin У а   sin a COS'l/ а COS'l/ cos Уа + sin a cos '1/ а sin '1/ sin .9 sin Уа) . Приведенные формулы будут использованы в следующем разделе, в котором рассматривается влияние выбора системы ориентации КА на доплеровскую часто ту сиrнала, принимаемоrо антенной РСА. Она зависит от значения радиальной скорости относительноrо движения в направлении, соответствующем максимуму ДНА, F Dop ==2 Vr/A, rде А  длина волны РСА. 227 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 5.8. Влияние ориентации космическоrо аппарата на радиальную скорость относительноrо движения Средняя доплеровская частота, на которой происходит синтез апертуры, определяется положением луча антенны по азимуту относительно нормали к вектору путевой CKO рости. Факторами, влияющими на значение доплеровской частоты, являются враще.. ние Земли при ориентации осей КА в орбитальной системе координат, yrлы установки антенны относительно продольной оси КА, а также ошибки ориентации КА. ДЛЯ случая ориентации осей КА в пск при повороте линии визирования от Ha правления траверза, вызванном ошибками ориентации КА по курсу, танrажу и крену появится поперечная составляющая относительной yrловой скорости, линейная KOM понента которой даст проекцию на линию визирования. Если луч антенны YCTaHOB лен в плоскости, нормальной продольной оси КА, то зависимость радиальной CKOpO сти В луче при отклонении КА относительно пск определится формулой  == OJsgRs (sinДlj/siпУа СОSДlj/siп8СОSУа)' (5.119) rде д '1/ и -9  ошибки ориентации КА по курсу и танrажу; Хшt  уrол между верти.. калью и осью луча ДНА, включая ошибки ориентации КА по крену (знак «плюс)} при обзоре левым бортом). Заметим, что положительное значение vr соответствует отрицательному смещению доплеровской частоты. При ориентации осей КА в оск имеется сложение двух составляющих  вращения Земли и составляющей, вызванной поворотом КА от ошибок ориента ции. Для случая боковоrо обзора радиальная составляющая скорости определится приближенной формулой   OJepRs cos Bs sin io sin Уа + OJsgRs (sin '1/0 sin Уа  sin 9cos Уа) . (5.120) На рис. 5.26 отображены зависимости между выносом полосы съемки У и ради альной скоростью vr при разных значениях apryMeHTa широты КА. Расчетные значе ния радиальной скорости соответствуют параметрам РСА «МечКУ» КА «АлмазI»: Sдиапазон волн, орбита высотой 300 км С уrлом наклонения 720. Рассмотрен случай ориентации осей КА в оск (в отличие от реализованной в РСА «МечКУ» ориента ции КА в ПСК). Слева показаны положения следа ДНА на поверхности Земли, спра.. ва  совмещенные с ними для наrлядности rрафики радиальных скоростей: они представляют собой как бы вид сверху от КА. По оси ординат отложены значения rоризонтальной дальности У: вниз для обзора правым бортом и вверх  для обзора левым бортом. По оси абсцисс приведены значения радиальной скорости V r , причем отрицательные значения отложеНЬJ вправо, что соответствует положительным дол.. леровским смещениям частоты. AprYMeHT широты (обозначен буквой «И») дан с ша.. rOM 450 в пределах от О до 900 для рис. 5.26,б,2,е (восходящая ветвь витка). Для нис ходящей ветви витка кривые симметричны относительно оси ординат  скорость ме.. няет знак. Для рис. 5.26, ж apryMeHT широты дан до 1800, кривые для значений ар.. rYMeHTa широты u == 183600 совпадают с приведенными на рисунке. Рассмотрены 4 случая  отсутствие ошибок ориентации (рис. 5.26,а и 6), по ворот на 1 о только по курсу (рис. 5.26, в и 2), на ] о только по танrажу (рис. 5.26,д и е) и совместное влияние поворотов по курсу и танrажу по 0,50 (рис. 5.26,ж из). 228 
fлава 5. Расчет парамвтров траекторноrо сиrнала ... I/v з а) в) д) .ж') у км 800 , : : : : ., . . . . , . . . Ш;--7Ш- ..................................................................................................................t........................ . . . . . . . . . . I . . . I . . . . . . . . .........................,......................................................................................................... ................................................................ ....................... ................................ . . . . . I . . . . I . .. . , м/с . . . I . ,   =90l'l r4 :  00 rr : : : и:  500 шlшш 900: : : : .............................................................................................................,........................... : , : :  . I . . . I . . 41 . . . ................................... ..................... .................................................................... .......................................................t...........................,........................t....................... . : : : ... . . . . . , . .   ;j . . . . .................................................t........................................................................... . . . I . . . I . . . . . . . . . . , . . , . . 500 800 б) у км 800 , ; ; :   . I I I tJ : ........................................................................................................ ........................... ........................................... ............................... ............................................................. . . . . . . . . ...........................i..................................................................................... : ........................: . . . . . . . . ....................................... ....................... .................................................................... : ::  . . . . . . . . V r , м/с 41 . . . . .. ....................................................................................................................... ..................... 450:  00 rrr : : : и:9 о  500 ш[шшt14: 900 : : : : : : : :  :::::)::::::}::::::::I:::::::::/::::::::: .......................................................... ................... ......................................: . . . . . . . . .............................,............................. ......................... ................................................. : : : :  . . . 41 500 800 с) у км 800 , : : : : -- . . . ,  : J!:l2 ................................................................................................................................................ ............ ........................................................................ .........,................ ...... : : : : -- . . . . . . . , . , . . .................................................................................t........................................................... ................. ................................t...........................t...... ...............t......... .......... : : : :  . . . . . , . , м/с ........................................................t.......................................................................................... iircjOor45° : -OO [-- . . . .  . . . . . . . . 500 ; ; O :::::::J:::::::J::::::::t::::::::: ................................................................................................ ... ............... : : : : -- .......................................................... ..................... ........................................... :. :  ш;ш;ш_ . . . . : : : : ..... . . . . 500 800 е) У, км 800 . . .. '1 I . --    r--r-- -- -----r------ fl r-- fJ:t. -r- r- ................................ .................. ...................................................................... ....................................................................... ....................... ..................................... . . .. . I . . . .. ,.., V r , м/с r---u[800 -r -o-r  9Oor45o ;  о : --------r------ 500 +шшfш/ 29fшf!}50 ;  1800+шш 500 :::::::::f:::::::::f::::::::: :::::::j:::::::::f::::::ц:f:::-:: . . .. .,.. 800 з) Рис. 5.26. Положения следа ДНА и зависимости радиальных скоростей от rоризонтальной дальности У (вверх  левый борт, вниз  правый борт) при разных значениях apryMeHTa широты и (ориентация осей КА вОСК) 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Поведение кривых радиальной скорости для ориентации осей КА в ОСК при aprYMeHTe широты 90 и 2700 совпадает со случаем ориентации осей КА в пск (rринвичской системе координат). Смещение доплеровской частоты от нуля может быть вызвано вертикальной скоростью при орбите, отличающейся от круrовой. Влияние поворотов по курсу и танrажу различно. При повороте КА по курсу плоскость лучей поворачивается относительно вертикали, радиальные скорости при обзоре вправо и влево изменяются в разные стороны. При повороте по танrажу плоскость лучей перемещается вперед, приводя к оди наковым значениям радиальных скоростей по правому и левому бортам. Путем пово рота КА по курсу при произвольном значении apryмeHTa широты можно достичь KOM пенсации радиальной составляющей скорости Земли   кривая пройдет точно по оси ординат, что соответствует нормали к вектору путевой скорости (нулевому доплеров скому сдвиry), т.е. ориентации в ПСК (как при lF 90° для случая ориентации вОСК). Если зона захвата невелика и обзор односторонний, то поворотом КА по KYP су можно скомпенсировать ошибки по танrажу (кривая и==90 0 для левоrо борта). Этот способ был использован для устранения ошибок ориентации в РСА «МечК» КА «KocMoc1870» и «МечКУ» КА «Алмазl». Анализ приведенных формул для расчета радиальной скорости (а, значит, и доп леровской частоты в максимуме ДНА), а также данные о практических РСА космиче cKoro базирования (см. rл. 13) свидетельствует, что при ориентации КА в ОСК смеще ния доплеровской частоты MOryт достиrать 1 о. . .15 юц, значительно превышая часто ту повторения зондирующеrо сиrнала и создавая проблемы устранения помех HeOДHO значности сиrналов по азимуту. Поэтому в современных РСА используют ориентацию КА в ПСК. Должны приниматься меры по уменьшению ошибок ориентации КА до единиц yrловых минут, чтобы вызванное ими смещение доплеровской частоты было существенно меньше ширины спектра доплеровской частоты и не вызывало дополни тельных сложностей при синтезе Р ЛИ и коррекции rеометрических искажений Р ЛИ. 5.9. Баллистические данные для расчета опорной функции синтеза изображения Как уже отмечалось, для формирования опорных функций соrласованной фильтра ции при синтезе Р ЛИ необходима баллистическая информация о движении КА. Ее вводят в процессор синтеза Р ЛИ в виде массива служебной информации, который содержит также сведения о включенном режиме работы, параметрах зондирующе ro сиrнала и.т.д. В процессе радиолокационной съемки в проrpамму полета запи сывают время включения заданноrо режима работы РСА и ero параметры, часть из которых может рассчитываться на борту с учетом имеющейся навиrационной ин формации. Современные РСА используют внешние данные траекторных измере ний, а также автономные устройства позиционирования КА (GPS, rЛОНАСС) и астродатчики для ориентации осей КА. Как правило, точность ориентации КА ни же, чем точность измерения положения осей по астродатчикам. Измеренные по правки должны учитываться в алrоритмах синтеза изображения и привязки ero к rеоrрафическим координатам. Для получения качественноrо изображения заданно ro объекта необходимо соrласование двух систем управления: 230 
rлава 5. Расчет параметров траекторноrо сиrнала ... 1) системы выбора BpeMeHHoro положения строба приема с заданием наклонной дальности первоrо и последующих отсчетов радиоrолоrpаммы и числа отсчетов; 2) системы ориентации осей КА и установки луча антенны по уrлу места в центр снимаемоrо участка и по азимуту  в направлении нулевой (или заданной) доплеровской частоты при съемке в маршрутном режиме или в упрежденную точ ку в прожекторном режиме. При рассоrласовании этих систем, но с учетом соблюдения точноrо закона изменения фазы при синтезе Р ли, может про исходить снижение яркости изобра жения без ухудшения ero разрешающей способности по азимуту либо появление смещенноrо изображения из зоны неоднозначности. В процессе радиолокационной съемки каждый снимаемый кадр (маршрут) должен сопровождаться достаточной служебной информацией для выполнения син теза радиолокационноrо изображения (Р ЛИ), преобразования ero в картоrpафиче ские проекции и привязки РЛИ К rеоrpафическим координатам. Часть этой инфор мации (константы, параметры режимов, форма rеоида, rеометрия установки антенны на КА и др.) может находиться в архивах (файлах) комплекса обработки радиолока ционной информации (коРли), а оперативные данные  в файлезаrоловке, предше ствующем радиолокационной информации или в специально отведенных фраrмен тах строк радиолокационных данных. TaKoro рода служебная информация должна сопровождать все виды информационных продуктов: первичные (<<сырые») данные  радиоrолоrpамму и рли  амплитудные, комплексные, rеокодированные и т.д. Для упрощения процедур обмена и тематической обработки радиолокационных данных, включая сети Интернета, существуют рекомендации Международной комиссии по дистанционному зондированию CEOS (Commission оп the Earth Observation Systems) [460,557,558]. В состав служебной информации включающей параметры режима и баллистическую информацию должны входить следующие параметры: . сrлаженные значения текущеrо положения центра масс КА в rpинвичской системе координат (rCK); . сrлаженные значения текущеrо вектора скорости центра масс КА в rCK; . уrловые координаты строительных осей КА SXpY pZp относительно подвижной связанной опорной системы координат SXYZ с центром S в центре масс КА, осью Х, направленной вдоль вектора путевой скорости в rCK, осью У, направ ленной в зенит и осью Z, дополняющей систему до правой; . координаты центра кадра на поверхности Земли, включая значение локальной высоты рельефа относительно референцэллипсоида (или значение локально ro радиуса Земли). для получения и практическоrо использования космических Р ли с метровым разрешением, особенно при интерферометрической обработке rpуппы снимков, необ ходима совместная rеоrpафическая привязка РЛИ с поrpешностями, соизмеримыми с шаrом дискретизации Р ли. Поэтому требуется очень высокая точность баллистиче ской информации, что достиrается внешними траекторными измерениями и ycтaHOB кой на борту КА аппаратуры GPS, как это предусмотрено в РСА TelТaSARX [315]. В этой аппаратуре первоначальная точность позиционирования составляет 10 м (СКО), а с применением дополнительных средств  2 или 0,1 м. для расчета опорной функция 231 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования кроме траекторных данных, уточняемых после съемки, проводится дополнительная специальная обработка радиоrолоrpаммы. Необходимое сrлаживание флуктуаций дoc тиraется путем совместной обработки результатов интеrpирования уравнений возму щенноrо движения КА и данных GPS или rлоНАСС. Точность измерения положений осей КА с использованием астродатчиков составляет доли yrловых минут. Особенность учета параметров принимаемых сиrналов для вычисления опор ных функций синтеза Р ЛИ и rеоrpафической привязки состоит в том, что ряд из них имеют высокую временную точность, определяемую используемыми эталона ми времени. К точным параметрам относятся: период зондирования, частота KBaH тования принимаемоrо сиrнала, величина задержки принятых сиrналов в отсчетах с номерами, отсчитываемыми от начала строба приема, время прохождения сиrна ла от цели минимальной наклонной дальности (эта точка соответствует нулевому значению доплеровской частоты, поrpешность измерения которой равна 1lT synt , rде Tsynt  время синтеза апертуры), уrловая скорость вращения Земли. Вычисленные значения rеоrpафических координат целей поперек трассы КА путем преобразования наклонной дальности в rоризонтальную по поверхности Земли включают поrрешности вычисления координат следа КА, текущеrо радиуса орбиты и локальной высоты рельефа в точке наблюдения. На точность вычисления координат целей вдоль трассы КА (по азимуту) влияют поrрешности вводимых поправок на компенсацию смещений доплеровской частоты, вызванных верти кальной скоростью при эллиптических орбитах, а также отклонения осей КА от опорной системы координат и поrрешности измерений этих отклонений. Используя приведенные в предыдущих разделах формулы (5.2), (5.3), (5.101), (5.103), по координатам КА (с интерполяцией по вектору скорости) и координатам точки прицеливания вычисляют текущий радиус орбиты КА, локальный радиус Земли, текущую и минимальную наклонные дальности, а также зависимость ЛЭС от наклонной дальности по стробу приема. По этим данным рассчитывают фазо вый множитель опорной функции синтеза Р ЛИ и закон миrpации дальности. По уrлам ориентации осей КА дЛЯ РСА с АФАР рассчитывают компенсирующие OT клонения ДНА дЛЯ реализации cTporo боковоrо обзора или скошенноrо обзора под заданными уrлами (включая прожекторный режим). При отсутствии в антенне РСА сканирования по азимуту вычисляют смещение по доплеровской частоте для учета в весовой функции синтеза Р ли. По вычисленным данным делают пересчет наклонной дальности в rоризон тальную по дуrе большоrо Kpyra на Земле, а по времени прохождения нуля допле ровской частоты с учетом поправки на вертикальную скорость  положение точек Р ЛИ вдоль линии в плановой проекции и их координаты. Приведенные в настоящей rлаве модели движения платформы с РСА, форму.. лы для расчета rеометрии космическоrо землеобзора и параметров TpaeKTopHoro сиrнала Moryт быть использованы при проектировании РСА дЛЯ выбора парамет ров аппаратуры, получения исходных данных для моделирования алrоритмов син теза Р ЛИ и выработке требований к обеспечивающим системам КА по точностям измерения координат КА и уrловой ориентации осей КА для проведения радиола.. кационной съемки. 232 
rлава 6 Алrоритмы СИНТЕЗА рАдиолокАционныx ИЗОБРАЖЕНИЙ В КОСМИЧЕСКИХ РСА 6.1. Этапы обработки радиолокационных сиrналов и вид информационных продуктов к настоящему времени общие принципы получения и обработки радиолокационных снимков широко освещены в зарубежной и отечественной литературе, включая жур нальные публикации. Конкретная реализация алrоритмов синтеза и первичной обра ботки р ли на рабочих станциях дистрибьюторов радиолокационной информации и в ряде поставляемых проrpаммных пакетах обработки данных обеспечивает пользова телей необходимым информационным продуктом, но является Hoyxay фирм произ водителей. В данной rлаве дается анализ и систематизация основных алrоритмов синтеза комплексных и амплитудных рли. В rл. 7 рассмотрены вопросы последе текторной обработки (HeKorepeHTHoro накопления) и отображения Рли. Процесс получения выходноrо информационноrо продукта в современных космических РСА включает в себя несколько этапов, часть которых выполняется на борту КА, а остальные  на наземном комплексе приема и обработки радиоло кационной информации (НКОРЛИ). Этот комплекс может быть совмещен с пунк том управления полетом и режимами съемки. Основные этапы преобразования и обработки информации и соответствую щие им информационные продукты обычно включают в себя: 1) преобразование аналоrовых сиrналов с выходов приемника РСА в цифро вую форму С использованием методов сжатия потока данных для передачи по pa диолинии. Результат  упакованная радиолокационная информация (радиоrоло rpaMMa) с приложением к ней сопроводительной служебной информации о режи мах работы и их параметрах, а также баллистической информации о движении платформы, форматов данных и др.; 2) передачу данных по радиолинии, прием и форматирование данных для по следующей обработки; 3) преобразование радиолокационных данных с восстановлением результатов компрессии и коррекцией аппаратурных искажений (амплитудных, частотных, фа зовых). В результате этоrо этапа получают квадратурные составляющие радиоrо лоrpаммы в стандартных форматах (например, integer8, integer16 или f1oat32), а также сопроводительную информацию, по которой рассчитывают опорные функ ции для синтеза Р ли; 4) синтез комплексных радиолокационных изображений (кРли) или их фраr ментов с коррекцией миrрации дальности и автофокусировкой при необходимости; 233 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 5) вычисление модуля КРЛИ с получением амплитудноrо РЛИ (первичные РЛИ в координатах наклонной и путевой дальностей). Радиолокационная инфор мация может предоставляться также в виде цифровых отсчетов мощности, пропор циональных значениям удельной ЭПР в пикселе изображения; 6) HeKorepeHTHoe накопление нескольких независимых наблюдений; 7) привязку первичных РЛИ к rеоrрафическим координатам (rеореферен цирование ); 8) сборку фраrментов КРЛИ (в частности, для режима Скансар) с приведением масштабов фраrментов к единому масштабу по наклонной и путевой дальностям; 9) преобразование Р ЛИ к плановой равномасштабной проекции в координатах вдоль и поперек линии пути с коррекцией rеометрических и радиометрических ис.. кажений (калибровка РЛИ); 10) преобразование РЛИ к картоrpафическим проекциям (rеокодирование); ] 1) специальную обработку радиолокационных изображений  синтез поля риметрических, интерферометрических изображений и др.; 12) тематическую обработку изображений  извлечение информации для по требителей, включая обнаружение и распознавание наземных (надводных) объек тов, разведку оперативной обстановки, построение карт рельефа местности, инди кацию движущихся целей, измерение подвижек земной коры и изменений reoMeT рии объектов, оценку биомассы растительноrо покрова, ледовую разведку и KOH троль судовождения, а также решение задач исследования природных ресурсов, эколоrическоrо мониторинrа суши и морской поверхности, обеспечения поисково спасательных операций и др. При анализе алrоритмов синтеза РЛИ будем отдельно рассматривать случаи cтporo боковоrо обзора и скошенноrо обзора. Примем, что при боковом обзоре уrловое положение максимума ДНА близко к нулю доплеровской частоты и что ошибки ориентации КА не превышают 1/4 от ширины ДНА. Поэтому проблема неоднозначности по азимуту не возникает, и нет необходимости компенсации средней доплеровской частоты. В этом случае KOp рекция ошибок ориентации КА для исключения энерrетических потерь обеспечи вается небольшим смещением максимума амплитудной весовой функции обработ ки для ее совпадения с максимумом ДНА, а компенсации rеометрических ошибок в Р ЛИ не требуется. В случае скошеННО20 обзора даже при малом скосе, например, в прожектор ном режиме съемки, возникает необходимость компенсации циклическоrо смеще ния азимутальных отсчетов, а также миrpации дальности. Общим принципом получения радиолокационных изображений (Р ЛИ) в РСА авиационноrо и космическоrо базирования является соrласованная фильтрация принятоrо сиrнала. Параметры сиrналов и выходноrо Р ЛИ имеют различия в зави симости от режима работы РСА, что приводит к необходимости применения раз ных алrоритмов синтеза РЛИ [290]. Для целостности изложения основные из них и возможные варианты рассмотрены в настоящей rлаве с учетом их применимости для космических РСА, основные отличия которых от самолетных РСА касаются численных значений параметров сиrналов, оrpаничений, вызванных неоднозначно 234 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА стью сиrналов, наличия режима Скансар, различия влияния дестабилизирующих факторов. Основные особенности современных РСА 1. В современных РСА используют сложные зондирующие сиrналы, преимущест венно с ЛЧМмодуляцией. Как вариант использовались также фазоманипулиро ванные (ФМ) зондирующие сиrналы [31], требующие более простоrо оборудова ния. Однако появление фазовых искажений в зондирующем импульсе, вызванных доплеровским сдвиrом частоты принимаемоrо сиrнала, оrраничивает применение ФМсиrналов в РСА BbIcoKoro разрешения. Особым случаем являются сверхширокополосные видеоимпульсные РСА, ис пользующие короткие сиrналы типа моноцикла с длительностью в доли HaHoce кунды. 2. В режимах боковоrо обзора низкоrо разрешения (обзорном маршрутном или широкозахватном режиме Скансар, коrда миrpация дальности мала) возможно при менение классических алrоритмов соrласованной фильтрации двумерных ЛЧМ процессов: прямой свертки, rармоническоrо анализа, быстрой свертки, а для нефоку сированноrо синтеза Р ЛИ по азимуту  спектральноrо анализа с применением алrо ритма быстроrо преобразования Фурье (БПФ). Такие возможности обусловлены тем, что в современных РСА применяют ориентацию осей космическоrо аппарата в путе вой (rринвичской) системе координат (ПСК), при которой линейная миrpация даль ности практически отсутствует. Суммарное значение линейной и квадратичной ми rpации не должно превышать 1/4 от разрешения по наклонной дальности. 3. В режимах скошенноrо кадровоrо обзора низкоrо разрешения линейную миrpацию дальности можно компенсировать аппаратными средствами или специ альной процедурой коррекции входных данных. 4. В режимах BbIcoKoro разрешения необходимо учитывать не только зависи мость BpeMeHHoro закона фазы от наклонной дальности дф(t,R о ), но и миrpацию дальности. При больших размерах синтезированной апертуры, необходимых для реали зации BbIcoKoro разрешения по азимуту, значение миrpации дальности на краях апертуры может в десятки и сотни раз превышать размеры элемента разрешения по дальности. Для коррекции миrpации дальности используют известные алrоритмы: ЛЧМмасштабирования (Chirp Scaling Algorithm  CSA), коррекции миrрации дальности (Range Migration Algorithm  RМA), преобразования в полярный формат (Polar Fопnаtiоп Algorithm  PFA) и др. [248, 274]. 5. В скошенных режимах обзора, а также вблизи rpаниц апертуры синтеза в прожекторном режиме, возможно изменение скорости ЛЧМ по дальности, вызван ное доплеровским смещением частоты. Для исключения расфокусировки импульс Horo отклика по дальности необходима коррекция опорной функции по дальности, компенсирующая фазовые ошибки. 6. Особые сложности в алrоритмах синтеза Р ЛИ возникают в прожекторном режиме. Они связаны с тем, что диапазон изменения доплеровской частоты в ин тервале синтеза в космических РСА значительно превышает частоту повторения 235 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования зондирующеrо сиrнала, что требует интерполяции сиrнала для преобразования к большей базе для исключения неоднозначности сиrналов по азимуту. 7. Получение MeTpoBoro и субметровоrо разрешения по азимуту требует син теза апертуры большой протяженности, для которой формирование опорной функ ции требует знания BpeMeHHoro закона изменения фазы с высокой точностью, KO торую MorYT не обеспечивать средства измерения текущих координат движения платформы. Дополнительные поrрешности фазы Moryт быть вызваны HeOДHOpoд ностями параметров трассы распространения сиrнала  тропосферными (в санти" метровых диапазонах волн) и ионосферными (в дециметровых и метровых диапа.. зонах) флуктуациями. 8. Большое внимание уделяется синтезу РЛИ на борту КА в реальном време.. ни, что позволяет повысить оперативность доставки информации потребителю, уменьшить поток передаваемых по радиолинии данных и упростить наземную ап паратуру. Особо актуальна эта задача для ледовой разведки в полярных районах, а также в системах контроля надводной обстановки. Применение бортовой обработ ки целесообразно в обзорных режимах работы РСА с получением амплитудных Р ЛИ среднеrо или низкоrо разрешения и применением HeKorepeHTHoro накопле ния. При использовании алrоритмов сжатия РЛИ (например, формата JPEG), алrо ритмов автоматическоrо обнаружения судов и rpаницы водасуша, сеrментации однородных текстур можно значительно сократить поток передаваемых по радио линии данных. Однако для долrовременноrо архивирования материалов радиоло кационной съемки с возможностью получения комплексных Р ЛИ дЛЯ последую щей обработки, включая интерферометрические методы обнаружения изменений оперативной обстановки, следует предусматривать передачу радиоrолоrpаммы. Надо иметь в виду, что в космических РСА в отличие от самолетных РСА практически отсутствует избыточность радиоrолоrpаммы по отношению к COCTaB ляющим комплексноrо РЛИ. Применение на борту известных методов сжатия ра.. диоrолоrраммы позволяет снизить разрядность передаваемых данных до двух  четырех разрядов (вместо шести  восьми). Поэтому использование бортовой об работки с синтезом КР ЛИ высокоrо разрешения не даст особых преимуществ в оперативности доставки потребителю конечноrо информационноrо продукта по сравнению с передачей радиоrолоrpаммы на наземный пункт обработки информа цИИ (НКОРЛИ) через спутникретранслятор. Наличие на НКОРЛИ высокопроизво дительноrо вычислительноrо комплекса с применением методов автоматической фраrментации Р ЛИ может значительно сократить время между моментом съемки и получением требуемой информации по заданным участкам и районам наблюдения. 6.2. Пара метры, характеризующие миrрацию дальности в радиоrолоrрамме Исходная операция цифровоrо синтеза РЛИ  дискретизация, т.е. разделение на временные отсчеты аналоrовоrо сиrнала с выхода фазовоrо детектора приемника (видеосиrнал). Выбор частоты квантования в соответствии с теоремой отчетов В.А. Котельникова  с небольшим запасом от удвоенной максимальной частоты 236 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА видеосиrнала, в принципе, обеспечивает восстановление аналоrовоrо сиrнала без искажений. Однако процедуру точноrо восстановления (свертка сиrнала со сrла.. живающей функцией), требующую дополнительных вычислительных затрат (см., например, [527]), обычно в алrоритмы синтеза РЛИ не включают. При этом оказы.. вается, что передаваемое в ОЗУ процессора MrHoBeHHoe значение ЛЧМвидео.. сиrнала от цели, имеющеrо, например, частоту 100 мrц (период 10 нс) и началь ную фазу, определяемую наклонной дальностью цели Ro, будет зависеть от Bpe менной расстановки тактирующих импульсов АЦП, которая при частоте KBaHTOBa ния 250 мrц определится периодом, равным 4 нс (при этом дискретность отсчетов фазы ЛЧМ составит 144°). При движении радиолокатора относительно цели Ha клонная дальность до цели меняется, что при водит не только к изменению фазы принятоrо от цели сиrнала ф(t,Rо)=:.47r(R(t,Rо)Rо)/А, но и к изменению MrHoBeHHoro значения сиrнала в данном канале дальности. В конечном счете, MO жет появиться амплитудная модуляция в радиоrолоrрамме, которая, не будучи уч тена надлежащим образом, может вызвать падение уровня выходноrо сиrнала или появление ложных лепестков синтезированной диаrраммы на выходном Р ЛИ. Это явление  миrрация дальности  характеризуется двумя составляющими: линейной и, так называемой, «криволинейной» (curvature). Кроме абсолютных значений ми rрации дальности за время синтеза или существования сиrнала в азимутальной ДНА важными являются два параметра  отношение миrpации дальности к раз меру элемента разрешения pR =:. М/ PR И отношение миrpаuии дальности к шаrу дискретизации по дальности тR =:. М/ М R ' т.е. к масштабу отсчетов наклонной дальности М R =:. C /2, rде Ts  шаr квантования, с  скорость света. Важной характеристикой является также максимальное смещение дальности в соседних за период повторения отсчетах по азимуту на интервале синтеза { t!R(t + Тр, Ro)  t!R(t,R o ) } =:.т , M R (6.1 ) rде Тр  период зондирования. Как показано в работе [431 *], при смещении по дальности за период повторе иия, превышающим 1/4 от шаrа дискретизации по дальности, возможно резкое увеличение интеrpальноrо уровня импульсноrо отклика РСА по азимуту. Отмечено также, что использование ЛЧМсиrнала (по сравнению с коротким импульсом) уменьшает помехи, вызванные «скачками» импульсов в соседних зон дированиях. Сначала рассмотрим наиболее простой случай cTporo боковоrо обзора, коrда максимум азимутальной ДНА совпадает с точкой минимальной дальности dR/ dt =:. О , В которой доплеровская частота принимаемоrо сиrнала равна нулю. Это обеспечивается на практике в современных РСА, если ориентация КА осуществля ется в путевой системе координат, а ошибки ориентации не превышают 1/4 от ши РИНЬJ ДНА. Как показано в rл. 5, орбитальное движение можно аппроксимировать 237 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования прямолинейным движением с эквивалентной линейной скоростью Vie И предста вить разложением в степенной ряд относительно F O в точке минимальной наклон ной дальности Ro. Тоrда временной закон текущей наклонной дальности имеет следующий вид, причем дЛЯ РСА с низким и средним разрешением можно оrpани читься двумя первыми членами ряда  2 4 R ( t ) == 1) + 2t2 == R +......k.... { 2  le { 4 + ... , (6.2) .L le О 2Ro 24R rде значения текущеrо времени t оrpаничены допустимым спадом азимутальной ДНА. Для низкоорбитальных РСА при расчетах параметров миrpации можно пренеб речь различием значений линейной эквивалентной скорости и путевой скорости. На рис. 6.1 приведены типичные зависимости миrрации дальности для Map шрутноrо режима при cTporo боковом обзоре (а) и при слабо скошенном обзоре (6) с уrлом скоса, равным 1/4 ширины ДНА. Расчетные параметры РСА: длина волны IL 1 О см, rоризонтальный размер антенны D xant ==5 м, высота орбиты Н о ==500 км, Ha клонные дальности rраниц полосы съемки Rl == 520 км (ближняя) и R 2 == 570 км (дальняя), что обеспечивает полосу съемки по rоризонтальной дальности 65 км при уrлах падения 50.. .520. Как видно из рис. 6.1, а, значения миrрации дальности в пределах уровня ми нус 6 дБ составляют 20...25 м с разницей около 2 м для ближней и дальней rраниц полосы съемки. При наличии ошибок ориентации до 1/4 от ширины ДНА (см. рис. 6.1, б) появляется линейная составляющая миrрации, а ее суммарная величина дoc тиrает 45 м. Заметим, что при увеличении rоризонтальноrо размера антенны или уменьшении длины волны РСА значения миrpации уменьшаются пропорциональ но квадрату длины волны и обратно пропорционально размеру антенны. Миrрация дальности, м SO Миrрация дальности, м 100 о -----------: 10 о 20 5 10 15 15 Азимут, км 5 5 а) 10 О 5 10 15 Азимут, км б) Рис. 6.1. Типичные зависимости миrpации дальности от азимутальноrо положения РСА: а  cтporo боковой обзор; б  ошибки ориентации луча на 1/4 ДНА; 1, 2  формы ДНА по мощности на ближней и дальней rраницах полосы съемки, точками отмечен уровень 0,5 от максимума принятоrо сиrнала (минус 6 дБ сиrнала); 3, 4  кривые миrpации на ближней и дальней rpаницах полосы съемки; 5  разность приращений дальности на rpаницах полосы съемки относительно точки нуля доплеровской частоты; 6  линейная составляющая миrрация дальности 238 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА Так, для РСА Sдиапазона волн «МечКУ» КА «АлмазI», rде использовалась антенна с rоризонтальным размером 15 м, а ошибка ориентации КА составляла около 3 уrл. мин., величина миrрации дальности не превышала 3 м, что позволяло без ее учета вести синтез РЛИ с разрешением 12.. .15 м. На рис. 6.2 приведены rрафики миrpации дальности для прожекторноrо и скошенноrо режимов съемки. Поскольку в прожекторном режиме антенна все Bpe мя направлена на центр кадра, то оrибающая сиrнала имеет прямоуrольную форму и оrраничена временем съемки. Как следует из rрафиков на рис. 6.2, миrpация дальности может составлять сотни и тысячи элементов разрешения, особенно в скошенных режимах обзора, в которых основная  линейная составляющая. Таким образом, за исключением peд ких случаев, рассмотренных в разделе 6.4, алrоритмы синтеза РЛИ должны вклю чать в себя процедуры устранения миrрации дальности, предшествующие сжатию сиrналов по азимуту. Миrрация дальности, м 160 з; , , . . 140                          -        - t - - - - -  - -  - - t -  -   - - - -   t      - -  - 4 ' I I , I . I I . I . I I . . 120 --- ----------------;-------;-----;- -- . . I . . . . . . . . . . . . I . . . . 1 00 O  -  --  - __H__H -f------- --!-------  - - f - _BB . I . I I . I I I . . I I I 80 - - - -  -      r    -   -   r    в  -    - t   -   -    -  t -   -  - - -  t - - - --  -  -  . I I J . . . I . I 60   - - - -  - - -   -  - - - - -  - -  - - - - - -  - - - - f - -   - -  - - - - f  -   -  -  - f - - -   - - - -- . . I . I 5 о 5 10 15 Азимут, км о --- , ,_oo______ I I  200  - -  ---- --  - -   - --       - -  !   - - -  - ! -- - - -     !-      -   . . . . . . . I . . 400 -- - - --- - -  -- ---- -.. - --. - -- - - о о...  -- о - - - - - - t- о -  - - - е е е   о - е е ее - е - о I . . I I I . I . . 600 -    - - - --  -r --- - - ------r   -- - - - - - t  - 6 - - -  t - -   - - -  - - - t -- - - - -   - 800 ---- ---. -- -- --._ ш ш _! H H_ !_ He__H!  - __  . . I I I  1 000 . '1 I  15  1 О 5 О 5 1 О 15 Азимут, км J 2 I I I , I 40    -   - н -       -   -  -     -     - -   - -     -    - - -  --   --   . I . t . . . I 41 . 20 --- _________e___e  ___________e--_____ ;----------------- -- 5 : : : : : I . . . . I I . I I о 15 10 а) б) Рис. 6.2. Зависимости миrрации дальности от азимутальноrо положения РСА дЛЯ прожекторноrо (а) и скошенноrо (6) режимов: J, 2  формы ДНА по мощности на ближней и дальней rpаницах полосы съемки, точками отмечен уровень 0,5 от максимума принятоrо сиrнала; 3, 4  кривые миrрации на ближней и дальней rраницах полосы cъeM ки; 5  разность приращений дальности на rpаницах полосы съемки относительно точки нуля доплеровской частоты; 6  линейная составляющая миrрация дальности 6.3. Оптическая обработка радиоrолоrраммы как модель формирования радиолокационноrо изображения в РСА Для получения радиолокационных изображений в первых самолетных и космиче ских РСА (SeasatA, «МечК») использовались оптические устройства синтеза, в которых реализовались основные принципы формирования РЛИ и которые явля лись масштабными моделями радиолокационноrо обзора [194, 195,213]. При дoc тижимых В те rоды параметрах РСА проблем, связанных с миrрацией дальности еще не возникало, но вопросы фокусировки изображений и оценки требований к 239 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования точности измерения параметров принимаемоrо сиrнала решались вполне успешно. Оптическая обработка сиrналов реализует один из подходов к анализу синтеза РЛИ (доплеровский, антенный, соrласованной фильтрации)  а именно антенный. Сочетание методов анализа rеометрической и волновой оптики позволяет сделать rpубую оценку параметров импульсноrо отклика РСА при синтезе РЛИ, HeKore рентном накоплении, а также влиянии фазовых ошибок. Для оптическоrо синтеза Р ЛИ принятый сиrнал с выхода фазовоrо детектора (один канал с выхода приемника, фазовый детектор и АЦП, см. структурную cxe му, приведенную на рис. 3.5) реrистрируют на движущейся первичной фотопленке, в результате чеrо на ней записывается полупрозрачная радиоrолоrрамма. Далее, фотопленку пропускают через фильмовый канал устройства обработки, nринцип действия KOToporo в азимутальном сечении иллюстрирует рис. 6.3. , ............... з 2 , .., А2 , 1 . . . Ао .Ipt F r 1 Рис. 6.3. Принцип оптическоrо синтеза РЛИ, сечение по азимуту: 1  плоский световой пучок KorepeHTHoro света (лазера); 2  фильмовый канал с диафраrмой апертуры син теза; 3  первичная фотопленка с записанной радиоrолоrpаммой; 4  вторичная диафраrма; 5  вторичная фотопленка, реrистрирующая Р ЛИ Устройство оптической обработки включает в себя: источник монохроматиче cKoro света (лазер, коллиматор), формирующий плоский световой пучок 1, фильмо вый канал с диафраrмой (первичной щелью) 2 и первичной фотопленкой 3, на KOTO рой записана радиоrолоrрамма, оптическую систему с вторичной диафраrмой 4 и вторичную фотопленку 5, реrистрирующую РЛИ. Размер диафраrмы 2 определяет длину синтезированной апертуры, а размер вторичной диафраrмы 4  длину пути HeKorepeHTHoro накопления. Для приведенной схемы без оптики обе фотопленки нужно протяrивать с одинаковой скоростью, а в реальных устройствах  с опинако вым отношением скоростей в зависимости от параметров оптической системы. 240 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА Оптический синтез апертуры основан на том, что записанная на фотопленке радиоrолоrрамма представляет собой дифракционную решетку с переменным ша rOM, обладающую фокусирующим свойством. Это  оптическая модель РСА на He сущей частоте Io p t, соответствующей длине волны источника света Aopt. Рассмотрим процесс формирования изображения точечной цели. Образуемая радиоrолоrраммой от точечной цели дифракционная решетка имеет период d == v!  v!RoA.  v!A. , (6.3) F Dop 2J1}e X 2Vie {} rде Vl  скорость первичной фотопленки при записи радиоrолоrраммы; Foop  доп леровская частота принимаемоrо сиrнала; Vie  линейный эквивалент путевой CKO рости радиолокатора; Х  путь, проходимый радиолокатором от направления Tpa верза F Dop == о; tl  время записи сиrнала относительно точки траверза tl==O, для KO торой дифракционной решетки не образуется и требуется смещение доплеровской частоты радиоrолоrраммы при записи ее на первичной фотопленке. Дифракция cBeToBoro пучка на решетке вызовет появление ряда лучей, откло ненных от оси системы на уrол qJ, определяемый периодом решетки d и длиной волны света Aopt. Уrол отклонения определяется соотношением d sin qJK == KA opt , (6.4) rде К== О, + 1, + 2, ... . Наиболее интенсивными из этих лучей будут нулевой Ао, соответствующий прохождению немодулированноrо света, и лучи первоrо порядка А 1 и А 1, уrол OT клонения которых определяется условием . Aopt 2 Vi; {] Aopt Sln qJ ==  == (6.5) d V}ROA Наклонный луч А 1 пересечет ось оптической системы в точке F, расстояние которой от первичной фотопленки и будет равно фокусному расстоянию записан ной на фотопленке радиоrолоrpаммы Io P t (малость Aopt позврляет сделать замену tgqJ == sinqJ == qJ) l' ==  == v[ RoA. ( 6.6 ) Jopt 2. tg qJ 2 Vie Aopt При радиолокационном обзоре луч, соединяющий наблюдаемую цель и радиоло ( Vie т. п ) катор, поворачивается по мере ero движения на yroл, равный а п == arctg я: ' rде п  номер зондирования от нуля доплеровской частоты, Тр  период зондирования. Если выбрать масштабный коэффициент записи сиrналов на первичной фото пленке равным 241 
м == Vie А ( 6 7 ) opt 2 '1 v 1 /Lopt то В соответствии с (6.5) луч, формируемый оптической радиоrолоrраммой, будет поворачиваться на тот же уrол rp{Tpп) == а п , обеспечивая масштабное подобие reo метрий обзора и обработки. Наклонные лучи At, образованные дифракционной решеткой переменноrо шаrа (закон близкий к ЛЧМ) будут пересекать ось в одной точке F  фокусе радиоrолоrраммы (фокусное расстояние  Io р ! ), rде и происходит KorepeHTHoe суммирование записанных сиrналов. Пучок света, образованный лу чами А{, отклоненными под зеркальными уrлами, расходящийся, лучи исходят из мнимоrо фокуса, расположенноrо на расстоянииloрt перед фотопленкой. Вторичная фотопленка 5, на которой фиксируется сформированное радиоло кационное изображение, помещается в плоскости, проходящей через точку фоку сирования Р. Перед ней ставится диафраrма 4, оrраничивающая световой поток, экспонирующий вторичную фотопленку, и исключающая попадание на нее света от лучей нулевоrо порядка, раСХОдЯIЦеrося пучка лучей первоrо порядка и лучей высших порядков. Заметим, что наличие кроме полезноrо еще и паразитных лучей требует, чтобы в спектре доплеровских частот не было нулевой составляющей. За пись и обработка сиrналов ведется на средней доплеровской частоте, отличной ОТ нуля, примерно равной половине ШИРИНЬJ спектра доплеровских частот принимае 2g Moro сиrнала (Oop == ). Для космических РСА обработку ведут на частоте, Dxant равной четверти частоты повторения (Р р /4). Чтобы ввести нужное смещение час.. тоты, антенну РСА отворачивают от нормали к вектору путевой скорости или вво" дят дополнительную модуляцию фазы в излучаемый сиrнал. Например, для сдви.. ra частоты на Р р /4 в зондирующем сиrнале вводят сдвиr фазы на ,,/2 в каждом пе.. риоде зондирования. Показанная на рис. 6.3. ЛЧМструктура на первичной фото.. пленке 3 и отметка на вторичной фотопленке 5 являются примерами радиоrоло rpаммы и полученноrо РЛИ при наблюдении компактной цели (корабль на мор.. ской поверхности). HeKorepeHTHoe накопление независимых наблюдений rеометрия получения РЛИ при оптическом синтезе, приведенная на рис. 6.3, ил люстрирует случай предельноrо разрешения по азимуту при одном наблюдении. Реализация HeKorepeHTHoro накопления показана на рис. 6.4. Первичную диафраrму 2, определяющую апертуру синтеза La, уменьшают, а вторичную D 2 (путь интеrрирования)  увеличивают. По мере продвижения фото пленок за первичной щелью оказываются участки решетки, образованные разными доплеровскими частотами и луч поворачивается, экспонируя одну и ту же точку на вторичной фотопленке. Длина накопления определяется длиной радиоrолоrpаммы на первичной фотопленке, число независимых отсчетов  отношением длины пу.. ти интеrpирования Lamax к интервалу корреляции сиrнала, равному L a /2 [152*]. 242 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА t 3 5 6 2 3 5 6 Ix) IX 2 1 La  t  -F Al t D2 lХ 1 fX 2 1 t  а) б) Рис. 6.4. Оптический синтез РЛИ с HeKorepeHTHbIM накоплением в высокочастотной (а) и низкочастотной (б) частях спектра доплеровских частот сиrнала Влияние ошибок фокусирования Точная фокусировка оптической системы требует выполнения условий (6.7) для заданной наклонной дальности съемки Ro и значения путевой скорости Vie С учетом выбранных рабочей длины волны РСА и длины волны лазера. На практике это pea лизуется путем управления скоростью протяжки первичной фотопленки по про rнозным или измеренным баллистическим данным, а при синтезе Р ЛИ  переме щением положения фильмовоrо канала с вторичной фотопленкой в устройстве об работки. Применяются также оптические системы с переменным фокусным pac стоянием, коническими линзами [118, 196, 213], но для нашеrо рассмотрения эти подробности несущественны. Абстраrируясь от конкретных деталей конструкции устройства оптической обработки, представим rеометрию формирования Р ЛИ в упрощенном виде, как показано на рис. 6.5. в в ......  о. :i 11   о '1) /  F La L a1 ...... ............ .....а) ..... ....-....--.. .... - - - - --- - - - - - ,..-.:: О ------ ",..-",.".".- .- ...-",.- FJ дR А Ro == F А Ro*FJ. а) б) Рис. 6.5. Оптическая модель синтеза фокусированной апертуры: а  точная фокусировка; б  ошибки фокусирования (уменьшение линейной эквивалентной скорости  ЛЭС); буквенные обозначения соответствуют пространству обзора: Ro  положение плоскости формирования Р ЛИ (настройка фильтра обработки), F и FI  фокусы радиоrолоrрамм при оптическом синтезе 243 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Будем считать, что средняя доплеровская частота в апертуре равна нулю, в OT личие от paccMoтpeHHoro выше физическоrо устройства обработки, в котором reo метрия лучей более типична для слабо скошенноrо обзора. Сфокусированное в точке F изображение точечной цели образует пятно, раз меры KOToporo определяются дифракцией света на первичной щели. Соrласно формулам волновой оптики размер пятна, приведенный к rеометрии на местности, будет совпадать с известной формулой разрешения РСА по азимуту !optAoptMopt ROA Рхо == 1 == 2L ' (6.8) а а rде обозначен физический размер оптический апертуры lа == La/ Mopt == La V 1 /e . Рассмотрим влияние ошибок фокусирования, вызванных поrpешностями из мерения параметров движения. При изменении значения ЛЭС относительно pac четноrо (измеренноrо на момент съемки) значения eI == eO + V и сохранения значения скорости протяжки Vl изменится масштаб записи и фокус радиоrоло rpaMMbI соrласно (б.б) и (б.7). Так, например, при меньшем значении Viel (V<O) реальная апертура в пространстве обзора уменьшится Lal == La Viel/Vieo , как и зна.. чения доплеровской частоты на ее краях Р Doр max 1 == Р Doр max VIel/VIeo . Соответствен.. но уrол отклонения луча от нормали аl будет меньше исходноrо a==ffJ. При записи сиrналов на прежней скорости Vl физические размеры оптической апертуры не из менятся (обозначено на рисунке La == la eO / VI ), периоды дифракционной решетки увеличатся, что приведет к уменьшению уrла отклонения ffJl для крайнеrо луча и к увеличению фокусноrо расстояния оптической радиоrолоrраммы на величину 2'1 2 ( ) ( ) == V 1 Rол == eO  1 2V  1 2V foPtl 2v,2 А v,2 f oPt V, fopt V, fopt. lеl opt lеl lel leO Новый фокус Рl (рис. б.5, б) удалится на расстояние ДR от фиксированноrа положения вторичной фотопленки, выбранноrо по расчетным параметрам (точка Ro). Это приведет к увеличению размера пятна в плоскости изображения Ro, кота.. рое можно приближенно оценить по формуле rеометрической оптики из подобия треуrольников АВРl и А'В'Р 1  /дRlL a  La(!optl  !opt)  L [ ;o  1)  21VILa РХМ    а 2  , RO + ДR !oPtl Viel VieO (б.9) (б.l О) rде Д.R и д V  ошибки измерения дальности и скорости соответственно. При ошибках по скорости в сторону увеличения ЛЭС фокус оптической ра.. диоrолоrpаммы перемещается ближе к фильмовому каналу. При этом количест.. венные соотношения, приведенные в выражении (б.l0), сохраняются. Совместный эффект дифракции и расфокусировки может быть учтен прибли женной формулой  сложением в квадратурах размеров пятен, вызванных обоими факторами 244 
рх == J p;o+pk == ( R о л ) 2 + ( дRLaNe ) 2 2La Ro rде N e  число независимых наблюдений (см. ниже). Полученное выражение позволяет сделать важный вывод, в том числе и для цифровоrо синтеза апертуры, о допустимой ошибке фокусирования для реализации требуемоrо разрешения. В частности, о rлубине фокусирования, т.е. возможности сохранить одну и ту же опорную функцию для обработки диапазона дальностей. Преобразуем вы ражение (6.1 1) к виду рх == pxo J l + (тdf /2)2 , ( ROA ) 2 + ( 2VLaNe ) 2 ,(6.11) 2La Vie ( 6.12) rде t!RAN e 2RoANe LlV тdf == 2 == 2 .  Рхо Рхо Vie  «коэффициент дефокусировки». При тdf < 1 ухудшение азимутальноrо разрешения не более 12 %. rлубина фокусирования составляет 2 t!R == Рхо А ' а допустимая относительная ошибка измерения скорости 2 V Рхо Vie 2RoA В качестве примера рассмотрим требования для реализации разрешающей способности 1 м в РСА десятисантиметровоrо диапазона волн при высоте орбиты 500 км, наклонной дальности 700 км И путевой скорости 7500 м/с. rлубина Фоку сирования составляет t!R == 1 О м, а допустимая ошибка измерения путевой скорости  относительная V /Vie == 7,14.1 06, абсолютная LlV == 5,4 см/с. Эти требования очень жесткие, для их выполнения может потребоваться автофокусировка, pac смотренная в разделе 6.10. Для случая HeKorepeHTHoro накопления с N e числом наблюдений rеометрия формирования Р ЛИ показана на рис. 6.6. При точном фокусировании азимутальное разрешение равно дифракционному рхо, которое определяется длиной парциальной синтезированной апертуры La. При наличии ошибок каждая из парциальных апертур формирует расфокусированное пятно A 1 A 2 , A 2 B 1 , BIB2 (см рис. 6.6, б) с размером, пропорциональным изменению фокусноrо расстояния t!R, как и в случае без накоп пения. ПЯтна, сформированные боковыми апертурами, смещены относительно цeH тральноrо, что обусловлено явлением «смаза». Общая ширина искаженной отметки, как видно из рис. 6.6, б, в N e раз больше, чем ширина парциальноrо пятна. Таким об разом, для случая HeKorepeHTHoro накопления «коэффициент дефокусировки» дол жен быть увеличен в N e раз, что и учтено в формулах (6.11) и (6.13). (6.13) (6.14) ( 6.15) 245 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования в La в La /РХО La F F La [а RO La А А а) б) Рис. 6.6. Оптическая модель синтеза фокусированной апертуры с накоплением трех наблюдений (N e == 3) 6.4. Алrоритмы ЦИфрО80rо синтеза РЛИ без учета миrрации дальности 6.4.1. Апrоритм прямой свертки Рассмотрим алrоритмы синтеза РЛИ дЛЯ боковоrо обзора в случае, коrда миrpаци ей дальности можно пренебречь. Для конкретности дальнейшеrо рассмотрения оп ределим основные входные параметры, характеризующие сиrналы на входе про цессора синтеза РЛИ. Их значения являются результатами расчета режимов работы РСА с учетом выбора параметров орбиты, размеров антенны, частоты повторения положения полосы съемки, стробов приема и др. Входными параметрами являются: А иfo==С/А  длина волны РСА и несущая частота зондирующеrо сиrнала; т  длительность зондирующеrо импульса; др  полоса спектра зондирующеrо ЛЧМсиrнала; Fp и Tp==l/F p  частота и период повторения импульсов; Fs и Ts==l/F s  частота и период дискретизации принятых сиrналов; N , ,/T s  число отчетов в длительности импульса; Nrmax  число отсчетов в стробе приема; Tsynt  время синтеза; Nsynt==TsyntlTp  число синтезируемых импульсов; M R ==cT s /2  шаr дискретизации по наклонной дальности (масштаб rолоrpаммы и РЛИ); R min и Rmax  наклонные дальности первоrо (m==l) и последнеrо отсчетов сиr.. нала в строке радиолокационных данных. Заметим, что рабочая область дальностей определяется длительностью строба приема минус длительность зондирующеrо импульса; 246 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА QA(R, а, G ant , Ltr)  коэффициент передачи, определяющий амплитуду сиrнала на входе процессора. Он зависит от ЭПР цели, ее удаления от РЛС, а также усиления антенны в направлении на цель по уrлу места и азимуту. Из этих факторов примени тельно к синтезу РЛИ имеет значение форма ДНА по азимуту, влияющая на ампли тудное взвешивание (аподизацию) сиrнала и, соответственно, на разрешение и ypo вень боковых лепестков импульсноrо отклика РСА. Влияние остальных факторов относится к оценке чувствительности РСА и вопросам радиометрической калибров.. ки. В данном разделе для простоты влияние этоrо множителя рассматривать не бу.. дем, определяя значение амплитуды сиrнала на входе процессора параметром и mах . Обычно, излучаемые, а также принимаемые двумерные сиrналы рассматри вают раздельно в координатах «быстроrо времени» tR (по наклонной дальности) и «медленноrо времени» по азимуту tx, которое можно выразить через номер зонди руюшеrо импульса t х == пТ р . Излучаемый сиrнал представляет собой последова тельность ЛЧМ зондирующих импульсов, каждый из которых характеризуется в «быстром времени» выражением ( tRr/2 ) { .1r ( Т ) . } U(tR,п)==Umaxrect т ехр J r tR 2 2+J21rfotR' (6.16) rде rect(x)==l при XEO,5...0,5  прямоуrольная оrибающая, равная единице на интервале O,5...0,5 и нулю в остальной области. Как показано в rл. 5, для орбитальноrо движения, как и для прямолинейноrо движения, длина синтезированной апертуры La и время синтеза Tsynt определяются заданной разрешающей способностью по азимуту РХ L == ROA а 2 ' РХ т == ROA synt 2 V ' Рх sg rде V sg  путевая скорость КА, значение которой для низкоорбитальных РСА прак тически совпадает с эквивалентной линейной скоростью (см. раздел 5.3). Миrрацией дальности пренебреrают, если она на крайних уrлах ДНА не пре вышает 1/4 от разрешения по наклонной дальности PR при максимальной дально сти наблюдения Ro ДрR == Ro (у cos( a xant /2 + al{/ + ав )  1) < PR /4, ( 6.17) ( 6.18) ( 6.19) rде lXxant  ширина ДНА; af// == arcsin ( sin д. 'f/ . sin Yi)  составляющая, вызванная ошибками ориентации по курсу д.ljf, а(} ==  arcsin ( cos Д. 'f/ . sin д..[) . cos Yi)  COCTaB ляющая, вызванная ошибками ориентации по танrажу д.(}, }1  уrол падения (см. раздел 5.8). Необходимость учитывать миrрацию дальности по всей ширине ДНА, а не только на интервале синтеза объясняется тем, что для получения Р ЛИ всеrда ис 247 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования пользуют полный принимаемый сиrнал в зоне облучения ДНА: в маршрутном pe жиме  для HeKorepeHTHoro накопления, в режиме Скансар  для обеспечения бес пропускноrо обзора. Принятый от одиночной точечной цели комплексный видеосиrнал на выходе фа зовоrо детектора приемника в стробе приема для пro зондирования будет иметь вид ( тт N /2 ) Ur(т,n)=Umaxrect T т Х { . .A17 ( mmTN,/2 ) 2 . 2 2RT(п) } хехр J1rLli' 1:  } 1r , N, А rде т Т == (RT  in )/ М R  номер отсчета дальности для переднеrо фронта при нятоrо импульса от цели; N,  число отсчетов в длительности зондирующеrо ИМ пульса; R min  дальность первоrо (т==О) отсчета радиоrолоrраммы в стробе приема. В рассматриваемом случае тт не зависит от положения РСА по азимуту (номера строки дальности п) вследствие малости миrрации дальности; Rrtn)  текущая на.. клонная дальность до цели, определяющая фазу и доплеровское смещение приня Toro сиrнала. Считаем, что минимальная наклонная дальность цели на траверзе R Tnr И ноль доплеровской частоты достиrаются при п==О. При аппроксимации BpeMeHHO ro закона текущей наклонной квадратичным членом азимутальные отсчеты даль ности и фазы определятся формулами 2 ( ) 2 (f\eTp)2 п 2 R T ( п ) == R Tnr + VieTpn  R Tnr + , 2R Tnr ( 6.20) (6.21 ) ( ) 2 2 R T ( п ) VieTp п Еп ( п ) == 41r  21r + Еп 'f' А R А 'f'O , Тnr rде qJO  постоянная начальная фаза для данной цели. Известно, что в принципе процедура соrласованной обработки может быть реализована в виде соrласованноrо фильтра или корреляционноrо приёмника. В соrласованном фильтре опорная функция свертки h(t) представляет собой им.. пульсную реакцию фильтра обработки на функцию. Ее фазовая характеристика совпадает с комплексно сопряженной временной зависимостью фазы сиrнала с об ратным законом времени arg [ h( k) ] = arg [ и; (k) ] ' rде k  дискретный apryмeнт. . . Для корреляционноrо приемника опорная функция hcorr(k) == h(t). Амплитудная характеристика опорной функции может совпадать с амплитудной характеристи кой сиrнала от точечной цели, обеспечивая наибольшее отношение сиrнал/шум, но с частичной потерей разрешения (по азимуту, если оrибающая сиrнала на интерва ле синтеза взвешена формой ДНА). Выбор специальной формы амплитудноrо взвешивания позволяет повысить разрешение (апертурная коррекция) или снизить уровень боковых лепестков импульсноrо отклика РСА. ( 6.22) 248 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений 8 космических РСА Соrласованная фильтрация по алrоритму прямой свертки реализуется путем свертки комплексноrо сиrнала на видеочастоте с комплексно сопряженной ДBY мерной дискретной опорной функцией, которая является произведением OДHOMep ных опорных функций по дальности и азимуту. Будем считать, что оrибающая двумерной опорной функции равномерна и равна единице в пределах длительно.. сти импульса r и времени синтеза Tsynt. Ее фазовый множитель в разных азиму тальных отсчетах зависит от номера канала дальности соrласно (6.22) ( ) { ( 2 } тN 2 тN /2 h(т,n)=rect N r r / ехр j7rдFr N: ) х [ п J . 21l"(Vie T p)2 п 2 х rect ехр } N synt (R min +МRт)л (6.23) т Е о: N,  1; п Е  N synt /2: N synt /2  1 . Фаза опорной функции при п == О для нулевой доплеровской частоты должна быть равна нулю для всех каналов дальности. Это обеспечит передачу фазы приня тых сиrналов от цели в выходное комплексное РЛИ и позволит использовать ero для интерферометрической обработки снимков. Операция прямой свертки двумерных дискретных сиrналов может быть BЫ полнена двумя одномерными свертками  сначала по дальности, а затем по азиму ту. Эта операция выполняется именно в таком порядке потому, что закон измене ния BToporo фазовоrо члена в формуле (6.22) зависит от номера дальностноrо Ka нала, определяемоrо минимальной наклонной дальностью цели Ro в момент ее прохождения через плоскость, нормальную вектору путевой скорости КА. Свертка сиrнала по дальности имеет вид Nil Ux(тNr,n)= LUr(тk,n)xh(k,n)= k=O N 1 ( ) { ( ) 2 }  тmтkN /2 тmrkN /2 =  U rnax rect N r r ехр j7rдFr N r r + jrp(n) х ( kN,/2 ) { .......A17 ( тmrkN,/2 ) 2 } xrect e /'T  N, N,  sin( 1rt!R / Р R ) { . } .  N,U max ехр }ср(п) , 1rM / PR т Е N, /2: Nstrob + N, / 2  1; п Е Nsynt/2: N synt /2  1, rде PR  СТ С / 2  ширина отклика (по уровню 2/1r); l"c==l/L1F  ширина сжатоrо им пульса; п)  фаза азимутальноrо отсчета; М  (т  т т )MR / 2  смещение BЫ (6.24) 249 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ХОДНЫХ отсчетов относительно максимума отклика. Число отсчетов по дальности в выходном РЛИ равно числу отсчетов в стробе приема. Однако первые и последние N /2 выходных отсчетов являются некондиционными, поскольку они содержат бо ковые лепестки сжатых импульсов с наложенными на них остатками от сжатия по усеченной базе. Поэтому при сшивке нескольких парциальных зон эти участки должны удаляться. При обработке сиrнала корреляционным методом суммирование в формуле (6.24) ведут в прямом порядке (знак плюс у переменной k), нумерация выходных и входных отсчетов совпадает. Максимальное значение модуля выходноrо сиrнала при т==тl будет равно N,U max . Форма отклика по дальности будет иметь вид sin х/х с шириной, равной PR==c/2дF. Аналоrично, свертка N synt отсчетов по азимуту даст двумерный отклик от точечной цели Nsynt/21 . ( .А D / )  Sln 1lLli\. PR URX(m,n)== L....J URX(m,n+Z)xh(m,Z)== х 1=:Nsynt/2 trдR / PR Nsynt/21 . 21Z"( VieTp )2 (n + 1)2 ( Z ] Х L N,Umax(n+/)exp ] ( ) rect х 1=:Nsynt/2 R min + М R m А N Synt . 21Z" (J)e T p)2 z2 sin (лzVU PR) sin (п-м I Р х ) хехр } )  N,NsyntUmax .А D / .А V / (R min + М R m А 1lLli\. Р R 1lLlЛ Р х ( 6.25) rде Umах(п+!)  распределение амплитуды сиrнала по апертуре синтеза, обуслов ленное формой ДН антенны радиолокатора (форма отклика sinc соответствует Umax(п+l)==const); Рх == gPtx  RIA/2yntV.e == RIA/ 2L synt  известная формула ази.. мутальноrо разрешения синтезированной апертуры для прямолинейноrо движения. Приближенное равенство учитывает рассмотренные в rл. 5 особенности орбиталь Horo движения, при котором ширина BpeMeHHoro отклика Ptx == RIA/2yntV.e опре деляется эквивалентной линейной скоростью и временем синтеза, а разрешение вдоль линии пути зависит от скорости на поверхности Земли. Для получения одинаковоrо разрешения по азимуту длина синтезированной апертуры должна быть пропорциональна наклонной дальности, что обычно выпол няется в маршрутном режиме при полном использовании зоны, облучаемой азиму тальной ДНА. Преимущества алrоритма прямой свертки заключается в возможности непре рывной обработки Bcero маршрута (режим маршрутной съемки) с реализацией предельноrо разрешения, paBHoro половине rоризонтальноrо размера антенны. Выходное Р ЛИ в координатах наклонная дальностьазимут получается с paBHO мерным шаrом по азимуту без масштабных искажений. Общим недостатком алrо ритма прямой свертки является большое число комплексных операций умножения 250 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений 8 космических РСА сиrнала на опору и сложений. Для обработки N synt строк дальности суммарное чис ло операций составляет NopNr(NrNr+1).Nt, (6.26) rде Nr число отчетов в длительности импульса; N r  число отчетов в строке даль ности. Приведенная оценка является приближенной, так как она не учитывает разли чия между комплексным сложением (две операции с действительными числами) и комплексным умножением (четыре операции с действительными числами) и зави сит от архитектуры процессора. Следует отметить, что применительно к обработке ЛЧМсиrналов алrоритм прямой свертки имеет резервы для снижения требований к производительности вычислительных средств. Так, при синтезе РЛИ в РСА «МечКУ» КА «Алмазl» использовался алrоритм субапертурной обработки, в котором применена линейно ломаная аппроксимация закона изменения фазы [90*, 157*, 158*]. Это позволило часть операций умножения заменить сложениями и уменьшить требования к памя ти вычислительноrо комплекса ПС2000. Определенные перспективы имеет при менение алrоритма прямой свертки в процессорах бортовоrо и наземноrо синтеза р ЛИ с использованием специализированных интеrpальных микросхем. 6.4.2. Апrоритм быстрой свертки Один из самых производительных и наиболее распространенных алrоритмов  это алrоритм быстрой свертки, который реализует фильтрацию сиrнала в частотной области. Он использует известное свойство преобразования Фурье, что свертке сиrналов во временной области соответствует произведение спектров в частотной области. Или иначе, спектр свертки сиrналов равен произведению спектров каждо ro из сиrналов. Свертка сиrнала с опорной функцией (0  знак свертки) имеет вид й ои! (1) == и(1) (8) h(I). (6.27) Спектр выходноrо сиrнала Sout (/) == Su (/) х Sh (/) , ( 6.28) rде Sh (/)  спектр опорной функции (частотная характеристика фильтра обра ботки ). Выходной сиrнал после быстрой свертки формируется в виде последователь ности процедур U out (t) == FFTI [ Sout (/)] == FI [Su (/)Sh (/)], (6.29) rде FFTI  обратное преобразование Фурье. Преимущества быстрой свертки реализуются при использовании для дискрет Horo преобразования Фурье алrоритма быстроrо преобразования Фурье (БПФ). Структурная схема алrоритма быстрой свертки представлена на рис. 6.7. Он реализуется двумя одномерными процедурами  сжатием дальности и по азимуту. Базу БПФ по дальности иРРТ, как правило, выбирают равной ближайшему числу, кратному степени 2, превышающему число отсчетов по дальности в стробе приема 251 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования о (полоса съемки плюс длитель ность зондирующеrо импуль са). Алrоритм синтеза включает в себя получение спектра сиr Сжатие по дальности нала методом БПФ, умножение на спектр опорной функции и обратное преобразование Фу рье. При сжатии по азимуту ба.. зу БПФ PPT выбирают при мерно равной удвоенной длине синтезированной апертуры, за.. Сжатие по азимуту тем производятся умножение спектра сиrналов на частотную характеристику I фильтра и об ратное преобразование Фурье. Фильтр обычно задают фазовой характеристикой, сопряженной с сиrналом, при этом оrибаю щую выбирают из условия Ma лости боковых лепестков в выходном сиrнале (амплитудное взвешивание  апо дизация). Частотную характеристику фильтра (спектр опорной функции) для случаев низкоrо разрешения можно рассчитать аналитически либо получить путем пре образования Фурье опорной функции, вычисляемой по баллистическим данным  текущим координатам КА. Непрерывное Р ЛИ из кадровых получают путем «сшив.. ки» зон перекрыIияя соседних кадров. Преимуществами алrоритма быстрой свертки являются ero высокая про из во.. дительность, простота перестройки, получение выходноrо Р ЛИ без масштабных искажений при изменении наклонной дальности. Число требуемых операuий KOM плексноrо умножениясложения составляет примерно N op  2M rFFT log2 (MrFFT )х 2M xFFT log2 (MxFFT ) , ВХОДНОЙ сиrнал r ЛЧМопора rOБПФ хопора Выходное КРЛИ Рис. 6.7. Алrоритм быстрой свертки при отсутствии миrрации дальности ( 6.30) что в сравнении с формулой (6.26) меньше, чем требуемое для прямой свертки. Таким образом, алrоритм цифровоrо синтеза методом быстрой свертки пред ставляется набором процедур: 1) сжатие по дальности (спектр опоры Р HR ( т ) ) U R (т,п) == FFTl {FFT[ u( т,п) JP HR (т)}; тEO:MrFFTl; п==O:MxFFTl, (6.31) rде M rFFT , М хРРТ  размеры баз БПФ (кадра) по дальности и азимуту; U(т,п)  входная радиоrолоrрамма с числом отсчетов MrFFTxMxFFT, причем отсчеты по Ha клонной дальности за пределами строба приема обнулены; 2) сжатие по азимуту (синтез РЛИ): 252 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений 8 космических РСА (; RX ( т, п ) = PPT I {РРТ [ (; R ( т, п ) ] р нх ( т, п )} ; m Е о: M r  1; п Е О : Мх  1 , (6.32) rде А{  число отсчетов по дальности в выходном РЛИ, равное числу отсчетов сиr нала в стробе приема; Р нх ( т, п)  спектр опорной функции сжатия сиrнала по ази муту, закон частотной модуляции KOToporo зависит от номера отсчета по дальности. Число отсчетов выходноrо РЛИ составляет MrxМx, rде А1х  число отсчетов в кад.. ре выходноrо РЛИ по азимуту, обычно равное половине базы БПФ по азимуту. Mac штабы изображения определяются по формулам, приведенным в подразделе 5.6.7. 6.4.3. Апrоритм rармоническоrо (спектральноrо) анализа В ряде стуаций, например, в режиме Скансар, в том числе и при нефокусирован ном синтезе, требуемая длина синтезированной апертуры оказывается MHoro меньше области облучения ДНА, а разрешение по азимуту в несколько раз превы шает шаr азимутальных отсчетов. Применение для сжатия по азимуту алrоритма быстрой свертки оказывается неэффективным, так как число требуемых операций не уменьшается, а после синтеза Р ЛИ понадобится прореживание выходных отсче тов (децимация) для устранения избыточности. Простая свертка позволяет YMeHЬ шить число операций в число раз, равное шаrу прореживания, однако оно все paB но остается большим. Применение процедуры БПФ для синтеза апертуры позволяет существенно об леrчить требования к процессору. Простейшим случаем является нефокусированный синтез апеРТУРЬJ путем спектральноrо анализа, выполняемоrо с помощью БПФ. Oco бенности TaKoro режима состоят в том, что он кадровый, с длиной кадра La <.J R2 и соответственно с разрешающей способностью не лучше, чем Р Х > О, 7 .J R2 . Для фокусированноrо синтеза апертуры сиrнал предварительно rетеродини ру ют путем ero умножения на ЛЧМопору, сопряженную с ЛЧМсиrналом. В pe зультате от каждой цели, смещенной по доплеровской частоте, получают HeMOДY лированный (deramped) комплексный сиrнал с постоянной амплитудой, пропор циональной амплитуде цели с учетом формы ДНА по азимуту (а также  по уrлу места). Такой алrоритм называют 2армоническим анализом (в зарубежных источ никах используют один термин SPECAN  Spectrum Analysis для обоих вариантов алrоритмов нефокусированноrо и фокусированноrо синтезов Р ЛИ). В обоих алrо ритмах шаr формируемых отсчетов по азимуту пропорционален изменению допле ровской частоты, поэтому масштабы по азимуту имеют разное значение для KaHa лов дальностей в каждой из зон. Для получения равномасштабноrо Р ЛИ применя ют интерполяцию отсчетов, что требует дополнительных вычислительных pecyp сов В связи с этим требуемое число операций оказывается большим, чем N op /2, вычисленное по формуле (6.30). В ряде случаев, например, в РСА, предназначен ных для контроля надводной обстановки с бортовым синтезом Р ЛИ и автоматиче ским обнаружением целей, эта особенность может быть несущественной. В таких 253 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования РСА азимутальную координату обнаруженных объектов рассчитывают по номеру частотноrо канала на выходе БПФ. Метод rармоническоrо анализа эффективно используют для синтеза Р ЛИ в режимах Скансар и прожекторном при наличии миrpации дальности. Поскольку радиоrолоrpамма и ее спектр по азимуту являются ЛЧМпроцессами, для интерпо ляции применяют алrоритмы ЛЧМмасштабирования по азимуту (FSA), аналоrич ные масштабированию по дальности (CSA, ECS), которые используются для KOp рекции миrрации дальности [141 *,419]. Последовательность операций синтеза Р ЛИ в режиме Скансар включает сжа тие по дальности (6.31) и сжатие по азимуту методом rармоническоrо анализа (YM ножение на ЛЧМопору и хБПФ) U RX (т,n) ==FFT{U R (т,n)Нх (т,n)}; mEO:M r l; nЕО:М х l, (6.33) rде Й х ( т, п)  опорная функция по азимуту с законом частотной модуляции, за висящим от наклонной дальности. Эта зависимость не такая резкая, как в Map шрутном или прожекторном режимах с более высоким разрешением по азимуту. Поэтому возможно ее ступенчатое изменение по rpуппе отсчетов. Число отсчетов опорной функции А1х соответствует длине синтезированной апертуры в режиме Скансар, а база хБПФ  ближайшему большему числу 2 N . Как было отмечено выше, получение равномасштабноrо Р ЛИ требует интер поляции первичноrо Р ли. Для этоrо применяют процедуры интерполяции, в том числе включенные в состав алrоритмов синтеза рли с учетом миrpации дальности, которые рассмотрены в следующих разделах. 6.5. Процедуры масштабирования и интерполяции комплексных сиrнапов 6.5.1. Масштабирование путем свертки с ЛЧМ-опорой Потребность в операциях масштабирования и интерполяции временных и частот ных процессов возникает при синтезе Р ли, преобразовании Р ли в картоrpафиче ские проекции, интерферометрической обработке материалов радиолокационной съемки, а также при оценке характеристик выходных информационных продуктов. Широкое применение для синтеза Р ли с компенсацией миrpации дальности нашли упомянутые выше алrоритмы ЛЧМмасштабирования CSA и их расширенные Ba рианты ESC (Extended Chirp Scaling) и FSA (Frequency Scaling Algorithm). Учиты вая важность этих операций, рассмотрим их формульное обоснование. Следует OT метить, что эти алrоритмы носят приближенный характер, требуют оценки их ТОЧ ности И обобщения на комплексные сиrналы произвольной структуры. Применяе мый для масштабирования универсальный алrоритм Sampling Rate Conversion (SRC) [274], который, фактически, является приближенной интерполяцией по yc ловию Котельникова методом прямой свертки с шаблоном двумерной функции sinc(,) «с усеченными хвостами», является компромиссным между точностью и производительностью. 254 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений 8 космических РСА Сначала рассмотрим процедуру, которая является основой (и обобщением) алrоритма CSA. Адаптация алrоритма CSA к случаю сиrналов общеrо вида вклю" чает в себя следующие этапы [139*,141 *,433*]: 1) искусственное введение в сиrнал изначально отсутствующей ЛЧМ структуры путем свертки данноrо сиrнала с определенным ЛЧМсиrналом, имею щим крутизну ЛЧМ, определяемую заданным коэффициентом масштабирования а; 2) компенсация ЛЧМсоставляющей в результирующем сиrнале, принимаю щем вид линейной комбинации rармоник, частоты которых соответствуют величи нам сдвиrов отсчетов исходноrо сиrнала, помноженным на масштабирующий KO эффициент, т.е. фактически получаем Фурьеобраз желаеМО20 СU2нала  сиrнала с надлежащим образом измененным масштабом; 3) обратное преобразование Фурье. Первый этап является искусственным созданием ситуации, используемой в алrоритме CSA, второй и третий этапы являются аналоrом процедур rармониче cKoro анализа. Полную операцию свертки сиrнала X(i) == tJ N (i п) с ЛЧМсиrналом На (i) == == eXP(j ; ai 2 ) можно представить в виде y(i) ==x(i)@HAi) ==ех р { /;: ип)2 }==exp{j ; ап 2 }exp{j ; аР }ехр{ j  aпi}, (6.34) rде а  параметр крутизны ЛЧМ; i  независимая переменная (счетчик в массиве); (8)  значок свертки. Предполаrаем, что ЛЧМопора Ha(i) определена на бесконечной дискретной оси (хотя сам сиrнал определен на интервале N/2...N/21) и свертывание также производится по бесконечной оси. Первый сомножитель в формуле (6.34)  константа, второй  центрированная ЛЧМсоставляющая, зависящая только от параметра крутизны а, третий  линей ный набеr фазы от смещения п. После компенсации ЛЧМсоставляющей получаем, включая фазовый множительконстанту С(п) У\ и) == с( п )ех р {  j  aпi} . (6.35) Применяя к сиrналу формулы (6.35) обратное преобразование Фурье, получа ем ядро Дирихле с периодом N и базой N  функцию 8л{ ), являющуюся точным KO нечнодискретным аналоrом изображенной на рис. 6.8 8-функции для частноrо случая цеЛО20 сдвИ2а Z(i)==C(n)exp { j 27( aпi }  exp { j 27( (пk)i } == N N/2+1 N == exp{j 7(;2 }J N (i aп). (6.36) 255 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Для масштабируемоrо сиrнала произвольноrо вида, являющеrося линейной суммой таких l5-функций, наличие С(п) фактически будет означать появление на BЫ ходе паразитной ЛЧМ вида exp{j :а i 2 }, так что для полноrо масштабирования (не только оrибающей, но и фазы сиrнала) надо еще скомпенсировать эту ЛЧМ N/2+ 1 I I о I I п N/2 I I .... '. 1 Рис. 6.8. Дискретный аналоr дельта..Функции 8rv<iп) в массиве размером N имеет значение 1 в отсчете номер п (относительно середины массива) и значение О  в остальных Таким образом, параметр крутизны а, на который умножилась величина сдви ra произвольно взятой функции от центра массива, является масштабирующим множителем сиrнала общеrо вида, как линейной суперпозиции смещенных по п l5-функций. Структурная схема реализации этоrо алrоритма приведена на рис. 6.9. F S F Но! Но! ОИl Входной сиrнал БПФ ОБПФ ОБПФ а"масштабированный сиrнал H.(i) = exv{ j ': ;2}  компенсация ЛЧМ Н ( " ) { . 7са .2 } а ' = ехр  J /i'  ЛЧМ..опора H.(;)=exp{j .:й Р}  компенсация паразитной ЛЧМ Рис. 6.9. Структурная схема алrоритма ЛЧМ"масштабирования методом быстрой свертки с компенсацией паразитной ЛЧМ На рис. 6.10 дан пример масштабирования комплексноrо сиrнала в среде МАТЛАБ [433*]. Входной сиrнал представляет собой два импульса с единичной амплитудой: длинный  действительный (фаза равна нулю) и короткий  с фазой, равной минус 450. База моделирования N 512, коэффициент растяжения а==I,4. Для устранения паразитных эффектов, связанных с дискретизацией сиrнала, введена прямоуrольная весовая функция W(n) == rectpuls( n/O.8N), оrраничивающая крае.. вые эффекты. Приведенная процедура, является, по существу, моделью преобразо ваний сиrналов в РСА  формирования радиоrолоrpаммы и синтеза комплексноrо РЛИ. Чтобы подчеркнуть эту близость, продукт первой свертки обозначен как «Hol». Для сохранения фазы выходноrо масштабированноrо процесса ero YMHO 256 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА жают на корректирующую функцию Hcor. Сохранение амплитуды выходноrо про цесса достиrается умножением ero на корректирующий множитель, равный а, нормализация по энерrии (показано на рисунке)  на множитель, равный  . N==512; О/о База процесса n==(I:N)..N/2; О/о AprYMeHT сиrнала S==rectpuls(n/l00)+rectpuls«n..120)/30)*exp( ..j*pi/4); О/о Пример процесса а==I.4; % Коэффициент растяжения W==rectpuls(n/(O.8*N»; % Окно амплитудноrо взвешивания Ha==W.*expG*piIN*a*(n..I). Л2); % ЛЧМ..опора Hcor==exp(..j*pi/N/a*(n..l). Л2); % ЛЧМ"множитель коррекции фазы Acor==sqrt(a); % Множитель нормализации энерrии F  S==fft(S); О/о Спектр сиrнала F Ha==fft(Ha); О/о Спектр опоры F HOL ==F S. *F Ha; О/о Спектр «rолоrраммы» HOL==fftshift(ifft(F HOL». *conj(Ha); О/о Корректированная «rолоrрамма» Out ==fftshift(ifft(fftshift(HOL»). *Hcor* Acor; О/о Масштабированный процесс с коррекцией фазы а) u . . . . . . 1.0 ....ш..+.........f. n  ! [!]{j[: "' : : : :' : 0.5 ...........,...........,.. ......,.....'. ... ... .. ,.......... . . . . . I .. . I .. I . I I . . .. . I .. . О .... ......... : : .....:...... . -_. O,5 зоо 200 ; 100 ; ; О 100 б) u i 200 п 300 II ! ! !  : : : . . 1.0 ........ ........... . n ! H "' 0.5 ........... ............. . .. : ..... : ...!.. . 1.....ш.. . "1 . . . . . . . . . О .... ............. ".:.....:: .,. . . . . . . . . . ; ; 05 ':"300 200 IOO 200 .. . 0,5 .... -- . - - --  . . -. - - , . . .. r" - . . . . . .. .! . . . .. .. . , , - ! . . . .. , . . , .. j , , , . - , - ...  . I . . I . . . . . ... о ....   . .  · r:-тr:-r "' 0.5 -.. _... .... f...... - - .. -  ' .. - - . . .' . .  - - .... . - ..' LJ u  . ... , ... ,.  . . . . . .. .. 1,0 ; ; ; ; ; зоо 200 IOO О 100 200 п 300 i О 100 п 300 в) 2) Рис. 6.10. Пример масштабирования комплексноro сиrнала с использованием ЛЧМ"преобразований: а  текст МАТЛАБпроrpаммы; б  амплитуды входноrо (1) и выходноrо (2) сиrналов; в  действительные составляющие входноrо (1) и выходноrо (2) сиrналов; 2  мнимые составляющие входноrо (1) и выходноrо (2) сиrналов Рассмотренный пример относится к случаю, коrда частота дискретизации сиrнала выбрана с большим запасом к неоднозначности по частоте. В реальной си туации приходится иметь дело с массивом из конечноrо числа N элементов и, Ta ким образом, с ЛЧМопорой, определенной на интервале длины N (с распростра нением на всю ось по периодичности). На стадии компенсации ЛЧМ на первом этапе происходит вычитание из час тоты сиrнала частоты опоры, как показано на рис. 6.11 ,а. На рис. 6.11,а цифрой 1 обозначен rpафик изменения частоты ЛЧМопоры, цифрой 2  rрафик изменения частоты свертки ЛЧМопоры со «сдвинутой дельтафункцией» б.iп). rрафик 2 91492 257 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования имеет разрыв в точке N/2+п. rрафик 1 имеет зависимость fl (i) == пai, rрафик 2  зависимость 12 (i) == па (i  п) (с «зацикливанием» вдоль оси i по периодичности). На рис. 6.11,6 изображен rpафик разности этих частот. На интервале после ЛЧМкомпенсации [N/2, N/2+п] получаем rармонику частоты I1Ji==(п+N)a, а на ин тервале [N/2+п, N/2]  rармонику частоты дh==па. Налицо разрыв частоты в точке N/2+п величиной Na. В этом причина возникновения «паразитной неоднозначно сти» при попытке применить «в лоб» классический метод к задаче масштабирования в конечнодискретной ситуации. В рассмотренном на рис. 6.10 примере длитель ность сиrнала значительно меньше, чем размерность базы моделирования, и указан ная неоднозначность не появляется. Следует также отметить, что при масштаби рующем коэффициенте а == 1 величина разрыва частоты равна N, а в силу дискретно сти сиrнала и связанноrо с ней зацикливания частоты с периодичностью N, можно считать, что разрыв частоты равен О, и паразитная неоднозначность отсутствует. .f fJ' N/2+1 ............ .......b............... ........ ..... N/2 о .п I N/2 .... ": 1 1112 ...... ............. :...... а) б) Рис. 6.11. rрафики зависимости и разности частот: а  зависимость частоты ЛЧМопоры (1) и «cBepHYTorO» с ней сиrнала (2) от номера частотноrо канала i; б  разность частот на двух участках 6.5.2. Расширение массива данных заполнением нулями Во избежание появления описанной паразитной неоднозначности можно приме нить процедуру расширения (<<раздвижки») массива данных с заполнением нулями дополнительных отсчетов (zero padding). Фактически, сиrнал записывается на расширенной базе, размер которой выбирается из следующих соображений: . база должна быть целой степенью двух (2т) для возможности "рименения ал rоритма БПФ (ОБПФ); . положение разрыва частоты, возникающеrо в процессе масштабирования, должно быть за пределами информационной части массива (попадать на дo полнительные отсчеты). Пример применения этоrо метода приведен на рис. 6.12, rде рассматривается масштабирование широкополосноrо комплексноrо сиrнала, состоящеrо из трех KO ротких импульсов В начале, в середине и в конце массива входных данных. Дли 258 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА тельность импульсов равна двум отсчетам (для выполнения условия Котельнико ва), фаза импульсов произвольная (110, О, 155°). II 11 . . . . . . . . . . . . I ,.,..,..,.,,.."'.'4.. ""."."'j"..."'.' . . . . о' . 11 . . . . . . . . . I ,..,.......;...........;.,..,.,.".;. .".,.,. и   1 I ,.. . . . . . . . .  . . .. . . . . '3.' .......'...!. .....,.. . . о' . и . . 1 ....,"',.,.."..,.,... '.'.....'.. ,'...." : 1 п 1 и . . .  ::::::: J.....-зI....'i..L ::::: 11 u : : : . , . I ".,ш,.,..,ш,../ о' п . . . . . . п I ,.,.,.,_..,..,.,.,.,.,,.,',.,.,.,;, .....ш . . . . . . о 2 200 О 200 б) 200 О 200 ll) S I I I .1. 01. .. I "  1 1 ,......,...;.... ' " I . ,jl, s 7 ................................ ..... о S 1 ,.,Ш,.,Л о S 1 ,.,.,... . . . . . . : 6 : : i,, ...........:.,.,., . о о о S I ,...,.,........ u 11 о . . . I . .......................... r...................... i....................... .......................:'.................... ..1"'...................   4   11 . . . . . . . . . . ,  I ..,.,. ,., .,,."..... .,,. ,. ,.,.,.,;,...,.,...,; ,.,.,. ,.,;,.,.,.,. ,. и : : : : : I .......,.,.;...".",.,;,......, .: "",.,.,;.",.. ...i.......". : : 3 о . . ' . . u : : : : : 1 ...,.,',..,;.,.,.,.,.,':ш...,'2" """""'!""."'."(.'...'" . . 11 о 11 .. . I I I I  . . . t . I ,.,.,...........,...,'......,-,.,,.,.,.,"". ,.,.,.,.,,.,.,.,.,. . . . . .. . . . . . I . . . . 2 600 400 600 --400 200 о в) 5 1 . 7 1 ,..' ..... ,.;.., '.., '. ,.;. '.' '.......:....'. ..... :..... ..... .. .. .,. .,,: ,,.,I.:..,. :Jшu. ...., о . . . . .  ш. ,. !ш .....шl...........:. ...... .. 1..... .iJ4 .. i О S . . 1 ...,..................,. о OO 200 о д) 200 400 600 --400  200 о е) 200 400 600 200 400 400 200 о 2) Рис. 6.12. Примеры расширения массива данных методом «раздвижки» с заполнением нулями для исключения неоднозначности сиrнала: а-----в  амплитуды (1 и 3) и действительные составляющие (2 и 4) входноrо сиrнала (1 и 2) и масштабирован Horo сиrнала (3 и 4); 2  спектры сиrналов  входноrо (5), выходноrо сиrнала (7) и прямоуrольной опор ной функцией с единичной амплитудой (6); а, 2  коэффициент расширения 0== 1; б, 6, д, е  коэффициент расширения 0==1,4; а, б, 2, д  размер массива входных данных N==512; д, е  преобразованный размер Mac сива входных данных N== 1024 Для случая, коrда масштабирование отсутствует (при CF I), выходной сиrнал повторяет входной сиrнал как по амплитудам (] и 3 на рис. 6.12,а), так и по KOM плексным составляющим (по казаны только действительные составляющие  2 на рис. 6.12,6 и 4 на рис. 6.12,а). Амплитудные спектры входноrо и выходноrо сиrна лов (5 и 7 на рис. 6.12,2) также одинаковы (сумма откликов sin х/х). Колебания aM плитудноrо спектра определяются расстановкой импульсов в сиrнале. Спектр опорной функции  френелевский (6 на рис. 6.12,2), практически равномерный с небольшими колебаниями на rраницах. При коэффициенте растяжения (р l,4 (рис. 6.12,6 и д) форма выходноrо сиr нала искажается. У rpаниц спектров опорной функции и выходноrо сиrнала появ ляются биения со «свернутыми» компонентами (отмечены стрелками). Полезная (неискаженная) область paBHoMepHoro спектра опорной функции сокращается до 70 % от первоначальной. 259 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Эффекты неоднозначности исчезают при увеличении размера массива данных в два раза N == 1024 при сохранении формы входноrо сиrнала (рис. 6.12, в и д). Для масштабирования сиrнала применяют опорную функцию с крутизной ЛЧМ, обратно пропорциональной расширению массива данных. При выполнении процедур Mac штабирования равномерная область спектра опорной функции расширяется, влияние на нее и на спектр выходноrо сиrнала компонент из «свернутой» области резко уменьшается и процесс масштабирования сиrнала оказывается корректным. Следует отметить ряд моментов. Если входным сиrналом является временной процесс, дискретизированный тактовой частотой АЦП, то при расширении массива данных с заполнением нулями ширина частотноrо спектра не изменяется  просто он отображается с более мелким шаrом по частоте. Если исходный сиrнал уже имеет ЛЧМмодуляцию (например, сиrнал, отраженный от точечной цели при ЛЧМ зондирующем сиrнале или фраrмент азимутальной радиоrолоrраммы), то возможно масштабирование результатов сжатия таких сиrналов (по дальности или азимуту) путем rетеродинирования данноrо процесса с ЛЧМ опорной функцией с соответствующей крутизной ЛЧМ. В этом и состоит принцип алrоритмов CSA и FSA, используемых при синтезе Р ли. Применение масштабирования по азимуту для выравнивания шаrа выходных отсчетов по азимуту при изменении наклонной дальности цели устраняет основной дефект высокопроизводительноrо алrоритма rармоническоrо анализа, делая ero предпочтительным для синтеза РЛИ в режиме Скансар и прожекторном режиме. Операции расширения массива входных данных позволяют, в частности, устранить проблемы азимутальной неоднозначности в прожекторном режиме, в котором диа пазон изменений доплеровской частоты значительно превышает частоту повторе ния зондирующих сиrналов. 6.5.3. Интерполяция комплеКСНblХ процессов методом «раздвижки спектра» В ряде ситуаций возникает необходимость интерполяции сиrналов с имеющейся частотой дискретизации на более высокую частоту, например, при измерении ЭПР точечных объектов, анализе формы импульсноrо отклика РСА по Р ЛИ, полученноrо с дискретностью, достаточной для передачи информации, но требующей преобразо вания для приближения к rладким непрерывным функциям. Эти задачи леrко реша ются методом «раздвижки спектра», схема KOToporo приведена на рис. 6.13. По Mac сиву M 1N размерностью N с входными данными формируется с помощью операции БПФ спектр M 2N также с размерностью N. Далее создают расширенный массив М ЗNе размерностью N e ==2 k N, заполненный нулями. В Hero переносят начальный и конеч ный фраrменты спектра M 2N и далее выполняют операцию ОБПФ на базе N e ==2 k N. Массив ВХОДНЫХ данных М IN I I  . БПФ . Массив спектра MZ N  Массив раздвинутOI'О сп ектра М ЗNс {) О [J Массив интерполированных ВЫХОДНЫХ данных I I M4c  . о БПФ . . Рис. 6.13. Структурная схема алrоритма интерполяции данных методом «раздвижки спектра» 260 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА Корректное выполнение операций БПФ и ОБПФ с сохранением равенства сум.. марных энерrий сиrнала во временной и спектральной областях соrласно равенству Парсеваля требует, чтобы при выполнении БПФ значения спектра были разделены на нормирующий множитель .JN , а при ОБПФ  умножены на .JN (или .J N e для расширенной базы). В стандартных проrpаммных пакетах (например, МАТЛАБ) нормирующий множитель может отсутствовать для ускорения работы процедур fft и ifft, хотя совместная работа процедур сохраняет суммарную энерrию сиrнала. В [141 *] изложен корректный алrоритм прецизионноrо линейноrо масштаби рования, основанный на сочетании операций раздвижки массивов данных во Bpe мен ной и спектральной областях. Использованный подход является адаптацией к случаю конечнодискретноrо сиrнала известноrо в математике факта (извлечение из так называемоrо «исчисления Вейля» [230]), соrласно которому оператор изме нения масштаба прямой (S:f(x) ........» f(ax)) может быть представлен в виде компози ции операторов, применяемой к обобщенным функциям f(x) на прямой и вклю чающих БПФ, ОБПФ, умножение на ЛЧМфункции. В практических задачах синтеза РЛИ дЛЯ космических РСА требуемые значе ния параметра масштабирования сиrналов отличаются от единицы на сотые доли, что облеrчает проблему устранения неоднозначности и позволяет получить BЫCO кую производительность процессора, в том числе для практически важноrо случая двумерноrо масштабирования комплексноrо Р ЛИ с одновременной компенсацией аффинных искажений, вызванных скосом ДНА. 6.6. Алrоритмы синтеза РЛИ в маршрутном режиме с учетом миrрации дальности Получение близкоrо к метровому разрешения по азимуту в космических РСА свя зано с проблемой устранения миrрации дальности при синтезе РЛИ. Как показано в разделе 6.4, эта проблема актуальна и в маршрутном режиме, но особенно в про жекторном режиме обзора, в котором применительно к космическим РСА кроме миrpации дальности требуется еще и устранение неоднозначности сиrналов по дo плеровской частоте. Синтезу РЛИ с учетом миrрации дальности посвящено MHoro публикаций [270, 274,419,421,451,504, 567]. В [274] дано систематизированное их изложение. Oc воению представленноrо в ней материала значительно способствовало появление в Интернете демонстрационноrо проrpаммноrо пакета SAP  TOOL в среде МА TLAB. Более поздняя публикация [567] снабжена Вебприложением с МА ТLАВпроrрам мами. Аналоrичный подход использован в лабораторном практикуме по РСА [155*], rде даны тексты МА ТLАВпроrрамм (от RСфильтрации до синтеза изображений РСА «МечКУ»), иллюстрирующие алrоритмы, приведенные в [160*]. Детальный маршрутный режим можно рассматривать как частный случай прожекторноrо режима. В принципе, наиболее строrим из алrоритмов синтеза яв ляется, так называемый, алrоритм «обратной проекции» (Backprojection). Ero суть состоит в том, что в каждой точке комплексноrо Р ЛИ в координатах наклонная 261 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования дальностьазимут накапливается сиrнал от соответствующих точек радиоrоло rpaMMbI с учетом комплексных коэффициентов передачи. Однако этот алrоритм крайне неэффективен. Поиск эффективных алrоритмов при двумерной обработке данных состоит в использовании преимуществ быстроrо преобразования Фурье в процедурах двумерной обработки данных  быстрой свертки с использованием БПФ. ДЛЯ этоrо на предварительных этапах обработки устраняют миrрацию даль ности и зависимость азимутальной ЛЧМ от дальности. На практике используют следующие основные GJl20РИmм.ы формирования Р ЛИ: 1) преобразование данных к полярным координатам (PFA  Polar Format Algorithm); 2) коррекция миrрации дальности (RMA  Range Migration Algorithm); 3) ЛЧМмасшта6ирование (CSA  Chirp Scaling Algorithm). Параметрами для сравнения эффективности алrоритмов формирования Р ЛИ являются: 1) число арифметических операций для формирования Р ЛИ; 2) требования по памяти; 3) возможность реализации алrоритмов обработки данных (например, цифро вой фильтрации и БПФ) и требования к типу вычислительных средств; 4) качество получаемоrо РЛИ; 5) совместимость с дополнительными проrраммами формирования РЛИ (Ha пример, автофокусировкой). Особенностью ряда публикаций является то, что в них основное внимание уделяют самолетным РСА, дЛЯ которых характерен большой диапазон уrЛОJ;J ази мута наблюдения и большое различие фокусов rолоrpаммы в пределах кадра. Для космических РСА, напротив, отношение полосы съемки (парциальноrо луча для режима Скансар) к дальности центра кадра мало « 2...3 %), что надо учитывать при выборе алrоритма синтеза Р ЛИ. В алrоритме преобразования данных к полярным координатам (PF А) OCHOB ной операцией является преобразование данных из ортоrональноrо формата  Ha клонная дальность R и время Т в полярный формат  приращение наклонной даль ности и доплеровская частота (пропорциональная уrлу отклонения линии визиро вания от нормали к вектору путевой скорости платформы). Эта операция значи тельно уменьшает зависимость закона азимутальной ЛЧМ от наклонной дальности, особенно для самолетных РСА с прямолинейной траекторией полета. Особенность ал20рит.ма синтеза РЛИ с коррекцией МИ2рации дальности (RМA) состоит в том, что коррекция МИ2рации дальности производится в час тотной области после одномерНО20 БПФ по азимуту. Это возможно потому, что законы миrрации дальности для целей, смещенных по азимуту одинаковы. Kop рекция выполняется путем двумерной фазовой компенсации сиrнала после азиму тальноrо БПФ дЛЯ целей, находящихся на средней дальности кадра. Для остальных дальностей коррекция оказывается частичной. Следующий шаr  это, так называемое, преобразование Столта, которое од.. новременно компенсирует криволинейную составляющую миrpации дальности пу тем «скручивания» принятых данных. Операция «скручивания», представляет co 262 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА бой зависимое от азимутальной частоты растяrивание масштаба сиrнала по даль ности. Она р еализует ся путем одномерноrо преобразования к новой координате К у Ку ==  K Kl , (6.37) rде K R , Kx частотные составляющие спектров по дальности и азимуту. Преобразование Столта реализуется с помощью цифровых интерполяционных фильтров, аналоrичных используемым для преобразования данных в полярный формат. Последняя операция  это двумерное ОБПФ, в результате KOToporo фор мируется комплексное Р ли. Упрощенная версия алrоритма обработки с коррекцией миrpации дальности по лучила название ЛЧМмасштабирования (CSA). В ней применяется аппроксимация преобразования Столта, не требующая интерполяции. Основные операции  БПФ и комплексное умножение обеспечивают высокую эффективность этоrо алrоритма, а при синтезе Р ли космических РСА он, как правило, не уступаer по точности алrорит му коррекции миrрации дальности RМA. В крайнем случае, для уменьшения поrpеш ности возможен синтез рли с разделением полосы съемки на фраrменты. Следует учесть, что в наземном процессоре синтеза изображений в РСА Ter raSARX [264] для всех режимов съемки реализован унифицированный алrоритм, включающий на первом этапе процедуры CSA. Упрощенная структурная схема ал rоритма ЛЧМмасштабирования приведена на рис. 6.14. Работу алrоритма иллюст рируетрис.6.15. Входной сиrнал представляет собой двумерную rолоrpамму. Первой операци ей алrоритма является преобразование Фурье (БПФ) по азимуту, в результате KO Toporo спектры целей, смещенных по азимуту и различающиеся только фазой, COB падают и накладываются друr на друrа так, что к ним можно применить общую операцию коррекции миrрации дальности. Закон миrpации на практике достаточно близок к параболе, причем при представлении сиrнала во временной области кри визна параболы уменьшается с наклонной дальностью, а в частотной области  возрастает (см. рис, 6.15). Для наrлядности передние фронты принятых импульсов подчеркнуты. Кривизна миrpации дальности в частотных каналах возрастает с Ha клонной дальностью. {l} 2D ronorpaMMa {2} {б} {З} Оператор CSA ЛЧJv/(п) {7} Опора Рх(п. т) {4} {8} {5} Опора Fr(m, п) Комплексное Р ЛИ Рис. 6.14. Структурная схема алrоритма ЛЧМмасштабирования CSA 263 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Дальность, отсчеты 45О )}))  « .') Дальность.. отсчеты 500 450 ! 400 ! 500,' ",.  ,. ",', , ','.,> f """ .,>  . ,. ..'i",,':"'  .:', '. ,,'<""' ''' '.,'' ." ....."  :.\ /С. '. С ,," ..,' ,.... ." 400 250 ,'. Q(t 350 300 250 ::r".:> I 200 150 , . ::. 100 50 i i О 150 100 О 100 150 б) 350 300 200 150 )11)) « uj))1) ( , 100 50 О 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 а) Рис. 6.15. Вид входной радиоrолоrpаммы для 4x целей на разных дальностях и смещенные по азимуту (а) и центрированные спектры доплеровских частот радиоrолоrраммы (6) Следующая операция  умножение отсчетов в каждом спектральном канале (строке по дальности) на оператор ЛЧМмасштабирования (СSАоператор), который представляет собой ЛЧМпроцесс с нулями в центре кадра по дальности и с разной крутизной. В центральной строке дальности для п==О, крутизна ЛЧМ равна нулю. С увеличением номера п по модулю крутизна корректирующей ЛЧМ возрастает. В pe зультате действия СSАоператора нули ЛЧМ принятых сиrналов от целей, удален ных от центра кадра, будут смещаться в направлении стрелок на рис. 6.15,6 с тем, чтобы закон миrрации дальности по азимуту был одинаков на всех дальностях, как для цели в центре кадра. Заметим, что такая процедура коррекции миrpации дально сти возможна только при использовании в РСА зондирующеrо сиrнала с ЛЧМ. Дальнейшие процедуры включают в себя умножение отсчетов (спектральных составляющих) в каждом частотном канале на ЛЧМопору и процедуру ОБПФ дЛЯ сжатия сиrнала по дальности. Далее следует умножение отсчетов азимутальноrо спектра в каждом канале дальности на опорную функцию по азимуту и ОБПФ дЛЯ получения комплексноrо РЛИ. Эти процессы иллюстрирует рис. 6.16. Опорная функция Fr(т, п) сжатия сиrнала по дальности имеет некоторые oco бенности. В нулевом доплеровском канале, rде миrрация дальности отсутствует, она в точности совпадает с комплексно сопряженным спектром зондирующеrо сиrнала. По мере увеличения номера частотноrо канала п по модулю в опорную функцию вносится частотный сдвиr, который обеспечивает изменение BpeMeHHoro положения сжатоrо импульса на величину миrрации дальности в данном частот но м канале для цели в центре кадра (а также всех друrих целей). 264 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений .В космических РСА Частоты дальности:  150...150 мrц 500 Дальность, отсчеты 450 450 350 400 350 400 250 300 250 300 200 200 150 150 100 50 100 50 50 ] 50 250 350 450 Доплеровские частоты:  1 00...1 00 {Ц а) 180 220 260 ЗОО 340 Азимут. отсчеты 6) в) Рис. 6.16. Результат сжатия по дальности с коррекцией миrрации (а), результат синтеза РЛИ (6), вид отклика на точечную цель (в) Вторая особенность опорной функции F,.(m, п) состоит в том, что она должна компенсировать расфокусировку сжимаемоrо сиrнала по дальности, вызванную ЛЧМмножителем в СSАоператоре. В подробной структурной схеме процессора синтеза Р ЛИ, которая рассмотрена в разделе 6.7, опорная функция по дальности представлена тремя процедурами умножения: сжатие по дальности, вторичное сжатие по дальности для компенсации ЛЧМ в СSАоператоре и корректировка oc новной миrрации дальности для центра кадра. В ряде случаев, например, в режиме BbIcoKoro разрешения РСА Radarsat 1 (режим Fine, разрешение 3 м) процедура вторичноrо сжатия может не требоваться [447]. Опорные функции в алrоритме синтеза с ЛЧМмасштабированием рассчиты вают на основе баллистических данных с преобразованием из временной области к частотной по азимуту. Для прямолинейноrо движения платформы, типичноrо для самолетных РСА, такие расчеты приведены в работах [231 *, 274], причем в [274] использован приближенный метод стационарной фазы [30]. Применительно к KOC мическим РСА можно воспользоваться рассмотренной в rл. 5 аппроксимацией op битальноrо движения моделью прямолинейноrо движения с эквивалентной линей ной скоростью V 1e . При расчетах параметров компенсации миrрации дальности по rpешность не должна превышать (1/16.. .1/8) от элемента разрешения по дальности, что значительно мяrче требований по точности вычисления фазы опорной функции синтеза РЛИ BbIcoKoro разрешения. Поэтому можно воспользоваться первыми чле нами разложения BpeMeHHoro закона изменения дальности в степенной ряд, пред ставляя ero параболой. В отличие от самолетноrо случая (постоянство путевой 265 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования скорости по дальности)  в космических РСА значения Vie меняются по дальности примерно по линейному закону. Обозначим используемые в расчетах параметры соответствующими индекса ми, например: Viel для первоrо пикселя РЛИ, Vieo  для центра кадра, Vie2  для по следнеrо пикселя. Аналоrичным образом будем обозначать наклонные дальности R 1 , Ro, R 2 , доплеровские частоты F Oop1 , Р ОорО , Р Оор2 И друrие параметры опорных функций. Для определенности примем, что нулевой отсчет по азимуту п==О COOT ветствует целям с нулевой доплеровской частотой на всем интервале наклонных дальностей от Rl дО R 2 . Это означает, что при круrовой орбите КА плоскость визи рования проходит вдоль радиусвектора КА и нормальна к вектору путевой CKOpO сти. Оси координат плановоrо рли на земной поверхности будут перпендикуляр" ны. В общем случае эллиптической орбиты КА, влияние которой можно учесть со.. ставляющей вертикальной скорости, соrласно формулам (5.97), (5.98), плоскость визирования наклоняется относительно надира, так что оси первичноrо рли OKa зываются неперпендикулярными и это требует коррекции при построении плано Boro Р ли. Связь текущих параметров с номерами азимутальных отсчетов п опре деляется нижеследующими формулами. Для центра кадра имеем 2 2 VieoTp 2 Ro(п)Ro+ п , 2Ro 2 2 VieoTp FDopO(п)  п , ROA rде п==О при Foopo(O)==O соответствует цели, удаленной от РСА на дальность Ro (ми нимальная «ближайшая» наклонная дальность цели при движении РСА). ДЛЯ начальной и конечной дальностей имеем аналоrичные формулы. После БПФ процесс преобразуется в частотную область с шаrом по доплеров ской частоте, равным Fp/MxFFT, rде -UFFT  база БПФ по азимуту. Для центра кадра имеем зависимость приращения дальности от номера час TOTHoro канала ROA2 2 Mo(пp) 2 2 2 пр; 8Vieo T p M xFFT Для начала и конца полосы съемки имеем разницу по отношению к центру кадра А2 { Rl Ro } 2. дRl(пр) 2 2 2 пр, 8Т р M xFFT Viel Vieo А 2 { R2 RO } 2 дR2(пр) 2 2  пр. 8Т р M xFFT Vie2 Vieo у странение отличий законов миrрации дальности от центра кадра достиrается умножением строки дальности в каждом частотном канале на ЛЧМмножитель. Этот процесс по казан на рис. 6.17. В исходной картине, рассматриваемой в частот.. (6.38) ( 6.39) м м xFFT < п < xFFT 2 р 2 ( 6.40) (6.41 ) 266 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений 8 космических РСА ной области, кривизна закона миrрации дальности на rранице кадра больше, чем в центре кадра (рис. 6.17, а). Выравнивание законов показано на рис. 6.17, б условно (скорректирована миrрация дальности в центре кадра, что на практике реализуется на следующем шаrе после СSАоператора). Коррекцию разницы миrраций осуще ствляют путем rетеродинирования сиrнала на частоту, смещающую нуль ЛЧМ сиrнала в нужное положение, в котором окажется сжатый по дальности импульс. Оrибающая при этом не смещается. Значение частоты rетеродинирования пере менно по дальности с нулем для центра кадра и для линейноrо закона изменения миrрации дальности по строке имеет вид ЛЧМпроцесса. "р пр '11тUI {'! j(lf'JH11W liI  1. V 1 HI\ill"l . ,trlr' t t. . · 1 tщU1 ... tiапJн V .IШl .. " :Ыl1,i:{1j '1 ,{}N:ll$ -'l11'р' I  !f!flll'l' I tНiU 1. ',' J пtl1n'  JLШII;t.' \ I""\ [Щ'.ltI ЩIJ':;', /'! [:.'lтbL.. Чf.М)tн.J \ аt\lrй' . J1"iHj'.' '. .iIIOl. 1 2 U.1UтH; '1 {\ {. r:HJf!'I '" I Ни/' IJ I  Ишitti. А.' tlP ff .': }\. " .HH t J. 1ft. Й'Н.; V i I t II,h,' .lfIIИ" 1  !H' . JJJht1VJjl'!1.' ('\ ":\"/1 . ,Йlj,j ., . .cНjlllJ....' ,J.ja f . "IHi 1 2 Hli'tt;'; 1 [INi';!:' '.f;Ш"\"1 i \ '; ;H,'J'!\' l  tl  I1H r \ .', (" r ' I ............... !. " .,!! р I !:'3' J :, ;,сl Н J .. j ,""1 Jf.V I\Щ' (\ t, P1!'1tYt RМftш J }} I} ',') ,';,tll)1 tt !t!tP  "'" \ tчrl1 i' Ir.Ht # ,нН i  fpt' ...... r НИttfJ. llнJB t.  ы,) . "JII'i t :! t,Н"Ьш ..Дт;' ' \' '!,It" '1 \}j't,,,t fij'ilJijl. ..,tllin\ . .,JlШ1  ,tJI!'ljt1 JII',f. ,..\ " f,Чf'lt J.ailH  ';. .lIljl{1 11" J \ .) i !itШnll . t R t R а) б) Рис. 6.17. Коррекция частотной зависимости миrрации дальности для центра кадра и дальней rраницы полосы съемки: а  исходная картина для центра кадра (1) и для дальней rраницы (2); б  устранение разницы миrрации на rранице (2) по отношению к центру кадра (1); изменяется положение нулевой частоты сиrнала, а в оrибаю щей сиrнала миrрация остается Параметры rетеродинирующеrо ЛЧМпроцесса находят с учетом следующих соображений. Производная наклонной дальности по частоте ЛЧМпроuесса зонди рующеrо сиrнала выражается через длительность импульса т- и полосу зондирую щеrо сиrнала 11F: dRr СТ dF 211F ' (6.42) БFс 2 (R2  R 1 ) . Аналоrичным образом по формулам (6.42), (6.43) рассчитывают rетеродини рующую частоту для коррекции миrpации дальности в каждом частотном канале. Поскольку законы миrpации выровнены, rетеродинирующая частота постоянна для откуда корректирующая частота равна F == 2f1FБR r со." ст- а крутизна ЛЧМ дЛЯ Fcor, в предположении, что центр кадра равноудален от rpa ниц, равна dFcor dt (6.43 ) ( 6.44 ) 267 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования каждой строки дальности. В результате получаем опорную функцию сжатия сиrна ла по дальности в каждом частотном канале, которая является произведением трех составляющих: основной, комплексно сопряженной с ЛЧМ зондирующим сиrна лом (и с учетом поправки на доплеровский эффект на краях азимутальной ДНА), ЛЧМrетеродинирования для выравнивания законов миrрации по полю кадра и частоты, корректирующей основную миrpацию дальности для центра кадра. Заметим, что на спектр отраженноrо ЛЧМсиrнала после преобразования радио rолоrpаммы из временной в частотную область влияет доплеровское смещение часто ты  ero крутизна ЛЧМ уменьшается в соответствии с формулой [231 *, 274, 419] l ( AFDop ) dFr(FDop,Ro) т 2А 2Vie == +R (6.45) dt др о с 2 (1( A;p ТТ 2 Однако это явление, характеризуемое вторым членом в формуле (6.45), в oc иовном, сказывается при больших уrловых интервалах радиоrолоrpаммы по ази муту, что нетипично для космических РСА. При выборе амплитудноrо распределения опорной функции сжатия по даль ности следует руководствоваться известными соображениями по снижению уровня боковых лепестков (аподизация функциями косинус на пьедестале, Хемминrа, Кайзера и др. [2, 168, 229]), а также необходимостью оrpаничить ширину спектра обработки на краях импульсов, rде нет полноrо перекрытия этих импульсов по всем азимутальным каналам. Поскольку различия законов миrpации по полю кадра невелики, потерями в разрешающей способности и потенциале РСА при примене нии алrоритма CSA можно пренебречь. Суммарное воздействие составляющих коррекции миrpации дальности может привести к тому, что в каждом канале дальности после сжатия появятся поrрешно сти по фазе, которые подлежат компенсации перед сжатием по азимуту. Заключи тельная операция синтеза Р ЛИ  сжатие по азимуту не отличается от случая без миrрации дальности, рассмотреииоrо выше. 6.7. Особенности принимаемых сиrнапов в прожекторном режиме съемки При работе в прожекторном режиме съемка ведется кадрами, при этом луч аи тенны все время поворачивают по азимуту в направлении снимаемоrо района. Длительность кадра съемки определяется временем наблюдения, которое можно полностью использовать для синтеза апертуры (KorepeHTHoro накопления) и реали зовать наилучшее разрешение по азимуту при одном наблюдении либо разделить на несколько субапертур, реализовывать в них синтез Р ЛИ (с пониженным разре шением), но выполнить HeKorepeHTHoe накопление нескольких независимых Ha блюдений для улучшения радиометрическоrо разрешения. 268 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА Возможны несколько вариантов реализации прожекторноrо режима: 1) cTporo боковой обзор, при котором нуль доплеровской частоты находится в середине апертуры синтеза; 2) скошенный прожекторный обзор с малым уrлом скоса в апертурах, coceд них с центральной апертурой (при нечетном числе апертур, а при четном  относи тельно середины интервала наблюдения); 3) скошенный прожекторный обзор с малыми или большими уrлами скоса при съемке объектов на разной дальности с упреждением или задержкой; 4) прожекторный обзор «с протяжкой», коrда в начале съемки луч антенны направляют с упреждением на 1/2 ширины ДНА относительно центра снимаемоrо участка. Уrловую скорость поворота луча выбирают такой, чтобы в конце съемки максимум луча отставал от центра кадра на 1/2 ширины ДНА. Таким методом можно расширить азимутальный размер кадра в 1,5...2 раза по отношению к ши рине зоны облучения по азимуту. По сравнению с рассмотренным ранее маршрутным режимом при наличии миrpации дальности прожекторный режим имеет ряд особенностей: . большой диапазон изменений доплеровской частоты в апертуре синтеза; . значительное увеличение миrpации дальности; . шаr отсчетов принимаемоrо сиrнала по азимуту, определяемый периодом по вторения, значительно больше, чем реализуемое азимутальное разрешение. Для правильноrо воспроизведения получаемоrо РЛИ необходима интерполя ция периода повторения в число раз, равное отношению длинь] апертуры к ширине зоны, облучаемой азимутальной ДНА. rлавное отличие прожектОРНО20 режима в космических РСА от маршрутно ro режима состоит в том, что диапазон изменения доплеровской частоты целей за время синтеза в несколько раз превышает ширину спектра доплеровских частот и частоту повторения зондирующих сиrналов. В результате стробэффекта допле ровская частота принимаемоrо сиrнала не превышает по модулю 1/2 от частоты повторения. Поскольку луч антенны подсвечивает один и тот же участок MeCTHO сти по азимуту, это явление не приводит к неоднозначности сиrналов, но требует восстановления истинноrо значения доплеровской частоты для синтеза РЛИ. В литературе отмечается близость явлений, касающихся миrрации дальности и алrоритмов ее коррекции для всех основных режимов работы РСА. Отмечается близость прожекторноrо режима и режима Скансар в алrоритмах азимутальной обработки радиоrолоrраммы [357, 409, 410, 420, 486]. Процессы формирования pa диоrолоrраммы в прожекторном режиме рассматриваются на рис. 6.18. PaCCMOTpe ны временные зависимости частоты сиrналов от трех целей А, В и С, попадающих в зону облучения антенной радиолокатора по азимуту. Приведены временные rpa фики доплеровскоrо смещения частоты сиrналов F A , F B и Fc за время наблюдения T synt , которое определяет апертуру синтеза. Для сравнения на рис. 6.18, б приведены временные зависимости частоты сиrналов в режиме Скансар. Ширина спектра доплеровских частот, принимаемоrо антенной радиолокатора в режиме Скансар, определяется путевой скоростью и ro 269 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ризонтальным размером антенны Mant == 2g/ Dxant . В прожекторном режиме эта величина соответствует «MrHoBeHHoMY» спектру принимаемоrо сиrнала На рис. 6.18, а показан результат дискретизации полноrо диапазона доплеров ских частот дF'synt сиrнала частотой повторения зондирующих сиrналов. Действие стробэффекта приводит к тому, что принимаемые частоты сиrналов F rA , F rB и FrC оrpаничены значениями от минус Fpl2 до Fpl2. Это явление вызывает азимутальную неоднозначность. Для ее устранения записанную радиоrолоrpамму (апертуру синте за) разделяют на N субапертур для частичной обработки в однозначной области, по сле чеrо формируют суммарную апертуру для сжатия по азимуту.  иb  , FOop J ......., ,.... ..... ................ ..........,................. ................................................ ...... ............. .  F A Fc F Dop i .... · .... : F. ,: р : 1)<1 } + 'J 2 F.c.A F.B F.o;;c "/ 1 .... ...... 1'. "" t I1R ....... I SYl1t 3 11!hl1t а) б) Рис. 6.18. Временные зависимости доплеровских частот в радиоrолоrрамме прожекторноrо режима (а) и для одноrо кадра режима Скансар (6): 1  доплеровское смещение в отраженном сиrнале от целей А, В, с; 2  доплеровские частоты в выходной цифровой радиоrолоrрамме (upr), дискретизированные периодом зондирования Тр; 3  форма азимуталь ной ДНА, оrраничивающая ширину «MrHoBeHHOrO» спектра доплеровских частот; 4  «мrновенная» полоса спектра доплеровских частот М'Шlt; 5  субапертуры, используемые для восстановления азимутальной OДHO значности сиrналов в прожекторном режиме Близость прожектОРНО20 режима и peICUMa Скансар характеризуется сле.. дующими факторами: . выходное РЛИ формируют цели, попадающие в азимутальную ДНА при по стоянном направлении луча, относительно траектории полета (режим CKaH сар) или при сканировании луча в направлении участка наблюдения (прожек торный режим); . для синтеза РЛИ можно использовать алrоритмы, применяемые для маршрут Horo режима, однако они неэффективны изза необходимости интерполяции с приведением шаrа отсчетов Р ЛИ к требуемому азимутальному разрешению; 270 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА . начало и конец записи данных одинаковы, независимо от дальности целей. Это позволяет в обоих случаях применить для синтеза РЛИ эффективный ал rоритм rармоническоrо анализа (SPECAN); . характер сиrнала в каждой субапертуре прожекторноrо режима практически совпадает с принимаемым сиrналом в кадре режима Скансар. На рис. 6.18, б по казана апертура синтеза Tsynt в режиме Скансар при cTporo боковом обзоре, коrда луч антенны радиолокатора направлен по нормали к вектору путевой скорости платформы. При F O доплеровская частота для цели В, находящейся по нормали к траектории равна нулю. Такой же характер имеет сиrнал в цeH тральной субапертуре прожекторноrо режима, показанной на рис. 6.18, а. В соседних субапертурах ширина спектра принимаемых сиrналов сохраняется, однако средняя доплеровская частота отличается от нуля и компоненты спек тра MorYT перемещаться по частотным каналам, переходя через rраницы IF p /2 по кольцу. Аналоrично это происходит и в режиме Скансар при скошенном обзоре, например, при ориентации платформы в орбитальной системе KOOp динат (ОСК). Исходя из paccMoTpeHHoro выше поведения спектра сиrналов в субапертурах для обеспечения однозначности сиrналов в каждой из них, число субапертур должно быть не менее М'synt + М'апt N sиb > (6.46) М'ant 2g rде ДPant    ширина «MrHoBeHHoro» спектра сиrнала, определяемоrо азимуталь D xэnt ной ДНА; М'synt  полная полоса доплеровских частот обрабатываемоrо сиrнала. При этом для исключения краевых эффектов необходимо наложение соседних субапертур, а их длительность должна соответствовать полосе доплеровских частот, равной частоте повторения Fp с запасом на перекрытие на ширину спектра сиrналов т-  Fp + М'ant  Т'synt (Fp + М'ant) sиb "-J , , (6.47) F Оор М'synt 2 М'synt 2g rде F' Dор == ==   скорость азимутальной ЛЧМ. ynt RA ДЛЯ исключения азимутальной неоднозначности может оказаться необходи мым увеличить размеры субапертур с заполнением добавленных отсчетов нулями, как это было рассмотрено в подразделе 6.5.2. Предполаrается квадратичная зави симость фазы принятоrо сиrнала по времени. Отклонения от этоrо закона учиты ваются при формировании субапертур. При выборе размера субапертуры возможно уменьшить поrpешности, вызванные малой разрядностью фазовращателей в прие мопередающих модулях АФАР радиолокатора, если учесть дискретность азиму тальных положений луча [264, 408]. 271 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 6.8. Унифицированный апrоритм синтеза изображения в основных режимах работы РСА в материалах [264, 357,409,410,420] рассмотрены вопросы унификации алrоритмов синтеза РЛИ в основных режимах работы космических РСА: маршрутном, прожек торном и режиме Скансар. Структурная схема TaKoro алrоритма приведена на рис. 6.19. Она содержит три функциональных блока, помещенных в пунктирные рамки: сжатия по дальности с коррекцией миrpации дальности (процедуры {2}... {12} для всех режимов работы), сжатия по азимуту для прожекторноrо режима и режима Скансар (процедуры {13}...{21}) и для маршрутноrо режима (процедуры {23} . . . {24}). На схеме процедуры, применяемые только в прожекторном режиме, помещены в двойную рамку, для режима Скансар  в пунктирную рамку, а процеду ры, используемые только в маршрутном режиме, обозначены серым фоном. Входной операцией унифицированноrо алrоритма является амплитудное взве шивание радиоrолоrраммы по азимуту для уменьшения уровня боковых лепестков выходноrо отклика РСА. Поскольку в прожекторном и режиме Сансар длитель.. ность радиоrолоrраммы одинакова для всех дальностей эта операция выполняется простым умножением матрицы входных отсчетов на весовую функцию. Далее, только для прожекторноrо режима, следует формирование субапертур {3}. в каждой из субапертур (для режима Скансар  в апертуре) после азимутальноrо БП Ф {4} выполняют стандартную последовательность процедур { 5} . . . { 12 } для коррекции миrрации дальности путем ЛЧМмасштабирования по дальности. Ис пользуемый алrоритм ESC (Extended Chirp Scaling) является расширенной моди фикацией алrоритма CSA. После коррекции миrрации дальности (процедура {12}) приступают к азиму" тальной обработке. Для прожекторноrо режима и режима Скансар выполняют масштабирование по азимуту {13}, которое преобразует реальный (для орбиталь Horo полета) закон изменения фазы по субапертуре (апертуре) в квадратичный, одинаковый для всех дальностей. Проводят амплитудную коррекцию {14} радио метрических искажений, вызванных формой азимутальной ДНА, что особенно важно для режима Скансар. В прожекторном режиме радиометрическую коррек.. цию можно сделать на последнем этапе синтеза Р ЛИ. Следующая операция  преобразование данных во временную область по азимуту путем хОБПФ {15}, в результате чеrо образуются двумерные субапертуры (дальностьазимут) для сборки полной апертуры, подлежащей сжатию по азимуту. По существу, если бы использовался простой зондирующий сиrнал в виде KOpOT ких импульсов, отсутствовала миrрация дальности и не было зависимости азиму тальной ЛЧМ от наклонной дальности, то такие субапертуры моrли быть получены из исходной радиоrолоrраммы путем простой нарезки. Особенность этих субапер.. тур состоит в том, что в них одинаковые законы ЛЧМ, ширина и положение спек тров доплеровских частот, что обеспечено процедурой частотноrо масштабирова ния и центрирования {13}. 272 1 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА ДaHHыe пр.инятые по раJЛЮЛИНИИ Ilрсдваритсльная обработка Формирование [естовых раJ(иоr()Jl0rраМ1 { 1 '} Входная 2!) радиоrолоrРU:Vlма: маршрутнт..JЙ реЖИ:\.f I прожекторный режим / реЖfIМ Скзнсар r  {2} ХвеСО8ая функния ПО 1 l(lВЛСНИЯ боковых "(е пес 1'1(08 r {13} МаСI1пабированпе и цен I'рИрОВaIше по азимуту {3} (l)оrмирпвание субапсртур { 14} Коррекния ЛИЛ 110 U3Иl\1У I'Y { 5} Опера 1'01' СSЛ ЛЧМ(l1) {) 6} хлчrv1КО"1Пенсания [. {. i. 7Т : p  ;.;;  ;.;; .......................... -... ... ... ............... ...... ......... .... ............. ......." {7} Сжатие по дальности I {] 8} Сборка субанертур {8: Вторичное сжаПIС по . альности [9} Коррекция МИ) рации по кц,:tр) {20} Коррекция квадратичноЙ ( )d:ЗЫ { 1 О} Поавление боковых лспестков по . а:lЫЮСТИ (21} КО1\,шснсаuия фаэы пеит и ования {22} Выходное комплексное РJlИ с OJIНИМ наблюдением: прожскторный режим / реЖI1М СI<311сар {12} Коррекния фазы CSA r  1 1 1 {23} Сжатие по аЗИIУТУ Х I - - I I I I 1 : {24} .\ОБПФ I I 1 ....                          I {25} Выходнос KOMlelCKCHoe Р ЛИ маршрутнш'о режима ( одно наблюдение) Рис. 6.19. Схема унифицированноrо алrоритма синтеза РЛИ в маршрутном, прожекторном режимах и режиме Скансар 273 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Умножая каждую из субапертур на ЛЧМмножитель (первая операция rapMo ническоrо анализа {16}), получим непрерывную последовательность фраrментов азимутальноrо процесса (за исключением краевых явлений в областях перекрытия) для сборки полной апертуры. Диапазон доплеровских частот в каждом фраrменте лежит в пределах IF p /2. После сборки субапертур {18} и операции хБПФ {19} по лучаем выходное комплексное РЛИ {22} с шаrом отсчетов по азимуту в N раз меньшим, чем в исходной радиоrолоrpамме. Это позволяет передать без про пусков р ЛИ с разрешающей способностью, соответствующую полной апертуре прожек" TopHoro режима. В режиме Скансар перед хБПФ следует операция {17}, выравнивающая шаr отсчетов в выходном РЛИ (частотное масштабирование по азимуту). Заключительные операции: коррекция квадратичноrо закона изменения фазы {20}, и компенсация фазы {21}, вызванной масштабированием по азимуту и цен.. трированием {13}, необходимы для Toro, чтобы получаемые комплексные Р ЛИ прожекторноrо режима и режима Скансар были приrодны для интерферометриче.. ской обработки данных. Для режима Скансар комплексные РЛИ, полученные в разных кадрах парци.. альной зоны по дальности можно комбинировать для HeKorepeHTHoro накопления с целью повышения радиометрическоrо разрешения (амплитудные РЛИ снесколь" кими наблюдениями) или уменьшения фазовых ошибок для интерферометриче ской обработки. Парциальные РЛИ, полученные в режиме Скансар в разных пар циальных лучах по уrлу места, требуют сшивки в единое Р ЛИ. Поскольку в разных лучах частоты повторения, как правило, различны, их при водят к единой шкале при масштабировании по азимуту {13}. Кроме paccMoTpeHHoro выше алrоритма синтеза РЛИ в работе [569] приведен вариант алrоритма для случая аналоrовой компенсации азимутальной ЛЧМ элек.. тронным методом дО АЦП (Dechirp оп Receive), который может при меняться для бортовоrо синтеза Р ЛИ при оrраниченных ресурсах вычислительных средств. В нем на первом этапе алrоритма синтеза Р ЛИ используют масштабирование сиr.. налов по доплеровской частоте, для чеrо добавлены модуль коррекции фазы и rОБПФ между процедурами {6} и {7}, а также модифицирован ряд процедур {5}, {7}, {12}. В маршрутном режиме для сжатия по азимуту используют классический ал.. rоритм быстрой свертки, включающий умножение спектра ДОПЛ.еровских частот на опорную функцию {22} и ОБПФ {23}. Эти операции, идентичные приведенным на рис. 6.10, обеспечивают получение РЛИ с равномерным шаrом во всем интервале наклонных дальностей, который определяется длиной отрезка на земной поверхно.. сти, между двумя периодами зондирования (масштаб РЛИ вдоль линии пути). Расчет опорных функций для выполнения операций, входящих в алrоритм синтеза, можно вести с использованием аналитических формул, связывающих па.. раметры временных и частотных процессов. Друrой путь состоит в расчете Bpe менных законов изменения фазы сиrнала от точечных целей в интервале наклон ных дальностей наблюдения при относительном движении платформы (орбиталь ное движение и вращение Земли). Параметры сиrналов в частотной области опре 274 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА деляют путем численноrо выполнения операций БПФ с размерностями базы, BЫ бранными при проектировании процессора обработки сиrналов РСА. 6.9. Алrоритм синтеза РЛИ в прожекторном режиме с KorepeHTHbIM накоплением в субкадрах 6.9.1. Интерполяция радиоrолоrраммы по азимуту в качестве альтернативы субапертурной обработке сиrналов в прожекторном pe жиме предложен алrоритм синтеза Р ЛИ, в котором сначала устраняется HeOДHO значность сиrналов по азимуту с формированием большой, интерполированной на высокую частоту повторения апертуры, а затем происходит ее преобразование в короткую апертуру (равную числу исходных азимутальных отсчетов радиоrоло rpaMMbI) с применением алrоритма быстрой свертки по азимуту [137*, 138*]. Cxe ма алrоритма приведена на рис. 6.20. { 1 J 2D ралиоrО]ОIрамма {2} xKIIO -{ 8} l А ()БПФ {3} xKllCK (9} Опора F\. {lO} хОБlIФ {4} хБПФ {5} Оператор CSA { 6} l'БlIФ { 12' Комплексное РЛИ {7} Опора f, Рис. 6.20. Схема алrоритма синтеза РЛИ в прожекторном режиме с KorepeHTHbIM накоплением в субкадрах в отличие от маршрутноrо в прожекторном режиме азимутальная диаrрамма не участвует в амплитудном взвешивании по апертуре, а просто уменьшает ypo вень сиrнала на краях кадра. Радиометрическая коррекция в опоре на шаrе {9} YCT раняет этот эффект. Входной сиrнал {1} представляет собой двумерную rолоrрамму. На шаrе {2} хКНО устраняется типичная для прожекторноrо режима неоднозначность сиrналов по азимуту. На выходе этоrо шаrа получается rолоrpамма, интерполированная на повышенную частоту повторения F тp==тF p . Ее период повторения, соответственно, T тp ==I/F тp в т раз меньше шаrа rолоrраммь] Тр. Дальнейший проuесс рассмотрим без операции {3} KorepeHTHoro накопления субкадров (хКНСК). Последовательность 275 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования шаrов {4}...{8} обычная дЛЯ CSA (по казана без подробностей, представленных на рис. 6.19). Далее следуют оставшиеся операции сжатия по азимуту методом быстрой свертки  умножение на опорную функцию {9} и ОБПФ {10}, радиометрическая коррекция формы ДНА по уrлу места и азимуту {11}, после чеrо формируется KOM плексное радиолокационное изображение {12}. На шаrах {7} и {9} реализуется aM плитудное взвешивание спектров для получения отклика с малыми боковыми лепе.. стками и, при необходимости, коррекция фазы сиrнала по данным автофокусировки В рассмотренном алrоритме синтеза Р ЛИ прожекторноrо режима специфиче ской процедурой является компенсация азимутальной неоднозначности хКНО {2}. Структурная схема алrоритма хКНО, представленная на рис. 6.21, включает KOM пенсацию фазы для центра кадра  умножение на ЛЧМопору 1 {2.1} с последую щей интерполяцией процесса путем азимутальноrо БПФ {2.2}, раздвижки спектра {2.3} и ОБПФ {2.4}. После этоrо выполняется обратное rетеродинирование  YM ножение на опору 2 {2.5} с восстановлением фазы на интерполированной частоте повторения. Возможное дальнейшее продолжение операции синтеза РЛИ  выпол нение шаrов {4}... { 12} соrласно структурной схеме на рис. 6.20. ВХОДНОЙ сиrнал {2.2} хБПФ {2.3} Раздвижка спектра {2.4} хОБПФ {2.6} Выход {2.1} Опора 1 ( п Тр) е {2.5} Опора 2 е .i(/1тт,1lr) Рис. 6.21. Процесс интерполяции rолоrраммы на повышенную частоту повторения 6.9.2. KorepeHTHoe накопление парциальных спектров Существенный недостаток алrоритма синтеза с интерполяцией rолоrpаммы  явная несоразмерность orpoMHoro массива rолоrpаммы и малой сцены наблюдения. Вме.. сто рассмотренных ранее алrоритмов синтеза Р ЛИ с обработкой сиrнала по субапер турам предложен метод KorepeHTHoro накопления парциальных спектров, получен ных в последовательных субкадрах интерполированной rолоrраммы [140*, 431 *]. Отличие «субапертур» от «субкадров» в том, что субкадры содержат полную апер туру синтеза Р ЛИ с числом отсчетов, равным числу отсчетов входной радиоrоло rpaMMbI. Структурная схема алrоритма показана на рис. 6.22. Она включает в себя разделение интерполированной радиоrолоrpаммы на субкадры {4.1}, хБПФ {4.2} в каждом субкадре и суммирование парциальных спектров {4.3}. Затем следуют шаrи {4}... {12} структурной схемы, приведенной на рис. 6.20. Интерполированная l {4.4} r0J10r'paMMa СМ,,)  ... {4.1 }Субкадрь. {4.2} хБПФ {4.3 J L ... ... ... .....::. :: .... - х · .. -------- 8. ."  ...... I I {4.5} хспектр (N a ) Рис. 6.22. Структурная схема KorepeHTHoro накопления парциальных спектров 276 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА Парциальные спектры, вычисленные в отдельных субкадрах по азимуту, разне.. сены по доплеровской частоте без пересечения их существенных областей. При CYM мировании происходит их стыковка в сплошной спектр. На рис. 6.23 показано фор мирование накопленноrо спектра от точечной цели (опорная функция, кривая 4.3) и от модели входноrо сиrнала из трех целей (кривая 5). Спектр точечной цели служит опорой в алrоритме фильтрации по азимуту. На рис. 6.24 показаны двумерные CYM мы парциальных спектров по четным инечетным субкадрам и суммарный спектр. I J : . · I I .:. I n I А : J J I I : j : i 1 : ! I i : : 111' i 4. ,1 I ' 1 ' iI , · 1: 1111, \: I \ ' rf . ,!: . '1 I I I I I 1 I I I . 1 1 r 'T : :: ::: 4.3а I . , ,1 5 ,1 ' u . 1 . ... .. ... .... .j '.iA\\Illil. J1.  ,1 lbl..::  . "1 1 1li I r-, J ',о  i 1 'W' I . ОЦvУ I 4.2) 1 'J  Л A:!ll'llli" 4 :26  чrWl'1q r. ' 1 I I 4.26: I . . 1 . . I тF /2 р 4.2а тP /2 р Рис. 6.23. Формирование KorepeHTHo накопленных спектров: 4.2а---4.2д  накопление парциальных спектров точечной цели (действительные составляющие); 4.3  спектр опоры; 4.3,а -----оrибающая спектра опоры; 5  накопленный спектр сиrнала а) '. -н .. " ..,. .; .......  ,_ _,' ... t . \...  .. . __...... ,,"'.:,  ,,'" .. ""t ':: o 9'::; ' ...:\.: ..:;;...;;;}.."  ,./:.-. ..;...: """'::,,:.., .,;:,;.-:-...,=;.;:' .: :,.,(' ':}...*; --::'Y.,:'N 00 O ;..<:., '...v.,i' 'W<' I ""ff' <" i "i . : . :"-, ,...:;  ......"::.  ..ж.. 1;( o! ," , о ...."".. @. ' ,.' * o   ",;,у, ,.:". .. <;,. < , О . ". ''''.' O  .,.. ";,<:: ::.' 00 . о. · ,' ос "ос"'.... .. о;, F ....  < оа ",'<; ,- ... . . t .... .!" ."'..  ,tc..o .. t:: """ ". _....;:f .........". ," ......." '!. ... , 4. .. о . .,...:: ..,....\. .. f '.' r, ,. '\ I .. ...... . "', t о' .. t " ":--.;' :. f' f " j. ',........... .  \' .......:::,o.... I ... ,........ · , wl' ::\ . "" ...  ' }", .. а } . . .:'" .1( j. .... :",;:\"1 . .  ».. .  ,.,  'IJ .,,,,$.;0 ,:  =:;/, .. нn \\1 О ' .... I ! .::: >.. tt.oo:::.., f.if. , i'i . ,  , " i!!:: '"  ,.. .  ""'1........ ........, I .; >t...;: . .1 ' \. .;. '. . } ........ " . '''".1 .:''"I..т .,  Jj:#.  .с:  t .  )... '--. ! .t"'-';'"  t:... .; .el),,'''''''  .., <''''',..jJ.  ,;.! ,.,{1Jf::  ....;- ,:"-I\.. ;:'" .......... :;л ,. . "".. . -ft ,"".:: .'.-,,::;"'-'.:;; , ....,....... -' ;'...-'" _..;\,"  ......!!:"- .).......... , б) 'i ........ " " ,\{:.. }'ril' '\' * 11 . -  ..( 4"" t!; .". ..-: It,\' ,11 \ ' "-i. , '\ -::i'  . ..:!....о . ..  '(;. . <",.;$:>" . . , ;i=- i,, . '/ Yd \{: 'ос . <.:. W"i;"' ..  i< 'f:...i , . ,.....".  ,.. 1\\ . :: } f\'-  '.   « н. \ ",:,",'; '.. :- ..\{{'"  \.... :)\-,::;::.";\. ,. , -..;;;;:;;.. .  ;1 . -;.. \..\ - .. . . ... ." . /  o '" 1 .(,.!'  .' ..: .... I у в) . .. Jf.:':' 1::0$ «....; . · ,00 Jf .v,,,.ou., 00 "11. '':"'  "  fi \. 1,,,+.1" tJ . I. . "} :-'';:\.. ..(,>'!l- ..'"" ): <. ;;:f............... :t\.t . / .. ;--:;  f)' , . f ' f 1, I , V. .. 1 "\"II : \:..  };" =+""";;!  .. .; =-........; . . F  . . :., !\ , .. '111 .:: .\# :', Рис. 6.24. KorepeHTHoe накопление двумерных парциальных спектров: а  сумма четных субкадров; б  сумма нечетных субкадров; в  суммарный спектр 277 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Предложена модификация алrоритма синтеза, в котором вводится дополни.. тельное умножение азимутальноrо спектра (поз.{5} на рис. 6.23) на функцию {4.4} (см. рис. 6.22), являющейся произведением двух сомножителей Ki4} (пx,п r ) = conj( н4.з} (пx,п r )). еХР(jф( птТ тр ,п r )т), (6.48) rде первый сомножитель компенсирует фазу опоры {4.3}, вызванную применением хБПФ на малой базе субкадров, а второй множитель вводит квадратичную фазу с крутизной лчм в т раз большей, чем у интерполированноrо сиrнала, но на базе, равной базе субкадров. В результате этой операции спектр rолоrpаммы, сохраняя канонический вид ЛЧМ, «сжимается» в т раз, увеличивая крутизну ЛЧМ с сохранением полосы допле.. ровских частот на числе отсчетов N т . Вид rолоrpамм и спектров показан на рис. 6.25. Преимущества предложенных алrоритмов синтеза изображения по сравнению с разделением на субапертуры исходной rолоrраммы без ее интерполяции состоят в том, что снижаются потери, вызванные «нарезанием» входноrо сиrнала, спектр оказывается более «чистым». Сохранение вида ЛЧМ в модифицированном алrо.. ритме позволяет унифицировать алrоритмы синтеза в прожекторном и маршрут.. ном режимах. . i i)""''C' """'''''''''(((\:' . . " .:3:: '",,;""'",";' >.,:.;,."." ,,,......,.....,, ,. "..""... ..>,....... ,,",.. '''!'"''' ." ,tI .: ,(. ::. . t ','::1:'1.' . '/J " ,-:" ..' ,., ,,,...,:.:.,., .. . { За .: .,"'.. :,;;!;;",""".,, ';",(",.;':;,;. /, ":, ;w "'f ( \"', ) V', ..... :;I': " , ' , '. ,'j:.. ; ;с . i ... \ -..' .,,' ?'*,y .: . . t .'''. , '" '1". .:'  }'. ;\ ;/.'0" .:: . ,B 1 .::.;:':'::;,j,:.: :::( ::..;:1-=:"<: $ Зб .; .1 ., ".  . \. . " > '>' . ., J';!I!:.. '. ,,' f' .  '..' ,.! { :.;. ". . 'j,. . ,. .; . ..' It .: о..\,; . .., .... . ,( \. ." ', . f tt.(( ({!. ! > · J)):> {6} t r' O.(:, Рис. 6.25. Преобразования сиrналов при синтезе изображения: исходная радиоrолоrрамма прожекторноrо режима от трех целей на разных азимутах и дальностях (1); спектр (2.3) и интерполированная радиоrолоrрамма (3) от одной цели; радиоrолоrрамма от одной цели (3а) и ее спектр (5), приведенные к исходной базе и являющиеся опорной функцией; радиоrолоrрамма от трех целей (36) и полученное по ней радиолокационное изображение {6} 278 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА На рис. 6.26 представлены результаты моделирования. Исходный сюжет  фраrмент радиолокационноrо снимка солнечной энерrетической установки фирмы Sandia с разрешением 0,3 м [531]. По сформированной рапиоrолоrpамме получено изображение с разрешением около 1 М. б). '." , . : . .,.',  $, ."- , ,'.' в)' ..,' .....! . ,  >1<1, " '4, , " , :: .....). .' . '.' . . о) , ' ,< '",,' ....' J. ., ,.". А:' " { , . .: ;.. ":: r : '.0 '!. 1, . . . . . ..;  . 'g , '. . /'.: f  .. .'.. '. ::. ' '. ,. '.' . ........,. .. , . :  : i: ,: Рис. 6.26.- Результаты моделирования синтеза РЛИ в прожекторном режиме методом KorepeHTHoro накопления парциальных спектров: а  исходное Р ЛИ; б  радиоrолоrрамма; в  результат моделирования 6.9.3. KorepeHTHoe накопление субкадров Возможно некоторое упрощение алrоритма синтеза Р ЛИ в прожекторном режиме, OCHOBaHHoro на KorepeHTHoM накоплении субкадров. Как следует из рис. 6.24, спек тры фраrментов интерполированной радиоrолоrpаммы, полученные в разных суб кадрах, не перекрываются. Это означает, что сиrналы в разных субкадрах имеют разные средние частоты и, будучи наложены друr на друrа в одном общем BpeMeH ном интервале (субкадре), после спектральноrо анализа займут разные частотные Ka налы. В результате они сформируют непрерывный спектр, показанный на рис. 6.24,в. для реализации этоrо алrоритма в структурной схеме, показанной на рис. 6.22, нужно процедуру суммирования {4.3} поставить перед БПФ {4.2}. Это позволить сократить требуемое число операций БПФ дО одной (вместо paBHoro числу субкадров, но на меньшей базе). Теоретическое обоснование алrоритмов синтеза РЛИ, рассмотренных в данном разделе, приведено в работе [140*]. 6.10. Автофокусировка радиолокационных изображений 6.10.1. Искажающие воздействия, требующие применения автофокусировки РЛИ В теории антенн детально проработаны вопросы влияния апертурных искажений на форму диаrраммы направленности антенны. Разработанные методы анализа MO rYT быть применены и к синтезированной апертуре. Отличие радиолокаторов с синтезированной антенной состоит в том, что они являются динамическими систе 279 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования мами, в которых искажающие факторы MorYT иметь меняющийся по времени слу чайный характер с неизвестными параметрами. Для их компенсации MorYT быть использованы методь] «слепой» обработки (blind signal processing) [59], основанной на анализе информации, заложенной в принимаемом сиrнале. В общем случае сле дует рассматривать искажения и нестабильности фазы, а также амплитудные не.. стабильности, вызванные, например, ошибками управления лучом антенны в про.. жекторном режиме, которые MorYT приводить к появлению ложных лепестков син.. тезированной ДНА. Механизмь] компенсации искажений различны. Влияние фазо.. вь]х искажений значительно больше амплитудных и их устранение возможно при использовании автофокусировки. Основными источниками искажений распределения фазы по апертуре синтеза в космических РСА с высокой разрешающей способностью являются: . траекторные искажения, обусловленные поrpешностями измерения парамет.. ров движения КА (rринвичских координат, векторов скорости и ускорения) в rравитационном поле Земли с учетом возмущающих воздействий (притяже.. ния Лунь], Солнца, солнечноrо ветра и др.). Имеют влияние особенности reo метрии орбитальноrо движение и вращения Земли относительно объекта Ha блюдения (эллиптические орбиты, вь]сота рельефа земной поверхности); . аппаратурные искажения и нестабильности при формировании зондирующих сиrналов, их усилении, прохождении через приемный тракт, преобразовании в цифровую форму и обработке для получения радиолокационных изображений; . искажения и нестабильности в трассе распространения сиrнала на участке синтеза, рассмотренные в разделе 2.2 rл. 2  тропосферные нестабильности, проявляющиеся в коротковолновой части сантиметровоrо диапазона волн, и ионосфернь]е нестабильности, влияние которых начинает сказываться от длин волн 23 см [488], весьма существенно в Рдиапазоне волн (А == 68 см) и OrpOM" но на метровых волнах, входящих в частотный диапазон зондирующеrо сиr.. нала видеоимпульсных РСА; . нестабильности, вызванные движением наблюдаемых объектов,  линейной скоростью, ускорениями, колебательным движением (морская поверхность, качка кораблей и др.), хаотическими движениями (растительность при ветро" вь]х воздействиях); . искажения и нестабильности, возникающие при мноrопозиционном радиоло.. кационном зондировании. При анализе влияния перечисленных факторов на синтез Р ЛИ целесообразно различать искажения и нестабuльности. В отличие от самолетных РСА, в которых траекторные нестабильности являются основным деструктивным фактором, в кос.. мических РСА орбитальное движение носит реrулярный характер с постоянством отклонений, по крайней мере, для локальноrо участка наблюдения. Для них синтези.. рованная апертура может быть уподоблена конформной антенне со сложной, но по.. стоянной rеометрией, для описания которой может оказаться недостаточной точ" ность датчиков траекторных измерений и аппаратуры позиционирования (GPS, rЛОНАСС). Но при этом по параметрам принимаемоrо сиrнала имеется возмож" 280 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА ность решить (или уточнить) уравнение движения фазовоrо центра антенны радио локатора относительно трехмерной поверхности наблюдаемой сцены. В этом и co стоит задача автофокусировки при синтезе Р ли. Наличие друrих искажающих воз действий, а также нестабильностей делает эту задачу менее определенной, но, как показывает опыт эксплуатации космических РСА, получение выходной радиолока ционной информации, приrодной для практическоrо применения, обеспечивается. Ошибки измерения паршнетров, определяющих завиСlI.JUость фазы СU2ншzа от времени (ошибки фокусирования), приводят к искажениям формы lI.JUпульсноzо отЮlика при синтезе апертуры и формировании радиолокационноrо изображения: . расширению отклика, что вызывает ухудшение разрешающей способности рли. , . уменьшению амплитуды сиrнала в максимуме отклика, что приводит к по rpешности измерения ЭПР целей по рли и ошибкам радиометрической Ka либровки РСА по эталонным точечным целям; . возрастанию уровня пьедестала отклика в rлавном лепестке, что вызывает ухудшение условий распознавания компактных целей; · повышению уровня боковых лепестков, что может привести к появлению ложных отметок на Р ли; . повышению интеrральноrо уровня боковых лепестков, что вызывает сниже ние контраста изображения объектов на Р ли и радиометрические искажения. Характер 'и величина искажений формы отклика зависят от законов распреде пения фазовых ошибок по синтезированной апертуре, требуемоrо разрешения Р ЛИ, а также от формы амплитудноrо взвешивания, используемоrо для уменьше ния уровня боковых лепестков отклика. Необходимо учитывать также использова ние HeKorepeHTHoro накопления (усреднение независимых наблюдений) при фор мировании Р ли. в разделе 6.3 были принципиально рассмотрены эффекты, связанные с ошиб ками фокусирования. Для получения более точных количественных оценок pac смотрим их влияние на форму импульсноrо отклика при различных видах шнпли.. тудных взвешивающих функций: . rayccoBoro взвешивания; . прямоуrольноrо взвешивающеrо окна; . окна Кайзера; . взвешивающей функции, определяемой формой диаrраммы направленности антенны в режиме непрерывной съемки. 6.10.2. Аналитическая оценка влияния ошибок фокусирования Рассмотрим влияние ошибок фокусирования при синтезе апертуры с rауссовым взвешиванием для прямолинейноrо движения с линейной эквивалентной CKOpO стью (ЛЭС) Vie, аппроксимированноrо параболическим законом изменения фазы. Нормированный импульсный отклик РСА по азимуту определяется суммировани ем комплексных отсчетов сиrнала от точечной цели по апертуре La с весом, задан ным комплексной опорной функцией 281 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 1 Na/21 ( k J HAk)= L Us(kk\)exp{jt1Js(kk\)}W  exp{Jt1Jref(k\)}, (6.49) Нхо kl==Na/2 N m rде N m  число импульсов в апертуре; Us(k) и qJs(k)  амплитуда и фаза отсчетов сиrнала; W(k)  амплитудная весовая функция обработки; ffJret<k)  фазовая опорная функция; Нхо  нормирующий множитель, обеспечивающий тах {н х ( k )} == 1 . Фаза отсчетов сиrнала определяется формулой 4л- 2 ( ) 2 2JZ"(li\e T p)2 2 qJs(k)== Ro + VieTpk  k +qJo, А ROA rде qJO == л-Rо/А  фаза отраженноrо сиrнала в начальном положении радиолокато.. ра при нулевой доплеровской частоте. Фаза отсчетов опорной функции при точной фокусировке должна быть ком.. плексно сопряжена с сиrналом (без постоянноrо члена qJO). При ее настройке на расчетное значение ЛЭС она принимает вид 4Л- { 2 ( ) 2 } 2JZ"(li\eoTp)2 2 qJref(k)== Ro + efTpk Ro  k . А ROA Как показано в [152*], для параболическоrо закона изменения фазы можно получить аналитическое выражение для импульсноrо отклика, если применить ве.. совую функцию в виде rауссовой кривой, выполняя интеrрирование в бесконечных пределах. Интеrpал от экспоненты с квадратичным комплексным переменным в бесконечных пределах вычисляется по формуле [60] ( 6.50) (6.51 ) 00 J exp{At2 + jB,2 + ct + jDt}dt = oo J; { AC2AD22BCD .2ACD+BC2BD2 . В } (652) == ехр + } + Jarctg. .  A2 +в 2 4(А2 +в2) 4(А2 +в2) А Преобразуем выражение (6.49) для импульсноrо отклика в интеrpал по КООР" динате времени синтеза 1 Hs (t) = :1 G s (  (t'\) JG H ( o '\ }х р { j 2Z1 (,,\)2 +) 2;::i o t[ }ш\ = ехр {jqJo} OO J { 2л- Vi;o112 .4л-Vi;11 1 . 4л-V (Vie + V /2) 2 } == ехр  2 + ] + } 11 d1 1 , (6.53) Нхо  Ь La RoA RoA rде Gs(a)  GH(a)  exp {  Jr f\ ;t2 }  форма ДНА по мощности (определяющая Ь La амплитуду принятоrо сиrнала) и оrибающая опорной функции по амплитуде 282 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА (на практике для расчета амплитуд можно приближенно считать sinaa и V 1e  eO). 3 7r 7r 7r  десь  == ==  нормирующии множитель, при котором rлавные лепе Ь 21n 2 1,3863 стки импульсной реакции для прямоуrольноrо окна и [ауссова взвешивания прак тически совпадают. Типичные формы оrибающей сиrнала (радиоrолоrpаммы) показаны на рис. 6.27,а. По оси ординат отложены относительные значения. Прямоуrольная форма с длиной апертуры La соответствует режимам Скансар, прожекторному или маршрутному с накоплением наблюдений в парциальных апертурах (Mиltilook). В этих режимах сиrнал оrраничен по времени. rayccoBa оrибающая формула (6.53) аппроксимирует сиrналы маршрутноrо режима с оrраничением по rоризонтально му размеру антенны, коrда оrибающая определяется формой ДНА по мощности и близка к sinc 2 (с расширением на '"'-J20 % для снижения уровня боковых лепестков). Нх : ; 411 ] ШШТ О 5 -J , : о . , tш ---r------ - -- --L- -- - , - -+--- , , - ---t--- - .  t 1  t  31 --------t-------- 4; -o_----t-------- . . , , . .  O 5 --------i-------- ,  j ] ш-.--t.---i 2000 lOOO О а) 1000 2000 п Нх 2 о б) х 4 Рхо 1 1 2 3 Рис. 6.27. Формы оrибающей сиrнала и импульсноrо отклика РСА по азимуту: а  форма радиоrолоrpаммы от точечной цели: 1  прямоуrольная оrибающая, 2  rауссовая оrибающая, 3  форма ДНА sinc 2 с расширением на 20 %, 4  действительная составляющая сиrнала; 6  форма Фокусиро BaнHoro импульсноrо отклика (1а и 2а) и отклика с ошибками фокусирования mdF3,84 (16 и 26) Перейдя от времени t к безразмерной переменной п==t/T p  номеру отсчета, можно предствить параметры, входящие в формулу (6.52), в следующей форме А == 2к bN;ynt 27r Ksynt  V B , N ;ynt Vie К :::: 2t; rде  synt R А о La Рхо  расчетное значение коэффициента сжатия по азимуту; с == О. , D == 27r Х , N synt Рхо (6.54) L  N synt == а  число отсчетов в расчетнои апертуре La. VieoTp 283 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Вычислив интеrрал (6.52), получим формулы для импульсноrо отклика Нхо == N synt .J2b e == О, 83N synt ; (6.55) 1 х 2 2ь 2 1!т х 2 Нх (х) == ехр 27rbe 2"  j ( е df 2 ) 2 + jarctg(bemdf) ,  1 + (bemdf )2 РХ 1 + (bemdf ) РХ rде Ь е == ь/ 4 == ln 2 / 2 == 0,346; РХ == Рхо  1 + (bemdf)2  ширина расфокусирован Horo импульсноrо отклика. На рис. 6.27,6 приведена форма импульсноrо отклика при точной фокусиров.. ке и наличии ошибок измерения ЛЭС, характеризуемых «коэффициентом дефоку" 2RoА V сировки» mdf == 2 (см. раздел 6.3). Масштаб по оси абсцисс нормирован  Рхо Jl}eO отложено отношение азимута РСА к разрешению при точной фокусировке. Teope тическое значение ширины фокусированноrо отклика по уровню минус 3 дБ для прямоуrольноrо окна составляет Рхо == О, 88ROA/2La . На рис. 6.28 приведены зависимости приращения (от масимума отклика) фа зы импульсноrо отклика в зависимости от нормированноrо азимута РСА (отноше.. qJ, рад lп(lf==O ния азимутальноrо смещения 2 I : К ширине фокусированноrо . I , О ШШ+ШШШ : ... ШШШШ:-ШШ отклика) при точной фокуси.. 2 Ш+Ш+  : шrшt\+ : : 2+ш ровке md r O и ошибках фоку ----4 шшL:  llj"1::'lшl  : ШШ: 1.. сирования md r 2 ; 4; 8. Для 6 ШШ ш: 7jl-шш\,ш L ШШ срав ф нения пунктиром показа.. : I 4  l/i 2: \' \, 1: на орма отклика в относи.. 8 ШШ.. Ш +.7'Д:::Ш+ШШ:-Ш Ш_ ШШ : ......  '<..J : :  ,: '.....: тельных единицах.  1 О . --.....: ".k--Lш._.L- i-- !'- С р авнение П р ове д енных     тdt' r П ! ! i  12 ---- ---_.---.-..---------------._---------------- --.----- Р асчетов с Р асчетами ( см. Р аз.. I  1 !  j 1 1 8  14 -.-- -t------t---.---rш----rш---rш---rшш-r-ш---r-----r- -- дел 6.3) для оптической моде.. = : : rшrrшrrшшr-rшrr :0 C::;:Y:M П:::= 10 8 6 4 2 О 2 4 6 8 10 Х нии допустимые ошибки изме.. Рхо рения ЛЭС примерно в 1,5 раза Рис. 6.28. Зависимость фазы импульсноrо отклика () больше. При 10 % ухудшении иеrоформы()отазимутаприошибках разрешения (mdf== 1,5) энерrе фокусирования тdf тические потери не превыша ют 0,3 дБ. Четко видно, что при точной фокусировке фаза импульсноrо отклика посто.. янна и не зависит от азимута цели. При дефокусировке наблюдаются близкие к пара болической зависимости фазы от азимута, которые в существенной части импульсноrо отклика MOryт достиrать 15.. .20°. Именно это явление лежит в основе эффективноrо алrоритма автофокусировки  фазовоrpадиентноrо метода PGA. 284 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА Используя приведенные соотношения, найдем автокорреляционную функцию амплитудноrо Р ЛИ при наблюдении точечной цели и слабокоррелированноrо фона местности. Функциональная схема модели приведена на рис. 6.29. Исходная Радиоrолоrрамма Синтез Детектор Автокорреляционная  ............   сцена КРЛИ  (АРЛИ)  функция АР ЛИ Рис. 6.29. Функциональная схема модели формирования амплитудноrо РЛИ с вычислением автокорреляционной функции изображения На рис. 6.30 и 6.31 приведены радиоrолоrpаммы (действительная часть) и ампли тудные РЛИ от точечной цели и слабо коррелированноrо сиrнала от фона местности. По осям координат отложены условные единицы. Рассмотрены две ситуации  фоку сированный синтез и расстройка фильтра обработки по значению ЛЭС с md r 8. Их. U  щ 1 .  J  J щш  j  ... . j ш... J .. 'тр'Р . i J I i '111:1 . -- T" . . . III j 1 , ' . ' . ' . .: IЛ' . ... --тш . I :1 .1  1 (".......i..... .... j ... .....t... ... .1 ..... ..'1........'" i . . . . I . I . . . , . . t . i i i . . t 0.5 ':11111 о 1'1'1 O,5 1.1. зоо 2()()  1 ()() О а) I 00 200 0,5 о O,5 . . .. .-, . , х зоu 200 100 U 6) х 1 О() 200 Рис. 6.30. Радиоrолоrраммы от точечной цели (а) и фона местности (6) ИХ 1 . . ... . . . ... . . . ... . . . .. .... ...... ......... ...... .................................... -..... ........... .......................... ""_.......... -r............ r.......... . . .. .... . , .. .... . . .. .... 0,8 ::::::1::::: :1:: ::: :+:: ::::::::: 1 : ::::1: :::: :1:::::::f ::::: :f::::: 0,6 ..... -! Н... -1-- -- --+.. ...+.. .-. ! - - ---1-".. .+.. ... -[ ........... . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .............. у............ ,.. .. .. .. .. .. -,-" .. ....... -,....... .... ., ........ - ".. - - -.. - "'.............. -, - - - - - .. r - - - -- . . . . t . . . . t . .. . .. .. . .. . . . . . . . , . . 0,4 ...... -.....  .... _...... - - - - ..._- - -.. - ...........  ! .... - -1-........ ..1.... ......._...... - -...... -.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . -.  -... ..1.... Т....  -, : ':\. _. -.т. -, -.т.. .Hr-.__. 0,2 : :::::1:::: ::;:: ::::1:}1::::' J '::::].\ :1:::::Т::::Т:::: : : :;': : ; ,: : ; о 10 8 6 4 2 4 6 8 Х Рхо 2 о а) и \ ,. 1 4 .<' , ] 2 . . .. .. . . . .. . , - - - . - - I - - - - - -1- - - - - - т . .. - - -r - - - - - - ; -- - - . -1- - - - . - т - - - - - т . - - - - . r . - . - - 0,8 ::::--1:: :::I:: : ::: [::::::::}:: :::::::E::Т:::: 0,6 .... :. -1.. 11 ..-- t.. fi.-.-: ; .-.. .. ..--H-" .-. о ' \ 1$' t :с 1 -1 I " 1 ::: : 1.. 1 :#1 а '. 1 ' . 110, : 1 · t ' 1.. : I ' , : 11 & " О 4 4 - -: . t: .. . . '\. ., 1.  . Jt  t  - 1 , I . 1 ' '8 1 .. . С, l' . 8 1 .,., 1 .. "" , ' . r 8 1 'с' . . j . . . .. 1 1 ';'  - : \ r : f' l ' i , t: 1 О 2 - ,.. - ",. --.. "'" . - 1.. .. - - - J ' - 1. ,  : : 1: : : \: \; 1 . . ". .  ' о .' . .. . 10 8 6 4 2 О 2 4 6 8 Х 6) РХО Рис. 6.31. Выходные амплитудные РЛИ точечной цели (а) и фона местности (6) для фокусированноrо синтеза () и ошибки ЛЭС (  ) 285 : ) '\) ('\     (r( 6) }1  Х  Д' 1\ r t =:;/ @ r (\. t  \7Q r ), t 1  t $: 5 Z .. I  1 T " - .' . v' . . /;   \  )y .- . .'. t .'" " ,'. " / 1>-\ \ 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Показанный на рис. 6.31,а отклик от точечной цели при расфокусировке pac ширяется, в то время как структура случайноrо процесса от фона (см. рис. 6.31,6) остается схожей  в виде коротких выбросов, но расположенных в друrих местах. Поэтому в реальных условиях для слабокоррелированноrо фона при расфокуси ровке теряется информация о текстуре поверхности, но статистические характери стики выходноrо процесс а сохраняются. Дело в том, что статистические xapaKTe ристики некоррелированноrо процесса зависят только от энерrетическоrо спектра и не меняются при изменении фазовых характеристик фильтра обработки. Автокорреляционную функцию флуктуаций сиrнала на выходе квадратичноrо детектора для paBHoMepHoro однородноrо t5-коррелированноrо фона местности можно рассчитать через импульсный отклик системь] Нх(Х), который определяет процесс на входе нелинейноrо звена  квадратичноrо детектора. Коэффициент корреляции сиrнала на выходе квадратичноrо детектора равен квадрату коэффици" ента корреляции проuесса на ero входе [136]: Rs (х) ==в1(х) =={1 Hs (S)H s (S +X)ds}2. ( 6.56) Автокорреляционная функция, как и импульсный отклик для рассматривае Moro случая rayccoBa амплитудноrо взвешивания, имеет вид колоколообразной кривой. Форма автокорреляционной функции РЛИ точечной цели и РЛИ слабокор релированноrо фона (с вычетом постоянной составляющей) показаны на рис. 6.32 при фокусированном синтезе и рассоrласовании по ЛЭС с тdf == 8. Для фона они практически совпадают, что не позволяет реализовать автофокусировку по радио локационным изображениям протяженной поверхности с равномерной удельной ЭПР (поля, луrа, лесные массивы). Rx 1 1 1 1  1', 1 1 1 1 - - -- - :--- - - - ----- - i-- ----:- - -; -- -- t----- - ------ - --:- - ---- -: ----- 08 : : : :, ,: : : : , ---- -. --- ---.;----- --:-- ----- }-- - ---,- i- - - --------- -}- - -- - -i------ : : ::, ,:::: ----_:_-- - ..;----- _.:.._-----,. --- - ----,-- ---_.:_- - -- -_:.- -- - ------- 111, t  ; 1 0,6 ---- -:--- -- - --- -- -.:е-- __о. -- -- - - - - - - -1--- --.:---- - _о:. ---- -- ----- : : : 1: :,::: .. ...... ..;...... .. .... .......... .. _.... ...1. -> .... .. .... .... ...... .. '- .. .... _...... ..... ........ .... i ...... ..- 1 1 1 , '1 ;\ 1 ; 1 0,4 - -- --t-----. --- - - --:0-- --:0----- ----- -:--'1------------ -------- : : :,: : \: : : - - ----:- -- ---:-- -- - -';'1-. .----- - ---- -.:- - --,-.:- - - - ------- - ------ 0,2 .... .1...... j.....}.....j..... ..... j......... ..!... ...!.. ... ...........:.......... ......... .-1';'.... -- --:......... --.... ;........ --.;" --.. -_:..... --.. -_...._- : :,:: ::,:: О ........: :,:: :: ,: : 10 8 6 4 2 О 2 4 6 8 Х а) РХО Rx 1 . . , , . , . . ., .... .......... .-_..........- --..... -.....-- --.. -.... ---- ........ --.- --.. --_.......... ----_.. -. ---..- . . .. .... . . .. .... . , .. .... 0,8 :::::1 ::::::1::::::+::: ::+::: ::. :::::1 ::::::t::::::t:: ::::1::::: 0,6 --- - --1------j-- - ---! ----- -t ----- - ----j--- - --1- ----- -t- -----t ----- --- ------ - -1----- - т-- --- т-- --- -----1-- ----Т--- - --f---- .-r--- -- 0,4 :::: :1: ::::: 1::: :::f::: :т::: :::: :1: ::::т:::: :1::::::1: :::: 0,2 -- ---1-- -- - - i----- - Т----- Т ----- - ----1- -.. --т- - - - --f---- --f----- .. ............. &.......................... .......,J.., .. ........ .....'-............... ................................... ..................'-.. ............. ............. : : . :.- , : . : : О IO 8 6 4 2 О 2 б) 4 6 8 Х РХ{) Рис. 6.32. Нормированные автокорреляционные функции амплитудных РЛИ точечной цели (а) и фона местности (6) для фокусированноrо синтеза () и ошибки ЛЭС () 286 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА На рис. 6.33 приведен фраrмент изображения сельской местности с жилой за стройкой и полем  частично дефокусированное РЛИ (рис. 6.33,а) и РЛИ с точной фокусировкой (рис. 6.33,6). На рис. 6.34 даны азимутальные сечения этих РЛИ по линиям АВ, проходящие через компактный яркий объект и участок поля. t. . . -;.r;".!: ,.   ........':" "и,  в . ..: .4:. ;..:... 1.';. .. ...; 't . . ........., t... '\,,{ .. ',,,,,,.. .... в  .  '\ ... \ . \ "  --' .., . - ''f!' . " ,  .  t ,  . I 7'" .... '.' .. \   ;'i .. ..ii,.. i\  ' '.. .  ..&. . , .. "" . -!. '". " \.. . ..:  \. . I . . \ '. .. а} б) Рис. 6.33. Фраrмент РЛИ сельской местности с жилой застройкой: а  дефокусированное Р ЛИ; 6  Р ЛИ с точной фокусировкой u х 2 ---- -. - ----- ------- ---- -- ---- -- ---- ---- -! ---- -- -------- ------ -1------- ------ --.- --- - - -- ---- -- - --- -- -- - -- 26 : ! i i 1,5 ----- - --- - ---------I---------------------,---------------------I---------------------1--------------- ----- 1 ------ --- ----------1- ---- -- ---- -- ---- -- -- - ---- ---- ---- --------1----- -- --- -----------i-- ---- ---- -- -- -- ---- : 16 : : : 2а; 1 а j   0,5 ----- --/---f---- -------/------1----------- ----------I--------------T-----I- -------- ------ -- --- , I ' / Н 1 , I i l 1 I j   I!' I : 11 " 1 ..i 'ir,'llll, О О 200 400 600 800 п Рис. 6.34. Азимутальное сечение по линии AB радиолокационноrо изображения поля (1) с ярким компактным объектом (2): 1 а, 2а  частично дефокусированное Р ЛИ; 16, 26  точная фокусировка (по оси абсцисс отложены отсчеты РЛИ) Изменения структуры принятоrо от поля сиrнала практически незаметны, а отклик от компактноrо объекта уменьшается в 2,6 раза и расширяется в несколько раз. Заметим, что на дефокусированном Р ЛИ большинство объектов, обнаружи ваемых на сфокусированном Р ЛИ, также обнаруживается. Это объясняется тем, что при расфокусировке энерrия от цели сохраняется, и суммарное отношение сиrнал/шум+фон остается прежним. 287 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 6.10.3. Влияние ошибок фокусирования на форму отклика при амплитудном взвешивании Рассмотренный в предыдущем разделе алrоритм синтеза РЛИ с rауссовым взвеши.. ванием имеет ряд недостатков. Вопервых, форма отклика далека от б-функции (и KopoTKoro импульса) и имеет полоrие склоны. При оrраниченной длительности сиrнала ее применение ухудшает разрешающую способность. При синтезе без взвешивания, в прямоуrольном окне форма отклика имеет большие боковые лепе стки, для снижения которых применяют аподизацию с нахождением компромисса между ухудшением разрешения, энерrетическоrо потенциала, требованиями по производительности вычислительных средств. BOBTOpЫX, ero преимущества за.. ключаются в сохранении колоколообразной формы импульсноrо отклика с малым уровнем боковых лепестков при дефокусировке. В ряде случаев это свойство мо" жет оказаться важным, например, при обнаружении слабых целей на ровной по верхности в rористых районах (ущельях). На практике применяют синтез РЛИ без аподизации (в прямоуrольном окне), с взвешиванием по Кайзеру, Хемминrу и даже с «апертурной коррекцией» (подъе.. мом верхних частот спектра) для улучшения пространственноrо разрешения ра.. диолокационных портретов целей [2, 229, 475]. При полном использовании сиrна ла, принятоrо в маршрутном режиме для формирования Р ЛИ с предельным разре.. шение по азимуту, необходимо учитывать амплитудное взвешивание, вызванное формой ДНА. Форма отклика определяется суммарным эффектом ДНА и взвеши вающей функцией при синтезе Р ЛИ. Форму двумерноrо импульсноrо отклика иллюстрирует рис. 6.35. Представлены три случая амплитудноrо взвешивания: прямоyrольное окно в спектральной области по азимyry и дальности (рис. 6.35, а), усеченные «естественное» взвешивание по ази.. Myry, обусловленное формой ДНА sinc 2 , и косинусоидальное cos х  по дальности (рис. 6.35, 6), а также усеченное двумерное rayccoBo взвешивание спектра сиrнала по обеим координатам (рис. 6.35, в). Усечение, вызванное оrpаниченностью длительности облучающеrо цель сиrнала, приводит к мноrолепестковости импульсноrо отклика, дa же при rayccoBoM взвешивании (хотя и с очень низким уровнем боковых лепестков). В табл. 6.1 приведены относительные значения максимальноrо уровня боковых лепеет.. ков (начиная с первоrо или со BToporo), а также интеrpальноrо уровня боковых лепе.. стков (ISLR  Integral side lobe ratio) для показанных на рисунке двумерных откликов. rлавный лепесток отсчитывался по первым нулям (минимумам) отклика. При raycco.. вом взвешивании практически вся энерrия сосредоточена в rлавном лепестке. Таблица 6.1. Относительные значения максuмшzьноzо уровня боковых лепестков Вид взвешивающей Прямоуrольное Азимут  sinc z rayccOBO функции окно дальность  cos х взвешивание Уровень боковых лепестков, дБ первых  13,46 19 3 29 3 , , вторых 17 9 23 2 294 , , , Интеrральный уровень боковых лепестков ISLR, дБ включая первые 6,6 14 8 19 5 , , исключая первые 9,8 16 5 20 , 288 
fлава б. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА . . . . :'.  ..0' .... : .....:... ........ . о" .. и/и тзх ....'.. ... ,.,. ..... U/U I1ШХ ,... . .....'. 1.. ..' . . .....". : .... . '" . """ 1 ." " .....,. . .,:' ..... : :...... ':'" . . ::::':::::[::J::J:'J:j':,:'J:::J::::::' ::::::I..J::"J:.lj' ":[':'::::::1. o: ::....Т::J:..l:::..,,,'.::\lj\,\\-- ;;.::.".,.::::! o: ::.....с::. '/',::1" ",., :,_ " 1 " о '" I 'IJ ., I\ .J'.,;z,.:i-  ' '...,.,. . 15 О ' ':..:'%: ЯI 'jO\, .' ..'.,. : ..J " 1, "1,." " , ,;.. . ...,.. 'M'  ;ь.. ..... J /,... '/'-.',;".',JI.:.. . ,,>., :::.' ."  ", '- /;;..;':'-:';. 100 . 40 30 10 20 О О 100 а) ..0 :_'. о о j 10 20 30 40 50 50 ,., . " , ,": l : 04' ....)... ....! . ............ j ..,..'. ,......... "';'" , .' ,.' j.... ..,...;... .' :......,....,:.....  ,..,.....,....: '. 0,2 ..' ... '...;11 ( О .,..,..,:.::....iilt'\ 150 .... '.,.. A\\. ..".... -..... ......... ". .... ........ ....... : ....... : 100 50 40 20 30 10 о о в) Рис. 6.35. Вид импульсных откликов РСА при синтезе с прямоуrольным окном (а), с взвешиванием диаrраммой антенны вида sinc 2 (б) и двумерным rауссовым взвешиванием (в) Ниже рассмотрено влияние расфокусировки на форму импульсноrо отклика для типичных видов взвешивающих функций. Отметим, что применительно к за дачам автофокусировки при наличии на РЛИ точечных целей, информация (Ha пример, фазовая), заключающаяся в боковых лепестках, может оказаться полезной для ее использования до снижения уровня боковых лепестков. На рис. 6.6,a приведена форма импульсноrо отклика (сечение по азимуту) при постоянной амплитуде принятоrо по апертуре сиrнала (прожекторный режим или приближенно  режим Скан сар ) для прямоуrольноrо окна опорной функции. Значение коэффициента дефокусировки  тdf== о; 1: 2; 4. Точная фокусировка име O,88R o A ет теоретический отклик вида sinc с шириной Рхо  2L по уровню минус а 3 дБ и уровнем первых боковых лепестков минус 13,46 дБ. При обработке сиrнала в маршрутноrо режиме с аподизацией сиrнала формой ДНА и прямоуrольной форме опорной функции разрешение составляет Рхо  Dxant , а лепестки снижают 2 11492 289 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ся до 19,3 дЕ (рис. 6.36,6). Аналоrичная картина получается при обработке сиrна ла прожекторноrо режима (и режима Скан сар) и использовании при синтезе окна Кайзера (рис. 6.36,в). Н\, , дБ 5 ' ! : I I I I I I I I О  I  I I : : I : : I I I I I I I I I зо 4 2 о а) 2 4 Х Рхо Н-'( , дБ 5 ! I I I I I О ШШ l шшtшшfшшtш : I I I I I I I I I ! ШШ Ш : ! ! ! зо "дБ 5 I I I I I I I I I : I : I I : О l I  I I I : I I I : I I I I I I , I I I о б) н.'( , дБ 5 ! I : I I О шшiшiшtшшt I I 1 I I I I I I I . I I  + +   +    +   : I I I I I I I 2 зо 4 Х 4 \'O 4 Х РХО о в) 4 2 2 о 2) 2 Рис. 6.36. Азимутальное сечение импульсноrо отклика РСА при синтезе с разными функциями взвешивания и расфокусировке: прямоуrольным окном (а), учетом формы ДНА (6), окном Кайзера fЗ 2,9 без влияния ДНА (в) и с учетом влияния ДНА вида sinc 2 (2) При синтезе маршрутноrо режима с опорной функции, имеющей взвешивание окном Кайзера, как на рис. 6.36,6,2, импульсный отклик расширяется дО 1,3R А Рхо == 2L о , а уровень лепестков падает до минус 35 дБ. Во всех случаях при а дефокусировке до тdf < 2 отклик расширяется не более, чем на 1 О %, энерrетиче.. ские потери не превышают 0,5 дЕ, но возрастает уровень первых боковых лепест.. ков до минус 10. ..15 дБ. 6.10.4. Влияние поrрешностей измерения координат КА, трассы распространения сиrнала и рельефа местности на точность фокусировки РЛИ в РСА авиационноrо базирования (самолеты, вертолеты, БЛА) основным дeCTpYK тивным фактором являются траекторные нестабильности. В космических РСА, He 290 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА смотря на увеличение длины синтезированной апертуры в десятки раз, движение КА можно считать стабильным с поrрешностями, обусловленными точностью бал листических измерений. Высокая точность баллистической информации обеспечи вается путем внешних траекторных измерений с проrнозом параметров движения на момент съемки и их уточнения после съемки. Используется также бортовая ап паратура позиционирования rЛОНАСС или GPS, как это предусмотрено в РСА ТепаSАRХ [315], rде первоначальная точность позиционирования составляет 10 м (СКО), а с применением дополнительных средств  2 или 0,1 м. К фазовым искажениям, вызванным ошибками баллистических расчетов и измерений, основной составляющей которых является поrрешность вычисления лэс, следует добавить реrулярную часть запаздывания радиоволн (изменение па раметра «наклонная дальность») в трассе распространения сиrнала  атмосфере (тропосфере и ионосфере). На рис. 6.37 показана rеометрия обзора, учитывающая поrрешности оценки координат КА и целей, а также прохождение сиrнала через тропосферу и ионосферу. z S 2  .-.-'-  ":\.... Х 2 +Х2, У2, Н +Z2 .- #' ..........-... . . .- -.:тr .,;. -- ... .-. е. \ AD , -.... '.-... \  L.lI\ion , -- .. -..'  , .......... ...........' \.  \. .,...,....,,   \   \ .. ....'100 . . ... ... !ill , ..._...... ..... .... ......... .........._.. .... tr l    '--...:..::<\  :-:.:.::-::.:,.... .......... +  ... ... -  А ... - ' h + А 1.. -"'-__... , в LYIB х у , , , , , , "":. "" . <::..... v Н + \. .... ...... А 1 + Х 1 , Yl , Z 1 ". .......::. ..............  ..............:............. , .- '.. Хо, Уо, Н + Zo ауА Рис. 6.37. rеометрия обзора, учитывающая поrpешности оценки координат КА и целей, а также прохождение сиrналов через тропосферу и ионосферу Для определенности зададим параметры обзора и наблюдаемой сцены, приве денные в табл. 6.2, и будем рассматривать РСА с рабочими длинами волн от 3 до 68 см. Сводные характеристики проявления дестабилизирующих факторов при ведены в табло 6.3, rде Й- хуz , av, й-А, Й-Vlео СКО координаТЬJ КА, скорости, ускорения, лэс. 291 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Таблица 6.2. Параметры дви:нсения КА и наблюдаемой сцены Параметр,размерность Обозначение Значение Высота орбиты, км Н 500 Путевая скорость, м/с V 7500 Время отсчета координат КА, с :tДl :t30 Начальная наклонная дальность, км R OA 700 Конечная наклонная дальность, км R OB 720 Значение ЛЭС, м/с: начало зоны VieA 7211 ,7 конец зоны V 1eB 7210,6 Ошибки карт рельефа, м M hA :t20 M hB Задержка по дальности, м: в тропосфере [128" 390] Mtr ",3" 76 в ионосфере [59, 128] ('ion ==4,48. ТEC/ТECU) M ion riоп А ? Таблица 6.3. Сводные характеристики проявления дестаБШlизирующих факторов К! Разрешающая способность РСА, м, Параметр O'v, м/с О'А, м/с 2 О'Ие, м/с при длине волны, см п/п 3 5,6 9,4 23 68 1 Разрешение по наклонной дальности,  оrраниченное реrламентом радиосвязи PR, м 0,25 0,5 0,75 1,76 25 (5) Величина составляющих ошибок Реализуемое разрешение, м 2 (J' xyz == 0,5 м 0,012 3.1 O 0,033 0,75 1,023 1,32 2,07 3,58 3 (J'xyz == 1 м 0,047 1,4.10 0,135 1,50 2,05 2,66 4,14 7,20 4 (J'xyz == 2 м 0,189 5,4.1 O 0,535 3,0 4,08 5,31 8,25 14,29 5 (J'xyz == 4 м 0,759 2 2.103 2,136 6,0 8,23 10,65 16,54 28,49 , 6 (J'xyz == 8 м 3,035 8,8.10 8,48 12,0 16,36 21,2 33,47 56,84 7 Высота рельефа местности h== 1 000 м 1,74 2,38 3,08 4,82 8,3 8 Время синтеза апертуры T synt , с 2,9 1,8 6,0 6,3 1,3 (6,5) 9 Размеры апертуры синтеза, км 22 14 45 47 1 О (50) 10 Длина участка в уrловом секторе синтеза, км: ионосфера H ion ==300 км 13 8,4 27 28 6 (30) тропосфера H tr ==6 км 0,25 0,15 0,55 0,57 0,25 (0,75) 11 Смещение дальности в ионосфере М iош м 0,02 0,07 0,2 1,18 10,36 292 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА Рефракция радиоволн в тропосфере вызывает искривление пути и увеличение времени распространения радиоволн [128, 390]. Величину поправки наклонной дальности AR h , вызванной увеличением времени вследствие искривления трассы распространения радиоволн и уменьшения скорости радиоволн в тропосфере, можно оценить по приближенной формуле [128] н Mtr = 106 N О J ехр { o, 13h km } dh , (6.57) cos Yi О rде No==(пI)106  так называемый, индекс преломления тропосферы; Ji  уrол па дения радиоволн на земную поверхность; H 20 км  высота атмосферноrо слоя; h  размер ступени интеrрирования слоев тропосферы (в метрах); h km  текущая BЫCO та слоя (в километрах); п  коэффициент преломления тропосферы на уровне моря (п== 1,00035). Предполаrается, что rpадиент изменения коэффициента преломления тропо сферы постоянен по высоте и равен дп = 4 .1 08 м l (нормальная тропосфера). При дН уrле падения радиоволн J1. == 45° поправка на распространение сиrнала в тропосфере составляет дRtr == 3,76 м и не зависит от частоты зондирующеrо сиrнала. Реrулярная составляющая задержки не ухудшает разрешения РЛИ. Однако интервал простран ственной корреляции фазы (масштаб турбулентности) обычно составляет 50.. .100 м, что меньше пределов yrловоrо сектора апертуры синтеза (табл. 6.2), и может потре боваться компенсация случайных фазовых флуктуаций по апертуре синтеза путем автофокусировки. Влияние ионосферы, содержащей электронную плазму, имеет аналоrичный характер, как для тропосферы, но оно значительно более выражено, поскольку диапазон высот ионосферы шире (от 60 до 1000 км при максимуме ионизации в районе 200.. .300 км), уrловой сектор синтеза РЛИ перекрывает большой простран ственный интервал с неоднородностями и, кроме Toro, деструктивные воздействия возрастают с ростом рабочей длины волны РСА. ДЛЯ ионосферы коэффициент преломления и фаза принятоrо сиrнала, определяемая задержкой, зависят от пол Horo электронноrо содержания (ПЭС) ТЕС (Total Electron Content [390]) вдоль Ha правления распространения луча nion = iion = Jl 80,8 ;2 ' ( 6.58) . == 2;rf J 40 ,308 N d = 8,44.107 1 tplOn С f 2 е S f ' s rде f  несущая частота сиrнала; 1 = J Neds = ТЕС  5TECU  величина ПЭС вдоль s направления распространения; TECU == 1016 эл./м 2  единица ПЭС (Total Electron Content Unit); Ne 1012  плотность электронов. ( 6.59) 293 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Как показал анализ экспериментов [390], СКО фазы (задержки сиrнала), BЫ званной влиянием атмосферы, составляет примерно 10...20 % от величины запаз дывания сиrнала в целом по кадру, которое может быть учтено в алrоритме синтеза по метеоролоrическим данным и/или информации о состоянии ионосферы в районе съемки. Для дециметровых диапазонов волн, rде больше влияет ионосфера, может предусматриваться применение специальных измерений (с разделением частот) для оценки полноrо объема электронов и коррекции параметров обработки сиrналов [488]. Остаточные фазовые искажения и случайные фазовые ошибки, вызванные He стабильностями пространственновременноrо распределения по апертуре синтеза, подлежат компенсации путем автофокусировки. Их значения (СКО), а также зависи мости от длины волны реализуемоrо разрешения по азимуту и дальности без приме нения автофокусировки приведены на рис. 6.38. Масштаб неоднородностей ионо сферы 200...5000 м также меньше уrловоrо сектора синтеза РЛИ, что требует при менения автофокусировки РЛИ дЛЯ компенсации фазовых ошибок. д'rp., rpад PRP x 100 1 - т  .......-................. ............................... .............................. ......... ....................... -_._.... _. ......;r   . ...... ----- -... Iooo__ .. ................... .......... ... ........................ ...... ........................ ................................ .............................. ,." .. .,..  . а . . . . . . . ..... . .. . . . . 600 . ...-j.....I...I.."I.II.............I...I..i i ilj .....-..! ..I"j.I."ll f l 400 .........,.".}.".,..f...,.I....!...!..t.t.} ......................,!."..t".,!..t,.I..P. .'....... .,.j..."..{.....!....!...I..t.1.t 1 1111111 111111 I 1111111 200 ".,.,...,..,.!,....,"!,...,t.....!..t,H ". .....,...."....t"...!....t.,j...I.; о . ..."....,!,....)...,....!...ц..!,j. ! !!I!I!I I ii!!! ! !!I!!!I . :: . о. : ::::: :: : : : ::: : . : :::: - ::: : : ::: 10 0,1 О 0,01 О, ] 1 10 }I., см 0,01 ] 2 4 8 10 20 40 80 ... А, см а) 6) Рис. 6.38. Зависимости фазы сиrнала и разрешения от длины волны РСА: а  СКО флуктуаций фазы [390]; б  реализуемоrо разрешения по азимуту и дальности без применения автофокусировки (см. [128], подраздел 2.2.3) Среднее значение смещения дальности дЯ,iоп, вызванное прохождением сиrна ла через ионосферу при ТЕС==5 TECU в диапазонах волн от 3 до 70 см, составляет ion == 0,02...1 О М. Такая величина запаздывания практически не ухудшает азиму тальноrо разрешения (рх  0,032...0,35 м). Основная причина ухудшения разре.. шающей способности  флуктуации фазы вдоль разных путей распространения сиrнала, вызванные пространственными и временными (за время синтеза) HeOДHO родностями. Оценим теперь влияние ошибок измерения координат КА. Следует иметь в виду, что ошибки вычисления наклонной дальности до объекта съемки (центра кадра или начала полосы съемки) сами по себе не вызывают расфокусировки РЛИ. Наклонная дальность каждоrо пикселя Р ЛИ относительно центра масс КА опреде ляется частотой квантования сиrнала, которая формируется от высокостабильноrо бортовоrо эталона времени. При ошибках измерения текущеrо положения КА объ 294 
fлава б. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА ект съемки смещается относительно расчетноrо пикселя Р ЛИ (ошибки привязки РЛИ к rеоrрафическим координатам). Появление ошибок позиционирования OTpa жается на вычислении значения ЛЭС или аналоrичных параметров опорной функ ции для синтеза Р ЛИ. В качестве примера рассмотрим rеометрию обзора на рис. 6.37 с параметрами движения КА и наблюдаемой сцены, приведенными в табл. 6.2. Расчеты ведем OT носительно положения КА в точке 80 при (0==0 с измеренными координатами КА (Хо, уо, H+z o ), rде малыми буквами обозначены ошибки измерений. Расчетные координаты точек визирования А и В в пикселях РЛИ с наклонны ми дальностями R oA , R OB и нулевой координатой по азимуту Х А == Хв==О (ноль допле ровской частоты) определятся следующими формулами, в том числе с заменой в (6.60(6.63) индексов А на В ХА ==Х в ==Хо, (6.60) [ (R s +20)2 +(Re +h A +hA)2 (ROA Mtr дRion)2 ] а уА == arccos ( )( ) , (6.61) 2 Rs +ZO Re +h A +hA УА == (Re + h A + д-h А )sin ауА , (6.62) ZA ==(Re +h A +hA)cosayA Re. (6.63) Как правило, в служебную информацию, сопровождающую записанную pa диоrолоrрамму, включают измеренные координаты КА в rpинвичской системе KO ординат (rCK), проекции вектора скорости и ускорения. Эти параметры вычисля ЮТ путем совместной обработки данных внешних траекторных измерений и борто вых датчиков. Используют процедуры сrлаживания, результат которых можно представить в виде постоянных для Bcero интервала синтеза ошибок и флуктуаци онных составляющих. Их влияние на фокусирование Р ЛИ различно, при этом по стоянная ошибка вычисления координат КА аналоrична изменению высоты цели слабо влияет на величину ЛЭС. ДЛЯ ориентировочной оценки изменений ЛЭС BOC пользуемся формулой (5.100) rл. 5, подставив в нее координаты КА для t== 0 и t==+ ( с добавлением случайных ошибок по каждой координате RA(11/)2 +RA(I1I)2 2RA(0)2 VIeA == 21112 = :п { (х} +Х} xo)2 +(J} + У} YA)2 +(Z} +Z} ZA)2 +(Х 2 +Х2 xo)2 + I 2 2 2 2 2 } 1/2 +(Y2+Y2YA) +(Z2+Z2ZA) 2(JO+YOYA) 2(ZO+ZOZA) ,(6.64) rде Х, у, Z, ! с индексами  случайные значения ошибок. Результаты математическоrо моделирования влияния ошибок приведены в табл. 6.3. Интервал времени выбран достаточно большим  t== 30 с, при котором сrлаженные отсчеты координат, скоростей и ускорений КА можно считать HeKOp релированными. Для сравнения в таблице приведены значения СКО скоростей (jv и 295 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ускорений СТА КА, а также СКО полученных значений ЛЭС CТVle. Среднее значение ЛЭС дЛЯ начала зоны равно VieA==7211,7 м/с, для конца зоны VieB==7210,6 м/с. В табл. 6.3 приведены значения разрешающей способности по наклонной дальности в разных диапазонах волн, которые оrраничены полосой сиrнала, Bыдe ленной Реrламентом радиосвязи для исследований Земли из космоса (для Рдиа пазона в скобках указано разрешение 5 м с учетом возможной перспективы). Предполаrается получение одинаковоrо разрешения по азимуту и дальности. Для приведенных в табл. 6.3 СКО составляющих ошибок даны COOTBeTCT вующие коэффициенту тd r 1 значения азимутальноrо разрешения, которые rapaH тировано (по 3CТVle) MorYT быть обеспечены без автофокусировки. Заметим, что при эксплуатации РСА Sдиапазона волн «МечКУ» обеспечивалось без применения автофокусировки азимутальное разрешение 11.. .15 м по известным баллистиче.. ским данным  значению, так называемой, «приведенной дальности», COOTBeTCT вующей изменению ЛЭС. Проведенное математическое моделирование формулы (6.64) показало, что при орбитальном движении необходима коррекция опорной функции по дальности с учетом изменения лэс. Необходим также учет рельефа местности. В отличие от прямолинейноrо paBHoMepHoro движения платформы изменение высоты цели на 1 км требует поправки к значению лэс на 0,526 м/с для исключения расфокуси ровки РЛИ (строка 7 табл. 6.3). В строках 810 табл. 6.3 приведены размеры апертуры синтеза РЛИ и длины участков в уrловом секторе синтеза РЛИ на высотах 300 км (ионосфера) и 6 км (тропосфера). Для случая прожекторноrо режима съемки с некоrерентным накоп лением приведенные размеры участков должны быть увеличены в число раз, опре деляемых числом наблюдений N e . В строке 11 табл. 6.3 даны расчетные значения реrулярноrо смещения по дальности, вызванное прохождением сиrнала через ионосферу при TEC==5.TECU. Анализ приведенных в табл. 6.3 данных показывает, что реализация высокоrо пространственноrо разрешения в космических РСА предъявляет очень жесткие Tpe бования к знанию параметров орбитальноrо движения, которые не во всех случаях MOryт быть обеспечены. Вместе с тем, по баллистической информации может быть выполнен синтез комплексных РЛИ с ухудшенной разрешающей способностью, но приrодных для первичноrо дешифрирования с обнаружением ярких объектов и ло кализацией участков для детальноrо дешифрирования с применением автофокуси ровки, радиолокационноrо портретирования объектов и их классификации. 6.10.5. Обзор алrоритмов автофокусировки СиZНШlьная информация о законе изменения фазы сиZНШlа. По результатам про веденноrо анализа эффектов, вызванных отличием фазовой характеристики фильт ра синтеза Р ЛИ от комплексно сопряженной фазы сиrнала, можно выделить ряд информационных признаков для их использования в алrоритмах автофокусировки Р ЛИ в космических РСА. В цитируемой моноrрафии по синтезу РЛИ [274] задача автофокусировки pe шается в два этапа  измерение фазовых ошибок в сиrнале и их компенсация. При 296 
fлаsа 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений s космических РСА этом под сиrналом понимают радиоrолоrрамму, сжатую по дальности, а фазовые искажения рассматривают как ошибки по апертуре антенны, сфокусированной на бесконечность. При таком подходе импульсный отклик системы по азимуту явля ется спектром входноrо сиrнала с оrибающей, равной форме ДНА антенны радио локатора по мощности, а ero фазовая характеристика  совпадающей с радиоrоло rраммой от точечной цели. Задача автофокусировки  устранить ЛЧМмодуляцию, включая искажения и случайные отклонения от нее, и получить на выходе БПФ сжатый импульс по азимуту. Отмечается, что алrоритмы автофокусировки и их трактовка MorYT иметь варианты. Так, например, перед модулем измерения ошибок можно компенсировать ЛЧМ в радиоrолоrрамме по баллистическим данным (предварительная фокусировка [118]  как шаr rармоническоrо анализа) и анали зировать только остаточные ошибки. Если предметом автофокусировки является уже полученное комплексное РЛИ (КРЛИ), то возврат на порождающую ero pa диоrолоrрамму эквивалентен вычислению спектра КР ли. Информация о степени фокусировки Р ЛИ преимущественно содержится в OT кликах от точечных и компактных объектов, в их амплитудах, rистоrраммах распре деления, ширине откликов, фазовых характеристиках. Информация, заключенная в rистоrраммах амплитудноrо распределения РЛИ, может быть использована дЛЯ BЫ бора фраrментов РЛИ (фраrментов радиоrолоrраммы) по дальности и азимуту для проведения процедур автофокусировки с последующим распространением KoppeK тирующих поправок на весь кадр съемки или большой фраrмент маршрута. Реальный фон местности отличается от идеальной диффузной поверхности наличием текстуры, rраниц участков, дороr, просек и т.д. Поэтому автокорреляци онная функция РЛИ фона кроме узкоrо пика, характеризующеrо спеклшум, может нести информацию одефокусировке РЛИ, которую можно использовать при Ma лом числе компактных объектов. При расширении импульсноrо отклика, вызванноrо дефокусировкой, имеется возможность использовать взаимный сдвиr (<<смаз») парциальных РЛИ, получен ных в двух неперекрывающихся уменьшенных апертурах (см. рис. 6.6,6, «разма занные» и смещенные отметки AlA2 и BlB2 при расфокусировке). На этом прин ципе основан алrоритм автофокусировки Mapdrift (MD)  «Смещение изображе ния» [274], который в русскоязычной литературе называют также «Оценка средней доплеровской частоты» [118]. Наличие азимутальноrо смещения (<<смаза») отклика при дефокусировке Р ЛИ может рассматриваться как появление разностной допле ровской частоты между комплексными Р ЛИ, полученными в паре парциальных апертур. Эту разность частот можно измерить фазоразностным (Phase Difference  PD) методом. По своим возможностям он близок к алrоритму Mapdrift, но имеет преимущества по числу операций. Дефокусировка комплексноrо РЛИ приводит к появлению квадратичной и бо лее высоких порядков фазовой составляющей импульсноrо отклика (см. рис. 6.28). Они обусловлены фазовыми ошибками в спектре сиrнала, который является анало rOM радиоrолоrраммы, если в ней компенсировать ЛЧМ (Deramped signal). Алrо ритм, реализующий этот метод, носит название «фазовоrрадиентный автофокус» (Phase Gradient Autofocus  PGA). Высокая чувствительность формы отклика от 297 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования фазовых ошибок позволяет использовать этот алrоритм для фокусирования ло кальных участков кр ли. Далее рассмотрены принципы построения основных алrоритмов автофокуси ровки Рли. В литературе отмечается, что эти алrоритмы при сохранении общих идей MorYT иметь разные варианты исполнения (а также разную производитель ность) в зависимости от конкретных условий их применения. Поэтому при pac смотрении мы будем учитывать особенности использования алrоритмов автофоку сировки при синтезе Р ЛИ в космических РСА. Алzоритм автофокусировки по сдвиzу изображения Mapdrift. Структурная схема алrоритма Mapdrift приведена на рис. 6.39. Исходную радиоrолоrрамму де.. лят на две подапертуры, по каждой из которых делают синтез РЛИ с использова нием опорной функции, рассчитанной на основе баллистических параметров. По.. сле детектирования каждоrо из амплитудных рли  АРЛИ 1 И АРЛИ 2 вычисляют их корреляционную функцию. Радиоroлоrрамма. сжатая по дальности Расчет корреляционной ФУНКЦИИ Усреднение по каналам далЬНОСТИ П.оиск максимума Опорные функции по баллистическим данным и поправкам Вычисление поправок 1< опорным функциям Синтез КР ли Рис. 6.39. Структурная схема алrоритма автофокусировки Mapdrift При выполнении алrоритма реализуются следующие процедуры: 1) радиоrолоrрамму, сжатую по дальности, разбивают на две неперекрываю щиеся подапертуры; 2) в каждой из подапертур выполняют синтез комплексных рли  КРЛИl и КРЛИ2 по опорным функциям, сформированным по баллистической информации, известной на момент синтеза; 3) вычисляют модуль крли с получением амплитудных рли  АРЛИl и АРЛИ2; 4) в каждом дальностном канале вычисляют корреляционную функция по азимуту как свертку двух АРЛИ: R(X) == АРЛИ10АРЛИ2; 5) усредняют корреляционную функцию по всем каналам дальности. Вид KOp реляционных функций для случаев точной фокусировки и дефокусировки с тdf == == 1,25 приведен на рис. 6.40,а; 6) определяют положение максимума усредненной корреляционной функции относительно нуля на временной оси (ero можно найти по положению максимума авто корреляционной функции); 298 
fлаsа 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений s космических РСА 7) вычисляют поправку к параметру лэс для расчета скорректированной опор ной функции. Формулу для расчета поправки можно получить из rеометрии оптиче cKoro синтеза (антенный подход), показанной на рис. 6.40.,6 (сравнить с рис. 6.5,6) L a12 M 2L а12 ДViе Х df  ' , (6 65)  Vieo rде L a1 ,2  размер подапертур; X df  измеренное смещение корреляционной функ ции; !1R  разница между расчетным Ro и истинным F фокусами радиоrолоrpаммы; Vie  поправка к лэс; Vieo  расчетное значение лэс. Отсюда поправка к лэс ДVjе == X df == 1,56% . (6.66) Vieo 2La 1 2 , R \ . . . ,. . . :: =::::'::::T:':='1==:':::, :::::'T:::::::.l:::::::::t:::. :: .::T:::.::.T::.:::==: I 'T:::::.::::.::.::::.::...::T::.:.. ;:; ::::::::::!:::J::.::::1::::::J:::::::::::J:::::::::::: , 'ir\.,...v\......iv{   '\.I\o"',./''''..)'' 0,1 ....,.."..', ; . "'.,, : "" 'i'" .'...."j....""...""1." : : О i ! j ! 1 80 60 40 20 О 20 40 60 80 ",\ в L a 2 ........................................ X df L a 12 , ............................................ Lal ..................................... Ro м А а) б) Рис. 6.40. rеометрия формирования АРЛИ подапертур (а) и вид их корреляционных функций (6) при автофокусировке Р!lИ методом Mapdrift: точная фокусировка () идефокусировка (    ) с тdF 1,25, по оси ординат отложены азимутальные отсчеты корреляционной функции для тd r 1,25 поправка к лэс составляет 1,56 %. Знак поправки положительный, если смещение максимума положительное (увеличение масштаба РЛИ по азимуту). Это обусловлено уменьшением крутизны закона изменения фазы (фокус радиоrоло rpаммы увеличивается, лучи подапертур расходятся, как это показано на рис. 6.40,а). Обычно, корреляционную функцию вычисляют не по всем каналам дальности, а только по тем, rде присутствуют яркие цели (около 5 %), которые находят путем пороrовой обработки первичноrо АРЛИ или любоrо из парциальных АРЛИ. Такая селекция сокращает наrрузку на процессор и повышает точность фокусирования. Повышение точности также происходит при вычислении не амплитудноrо, а Р ЛИ в формате энерrетической плотности  квадрат амплитудноrо РЛИ (ЭРЛИ), реализуе Moro квадратичным детектором. В случае большой начальной дефокусировки целе сообразно применить несколько итераций, каждая из которых сужает пик корреля ционной функции, что повышает точность оценки смещения максимума. 299 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Особый эффект может быть достиrнут в прожекторном режиме съемки с He коrерентным накоплением нескольких наблюдений, коrда Р ЛИ от каждой парци альной апертуры в результате итераций будет сходиться к Р ли с требуемым BЫCO ким разрешением. Особенность paccMoTpeHHoro алrоритма с двумя подапертурами состоит в том, что он позволяет устранить только квадратичную ошибку фазы. Для YCTpaHe ния фазовых ошибок более высоких порядков радиоrолоrpамму разделяют не на пару, а на несколько пар парциальных апертур (Multiple Aperture Mapdrift  МАМ) с совместной обработкой каждой пары АР ЛИ для расчета коэффициентов разло.. жения фазы в ряд. Фазоразностный Шlzорumм автофокусuровкu. Фазоразностный алrоритм ав.. тофокусировки, структурная схема KOToporo приведена на рис. 6.41, во MHoroM на.. поминает Mapdrift, но вычислительных затрат в нем rораздо меньше. Входную ра.. диоrолоrрамму также делят на две подапертуры (или больше для вычисления фазо.. вых поправок выше BToporo порядка), перемножают сиrнал второй подапертуры и сопряженный сиrнал первой подапертуры, после чеrо выполняют БПФ, формирую щий корреляционную функцию сиrналов в подапертурах, детектирование и усред.. нение результата по каналам дальности. После этоrо находят максимум корреляци онной функции И вычисляют параметры опорной функции для синтеза Р ли. Комплексное сопряжение АРЛИ, РаДИОП)ЛOl"рамма, сжатая 110 дальности Де:lение на две подапертуры [<11 и [а2 Детектор Усреднение по каналам даЛI>НОСТИ Синтез кр ЛИ Вычисление поправок к опорным функциям Поиск максимума Выходное КРЛИ Рис. 6.41. Структурная схема фазоразностноrо алrоритма автофокусировки в принципе данный алrоритм не требует итераций и предварительной фоку.. сировки радиоrолоrpаммы, но она желательна (путем rетеродинирования с расчет.. ной ЛЧМопорой), так как при больших смещениях MorYT появляться ложные MaK симумы. На рис. 6.42 показан вид корреляционных функций для сцены, приведен ной на рис. 6.33. Как видно из рис. 6.42,а, корреляционные функции для фазоразностноrо алrо ритма автофокусировки более узкие (примерно в два раза), чем для алrоритма Map drift. При линейном детекторе они имеют зависящий от расфокусировки пьедестал (на уровне ",0,3), для устранения KOToporo можно после детектирования вычесть по.. стоянную составляющую. При использовании квадратичноrо детектора корреляци.. онная функция обужается и пьедестал становится меньше (см. рис. 6.42,6). 300 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА Rx 1 . l' . I . . l' .. I О, 9 шшtшt----t-------  ш-t-_шtш_-tш_- : : : I : 2: : 0,8 _шшt-----t--------t------ - шL -_ш_-t--_ш-tшш_- : : ::1 :: . , . " . , . О, 7 ----+-----t---+---- t- ---t-----t------+----- : : : :, : 1 : : : : : : I : : : О, 6 ............................................... ..t,....... ......... ............................................................... : : : : , . : :   i I i :  0,5 ..... t-.. ....... 1... ... ....+ ... .. .. : , ! : . . ". , . . I О, 4 ----+-----+/'----t----t--t-\------t---ш t;:---t------ / \ ,"'A/,..;" V ,!\:"''/"-..: : \" It""J""'I:/ '" :  . I У, 1'"  , I \; -:--.....,,/'y 0,3 . I . I I I · 40 30 20 10 О 10 20 30 n х а) о б) 40 60 I1х Рис. 6.42. Вид корреляционных функций при фазоразностном алrоритме автофокусировки амплитудных (а) и энерrетических (6) РЛИ: 1 и 3  дефокусировка тdf == 0,5; 2 и 4  дефокусировка тdf == 1,25; 5  уменьшенная в 10 раз кривая для сфокусированноrо ЭРЛИ Автофокусировка по сиzнШlQ.М, от точечных отражателей. При наличии на местности точечных отражателей сиrнал от них (в радиоrолоrpамме) является прототипом опорной функции для синтеза РЛИ после нормализации амплитуды, устранения начальной фазы и смещения доплеровской частоты (для синтеза РЛИ в прожекторном режиме и режиме Скан сар). Такая опорная функция инвариантна к фазовым искажениям сиrнала. При выделении сиrналов от точечных целей возни кают проблемы, связанные с низким отношением сиrнал/шум для точечных OTpa жателей и наличием фона местности. Алrоритм автофокусировки по точечным отражателям удобно применять для фокусировки не радиоrолоrраммы, а полученноrо по ней и расчетной опорной функции комплексноrо изображения (КРЛИ), представленноrо в виде амплитудно ro (АРЛИ) и фовоrо (ФРЛИ) изображений. По АРЛИ находят яркие отклики, формируют окно (обычно, в несколько раз превышающее ширину отклика) и, ис пользуя это окно, вырезают из АРЛИ и ФРЛИ фраrмент, который после БПФ MO жет быть использован для корректировки фазовых ошибок в спектре КРЛИ. После шаrа итерации с уменьшением ширины отклика, уменьшают размер окна, пока ширина отклика не достиrнет расчетноrо значения. Такой алrоритм применим для коррекции ошибок по азимуту и дальности (вызванных, например, аппаратурными нестабильностями или ионосферой). Для уменьшения ошибок, обусловленных недостаточным отношением сиr нал/шум, можно усреднить фазовую характеристику полученной опорной функции (в спектральной области) по набору использованных точечных отражателей. Заме тим, что применение в процессе первичноrо синтеза Р ЛИ с коррекцией миrрации дальности процедур масштабирования по дальности и частоте обеспечивает инва риантность опорных функций, полученных по точечным отражателям при любой их дальности в пределах кадра. 301 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Автофокусировка изображения методом формирования дина.м,ическux фазовых портретов. В [118] изложен метод измерения квадратичной фазовой ошибки путем формирования динамических фазовых портретов. Динамический фазовый портрет  это радиолокационное изображение сцены, получаемое с BЫCO ким пространственным разрешением. Каждая точка изображения несет информа цию о разности фаз сиrналов (дельтаФРЛИ), полученных в двух каналах РСА, разнесенных во времени (а также в пространстве и во времени). В качестве таких каналов предлаrается использовать симметрично расположенные подапертуры с разной длительностью. Этот метод не предъявляет требований к «точечности» объекта. В результате об.. работки полученных данных вычисляют квадратичный коэффициент разложения вре.. MeHHoro закона фазы С 2 == d 2 cp/2dt 2 , определяющий значение ЛЭС. Структурная схема алrоритма основана на поиске максимума апостериорной плотности вероятно сти оценки КОЭффИIIиента С 2 с учетом априорной плотности вероятности распределе.. ния ошибок навиrационных датчиков. Показано, что оптимальное соотношение дли тельностей подапертур составляет 0,6.. .0,8. Применение этоrо метода может быть pe комендовано для случаев, коrда интервал корреляции фазовых флуктуаций соизмерим с апертурой синтеза РЛИ (РСА авиационноrо базирования или космические РСА мет.. pOBoro диапазона с сильным деструктивным влиянием ионосферы). Энтропийный алzоритм автофокусировки. В основе энтропийноrо алrо.. ритма [508] лежит идея минимизации некоторой функции качества изображения по фазе опорной функции. В качестве такой целевой функции, например, используют энтропию изображения Е == LL P (x,r)log2 P(x,r), (6.67) х r IRLI(x,r)1 2 rде Р == 2 . LL/RLI(x,r)1 х r Работа алrоритма заключается витерационном процессе минимизации целе вой функции энтропии в пространстве фазы опорной функции. Фактически, алrо.. ритм пытается получить наиболее контрастное изображение, подобрав соответст.. вующую фазу опорной функции. В практике синтеза Р ли наиболее широко применяется фазовоrрадиентный алrоритм автофокусировки PGA. Он рассмотрен в следующем подразделе. 6.10.6. Фазово-rрадиентный апrоритм автофокусировки Одним из наиболее эффективных и широко используемых при синтезе РЛИ алrо.. ритмов автофокусировки является фазовоrрадиентный алrоритм автофокусировки PGA [274, 497], основанный на извлечении некомпенсированной фазовой ошибки непосредственно из ярких точечных целей. Теоретическое обоснование алrоритма, приведенное в [274], исходило из синтеза РЛИ с использованием для сжатия по ази.. муту метода rармоническоrо анализа. Входным процессом для работы алrоритма PGA в этом случае является предварительно сжатая по дальности (с коррекцией ми 302 
fлаsа 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений s космических РСА rpации) радиоrолоrpамма, в которой скомпенсирован (deramped) закон ЛЧМ с OCTa точными отклонениями, требующими устранения. Получаемое в каждом канале дальности комплексное РЛИ представляет собой спектр радиоrолоrpаммы. Приме нением ОБПФ возможна обратная операция перехода от КРЛИ к радиоrолоrpамме с частично (на данном шаrе итераций) скомпенсированными отклонениями. Существует MHoro вариантов реализации алrоритма PGA. Ero усовершенст вованные модификации используют в качестве входноrо процесса частично сфоку сированное кр ЛИ, компенсацию фазовых ошибок выполняют в спектре кр ЛИ по азимуту, что не противоречит первоначальной идее метода в связи с эквивалентно стью процедур БПФ и ОБПФ (с точностью до множителей). Алrоритм PGA имеет преимущества компенсации фазовых ошибок по апертуре синтеза РЛИ независимо от их закона. Принцип работы алrоритма основан на разви тии и конкретизации метода автофокусировки по точечным отражателям. CTPYKTYP ная схема рабочеrо варианта алrоритма показана на рис. 6.43, rде входным сиrналом является КРЛИ, синтезированное по известным баллистическим данным. { 1 } кр ЛИ (j пх ( т.ll ) {2} Просмотр каналов дальности, поиск максимума по азимуту, проверка «точеt.IJIОСТИ» отклика и",х (11) {3} Формирование окна,обнуление остальных отсчетов и",н/ (п) { 14} Корректирующая функция {7} Усреднение квадрата спектра {5} ехр {j21r.n.\J} r" ....  I I {18} ОБПФ : I I I I {15} БПФ Спектр кр ЛИ .(т. v) Итераuи { 16} ,Scor (т. v) == = .S' ( т, v) J;cor ( v) {9} Производная спектра {13) Устранение постоянной и линейной составляющих. Вычисление корректирующей фазы { 1 О} Мнимая часть { '. . t . s'" (\,). s'" (l')'J ' усреднение по 111 Тест и", ( дп) { 12 } Вычисление фазы спектра Рис. 6.43. Схема фазово"rpадиентноrо алrоритма автофокусировки PGA Алrоритм автофокусировки PGA базируется на вычислении rрадиента фазы спектра КРЛИ за вычетом постоянной фазы и линейной зависимости фазы от ази мутальной координаты. Принципиально этот метод можно применить и для aBTO фокусировки к.Р ЛИ по дальности, например, с целью компенсации нестабильно стей ионосферы [241 *, 468*]. 303 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Рассматриваемый вариант алrоритма PGA включает следующую последова тельность шаrов, которые циклически повторяются: 1) поиск каналов дальности, содержащих отклики от ярких точечных целей (Prominent points selection); 2) локализация отклика от точечной цели в окне (Windowing); 3) циклический сдвиr откликов (Shifting) к нулевой пространственной (или доплеровской) частоте; 4) суммирование спектров откликов по каналам дальности; 5) оценка rрадиента фазовой ошибки (Phase gradient estimation); 6) коррекция КР ЛИ путем компенсаций фазовой ошибки. Ввиду важности данноrо алrоритма авто фокусировки рассмотрим ero работу бо лее подробно с иллюстрацией на модели, реализованной в среде МА TLAB. Восполь зуемся упрощенной моделью КР ЛИ (; RX ( т, п ) , в которой имеются два канала даль.. ности, содержащих строки по азимуту с откликами от одиночных точечных целей. Модель исходноzо кряп. Исходное КРЛИ формируется путем моделирова ния процесса получения радиоrолоrраммы и последующеrо синтеза Р ЛИ методом быстрой свертки. Для простоты рассмотрим модель радиоrолоrраммы с двумя Ka налами дальности (т== 1 и т==2), в каждом из которых находятся по одной цели. Па раметры модели РСА и КРЛИ приведены в табл. 6.4. В первом канале с т==l цель 1 с амплитудой 1 ед. расположена точно в центре кадра. Ее азимутальная координата Х 1 ==0. Во втором канале дальности цель 2 имеет амплитуду 0,7 ед. и азимутальную координату Х 2 ==4,48 м относительно центра кадра. Таблица 6.4. Пара.метры РСА и исходноzо КРЛИ для моделирования Шlzорит.ма автофокусировки PGA Параметр,размерность Обозначение Значение Длина волны РСА, см А 9,375 rоризонтальный размер антенны, м D хап! 2 Путевая скорость, м/с V 7000 Наклонная дальность целей, м: цель [., канал дальности т==} ROI 3750.,00 цель 2, канал дальности т==2 R 02 3753,94 Частота квантования сиrнала по дальности, мrц Fs 300 Частота повторения зондирующеrо сиrнала, rц Fp 30000 Амплитуда сиrнала от целей в каналах дальности т == 1 /2, ед. и о 1,0/0,7 Азимутальные координаты целей 1 / 2 относительно центра кадра, м X 1 /X 2 О / 4,48 Размер строки по азимуту Х mаХ 1024 Масштаб РЛИ по азимуту, м Мх 0,233 Отношение сиrнал/шум+фон для цели 1, дБ S/N 30 Расчетное разрешение РСА по азимуту, м РХ 1 Коэффициент дефокусировки исходноrо РЛИ тdf 7 304 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА Результаты моделирования работы процедур, входящих в алrоритм PGA, ил люстрируют рис. 6.46.51. На приведенных rрафиках по оси абсцисс симметрич" но относительно нуля отложены либо азимутальные отсчеты КРЛИ пМ х в метрах, rде Мх  масштаб РЛИ по азимуту, либо значения пространственных частот (раз мерность  l/MeTp). Для наrлядности выбран малый шаr квантования по азимуту (М х ==0,233 м) и большое отношение сиrнал/фон+шум (30 дБ). Длина волны РСА составляет А 9,375 см. Анализируются два варианта исходноrо КРЛИ  точно сфо.. кусированное КР ЛИ и частично сфокусированное Р ЛИ с коэффициентом дефоку сировки тdf==7. g ! 1 1 .., ..,.,'., .., ......'..'.1.."" ..,..,.,.., ",.. cd'  О  f- l 9 1 53 О  l  4 cd'   О :х:: f--o о c\s  4 е 10 5 О . ,..., .., .., ... ,. .........,., .., ... .... ..., ..,.. ,.i... ..., .., 3 5 10 Азимут, м а) 2 -3  ! ! 1  ] ..,..".,.......,.....,.,i,.......,....,..,..,.....L..",.,...  О S ] 9 ]  О  1  4   :s: О  f--o О c\s g 4 е lO . . . . .................-....-..-......................_.....-...__...--_...........-_..........................#................................................... : i : i .. .. .. .. .. .. .. .. I .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. I .. .. .. . .. 5 10 Азимут, м 5 О в) 1 ........,.........,..,...1,.,...,".. '.. .,. : .".. ,.".,.,",..,.i..,...............,.....,.,.......,.  (l) d'  О t::: g ] I ]  О  ]  4 cd' ::t:: ::s::  f--" О c\s g е О ...,...i.....,.....".............i.,........  j 4 lO О 5 10 Азимут, м 5 б) t:1 (l) i i 1 . , . . 1 ...,.,..,.....,..,., ,., ...i-....,., ....'..'..'.....'.Т"..'.'..' ш   О  l 9 1  О  l  4    О f--o О C1:S g 4 е 10 5 О 5 10 Азимут, м 2) Рис. 6.44. Форма комплексных откликов от ярких точечных целей в каналах дальности: a  цель 1 в центре кадра по азимyry (m==l, п==О); в2  цель 2 смещена на 4,5 м по азимyry (т==2, п==20); а, в  точная фокусировка РЛИ; б, 2  рас фоку сиро ванное РЛИ с mdF7; 1  оrибающая отклика, смещена вверх для наrлядности; 2  действительная составляющая отклика; 3  мнимая составляющая; 4  фаза отклика 305 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Составляющие комплексноrо отклика для цели 1 показаны на рис. 6.44, а, б. Задана наклонная дальность цели 1, кратная длине волны РСА. Поэтому для точно сфокусированноrо КРЛИ (рис. 6.44, а) в центре кадра мнимая составляющая 3 и фаза 4 отклика в пределах rлавноrо лепестка равны нулю. По мере удаления от rлавноrо лепестка изменения фазы отклика в пределах ::I::n при обретают случайный характер, что обусловлено боковыми лепестками синтезированной ДН, а также случайными сиrналами от фона местности и шумами приемника. При расфокусировке КРЛИ с mdf== 7 (рис. 6.44, б) фаза отклика от цели в rлав ном лепестке меняется по параболическому закону, а составляющие отклика при обретают вид, характерный для ЛЧМпроцесса. Во втором канале (рис. 6.44, 6, 2) содержится отклик от смещенной на 4,5 м по азимуту цели 2, имеющей амплитуду 0,7 ед. По наклонной дальности цель 2 CMe щена на ",0,4 м. Основное отличие откликов от целей 1 и 2  в значениях начальной фазы, что сопровождается изменением соотношения между действительной и мнимой составляющими отклика. Последовательность процедур автофокусuровкu. В исходном частично сфокусированном КР ЛИ их ( т, п) (или в КР ЛИ, получаемом после каждой итера ции) находят каналы дальности, содержащие отклики от ярких точечных целей, приrодные для автофокусировки (подраздел 6.10.7). Обычно в канале дальности выбирают один отклик с наибольшей амплитудой и определяют номер азимуталь Horo отсчета п с максимальным уровнем. Приведенные на рис. 6.44 модели откли ков от точечных целей соответствуют выходу проrpаммноrо модуля {2} CTPYKTYP ной схемы (см. рис. 6.43). В окрестностях найденных откликов от точечных целей формируют окно {3}, за пределами KOToporo обнуляют азимутальные отсчеты (рис. 6.45). Размер окна зависит от ожидаемоrо разрешения Р ЛИ по азимуту при расчетных поrрешностях измерения траекторных параметров. В процессе итераций возможно изменение размеров окна для устранения помех от окружающеrо фона местности.     :s: : 1 : : ::.::: : : 1': :  0,5 ......................}.................. ..i.. .............,-...\.......-.......-...--..-..-...  : : ,. :  i 1 ,1' i о : ! , :, : I ....  ! !, l' !  О .-";... :\.,: О lO 5 О 5 10 lO Азимут, м а) 5 О 5 Азимут, м 6) 10 Рис. 6.45. Отклики от целей Umu{n) В каналах дальности т==l (сплошные линии) и т==2 (пунктир) после оконной фильтрации (поз. {3} на схеме): а  точная фокусировка Р ЛИ; б  расфокусированное Р ЛИ Далее производят циклический сдвиr отклика к нулевой пространственной час тоте. Это можно реализовать в спектральной области с помощью последовательно 306 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА сти процедур: БПФ {4}, умножения спектра на частотный множитель {5}, завися щий от смещения отметки из центра кадра, и ОБПФ. Поскольку дальнейшие опера ции проводятся в спектральной области, ОБПФ используем только для тестирования процедуры сдвиrа откликов к нулевой частоте (поз. {ба} на структурной схеме). Формула для вычисления спектра сдвинутоrо к нулю отклика имеет вид (поз. {б}) Sm (v) == FFT {fftshift( и mW (п))} ехр(j2лп т v) == Sтw (v ) ехр (j2Jrn т v), (6.68) rде n == MxFFT /2: M xFFT /2  1  строка азимутальных отсчетов исходноrо КРЛИ; v==(MxFFT/2:MXFFT/21)M)/  строка частотных отсчетов пространственноrо спектра исходноrо РЛИ; Mx масштаб отсчетов по азимуту; n т  номер азимуталь Horo отчета для максимума отклика в канале дальности с номером т; fftshift(*)  записанная в нотации МА TLAB процедура сдвиrа нулевых отсчетов по оси абс цисс в центр массива данных и обратно; SmW (v) == FFT {fftshift(U mw(n»)}  спектр выделенной в окне цели. Оrибающие спектра сдвинутых откликов приведены на рис. 6.46 (кривые 2). Они близки к форме ДНА радиолокатора (sinc 2 ), учтенной при формировании pa диоrолоrраммы и практически совпадают для фокусированноrо и расфокусиро BaHHoro РЛИ. Заметим, что ширина пространственноrо спектра КРЛИ составляет около 1 м l. Это соответствует расчетной разрешающей способности Р ЛИ 1 м. Между тем, ширина показанных на рис. 6.45, б импульсных откликов по уровню минус 3 дБ составляет 3,5 м, что обусловлено дефокусировкой, введенной в модель исходноrо КР ЛИ. t:1: aJ ;S:: 1 ,5  . 1 Q.; 1  .  е :::::  0,5 :   +---- CJ : 3 : :  О . :---- . :s ::::: j:J:I ..... с.. 0,5 -------- ---- - -+ --------- ----- -----------  ::2:::   1 +-+-- +--+---+- u ::.:: ::S  ],5 ------+------+ --- -+ --- -+----+---  :':;:  2 :  ::   2,5 ___+Ш__+  3 : : 4   1 ,5  1 O,5 О 0,5 1 о- t: Пространственная частота, 11м  (l) :s: 1,5  1 Ш+_  о ... t... О ..,..,   О: :.: ..Q .. 3. . .  O,5 _Ш__+Ш____+  _Ш_____ - +ШШШ_Ш_Ш_ !;2 :::: 2 :   1 _+__++Ш; ШШ+__ u ::.:: )  ],5 ------t----; - -   +--t--  2 : : . ..  2.5 ШШ__Ш Ш - ___ШШ_ШШШ  :: 4 :: g. 3 :: :: 1,5   1 ,5  ] O,5 О 0,5 1 р.. с:::: Пространствснная частота. 1/м 1,5 а) б) Рис. 6.46. Форма оrибающих (кривые 1 и 2) и действительных составляющих (кривые 3 и 4) спектра сиrнала по азимуту на выходе БПФ {4}: J, 3  цель 1 в центре кадра, 2, 4  цель 2 смещена по азимуту; а  точная фокусировка Р ЛИ; б  расфокусированное Р ЛИ 307 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Для цели 1 в центре кадра при точной фокусировке действительная COCTaB ляющая спектра отклика совпадает с оrибающей (мнимая равна нулю), а для CMe щенной из центра цели  имеет вид синусоиды. Для расфокусированноrо РЛИ дей ствительные составляющие спектра отклика являются ЛЧМпроцессом. Эти явле ния подтверждаются законами изменения фазы в пределах оrибающей спектра, как это показано на рис. 6.47,а,б. Для фокусированноrо РЛИ фаза спектра при смеще нии цели из центра кадра получает линейный набеr, а при расфокусировке  пара болическую составляющую. 4 ! 1 ]"1 ! !   i  1 2 ...... ...... ..... '" .-.... i ....,..,..........t...l..'....,............. ...... .t... ..... ..... t1 :: : i са о: i i о..  2 о...;  4  4 2' : 5 2 .......,.......'..Т..........., .. '..,. а о е 2 """,.".,"."",.". ,ш 4  1 ,5  1 O,5 О 0,5 1 1,5 Пространственная частота, 11м а) t1 са с.. "'  2 '; с.. 4 t: .  2'ш ,." ...". "ш ..., U  а о е  1 o, 5 О 0,5 1 Пространственная частота, 11м в) 4 r:f  о о.. :s=  2.. р-4  4 о.. 4  i2" i 1 1  I . I.. . I I  21 - Н I тт- -...--y-.. -...--- i --.- ... ...  - --.. t -.'.- .. ...  о I .". ",.. ., i' .. .. ... . . '.' , , ,. е /-I.I.-Ц:Л-!!.1-  ....-... .... ....1....-... - -: -..... ....... 2 i!  4  :  1,5  1 O,5 О 0,5 ] 1,5 Пространствснная частота. 11м б) 4 r::t R о :s=  2.,   4  Q) t:: u  О е 2 . .,... 4 1,5 1,5  1 0,5 О 0,5 1 Пространственная частота, 11м 2) 1,5 Рис. 6.47. Фаза спектра откликов на выходе БПФ {4} (а, б) и после сдвиrа к нулевой частоте {6} (в, 2): а, в  точная фокусировка Р ЛИ; б, 2  расфокусированное Р ЛИ; цель 1 (линии J, J'1 в центре кадра, цель 2 (линии 2, 2'1 смещена по азимуту: жирными линиями показана фаза спектра, оrpаниченноrо полосой по уровню минус 3 дБ Фаза спектра от точечной цели имеет два характерных участка  централь.. ный, равный ширине спектра кр ЛИ, с реrулярным законом изменения фазы и об ласть склонов спектра со случайными флуктуациями фазы, вызванные шумами и 308 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА интерференцией сиrналов от фона местности, которые MorYT быть обнулены в процессе обработки. Для случая точной фокусировки (рис. 6.47,а) фаза реrулярноrо участка посто янна для цели 1 или меняется по линейному закону (для цели 2), что означает сдвиr по частоте, пропорциональный смещению отклика от центра кадра. На рис. 6.47,в,2 приведены фазы спектров сиrналов от целей после смещения их к нулевой частоте. Компенсация частотноrо сдвиrа (кривая 2) приводит к уменьшению размаха изменений фазЬJ на реrулярном участке. Остаточное линей.. ное изменение фазы вызвано несимметрией формы отклика или смешением мак.. симума отклика относительно ближайшеrо дискрета выборок. На рис. 6.48 приведены отклики сиrналов от целей после их сдвиrа к нулевой частоте. Относительное смещение откликов вызвано рассоrласованием истинноrо положения цели по азимуту и дискретностью корректирующей функции {14 } (см. рис. 6.43) с шаrом, определяемым базой БПФ. t:i C!J . !   0,5 .................J......... .J\............t............  i !, j Е--с ! ! , i о ! I i i I i ! :  . ! : р-4 О :! 10 5 О а) 1 О 10 5 о i  ! .'ш..1._.. ..",. .. .,. ., .,. .,.".. ""' ! '-'\ I 5 10 Азимут, м t::i б) Рис. 6.48. Отклики от целей Umu{n) В каналах дальности т==l (сплошные линии) и т==2 (пунктир) после их оконной фильтрации и сдвиrа к нулевой частоте {ба}: а  точная фокусировка Р ЛИ; б  расфокусированное Р ЛИ Следующий шаr алrоритма PGA состоит в вычислении rpадиента фазы спектра КРЛИ соrласно [274]. Представим спектр процесс а в виде произведения оrибающей на фазовый множитель SW (v) = 80 (v )e}qJ(V) , rде 8o(v)  оrибающая спектра, qJ(v)  фаза спектра. Производная спектра по пространственной частоте v имеет вид SW (v), = e}qJ(v) 80 (v )'+ j8 0 (v )е}qJ(V)ф( v), = e}K(V) 80 (v )'+ jSw (v )qy( v), . (6.69) Умножив (6.69) на комплексно сопряженный спектр отклика S (v) SW (v), S (v) = 80 (v )80 (v )'+ j8 (v )qy( v), , получим выражение для вычисления rрадиента фазЬJ спектра (ее производной по пространственной частоте) Im[ SWm (v), Sm (v) ] qyт ( V ), = I . 1 2 ' 8 Wт (v) (6.70) (6.71 ) rде индекс т определяет номера выделенных каналов дальности, содержащих TO чечные цели для автофокусировки Р ли. 309 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Вычисление rрадиента фазь] спектра по формуле (6.71) и ее последующее усреднение по каналам дальностей m включает в себя набор операций {7}{ 11 } (см. рис. 6.43): 1) вычисление производной спектра по частоте {9} конечноразностным MeTO дом применением дифференцирующеrо фильтра (в простейшем случае без сrлажи.. вания флуктуациий  с помощью процедуры МА TLAB SWm ( v ), == diff ( SWm ( V ) ) ) или, используя ОБПФ {6а}, умножение на линейный множитель (с соотвествую" щим масштабированием по азимуту и амплитуде) и последующее БПФ SWm (v), +---- FFT {IFTT( SWm (v) )j21l"x} ; 2) вычисление мнимой части {1 О} от Sw ( v ), S ( v) и усреднение ее по кана.. лам т. Практически производится суммирование мнимых частей, поскольку далее выполняют деление на сумму квадратов спектра; 3) усреднение (суммирование) квадрата спектра SOm (v)2 по m {7}; 4) вычисление усредненноrо rрадиента фазы подстановкой в выражение (6.71) суммарных значений мнимой части квадрата спектра: { ( } LIm{Swm(v)'Sm(v)} " ( ) dep v) ер v '== mеап == т 2 . dv LISwm(v)1 (6.72) т На практике в отличие от paccMoTpeHHoro выше выбора m каналов дальности с одной яркой целью возможно для автофокусировки использовать несколько це.. лей из одноrо канала дальности. Это облеrчает задачу автофокусировки Р ЛИ сель.. ских районов с малым числом компактных отражателей. В этом варианте в звене {2} схемь] (см. рис. 6.43) выделяют несколько ярких целей с последовательно уменьшающимися амплитудами и образуют несколько виртуальных каналов с до.. полнительными номерами т, в которых формируют окна {3} с отметками от целей, обнуляя остальные отсчеты азимутальной строки. Усредненная зависимость rрадиента фазы спектра от пространственной час.. тоты приведена на рис. 6.49. Жирными линиями 1 выделен полезный интервал из.. менения rрадиента фазы. Тонкими линиями 1" обозначена остальная часть. Дадим интерпретацию полученных зависимостей применительно к синтезу РЛИ во временной области. rрадиент фазы спектра КРЛИ является аналоrом час.. тотной поправки к опорной функции при синтезе РЛИ во временной области (ра.. диоrолоrраммы). Для сфокусированноrо исходноrо РЛИ (рис. 6.49,а) эта поправка практически равна нулю по всей протяженности радиоrолоrраммы (ширине спек.. тра дSRX, отмеченноrо стрелками на рисунке). Для расфокусированноrо РЛИ (рис. 6.49,6) при F O (центр строки сиrнала) частотная поправка в опорной функции равна нулю (отсутствует сдвиr по азимуту), а по апертуре синтеза требуется ее YM ножение на ЛЧМзависимость для соrласования откорректированной опорной функции с крутизной закона ЛЧМ принимаемоrо сиrнала. 310 
rлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА I I I I . . I I О 3 ... .... .t.... .-.. t .-.. .....t ...... ...t _... -...t........- , i i 1,1 ! ! ! I I I I 02 · I I I I , .. ......- .t.... ..... .t.... .......t..... ... ..t. ........ ..t... ........ tOC 0,4 t:; (l) . I I t I " I I I I I ...., О 3 I I I I I  , .... ..-.--.-. l ..;;............._....-. ..--._._ ..,.. . I t I I ...... . I t . I  I I I I I ...... f I I I I  0,2 . .. . ...; .....щ.t...i. RX ..........t...........t........ "'" . ................L.1.J .  I I . ... о 1 . ........t ..........t..-....-.- t.. . . :s: '11 I I I I I I I I I ........ I I I с:: О ::: I I  i I : : ! o, 1 .._._..._+._._щ - _..._...+. .' J ._... ---.._......_---....  I I I I I ".., I I . I I iloioi I f I I I uO 2 ...--.. .--.l.--.. .... -l-.-- .-. .-..i-- -....-- ..i --.. --..--.i --... ---... , I I I . I ..... I I I I I ,. . I I I I  . I I I . М" I . I  roО,З ...... - .. .t. ........ -t..... -.  ...... ..t... .. .... .... . I I I I . I . . I . I I I I I I I I I I I . I I 0,4  :I:O 4  1 5 t:1 '  с 1 0.5 о 0,5 1 f-<  o, 4 1 ,5   1.5 "'" е 1 O.5 о 0,5 1.5 Пространствснная частота. 11м а) Пространственная частота, 11м б) Рис. 6.49. Зависимость rpадиента фазы спектра от пространственной частоты: а  точная фокусировка Р ЛИ; б  расфокусированное Р ЛИ Проинтеrрировав rрадиент фазы, получаем показанную на рис. 6.50 фазовую поправку {12} к спектру кр ЛИ (для дифференцирования и интеrрирования в среде MATLAB применяют процедуры diff(*) и cumsum(*». Учитываем требование к опорной функции синтеза КРЛИ (и к корректирующей функции), чтобы она имела нулевую начальную фазу и нулевой частотный сдвиr, сохраняя на КРЛИ фазу сиr нала, принятоrо от объекта наблюдения, и азимутальное положение отклика OTHO сительно привязанноrо к rеоrрафическим координатам центра кадра. Иначе воз никнут проблемы при тематической обработке полученноrо Р ЛИ, особенно при интерферометрии. Поэтому после интеrрирования устраняют постоянную и линейную COCTaB ляющие фазы {13} на схеме (см. рис. 6.43), например, так: ( ) ( ) ер ( V тах )  ер ( V min ) ер V =ер V  V, v max  v min (6.73) rде vmin = v(l) и v max = v(Xmax)  минимальное и максимальное значения apry мента по азимутальной строке. Вид фазовой характеристики корректирующей функции {14} по казан на рис. 6.50.   5 .....l......l ....t...j ..........i ........   5 .........t.......t...."'...r.............t.........T..............   .   1 1 ДSRХ!    о   о ....+.....i ...... i ......... t..........+......  t:::: g t:::: : : : : : Q)U Q)U  ! j  ! 2: i 2:! i  ; ;    5 ,......ш........t .ш-...._,.......t..._ш.....'......j."....__...._.....1-.....-000..'000-.'1.'.-'."..-..''''.    5 ..................t..ш......,..'....r ..,.ш.,._,ш..j..'''''''.ш.ш.1.. шш ..,ш.ш.t.,...........ш,. 1,5 1 0,5 О 0,5 1 1,5 1,5 1 0,5 О 0,5 1 1,5 Пространственная частота, 11м Пространственная частота, 11м   Рис. 6.50. Фаза корректирующей функции спектра КРЛИ: а  точная фокусировка РЛИ; б  расфокусированное РЛИ 311 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования После умножения спектра исходноrо КРЛИ {16} на корректирующую функ цию {14} hcor(v)==exp{qJcor(V)} имеем скорректированный спектр крли {17} Scor(m,v), который после ОБПФ {18} преобразуется в скорректированное кРли. Им заменяют исходное КР ЛИ {1} для выполнения очередной итерации или ис пользования в качестве выходноrо продукта  сфокусированноrо крли: и RXcor (т,п) == fftshift( IFFT {Scor (т. v)}) == == fftshift( IFFT {S( т, v )ехр(  jffJcor (v))}). (6.74) Для получения высокой точности фокусировки выполняют несколько итера ций с указанной последовательностью процедур. В случаях, коrда параметры де.. фокусировки исходноrо Р ЛИ изменяются по полю кадра, применяют процедуру локальной автофокусировки (см. подраздел 6.10.8). Результат коррекции КРЛИ приведен на рис. 6.51. Разрешающая способность КР ЛИ после компенсации фазовых ошибок составляет около 1 М, что соrласуется с шириной спектра КР ли. Показанные на рис. 6.51,6 и 2 оrибающие, действительные и мнимые составляющие откликов от целей 1 и 2 после применение процедуры PGA к дефокусированному исходному КРЛИ (рис, 6.44,6 и 2, кривые 1 3) имеют идентичную форму с откликами исходНО20 сфокусироваННО20 кр ЛИ, представлен ными на рис. 6.44,а и в, кривые J 3 . (они совпадают также с кривыми 1 з на рис. 6.51,а,в). Это свидетельствует о корректности рассмотренной процедуры aB тофокусировки PGA. 5 О а) 5 ]0 Азимут, м ! 1 5: ] ......,..,."..,,..,...,j....o......,..,.o,,.o . :i О  :s::  1  1  9 О 1 10 5 О б) 1 j J  1 ......o...........o.....o...t.................o...........: .........o....... Q) 1 ! t:::i 1 ......"."..,.........."j.........,...o.....  ,....,.,.,..,....o..,+o.......,,.......,.' Q) :i О  ;S:]  ] Е-- 9 О  ] ]O I .,'о...о.....,.,.,.о.,_..l...,..,о,'.....,шш 5 10 Азимут, м 5 о в) 5 10 Азимут, м :s::"' О  :s::  1 f2 1 f--i 9 О  l 10 2 3 ! 1:  1 .".,'".,""',.,."..,""""""" """'. .'..iш.. :i О   l  1 f--i 9 О  l 10 2 3 ,'..".".... ..i.. "0'" ..' ..... o."'.. "'0 5 о 5 10 Азимут, м с) Рис. 6.51. Форма откликов после автофокусировки КРЛИ: а, б  цель 1 в центре кадра; в, 2  цель 2, смещенная по азимуту; а, в  сфокусированное исходное кр ЛИ; б, 2  расфокусированное исходное РЛИ; J  оrибающая отклика (смещена вверх для наrлядности); 2  действительная составляющая отклика; 3  мнимая составляющая 312 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА При проведении автофокусировки методом РаА следует учитывать, что раз.. мер окна оrраничивает наивысшую частоту коррекции фазы. Окно должно быть достаточно большим, чтобы все частотные компоненты ошибки передались в спек.. тральную область. При малом окне компенсируются только низкочастотные KOM поненты изменения фазы по апертуре синтеза (азимутальному спектру КРЛИ). Ta кая ситуация, в частности, более типична для космических РСА в отличие от само.. летных РСА, в которых траекторные флуктуации имеют малый интервал корреля.. ЦИИ, соизмеримый с апертурой синтеза Р ли. К достоинствам фазовоrрадиентноrо алrоритма следует отнести то, что он дает хорошую точность фокусирования изображения и сходится за небольшое чис ло итераций. Также существуют модификации РаА (QPGA [279, 389]), сходящиеся за одну итерацию. К недостаткам РаА следует отнести то, что для ero работы Tpe буется большое количество мощных точечных целей, чеrо в реальных сценах MO жет и не быть. К недостаткам алrоритма РаА следует отнести чувствительность к «качеству» отражателей, а также повышенные вычислительные затраты, связанные с требовани ем выполнения нескольких итераций. Существует вариант метода РаА, не требую щий проведения итераций NPGA [389, 497]. Вместо этоrо можно использовать yc реднение rрадиентов фазы, вычисленных не по одному, а по нескольким откликам от ярких точечных целей, найденных строках по азимуту в соответствующих каналах дальности. Такая возможность имеется при съемке застроенных территорий или Me стности, содержащей инженерные сооружения (опоры ЛЭП, мость] И др.) 6.10.7. Процедура поиска откликов для автофокусировки РЛИ При рассмотрении алrоритмов автофокусировки отмечена критичность большин ства из них к «качеству» отражателей, отклики от которых используют для вычис ления поправок к опорной функции синтеза Рли. rлавными факторами качества являются их близость к точечным отражателям и отношение сиrнал/шум+фон. Pe альные объекты (кроме однородной отражающей поверхности), как правило, пред ставляют собой rрупповые цели. Отраженный от них сиrнал является коrерентной суммой отражений от фраrментов объекта, причем характер cYMMapHoro отклика от реальноrо объекта зависит от ero конфиrурации, а также длины волны РСА, расчетной разрешающей способности РСА, ширины и фазовоrо распределения в дефокусированном импульсном отклике от точечной цели. Проблема поиска TO чечных объектов для автофокусировки Р ЛИ актуальна как дЛЯ РСА BbIcoKoro раз решения 0,5...1 м, так и дЛЯ РСА со средним пространственным разрешением (7...1 О м). Опыт эксплуатации РСА «МечКУ» показал, что среди ярких объектов с высоким контрастом над окружающим фоном к точечным объектам нельзя, в част ности, отнести ни опорь] линий электропередач, ни палубные надстройки кораб лей, ни множество инженерных конструкций. В настоящее время блаrодаря при менению на борту КА высокоточной аппаратуры позиционирования задача фоку сирования Р ЛИ среднеrо разрешения в РСА, работающих в традиционных диапа зонах волн (3.. .23 см), решается без применения автофокусировки, но она остается актуальной дЛЯ РСА метровых диапазонов волн. 313 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Во мноrих случаях для упрощения обработки оrpаничиваются поиском одной яркой цели в канале дальности, выбранном для вычисления поправки к опорной Функ ции (см. подраздел 6.10.6). Общее число таких целей может оказаться малым, что при водит к большому числу итераций для достижения нужной точности. Более продук тивным является использование большеrо числа точек в канале дальности. Поэтому анализ «качества» откликов от реальных объектов и их приrодности для целей aBTO фокусировки Р ЛИ BbIcoKoro разрешения является важной прикладной задачей. MeTO дика основана на формировании плавающеrо пороrа для измерения ширины импульс Horo отклика РСА по заданному уровню и сравнению ширины отклика с ero теорети" ческим значением при точной фокусировке. Структурная схема анализа и выделения квазиточечных отметок для проведения автофокусировки приведена на рис. 6.52. rI' ....... ..... ....... ..... ......... Ё Jfсходное KPJ7II,  Интерполяuия Квадратичное Формирование  выбор канала   детектирование пороrовой  : дальности : по азиму1У ЭРЛИ ФУНIЩии DpOl" . . ,............ ............ ........ ..... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ...  Сравнение Сравнение Оценка ширины i Orклики для   с постоянным  с плавающим  автофокусироВКиs noporOM DporJ!, ОТКJПlI<a j КРЛИ  noporOM ".. ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ..... Рис.. 6.52. Структурная схема выделения и анализа отметок от целей Рассмотрим методику проведения TaKoro анализа на примере радиолокацион" Horo снимка с разрешающей способностью '" 1 м, полученноrо с помощью РСА Хдиапазона волн ТепаSАRХ. Исходным является комплексное КРЛИ. В выбран ном для анализа фраrменте РЛИ, показанном на рис. 6.53, имеется река 1 с двумя мостами  малым для MecTHoro про.. езда 2 и автомобильным 3, при.. брежные парковые зоны 4 и rород.. ская застройка 5. Азимутальная ось НП направлена вверх, направление об.. зора  справа. н Процедура оценки откликов выполняется в следующей последо.. вательности: 1) КР ЛИ интерполируют по азимуту методом раздвижки спек.. тра с увеличением базы в два раза; 2) выполняют квадратичное детектирование (получение ЭРЛИ), что позволяет снизить вклад отра.. жателей малой мощности, располо.. женных вблизи с rлавным макси 4 11' ..i ' 1 А. З' ". 2 j" .. '. " " с 4 .. .. " \, , " ,"  ,,.' , f , ,. .: .. t. J ." , ." f .",' 5 -, 4 "  ,," . -В . , ,. ,.  .) л -- Рис. 6.53. Оценка «качества» радиолокационных откликов от объектов разных типов (фраrмент АРЛИ r. Розенхайм. TerraSARX, Infoterra @ [530]); сечение Р ЛИ ВДОЛЬ линии AB приведено на рис. 6.54 мумом; 314 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА 3) задают значение постоянноrо пороrа для отсева откликов от однородной поверхности DporJ!, = KporJ!,  LD(п x ), (6.75) N rде Kporg 1...4  коэффициент пороrа для отсеивания откликов от однородной протяженной поверхности; D(n x )  текущие азимутальные отсчеты ЭРЛИ в канале дальности; N  число азимутальных отсчетов. Сравнивают отсчеты ЭРЛИ с поро rOM и обнуляют все отсчеты ниже пороrа; 4) формируют функцию плавающеrо пороrа с окном (плоским rоризонталь ным участком), ширину KOToporo задают снебольшим превышением ожидаемой ширины расфокусированноrо отклика от точечной цели. Пример формирования плавающеrо пороrа иллюстрирует рис. 6.54. Значение пороrовой функции рассчи тывают по формуле  { KporD( n х ), если D por (nх + k) < Kpor D ( n х ), D por ( n х + k )  ( ) ( ) ( ) D por nх+ k, если D por nх+ k > KporD n х (6.76) при  I1k/2 < k < I1k/2, rде дk  ширина пороrовоrо окна; K por 0,5  коэффициент плавающеrо пороrа, выбранный соответственно ширине отклика на уровне минус 3 дБ; . . . . . . 1,2 .... - . .  - . . - - - - - . - . - - - - - - - ! - - - - - - - - -  - - - - - - . - + - - . - - - - - . . . - . - - . . . , .. . 50 100 150 200 250 а) 100 150 200 250 300 350 б) Рис. 6.54. Формирование плавающеrо пороrа в канале дальности (линия AB на рис. 6.53, а) для сфокусированноrо РЛИ (а) и при расфокусировке с тdf==6 (6): 1  сиrнальная функция ЭРЛИ, 2  плавающий пороr, уровень минус 3 дБ; по оси абсцисс  азимутальные отсчеты, по оси ординат  относительные величины 5) выполняют пороrовую обработку по плавающему пороrу с формированием «маски» (признака о выборе отклика для фокусировки), определяющей интервал, rде отклик от цели превышает плавающий пороr  { 1, D(nx»Dpor(nx) Е ( n х )  . О, D(nx) < D por (nх) (6.77) 315 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Вид масок показан на рис. 6.55. Изображена правая часть кадра, показанноrо на рис. 6.53,а с более разнообразным ландшафтом, включая автомобильный мост. Дано сравнение четырех вариантов обработки: при высоком уровне коэффициента пороrа Kporg ==4 для отсеивания откликов от слабых целей, сфокусированное РЛИ (а) ирасфокусированное РЛИ с тdf ==6 (6), а также при низком уровне пороrа KpOl'g ==0,5  сфокусированное (в) ирасфокусированное (2) РЛИ; ,...'1# '.' '..... .., . .. ,.. . , . , .. · . t ;.  .,," 'L '.:' . i ..' " . ., ""1.,. .,..  .,.......... . I. .  '.. t . ",:..- .:. . .t..t. ,.. ;.,. . ,_". ".'  " I  I  , :..  I ...... . .." ".. .. ... .... \4 t. .. .. .. . . . ., J........ .t111 zt:- ,.,...-.; ?J.r ,'. . '.' s'. . . .. .', ,!i:,., _ . .. .." .; ......" .... \""..... "" ' .,. .; .....?'i..  ("  '" ".. 1'= .. :, " .... ..- . . ...  -! 10 . , . r, rl ,. .... " ..... t ...,: ..,.,," . -...... "'.. ..... ,J .''''- 1iIIII.  . -,*, ... 1 '..' . :"  -.:t ',:.r.' . '11' . . r ...... 1: . ,....iI. »'" :'..",.' ',. .. ." .... ,\е ... .. . .... ".." . '-_ " . j",  \. ...п . .",... S t -., , '1\ ,c:: ;.r.; .. 1,'  ...... 1.., . .:'1 . ... I . .... .,. .... #о / · .ы.:-. .1..,. ',.. ..... ..\o...."' 1 "S"".''".......'. .. .L.,"":',:' \ 18I.',",,,, rt . I..,J.... ... "'" '!,\...,.....,.; ""- . ...... ....,... .. . .....,' '...  J't"....... .... ,':.I.'; . ,"'--:r"' ""i\'Т.' 1:" ..,,'""'  ...: ,. ........IO,..o'! , ,.....«,! . tI  . ...... I  ..',.,W . : .. . . .:' ::. \.. '" .. ., · 1. 'k... .";' '.,.., ..t. "11"fi,J;. . .11  .' .,." .,,,,.i,;"" '11 '  . t--:', ,'. ..... . : a.:1(' ". t.:.., . .. .' . .  ....' : ....." : '.c , '&;\,' 'ч ;' " :,",='{ t'."t,... ..nr. ''# t " ....V. 'У8 1. .. 1.8 . "tj\.':t':'..".." ......... "" ...,. '." .....\:... ..... 1" .', ",,''''Ij. '1. J." ......!J,.'J --:'i*.. . "'4: ":r .,...... '.. .. . . ......1 " .... ;..... ., J  i. j . #lttfi: N"i":' . ...":.0',. ",: ".:r", ' .  '1. . :r .l.:...w.,l' I .  tl... . C';'/   .. . .'У . ;. .. .";' . ."'Y'.r .,"..: а. "" .." '. . :( t ,., :. f'.. i.IIC.... ,...  "" .., ... \ ... . .......-:, ,...I,'I! I " ,..,......,:? ...... 1'-.... lIi . '\l'.i ....   . : f-.' ..' '''''' I ..' ..'" Jo" .' . ...... , .... ..ы. "'/". .,1 . ,""'" : ""1 ') .."""''' .', >.Ц;b""" . ,,,! "'.,. \.......... ",,1',. ".'!,\V':. ..vt..; '.. ....::.  :.21 ,..::.:  ... .' \0-. ::-. --...  ': : (..;:"  .," r,.......... .1't.::/..' if: ';', ... j-.  .....,.' , . ' .. '-"А' ....;1  . .;', .... :.;;'11 ....; jf. ,.,oIi;"'l'1 .. ' t/ -- .. .. .: :rA"r... .." .:' ... -- ... .,i..../:.\3. . .'. . "_ ...  .., ..:,... .1'.. .,.. . ",.,,, ..  ..:'! (... ч,.., .' ..., , . I..' . М,.. ..': 4;:', ....1" «.. 1oJI",.I'j'":; . '.'! ..'!.  ...... ................ -.'. ." 1 ...... .ttrI'\;.....:-' t...': ...... . а..... .. -- .. i. ": t"t '.. .. .. . J ... ....,......... ...... "'.."' 1'.  '.. ;.\.. .:.....:1'  .I,,J.;.. f "1' :....... : .:_ '#.... -r::;,,:.t-'::' . .:.....fl: :<..JII. С , -.w  !,; ,."......."': :. r' ,. . 1or,..!"O С. "1.'" :J.... '''.. . t,....rA...I'  '   .:-"'1.......: .' . t. 1O '- ... ",' ... t ....."fo. .1.. 1Iii.-':"..,.,"''''' ." ...... , .....,.!'1 ;::.,. .' ..*'..".... '!oo"'t.......I{.: 011. '':'  .. ",;_.../8. 111 I." .,.., ."..... {'8 J t.  . ".r:,."t "....;, '....:.. :.. .'."''" ..!.-...... . ....' ... ..  J; ,....... к.' \. :t. .."..,..............Jt.."w..."1..;,t:, .....:'aoN..N, .' .,;,.... i"-""..sf.'(",;:fk ",'; . tI. .*..:"1  . "." ..,..:.."" -tf": ........  ........""""'-'1.........,..,. :о....... .(,..... i .................} ..1.t. l.. . .о. ...._ / ... ."'."..'.::-: ." .. ; .. ",;.. ..  .. : ..' .. '''' .r\f'C. .. .... . 'wI'.t :.. ,r.ooM ""/  i ..-.. , -:'--:-';':' rI I . ;11'4 .'t ... . " , М,. : ..: . "" .. ...."..1" I .. J :O""'. ..... ..."" '. ''i r.  ,.. .. ; .. . .... ,. .' .t'r. \. J. ' I f't, i '. 8. . ..... . \ t .... .... .. :\ ... tI ',.. .../ .. :- '''t:..'' 1111 I! ..  . f _..... ,.:. .. . ...'., ...... '\.. .... ,,: '... ....:' '..t . ... .. 1"  '.w--;:t  t · .. , . t. :.  '.. '. .... ":. : ....;".. ., .. .. r.- ,.' . "... '. : .. ]. .,,' ':'''''., ,....' .  ,. . ...., ". . ,)....,.... .. : ,-, .... ,- .'./1 .. · .. J..... \ ...'4 :" - ..... ,,,. . .,. .... ....,. .... - ....- . ..... " '. . . .... . .:. t .. : 8.. ........,.. .. .;:- . .-: _. -.:" .4-:",.'. . ............ ... "'. .... '8f"::. ..,." ..,,!.. ... ......,.. .'. "",.с. . \::  Ir :.. --: "".' <."."...".. ..... t .,. ...., ",. ,. . , ..:. . ., t ...  ., ..... """ ,= .:. ,.. . . t '.' .." .., .. ,. .,'. 1. ' ., · ,,'.,i.  ii, . .....1. ,'!... ....!' ., 1 ." : =. ...* "'.. . : .:.'. ._i . . , .,. :..,.: ., ..' # ... . '. .' : . . ...... .. " .. '....,1.. , I .....  ".'... ". ." .... .. 1. 1. f. . . .,. . .   '    ..: . .  :,' J . ..... '. . 1;.;" \О..... '.\11' . i'(' "..\i: ,.. """ ..",. '" ': l--' .t.iJt:.i. . ......--.. "е ,'''' . '''. ',. . '"\,..... ".,:i"1:J.!:  ...""'. . ..... . fL' oI'J ..... .. ,..  Ij.... '.-..:' I ':; а) б) в) 2) Рис. 6.55. Матриuы масок Е(п х ) на местах откликов для автофокусировки: коэффициент пороrа Kporg==4 (a6), Kporg==O,5 (в2), сфокусированные РЛИ (а, в), расфокусировка с тdf==6 (6, 2); направление полета (азимут)  вверх 6) оценивают ширину отклика как отношение ширины Е(п;.) к ширине пороrОБоrо окна и определяют среднюю ширину и СКО откликов по каналам дальности. При большом СКО, в принципе, можно отбросить каналы дальностей с большими откло нениями размеров отклика от среднеrо. По казан ное на рис. 6.56 распределение шири.. ны отклика (в пикселях РЛИ) в каналах дальности для сфокусированноrо и расфоку.. сированноrо Р ЛИ показывает возможности такой отбраковки отметок от целей. 200 5 . . . . . . . . . . :: :::: ::: ::1: :::::::: ::1:::: ::: ::::1:::: :::::::1 ::::::: ::::1 ::::: ::::: 2, :: ::;:; ::::=;::j :::: :::!::;:: ::: 1::; ::;: :! .;. :: 2 е. ....: ее е 6. : .. .е. .:.. o... : .. е ' .., е l'i :::r;:;:::.::: !: :::!:: : :::::::.:. 0,5 --- --щt-- ..-----t-ш-------fш ----f------ш'-f"'- о . . . . . 300 О 50 100 150 б) 200 250 300 5 , . . . . . . . . . . , , . . 4,5 н - -- --'-Ht--- ___н H-t -.. __Н_'_' f .-- Н_____ - f--- -.--- ---t- ____о ---- 4 -- -..- -- - - .- -- -- --- -- --. - -- ----.- f- - __о --- --- f----. .-.- .-t - -.---- --- . . . , . . . I , . 3,5 - -. -..- - -- - - -- --.. - -- - - -- -- '-0 - - -r- ----- --- - -r-.' -- - -- --- ---- -- - ... . . . . . . . . . , 3 -;. . . - - - . .  - - . . - - ... -. . - . -.. --. . -! - -. -.. -. . - -! .... .. - - . .! - . .. -. . - -- . " . I . . . I . . :: : I : =.! :.;:.. :.!: :.. 1.:.::::1 .. 1 0.5 О е' е . . :- 50 100 150 а) 250 Рис. 6.56. Распределение ширины отклика (в пикселях РЛИ) в каналах дальности для сфокусированноrо РЛИ (а) и при расфокусировке с тdF6 (6): жирной линией показано среднее значение ширины отклика, тонкими линиями  уровни :!:СКО относи тельно среднеrо значения; по оси абсцисс отложены азимутальные отсчеты 316 
Моделирование алrоритма показало, что оптимальная величина коэффициен та пороrа Kporg ==3. . .4. При этом число откликов для фокусировки составляет OKO ло 3 % от размерности матрицы. При расфокусировке с расширением откли!<а в два раза число откликов уменьшается до 2,5 %. При этом среднее число откликов в oд ном канале дальности  около 7. Если выбрать низкий постоянный пороr Kporg ==0,5, число откликов возрастает до ",,9 %, но возникает ошибка измерения длительности отклика порядка 40 %. Достоинства рассмотренной процедуры поиска отсчетов для автофокусировки состоят в ее чувствительности к изменению ширины отклика от цели и возможно сти резкоrо повышения числа выделяемых импульсов. Проведенное исследование этой процедуры показало, что в отражениях от реальных объектов в РСА с про странственной разрешающей способностью около 1 м имеется достаточное число квазиточечных отражателей, приrодных для решения задачи автофокусировки пу тем применения любоrо из алrоритмов, использующих отклики от точечных целей. 6.10.8. Локальная автофокусировка РЛИ BbIcoKoro разрешения В ряде ситуаций применение методов автофокусировки имеет особенности. Как было отмечено выше, в космических РСА значение ЛЭС зависит от высоты релье фа. При этом для получения Р ЛИ BbIcoKoro разрешения может сказаться OTCYТCT вие достаточной информации о рельефе местности, также может встретиться си туация наложения Р ЛИ разных участков, обусловленная rеометрией построения радиолокационноrо изображения. Так, при радиолокационной съемке в rористой местности на изображения объектов в ущельях MorYT накладываться изображения от крутых склонов, что, с одной стороны, создаст помехи для дешифрирования объектов, а с друrой стороны, вызовет нарушение работы алrоритмов автофокуси ровки, использующих информацию о поправках к опорной функции синтеза Р ЛИ, усредненную по площади наблюдаемой сцены. Особенности влияния рельефа местности на получение Р ЛИ показаны на рис. 6.57. Рассмотрены случаи искажений rеометрии РЛИ при малых и больших уrлах падения радиоволн у1 по сравнению с локальными уклонами fJ окружающей местности. При построении радиолокационноrо изображения происходит преобра зование rоризонтальной дальности и высоты в наклонную дальность R == Ro + У sin Yi  h ( У) COS Yi ' (6.78) rде У  поперечная дальность; Ro  наклонная дальность до начала участка с У ==0; h(Y)  изменение высоты местности поперек трассы КА. Появляются искажения масштаба aR / дУ . Первая, обычная ситуация, типичная и для самолетных, и для космических РСА, показана на рис. 6.57,а. Вторая ситуации может, хотя и редко, встречаться при космическом землеобзоре, коrда уrлы падения, превышают уклоны местности. Участки местности, находящиеся у подножия и на возвышенности, а также на rop ном склоне MorYT иметь одну и ту же наклонную дальность и их изображения MO 317 I t J ,  1, "....  ............... . ... ................ )      )\ \' ,....... '   11  ) 1 :i  '1 ....  {! ..,) с   rJ (.J...  J.. '= т' s---.  А <: ? ('," ; C} ' 1: ,:( } I .   ) "' 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования rYT накладываться (нарушается rомеоморфизм), как это показано на рис. 6.57,6 (участки 1 '2' и 2'4. 1 2 у 1 2 у а) б) Рис. 6.57. rеометрия наблюдения rористой местности при малых (а) и больших (б) yrлах падения Естественно, что работа алrоритмов автофокусировки в этой второй двузнач ной ситуации нарушается, а наложение фраrментов РЛИ друr на друrа ухудшит дешифрируемость Р ЛИ. Вместе с тем, можно сформулировать стратеrию формиро вания и отображения радиолокационных снимков местности с большими перепада ми рельефа для их тематическоrо дешифрирования. Можно рекомендовать построе ние рабочеrо места дешифровщика, с использованием в качестве исходноrо MaTe риала КР ЛИ, синтез KOToporo выполнен по параметрам баллистическоrо обеспече ния, и реализацией локальной фокусировки КР ЛИ в процессе дешифрирования. Исходя из такой концепции, для систем экстренноrо наблюдения (при мони торинrе катастроф) целесообразно изменить классическую процедуру получения фокусированноrо РЛИ, требующую временных затрат. Синтез комплексных изо бражений выполняют непосредственно по баллистической информации, имеющей ся на момент съемки. Не проводя автофокусировки, полученное изображение (пер вичное, не полностью скорректированное, некалиброванное) подают на рабочее место дешифровщика, который выделяет нужные фраrменты изображения для дe тальноrо дешифрирования и реализует по ним локальную автофокусировку. Ma лый размер фраrмента позволяет сократить время итераций процедуры автофоку сировки. Такое построение рабочеrо места является эффективным также и для Ha блюдения rористых районов. для ситуации, показанной на рис. 6.57,а, возможно использование цифровой карты рельефа с разделением кадра на набор фраrментов с перепадами высот, не ухудшающих разрешение, затем производится авто фокусировка каждоrо фраrмента и составляется мозаика полноrо изображения. для ситуации с наложением изобра жений участков местности с разными высотами (рис. 6.57,6) предложенное построе.. ние рабочеrо места позволит применить алrоритмы локальноrо фокусирования. Воспользовавшись тем, что на этих участках временные зависимости фазы раз.. личаются, можно снизить помехи от наложения изображений при их дешифрирова нии путем локальной фокусировки cYMMapHoro комплексноrо изображения. На 318 
рис. 6.58 иллюстрируются результаты моделирования. В качестве исходной модели (а) взято полученное с помощью самолетноrо РСА ИМАРК [37*, 185*] комплексное изображение с азимутальным разрешением около 1 М. Изображение включает распо ложенные на равнине rородскую застройку 1, автомаrистраль 2, сельский поселок 3, усадьбу 4 и два близких по конфиrурации инженерных сооружения 5 и 6. . у  rоризонтальная дальность .." 2 " 2, 2 t}5 '/, ',,' 4, {t5 14 5 О" 4 ',': , t' 'J, ' j ,'. z ,} }. , "о 1  1j }. , !; l' t- , , ( '[J .t r ' , ,l ' " , f \,' 1 '11' : : ," . '. ' :.) , .t', \6' t\ 6 '1' \б ... . а) в) 2) Il1ter olated Res onse, 111 \j 2 ..щ..+..щ.+.щ . \...+......+...... , о 8 ......-..-....--..- ..- . -.---!-.-.--.-!..-._-. , ': : ..: : '. 1, ; ; : ; 1 ;   _ А l'  l \ \ \ \ t l " 1 ' 1 \ I  \ , 0,6 .------+......+ } --- f 'О'  О'iО'----'+'-'Щ  - t t t 1 ) l  \ ..що_Ф.о.щф ..- ; ... ..;..-0....;....... :-  - \ l t О 4 .....ш..щ-..J..--  ... ..i.)....!.----.. ":;:       0:2 ::::J:;:l::::: :1: :::. j::::+:::::: 1 з y о " " .  15  1 О 5 О 5 1 О 15 4 . '\ 1 . б) д) е) ж) Рис. 6.58. Моделирование фокусированноrо синтеза изображения с перепадами высот: а  первичное Р ЛИ Хдиапазона, полученное самолетным РСА; 6  модель рельефа местности, включающая равнину (точка 1), ropHoe плато (точка 2), зону наложения изображений (13); 8, 2  модель РЛИ космиче CKoro РСА с фокусировкой по равнине (8) и по ropHoMY плато (2); д  импульсный отклик РЛИ по азимуту ДЛЯ фокусированной (1) ирасфокусированной (2) частей РЛИ; е, ж  увеличенные фраrменты первичноrо РЛИ (е) и модели РЛИ (ж) в зоне наложений изображений При моделировании использовался алrоритм автофокусировки PGA с моди фикацией, позволяющей оценивать поправку к фазе по множеству откликов в каж дом из каналов дальности. Это позволило уменьшить размеры фраrмента КР ЛИ при сохранении высокой точности фокусирования. На рис. 6.58,6 приведена карта рельефа модели местности с ropHbIM плато BЫ сотой 1000 м. Модели изображений для космическоrо РСА Sдиапазона волн при ведены на рис. 6.58,в и 2. Представлены изображения с двумя вариантами фоку... сированной обработки: 319   1, )\ t.. t J J {. , 1  '" \ l  J .......... .  (  r ................  '\ '1   )     ,...-. (   \' с rJ  (J...  'т' s---. :4 <{l.  ,.)   А 1., ? (',' ;  )(  C} ' I   /;  <: ...... -._ } (\ JJ fS' ..\  ... ) ,.. 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования . с фокусированием по равнине (рис. 6.58,в), на котором резко отображается низменная часть ландшафта (объекты J, 2, 4, 5), а верхняя часть (объекты 3,6) размыта; . с фокусированием по плато (рис. 6.58,2), rде объекты на плато видны с BЫCO ким разрешением, а изображение объектов на равнине размыто. Заметим, что помехи от расфокусированных составляющих на участках нало жения изображений (усадьба 4 на рис. 6.58,е и ж) хотя и снижают качество изо бражения, но возможность дешифрирования сохраняется. Полученные результаты моделирования подтвердили эффективность приме нения алrоритма локальноrо фокусирования РОА дЛЯ получения РЛИ высокоrо разрешения малых фраrментов, необходимых для тематической обработки. 6.11. Особенности синтеза РЛИ в режимах скошенноrо и бистатическоrо обзоров Синтез РЛИ в скошенном режиме обзора Преимущества скошенноrо обзора кроме увеличения времени наблюдений и воз можности получения изображений объектов под разными ракурсами заключаются в снижении уровня помех неоднозначности [416, 459]. Работа в скошенных режи мах обзора приводит к появлению смещения доплеровской частоты сиrнала и ли нейной миrpации дальности. Методы компенсации доплеровскоrо смещения aHa лоrичны применяемым в прожекторном режиме, для которых, несмотря на малые уrлы скоса, доплеровская частота значительно превышает частоту повторения зон дирующеrо сиrнала. Для устранения линейной составляющей миrpации дальности в РСА самолетноrо базирования с широкими уrлами наблюдения по азимуту peKO мендовано применение преобразования Столта. Однако для космических РСА при узком азимутальном уrле антенны РСА в большинстве случаев можно оrpаничить ся модифицированными алrоритмами на основе алrоритма 'CSA [258]. Вместе с тем изменение фазы принимаемоrо сиrнала между соседними зондированиями на He сколько 7r может вызвать необходимость введения межпериодной интерполяции отчетов на повышенную виртуальную частоту повторения. Особенности бистатическоrо зондирования Технические аспекты, связанные с получением радиолокационноrо изображения в мноrопозиционных системах, сводятся к рассмотрению бистатической пары aK тивноrо облучающеrо устройства  передатчика и пассивноrо приемноrо устрой ства  приемника. Основные практические варианты бистатическоrо зондирования с участием космическоrо cerMeHTa включают в себя космическую пару передат чикприемник на разных орбитах (например, тандемы спутников), аэрокосмиче скую пару [254, 398], обычно: орбитальный передатчик и приемник, размещенный на самолете или БЛА, и наконец, вариант с подсветом с помощью передатчика, yc тановленноrо на rеостационарном спутнике и приемнике  на низкоорбитальном спутнике, самолете или БЛА (соответственно космическая или аэрокосмическая бистатическая система [329, 439*, 507]). 320 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА Особенности работы бистатических систем связаны с rеометрией относитель Horo движения, соrласованием времени совместной работы, синхронизацией цик лоrрамм облучения и приема сиrналов, способами выделения зондирующеrо сиr нала (прямой прием облучающеrо сиrнала) на фоне паразитных отражений от под стилающей поверхности, компенсацией различия частот и фазы локальных опор ных reHepaTopoB, миrрацией дальности и доплеровским смещением зондирующеrо и отраженных сиrналов [282, 303, 329, 392, 424, 425, 499, 51 О]. Возможны два варианта rеометрии обзора в бистатических системах  co rласная и оппозитная. Для соrласования времени обзора в аэрокосмических систе мах возможно расширение луча антенны передатчика или управление лучом под.. света, как в прожекторном режиме съемки в моностатических РСА. Наиболее простой случай бистатическоrо зондирование  тандемы космических РСА на близких орбитах TanDEMX, Radarsat2/3 [276, 317, 330], для которых rлав ная проблема  точное измерение базы между спутниками для снижения поrpешно стей интерферометрических измерений и построения карт рельефа местности. При аэрокосмическом бистатическом зондировании приемник на самолете pa ботает в квазинепрерывном режиме. Для параллельных траекторий движения спут ника и самолета (что может не соблюдаться на практике) разрешающая способность по наклонной дальности определяется шириной спектра зондирующеrо сиrнала, как в моностатических РСА, а вдоль линии пути она зависит от соотношения между CKO ростями и наклонными дальностями до цели от передатчика и приемника РХ == ( Vtx + V rx ) I (6.79) ynt Rtx x ' rде Tsynt  время синтеза; V tx И V rx  путевые скорости передатчика и приемника; Rtx и Rrx  наклонные дальности цели от передатчика и приемника. Для моностатическоrо обзора, коrда параметры передатчика и приемника идентичны, имеем известную формулу для азимутальноrо разрешения. Разрешение поперек линии пути по rоризонтальной дальности в случае co rласных направлений обзора вычисляется через уrлы падения для падающей и OT ражающей волн с 1 ру == A.I' I . . I ' (6.80) tiJ SlП Yti + SlП Yri rде с  скорость света; Д!  полоса зондирующеrо сиrнала; 1'ti и i  уrлы падения облучающей и отраженной волн. Приведенная формула справедлива и для оппозитноrо бистатическоrо обзора, при котором знак уrла падения облучающей волны берется с минусом. Принципиально для синтеза РЛИ приrодны те же алrоритмы, что и дЛЯ MOHO статическоrо обзора, но с учетом друrоrо закона изменения фазы опорной функ ции, зависящеrо от rеометрии взаимноrо движения. Применяют, например, алrо ритм нелинейноrо ЛЧМмасштабирования [426] или адаптированный для бистати ческоrо зондирования алrоритм «обратной проекции» (Васkрrоjесtiоп, друrое ero 1l1492 321 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования название  «KorepeHTHoe накопление в выходном КР ЛИ»), который позволяет YCT ранить отклонения от прямолинейноrо движения при синтезе Р ЛИ BbIcoKoro раз решения [254, 506]. 6.12. Синтез РЛИ в видеоимпупьсных РСА В обычных узкополосных РСА формирование отклика по азимуту реализуется путем соrласованной фильтрации сиrнала (радиоrолоrpаммы), фазовая структура KOToporo, вызванная изменением временной задержки принятоrо сиrнала, определяется Bpe менным законом движения РЛС относительно наблюдаемой цели. В видеоимпульс ных РСА (ВИРСА) информационным признаком является именно изменение Bpe менной задержки сиrнала от цели по траектории полета. В связи с этим разрешаю.. щая способность радиолокационноrо изображения по азимуту получается блаrодаря наличию миrpации дальности сиrнала, принимаемоrо от конкретной цели в суммар.. ном процессе, записанном в радиоrолоrpамме при радиолокационной съемке задан.. Horo участка местности. Термин «радиоrолоrрамма» сохраним и дЛЯ ВИРСА. Форма зондирующеrо импульса в ВИРСА имеет ряд особенностей, paCCMOT ренных ниже. В первом приближении абстраrируемся от этих особенностей и pac смотрим упрощенную модель, в которой излучаемые и отраженные от точечной цели импульсы имеют форму, близкую к прямоуrольной. Тоrда, можно считать, что синтез Р ЛИ обеспечивается путем простоrо суммирования принятых сиrналов по опорной функции (<<траекторному окну»), которая компенсирует изменение BpeMeHHoro запаздывания сиrналов вдоль трассы полета для точечной цели на тра.. верзе. Азимутальное разрешение ВИРСА определяется реализуемым разрешением по наклонной дальности PR и длиной синтезированной ап'ертуры La. Идеализиро ванная картина получения азимутальноrо разрешения для прямоуrольноrо зонди.. рующеrо импульса представлена на рис. 6.59. L а А в а) SI101B 4B А SholA в б) Рис. 6.59. Формирование азимутальноrо разрешения в ВИРСА: а  радиоrолоrраммы двух целей, смещенных по азимуту; 6  радиоrолоrраммы целей, скорректированные по миrрации дальности (времени задержки) для целей А и В 322 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА в результате обработки радиоrолоrраммы цели А амплитуда на выходе будет пропорциональна площади следа (rодоrpафа) rолоrраммы SholA PR La. rодоrраф ro лоrраммы цели В будет смещен по азимуту на величину Рх и после компенсации миrpации дальности окажется повернутым относительно опорной функции на уrол f3 == arctg(px / Ro), (6.81) rде Ro  наклонная дальность на траверзе. Радиоrолоrрамма от цели В, будучи коррелирована с опорой, совпадающей с rодоrpафом цели А, даст на выходе амплитуду, пропорциональную общей площади параллелоrрамма Х 2 р2 R S АВ == PR АВ  PR == R О при f3 > arctg PR . (6.82)" 2 tф h 2 Если, как обычно, принять, что интервал разрешения равен ширине реакции на уровне 3 дБ (0,707 от амплитуды), то из соотношения SAB== 0,707S ho1A получаем известное для «узко полосных» РСА выражение, в котором длина волны заменена разрешением по наклонной дальности, деленным на квадратный корень из двух R o PR/J2 РХ == 2La . (6.83) Кроме сиrнала от цели А в окно опорной функции в каждом зондировании бу дут попадать сиrналы от целей, наклонная дальность которых совпадает с наклон ной дальностью окна в пределах ширины диаrpаммы направленности радиолока тора, для которой в маршрутном режиме съемки размер зоны облучения по азиму ту определяет длину синтезированной апертуры La. При наблюдении местности с равномерной случайной отражающей поверхностью доля таких помеховых COCTaB ляющих для этой упрощенной модели во MHoro раз (как La/ РХ ) превысит долю полезной составляющей от цели А. Рассмотренная упрощенная модель обработки радиоrолоrраммы ВИРСА ис ходит из HeKorepeHTHoro накопления сиrналов в окне опорной функции, без учета реальной формы зондирующеrо импульса и корреляционных связей в отраженном сиrнале. Поэтому из нее делается ошибочный вывод о снижении контраста ярких целей на окружающем фоне, а также невозможности обнаружения элементов фона с нулевым отражением (например, участков поверхности с поrлощающим покры тием). Учет реальных условий зондирования приводит к классическому алrоритму соrласованной фильтрации KorepeHTHbIX сиrналов, в которых приведенная выше упрощенная модель обработки сиrналов является элементом полноrо алrоритма синтеза видеоимпульсноrо рли. Учтем влияние формы зондирующеrо импульса в ВИРСА [6, 94, 228, 404, 455]. Видеоимпульс, излученный антенной ВИРСА в пространство, представляет собой сложное колебание, не имеющее постоянной составляющей. Это объясняется тем, что антенная система представляет собой полосовой фильтр со свойствами дифференци рующеrо звена. Излучаемое антенной поле является производной от возбуждающеrо тока. Постоянная составляющая отсутствует в распространяющемся электромаrнит 323 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ном поле. При использовании в ВИРСА мноrоэлементной антенной системы  видео решетки  ее коэффициент усиления пропорционален квадрату частоты, что также сказывается на форме принимаемоrо от целей сиrнала (происходит подчеркивание BЫ сокочастотных компонент как при передаче, так и при приеме сиrналов). Форма сиrналов на входе обработки зависит также от частотной характери стики приемника. Обычно, ширину полосы приемника оrраничивают из соображе ний повышения отношения сиrнал шум, а также с целью снижения частоты KBaH тования принимаемоrо сиrнала для уменьшения потока передаваемых данных на пункты обработки информации. В результате моделирования преобразований сиrналов в тракте ВИРСА, BЫ полненноrо по методике, изложенной в rл. 1 О, получены представленные на рис. 6.60 модели радиолокационных откликов при наблюдении точечных целей. В ВИРСА использован диапазон частот 200. . . 1400 мrц (примерно три октавы), включающий в себя три узкополосных диапазона (VHF, Р и L), применяемых в самолетных РСА (например, в бортовом комплексе ИМАРК [37*, 185*]). . I I I . I . I I I . . . I I  1 rr; rr i Н =1:==1=if=f= ь'  i ! ! i u 0,2     :::.:  О  , + t:: :::::   O 2 ++  +  I-I- ::S::' I I I , . о :::::  o, 4 ++ +  t+ ::S:: ::::: со o, 6 !!T rT o,80 1 2 3 4 5 6 а) Время, не  (])  u  :s:: са  :s: r:::   о 1 5: ::::: 6 1 : + ,.. о 8 lL : lL ......, ! ! ! ! i  о 6 +I-., I- +I- , i ! ; i !  о 4 I-I- + ++ ' i i ! ! i  о 2 I-I- + +..... '--4' : .: : ::Е I I I :'\: . ::s:: О + .  2 . \.1: : : : .......r  O 2     + . : : : : : ::S:: :: : : : CQ  O 4 + +  ++ .. I . . . . )0 ::::: :ж: o 6 ++ +- +-+ r::t' . . . . .  o.80      6 (!) 6) Время, не 2 3 456 Время, не в) Рис. 6.60. Форма видеоимпульсов при наблюдении точечной цели: а  принятый сиrнал на выходе приемника; 6  выходной видеоимпульс ВИРСА, пунктиром показан при нятый импульс; в  амплитудные отклики, модуль видеоимпульса (пунктир) и сrлаженная оrибающая (жирная линия) 324 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА Вид сиrнала от точечной цели на выходе приемника (строка радиоrолоrрам мы) до обработки сиrнала показана на рис. 6.60,а. Для обработки TaKoro сиrнала с помощью рассмотренной выше упрощенной модели опорная функция должна включать несколько (например, три) каналов суммирования с разными знаками. В итоrе приходим к вычислению свертки принятоrо по дальности сиrнала с опорной функцией, которая представляет собой отклик от точечной цели с обратным отсчетом времени (это соответствует комплексно сопряженному спектру опорной функции в алrоритме быстрой свертки). Вид выходноrо импульса ВИРСА в строке дальности после соrласованной фильтрации по казан на рис. 6.60,6 жирной линией. Длительность пика видеоимпульса по уровню минус 3 дБ составляет 0,27 нс. Форма зондирующеrо импульса без постоянной составляющей приводит к тому, что сумма помеховых составляющих от целей, смещенных по азимуту, в среднем равна нулю. Для определения вклада флуктуационных составляющих по мех следует оценить интеrральный уровень боковых лепестков двумерноrо им пульсноrо отклика ВИРСА. ДЛЯ этоrо учтем, что после дискретизации принятоrо непрерывноrо видеосиr нала ero запись в цифровой форме может рассматриваться как комплексный про цесс с нулевой мнимой частью: u(t n )==U m (t n )(I+ jO). (6.84) Этой комплексной амплитудой можно виртуально промодулировать колебание " " j27r 101 сколь уrодно высокои несущем частоты е п И получить дискретное представле нме комплексноrо сиrнала, как в узкополосных процессах. К такому сиrналу приме ним весь математический аппарат анализа комплексных процессов и все GЛ20РU11lJWЫ синтеза кр ЛИ, рассмотренные выше в настоящей rлаве. Выходные информацион ные продукты радиолокационноrо зондирования с применением ВИСАР MOryт быть представлены в виде видеоизображений и (R, х) == Re( u out (R, х)), амплитудных А(R,х)=luоut(R,х)lили энерrетических РЛИ Е(R,х)=lu ош (R,х)1 2 , а также РЛИ с некоrерентным накоплением наблюдений. На рис. 6.60,в приведены амплитудные отклики от точечной цели в форме MO дуля видеоимпульса (пунктир) и сrлаженной оrибающей (жирная линия). Длитель ность амплитудноrо отклика составляет 1,14 нс, разрешение по наклонной дально сти 17 см. Поскольку процедуры спектральноrо анализа и суммирования линейны, то весь частотный диапазон спектра принятоrо сиrнала можно разбить на поддиапа зоны и выполнять в них независимый синтез парциальных (спектрозональных) КР ЛИ. В случае необходимости при синтезе парциальных КР ЛИ можно применить автофокусировку для устранения искажений (например, коррекцию ионосферных нестабильностей в VНFчасти спектра). Полученные парциальные КРЛИ с примы кающими спектрами суммируют на выходе для получения видеоимпульсноrо Р ЛИ. 325 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Спектрозональные кр ЛИ и Р ЛИ, аналоrичные Р ЛИ узко полосных РСА, но с лучшим пространственным разрешением, можно использовать для комплексноrо дешифрирования. На рис. 6.6] показаны амплитудные спектрозональные отклики от точечной цели в VHF и Lдиапазонах волн (частоты 200...400 и ]]00...]300 мrц). Разрешающая способность по дальности таких спектрозональных Р ЛИ при ширине отклика 5,2 нс составляет 80 см, что значительно лучше, чем у традиционных уз кополосных РСА, работающих в выделенных Реrламентом радиосвязи частотных диапазонах с оrраничениями по ширине полосы частот.  :::  1 ................... - -. : ...... -... .:.. -....... ..  ... 8 r:t 0,8 . - - . - . н . - - . . - . . . - н -.  .. - - - . - -- . .- - . - . . . . . н - Q) ... )=  0,6 .. . . . .. . . . . . . . . . . - ....; - . - ....... .:- . . . . .. . - - - . ,.Q  ... ::I: U О 4 - . . . . . . - - . - . . . - - . . . . . : . . - . . . . . . о:. . . . . . . . . - . . t:::{ ' : : : :::s:: 02 ....-....... ..........;.......... . ........-.. :s::""",' : : .  ... t: О . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : . . - . . . . . . . . . - . . . . . . . . . -  O,2 : : : О t О 20 30 Время, не а)   1 ......_--..............: .--..-....-......-..... Ь t:1 0,8 . - . . . -- . . - -  - . . . . . --. . - : . . . . . - . . . .:-- . . . . . -- . . - Q) ... )= r- 0,6 . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ...;... .... - . . -:-. . . . - - . .. . . ..а < : =t U О 4 ......._.._...... !=:t:  ' : :s: 0,2 ...---_..... .  со о. . - - . . . . . . . . . . . . . . - . . . .  . . . . . . . . . . - .. . . . - . . - . . . . '-= 02 : : : 40 < ' О 1 О 20 30 Время, не б) 40 Рис. 6.61. Форма амплитудных спектрозональных откликов при наблюдении точечной цели: а  в Lдиапазоне волн; б  в VНFдиапазоне волн (полоса сиrнала в парциальной зоне 200 мrц) Вид видеоимпульсной радиоrолоrраммы от точечной цели в ВИРСА приведен на рис. 6.62. Там же показана ее амплитудная характеристика вдоль траектории полета, определяемая формой ДНА. В случае ВИРСА форма ДНА имеет расши ренный пьедестал, обусловленный низкочастотными компонентами зондирующеrо сиrнала. Для сравнения на рисунке пунктиром показана форма ДНА узкополосноrо РСА, имеющая вид sinc 2 .  20 40 Азимут, ед б) 60 \ ," \ 1:1 Q)  E-ot u О =t ..а   Азимут, ед а) Рис. 6.62. Форма видеоимпульсной радиоrолоrpаммы (а) и ее амплитудная характеристика, определяемая формой азимутальной ДНА (6) (    форма азимутальной ДНА дЛЯ узкополосноrо сиrнала ..1.==23 см) 326 
fлава б. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА На рис. 6.63 показаны двумерные отклики от точечной цели  видеоимпульс ный и амплитудный, сечение амплитудноrо отклика по азимуту, а также характер боковых лепестков двумерноrо амплитудноrо импульсноrо отклика (область rлавно ro лепестка подавлена) и рельефное отображение амплитудноrо импульсноrо откли ка ВИРСА. Интеrральный уровень боковых лепестков отклика  около 23 дБ близок к реализуемому в узкополосных РСА. O9 r::t 0,7 (IJ d 0,6 r-:t: >.  0,5 t:::  0.4 <r: 0,3 I I I I I I I , I L ________ I , I I I I I I I I I I I t I I I ------------------- --- ------------------ . . . . . I I . . I I I I I I I . . . . . I I I . ,, r ,....r.--- . I I . I . I I I . I I . I I . . I I . .................................. -,_........ ..... ..... ............................................ I I . I I I . . . I . . , . I I . I . . I I . I . .._--_.........__......_..._......- ..................... ............................................ . I . I . . . . I I I . . . I . I I I I . t . . I .................Т................._,......... .........r........ ......,.............................. I 1 I I . I . I I . . I . . I . . I I . .................1........ .............1....... .......................... ..................... ...... ............ I I . . I I I . I , I . I I . 0,2 ---!. --- - . . I I I . . I I I I I I I I _..............y..._......_......... ...............r............... ...,................_..r......_.. I I I I I I I 0,8 O 1 () 3 2 l о .., 3 Азимут, М а) б)  ....-..tooА II..I!....... .....111.-..;..".........".. ....... / /' . i', /  >/ .... +-- ,.  '" в) с?} Рис. 6.63. Вид откликов от точечной цели в модели ВИРСА: а  видеоимпульсный отклик (вверху) и амплитудный отклик (внизу); б  сечение амплитудноrо отклика по азимyrу; в  боковые лепестки амплитудноrо отклика (центральный пик подавлен); 2  рельефное отобра жение амплитудноrо импульсноrо отклика ВИРСА 327 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования На рис. 6.64 приведены результаты моделирования РЛИ в ВИРСА при наблю дении rруппы объектов на шероховатой поверхности [427*]. В качестве одноrо из объектов сравнения взята комбинация сферы с конусом, имеющая размеры челове ческой фиrуры. 35 см I .. ..1...... ...1... . ..i.. . ..0.. 1.... i i ! i  ..j.. .......i" . . .........' ..... 1 i j i ..i.....T. . i......T._.. f.+ . +.._..t.._.. i i j i '..1.._..._..i. . i..._..i.._.. ; : i : ......_..ё ... ........._.. r . J r АРJIИ 180 см "J"':-'.. .! . 70 см '") (J == 0,6 M 2 1 () ВИРЛ.И Сфера . Пластина . . , . . " Ке["'ел ьбан" ',.' '  " .I' . 'IIr. .' ,А''' Сr:па)l{енное РJIИ  . t i . Сферы а == 0,25; 1 и 4 м Рис. 6.64. РЛИ моделей rрупповых объектов: a  «сфераконус», общий вид (а), сечение отклика по азимуту (6), двумерный отклик (в); 2  сферы раз Horo радиуса а; е:ж  объекты на шероховатой поверхности, амплитудное (д), видеоимпульсное (е) и сrлаженное амплитудное (:ж) Р ЛИ В заключение этоrо раздела еще раз остановимся на различии приближенноrо подхода к синтезу изображения в ВИРСА (аналоr HeKorepeHTHoro накопления) и реальноrо процесса KorepeHTHoro суммирования откликов от наблюдаемой по.. верхности. Сначала рассмотрим сцену из одной строки по rоризонтальной дально.. сти. В элементе разрешения ВИРСА по дальности будут суммироваться сиrналы от rруппы элементарных отражателей на земной поверхности (для использованной цифровой модели отражающей поверхности  в узлах сетки). Для rладкой поверх.. ности соотношение задержек принятых сиrналов таково, что суммарный сиrнал равен нулю (зеркальное отражение в сторону от РЛС). ДЛЯ неровной поверхности наклонные дальности отражателей (и задержки сиrналов), поднятых над rоризон" тальной поверхностью, уменьшаются, и сиrналы от них MorYT синфазно (при опре.. деленных условиях) суммироваться с сиrналами от друrих ближе расположенных отражателей. Эти эффекты для узкополосных РСА рассмотрень] в rл. 2. Таким об.. разом, при появлении положительноrо rpадиента поля уровня поверхности проис.. 328 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА ХОДИТ «сrущение» элементарных отметок, а при отрицательном rрадиенте  их «разрежение». В результате появляется амплитудная модуляция сиrнала, принято ro радиолокатором от неровной поверхности. Аналоrичный механизм действует и при суммировании сиrналов в каждом элементе разрешения ВИРСА, коrда сцена состоит не из одной строки дальности, а представляет кадр, представленный на рис. 6.65,а. Уровень помеховых составляю щих определяется интеrральным уровнем боковых лепестков импульсноrо отклика ВИРСА (см. рис. 6.63,в,2). Результаты моделирования РЛИ применительно к рассматриваемой сцене представлены на рис. 6.65,6 и в. Для сравнения на рис. 6.65,2 дано РЛИ сцены без rпадкой площадки. Показанные примеры свидетельствуют об эффективности представления выходной информации ВИРСА в виде сrлаженноrо амплитудноrо РЛИ дЛЯ обнаружения контрастных объектов (с повышенной или пониженной яр костью по отношению к окружающему фону). После обнаружения объектов по aM плитудному Р ЛИ их детальное дешифрирование и распознавание про водится по видеоимпульсным РЛИ. :.:". а) б) ".: .., в) 2) Рис. 6.65. Модель Р ЛИ неровной поверхности с объектами (слева направо)  сфера, rладкая площадка, три объекта «сфераконус» по дальности: а  интенсивность отражения от неровностей; б  амплитудное Р ЛИ без сrлаживания; в  сrлаженное амплитудное РЛИ; 2  амплитудное РЛИ сцены без rладкой площадки 329 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Приведенные модели изображений, получаемых с помощью ВИРСА, свиде тельствуют о том, что при сверхширокополосном зондировании сохраняются все механизмы рассеяния с поправкой на соотношения длины волны к масштабам He однородностей облучаемой поверхности. Качественные отличия в изображениях разных объектов в видеоимпульсных РСА и в обычных узкополосных РСА явля ются носителями дополнительной информации об объектах. В первую очередь это связано с частотной зависимостью ЭПР объекта в диапазоне длин волн от санти метров до метров, содержащихся в видеоимпульсе. Так, например, при отражении от сферы суммируются эффекты, вызванные разными механизмами рассеяния, включающими оптическую, резонансную и релеевскую области. Для синтеза изображения в ВИРСЛ в связи с большими значениями миrрации дальностей и их изменениями в пределах кадра наиболее адекватным алrоритмом представляется алrоритм обратной проекции (Backprojection). Ero недостаток  вы.. сокие вычислительные затраты. Для их снижения целесообразно адаптировать ал.. rоритмы, используемые для узкополосных РСА, к конкретным параметрам прини маемых сиrналов в ВИРСА. 6.13. Современные тенденции создания проrраммно..аппаратных комплексов для синтеза радиолокационных изображений Современные РСА космическоrо базирования проектируются как мноrорежимные, мноrоФункциональные информационные датчики, реализующие близкие к пре.. дельно достижимым технические характеристики (пространственное и радиомет рическое разрешение, чувствительность, полоса обзора и полосы съемки). В аппа ратуре широко используются секционированные активные фазированные антенные решетки, позволяющие осуществить мноrоканальное поляриметрическое зондиро вание, возможность индикации движущихся целей и использования специальных режимов (двойноrо приема, режима Скансар с высоким разрешением), а также ин.. терферометрических режимов с применением rибкоrо цифровоrо управления фор.. мой ДНА, сканированием лучей по азимуту и уrлу места, выбором параметров зондирующих сиrналов в режимах работы РСА. Существует тенденция создания универсальноrо вычислительноrо комплекса для обработки радиолокационных данных, который можно использовать в распре.. деленной системе станций приема и обработки информации космических РСЛ. Та.. кой вычислительный комплекс, названный 3dSAR разработан фирмой Vexcel Cor.. poration, США [316]. Он включает в себя процессор SKY «нулевоrо уровня», обес.. печивающий автоматическое определение источника данных, биткоррекцию оши.. бок принимаемой информации, быстрый просмотр И оценку качества данных, пре.. образование времени к Международной шкале UTS, привязку данных к rеоrрафи.. ческим координатам, а также ориrинальный измеритель положения доплеровскоrо центроида с повышенной точностью. Процессор QuickLook нулевоrо уровня BЫ полняет синтез Р ЛИ низкоrо разрешения, по которому можно оценить полосу съемки и длину снятоrо маршрута. 330 
fлава 6. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА Обработка информации уровня 1 реализуется в процессоре маршрутноrо pe жима FOCUS, использующеrо алrоритм синтеза «Дальность  доплеровская часто та», а также в процессоре SW А ТН дЛЯ режима Скансар, [де применяется алrоритм Zпреобразования. Специальный процессор OrthoSAR выполняет коррекцию и точные преобразования РЛИ в картоrрафические проекции изображений уровня 2. При разработке вычислительноrо комплекса 3dSAR применительно кобра.. ботке информации РСА Р ALSAR был учтен опыт создания и эксплуатации MHoro численных станций приема и обработки космической информации, размещенных по территории земноrо шара. Комплекс позволяет обрабатывать данные с ранее за.. пущенных и находящихся в эксплуатации космических РСА ERS1/2, Radarsatl. Процессор SKY преобразует данные, полученные по радиоканалу от бортово.. [о локатора, в «компьютерный» стандарт CEOS нулевоrо уровня. Архивирование данных возможно также в исходном формате радиоrолоrраммы STF (Sky Telemetry Format) в виде двух (I/Q  cos/sin) сжатых на борту составляющих. Процессор FOCUS использует входные данные нулевоrо уровня в форматах CEOS или STF и после синтеза выдает данные в формате CEOS первоrо уровня: SLC (single look complex)  КРЛИ, одно наблюдение или продетектированные продукты. SW А ТН Скансар процессор, предназначенный для обработки данных Radarsat 1 леr ко адаптируется для информации РСА ASAR КА Envisat, РСА Р ALSAR КА ALOS. Процессор OrtoSAR преобразует Р ЛИ в картоrpафические проекции UTM, может aB томатически работать в режиме rеокодирования или в автоматизированном режиме проводить прецизионную коррекцию Р ЛИ на основе цифровых карт рельефа или корректировать РЛИ по опорным точкам, которые выбираются оператором. Примером построения мноrорежимноrо процессора синтеза РЛИ является уни версальный процессор, предназначенный для обработки сиrналов космическоrо РСА ТепаSАRХ в составе наземноrо cerMeHTa repMaHcKoro Космическоrо Центра DLR [26266, 464]. Конфиrурация процессора и rибкое управление параметрами позво ляют вести синтез изображения в маршрутном, прожекторном режимах, в режиме Скансар, поляриметрических режимах работы при разных характеристиках лучей антенны, в режиме двойноrо приема и интерферометрии вдоль линии пути. Наземный cerMeHT центра обеспечивает управление спутником, прием и архи вирование радиолокационной информации, ее обработку и распределение потре бителям. rлавной составной частью наземноrо cerMeHTa является мноrорежимный РСА процессор TMSP. Ero архитектура и проrpаммное обеспечение (ПО) преду сматривают систематический анализ всех получаемых радиоrолоrрамм, их архиви рование и синтез РЛИ со средним разрешением, необходимым для каталоrизации и поиска материалов радиолокационной съемки. Процессор позволяет по заявкам потребителей реализовать высокоточный синтез КРЛИ с сохранением фазы, а TaK же получение Р ЛИ с некоrерентной обработкой и rеореференцированных Р ли. При проектировании процессора была предусмотрена задача валидации и тестиро вания по. Алrоритмы синтеза РЛИ, реализованные в ПО процессора, основаны на применении алrоритмов ЛЧМмасштабирования и масштабирования по азимуту, rармоническоrо анализа и субапертурной обработки. Структурная схема заложен ных в ПО алrоритмов синтеза РЛИ рассмотрена в разделе 6.8. 331 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Принятая концепция реализации унифицированноrо ПО с соответствующей адаптацией входящих в Hero модулей для синтеза РЛИ во всех режимах работы по зволила выполнить отладку, тестирование, документирование и валидацию ПО один раз, что обеспечило KorepeHTHocTb получаемых данных во всех режимах и снизило затраты на разработку проrраммноrо обеспечения по сравнению с вариан том трех специализированных процессоров, предназначенных для каждоrо из pe жимов работы. Унификация структуры процессора имеет преимущества сквозной калибровки Р ЛИ, в частности, при формировании мозаики снимков MOKporo леса (со стабиль ным рассеянием), снятых в разных режимах работы РСА. Рассмотрим основные идеи и технические решения, заложенные в процессор обработки информации, получаемой с РСА TerraSARX, как наиболее COOTBeTCT вующие современному уровню развития средств радиолокационноrо наблюдения космическоrо базирования rражданскоrо назначения (что не противоречит воз можности их двойноrо применения). Процессор обеспечивает получение РЛИ в широком наборе рабочих режимов  маршрутный, прожекторный и Скансар с различными комбинациями поляризаций. Предусмотрены разнообразные варианты выходных информационных продуктов от КРЛИ с одним наблюдением (SLC  single look complex) дО РЛИ с большим числом наблюдений (multilook), в том числе с улучшенным пространственным (spatially enhanced) или радиометрическим (radiometrically enhanced) разрешением в различных rеометрических (картоrрафических) проекциях. Возможно использова ние rибридноrо алrоритма фокусирования для получения КР ЛИ в координатах на.. клонная дальность  азимут с сохранением фазовой информации (SSC  single look slant range complex), полученных в любом из режимов (маршрутный, прожектор ный, Скансар ). Во всех выходных информационных продуктах азимутальная KOOp дината соответствует нулю доплеровской частоты. Реализация режимов синтеза первичноrо КР ЛИ соrласно структурной схеме (рис. 6.19) имеет ряд особенностей. В маршрутном режиме кадр синтеза КР ЛИ включает несколько апертур с наложением изображений каждоrо кадра на преды дущий, по крайней мере на одну апертуру. Размеры кадра оrраничеНЬJ изменением положения доплеровскоrо центроида и параметров опорной функции, а также ап паратными оrраничениями процессора. В прожекторном режиме используют разделение принятоrо сиrнала на суб.. апертуры, обеспечивающие азимутальную однозначность сиrнала. В связи с тем, что в приемопередающих модулях АФАР применены фазовращатели с малой раз рядностью, компенсация ошибок обеспечивается соответствующим выбором шаrа дискретизации азимутальноrо положения луча [408]. Величина шаrа уrлов скоса лучей ДНА учитывал ась при выборе длины субапертур синтеза в кадре обработки, в который, как и в режиме Скансар, перед процедурой азимутальноrо БПФ встав.. ляют дополнительные нулевые отсчеты (zero padding) во избежание появления He однозначности. 332 
fлава б. Алrоритмы синтеза радиолокационных изображений в космических РСА в маршрутном режиме перед сжатием по азимуту в координатах дальность  доплеровская частота выполняют фильтрацию по частоте, сдвиr азимутальных OT счетов для устранения скоса и мноrозначности. Этапы обработки совпадают с реали зованными в процессоре BSAR, который использовался для синтеза и интерферо метрической обработки данных в канале XSAR в составе РСА SRТМ/ХSАR [266]. Последний этап синтеза Р ЛИ в маршрутном режиме включает в себя умноже ние азимутальноrо спектра сиrнала на спектральную опорную функцию, завися щую от наклонной дальности, и ОБПФ. В прожекторном режиме в модулях KOp рекции миrрации дальности выполняют масштабирование сиrналов по дальности и доплеровской частоте, что обеспечивает постоянство опорной функции по всему кадру съемки. При синтезе РЛИ используют амплитудное взвешивание спектров сиrнала с использованием окна Хемминrа W(f) == а + (1  а )cos(2Jrj / B)rect(j / в), (6.85) rде задавалось значение а== 0,75, обеспечивающее уровень боковых лепестков не более 21,4 дБ и интеrральный уровень   16 дБ. По результатам эксплуатации РСА было установлено, что качество РЛИ значительное улучшается при компро миссном значении а == 0,6 с уровнями боковых лепестков 32,6 дБ и 19,5 дБ при ухудшении пространственноrо разрешение Bcero на 18 % [265]. Входящий в структурную схему (см. рис. 6.19) проrраммный модуль предва рительной обработки входной информации обеспечивает восстановление формата сиrналов после сжатия потока данных на борту КА, а также коррекцию аппаратур ных искажений, вызванных температурными воздействиями и друrими дестабили зирующими факторами, выявленными в процессе эксплуатации РСА на орбите. Архитектура вычислительноrо комплекса построена по модульному принци пу С распараллеливанием потоков обработки данных. Проrраммирование в OCHOB ном ведется на языке BbIcoKoro уровня ADA, что облеrчает и удешевляет отладку по. Предусмотрено rибкое управление ресурсами вычислительноrо комплекса, позволяющеrо выполнять все операции синтеза Р ЛИ с использованием высокопро изводительных компьютеров широкоrо применения. Особое внимание должно уделяться обеспечению автономности проrраммных модулей с возможностью выполнения их на друrих процессорах и в друrое время. Для этоrо обрамление модуля должно включать все необходимые входные и BЫ ходные данные, а также сопровождающую и командную информацию. Дополни тельные объеМЬJ вычислительных ресурсов, требуемые для TaKoro построения про rpaMMHoro обеспечения, вполне оправданы. Рассмотренные в rл. 6 алrоритмы синтеза радиолокационноrо изображения обеспечивают получение комплексных, амплитудных или энерrетических РЛИ (а дЛЯ ВИРСА еще и видеоимпульсных РЛИ) с одним наблюдением. Такие изображе ния имеют значительную зернистость, вызванную спеклшумом и поэтому низкое радиометрическое разрешение. Для улучшения изобразительных свойств (и дe 333 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования шифрируемости) РЛИ используют последетекторную обработку  HeKorepeHTHoe накопление. Необходимость применения HeKorepeHTHoro накопления относится, в частности, к получаемым материалам со средним пространственным разрешением, которые помещают в каталоrи для общеrо ознакомления с доступными материала ми радиолокационной съемки. Вопросы последетекторной обработки Р ЛИ, их реrистрации, отображения и зрительноrо восприятия рассматриваются в rл. 7. 334 
rлава 7 ОБРАБОТКА И РЕrИСТРАЦИЯ рАдиолокАционныx ИЗОБРАЖЕНИЙ 7.1. Методы фильтрации спекл-шума на РЛИ 7.1.1. Задачи некоrерентной обработки РЛИ Специфической особенностью радиолокационных сиrналов, отраженных от разно ro типа объектов при облучении узкополосным зондирующим СВЧимпульсом, является наличие флуктуаций (спеклшума), которые вызваны интерференцией элементарных отражателей, образующих объект. Принципиальным в образовании спеклшума является соотношение размеров объекта и размера элемента разреше ния изображения, формируемоrо при коrерентной обработке сиrнала. Для мноrих искусственных объектов, например, самолеrов, ракет, кораблей радиолокационное изображение представляет собой набор ярких отметок от зеркальны точек (доми нантных отражателей) со стабильной ЭПР при изменениях ракурса наблюдения. При использовании широкополосных (или сверхширокополосных) сиrналов про исходит разбиение rрупповоrо объекта на элементы, взаимное положение которых за время синтеза может меняться под влиянием движения или затенения. Это при водит к нарушению коrерентности TpaeKTopHoro сиrнала, ухудшению пространст BeHHoro разрешения Р ЛИ и возрастанию флюктуаций. Наличие спеклшума приводит к ухудшению дешифрируемости РЛИ, радио метрическоrо разрешения и точности измерения компонентов радиолокационноrо портрета объекта, а также к повышению требований к каналу передачи данных и средствам отображения информации. Основным методом снижения спеклшума является фильтрация (линейная, адаптивная и комбинированные методы) форми pyeMoro в результате синтеза амплитудноrо рли (АРЛИ) или яркостноrо РЛИ  по энерrии (ЭРЛИ), соответствующеrо квадрату амплитуды. rлавная процедура такой фильтрации  HeKorepeHTHoe накопление или усреднение независимых наблюде "ий по площади выбранноrо окна на Р ли. Исторически сложилось, что космические РСА первоrо поколения имели раз решение по rоризонтальной дальности около Ру  30 м, более rрубое, чем пре дельное разрешение РХ == Dxant / 2  5 М, обусловленное rоризонтальным размером используемых антенн (Dxant  1 О м). Для синтеза РЛИ применяли оптические YCT ройства обработки сиrналов с выбором апертуры синтеза так, чтобы иметь одина ковое разрешение по обеим координатам. Имеющийся запас длительности сиrнала использовали для HeKorepeHTHoro накопления (4 наблюдения). Такой метод, при котором в одном элементе разрешения синтезированной ДНА усреднялись РЛИ, полученные на разных доплеровских частотах (внутриэле 335 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ментное HeKorepeHTHoe накопление), получил в зарубежной литературе название «Multilook». При цифровом синтезе РЛИ реализация внутриэлементноrо накопле ния обеспечивается путем разделения сиrнала на субапертуры, коrерентной обра ботки (синтез парциальных кр ЛИ, полученных на разных доплеровских частотах с разными локальными уrлами скоса), детектирования и последующеrо суммирова ния парциальных Р ЛИ. Вместо BpeMeHHoro разделения сиrнала можно применить разделение азимутальноrо спектра доплеровских частот на субспектры с после дующими их синтезом, детектированием и суммированием парциальных Р ЛИ. Ta кую же операцию HeKorepeHTHoro накопления можно выполнять и по дальности. На рис. 7.1 приведена структурная схема внутриэлементноrо HeKorepeHTHoro нако" пления. Принципиально число наблюдений не обязательно должно быть целым, например, при оптическом накоплении или при перекрывающихся субапертурах ( субспектрах). Спектр Субспсктры сиrнала сиrна ПарциальнЪlС АРЛИ Выходнос РЛИ Опорная ФУНI(ЦИЯ Суммарное Plli1 Сиrнал Рис. 7.1. Структурная схема внутриэлементноrо HeKorepeHTHoro накопления Кроме paccMoTpeHHoro варианта внутриэлементНО20 неКО2ерентНО20 HaKoп ления возможен, и в ряде случаев более перспективен, вариант ме:JIсэлементНО20 неКО2ерентНО20 накопления, при котором сначала получают КР ЛИ с высоким раз решением по обеим координатам, а затем после детектирования про водят ycpeДHe ние по требуемому числу наблюдений. Хотя этот вариант требует повышенной производительности процессора синтеза Р ЛИ, но применительно к РСА BbIcoKoro разрешения он имеет ряд преимуществ: 1) возможность адаптивноrо выбора размеров и конфиrурации усредняющеrо окна для применения современных алrоритмов автоматической сеrментации Р ЛИ, вейвлетфильтрации, нейронной обработки, фрактальноrо анализа; 2) возможность получения радиолокационных портретов малоразмерных объ ектов для распознавания и классификации после их обнаружения на сrлаженном снимке; 3) архивация детальных РЛИ и КРЛИ дЛЯ их последующеrо использования, включая интерферометрическую обработку снимков, снятых в разное время. Метод межэлементноrо HeKorepeHTHoro накопления был, в частности, приме нен в устройстве оптическоrо синтеза РЛИ в РСА «МечК» КА «KOCMoc1870». Первичное окно выбирали соответствующим азимутальному разрешению  1 О м, а вторичную щель расширяли из расчета получения разрешения 30...50 м. Структурная схема межэлементной некоrерентной обработки приведена на рис. 7.2. Входной информацией является яркостное (реже амплитудное) РЛИ или комплексное РЛИ, после KOToporo выполняется детектирование (как правило, 336 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений квадратичное). Фильтрация спеклшума может включать в себя как линейные опе рации (сrлаживание в окне), так инелинейные (лоrарифмирование, оценка локаль ных параметров, адаптивная пороrовая обработка и др.). РЛИ КРЛИ Усредненное по площади .Р ЛИ Децимация РЛИ с rлажен ное РЛИ Детектирование Рис. 7.2. Структурная схема межэлементноrо HeKorepeHTHoro накопления Общей задаче подавления спеКЛЦIума на РЛИ посвящено MHoro работ [16, 22, 73]). Их можно разделить на следующие rруппы: 1) rлобальные, предусматривающие воздействие на все Р ЛИ или основную ее часть. К ним, в частности, относятся алrоритмы суммирования (усреднения) неза висимых Р ЛИ С постоянными параметрами в пределах кадра; 2) локальные, основанные на оценке локальной статистики. К ним относятся методы, улучшающие дешифрируемость и изобразительные свойства РЛИ, но не сохраняющие измерительные свойства Р ЛИ. Такие методы используют для aBTO матизированной обработки, включающей визуальное дешифрирование при OTO бражении РЛИ на дисплеях с компьютерной проrраммной поддержкой. К этим Me тодам относятся упомянутые выше методы адаптивной фильтрации  локальные адаптивные методы, сохраняющие измерительные свойства Р ЛИ, с возможностью использовать РЛИ и для автоматизированной, и для автоматической интерпрета ции информации, которая содержится в РЛИ (АРЛИ иКРЛИ); 3) нелокальные способы фильтрации (nonloca] means), в которых на первом шаrе выполняют локальную обработку в небольшом блоке (окне, обычно до 9 х 9), анализируют статистику с обнаружением и определением характера аномалии (OT носительно однородной статистики). По этим данным ищут подобные образования в соседних блоках фраrмента Р ЛИ, а затем про изводят адаптивную фильтрацию совокупности однородных блоков. Иллюстрацию работы алrоритмов HeKorepeHTHoro накопления, а также изла rаемых положений, касающихся реrистрации, отображения и обработки радиолока ционной информации проведем на примерах Р ЛИ с использованием материалов космической съемки, проведенной с помощью РСА Хдиапазона волн ТепаSАRХ с высоким разрешением (,...., 1 м), которые получеНЬJ с разрешения фирмы lпfоtепа GmbH через вебсайт httр://www.iпfоtепа.dе/tsх/frееdаtа/stаrt.рhр [530]. Перечень ис пользованных материалов, их описание и параметры приведены в табл. 7.1. OCHOB ными информационными продуктами, использованными для обработки, являются комплексные Р ЛИ высокоrо разрешения, полученные в прожекторном режиме. Об зорное РЛИ района съемки приведено на рис. 7.3. Приводимые РЛИ сопровождают ся яркостным ступенчатым клином (от 1/64 до 1) с шаrом 0,707, позволяющим oцe нить динамический диапазон отпечатка Р ЛИ. В зависимости от коэффициента KOH трастности печати этот шаr соответствует, например, 3 дБ при выводе на принтер амплитудноrо РЛИ и 1,5 дБ  при выводе энерrетическоrо РЛИ. 337 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Таблица 7.1. Перечень использованных материШlов радиолокационной съемки РСА TerraSAR..X, Iпfoterra GmbH@ [530] Район съемки Дата ВИД Имя файла съемки продукта r. Розенхайм, 27.01.2008 КРЛИ IMAGE  НН  SRA  spot 072.cos rермания АРЛИ QL  НН  SRA  spot 072 Волrа, район 21.06.2007 АРЛИ 20070621TSXFirstImage Wolgahigres.tif r.Волrоrрада,Россия Пролив rибралтар 10.08.2007 АРЛИ 2007081 О  GI Gibraltar.jpg , 'r  .!.... >', .f А ';::i . .. '1 I L.' '1111 " ;,.  "   Ч, .. " " i r ;  )  ). t i ' ,,",' :> . .j.: <, "., " ' .. .. .. .. . . '(, !!. .:... " .. :,;Ф '".1' . > :t '" ,. (} ). . ' . ! ..."'::::' .:.' '1{, ..- :.;;:.й: .,. .  : ..  ,,' t.:) tn { :,  ' ' * .'j'" :,' t, '*t :.., .\ )1 "-. :,:-,? 1-', .. .. ; i!" ").,  ..  ; ,.',  > . Ii. *'. i:. '. : -J'f!. , с "'[ . ,, . "\ ,':,  ... S. I l' .' ..."J'\;. , .;: .,{'. _;t ,'\:" ." '> ,. '"1 ,j, ' 'ii:,  .< 'i:,.' ,  { () ,,,;c ry " ?,,<":;;;;..:..  " , ". , " .:t 40 "tor ...,' :".,:..:,,:'., '", ,.:  '/;;'< !: '. . . " , ['. $,..' . " ,->t. " '. ". . '. "f. у -&, (1 i- ').- -> [" ", f, :' ' ,- ;"" " . .(:. .. ",.: J. . :.:. ':  : fT'" /; . :t;', . }i::' .,: . '.l) >;); I;r . 1,: : , Е х ;".'  . 'ш . Рис. 7.3. Обзорное РЛИ района r. Розенхайм, rермания (ТепаSАRХ, Iпfоtепа GmbH«J [530]): внизу приведен яркостной ступенчатый клин с шаrом 0.707 Поскольку во всех алrоритмах подавления спеклшума используют элементы HeKorepeHTHoro накопления Р ЛИ, рассмотрим основные особенности и варианты выполнения этой процедуры. 338 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений 7.1.2. Варианты и характеристики процедуры HeKorepeHTHoro накопления При анализе методов HeKorepeHTHoro накопления исходят из предположения, что на кр ЛИ спеклшум, создаваемый однородной отражающей поверхностью, харак" теризуется действительной и мнимой составляющими, каждая из которых является нормальным ['ауссовым процессом с нулевым, средним и СКО, пропорциональным о  фф  корню квадратному из (J  удельнои э ективнои поверхности рассеяния данноrо участка местности. Плотность вероятности распределения амплитуд подчиняется рэлеевскому закону. Плотность вероятности мощности (квадрата амплитуды) OT раженноrо сиrнала или ЭПР в элементе разрешения, образующая энерrетическое РЛИ (ЭРЛИ), подчиняется экспоненциальному закону распределения, который яв ляется частным случаем х; распределения с k степенями свободы ( Ь 2). При усреднении Р ЛИ с некоррелированными флуктуациями среднее суммы остается неизменным, а дисперсия уменьшается обратно пропорционально KBaд ратному корню из числа наблюдений. Эти зависимости в виде формул приведены в разделе 3.5. По физической сущности распределение х 2 (хиквадрат) с k степеня ми свободы  это распределение суммы квадратов (ЭРЛИ) Nk/2 независимых стандартных нормальных случайных величин. Применительно к межэлементному HeKorepeHTHoMY накоплению усреднение РЛИ проводят В окне размером NyxN x . Математическая зависимость отсчетов выходноzо усредненноzо Р ЛИ от входноrо имеет вид: . при усреднении энерrетическоrо Р ЛИ с последующим преобразованием в aM плитудное РЛИ AN ( т, п )  1 NyN X N y /2 N x /2 L L A 2 (т+k,n+Z); kNy/2+1 1=-Nx/2+] (7.1 ) . при усреднении по амплитуде 1 AN ( т, п ) == NyN X Ny/2 Nx/2 L L A(т+k,n+Z). k=-Ny/2+1 1Nx/2+1 (7.2) в ряде специальных случаев (для интерферометрической обработки) ycpeДHe ние по амплитуде реализуют путем усреднения отдельно действительной и мнимой составляющих 2 1 AN ( т, п ) == NyN X N y /2 Nx/ 2 L L A(т+k,n+Z)cos<p(т+k,n+Z) + kNy/2+1 1Nx/2+1 339 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 2 1/2 N y /2 Nx/ 2 + L L А(т+k,п+Z)siПlp(т+k,п+Z) k=Ny/2+1 1=Nx/2+1 (7.3) Реальное число наблюдений в выходном снимке зависит от размеров усред.. няющеrо окна и разрешающей способности исходноrо Р ЛИ по координатам Х, У. Число наблюдений вычисляется по следующей формуле N == NyN хМуМ х , (7.4) РУРХ rде N у, N х  размеры окна усреднения в пикселях; М у, м х  масштабы исход.. Horo РЛИ (шаr пикселей); Ру, РХ  разрешение исходноrо РЛИ по координатам дальности и азимута соответственно. Реальное число наблюдений в сrлаженном Р ЛИ характеризуют параметром  эквивалентное число наблюдений ENL (Equivalent Number of Looks), которое MO жет быть найдено по характеристикам выходноrо Р ЛИ на участках с однородным отражением (поля, леса). Оно равно отношению квадрата среднеrо значения к дис персии флуктуаций или квадрату отношения среднеrо к стандартному отклонению (СКО) отсчетов. Для амплитудноrо изображения (АРЛИ) имеем ENL == { mеаn А } 2 М) ( Ат,п )2 (7.5) 0,5228 std А 0,52282 {М2 (Ат,п)  М) ( А т ,п)2} rде mеа п А == М 1 ( Ат, n )  первый момент (среднее) амплитудноrо распределения; std А ==  D ( Ат,п) ==  м 2 (Ат,п )  М) (Ат,п )2  СКО флуктуаций; М 2 и D  второй момент и дисперсия амплитудноrо распределения; коэффициент в знаменателе учитывает отношение СКО к среднему для закона Рэлея. Для энерrетическоrо изображения (ЭРЛИ) имеем аналоrично 2 М ( Е ) ENL == mеаn Е 1 т,n (7.6) std 2 ( ) ( ) 2 Е М 2 Ет,n  М 1 Ет.n При ENL>10 плотность вероятности в обоих случаях приближается к HOp мальному закону. Оценка EМL по АРЛИ может давать поrрешность вычисления до 1,6 дБ по сравнение с оценкой по ЭРЛИ, которую обычно применяют на практике. Заметим, что расчет EМL по формулам (7.5), (7.6) дЛЯ РЛИ, представленным в формате lРО (например, в электронных публикациях статей), может дать значения, в несколько раз превышающие ожидаемые. В JPG при сжатии объема информации реализуется фильтрация спеклшума, а отображение контрастных объектов может сопровождаться артефактами в виде повторов, что требует особоrо внимания при пользовании этим форматом. 340 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений На рис. 7.4 дана иллюстрация формирования РЛИ путем HeKorepeHTHoro Ha копления. Показаны парциальные Р ЛИ с одним наблюдением и сrлаженное Р ЛИ, полученное путем усреднения в сумме N x x N r 16 отсчетов с эквивалентным накоп лением ENL==-12 наблюдений по азимуту и дальности. Парциальные Р ЛИ получены из фраrмента КРЛИ r. Розенхайм, снятоrо с помощью РСА ТепаSАRХ в прожек торном режиме с разрешением около 1,3хl,5 м (дальность х азимут, измеренные значения). Показанные на рис. 7.4,6 и в первичные РЛИ имеют разрешение около 3 М. ОНИ сформированы из исходноrо КРЛИ путем децимации в 4 раза. Результи рующее РЛИ показано на рис. 7.4,2. - е) ' -, . . А'у, '"',, 111 ! t ' '., \ ':' "t.. х.  {  1 ' "... "i , 1  '1 · .... ':\ I ...... esJ14 gsr.w 118 "', ,;j, , .. -,  '1" ,'" ' 1 п  "11>- ' д) а) .... :( ..... .. ..) , :L- ,,«.. с) , - ......' 1'" .. .." мut 18.'11 StdPIY . , ,..У,,! ,.....' , . I.'..t')t , i .  ',' > ,.0; .. L ,'.' h . , 1'," ).-jнJ",' .; .. , · " ...t  \ ,,  ...t, . "t1,... ,: Ч " :  Si' ,i:Ji..1:'  , , ",4: \:, '" '. " . х .А. 1- -:.'..... .  ' fil.   "" ,. 1. ,,'./ ",... 11" " J'r,i....;..,*- &,.,of, , t'i; . " .. .. \-. t l ', .' > '.... "i,  - ',$ ',. ., ,' . ;" ,,<:, . .- / .' ;!i"""':4 . *' , . .',.., - "t\..'!f ;  ," , ;.(.', . ';ji",:,." ,$. "- , ; :'"  '("" .. '\.. . <  .. ,) 1- .. ' f; ' .1. .. .... .1 , j N t... "1 1., s.. """  . '.  . 'v'  < . f 4t. 1., "... '. t  ." . l'  '  .  "f  :.. "':' ,.."::  .) , ,<,' '. . . . \"' · .j,; .  ., ' ..' . '.lt . · 'k-:&ft . 1 ; .. '.   " .. - , "'$'f'  ' , ',', t '<, ,  'io.!'>,, ': '" -,' .. . '  ':rfi' ' ;А:" , ',); , ' . ,, ,  . 7!<' '  : '1:' .'  . -_ ,' ', '{"' .фt, ',. '"1> .А \..s.Y, ... .' . "".......t>  t'. !:., ".IfI...-...;w .. \. 'i,. . 3, .'  ' \Ъ J' " {(  ...  ' ,"" .: ' 1f., --:.., '..'.  f' I :'. ."t'i:;,', 1 f,.G ""'!t" 4'. }' " ',', ';' , """ ,.W J У , ).  . ,tf б  ) ,. ..:. о/> ... "'" . .,:' )J '/ " ....... ...;  '.Jo.'t ... ('.,... .... ' t ..,-.!: .r 1t' ..,. ..,:.f', ...  1oy 'J>.\>i, ,( t  1i .. . ,. . J .:4) . )i;', ,  ti . . ... ""II, 1-  .". '" ., ':- 'f' '" ;:" . , , wф, '* . . . . ..! " · .JiI!' .. ""«. 'd .  , . . -IJ{ . . ' , . (.' ..}'{..'  <',.. , .'? "'-.\' :,,';  о. t' H otf  " . ,', ' . J : " .. '  .  .  . ," , .' ... -f, .  f -  }""..} '" $-" /r, ' , , ;:rtP '. в ) ' .. ':;.-iI'f.;; . .'1' ." t . '" .. '-.' ).. < , .  .....i Рис.. 7.4. Формирование РЛИ с некоrерентным накоплением (ТепаSАR..Х, Infоtепа GmbH<Q [5301): а  субспектры сиrнала; б, в  парциальные Р ЛИ; 2  сrлаженное Р ЛИ N== 12; д, е  rистоrpаммы луrа на исходном (д) и сrлаженном (е) АРЛИ Приведены также rистоrраммы для отмеченноrо прямоуrольником на рис. 7.4,6 фраrмента РЛИ, имеющеrо однородную отражающую поверхность (луr). Плотность вероятности распределения амплитуды на этом фраrменте близка к за кону Рэлея (измеренное отношение СКО к среднему аА/МА ==0,48 близко к зна чению 0,5228 для распределения Рэлея [1]). 341 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Рассмотренный на рис. 7.4 случай HeKorepeHTHoro накопления дает прямой выиrрыш в улучшении радиометрическоrо разрешения пропорционально квадрат.. ному корню из числа наблюдений. Однако ero реализация без потери пространст" BeHHoro разрешения возможна только при наличии запаса по независимым наблю.. дениям, например, в космических РСА среднеrо разрешения (зо м), предназна.. ченных для дистанционноrо зондирования Земли. В РСА высокоrо разрешения не.. KorepeHTHoe накопление без потери пространственноrо разрешения обеспечивается в прожекторном режиме съемки путем увеличения времени наблюдения иреализа.. ции коrерентной и некоrерентной обработок радиоrолоrpамм. Используют два варианта HeKorepeHTHoro накопления суммирования парци.. альных РЛИ (внутриэлементное накопление) или отсчетов детальноrо РЛИ (межэ.. лементное накопление) при ero усреднении по площади окна: 1) суммирование по амплитуде (АРЛИ); 2) суммирования по яркости (ЭРЛИ)  квадрату амплитуды. Во втором случае обычно после суммирования парциальных ЭР ЛИ делают обратный переход к амплитуде путем извлечения квадратноrо корня из суммы от.. счетов яркостей. Как показано в разделе 7.4, амплитудное РЛИ более подходит для зрительноrо восприятия, а также для печати твердой копии Р ЛИ). Иноrда для реrи.. страции РЛИ в цифровом виде используют формат отсчетов ЭРЛИ в децибелах, соответствующих удельной ЭПР каждоrо пикселя РЛИ. После проведенноrо усреднения сrлаженное АР ЛИ обычно прореживают (децимируют) в число раз, равное или меньшее N y и N x по соответствующим координатам с интерполяцией для получения равномасштабноrо Р ЛИ в плановой проекции. Следует отметить, что суммирование яр костей (ЭРЛИ) было исходной опера.. цией HeKorepeHTHoro накопления в оптических устройствах синтеза РЛИ (экспони" рование вторичной фотопленки). Получаемое РЛИ реrистрировали на неrативной фотопленке, после чеrо печатали на фотобумаrе в виде позитивноrо изображения. В ходе этих операций происходят нелинейные преобразования радиоrолоrpаммы и Р ЛИ в зависимости от коэффициентов контрастности химикофотоrрафической обработки фотоматериалов [149*, 151 *]. в конечном счете, эти нелинейности ска.. зываются на изобразительных свойствах и дешифрируемости РЛИ, представлен.. ных на твердых копиях. Варианты усреднения РЛИ по амплитуде или яркости дают близкие результа.. ть] при наблюдении однородной шероховатой поверхности. На рис. 7.5, а показаны сечения РЛИ по rоризонтали (линия на рис. 7.4,в), а также rистоrраммы распреде.. ления амплитуд при одном наблюдении и при HeKorepeHTHoM накоплении в обоих вариантах (усредненные выходные АРЛИ). [рафики для разноrо числа наблюде.. ний совмещены по среднему значению. Участок анализа  луr, обозначенный пря.. моуrольником на рис. 7.4,6, с переходом к rородским кварталам в правой части фраrмента Р ЛИ. ДЛЯ сравнения приведены rистоrpаммы АР ЛИ без накопления и кривые рэлеевскоrо распределения амплитуды. 342 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений 20 а) 10 О 20 б) 10 О 600 1000 1200 1600 1800 р(А) 4 1 1 . .  ... .'" L 1,5 2 в) А 0,5 1 1,5 2) 2 А 0.5 1 1,5 д) 2 А Рис. 7.5. Сечения АРЛИ по дальности (а, б) и rистоrраммы (в, 2) исходных АРЛИ и АРЛИ после HeKorepeHTHoro накопления: а  исходное АР ЛИ без HeKorepeHTHoro накопления, 6  АР ЛИ после усреднения амплитуд (кривая А  ENL==23) и после усреднения ЭРЛИ и преобразования к АРЛИ (кривая Э  ENL==23, на а и 6 по оси абсцисс отложены отсчеты дальности, по оси ординат  отношение амплитуды к ее среднему уровню на участке лу ra); в  однородная поверхность (отмечена прямоуrольником на рис. 7.4,6); 2  РЛИ, показанное на рис. 7.4, накопление N==5. Средний уровень возрастает на 4 дБ за счет мощных целей; д  Р ЛИ. показанное на рис. 7.4, накопление N==32: (1  теоретическая кривая распределения Рэлея; 2  АРЛИ при N==l; 3 и 5  yc реднение АРЛИ, N==4 (3) и N==32 (5); 4 и 6  усреднение ЭРЛИ, N==4 (4) и N==32 (6) На рис. 7.6 дано сравнение РЛИ, сrлаженных путем усреднения амплитуд или яркостей с помощью окна 8х8, что при выбранной частоте дискретизации РЛИ co ответствует ухудшению пространственноrо разрешения с 3 до 12 м. Во втором случае контрастность ярких целей на сrлаженном АРЛИ (после извлечения KBaдpaT Horo корня из сrлаженноrо ЭРЛИ) заметно выше, что подтверждается кривыми А, Э на рис. 7.5,6. В подрисуночной подписи приведены значения ENL дЛЯ РЛИ луrа. Для исходноrо Р ЛИ однородной поверхности при одном наблюдении плотно сти распределения (рис. 7.5,в) практически совпадает с теоретическим рэлеевским распределением для случайноrо rayccoBa процесса (кривая 1). Если снимаемая местность включает яркие цели (rородская застройка)'! то rис TorpaMMa преобразуется и имеет вид, показанный на рис. 7.5,6,в. Изза влияния мощ ных целей, в сотни и тысячи раз превышающих диапазон приведенных rpафиков, кривые перемещаются влево относительно среднеrо значения, paBHoro единице. rис тоrpаммы для однородноrо фона при суммировании АРЛИ и ЭРЛИ близки. Но по rородским кварталам rистоrраммы существенно различаются. При суммировании 343 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования АР ЛИ возрастают поrрешности измерения ЭПР отдельных ярких целей (до 1 О дБ), особенно при большом усреднении. Таким образом, корректная процедура  CYM мирование энерrетических Р ли. а)  ,'  ' t'f"  / -"' .'. \ .... .."' .\,,;;. J.?:''  .. .' . ' ,1 , ':','<'   ' .' . \:  t J ' ..... \p '$' :,,, ., ,..! ,. ,."  1 'rt.., t,' . '1 } t'J { 1ft # *''''  . ! ,-\ :  ,'I." /:" )  4. )."" 1I..a..;af *, '*-f. >f)',  >;r ,'fif\ ",,\ \ tL.. J,  ''\'''' ' I f'i,JJ.>}  . ", l' :l  . ',J "', ,, ,{ .., '   .  " )i. ,}. \: 1. 1<t 1., ... Н " ',. , ,Т  '. <' t... i \:G ., v ::. \YJl !1 . ,. +-t.. '\ ' % '" »{ »j :;' ...r.;' ,.:f. 'I..' . .... iJt 'i  ')-f. ,*t' >:    ,:'"'  .:;'4. i' .'" '. ",у. . '\, \,-;,. ".\Jl,$', , f  t'" '} ' "';4 .. н:, '\"" \, 'tJ1"" -.t>:><"}(."".. P.,,)l ''f ,'" "'   ""J"" , :' . J. .: 'i:',J., 1:t  .:. j;; :"J}  ;d; , .'t< r.L,. . ".." . . 1,'" 1l!  .." \: 1t. ' ,1Ot ' .t..f, . J,\,\....э.: t:. "... J"i:  ":G1 '1Ji..... ". n; l$. 1,, 1 .. ,.+.,. it! ,. \ ,,"" I 1"  '.  · ,}t  . 'n .у. 'f ' , 1I't1..." ..  "" l'tt'  . .. . "  "" . ,.. .'  HN ..,.'" .,.  >," . ' t.,jl:...( :<..,. 1\.;r t-.(Ii...... ."" .;,.  IJ '" t ';... ;, J.-'" ,. '..  I 1.t. \"' ,: .:t. ..\sJ ;, '" , .' '...' .\ !ii,,. p...... +. .." >to .""" ""'" ""', ""...... .  J \iI -rf ,  ..f JoI*: b})t '" #'1''.  ....6:  J'I' >,-ох ....  . . , .J ;tf.;;.   . '.1Ч  i' ,i&f\\ ". .y . 4... , ".,:".'!...H' . ::;J. "')."!' . #, ,)  . ..... f '*,,'),. '"  . Jr":.: /1i ''': ... i"1 I " ,\-ll'. <:' <' "-...  .... -L' . t.... '.$ w 'f{ Ж " ''{".;,  .......i  , " .. .. .  i"  ''' '  :11' Ь  , '. 'a. у .. ; . .". ,!...,{, .. ., " ,..'.A. 1'10,.   . ". , .....1 . .+.,., tV':.."',.: .  ,,". . .* -'i. < ;O'" ,:'hf . ......с.'.. t..:; i. .+--t:!'....  !!J!I' )., t о( 1\ v . ''С' р ."}".. " "'):'', . .. )'+ " '" ,. '. __" ...... ,.,. :.  <R'. · '..., ." *' )J;'.;#<-L D 'ot' . .f:i.: 4 '. '\1 "Ч... ". '.' '(.... ""';""":" . . .  . (X",\"'1' '"\.ос' . t v'. tt! +.. ..... ......... ", . "' 1* , ! < >....., '. .' " -. ''! \,,,  . · . А...+"<).. .......  ." .  I ..  , ".\',  '  tI" !ofo'   -ч.....,. . /,.4!IJ... ,, ..  \iI: . ' " , . . . . ,,;. . :t\ I $''''' » '*з!; . . .  .t1', ., .') (1 , , t 1:.- tl , .. , ... . , "':: I .. 1It' ., . '.), . (t.. . ,1f.!., ," 1+1f <:' ::.у \ '.. , 'I . ; '. б) р' f::/ ..'t .. ":w.. : #IfI';, ... .I ' t ..., : ...  . . . .  ... " .'12', ': . ",,1 '   t. tj . f .,... ..".,.... f '" ' , , .... ... . '1; 1\ '.; . :' .- ':" ,;t, ... :1 . ..... t. .. .. ' ... r . f ..tJi .  tt * ..j'. .. ....- 14 . .,,'1.ti . . -... .. .... 1 J,.. . . ). ,  . 100. · '" ;. : 'It " .ь .., . « '(,') <  . I в)  . J. ' 1ft. ., ." . . ., ''';<, ., t, ) ... ,.lltJl "» , .<, ,."""'. , /!'oPrм'; 0(\ ,,., , .. '".. ... .. ',-   _.. " 1".'.  '" , ,,_' 1'\'  .." ,"" '.".1., . '. 0:'1;. '"'tt , .. . t ... "."*' "<\; . .'" "'. " ... *': . . .. ".1 , ' ....." 4  ". :1t 't .: ," - ) ::. ,:_ _,:: . Рис. 7.6. Варианты HeKorepeHTHoro накопления РЛИ: а  вид РЛИ с одним наблюдением а/М. = 0,53, ENL = 0,97 (участок луra), разрешение РХУ :::::: 3 м ; б и в  выходные АРЛИ, полученные суммированием амплmyд (6) и путем суммирования парциальных ЭРЛИ (в) (в обоих случаях по участку лyrа РХУ :::::: 12 м, а / M 1 = 0,11; ENL = 23 ; ТепаSARХ, Infоtепа aтbH [530]) 344 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений Рассмотренные выше примеры относятся к ситуации, коrда имеется запас по времени наблюдения, который используют для HeKorepeHTHoro накопления. Более типична друrая ситуация (маршрутные режимы, Скансар), коrда такой запас OTCYT ствует, HeKorepeHTHoe накопление реализуют за счет ухудшения пространственно ro разрешения. Вариант улучшенноrо пространственноrо разрешения можно ис пользовать для формирования банка радиолокационных портретов объектов, а улучшенные радиометрическое разрешение и изобразительные свойства Р ЛИ  для общих мониторинrовых задач и обнаружения rрупповых объектов. На рис. 7.7 приведены Р ЛИ сельской местности при высоком пространствен ном разрешении (2 м, одно наблюдение) и при сrлаживании четырех наблюдений (окном 2х2), которое резко улучшает изобразительные свойства РЛИ. Потери в Be роятности обнаружения rрупповых объектов (выделены прямоуrольниками на РЛИ), размеры которых превышают размеры элемента сrлаженноrо РЛИ (4 м), практически отсутствуют, если выбранный масштаб РЛИ достаточен для воспри яти я мелких объектов, как это приведено на рис. 7.7,в. Крупный масштаб, подчер кивающий зернистость Р ЛИ, менее приrоден для дешифрирования протяженных объектов. На практике при компьютерном дешифрировании Р ЛИ изменение Mac штаба является рутинной процедурой. На рис. 7.8 показаны исходное РЛИ с пространственным разрешением 1,5 м, а также сrлаженные Р ЛИ  3 наблюдения с разрешением 2,5 м и 11 наблюдений с разрешением 5 м. Снижение флюктуаций изображения протяженных объектов приводит к повышению контраста компактных объектов и способствует их обна ружению на окружающем фоне. Заметим, что в выходном информационном про дукте РСА ТепаSАRХ предусмотрена альтернатива: улучшение пространственно ro или радиометрическоrо разрешения, в том числе при съемке в прожекторном режиме с расчетным пространственным разрешением 1 м [572, 573]. Вообще rоворя, возможности снижения спеклшума на РЛИ путем HeKore peHTHoro накопления оrpаничены допустимым ухудшением пространственноrо разрешения до пределов, коrда теряется информация об объекте. Это связано с тем, что спеклшум, вызванный интерференцией сиrналов от элементов rpупповоrо или распределенноrо объекта, является порождением совокупноrо отражения радио волн от данноrо объекта или участка местности, в котором содержится информа ция о среднем (по ансамблю) значении удельной ЭПР в усредняемой площадке разрешения. В реальных условиях дешифрирования радиолокационных снимков для pe шения тематических задач приходится искать компромисс между улучшением pa диометрическоrо и ухудшением пространственноrо разрешения. Применительно к задаче оценки урожайности при сельскохозяйственном мониторинrе эффективно усреднение РЛИ дО размеров элемента разрешения 30.. .50 м. Но при мониторинrе лесных массивов при таком разрешении MorYT быть потеряны текстурные призна ки, характеризующие породы деревьев. Для ледовых покровов критические разме 2 ры площадки усреднения составляют зоохзоо м [87]. 345 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования , '\<. .,.." '\.H.' ",'."-,,, , > '1< '<if . ". +-. . $ :)I;"" ),  . i . '. ''''$ . , . . ." 5 7 . 3' , .,' ., :«".' (, I  : , ,4"; . " .' . . "" ., , " '" "., ) .' .. 7 5 . '. :  ..4 .. 1," ''1>, , , :: 3 а) ::/. О . .....8 ' . " '. '.- З .....  .... .. .' . '", * . . . . ' ! \,,*,. t . ., (  .'  . . ,.....' .". . .(":. Ъ :. . l' :    . \ .$' . ,t. . .. t 5' . \.. . . :1-: :. s,;' .... , I . .' .  . .. ,f' , {.. . <1 . , .'.. '' , ".. " .  '" " ... .6 ',: "..":.:.tj' v.. )., .' :. Ы  '" ," о F', .. ,-:. 'А..!" "':A .  '{f'\ ;4 : ' ( A(i  i 1 , ' i ' :, :;i',:  f;; '( ..\{  1 ,. .'>'1.. i 1" " , <,V:J"ftyt'" a '\''\ 'f 1..". \) V ".... , : ; ..iii.'t"... ' 7 5 ,' ";f. . . . \(, . ., ,' ."  J" , , . ..> ,З '" .Н , ".  ') i'\. ', 0 8. ."'1..... " . , 3 '  . 1'" , . . ;s ",'4.!!!. ' . · '\ " . '" '.,: ..; . ". .'  .  .iII:'..,tЦt <{. '>r'" "\... . "., '.. .., .'  ;»' .:',7!, t;.. ''1- ' . .' .,' > . :'. t :. ('" ;, .. I j tl  1(> /f (а. ,,' " ,..  t l' "'," I t\..  . .'. < · ". . i..' -d-- \..; , ,. , "" }. .. .'.. " .'ta.''1 :. f,. ,' . ,'х 1-", . .., ':'" " .' :k  ". ',,\,?"  ,,;. , .  ,, f ', ,Л' , :.  ''.Y-; ';' ...i',::..../\-J W.,_ :" ,. ... ..... 7. t' .-с. '... ). .:>.: . .:1<. , >, 6) ... ...... . .4: , . ,. <.. " \ ,- . ,.... . :. ,. .... r ,110  : ." '.. ',: ) ;:- . : "' ' ] "i : t  '.'. ;...; , ,д .". ..,.. .; ".. f ' ..;1 ,-:  .. 6 ...... " >  .  . '" ,"«> .. . , ,  '..  :t' ..\:/J..4 ., \.; '., '. 1'8),., . ,f '. . . ' .. ',,,:, . 'f ' ,. . ..  ... "  ' '. . ' .. "" t. . ... : : .k , :;{ ')' . ". t. ; t .-:7 ' . '* · .'. ". Рис. 7.7. Сравнение первичноrо РЛИ BbIcoKoro разрешения 2 м с одним наблюдением (а) и сrлаженных РЛИ при четырех наблюдениях и разрешении 4 м  полноrо РЛИ (6) и ero центральной части в масштабе, совпадающем с первичным РЛИ (в): 1  озеро, 2  леса, 3  поля, 4  застроенная территория, 5  лесопосадки, 68  rрупповые объекты, отмеченные рамками (северозападные окрестности r. Розенхайм. ТепаSАRХ, Iпfоtепа aтbH [530]) 346 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений . ,'. ,. ,.. О.. .( ,.  ' .\\ .'\ . .. . .. <f . . .. '* .. .. . (. R  '- '. "", . "/' . It$. « '1i<'" : . ,,. "') ."".' "".... }! ', ,. . \. ....!". ;' ',,> ..' .. .,:: ....... . , ,'" . !\о . . .'  \  .. "...,. , .>'. .. ...ф '" ,') # · '\ . .. , .,.r- ' ': t, ....., ' \  )  , \\ .'. ..... '. . . ' . . »'.' ,\., ::.. ' , >, .. .  7< f'.l. . "'" .,.; ", 't' . ( >h .,""' . . . <  " \. ' '. . ., ' ) . t , ..' "  \. ..... .. . 1,., ) ,,+*' л, ,,' "... 'I!\ ','1 " 1> ,  ::.{ ,'$ .   , ..,  ':, л < ,)- , I . , - . .... ' .' ,.,. . -q .' , .  .. . .. ',\ \ ." .  .  .;- . . i.  . .. " . . , . - ". ','" '.. '. . . . .;. '. .'j : 4' ,. н ..' . .:\ .. ! . .. ',.." t::' :-,.' '" v , . .( ' .".,,)  , l' ... .. .} .  . . .'. . t J "$о . "," . . . <' ....\'. , .. '>< f' 10.. ",',.  '. . , . .' ).. . ":х'"  . iiIA ,,. , > \.  .'  }, .  . '" ': j. \'  ""  ь .   ' .... "":", . ..>iI'< ." .  ,., · ,t\( 1:,1 '.. .' '. " а) . .,;. . ,1t .у" ,jj' .. .  1 ' , ;- #. '. ,. ..#-. , :;" t '. ..f-' .  ,j' f.} ...,;. Л . . #\ 4 " I ... . . w' .. Ii . , , ..... .,... ,,\ 4.. ... . . · Jf '/1. '" .1 .l}. ' kt' -*,.;t .. " '(.  1 J * ,:'I, :. " "\" .... t. . ''1..,,,. . · ....а < . I' , . " /. fi 14 .r j '. . ,q.,' '  -,..:- 't> " . . , .... ... 1. \ . ''\' · .1' t   '\ ,4.- ..'\ \ ' "....fi'.;tiI#. .. '.; \i-'.''''' ).'$ ,.1# ." . .,;;. 1: '*f..' , \ .. ..'-Л. "- , .... ... . .,. ,.;.р . .. ;".  , >f>  \ ,;. . I! \"" , , . I .' ,J..,  ." " . f >tf ".\'' .. ft' ..  '.. 1t. >v 4 " t i>.',,: 04,  .. ' . ...  . ) . ·  Ir "" . ". ');. \.; ,"" . .  , N ;::;:)\;"1  ! :')- ( f  : ,1 '. .'t. ': .....,., <> \ J'(:;' )),. ...  f '. j,tr'"" .. .о. . . ; , ..'  f. . 'tf  ." ')'" <- j ,-.. i .'" .. '., . . A  . t \ ., Ii ) "" -.    . if... .' '.# Ь. 'J . , ':.. > """ I »-. l'f "" . ,J. '. .. , CI . . 111 \ . \ . 6 ).' .J< I".. " .*, .  ,; * Рис. 7.8. Сравнение первичноrо РЛИ BbIcoKoro разрешения (,,-,1,5 м) с одним наблюдением (а) и сrлаженных РЛИ при числе наблюдений N3 с разрешением 2,5 м (6) и при N11 с разрешением.....,5 м (в) (фраrмент РЛИ r. Розенхайм; TerraSARX, Infoterra GmbH(Q [531]) 347 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Как следует из рис. 7.8, при сrлаживании исходноrо РЛИ, которое сопровож дается ухудшением пространственноrо разрешения (но не более 5...7 м), вероят ность обнаружения rрупповых объектов (зданий, мостов) практически не изменя ется. А для уточнения особенностей конструкции объекта необходим переход к де.. тальным снимкам (двухэтапное дешифрирование). Соответственно рабочие места операторов, выполняющих тематическую обработку радиолокационных снимков, должны располаrать проrраммным обеспечением, позволяющим rибко варьиро.. вать параметры HeKorepeHTHoro накопления при отображении Р ЛИ. 7.1.3. Базовые алrоритмы фильтрации спекл-шума Широкое развитие алrоритмов фильтрации спеклшума относится к 1980 1990 rr. Их систематизация и аналитический обзор представлен в статье [22]. Основная цель, решаемая при фильтрации спеклшума  повышение точности измерения УЭПР пространственно распределенных объектов с сохранением информации, co держащейся в текстурных признаках, характеризующих отраженный сиrнал, rис TorpaMMax ero распределения, включая возможности поляриметрической обработ ки. В публикациях последних лет рассмотрены пути применения методов вейвлет.. фильтрации, фрактальноrо анализа, нейронных сетей. Разработка математическоrо аппарата адаптивной фильтрации спеклшума oc нована на моделях, аппроксимирующих законы распределения отраженноrо сиrнала от наблюдаемой поверхности в зависимости от ее характера: распределение Рэлея (шероховатая поверхность), Райса (наличие коrерентной составляющей отражения), Вейбулла, Краспределение (морская поверхность). В ряде случаев используют He параметрический подход, не требующий точноrо знания закона распределения [379]. Наиболее часто для аналитическоrо описания исходноrо РЛИ рассматривают ряд моделей взаимодействия сиrнала и шума. Самая простая из них  модель мультип ликативноrо шума u(х,у) == S (х,у )п( х,у), (7.7) rде Х,у  координаты пикселя на РЛИ; S(x,y)  стационарная составляющая (тексту.. ра), значение которой может быть найдено при усреднении сиrналов по ансамблю; п(х,у)  случайная составляющая, не зависящая от сиrнала и определяемая MrHO венным распределением фаз элементарных отражателей в элементе разрешения при конкретных ракурсе и уrле места наблюдения. Следующая по сложности  это модель аддитивноrо шума, модулируемоrо сиrналом u(х,у) == S(x,y) + f {s(x,y)} п(х,у), (7.8) rде j{S(x,y)} в общем случае, нелинейная функция. Модификация модели (7.7) для описания нестационарных РЛИ  мультипли" кативная модель с аддитивным средним u(х,у) == S (Х,У) + [q + r(x,y) ] ' (7.9) rде q  среднее значение помехи; r(x,y)  стационарный эрrодический процесс с нулевым средним. 348 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений Используют также обобщенную модель взаимодействия, учитывающую мультипликативную и аддитивную составляющие u(х,у) == 81 (х,у) + 82 (x,y)q (х,у) + r( х,у), (7.1 О) rде Sl(X,y) и 8 2 (х,у)  компоненты изображения, представляю щи е собой линейные или нелинейные функции от идеальноrо РЛИ без флуктуаций S(x,y). Эти компоненты KOp релированны между собой, но статистически независимы от шумов q(x,y) и r(x,y). Как показывает анализ материалов радиолокационной съемки с получением Р ЛИ, значительно отличающихся по пространственному разрешению (от единиц метров), во мноrих случаях достаточно применение простейшей модели (7.7). Локальные адаптивные фильтры основаны на формировании локальных стати стик относительно центральноrо пикселя в окне обработки и принятии решения о выборе формулы для расчета центральноrо элемента. Широко известны алrоритмы фильтрации спеклшума Ли, Куана, Фроста, расширенный Ли, расширенный Фроста, медианный, фильтр максимальноrо правдоподобия. Эти базовые алrоритмы OCHOBa ны на оценке статистических характеристик локальных фраrментов Р ЛИ (в окне от 3х3 до 9х9 и более), окружающем анализируемый пиксель РЛИ. По результатам анализа принимается решение о значении отсчета в центральном пикселе (например, взвешенная сумма исходноrо и усредненноrо по окну значений) [16, 297, 373, 394, 423, 494, 560]. В ходе мноrолетней эксплуатации космических РСА и практическоrо исполь зования материалов радиолокационной съемки подтверждена правильность подхо дов к проблеме фильтрации спеклшума, получена сравнительная оценка этих ал rоритмов и заложена база для разработки новых алrоритмов с использованием co временных вычислительных методов обработки радиолокационной информации РСА HOBoro поколения. В публикациях о новых алrоритмах фильтрации РЛИ либо приводят сравнение с перечисленными «классическими» алrоритмами, либо ис пользуют их в качестве основы для первичной обработки Р ЛИ. Кратко рассмотрим основные алrоритмы фильтрации спеклшума. Алrоритм Ли исходит из мультипликативной модели спеклшума (7.7). Выходной отсчет ЭРЛИ (или АРЛИ) в центральном пикселе окна Wвычисляют по формуле EN==EkW+Ew(IW), (7.11) rде Ek  отсчет ЭРЛИ в центральном пикселе окна k== (m,n); E Jr' mean {Ek} W  cpeд нее значение отсчетов по окну с центром в k; W == 1  ENL/ N  весовая функция (здесь N  расчетное число наблюдений для однородной поверхности, измеренное по РЛИ или рассчитанное по формуле (7.4); ENL  измеренное по ЭРЛИ эффектив ное число наблюдений для локальной области окна W, вычисленное с учетом фор мулы (7.6)). В результате имеем EN =Ek(l E;L )+Ew E;L . (7.12) Таким образом, коrда попадающий в окно участок местности однороден, ENL >N, фильтр Ли работает как простой сrлаживающий фильтр. В противном слу 349 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования чае он вычисляет взвешенную сумму реальноrо значения и среднеrо значения в co ответствии с (7.11 ). Условие ENL >N является критерием однородной поверхности. Фильтр Куана предполаrает преобразование мультипликативноrо шума к адди тивной модели, зависящей от сиrнала и(х,у) (7.8). К этой модели применяют крите рий минимума среднеквадратичной ошибки. Формула для вычисления выходных OT счетов р ли совпадает с алrоритмом Ли (7.11), но весовая функция имеет отличие W=IENL/(N+l). (7.13) в результате, для однородной поверхности, коrда ENL  N , в каждом пиксе ле выходноrо Р ли имеем полусумму отсчетов исходноrо Р ЛИ в данном пикселе и усредненноrо значения по окну. Если неравномерность отсчетов по окну велика, то в выходное Р ЛИ записывают значения исходноrо Р ли. На рис. 7.9 приведено сравнение исходноrо РЛИ BbIcoKoro разрешения (.....,1,5 м) с одним наблюдением и результата фильтрации путем взвешенноrо суммирования исходноrо и сrлаженноrо ( N 5) изображений, которое является частным случаем i :.  ,.,' " t ..? х' ....)  (., .... ..-;  .-.. .. _ .... '9.. О , ' . : . J , . ... ,..:I<;" . ' J " ,,"..' : ", " ,:.  ' " ..*:" . ''':. " . · l' :.,' :  ' ' . ....' : " 1. .'t', J. . {'''' . . . : ,.., Р,.' .... ',. н ' , " <'< . "'::, ,'. " " :-,. .... ,'4-- '''.;., '.' *'.', . ' ", '". ',:<';'1>.. . " 1.' ',' \'. :"..... :'."' ; ";'  :>:> .i< ,. ' '" ,_ ,<..  . ,;:фJ t- ..- . .. ... . .. .. !.' : : .   ,! с' ....,.;,:. .; .,; . :Э;<' ':,', ":, <:' ,'., ,>".i;. . },. ;<;. >' :.}' .:;:.:: ,i .;' 'C; ". ,,-, ",' , " .,' ; "" ' " i ' :.  '.- >:;; ,',:' ; , " .': ',:< ',' '. ":' ;"g, ..,'; ; '/.:\. . ; :';: '.. ,:', ,:': ,. ..' ,:",.  ' .... . . .' .. ' .( .' (  ""..,  .1..)  :tt s'<, .  '"...... ... .. . ';'. ..' . ", '1>'.. ' ,"'" I  . r,  ',".  . .'. ,. .... " IJ'. "'" .' J. .'   . ..' ',;',.' ..'.  ',1 :" .. ': ' . .:.:,:, , ," '., ,. ,'.::; \:{ · ,. . с';,: ' ,.::' (,,:}(:i,:>f:.: .:' · . \,'" " .," '>"'j" ;.1;:....:»<  ' ' " :- " ,, ' ,' . ,", . . . .,,, ,' . )."', ",.." , · ..::,.  ;. >. : .: : \', . ":;',.; ' ",,, :' , : . ..' < "., .:"; ..!  t .. t,' .  ,. ': ' . 1 ", ' ,1:, .'''. ..,.,.  . ;:10.:. . ' , . .. . . ' '*'. / '. \ . ., '1'1> ,.  --::. у\. "., t),. '1; ""J' -.:'., . ;',,,(: , , ,.....'::{ "\  ,..... 'ffi A . .,_ , .  . "  . > !'t:: , ;. .. , . .'- "  ,, . . . -4' , ' :o:"'(- '," о ".' '( "1,. . , . ., 'J(. '. . . ," f>..t , ,. '., . ': -1 < ... :", " .......).. "'f » '". 1 f .; ..(; .Qo . . - .,<. ,;", ...... . :" ,; ' ".. < ,, . ..... "." 1..... ;(0/' ::'."   . . .. . '., ,' . ." . .......I.... ..'. . <' ,.. '. .' -' J. . . .... .. ..  #" ., , ! ..'.:( , . !:. .' . ,', \",.. ...: ; ';;,' ' ,:":: ,. ,.. {,.  . . ':t,' ". '\/.<. . (f-...; ,'. '<1;. ', '" J.' '*". . 'j, , ',, > .. - . ...!', ' !f., ,  .: 'f . i ,о,' ,   . ( ,!:t ilo.' .... '=i ":'  : r. .( " ' \ . <\:., .  .' »'  .:. .: "  ., . "0(. , ... '1 '"f'. :. :: .')  ,- <.", ... ..., ;.". '? ,!. ;-' ',.:, . .' ,.,, '. :.; ,,1 . . .  . ;, ! "   .. . , . '.. t>. \. :-r-.' . " I , '.  ft" .  't., .' ./' :   ,.:.' « . $:'  '-" .'..  .'.> .> J '. ':,j .  6) ,- . . . ",i:,'.(;......' :' :  I , ......... . . .... ,,,,' .'. "11"" ..: .: . ... l' , :'<. 'Z'{ . . r '.... . . ., , " ;.. с 1;..s <- . -:.-, Рис. 7.9. Снижение спекл"шума путем взвешенноrо суммирования исходноrо РЛИ высокоrо разрешения (а) и сrлаженноrо РЛИ (6): а  исходное Р ЛИ с разрешением'" 1,5 м; б  суммарное Р ЛИ (1 + 1) (железнодорожный вокзал и стадион в r.Розенхайм; TerraSAR..X, Infoterra GmbH<Q [530]) 350 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений алrоритмов Ли и Куана. Заметно увеличение контраста РЛИ rрупповых объектов (железнодорожные составы, обустройство путевоrо хозяйства) и улучшение на.. блюдаемости протяженных объектов (уличные проезды, стадион и др.). Адаптивный фильтр Фроста использует модель мультипликативноrо шума в предположении, что сиrнал имеет экспоненциальную автокорреляционную функ.. цИЯ (РЛИ стационарно и однородно в пределах окна). Отличие фильтра Фроста от фильтров Ли и Куана в том, что он оценивает отражающую способность сцены пу тем свертки наблюдаемоrо РЛИ и импульсной реакции РСА. Применение фильтра требует формирования окна с круrовой симметрией, которое характеризуется Ha бором коэффициентов взвешивания, зависящих от положения отсчетов Р ЛИ в окне M==exp{DRRi/ENL}, (7.14) rде D R  коэффициент демпфирования, задающий спадание весовой функции; R i  расстояние iro пикселя в окне от центральноrо пикселя. Результируюшая формула для вычисления выходных отсчетов РЛИ имеет вид EN == L 1 L EiM i . (7.15) М ; NXxN y NxxN y Таким образом, для однородной поверхности фильтр Фроста будет усреднять отсчеты Р ЛИ в круrовой области окна, задаваемой коэффициентом демпфирова ния. При появлении неоднородности диаметр усредняемой области будет YMeHЬ шаться, пока не сравняется с центральным пикселем. Фильтр Фроста, в отличие от фильтров Ли и Куана, требует увеличенных вычислительных затрат, при этом не устраняет присущих указанным фильтрам искажений при наблюдении линейных объектов на Р ЛИ и на rраницах однородных участков. Расширенные фильтры Ли и Фроста предусматривают оценку однородности исходноrо РЛИ в локальной области окна и выбор альтернативной стратеrии для формирования выходноrо РЛИ: дЛЯ однородной поверхности, текстуры и изо лированных точечных целей [394]. В качестве параметра однородности использу ют соотношение между измеренным в окне эффективным числом наблюдений ENL и расчетным числом наблюдений N. ДЛЯ расширенноrо фильтра Ли имеем Bыpa жение для отсчетов выходноrо Р ЛИ Ew при ENL > N max ; E N == EkW+Ew(IW) при N max <ENL<N; Ek при N > ENL, (7.16) rде Ek  отсчет исходноrо РЛИ в центре скользящеrо окна; Ew  усредненные OT счеты по окну W==exp{DR(Ci Си)/(Сmах Ci)}' (7.] 7)  весовая функция (здесь Си == 1/ JN; С ; == std w /mean w == 1/ .J ENL ; С max ==  1 + 2/ N  пороr идентификации текстуры в окне РЛИ; D R  коэффициент демпфирования, задающий спадание весовой функции. 351 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Работа расширенноrо фильтра Фроста аналоrична фильтру Ли, но только с тем отличием, что весовая функция имеет круrовую симметрию М == exp{RRR; (с;  си )/( с mах  с;)}, (7.18) rде R;  расстояние iro пикселя в окне от центральноrо пикселя. Результирующая формула для вычисления выходных отсчетов РЛИ при аль тернативных значениях параметра, характеризующеrо однородности РЛИ в окне, имеет вид Ew при ENL > N max ; EN == 1 при N max < ENL < N; (7.19) " Е.М, " М  1 1  ; NxxN y NXxN y Ek при N > ENL, к фильтрам, построенным на порядковых статистиках, относится предложен.. ный Ли сиrмафильтр [379, 380], который учитывает, что для нормально распреде.. ленной случайной величины с СКО, равной о; вероятность ее попадания винтер.. вал + 20" относительно среднеrо уровня равна 0,995. Принцип алrоритма сиrма.. фильтрации состоит в том, что по фраrменту РЛИ в пределах окна NxxN y вычис ляют средний уровен ь М А и СК О флуктуаций О"А () А == std { Aj } ==  D А  M . М А == mean {А;} ; (7.20) D A == mеап{Ап mеап{ A j }2 . По этим данным формируют два плавающих пороrа относительно среднеrо уровня  аlО"А. а2 а А k por ]  1  , k por2 == 1 + , М А М А rде al и а2  коэффициенты пороrа, в общем случае разные (см. ниже). Для Bыдe ления отсчетов Р ЛИ внутри интервала между пороrами формируют локальную (7.21 ) маску { 1, д k / == О, если A(m+k,n+/)K por1 < A(m+k,n+/) < A(т+k,n+/)K por2 . (7.22) в противном случае Отсчеты выходноrо Р ЛИ определяются путем усреднения отсчетов входноrо РЛИ, если они близки (в пределах, определяемых пороrами) к центральному отсчету Ny/2 N х/2 AN(m,n) == L L бk/А(т+k,n+Z) k=Ny/2+1 /=Nx/2+] Ny/2 Nx/2 L L бk/. (7.23) k=Ny /2+1 Z=N х /2+1 352 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений Сrлаживание процедурой (7.23) про водят путем итераций (до четырех), YДOB летворительное качество Р ли получается уже при двух итерациях, увеличение бо лее четырех итераций приводит к смазыванию мелких деталей на Р ли. Отмечается простота алrоритма и умеренные требования к вычислительным средствам сравни тельно с друrими базовыми алrоритмами. Модификации и усовершенствования базовых алrоритмов фильтрации спекл шума, а также их применение для поляриметричеСI;(ИХ РЛИ приведены в [373, 381, 382, 393, 394]. 7.1.4. Модернизированные алrоритмы фильтрации спекл-шума. Применение вейвлет-преобразования Проrресс в развитии аппаратнопроrраммных средств и совершенствование радио локационной аппаратуры в направлении повышения разрешающей способности, поляриметрическоrо зондирования и интерферометрической обработки позволяет существенно усовершенствовать базовые алrоритмы фильтрации РЛИ и устранить присущие им недостатки, которые в значительной степени были вызваны стремле нием упростить требования к процессорам обработки изображений. Взrляд с новых позиций позволяет тщательно проанализировать недостатки базовых алrоритмов и найти пути их устранения. Так, в [320] рассмотрены возможности устранения oc новных недостатков алrоритма сиrмафильтрации: необходимость предваритель Horo сrлаживания РЛИ (N > 4) для нормализации закона флуктуаций, «размазыва ние» отметок от ярких целей, плохая фильтрация темных точечных отметок на р ли. Проведенная модернизация алrоритма позволяет использовать ero для обра ботки р ли BbIcoKoro разрешения с одним и более наблюдений, устраняет радио метрические искажения и позволяет фильтровать участки с низким отражением. Это реализуется  выбором коэффициентов пороrов а], а2 в формуле (7.21) с учетом несим метрии закона распределения отсчетов Р ли;  кластеризацией отметок от ярких целей путем совместной обработки отсче тов в окнах с разными размерами (3х3 и 5х5). Предварительно по всему РЛИ oцe нивается статистика распределения ярких отсчетов, уровень которых превышает пороr на 98 % вероятности. Оценивается число таких отметок в окне 3х3 и, если оно, включая центральный пиксель, превышает заданный пороr (K por == 56), все яркие цели передаются в выходное РЛИ без фильтрации;  применением оценки минимума СКО дЛЯ центральноrо элемента в окне 3х3 в соответствии с формулами AN == AkW + Aw (1  w), (7.24) rде W=D(Az)/D(Ai)' )  D( Aj)  std{n(x,y)}2 D( Az  2 . 1 + std { п ( х, у ) } (7.25) (7.26) 12]492 353 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Здесь AN  отфильтрованный центральный отсчет в выходном РЛИ; Ak  централь ный отсчет в исходном РЛИ; Aw== mean{A;}  среднее значение отсчетов исходноrо РЛИ в окне; W  весовая функция; D(Az)  вычисленная в текущем окне дисперсия по ярким целям, входящим в кластер; D(A;)  дисперсия всех отметок в окне; п(х,у)  закон распределения модели мультипликативноrо шума (7.7) для входноrо РЛИ с учетом числа наблюдений при ero предварительном сrлаживании. На рис. 7.10 показан результат обработки исходноrо РЛИ высокоrо разреше.. ния (N == 1) с помощью модернизированноrо алrоритма сиrмафильтрации. В отли чие от рис. 7.9 на выходном снимке лучше просматривается структура отражения от элементов железнодорожных BaroHoB. Рекомендации по усовершенствованию алrоритмов фильтрации РЛИ и их применению изложены в публикациях [342, 382, 383, 395, 485]. В статье [485] pac смотрено усовершенствование фильтра Ли путем адаптивноrо выбора окна, KOTO рое автоматически меняет разрешающую способность выходноrо Р ЛИ с учетом неоднородности отражения от наблюдаемой поверхности. &. "',.' .. ".... . ' . .::; [" , : . .. . , '. , .' , .,JlIo. '",. , " , ,<7,.:?;,::,>t.;< '. ":; ". ,, . .  4 . , :.. '. . . . : д. .. - . " .:.: .:  "'''';.f .. . , .."Л , :,: .. . . .1<' . :: . i' , . .' .  .- . , . "Jo, . "',f 'Jo....: ". . . $'{ ..' .}I' " J . '\. ,. " f. . 10" ,  ,.  :* - '., :,,,! (" . ... ... f,.!t ,_ ){,. 1<: . 1 '\. ' ..,.. .\ ! . .11\' ,; . '. ,  ,:х: It .'  ' .  .:.:+. .... - ........).:. ...  )1.. ": .1( .' '. .'./ fi.:. ". .' . I:'i . '.,;' < ",.  ..'" \  ."  ..  "  >l '. . . . . ;. ... . ' . *:': , . .' , ;  ;, , : , __' . О', .' " .. .:. ',. .  ,' f,  ..>-' . J;, .. ,..ч: ,'/ . .', '>O) ;?},' . :'!" . :. ./0 },S!.r. . -" . . ... (1 ,  . .,., .ft-. "', !'r" 'f'.} .. t' ." . ' : . < -, . ,':';,' . .;j:'. !\i;.:',. r.. ..,, . ";'i : : . . .. .. , . : .t ,," '«'. >, , .\ :" ;:(\.  " , . .: . : 'i' fr" . .;;;;:.; ;:".\ *4?;t:.'  ',: '.. ....  , '1:1 . ,. . ,'I! 1. ",Н . ' ;:::. ,/. >'> .,.' / . .>::<!:s;}':, ' . .<. ":":'i:'. i" 1.. ' . :... . -,.! , ... ' . Ji.. '" .'  /' , ......" ::, :..i: . ...:'): ..). '''''''''-;,;} ...,."'.. ._....' .......  '. .,!.:.,:;:...,' ;#...,i. ...... , . I . . . " / . 'j.. " О;, ' . .,... '"'. 1..- l " ',,: : ;: :':: ; 1:! .' ...... ..:. .' ,{" l .":: . , 1 , :  i .. 1. ... :". ." '::' ..-' ..... '- ', .., ;". ' "':::.:.\; ::..,.. I . }. .J '..' : ,',  :;.... . ,О. /; , ,..:. .', .:t(:,' -...... ,;". .... ,. . .Л;... 'l, Т' ' ..J' \': .;, ;. , 't. . '.. . .. ......., '"""" " , ,1' . : I ," -: .< . . . ;. .,. . . .::: <. . 1, '.:" . r. \:' .;.:..... ..... :  ......" ',.:. . .:... . 'i' '..\ \.  .... . , ,\. ..... . , . .. . . . ,  .' '<.;',  :.::' .::,' ".:.',j' ; .''''''1.' ... ; . .............- . '"" .1 "n 1" '.,,', М:.; .... .. , :"':-" Рис. 7.10. Применение модернизированноrо алrоритма сиrмафильтрации для улучшения изобразительных свойств РЛИ: а  исходное Р ЛИ с разрешением'" 1,5 м; б  выходное Р ЛИ (железнодорожный вокзал и стадион в r Розен хайм; TerraSARX, Infoterra GmbH<Q [530]) 354 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений Также в статье [485] рассмотрен имеющий высокую производительность Me тод фильтрации спеклшума, являющийся комбинацией алrоритмов с разными по роrами, применяемых к набору парциальных РЛИ  «мяrкоrо», «жесткоrо» и адап тивноrо пороrов. Поскольку спеклшум является мультипликативным процессом для выравнивания СКО флуктуаций, выполняют лоrарифмирование сиrнала, после чеrо он соответствует модели аддитивноrо шума. После лоrарифмирования отсче ты РЛИ в децибелах принимают вид 10 Lk ==1010gE k 1010gaw + (Lk lnN), (7.27) lnl0 rде двойной номер т, п для краткости обозначен как k; aw  среднее УЭПР фона в локальном окне W с центром в данном пикселе РЛИ; Lk  переменная, характери зующаяся плотностью распределения [505] Lk == ln(N Ek/CJ w ); (7.28) ( L ) == exp{NL k exp(L k )} Р k r(N) , rде r(N) == (NI)!  rаммафункция. При N > 3 распределение (7.28) близко к rayccoBY. Среднее и СКО находят через производную от rаммафункции от apryMeHTa N d М! {Lk} == da [lnr( а) JaN== If/( N) ; d 2 std{L k } == da 2 [lnr(a)JaN==lf/a '(N). (7.29) Для целоrо N можно воспользоваться следующим выражением: Nl М! {Lk} ==If/(N)==r+ L !; п==l п Nl 1 std {Lk} == If/ а ,( N) == 1l  L ""2' 6 п==l п rде FO,57721566  постоянная ЭйлераМаскерони. Далее по формуле (7.5) находят значение эффективноrо числа наблюдений ENL и выбирают стратеrию обработки по приведенным выше алrоритмам. Метод, изложенный в [485], предусматривает разделение сиrнала на субблоки (в rолоrрамме или спектре) разных размеров с получением разноrо разрешения парциальных Р ЛИ. Важным фактором для выбора стратеrии формирования выходноrо Р ЛИ является оценка однородности исходноrо Р ЛИ в пределах анализируемоrо окна. Именно она позволяет сохранить текстуру протяженных объектов на Р ЛИ, найти rpаницы участков и выявить наличие компактных объектов. Кроме простых крите риев сравнения значений расчетноrо N и эффективноrо ENL накопления peKOMeH (7.30) 355 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования дованы применение адаптированноrо размера и формы окон с пороrовой обработ кой ENL <N m ax , а также друrих методов улучшения изобразительных свойств рли [259, 278, 381, 400]. Большие перспективы имеет применение двумерных процедур прямоrо и об paTHoro вейвлетпреобразования для фильтрации рли. Вейвлеты  это особый ба зис приближения функций и сиrналов произвольной формы, имеющий вид волно вых пакетов разной формы (в том числе фрактальной), локализованных по оси oд ной переменной (1 или х) и способных к сдвиrу по ней и масштабированию. Пре имущества вейвлетов  в возможности работы с действительными процессами, бы стродействии, удобстве представления локальных особенностей сиrналов, OTCYTCT вующим у рядов Фурье. Библиотека процедур вейвлетпреобразований входит во мноrие проrраммные пакеты, включая эффективную среду обработки изображений МА TLAB. Применение вейвлетпреобразований для фильтрации рли рассмотрено в статьях [73*, 259, 362, 395, 505]. Не вдаваясь в детали алrоритмов фильтрации рли, изложенных в этих и друrих публикациях, кратко рассмотрим принципы вейвлетанализа применительно к задачам обработки радиолокационных изобра жений, для которых типично сочетание локальных неоднородностей и слабо KOp релированноrо спеклшума. Для адекватноrо представления таких данных нужен базис из функций, одновременно обладаюших локализацией самих функций и их преобразований Фурье. Такими свойствами обладает вейвлетпредставление сиrнала, которое заклю чается в разбивке приближения к сиrналу на две составляющие  rрубую, аппрок симирующую (низкочастотную) и утонченную, детализирующую (высокочастот ную)  С последующим их дроблением с целью изменения уровня декомпозиции сиrнала. Это возможно как во временной, так и в частотной областях [70]. При Ka ждом шаrе декомпозиции происходит изменение разрешающей способности и из менение размеров базиса в два раза. В результате сиrнал оказывается представлен ным в виде набора коэффициентов на разных уровнях декомпозиции. На практике часть из них может иметь малую величину, что позволяет ими пренебречь и ап проксимировать исходный сиrнал значительно меньшим числом параметров, чем число исходных отсчетов (сжатие изображения). Дискретное вейвлетпреобразование сиrнала s(/), заданное дискретными зна чениями а и Ь на некотором множестве Z, равными tF i, b==ki, представляет ero в виде коэффициентов 00 d j (ь) == f s(t) Tj IfIC 2/ )dt; oo 00 cJ (Ь) = f s(t) TJ qJC 2} )dt, oo (7.31 ) 356 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений rде VJ(t)  вейвлетфункция (рsiфункция) с нулевым значением интеrрала 00 ( J If/ (t ) dt == О), определяющая детали сиrнала; r;f...t)  масштабирующая или скей oo 00 линrфункция (scaZiпg) с единичным значением интеrрала ( J tp( t ) dt == 1), опреде oo ляющая rрубое приближение (аппроксимацию) и порождающая коэффициенты ап проксимации}; J==l, 2, ...  октавный индекс уровня декомпозиции. Базисная psi функция (тип ортоrональноrо вейвлета) обеспечивает выполнение двух основных операций в области ее определения R: смещение по оси времени t tpo (!  Ь ) , r де Ь Е R ; масштабирование а  1/2 tpo ( : ) при а > О И Ь Е R . Параметр а задает ширину пакета, а Ь  ero положение. Таким образом, BЫ полняется соотношение на одном шаrе декомпозиции ( ) 1/2 ( t  Ь J lf/ t ==а lf/o  . а Обратное нормированное дискретное вейвлетпреобразование (ОДВП), ис пользуемое в МА TLAB пакете, выполняется по формуле s(t) == L L d(J,k )а о j/2If/j.k (а о j  k). jEZ kEZ (7.32) (7.33) Технолоrия вейвлетобработки РЛИ основана на представлении пространства сиrналов V в виде системы вложенных подпространств Jj, отличающихся друr от друrа только перемасштабированием независимой переменной. Основанный на этом метод называется методом кратномасштабным анализом (multiresolution analysis) (КМА). Кратномасштабное представление сиrналов изображений означает их преоб разование в последовательность образов с разной степенью детализации. Для rpy бых (сrлаженных) образов служит функция t), а уточнение достиrается с помо щью вейвлеткоэффициентов. Наиболее часто используют серию ортоrональных вейвлетов Добеши и реализуют пакетную обработку соrласно «дереву» алrоритма Малла (Mallat) или ero усовершенствований, показанных на рис. 7.11,а,б. На каж дом шаrе выполняется операция «расщепления сиrнала» на НЧ и ВЧсоставляю щие и формируется два децимированных нч и ВЧмассива. rраница разделения равна половине максимальной частоты дискретизации. Для следующеrо шаrа ис пользуют НЧчасть (в алrоритме Малла). В усовершенствованном алrоритме опе рация «расщепления» (splitting) применяется и для любой из ВЧкомпонент. 357 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования а) б) Рис. 7.11. Дерево алrоритма Малла: а  ИСХОДНЫЙ алrоритм, б  усовершенствованный алrоритм На рис. 7.12 приведены примеры разложения по вейвлетбазисам строки тес.. TOBoro изображения с моделями откликов от точечных, rрупповых и протяженных объектов (без спеклшума). Использованы процедуры MATLAB дЛЯ шаrа декомпо зиции (см. help dwt в командном окне МА TLAB): (cal,cdl]==dwt(Lin,'dbl');  первый шаr декомпозиции, rде Lin  входная cтpo ка, 'dbl'  имя вейвлета (Дебеши), саl, cdl  нч и ВЧ выходные компоненты; (ca2,cd2]==dwt(cal,'dbl');  второй шаr, расщепление первой НЧкомпоненты и (cda2,cdd2]==dwt(cdl,'dbl ');  расщепление первой ВЧкомпоненты. Для обратноrо перехода к массивам исходной размерности применяют проце дуры ОДВП: aO==idwt(cal,ch1,'dbl',size(Lin));  ОДВП по первой декомпозиции (BOCCTaHOB ление исходноrо сиrнала); aOO==idwt( саl ,ch1 *O,'dbl ',size(Lin));  ОДВП только по НЧсоставляющей. Фактически это масштабирование половинной строки к исходному размеру масси ва, т.е. результат НЧфильтрации исходноrо массива. При восстановлении декомпозиции нескольких уровней последовательно по приведенным выше формулам вычисляют каждый предыдущий уровень, обнуляя при необходимости ненужные (например, ВЧ) компоненты. Характерно сущест венное различие в исходном процессе и процессах, восстановленных по НЧком поненте, коrда длительность отметки меньше длительности вейвлетотклика COOT ветствующеrо уровня (сравнить рис. 7.12,2e). Это свойство может служить при знаком для адаптации алrоритмов фильтрации РЛИ к размерам неоднородности. Рассмотрим алrоритм двумерноrо пакетноrо вейвлетразложения и peKOHCT рукции изображений. Сначала изображение построчно раскладывается на коэффи циенты скейлинrфункций и вейвлеткоэффициенты (на рис. 7.13 они обозначены как S и JV), а затем с полученным набором коэффициентов по вертикали произво дится аналоrичная процедура. В итоrе формируются четыре компоненты размер ностью 1/2 хl/2 от исходной матрицы изображения, показанные на рис. 7.13. 358 
rлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений 0,8 0,6 .... . Т..;....., r.' n: 'Н"':' 1 - 1 :11 11, 1 1 Т'; ..1.....:1.'. 1.1.:..'1'..1..'.. 1 1 ,11 11: 1 1 1 1 II 11  1 1 '1' ,,,----'jr.t. r+"'1 1... . 1 1  1 1 1: 1 1 1 1 ) 1 1: 1 1 60 80 100 ]20 140 б) . II ".!'''Л'' 11 11 " 11 1I 11 '''Ji..,Л.. 11 11 1 J Iltl 11 I О О 20 40 0,4 ..,. 0,2 .... . . . . . а) 0,6 1 r тr :r I rм-r, nj n , I ::;й :-;1- ;1 [--'1 ..- О 20 40 60 80 ]00 ]20 140 <) о ] о 10 20 30 40 50 60 70 :JlС) 20 40 60 80 ]00 120 140 е) ] 0,5 О 0,5 О o 5 , О 1 О 20 30 40 50 60 70 в) 20 40 60 80 100 ]20 140 д) 2 5 ] О 15 20 25 30 35 з) Рис. 7.12. Декомпозиция и восстановление одномерноrо сиrнала вейвлетом Дебеши: а  двумерное тест изображение; б  rоризонтальное сечение теста по середине; в  первый шаr декомпози ции. компоненты НЧ (верх) и ВЧ (низ); 2  восстановление исходноrо сиrнала (пунктир) и только НЧком поненты (сплошные линии); д  восстановление исходноrо сиrнала по декомпозиции первоrо и BToporo уровней (пунктир) и только НЧкомпоненты (сплошные линии); е  восстановление исходноrо сиrнала по декомпозиции первоrо и BToporo уровней для сечения теста по вертикали (пунктир) и только НЧ компонен ты (сплошные линии); .JlC  первый шаr декомпозиции, компоненты НЧ (верх) и ВЧ (низ); 3  второй шаr декомпозиuии, компоненты НЧ (верх) и ВЧ (низ) .... SSI  W] ... WS]  50 ... ... S] EJ 8 Рис. 7.13. Схема вейвлетдекомпозиции пвумерноrо изображения Далее компонента с коэффициентами только скейлинrфункций (55}) подвер rается дальнейшему разложению по аналоrичной процедуре до необходимой rлу бины разложения. Процесс декомпозиции двумерноrо изображения по казан на рис. 7.14. В каче стве исходноrо изображения на рис. 7.14,а взят результат восстановления декомпо зиции первоrо уровня (рис. 7.12,a и 7.14,а идентичны). Использована процедура MATLAB: (cal,ch1,cvl,cdl]==dwt2(AS,'dbl'), [де в квадратных скобках компоненты декомпозиции, AS  входное изображение. Для восстановления изображения ис пользуют процедуру, в которой в общем случае фильтрации компоненты умножают на коэффициенты kl, k2, k3, k4: AO==idwt2(cal.kl,ch1.k2,cvl.k3,cdl.k4,'dbl ',size(AS)). Аналоrичную формулу применяют для преобразования компонент в более высокий уровень. 359 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 20 40 60 80 100 120 . 10 20 30 40 50 60 . . 10 20 30 40 50 60 Ii . :'. . 20 40 60 80 100 120 а) 1 О 20 30 40 50 60 б) 1 О 20 30 40 50 60 в) . .,.. 10 10 .. 20 20 30 30 40 40 50 50 60 60 10 20 30 40 50 60 10 20 30 40 50 60 2) д) е) Рис. 7.14. Двумерная декомпозиция и восстановление изображения: а  двумерное тестизображение; б, 8, д, е  компоненты декомпозиции первоrо уровня; б  SS] (НЧНЧ, скейлинrФункции); 8  WS 1 (ВЧНЧ); д  SW 1 (НЧВЧ); е  WW 1 (ВЧВЧ); 2  компоненты декомпозиции BToporo уровня SS2, WS 2 , SW 2 , WW 2 Для некоrерентной обработки Р ЛИ можно воспользоваться процедурой МА TLAB wdencmp с использованием вейвлетфункций xd 1 ==wdencmp('gbl' ,LS,'db 1 ',2,thr,sorh,keepapp). Процедура формирует выходное изображение ХС от входноrо изображения (или одномерноrо сиrнала) в вариантах сжатия объема или фильтрации аддитивно ro шума. Для фильтрации спеклшума в РЛИ оно должно быть предварительно пролоrарифмировано. Используется положительная rлобальная функция пороrа t hr== O,7824. Строка 'wname'  имя заданноrо вейвлета (использован 'dbl '). Пара метры N == 1 и N 2  используемые уровни декомпозиции входноrо сиrнала, sorh  тип пороrа, sorh=='s'  мяrкий ('Ь'  жесткий), keepapp ==1, означающий, что коэф" фициенты аппроксимации MorYT не оrраничиваться. Результаты фильтрации РЛИ дЛЯ N 1 и N 2 приведены на рис. 7.15,6,в. Фильтрация РЛИ, приведенная на рис. 7.15,6,в, выполнена при постоянном значении пороrа подавления высокочастотных компонент. В отличие от них, при использовании динамическоrо пороrа, выключающеrо фильтрацию ВЧотметок при их значении, превышающем 3 (j шума, происходит подчеркивание ярких TO чечных отметок, как это видно на рис. 7.15,2. 360 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений .IO, ::; .. :1- .; , .. -.&; ,,-,,' <," ,  . *1fI(  /' , ,<,X " ' , . J8 .:  ." *' : '. . -:( .. , . '( i" '-'" . ' . '" . . , t;, ': '.": '.', , , , , '. , , ,. '. .. >,.  .{ '; . ' iiз{ ", . . ,:,. 'K . v ", ' ', :':;' i, ," " ;:",\ .-'>:.'!' . . , ?о '. r , '  ( '. . : 'А<'- : . '«:..:: .<, q: '. ' , . f ' Р",  "'j:' :., '" ''- "''' .. > ., < i< . '. - . 1( 9 '1, . I' ": " ;. '. . ..... , " . .... ,"  ',): . . j"' . )."..li- .. ",. -."" > , " б) '.', ..... а) " j,' t  " . t f t 11' .- \ ..  1." .. · '. j :». t- w" " ., ',.. . .... '. . . .. !Ii" '  . ,. -":.   -: ':\. .., ...  '"'' . Ч .. }.! , . '" . " . , .. ». о." .;;, , 't .... .",. ',"';. .. ::, ..... '" >I":Jt I... . "," в) ...,:, :! , , ,:' . ) . .. ..  "-,  ": ... '; 2) :' ..' ,,,,. . jo{ . . Рис. 7.15. Фильтрация Р ЛИ с использованием вейвлетпреобразований: а  исходное Р ЛИ, одно наблюдение, разрешение 2 м; б  фильтрация wdencmp, N=:.l, ENL=:.7; в  N=:.2, ENL=:.27; 2  фильтрация dwt, ENL=:.7,5 7.1.5. Метод нелокальноrо усреднения спекл-шума Новое направление развития методов фильтрации спеклшум является обобщением рассмотренных локальных методов, позволяющим учитывать семантические при знаки, содержащиеся в изображении. Метод нелокальноrо усреднения (NLM  NonLocal Means) используют для коррекции фотоснимков, телевизионных изо бражений, материалов медицинских анализов, а также радиолокационных изо бражений [269, 547]. В отличие от локальных методов фильтрации, усредняющих РЛИ в пределах окна А, он про водит совместную обработку блока РЛИ в OKpeCTHO стях данноrо пикселя х и близких к нему по структуре парных блоков у из фраr мента Р ЛИ 36] 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования NLz(x)=  ) LW(x,y)z(y), с х А УЕ (7.34) rде NLz(x)  результат фильтрации в пикселе х, равный взвешенной сумме пиксе лей блока z(y), ближайшеrо по структуре, найденноrо во фраrменте РЛИ; w(x,y)  весовая функция; С = L w( х, у)  сумма коэффициентов w(x.y). Весовую функ УЕА цИЮ для аддитивноrо rayccoBa шума рассчитывают через эвклидово расстояние между векторами (матрицами) значений пикселей в блоках х и у: w( х,у) = ех р { llz(x)  z(y)11 2 / h2} , (7.35) rде h12(j параметр сrлаживания; символ 11-112 означает сумму квадратов разно стей значений соответствующих пикселей в блоках х и у. Для спеклшума, имеющеrо мультипликативный характер, может потреба.. ваться предварительное лоrарифмирование отсчетов. Основные принципы метода базируются на предположении о наличии иде альноrо РЛИ zo(x) без шумов и аддитивноrо шума с неизвестными параметрами Zn(x). Производится сравнение предъявленноrо зашумленноrо РЛИ z(x)zo(x)+zn(X) с результатами фильтрации NLz(x) и оценкой исключенноrо шума Zn (х) == z( х)   NLz ( х ). Задача фильтрации состоит в том, чтобы правильно определить отсчеты шума по блоку с учетом Toro, что структура сиrнала в блоке может быть неодно" родна  включать компактные rрупповые цели, линейные объекты и rpаницы уча.. стков с разной УЭПР, которые имеют произвольную ориентацию относительно осей координат снимка. Для выделения аномалий от однородноrо шума на первом этапе выполняют серию операций линейной и нелинейной локальной обработки (медианную, аниза.. тропную фильтрацию, выделение контуров, уrлов, пороrовую обработку) и фор.. мируют вектор признаков, характеризующих структуру изображения в каждом блоке. Посуществу, решается задача распознавания типа аномалии, в ходе которой формируется библиотека признаков для данноrо РЛИ, с которой сравнивают век.. тор признаков текущеrо блока для поиска близких ему по структуре блоков во всем фраrменте РЛИ с последующим усреднением шумов по общему массиву дан.. ных в выбранных блоках. В приведенных примерах фильтрации фотоизображений [269] выбирались размерыI блока (окна) 15 х 15 или 21 х 21 пикселей и массив блоков, размерностью 7 х 7. Для оптимизации поиска ближайших соседей возможно применение Байесо.. ва критерия. Блаrодаря MHoroKpaTHoMY увеличению усредняемой площади пропор.. ционально числу однородных блоков значение ENL возрастает в несколько раз. Одним из критериев качества фильтрации служит близость исключенноrо шума Zn ( х) к белому шуму (с учетом полосы частотной характеристики сквозноrо трак.. та РСА. Неравномерность ero спектра (например, подъем высоких частот) может 362 
fлава 7. Обработка и реrистраЦИR радиолокационных изображений свидетельствовать о потере разрешения в выходном Р ли, а низкочастотные co ставляющие  о появлении артефактов на Р ли. Метод нелокальноrо усреднения, позволяя значительно улучшить изобрази тельные свойства снимков, требует значительных вычислительных затрат. Воз можна ero модификация, например, путем расчета весовой функции не для каждо ro пикселя Р ЛИ, а на разреженной решетке блоков. В дополнение к рассмотренным алrоритмам фильтрации спеклшума следует отметить перспективность методов автоматическоrо сеrментирования РЛИ по при знакам однородности статистических характеристик фраrментов Р ЛИ на основе нейросетевых подходов (см. rл. 9). В целом, учитывая возрастание потоков дaH ных, возросшие требования по точности измерения отражающих свойств наблю даемой местности и объектов, а также необходимость внедрения методов aBTOMa тической обработки радиолокационной информации, задача оптимизации алrорит мов фильтрации Р ли остается актуальной. 7.2. Реrистрация радиолокационной информации 7.2.1. Требования к реrистрации радиоrолоrраммы Задача реrистрации радиолокационной информации состоит в обеспечении долrо BpeMeHHoro хранении полученных материалов радиолокационной съемки для воз можности их использования в любых областях, rде они MorYT потребоваться. Co временные средства хранения цифровых данных имеют достаточно высокую eM кость (rиrабайты и десятки rиrабайт на единицу носителя) при относительно низ кой стоимости по сравнению со стоимостью получения информаuионноrо продук та и не должны быть оrраничивающим фактором, вызывающим невосполнимые потери информации. Вопросы формирования банка радиолокационных данных, орrанизации оперативноrо доступа к ним и сохранности информации являются предметом специальных исследований. Решение этих важных проблем выходит за рамки настоящей моноrрафии. Ниже рассмотрены технические характеристики pa диолокационных информационных продуктов, необходимая точность их фикса ции, форматы хранимых данных. Реrистрации подлежат первичные данные  радиоrолоrрамма и продукты синтеза изображения. Для записи радиоrолоrрамм целесообразно использовать два формата: 1) «как есть»  с выхода радиолинии передачи данных с искажающими аппа ратурными воздействиями (нелинейностью, сжатием потока сиrналов), но после восстановления дефектов передачи сиrналов по радиолинии (пропуска строк, Ha рушений синхронизации и т.д.); 2) формат, поступающий на синтез РЛИ после коррекции аппаратурных ис кажений с нормализацией уровня сиrналов и восстановлением динамическоrо диа пазона сиrналов, подверrнутых сжатию на борту КА. Такой формат радиоrоло rpaMMbI, непосредственно приrодный для синтеза Р ЛИ, а также для распростране ния заинтересованным потребителям, иноrда называют «компьютерным форма том». Естественно, файл радиолокационных данных должен сопровождаться фай 363 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования лами служебной информации с параметрами режимов съемки, баллистическими данными движения КА и др. Форматы радиоrолоrраммы с выхода приемноrо канала радиолинии передачи данных индивидуальны для каждой аппаратуры РСА. Запись этих сиrналов имеет страховочный характер, а также служит для специальной обработки поврежденных мест, если возникает надобность в восстановлении информации при чрезвычайных ситуациях. Для представления радиоrолоrраммы в компьютерном формате, обыч но, достаточно 8 бит на отсчет по каждой, действительной и мнимой составляю.. щих сиrнала (целое со знаком int8 или без знака uint8 с введением опорноrо уровня 128 ед.). В случаях, коrда на предварительной стадии коррекции аппаратурных ис кажений про изводится умножение на коэффициенты, мало отличающиеся от еди ницы (коррекция усиления в приемном тракте или рассоrласования параметров АЦП в квадратурных каналах), может потребоваться уменьшение шаrа KBaHTOBa ния шумов и слабых сиrналов от одиночных целей, что приведет к необходимости перехода на 16битовый формат (целое со знаком int16 или без знака uintI6). YKa занные проблемы исчезают при работе в плавающей арифметике, но это приводит К удвоению объема данных. В качестве иллюстрации приведем параметры радиоrолоrpаммы РСА «МечКУ» КА «АлмазI». Использовались пятиразрядные АЦП, но установленный высокий уровень сиrналов на их входе  СКО шумов, равное 5 единиц младшеrо разряда (ЕМР), приводил к оrраничению сильных сиrналов от местности. Рекомендуемое значение СКО шумов, равное 1,5 ЕМР, реализовать не удалось по техническим причинам, так как выход приемника был оптимизирован для оптическоrо синтеза РЛИ [208*]. Для устранения нелинейности была использована специальная процедура коррекции rолоrpаммы (см. раздел 11.6). После этоrо радиоrолоrрамма преобразо.. вывалась в однобайтовый формат (uint8). Примеры rистоrрамм откорректирован ных радиоrолоrрамм на входе процессора синтеза Р ЛИ приведены на рис. 7.16 для шумов приемника, взволнованной морской поверхности и суши. СКО шумов co ставляет """'3,26 ЕМР, полный размах сиrнала от местности не превышает 180 ЕМР при допустимом размахе 256 ЕМР. JL. Меаn: 127.41 StdDev' 3.26 Меаn: 127 Зб 5tdDey: 16,07 Меan; 127.65 Std Оеу: 36.75 а) б) в) Рис. 7.16. rистоrpаммы радиоrолоrраммы РСА «МечКУ» КА «Алмаз..}»: а  шумы приемника; б  взволнованная морская поверхность, скорость приводноrо ветра 5...8 м/с [63*], уrол падения 41 о, cf  около минус 20 дБ; в  застроенная прибрежная территория, rористая местность, вулкан (Sдиапазон волн, поляризаuия rr, чувствительность cf ne :=..'.-30 дБ; Тихий океан, остров Осима, Япония, виток 2024в, 05.08.1991 (см. РЛИ рис. 7.17)) 364 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений Таким образом, для параметров РСА «МечКУ» представление радиоrоло rpaMMbI в однобайтовом формате имеет запас по линейности амплитудной xapaKTe ристики, не превышающий 9 дБ (6 дБ на возможность снижения СКО шума до 1,5 ЕМР и 3 дБ на увеличение отношения сиrнал/шум по местности с интенсивным отражением). Одно из направлений развития космических РСА связано с примене нием зондирования в более длинноволновых диапазонах волн (L иР), [де KOHTpa сты сиrналов выше, и требуется более высокая чувствительность РСА. Учитывая это, для реrистрации радиоrолоrраммы с целью ввода ее в процессоры синтеза, ap хивирования и распространения пользователям целесообразно применение ДBYX байтовых форматов (intl6 или uintI6). 7.2.2. Динамический диапазон выходных радиолокационных изображений Рассмотрим характеристики выходноrо информационноrо продукта, полученноrо в результате синтеза радиолокационноrо изображения, а также ero HeKorepeHTHoro накопления. Особое место занимают комплексные изображения, применяемые для интерферометрической обработки. Действительные (продетектированные) изобра жения MorYT поставляться в виде отсчетов амплитуды (АРЛИ) или мощности (ЭРЛИ), а также  в лоrарифмическом формате в виде отсчетов удельной эффек тивной поверхности рассеяния, в децибелах (будем обозначать их как ЛРЛИ). ДЛЯ реrистрации изображений используют целые форматы  однобайтовый (uint8) и двухбайтовый (uintI6), а также плавающий формат (f1oat). Совмещенные материа лы, являющиеся сочетанием поляриметрических Р ЛИ, реrистрируют в виде MHoro слойных цветных изображений (RGB). Часть материалов используют как справоч ные для их визуальноrо восприятия при поиске фраrментов Р ЛИ, подлежащих ин струментальной обработке. К таким материалам не предъявляют требований по точности передачи радиометрической информации. Задачей анализа будет pac смотрение материалов, предназначенных для сохранения полной неискаженной информации об объектах, полученной по результатам радиолокационной съемки. Измерительные свойства Р ЛИ характеризуются точностями rеометрическоrо построения Р ЛИ и ero радиометрических характеристик. Вопросы rеометрической точности РЛИ не связаны с форматами представления данных. Точность радио метрических измерений, обеспеченная процедурами радиометрической калибровки (см. rл. 11), может быть нарушена при несоответствии форматов реrистрации дaH ных информационным характеристикам Р ЛИ. Наиболее существенными факторами радиометрических искажений является оrраничение динамическоrо диапазона сиrналов при реrистрации Р ЛИ, а также влияние шумов приемника и изменений реальной чувствительности РСА при съемке на разных дальностях и влиянии формы ДНА при отклонениях линии визи рования от направления максимума ДНА. Динамический диапазон сиrналов, зареrистрированных на Р ЛИ, зависит от пространственноrо разрешения Р ЛИ, а также от сrлаживания Р ЛИ при HeKorepeHT ном накоплении. Рассмотрим РЛИ с одним наблюдением без накопления. В этом 365 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования случае выходное АРЛИ на участках реrистрации шумов приемника или OДHOpOД ной протяженной поверхности будет распределено по закону Рэлея с разными значениями среднеrо и СКО флуктуаций, которые будут пропорциональны KBaд ратному корню из чувствительности РСА Jae или су ммы сиr ма нулевоrо шумо Boro эквивалента и УЭПР наблюдаемой местности J ae + а О . Флуктуации дЛЯ ЭРЛИ с одним наблюдением подчиняются экспоненциальному закону, частному случаю I распределения, для KOToporo СКО численно равно среднему значению отсчетов ЭРЛИ. Предварительно оценим динамический диапазон сиrналов через отношение максимальной мощности отметок от целей к средней мощности шума. Измеренные экспериментальные данные для разных сюжетов съемки и параметров РСА CBeдe ны в табл. 7.2. rрупповыми объектами обозначены суда, самолеты, элементы ин женерных конструкций (мостов, зданий и др.). Такие яркие объекты встречаются во мноrих сценах, но с разной вероятностью. Через дробь указаны значения Tpe буемоrо динамическоrо диапазона реrистратора (на 20 дБ больше) для возможно сти обнаружения слабых контрастов распределенных объектов (см. ниже) Таблица 7.2. Отношение сиzнШl/ШУМ для разных объектов съемки и параметров РСА Отношение максимальной мощности целей к средней мощности шума / динамический диапазон Тип и параметры РСА реrистрации Р ЛИ дБ Объекты съемки rрупповые сельская объекты ['ород местность Космический РСА «МечКУ», 50 / 70 50 / 70 39 / 59 s диапазон, разрешение'" 12 м Космический РСА TerraSARX, x диапазон: разрешение'" 1,5 м 60 / 80 60 / 80 39 / 59 разрешение ",5 м 45 / 65 45 / 65 32 / 32 разрешение'" 12 м 35 / 55 35 / 55 16/36 Пример Р ЛИ с разнообразием объектов приведен на рис. 7.17. Характерно Ha личие на морской поверхности изображений кильватерных следов, создаваемых движением судов. Подобные образования (включая структуру волнения, поверхно стные проявления внутренних волн, модуляцию ряби поверхностно активными пленками) имеют низкий контраст на РЛИ по отношению к уровню шумов прием.. ника и слабоrо отражения от моря. Для их обнаружения требуется высокое радио 366 
rлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений метрическое разрешение, которое достиrается некоrерентным накоплением по площади этоrо образования (аномалии). . I>:" , 'f :" ,,'': . , . ...  ' " #< N' .> . . . . ..11 , '_ ,. ':.; ..') :-3 ",  ..-" ,' * . . . ',.'. '." .' t ..'   "'.' ,;. ,< ", '.' .,: ..' ""';',' '. }.'" . "'" :... ". . ;,,:'." .,..;&. '.": '.;,:wi<. " >.:,.' 41 ,.' ,. ,"... . ." ''>о', .'" .'. \,. ", ." \ j "'. f Рис. 7.17. Фраrмент РЛИ о. Осима, Япония с окружающей надводной обстановкой (РСА «МечКУ» КА «Алмазl». ВИТОК 2024в) При реrистрации РЛИ в целых форматах необходимо, чтобы единица млад шеrо разряда (ЕМР) дискретизации сиrнала была достаточно малой по сравнению с СКО флуктуаций шумов прием ника. Как известно, ошибки квантования распре делены по равномерному закону, СКО ошибок квантования равно () = std {ди}2 = EMP/2 3 EMP/2 J 2 ДИ 2 !1и р(ди)dи== = {о,28867ЕМР} 3ЕМР EMP/2 u=EMP/2 (7.36) 1 EMR rде р ( ди ) = при Iдиl <  плотность вероятности paBHoMepHoro зако ЕМР 2 на распределения ошибок. На рис. 7.18 приведеНЬJ rрафики, характеризующие ошибки дискретноrо представления случайных процессов  составляющих комплексноrо РЛИ (rayccoBo распределение), амплитудных РЛИ (рэлеевское распределение) и энерrетических р ЛИ (экспоненциальное распределение). 367 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования l1и/и и А 2 , ед. 1 : 1.5: : :: :::1: :::::1::::: :t::::::r:::::: :" .':'!::: .,:1:..,T""i "" 1,4 ,.. ...!,.... "'[" ....+...' .j,..'.- "1'" 0,7 ....-;-.,.'-1--..'.Т.."+....; ....+-...+'..+...+.... 1,3 EM '<'.{5'.."'."'...;' ..: "',.'!.,....,.!",ш, :::!:: j:::t .:: ;..:.. !:::::;:::::: r::::::I::::i ::: l;l. .....:. ...['.. ... ''''0' у ш +.. ш Iш. +шоо 0,4 ..,.,+"'+" Т""+""+"'+""+."+."+"., , :;: j::j :::t:::: t::::: 1:::)::::: ):::!:::::t::  ,  i , :; . <: . ) . ; :: , i::::J . : ::::::: :i . : :::::: 0,1 .. '__.,.+._.+...+..._._....+__.+...+...+.ш ; : : : : ; О О ,5  ,5; 25  ;,5  45 5 0,80 0,2 04 06 08 :1 1:2 . ЕМР/и u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I . . . I . 0,4 0,8 1,2 1,6 2 Е l' ед. а) б) В) Рис. 7.18. [рафики ошибок дискретизации шумов приемника: а  составляющие КРЛИ (rayccOBO распределение); б  амплитудное РЛИ (рэлеевское распределение); в  энерrетическое Р ЛИ ( экспоненциальное распределение) Особенность получаемых Р ЛИ состоит в том, что выходной сиrнал пропорцио.. нален суммарному процессу сиrнал+шум. Отношение сиrнал/шум для сиrнала от некоторой поверхности зависит от наклонной дальности съемки (от кадра к кадру, по формуле дальности), а также от формы ДНА по уrлу места (в пределах одноrо Kaд ра). При перенацеливании полосы съемки выбирают один из вариантов: сохраняют одно и то же значение средней излучаемой мощности или для экономии энерrопо требления изменяют среднюю мощность излучения, реryлируя скважность. В любом случае, реrулируя усиление приемника, добиваются соrласования выхода приемника со входом АЦП, но во втором случае отношение сиrнал/шум в выходном Р ЛИ co храняется постоянным, а в первом случае меняется от кадра к кадру. В сопроводи тельной информации к снимку обычно прилаrают таблицу зависимости мощности шумов от дальности, по которой можно откалибровать выходное Р ЛИ в единицах УЭПР (или ЭПР) отражающей способности наблюдаемой местности или объектов (см. rл. 11). Для калибровочных операций поrpешность оценки мощности шума на Р ЛИ не должна превышать 0,25. . .0,5 дБ (!1и/О"и "-' 0,03. . . 0,06). Соответственно для ре.. rистрации составляющих КР ЛИ значение ЕМР не должно превышать !1и 1 ОДd в /20  1 ЕМР== а и == а u ==(О,1...0,2)а и . 0,28867 0,28867 (7.37) Это означает, что требуемый динамический диапазон при реrистрации co ставляющих КРЛИ должен превышать цифры, приведенные в табл. 7.2 дЛЯ OTHO шения максимальноrо уровня сиrнала к средней мощности шума, на 14.. .20 дБ. При реrистрации АРЛИ ошибки дискретизаuии имеют то же значение, определяе мое формулой (7.37) с аналоrичными требованиями к динамическому диапазону, как для реrистрации составляющих КРЛИ. Однако в задачах обнаружения слабых контрастов на Р ЛИ по площадным объектам требования к уменьшению ЕМР MorYT быть ослаблены. Как показывают rpафики, приведенные на рис. 7.18,6,в, поrpеш ности оценки среднеrо значения cYMMapHoro процесса шум+фон пренебрежимо маль] (менее 0,07 дБ), если ЕМР < 1,5теап{А}. 368 
rлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений Аналоrичная ситуация имеет место дЛЯ ЭРЛИ, но требования к величине ЕМР более жесткие. Малый уровень поrpешностей оценки средней мощности CYMMap Horo процесса шум+фон (менее 0,09 дБ) достиrается при ЕМР < 0,5mean{E}. Резюмируя приведенные соображения, можно сделать вывод, что для реrист рации Р ЛИ среднеrо разрешения (5... 1 О м) достаточно динамическоrо диапазона 65. . . 70 дБ, а дЛЯ РСА с метровым разрешением требуется 80 дБ. 7.2.3. Пара метры реrистрации радиолокационных изображений Из используемых форматов представления радиолокационных данных только пла вающий формат практически не имеет оrраничений по динамическому диапазону передаваемых сиrналов и при этом обеспечивает достаточную точность передачи данных Параметры целых форматов  8 или 16битовоrо приведены в табл. 7.3. Учитывается, что для 8битовоrо формата без знака (иint8) имеем 256 значений сиrнала от О до 255, а для формата со знаком (int8)  от минус 128 до 127. Для 16 битовоrо формата без знака (uintl6) имеем 65536 значений сиrнала от О до 65535, а для формата со знаком (intl6)  от минус 32768 до 32767. Порядок возрастания значений битов отсчетов амплитуды при реrистрации ее в виде *.tifфайлов (вклю чая формат GeoTIFF с координатной поддержкой по GPS в отдельном «слое») MO жет быть совпадающий с используемым в IBM РС и в среде МА TLAB или же об ратный, как в среде Macintosh. Преобразование из одноrо порядка в друrой может быть выполнено с помощью проrpамм Photoshop, МА TLAB или с помощью спе циализированных пакетов, предназначенных для раБОТЬJ с Р ЛИ. Таблица 7.3. Информационные возможности целых форматов реzистрации РЛИ Параметр Динамический диапазон, дБ Примечание 8битовый 16..битовый Амплитудное РЛИ 48 96 uint8 или uint 16 Энерrетическое Р ЛИ 24 48 uint8 или uint 16 Составляющие комплексноrо РЛИ 42 90 int8 или int 16 Дискретность передачи фазы, rрад Фазовое Р ЛИ 1,4 5 5.1 03 int8 или int 16 , Дискретность передачи мощности, дБ Лоrарифмическое (децибельное) РЛИ 0,31 1 O 14 uint8 или uint 16 относительно опорноrо уровня Реализуемые динамические диапазоны для реrистрации АРЛИ и ЭРЛИ опре деляются числом отсчетов в формате. При оценке параметров лоrарифмическоrо (децибельноrо) формата будем исходить из требования передачи полноrо динами ческоrо диапазона сиrналов 80 дБ. Передачу комплексных Р ЛИ обычно реализуют двумя квадратурными COCTaB ляющими  действительной и мнимой. Удобным форматом для обработки KOM плексных Р ЛИ и использования их для моделирования процессов преобразования сиrналов в РСА является представление КРЛИ в виде амплитудноrо РЛИ  АРЛИ 369 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования и сопровождающеrо ero фазовоrо РЛИ  ФРЛИ. Этот формат также представлен в таблице. Форматы со знаком можно заменить на форматы без знака, прибавив опорный уровень 128 (для иint8) или 32768 (иint16), что даст дополнительные удобства реrистрации файлов в форматах RA W или GeoTIFF с просмотром их С помощью проrраммы Photoshop. Приведенные в таблице данные свидетельствуют о приrодности 16битовоrо формата для передачи АРЛИ, ФРЛИ и составляющих КРЛИ. ДЛЯ передачи энерrе тическоrо РЛИ, полученноrо., например, в результате HeKorepeHTHoro накопления., 16битовый формат приrоден с оrраничениями, для исключения которых ЭРЛИ преобразуют в АРЛИ путем извлечения квадратноrо корня из отсчетов ЭРЛИ. Сле дует отметить, что в отдельных случаях возможно появление аномально ярких OT меток на РЛИ. Например, при съемке аэродрома со стоянкой пассажирских само.. летов класса ИЛ18 (РСА «МечКУ», виток 1038н) было обнаружено, что их ЭПР составляет десятки тысяч квадратных мет ров , вместо обычных 350.. .400 м. Такое явление было вызвано бликом отражения от фюзеляжей самолетов, имеющих фор.. му, близкую к цилиндру, при нормальном падении радиоволн. Для исключения ис.. кажений реrистрируемой радиолокационной информации в алrоритмах обработки р ЛИ должен быть предусмотрен контроль уровней выходноrо сиrнала. Использование 8битовых целых форматов для реrистрации Р ЛИ, значитель.. но более удобных при работе с изображениями, возможно в случаях, коrда не ста.. вится задача радиолокационноrо портретирования объектов или для общеrо озна комления с имеющимися материалами радиолокационной съемки. Далее изложены материалы по отображению радиолокационной информации, что так или иначе предполаrает ее зрительное восприятие. В следующем разделе рассмотрены особен ности зрительноrо восприятия РЛИ, а затем их отображение на мониторе и получение твердой копии Рли. 7.3. Характеристики зрительноrо восприятия РЛИ Работа с радиолокационными изображениями, полученными в результате синтеза и применения последетекторной фильтрации, предусматривает получение твердых копий РЛИ на бумаrе или друrом носителе, а также отображение на экране мони.. тора для анализа и дешифрирования Р ЛИ и их тематической обработки в сочета.. нии с инструментальными методами. Зр'ительное восприятие и возможности из.. влечения полезной информации зависят от характеристик зрительноrо анализатора и параметров носителя Р ЛИ. При отображении Р ЛИ на экране монитора имеются широкие возможности для соrласования параметров отображаемоrо РЛИ (яркости, контраста, масштаба, цветовой raMMbI, применение пороrовых преобразований) с параметрами зрительноrо анализатора, а также применение процедур, улучшаю.. щих изобразительные или дешифровочные свойства изображений перед их фикса.. цией на твердом носителе. Несмотря на развитие методов автоматической обработки радиолокационной информации, остается приоритетным визуальное дешифрирование Р ЛИ с исполь.. 370 
rлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений зованием поддержки средствами и процедурами автоматизации. Это обусловлено сложностью характера наблюдаемой поверхности, разнообразием объектов, Tpe бующих выявления и классификации по данным радиолокационной съемки, а TaK же тем фактом, что зрительный анализатор в сочетании с мыслительным аппара том реализует близкую к оптимальной пространственную фильтрацию изобра жений с адаптивным пОРО20вым обнаружением аномалий на статистически OДHO родном фоне и их классификацией. Количественные характеристики обнаружения объектов на Р ЛИ при визуаль ном дешифрировании определяются яркостью (контрастом) их изображений, ми нимальным размером пятна на бумаrе (простой или предназначенной для реrист рации фотоrрафий) или на экране монитора при выборе оптимальноrо масштаба увеличения, а также размеров фраrмента Р ЛИ, в пределах KOToporo возможна ac социативная фильтрация с выделением формы объекта (аномалии). В процессе дешифрирования Р ЛИ принятие решения о наличии объекта и ero классификация реализуются несколькими этапами в зависимости от сложности Ha блюдаемой фоноцелевой обстановки. Первый этап  это общее дешифрирование  выявление элементов рельефа, rидроrрафии, дорожной сети, застройки, инженер ных сооружений и сеrментация изображения с выделением однородных участков для детальной визуальной и инструментальной обработки. Обнаружению объектов предшествует оценка статистики локально однородноrо участка фона и обнаруже ние «аномалии» по отношению к нему, выделение объекта (определение ero фор мы) и после этоrо отнесение объекта к определенному классу  ero опознавание. Количественные соотношения, определяющие связь контрастной чувстви тельности rлаза с параметрами изображения и условиями наблюдения, достаточно сложнь] и к тому же имеют значительный разброс от оператора к оператору. По этому в литературе обычно рассматривают некоторые обобщенные модели зри тельноrо восприятия, отражающие общие закономерности [57, 204]. К ним в пер вую очередь относится закон ВебераФехнера, характеризуемый постоянством по роrовой контрастной чувствительности при изменении яркости t;В. B.B ............... == 1 == Ь == const ( 7.38 ) В В ' rде В;  яркость наблюдаемоrо объекта; В  яркость окружающеrо фона; 11.. q  при ращение яркости; Ь  постоянная контрастной чувствительности. Закон ВебераФехнера верен лишь для оrpаниченноrо диапазона яркостей. При малых яркостях пороrовый контраст резко возрастает. r.T. Фехнер и r.л. rельм rольц [57] объясняли это влиянием собственноrо света сетчатки rлаза Во и представ ляли соотношение (7.38) в виде Ы3. 1 == Ь == const . (7.39) В+Во Выражение (7.39) сводится к закону ВебераФехнера при большой яркости фона. На практике дешифрирования Р ЛИ к такому же эффекту приводит рассеян ный свет от лица оператора, деталей приборов, используемых при дешифрирова 371 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования нии, а также общее освещение в помещении. Это ухудшает контрастную чувстви тельность на темных участках изображения. Значение пороrовой чувствительности в общем случае зависит от уrловых раз.. меров наблюдаемоrо объекта (в пределе  пикселя изображения), четкости ero кон.. тура, абсолютных яркостей объекта и фона. При больших размерах объекта и Heдe фицитной продолжительности наблюдения, нормальных условиях освещенности и резкой rpанице между объектом и фоном пороrовая контрастная чувствительность в среднем равна 0,02. По существу, эта цифра относится к условиям наблюдения фо тометрическоrо клина, сопровождающеrо приведенные в этом и друrих разделах pa диолокационные снимки. При ухудшении условий наблюдения пороrовая KOHтpaCT ная чувствительность может возрасти до 0,35 для размытых аэрофотоснимков. При наблюдении РЛИ с их зернистой структурой, обусловленной спекл шумом, количественная мера различимости объектов по яркости соrласно закону ВебераФехнера [77, 205] характеризуется величиной ощущения, пропорциональ но лоrарифму воздействия (стимулу) S == а ln В , (7.40) rде В  яркость; а  константа, зависящая от размеров отметки, резкости rраниц, характера окружающеrо фона; S  величина ощущения. Различаемое приращение радиолокационноrо контраста вычисляется путем дифференцирования приведен ной формулы ЫJ  == 8K por , (7.41) В rде 8K por  пороrовое значение обнаруживаемоrо приращения контраста. Зависимость пороrовоrо контраста от размеров отметки на РЛИ дЛЯ положи тельных и отрицательных контрастов приведена на рис. 7.19. Такая же лоrарифми" ческая зависимость обна.. ружения контраста спра.. ведлива и для мощности отраженноrо сиrнала. Од.. нако реальные устройства реrистрации Р ЛИ имеют предел по передаче макси.. 8 10 d OTM ' мм  ( мальнои яркости макси.. мальная яркость индикато ра, прозрачность фото пленки, отражающая спо.. собность фотоотпечатка Р ЛИ). Минимальная же яркость определяется не мини мальной мощностью отраженноrо сиrнала, а общим освещением помещения или рассеянием света от средней яркости Р ЛИ. Эти явления влияют на характеристики зрительноrо анализатора. 10 М/В . Темные . Светлые 0,1 .. -..:...... ..--- -----......-.... ..-........ ...... ..................- --".... ..-.. ............................ .......... "............. .-..... --..---.......... I I I I I I I ..... ........  . ........  L   .... r----.-.,   ... ..- ...... ....-......--....................... ........... ...... ...-.. ........_-. . 0,01 0,2 0,40,5 0,8 1 2 4 5 Рис. 7.19. Контрастная чувствительность зрительноrо анализатора для «rладких» изображений в зависимости от диаметра отметки d 372 
rлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений Следует иметь в виду, что изза случайноrо характера отражения от подсти лающей поверхности, как правило, сравниваются яркости, не близко расположен.. ных, а удаленных друr от друrа отметок, находящихся в разных элементах разреше ния РЛИ. Как это иллюстрирует рис. 7.20, при случайном расположении отметок различие яркостей обнаруживается при значительно большем контрасте между ни.. ми. Для проверки правильности восприятия контрастов в подрисуночной подписи указан порядок следования полей в строках (сверху вниз) по возрастанию яркости в условных уровнях O...F от темных (яркость 37 ед., условный уровень «2») до белых (яркость 255 ед., условный уровень «F»). для сравнения на рис. 7.20,2 приведен фраrмент РЛИ сельскохозяйственных уrодий (РСА «МечКУ» КА «АлмазI». .! -.>(. :><.  11 fii. ". ( .4... '-', . .  : . > !!п. ",j) -. :,.: а) б) в) 2) Рис. 7.20. Изображения rрадационных мир с разными законами изменения яркостей: а  8 уровней равномерно; б  14 уровней в случайный порядке; в  миры а и б в уменьшенных масштабах (порядок следования полей миры б: 395Е53А3 99869588 66D52463 5362E4DD С9А58643 29D5BD24 66693В78 7846А 7Р7); 2  фраrмент РЛИ Влияние флуктуаций отражения от подстилающей поверхности  спеклшума на Р ЛИ можно оценить, зная законы распределения мощности шума, сиrналов от объекта и фона, окружающеrо объект. Экспериментальные исследования процесса дешифрирования РЛИ привели к формулиро ванию модели зрительноrо анализатора, поз В валяющей учесть изменение контрастной чувствительности от СКО флуктуаций яркос ти и размеров отметок на РЛИ [151 *, 163*]. В этой модели влияние факторов, вызываю щих оrpаничение KOHTpacTHoro разрешения, выражено в виде составляющих эквивалент Horo шума, действующеrо на входе решаю щеrо устройства совместно с полезным сиrналом (рис. 7.21). Разрешаемое приращение яркости изображения выражается через СКО CYM MapHoro «шума зрительноrо анализатора», образованноrо несколькими независи мыми составляющими 118 == аВ O"za aN ( авВ + 0"0) Рис. 7.21. Модель зрительноrо анализатора M==aBa za ==a  (BaN)2 +(а в В+ао)2 , (7.42) rде а  коэффициент, учитывающий критерий различения; O"za  «шум зрительноrо анализатора»; O"N  флуктуации яркости, усредненные по площади отметки от объ екта, отнесенные к средней яркости объекта; о"в  составляющая, определяемая 373 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования контрастной чувствительностью для rладкоrо (без шумов) изображения соrласно рис. 7.21; (то  составляющая, определяемая рассеянным светом. Флуктуационная составляющая (JN определяется внутриэлементным и межэ.. лементным HeKorepeHTHbIM накоплением a za CJ N = .J NeN s ' rде N e  число наблюдений в элементе разрешения Se; Ns==Sgeom/Se  число элемен тов разрешения, приходящихся на площадь объекта. Таким образом, для разрешаемоrо контраста на Р ЛИ имеем выражение М ==a za 1 + ( а в + а о J 2 (7.44) В NeN s В Для типовых условий наблюдения получены численные значения параметров a za == 3,16 (вероятность обнаружения пороrовоrо контраста 0,5), (тв == 0,05...0,1 в за висимости от типа отметки (светлая или темная) и размеров отметки на снимке, (то == 0,0003. Экспериментальные исследования возможностей зрительноrо анализатора по усреднению яркости изображения вдоль линий и друrих фиrур произвольной кон.. фиrурации (периодических структур и др.) показали, что зрительный анализатор при дешифрировании чернобелых изображений является адаптивным фильтром, реализующим оценку максимальноrо правдоподобия с потерями 4...6 дБ. Отмече.. но, что при визуальном дешифрировании РЛИ зрительный анализатор обеспечива ет подавление спеклшума, эквивалентное усреднению флуктуаций по площади анализируемоrо участка (cerMeHTa) сложной конфиrурации, если РЛИ предвари тельно сrлажено до трехчетырех наблюдений, при которых рэлеевское распреде.. ление амплитуды преобразуется к распределению, приближающемуся к rayccoBY. Обнаружительные способности зрительноrо анализатора можно уподобить работе адаптивноrо решающеrо устройства с переменной стратеrией, выполняю.. щеrо следующие операции: 1) оценка общей статистики РЛИ; 2) выделение на РЛИ укрупненных cerMeHToB (вода, поле, лес, rородская за.. стройка); 3) обнаружение аномалий по критерию НейманаПирсона; 4) переход к критерию идеальноrо наблюдателя с равновероятным пороrом разделения аномалии и фона; 5) идентификация rpаниц cerMeHTa по принадлежности пикселей к фону или аномалии. Рассмотрим этапы дешифрирования РЛИ при наблюдении поверхностно рас.. пределенноrо объекта типа «лесопосадки» и «поле», поз. 5 и 3 на рис. 7.7 (подраздел 7.1.2) с УЭПР cf 1es И УЭПР J>pole (такая ситуация с той или иной степенью прибли.. жения может относиться к таким объектам, как самолет на стоянке, корабль в аква.. тории, элементы ландшафта и др.). Пусть отношение УЭПР составляет 3 дБ (a°les / J> pole ==2), а площадь лесопосадок составляет N s == 1 О элементов разрешения РСА. (7.43 ) 374 
rлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений Рассмотрим локальную область, окружающую объект. Законы распределения мощности подчиняются хиквадрат распределению с 2N e степенями свободы, но различаются по средним значениям и значениями СКО, которые для спеклшума пропорциональны средним значениям (с поправкой на шумы зрительноrо анализа тора). На рис. 7.22, а показаны законы распределения яркости в точке РЛИ дЛЯ участков «поля» и «леса» в произвольных единицах, например, цифровых отсчетах на выходе РСА (HeKorepeHTHoe накопление в элементе N e == 2). р(В) 2.0 i ! ! ; ; ! i ! ! ! РОЬI1.0ь==0,8! ! 1 , 6 111ОШ1111 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 1,2 t tt--tt-t---t-- : i : i i i ! I I I : I : I О. 8 --t ttt----t----f----t-- : : :  : : : I I I Р I I I I ! ! obnl ! ! ! О 4 --  -ttttt , i I : ! ! ! ! I . ) I р(В) 2,0 I r I I I I I I I I I Р  O 8 1 I I _ оы10ь ,: I I 1 6 ,'т,. ,т' "T.".""t.,.m,'+',.,.,'+",m,+',m,., , I I I I I I I I I I I I I I 1,2 ...... .. I ' ... ...f....т..f.т....,I.,ш..,. I : ........-f-...ш.. I I I I : i I I I 0.8 ..-.. "' I ." "! ........r..'...."r'."..... I ....'."'r.".'..,. : I I I I ! I I : I О 4 "" ш." .)т, ,..,tm,m..,m..,".,"',.,'t""',.., , I I I I I I I I I I I I : I I I I I I I I I I '! I о о о о Bj(l 20 Вр' 40 а) 60 В B F 20 40 б) 60 В Рис. 7.22. Плотности вероятности обнаружения яркоrо объекта на равномерном фоне: а  двухэтапное обнаружение; б  трактовка обнаружения при предварительном сrлаживании Р ЛИ (фильтр на 1 О элементов) Процесс дешифрирования можно приближенно представить себе следующим образом. Первый этап  поиск аномалий в законе распределения яркостей на уча стке «поля». Оператор «работает» по критерию НейманаПирсона при пороrе с Be роятностью ложной тревоrи F == 1 02. . .1 03. Для элемента разрешения «леса» Bepo ятность превышения пороrа Р оЬn1 == 0,2, однако число таких элементов большое (N s ==10) и вероятность Toro, что хотя бы в одном из них будет превышен пороr, достаточно велика PN s = 1 (1  F (s = 0,8. (7.45) Обнаружив одно или несколько превышений отметок над пороrом B F , вызван ных наличием какоrолибо объекта, оператор оценивает параметры распределения для аномалии и на втором этапе изменяет значение пороrа для Toro, чтобы наилуч шим образом (по критерию идеальноrо наблюдателя с пороrом B id ) отделить элемен ты объекта от элементов окружающеrо фона и определить форму объекта путем OT несения отсчетов В; > Bid К объекту, а В; < Bid  К фону. Аналоrично происходит дe шифрирование объектов с малой интенсивностью (реки, озера, дороrи, взлетные по лосы и рулежные дорожки аэродромов, радиолокационные тени от объектов и т.д.). Блаrодаря свойствам зрительноrо анализатора (ассоциативная обработка) об наружение аномалии может происходить и иным образом. Оператор, рассматривая РЛИ с большоrо расстояния, мысленно выполняет межэлементное HeKorepeHTHoe накопление по площади участка «леса». Дисперсии законов распределения YMeHЬ шаются в N s раз, как это показано на рис. 7.22,6. Соответственно меняется пороr и вероятность обнаружения «леса» (она равна в этом случае также Роьn.оь==0,8). 375 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Рассмотренные выше соотношения справедливы не только для однородноrо «леса» с постоянной УЭПР, но и для объекта с неравномерным распределением ЭПР в отдельных элементах разрешения. При большом числе элементов разреше ния, приходящихся на площадь объекта, суммарный процесс нормализуется (дей ствует центральная предельная теорема) и вероятность обнаружения оказывается зависящей только от отношения суммарной ЭПР объекта к ero площади, что ана.. лоrично случаю объекта, имеющеrо равномерное распределение УЭПР. Ассоциативные возможности зрительноrо анализатора можно проиллюстри" ровать на примере «дешифрирования», приведенноrо на рис. 7.23 искусственноrо р ЛИ, сформированноrо из шумовоrо нормальноrо процесса, два уровня с KOHTpa стом 3 дБ (имитации воды и суши). Для соrласования отпечатков РЛИ с характери стиками анализатора они представлены в трех вариантах  амплитудноrо (выделе ние слабых контрастов) и двух энерrетических  нормальноrо (выделение ярких отметок) и с повышенной яркостью, но с оrpаниченными яркими отметками (про межуточный случай). На такой сцене можно выделить образования (аномалии), xa рактерные для ярких точечных объектов (опоры электросетей темных протяжен ных объектов (объекты rидроrрафии, ВПП аэродромов, радиолокационные тени) и ярких rрупповых целей (здания, инженерные сооружения, rруппы деревьев). ()  :.... .. .. ... }"'..! " t..' ... , ' , " 'i '2';'" :' 3 Э., " 1 , б) .: " е. :. 9 .. . ." 8. . " 8 ,. '7 :,.. . ... '" .. - .. .. .. 1,. .  " .' ." "'9 Р:У, о. . 11 :'0: . .. т _, f. '[] 9 > . . д) в) а) ,4 , 6 ;. '. ;:: .. 9 " "', ,. .. ,,,,,1'1 , 5 . , . 3 . 3 '2tJ . . . 't  >, '01\." (" ,,:,..) i . \ 2) е) Рис. 7.23. Иллюстрация ассоциативных возможностей зрительноrо анализатора: а  искусственное из шумовоrо процесса амплитудное РЛИ с разрешением 5 м, имитирующее участок cy ши и водную поверхность с контрастом 3 дБ, «береrовая линия»  сектор окружности; б, в  энерrетические РЛИ, нормальное (6) и с увеличенной яркостью (в); 2e  результаты «дешифрирования», интерпретация отметок (отмечены рамками или усилены яркостью): Z  причал у береrа, 2  реки, каналы, дороrи, 3  MOC ты, 4  заrрязнения на водной поверхности, 5  суда у причала, 6  дамба, 7  опоры электросетей и OCBe щения, 8  мелкие суда в акватории, 9  инженерные сооружения, здания 376 
rлава 7. Обработка и реrистраЦИR радиолокационных изображений Данный пример может быть положен в основу количественной оценки ДOCTO верности р ЛИ с присутствием артефактов, вызванных неоднозначностью сиrналов по азимуту/дальности, нелинейностями в тракте РСА, некомпенсированными ос.. татками от восстановления сиrнала после сжатия и др. В качестве критерия досто" BepHoro РЛИ можно принять значение ЭПР rpупповоrо объекта, для KOToporo мала вероятность ложной тревоrи формирования похожеrо на Hero образа на Р ЛИ, и ЭПР объекта превышает пороrовый уровень > О"пе sum 1 (k ) аА  N n Nfrag , (7.46) rде O'"nesum  шумовой эквивалент суммарных помех на РЛИ; N  число элементов разрешения по площади rрупповоrо объекта (примерно равно числу пикселей); N frag  размер фраrмента наблюдения, в котором должно быть исключено форми рование ложных образов; k  5. . . 1 О  коэффициент запаса. Формула относится к ЭРЛИ с одним наблюдением. HeKorepeHTHoe накопле ние может быть учтено изменением параметра N. Данные, иллюстрирующие количественные характеристики процесса визу альноинструментальноrо дешифрирования рассмотренной «шумовой» модели РЛИ, сведены в табл. 7.4 для примера РСА, значений пороrа обнаружения и xapaK теристик наблюдаемой обстановки. Таблица 7.4. Пара.м.етры обнаружения элементов фона и целей при визУШlьно--инструментШlЬНОМ дешифрировании РЛИ Параметр Значение Примечание 1 2 3 Пространственное разрешение РСА.. м 5 Площадь элемента разрешения, м 2 25 Чувствительность РСА cf ne, дБ 20 Эквивалентная ЭПР элемента шума O"ne, м 2 0,25 УЭПР фона (равнина) cf, дБ 20 Суммарная ЭПР элемента шум+фон, м 2 0,5 Пороrобнаружения,м 2 0,35 Критерий идеальноrо наблюдателя (шум/фон) Вероятность: идентификации элемента шума 0,75 Экспоненциальное ложной тревоrи 0,25 распределение мощности обнаружения элемента фона 0,50 шума, фона, целей пропуска элемента фона 0,50 обнаружения цели 0,97 ЭПР цели (F12 м 2 пропуска цели 0,03 Достоверность принятия правильноrо решения по идентификации: элемента шум/фон 0,63 Априорная вероятность 0,5 шум/цель 0,86 377 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Продолжение табл. 7.4 1 2 3 Пороr обнаружения, м 2 1,15 Критерий Неймана..Пирсона Вероятность: идентификации элемента шума 0,99 ложной тревоrи 0,01 обнаружения элемента фона 0,10 пропуска элемента фона 0,90 обнаружения цели 0,90 ЭПР цели (F12 м 2 пропуска цели 0,10 Достоверность принятия правильноrо решения по идентификации: элемента шум/фон 0,55 Априорная вероятность 0,5 шум/цель 0,95 Пороr обнаружения, м 2 1,75 Последовательный анализ Вероятность: идентификации элемента шума 0,999 ложной тревоrи 0,001 обнаружения цели 0,86 ЭПР цели (F12 м 2 пропуска цели 0,14 Достоверность принятия правильноrо решения 0,94 по идентификации шум/цель Пороr обнаружения, м 2 2,30 Последовательный анализ Вероятность: идентификации элемента шума 0,9999 ложной тревоrи 0,0001 обнаружения цели 0,82 ЭПР цели (F12 м 2 пропуска цели 0,18 Достоверность принятия правильноrо решения 0,92 по идентификации шум/цель Примем, что анализируется ЭРЛИ с одним наблюдением для модели диффуз.. Horo отражения, характеризуемоrо экспоненциальным законом распределения мощности. Контраст суши относительно спокойной водной поверхности (озеро) составляет 3 дБ. Отметки на Р ЛИ, превышающие пороr идеальноrо наблюдателя, у береrовой черты можно принять за изрезанность береrа, но идентифицировать от.. метку, как причаленный катер, следует только при ее ЭПР не менее О"А==12 м 2 , что соответствует вероятности ее обнаружения, равной 0,9 при вероятности ложной тревоrи F 1 02. Заметим, что при таком решении на каждый квадратный километр озера (,,-,20х20 пикселей РЛИ) придется в среднем по четыре таких обнаруженных «катера», что может представлять интерес только для служб рыбнадзора. Применив к полученной ситуации метод последовательноrо анализа Вальда [136] и подняв пороr до уровня ложной тревоrи F 10----4, получим снижение вероят" ности обнаружения целей с O"A==12 м 2 до 0,82 при одной ложной TpeBore на 250 км 2 378 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений поверхности озера. Достоверность правильной идентификации пикселей РЛИ (шум или катер) составит 0,918. В результате приведенноrо рассмотрения можно сделать достаточно триви альный вывод, что для достоверноrо обнаружения на Р ЛИ отметок, принадлежа щих наблюдаемой обстановке, необходимо выбирать пороr обнаружения не менее 1,75 по отношению к СКО cYMMapHoro процесса на локальных участках Heoтpa жающей поверхности (река, озеро, радиолокационные тени). На этих участках BЫ ходной сиrнал определяется суммой мощностей шума, интеrральноrо уровня боко вых лепестков импульсноrо отклика РСА плюс мощность артефактов, вызванных неоднозначностью сиrналов по дальности и азимуту, а также нелинейностями в сквозном тракте РСА. При таком выборе пороrа вероятность ложноrо принятия случайноrо выброса на Р ЛИ за объект наблюдения не превысит 1 03 . Для визуальноинструментальноrо дешифрирования РЛИ используют специа лизированные пакеты обработки радиолокационной информации. Можно также применить проrрамму Photoshop или типовые процеДУРЬJ среды MATLAB. Важный вопрос, связанный со зрительным восприятием изображений, KacaeT ся числа rрадаций яркости, воспринимаемых оператором при наблюдении Р ли. Оно во MHoroM зависит от характеристик отображающей среды. Как это сделано на рис. 7.23,6 и 6, можно разделить РЛИ на интервалы яркостей для раздельноrо OTO бражения яркостных «слоев». Расширить динамический диапазон восприятия монохромных изображений (ДО трех раз) можно путем преобразования их в псевдоцветные. Эту процедуру леrко реализовать при компьютерной обработке снимков с их распечаткой на цветных принтерах. Однако на псевдоцветном РЛИ теряется способность зритель Horo анализатора к сrлаживанию отКJiиков по площади однородных cerMeHToB (OT сутствует свойство определять «средний цвет»). Вопросы, связанные с отображением радиолокационной информации, pac смотрены в следующем разделе. 7.4. Отображение радиолокационной информации 7.4.1. Структурная схема модели преобразования информации при визуальном дешифрировании РЛИ Рассмотрим особенности преобразования радиолокационной информации при OTO бражении РЛИ на дисплее (проекторе) или получении твердой копии РЛИ на бума re (фотобумаrе) для зрительноrо восприятия Р ЛИ. Следует рассматривать две за дачи отображения рли: для презентаций и отчетов (включая материалЬJ с резуль татами тематической обработки) и для дешифрирования РЛИ. В общем случае для первой задачи требуется отображение РЛИ на соответствующем носителе с наи лучшими изобразительными свойствами. Для второй задачи требуется полнота представления информации для ее восприятия зрительным анализатором. Обобщенная структурная схема преобразования и обработки радиолокацион ной информации представлена на рис. 7.24. Она включает в себя следующие функ циональные узлы: 379 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования пространственные линейные фильтры обработки фраrментов радиоrолоrрам мы (парциальные апертуры или спектры), сформированной отраженными от Ha блюдаемой местности сиrналами. Результаты фильтрации представлены в виде Ha бора комплексных Р ЛИ дЛЯ межэлементноrо накопления после сжатия радиоrоло rраммы по дальности и азимуту; квадратичные детекторы парциальных апертур (спектров), на выходе которых формируются энерrетические РЛИ (ЭРЛИ); некоrерентный накопитель, реализующий внутриэлементное и/или межэле.. ментное накопление перед ero реrистрацией на устройстве отображения; нелинейный преобразователь  устройство визуализации РЛИ (дисплей, печа.. тающее устройство); решающее устройство, представляющее собой зрительный анализатор. В Hero входят адаптивный межэлементный интеrратор и пороrовый обнаружитель. HeKO repeHTHoe накопление в решающем устройстве интеrрирует сиrнал по полю объек та (обнаруженной аномалии). Результат обработки  идентифицированный объект наблюдения с оценкой ero формы, яркостноrо распределения, статистик и класси.. фикацией типа объекта (в зависимости от детальности РЛИ и наличия априорной информации). ............... .........  .........  НекоrереllТНЫЙ П ". Квадратичный Нелинейный  рострапствеlIНЫИ  .........  линейный фильтр    преобразователь детектор накопитель у Z r1 I РеПlаl{)lдее устройство I I I I 1 I Межэлементный I'10РО('ОВЫЙ 1 Идентифи цироnанный I  I I   обнаружитель I  объект наБЛlодения В == п(Z I интеI-ратор I /L ) I 1.. .. .. .. .. ... ... ... .. ... ... ... ... .. .. ... ... .. ... .. .. ... ... ... .. ... ... ... .. Рис. 7.24. Структурная схема преобразования и обработки радиолокационной информации при визуальном дешифрировании Р ЛИ Следуя методике работы [151 *], оценим контрастную чувствительность ира.. диометрическое разрешение при визуальном дешифрировании Р ЛИ, а также число различимых rрадаций. В общем случае решающее устройство оценивает среднюю мощность принятоrо сиrнала по совокупности независимых отсчетов N Ne xN s , реализуемых аппаратным внутриэлементным накоплением N e до нелинейноrо пре.. образования и межэлементным накоплением N s по площади объекта в зрительном анализаторе после нелинейноrо звена. Будем рассматривать процессы на входе HeKorepeHTHoro накопителя у, нели.. нейноrо преобразователя z и решающеrо устройства В =j{z ). 380 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений Оrраничимся случаем наблюдения протяженных объектов (фона местности), коrда общее число независимых отсчетов по полю объекта (аномалии) велико. To rда процесс на входе пороrовоrо обнаружителя нормализуется и для ero описания достаточно знать среднее ero значение и дисперсию (или СКО), которые вычисля ют по первым двум моментам одномерноrо распределения входноrо процесса. На выходе квадратичноrо детектора имеем случайный процесс сиrнал+шум, функция распределения KOToporo подчиняется экспоненциальному закону у ]  Ру (у) == м е Му , (7.47) у rде А1у  средняя мошность cYMMapHoro процесса на входе детектора. Для простоты примем, что коэффициент передачи по мощности для сквозноrо тракта РСА, включая выход HeKorepeHTHoro накопителя, равен единице и выразим процесс на входе нелинейноrо звена в терминах удельной ЭПР  сиrнала (фона местности) и шумов приемника. Для краткости суммарный входной процесс, яв ляющийся суммой УЭПР сиrнала, отраженноrо от фона местности a, и УЭПР шумовоrо эквивалента ae обозначен как апе о о о Му == (Js + апе == (Jsne. (7.48) в HeKorepeHTHoM накопителе (реализованным как внутриэлементный или Me жэлементный накопитель или обоих типов) происходит усреднение сиrналов 1 N e Z ==  L У; , которое характеризуется XiNe распределением с 2N e степенями CBO N e k=l боды (см. (3.53)(3.55) раздела 3.5): N Nez ( J N e l Ne M z pz(z)== Mz(e l)! e z M z (7.49) Заметим, что среднее значение процесса не меняется A{A1yO'"ne, а дисперсия и СКО уменьшаются соответственно в N e и квадратный корень из N e раз M z ==O"ne; Dz ==(O"ne)2 /N e ; o"z ==O"ne/ .JNe . (7.50) Следующее звено  нелинейный преобразователь, который характеризуется зависимостью яркости В от мощности входноrо процесса: f B (Z ) == в ( Z ) . (7.51 ) Представим функцию fB(Z) в виде степенноrо ряда и оrраничимся членами HY левоrо и первоrо порядков, определяющими постоянный уровень выходноrо сиr пала и СКО флуктуаций, которое будет зависеть от средней крутизны характери стической кривой реrистратора в диапазоне яркостей, отображающих данную aHO малию с суммарной УЭПР O'"ne 381 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования fB(Z)==B(z)fo +gB z , (7.52) rде gB тean{ : }. Возможность TaKoro допущения обусловлена тем, что при наблюдении про тяженных объектов произвольной конфиrурации, но связной формы, зрительный анализатор работает как близкий к оптимальному усредняющему фильтру, процесс на выходе KOToporo (входе решающеrо устройства) нормализуется и для ero опи.. сания достаточно вычислить ero среднее значение и дисперсию (или СКО). Параметры процесса на выходе нелинейноrо преобразователя вычисляют че.. рез функцию распределения входноrо процесса: (7.53) 00 МВ == теап {в} == JfB (z )pz (z)dz, о (7.54) 00 cт ==DB ==тean{B2}M == Jfi(z)Pz(z)dzM, о (7.55) dfB(Z) ОО } d { } OO J dpz (z) gB== M z == fB(Z)Pz(z)dz== fB(Z) dz, dM z dM z dM z о о (7.56) rде модуль учитывает возможность появления падающеrо участка характеристиче.. ской кривой реrистратора Р ЛИ, меняющеrо знак, но не величину флуктуаций вы.. ходноrо процесса. Для функции распределения вида (7.49) значение производной dpz(z) == N e ( 1 ) ( z ) dM М М Pz , z z z (7.57) откуда gB  N e [fB (z{ B  I)Pz (z)dz . (7.58) Последнее преобразование  усреднение по площади аномалии путем межэ.. лементноrо накопления, реализуемоrо зрительным анализатором: ] N s Z I:B;. N s k=l На выходе межэлементноrо накопителя параметры процесса  а в . Mz==M B ; az IЛТ' gZ==gB. vNs (7.59) (7.60) Приведенные выше соотношения позволяют оценить контрастную чувстви.. тельность и радиометрическое разрешение РСА. Процесс на выходе нелинейноrо 382 
fлава 7. Обработка и реrистраЦИR радиолокационных изображений звена соответствует изменению яркости изображения на дисплее или друrом OTO бражающем РЛИ носителе. Соотношения (7.50, (7.60) устанавливают функцио нальную зависимость между УЭПР наблюдаемой местности и средним уровнем сиrнала, а также флуктуациями при ero отображении. Предположим, что на входе имеем контраст двух участков 11(j'°. Относительный контраст суммарных процессов сиrнал+шум и контраст УЭПР двух участков определятся соотношениями 11(j'0 11(j'0 8К == о о о ' (7.61) (j'sne (j's + апе oK s ==, ДO == OK ( l + ст; J . (j's (j's По формулам (7.52Н7.61) можно установить связь между входными и BЫ ходными параметрами РЛИ, после чеrо, сопоставив эти параметры с моделью зри тельноrо анализатора, найти контрастную чувствительность и радиометрическое разрешения РСА при визуальном дешифрировании Р ЛИ в зависимости от xapaKTe ристик отображающеrо устройства. 7.4.2. Линейный реrистратор с оrраничением Контрастная чувствительность РСА. Анализ характеристик реrистрирующих сред (фотопленка, печатающие устройства, дисплеи) позволяет выделить общие свойства устройств отображения Р ЛИ: наличие начальной засветки 10, оrраничение максимальноrо уровня /mах, изменение крутизны по характеристической кривой (ДЛЯ случая коэффициента контрастности y;tl). Следует также отметить возмож ность изменения коэффициента контрастности или формирования характеристиче ской кривой любой формы путем цифровоrо преобразования Р ЛИ на входе устрой ства отображения. Таким способом MorYT быть реализованы пороrовая обработка, разные виды rаммакоррекции, преобразование из энерrетическоrо РЛИ в ампли тудное и др. Рассмотрим сначала простейший случай идеализированноrо линейноrо реrи стратора с оrраничением О z < O fB (z ) == z O<z<1 . (7.62) 1 z> 1 Параметры выходноrо процесса рассчитываем по формулам (7.52), (7.53), (7.56). На линейном участке амплитудной характеристики М в == М z, (j' z == 1/ JN , gz == 1. Учтя нелинейность, рассчитываем входящие в формулу (7.44) составляю щие дифференциальной контрастной чувствительности при визуальном дешифри ровании 8KN == aza . gz .J NeN s 8К в == aza(j'B ; gz 8Ко == aza(j'o . gzM B (7.63) 383 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования На практике для интеrральной оценки влияния суммы составляющих удобнее пользоваться не дифференциальным контрастом (по приращению), а абсолютным контрастом  отношением УЭПР в децибелах. Формула перехода от дифференци" альноrо к абсолютному контрасту имеет вид K dB == 101g( дК + 1). (7.64 ) На рис. 7.25 показаны зависимости составляющих контрастной чувствитель ности РСА при визуальном дешифрировании Р ЛИ, записанноrо с помощью реrи стратора, имеющеrо линейную с оrраничением характеристику. По оси абсцисс отложены значения УЭПР cYMMapHoro процесса фон+шум в децибелах. Путем из.. менения коэффициента передачи тракта Р'сА они MorYT быть смещены так, чтобы левая rраница соответствовала фактической чувствительности РСА (}e или тре.. буем ому начальному уровню. По оси ординат кроме значения дифференциальноrо контраста дК dв == 1010g( дК) для cYMMapHoro процесса отложены также значения абсолютноrо контраста в децибелах. В качестве исходных данных взяты следую щие параметры: потери зрительноrо анализатора a za ==3,15 (5 дБ), контрастная чув" ствительность rлаза для rладкоrо изображения дК в ==0,08 (11 дБ), составляющая рассеянноrо света БК о ==О,ООl (зо дБ). Для рис. 7.25,а полное число наблюдений составляет N 104, при числе наблюдений до нелинейности N e ==25 и числе ycpeд няемых зрительным анализатором наблюдений N s ==400. Это соответствует площади протяженноrо объекта (аномалии), равной 400 элементам разрешения РСА и сум.. марному числу наблюдений по площади объекта N Ne xN s == 104. дК, К, дБ 5 дК, К, дБ 5 О 2 , . ... .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. ... .. , ... .. .. .. .... .......................................... '1 .. .. .. .. .. .. .. . . . . , lа , О  -.  .;.;. :.:.,-.:..:i.:.:. -..;.; .;.;. :.:.,-.;.:  -..;.; .;.;. :.:.,-.;.:  -..;.;.;.;. - . - -;- - . - : : : : g\:  5 - - - -  . . - - - - - - . - .  - - - . - - - - - - . - j- . - - - -- - - . - -  - - - . - . - - - . . - . - - - . , 5 IO 15 .. .. ... .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. r .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... ..  .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. -,- ... .. .. .. .. .. . 1.. . ... . , .  2 О - . - -: - - . - - - - - - - - t . - - - . - . - . - :. . - - - - - - . . 41- . . . - - . - . - - -,- - - - - - - 25 ЗО ' 20 15 10 а) 5 ЗО о о Б 20 (J sne' Д 15 10 б) 5 о о Б (J sne, Д Рис. 7.25. Составляющие контрастной чувствительности РСА при визуальном дешифрировании Р ЛИ для линейноrо с оrpаничением реrистратора при числе наблюдений в РЛИ Ne25 и полном числе NNexNs104 (а), а также при Ne4 и N102 (6) В зависимости от УЭПР CYMMapHOrO процесса сиrнал+шум: 1, 1а  суммарные кривые дифференциальной (1) и абсолютной (1а) контрастной чувствительности РСА; 2  составляющая контрастной чувствительности rлаза; 3  флуктуационная составляющая; 4  составляю щая рассеянноrо света; gz  средняя крутизна характеристики реrистратора (пунктир) 384 
rлава 7. Обработка н реrистрация радиолокационных изображений На рис. 7.25,6 показана более типичная ситуация N e ==4 и N 102  наблюдение протяженных объектов с усреднением 1 ОХ 1 О элементов разрешения (N e ==4  до pe rистрации и N s ==25  зрительным анализатором). Это соответствует участку на зем ной поверхности площадью 1 ra дЛЯ РСА с пространственным разрешением 1 О м. Как следует из рис. 7.25, а, для «rладкоrо» РЛИ сквозные характеристики (кри вые 1 и 1 а, а также rpафик средней крутизны gz) имеют rоризонтальные участки с постоянным значением. Основной вклад в контрастную чувствительность создает контрастная чувствительность rлаза (кривая 2). Составляющая рассеянноrо света приводит к потерям до 4 дБ при малых уровнях входных сиrналов. Разрешаемый контраст составляет: дифференциальный минус 8 дБ, абсолютный  примерно 1 дБ. для изображенноrо на рис. 7.25,6 варианта с накоплением перед реrистрацией РЛИ N e ==4 и суммарном числе наблюдений по площади объекта N 100 контрастная чувствительность (минус 9 дБ) оrpаничена Флуктуационной составляющей (кривая 3), динамический диапазон по уровню контрастной чувствительности минус 8 дБ co ставляет около 23 дБ (левая часть rpафика, в которой начинается резкое ухудшение контрастной чувствительности на rpафике не показана). Разрешаемый контраст co ставляет: дифференциальный минус 5 дБ, абсолютный  примерно 1,2 дБ. При дальнейшем анализе практических устройств отображения будем предпо лаrать, что перед отображением информации для визуальноrо дешифрирования pea лизуется HeKorepeHTHoe накопление с N e >4 путем ero сrлаживания или путем приме нения рассмотренных в разделе 7.1 адаптивных алrоритмов фильтрации РЛИ, coxpa няющих высокий контраст малоразмерных точечных или rpупповых целей. Число разрешаемых zрадаций на Р ли. Как известно, число rрадаций, раз решаемых на изображении, выражается через контрастное разрешение (которое в случае Р ЛИ совпадает с контрастной чувствительностью) с помощью интеrpально ro преобразования о а mах О п == J da о ' о 8Ка a min (7.65) rде БК  контрастное разрешение РСА; а О  средняя УЭПР наблюдаемоrо участка о О Э местности; а min И а тах  минимальное и максимальное значения У ПР CYMMapHO ro процесс а сиrнал+шум. Наибольшее число rрадаций будет на «rладком» изображении при отсутствии флуктуаций, вызванных спеклшумом. Число rрадаций будет зависеть от xapaктe ристической кривой реrистратора Р ЛИ и параметров модели зрительноrо анализа тора. В общем случае число rрадаций для линейноrо с оrраничением реrистратора р ЛИ составит о а mах О J da п == о  2 ( ) 2 . ain а 8KN + 8К в + 8К о (7.66) 131492 385 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования в табл. 7.5 приведены значения числа различимых rpадаций для разных соче таний параметров отображения линейноrо с оrраничением реrистратора Р ли. Они показывают, что на число rрадаций в первую очередь влияет суммарное число Ha блюдений по площади объекта и меньше  распределение числа накоплений между аппаратно проrраммными средствами и ассоциативными возможностями зритель Horo анализатора. Однако при больших размерах поля усреднения рассмотренная упрощенная модель зрительноrо анализатора может оказаться некорректной. По этому задача использования адаптивных методов фильтрации спеклшума на рли остается актуальной, в том числе их внедрение в рабочие места операторов дешифровщиков и применение автоматизированных методов сеrментации Р ли на фраrменты с однородной статистикой. Таблица 7.5. Число различимых zрадаций при визуШlЬНОМ дешифрировании РЛИ Параметры Р ли и объекта Число число число различимых наблюдений полное Примечание элементов по rрадаций число в элементе площади наблюдений на р ЛИ разрешения объекта Линейный с оrраничением реrистратор ЭР ЛИ 100 1000 105 27,7 «rладкое» Р ЛИ 25 400 10000 26,8 4 2500 10000 26,4 ] 10000 10000 26,2 1 100 100 13,6 4 25 100 13,7 Типичный режим наблюдения протяженных объектов ] 40 40 9,4 4 10 40 9,5 Дисплей с реrистрацией ЭРЛИ 4 2500 10000 18 4 25 100 7,3 Типичный режим наблюдения протяженных объектов 4 10 40 5,1 Дисплей с реrистрацией АР ЛИ 4 25 100 7,2 Типичный режим наблюдения протяженных объектов 4 250 1000 8,5 7.4.3. Отображение РЛИ на дисплее Оптимизация параметров отображения Р ли для соrласования с характеристиками зрительноrо восприятия иrрает важную роль при проектировании рабочих мест операторовдешифровщиков РЛИ, а также при оформлении отчетных документов и донесений по результатам тематической обработки информации. Первая задача, 386 
fлава 7. Обработка и реrистраЦИR радиолокационных изображений касающаяся отображения Р ЛИ на экране дисплея, решается путем использования стандартных (Photoshop, Microsoft Office Picture Manager, Paint и др.) или специа лизированных проrpаммных средств (ENVI, ERDAS, SARScape, PHOTOMOOE RADAR [191, 541, 542,549]), с помощью которых оператор настраивает параметры отображения Р ЛИ в соответствии со своими индивидуальными свойствами зри тельноrо восприятия. Для второй задачи  отображения Р ЛИ на бумажном носите ле должны учитываться усредненные характеристики зрительноrо анализатора, а также параметры конкретных реrистрирующих устройств  принтеров и типа ис пользуемой бумаrи. В данном и следующем подразделах рассмотрен общий методолоrический подход к инст рументальной оценке параметров отображения РЛИ дЛЯ ero визуальноrо восприятия. Этот подход основан на проведенных применительно к оптическому синтезу РЛИ тщательных исследованиях путей оптимизации характеристик записи радиоrолоrраммы на фотопленке, а также реrистрации РЛИ на неrативной фотопленке и их отпечатках на фотобумаrе [145 149*,156*,198]. Измерение характеристической кривой изображения на дисплее или бу мажном носителе. Структурная схема измерения характеристик устройств OTO бражения РЛИ приведена на рис. 7.26. В ее состав входят компьютер, используе мый для формирования файла с rрадационным клином, а также обработки резуль татов измерений, дисплей отображения клина на экране, печатающий принтер, OT печаток РЛИ, фотометр и цифровой фотоаппарат. В качестве проrpаммноrо обес печения можно использовать пакет МА TLAB дЛЯ формирования клина и проrрам му Photoshop для измерения характеристик РЛИ. Роль фотометра может выполнять бытовой экпозиметр, проrрадуированный в, так называемых, «действующих чис лах», соответствующих изменению яркости в два раза (лоrарифмическая шкала). Особо высокой точности измерений не требуется (важны относительные данные) изза разброса характеристик принтера и бумаrи, условий наблюдения (освещенно сти), а также индивидуальных свойств зрительноrо восприятия. Файл Оео TIFF с rрадационным КЛИНОМ Дисплей Принтер Компьютер Фотометр IИфрОRОЙ фотоаппарат Рис. 7.26. Структурная схема измерения характеристик отображения РЛИ Измерения про водятся в следующей последовательности. С помощью про rpaMMbI imwrite(Test,'Testname.tif,'tif) среды MATLAB (или иной) формируют 387 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования файл с rрадационным клином, аналоrичным клину, прилаrаемому к РЛИ, которые помещены в разделе 7.1, но с числом пикселей по вертикали 400...500. Диапазон уровней клина 0...1 ед., шаr декремента входных значений равен 0,707 от макси мальноrо значения, что соответствует шаrу 3 дБ при отображении АР ЛИ или шаrу 1,5 дБ при отображении ЭР ЛИ. Такой шаr совпадает со стандартным фотометриче ским клином, используемым для испытаний фотоматериалов [145]. Файл с клином отображают на экране дисплея. Устанавливают режим работы дисплея  яркость 100 %, контрастность  100 %. С помощью фотометра измеряют яркость ero полей. Строят характеристическую кривую дисплея (в относительных единицах). Далее калибруют цифровой фотоаппарат. Для этоrо фотоrрафируют эк.. ран дисплея (предварительно можно установить чувствительность фотоаппарата 400 или 800 ISO). Полученный цифровой снимок просматривают проrpаммой Pbo toshop, тип изображения  серое (Mode  Grayscale) и с помощью опции Тuсто 2рамма (Histogram) измеряют уровни полей клина (от О до 255), после чеrо сопос тавляют их с показаниями фотометра. После проведенной калибровки фотоаппарат приrоден для снятия характери.. стических кривых друrих дисплеев или данноrо дисплея в пониженных режимах яркости и контрастности изображения. С помощью откалиброванноrо цифровоrо фотоаппарата измеряют также характеристики отражения от полей клина, отпеча.. TaHHoro на бумажном носителе. Детально требования к печати Р ЛИ рассмотрены в подразделе 7.4.4. Характеристики Р ЛИ на дисплее. Радиолокационное изображение на дис.. плее характеризуется следующими параметрами: В/Вшах 1 : I I I I I , I I I I I J . I I . I I I 0,9 шшrшшrшшrшrшшrшшrшrшf-ш-fШ - О, 8 ++ +++ + + .. +46+ .. i ! ! i ! ; i i . о 7 ... -..+_....- .........t.. -......+......- ......+.._- .........+............... -+......-.. ---t-- ___.._+ __ ...._...... I ----- --- , ! ! ! ! ! i ! ! ! 0,6 ш_   +  - +- -- -- t ш  + _шшt      t ш Ш+  ш +--  + - - ! i i i i i i , ! о 5 ...................+...................... +....................+..................+................. ..+........................ +..................... Т"''''''''''''''''''' ......................+.................... , : ; : : : : i ! : 1 . I . I . I . I I I I I I . I I 1 0,4 ......................Т... ....................Т... .............. ......Т.......... T   T T-  .-   t   t   : : : : : : J : : J I I I I . . I . 0,3 ш_шt шш t  ш - t ш - -t- --  '-- --- - +  -t шшt _ш_tш ош I . I 1. I I I : : : : : I : : : О ,2 ш i  - r--- - --- r-- -- 0-- i - --    _OO r  --- i -   -r--   r - - о 1 +_+l  -_.._....+- -.._-+- ...+-+...+... , : I  !!!!! о о 0.1 0,2 0.3 0,4 0.5 0,6 0.7 0,8 0.9 ] А/А шах Рис. 7.27. Зависимость яркости дисплея от амплитуды входноrо сиrнала В] (А)  (Втах  B min ) ( А ) У + B min , ax 388 1) максимальной Втах и минимальной B min яркостями; 2) характеристической кри.. вой (характеристикой), опреде.. ляющей зависимость яркости от амплитуды входноrо сиrнала; 3) масштабом изображения  размером пикселя на экране. На рис. 7.27 приведена ти" пичная характеристическая кри" вая ЖКдисплея при начальных настройках: яркость 100 %, кон.. трастность 100 %. Аппроксимирующая зави.. симость яркости дисплея от ам.. плитуды входноrо сиrнала (от.. мечена на rpафике кружками) характеризуется формулой (7.67) 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений rде y коэффициент контрастности; Втах и B min  максимальная и минимальная яр кости в настроенном рабочем режиме дисплея. В частности, для испытанноrо типа дисплея FLATRON LCD 575LE фирмы LG у==2,7, В тах ==1 и B m in==0,042 (в относи тельных единицах), динамический диапазон изображения (отношение максималь ной яркости к минимальной) составляет D B max/Bmin==23,8. Для рассматриваемоrо случая большоrо HeKorepeHTHoro накопления N Ne xN s размах ( + 3.СКО) флуктуаций яркости на экране значительно меньше общеrо пере пада яркостей на носителе. Поэтому, оценка параметров выходноrо процесса по локальному значению средней крутизны характеристической кривой дисплея дo пустима. Кривые для составляющих контрастной чувствительности РСА при визу альном дешифрировании ЭРЛИ на дисплее в зависимости от нормированноrо уровня мощности на входе и от УЭПР cYMMapHoro процесс а сиrнал+шум приведе ны на рис. 7.28. Числа различаемых rрадаций на дисплее приведены в табл. 7.5. 5 JK,K,gz, дБ I I 5 JK,K,gz, дБ I I I I I I 1 I : а i 12 10 8 6 4 2 а) о O"Jbe , дБ  12  1 О 8 6 4  2 6) о O"se , дБ Рис. 7.28. Составляющие контрастной чувствительности РСА при визуальном дешифрировании ЭР ЛИ на дисплее при числе наблюдений в РЛИ Ne4 и полном числе NNexNs104 (а), а также при Ne4 и N102 (6) В зависимости от УЭПР CYMMapHOrO процесса сиrнал+шум: 1, 1а  суммарные кривые дифференциальной (1) и абсолютной (lа) контрастной чувствительности РСА; 2  составляющая контрастной чувствительности rлаза; 3  флуктуационная составляющая; 4  составляю щая рассеянноrо света; gz  средняя крутизна характеристики реrистратора (пунктир) в отличие от линейноrо реrистратора характеристическая кривая дисплея имеет коэффициент контрастности у==2,7 (вместо единицы). Сравнение rрафиков контрастной чувствительности (разрешаемоrо контраста по суммарному процессу фон+шум) для дисплея с линейным реrистратором показывает увеличение значе ний разрешаемоrо контраста в области слабых сиrналов (до 5 дБ, вместо 1,5 дБ, кривые la). Это вызвано значительно большим уровнем начальной яркости (B min == == 0,042 вместо дК о ==О,ООI). Число разрешаемых rрадаций на дисплее на 20 % меньше, чем для линейноrо реrистратора (см. табл. 7.5). Резко сокращен динамиче ский диапазон входных сиrналов до 14 дБ вместо 23 дБ. Это вызвано возрастанием уровня минимальной яркости и большой величиной коэффициента контрастности. 389 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования в целом, рассмотренный вариант отображения Р ЛИ на дисплее не соrласован с xa рактеристиками зрительноrо анализатора. Соzласование характеристик дисплея с xapaKтepиcтиKQ..М,и зритеЛЬНО20 восприятия р ли. Возможным вариантом соrласования характеристик дисплея и зрительноrо анализатора состоит в том, что на вход дисплея подают не ЭР ЛИ по сле HeKorepeHTHoro накопления, а АР ЛИ, полученное путем извлечения KBaдpaT Horo корня из ЭР ЛИ. rрафики контрастной чувствительности для этоrо варианта соrласования приведены на рис. 7.29. Динамический диапазон воспринимаемоrо Р ЛИ значительно расширен до 30.. .40 дБ в зависимости от требуемой контрастной чувствительности. Расширение динамическоrо диапазона достиrается при практи" чески неизменном числе различаемых rpадаций на экране (уменьшается на 15 %, табл. 7.5), но при этом ухудшается дифференциальная контрастная чувствитель.. ность пропорционально расширению динамическоrо диапазона. IO дК,К, gz, дБ 10 : la : 5  . . : - - . . : - - - . - : - . .. . .  . - . ... .....   - . . . -:- - -- - - -:- . - . . . = ::::. .1::..:: 1::::; !:::) :::.. .i::::::;::::::f... :::1: :;:: 25 ---..-.... --._---------з-j----'--rн--'-_----'----'- -- ЗО ----------: : : : . . ----.:-------:-- t . . . .  35 - - - -. - . - -. -. .. -. -. .. .. .:-. - . - -- -. _.... . . - +. -.. - -.. -. - - -.- I .. 1.'" O : :: ::::: 40 35 ЗО 25 20 15 IO 5 О 5 ane' дБ а) б) 5 О 5 аl1е' дБ Рис. 7.29. Составляющие контрастной чувствительности РСА при визуальном дешифрировании РЛИ на дисплее с реrистрацией амплитудноrо РЛИ от УЭПР cYMMapHoro процесса сиrнал+шум: 1, 1а  суммарные кривые дифференциальной (1) и абсолютной (1а) контрастной чувствительности РСА; 2  составляющая контрастной чувствительности rлаза; 3  флуктуационная составляющая; 4  составляю щая рассеянноrо света; gz  средняя крутизна характеристики реrистратора (пунктир) (число наблюдений в РЛИ N e ==4, полное число наблюдений по площади объекта N==10000 (а) и N==100 (6)) При практическом дешифрировании Р ЛИ на дисплее имеется возможность смещать интервал отображаемых УЭПР на экране в сторону уменьшения с оrрани" чением ярких целей или в сторону уменьшения с наблюдением только ярких целей. Дополнительно можно задать корректирующий коэффициент контрастности для установления оптимальноrо режима восприятия KOHKpeTHoro фраrмента Р ли. Выбор масштаба отображения на дисплее. Разрешающая способность чело.. веческоrо rлаза с расстояния наилучшеrо видения составляет 0,1...0,2 мм. Наилуч шее контрастное разрешение достиrается при диаметре отметки на экране более 1 мм (см. рис. 7.19). Диаметр пикселя на экране дисплеев среднеrо качества 390 
fлава 7. Обработка и реrистраЦИR радиолокационных изображений (1024х768 точек на экран) составляет 0,3.. .0,4 мм, но зернистой структуры изображе нмя на экране не заметно. При отображении Р ЛИ, предназначенноrо для презентаций (требуются наилучшие изобразительные свойства), масштаб вывода на экран должен бьпь равен 1, при котором размер пикселя РЛИ равен размеру пикселя на экране. При выводе РЛИ на экран для целей дешифрирования размер пикселя РЛИ (TO чечная цель) должен быть увеличен до масштаба дО М4:1. При работе с РЛИ без HeKO repeHTHoro накопления (одно наблюдение) или с Р ЛИ, которые после HeKorepeHTHoro накопления подверrались прореживанию (децимации), необходима интерполяция РЛИ (методом раздвижки спектра или иными, например, бикубической интерполяцией с применением проrpаммы Photoshop), чтобы восстановить непрерывность исходной информации, которая теряется при дискретизации сиrнала частотой квантования и частотой повторения, несмотря на соблюдение условия КотельниковаШеннона. YBe личение масштаба более М4:1 не приводит к улучшению дешифрируемости РЛИ, по скольку rpаницы между соседними пикселями Р ЛИ при увеличении становятся раз мытыми, а это вызывает возрастание различимоrо контраста на Р ли. Примеры Р ЛИ, иллюстрирующие рекомендации по отображению информации приведены в следующем подразделе настоящей rлавы, посвященном получению твердой копии Р ЛИ на бумажном носителе. 7.4.4. Получение твердой копии РЛИ на бумажном носителе rрадационные характеристики изображений на бума:жном носителе. Качество изображения на бумажном носителе определяется типом бумаrи (простая, специШlЬ ная или фотобумаzа), а также типом и характеристиками печатающеrо устройства  принтера. Кроме Toro, следует учитывать свойства проrpаммы, с помощью которой выполняется печать изображения (Word, Photoshop, PDF, Powerpoint). В принтерах обычно предусматривается широкий набор режимов работы с разными скоростью печати, расходом красителя и разным качеством печати с учетом применяемой бума rи. Не рассматривая режимы черновой и экономной печати, остановимся на режи мах, обеспечивающих качество печати, приrодное для дешифрирования Р ли. Для этой цели возможно применение универсальной офисной простой бумаrи плотностью 80 r/M 2 , предназначенной для струйных и лазерных принтеров. Ее HeKO торым недостатком является впитывание чернил при печати на струйных принтерах и невозможность добиться rлубокоrо почернения. Более качественные отпечатки по лучают на плотной специальной бумаrе., а также на фотобумаrе. Соответствующие реЖИМЬJ предусмотрены в настройке принтера. Как показывает опыт, при печати на простой бумаrе лучшее качество отпечатков Р ЛИ получается не в режиме «BЫCO кое», а в режиме «фото» с коэффициентом контрастности  raMMa печати 1,8. В соответствии с методикой инструментальной оценки устройств отображе ния, приведенной в подразделе 7.4.3, и с учетом сформулированных рекомендаций по печати были получены характеристические кривые печати на принтере в зави СИМ ости от амплитуды входноrо сиrнала. Они показаны на рис. 7.30 в относитель ной шкале о. ..255 ед. и в нормализованном виде, приведенные к единице. Исполь зовался струйный фотопринтер Epson900. Кривые 1 соответствуют отпечатку на простой бумаrе, кривые 2  отпечатку на фотобумаrе (L'PRO Fotojet lnstant Dry 39] 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Gloss). Кривые для специальной бумаrи проходят между ними. Для сравнения пунктиром показана характеристическая кривая линейноrо реrистратора, paCCMOT peHHoro в подразделе 7.4.2. В, еД. 300 : 250  : : : : : : . : : . . . . " . . . . . 1. . . t . . I t I ::: :L =T l;:J=I I 00 : t 2  : 7 тtшiшi . . '-'(\ 3 ' . . . . . : .tI': : : : : : : 5 О  1:;1'iiiiiii  .. ..... .tI' : :: ::':: О ..... .. .. .. о 0,2 0,4 0,6 0,8 1 а) А/А шах В/В шах 1 : . I . . . . I ......................................................................................................................................&............................................ .... 0,8 -+-+++--! ш_: /f-+ш : : :: : :,-."': : .............................................&..................................................... .......................... ...................................................................................... : : 1: . : : ",: : : 0,6 ++ш : - T;;++-+--+- 1 j  1;11111 о, 4   T/1TTTTT : : 2 : "': : : : : : ............. .................................:L..........................................a.....................a................................................................................ ............. . . "'. . . . . . . : "': : : : : : : -!:;3!-i-!---!---!ш!--!ш .....................................;.......................;....................--:......................................................................................................-t..................... ",. . . . . . . , . "': : : : : : : : : 00 0,2 0,2 0,4 0,6 0,8 1 А/А шах б) Рис. 7.30. Характеристические кривые зависимости яркости (mpажающей способности) отпечатков РЛИ на бумажном носителе, в относительных единицах о.. .255 (а) и нормированные к единице (6): 1  простая бумara; 2  фотобумara; 3  линейный реrистратор (пунктир) (метками показаны измеренные данные) Таблица 7.6. Параметры изображений при отображении РЛИ на бумажном носителе для полноzо числа наблюдений N 100 по площади объекта Параметр Тип бумаrи Примечание Простая Фотобумаrа Минимальная яркость, ед. 36,1 29,4 Относительные единицы Максимальная яркость, ед. 226 245 Коэффициент контрастности 0,55 0,8 Динамический диапазон реrистрации 6,25 8,33 Отношение Bmax/Bmin Число rрадаций ЭРЛИ 7,43 8,6 Контрастная чувствительность ЭРЛИ, дБ 2,1 1,8 Динамический диапазон входноrо сиrнала, дБ 17 18,5 По контрастной чувствительности 3 дБ Число rрадаций АР ЛИ 5,2 7,1 Контрастная чувствительность АР ЛИ, дБ 6 4,75 Динамический диапазон входноrо сиrнала, дБ 27 34,0 По контрастной чувствительности 6 дБ Отображение РЛИ на дисплее Число rрадаций ЭРЛИ 7,3 Контрастная чувствительность ЭРЛИ, дБ 2,] Динамический диапазон входноrо сиrнала, ДЕ 12 По контрастной чувствительности 3 дБ Число rрадаций АРЛИ 10,7 Контрастная чувствительность АР ЛИ, дБ 6 Динамический диапазон входноrо сиrнала, дБ 38 По контрастной чувствительности 6 дБ 392 
rлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений Сплошными линиями показаны аппроксимирующие кривые, которые хорошо соrласуются с измеренными данными, кроме начальных участков большой плотно сти. Аппроксимированные кривые в относительной шкале о.. .255 еД. COOTBeTCTBY ют формуле В == Втах  B min ( А J Y + В . В А mю' тах L ax (7.68) rде А  амплитуда на входе принтера; А шах ==255 ед.  максимальный уровень BXOД Horo сиrнала; y коэффициент контрастности; В шiп И Вшах  минимальный и макси мальный уровни яркости изображения. Нормализованные характеристические кривые вычисляют по формуле в == в ( 1 Bmin J( А J Y Bmin Вmах =  Вшах ax + Вmах (7.69) Сводные данные по параметрам изображения на бумажном носителе и их сравнение с отображением на дисплее приведеНЬJ в табл. 7.6. Анализ приведенных rрафиков и их сравнение с характеристическими кри выми для дисплея показывают, что контрастность и динамический диапазон изо бражения на бумажном носителе значительно меньше, чем для дисплея. Макси мальная яркость изображения на простой бумаrе на 1 О % ниже, чем на фотобумаrе, а минимальная яркость  на 22 % выше, что приводит к падению контрастности изображения почти в 1,5 раза. В связи с этим для выпуска ответственных ДOKYMeH тов следует при печати РЛИ использовать специальную бумаrу, которая по своим характеристикам приближается к фотобумаrе. На рис. 7.31, 7.32 приведены кривые составляющих контрастной чувствитель ности для визуальноrо восприятия Р ЛИ на бумажном носителе в случаях реrистра ции энерrетических и амплитудных Р ли для типичноrо случая четырех наблюде ний в элементе разрешения РЛИ и полноrо числа наблюдений по площади объекта NNe xNs==lOO. Зависимости аналоrичны для отображения РЛИ на дисплее, но зна чения контрастной чувствительности выше, число различимых rpадаций меньше. Динамический диапазон входных сиrналов печати на бумаrе больше, чем у дис плея, что обусловлено меньшей контрастностью характеристических кривых. При печати ЭРЛИ разрешаемый контраст составляет 1,5...2 дБ, а при печати АРЛИ  возрастает до 4. . .5 дБ. Это необходимо учитывать при выборе режима печати в за висимости от сюжета обстановки на Р ЛИ. для типичных сюжетов предпочтителен вывод на принтер АР ли. Значения ярко сти печати Р ли на бумаrе выбирают таким образом, чтобы протяженные объекты с умеренным отражением (rолая почва, трава) имели плотность на отпечатке 0,25...0,35 от максимальноrо уровня белоrо (64...90 ед.). Это соответствует полям 5 (отсчет справа) rpадационноrо клина, который сопровождает приведенные в книrе РЛИ. При таком выборе обеспечивается оптимальная контрастная чувствительность для наблю дения на отпечатках РЛИ положительных (леса, застроенная территория, яркие цели) и отрицательных контрастов (вода, радиолокационные тени от возвышенных объектов). 393 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования bK,K,gz, дБ 5 :..........: : 1:  О . t 1"""r   : t .: ........ 5'' : / i *. : : 3: 2: :\ : : : : :   1 О ", ...'t.,ш.", '" '" ,.,..,.., ['....' ,., ,.,., ...,.,.., 'Т" .., ..". ,., .,..,.."'t.ш., '" .., ,.".... ., '['.". \..... . . , . '\  15 ...... i ......I.....l.......t..............'...\  2 О ..,..,...t.....,..........,..."............ ...'."..+'.............'.".."..i......,...."............1.."....' ... 1 1 .  4   25 .....t.................!.........t............T............,.......... зо o 115 1   а) ()Sle , дБ дК,К,g=, дБ 5  i : . lа.  о ...t..::.+.=.===r.."...."+;:::::..+ 5 ,. i i 1 : ...1'..'......".' . . . 2 . .\   ! i i \ . . . . .   1 О "'. "'T'"" '"" ,.".шшТ'....' '..,,'..,'. ,, ".1".'., "'.,..,.,.,.,.j,., .'..""'.,.',, '.T.'.". \" : j j   z' : 1:..:.:..:..::.1::t:.::..:J..:. i i ! 4 i  2 5 ....T...........t.........1......... i .......... i .......... зо 20 15 10 б) 5 О й".e , дБ Рис. 7.31. Составляющие контрастной чувствительности РСА при визуальном дешифрировании ЭРЛИ на простой бумаrе (а) и на фотобумаrе (6) в зависимости от УЭПР cYMMapHoro процесса сиrнал+шум: 1, la  суммарные кривые дифференциальной (1) и абсолютной (lа) контрастной чувствительности РСА; 2  составляющая контрастной чувствительности rлаза; 3  флуктуационная составляющая; 4  составляю щая рассеянноrо света; gz  средняя крутизна характеристики реrистратора (пунктир) (число наблюдений в р ЛИ N e ==4, полное число наблюдений по площади объекта N==NcxN s == 1 00) JK,K,gz, дБ 10 15 40 зо 10 о ase ' дБ 20 а) /5K,K,gz, дБ 10  5 ,........i.,.,........t.,.........t..,....... . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . .  I О '....'...t.......'....t'..'..'.'..t.......'....i....3 "': I . . .  . . I . . . . . . . . I . . . . I I . . I I . . . . . . . . I . . . . I . . . . . t . . . I . . . I . . . . 15 40 зо о й".()e ' дБ 20 б) 10 Рис. 7.32. Составляющие контрастной чувствительности РСА при визуальном дешифрировании АРЛИ на простой бумаrе (а) и на фотобумаrе (6) в зависимости от УЭПР cYMMapHoro процесс а сиrнал+шум: 1, lа  суммарные кривые дифференциальной (1) и абсолютной (/а) контрастной чувствительности РСА; 2  составляющая контрастной чувствительности rлаза; 3  флуктуационная составляющая; gz  средняя крутизна характеристики реrистратора ( пунктир) (число наблюдений в Р ЛИ N e ==4, полное число наблюде ний по площади объекта N==NexN s == 1 00) 394 
fлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений Выбор масштаба Р ЛИ при печати. Выше были рассмотрены соотношения между полутоновыми rрадациями отпечатка Р ЛИ и уровнем сиrнала, поступающе ro на принтер. Для правильноrо выбора масштаба печати (размера пикселя) pac смотрим физику получения изображения при печати с учетом технических пара метров принтера. Разрешающую способность принтера характеризуют числом пе чатаемых точек, приходящихся на линейный дюйм поверхности  параметр dpi (Dots per inch). В случае чернобелой печати она реализуется путем нанесения на бумаrу черных точек, количество которых в одном пикселе изображения на бумаrе зависит от заданной плотности изображения в данном пикселе. Так, например, ec ли разрешение принтера составляет 1200 dpi, то размер элементарной точки co ставляет 25,4/1200 == 0,021] мм (за пределами разрешения rлаза). Для обозначения пикселя изображения в отличие dpi используют термин ppi (пикселей на дюйм). Пиксель  это элементарная ячейка мозаики изображения [532/Dpi]. Принтер с раз решением 1200 dpi приrоден для вывода полутоновых изображений с разрешаю щей способностью до 300 ppi. Стандартный (по умолчанию в проrрамме Word) размер пикселя изображения на бумаrе составляет 1/100 дюйма или 0,254 мм. Ta ким образом, на каждый пиксель изображения приходится (0,254/0,0211)2 == 144 элементарных пятна, что позволяет отобразить до 145 rрадаций яркостей. Полное количество пикселей по ширине листа А4 (170 мм без полей) составит 670. При таких соотношениях на отпечатке будет заметна пиксельная структура снимка. Применительно к использованию отпечатка Р ЛИ для целей визуальноrо дешифрирования такой размер пикселя является оптимальным, поскольку блаrода ря ассоциативным возможностям зрительноrо анализатора эффективно реализует ся HeKorepeHTHoe накопление по площади однородных произвольной (связной) конфиrурации или периодических структур (опоры линий электропередач). Coxpa няется способность выделения и наблюдения малоразмерных объектов при пользо вании лупой с 2.. .5KpaTHЫM увеличением. Для снижения заметности пиксельной структурь] и улучшения изобразитель ных свойств Р ЛИ следует уменьшать размер пикселя на отпечатке путем ero Mac штабирования. Проrpамма Word позволяет это сделать, меняя размеры изображе ния, помещенноrо в полотно, рамку «надпись» или в таблицу. Следует учитывать, что острота зрения у человека в среднем равна одной yr ловой минуте. При просмотре изображений на дисплее нужно иметь в виду, что дЛЯ РС совместимых мониторов разрешение не превышает 96 ppi. Это обстоятель ство следует учитывать при создании документов, предназначенных только для эк рана, например, компьютерных презентаций, компьютерных заставок, изображе ний для WеЬстраниц и т.д. Просмотр фотоrpафий с изображениями BbIcoKoro качества осуществляется обычно с расстояния 25.. .30 см. Получается, что с TaKoro расстояния можно разли чить точку (пиксель) порядка 0,073...0,87 мм. Зачастую, для выполнения полиrра фических работ предъявляют требования к разрешающей способности исходных материалов 300 точек на дюйм, при которой размер пикселя составляет 0,085 мм. Это означает, что при использовании принтера с разрешением 600х600 dpi на один 395 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования пиксель TaKoro изображения будет приходиться по 4 элементарные точки, а для принтеров с разрешением 1200х 1200 или 2400х2400 dpi  по 16 или 64 элементар ных точек соответственно. Таким образом, каждый пиксель изображения будет в среднем отображаться соответственно пятью, семнадцатью или шестьюдесятью пятью rрадациями  от полноrо отсутствия точек в пикселе (белое поле) до полной заливки (черное поле). В отличие от принтеров, у которых размер элементарной точки постоянный, при обычной типоrрафской печати размер точки изображения изменяется (от 0,05 до 1 мм) в зависимости от яркости исходноrо рисунка. Для исследований микроструктуры отпечатка полутоновых пикселей исполь.. зовалась точечная мира, состоящая из одиночных пикселей с яркостью от 255 ед. (белый цвет, совпадающий с фоном) до О (черная отметка), вид которой представ.. лен на рис. 7.33. Мира имеет несколько полей, сформированных из стандартноrо ВМР файла (Тест N21 в левой верхней части миры) с точечными отметками в один пиксель. Тесты N22N24 уменьшены в 2, 4 и 8 раз, а тест N25 увеличен в 2 раза пу.. тем изменения размера рисунка при вставке ero в документ W ord. При этом про.. rpaMMa Word интерполирует (экстраполирует) размеры пикселя до требуемоrо масштаба. Следует отметить, что в электронной версии документа Word размеры всех тестов одинаковы (273хl00 пикселей) и одинаковым образом MorYT быть экс портированы в проrраммы Photoshop или Paint 1111111111111111111111111 :1111111111111111111111111 ["''''\''.'О '''''''''' ] r :::,""" l [ . .. . ] Тест N!! 3 Тест N!! 4 Тест NQ 2 Тест NQ 5 1111111111111111111111111 Тест NQ 1 . Рис. 7.33. Точечная мира для проверки воспроизведения пикселей при печати РЛИ Диапазон яр костей о.. .255, линейный закон (масштабы тестов: исходный Мl:l (Nl); Мl:2 (N2); Мl:4 (N3); Мl:8 (N4); М2:1 (N5); размер пикселя исходной миры  О,21хО,21 мм) 396 
rлава 7. Обработка и реrистраЦИR радиолокационных изображений Микроструктура фраrментов (начало, середина, конец) тестов миры, отпеча танной на бумаrе, представлена на рис. 7.34. Микрофотоrрафии отпечатков миры получены с помощью цифровоrо USВмикроскопа PolyPower. В табл. 7.7 приведе ны сводные данные по размерам пикселя, среднему числу яркостных rрадаций в пикселе в зависимости от разрешающей способности принтера. .. . . . .;f- . ",,! . -;!. . . . ... .11 Х :/1- ....; . . . .  ..... 11 . 'у -ti' Тест N 1 .. .. 11' ... .. .. . . . , . . ,. JI8 ." ot"  .. . - - . , - е. ...  ..  : . rf' .. ., r .. .. .. .- . ' .  . ..   t.I 'wt .. . . , .JI С ... 1. ,)00  . . ,. .. .. .. ". .. . . ... . . . .' Тест N 2 . . :. .. .. . . . . .  .". ::- .' . . . .. .. -" .1' ..". . . .. . . ... 80А. ." ..,$ -- . . Тест N 3 . . ' . .' "  .- .- .. -. ..  .. . .. . .- -(- . . Тест N 4 . . . 'Yt- ..::. 4 . . . а . . '!f:: .1:- .- Тест N 5 Рис. 7.34. Микрофотоrрафии фраrментов тестов точечной миры (рис. 7.33) Таблица 7.7. Число отобра:нсаемых zрадаций в пикселе РЛИ в зависимости от разрешения принтера в dpi Параметр Размеры пикселя, мм О,254хО,254 О,О85хО,О85 Число rрадаций в пикселе изображения при разрешении принтера: 600 dpi 37 5 1200 dpi 145 17 2400 dpi 577 397 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Рассмотрим некоторые особенности, которые следует учитывать при печати РЛИ. Так же, как и в случае отображения РЛИ на дисплее, имеем две ситуации  печать Р ЛИ дЛЯ презентаций с наилучшими изобразительными свойствами и для дешифрирования, коrда требуется полнота воспринимаемой информации. Для оп ределенности зададим формат листа А4, дЛЯ KOToporo максимальные размеры изо бражения составляют 170х260 мм 2 . Разрешающая способность широко распро страненных принтеров составляет 600 dpi, 1200 dpi и более, что соответствует диа.. метру пятна 0,021...0,042 мм и менее на пределе зрительноrо восприятия с рас.. стояния наилучшеrо видения. Число таких точек на ширину листа бумаrи составит 4050...8100, а по высоте 5500...11000 точек, что приводит к большому объему изображения (22.. .88 меrапикселей). Практика показывает, что без большой поте ри качества можно уменьшить размер РЛИ дЛЯ печати до 1200 точек на строку (не более 2 Mpix для полноrо изображения на страницу). Следует иметь в виду, такие проrраммы, как W ord, Photoshop и ряд друrих, для получения требуемоrо размера отпечатка масштабируют исходное изображение методом квадратичной или бику бической интерполяции. Исходный кадр сохраняется в файле Word и может быть преобразован в исходный размер. Такое свойство не имеет место при преобразова нии файла из проrраммы Word в PDF. Возможности преобразования масштаба при вставке файла изображения в дo кумент Word иллюстрирует рис. 7.35. На нем изображены полутоновая мира с ис ходным размером 300х256 пикселей (рис. 7.35,бд), семь уровней яркости  cpeд няя яркость и по 3 rрадации светлых и темных полей. Размеры полей от 1 х 1 до 6х6 пикселей, а на увеличенном фраrменте миры  до 11 пикселей. Масштабы мир на рис. 7.3 5  от М 1 ,8: 1 до М 1 : 1 о. .."10".....",. "'.'. .. ... .. ': .. .... . . 111 . .... . ... . '-,.. . . .. . ... . . . ... . r'" 111<"111'...."" .."<. ::s'::;;ii ;;: .. , ...:';;'. .. '::: ...:: . а) б) ." в) : ,>:,''':' ..:1IfI ....,'... .. .' ;"...'. д) '",. 11 2) е) Рис. 7.35. Полутоновая мира для про верки возможностей обнаружения и разрешения отметок при визуальном дешифрировании отпечатанноrо на бумаrе изображения: ИСХОДНЫЙ контраст полей относительно среднеrо уровня (25 O от максимальноrо белоrо), темных  100; 50 и 25 %, светлых  100; 200 и 300 % (максимальный уровень); масштабы изображений: а  1,8:1, 6  1:1, в  1: 1,5, 2  1 :3,1, д  1 :6, е  1: 1 о; размер пикселя ИСХОДНОЙ миры (6)  0,21 мм 398 
rлава 7. Обработка и реrистраЦИR радиолокационных изображений При дешифрировании невооруженным rлазом тестовые поля с полным KOH трастом обнаруживаются и различаются при размере пятна на бумаrе, равном 0,13 мм (рис. 7.35,2), для темных, и для светлых полей. Проведенный в данном разделе анализ и рассмотренные методики инструмен тальноrо контроля параметров отображения Р ли позволяет сделать следующие выводы: . при отображении Р ли на дисплее для целей ero дешифрирования должен ис пользоваться весь арсенал средств для соrласования параметров изображения на экране с характеристиками зрительноrо анализатора. На первом этапе об щеrо ознакомления с Р ли и поиска фраrментов для детальноrо анализа целе сообразно на вход дисплея подавать амплитудное РЛИ, которое получено по сле HeKorepeHTHoro накопления первичноrо ЭРЛИ с числом наблюдений '""4 и последующим извлечением квадратноrо корня из отсчетов ЭРЛИ дЛЯ преоб разования ero в АР ли. В проrраммном обеспечении рабочеrо места оператора должны быть предусмотрены возможности изменения масштаба Р ли на эк ране, яркости и контрастности (rаммахарактеристики) РЛИ, а также выпол нения процедур сrлаживания и повышения резкости. Все указанные процеду рь] входят в комплект специализированных проrрамм обработки изображений или MorYT быть выполнены с помощью проrрамм Photoshop, МА TLAB [70, 188]. Дополнительно MorYT привлекаться специальные процедуры HeKorepeHT Horo накопления (в том числе и с использованием вейвлетпреобразований), TeKcTypHoro анализа и автоматической сеrментации, а также измерительные методы дешифрирования, основанные на оценке rистоrpамм распределения яркости изображений по обнаруженным объектам. Кроме сrлаженноrо Р ли может потребоваться первичное РЛИ с одним наблюдением; . изза оrраниченной контрастной чувствительности зрительноrо анализатора и малоrо динамическоrо диапазона средств отображения Р ЛИ необходимо в процессе дешифрирования РЛИ перенастраивать параметры отображения р ЛИ для их адаптации к визуальному восприятию. Эти изменения должны реализовываться при реrистрации подrотовленных частных материалов (фраrментов Р ЛИ) дЛЯ архивирования и формирования отчетноrо документа (доклада). На рис. 7.36 показаны варианты такой реrистрации  обзорноrо Р ЛИ с низким пространственным и радиометрическим разрешениями и, по возможности, с расширенным динамическим диапазоном, РЛИ с повышен ным разрешением, детальные РЛИ, позволяющие классифицировать объекты. Обзорный снимок и ero укрупненный фраrмент (рис. 7.36,а,б) позволяют Bec ти общую идентификацию объектов: морская поверхность, остров, вулкан, цуr волновых возмущений на морской поверхности в верхней правой части снимка, одиночные волновые образования, надводная обстановка. Малые фраrменты РЛИ позволяют выделить на РЛИ характерные объекты (напри мер, движущееся судно с кильватерным следом (рис. 7.36,в), который может быть подчеркнут специальной фильтрацией вдоль следа (motion blur), само судно малоrо тоннажа (рис. 7.36,2), суда различноrо класса (рис. 7.36,д), при чем за малым судном виден длинный кильватерный след; 399 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования "< ) '" ..,;. - - .. .. J!I. " .. -. >,' :. 1(. ." -- ;..*.,; ...,' . *'...... : (> -  -, --".,-  . .. . , - ...." ".,, " ">:;. - ,- -t -.. ;j,>, '> <. \,. ",): ..  ,(.....c ""  . .:: ... -. .  .,.: .  ... . f<' . .- ..\. \. r. . а) б) .: {. ........, '. в) 2) д) Рис. 7.36. Вариация режимов отображения на бумаrе с адаптацией к зрительному восприятию информации (Японское море, о.Осима, РСА «МечКУ»; КА «Алмазl», виток 2024в) . несмотря на стремительное развитие вычислительной техники, производи тельности компьютеров и средств хранения информации сохраняет актуаль ность вопрос об объеме файла отчетной документации, в которую (в том чис ле в электронном виде) требуется помещать множество детальных радиолока ционных снимков с большим объемом меrапикселей. Поскольку выпускаемые документы предназначены для их зрительноrо восприятия, эффективно для снижения объема документа применить сжатие Р ЛИ, преобразуя их из форма тов ВМР, TIFF, GeoTIFF в формат JPEG, который адаптирован к зрительному восприятию полутоновых изображений. Уменьшение размера файла про rpаммой Photoshop в 4...5 раз с качественным воспроизведением снимка обеспечивается при средней степени сжатия с уровнем 7. Приведенные на рис. 7.37 исходное РЛИ в формате ВМР с размером файла 450 Кб и преобра зованное в формат JPEG с уровнем сжатия 2 низкоrо качества и размером 400 
rлава 7. Обработка и реrистраЦИR радиолокационных изображений файла 105 Кб практически не отличаются. При сжатии с уровнем 7 среднеrо качества размер файла составляет 160 Кб. Приведенные рекомендации по сжатию не распространяются на растровые изображения, содержащие rрафи ки, структурные схемы, качество которых при сжатии алrоритмом JPEG сни жается изза появления артефактов.  .. ./.:....:: . , . , . . <.... !".,Ф. ;,>' ...... .... . - )  . . i . ,.\}  ..: .. '. ).  ., . . ':i ' "'.,'>' ,,' s ) . ';'"  .. ".. . \ . . .., -. ..' ':"' .' . > > .  - '.;""11; '.' ,. . t'f j - /"!: ::. ' ::. ,' .- .\ '.,1 . , , .  . /. .. ."\.: . ,.  .  .. :, ;.;:.,  . '\ - . ;. . l" . ,>...  '.  .. . ." \ i" , .' . ",о  ;:.' :  )1:.. ; - t , ' , *' " . (  . . }: . ;.,). .' ," ' :,:/: { :: .,. < 1 )' ".". .: .(":: ._ !k,. j: ( " . ;...."  . , ': . :: i\.  .' '!'.... . .  о'.: 2 E:' .' :р;-":: '1'" -  . .;> ". ..' .....  ".'  (. . .'. :':; . , .:.:;;: "'. а) б) Рис. 7.37. РЛИ размером 0,450 Mpix в формате ВМР, размер файла 450 Кб (а) и преобразованное в формат lPG, низкое качество, уровень 2, размер файла 105 Кб (Пролив rибралтар, РСА «МечКУ» КА «Алмазl», виток 2005н) Полученные таким образом отпечатки фраrментов Р ЛИ и файлы изображений в одно байтовом формате (uint8), помимо использования в отчетных документах, помещаются в банк данных радиолокационной фоноцелевой обстановки в леrко воспроизводимой для про смотра справочной описательной части, прилаrаемой к основной информации в виде комплексных изображений в формате int16 или пла вающем формате для их использования в процедурах инструментальной обработ ки. Удобно также хранение комплексных радиолокационных данных в виде ампли тудных (АРЛИ) и фазовых (ФРЛИ) изображений в форматах uint16 или 16раз рядном GeoTIFF. Фазу в этих форматах записывают как qJuint16 == (qJrad+n)32768/n, rде tprad  значения фазы в радианах в интервале ::I::n. Расширение номенклатуры решаемых задач вторичной обработки радиолокационной ин формации, рассмотренные в rл. 9, неизбежно при ведут к разнообразию режимов отображе.. ния РЛИ на дисплее и бумажных носителях, при оптимизации которых MorYT быть учтены рекомендации, сформулированные в данной rлаве. 401 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 7.5. Характеристики цветноrо и псевдоцветноrо отображения РЛИ в предыдущих подразделах рассматривались вопросы отображения и восприятия MO HOxpoMHoro чернобелоrо изображения. Между тем, современные методы цветноrо отображения радиолокационной информации и цветная печать РЛИ позволяют pac ширить динамический диапазон воспринимаемых радиояркостей и улучшить контра.. стную чувствительность зрительноrо анализатора. В ряде случаев цветная индикация является незаменимым способом представления и анализа получаемых данных. Цветное отображение на дисплее и на бумаrе характеризуется разными прин ципами: на дисплее происходит аддитивное суммирование цветов. Палитра OCHOB ных цветов RGB (Red  красный, Green  зеленый и Blue  синий) и значения ярко сти (Intensity) MorYT быть представлены в виде трехмерной системы координат (определяющей куб цветовых векторов), в которой каждая из координат отражает вклад каждой составляющей в результирующий цвет в диапазоне от нуля до MaK симальноrо значения, paBHoro единице или 255 ед., а яркость, характеризующая оттенки ceporo (три цветовых составляющих, яркост.ь каждой из которых равна 100 %) является множителем этих составляющих. Изображение на бумаrе наблюдают в отраженном свете. Из белоrо цвета BЫ читаются определенные цвета, соответствующие подавлению спектральных co ставляющих широкополосноrо облучения от источника белоrо цвета. Палитра суб страктивных дополнительных цветов СМУК (Суап  rолубой, Magenta  пурпур ный, У ellow  желтый и добавленный для коррекции цветовой палитры черный цвет  Black). Обе палитры RGB и СМУК однозначно связаны между собой, пре образование из одной в друrую происходит автоматически в зависимости от типа отображающеrо устройства. При необходимости возможно формирование про из.. вольных цветовых палитр. Широкий набор цветовых палитр, которые можно применять для вывода Р ЛИ на дисплей, содержится в проrраммах Photoshop, МА TLAB и друrих. Их можно разделить на два класса  совместимых с чернобелой (Grayscale) палитрой и Heco вместимых, имеющих вид радуrи, в которой яркость постоянна, но изменяется со.. отношение цветовых составляющих. При печати выполненных в такой палитре изображений на чернобелом принтере серая палитра будет трудно понимаемой. Это объясняется тем, что вклад цветовых составляющих в яркость изображения разный (уравнение яркости) Еу ==0,3E R + О, 59Ео +О,11Е в , (7.70) rде Еу  интенсивность cYMMapHoro изображения; E R , Ео , Ев  интенсивности цветовых составляющих RGВизображения. Коrда решается задача расширения динамическоrо диапазона при восприятии монохромных Р ЛИ, то применяют псевдоцветную индикацию Р ЛИ. Сложность со.. стоит в том, что палитры, хорошо воспринимаемые в цвете, MorYT исказить rрада.. ционную характеристику при чернобелой монохромной печати РЛИ. Так, напри.. мер, не применима для вывода Р ЛИ при чернобелой печати известная, хорошо 402 
rлава 7. Обработка и реrистрация радиолокационных изображений различаемая в цвете, шкала rлубин и высот, используемая в цветных картоrрафи ческих материалах. Создание оптимальной палитры, которая одинаково или близко воспринимает ся и в цветной и в чернобелой печати, является достаточно сложной задачей. При ближенно она решалась при подrотовке рукописи Книrи к печати, электронная вер.. сия которой использует цветные иллюстрации, в том числе РЛИ в псевдоцветной па.. литре. Такие РЛИ представлены, в частности, на рис. 2.1, 2.26 и 3.7. На практике для вывода Р ЛИ в чернобелом изображении применяют палитру в синих тонах на уча.. стках малой яркости с переходом к зеленому и желтому при увеличении яркости до 100 0/0. Псевдоцветные изображения этих снимков приведены на llветной вкладке в конце книrи (рисунки соответственно Цl, Ц3 и Ц2). Формирование такой палитры леrко реализуется в проrраммах Photoshop, MATLAB и специализированных пакетах, предназначенных для обработки РЛИ. Ожидаемое расширение динамическоrо диапазона РЛИ  в 2.. .2,5 раза (в децибе лах) или улучшение контрастной чувствительности (радиометрическоrо разреше ния) при визуальном дешифрировании РЛИ. Вместе с тем, как уже отмечалось, при псевдоцветной индикации ухудшаются ассоциативные свойства зрительноrо aHa лизатора, что снижает эффективность HeKorepeHTHoro накопления по площади aHa лизируемоrо объекта на Р ЛИ. Кроме задачи улучшения дешифрируемости монохромных РЛИ цветная инди кация может применяться для совмещенноrо отображения материалов поляриметри ческоrо, мноrочастотноrо или MHoroBpeMeHHoro зондирования. Каждый из входяших материалов монохромный, а композитное РЛИ делается цветным. На рис. 7.38 при ведено композитное Р ЛИ вулкана Ключевская сопка, полученное с помощью РСА SIRC/XSAR КК Endeavour в октябре 1994 r. на следующий день после начала из вержения вулкана [522]. Первая фаза извержения характеризовалась выделением ra за, пара и пепла до высоты 20 км, а также двумя лавовыми потоками. Иллюстрация формирования композитныIx Р ЛИ по монохромным составляю щим дана на рис. 7.38 (в чернобелом отображении), а также на рис. Ц.4 и Ц.5 ЦBeT ной вкладки. Монохромные составляющие РЛИ: красный (рис. 38,а и Ц.4R)  L"диапазон rr; зеленый (рис. 7.38,6 и Ц.4О)  Lдиапазон rB; синий (рис. 7.38,в и Ц.4В)  Сдиапазон rB. Композитное однодиапазонное двухканальное РЛИ  Lrr+ LrB приведено на рис. 7.38,2 (чернобелое отображение) и на рис. Ц. 5,6 На Р ЛИ река Камчатка протекает по rоризонтали в центре снимка. На правом склоне вулкана видны два желтозеленых (светлых  на ч/б снимках см. рис. 7.38,в,2) ручейка свежей лавы. Цветовые различия позволяют оценить состояние посевов вдоль реки Камчатка, неизмеримо отчетливее выделяются rеолоrические структуры на склонах вулкана. При преобразовании монохромных составляющих в композитное цветное Р ЛИ серые изображения составляющих преобразуют в RGB (используя, например, Photoshop ), обнуляют ненужные цветовые составляющие, корректируют яркости парциальных РЛИ в соответствии с формулой (7.70), а затем собирают композитное RGB изображения по слоям и сохраняют ero как однослойное цветное в нужном формате (TIFF, JPG и др.). 403 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования . p . . : ,,' . . ,",,"" .."  ", -,. ',,- :.' ;:' ,, ,.:i..i'. ".. ... "< . t, -......'\,. .; . .''1 ... ..., . .,' . n;.  :":>:-::J:: , J ',i п . , ...{.::.. . \'i :-- ... 1;. ..:" ;о} .,'  .",  ". . ." .  . <'.; +.i.t- { J '-:.  . ;/ ?."' J:< . '. Л' '. .S:   h" '.., .. {::,: . . /'  . ;. . а'" . ' ';# W о.., .< .,F-:' ......{..-: f; . . " '.,  :,'" . : .:... \;> :Ф:. :;,1'; . '- . $:, .-",...<:, '-"' " . . .' . . <} '/.'" . . "".'  ...\,;. ,'," '.lI :>.: .):. _ ,it ...... ,,; , '\.;;.. \:, ':.'' ".: : .. ...<... ':f' ' а) б) .. ."  ....;- \:\ ..,. .' . .,"\ 'о ; ;.f; '-:' . ';, , 'sT , . . . ,. . " ; _i'": . .' -;... '. rf. ..... Y.<';'''j: ..."'\;:;" . . :.}.:} . '<. _._.:;'" "'' ,";0-- -: .'  ::-_;OO >-::... ,. (:}: " > .. .<./. ;: >.y ,..,. " '" }' "';,' '"' ) i< rS( .:' ---'1  , ;\ " .,,'" .' .: '""':;. ,  ;.; :. ,': " i . :.' л".. ..,.-' , ф- .; . . ,. :;T . :i\ .., '" {'-  '<1  <М.: . l' ':; .... . />; ::s'; "'. .' . : . ,.. . '''' k "' .:.с._ ..- . , -j (' '... <{;, ,.: ". ',': :-' ""; ... ,: 'З.:. ',,' , . $ '- :-;" .'"\ ,. ...  ,.,\.  . : ..: \ \' .",,,,,> " "';.< .... ,. , '.'Z; :,'. :t.'\. ':"\: . .\' . "'....;: .... ". .:< ' .... . :- ' ", <".' " ".11. . .. .:::;. , '. .: , <.::t '. ', ' в) 2) Рис. 7.38. Композитное (в ориrинале  цветное) и составляющие поляриметрических радиолокационных изображений вулкана Ключевская сопка (Камчатка. Россия), полученные РСА SIRC/XSAR кк Епdеаvош [522]: а  композитное РЛИ; б  Спиапазон rB; в  Lпиапазон rr; 2  Lпиапазон rB Декомпозицию выполняют в обратном порядке, путем сохранения изображений >кдоrо из каналов RGB при обнулении двух друrих. После этоrо делают преобра зание каждой составляющей в монохромное Р ЛИ и выполняют коррекцию ярко 1: монохромных составляющих до 100 %. Использование аппаратнопроrpаммных средств общеrо и специальноrо при нения для работы с материалами радиолокационной съемки позволяет адаптиро" rь параметры отображаемых Р ЛИ к свойствам зрительноrо анализатора и обеспе rь характеристики обнаружения объектов на Р ЛИ, близкие к характеристикам оп.. "aJIЬНОЙ фильтрации по критерию максимума правда подобия. Наличие встроен.. .х процедур измерения параметров Р ЛИ и статистической обработки, а также ДCTB автоматизации процесса дешифрирования в комплексе рабочих мест опера.. )ов позволяет обеспечить высокую достоверность интерпретации данных и опера.. зность получения информации по результатам радиолокационноrо зондирования 
rлава 8 повыЕниЕE ИНФОРМАТИВНОСТИ КОСМИЧЕСКИХ РСА 8.1. Учет влияния нелинейностей в тракте РСА Информативность РСА характеризуется набором основных технических парамет ров и уровнем помех, вызванных различными искажающими воздействиями  ошибками траекторных изменений, нестабильностями трассы распространения и аппаратуры, боковыми лепестками функции неопределенности зондирующеrо сиr нала, а также нелинейностями сквозноrо тракта РСА ИСТОЧНИКИ нелинейностей в тракте РСА Сиrнал, отраженный от местности, характеризуется большим динамическим диа пазоном, определяемым различием УЭПР наблюдаемой местности. Проходя через тракт РСА, сиrнал может подверrаться нелинейным искажениям и оrраничению, определяемым формой амплитудной характеристики аналоrовых устройств РСА или оrраничением разрядной сетки в цифровых модулях синтеза РЛИ. В HeKore рентных РБО влияние нелинейностей сказывается на изменении амплитудных co отношений сиrнала, принимаемоrо от разных участков местности и целей. В РСА влияние таких нелинейностей сказывается при отображении полученных в резуль тате синтеза АРЛИ или ЭР ЛИ (см. rл. 7). В данном разделе анализируются нелинейные искажения радиоrолоrраммы. Их воздействие на выходное изображение rораздо сложнее. Нелинейности приво дят к появлению rармоник сиrнала и комбинационных частот между сиrналами. Действительно, если представить амплитудную характеристику степенным рядом, а сиrнал представлять в виде суммы двух или более синусоидальных составляю щих, то в суммарном колебании появятся степени составляющих входноrо сиrнала U out (t) == (и} sin tp2 + и 2 sin l)J2)n == и}n sin n f/1 + п(и} sin l)Jl )nl и 2 sin l)J2 + ... , (8.1) rде qJ==q:\1)  зависимость фазы от времени; tpl == 0}1 + tplO; l)J2 == 021 + tp20 . (8.2) Здесь 01, 02  KpyroBbIe частоты сиrналов; tpl0, f/J2o  начальные фазы. Степени сиrналов дают rармоники пQl и п02; про изведения составляющих  суммарные и разностные частоты пQt+тQ2 и пOlтQ2. По характеру воздействия следует рассматривать два функциональных звена: 1) радиотракт до фазовоrо детектора приемника. Основным источником ис кажений являются нелинейности амплитудных характеристик усилителя промежу точной частоты (УПЧ), в том числе наличие встроенных в УПЧ оrраничителей сиrналов, необходимых для исключения переrрузки в каскадах усиления; 405 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 2) видеотракт, включающий фазовые детекторы, видеоусилители, аналоrово цифровые преобразователи (АЦП), модули сжатия и восстановления динамическо ro диапазона сиrнала. В РСА первоrо поколения к видеотракту относились фоторе rистраторы радиоrолоrраммы. Влияние rармоник и комбинационных частот разное в радиотракте и видеотрак те. Различие процессов в этих звеньях определяется тем, что в радиотракте нелинейно сти изменяют амплитуду сиrнала" сохраняя ее фазу. В видеотракте нелинейности воз действуют на действительную и мнимую составляющие раздельно, векторная сумма которых формирует комплексный сиrнал с изменениями и амплитуды и фазы. В РСА первоrо поколения использовали оптический синтез апертуры с запи.. сью радиоrолоrраммы на фотопленку с помощью однострочноrо индикатора и бы.. ли сложности получения сквозной линейной характеристики с учетом зависимости яркости индикатора от амплитуды входноrо сиrнала, коэффициента контрастности и чувствительности фотопленки, а также параметров фотопроцесса. В COBpeMeH ных РСА, использующих цифровое сжатие по длительности и азимуту, а также цифровую передачу информации по радиолинии, нелинейности в видеотракте оп.. ределяются амплитудными характеристиками видеоусилителей в каналах действи тельной и мнимой составляющих, разрядной сеткой АЦП, разрядностью радиоли.. нии передачи данных, преобразованиями при сжатии динамическоrо диапазона до передачи и восстановления информации после ее приема, а также разрядностью вычислений при синтезе Р ли. Характерная особенность РСА состоит в том, что выходной сиrнал формиру.. ется путем суммирования мноrих отсчетов входноrо сиrнала  это KorepeHTHoe суммирование после умножения на фазовый множитель. При этом сиrнал от цели суммируется KorepeHTHo, ero ам плитуда умножается на kCXN.H шум приемника на.. капливается HeKorepeHTHo, как .J kc х N х , а сиrналы от друrих целей или элементов фона, смещенных по дальности или азимуту относительно настройки фильтра об работки, дают результат, близкий к нулю. Энерrетические соотношения для фона и целей Процесс, действующий в приемном тракте, представляет собой сложение множества сиrналов, отраженных от облучаемой поверхности, и шума прием ника. Принимае.. мые сиrналы в РСА представляют собой нестационарный процесс, определяемый различным уровнем отражения от подстилающей поверхности разноrо характера, отличающейся по УЭПР, и в разной конфиrурации (море, равнина, леса, rоры, ropo.. да). Для исследований прохождения сиrналов через тракт обычно рассматривают уп.. рощенную стационарную модель отражения от местности (с переменными параметра.. ми для разных ситуаций) или квазистационарную  с малыми неоднородностями. По.. сле оптимизации характеристик тракта для стационарноrо процесса рассматривают явления на резких перепадах входноrо процесса  rpаницах море/суша, наблюдение мощных uелей (мосты, промышленные сооружения, корабли) на слабом фоне. В общем виде модель местности можно характеризовать функцией радиола.. кационноrо рельефа (ФРР)  произвольной неотрицательной функцией, одномер" 406 
rлава 8. Повышение информативности космических РСА ной f/{X), f/{R) или двумерной f/{X,R), rде R  наклонная дальность. Типовая си туация при радиолокационном наблюдении показана на рис. 8.1. Для простоты бу дем рассматривать наклонную, а не rоризонтальную дальность. Влияние нелиней ностей оrpаничено локальными зонами, которые будем называть М2новенной обла стью облучения, как это обозначено прямоуrольниками на рис. 8.1. D I Ц l. 61 11":Цi . Фl :, "1 1::Jj .. () ! Фj .. 1 ........ .. с 4' Рис. 8.1. Типичные объекты и ситуации при радиолокационном наблюдении: Ф 1  «море», с1 1 == о; Ф 2  «озеро», с1 2 == о; Ф З  «луr», с1 з == 0,01 (20 дБ); Ф 4  «лес», с1 4 == 0,032 (15 дБ); ЦI  «корабль», 0"1 == 10000 м 2 ; Ц2  «трактор», 02 == 50 м 2 ; Цз  «лодка», о"з == 50 м 2 (прямоуrольниками аж отмечены положения «мrновенной области <?блучения») Мrновенная область облучения оrpаничена по наклонной дальности длитель ностью зондирующеrо ЛЧМимпульса тp == СТ / 2 , (8.3) а по азимуту  шириной зоны облучения антенны X ant == R2/ Dxant . (8.4) Функцию радиолокационноrо рельефа (ФРР) рассматривают как стационар ную (участки: а  «море», б  «луr») или квазистационарную с локальными Heoд нородностями: включением целей (в, 2) или участков с отличающейся УЭПР (д  «озеро» или е  «лес»), что допустимо, если общая мощность сиrнала от этих уча стков мала по сравнению с мощностью cYMMapHoro процесса шум+фон. Особый случай для анализа представляет существенно нестационарная ФРР на rраницах участков с разной УЭПР, показанная на рис. 8.1,ж. На рис. 8.2 показаны сечения ФРР по наклонной дальности и по азимуту. Для исследуемых явлений суммарный процесс в радиотракте может paCCMaT риваться как нормальный стационарный процесс, спектр KOToporo по дальности определяется суммой спектра процесса, принятоrо от фона местности Sr (ширина спектра равна полосе зондирующеrо импульса , и спектра шумов приемника (с полосой дF'n, которая обычно несколько превышает полосу зондирующеrо импуль са, чтобы не ухудшать разрешающей способности РСА). Спектр процесса по ази муту определяется суммой спектра доплеровских частот сиrнала (Oop) И спектра некоррелированных выборок шума приемника с частотой повторения зондирую щих импульсов Fp (ширина спектра шума п F p ). Вид сечений спектров по даль ности и азимуту для cYMMapHoro процесса в радиотракте представлен на рис. 8.3. 407 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования (70 I ................................................................................. . , , . . , , . 0"0 / //.....---..----....... .........-......--.. '" ......... ) R imp \  R ) 11. XaHt .1\ \ Х 1. .1 а) б) 0"0 I O: R iшр 0"0 / а:\' ;..........-..-.-..-----.....----........)..--.-.......... ............................................................ ................... . . . . . . - , . . X ant Х в) 2) Рис. 8.2. Сечения функции радиолокационноrо рельефа, используемые для анализа прохождения сиrналов через тракт РСА: а  стационарная фрр по дальности; б  стационарная фрр по азимуту; в  квазистационарная фрр с Ma лыми неоднородностями (цель os и провал в уэпр) по дальности; 2  квазистационарная фрр с малыми неоднородностями (цель os и провал в уэпр) по азимуту SR Stn S f+-n Sx /1F Sn 511 t' E: /2 р ( дF Оор б) F p /2 F > а) Рис. 8.3. Сечения спектра процесса в радиотракте по дальности (а) и азимуту (б) Энерrетические соотношения для процесса на входе приемноrо тракта xapaK теризуются мощностями шума, фона и цели, определяемыми уравнением дально сти (раздел 3.4). ЭПР фона ar вычисляют через УЭПР фона а? и площадь MrHo венной области облучения, пересчитанной к rоризонтальной дальности a CTimpR/L а f == . (8.5) 2 Sln Yi D xant По значениям af для фона и a s для цели из уравнения дальности находят отношение фон/шум Qlf и сиrнал/шум Qls на выходе линейной части приемника (см. обозначения раздела 3.4). Эти отношения определят отношения спектральных плотностей мощности шума Sn И cYMMapHoro процесса фон+шум 8 f + n (а также для фона Sr == Sr+n  Sn). 408 
fлава 8. Повышение информативности космических РСА Параметры сиrнала на выходе тракта РСА после сжатия по дальности (kc) и азимуту (N synt ) будем оценивать отношением мощностей на участке фона к мощно.. сти шумов приемника и отношением сиrнал/шум+фон для точечной цели. Отно" шение сиrнал/шум+фон для точечной цели на выходе РСА дЛЯ линейноrо трак.. та РСА имеет вид Q Qs.out ( 8.6 ) s/n +f  D о' Ff + Fn rде Qs.out == QSlkcNsynt  отношение сиrнал/шум на выходе РСА после сжатия им пульсов по длительности и синтеза апертуры. Наблюдаемость фона и, в частности, элементов с малым отражением (<<озе ро») в окружении интенсивноrо фона определится отношением суммарной мощно сти на участке фона к мощности в провале функции рельефа РпО. Энерrетические соотношения для фона можно назвать «динамическим диапазоном по фону», опре деляющим контраст элементов фона на выходе РСА D  l} +o ( 8.7 ) f  р.. ' пО rде Р пО представляет собой сумму мощности шума приемника, доли мощности от соседних элементов фона, попавших в боковые лепестки импульсной реакции РСА, мощности помех от неоднозначности функции неопределенности и продук тов нелинейности. Непинейности в радиотракте РСА Примем, что нелинейность в радиотракте относится только к последнему ero Kac каду, коэффициент передачи KOToporo в линейной части амплитудной характери стики равен 1. Для примера рассмотрим приведенную на рис. 8.4 типичную aM плитудную характеристику при емника (по оrибающей), имеющую линейный участок до 0,7 В, плавно переходящий в оrpаничение (<<мяr кое» оrpаничение) с максималь ным уровнем 1 В. В суммарном процессе, дей ствующем в тракте РСА и вклю чающем шум приемника, фон Me стности в пределах мrновенной области облучения и точечные цe Рис. 8.4. Амплитудная характеристика приемника ли, можно выделить сиrнал от oд ной из точечных целей (или от элемента фона с размерами РХ х РУ) И рассматривать ero прохождение через тракт совместно с суммарным процессом. На входе нели нейности действует случайный нормальный процесс, шум плюс фон, с мощностью (дисперсией) a}+n, амплитуда KOToporo распределена по рэлеевскому закону U out , в 1,25 0,75 0,5 о о 2 3 ит,В 409 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования р(и) == и u2/20}+п 2 е , o"f+n и>о (8.8) о и < О Дисперсия процесса на входе нелинейноrо звена определяется мощностью шума в выходном каскаде приемника и отношением фон/шум (влиянием целей пренебреrаем) ai+n == 0"1 + O" == O" (1 + Qlf ) . (8.9) Процесс на входе нелинейности представим в виде суммы двух составляю щих: малой  сиrнал от цели или элемента фона, и большой, определяемой сум.. марным процесс ом фон+шум. Сиrнал от цели (и от отдельных элементов фона) бу дет меняться по реrулярному ЛЧМзакону. Можно рассмотреть малый отрезок ЛЧМсиrнала с постоянной частотой (или даже с нулевой частотой, Т.е. неподвиж" ный вектор с постоянной фазой). Суммарный процесс будет случайной величиной от отсчета к отсчету. Векторная диаrрамма процесса показана на рис. 8.5. При Ha личии нелинейности в радиотракте изменяется амплитуда выходноrо процесса, а фаза передается без изменений. ..4 .... . .... lЛ и." ### : .. . ##. : .. . ....  ........... U f+11 \ U s . out U шах и.nах .......: U f + n .. .... Uout == U ......... .............. U f + n а) б) в) Рис. 8.5. Векторные диаrраммы процесса шум+фон U f + n разноrо уровня и фазы, сиrнала от цели U s и cYMMapHoro процесса и при наличии нелинейности в радиотракте (оrраничение на уровне Итах): а  rлубокое оrраничение; б  слабое оrраничение; в  оrраничение отсутствует Строrий анализ прохождения сиrналов и шумов через нелинейность может быть выполнен вычислением корреляционных функций входноrо сиrнала путем раз.. ложения их в ряд по полиномам Лаrерра для радиотракта или полиномам Эрмита для видеотракта и представления выходноrо сиrнала в виде рядов [136]. Для случая широкополосноrо сиrнала с последующим суммированием мноrих отсчетов задача упрощается, так как входной процесс для стационарной фрр по азимуту (или даль.. ности) можно аппроксимировать в виде б-функции с шириной 1/oop (или 1/ по дальности), а для квазистационарной  в виде разности б-функции и малой состав.. ляющей, являющейся преобразованием Фурье от дополнения фрр до единицы. Амплитуда цели в каждом отсчете будет изменяться (уменьшаться) обратно пропорционально изменению амплитуды cYMMapHoro процесса на выходе нелиней.. 410 
rлава 8. Повышение информативности космических РСА ности. Амплитуда цели на выходе РСА будет пропорциональна средней крутизне Ms и числу KorepeHTHo накапливаемых отсчетов по дальности kc и по азимуту N synt U s . out == UskcNsynt M s . (8.1 О) Мощность цели .out == QsIM1k; Nt . (8.11) Энерrетические соотношения на выходе РСА при наблюдении цели и KOHTpa стов фона определяются составляющими мощностей цели p s . Otlt , фона Рс, а также мощности шумов Рп, включающих дополнительный шум. Эти составляющие BЫ ражаются через среднюю крутизну и второй момент амплитудной характеристики тракта. Суммарная мощность процесса на выходе РСА после сжатия по длительно сти и KorepeHTHoro накопления по азимуту ut.nl == lf.nl + .nl = Du (1 + Qfl )kcNsynt . (8.12) Мощность шумов, определяющая контраст фон/шум (обнаружение элемента в провале ФРР  «озеро» на рис. 8.2), .nI == (Pf+nDu  lfMnkcNsynt . Здесь Ms  средняя крутизна, вычисляемая взятием интеrpала по частям, { dF(U) } 1 OO J 2 r2/2 М S == М 1 == F ( а f +n r ) r е dr ; dU 2a f + n о (8.13 ) (8.14 ) 00 1 J ( ) 2 r2 /2 Du == 2 F (Jf+n r re dr 2af+n о  дисперсия (мощность) cYMMapHoro процесса на выходе. Окончательно получаем для отношения сиrнал/фон+шум на выходе РСА Q Ps.nl м1 s/f+n.nI == р + Р == Qs/f+n D ' f.nl n.nl и динамический диапазон по фону D == lf.nl + .nl ] f.nl р. м 2 . n.nl 1  s Du (1 + 1/Qfl) (8.15) (8.16) (8.17) Воздействие нелинейности в радиотракте сводится к тому, что изменяется средний уровень передаваемоrо сиrнала (пропорционально средней крутизне Ms) и появляется дополнительный широкополосный шум, вызванный нелинейностью (их сумма с шумом приемника пропорциональна Du). Таким образом, можно сделать вывод, что энерrетические соотношения (контрасты) между целями (а также rpa ницами участков с разной УЭПР) в пределах мrновенной области облучения OCTa ются такими же (с точностью до дополнительноrо шума), как и при отсутствии He линейностей. 4] 1 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Нелинейности в видеотракте РСА В современных РСА основные источники нелинейности в видеотракте определяются разрядной сеткой АЦП и разрядностью вычислений при синтезе РЛИ. Необходимо рассматривать два явления  шумы квантования и шумы оrpаничения. Их влияние за висит от выбора единицы младшеrо разряда (ЕМР) АЦП по отношению к СКО BXOД Horo процесqа СУ и числа разрядов АЦП N ЛDР, определяющих число уровней квaHTOBa ния пЛDР, максимальный и mах И минимальный U min уровни передаваемоrо сиrнала. Рассмотрим амплитудную характеристику АЦП U 2 (U 1 )  зависимость BЫXOД Horo напряжения и 2 от входноrо U 1 , как это показано на рис. 8.6 а. Примем, что минимальное и максимальное значения определяются размахом разрядной сетки, а промежуточные значения  окруrленным целым входноrо сиrнала U 2 ==roиnd(U 1 ). Число уровней квантования п ADp == 2 N АОР . (8.18) и 2 U,(t) ,/11 и 2 и 2 .. .. .. ...... kU 1 ...... ...... и 2 tJ.И и) t , .. .. ......... а) б) Рис. 8.6. Преобразование сиrнала из аналоrовой формы в дискретную: а  амплитудная характеристика АЦП U 2 (U 1 ); б  процессы на выходе АЦП: U1(t)  входной временной процесс, совпадающий с выходным сиrналом при идеальной линейной характеристике (пунктир); и 2 и)  выход АЦП; tJ.U(t)  ошибка дискретизации сиrнала Если уровни квантования сиrнала АЦП расставлены равномерно, то шаr квантования (ЕМР) одинаковый и равен полному размаху 2и mах , деленному на число уровней пЛDР ЕМР == 2и тах / п ЛDр . (8.19) При проектировании АЦП желательно, чтобы при нулевом входном сиrнале на входе сиrнал на выходе АЦП был бы равен нулю, и обеспечивалась симметрия выходноrо сиrнала (что критично при малой разрядности АЦП). Иначе в выходном процессе может появиться зависимая от уровня входноrо сиrнала постоянная со.. ставляющая. Максимальное передаваемое значение будет равно U тах == ЕМР п ADp /2  1 , (8.20) а минимальное 412 
fлава 8. Повышение информативности космических РСА U min ==EMPпADP/2. (8.21) В случае применения бортовоrо синтеза РЛИ с использованием малоразряд Horo АЦП рекомендуется для симметрирования сиrнала на входе процессора син теза оrраничивать минимальное значение сиrнала до уровня, paBHoro по модулю максимальному значению U min ==итax ==(EMPпADP/21). (8.22) Тоrда для 4 или 8разрядных (включая знак) АЦП будем иметь соответственно U тах == и min == 7 или U тах == и min == 127 . (8.23) Таким же образом учитывают разрядность вычислительных процессов при обработке. Аналоrичные соотношения имеют место для сиrнала после синтеза апертуры и детектирования (вычисления модуля). Ошибку дискретизации, равную разнице между входным непрерывным про цессом и ero дискретным представлением на выходе АЦП, можно выразить двумя процессами: шумом квантования (средняя часть кривой д.U(t) на рис. 8.6, б) и ошибками оrpаничения [18]. Если входной сиrнал плавно меняется в пределах раствора амплитудной xa рактеристики АЦП, то ошибка квантования имеет пилообразный характер со cpeд ним значением, равным нулю и размахом + ЕМР/2. При подаче на вход АЦП слу чайноrо процесса ошибка квантования будет также случайным процессом, KOTO рый при а > 1,5ЕМР характеризуется равномерным законом распределения р (и ) == { l/EMP 'и' < ЕМР/2 (8.24) О u < EMP/2 при u > EMP / 2. Мощность шумов квантования ЕМР/2 и2 Емр 2 Р  } du== quant  ЕМР 12 EMP/2 (8.25) Вычислить мощность шумов оrраничения и оценить потери в отношении сиr нал/шум можно, воспользовавшись соотношениями (8.1 O)8.13), с подстановкой в них средней крутизны и дисперсии., вычисленных для реальной амплитудной xa рактеристики видеотракта с учетом плотности распределения нормальноrо процес са. Они приrодны также для произвольной амплитудной характеристики видео тракта, в том числе и дЛЯ АЦП снеравномерным шаrом. Средняя крутизна вычис ляется взятием интеrрала по частям Ms == M 1 { dF(UJ } = 1 ОО } dF( и) е и2/2(/ du = 1 OO } F( u )ие и2/2п2 du ,(8.26) du a .J 2п du аЗ .J 2п   rде F(u)  амплитудная характеристика видеотракта. 413 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Дисперсия выходноrо процесса определяется следующими соотношениями Du =M2{F(u)}MI{F(u)}2, (8.27) rде М 1 и М 2  первый и второй моменты амплитудной характеристики 1 ОО ! 2 / 2 М 1 {Р ( u )} == F ( u ) е и 2а du; a .J21i oo (8.28) 00 M2{F(u)}=  f F(u)2eu2/2fI2du. а 2п oo (8.29) Полученные соотношения позволяют вычислить потери на нелинейность в радиолокационном тракте. Для случая наблюдения цели на фоне местности (<<TpaK тор» на рис. 8.1) потери (в децибелах) вычисляют по следующей формуле: LS/f+n =101g(M1/Du). (8.30) Для цели в провале фрр (<<лодка» на рис. 8.1) [ l} ( M )] /n ==101g 1+ Рn l Du . (8.31 ) Энерrетические потери из-за оrраничения сиrналов Формулы (8.30) и (8.31) справедливы и для расчета потерь на оrраничение в радио.. тракте при подстановке в них значений A1s и Du, вычисленных по формулам (8.14) и (8.15). Зависимости потерь при обнаружении цели на равномерном фоне (шумах) L s / f + n И В про вале фрр L s / n от отношения СКО cYMMapHoro входноrо процесса к уровню оrраничения в радиотракте приведены на рис. 8.7. L S , дБ 3,0 . ЮК О 4 1,5 3 2,5 2,0 1.0 1 2 ЮК о 0.5 О О 2 3 (J'f-t-t/ U Inax Рис. 8.7. Зависимости коэффициента передачи К/КО, потерь L s / f + n при обнаружении целей на равномерном фоне и потерь L s / n для обнаружения цели в провале функции рельефа от отношения СКО cYMMapHoro входноrо процесса к уровню оrраничения в видеотракте: 1  идеальный оrраничитель; 2  реальная амплитудная характеристика с «мяrким» оrpаничением (см. рис. 8.4); 3, 4  реальная амплитудная характеристика при отношении фон/шум 3 дБ (3) и 5 дБ (4) 414 
fлава 8. Повышение информативности космических РСА Для оценки потерь, вызванных квантованием сиrнала в видеотракте, на рис. 8.8 приведены зависимости ЮК О и потерь в отношении сиrнал/фон+шум L s / n при изменении уровня CYMMapHOrO процесса на входе АЦП  отношения СКО CYM MapHoro процесса среднеквадратичноrо значения ()f+n К единице младшеrо разряда АЦП. ИЗ rрафиков следует, что при выборе уровня входноrо сиrнала ()f+n > 1 ,5. ЕМР потери не превышают 0,2 дБ, что и рекомендуется для соrласования выхода при.. емника со входом АЦП. На рисунке пунктиром показаны rраницы динамическоrо диапазона по фону. Он составляет для 4разрядноrо АЦП ......,10 дБ (значения ()f+n В диапазоне (1,5.. .4,8)ЕМР). Потери отношения сиrнал/шум в про вале функции рельефа не превышают 0,2 дБ. Аналоrичные кривые для больших уровней входноrо сиrнала и разной раз рядности АЦП приведены на рис. 8.9. На нем стрелками отмечены rраницы реали зуемоrо динамическоrо диапазона по фону при заданных потерях L s / n . O5 К/КО О О 2 3 4 5 7 а/ЕМР Рис. 8.8. Зависимости коэффициента передачи К/КО и потерь L s / n при обнаружении цели в провале функции рельефа от отношения СКО cYMMapHoro входноrо процесс а к ЕМР АЦП (пунктиром отмечены rраницы динамическоrо диапазона по фону для 4разрядноrо АЦП) Ls, дБ 2,5 : К/КО . ................................... ..? ...? ..? ... .I??...l............ 2,0. : : . . . . 1 ,5 1,0 .... О О 1 10 100 LOOO а/ЕМР Рис. 8.9. Зависимости коэффициента передачи К/КО и потерь Ls на квантование и оrраничение от уровня сиrнала на входе АЦП 415 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования в локальных областях в пределах мrновенной площадки облучения передаются естественные отношения контрастов для участков фона (<<лес», «луr») и целей с по правкой на шумы приемника и дополнительные шумы, вызванные нелинейностями. Ухудшение условий обнаружения таких ярких участков и целей на равномерном фо не не слишком велико (те же 1,8 дБ). Дpyroe дело  обнаружение слабоrо фона (<<озеро») и целей (<<лодка») в окружении интенсивноrо фона. Там появление помех с уровнем 51 % от окружающеrо фона может значительно превысить уровень собст BeHHoro шума и привести к падению контрастов суша/вода в несколько раз. На рис. 8.1 О приведены зависимости энерrетических потерь при наблюдении цели (<<лодка») на шумах в провале фрр (<<озеро») вблизи участков интенсивноrо фона от уровня входноrо сиrнала. Уровень шумов приемника на входе АЦП а п == == 1,5ЕМР. Из rpафиков следует, что при большом динамическом диапазоне значений УЭПР фона необходимо применение АЦП с большой разрядностью (8 разрядов). L S , дБ 215 . АЦП ] ,5 ] ,0 : 8 разрядов 2,0 0,5 О О 10 20 30 CYf/CY n , дБ Рис. 8.10. Зависимости потерь обнаружения цели на слабом фоне в окружении интенсивноrо фона от уровня входноrо сиrнала при разной разрядности АЦП Соrласование амплитудных характеристик радиотракта и АЦП В заключение раздела о влиянии нелинейностей в тракте РСА на характеристики выходноrо сиrнала отметим, что в нем рассмотрены механизмь] взаимодействия и математический аппарат оценки энерrетических характеристик сиrналов на BЫ ходном Р ЛИ. В рассмотренной функции радиолокационноrо рельефа наиболее чувствительной является ситуация наблюдения «лодки» на «озере». Впереводе терминов, применяемых для мониторинrовых задач дзз, задачи видовой разведки соответствуют обнаружению объектов техники на лесных просеках, дороrах в ущельях, окруженных rорными массивами, малых судов в фиордах и прибрежных rорных районах. Как было отмечено ранее, в обоих устройствах  радиотракте и видеотракте возможно оrраничение сиrналов. Потери на оrраничение в радиотракте меньше, чем в видеотракте, так как высшие rармоники сиrнала отфильтровываются в УПЧ и остаются только комбинационные частоты. Поэтому при соrласовании xapaктe ристик радиотракта и видеотракта целесообразно выбирать максимальный уровень АЦП больше, чем размах выходноrо сиrнала приемника. Наличие участка «мяrко.. 416 
fлава 8. Повышение информативности космических РСА ro» оrраничения в приемнике способствует сжатию динамическоrо диапазона сиr налов при приеме сиrналов от сильно отражающих объектов. Это эквивалентно применению АЦП с переменным шаrом и позволяет дополнительно расширить ди намический диапазон сквозноrо тракта. Рекомендуется поддерживать уровень шу ма на входе АЦП ()n  1,5ЕМР, при больших уровнях входных сиrналов, вызы вающих оrраничение, целесообразно применение цифровоrо АРУ в приемнике с включением в состав служебной информации устанавливаемых значений усиления (для радиометрической калибровки тракта). Пример корректировки оrраничения сиrналов в приемном тракте РСА приведен в разделе 11.6. Ряд особенностей имеет выбор положения нулевоrо уровня сиrнала в АЦП. Необходимо выполнение двух условий: чувствительности к сиrналам малоrо ypOB ня (шумов приемника при минимальном усилении УПЧ) и стабильности BЫXOДHO ro значения для нулевоrо входноrо сиrнала при изменениях окружающих условий (температуры, напряжения питания и др.). Первое условие rарантирует отсутствие «лысых мест» на РЛИ в местах перепада контраста местности, а второе обеспечи вает контролеспособность сопряжения аналоrовой и дискретной частей тракта РСА при наземной отработке и эксплуатации аппаратуры в полете. Для оптимизации параметров сквозноrо тракта РСА с учетом нелинейностей амплитудных характеристик звеньев можно использовать рассмотренные выше формулы, а также методы моделирования преобразований сиrналов в РСА, изло женные в rл. 10. В современной практике проектирования космических РСА используют АЦП с достаточно большой разрядностью (68), однако для уменьшения потока переда ваемых данных применяют адаптивные методы сжатия информации или уменьше ние разрядности передаваемых данных до 2, 3 и 4x разрядов (Р ALSAR [316, 467]). Выбор варианта зависит от конкретной задачи радиолокационной съемки. Ряд публикаций обосновывает возможность применения однобитовоrо KBaH тования (только знак сиrнала [462]). Однако этот случай относится к кодированию выходных сиrналов АФАР с цифровым формированием ДНА, rде происходит суммирование сиrналов от большоrо числа приемопередающих модулей. В резуль тате формируются отсчеты квадратурных составляющих сиrнала, записанные с большой разрядностью. 8.2. Подавление помех неодноэначности по дальности РСА Как было отмечено в подразделе 3.6.3, неоднозначность по дальности может про являться при про ведении. радиолокационной съемки у дальней rраницы полосы об зора с увеличением уrла визирования, при котором ширина ДНА по уrлу места не обеспечивает отстройки от соседних ложных откликов неоднозначности по даль ности. Возможно подавление ближайших ложных максимумов по дальности путем череспериодноrо изменения направления ЛЧМ зондирующих импульсов. Эта опе.. рация приводит к расширению ложных лепестков отклика по дальности до YДBoeH ной величины длительности импульса (в 2kc раз) и уменьшению амплитуды при 14---------1492 417 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования мерно в J2kc раз при сохранении объема ложных лепестков, что является свойст вом функции неопределенности. Изменение формы импульсноrо отклика РСА по казан о на рис. 8.11. ." '. о 8 11 ..! 0,8 j 0:4 . .ф,: '.;A::...."{' ......._ j ' I /' ..: /  ,4J)';$///1!4' 1.........- / О . ...... "':.J,::ф,... j \...... о ..Ш;: /1// . 30 l: :.... ,:..I'AC9 {х l: 4"'" о о /fiy {х а) б) Рис. 8.11. Уменьшение амплитуды ложных максимумов отклика на РЛИ путем череспериодноrо изменения направления ЛЧМ зондирующих импульсов: а  исходная форма отклика; б  чередование направления ЛЧМ Рассмотренный метод снижения помех неоднозначности по дальности приме ним для режимов РСА, предназначенных для обнаружения компактных объектов на слабо отражающей поверхности, например, контроля надводной обстановки, обнаружения айсберrов. Для задач наблюдения протяженных поверхностей, Ha пример, суши, этот метод неэффективен, так как на Р ЛИ отношение сиrнала к по мехе от смещенных на рекуррентную дальность участков будет близко к единиuе. Возможен метод снижения помех неоднозначности по дальности путем псев дослучайной череспериодной модуляции (рандомизации) зондирующеrо сиrнала, например, введения фазовой манипуляции на [О,п] или фазововременной модуля ции по случайному закону с восстановлением коrерентности принимаемоrо сиrна ла для каждой из временных зон рекуррентной дальности, попадающих в ДНА по уrлу места. Этот метод, не уменьшая мощности помехи, позволяет раскоррелиро вать ложные изображения, сводя помеху к простому увеличению шума, со сниже нием спектральных составляющих в рабочей области. Для подавления остаточноrо раскоррелированноrо шума неоднозначности можно применить HeKorepeHTHoe Ha копление РЛИ с увеличением размеров элемента разрешения. Использование из вестных процедур фильтрации спеклшума, не подавляющих точечные цели (Ha пример, алrоритм О'"фильтрации), может привести к получению РЛИ, приrодноrо для дешифрирования при решении определенных задач, например, ледовой раз ведки. Вид радиоrолоrраммы и импульсноrо отклика при использовании рандоми зации сиrналов приведен на рис. 8.12 и 8.13. Следует иметь в виду, что обычно ложные отклики по дальности расфокусированы по азимуту и имеют меньшую aM плитуду, чем rлавный максимум, но большую длительность. 418 
fлава 8. Повышение информативности космических РСА 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 О '))))):»> = ««(( \U ", . : I '! )1»») = <{«((_ , ' '. r JJ))) = ««C_ Il' I )» = ««((@ lf 11)\ )»))>> = «<1((119, 50 100 150 200 250 300 а) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 О (dl. , , 't=i,_:OO tq8J»») = «««:«1« 1(( ,U ..)t ;',.1rrr'т . \j)}1 M\W",'WJi"s- 50 100 150 200 250 300 б) Рис. 8.12. Вид радиоrолоrpамм сиrналов от точечной цели, принятых с разных рекуррентных зон дальности: а  без рандомизации; б  с применением случайной череспериодной манипуляции фазы О,П и восстановлением в центральной зоне 1- 0,8- 06. , 0,4- 0,2",J.,: {, O.  \. _ ' , . ':11, t:' ..f!, .' "';,, ". 80 'о , I 0>' 250 tRO"OO);X а) 1 08- , 0,6-. Z:i  " ,,' ,," ,1.<1'" :.'.;':, ':",'::' '.:', .......,;, О' ,-".\."" ,,,p,i.,I;.'" 1"'//":'1. , ' 80 ,. .i,..,,"1 """" ,,1"-- . 0 "" 2  50 .. ,,' \, ,:,  I  60 "0 ,,,,-I'I- ,,;"0""""' 2 ''''''''' 00 t R 40'." . .;1, .' ..>00150 f ' O 'oo50X б) Рис. 8.13. Вид импульсноrо отклика РСА при использовании рандомизированноrо зондирующеrо сиrнала: а  без рандомизации; б  с применением случайной череспериодной манипуляции фазы О,П На рис. 8.14 дано сравнение РЛИ с неоднозначностью по дальности, приве денноrо в подразделе 3.6.3 (рис. 3.26), с применением рандомизированноrо зонди рующеrо сиrнала. Область ложноrо изображения однозначно опознается как лож ная, а после пороrовой обработки обнаруживаются суда в акватории, которые на исходном снимке были замаскированы помехой неоднозначности. На рис. 8.15 приведена модель РЛИ дЛЯ случая расширением полосы съемки в четыре раза по отношению к стандартному режиму и применению рандомизиро BaHHoro зондирующеrо сиrнала. Показана одна из парциальных рекуррентных зон. Чтобы восстановить изображения в друrих зонах кодовую последовательность Ma нипуляции фазы принятоrо сиrнала смещают на число периодов повторения, COOT ветствующее временной задержке до данной зоны съемки. 419 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ,." I " ,H" ' .. . . ,о' 41i1x' . .  .. .' ',' 'io  ,.,. ...; .' " . ' ,   '\  -j>?" '>.... ", а) -,0\ . ". j:" , 1'," ,'" . ..: "" .. ",-,,;.., б) ..' . .. -, 6) Рис. 8.14. Применение рандомизации зондирующеrо сиrнала для подавления неоднозначности по дальности: а  Р ЛИ, полученное в обычном режиме; б  вид Р ЛИ при использовании случайной фазовой манипуляции сиrнала; в  область, пораженная помехой, после пороrовой обработки (увеличено по rоризонтали) :f;,. : . . ,':f. ...:с.. . . . . :v . . ':' J  .'.' ;,' ....."4 ......... .: '  . : . .<::. '. " .К  .;; , " $ , ' .  . ,. .i.> '11«, ;.,.,':    .&...f.. .if . .. ' ') . it. <> ...z....... :':'., \ а) б) 6) Рис. 8.15. Моделирование применения рандомизации сиrнала для расширения полосы съемки: а  исходное Р ЛИ (Ладожское озеро, РСА «МечК))); б  модель Р ЛИ с четырехкратным наложением pe куррентных зон и восстановлением в одной зоне; в  результат сrлаживания восстановленноrо Р ЛИ 420 
rлава 8. Повышение информативности космических РСА При проектировании современных РСА применяются цифровые формирова тели опорных частот и сиrналов. Это позволяет предусмотреть в каталоrе сиrналов полный набор вариантов для подавления неоднозначности [243*,244*,440*]. В проекте двухрежимноrо РСА [298] для преодоления неоднозначностей сиr налов предложено применить сложный зондирующий сиrнал, представляющий co бой пачку ЛЧМрадиоимпульсов с полосой 1...2 мrц, смещенных по несущей час тоте, следующих с высокой частотой повторения, которая обеспечивает однознач ность сиrналов по азимуту. Период следования пачек выбран из условия однознач ности сиrналов по дальности. Суммарная полоса сиrнала составляет около 100 мrц. Принятые антенной и усиленные малошумящим СВЧусилителем сиrналы поступа ют на мноrоканальный блок смесителей, rде они с помощью смещенных по частоте rетеродинов преобразуются в набор сиrналов с одной промежуточной частотой для их усиления в мноrоканальном приемном устройстве. РСА с высотой орбиты КА 650...750 км должен обеспечивать в широкозахватном режиме полосу съемки 700...800 км с разрешением 100 м. Предусмотрена специальная обработка MHoroKa нальноrо сиrнала с формированием «усредненноrо» разрешения по азимуту. В дe тальном режиме луч антенны сужают по уrлу места до полосы съемки 1 о. . . 15 км и обеспечивают разрешение 3. . .5 м. Число приемных каналов 5. . . 10. 8.3. Подавление помех неоднозначности по азимуту в РСА BbIcoKoro разрешения Вопросам снижения помех от азимутальной (доплеровской) неоднозначности по священо MHoro публикаций (см., например, [1 06 108, 11 о, 111, 170, 171, 367, 368, 412, 4] 7]). Основные выводы, сделанные в этих работах, состоят в том, что MorYT рассматриваться методы подавления помех при наблюдении мощных компактных целей типа «постоянных отражателей» (permanent scatterers), в частности, судов на морской поверхности. К рассмотренным методам относится адаптивная фильтра ция с применением концепции «идеальноrо» фильтра и компенсацией артефактов, место которых рассчитывается по обнаруженным в rлавном лепестке мощным OT меткам от компактных целей. Друrая возможность снижения уровня ложных лепе стков неоднозначности по азимуту связана с улучшением разрешения по дальности в детальных режимах съемки, что требует расширения полосы зондирующеrо сиr нала. Это сопровождается двумя явлениями, вызывающими падение уровня боко вых лепестков при их расширении по азимуту и дальности [109, 113]: 1) частотная зависимость уrлов неоднозначности синтезированной антенной решётки от длины волны несущеrо колебания, приводящая к относительному pac ширению доплеровскоrо лепестка по азимуту; 2) проявление миrрации дальности, вызывающее расширение лепестков ази мутальной (доплеровской) неоднозначности по наклонной дальности. Рассмотрим эти явления. На рис. 8.16 показана синфазная синтезированная антенная решетка из N+ 1 элементов, сформированная из радиоrолоrраммы точеч ной цели после компенсаuии набеrа фазы [109]. Шаr решетки равен VT p . Диаrрам 421 
Радиолокационные системы землео6зора космическоrо базирования ма направленности такой решётки имеет побочные максимумы (лепестки), уrловое положение которых определяется условием . q A q c Sln а == == q 2VТ p 2VТp/o' (8.32) rде А  средняя рабочая длина волны излучаемоrо сиrнала; с  скорость света; /о  несущая частота сиrнала; q + 1, 2, ...  порядок побочноrо дифракционноrо лепестка. п==О п==N/2 Рис. 8.16. Вид синфазной синтезированной антенной решётки. Образование лепестков неоднозначности Ширина rлавноrо лепестка (qO) при боковом обзоре определяется известной формулой да о "'" A/2La , rде La  длина синтезированной антенны, оrpаниченная шириной луча антенны радиолокатора по азимуту. Ширина боковых лепестков для узкополосных РСА (м' / 10 < 1/2qN) близка к ширине rлавноrо лепестка. Расши рение полосы зондирующеrо сиrнала, например, посредством применения ЛЧМ, приводит к отклонениям направлений ложных азимутальных лепестков в течение импульса относительно направления при средней частоте /О. в результате ложный лепесток расширяется, а амплитуда ero падает. для широкополосноrо сиrнала, реализующеrо высокое разрешение по наклонной дальности PR ==с/2Ы?, ширина лепестка неоднозначности по азимутальной координа те определится суммарным эффектом (суммирование в квадратурах) от исходной ши рины для узкополосноrо РСА и расширением от широкополосноrо сиrнала дХ q  7 1+( qN  J ' (8.33) rде Ro  наклонная дальность цели; N  число импульсов в апертуре. В соответствующее число раз, определяемое квадратным корнем в формуле (8.33), уменьшается амплитуда лепестка неоднозначности. Число суммируемых импульсов N в апертуре космических РСА измеряется TЫ сячами, что обеспечивает снижение уровня лепестка неоднозначности на 1 О. . .20 дБ даже при относительно узкополосном зондирующем сиrнале ("-J20...40 мrц в BЫ деленных для космической радиолокации диапазонах волн). Число KorepeHTHo Ha капливаемых импульсов в синтезированной апертуре при работе с азимутальной неоднозначностью можно выразить через число ложных максимумов N q в ДНА 422 
rлава 8. Повышение информативности космических РСА N ':::!. L а == R;t  VТ p 2Dt ( N q / 2 + 1 ) , rде Dxant  rоризонтальный размер антенны радиолокатора; N q  2( 2VJ;, / Dxant  1)  (8.34 ) число лепестков неоднозначности в азимутальной ДНА. Эффект влияния миrpации дальности поясняет рис. 8.17 [368]. Каждый отсчёт радиоrолоrpаммы представляет собой отражённый сиrнал от полоски местности, размер которой по наклонной дальности определяется размером элемента разре шения PR == c/(2), а протяженность вдоль линии пути  размером следа азиму тальной ДНА радиолокатора. На рисунке показаны области приема отраженных сиrналов на местности, содержащие точку фокусировки (с) синтезируемой апер туры, для начальноrо (А) и конечноrо (В) положений радиолокатора на участке траектории АВ. А х Рис. 8.17. rеометрия формирования импульсноrо отклика при наличии миrpации дальности в течение времени пролета следа ДНА комплексные сиrналы от точки С CYM мируются В фазе, скомпенсированной фильтром обработки, и дают отклик с aM плитудой, равной NxU cmax (для простоты полаrаем форму ДНА прямоуrольной). Сиrналы от остальных точек в дуrовых секторах, смещенные по доплеровской час тоте, подавляются при суммировании вдоль апертуры, кроме точек доплеровской неоднозначности. Точки неоднозначности суммируются в фазе вдоль направления АР (или BQ), отклоненных на yrол a q от направления на точку С, и сиrналы от них будут фиксироваться в азимутальных положениях радиолокатора в точках О' (O' в элементах дальности, отличающихся от Ro, R'==RAsin(a A aq); R"==RBsin(a B +a q ), (8.35) 423 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования rде R A == R B   Rg +(La / 2)2  расстояния от rpаниц синтезированной апертуры La до точки С (А С и ВС); а А == а в == arcsin(2R o / La)  уrлы наблюдения точки С из rраниц синтезированной апертуры. В результате образуется вытянутый по дально сти отклик, длина KOToporo определится разностью д R == R" R I  PQ . COOTBeTCT венно уменьшается амплитуда ложноrо лепестка в Kq раз PQ R"R' 2R A sina q cosaA К ==  == == (8.36) q PR PR PR ДЛЯ РСА со средним разрешением по дальности PR >P Q миrрация дальности не влияет на форму и уровень лепестков неоднозначности. Импульсный отклик космическоrо РСА среднеrо разрешения (10 м) и BbIcpKoro разрешения (2 м) при ведены на рис. 8.18. Частота повторения взята равной 300 rц вместо обычных 1500 rц (пятикратная азимутальная неоднозначность). rоризонтальный размер ан.. тенны равен D xant ==10 м, шаr азимутальных отсчетов  VT p ==25 м. 1 . 0,8 I 0,6 . .. . g:,,<Е#\;Ч -JI/I I '\jllllf ,: О <,<{'-';).."'" '-,- }j,Jt1t)!:!!(..__,. 60 -1. ;il!/'.''Л ;: .: J!llIiiji:J.j'U/i""" j f;f;f:;.> ' 70 t 50" .. :-:..1,' ',. . 60 R 40 l O  .'jf{l!/f1,.!i/ "  r:':i.f!;/З -:" 4 '': 0 50 ,. jU 20 1:.:t.!!;;:..::.i"20 30  'х '" О О 10  1jl . О)  О '.. '. "1 ', I ,111111" ""<;;::.::"""" .>...............  . ................... 60 ...... .111111 11" t 50 40' .... .::;::;:.....': '. '.. ", 50 60 70 RlOo'O l020/x а) б) Рис. 8.18. Вид импульсноrо отклика РСА при азимутальной неоднозначности: а  РСА срепнеrо разрешения PR 1 О м, помехи неоднозначности :::; 5 пБ; б  РСА высокоrо разрешения PR0,75 м, помехи неоднозначности :::;зо дБ, D xant ==10 м, Р р ==300 rц, ,,1==10 см, R o ==1000 км, миrрация дально сти дR==12 м в узкополосном РСА (см. рис. 8.18, а) лепестки азимутальной неоднозначно сти ниже rлавноrо лепестка (на 5 дБ и более). Это объясняется тем, что для прямо уrольной ДНА выход оптимальноrо фильтра имеет треуrольную оrибающую с oc нованием, равным удвоенной ширине азимутальной ДНА. Для РСА высокоrо разрешения PRi"'ooJO,75 м (полоса сиrнала др 200 мrц) MaK симальный уровень боковых лепестков составляет минус 30 дБ (см. рис. 8.18,6). ДЛЯ РСА с промежуточным разрешением по наклонной дальности PRi"'ooJ2 м уровень помех неоднозначности ниже минус 20 дБ. Приведенные цифры свидетельствуют о целесообразности использования в РСА космическоrо базирования этоrо метода подавления неоднозначности (наряду с друrими) для расширения полось] обзора в области больших уrлов падения и повышения оперативности наблюдения, хотя бы в экспериментальных режимах мониторинrа чрезвычайных ситуаций. 424 
rлава 8. Повышение информативности космических РСА На рис. 8.19 показаны артефакты на РЛИ, вызванные азимутальной нео) значностью. Разрешение РЛИ по наклонной дальности составляет PR",,1 м. Ради лоrрамма по азимуту по сравнению с обычным маршрутным режимом съемки . зывается прореженной в N q раз. Поэтому для получения разрешающей способн( РЛИ по азимуту, равной половине rоризонтальноrо размера антенны, необход при синтезе Р ЛИ применять интерполяцию сиrнала на виртуальную частоту вторения, с тем, чтобы шаr отсчетов соответствовал теореме Котельникова для нозначной передачи спектра доплеровских частот. Методы такой интерполя близки к применяемым для синтеза РЛИ в прожекторном режиме съемки или в жиме двойноrо приема. ....! -: I ,:  ) , < ,t., , .: -( . / ! {: . Рис. 8.19. Вид артефактов на Р ЛИ двух целей, смещенных по азимуту (5 км) И дальности (50 м): полоса зондирующеrо сиrнала F==150 мrц (по rоризонтали отложен азимут, по вертикали  наклонная дальность) Кроме рассмотренных выше были предложены методы адаптивноrо пода) ния (редукции) помех доплеровской неоднозначности посредством фазовой комс сации фраrментов артефактов, реализуемой дифференциальной интерферомеТРI ской обработкой комплексных РЛИ [112, 367, 368]. В частности, в этих работах r тверждена эффективность указанных методов для случая наблюдения компакт) целей. Применительно к наблюдению пространственно распределенных повер стей выиrрыш в снижении интеrpальноrо уровня неоднозначности не преВЫll ",3 дБ. Важным преимуществом предложенных в этих работах методов является что повышение информативности РСА реализуется путем обработки получаеl 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования информации, не усложняют построения бортовой аппаратуры и MOryT использовать ся в расширенных режимах работы космических РСА. ДЛЯ ряда задач расширение полосы съемки в РСА путем снижения помех He однозначности по азимуту имеет преимущества по сравнению с рассмотренными в предыдущем разделе методами подавления неоднозначности по дальности. Это обусловлено тем, что при работе на больших уrлах падения с увеличенной полосой съемки выбор частоты повторения, rарантирующей азимутальную однозначность, приводит к появлению нескольких рекуррентных зон дальности. Принятый сиrнал от любой из них создает помеху для всех остальных зон. В расширенной зоне за хвата возникают «слепые» области в моменты излучения зондирующих сиrналов с длительностью импульса супрессии прием ника. Особые преимущества имеет pe жим с подавлением помех неоднозначности по азимуту в космических РСА KOH троля надводной обстановки, для которой основным объектом наблюдения являет.. ся слабоотражающая морская поверхность с оrраниченными участками прибреж ной суши, примыкающей к морской поверхности, произвольно по азимуту и даль.. ности с образованием артефактов в зоне облучения наблюдаемой поверхности уз.. ким азимутальным лучом. 8.4. Методы расширенной обработки радиолокационных изображений Используемые в современной практике тематической обработки радиолокационных снимков проrpаммные пакеты предназначеНЬJ для выполнения набора операций, включающих импортэкспорт данных космических РСА дЛЯ ДЗЗ и охватывающих всю номенклатуру работавших на орбите РСА, начиная с РСА SEASA Т. Эта задача облеrчена стандартизацией форматов получаемых данных, а также сопроводитель ной служебной информации (стандарты CEOS [460,464, 502, 557, 558]). Общая тенденция состоит в том, что пользователь, как правило, получает ro товые изображения в требуемых режимах съемки и параметрах (уровнях) обработ ки и решает свои прикладные задачи с применением перечисленных проrраммных пакетов. По мере освоения и внедрения космических информационных технолоrий в практическую деятельность реrиональных служб землепользования, эколоrическо ro контроля и в сферу образования Kpyr решаемых задач расширяется и возникает потребность преодолеть оrраничения специализированных пакетов с привлечени ем универсальных проrраммных средств обработки изображений (Photoshop, MATLAB и др.). Результаты развития методов тематической обработки радиоло кационной информации реrулярно публикуются в трудах конференций по ДЗЗ в России и за рубежом (ИКИ, ИРЭ, IGARSS, EUSAR и друrих). Особые перспективы имеет использование комплексных радиолокационных изображений. Целесообраз.. но расширение функций, используемых в проrраммных пакетах, предусматривая в них возможность расширенной обработки РЛИ, в том числе с применением среды MATLAB. 426 
fлава 8. Повышение информативности космических РСА к расширенным методам обработки радиолокационных изображений OTHO сятся рассмотренный в rл. 6 метод локальной автофокусировки, использование мо" делирования преобразований сиrналов РСА при тематическом дешифрировании РЛИ (см. rл. 9). В ряде случаев целью обработки является повышение достоверно.. сти извлекаемой из Р ЛИ информации  подтверждение, что наблюдаемые образо вания на снимке принадлежат реальным объектам, а не артефактам, вызванным ис кажающими воздействиями. Ниже приведен частный пример обработки КР ЛИ для устранения артефактов функции отклика РСА. Так, например, в целях устранения помех от «крестов» функции импульсноrо отклика можно применить двухмерную круrовую аподизаuию спектра изображе ния или же повернуть направление крестов в сторону от дешифрируемоrо объекта (рис. 8.20). ,. .  .> а ';' ":"' '.'. ." J.. .:".j. :'1: !. .'" .: .i::'-- .' h !..' d с 11%', '--.с<:. ..:. "х.\ . ,1< .:1,... .. .:j ... . . . . ) е ,:,., . f ,.,.... 4 ... . ..... ',' Рис. 8.20. Применение специальной обработки для улучшения дешифрирования РЛИ: а  исходное изображение с артефактами; Ь  имитированная сцена с одной сильной и четырьмя слабыми (зо дБ) целями; с  стандартная процедура обработки, слабые цели не обнаруживаются; d  2D rayccoBo взвешивание, кресты исчезают, слабые цели обнаруживаются, но не разрешаются; е  обработка с прямо уrольным взвешивающим окном И, повернутым относительно осей азимут дальность, слабые цели обна руживаются и разрешаются 8.5. Сжатие потока данных, передаваемых по радиолинии в современных высокоинформативных РСА узким местом является линия переда чи информации, пропускная способность которой оrраничивает объем инфор мации, которую можно передать на пункт приема и обработки информации. Обыч но, поток данных, поступающих с аналоrоцифровоrо преобразователя (АЦП) в режимах с метровой и субметровой разрешающей способностью значительно превышает скорость передачи данных. Так, например, при периоде зондирования 250 мкс (частота повторения 4000 rц), частоте квантования 300 мrц, 8бито 427 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования вом квантовании действительной и мнимой составляющих сиrнала и скважности записи сиrнала 40 % (полоса съемки 15...20 км) требуемый поток передачи ин формации составляет 1920 Мбит/с (меrабод). Типичная пропускная способность одноrо канала линии передачи данных составляет 256...512 Мбод. Время сброса информации с низкоорбитальноrо (до 1000 км) спутника на один наземный пункт приема не превышает 8 мин за один сеанс связи при 1 2 сеансах в сутки. Для соrласования потоков на борту КА устанавливают буферные запоминающие YCT ройства, а также применяют кодирование выходной информации с преобразовани ем ее до 2х4 бит на отсчет радиоrолоrраммы, а в экспериментальных режимах снижают разрядность кодирования до двух или трех бит. Для увеличения времени передачи информации на наземные пункты используют спутникиретрансляторы на rеостационарной орбите. В принципе снижение потока передаваемой информации может быть достиr.. нуто применением синтеза РЛИ на борту КА с передачей на землю только ампли тудноrо РЛИ. Однако при этом существенно снижается ценность получаемой ин формации с невозможностью использования ее для интерферометрической обра ботки, которая необходима в современных условиях и для идентификации земных покровов., и для выявления изменений в оперативной обстановке в районах наблю дения. Поэтому в структурной схеме РСА должно быть предусмотрено сжатие pa диоrолоrраммы, обеспечивающее снижение потока выходных данных. Как показывает анализ, известные технолоrии JPEG, эффективно применяе мые для сжатия «rладких» оптических изображений, имеющих спектр, плавно спа дающий в области высоких частот, малоприrодны для сжатия радиоrолоrрамм с их близкой к прямоуrольной оrибающей спектра. Для сжатия радиоrолоrрамм ис пользуют метод блочноrо квантования с плавающей точкой BFPQ (Block Float Point Quantization), а также алrоритмы блочноrо адаптивноrо квантования (BAQ  Block Adapted Quantization), модернизированный (fuzzy) FBAQ, блокадаптивный векторный ВА VQ и друrие, позволяющие разделить радиоrолоrрамму на участки (блоки), измерить и записать среднее значение коэффициента передачи по блоку в формате с плавающей точкой и записать информацию о сиrнале с меньшей разряд ностью [246, 255, 256, 262, 376, 437, 463, 476]. Обычно сжатие данных реализуют путем снижения количества уровней KBaH тования цифровоrо сиrнала по амплитуде, что позволяет кодировать данные MeHЬ шим количеством бит на отсчет. Применять сжатие ко всей радиоrолоrpамме цели ком нецелесообразно, так как это может привести к потере информативности сним ка, например, если подстилающая поверхность в кадре является сильно HeOДHOpoд ной. Поэтому алrОРИТМЬJ сжатия должны основываться на разбиении цифровой pa диоrолоrpаммы на блоки, rде диапазон амплитуд в пределах блока данных HaMHoro меньше, чем динамический диапазон всей первичной информации. При этом необ ходимо знать статистические параметры распределения сиrналов. Структурные схемы основных алrоритмов сжатия представлены на рис. 8.21. Выполняется разбиение данных на блоки для косинусной (действительной) и си нусной (мнимой) составляющих, которые имеют rистоrpаммы, близкие к распре 428 
rлава 8. Повышение информативности космических РСА делению raycca с нулевым математическим ожиданием. Для каждоrо из блоков вычисляют среднеквадратичное отклонение, значения блока данных кодируют 2.. битовым квантователем. В алrоритме блока адаптивноrо квантования определяют степень отличия распределения в блоке данных от распределения raycca, оценивая среднеквадратичное отклонение для блока данных. Это позволяет правильно раз личать закодированную первичную информацию от возможно ошибочной первич" ной информации. В блокадаптивном векторном преобразовании передается адрес вектора из «книrи векторов», которому соответствуют с минимальной ошибкой за кодированные данные в блоке. Здесь качество выходной информации зависит от co ставляемой «книrи векторов». В методе DCTBAQ квантованию предшествует дис кретнокосинусное преобразование ДКП (Digital Cosine Transfonnation), а в инфор мации кодируются коэффициенты, полученные в процессе преобразования. Дис кретнокосинусное преобразование задается формулой l ( ( I )  пjk Fk== 10+ l) I N L...Jf;.cos, kE{O,l,...,N}. 2 j=1 N (8.37) Первичная информация к о Д и Р О В А Н И Е Разбиение на блоки БАК (BAQ) Векторное квантование ..... .2.Q 111 / ОТС чет..... д Е К О Д И р О В А Н И Е Обратное векторное квантование ОБАК (IBAQ) Сборка данных Радиоизображение Рис. 8.21. Алrоритмы методов сжатия первичной информации РСА 429 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Качество Р ЛИ, полученных с помощью РСА ESAR и ERS 1 при передаче ин формации с дискретностью 6 и 5 бит/отсчет и сжатия ее до 2 бит/отсчет, оценива лось следующими параметрами: отношением сиrнал/помеха (искажения), макси мальным уровнем боковых лепестков (УБЛ) и их интеrpальным уровнем (ИУБЛ). Результаты применения описанных методов сжатия представлены в табл. 8.1 [476]. Наиболее эффективным алrоритмом сжатия является алrоритмом блочноrо адап тивноrо BeKTopHoro квантования ВА VQ, обеспечивающий наименьший уровень боковых лепестков отклика. Таблица 8.1. Парам.етры качества изобра:нсения в результате применения нескольких методов с:нсатия радиоzолоzраммы Метод Отношение Разрешение, УБЛ, ИУБЛ, сжатия сиrналпомеха,дБ азимут / дальность, м дБ дБ Данные E..SAR: Без сжатия  4,6 / 2,9 25,45 13,96 BAQ 11,69 4,6 / 2,9 24,42 13,99 DCTBAQ 2,09 4,6 / 2,9 18,34 9,65 BAVQ 11 ,94 4,6 / 2,9 24,69 15,15 FBAQ 8,00 4,6 / 2,9 23,63 15,19 Данные ERS 1 : Без сжатия  27,7 /20,2 23,45 13,09 BAQ 8,77 27,7 /20,2 23,42 13,29 DCTBAQ 5,17 27,7 /19,9 [ 8,40 9,81 BAVQ 9,56 27,7 /20,3 23,02 13,39 430 
rлава 9 СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ТЕМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ 9.1. Цели, задачи и методы тематической обработки радиолокационной информации в настоящее время задачу формирования радиолокационных изображений по MaTe риалам космической радиолокационной съемки (действительных, комплексных, по ляриметрических, в разных диапазонах волн, с различным пространственным разре шением от долей метра до сотен метров) можно считать практически решенной. Совершенствование аппаратуры космических РСА направлено на повышение оперативности раДИt)локационноrо наблюдения до долей часа, расширение частот ных диапазонов вверх и вниз (до метровых волн с использованием видеоимпульсных РСА), миниатюризацию аппаратуры, увеличение пропускной способности средств доставки' инфорm.ции потребителю. Про водятся также разработка и совершенство вание новых методов радиолокационноrо зондирования, например, мноrопозицион ной радиолокации, подповерхностноrо зондирования, обнаружения опасных волно вых явлений в океане, создания архивов и банков радиолокационных данных фоно целевой обстановки. Совершенствование аппаратнопроrpаммных средств получе ния радиолокационных изображений (первичная обработка) ведется преимущест венно в направлении повышения быстродействия вычислительных средств для co кращения временных затрат на получение радиолокационных снимков. Целью вторичной, тематической обработки радиолокационной информации космических РСА является извлечение из материалов радиолокационной съемки содержательной информации об объекте съемки для ее практическоrо использова ния конкретными потребителями [12,61,78, 165, 167,2] 1,212,242,301, 484]. Co временные технолоrии компьютерной обработки космических снимков предусмат ривают комплексное использование материалов радиолокационной, оптической и ИКсъемки, архивных данных, картоrpафической и метеоролоrической информа ции. Процесс обработки включает процедуры автоматическоrо сеrментирования изображений, классификации основных типов объектов (дорожной сети, rидроrра фии, растительноrо покрова, инженерных сооружений), а также детализаuию типа объекта (распознавание) до уровня, требуемоrо конкретными потребителями. В процедурах распознавания РЛИ используют классические алrоритмы cpaBHe ния с эталонами по вектору информационных признаков в метрическом пространст ве [238]. По мере развития методов дистанционноrо зондирования, усложнения ап паратуры, набора опыта дешифрирования космических снимков от разных датчиков изменяется состав информационных признаков, повышаются точности идентифика ции объектов и оценки их параметров. При этом остается актуальной проблема оп 431 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования тимальноrо выбора пространства признаков с учетом доступных для использования первичных данных: их типа, параметров, цены информационных продуктов, дости raeMoro экономическоrо эффекта от получаемой конечной информации. Ценовая политика зарубежных поставщиков радиолокационной информации заключается в том, что задается цена на базовый продукт в стандартных режимах съемки, одинаковая на маршрутное РЛИ (Path Image  SGF или SGX) и на КРЛИ (Single Look Complex  SLC), цена двух поляризаций (rr+rB или BB+Br) возрастает на ,,-,5,6 %, а четырех поляризаций  на 50 %. Так, дЛЯ РСА Radarsat2 по состоянию на 2008 r. цена базовоrо РЛИ с разрешением 3 м составляла 5400 долл. США, с раз решением 8 м  3600 долл. США (одно наблюдение) и 4200 долл. США (несколько наблюдений), с разрешением 25 м  3600 долл. США. Цена РЛИ (КРЛИ) с четырьмя поляризациями с разрешением 6 или 25 м составляла 5400 долл. США [564]. Цена архивных снимков ERSI/2, ENVISAT/ASAR с разрешением 30 м со.. ставляет 400 евро, с разрешением 75 м (ENVISAT)  75 евро. Цена заказных сним.. ков ENVISA Т/ ASAR 600 евро при заказе за 15 сут, 900 евро  за 8 сут и 1600 евро  особо срочные (за 3 сут). Информация предоставляется на СDдисках или по ИН тернету. При заказе больших пакетов с повторной съемкой, в том числе дЛЯ ИН терферометрии предоставляются скидки [559]. Практикуется передача радиолока ционной информации в реrиональные центры обработки в рамках доrоворов о co вместной деятельности по отработке методов интерпретации Р ЛИ и извлечения научной информации о планете Земля [75, 147,378 и др.]. Условием эффективной орrанизации процесс а тематической обработки pa диолокационной информации является формирование банков эталонов, удовлетво ряющих возрастающим требованиям по детализации типов объектов и надежности распознавания для военных и rражданских областей применения. Особая ситуация касается мониторинrа катастроф, наиболее связанных с опасностью эколоrических бедствий. Роль радиолокационноrо зондирования здесь особенно велика блаrодаря их всепоrодности и измерительным свойствам. По мнению специалистов НИИКАМ в этих случаях должен реализовываться принцип «наилучших доступных технолоrий» с внедрением в системы rражданскоrо при менения технолоrий, имеющихся в военном секторе [29]. Совершенствование средств вторичной обработки радиолокаuионной инфор мации направлено на развитие инструментальных технолоrий идентификации, oцeH ки состояния и выявления изменений в объектах наблюдения, автоматизации про цесса тематической обработки, включая автоматизацию составления высокоточных крупномасштабных топоrpафических карт по данным радиолокационной съемки, создание каталоrов и банков эталонной информации по земным покровам и объек там для их автоматической идентификации и классификации. Развитые компьютер ные технолоrии, дополненные априорной информацией об оперативной обстановке и материалами от дрyrих датчиков, расширяют возможности методов визуальноrо дешифрирования с выбором наиболее подходящих проrpаммноалrоритмических средств и их модификации к конкретно решаемым задачам [29, 75, 120, 491]. Важ ным аспектом является стандартизация информационных продуктов, методик фор мирования банков данных и тематической обработки информации [89]. 432 
rлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... Разрабатываются технолоrии точноrо измерения rеометрии инженерных co оружений, зданий, дорожноrо покрытия для проrноза аварийных ситуаций, обес печения строительных работ, технолоrии выявления изменений в оперативной об становке для сопровождения поисковоспасательных работ, количественные MeTO ды оценки объемов природных ресурсов (биомассы, водозапаса), объемов заrряз нений в задачах эколоrическоrо мониторинrа и мониторинrа катастроф, оценки послерубочной и пироrенной динамики лесных массивов и т.д. Выходной продукт обработки, как правило, представляет собой картосхемы в векторной форме с соответствующими обозначениями и пояснениями. Для случая индикации движущихся целей выпускаемые материалы MorYT дополняться Форму лярами с измеренными параметрами движения. Для решения рутинных задач зем лепользования, мониторинrа растительноrо покрова, rеолоrическоrо картирования, построения карт рельефа широко используются проrраммные пакеты для обработ ки изображений (растровых данных) ENVI, ERDAS, SARScape, PHOTOMOOE Radar и др. Должно обеспечиваться выполнение следующих операций: 1) импортэкспорт С поддержкой форматов данных, включая CEOS ERS, CEOS RADARSAT, CEOS SIRC/X, ENVISAT/ASAR, PALSAR, TERRASARX и друrих, а также преобразование типов данных  амплитудных и комплексных изо бражений, включая наборы для интерферометрической обработки, радиоrолоrрам мы (Raw Data); 2) преобразование растровых данных, включая операции с файлами данных (суммирование, вычитание, умножение и др.), вращение, отражение, интерполяцию, повторную дискретизацию изображений, изъятие и включение фраrментов для синтеза тестовых сцен; 3) rеометрическая коррекция и при вязка к местности снимков РСА (rеокодирова ние, орторектификация, rеореференцирование); 4) формирование цифровых моделей рельефа интерферометрическим методом; 5) выявление изменений в наблюдаемой обстановке методами некоrерентной об работки и дифференциальной интерферометрии разновременных снимков; 6) улучшение качества радиолокационных изображений путем подавления спекл шума, апертурной коррекции, повышения резкости (edge detection), применения TeK cтypHoro анализа; 7) статистический и спектральный анализ изображений с применением процедур БПФ, ОБПФ, амплитудноrо взвешивания и фазовой коррекции, БПФинтерполяции; 8) визуализация входных данных и выходных 2D и 3D продуктов с оптимизацией масштабов и яркостной шкалы под условия дешифрирования; 9) документирование результатов обработки и параметров создаваемых про дуктов. Преимущества использования таких пакетов для обработки радиолокацион ных снимков состоят В том, что кроме простоrо отображения растровой информа ции в виде файлов GeoTIFF они обеспечивают координатную поддержку с привяз кой К системе позиционирования GPS, а также (в ряде случаев) радиометрическую калибровку радиолокационных изображений по служебной информации, постав ляемой в комплекте с изображениями. 433 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Одна из продуктивных современных концепций извлечения полезной инфор мации из материалов радиолокационноrо зондирования заключается в paCCMOTpe нии ансамбля радиолокационных датчиков как мноrопозиционной информацион ной системы MIMO (Multiple Input Multiple Output) RADAR [403]. Эта концепция позволяет оптимизировать требования к элементам информационной системы и использовать все доступные методы анализа данных (некоrерентные, KorepeHTHbIe интерферометрические, пространственновременная обработка и т.д.). Для интерпретации Р ЛИ природных площадных объектов с локальными He однородностями, включая линеаменты, используют нейросетевые подходы, которые позволяют проводить автоматическую сеrментацию Р ЛИ с использованием про странственных взаимосвязей между ero пикселями [237]. Сеrментация и классифи кация Р ЛИ может выполняться, например, с использованием нейронных сетей Koxo нена [345, 366], обладающих свойством формировать самоорrанизующиеся карть] Кохонена с автоматическим выделением статистически значимых свойств входных данных (самообучение без учителя). Идентификацию каждоrо пикселя РЛИ прово.. дят по результатам анализа ero ближайших окрестностей (на матрицах 3 х 3, 5 х 5, 7х7 и более). Важным аспектом является выбор информационных признаков в каждом пикселе  интенсивность, значения ее производных, различные преобразования (Фу.. рье, вейвлеты). Эти признаки используют как входные значения нейронной сети, причем выход нейронной сети в данной процедуре определяют для каждоrо цeH тральноrо пикселя. Технолоrия применения TaKoro подхода к информации от РСА Radarsar 1, ERS2, Envisat для определения зон затопления после наводнений приве дена в работе [237]. Этот метод был интеrpирован в качестве сервиса в InterGrid инфраструктуру, объединяющую ресурсы ряда орrанизаций Украины, России, Китая и ЕКА и доступны для использования [237, 525]. В качестве мощноrо инструментария для идентификации наблюдаемых явле.. ний используют моделирование радиолокационных изображений на основе анали за радиофизических процессов взаимодействия радиоволн с подстилающей по.. верхностью и объектами. Этот метод применяется для оценки топоrрафии шельфа, ветровых воздействий на морскую поверхность, динамики ледовых образований и др. [92, 114, 162*]. Данная rлава не претендует на изложение всех аспектов тематической обра.. ботки материалов космической радиолокационной съемки. В ней дан краткий об зор областей применения космической радиолокационной съемки с анализом фак" торов, которые влияют на определение требований к разрабатываемой бортовой и наземной аппаратуре, выбор рабочих режимов, обеспечение качества выходных информационных продуктов. Изложенный материал основан на опыте разработки радиолокационной аппара.. туры землеобзора авиационноrо и космическоrо базирования и проведенных экспе.. риментальных исследований действуюших образцов аппаратуры, накопленный кол.. лективом ОАО «Концерн «Bera» в кооперации со специалистами ОАО «ВПК «НПО машиностроения», ИРЭ РАН, ИКИ РАН, ИО РАН и друrих орrанизаций, ПрОВОДЯ щих исследования методов радиолокационноrо зондирования по материалам, полу.. ченным с помощью отечественной и зарубежной аппаратуры. 434 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... Применительно к разным направлениями использования радиолокационной информации рассмотрены: 1) конкретные задачи, решаемые в рассматриваемой области применения радио локационной съемки; 2) уточнение информационных признаков и искажающих воздействий; 3) рекомендации по выбору параметров рабочих режимов РСА ДЛЯ решения KOH кретной задачи. 9.2. Формирование банков радиолокационных портретов объектов наблюдения 9.2.1. Исходные материалы, получаемые самолетными и космическими РСА BbIcoKoro разрешения Применение автоматических методов интерпретации РЛИ требует создания банка радиолокационных портретов объектов наблюдения [19]. Одно из важнейших Tpe бований, предъявляемых к ним,  простота адаптации к режимам обзора, условиям наблюдения и параметрам Р ЛИ, получаемым с помощью конкретных РСА. Воз можно также применение методов математическоrо моделирования с разделением объекта на отражающие элементы  фацеты и решение электродинамической зада чи. Однако этот путь достаточно трудоемок и требует уточнений на основе экспе риментальных данных. Для формирования банков РЛпортретов применительно к РСА космическоrо базирования целесообразно использовать КР ЛИ с высоким пространственным раз решением (метры и доли метров), получаемые с помощью самолетных РСА или космических РСА, в том числе с применением съемки в режимах «сверхразреше ния» (см. раздел 4.2). В статьях [50, 67] изложены методика и примеры получения данных для банка РЛпортретов авиационной техники с помощью самолетноrо РСА «Компакт 100» 3CM диапазона волн, имеющеrо пространственное разрешение 1,5...3 м. В ходе ис следований особое внимание уделялось сквозной калибровке тракта РСА. Типовые радиолокационные и оптические изображения самолетов в различных ракурсах приведены на рис. 9.1, а на рис. 9.2 даны значения ЭПР дЛЯ отдельных самолетов и усредненные по типам значения ЭПР. Отмечено, что ЭПР самолета AH20 при ви де с носа СУ == 1300... 1400 м 2 превышает ЭПР ИЛ  7 6 с ракурсом 45 о (су,...., 500 м 2 ). К сожалению, уrлы падения в проведенных измерениях составляли 81...850, что He типично для космических РСА. В статье [68] приведен метод формирования РЛпортретов объектов техники, полученных по проrрамме MST AR (Moving and Stationary Target Acquisition and Recognition). Рассмотрен метод подчеркивания в РЛИ контраста между cocpeДOTO ченными отражателями объекта и распределенной окружающей поверхностью. Метод основан на взвешенном суммировании степеней отсчетов амплитуды и про изводных амплитудноrо распределения. Вид исходноrо набора РЛИ (танк T72) дЛЯ формирования эталонов с вариацией ракурсов через 50 приведен на рис. 9.3. 435 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Исходные материалы для составления банка РЛпортретов объектов и образ цов подстилающей поверхности должны храниться в виде комплексных РЛИ, при.. веденных к единому масштабу по координатам вдоль и поперек линии пути. Должна быть обеспечена их радиометрическая калибровка. Требования использо.. вания КР ЛИ BbIcoKoro разрешения обусловлены необходимостью адаптации этих материалов для их применения в радиолокационной аппаратуре разных классов, с наличием средств автоматическоrо распознавания объектов наблюдения. i:' . :, Щ '.- ::" ::. ',.!" " ": - .$ : : , ' :,' f у -t  'У , .-:...:."{ . :.., i'- .  t c:  ( .' .J! J "0 "\.. !..;   .  .:.Н > . . а) б) в) 7) д) Рис. 9.1. Типовые РЛпортреты (вверху) и оптические изображения (внизу) авиационной техники различных ракурсах: а  вертолет МИ6; б, в  самолет ил 76; 2, д  самолет AH26; ракурсы съемки: а, б, 2  вид С носа; в, д  с хвоста (самолетный РСА «Компакт 1 00» [50]) SUln(A * А) SUln(A*A) . . . . .. ...... ........... ........... ......... ............. ............. 2000 Hiii___. 21 111035 щ-i----iiJ-i []  21  11361 О 1800 _o____oo_i_________i___o___ooo. 21 112248 щ. - щ  i Щ  } - -i--  _00.  +. .=_.0 _ о - --0- --- -- 1600 ----- --- f--------W-------f- ---  -- -f-- . --f - --  - 1400     . . . . .. ...................T....................r...............................................,.....................,................................... 12 00 .______:______oo ._----:- -. _o: -: -  -- -----    o    _  о     p_[] __ . ___ _. _0_  о __ .. __ _  __.  _ _..  __ 1 000  a1 t t  800 i _      i        i  .  i     i         !:::I:::I:::::::::I{::  :::::::: 00      6 МИ8 МИ6 AH 12 ИJI 76 AH26 AH 12 AH26 ХВ. ХВ. 1400 .......... ...........  11 ----..':'... [] . .. '- . . . 21 111035 21 113610 ' 21 112248 - 1200 1000 .. .. .. .. .. ..ао. .. . .. .. .. .. ... .... ..   .. .................. .............. .. .... . . . . . . ......... -........ ....... ........ ..... ............. ................ . .. . .. . .. I I I I ... . ..... ........ .. .. .. ... -.. ... .. .... ...... ..... ... ..... .. ... ... ... ... .. .. .. . . . . . . . . . 800 I I .. I .... ....,.............. .,.... .......... .......... ........ ........ ..... I I I . . I I I I I I I . I . . ... .. .......- .. ....... .. ........ .. .... ..   .. .. .... ..  -   .. .. .... . -  .. ........................................................................... .. . . . . I I .. I I I .. I ...... ............................. ........ ............. ............... . . . . . .. . . .. I .. .. I . I . .... ""................................"................ "....... . . .. .... i" ............ .. .. ..... .. ..,.... .. .. .. .... .. '\.. .... .. .... .. ........ ... '1"" .. .... .... .. ".... .. ..... 600 400 200 ....... '\....... ..... '\. ......... .. .. ......,.. .... .... .. О 0123456 МИ8 МИ6 AH12 ил76АН26АН12 AH26 ХВ. ХВ. а) б) Рис. 9.2. Значения ЭПР дЛЯ отдельных самолетов (а) и усредненные по типам (6) [50] 436 
rлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... .: "'t. . .:J( . :. f' .f.: :"( .   :..: ,t,'. "1..:."  ';" ,С .:( ". . ) . =: '. ... ,,,!. : ., :'9:'(0 ........ : '> .. ".'.. Рис. 9.3. Набор РЛИ танка T72 с изменением ракурса 0...3600 с шаrом через 50 (исходное разрешение 0,3 м, уrол падения 730 [68]) 9.2.2. Получение точечных моделей объектов наблюдения Для каталоrизации комплексных радиолокационных портретов искусственных объектов, уменьшения объема данных, а также для проведения исследований по распознаванию классов объектов с анализом влияния различных факторов удобно использовать точечные модели объектов. Использовать для этих целей оператор деконволюции неэффективно, так как приводит к резкому возрастанию шумов. Предложенная процедура «скелетизации» радиолокационных изображений исходит из предположения, что сиrнал, отраженный от искусственных объектов, в основном формируется яркими компактными отражателями и набором случайных отражателей с малым общим вкладом по сравнению с вкладом ведущеrо отражате ля. Типичным объектом, соответствующим этой модели рассеяния радиоволн, яв ляется башнянадстройка корабля с rладкой криволинейной основной отражаю щей поверхностью. Закон распределения амплитуды отраженноrо сиrнала при ближается к распределению Райса с основной коrерентной составляющей. 437 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Процедура «скелетизации» не является cтporo корректной. В частности, она не может различить отражающие точки объекта, расположенные на разной высоте. Однако ее применение облеrчает моделирование изменчивости радиолокационных портретов объектов при изменениях ракурса наблюдения и отработку методов классификации объектов по их изображениям. Ценными свойствами paCCMoтpeH ной процедуры является линейная передача амплитуды сиrнала исходноrо РЛИ в выходной набор точечноrо РЛпортрета с простотой нормировки суммарной ЭПР, а также возможность перехода от точечноrо представления РЛпортрета к модели ожидаемоrо Р ЛИ дЛЯ заданной разрешающей способности KOHKpeTHoro РСЛ. ДЛЯ задачи наблюдения надводных кораблей предложенный метод позволяет учитывать влияние качки, вызванной морским волнением. При исследовании этой важной проблемы использовались данные дистанционноrо зондирования морской поверхности в Sдиапазоне волн, полученные с помощью РСА «МечКУ» КА «Алмазl» в контролируемых условиях MopcKoro волнения [63*]. Рассмотрим процедуру получения исходных данных для моделирования в виде точечных моделей объектов на примере изображений кораблей в бухте. В качестве исходных данных используем фраrмент S(X,R) комплексноrо изображения (Single Complex) в координатах азимутнаклонная дальность, которое предварительно пре.. образовано в 16битовые форматы амплитуды A16.tif и фазы FI6.tif, а также пред ставлено в 8битовом формате А8.Ьmр (или A8.tif). Вид исходных А16/FI6файлов (стоянка кораблей) по казан на рис. 9.4, а и 6. Яркость АРЛИ (файл AI6.tif) увеличена в 10 раз. АРЛИ в формате А8.Ьтр (или A8.tif) используют для изrотовления маски, выделяющей конкретный объект на rрупповом Р ЛИ. Эту процедуру выполняют пу.. тем ретуши Р ЛИ с использованием проrpамм Paint или Photoshop. ':'-: <"  :.' >', . ." .. '.' ,; (:- .' :::,,) J < .>-; . ..:. J.'.) ..; ,J.. · (} 1 " -/,.; , А .. ,', <) .:" <, .. · 'J 8) · . :,. <,  R . :.:..::' : . " , . .  , ...., ,о" .i:, ' . :.( . .... . а) б) в) ?) Рис. 9.4. Последовательность выполнение процедуры скелетизации: а  исходное АРЛИ в формате А16, яркость увеличена в 10 раз; 6  исходное фазовое изображение (ФРЛИ); в  маска для выделения объекта на 8битовом АР ЛИ; 2  точечная модель корабля (крайний справа); черные квадраты соответствуют уровням минус 6 дБ от максимума, окружности  минус 12 дБ, точки  МИ НУС 18 дБ (пунктирной линией со стрелкой показана продольная ось корабля) Процедуры скелетизации выполняют в следующем порядке: 1) интерполируют А 16, F16 и А8изображения 4 раза, используя БПФ с раз.. движкой спектра; 438 
rлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... 2) находят на интерполированном А8изображении нужный объект и, исполь зуя Photoshop или Paint, делают маску Mask(X,R) для ero выделения (правый KO рабль  БПК на рис. 9.4,а); 3) с использованием методики, изложенной в подразделе 11.1.3, получают yc редненную, нормированную к единице, двухмерную функцию импульсноrо откли ка h(Xh,R h ). Задают размер прямоуrольноrо окна, за пределами KOToporo обнуляют функцию отклика (примерно на уровне минус 20 дБ относительно максимума) По размерам окна обнуляют также rраничные пиксели используемоrо фраrмента изо бражения. На этом предварительные операции заканчивают и приступают к выполнению собственно процедуры получения точечной модели объекта: 1) выполняют поиск rлобальноrо максимума на изображении S;(Xmax,Rmax) и записывают в строке промежуточной матрицы М] значения амплитуды, фазы и HO меров пикселя по азимуту Х таХ И дальности Rmax; 2) из исходноrо комплексноrо изображения вычитают значения опорной функции, умноженные на комплексный отсчет в максимуме. В результате из изо бражения будет изъята одна точечная цель S; (X,R)  h( X h , R h ) ахеjФхmах Sj+l (X,R) == при Х Е х тах + D h /2 иу Е Rmax + Dh /2, (9.1) Sj (X,R) при Х  Rmax + D h /2 или у  Rmax + Dh /2, rде Х, R  координаты по снимку; Х тах , Rmax  координаты rлобальноrо максимума изображения S;; X h , Rh  координаты по опорной функции; Атах, lJJтax  амплитуда и фаза в максимуме; Dh  размеры окна; 3) повторяют предыдущие операции выделения отметки с максимальной aM плитудой до тех пор, пока амплитуда оставшихся отметок не достиrнет уровня шумов или подстилающей поверхности; 4) по данным, записанным в М 1 , формируют точечное амплитудное изобра жение P(X,R) дЛЯ полноrо фраrмента; 5) умножают P(X,R) на маску, получая точечное изображение выделенноrо объекта  ( х, R) == Р ( Х, R) Mask ( Х, R) . (9.2) Полученная точечная модель корабля показана на рис. 9.4,2. Обозначения OT меток: квадраты  уровень выше минус 6 дБ от максимума, окружности  выше минус 12 дБ, точки  уровень выше минус 18 дБ. Отношение мощности макси мальной отметки к среднему уровню отражения от морской поверхности составля ет 25 дБ. Исходная разрешающая способность снимков 8 м по азимуту и 9 м по Ha клонной дальности. С учетом масштаба интерполированноrо снимка 1,2 м длина корабля COCTaB ляет 140 М. ПО величине отклонения отметок по наклонной дальности от продоль ной оси корабля можно оценить высоту надстроек. Они составляют около 15 м. 439 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 9.3. Контроль надводной обстановки 9.3.1. Общие требования к решению задачи контроля надводной обстановки Для решения задач контроля надводной обстановки в течение мноrих лет исполь зовались радиолокаторы боковоrо обзора (РБО) системы морской космической разведки и целеуказания (МКРЦ) в составе космических аппаратов YCA, YCAM. Бортовые радиолокационные комплексы «Чайка» обеспечивали автоматическое обнаружение кораблей и селекцию сиrналов от суши (см. rл. 13 и публикации [88, 545]). Контроль состояния морской поверхности и ледовая разведка осуществля" лось с помощью космических РБО типа «KOCMOC1500», «PecypcO» [197]. Низкое пространственное разрешение, которое может быть обеспечено космическими РБО (1,5...2 км), оrраничивает возможности обнаружения малых судов и идентифика цию ледовоrо покрова. В современных условиях общая задача обнаружения судов (ship detection) включает в себя: 1) обнаружение и определение координат кораблей (в акваториях и базах) и судов разных классов. Особой задачей является контроль зон рыболовства с выявлением нарушителей, а также обнаружение контрабандистов на судах малоrа тоннажа; 2) определение класса (типа) морской цели; 3) определение курса и скорости. В [554] сформулированы требования к перспективной системе контроля над.. водной обстановки ЕКА, разрабатываемой по проrрамме Sentinel 1: поляриметри ческий (rr+rB) РСА с полосой съемки от 100...200 до 300...600 км и обнаружени.. ем судов с размерами от 3 м (поисковоспасательные операции), 15...35 м (рыба.. ловы), 8.. .50 м (контрабандисты, торrовцы оружием, террористы). 9.3.2. Обнаружение морских целей В условиях, коrда размеры разрешаемоrо элемента РСА меньше линейноrо разме.. ра обнаруживаемой морской цели, вероятность ее обнаружения, в конечном счете (с учетом параметров РСА) определяется отношением ее ЭПР os к ЭПР, создавае.. мой суммарным процессом отражения от моря и шумов приемника на площадке, определяемой отметкой от цели. Отношение сиrнал/фон+шум равно Q G's s.f +n  ( О о ) , (9.3) G'f + O"ne рх Ру N s rде Рх, Ру  разрешение РСА по азимуту и rоризонтальной дальности; N s  числа элементов разрешения, приходяшихся на площадь отметки от пели, представляю.. щей собой проекцию отражающих точек (в 3D координатах) на плоскость визира.. вания (наклонная дальность  азимут) с учетом уrла падения и ракурса цели. Имея в виду последующую задачу распознавания класса целей по значению ЭПР, ее размерам и радиолокационному портрету, необходимо, чтобы на длину цели приха.. дилось, как правило, более чем один элемент разрешения, например, для катера дли.. ной .....,40 м  1 2 элемента, для сухоrpуза, танкера, эсминца, фреrата длиной 90.. .130 м 440 
rлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ...  по 3 элемента и т.д. Указанные характеристики реализуются при радиолокацион ном зондировании с режимами среднеrо разрешения с расширенной полосой съемки. Процедура автоматическоrо обнаружения морских целей включает в себя KO repeHTHoe накопление (синтез первичноrо РЛИ), HeKorepeHTHoe накопление (фильтрацию ЭРЛИ) и пороrовую обработку с использованием плавающеrо адап.. тивноrо пороrа, учитывающеrо изменения локальных уровней отражения от MOp ской поверхности. Для HeKorepeHTHoro накопления первичноrо Р ЛИ при меняют двумерную оконную фильтрацию, вейвлетфильтрацию на базисах с разным разрешением, а также комбинированные алrоритмы, основанные на сеrментации радиолокацион ных портретов морских целей [22, 142, 400, 473, 494]. Для повышения вероятности правильноrо обнаружения возможно применение процедур последовательноrо анализа с учетом Toro обстоятельства, что отметки от морских целей в координатах азимутнаклонная дальность имеют явную несиммет рию с отношением длины к ширине от 1/1 О до 1/7 с учетом высоты надстроек, а TaK же зависимость ЭПР от ракурса цели (резкое увеличение ЭПР при боковых ракурсах наблюдения). Это позволяет ввести в процедуру обнаружения пространственную фильтрацию по ракурсу цели для уменьшения вероятности ложной тревоrи. Двумерная фильтрация первичноrо РЛИ при автоматическом обнаружении MOp ских целей позволяет реализовать селекцию протяженной поверхности (островов и суши), после которой резко снижается поток ложных отметок от суши, подлежащих изъятию из выходной информации путем сравнения с цифровой rеоrpафической Kap той. Иллюстрация работы пороrовоrо обнаружителя приведена на рис. 9.5.  -rt- *: '., .1 ':..\ *'. '"" I I;:' >', .' ,*  .р · * :.. ", \ .. ",' 4.$ ",. '\ " . '" ,  . ... .. ...' , е"", / ,,",/I.,... "" 1\.. '. , JIН"" 1" .... 't*  { t .. .. .. f .. о. ,...... *"t ,-, '.,'" .....М .. '" 1" ".".,. ·  · '*,. ..' &i\. ' "1Iki1 :.J..t'" "1 !I!\ .,..."" "i '''',.. - 'Л' . ' ;","'fl. . .' .* , .., . ,. , · .. ":" 1(;" * · "'\'."'.. ..r:fF. :.... :.n. ...., «)."'. "'"'!'II" .\......".. 1.. ,"" r ": "" ,\,".- 'H .-: ,;", :*<{ ',', ',;I. ;., IV ,.J K ,,! О,т *." .*_ "'Y;. '., "..II J,!(I! ;: "j.: , :Ji.:Ji"..:i', ,; '. ,." .,. .'  J f ....." У. i>!"1 r $.... .....1'.. ,. '" '.Т{', .,', 1: .....: ......7W'.fi'lI'\'. «с.,.'... 1'. '1 .... . 'i , " . ., ...  . ' .. .. . ;,A . . ,. ; . . . . . . ,. :.. . . , ...,. . /: :' I.. .',i.., ..z,/ ii :/'; :!.,i "'(!j/:;'i'i:i:' .: . . 'II l' rь 'i:;;'"..:.,::;;,j;';:fi ,,.i?!;lt; .;Z;!» '  ,  ' .,;,:. '''-11'' ':, 1;'( ..,. >", '':'/i'i' А:"" n .. "t:!:''''pJ:,.::/:.':'''''''  ". <) о,р'  . о С "'....., j ,.J. .".. ..  \ q . ..- о  о о 00 о о ti еРо QS> О()О о \11 () с о о о '. '" .1 о 'ь о о . 9 -.'..  о . ij: if:'.;.. ...... ro о о Рис. 9.5. Обнаружение морских целей с селекцией сиrналов от суши (показана условно) (rибралтарский пролив, РСА «МечКУ» КА «Алмаз 1») 441 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Кроме отметок от обнаруженных судов в акватории наблюдаются редкие ложные отметки от элементов суши (мелких островов, ropHbIx хребтов и др.). Они подлежат исключению из выходной информации путем сравнения их координат с цифровой картой местности или архивными данными, полученными ранее в близ ких условиях наблюдения. 9.3.3. Измерение координат морских цепей Первичное радиолокационное изображение в РСА строится в координатах наклон ная дальность (поперек линии пути) и время прохождения нуля доплеровской час то ты сиrналов от цели. Пересчет из наклонной дальности в rоризонтальную, а за.. тем вычисление rеоrрафических координат цели в соответствии с формулами, при веденными в rл. 5, требует знания текущих rpинвичских координат КА, учета ло.. кальноrо радиуса земноrо эллипсоида на широте съемки. Наличие на борту КА системы позиционирования (GPS, rЛОНАСС) позволяет вычислить удаление цели от следа КА с поrрешностью, не превышающей трехчетырех десятков метров. При оценке азимутальной координаты обнаруженных морских целей следует иметь в виду смещение отметок по азимуту, BЫ званные движением цели. rеометрия Ha блюдения приведена на рис. 9.6 для момента времени t == О, коrда наблюдаемая uель Т Ha ходится в плоскости визировании OST, HOp мальной к вектору путевой скорости плат.. формы V S . Величина смещения определяет.. ся радиальной составляющей скорости цели, т.е. проекцией скорости цели на линию ви" зирования  == V T COS '1/ TS sin Yi , rде 'l/TS  ракурс цели между плоскостью визирования и продольной осью судна; J1  уrол падения между вектором облучения R цели и местной вертикалью Zs в точке Ha хождения цели. Уrол ракурса рассчитывают следующим образом: при обзоре правым бортом 'l/TS == 'l/s  КU + 270° ; при обзоре левым бортом 'l/TS == 'l/s  КU + 90° , rде Ij/s  курсовой уrол КА, рассчитываемый по формуле (5.53); КU  курсовой уrол НК, который отсчитывают от направления на Север. При 'l/ Tr O корабль наблюдается «в нос», при 'l/ Tr 90°  в правый борт. Z Z]' j I I I I I I I Рис. 9.6. rеометрия наблюдения движущихся морских целей 442 у (9.4) (9.5) 
rлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... По значению радиальной скорости определяют азимутальное смещение цели и ее азимутальную координату на РЛИ [302]. Величина смещения азимутальной координаты при боковом обзоре равна М  R  RV T coslf/TS sinYi ( 9.6 ) Vr  V  V s s При типичных условиях наблюдения  путевой скорости КА V s == 7500 м/с, дальности наблюдения R == 1000 км, уrлах падения 11 == 30...600 и скорости судна 20 узлов (V T == 10 м/с) поrpешность измерения азимута может достиrать Vr == == + (667...1150)м. Такая поrрешность измерения координат может быть приемле мой для задач общеrо обзора надводной обстановки в акваториях океана. Повыше ние точности измерения азимутальной координаты движущихся морских целей может достиrаться путем применения методов индикации движущихся целей, а также путем извлечения информации о возмущениях морской поверхности, BЫ званных движением судна. Задача индикации движущихся целей решается использованием в РСА двух приемных каналов, которые в РСА с АФАР подключаются к секциям АФАР, а в РСА с rибридной зеркальной антенной  к пространственно разнесенным облучате лям антенны. Методы индикации движущихся целей  продольная интерферометрия или пространственночастотная фильтрация рассмотрены в подразделе 4.2.4, см. также [37*,118,161*,428*]. Применение этих методов позволит снизить поrpеш ность измерения азимутальной координаты в несколько раз, до сотен метров, что обусловлено низкой точностью измерения радиальной скорости изза малых раз меров интерферометрической базы (или малости уrловоrо смещения отметок по ширине азимутальной ДНА) в космических РСА. Лучшую точность измерения азимутальной координаты движущихся морских целей обеспечивает использование информации о возмущениях на морской поверх ности. На рис. 9.7 показано РЛИ пролива rибралтар, полученное с помощью РСА ТепаSАRХ с разрешающей способностью 3 м [530, 536]. По кильватерным следам, образованным Движущимися судами, определяют их курс (по направлению следа), азимутальную координату (по месту начала следа), величину радиальной COCTaB ляющей скорости (по величине азимутальноrо смещения отметки) и, наконец, по формулам (9.4), (9.6)  значения скорости судна. Измерить абсолютную скорость судна можно также по yrлу, образованному кильватерными следами [449]. Характерно, что при движении судна к РЛС (положительное доплеровское смещение) отметки от судов появляются позже пересечения плоскости визирова ния, нормальной к следу КА. При движении судна параллельно следу КА, инфор мация о скорости содержится в уrле расхождения «усов» кильватерноrо следа или в РСА с высоким разрешением может быть определена методом автофокусировки по танrенциальной составляющей скорости движения цели. Использование рассмотренной информации о возмущениях морской поверх ности для уточнения параметров движения морских целей требует ряда ус... ложнений аппаратуры РСА: 443 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования . повышения разрешающей способности и чувствительности РСА; . введения канала вертикальной поляризации для получения изображения MOp ской поверхности при больших уrлах падения; . применения специальных алrоритмов обработки Р ЛИ с выделением кильва терных следов и извлечения информации о движении судов. Сравнение РЛИ, приведенных на рис. 3.7, 7.36 и 9.7, показывает, что наблю даемость возмущений морской поверхности зависит от параметров РСА, степени волнения моря и курса судна относительно фронта волны. В ряде ситуаций кильва терные следы MorYT не обнаруживаться на Р ли. ' )", <! .. ; . '!'; .' ../) :. : . ,  ъ . . .    ',' ":':: Н) ,- J  .' <';.', r, -: ' " . .}  ::. , .. J....' ( . . . ., ,'; ,: .J..: '.' !. )., .: {'  . . , ., ..  :t  -":', (Aj', R ,/r",..': ..) ,.{ ." ." '. 'S:f ".  "J .  ", 'j > """"  t t  ." . 1 . t .  '4> . iJ' '" , . J' ,,\. ... , . 1'" \".' с ,: . .:, ..) ),;, . '):i"- " . ., нп х Рис. 9.7. РЛИ надводной обстановки в проливе rибралтар с наблюдением кильватерных следов (РСА TerraSARX, 05.07.2007 [536]) 9.3.4. Радиолокационные портреты морских цепей Повышение разрешающей способности РСА дО единиц метров требует пересмотра используемых моделей отражения радиоволн от кораблей и судов. Для случая РСА низкоrо разрешения, коrда элемент разрешения РСА превышает размеры корабля (сложная точечная цель), используют модель отражения от Hero как i распре.. деление с четырьмя степенями свободы [33*]. Этот случай характеризуется интер.. ференцией сиrналов, отраженных фраrментами корабля с интенсивным отражением (преимущественно  надстройками). При повышении разрешения до единиц метров для описания закона отражения используют метод декомпозиции на «постоянные 444 
rлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... симметричные отражатели» (permanent symmetric scatterers). Суммарный сиrнал от корабля представляет собой результат HeKorepeHTHoro накопления изображений от ero отражающих элементов, что значительно снижает флуктуации сrлаженноrо Р ЛИ и повышает вероятность обнаружения распознавания класса [240, 283, 489]. Высокая разрешающая способность современных космических РСА позволя ет получать радиолокационные портреты морских целей, приrодные для их клас сификации. Необходимо рассматривать несколько ситуаций: наблюдение непод вижных судов и кораблей на рейде или на стоянках и их обнаружение при движе.. нии в условиях MopcKoro волнения. Радиолокационные портреты морских целей формируются конструктивными элементами корабля (судна), образующими доминантные центрь] отражения, KOTO рые по своим статистическим характеристикам близки к постоянным отражателям, но в пределах изменения ракурса, не превышающеrо + 200, коrда можно пренеб речь эффектами затенения одних элементов конструкции друrими. Координаты наклонная дальностьазимут для центров отражения находят путем пересчета их трехмерных координат в плоскость визирования с учетом уrлов падения и ракурса наблюдения соrласно рис. 9.6: X i == ХС + x i sin,!/sp; (9.7) R i == Rc + Yi cos,!/ sp sin Yi  zi COS Yi , rде Хс  координата центра масс корабля вдоль линии пути; Rc  координата центра масс корабля по наклонной дальности, рассчитываемая по формулам (3.4)3.8) с учетом удаления корабля ус от следа КА, текущеrо радиуса орбиты КА Rs и радиу са земноrо эллипсоида Re на rеоrрафической широте точки наблюдения (предпола raeM обнаружение на уровне моря); Xi, У;  координаты iro центра отражения OTHO сительно центра масс корабля. Форма комплексноrо радиолокационноrо портрета цели в координатах R, Х определится сверткой точечноrо портрета с двумерной функцией импульсноrо OT клика РСА N U(R,X) = JQ'L-F: exp{jKx  Ri2 +Х? }@h(R,X), i=l rде N  число доминантных центров отражения цели; Q  множитель пропорциональ ности между ЭПР отражателя и отсчетами мощности выходноrо ЭР ЛИ; (Jj  ЭПР ло кальноrо центра отражения; Кх  волновое число; h(R,}{)  нормированная функция импульсноrо отклика РСА; R,x  координаты функции отклика на выходном КР ЛИ Изменчивость получаемых радиолокационных портретов на Р ЛИ зависит от rеометрии отражающих фраrментов корабля (судна) и их взаимноrо расположения, определяющеrо интерференцию сиrналов в элементе разрешения РСА в зависимо сти от ракурса наблюдения. Считается, что модель отраженноrо сиrнала может быть представлена в виде набора постоянных отражателей, которые сохраняют свою rеометрию при изменении ракурса в пределах + 200. При дальнейшем поворо те часть отражателей затеняются и появляются друrие отражатели. При формиро вании радиолокационноrо портрета имеет значение также отражение от морской (9.8) 445 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования поверхности, образующей с отражателями корабля двуrранные уrлы, которые дают отметки на Р ЛИ при большей дальности, чем от прямых отражателей. Особенно такое явление возникает при бортовых ракурсах наблюдения морских целей. Решение задачи классификации морских целей требует создания банка радио локационных данных и инструмента, позволяющеrо учесть условия наблюдения и конкретные параметры РСА. ДЛЯ формирования банка данных целесообразно «препарировать» материалы (КРЛИ) конкретных радиолокационных съемок Haд водной обстановки и представить их в виде наборов точечных отражателей с ис пользованием процедур, аналоrичных процедуре «скелетизации», рассмотренной в подразделе 9.2.2. Такую же процедуру «препарирования» можно предусмотреть для полученных РЛИ кораблей с целью компенсации искажений, вызванных кач.. кой и рысканьем в алrоритмах классификации морских целей. Преимущество TaKoro подхода состоит в возможности моделирования ожи даемых РЛпортретов для конкретных условий наблюдения и параметров РСА пу тем разворота точечных комплексных моделей морских целей с приведением к pa курсу и уrлу места наблюдения и сверткой с характеристикой двумерноrо фильтра импульсноrо отклика РСА в конкретном рабочем режиме. На рис. 9.8 представлены радиолокационные портреты основных типов KO раблей на стоянках в бухте, полученные с помощью РСА «МечКУ» КА «Алмазl» с разрешающей способностью около 8 м. rеометрические размеры кораблей при ведены в табл. 9.1.  ... , - .. -- .- ... . '-.' ..". . ..... . ... ,. -, , . .."" ....  .. . . . ... ... .. 1 -.. ... I 1 3 .J. 5 () "7  / .,. e.,. ..... "\ "'" "." '. ",,' $Ф." . 'Y/I, . , , . , , . , t " , i. "> ,,,' х .' ."..' " t .,.. ,'Ii,' "" . ''''.' /\ 9 , '. \,. '. ,.,I ,':- ". . .' . \ ': . . '\t ' ,.'. ,.,\ .' '., '\ , ,., \;. : (: ".,.... . . \: . '\ '!t. , '\,,:\":", ., -" '4,'  ...."" 1 2 3 4 5 6 7  f. --:   '")' " "_1 .r;" ,:{: . j. \ . )о. ". \'.  . .. . . . . f .,': . "'1' .. ,".. О. ...'  . о' .. ","", 8 , 9 Рис. 9.8. Яркостные и рельефные радиолокационные портреты кораблей с оценками их ЭПР: 1  эсминец, 0==3500 м 2 ; 2  БПК, 0==6060 м 2 ; 3  МПК, 0==3900 м 2 ; 4  БПК, 0==6500 м 2 ; 5  БПК, 0==7360 м 2 ; 6  крейсер, 0== 16920 м 2 ; 7  крейсер, 0== 16050 м 2 ; 8  тяжелый авианесуший ракетный крейсер (Т АРКР), 0==41600 м 2 ; 9  сухоrруз, 0==3600 м 2 446 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... Таблица 9.1. rеометрические размеры надводных кораблей и экспериментшzьные данные по ЭПР надводных кораблей [153*,516] Тип НК Длина, м Ширина, м Максимальная ЭПР, м 2 высота" м Тяжелый авианесущий 42. 1 03 ракетный крейсер 302,3 71 ----50 БПК (1134А1Б) 152,0/173,2 16,2/18,2 ----28,6 (67,4)-103 Эсминец 126,5 181 ,7 13,0 18,6 ---- 19,46 (з,5)-103 МПК (1124) 71,2 10,5 ---- 16,7 (3,5)-1 03 Крейсер 251 28 ----50 (1620).1 03 Сухоrруз, танкер 14130 16,560 до 50 2:3500 На рис. 9.9 приведены яркостной и рельефный РЛпортреты судна (предпо ложительно порожний сухоrруз) при разрешающей способности РСА 3,5 м. Кроме нескольких доминантных отражателей на корме имеем близкую к точечным OTpa жателям разреженную структуру по кромке палубы. ":о." ос . . '" .,." .. -: . . . . ::( . . ",...:.. ,'.. .. .' .ii !I- . .....Т I! .'- " .'" 'J ." , "t,tI'   .' Рис. 9.9. Яркостный и рельефный радиолокационные портреты судна (РСА «Компакт», Хдиапазон, разрешение 3,5 м) Для малых кораблей (эсминец  1, малый противолодочный корабль  3 на рис. 9.8) характерно наличие мноrих центров отражения (до 58) с примерно paB ными ЭПР. После HeKorepeHTHoro накопления будем иметь закон распределения, близкий к нормальному с СКО 0,36...0,46 от среднеrо значения ciраспределение с числом степеней свободы 1 о. . .16). Для больших кораблей центров отражения мало, но каждый из них практически не флуктуирует при изменении ракурса Ha блюдения, что обеспечивает близкое к постоянному среднее значение ЭПР. 447 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 9.3.5. Радиолокационные портреты ДВИЖУЩИХСЯ целей В УСЛОВИЯХ MopCKoro волнения При движении кораблей и судов в условиях MopcKoro волнения отдельные их OT ражающие элементы совершают колебательные движения, вызванные бортовой и килевой качкой и рысканьем, которые носят периодический характер. Они приво дят К смещениям отметок на РЛИ по азимуту, величина которых связана с ради альной скоростью элемента формулой (9.6), примененной к каждому центру OTpa жения. Радиальные скорости элементов определяются их положением относитель но центра масс корабля с периодом качки и уrлом отклонения корабля от нормаль Horo положения r == r тах sin (27rt/Tk ) , (9.9) rде Tk  период колебаний, который для крупных морских целей определяется их конструкцией и не зависит от степени MopcKoro волнения. Для крейсера период колебаний составляет 5.. .15 с, а для авианосца  10.. .35 с. С уменьшением водоизмещения корабля период колебаний имеет случайный xapaK тер и зависит от степени волнения моря. Колебания по курсу (рысканье), крену (бор товая качка) и килю можно считать узкополосным случайным процессом. При синтезе Р ЛИ имеет значение соотношение между временем синтеза и пе риодом качки корабля. Если время синтеза MHoro меньше периода колебаний, то движение отражающеrо элемента корабля можно считать линейным и учитывать только смещение отметки по азимуту, пренебреrая дефокусировкой. В случае РСА BbIcoKoro разрешения, коrда время синтеза становится соизмеримым с периодом качки, следует принимать меры для компенсации фазовых ошибок, в том числе и методами автофокусировки. На рис. 9.1 О по казан характер искажений Р ЛИ портретов кораблей при двух ракурсах наблюдения (90 и 450) и наличии азимутальных смещений отметок, BЫ званных радиальными скоростями отражающих элементов корабля (дефокусиров кой пренебреrаем). При качке разные элементы корабля на разной высоте от палу бы имеют разные линейные скорости, поэтому отметки от них смещаются по ази муту на разное расстояние. Изменение ракурса корабля само по себе приводит к изменению rеометрии радиолокационноrо портрета и к нему добавляются rеометрические искажения  смещения отметок от качки и рысканья. На рис. 9.11 приведены типичные радиолокационные портреты движущихся судов (кораблей) разноrо типа в Тихом океане (Японское море, остров Осима, ви" ток 2024н, см. РЛИ на рис. 7.36) и в проливе rибралтар (виток 2005, см. РЛИ на рис. 3.7) при скорости приводноrо ветра 5. . . 8 м/с (умеренный ветер). Разрешающая способность РЛИ '""8 м. В своем большинстве отметки несут информацию о разме.. рах, форме и распределении ярких отражателей в объектах наблюдения. Из осо.. бенностей следует отметить ярко выраженные отметки, вызванные переотражени.. ем от морской поверхности (рис. 9.11, Gib42, s34, s61). 448 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... 3 ............ нп а) 6)  .. а;: .. :;' ",,,,,. /. .'lI, .. :;.: : :;:  . . -,_.  --:..;; ""::  /' 1 /' 2 4 5 в) ФФО Q) О 00 О О с) ФФО фcr <с(со д) ооф 00 00 ФО е)  O )2f Ж Ю@ O )2 <ъ ',......,. . . ,.:, ".  ..., ,- ;.. - . . . ... ..., .. .; -;,.-.-:;- з) 00 00 о о  . <.'; . ' О  .)- о 00 в- о Рис. 9.10. Искажения радиолокационных портретов кораблей (Н К), вызванные качкой и рысканием: а  общий вид корабля (показаны отражающие точки 15); б  радиолокационный портрет НК при ракурсе наблюдения 900; в  rеометрические искажения при рыскании по часовой стрелке (показаны векторы ради альных скоростей и изменения положения отметок); 2  рыскание против часовой стрелки; д  бортовая качка (движение надстройки в сторону РЛС); ез  искажения. вызванные рысканьем и качкой при ракурсе наблюдения НК, равном 450 Одиночные отметки переотражения предположительно от кормовых надстроек характерны для сухоrpуза (Gib42) и танкера (s34). Более выражены отметки переот ражения для снимка s61 (предположительно военный корабль), подчеркивающие Ha личие высоких надстроек по всей длине. Наличие отметок переотражения затрудняет оценку размеров морской цели, но в то же время является дополнительным инфор мационным признаком о количестве и высоте надстроек наблюдаемоrо объекта. Из представленноrо набора РЛпортретов морских целей два MOryт рассматри ваться как аномальные  s31 и s32. Оба они характеризуются большой яркостью, но азимутальные размеры отметок, как для катера (30...70 м), не соответствуют наблю даемой ЭПР. Можно предположить, что такой вид отметок от кораблей обусловлен влиянием рысканья, как на рис. 9.10,2. Это подтверждается тем, что в азимутальном направлении видны области повышенной яркости, которые MOryт относиться к OT ражению от элементов корабля с меньшим влиянием искажающих воздействий. 151492 449 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования s33 I '!:_\ . .. ' . . : . . ...: . ., .. . "."0{. , J. s41 s31 861 s32 ,. , НП А. sЗ4 sЗ5 s36 s37 sЗ8 .,"1\' , , : > . Gib41 Gib42 Gib31 G ib32 Gib33 Рис. 9.11. Радиолокационные портреты судов (кораблей) разных типов в Японском море (s...) и в rибралтарском проливе (Gib.. .): скорость приводноrо ветра 5...8 м/с; направление обзора  слева (РСА «МечКУ» КА «Алмаз]») 9.3.6. Классификация морских целей Вопросам классификации морских целей при радиолокационном обзоре посвящен ряд публикаций [142, 240, 487, 489]. Важным аспектом решения этой задачи явля ется выбор набора классификационных признаков с учетом реализуемоrо разреше ния проектируемой РСА. В результате анализа возможных алrоритмов классификации морских целей с учетом изменчивости радиолокационных портретов в зависимости от реализуе мой разрешающей способности РСА и влияния волнения моря разработаны peKO мендации по формированию банка эталонов для классификации в виде наборов TO чечных трехмерных моделей надводных кораблей и судов с шаrом по уrлу ракурса через 200. Такие модели MorYT быть сформированы на основе комплексных РЛИ, полученных с помощью космическоrо РСА со средним и высоким разрешении ем (до 10 м), путем применения процедур «скелетизации», рассмотренных в под разделе 9.2.2. 450 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... Преимущества таких эталонов состоят в их компактности, а также в возмож ности rибко формировать образцы ожидаемых Р ЛИ эталонных кораблей с учетом параметров обзора и измеренноrо ракурса наблюдаемоrо объекта. Используемые для распознавания кораблей векторы признаков включают в себя: 1) суммарную ЭПР наблюдаемой цели; 2) площадь (число пикселей РЛИ) «силуэта» цели в координатах наклонная дальность  азимут, вычисленноrо по пороrовым уровням с включением и исклю чением отметок, переотраженных от морской поверхности; 3) длину отметки (диаrональ); 4) ширину отметки с учетом высоты надстроек; 5) распределение доминантных точек отражения и т.д. Рекомендованы методы учета искажений радиолокационноrо портрета кораб ля, вызванных качкой и рысканьем путем расширения набора эталонов. Для задач контроля надводной обстановки предпочтительнее использовать излучение с rоризонтальной поляризацией с возможностью приема двух поляриза ций для повышения энерrетическоrо потенциала и вероятности распознавания цe лей. Это позволит расширить полосу съемки в область малых уrлов падения, rде для подавления сиrналов от моря можно работать на перекрестной поляризации. Для исключения влияния rидрометеоров, особенно в тропических широтах, жела тельна работа РСА в s или Lдиапазонах волн. Период обновления информации о надводной обстановке определяется реали зуемой полосой съемки (включая двусторонний обзор) и составом орбитальной rpуппировки. Реализация широкой полосы съемки, особенно в области больших yr лов падения (до 700), требует применения антенн с большой эффективной площадью для устранения неоднозначности принимаемых сиrналов и повышения энерrетиче cKoro потенциала. Необходим также поиск компромисса по определению требова ний к разрешающей способности РСА в режиме Скансар, исходя из энерrетическоrо потенциала РСА и вероятности распознавания классов морских целей. Для удовлетворения этим требованиям перспективно применение в РСА rиб ридных зеркальных антенн с АФАРоблучателями (АФАРrЗА). Применение в Ta ких АФАРrЗА поляриметрических приемопередающих модулей (ППМ) с цифро вым управлением фазы и амплитуды на излучение и цифровым выходом на прием позволит преодолеть оrраничения разрешающей способности, присущие режиму Скансар (см. подраздел 4.2.2), и реализовать rибкое управление ресурсами РСА дЛЯ оптимизации задач обнаружения, определения координат и классификации морских целей. Эффективно применение методов последовательноrо анализа по лучаемых данных с возможностью введения дополнительных засветок участка Ha блюдения с адаптацией параметров зондирующеrо сиrнала, в том числе с KpaTKO временным использованием форсированноrо режима излучения. Для контроля трафика судов, а также зон рыбной ловли целесообразно соче тание космическоrо радиолокационноrо обзора с обработкой информации от аппа ратуры идентификации судов [267]. 451 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Анализ имеющихся материалов радиолокационной съемки морских целей по казывает, что комплексное использование информационных признаков, содержа щихся в Р ли (суммарная энерrия, rеометрические размеры отметок и их конфиrу рация в сочетании с дополнительной информацией о состоянии морской поверхно сти), дает возможность разделения наблюдаемых морских целей на 58 и более классов, точное количество которых зависит от технических характеристик РСА, в первую очередь, от разрешаюшей способности. 9.4. Дистанционное зондирование морской поверхности 9.4.1. Задачи дистанционноrо зондирования морской поверхности Дистанционное зондирование морской поверхности предназначено для решения следующих задач: 1 ) климатические исследования взаимодействия океанатмосфера; 2) изучение морских течений; 3) исследование активных пленок, выявление областей заrрязнений, эколоrи ческий мониторинr морских акваторий; 4) исследование внутренних волн, характеризующих топоrрафию MopcKoro дна, шельфовых зон (радиотомоrрафия морской поверхности); 5) обнаружение движущихся надводных и подводных объектов; 6) обнаружение опасных волновых явлений и их предвестников. Решение перечисленных задач, как правило, включает в себя обнаружение «аномалий» на Р ЛИ морской поверхности, их распознавание и интерпретацию, в том числе и для обнаружения движущихся подводных объектов [190,281,361,509]. 9.4.2. Обнаружение эффектов взаимодействия взволнованной морской поверхности с атмосферой Как было отмечено в разделе 2.9, амплитудное (энерrетическое) радиолокацион ное изображение водной поверхности образуется блаrодаря механизму брэrrовско ro рассеяния  модуляции ряби, имеющей длину волны, резонансную по отноше нию к радиоволне зондирующеrо сиrнала РСА. Модуляция отраженноrо сиrна ла вызвана изменением поверхностноrо натяжения на профиле морских волн (BeT ровых, внутренних, волн зыби), наличием поверхностно активных пленок или раз личными возмущающими факторами (вихри, ветровая тень, плавающие объекты и др.) [98, 135]. При пространственном разрешении РСА 30 м и лучше ветровые волны отчет ливо видны на Р ЛИ, а их структура и системы волн выявляются путем спектраль Horo анализа Р ли. Текстурный анализ позволяет выявить нарушение периодиче ской структуры волнения, связанноrо с атмосферными воздействиями. На рис. 9.12 показан фраrмент Р ли морской поверхности, иллюстрирующий эффекты взаимо действия океанатмосфера (образование кольцевых структур) при зондировании в Sдиапазоне волн с rоризонтальной поляризацией. 452 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... ,,! . ,. 1\ t\ . . .. ,. +3 1 f t $') . ..1 } '" .... ". ."1. Рис. 9.12. РЛИ морской поверхности с развитым ветровым волнением и образованием кольцевых структур в результате взаимодействия океан  атмосфера: 1  ветровые волны (Л == 150200 М); 2  ринrи; 3  области подавления ряби (РСА «МечК» КА «KOCMOC 1870») Широко известны методы измерения параметров ветровых волн и скорости приводноrо ветра, использующие cKaтrepoMeTpы. Метод измерений основан на за висимости УЭПР морской поверхности от уrла между плоскостью визирования и фронтом ветровых волн. Отраженный от моря сиrнал формируется мелкими (брэr rовскими) волнами  рябью, которая модулируется крупной ветровой волной изза изменения локальных уклонов фраrментов поверхности, а также при нелинейном взаимодействии мелких и крупных волн (имеет место усиление интенсивности мелких волн на переднем склоне крупных волн). При использовании известной спектральной модели развитых ветровых волн (спектр Пирсона  Московица) она определяется выражением [444] SO (О) = (ao/8)lr{ &,0)1 2 17( А )ctg 40 , (9.1 О) rде во избежание путаницы с СКО уклонов (СУеХ, СУОу далее в тексте) символом  обозначена УЭПР (с!) на площадке наблюдения; ()  локальный уrол визирования между направлением излучения и нормалью к фраrменту морской поверхности; ao==6,5.106  средний коэффициент отражения; у(&,В)  комплексный коэффици ент, учитывающий поляризационные свойства принятых сиrналов; & комплексная диэлектрическая проницаемость водной поверхности, зависящая от температуры, солености и длины волны А радиолокатора [227]; 1](А)  коэффициент, учитываю щий rравитационнокапиллярную область спектра волн [174*]. 453 
Рассмотрим основные соотношения для общеrо случая поляриметрическоrо зондирования. Для рабочей области уrлов визирования (В == 30...700) зависимость (9.10) можно аппроксимировать экспонентой относительно HeKoero среднеrо уrла визирования : SO = SO ( ВО ) ехр { т ( В  ВО ) / ВО } , (9.11) rде для ВВсоставляющей имеем туу == 2,7, а для rrсоставляющей тнн == 7,8. Влияние крупной структуры принято оценивать, учитывая два фактора: «reoMeT рический» (уrловую модуляцию нормали к малой площадке, содержащей мелкие волны), а также «модуляционный», природа KOToporo определяется взаимодейст вием мелких волн с локальным течением, т.е. с орбитальной скоростью крупной волны. Вторым фактором пренебреrаем. Проведенные в [178] расчеты значений УЭПР моря при поляриметрическом зондировании BB+Br привели к формулам SO =SO (8) [ I+ тW2иx и2 ( l+ тW2иx J] . (9.12) vv уу О 4 п2 Ву 82 ' ИО О SO = SO ( 8 ) aJy ( 1 + тyиx J ( 9.13 ) УН vv О 2 82' О rде СУеХ и СУ(}У  СКО уклонов волн вдоль и поперек трассы КА с учетом развитоrо волнения; Во  уrол визирования для rоризонтальной площадки (обычно обозна чаемый как уrол падения }1). Из формул (9.3) и (9.4) видно, что УЭПР на перекре стной поляризации почти полностью определяется величиной ay, а на соосной поляризации УЗ ПР слабо зависит как от CYx так и от ay. Величина же SV ( ВО) , включающая амплитудную модуляцию УЗПР, одинакова для обеих поляризацион ных составляющих. Модельные представления [174*, 175*] показывают, что при интеrрировании пространственных спектров уклонов и высот развитых ветровых волн Чf....k) в пре делах от Ь О дО Ь 2п/А (А  длина волны радиолокатора), наблюдаемые «в точке» дисперсии уклонов a и высот a , имеют значения: и  а о ln( 5,;2 } (9.14) и  а о ( 0,74 : J. (9.15) rде W  скорость приводноrо ветра. Дисперсия уклонов (9.14) возрастает с уменьше.. нием длины волны РЛС, что обусловлено формой спектра Пирсона  Московица. Измеряемые радиолокатором парамеТРЬJ волнения целесообразно отнести к скорости ветра Toro же направления (вдоль W x и поперек W y трассь] КА). Отноше ние СКО уклонов q==CYey/CYex характеризует анизотропию процесса. Она в зависимо 454 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... сти от направления ветра может изменяться в пределах от q == 0,7...1,4 (дисперсии уклонов при этом изменяются в 4 раза). rлавный вклад (q :::::: 1) вносят почти изо.. тропные rравитационнокапиллярные волны, а отличие q от единицы обусловлено полоrими энерrонесущими волнами. В случае cKaтrepoMeTpa с мноrолучевой антенной системой, например при KpyroBoM сканировании под фиксированным уrлом Во к надиру, в принципе можно разделить составляющие (Уех и (Уоу вдоль и поперек линии пути, а также определить направление ветра. Скорость ветра можно rрубо определить по измеряемой ycpeд ненной величине ав. В существующем СВЧскатrерометре QUIKSCA Т применяет ся друrой алrоритм обработки, использующий зависимость УЭПР sv от направ ления и скорости ветра, минуя измерение параметров волнения. Недостаток скат.. терометрических измерений  низкое пространственное разрешение и большие размеры зоны усреднения, определяемые расстояниями между лучами (десятки и более километров). Для исследования перечисленных выше явлений MorYT использоваться РСА, работающие в любом из традиционных диапазонов волн (Х, С, S, L). Наличие по ляриметрическоrо режима (две поляризации с возможностью выбора комбинаций BBr или rrB) позволяет получить более детальную информацию об атмосферных явлениях и расширить рабочий диапазон уrлов падения. В связи с тем, что для рассмотренных явлений характерна однородность в пределах больших площадей целесообразно введение в РСА специальноrо «MOp CKOrO» режима для съемки фраrментов морской поверхности площадью 20х20 км 2 , как это реализовано в РСА ERSI/2. Съемка возможна в фоновом режиме, соче.. тающимся с выполнением основных задач. 9.4.3. Оценка скорости морских течений Оценка скорости морских течений является важной составляющей мониторинrа морской поверхности. По своей природе течения являются динамическим объек" том, параметры KOToporo имеют суточные (вызванные приливными явлениями) и сезонные изменения, а также вызванные друrими факторами. При радиолокацион ном зондировании амплитуда Р ЛИ морской поверхности не фиксирует постоянной составляющей скорости течений, а только ее rрадиент [63*, 69*, 176*]. Для измерения скорости течений Moryт быть использованы методы индика ции движущихся целей, основанные на интерферометрии вдоль линии пути. OДHa ко для космических РСА измерение радиальной составляющей скорости в доли метра в секунду при пространственном разрешении порядка десятков метров Tpe бует размера интерферометрической базы, реализуемой только при бистатическом построении (тандеме) радиолокационной системы. Во мноrих ситуациях ширина MopcKoro течения превышает несколько кило метров и для измерения ero скорости можно воспользоваться известными MeToдa ми измерения доплеровской частоты в луче ДНА (измерение положения доплеров cKoro центроида, используемое при синтезе РЛИ дЛЯ оптимизации опорной функ ции [69*, 164*, 250, 289, 323, 396, 435*, 503]). 455 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Измеренная доплеровская частота пересчитывается к значению радиальной CKO рости, по которой через известные из условий съемки уrлы падения и ракурс наблю дения (в сопоставлении с rеоrpафическими данными) вычисляют скорость течения РОорА V == (9.16) 2 sin Yi cos lj/ Sp , rде J1  уrол падения между вектором облучения R и местной вертикалью ZT в точ ке наблюдения (см. rеометрию наблюдения, показанную на рис. 9.6; 'f/sp  уrол Me жду плоскостью визирования и направлением течения; F Dop  измеренная допле РОБская частота; А  длина волны РСА. Применительно к наблюдению морской поверхности с низким коэффициен том отражения (для уrлов падения 30° и выше) имеется ряд факторов, ухудшаю щих точность оценки средней доплеровской частоты в ДНА. К ним относятся низ кое отношение сиrнал/шум для отражения от морской поверхности, HepaBHOMep ность локальной отражающей способности (при попадании в луч островов или фраrментов суши). Кроме указанных факторов необходим учет ошибок измерения параметров орбитальноrо движения и ориентации КА, а также флуктуационных ошибок изме рений частоты спектра доплеровских частот, ширина KOToporo определяется путе вой скоростью КА V s и rоризонтальным размером антенны Dxant ДR  2 ( 9.17 ) Оор  Dxant При типичных размерах антенны РСА (Dxant == 5...] о м) ширина спектра состав.. ляет дFOop==1500.. .3000 rц. СКО однократноrо измерения частоты составляет (ТfПор  (0,2...0,29)дFoop В зависимости от отношения сиrнал/шум. Поэтому для получения малой флуктуационной ошибки измерения доплеровскоrо смещения (и радиальной скорости) требуется усреднение результатов изменений по каналам дальности. Используемые методы измерения доплеровской частоты, в конечном счете, сводятся к оценке формы принимаемоrо спектра доплеровских частот. Так, напри мер, используют оценку по центру тяжести спектра или путем вычисления разности фаз коэффициента корреляции соседних отсчетов [503]. Такие оценки при малом OT ношении сиrнал/шум дают систематическую ошибку измерений тем большую, чем больше отличие средней доплеровской частоты от нулевоrо значения. Ошибка изме рений обусловлена тем, что выборки шума в каждом канале дальности с тактом, paB ным периоду повторения зондирующеrо сиrнала, не коррелированы и измеренное по ним среднее значение доплеровской частоты равно нулю. В измерителе частоты происходит взвешенное суммирование спектра сиrнала со средней доплеровской частотой, отличной от нуля, и шума с нулевой средней частотой. Для исключения систематической поrpешности необходимо применение сле дящеrо измерителя доплеровской частоты, который rетеродинирует суммарный процесс к нулевой частоте, коrда спектры шума и сиrнала имеют равные (нулевые) средние частоты. 456 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... Интерференционный характер отражения от элементов земной поверхности вызывает резкие изменения MrHoBeHHoro доплеровскоrо спектра, формируемоrо ДНА. Для уменьшения неrативноrо влияния модуляции принимаемоrо сиrнала на положение доплеровскоrо центроида возможно применение процедуры сrлажива ния [164*, 435*]. Она основана на обратимости алrоритмов формирования радио rолоrраммы и синтеза РЛИ (см. rл. 10) и включает в себя следующие этапы: выделение протяженноrо фраrмента радиоrолоrраммы, существенно превы шающеrо ширину ДНА по азимуту; формирование комплексноrо РЛИ путем сжатия по дальности и азимуту без учета миrрации дальности. Взвешивающее окно по азимуту  прямоуrольное; сrлаживание КРЛИ с нормировкой амплитуды в каждом пикселе; обратное преобразование КРЛИ в азимутальном направлении (во временную область) с использованием комплексносопряженной опорной функции; разделение полученной радиоrолоrраммы на фраrменты, в которых произво дится измерение доплеровской частоты с использованием следящеrо измерителя. Большинство современных космических РСА используют платформы, ориен тированные с высокой точностью (лучше 0,1 О) в подвижной путевой (rринвичской) системе координат, что rарантирует отсутствие смещений доплеровской частоты, кратных частоте повторения зондирующеrо сиrнала. Тем не менее, малые отклоне ния КА от точной ориентации по курсу и танrажу MorYT дать поrрешности измере ния доплеровской частоты. Они MorYT быть учтены путем измерения доплеровской частоты в начале, центре и на дальней rранице полосы съемки для начала и конца маршрута (в том числе и со съемкой суши для получения опорной информации). По этим данным и приведенной ниже формуле строится поле поправок для уточ нения результатов измерений Р Оор == 4п- йJsg {sin V/ sin У; + cosV/sin .9cos ri} , (9.18) А rде msg  текущая уrловая скорость КА в rринвичской системе координат; R..  TeKY щий радиус орбиты КА; lj/, и -9  отклонения по курсу и танrажу; Х  уrол падения. На рис. 9.13 и 9.14 дано сравнение результатов измерений поля течений во Флоридском проливе по радиоrолоrраммам ERS2 без сrлаживания амплитудных неравномерностей [69*] и с применением процедуры сrлаживания. На рис. 9.13,a показано РЛИ участка пролива между островами Куба и КиУэст. Оно имеет ти пичный для условий работы РСА ERS 1/2 вид  темные отметки от островов (BBep ху и внизу снимка) и светлое поле изображения морской поверхности со CTPYKTY рами, образованными ветровым волнением. Модуляция яркости РЛИ при обычном методе измерений доплеровской частоты приводит к ошибкам  наблюдаемым на рис. 9.13,6 перепадам на rрадиентах яркости, которые в значительной степени по давляются при использовании рассмотренной процедуры сrлаживания амплитуд ных неравномерностей (см. рис. 9.13,6). На рис. 9.14,а,6 соответственно представлены контурные диаrpаммы радиаль ной составляющей скорости течения при обработке без коррекции и с коррекцией 457 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования амплитудной неравномерности. Тополоrии диаrpамм близки, выявляется циркуля ция течения по часовой стрелке: вправо у острова КиУэст (в верхней части диа rpaMMbI), танrенциальные составляющие (радиальная скорость равна нулю) в правой части  вниз, а в левой  вверх, противоток течения (влево)  ближе к береrам Кубы и узкий рукав вдоль побережья Кубы  опять с направлением вправо. нп О.Ки.. Уэст : i: ".' f' . >: ::t.1::.... 'w.<,.: ".... :>..:1:'- о. Куба ' "'. - .:.,: -:-: :.,: .......,::... .:._..==..'1= . .' . ..", ,::: , "' .: ..,.-, . .,:.;.,........... .. ..:;:.. .. .с ' 1 ::1:-' ;{.. . . : а) б) в) Рис. 9.13. Радиолокационные изображения (а) и измеренные поля доплеровских частот при отсутствии коррекции амплитудных неравномерностей (6) и с применением коррекции (в) (Флоридский пролив, РСА ERS2) О.Ки"Уэст ....... ,. О.КиУэст . . " ,-f;';r /":}, i' .. .......... '=>  '.' ..... > ':'',"':,'c' .Й",,' "  l:':....I>.,..-<',...,. If Q.r;.. , ,',. :;'? ,. ", 'l' i, -f ....,.  .R . У ' ;'\1 . I ;'  .  . " . '. . : ':  " "I..... ' ,1. i1 U ::;'  1./:". 1""  j"  .\] . ' . .. . , . . . t;.!'\:: . €1" ........ ......,ttJ.. ( I '.' ",' .', о . . r. I'< о ;..Jr, ", . (\ " f.j\ ,r' . о J?! ,......" , \  . . V' ·  . ! ....../'. ... . ; V "  ' "о." О " c;fT..  . .. + ..  : , ,."...  .  "':: .r, нп ;j' f. ;' ;.,1.." ,.,f/!;.,: ..,: " Щj ..::: .."( :{ )i .:. f; " """; '"J; ,.,. ,":. . , е'." .{;;; '''., tr)' Q " . .":= . .J' 1'::. .; :: '." :. r-"' .::" : r...:ц' . ( : , , .S о. Куба i'",;" -:-:: . >."::.: "":/:: о. Кубi ,', ,.h\';"-:':;,  .::,::f4, ':"&t,. :' ;;! а) 6) Рис. 9.14. Контурные диаrраммы радиальной составляющей скорости течения: а  обработка, без коррекции амплитудной неравномерности [69*]; б  обработка с коррекцией неравномерности 458 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... Рассмотренная методика измерения доплеровской частоты, основанная на aHa лизе получаемоrо РЛИ и выборочной корректировки радиоrолоrpаммы, позволяет снизить поrpешности измерений в областях, примыкающих к суше, а также повы.. сить точность калибровки измерений по участкам суши, съемка которых должна специально предусматриваться при изучении течений. Должны включаться также острова, rде имеется максимальный rpадиент амплитуды отраженноrо сиrнала. Воз можно расширение методики с применением сеrментации комплексноrо Р ЛИ по данным предварительноrо дешифрирования и проведение измерений по выделен ным фраrментам КРЛИ с последующим преобразованием их во временную область. 9.4.4. Эколоrический мониторинr морских акваторий Важнейшей задачей мониторинrа водных объектов является определение общей заrрязненности акваторий и учета ее составляющих. Основные направления эколо rическоrо мониторинrа морской среды включают в себя [93, 129, 144]: оперативное картирование параметров состояния и заrрязнений водной cpe ды, вызванными различными источниками: береrовыми (терминалы, вынос речных вод, содержащих пленочные заrрязнения смешанноrо антропоrенноrо и eCTeCTBeH Horo происхождения), морскими (платформы нефтепромыслов), судовыми (сброс вод, содержащих нефтепродукты), а также биоrенными, связанными с повышенной биолоrической продуктивностью, в том числе с жизненными циклами хлорофилла и активным цветением водорослей; анализ метеоролоrической обстановки и ее влияния на распространение за rрязнений; изучение закономерностей прибрежной циркуляции и их влияния на распро странение заrрязнений; выявление различных ситуаций распределения заrpязнений в прибрежных водах. Необходимо рассмотрение указанных явлений в тесной взаимосвязи, по скольку заrрязнения, попадая в морскую среду, становятся частью этой среды и развиваются по тем же законам, по которым развивается и сама морская среда. Основным средством спутниковоrо контроля состояния морской поверхности и оценки степени заrрязненности являются космические РСА со средним про странственным разрешением (30...75 м), обеспечивающие получение стабильных данных, не зависящих от времени суток и прозрачности атмосферы. В связи с oд нородностью диэлектрических свойств воды в микроволновом диапазоне вариации рассеянноrо сиrнала связаны только с rеометрическими параметрами возмущений, что облеrчает интерпретацию снимков. Особенность использования РСА состоит в том, что видимое на РЛИ выrлажи вание поверхностноrо волнения может быть вызвано как пленочными заrрязнениями различной природы, так и дрyrими причинами. К ним относятся резкое ослабление приповерхностноrо ветра, цветение водорослей с образованием плёнки на поверхно сти, поверхностные проявления различных атмосферных и океанических процессов и т.д. Поэтому для интерпретации радиолокационных данных необходимо привле кать различные сопутствующие измерения (ветер, течения, температура, содержание 459 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования биомассы и др.), а также широко использовать косвенные признаки, позволяющие конкретизировать происхождение Toro или иноrо пятна (форма, размеры, вид rpани цы, текстура, близость возможных источников заrpязнения и др.). На рис. 9.15 приведены РЛИ разноrо типа поверхностноактивных пленок в Черном море, полученных в Сдиапазоне волн с помощью РСА Envisat ASAR. 35°QO'B,.']; 36 0 00'рп 37 0 00'вд 38000' ВД :.;  :=,*',:,.:'. .:' .. "1 .... ,,' .. ,J ,.,' f. (: .  а ...: ', , ь;', '://6 . . . . .. . ,' . .':" о .,', ..v. (\ .'  . ..,,,, .,,,,, , ,,. j"  :::; u о :::::> () , .    7 .... ...... u ,....., с о . Iri o::t К ...... к,ё:) :. с  м о ';   ::::::1 "-t U С \' о о  "'т ,.. '<\ - " '.l .. :;.: .- ': ...;.... . 'i\ :3 ') \1 .6 ::,.,: : 0'. - .....,  "'00':".-. ):.. ,;, ., 3: )4>": ; fii:;: i:.:,::  ': о м о ,.,. .t' 1 2 7 k"'З " . ) . ., " \ .5 ::! Q ,>,J'i' . 5 " ...,. ...... U с ("') ( м  ::;.1:  .; ') (. ..... ("'),  . .' " :: . ..: .:: ... ", . t- ::..-:-;: '.; ._yP '-. . (O. 35 0 00'вд 36 0 00'вд 37 0 00'вд , 38 0 00'вд Рис. 9.15. Типы поверхностноактивных пленок, наблюдаемых с помощью РСА: J  5  пленки нефтяных заrрязнений с СУДОВ, площаДи нефтяных заrрязнений: J  9,2 км 2 ; 2  1,6 км 2 ; 3  1,2 км 2 ; 4  0,5 км 2 ; 5  3,5 км 2 ; 6  пленки биоrенных заrрязнений вдоль линий тока поверхностных Te чений; 7  области BeTpoBoro затишья (ИСЗ Envisat, ASAR, разрешение 75 м, ВВ [129]) Друrой оrраничительный фактор радиолокационной съемки состоит в том, что пленочные заrрязнения можно наблюдать в диапазоне скоростей ветра от 2 до 1 О м/с. При слабом ветре мала мощность отраженноrо сиrнала, и контрасты, BЫ званные выrлаживанием ряби, не обнаруживаются. При более сильном ветре вол нение усиливается настолько, что плёнка, покрывающая морскую поверхность, или быстро разрушается, или уже не в состоянии оказать скольконибудь заметное для радиолокатора воздействие на шероховатость поверхности. В статье [144] отмечается, что подавляющее большинство антропоrенных заrpяз нений морской поверхности представляет собой утечки и сбросы с судов нефтепро дуктов и содержащих их жидкостей в результате рутинных операций на судах: промы вочные, балластные, а также льяльные (содержащие более 15 мr/л нефтепродуктов) воды из помещений rpузовых отсеков. Как выяснилось, подобные незаконные сбросы настолько распространены, что в совокупности наносят rораздо больший ущерб ЭКО системе Черноrо моря, чем отдельные катастрофические разливы нефти. 460 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... Одним из rлавных характерных признаков, помоrающих выявить нефтяное пятно на Р ЛИ, является ero rеометрическая форма. Она разная  в виде вытяну тых темных линий (при сбросах с судов во время их движения) или в виде TeMHoro пятна окруrлой формы для неподвижных судов. Существенно влияние ветра на форму и структуру пятна  под непосредственным воздействием ветра нефть aKKY мулируется на подветренной стороне. Приповерхностный ветер возбуждает дина мические процессы в верхнем слое воды, например вихри, трансформирующие rеометрию пятна. Биоrенные пленки  результат жизнедеятельности морских орrанизмов и pac тений, rлавным образом, фито и зоопланктона, а также бактерий. Они сохраняют ся в море при слабых ветрах в течение продолжительноrо времени и начинают раз рушаться, коrда скорость ветра превышает 6...7 м/с. После прекращения действия сильноrо ветра орrанические вещества снова выносятся на поверхность и образуют слики. При интерпретации радиолокационных изображений rлавная трудность за ключается в различении пятен нефтяных пленок и пленок от биоrенных поверхно стноактивных веществ на морской поверхности. Данные радиолокационноrо зондирования нефтяных заrрязнений можно по лучать с помощью космических РСА диапазонов волн Х, С, S, а также миллимет pOBoro диапазона. На рис. 9.16 приведены РЛИ морской поверхности, снятые в Sдиапазоне волн. В Lдиапазоне волн одночастотное зондирование менее инфор мативно. Но оно в сочетании с использованием информации РСА друrоrо диапазо на волн позволяет получить rрубую оценку толщины пленки. . :.<> ..'1!" У. . 'j.,.' . :  " . ... . <'  ,. j. ;J' :..' . \t 'H.,!' $.4 ;" )}f''\ . "-"" ).'). . :IJ., i="'; .;; ,,) .. , f .. ;::-{';;'i' .:_: '.:.. '1<", . ,-. ." \\ ' » )." ' . . '.. > f;  t ...... ,,  ) (  \.. ........... .. '/$ ':--b"!', ' " \. .  .  # -,' « .. , .,.:. А:': .... '" ...1<'. ., ,  .. :.."  '),/0....: ...., ""'. -"""" ...i'f- .'  . . ., .  . 1) 'C.}o.. о< :i.... .. .;It . /.'(  . .', .  . .' .' .' I J .< i "r .. 't. ....  ,, , >, o(j а) б) в) Рис. 9.16. РЛИ морской поверхности, снятые в Sдиапазоне волн: а  Мраморное море, aBrycT 1987 r., пленки биоrенных заrрязнений; б  нефтяное пятно, эксперимент в AT лантическом океане; в  размытое нефтяное пятно (РСА «МечК» КА «KOCMOC 1870» (а), РСА «МечКУ» КА «Алмаз 1» (б, в), разрешение  20 м, rr) Наибольший опыт интерпретации данных получен при зондировании в Сдиа пазоне волн по амплитудным РЛИ от РСА Radarsatl (rrполяризация), ERS1/2 (ВВполяризация), Envisat (BB или rrполяризации). Анализ снимков перекрест ных поляризаций затруднен изза низкоrо отражения сиrналов от поверхности пя тен. Используемые радиолокационные данные позволяют определить rеометрию и текстуру пятен, но не дают оценки толщины слоя заrрязнения. Эта задача является предметом исследований, включая анализ комплексных rr +ВВ изображений, по лучаемых в разных диапазонах волн. Сложность идентификации типа пленок и различения природных образований от антропоrенных пленочных заrрязнений моря, поступающих с судов, объектов ТЭК, рек, промышленных производств, требует привлечения дополнительной ин 461 
Радиолокационные системы землео6зора космическоrо базирования формации, которая может быть получена от rеоrрафической информационной сис темы (rис) [93]. в рамках rис должны создаваться банки РЛИ нефтяных заrpяз нений моря. Нефтяные разливы на РЛИ характеризуются [470, 540]: · формой (нефтяные заrрязнения характеризуются простой rеометрический формы); . краями (rладкая rраница с большим rрадиентом, чем у сликов природноrо происхождения); . размером (слишком большие пятна обыкновенно являются сликами естест.. BeHHoro происхождения, например, скоплениями водорослей или планктона); . rеоrрафическим расположением (нефтяные разливы в районах нефтедобычи или путей транспортировки нефтепродуктов). Для распознавания типа пленок используют нейросетевые алrоритмы со сле.. дующим набором информационных признаков [293]: площадь А, периметр Р, сложность образа С == P/2 .J"A , коэффициент формы S для пикселей, принадле жащих пятну [359], СКО яркостей в пятне и окружающем фоне, средний и макси мальный контрасты яркостей пятна к средней яркости фона, rpадиент rраницы пятна, СКО rрадиента. Для повышения надежности идентификации радиолокационные данные дo полняют мультиспектральными данными, информацией о положении населенных пунктов, промышленных объектов, инфраструктуры топливноэнерrетическоrо комплекса  ТЭК (месторождений нефти и rаза, rазонефтепроводов, буровых BЫ шек и платформ, нефтяных терминалов, портов и т.п.), судоходных трасс путем их интеrрации в rис. Примерный вид системы эколоrическоrо мониторинrа в CTPYK туре rие приведен на рис. 9.17. NOAA/A VHRR, MODIS Тспа & Aqua, Quikscat, T()PEX/Posciclol1, Mctcosat и др. Ветер, волнение, течения, TI"IO, облачность, осадки, лед и т.д. EI{S2, El1visat, Radarsat и др. Подсистема дистанционно)"'о зондирования Подсистема сбора подспутниковых измерений Архив, база данных .... Система интеrрации .. данных на основе rHC Эксперты МОДУЛJ> классификации KapTI>I заrрязнсний Пользователи Принятие реUJений Рис. 9.17. Система эколоrическоrо мониторинrа моря в структуре rис [93] 462 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... в работе [93] предложен состав системы мониторинrа моря из четырех oc новных блоков. 1. Подсистема дистаНЦИОННО20 зондирования, обеспечивающая сбор, обра.. ботку и анализ как РЛИ, так и друrих данных дистанционноrо зондирования: TeM пературы поверхности моря (ИСЗ NOAA/ А VHRR), цвета моря и облачноrо покро" ва (ИСЗ Тепа и Aqua), ветра (ИСЗ Quikscat), осадков (SSV/I и TMI), высоты волн (ИСЗ TopexPoseidon). 2. Подсистема сбора спутниковых измерений, которая отвечает за сбор под спутниковых измерений, данных и сопутствующей информации о морской среде (ветер, течения, состояние моря и т.п.), О характере нефти и параметрах нефтяных разливов. Собранные данные MorYT дальше использоваться как начальные в Moдe лях дрейфа нефтяных пятен. 3. Система uнте2рации данных. Ее основа  rHC, которая вместе с модулем Классификации осуществляет интеrрацию всех друrих данных и создание конеч Horo продукта для пользователей  карт распределения нефтяных заrрязнений. 4. Подсистемы архивирования и хранения данных, обеспечивающая coxpaH ность информации, необходимой для моделирования проrнозных сценариев и по лучения статистических сведений о нефтяныIx заrрязнениях. При влечение реrиональных информационных и управляющих служб rие к эко лоrическому контролю моря и прибрежных территорий оправдано отмеченным выше обстоятельством необходимости быстроrо реаrирования на обнаруженные очаrи за rpязнения с привязкой их К движущимся источникам. Должны использоваться KOOp динатная информация от систем опознавания, привлекаться морские средства KOHTpO ля для взятия проб нефтепродуктов. По результатам анализа должны приниматься op rанизационные меры для устранения ущерба и предотвращения заrpязнений. 9.4.5. Исследования проявлений внутренних волн для выявления топоrрафии дна В настоящее время практически освоена технолоrия составления топоrрафических карт рельефа дна по результатам космическоrо радиолокационноrо зондирования морской поверхности. Реализуемая точность сравнима с точностью промера с помо щью эхолотов [92]. Для определения rлубин применяют модели РЛИ, параметрами которых являются опорные rлубины, скорости течения и характеристики волнения на момент съемки. По существу решается вариационная обратная задача моделиро вания амплитудноrо радиолокационноrо изображения по взаимодействию рельефа дна с морским течением, которая позволяет инвертировать изменения интенсивности РЛИ в локальные вариации rлубины относительно известных опорных значений rлубин. По экспериментальным данным, собранным в Северном море, установлено, что наиболее блаrоприятными метеоролоrическими условиями для топоrрафических измерений являются скорость течения 0,4.. .0,8 м/с, скорости ветра 3...1 О м/с. Как отмечается в [92], бельrийская фирма ARGOSS разработала новую TeXHO лоrию мониторинrа рельефа MopcKoro дна BAS (Bathymetry Assessment System). Она включает в себя пакет компьютерных моделей для расчета rлубин по данным радиолокационноrо зондирования. Эти модели учитывают, что формирование РЛИ донной топоrрафии происходит вследствие трех процессов, протекающих в слое 463 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования воды от поверхности до дна. Взаимодействие между приливным потоком и релье фом дна вызывает модуляцию поверхностноrо потока, она приводит к вариациям спектра поверхностных волн, а значит изменяется коэффициент отражения радио волн. При моделировании используют уравнения, описывающие эти три процесса. Для обеспечения строительства портов фирма ARGOSS создала службу, KOTO рая составляет карты rлубин, течений, уровня моря, а также концентрации взвесей. Кроме РСА (ERS2) используют информацию от датчиков SeaWiFSs, оптоэлек TpoHHoro сканера MOS и радиовысотомера КА Topex/Poseidon. В России отрабатываются методики решения этой задачи картоrpафирования TO поrpафии дна с использованием архивных данных от РСА «МечКУ» КА «Алмазl». 9.4.6. Обнаружение опасных волновых явлений и их предвестников К опасным волновым явлениям в Мировом океане относятся штормовые волны с экстремально высоким уровнем (до 12 м  «волныубийцы») и опасные волны зы би, а также волны цунами. Для их наблюдения имеют перспективы бистатическое зондирование морской поверхности в режиме квазизеркальноrо отражения в соче.. тании с методами интерферометрии [181 *,182,183*]. Режим квазизеркальноrо отражения позволяет совместить преимущества pa диоальтиметра (высокий энерrетический потенциал) с преимуществами космиче ских РСА (широкая зона боковоrо и скошенноrо обзоров). Использование фазо метрических методов позволяет формировать не только яркостные изображения (воспроизводящие высоту энерrонесущих волн), но и изображения поля уровня (усредненные высоты морской поверхности), характеризующее поле сейсмических (быстрых rравитационных) волн. Возможны два варианта реализации бистатическоrо режима: 1) использование пар низкоорбитальных ('""800 км) спутников, один из KOTO рых  активный, передающий, а второй  пассивный с двумя антеннами и прием ными каналами (интерферометрия поперек трассь] КА); 2) использование подсвета с rеостационарноrо КА и набора низкоорбиталь.. ных ('""800 км) КА с пассивными интерферометрическими приемниками (или тан.. демами приемных КА). Такие конфиrурации MorYT быть использованы для наблюдения MopcKoro волнения и получения скоростных портретов, а также для обнаружения подъема уровня морской поверхности на 2,5...5 см и более (на площади, превышающей 100хl00 км), который является порождением волны цунами. Разрешающая спо.. собность бистатической РСА с учетом HeKorepeHTHoro накопления в элементе раз решения должна быть не хуже 1 км. Полоса съемки должна быть не менее 1000 км при периодичности получения информации не более 1,5...2 ч. При бистатическом зондировании разрешающая способность поперек трассы КА в районе зеркальной точки резко падает (см. подраздел 3.3.4). Но в случае ис пользования широкополосноrо сиrнала (200.. .300 мrц) можно реализовать при.. емлемое для наблюдения морской поверхности пространственное разрешение ('""30 м поперек трассы КА), как и у моностатических РСА. ДЛЯ обнаружения волн цунами используется интерферометрическая обработка с усреднением отсчетов высоты по площади пятна 1 км С числом отсчетов N> 30000. 464 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... Реализации такой информационной системы paHHero предупреждения об опас ных волновых явлениях должен предшествовать натурный эксперимент. Для ero про ведения в первой конфиrурации может использоваться орбитальная rpуппировка из трех КА с РСА  передающей и приемноrо тандема. В результате эксперимента должны быть отработаны алrоритмы измерения мезомасштабноrо рельефа морской поверхности, обнаружения возмущений, оценены ожидаемые характеристики KOC мической системы, оптимизированы режимы обзора и параметры аппаратуры. 9.5. Исследование ледовоrо покрова в задачи, решаемые средствами радиолокационноrо зондирования ледовоrо по крова, входят [197]: 1) оценка ледовой обстановки и проrноз ее изменений, выработка peKOMeHдa ций по проводке судов и районам ловли рыбы; 2) измерение скорости дрейфа льда; 3) применение радиофизических методов для изучения климата и взаимодей ствия океан  атмосфера в прикромочных зонах с типичным для них большим rpa диентом параметров rидрометеоролоrических процессов; 4) оценка объема водозапаса в ледниках и материковых льдах; 5) выявление подвижки ледников; 6) контроль таянья материковоrо льда. Мноrолетние экспериментальные исследования ледовых покровов с исполь зованием самолетных и космических радиолокационных средств низкоrо разреше ния (1...2 км)  скаттерометров и космических РБО на иез «KOCMOC1500, 1602, 1766», «Океан», работавших в Хдиапазоне волн, выявили зависимости между общим характером ледовоrо покрова и значением УЭПР. Обобщенная по экспери ментальным и расчетным данным зависимость суО от возраста льда для А 3 см и вертикальной поляризации приведена на рис. 9.18. Как о видно, по значению (J не всеrда возможна однознач ная интерпретации РЛин 10 формации о ледовом покро ве. Значительные трудности 20 возникают при определении возрастных rрадаций OДHO летних льдов, причем KOH зо трасты морских льдов на фо не открытой воды MorYT принимать в зависимости от шероховатости льда и CKOpO сти приводноrо ветра как по ложительные, так и отрица тельные значения. 0"0 ,дБ О .... ....1 ........ J................ .... ....1 т /.... ....1'\ // //r// \''-tt....t// / / 2 3 4 5 Рис. 9.18. Обобщенная зависимость УЭПР различных типов льда по данным измерений в Хдиапазоне волн (ВВ) при уrле падения 400 [197]: 1  море, скорость ветра  1 О м/с; 2  нилас (5 1 О); 3 серый, cepo белый (l30); 4  тонкий однолетний (370); 5  средний однолет ний (70120); 6 толстый однолетний (>120); 7  мноrолетний (>200); 8  шельфовые ледники (в скобках указана толщина льда, см) 465 
Радиолокационные системы землео6зора космическоrо базирования Более точная идентификация (торосы, мноrолетний лед) может быть получена путем двухчастотноrо зондирования, например, в x и Lдиапазонах волн, но приме нительно к задаче обеспечения судовождения требуется существенное улучшение разрешающей способности радиолокатора, чтобы перейти от общих характеристик ледовоrо покрова с оценкой возможности прохождения каравана судов с ледоколом до оценки сплоченности льда и прокладки наиболее экономной трассы. На рис. 9.19 приведены РЛИ ледовой обстановки в Антарктике, снятые в Sдиапазоне волн с помощью РСА «МечКУ» КА «АлмазI». Видна резкая измен чивость текстуры ледовых образований., которая может использоваться для их идентификации. " , ,,,'. 1:....'  " , А." ..fIIt' ",,, ;;- . . ' /' ' .,.. ,.;.  . . '. '.' . 0«' '. ",. .< .'_ i- '..:'{' . . " r . .  f ' ;{  ' . .. J"" : 1,\ '.\> . . '. : . . . "t .. : ( , " . ",!: . .   '", ',> .' ': '" . ..("  , "'!' , r,-;,. ': ::. " ' ;{,'", .:; . . .  , .' ",.)., . ',' , :>С" . 'i; .),,\ '. .,1;:   " . . !. ..... ':';., .  " 'It. .::.".","?i- . ';'.<... : ,. ot',# 1 ' ..... >.." :n", .....:$(\. (\. "' : .{" ")о (,,: f" :"i:':: ., , '--:,'  , . \ ,:.l<5. :::: . "", "'. - "..- ,»:t".:.+.'. v . ..,;J-}',;' t,' .:;,;" :;:" <' '/ " : ..   .,,  "+; "," . ::t .   ,(,.' \>,'$ ь .' "  .' (.'" ," м; ....J . .- . >o;;. 3 " '..t> ..., ' . 11 ... . . .'", .,' :. '"  ' ..... .... p:' '"  '. ',:, .;' (:(':.': \' >  :'.' ..}- ., . "-0." ,;., .Л  '', '\:;,;,;. -,;"  "1' ..  .1 ;.,.. .k. ,,;. (. . . "/:. ;...(..,., . .... ."' ", "',; .. ""..,.'i>.j,' .  ;J У ,,  <' ':.t.. .. . 0-'....,$"' : ,,,,,_. . .....,<,::.. 1."':, .- ;,''''; . , ::.'f:,'  . { /: '. .:(.:, \('- \'..' "",. t. .. t .::.,:" .  . -.,.. , '\.. It;., > '1 ". ,  .. '. "'у ,. " ':> i . "'\ / .: '(':_"":;'-:'; -:t:.; " ... ... ':..., .:0:: . .-......  .' .. f  . .",: . " ,,:.<,': ,. .,).:  1 ,"3"' >- ::;:'J ,( " ..'. .. Ф'; '',/,>,  <> .. <' >\ >:, " '-" '.. '> .: "'.. "'., " . ),: .... . '....  , ." ,J' ;-'. , , ';'.j; '). . . ," ", . :'." , :.:' . 'J" ,' , . .'  - , ,.:: . . . -: (:\.'!, ,. ... : " '-... :.( ';- . ::  '. :..: - ; :. i- ... _. i  · . !;'. \.::ТJt' ;', ,J . :"р". ;,. .O ::'  - li: ",' ")( . :.,. :. 011;.. , . '..t. . r  . . >:;.- "j."" .'- ,t. .. ...  . . '-"... J ;. .,', ..: " ... , ' ... +. .,,,'  . ' : ..' '. ;  ::'   ,:" < ,:. .":: \. .' ... , ., ,); . ''/' .",::.',,;,' ", 'у : .  , . ' ''';:t:."':': t!':.. . - ./'- '.  , . C,.r..,J ж.' { )\ ..... >,;t ;,:. ',;i:. \. ,'-' ::iY:::"1 , }1': "'"' . ,'  ... -:-. .: t 1.; ,--} . \.,  .)- -' __о. _ :io., ,  ,'\»' > ,'$ <"I..,... '" .(. ,.' . '{"..... ",." .... . ...< п' ..::": " :....:: ' - 1'." ,,' , . - .; , .':..'. : ш" ь, :".'" '.  , .,: . ( . . ' : ..' ..\:: ) '" !' .0',' <""" ')  .' ,.' 1:" , " . > . .о: _ <' <'> ,k""J ' ,":1"" ." :)< '.' i.," Рис. 9.19. РЛИ ледовых полей в районе Антарктиды (РСА «МечКУ» КА «Алмаз 1 », разрешение 15 м, .r) В материалах, посвященных исследованиям информативности радиолокаци oHHoro зондирования в разных частотных диапазонах (включая совместные экспе.. рименты с РСА «МечКУ» и SIRC/XSAR), на основе которых была сформулиро" вана концепция построения РСА LightSAR, показано, что поляриметрический РСА Lдиапазона волн позволяет однозначно определять требуемые характеристики ле.. довоrо покрова при поляриметрическом зондировании в режиме Скансар с разре.. шением lOOxl00 м [446,474]. Для анализа динамики поведения ледовых полей эффективно использование методов дифференциальной интерферометрии по серии КРЛИ, периодически по 466 
rлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... лучаемых на повторных орбитах. Применение метода прецизионноrо масштабиро вания комплексных сиrналов, paccMoTpeHHoro в подразделе 6.5.1, для интер претации дифракционных картин ледовых полей позволило обнаружить и оценить их сжатие [162*]. Задача определения баланса ледовой массы материковых льдов решается пу тем измерения вертикальных и rоризонтальных смещений ледника, что реализует ся поперечной интерферометрией. Изменения скорости движения может провоци ровать динамические нестабильности, вызванные эффектом смазки от водноrо слоя. С целью устранения ошибок измерений скорости изза рельефа при меняют метод четырехпроходной интерферометрии, вычисляя рельеф по одной из пар и компенсируя ero в интерфероrpамме. Для проведения съемок эффективно исполь зовались тандемы ERSI, ERS2 [478]. В дополнение к приведенным выше рассмотрим задачу обнаружения пла вающих айсберrов и возможностей их отличия от судов по получаемым РЛИ. AK туальность этой задачи заключается в том, что айсберrи и их осколки встречаются в арктических морях в 59 % случаев [142]. Размер типичноrо айсберrа (<<Bertha») составляет по длине 150 м и имеет высоту 35 м. Осколки айсберrов, даже не пре вышающие 20 м по длине (ширине) и высоте 5 м (как у маломерных судов), имеют объем льда до 10000 тонн, что представляет серьезную уrрозу мореходству в apK тических широтах. Основными классификационными признаками айсберrов являются их низкие значения ЭПР и УЭПР по сравнению с судами. Так, например, при уrле падения 51 о расчетная ЭПР для осколка айсберrа размером 14 м и высотой 3 м составляет 2 2 б от 0== 6.. .25 м (СКО 6.. .20 м ). В зависимости от ракурса на людения это COOTBeT ствует УЭПР ()О==0,оз...о,125. Морские суда с аналоrичными размерами надводной 2 о части (катер) имеют 0== 100...1000 м и ()==0,6...1,7. Очевидно, что по полученным двумерным радиолокационным портретам судна и осколков айсберrов их различе ние не составляет технических трудностей при достаточных пространственном разрешении и чувствительности РСА. Заметим, что даже при минимальном значе нии УЭПР айсберrа отметки от Hero имеют достаточный контраст на фоне отраже ния от морской поверхности с ()О-----0,003. В [142] сделан вывод, что выбор длины волны РСА из сантиметровоrо или дециметровоrо диапазонов, равно как и сила MopcKoro волнения, не иrpают заметной роли. 9.6. Зондирование суши и раститепьноrо покрова 9.6.1. Тематическое картирование объектов суши Разнообразие задач дистанционноrо зондирования суши требует дифференцирован Horo подхода к выбору (заказу) вида радиолокационноrо продукта и алrоритмов Te матической обработки. Как уже отмечалось, концепция проведения радиолокацион ной съемки поверхности Земли предусматривает полное использование ресурсов КА по энерrопотреблению и пропускной способности радиолинии передачи данных. При планировании съемок учитывают заявки потребителей, а оставшийся резерв ис пользуют для создания архива РЛИ. ДЛЯ задач, не требующих оперативных данных 467 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования (картоrрафия, rеолоrические изыскания, землеустройство, составление земельноrо кадастра и т.п.), возможно использование архивных материалов дзз. Топоzрафическое картирование (построение цифровых карт рельефа). Для этоrо вида зондирования достаточно съемки с одной поляризацией с получением пар КРЛИ в интерферометрическом режиме с «жесткой» или «мяrкой» базой (TaH демы или межвитковая интерферометрия). Разрешающая способность КРЛИ опре деляется масштабом и точностью создаваемых карт. Методы обработки КРЛИ pac смотрены в подразделе 9.7. 1. rеолоzическое картирование. Для rеолоrическоrо картирования (археолоrии, исследования вулканической деятельности) желательно применение поляриметри.. ческой съемки преимущественно в дециметровых s или Lдиапазонах волн, а в перспективе  двухчастотноrо зондирования с добавлением Рдиапазона волн [87]. Возможности выделения подповерхностных структур возрастают при проведении съемок с разными уrлами падения и ракурсами, применением правостороннеrо и левостороннеrо обзоров на восходящем и нисходящем витках. Алrоритмы обра.. ботки информации аналоrичны приведенным в статьях [360*,374*]. Хозяйственная деятельность. Ее обеспечение на реrиональном уровне (строительные и изыскательские работы, землепользование) требует постоянноrо обновления крупномасштабных картоrрафических материалов. Преимущество pa диолокационноrо зондирования  получение стабильных, повторяемых материа лов, позволяющих применить эффективные алrоритмы выявления изменений в ок.. ружающей обстановке и автоматизировать процесс обновления карт. Для боль шинства таких задач применимы рассмотренные в подразделе 9.6.3 робастные He KorepeHTHbIe методы выявления изменений (Change detection), основанные на KOp реляционной обработке пар Р ЛИ, снятых в разное время. В отличие от дифферен циальной интерферометрии HeKorepeHTHbIe методы не требуют повторяемости yc ловий наблюдения для совпадения фазы. MOHumOPUHZ aHmpoпozeHHblX объектов. Новые методы этоrо вида монито ринrа на основе радиолокационной съемки (rородов, населенных пунктов, дорож ной сети, различных инженерных сооружений, линий электропередач, инфраструк туры ТЭК и т.п.) позволяют вести контроль нарушений rеометрии зданий от про садки почвы (вызванной природными явлениями или rорнодобывающей деятель ностью), а также от действия разрушительных факторов. Используя методы диф ференциальной интерферометрии дЛЯ КРЛИ с повторяющихся орбит, составляют карты rородов с фиксацией изменений rеометрии зданий за период в несколько лет. Реrистрируемые скорости уходов около 2 см/rод. При обработке данных ис пользуется 3D трианrуляция [260]. Такую же технолоrию применяют при мониторинrе железнодорожных путей в ropHbIx районах, подверженных осыпям и лавинам [224], и контроле состояния rазо проводов. Обнаруживаются процессы проседания линий rазопроводов на миллимerpы в день изза возможноrо таяния rpYНTa под трубами. Orсутствие какойлибо динамики за зимний период является следствием промерзания почвы и стабилизации поверхно сти. Orмечено, что переход из Сдиапазона в более длинноволновый диапазон, напри мер, в L, может резко снизить проблему временной декорреляции КРЛИ [8386]. 468 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... Индикация движущихся наземных целей. Эта самостоятельная задача  решается методами продольной интерферометрии в РСА с секционными АФАР, применением тандемов РСА. Новые технолоrии предусматривают использование антенны с переключаемой ДНА, мноrоканальное построение РСА [277], а также реализацию paccMoTpeHHoro в подразделе 4.2.4 метода пространственночастотной фильтрации [37*,428*]. Военная разведка. Основным инструментом при дешифрировании радиоло кационных данных в задачах военной разведки являются HeKorepeHTHbIe и Kore рентные методы выявления изменений оперативной обстановки в районах наблю дения. В ходе реrулярных наблюдений театра военных действий формируют архив КРЛИ стационарных объектов с вариацией уrлов падения и ракурсов, что позволя ет автоматизировать задачу обнаружения изменений обстановки и сократить время дешифрирования [67, 68]. Дифференциальную интерферометрию сочетают с роба стными некоrерентными методами выявления изменений, рассмотренными в под разделе 9.6.3. MOHumOPUHZ чрезвычайных ситуаций. Рассмотренные выше методы эффек тивны при мониторинrе чрезвычайных ситуаций, в том числе для сопровождения поисковоспасательных работ. Как показывает опыт радиолокационноrо зондиро вания, нужна четкая каталоrизация отражающих объектов на территории страны, чтобы выявить на их фоне вновь появившиеся отметки  следы катастроф. 9.6.2. Мониторинr растительноrо покрова Задача радиолокационноrо зондирования растительноrо покрова в современных условиях  получение количественной информации об объеме биомассы, степени созревания культур в целях проrноза урожаев, выявления заболеваний, контроля применения аrротехнолоrий или оценки динамики рубочных работ для лесных массивов. Актуальной задачей является также точная типизация растительности., например для выявления посевов наркотических растений. Для решения этих задач используются поляризационные и спектральные различия в отражении от подсти лающей поверхности, выявляемые при комплексном дешифрировании данных. В широком спектре частот радиолокационноrо зондирования из космоса па раметры сиrнала, отраженноrо от растительноrо покрова, имеют большие вариа ции, которые обусловлены резкой частотной зависимостью отражающих и поrло щающих свойств зеленой массы, различием rеометрии растений (включая резо нансные явления), особенностями отражения от древесной массы и почвы. Общие методы тематической обработки в задачах сельскохозяйственноrо мониторинrа и мониторинrа лесопокрытых территорий близки, хотя решаемые задачи несколько отличаются. В задачи сельскохозяйствеННО20 монитОРИН2а входят: учет использования продуктивных земель для реrиональноrо управления pe сурсами; проrноз урожая, в том числе в rлобальном масштабе, с целью экономической разведки для установления цен на сельхозпродукты; мониторинr сельхозуrодий и контроль состояния посевов; 469 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования контроль эффективности аrpотехнолоrий, особенно для районов с резкой из менчивостью химическоrо состава и влажности почвы, требующих проведения из бирательных мероприятий; обнаружение зон поражения вредителями  насекомыми или rpызунами; оценка динамики плодородия почв, засоления, опустынивания. В задачи дистаНЦИОННО20 зондирования лесопокрытых территорий входят [9]: оценка общеrо состояния лесных массивов, объема деловой древесины; уточнение rраниц кварталов и выделов, их площадей, создание автоматизиро ванной системы непрерывной лесотаксации, кадастровой оценки; контроль эффективности мероприятий по качественному состоянию лесов и непрерывности их использования, лесовосстановления, контроль проведения py бок, ухода, санитарных рубок, оценка текущеrо среднеrо прироста древесины; определение и оконтуривание территорий вспышек вредителей и болезней ле.. са, оперативной оценки ущерба от таких явлений; оконтуривание территорий произрастания особо ценных пород; оценка характеристик жизнедеятельности лесных экосистем в их мноrообразии; проrнозирование чрезвычайных ситуаций (оконтуривание территорий с по вышенной пожароопасностью, территорий будущеrо паводка), ускорения их лик видации (координатная привязка очаrов rорения в условиях сильной задымленно сти), выявление ущерба от нарушения режима хозяйствования (несанкционирован ные рубки, перерубы), оценка ущерба от природных катаклизмов (ветролом, BeT ровал, снеrолом). Применительно к сельскому хозяйству требуется по материалам дистанцион Horo зондирования определять вид культуры, стадию веrетации, объем фитомассы. Наиболее эффективным является реrулярное (более шести раз в rод [75, 456]) по ляриметрическое (две поляризации) радиолокационное зондирование в сочетании с использованием информации от оптических и ИКдатчиков (MERIS, MODIS). Спектроанализатор MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer) с разре шением 300 м и полосой съемки 1000 км входит В состав полезной наrрузки КА Envisat, сканер MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) с разре.. шением 250 м установлен на спутниках Тепа и Aqua. Использование информации от оптических и ИКдатчиков позволяет получить приближенную оценку распре.. деления запасов фитомассы в сообществах на основании расчета и сравнения зна.. чений нормализованноrо веrетационноrо индекса NDVI (Normalized difference vegetation index): NDVI== NIRRED (9.19) NIR + RED ' rде NIR  значение отражения в ближней инфракрасной области спектра; RБО  отражение в красной области спектра [26, 273]. Основной опыт практическоrо применения космической радиолокационной съемки основан на использовании амплитудных РЛИ, полученных в Сдиапазоне волн от ERS1/2, Radarsatl, Envisat (две поляризации). Информативными признакам и для идентификации вида сельскохозяйствен" ных культур и проrноза урожая являются значения УЭПР и определяемая arpoTex.. 470 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... нолоrиями текстура полей в сочетании с их временной зависимостью от веrетацион ных фаз [7, 26]. Иrpает важную роль учет характеролоrических особенностей клима тических районов (среднесуточная температура, параметры шероховатости поверх ности, проективное покрытие, объем, структурные характеристики, влаrосодержание биомассы) с оптимальным выбором интервала времени для съемки. Так, например, для большинства сельскохозяйственных культур восточных областей Украины оп тимальные условия съемки достиrаются в среднем во второй декаде июня. Методики расчета времени съемки и проrнозирования урожая приведены в [7]. Для сеrментации и оконтуривания полей с однородной статистикой исполь зуют линеаменты (лесополосы, межи, дороrи), выделяемые на рли. Линеаменты иноrо вида характерны для вспашки. Как правило, однородная диффузная CTPYKTY ра типична для полей со сплошным проективным покрытием (бобовые, подсол нечник), а для злаковых культур видны вызванные вспашкой структурные HeOДHO родности, которые не маскируются фитоэлементами. Незлаковые структуры дoc товерно распадаются на классы по совокупности текстурных признаков 2 v  Рl И Х  L , (9.20) Р2 а rде (Y среднеквадратичное отклонение; J1  моменты rистоrраммы энерrетическо ro рли. Параметры амплитудных распределений уэпр лиственных и хвойных лесов существенно различаются. Так, текстура рли сосняков rораздо более диффузна, чем текстура рли дубрав (рис. 9.20). Это связано с различием в строении основных элементов, формирующих радиолокационный отклик  листовой пластины и OXBO енной ветви, а также инфраструктуры древостоя в целом. Текстурные признаки на рли (9.20) позволяют надежно различать не только породный состав лесонасажде ния, но и ero состояние [8]. )"-". ..-- . "=.' ."Z . . - . . .....,. . .':. -0-".'  . '.' . ....:: ,::- .,.0[: .: $; " <1 ,.: sp<.':. :".:,". i;,:.. i: ..  .. -: .. .. :" ..]0: ..: :",  ,! ". ...... .'Д ... '.. ... '. .. -':":000 -'" .,"-(0' :". ь... ',' ;..'Щ.. :. .. ;..:.. -::...":'" ..... ,'. '1 . ..:"$. . . ' . .:.... . :.:с'х. .-":: . .::to.,?" . .- . .<....-.: " ., <  '.:."!l «' ,.' "'...: ... <:. ' ("'. , ... .. 't.' . .."11 31.': .... . ". . -с>. : -: ",,' :;.-( . .' ;-:.. ;j.:I; . ..'j'.J'.' .,.... ',' у J .. ,!:'..: , " о" ..:?.. . .:. ..'. . . . - : .,;'s'.. ..;.. а) б) Рис. 9.20. РЛИ древостоев: а  дубравы; б  сосняки [8] 471 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования По основному параметру  значению УЭПР задача оценки биофизических па раметров почвы может решаться путем обращения физических радиационных MO делей, устанавливающих связь УЭПР с параметрами почвы и растительноrо по крова. Радиационная модель для активной радиолокации имеет вид [147] о о о о ( (J ==(Jp +(Js +(Jsp' 9.21) о '-' б о rде (Jp  рассеяние волн почвои, осла ленное растительностью; (Js  рассеяние О '-' растительным слоем; (Jsp  перерассеяние волн между почвои и растительностью. Выражая эти составляющие через параметры среды  температуру, влаж ность, удельную фитомассу, а также параметры РСА  длину волны, поляризацию, о уrол падения, вычисляем значения (J и сравниваем с измеренным. Решение обрат.. ной задачи возможно методами реrрессионноrо анализа, альтернативой которому служат нейросетевые алrоритмы на основе мноrослойных нейронных сетей (пер.. септронов) или радиально симметричных функций [147]. Преимушество таких ал.. rоритмов обусловлено свойством обучения сетей на моделях и реальных данных и меньшие вычислительные затраты. Выбор метода зондирования и вида исходных данных радарной съемки (РЛИ, КРЛИ, поляриметрические и/или интерферометрические комплекты данных) определяется сложностью конкретных задач мониторинrа растительноrо покрова. В частности, высокой информативностью обладает разность фаз !1q; между поля риметрическими каналами, особенно для пар с соrласованными поляризаuиями ВВ и rr [203]. Она может быть использована для описания трех доминирующих механизмов рассеяния: 1) поверхностноrо рассеяния (нечетное рассеяние) с !1qY;::::-О° для относительно rладких поверхностей (поверхность водоемов, rолая почва), коrда ЭМволна испы тывает одно отражение с типичным значением ДqУ;::::ОО И малым значением СКО. Это показывает, что rr и ВВполяризованные волны находятся в фазе; 2) рассеяния с двойным переотражением (четное рассеяние) с 11q;, обычно равным + 1800 (урбанизированные области); 3) объемноrо рассеяния, rде !1(jJ меняется от минус 1800 до 00 (диффузное pac сеяние  растительность). На рис. 9.21 приведены rистоrраммы разности фаз для поля, леса и rородской застройки. Аналоrичные зависимости имеют rистоrраммы фазы для вырубки (СКО  300) и 46летнеrо леса (СКО  1200, максимум 11(jJ  600). Аналоrичные методы радарной съемки MorYT применяться для исследования тундровых экосистем, анализа rеометрических свойств земной поверхности (мик po и нанорельеф), построения цифровых карт рельефа, анализа распределения по казателей, зависящих от диэлектрической постоянной: влажности почв, содержа.. ния солей, rpанулометрическоrо состава, rлубины опаивания сезонноталоrо слоя мерзлоты, а также оценки запаса надземной фитомассы и rраниц растительных co обществ. 472 
rлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... 60 160 50 500 140 40 400 120 100' 30 . 300 80 20 200. 60 10 100- 40 20 4 О' 3. .2 1 о 1 2 3 4 О 3 2 l О 1 2 3 4 б) в) Рис. 9.21. rистоrраммы разности фаз (в радианах) соrласованных поляризаций для объектов: а  поле; б  лес; в  rород; J  без фильтрации, 2  после фильтрации с помощью фильтра Lee [203] Обработка РЛИ предусматривает фильтрацию спеклшума, сравнение разновре менных и поляриметрических снимков (RGВкомпозиции), применение стандартных процедур сеrментации и классификации, анализ rистоrpамм УЭПР. для валидации данных радиолокационной съемки используют подспутниковые полиrоны [10]. 9.6.3. HeKorepeHTHbIe методы выявления изменений в оперативной обстановке Возможности дифференциальной интерферометрии для выявления изменений в опе ративной обстановке на местности оrpаничены жесткими требованиями идентично сти условий наблюдения, при которых сохраняется KorepeHTHocTb пар КР ЛИ стацио нарных объектов. В друrой ситуации прибеrают к HeKorepeHTHoMY сравнению полу ченных энерrетических или амплитудных Р ЛИ. Основными деструктивными факто рами являются спеклшум и недостаточное отношение сиrнал/шум на Р ЛИ, что Tpe бует применения фильтрации РЛИ как первоrо шаrа обработки. Вызванные этим по тери пространственноrо разрешения приводят к увеличению размеров обнаруживае Moro rpупповоrо объекта, что частично может быть скомпенсировано увеличением длины синтезированной апертуры при съемке в прожекторном режиме. Основная идея алrоритма выделения изменений на РЛИ базируется на пред положении, что при повторной съемке одноrо и Toro же участка местности с OДHO ro и Toro же ракурса изображения стационарных объектов на обоих Р ЛИ тождест" венны [68, 465]. Различия возникают только в местах, rде на изображениях появ ляются новые объекты или исчезают объекты, ранее на них присутствовавшие. Предполаrается, что целевые объекты (одиночные или rрупповые) должны созда вать хорошо наблюдаемые отметки на Р ЛИ. Как правило, подобным образом про.. изводится обнаружение объектов техники  автомобильной, железнодорожной или авиационной. Обнаружение перемещающихся объектов на фоне местности возможно с ис пользованием стандартных методов обнаружения целей по величине локальноrо контраста. Однако возникающий при этом уровень ложных тpeBor, создаваемый стационарными объектами небольших размеров, оказывается весьма высоким, что существенно снижает эффективность применения общепринятых методов. 473 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Алrоритм выделения изменений на Р ЛИ включает в себя следующие OCHOB ные этапы [68]: 1) выбор совпадающих кадров Р ЛИ одноrо диапазона волн и с близкими pa курсами наблюдения; 2) сравнение rеометрическоrо положения и определение локальных смещений соответственных фраrментов Р ЛИ; 3) фильтрация сформированноrо поля локальных смещений; 4) наложение совпадающих областей двух кадров друr на друrа с компенса цией локальных смещений фраrментов; 5) вычисление взаимной корреляционной функции с соответствующим фраrмен том дрyrоrо кадра РЛИ. При этом выполняют пространственное совмещение РЛИ; 6) построение функционала амплитудноrо рассоrласования кадров РЛИ В результате взаимной корреляции фраrментов по максимуму значения кор.. реляционной функции Rc(т,п) определяется положение наилучшеrо совпадения для каждоrо фраrмента. Данная операция позволяет устранить влияние остаточных неучтенных rеометрических искажений, присутствующих на обоих кадрах РЛИ. В космических РСА (в отличие от самолетных) со стабильной траекторией движения остаточные rеометрические искажения невелики, что облеrчает попиксельное co вмещение Р ЛИ. Функционал рассоrласования вычисляют через отношение амплитуд РЛИ А и В по алrоритму: В/ А == 1  изменения на рли отсутствуют; (9.22) В/А> 1  на изображении В появился новый отражающий объект; В/ А < 1  на изображении В исчез отражающий объект, ранее присутствовавший на изображении А; D АВ == В / А; В / А > 1  признак наличия изменений. Признак наличия изменений D АВ == В / А при В / А > 1 ; D АВ == А / В при В / А < 1 . (9.23) На рис. 9.22 приведен пример работы классификатора изменений обстановки. Представленный выше алrоритм обнаружения различий на РЛИ позволяет значительно снизить уровень ложных TpeBor от стационарных объектов со ста.. бильным отражением. На практике приходится применять фильтрацию для сниже ния шумов и спеклшума, что сопровождается ухудшением пространственноrо разрешения. Перспективным представляется итерационный метод с переходом от заrруб ленных РЛИ (фильтрация на матрице 7х7 или 5 х 5) к более детальным. Далее к объектам, отметки от которых превысили пороrовый уровень, применяют анало.. rичные рассмотренным в подразделе 9.6.3 алrоритмы классификации, обладающие возможностью адаптации банка эталонов к параметрам анализируемых Р ли. 474 
rлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ...  " " . "'... .; .. .... . .  ".. ''''. ',' .. tr '' ...... · <" . . ..- . t  (f 4"- , '.... 4  ;:",: -;'  l'1 0 .....1:. . .. < . . .  .... 1 > ..,.. ." ... .. < . V',\ >8,,' , .. ,... . "t',  ...., !. 4 + . ......, .  ,..  . J..ч .' ,,. .. 1ft  \ ... l. О.' i . 1I"i.' 2 t .<1i . ..IW' ":А .;, .<, .,... L 3 .. ,: . , "'i... '..' .,..« .- . .. ""'" ' "'1 Jtt... .",," .. 'iI(' .. а) б) 6) Рис. 9.22. Пример обнаружения объектов, идентифиuируемых как объекты автомобильной техники: а  мастер Р ЛИ А; б  вторичное Р ЛИ В; в  признак наличия изменений; 1  стационарные объекть 2  объект, имевшийся только на РЛИ А; 3  объект, появившийся на РЛИ В (РСА «Компакт», ХдиапаЗОI исходное разрешение 1,35 м [68]) 9.6.4. Построение цифровых карт рельефа по радиолокационным стереоснимкам В случаях, коrда размеры интерферометрической базы пары снимков существеНI1 превышают допустимую величину для сохранения коrерентности между обоим КРЛИ, возможно построение карт рельефа методом стереометрической обрабОТI< амплитудных снимков [535]. Для реализации этоrо метода нужно, чтобы раЗНОСl pr' j',,!, . :"" : ,"} . .t :  . ..... <' . .. . ... :: . "'1 ': .' . "..,;:.-:.-. . . '.:' .', .t . , ; 1i'; /.. . ,,'. .: . " .. .',j ,.1>: : . .' .. ';.'. \,. .' . ,: ".', , '" .. , ... " ::"(. > . ' , ":> Р , . . . . .". -. .... "1' " ,. . .  , , . f'.' t':... ';. . . (,:O:._ ...:j .: ' 1:':. k '!I: v. ..,,' J '!$. . ... ,: ':1 '.:'11"  . ,'л. , , ,,'; " > , '., 'g,. .:',. .... я' . ,.;. " '. ....... j .' , .,'",. " ,', i,' . .- :.; ::.... 1. : ""':i, ., с  :: - .. - _-я: ... " (.. ;:, ,';  ;:.. 'Ч" ':f .' 4: " ....,'.: <:: .:.. >:. .' - .. .' . :' /. ..: t :  , '. :...  .. . . -)"-.-.' + ':;::' - ;. .. ..:: . .:._. \..:. :.I "  " '.;: , , '. !I,,' . f>-. -._:.с, , . ...-  -'.(- ! ' " " : .. . ) :t-<; .  --_.: . , :::; :.:: .. -  .!I а) б) Рис. 9.23. Одно из РЛИ стереопары (а) и построенная по ним карта рельефа (6) (штат Невада, США; РСА Radarsat 1 [535]) 4' 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования уrлов визирования стереопары была в пределах 5...30°. Точность восстановления вертикальной составляющей при uифровой стереообработке зависит практически только от пространственной разрешающей способности радиолокатора. Это обу словлено тем, что цифровой корреляционный анализ снимков стереопары может быть сделан с точностью до величины элемента разрешения, которая для COBpe менных космических РСА составляет единицы метров. Автоматизация OTBeTCTBeH ной процедуры совмещения КРЛИ достиrается путем иерархическоrо (пирами.. дальноrо) представления снимков с кратными масштабами разложения (8M Rx , 4M RX "I 2M RX , M RX , rде MRX межпиксельное расстояние исходноrо РЛИ) и примене нием картоrрафической основы Global 30ArcSecond ОЕМ GTOP030 на первом, самом rрубом уровне [299]. На рис. 9.23 показан один из снимков стереопары на участок местности в штате Невада, США, полученный с помощью РСА Radarsat 1, а также построенная цифровая карта рельефа [535]. 9.7. Интерферометрическая обработка радиолокационных снимков 9.7.1. Получение цифровых карт рельефа местности Для построения цифровых карт рельефа (ЦКР) применяют интерферометрию по.. перек линии пути КА, реализуемую в однопроходном режиме, как в миссии SRTM на базе РСА SIRC/XSAR, с использованием тандема космических РСА либо меж витков ой интерферометрии по паре комплексных Р ЛИ (OcHoBHoro и дополнитель.. Horo), полученных на витках, разделенных по времени, но образующих интерфе.. ренционную пару. Разрешающая способность ЦКР зависит от размера интерфе.. ренционной базы и отношения сиrнал/шум для наблюдаемой поверхности. Точ.. ность измерения высоты рельефа зависит от точности знания пространственноrо положения интерферометрической базы. В настоящее время построение карт рельефа является рутинной процедурой, реализованной в большинстве проrраммных пакетов обработки радиолокационной информации. Рассмотрим типовую последовательность операций по обработке по.. лученных пар КР ЛИ, которую про иллюстрируем на примере построения карт рельефа с помощью пакета PHOTOMODRadar, фирмы Racиrs [191]. Аналоrичным методом обрабатываются полученные в разное время кр ЛИ заданных районов с целью выявления изменений окружающей обстановки (дифференциальная интер ферометрия). На приведенных ниже рис. 9 .249 .28 дана иллюстрация основных этапов об.. работки КР ЛИ для построения ЦКР. После съемки и синтеза пары КР ЛИ (рис. 9.24) выполняют следующие процедуры: 1) масштабирование дополнительноrо КР ЛИ для совмещения ero с основным либо преобразование обоих КР ЛИ в плановую равномасштабную проекцию вдоль и поперек (rоризонтальная дальность) линии пути; 2) построение точной 3D модели орбитальноrо движения и расчет точноrо положения базовой линии; 476 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ..1 .' .,'I! ". :' . ,,:: . ". t, : . ' «; 4Jt>'. ...  f '. .,.. } ": ,! ' ,.:... ,.. .}  .: .:. - . . f .  .; ).: . :1:.  :Iit. '.j:' , м ( . {"" .- . ) ',' ... ... ) )".: -. .) , <,... . '. '. -:. , ""< . . . 'Ij , " )\-_. ".  /\ t",  : - \ .........: l' :::-1:..0._ .: .,:.,.' .t- . , ,.' "!:. .' '':--' '. '\ '\.. !" ':  ",'.' ,  ... 11- '-j.... :-;: ,,,.';+ , . . >  t:. . . .,..} '<'1< . .1, , ! .. "'" н'; ;;1 .' 1: , . , I а) б) Рис. 9.24. Снимки интерферометрической пары: район Феникс, США; РСА Radarsat2; РЛИ от 04.05.2008  основное (а) и РЛИ от 28.05.2008  дополнительное (6) [191] .. . fo . .  .. . . о . . :- '''.'.' 1" ... ... !\ 'IE: .'! ..;'-, . . '. {. :: : !iI .'О"\. .... . \,.' "',' '. .....": . ..-(.«:...... , ,\, ...:' t - >, .. <... .  3 11 . :.. .' ;......: . 1:'.:  - "'''': "1' .:' t.. а) б) Рис. 9.25. Формирование разностной интерференционной картины: а  одно из исходных фазовых Р ЛИ (основное Ф Р ЛИ); 6  интерфероrрамма (фазоразностное Р ЛИ) с нео) нозначностью фазы (о.. .2л-). На участках с резкой крутизной рельефа видны мноrократные переходы фаз через уровни о.. .2л- 4 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 3) точное совмещение обоих КРЛИ интерференционной пары, основанное на Iчисленной rеометрии орбит с их уточнением на основе корреляции амплитуд .IX РЛИ, и с исключением аномальных значений по результатам статистической ;работки. Используются быстрые алrоритмы интерполяции дополнительноrо IИ к координатам OCHoBHoro РЛИ с точностью до 1/5 размера пикселя или луч , а также интерактивные процедуры совмещения по опознанным ориентирам; 4) спектральная фильтрация по азимуту и дальности для подавления спекл ума и уточнения положения базовой линии (быстрые алrоритмы оценки «дeKOp ляции базовой линии») с целью получения оптимальноrо качества интерферен :онной пары КР ЛИ; 5) формирование интерфероrpаммы (фазоразностноrо Р ЛИ) путем вычисле я фазы от про изведения OCHoBHoro КР ЛИ на сопряженное дополнительное КР ЛИ ;1С. 9.25,6). Фазовая картина отображается в виде линий (фринrов), яркость (или ет) которых соответствует одинаковым значениям фазы; 6) проверка коrерентности пар КРЛИ (рис. 9.26, а); :[ .... ...... ". у . :<: . .. . ": .(, "" : :.о;, ъ  .  'и' , ( : < ..- . ..... . "., .",. J ' , i<Ji! ..;, .;;; i ..  . ';., . 1, .. '.,  ,'" .' >: !. '. , ,,:., -. "::': : . . О,': . .t,.... . .' '= .:i\'' .:. .: .S ] .  -: у " . ". ... " ,.' :" '. . .. t.  : ..;' . :-1: 't' '1 ,. ; .,..1" . t: ", . . .1 /1" r .:..,. . .o,?:::' . .,* . I :.;'<У :лi; ..  А : :<t .  . -.: .:., .,. }"':'"  .:+ .. .'- .' ,. . .... ..<...... 1;..:' } : " .).:" ," . .".. "" :... -'о. : у  :,. ,, "_'"':' ....... '.a' . i . . « ".  . ',. ,.j' , . (f' t А '!t"".. .. .А :. . 1- :1-: :. .. ',,« . .. : ....  : ,.л;. ((': '.. . . .':Р -" ..,.. :".;' . .t: ".... " ,f.,..' ... . ..(. "..);..(,.. :."".. :':-: -: .. ...: .:." .. "",:.. . . :...: - .:,.".%.. .."'  -t::. ..,  . ,," :'  .$ . С'С'....:  . ... !.. ..", >. . . , " :' 1: ,  't . .:::,!  . " . . .'::" ::J ;:(1., ,. . . . .:.:. :: .{.;< J.;.: .;:. ..:::, . n » { : 1 '  :.  ,.... .. .( ...,;, :" ; (" у:: '\:: ? , ..d': } -.  (.  , ,] . "" .. ))" (jo \.., :;:'t,,\\ :" , ..:,." : J  . <.,,' ::  ! ,.. ,:I:'.! () б) Рис. 9.26. Матрица коrерентности (а), темные участки  низкая KorepeHTHocTb, светлые  высокая; интерфероrрамма с компенсацией набеrов по плоской земле и азимуту и фильтрации (6) 7) корректировка интерфероrраммы с вычитанием составляющей для rори.. Тальной поверхности (рис. 9.26, 6) или же для задач дифференциальной интер рометрии исключение фазы от известных ранее объектов. Разность фаз, опреде.. ющая рельеф местности, выражается через приращение фазы по отношению к )изонтальной поверхности. Заметим, что идеальная плоская rоризонтальная по.. 
fлава 9. COBpeMeHHIJle ПОДХОДЫ к тематической обработке радиолокационной ... верхность не дает отраженноrо сиrнала в сторону РЛС, поэтому речь идет о шеро ховатой rоризонтальной поверхности, для которой актуальна проблема подавления флуктуаций сиrнала, образующих спеклшум; 8) оптимизация интерфероrpаммы путем ее фильтрации в областях высокой коrерентности перед процедурой развертывания фазы. Применяется также KoppeK ция карты коrерентности в соответствии со значением отношения сиrнал/шум по участкам Р ЛИ; 9) развертывание фазы (устранение неоднозначности с периодом 2", рис. 9.27,а). Эта операция, наиболее ответственная для вычисления рельефа, требует примене ния специальных методов обработки  «метод остаточных цепочек», «ближайших соседей» и их модификаций, позволяющих во мноrих случаях полностью aBTOMa тизировать процесс развертывания фазы. Специальная тестовая проrрамма позво ляет интерактивно оценить точность развертывания фазы; . ..} . ."'  ? ».. ".: ".".  . .. . : 00.'<'. .__ ."о"Т' = t .:.. .,.... . : "0/' ..,..... ,  '. :. . .. ,'';-' . ".: . \ :..A. '*. . ,,":', ......:........ "... . . .,,' о . :... ... .;: ' . .  ) ":" ". )., . 3; ',:'":':" "':.;.<' i . t-. ;" .........",: . ::4 .." ,,' .....". '.,. .' . '1 :-. '., ',< :',.; . : . . " ..... ;.:  ..,.-.: :.:: .. ". -:.  ..f.'.. o<o . :;j.o: r .:,' . . '. . . : o'o,:\:o '1, """ .;", ..0 , . ..o, а) 6) Рис. 9.27. Интерфероrpамма с развёрнутой фазой (а) и фраrмент совмещения (суммирования) интерфероrpамм с развёрнутой и неразвёрнутой фазами (б) 10) преобразование ФРЛИ с развернутой фазой в цифровую карту рельефа MeCT ности или в дифференциальное Р ли. Рельеф формируется путем интеrpирования раз ности фаз интерференционной пары с соответствующим пересчетом к высоте; 11) rеокодирование  все радиолокационные продукты формируют в коорди натах на земной поверхности, а также преобразуют в картоrpафические проекции (рис. 9.28,6). 479 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования На рис. 9.28 дано сравнение ЦКР, полученных РСА SRTM (интерферометрия с жесткой базой) и путем межвитковой интерферометрии снимков Radarsat2, KO торые обладают лучшим пространственным разрешением и большей интерферо метрической базой. Это обеспечивает более высокие разрешающую способность и точность построения ЦКР. 't' .'0 .! i'. ;]\i '$ . :::' \ '. ',.] .tA. .td" :"':_';' {::.' ;<;;. ':, :: .y.:.,, ,". 'i\; J ;.\!..' .<" \" ':', ';:.' ". .', '. \ . .: ...,,,,,,... . '-' .\).:(>) ..' . ' ,. . \" " ,'J)  ..: ,." , . t, ",\ iii . . "i'\ ..' ,. \"':'<> '. ., ,' 'j , .' ".".... . ' ..... . .,.. \. . ",. . > ,',' ")'.  .. '. а) , .. J;:' :t" .-; .: _.. . ..... <.'14 '...Ф'; '. . ( .  .. :i ," ,. ,f)". .1 ,".. ,W ; :': 'A t. . . '.::.У ... '\ ./ с,.. '\" . ; . J . .. (1;4. ,.... ." " 11' .... .: . .c t 0'0 , : .:. : . ,. ." "', _'. . ":::, , ; . ',_'9 .t;, .. JS    .  "',./ ./', :.: . '. J,' f:" .,'. .,..: '. . . ). 'К'  --' А- -',- ." _:_ ... \ '" . ,. .' ."  . .. . . -.: 'i. '- \; \ .." . .f , f. ;" ,. '.., ..... ,:',." . '.,< ":1 '',.J . , . . . '1.....  ',jr. '. ';', : ', '. '\. :::.' »,\;.!;,  . .')c. ", '::-::.. .f" .. . . : :,-t б) Рис. 9.28. Сравнение фраrментов цифровых карт рельефа дЛЯ SRTM (а) и для Radarsat..2 (6) 9.7.2. Дифференциальная интерферометрия для обнаружения изменений в обстановке и измерения малых смещений объектов Методы дифференциШlЬНОЙ интерферометрии DInSAR (Differential Synthetic Aperture Radar Interferometry)  обработка КРЛИ, полученных с близких орбит (для сохранения коrерентности), но в разное время, позволяет решать следующие за.. дачи [71, 8285, 224, 257, 275, 465]: . обнаружение изменений в оперативной обстановке в районах наблюдения, сопровождающееся появлением и исчезновением объектов; . обнаружение следов, оставленных пребыванием посторонних объектов на Ha блюдаемой территории, «примятости» травы после прохода человека (KOH троль несанкционированноrо доступа), следов шин автомобиля на rpунтовой дороrе и др.; 480 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... . выявление малых изменений rеометрии подстилающей поверхности и объек" тов (зданий, инженерных сооружений). Особую актуальность имеет использование космических РСА дЛЯ обследова.. ния больших площадей с целью обнаружения термокарстовых подвижек rpYHToB на нарушенных землях в зоне вечной мерзлоты и просадок rpYHTa в местах интен сивной добычи уrлеводородов, шахтной добычи полезных ископаемых, представ ляющих потенциальную опасность для трубопроводов, дороr, жилых и промыш ленных объектов, что позволяет предотвратить эколоrический ущерб от нефтезаr рязнений, сократить производственные затраты при эксплуатаuии и ремонте маrи стральных и внутрипромысловых трубопроводов [71]. Используется также развитие этоrо метода  обработка набора данных с Ma лой интерферометрической базой SBAS (Small BAsline Subset), которая первона чально применялась к интерфероrраммам с разрешением '"" 1 00 м на площади 100хl00 км [257,275]. Этот метод основан на усреднении большоrо числа КРЛИ анализируемой территории. Использование интерферометрической обработки позволяет обнаруживать малые смещения поверхностей и объектов или деформации поверхностноrо слоя Земли. Ни же для примера приведены результаты интерпретации результатов обработки интер ферометрической пары снимков, полученных с помощью РСА ERS 1 и ERS2 по ap хипелаry Северная Земля (витки 24504 и 04831 соответственно 22 и 23 марта 1996 r.) [162*]. Выбранный участок поверхности (79°16' с.ш. и 97°43' в.д., рис. 9.29) включает часть острова Октябрьской революции, острова Пионер, Седова и окружающую их морскую поверхность, покрытую в это время rода льдами. В центре района  Фиорд Марата и купол Университетский с rpуппой ледников в восточной части купола на спуске к проливу Шокальскоrо. Высота купола Университетский составляет 806 м над уровнем моря, высота ледника Вавилова в левой части карты 713 м, купола Карпин cKoro  963 м. На рис. 9.30 приведены РЛИ, интерфероrpамма и ЦКР. Операции интерферометрической обработки разности фаз комплексных Р ЛИ проводились раздельно по типам поверхности: только покрытая льдами, но coдep жащая естественный рельеф, суша (материковая часть) и море (полностью покры тое льдом). Предварительно из цифровой rеоrрафической карты была изrотовлена маска, делящая снимки на участки сушаморе. На рис. 9.30, б приведены интерфе porpaMMa (как aprYMeHT от комплексноrо перемножения двух кадров с компенси рованным фазовым набеrом по плоской земле) и рельеф местности, полученный из развёрнутой фазы только по суше. Точность восстановления рельефа, измеренная как СКО по нескольким контрольным точкам цифровой карты, составила около двух метров. Это является достаточно хорошим результатом для интерферометри ческой обработки данных РСА ERSI/2. Следует отметить, что значения парал лельной и перпендикулярной проекций базовой линии, предварительно рассчитан ные по эфемеридам из состава служебной информации, были уточнены значения ми, взятыми из каталоrа интерферометрических съёмок Европейскоrо космическо ro areHTcTBa. Эти значения основаны на апостериорных измерениях положений космических аппаратов в моменты съёмок в отличие от стандартных априорных данных, содержащихся в заrоловке кадров. 11492 481 
, .f,<, . .:'.' . .". ? . NA.: .VOLYU't '', .:;:1:... ." :;. .;. : -. \. . . .. :.}I" .  . :.1: !'..... .;,; }:' '., .,! КАРСКОЕ МОРЕ ';..:j' ..... со ',' "', .. . I ': -.. Купол ..... <- ,.. :Университетс'КИЙ (l .:---.. о.' :' а) 6) в) Рис. 9.29. Район интерферометрической съемки архипелаrа Северная Земля: а, 6  карты района съемки; в  сrлаженное амплитудное Р ЛИ в картоrрафической проекции .; ;:i:';. :.'< '.,: ,  :.,ij . ,'" '::"."', ,' :"> ,Yr ','>, :- :,;::,!;/1: ';' .:." ... :!) « '" 'ч  ".. , f ,.. i .!': J-.t- ' ", '1 . ':rТW;(,1t:1;.,/1 i   "  !j:  , ,.     ;!\ . ' , ; . t'):. !}- ,Jf:;- А" :: "'-- " ',' . ...;а . .... /'ii "',. ... ....!,.. "";) .:":-С.. : .' .1: ,..  '.". ,'. . .  Q.1' ',..:: .:!о" .-1:"'''..: . I ($ ...:"': .,. ;r' , /1 :}":J а) б) в) Рис. 9.30. Исходное амплитудное РЛИ (а), интерфероrpамма (6) и ЦКР материковой части (в) в системе координат наклонная дальность  азимут: 1  модель интерфероrраммы линейноrо объекта, смещенноrо на,.., 1 см (А/8) за время между съемками; 2, 3  ледовые поля со сжатием на 0,2 % (2) и 2 % (3) а) , .i'   б) 2 "::\.. н" ,,:"" . :.. : ...   ..,,,#,< . '%, { }.. :"\.:.J. '.; . <.4 'u,; : \. -:.. S") , :. :", (. :::" :: :. .. :., , . ..... ....'I:..... . i ;:.: .. . (', р.. -: . '.. 3 .,, . >: . . .' .1' 1"% }:..... ......): в) Рис. 9.31. Дифракционная картина по материалам обработки снимков ERS..l/ERS..2 по архипелаrу Новая Земля (а) и фраrмент (6), модель интерфероrpаммы (в); 1  материковый участок; 2, 3  ледовые поля 
fлава 9. COBpeMeHHIJle подходы к тематической обработке радиолокационной ... Чрезвычайный интерес представляет разностнофазовая картина по морской поверхности, покрытой льдом. На интерфероrpамме рис. 9.30,6 это участки 2, з. Их увеличенный фраrмент по казан на рис. 9.31. Поскольку заметный рельеф там OT сутствует, то после компенсации набеrа фазы по плоской земле мы вправе были ожидать на этом участке более или менее равномерное фазовое поле. Однако на самом деле участок заполнен полосами (фринrами) изменения фазы от О до 360°, ориентированными в самых разных направлениях и имеющими различный период. На интерфероrрамме заметны несколько отчётливо выраженных фазовых по лей с примерно постоянным периодом следования фринrов. Повидимому, они co ответствуют ледовым полям, разделённым разломами. Очевидно, столь интенсив ный rрадиент фазы интерфероrpаммы, наблюдаемый на морском льду, не может быть объяснён влиянием рельефа поверхности, даже если предположить наличие торосов или какихлибо иных естественных образований. для объяснения описанноrо выше явления было проведено моделирование с формированием разностнофазовой картины от двух РСА с внесением в модель воз мущений, приводящих к появлению эффектов, сходных с наблюдаемыми на реаль ных данных. Анализ показал, что квазипериодическая фазовая структура с линейным изменением периода фринrов с такими параметрами моrла сформироваться не от пе ремещения, а от сжатия ледовых полей на -----0,2 % (участок 2) и -----2 % (участок 3). На рис. 9.30, 6 добавлена модель интерфероrpаммы линейноrо объекта, Haxo дящеrося на материковой части, но смещенноrо поперек линии пути на ----- 1 см за время между съемками. Четкое искажение фазовой структуры иллюстрирует воз можности интерферометрической обработки для выявления малых перемещений объектов и поверхностей. На амплитудном РЛИ смещение участка местности, co ответствующеrо объекту, не обнаруживается. Аналоrичный эффект на интерферо rpaMMe возникает при появлении (или исчезновении) за время между съемками HO вых объектов, которые при малом контрасте относительно окружающей местности MorYT не обнаруживаться на амплитудном РЛИ. Технолоrии KorepeHTHoro выявления изменений в окружающей обстановке широко используются в практике радиолокационноrо зондирования rpажданскоrо и BoeHHoro применения. 9.7.3. Интерферометрическая обработка результатов поляриметрическоrо зондирования Наиболее полная информация по данным радиолокационноrо зондирования может быть извлечена при амплитудной и фазовой обработке комплексных РЛИ, получен ных поляриметрическими РСА, работающими в разных диапазонах волн [285]. Эта технолоrия развивает методы «скалярной» интерферометрии  обработки пар КР ЛИ, полученных в однополяриметрических режимах с формированием пространственной и/или временной интерферометрических баз для топоrpафических измерений или оценки мелкомасштабных смещений земной поверхности и изменений rеометрии объектов. Интерферометрия в сочетании с поляриметрией получила название «BeK торной интерферометрии» [86, 513, 514]. Применение этой технолоrии имеет ряд 483 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования новых приложений, например, исследования отражающих свойств объемных сред  растительности, снежноледовоrо слоя. Возможности интерферометрических измерений определяются степенью вза.. имной коrерентности кр ЛИ при сравнении одинаковых поляриметрических co ставляющих. Этот комплексный параметр называют «интерферометрической Kore.. рентностью» r cog == (ZIZ ;) (ZI Z ;) ( Z2 Z ;) , (9.24) rде 21, 22  комплексные коэффициенты обратноrо рассеяния, измеренные по перво му и второму КРЛИ, уrловые скобки означают усреднение по объекту наблюдения. Такую же формулу можно применить для оценки взаимной коrерентности любоrо сочетания поляризаций излучения и приема. Тоrда она является формулой поляриметрической(векторной) коrерентности. Поведение коэффициента коrерентности, значения KOToporo на матрице с раз мерностью КРЛИ лежат в пределах + 1, удобно отображать в виде поверхности «<сиrнатура коrерентности»), характеризующей ero модуль в трехмерном простран стве с координатами  ориентация вектора поляризации и значение уrла эллиптично сти. Ориентацию характеризуют уrлами, которые для линейных поляризаций при эллиптичности, равной нулю, составляют 900  линейная вертикальная; 00 или 1800  линейная rоризонтальная, промежуточные значения характеризуют yrол поворота. Значения эллиптичности  от О до + 900 (круrовые с разными направлениями). Вид сиrнатуры коrерентности для разных типов поверхности (лес, поле, застроенная Tep ритория, вода) представлен на рис. 9.32. Информационными признаками являются взаимное положение максимумов и минимумов rpафика и ero экстремальных линий. Попе Лес 1 [орол I I .:'' :"r'fU 'HI:, , '.. .,"." ... !t \' .' - ./ . l...\\ .. . . .:. . .  1. . .  \_. .. '. t.. о, ! .  {, . ...-w Лес 2 I Лес 3 I Водоем /\ ,(\ '\, .. . ,. . .. . . . } . ,  .. <1: . . . . . - , '. '- 11'( . .: J : . ' . 4 i , . "1  .: " i. . 1 . Рис. 9.32. Сиrнатуры коrерентности для разных типов поверхности [86] 484 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... Из показанных на рис. 9.32 примеров большую вариабельность имеют сиrна туры коrерентности для леса. Это свойство позволяет, в частности, оценивать сор.. товой состав лесных массивов, а также пироrенную и послерубочную динамику. Отмечено, что тип сиrнатуры коrерентности для леса зависит от диапазона волн: в Lдиапазоне она близка к виду «лес!», а в Сдиапазоне наблюдаются все три типа. Чем ниже частота, тем менее чувствительна KorepeHTHocTb к мелкомасштабным изменениям рассеивающей поверхности. При увеличении интервала между cъeM ками возрастает разнообразие между сиrнатурами коrерентности, отражающей ди намику состояния лесноrо по крова. Для друrих покровов наблюдается повторяе мость формы сиrнатуры коrерентности независимо от частоты зондирования. На рис. 9.33 приведены примеры классификации участка сельской местности по материалам поляриметрической съемки (rr, rB, ВВ), полученным с помощью РСА SIRC в диапазонах волн С и L с временным интервалом двое суток, а также по данным РСА PALSAR. Показаны поляриметрическое РЛИ (рис. 9.33,а), в ори rинале  псевдоцветное (RGB соответствует rr, rB, ВВ) и карты классификации по данным SIRC (6) и PALSAR (рис. 9.33,в). ,ii!: .. ( > J 2 3 4 5 I I I (=J SIRC .. "-;::. С..диапаЗ0Н ...- . '-". . ,<. r", . ':. :J:: (. ... '(.:::. :; )1;':: Р. .;.:. т;" ALOS PALSAR Lдиапа:юн  : :H : .;(' . : ';'"'1 '!] . .,' .. !@" . -J ... . , ... :\ -',., . ": !1!"..:; . а) б) 6) Рис. 9.33. Классификация земных покровов по сиrнатурам коrерентности: а  РЛИ сельской местности (SIRC); 6 и 6  результаты классификации по данным SIRC (6) и PALSAR (6); 1  «лес 1 »; 2  «лес2»; 3  «лес 3»; 4  поле; 5  редколесье [86] Рассмотренная перспективная технолоrия извлечения тематической информа ции из данных радиолокационноrо зондирования находится на стадии исследова НИЙ. Она основана на анализе полной поляриметрической матрицы, получение KO торой требует больших ресурсов от РСА (удвоение потока данных) с оrраничением реализуемых уrлов падения (изза появления неоднозначности сиrналов при yд воении частоты повторения для переключения поляризаций излучения). Целесооб разно продолжение исследований по использованию этих информационных при знаков в сочетании с методами псевдополной поляриметрии на базе двухполяриза ционных измерений, а также по конкретизации тематических задач, требующих применения усложненных режимов радиолокационной съемки. 485 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 9.8. Методы решения координатных задач по данным радиопокационноrозондирования 9.8.1. Исходные данные для решения координатных задач по РЛИ Решение координатной задачи в зависимости от размеров земной поверхности, отображенной на РЛИ, может выполняться различными методами радиолокацион ной фотоrpамметрии (радарrpамметрии) по отдельным или по перекрывающимся РЛИ. При наличии фотоснимков данноrо участка земной поверхности решение ко.. ординатной задачи может быть выполнено по перекрывающемуся Р ЛИ и фото.. снимку или по стереопаре фотоснимков и одиночному РЛИ [76*]. Перекрывающиеся Р ЛИ, обеспечивая стереоскопическое наблюдение и изме рение построенной по ним rеометрической модели земной поверхности, позволяют определять пространственные координаты объектов на ней, т.е. решать координат.. ную задачу. Получение таких РЛИ, как показано ранее, может быть выполнено различными методами. Основными из них являются двухсторонняя и односторон.. няя РЛсъемка, а также РЛсъемка с nересекающихся маршрутов. В общем случае ДЛЯ решения координатной задачи по РЛИ необходимо инфор мационное обеспечение в виде навиrационных данных и известных координат опор.. ных точек земной поверхности. В качестве навиrационных данных в этом случае мо" жет быть использована информация о координатах и скорости носителя РСА на раз.. личные моменты съемки, а также значения доплеровскоrо сдвиra частот для всех то.. чек зондируемой поверхности. Обычно это требование выполняется, так как потреби.. телю передаются первичные РЛИ с привязкой К наземным координатам (Georeferenced Radar Image) в координатах наклонная дальность  азимут или плановые РЛИ (формат GeoTIFF) в координатах rоризонтальная дальность  азимут, снабженные GРSдан ными. Значение азимутальной координаты соответствует нулю доплеровской частоты. 9.8.2. Решение координатной задачи по одиночному РЛИ Каждой точке первичноrо РЛИ может быть поставлено в соответствие значение наклонной дальности от этой точки на местности до некоторой точки траектории носителя РСА, т.е. РЛИснимок является изображением местности в равнодально стной проекции. Связь между положением носителя РЛИ и точки местности по аналоrии со случаем центральной проекции может быть установлена в общем слу чае соотношением R T ==Rs R, (9.25) в котором R T И Rs  векторы положения наблюдаемой точки на поверхности Земли и носителя РСА в принятой системе координат; R  вектор наклонной дальности, измеренной в процессе РЛсъемки. В отличие от случая центральной проекции, в котором известно направление вектора R, в равнодальностной проекции известна длина вектора R. Следовательно, для применения выражения (9.25) необходимо дополнительно установить ориента цию вектора R в заданной системе координат. Учтя данное обстоятельство, paCCMOT рим сущность определения координат точек местности по одиночному РЛИ 486 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... в дополнение к системам координат, рассмотренным в разделе 5.1, введем координатную систему РЛснимка, характеризуемую номерами временных отсче тов по дальности (быстрое время) и азимуту (медленное время) относительно пер Boro пикселя первой строки, полученноrо в результате фокусированноrо синтеза Р ли. Наклонная дальность пикселей Р ли определится формулой с R(m,n)==R} +(тI), (9.26) 2 rде R1(m,n)  наклонная дальность начальноrо отсчета т в каждой строке дально сти с номером п; с  скорость распространения радиоволн (ее зависимостью от xa рактеристик трассы распространения пренебрежем); Fs  частота квантования сиr нала по времени. Временные отсчеты по азимуту 1 х (п) ==/} + Тр (п  1), (9.27) rде (1  время, определяю шее положение платформы для первой строки дальности Р ли; Тр  период повторения зондирующеrо сиrнала РСА. Рассмотрим rеометрию обзора в rринвичской системе координат (rCK), при веденную на рис. 9.34. Начнем с идеальноrо случая движения КА по круrовой op бите, коrда точно известны текущие значения координат КА Rs(n), вектора CKOpO сти Vs(n) и ускорения as(n). Не будем принимать во внимание атмосферные факто ры, учет которых является отдельной задачей. В таком случае наиболее стабиль ными данными являются значение несущей частоты, временные отсчеты наклон ной дальности и период повторения зондирующеrо сиrнала. V g s УИ Рис. 9.34. rеометрия обзора в rCK при решении координатной задачи по одиночному РЛИ (движение КА по круrовой орбите) 487 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Временной отсчет (х(п) в момент нулевой доплеровской частоты опорной функции синтеза Р ли образует в пространстве обзора плоскость визирования SQIQ2Qз, нормальную к вектору путевой скорости КА. При движении КА по KPy rовой орбите плоскость визирования проходит через центр Земли и радиусвектор КА Rs(n). Проведенная в этой плоскости окружность с центром в фазовом центре антеннь] и с радиусом R(m) является rеометрическим местом точки на рли. Плос кость визирования является также секушей земноrо эллипсоида (rеоида, xapaKTe ризующеrо реальную земную поверхность). Точки совпадения окружности R(m) с линией сечения соответствуют их отображению на Р ли. Уравнение плоскости визирования Q ( Q ( п )  Rs ( п ) ) v s == О , (9.28) rде V s  орты вектора путевой скорости КА. Заметим, что в rCK плоскость визиро.. вания не перпендикулярна плоскости орбиты КА. Уrол о. находят путем решения треуrольника SOT по трем сторонам, учиты вая, что rеоrрафические координаты lpт, Ат цели Т связаны с координатами КА lps, As соотношениями Ar == As п/2; (9.29) f!JT == arcsin { cos lps cos а} . Высота цели относительно земноrо эллипсоида берется из картоrpафических данных. В прожекторном режиме с максимальной апертурой синтеза можно уточ нить высоту цели методом локальной автофокусировки PGA (подраздел 6.10.8). При движении КА по эллиптической орбите появляется вертикальная COCTaB ляющая скорости КА (см. раздел 5.6), что приводит к искривлению поверхности с нулевой доплеровской частотой. В общем случае для вычисления координаты цели, зафиксированной на Р ли, выполняют итерационные процедуры: 1) уравнение для доплеровской частоты: 2. (V o  (nearth х R T ) )(RT  Rs) F Dop = лR ; (9.30) т 2) уравнение для наклонной дальности цели: R 2 == (Rs  R T )(Rs  R T ); (9.31 ) 3) уравнение земноrо эллипсоида (с поправкой на высоту точки наблюдения): 2 2 2 R TX + R Ty R TZ  1 2 + 2  , (а е + h ) (Ь е + h ) (9.32) rде F Dop  центральная доплеровская частота; Qearth  уrловая скорость вращения Земли; R  наклонная дальность визирования; а е , Ь е  большая и малая полуоси 488 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... Земли; h  высота цели над референцэллипсоидом Re; R TX , R Ty , R TZ ,  проекции ра.. диусвектора точки визирования на [СК; А  длина волны РСА. Высокая точность rеометрических построений обеспечивается путем предва.. рительноrо (проrнозноrо) и послесъемочноrо rеокодирования. На первой стадии оценивают ошибки проrноза траектории, временные уходы параметров, модель rеоида, цифровую модель рельефа и модель подстилающей поверхности, парамет ры взвешивания при синтезе РЛИ, а также атмосферные факторы. В [315] приведе на сводка поzрешностей оценки координат целей при зондировании в Хдиапазоне волн применительно к TerraSARX: 1) поrрешности позиционирования КА, три rpадации СКО: первоначаль ные данные GPS  1 О м, повышенная точность GPS  2 м, высокая точность GPS  0,1 м; 2) рефракция радиоволн в атмосфере  ионосфере и тропосфере. Их влияние на точность позиционирования КА пренебрежимо мало. Задержка сиrнала изза рефракции в ионосфере около 1 м при ТЕС==150 TECU (см. подраздел 6.10.4) и yr лах визирования 40,90. Тропосферная рефракция включает две составляющие  rидростатическую и составляющую, обусловленную влажностью, соответственно 2,3 м и 0...3 м при зондировании в зенит. Максимальная задержка в одну сторону при уrле визирования 40,90 около 3,3 м на уровне моря; 3) ошибки доплеровскоrо центроида и взвешивающей функции. Обычно эти параметры синтеза Р ЛИ не включают в спецификацию информационноrо продук та. При ошибках по доплеровской частоте в пределах 1...1 О rц ожидаемые по rрешности оценки координат составляют 1...1 О м; 4) поrрешности координатной при вязки пикселей РЛИ при наличии идеаль ной цифровой карты рельефа (ЦКР) дЛЯ уrлов визирования 18,5 и 40,90 имеют Be личину 0,6 и 0,3 м, а без Ц.КР, но при наличии опорных ориентиров на местности  соответственно 8,7 и 4,2 м. Отмечается, что для получения высокой точности привязки пикселей Р ЛИ в прожекторном режиме желательно использовать двухчастотную прецизионную аппаратуру GPS с точностью позиционирования СКО 0,1 м. В режиме Скансар по rрешности GPS не должны превышать 2 м СКО. Исходные поrрешности GPS 10 м (СКО) допустимы только для информационных продуктов низкой точности с по rpешностями порядка 30 м. Одна из сложностей привязки Р ЛИ К картам связана с различием основных карт, особенно крупномасштабных (1 :25000 и крупнее), ис пользуемых в хозяйственной деятельности. 9.8.3. Определение элементов внешнеrо ориентирования антенны По своей сути определение элементов внешнеrо ориентирования антенны РСА (,..... центра масс КА) является задачей формирования выбранной (в нашем случае па раметрической) модели одиночноrо РЛИ. Решение ее может выполняться либо по координатам опорных точек, либо по навиrационным данным (GPS, rЛОНАСС), либо по тем и друrим данным. 489 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования В случае использования координат опорных точек формирование модели одиночноrо Р ЛИ, независимо от ее вида, связано с необходимостью решения сис темы нелинейных уравнений R[X(U'Zj ),y(u,Zj)] j  R(Xj,Y;) == о; i == 1,п, (9.33) rде R [ Х (u, zJ, у (u, Zj ) 1  значение функционала, задающеrо принятую Maтe матическую модель в iй опорной точке; u(u],u 2 ,u з ,......uz)Т  вектор неизвестных параметров принятой математической модели размером [х 1; Z;  rеодезическая BЫ сота опорной точки; п и [  соответственно число опорных точек и параметров принятой математической модели. Решение системы уравнений (9.33) есть задача нахождения оценок неизвест ных величин, которая решается по методу наименьших квадратов. Использование информации о рельефе. При определении координат точек Me стности по Р ли с известными элементами внешнеrо ориентирования антенны РСА и наличием информации о рельефе местности заключается в следующем. Пусть ИН формация о рельефе представлена в виде множества {н} =={ХТIУТIН1' ХТ2УТ2Н2' ...}, которое определяет значения высот, например, над уровневой поверхностью Ео, для точек местности с координатами Х Т; и Y Ti . На начальном приближении, принимая Zi ==ZE ==НО, определяют координаты X, У!; точки местности. По найденным таким образом координатам X, У!; BЫ бирают значения Н; из множества {Н}. При правильном определении высоты точки местности должно обеспечиваться следующее условие: IZ;  Z:I < 8 , (9.34) rде Z; == н;  Н; G  заранее заданное число. Очевидно, что данное условие не всеrда будет выполняться при первом при ближении. Поэтому, используя полученное значение z;, по формулам (9.25), (9.28), (9.30)9.33) находят новые координаты Х Т; и Y Ti , а по ним  новое значе ние н; из множества {Н} дО тех пор, пока не будет выполняться данное условие. Величина G может быть вычислена по формуле { } 1/4 c==gh ==НО H +gD[gD+2(R 2 H2)J ' (9.35) в которой [ J 1/2 1/2 gD== Rj2(ghH)2 (Rj2 Hп ' (9.36) rде величина дD  допустимая ошибка определения положения точки местности в плоскости радиолокационноrо зондирования. 490 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... 9.8.4. Решение координатной задачи по стереопаре РЛИ земной поверхности Определение пространственных координат точек местности по двум Р ЛИ, полу ченным с помощью РСА, может быть сведено к пространственной засечке двумя наклонными дальностями R 1 И R 2 В плоскости радиолокационноrо зондирования одноrо из снимков стереопары. Получение стереопары возможно при обзорах с разной стороны, на разных восходящем и нисходящем витках либо при разных yr.. лах падения. В зависимости от размера стереометрической базы может быть ис.. пользована интерферометрическая обработка комплексных Р ЛИ либо HeKorepeHT ная стереометрия, рассмотренные в подразделах 9.6.4 и 9.7.1. В РСА с АФАР возможно получение стереопары за один проход в скошенном (переднебоковом или заднебоковом) режиме обзора или при сочетании боковоrо и скошенноrо режимов. Так, на рис. 9.35 показана rеометрия съемки стереопары в скошенном переднебоковом обзоре, коrда КА находится в точке SA и имеет вектор скорости VA. Плоскость визирования SAQAIQA2QA3 отклонена от нормали к вектору скорости V A на уrол lj/ (скошенный обзор левым бортом вперед) и не проходит через центр Земли, что обусловлено движением КА по эллиптичной орбите. В точ ке SB имеем случай боковоrо обзора, плоскость визирования SBQBIQB2QB3 нормаль на вектору путевой скорости и также отклонена от центра Земли. , , , , , , , , , , , , , " , , , " " ,,' " " "" "", , " , , , , , , " QA2' , , , , , , , , , , О' , " q  L , , QB2 .. QB3 О QA3 900 QВI ,   , .... , , , , , , , , , , , , , , QAI , , , , , , , , ""A SA ... "'" /,,"- , , , , , , , , ,,' " " ,,' , "" , , , , ' , Рис. 9.35. rеометрия плоскостей визирования стереопары при комбинации боковоrо и скошенноrо обзоров Известными параметрами движения являются моменты времени lА, lв, BeKTO ры координат КА R sA , R sB , векторы скоростей V А, V В, наклонные дальности визи 491 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования рования цели R A , R B , доплеровские частоты синтеза РЛИ F DopA и F DopB . В частном случае боковоrо обзора для одноrо из РЛИ FOopB==O. Рассмотрим показанную на рис. 9.36 плоскость визирования боковоrо обзора SвQВIQВ2Qвз, нормальную к вектору V в и проходящую через фазовый центр aHTeH ны (цeHTp масс КА) точку SB. Уравнение плоскости визирования имеет вид vx (Х  SBx) + Vy (У  SBY) + Vz (Z  SBz) == О (9.37) о о о О или VBx X + VByY + VBzZ  Р == , о о о КА К rде vBx' v By ' v Bz  направляющие косинусы вектора скорости в rc ; р == о о о == VBxS Вх + VByS Ву + VBzS Bz  расстояние плоскости от начала. Определим на плоскости визирования проекции центра Земли Oq и положения КА SAq в момент времени IА Oq == Oq {Oqx,Oqy,Oqz} == {VX8BX' Vy8BY' Vz8BZ} . (9.38) S Aq == 8 Aq {8 Aqx' 8 Aqy' 8 Aqz } == == {vx (8 Ах  8 B J, Vy (8 Ау  8 ву ), vz (8 Az  8 Bz )} . (9.39) R Alf QВI V B R T , , , , , , , , , , , Рис. 9.36. rеометрические построения в плоскости визирования при решении координатной задачи по перекрывающимся РЛИ, полученным в режимах скошенноrо и боковоrо обзоров 492 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... Длину проекции на плоскость визирования R Aq для расстояния до цели R A в первом положении КА SA находим из уравнения 2 2 2 2 ( 2 2 2 ) R Aq == R sA  S Aq == R sA  S Aqx + S Aqy + S Aqz . Проекция вектора КА SB на плоскость визирования равна (линия OqSB) R;Bq == IR SB Oq12 == (BX  Oqx)2 +( By  Oqy)2 + (R SBZ  Oqz)2 . (9.40 ) (9.41 ) Вычисляем расстояние между точками SAq и SB (S Aq SB)2 ==(SAqxSBX)2 +(SAqySBy)2 +(SAqZSBZ)2. (9.42) Далее следует выполнить трианrуляционную задачу вычисления координаты цели Т по трем сторонам треуrольника с вершинами в точках Т, SB, SAq, после чеrо из треуrольника с вершинами Т, SB, Oq находим проекцию радиусвектора цели R Tq на плоскость визирования. Затем находим локальный радиус Земли и высоту цели над референ цэллипс оидом на широте цели f/JТ R T ==  Riq + р2 ; (9.43) h == Rr  Re ( f!Jr ) . Рассмотренный случай сочетания боковоrо обзора со скошенным обзором приrоден для решения координатной задачи некоrерентными методами, поскольку размеры стереобазы превышают интервал корреляции флуктуаций отраженных от местности сиrналов. При наличии постоянных отражателей можно использовать интерферометрическую съемку в однопроходном скошенном режиме с малой ба зой, обеспечивающей коrерентность принимаемых сиrналов [23]. 9.8.5. Совместная обработка перекрывающихся космических фотоснимков и РЛИ Перекрывающийся космический снимок в центрШlЬНОЙ nроекции и Р ли. COBMe стная обработка данных о местности, получаемых различными системами, в первую очередь фотоrрафической и радиолокационной аппаратурой, является одним из oc новных направлений совершенствования средств и методов дистанционноrо зонди рования. Так, современные радиолокационные системы, являясь всепоrодными, ис пользуются в любое время суток и имеют независимое от дальности разрешение на земной поверхности, приближающееся к уровню разрешения оптических систем. С друrой стороны, фотоrpафическая аппаратура не только являются наиболее OCBoeH ной в практике дистанционноrо зондирования, но и может работать в мноrоспек тральном режиме в пределах видимоrо диапазона электромаrнитных волн. Совместная обработка Р ЛИ и фотоснимков позволяет расширить области их применения в первую очередь за счет повышения информационноrо содержания данных, получаемых при дистанционном зондировании. Р ЛИ и фотоснимок одноrо участка земной поверхности обеспечивают наблю дение ero с различных точек визирования, что обусловлено различиями основных 493 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования принципов формирования их изображений. Эта особенность перекрывающихся РЛИ и фотоснимков позволяет решать координатную задачу. Ее сущность в дaH ном случае заключается в том, что положение точки местности, изобразившейся на перекрывающихся космическом фотоснимке центральной проекции и Р ЛИ, опре деляется направлением проектирующеrо луча R F и наклонной дальностью RRL, расположенной в плоскости радиолокационноrо зондирования (рис. 9.37). При Ha личии информации о доплеровском сдвиrе частоты отраженноrо от точки Р MeCT ности радиосиrнала положение данной плоскости может быть однозначно опреде лено в пространстве. Рассмотрим rринвичскую систему координат Oc;XoYoZo. Предположим, что в ней известны координаты X F , Y F , ZF И X RL , Y RL , ZRL центров проектирования фото аппарата SF и радиолокатора SRL, а также уrловые элементы внешнеrо ориентиро.. вания фотоснимка  rеоrрафическая широта (fJF, долrота AF и уrол отклонения от надира А т (рис. 9.37). Известны также координаты х', у' и X r , Yr соответственных TO чек на фотоснимке и Р ЛИ. SXF,YF,ZF) N , , , f ' , . \ V RL s RL(п, YRL,ZRL) ZG'  " , P(Xp,Yp,Zp) Y G Х(; Рис. 9.37. Решение координатной задачи по перекрывающемуся космическому фотоснимку в центральной проекции и РЛИ Про ведем расчет координат точки Р раздельно по фотоснимку и Р ЛИ. В пер вом случае (обозначим их XFp,YFp,ZFp) можно воспользоваться известными форму лами для одиночноrо фотоснимка: XFp==.XF+NX'; YFp==.YF+NY'; ZFp==,ZF+NZ', (9.44) 494 
rлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... в которых Х ' ", f . == al Х + а2У  аз , У' == b1x' + by'  Ьзf; Z ' , , f == C1X + С2У  СЗ , rде X',Y',Z'  пространственные координаты точки Р на фотоснимке; N  масштаб ный множитель; а;,Ь;,с;  направляющие косинусы, вычисленные по значениям yr ловых элементов внешнеrо ориентирования;!  фокусное расстояние. Определим значение N в выражении (9.44). С этой целью воспользуемся COOT ношениями между координатами точки Р местности и центра проектирования SRL, устанавливаемые посредством определения наклонной дальности (9 45) R 2 ==(Х р XRL)2 +(У р YRL)2 +(Zp ZRL)2. (9.46 ) Подставив (9.44) в (9.46) и разрешив последнее относительно N, получим К) + ( к?  К) К 2 )1/2 N == (9.47) К з rде Kl ==(X F XRL)X' +(Y F YRL)Y' +(ZF ZRL)Z'; К 2 ==(X F XRL)2 +(Y F YRL)2 +(ZF ZRL)2 R2; (9.48) К з == х,2 + у,2 + Z,2 . За окончательное значение N в (9.47) принимается близкое к N HF !f, rде H F  высота фотоrрафирования. Анализ приведенных соотношений показывает, что для определения про странственных координат точек местности необходимо иметь уrловые элементы внешнеrо ориентирования фотоснимка. Следует отметить, что для приведенных процедур MorYT использоваться не только РЛИ, синтезированные с нулевой допле ровской частотой, но и полученные при помощи опорной функции, смещенной по доплеровской частоте (при скошенном обзоре). Тоrда по РЛИ MorYT быть оценены уrловые элементы внешнеrо ориентирования как для Р ЛИ, так и для одиночных фотоснимков истереопар. Определение уzловых элементов внешнеzо ориентирования фотоснимков с использованием Р ли. в процессе дистанционноrо зондирования различными ти пами съемочных средств возможно получение Р ЛИ, которые перекрываются как с отдельным фотоснимком, так и со стереопарой фотоснимков. В этих условиях воз можно определение уrловых элементов внешнеrо ориентирования фотоснимков, перекрывающихся с РЛИ. Примем, что по данным навиrационноrо определения снимков (включая внешние траекторные измерения и бортовую аппаратуру позиционирования) из 495 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования вестны координаты центров проектирования X FA , Y FA , ZFA И X FB , Y FB , ZFB левоrо А и правоrо В фотоснимков, а такжеХ RL , Y RL , ZRL РЛИ (рис. 9.38). S""'A(XF.4, У,.:-1, ZF.4) SniX,B, У/-Б, 2,-в) Sш{Х Rl ., У ш ., ZR1) .t Ц1; Р; Рис. 9.38. Прямая засечка по перекрывающимся фотоснимкам и РЛИ Пусть при наблюдении точки Р ; на фотоснимках известны координаты КА SFA и SFB С SRL В момент съемки и направления векторов R Ai , R Bi на точку P i . По радио локационному снимку определяется наклонная дальность R j в плоскости, проходя щей через фазовый центр антенны радиолокатора (близкий к центру масс КА) и нормальной к вектору путевой скорости КА. В проuессе совместной обработки стереопары фотоснимков и РЛИ основным является определение квазидальностей R Ai и R Bi до точек земной поверхности P i , изобразившихся на фотоснимках и РЛИ. ДЛЯ этоrо, выполняя взаимное ориентирование фотоснимков, строят аналитически rеометрическую модель местности по фотоснимкам. Измеряют координаты точек местности на фотоснимках XAi, У А; И XBi, У Ai. Далее получают значения квазидальностей R Ai и R Bi по формулам ( ) V2 R . == N. ( х,2 + у,2 + z'2 ) . А l; 1 А А А , ( ) V2 R . == N. ( х,2 + у,2 + z'2 ) В 1; 1 В В В , (9.49) в которых N== BFZ Х' Z' + Х' Z' , А В В А (9.50) Х' ==a1x + а 2 у  аз!; У' ==b1x + Ь 2 У  ь з !; Z' == C1X + С 2 У  Сз! ; 496 
fлава 9. Современные подходы к тематической обработке радиолокационной ... [ 2 2 2 J 1/2 B F == (X FA XFB) + (Y FA YFB) + (ZFA ZFB) . Здесь X, Y, Z и X, Y, Z  пространственные координаты точки Р на левом и правом фотоснимках; Qi, b i , С;  значения направляющих косинусов, вычисляемые по элементам взаимноrо ориентирования левоrо и правоrо фотоснимков; N  Mac штабный множитель. Выбор систем координат и элементов взаимноrо ориентирования фотосним ков при определении квазидальностей может быть произвольным. Получив значения квазидальностей R Ai , R Bi по фотоснимкам, рассчитывают соответствующие им наклонные дальности дО РЛС R Api И R Bpi . В результате каждой точке, изобразившейся на фотоснимках и РЛИ, будут соответствовать три наклон ные дальности R Ai , R Bi , и R i из центров проектирования, положение которых опре делено в заданной системе координат. Пространственные координаты точек местности, изобразившихся на фото снимках и РЛИ, MorYT быть определены по формулам Х Р; == g{ +h{Zp; У р; ==g; + hZp; (9.51 ) ( 2 ) 1/2 N N МL Z Р; == М rде , fi(YRLYFA)f2(YFBYFA) gl== ; (X FB XFA)(YRL YFA)(XRL XFA)(YFB YFA) , f2(X FB XFA) f2(X RL XFA)   ; (X FB XFA)(YRL YFA)(XRL XFA)(YFB YFA) , (Y FB YFA)(ZRL ZFA)(YRL YFA)(ZFB ZFA) == ; (X FB XFA)(YRL YFA)(XRL XFA)(YFB YFA) , (X RL ZFA)(ZFB ZFA)(XFB XFA)(ZRL ZFA) == ; (X FB XFA)(YRL YFA)(XRL XFA)(YFB YFA) [ 2 2 2 J 1/2 d 11 == (X FB XFA) + (Y FB YPA) + (ZFB ZFA) ; [ 2 2 2 J 1/2 d 12 == (X FA XRL) + (Y FA YRL) + (ZFA ZRL) ; (9.52) (9.53) (9.54) 1 ( 2 2 2 ) J; == 2 R Ai RВi +d ll ; (9 55) 497 
1 ( 2 2 2 ) 12 == 2 R Ai RВi +d 12 ; М == 1 + h{2 + h;.2 ; N == g{h{ + g;h;.; L ,2 ,2 R 2 ==gl +g2  Ai. Полученные по формулам (9.51(9.56) координаты точек принимают за опорные, которые далее используют при определении уrловых элементов внешне ro ориентирования фотоснимков известными в фотоrpамметрии методами (9.56) 498 
rпaBa 10 ТЕхнолоrии МОДЕЛИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК АппАрАтуры РЛН И ПРОЦЕССОВ ПРОХОЖДЕНИЯ сиrнАЛОВ В РАДИОЛОКАЦИОННОМ ТРАКТЕ 10.1. Исходные положения Современная технолоrия создания и совершенствования систем радиолокационно ro наблюдения предусматривает широкое применение методов моделирования на всех стадиях жизненноrо цикла: исследовании и разработки методов радиолокаци oHHoro зондирования, разработка принципов построения аппаратуры и определе ние требований к подсистемам, сопровождении их экспериментальной отработки, оптимизации методов и алrоритмов обработки радиолокационной информации, обоснование правильности выбираемых технических решений на стадиях аванпро екта, эскизноrо и техническоrо проектирования, разработки методик измерений и испытаний параметров изrотавливаемых технолоrических и летных комплектов аппаратуры, комплексных испытаний аппаратуры в составе космическоrо аппара та, а также сопровождения летных испытаний для диаrностики отказов и деrрада ции параметров летноrо комплекта с целью корректировки документации и под держания работоспособности аппаратуры на орбите. Эффективным инструментом при расчете параметров РСА, моделировании преобразований сиrналов, алrорит мов синтеза и фильтрации РЛИ, а также для обработки данных испытаний аппара туры, является проrраммный пакет МА TLAB, специально предназначенный для обработки матричных (растровых) данных [155*,252,567]. Нормативные документы, реrламентирующие порядок разработки космиче ской техники, предусматривают создание стендов полунатурноrо моделирования для наземной отработки, испытаний и калибровки разрабатываемой аппаратуры в условиях, максимально приближенных к условиям эксплуатации. Важнейшую роль в работе таких стендов иrpают имитаторы внешних устройств управления и ин формационной поддержки, имитаторы сиrналов для разных сечений радиолокаци oHHoro тракта (от видеочастот дО СВЧ), а также средства анализа результатов ис пытаний, средства протоколирования с диаrностикой временной изменчивости па раметров аппаратуры. Концепция проектирования современной радиолокационной аппаратуры пре дусматривает использование сквозноrо цифровоrо управления режимами работы, параметрами блоков и средствами контроля. Это позволяет полностью компьюте ризировать работу стендов полунатурноrо моделирования для аппаратуры в целом и ее подсистем, используя современные высокопроизводительные вычислительные средства, снабженные специализированным проrpаммным обеспечением и допол ненные соответствующими датчиками, преобразующими физические процессы в 499 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования цифровую информацию и формирующие необходимые тестовые сиrналы по циф ровым командам управления. Классический метод моделирования состоит в задании входной обстановки в виде одиночной точечной цели или набора точечных целей и расчета радиоrоло rpaMMbI по формулам, учитывающим параметры излучаемоrо импульса, форму диаrраммы направленности и параметры движения РСА. Типичный случай форми рования радиоrолоrраммы и синтеза радиолокационноrо изображения (Р ЛИ) дЛЯ случая одиночной точечной цели применительно к РСА с высокой разрешающей способностью и проявлениями миrрации сиrнала по дальности иллюстрирует рис. 10.1. Влияние миrрации дальности приводит к искривлению формы ДBYMep ной rолоrраММЬJ (рис. 10.I,а), формированию спектра сиrнала в виде трапеции (рис. 10.1,6) и характерному раздвоению боковых лепестков импульсноrо отклика (рис. 10.1,8). На рис. 10.2 рассмотрен случай формирования последовательности из шести целей с затуханием амплитуд.  ".".,  ,. .,.:.:,.>: ',  'I<>W' W!I> .'I'  б) ' : а)  R .. ....... .W" .... : ; -r; :.:.: .   . F ;. в) :д:: t  Н' '''-:-----j .".. .... 3:- ":" : :% :-..:-: "," ":" : "-::':'-' "." -". -:О".,;" . . . - .. - -_..'.. ..  X Рис. 10.1. Действительная составляющая радиоrолоrраммы (а), амплитудный спектр выходноrо сиrнала (6) и вид выходноrо отклика (в) для одиночной точечной цели - б) ":") ........:.. а) .'" .:' ':;::.':." .. " ..:',.",:},., .... \,.:,,,..,< ", .'.: . .... <''-  :.' :" о"" :. :..':'- R <>.", . -:--: ,_.;: ',' .'- . в) " , . 'ус .  . Х Рис. 10.2. Действительная составляющая радиоrолоrраммы (а), амплитудный спектр выходноrо сиrнала (6) и вид выходноrо изображения (в) для шести точечных целей с затуханием амплитуд 500 
fлава JO. Технолоrии моделирования характеристик аппаратуры РЛН ... Формирование тестовых радиоrолоrрамм на основе точечноrо представления исходных сцен имеет оrраниченные возможности, не позволяя во всей полноте ис.. следовать интеrральное влияние совокупности искажающих факторов (природных, траекторных, связанных с трассой распространения сиrнала и аппаратурных иска жений) на качество и характеристики выходноrо информационноrо продукта. Кроме Toro, при сложных мноrоточечных моделях объем потребных вычислений для расчета радиоrолоrраммы может оказаться весьма большим. Значительно более эффективным для анализа и синтеза систем радиолокационно ro наблюдения, использующих радиолокаТОРЬJ с синтезированной апертурой, является развитый в работах [428*,431 *,433*] метод моделирования процессов преобразования и обработки сиrналов в РСА, основанный на математическом обращении последова тельности операторов, с помощью KOToporo моделируют исследуемый РСА. Эта про цедура может использоваться в полном виде  при переходе от исходноrо комплексно ro радиолокационноrо изображения (КРЛИ) к цифровой радиоrолоrpамме (црr), а за тем  от цpr к результирующему КРЛИ или в частичном виде, используя представле ние действующих процессов в спектральной области. В последнем случае реализуется преобразование исходноrо КРЛИ к двумерному спектру црr и последующее ДBYMep ное сжатие спектра црr с формированием выходноrо КРли. В общем виде моделирование комплексноrо радиолокаuионноrо изображения можно рассматривать как результат последовательноrо применения обратной ДBY мерной свертки (деконволюции) для получения тестовой црr и прямой двумерной свертки для синтеза КР ЛИ S(x,r) ==Synt {Ho1(x,r)} ==Synt {SynC\ {Set (x,r)}} (10.1 ) или в спектральной области Fs (OJx,OJ r ) = KSynt (OJx,OJ r )К НО1 (OJx,OJ r ) FSet (OJx,OJ r ) , (10.2) rде Set(x,r) И S(x,r)  исходные эталонное и получаемое КРЛИ; Hol(x,r)  upr, фор мируемая по эталонному кРли; Synt  процедура синтеза КРЛИ; Syntl  обратная процедура формирования црr; FSet  спектр эталона; K Ho1 , KSynt  частотные xapaK теристики фильтров формирования црr и синтеза КРЛИ. При кажущейся тривиальности TaKoro преобразования получение контроли руемых результатов для оценки качества конечноrо продукта требует теоретиче CKoro обоснования метода с ero адаптацией для задач анализа сиrналов РСЛ. Обоснование корректности TaKoro подхода можно провести на идеализированном частном случае ЛЧМфункций с rауссовой оrибающей, который имеет cTporoe аналитическое решение. Оно рассмотрено в подразделе 6.10.2. 10.2. Подrотовка исходноrо материала для моделирования Исходным материалом для моделирования являются полученные с помощью caMO летных или космических РСА комплексные РЛИ, представленные в виде ампли тудных (АРЛИ) и фазовых (ФРЛИ) изображений. Для получения контролируемых результатов моделирования входные данные должны быть откорректированы с устранением аппаратурных искажений и приведены к стандартной (нормализиро 501 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ванной) форме. Это касается амплитудных, спектральных характеристик, уровня неоднозначности и пр. Коррекция 2D спектра Форма спектра црr по дальности определяется зондирующим импульсом и шума ми приемника. Обычно средняя частота спектра по дальности равна нулю, а по азимуту определяется доплеровским смещением, вызванным отклонениями луча антенны от нормали к вектору путевой скорости изза ошибок ориентации носите ля или вращения Земли. Спектр синтезированноrо КРЛИ зависит от взвешивающих функций при син.. тезе и может приобрести смещение по дальности и азимуту в зависимости от ис пользуемоrо алrоритма синтеза. На рис. 10.3 показаны спектры комплексноrо изо.. бражения подмосковноrо r. Жуковский, полученноrо в Хдиапазоне волн с помо щЬЮ РСА SIRC/XSAR. Задачи коррекции спектра  центрирование по обеим координатам, обнуление шумов за пределами полезноrо сиrнала, а также двумерная круrовая аподизация для устранения артефактов  «крестов» от ярких целей. Вид откорректированных спектров также показан на рис. 10.3,б,в,д. f- :-.t.; . ;.. :.(:  ' "',t.. ',:t б) ,:::::::1:::: :э::: ::::: 1::: i:: ':. 2 } :'.'..; ..: '/ .." .::-.-=-.!'  -.. :::-';:' I .1 1 "" i F :':.?o 1.' ..'  I ........ range .... F dopler . ........ _._.-_.::: 1'.. д) 'j:Ш::::"::'::: lJ} '::!6't.,,,..:..  F  "4."....-.Э:'...... range  :::;.... F dopler rA JOoo '.. , """'":" '. t.  -я . ;.;. ....   . '. ,,"'i. ,.' ,:::'; :. :, X' (.i' \::  . :. ';.J/ .  . I '.<f\; .';.:... ::: . '.. ,./.",. ,о'  . :.' : , ::. 4 V W J:.' , в) , -':' ......""'. ("о .... ..., .,". ,. о' i ....  . о, ";.?\{'> >.'..<'/ . .' j-.. ....с:. а) Рис. 10.3. Радиолокационное изображение (а) и ero спектры: одномерные по дальности (6) и азимуту (в) (1  исходные, 2  корректированные для моделирования); двумерные: исходный (2), откорректированный (д) Ретушь амплитудноrо изображения Для ряда задач (оценки влияния нелинейностей тракта, интеrральных уровней He однозначности, боковых лепестков, оценки коrерентности при интерферометриче ской обработке и др.) исходное эталонное изображение должно рассматриваться как результат отражения от фона местности. Поэтому шумы приемника в полосе сиrнала, приходящиеся на пиксели фона местности эталонноrо КРЛИ, будем OTHO сить к увеличению аО фона на величину аО пе шумовоrо эквивалента РСА и инте.. rральноrо уровня неоднозначности. Изображения неотражающей поверхности (спокойная водная поверхность, асфальтовые дороrи и т.п.) должны быть ретушированы с обнулением амплитуды. Это леrко реализуется с помощью стандартных пакетов обработки изображений 502 
fлава JO. Технолоrии моделирования характеристик аппаратуры РЛН ... Paint, Photoshop, если АР ЛИ преобразовать в 8 или 16битный форматы RA W или TIF или 8битный формат ВМР и применить пороrовую обработку. Заметим, что при работе с Photoshop не допускается преобразование типов RGB или Index в Grayscale, так как это меняет rистоrpамму распределения значений (особенно за метно дЛЯ ФРЛИ). ДЛЯ контроля коэффициента передачи тракта обработки в эта лонное АРЛИ дО ero нормализации можно добавить набор имитированных точеч ных целей с калиброванными уровнями. Для отработки алrоритмов синтеза изображения с автофокусировкой в про жекторном режиме с получением MeTpoBoro разрешения можно использовать эта лонные КР ЛИ rрубоrо разрешения с их масштабным преобразованием до требуе Moro шаrа. Такие КРЛИ можно интерпретировать как результаты радиолокацион ной съемки уменьшенных макетов местности. Для моделирования обработки сиrналов с селекцией движущихся целей (СДЦ) предложено исходное КРЛИ разделить на два ли несколько слоев  непод вижная местность с «лысыми местами» от подвижных объектов и сами подвижные объекты с формированием входных данных для синтеза КРЛИ по разным алrорит мам с последующим суммированием сиrналов и добавлением шумов, имитирую щих шумы приемника. При отсутствии КРЛИ можно воспользоваться и амплитудным изображением (АРЛИ). Фаза задается случайной матрицей со спектром, соответствующим пара метрам моделируемой РСА. Имеющиеся на РЛИ артефакты, вызванные яркими целями, устраняются ретушью. Расщепление отсчетов в пикселе КРЛИ Случайная амплитуда сиrнала в каждом пикселе РЛИ определяется интерференци ей сиrналов, отраженных от отражателей в данном элементе разрешения. При MO делировании интерферометрической обработки возникает необходимость учета малых перемещений отражателей в пределах элемента разрешения. Исходя из принципа rюйrенса, можно считать, что элементарные отражатели формируют равные по амплитуде отраженные сиrналы. Суммарный отраженный в сторону РЛС сиrнал определится векторной суммой отдельных сиrналов с учетом фазы, определяемой положениями отражателей. Для моделирования таких эффектов представим КРЛИ как сумму по крайней мере двух КРЛИ с постоянными ампли тудами Ао и координатами отражателей, обеспечивающими при суммировании сиrнал с амплитудой и фазой, совпадающей с исходным КРЛИ. Предполаrаем, что масштаб КРЛИ по дальности M R кратен длине волны. Если это не может быть co блюдено, КР ЛИ интерполируют на частоту квантования, кратную частоте излуче иия. Для интерполяции можно применить процедуру масштабирования, приведен ную в подразделе 6.5.3. Координаты отражателей относительно центра пro пиксе ля с наклонной дальностью R n вычисляют по формулам R 1n == Rn  dro  dr An  drqJn; R 2n == Rn + dro + dr An  drqJn , (103) 503 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования м А rде dro ==     половина начальноrо расстояния между отражателями приме 8 8 нительно к rладкой поверхности с нулевым отражением; drrp = 'Р п  поправка по п Кх фазе в пикселе, соответствующая изменению наклонной дальности; dr Aп == arcsin ( А п /2Ао )  поправка, определяюшая амплитуду отраженноrо сиrнала. Кх 2п Здесь К,. ==  волновое число; А п и f/Jn  амплитуда и фаза сиrнала в пикселе; л А Ао  заданная амплитуда сиrнала от отдельноrо отражателя, превышающая макси.. мальную амплитуду Рли. 10.3. Моделирование обработки сиrналов в РСА Обобщенная структурная схема моделирования приведена на рис. 10.4. В ее состав входят: исходное кр ЛИ {1} или несколько образцов ( слоев) КР ли для формирования суммарной сиены, например, при моделировании движушихся целей; предобработка {2}, включающая устранение артефактов на КРЛИ, выделение обстановки для каждоrо слоя КР ли; вычисление спектров парциальных КРЛИ {З} и опорных функций {4}{5} для каждоrо слоя (операция БПФ); перемножение спектров парциальных КРЛИ и опорных функций ({6} и {7}); суммирование парииальных спектров радиоrолоrрамм {8} и добавление шу мов {9}, имитирующих шумы приемника; формирование суммарной цифровой радиоrолоrраммы (црr) {10} путем об paTHoro преобразования Фурье (ОБПФ); далее следуют стандартные операции синтеза комплексноrо радиолокацион" Horo изображения {11}  { 15} и обработка выходноrо КР ли {16}. в простейшем случае, если эффекты миrрации дальности не моделируются и можно пренебречь зависимостью опорной функций синтеза КРЛИ от наклонной дальности, можно выполнить операцию быстрой свертки с применением двумерных преобразований Фурье  прямоrо БПФ и обратноrо ОБПФ. {l} КР ЛИй КР ЛИ Ь : .. ..".."...." ":.... .......... ........ ............... ............ ............. --: :.. ......fi................. :.. ............... ...... ............... .................... ........ ................ ...... .... , {6} {8}:: {14} {З} :: {lO} {ll} {15} {2} Предобработка БПФ 11 цpr БПФ ОБПФ :: (ОБПФ) 1 1 1 1 1 1 {4} Опоры Ь й , ЬЬ {5} БПФ {9} Шум {12} Опора Ь з {IЗ} БПФ { 16} Обработка КРJШ Рис. 10.4. Структурная схема моделирования обработки сиrналов в РСА 504 
rлава JO. Технолоrии моделирования характеристик аппаратуры РЛН ... Такой вариант моделирования применим при теоретическом анализе явлений, связанных с разработкой новых алrоритмов обработки, анализе влияния разных искажающих воздействий и поиске методов их устранения, а также при наземной отработке реальной аппаратуры в составе стендов полунатурноrо моделирования. Искажающие воздействия, связанные с прохождением радиолокационных сиrна лов через тракт РСА, включая преобразование из аналоrовой формы сиrнала в цифровую, вводят в разрыв звеньев {10}{11} структурной схемы модели. Более сложные алrоритмы синтеза КРЛИ, включающие миrрацию, реальные зависимости опорной функции от наклонной дальности, смещение по доплеров ской частоте требуют модификации процедур обработки црr (звенья {11}{16}) и соответствующей корректировки процедур формирования црr (звенья {1 }{8}). Изложенный подход к моделированию процессов в РСА был успешно приме нен при анализе алrоритмов обнаружения движущихся целей, исследовании MeTO дов формирования изображения в видеоимпульсном РСА (БИРСА), приведенном в разделе 6.12., при разработке алrоритма синтеза радиолокационноrо сиrнала в прожекторном режиме, а также при моделировании интерферометрической обра ботки пары КРЛИ в целях интерпретации результатов радиолокационной съемки. 10.4. Моделирование интерферометрической обработки изображений При моделировании интерферометрической обработки пары КР ЛИ исходный эталон используют как первичное КР ЛИ а в координатах наклонная дальность  азимут. Наклонные дальности вторичноrо КРЛИ Ь пересчитывают с учетом зада ваемой высоты рельефа h Rb == J R?b +(Re +h)2 2b(Re +h)cos(Ya + УаЬ)' (10.4 ) rде Re  радиус Земли; Rsa и RSb  радиусы орбит КА; УаЬ  уrол между радиус { Я; + 2 R2 } векторами космических аппаратов на траверзе; Уа = arccos а h  а  2h уrловое положение визируемой точки относительно следов вторичноrо и пер вичноrо КА. ДЛЯ задачи оценки качества интерферометрии ряд операций совмещения двух КРЛИ можно опустить (пунктир на рис. 10.4). Для учета флуктуаций фона MeCTHO сти исходное разрешение эталона следует задавать в 2 раза лучше расчетноrо с последующим усреднением соседних пикселей. Результаты проведенноrо моделирования для высот орбиты 500 км при длине волны РСА 9,6 см, базе интерферометрии 200 м, отношении сиrнал/шум  10 дБ, плановых разрешениях: РЛИ  2,5 м, карты рельефа  20 м, СКО высот на равнине, измеренное по выходу обработки, составило (Jh 1,4 м. 505 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 10.5. Моделирование индикации движущихся целей При радиолокационном наблюдении движушихся целей (ДЦ) проявляются разные эффекты в зависимости от уrла между вектором скорости и вектором визирования по наклонной дальности. В общем случае мы имеем комбинацию эффектов, свя занных с радиальной скоростью (проекцией вектора скорости на линию визирова ния), которые приводят к смещению доплеровской частоты сиrнала от цели и миrpа цию дальности и танrенциальной составляющей скорости, которая складывается или вычитается из скорости носителя РСА и вызывает рас фокусировку изображения дц. Применительно к космическим РСА известны различные методы индикации ДЦ по радиальной составляющей скорости, основанные на интерферометрии вдоль линии пути с использованием разделенных антенн типа АФАР или тандем из пары спутников с РСА, двиrающихся по близким орбитам со смещением по времени [317, 370, 515]. Предложен также приrодный дЛЯ РСА с зеркальными антеннами метод пространственновременной фильтрации сиrнала, создающий виртуальное смещение фазовоrо центра излучения и приема сиrналов [37*,161 *,428*]. Индикация ДЦ по танrенциальной составляющей скорости использует эффек ть] изменения амплитуд сиrналов от ДЦ, вызванные дефокусировкой РЛИ при син тезе РЛИ с разными опорными функциями. Для моделирования методов индикации ДЦ по схеме, показанной на рис. 10.4, сиrналы от местности формируют в одном слое КРЛИ и преобразуют в црr по опорной функции для неподвижной местности, а КР ЛИ дЛЯ ДЦ с радиальными и танrенциальными составляющими формируют в друrом слое (или друrих слоях) КР ЛИ, в которых формируют парциальные црr с соответствуюшими опорными функциями. 10.6. Структура математической модели сквоэноrо тракта РСА в математическую модель сквозноrо тракта РСА входят три основных модуля: 1) формирования rолоrраМЬJ по комплексному изображению; 2) синтеза эталонноrо изображения; 3) синтеза рабочеrо изображения с возможностью введения искажающих воз действий. В качестве примера исходноrо материала использовано комплексное РЛИ (КРЛИ), полученное с помощью самолетноrо РСА Хдиапазона волн с разрешаю щей способностью около 1,5 м (см. рис. 10.5). Для сокращения объема вычислений размер исходноrо кадра оrpаничен матрицами 1024хl024 пикселей для записи амплитуды и фазы. Исходный материал представлен двумя модификациями КРЛИ (см. рис. 10.6): эталонноrо КРЛИ, в котором выделен ряд площадок для разме щения тестцелей. На этих площадках амплитуда РЛИ обнулена. Во второй моди фикации исходноrо КРЛИ на выбранных площадках помещены миры с тестцеля ми: шесть целей по диаrонали дальность  азимут: от номинальной ЭПР (NQ 1) с убыванием через 3 дБ (NQ26) и яркий маркер (NQ7). Вид выходноrо рабочеrо РЛИ, полученноrо в результате синтеза с расчетным уровнем шумов, приведен на рис. 10.7. 506 
rлава 1.0. Технолоrии моделирования характеристик аппаратуры РЛН ... < . rl ; . ,   .... -:- .X/ ',.- '. '.'X,,;:'k 'J8'<'"  .  .:J'"' : .::..: ':- ..........."" . ':: ..... ;.}. , ,.' ;." - '.' ".' \ '>' . 'f . <. .. . .:)+ '. ,{. . .' . !ос .. (J,:" '..-:t ,.\!, .:.: ," .,. .0..' f::: .' [ . .. " -: t о ',." ,:<" . - .; .( :" - ( '..' . .. '<1 ". ; .., . '1.. . . ..:Я... ;" о'. '{'J" .... 4 ....... ,, \;.. ,'4. "" ,"'" >' ..... ".? .;;: .. ".:",\ :. "(1;;.  . h . fЧ n , 'х .,:.... ""{. . \... .. ( . "\.,-' . . ::f "'*" '. -*. "").. . . . .,  (. t " , :: ..fi N .........-.: ." .. .: :{ ..:'; .-...-: ""; -, {. . "1>&',\ ..,. ..<.,. i. .  .... .. а) б) Рис. 10.5. Карта района съемки (а) и амплитуда комплексноrо изображения участка местности (6), полученноrо с помощью РСАХдиапазона волн и используемоrо для моделирования процессов в РСА . . .. .. ..  »  ,' , . ". .:» .- f { I .11", .. ",. . . " , ' ).". ,,, . .   "., ,  ;..: . ..; , '., , .", .. & . . ,... ,,;: ". . t(, . . ... .  ,.' >:, '. .r \ :' . ... ",' . . '. , . j.  . '.  " ' /'''' ' , ,.... , ..). f . .. ..: . .. ... - . <, . ,f, '. . " t , :... .' ",,', . " N 1 . N2 N3 N4 N5 N6 N!! 7 . ,-. . r. ,. ,.... . . ot'''!", . ' fI 1 1j ;- . .'.' wi-'., . . , .' , ,. 't... I . , * " '''tr... <i,. , ."' . ' '!< .  .. > .  Ii: . I " '- ,'.' . " ..   \. ' .. а) 6) . Рис. 10.6. Увеличенный фраrмент исходноrо кадра для моделирования с обнуленной амплитудой на водной поверхности и асфальтовых площадках (а), тестовая мира (6) 507 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования '... <: . .  . .. " .. , . , ." . '" \ .  - '«  t. " . '"' ",: , - . . . .':,11( ,#: ' . . 1tl".. 1. . ",. ..' t"'(. ..;... ...-" . . .,,. '., . . , .." ...... . . . ..'f<... "!f<' . :',"' . - . ,j.' ",. . ,,, . .', .... '.. . .. .."'" , < , t..  " ,"  , ," . .r' ',t '( ..' ._О' '" '" , '., 'It JI'.,' '- * ....  . .. "". .  . ..,   . .. '. . -ft .. .,. . \. 411) . ., ;;.  ..... '.'. .  , . ." '" ,.;. ., .   "' . " ,'1\. '. :-' . "  .' ,,' '- ', Рис. 10.7. Результат синтеза радиоrолоrраммы, сформированной по исходному КРЛИ (стрелками отмечены положения тестцелей) " . .', >. , Рис. 10.8. Разностное РЛИ (рабочее РЛИ с тестцелями минус эталонное РЛИ) (шумы на обоих РЛИ некоррелированы) 508 
rлава 1.0. Технолоrии моделирования характеристик аппаратуры РЛН ... Кроме визуальноrо сравнения эталонноrо и рабочеrо изображений возможно применение известной технолоrии выявления изменений в оперативной обстановке Change Detection путем получения разности рабочеrо и эталонноrо Р ли. Разност.. ное РЛИ приведено на рис. 10.8. Фоновая засветка определяется разностью двух некоррелированных шумовых процессов, имитирующих шумы приемника. Далее проводят моделирование по схеме, приведенной на рис. 10.4, с вводом искажающих воздействий и получением образцов КРЛИ. Оценивают параметры КР ЛИ по методикам, приведенным в разделе 11.1, а также проводят их сравнение с эталонными Р ЛИ. Проведение математическоrо моделирования с использованием paCCMOTpeH Horo подхода или по друrим методикам позволяет получать информацию, необхо димую для разработки РСА, а также для оценки результатов дистанционноrо зон дирования. 10.7. Полунатурное моделирование при отработке и ИСПblтаниях аппараТУРbl РСА Изложенная методика моделирования преобразований сиrналов в тракте РСА и ее фраrменты MorYT быть эффективно использованы в комплексных стендах полуна TypHoro моделирования (стенд rлавноrо конструктора РСА, комплексный стенд отработки КА и др.), предназначенных для наземной отработки и сопровождения эксплуатации РСА космическоrо базирования. Использование TaKoro стенда обес печивает возможность анализа неисправностей или причин деrрадации характери стик, возникающих в полете, их диаrностики методом моделирования, поиска пу тей сохранения живучести аппаратуры, а также получения необходимых данных для корректировки документации на последующие образцы аппаратуры или ее MO дернизации. На стенде полунатурноrо моделирования возможно проведение испытаний комплекса РСА по проrрамме, максимально приближающейся к проrрамме HaTYP ных испытаний аппаратуры в полете. В наземных условиях отрабатываются MeTO дики оценки характеристик РСА, оценивается временная стабильность параметров аппаратуры (фазовых характеристик, коэффициентов усиления каналов, уровней квантования АЦП и др.), включая температурные воздействия, изменения напря жения питания. Отрабатываются процедуры учета телеметрических данных, ин формации координатной поддержки., датчиков ориентации КА с проrраммным MO дулем коррекции аппаратурных искажений, предшествующих синтезу РЛИ. Этап комплексной отработки РСА на стенде полунатурноrо моделирования по зволяет резко сократить цикл подrотовки к эксплуатации после запуска РСА на орби ту. Стенд должен иметь в своем составе набор преобразователей цифровой информа ции в аналоrовые сиrналы (ЦАП, по типу однополосных модуляторов) на несущей частоте РСА, промежуточной частоте и для испытаний видеотракта. С помощью BXOД ных данных дЛЯ ЦАП должны быть подrотовлены заранее модели процессов, дейст вующих в разных сечениях тракта РСА, созданные на фраrментах фоноцелевой обста новки, соответствующей задачам, решаемым разрабатываемой аппаратурой Р ЛН. 509 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования в цикл отработки аппаратуры РСА в составе стенда полунатурноzо моде.. лирования должны входить: . отработка и тестирование методик оценки сквозных характеристик РСА; . отработка и тестирование методик внутренней и внешней калибровки РСА (см. rл. 11); . проведение проверочных испытаний РСА по специальным расширенным про rpaMMaM и в экспериментальных режимах; . отработка циклоrрамм оперативноrо комплексноrо контроля РСА дЛЯ архи.. вирования изменчивости параметров, входящих в изделие блоков в течение жизненноrо цикла; · формирование тестовых цифровых радиоrолоrрамм (црr) для про верки про rpaMMHoro обеспечения бортовой и наземной обработки информации; . сопровождение работы РСА в полете, моделирование нештатных ситуаций и выработка мер по восстановлению работоспособности РСА; . отработка методик и алrоритмов коррекции искажений РЛинформации, BЫ званных аппаратурными факторами и поrрешностями измерения баллистиче ских параметров; . оценка качества принимаемой радиолокационной информации и конечноrо продукта. В последние rоды появилось большое число зарубежных публикаций (в част ности, в Трудах конференции EUSAR'2006 [287, 288, 336, 384]), посвященных BO просам обеспечения заданных параметров РСА и анализу их стабильности в про цессе эксплуатации существующих систем Radarsat 1, Envisat 1 и др. Приводятся результаты измерений сквозных параметров тракта РСА, определяющих качество изображения. Отмечается, что блаrодаря тщательной наземной отработке предва рительная стадия подrотовки аппаратуры ТепаSАRХ к штатной эксплуатации по сле ее вывода на орбиту оказалась значительно меньше ожидаемой. Первое из по лученных изображений (см. рис. 2.5) вполне соответствовало предъявляемым к Р ЛИ общим требованиям. Приведенные данные свидетельствуют о широких возможностях применения математическоrо моделирования процессов преобразования сиrналов в РСА при проектировании РСА, в процессе создания аппаратуры и ее эксплуатации, тестиро вания и калибровки аппаратуры, а также для разработки методик тематической об работки получаемой радиолокационной информации и ее интерпретации. 510 
rлава 11 КАЛИБРОВКА РСА 11.1. Методики оценки характеристик информационных продуктов РСА 11.1.1. Типы информационных продуктов Объективная оценка результатов радиолокационной съемки является неотъемлемым элементом проведения радиолокационной съемки и формирования радиолокацион ных изображений в условиях наличия разных дестабилизирующих факторов  orpa ничений, заложенных при проектировании аппаратуры (неоднозначности сиrнала, нелинейности тракта и др.), аппаратурных нестабильностей, поrpешностей TpaeK торных измерений, неоднородностей характеристик трассы распространения сиrна ла. Влияние этих факторов подробно исследовано в литературе по РСА. етодики оценки стандартизированы в документации еждународноrо KO митета по спутникам дистанционноrо зондирования Земли CEOS (Committee оп Earth Observation Satellites). Аналоrичные методики используют при испытаниях разработанной аппаратуры, чтобы подтвердить правильность заложенных техниче ских решений. Эти стандарты определяют типы поставляемых информационных продуктов, форматы данных, состав и содержание сопроводительной служебной информации. Соблюдение фирмамираспространителями радиолокационной информации этих стандартов обеспечивает простоту использования информации потребителями, возможность широкоrо обмена данными и совместную тематическую обработку информации, полученной разными датчиками. По мере совершенствования космических РСА меняется вид поставляемых информационных продуктов и их форматы. Наиболее свежие данные содержатся в документации по РСА PALSAR и ТепаSАRХ [534, 557, 558, 572574]. Эти документы оrоваривают базовые типы и форматы поставляемых инфор мационных продуктов. Типы продуктов соответствуют режимам работы (Map шрутный, Скансар с одной, двумя, четырьмя поляризациями, прожекторный). ожно получать РЛИ с улучшенным пространственным разрешением (resolution enhanced) за счет специальноrо взвешивания (апертурной коррекции) или улуч шенные по радиометрическому разрешению (radiometrically enhanced) после HeKO repeHTHoro накопления (57 наблюдений) и последующеrо прореживания. Это обеспечивает радиометрическое разрешение около 1,5 дБ. Самостоятельным про дуктом являются сrлаженные РЛИ с большим числом наблюдений (GD  ulti Look Ground Range Detected). 511 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Как правило, РЛИ поставляются с равным разрешением по обеим координа там, запас используется для подавления спеклшума. Основным продуктом явля ются амплитудные РЛИ в 16битном формате GeoTIFF. Возможна поставка комплексных изображений (КРЛИ) типа SSC (Single Look Slant Range Complex) в виде прямоуrольной матрицы 16битных отсчетов (целое со знаком) с действительной и мнимой составляющими. Первые строки матрицы и начальные отсчеты каждой строки используют для служебной информации кадра. Кроме РЛИ возможна также поставка радиоrолоrрамм (Raw Data) в форматах, при rодных для ввода в компьютер. Для получения Р ЛИ, обладающих измерительными свойствами, в процессоре обработки выполняется компенсация искажающих воздействий: учет формы уrло.. местной ДНА" различий разрешающей способности вдоль и поперек линии пути, изменений коэффициента усиления приемника и излучаемой мощности. CpeДHe квадратическая поrрешность радиометрической калибровки материалов РСА Ter raSARX не более 1,2 дБ (абсолютная) и 0,3 дБ (относительная). Изображения при водятся к радиолокационной яркости tf [450, 526, 572]. Этот параметр (beta nought) отличается от использованных ранее параметров: коэффициента рассеяния (УЭПР) суО или «показателя рассеяния» у(см. rл. 2) тем, что они характеризуют радиофизи ческие свойства облучаемой поверхности с учетом фактическоrо значения уrла па дения. Параметр tf  радиолокационная яркость более подходит к описанию РЛИ, в которых фактические значения уклонов местности MorYT быть неизвестны. Связь параметров суО, r и tf в зависимости от rеометрии облучения (рис. 11.1) определя ется формулой о . ( ) 13 0 . (j == YSln Yi  а} == Sln Yi, (11.1) rде }1  yrол падения относительно местной вертикали; аl  уклон наблюдаемой по верхности относительно местной rоризонтали в плоскости визирования по yrлу места. РСА PR sin(Yi  а}) Ри tg(Yi  а}) Рис. 11.1. Проекции приращения дальности как функция локальноrо уrла падения, который равен разности уrла падения и склона поверхности относительно rоризонтали в плоскости визирования по уrлу места 512 
fлава 1.1.. Калибровка РСА о Значения (j вычисляют по формуле аО == (ks (DN)2  NEBN )sin Yi , (11.2) rде DN  цифровой отсчет энерrетическоrо РЛИ; ks  множитель пропорциональ ности, указываемый в служебной информации; }1  уrол падения; NEBN ==- tJ пе  радиолокационная яркость шумовоrо эквивалента, записанная в служебной ин формации и не зависящая от локальноrо уrла склона местности NESZ == NEBN sin Yi . (11.3) Значения NEBN в виде полиномов от наклонной дальности приводятся в слу жебной информации к РЛИ. Выходной информационный продукт в зависимости от степени обработки по ставляют в виде амплитудных РЛИ в координатах наклонная дальность  азимут, привязанные к rеоrрафическим координатам (Georeference Data) или в виде reoKo дированных РЛИ (Geocoded Data) в меркаторской или полярной стереоrрафиче ской проекциях. Каждый пиксель РЛИ по азимуту соответствует нулю доплеров ской частоты. Комплексные изображения SSC (Single Look Slant Range Complex), одно Ha блюдение имеет координаты наклонная дальность  азимут. Обычно ero представ ляют в формате uint16 с чередованием строк, содержащих действительную и мни мую составляющие КРЛИ. Поrpешность rеоrрафической привязки РЛИ ТепаSАRХ в зависимости от уровня обработки составляет около 700 м (вдоль линии пути) для экстренных дaH ных в режиме, близком к реальному времени, 2...4 м (СКО)  для стандартноrо продукта BbIcoKoro разрешения и 20 см (СКО)  для интерферометрической обра ботки. rеокодированные РЛИ дополняются картоrрафической основой GPS (эл липсоид WGS84). Обеспечивается совместимость материалов, полученных от РСА ТепаSАRХ, ERS1/2, ENVISAT/ASAR, RADARSAT, XSAR/SIRC, PALSAR. Поляриметрические РЛИ поставляются с одной поляризацией (rr или ВВ), двумя поляризациями (BB+Br или rr+rB, или парными BB+rr), а также с че тырьмя поляризациями (BB+Br+rr+rB). Основные параметры Р ЛИ  это пространственное и радиометрическое раз решение, чувствительность РСА (NEBZ или NESZ), максимальный и интеrральный уровни боковых лепестков импульсноrо отклика РСА, относительный уровень азимутальной неоднозначности. 11.1.2. Оценка npoCTpaHCTBeHHoro разрешения Объективная оценка получаемых информационных продуктов является важным аспектом системноrо подхода к проектированию современных РСА космическоrо базирования. Необходимость такой оценки вытекает из современных требований, предъявляемых потребителями радиолокационной информации для решения прак тических задач ДЗЗ. Для оценки пространственноrо разрешения широко применяемый для испы таний самолетных РЛС критерий Рэлея по провалу в реакции системы на парные 171492 513 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования точечные цели является малоэффективным изза сложности набора большой стати стики для усреднения случайной фазы интерференции, что при работе на КА Tpe бует большоrо количества измерительных мир либо длительноrо времени испыта ний. Значительно большую точность дает оценка техническоrо параметра РСА  ширины импульсноrо отклика на точечную цель. Соrласно мировой практике и, в частности, по методикам «Доrовора по OTKpЫ тому небу» для оценки разрешающей способности РСА проводят съемку полиrонов, оборудованных измерительными мирами из yrолковых отражателей (точечных Ile лей) или используют транспондеры [81, 220, 236*]. Для космических РСА периодич ность съемки, зависящая от параметров орбиты и реализуемой полосы обзора, обыч но составляет несколько суток. Поэтому в дополнение к измерениям радиолокаци онных снимков тестовых полиrонов желательно иметь средства оценки разрешаю.. щей способности непосредственно по материалам текущей радиолокационной cъeM ки, что существенно повысит оперативность контроля характеристик РСА. Попытки измерить пространственное разрешение РСА по автокорреляцион ной функции изображения не позволяют учесть расфокусировку ЛЧМпроцессов по азимуту или дальности. Более продуктивна оценка разрешения по протяженным линейным объектам  просекам, шоссе, рулежным дорожкам и ВПП аэродромов [152*]. Перспективно применение для этой цели метода локальноrо автофокуса РЛИ, paccMoTpeHHoro в подразделе 6.10.8 [434*]. Для оценки разрешающей способности РСА используют импульсные отклики от точечных целей на амплитудных РЛИ. Пример РЛИ с уrолковой мирой приве ден на рис. 11.2. При получении РЛИ необходимо принимать меры, чтобы отметки от отражателей не попадали в область оrраничения, что бывает при реrистрации РЛИ с разрядностью 8 бит. Отношение сиrнал/шум+фон на РЛИ должно быть не менее 17 дБ. Измерения можно про водить по АРЛИ с одним или несколькими Ha блюдениями. Используют фраrмент АРЛИ в квадрате 16х16 пикселей по наклон ной дальности и азимуту, в центре KOToporo находится отметка от уrолковоrо OT ражателя. Выполняют интерполяцию фраrмента методом «раздвижки спектра» (подраздел 6.5.3) с увеличением размера фраrмента в 16 раз до 256х256 пикселей. Находят точку максимума интерполированноrо амплитудноrо отклика и строят rрафики сечений амплитуды по наклонной дальности и азимуту. Для каждоrо из интерполированных импульсных откликов вычисляют отсчетный уровень для измерения ero ширины. Он равен квадратному корню из половины средней мощности сиrнала от цели плюс мощность фона и шумов zm =  ( +п)/2, (11.4 ) rде А тах  максимальная амплитуда отклика; А тш  средний уровень окружающеrо фона и шумов вдали от максимума (рис. 11.3). Проверяют, что мощность сиrнала от отражателя превышает мощность фона и шумов в элементе разрешения РСА не менее, чем на 17 дБ, т.е. A:nax / A:nin > 50 . (11.5) 514 
fлаsа 11. Калиброsка РСА  R ." ... .:. .. '" ,; J;, '  ....-.fi" , ' . : '\' " , . . . Aj.W. ""i' , ,  '" . .. ..".,  01 .::.., ' , ,1.. " " '...   l'  r"" t;' , , <ос" . . ",} ( . '<0" л. . " ''. . j" , . Й "  ,'" , '.. .."  . i. .  ..;I х  R .io Alo ., , ..  "", ..' i!' . . ... ,:'\. . , ,,' ' ' . 1-' -.4',  "'1.. 1,,,,, ., " ..'" ' .", ,.t 'i;.,.  .. ,,", '. ' ....  " s Рис. 11.1. РЛИ и ero фраrмент с уrолковыми отражателями; максимальная ЭПР отражателя 1024 м 2 дЛЯ А==9.6 см, шаr изменения ЭПР 3 дБ (РСА «МечКУ» КА «Алмаз 1», виток 1 038н, 04.06.1992) А шах А jzш A m il1 L 11 int Рис. 11.3. Измерение пространственноrо разрешения РСА по импульсному отклику Измеряют ширину сечений оклика в пикселях L R и Lx по уровню 0,707 от MaK симума амплитуды, после чеrо вычисляют разрешающую способность РСА путем умножения измеренных значений ширины отклика на масштабы РЛИ M R и М х , дe ленные на 16 PR = L R M R /16; Px=Lx M x/ 16 . ( 11.6) Разрешение по поперечной дальности на местности вычисляют через разре шение по наклонной дальности и уrол падения ]1: Ру = PR/sinYi . (11.7) Проводят усреднение результатов оценки разрешения по имеющимся откли кам от точечных целей. При выборе отметок на снимке для про ведения измерений можно воспользоваться методикой оценки «точечности» целей, приведенной в подразделе 6.10.7. Приближенную оценку разрешения без интерполяции отсчетов можно полу чить, если аппроксимировать передаточную функцию колоколообразной кривой 515 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования H(z) == ехр( 2bz2 / рп, (11.8) rде pz  разрешение по соответствующей координате в пикселях на уровне поло.. винной мощности; Ь == 2ln 2 . На РЛИ (рис. 11.4, а) берут максимальный отсчет Ао  амплитуда (или Ео  OT счет ЭРЛИ) и соседние к нему два отсчета А} и А 2 (Е} и Е 2 ) и рассчитывают разре шающую способность в координатах РЛИ 4ln2 81n2 Pz == (11.9) ln( Ао/ А}А 2 ) ln( Ео/ Е}Е 2 ) 2 0,85А 1 .......... 2 О, 15A 1 а) I z б) z Рис. 11.4. Измерение пространственноrо разрешения РСА по точечным целям (а) и rpанице участков с разной УЭПР (6) Линейное разрешение на местности вычисляют подстановкой вместо pz изме ренных по снимку разрешений по азимуту рх и дальности ру с учетом масштабов Р ЛИ по координатам рх ==MxPz; Ру ==Mypz . (11.10) Линейное разрешение РСА по «резкости rраницы» целесообразно оценивать по интервалу между уровнями 0,1 и 0,85 при изображении rраницы участков с раз ной УЭПР. Оценка разрешения по резкости rраницы актуальна для текушей aтre стации информационноrо продукта самолетных РСА, длинноволновых (А>50 см) и коротковолновых (А<3 см) космических РСА с автофокусировкой, применяемой с целью компенсации фазовых (траекторных и атмосферных) флуктуаций по синте зируемой апертуре. После выбора фраrмента делают интерполяцию и поворот Р ЛИ таким обра зом, чтобы rраница была направлена вдоль строки (для поворота используют типо вые проrраММЬJ в среде Windows) и далее снимают переходную функцию, усредняя (по мощности) отсчеты вдоль rраницы. Для колоколообразной передаточной функции переходная функция является интеrралом вероятности и разрешение по уровню минус 3 дБ численно равно расстоянию между уровнями 0,15 и 0,85 пере ходной функции (рис. 11.4,6), умноженному на масштабы РЛИ. 11.1.3. Вычисление импульсноrо отклика РСА по получаемым снимкам Особенностью космических РСА является большой интервал повторной съемки заданных районов, обычно составляющий несколько суток. Это не позволяет вести оперативный контроль технических характеристик выходных продуктов и OCHOB Horo параметра  формы импульсноrо отклика РСА, определяющеrо пространст 516 
rлава 1.1.. Калибровка РСА венное разрешение и уровень боковых лепестков. Используя элементы алrоритма PGA, можно получать оценку разрешения РСА непосредственно по анализируемо.. му снимку и существенно повысить оперативность тестирования РСА [434*, 490]. Для точно сфокусированноrо РЛИ импульсный отклик однозначно определя ется обратным преобразованием Фурье от амплитуды спектра РЛИ. Остаточные ошибки фокусирования РЛИ по азимуту и дальности, приводящие к деформации отклика, MorYT быть измерены в спектральной области по алrоритмам PGA, после чеrо можно получить усредненный по снимку импульсный отклик (применением ОБПФ) и измерить ero параметры. Операции по получению импульсноrо отклика выполняют в следующей по следовательности: 1) интерполируют исходное комплексное изображение или ero фраrмент в 8 раз (можно по одной координате), используя БПФ, раздвижку спектра и ОБПФ; 2) в каждой строке по азимуту выделяют отметку от яркой цели, превышающую заданный пороr; 3) выполняют БПФ и смещают спектр отметки к нулю; 4) устраняют неоднозначность фазы; 5) усредняют фазы спектров по всем строкам с отметками; 6) вычисляют амплитудный спектр по всему изображению; 7) умножают амплитудный спектр на усредненный фазовый множитель; 8) выполняют ОБПФ. В соответствии с известными методиками измеряют параметры сечения им пульсноrо отклика по данной координате, после чеrо исходное КР ЛИ транспони руют и повторяют все процедуры для измерения отклика по второй координате. На рис. 11.5 приведен вид измеренных импульсноrо отклика и фазовых xapaK теристик спектра отклика до применения PGA (пунктир) и при точной Фокусиров ке (сплошные линии). По оси абсцисс отложены относительные отсчеты интерпо лированноrо изображения и спектра. Вблизи нулевой доплеровской частоты при точной фокусировке виден плоский участок фазовой характеристики, а при расфо кусировке видна параболическая кривая. 40  20 О а) 20 40 100 80 -. - - _...... -. -:-... -.... -:-. -..; -... - -:-.... .....: , I . .. .. . . . .. 1" 60 "_. -: - - -. ";_. -. - ":- - - - -  - - - - -;- -. - -:. - -" ':- - -. -: - - ":-." -. I . . , . . . . . I . . . I . . I . 40 - - - - : - - - - -:- н - - -: - - - - - : - - - - -: - - - - - : - - - - -: - - - - : - - - - -:- - - - - , . . . . . . . . 20 - - - - ;-- - - - - --- - -- - - - -- - - - - - -  - - - -:- - - - - = - - - - - - - -- . I . . I . , . . . 1. ,.. о ",. ,.,     1     т  - -   ;f - - -)- - -f;J     I     т     20 , ""..",  : T1::): : : ::! :: : : : : : : : r : : ::}: : 1> , . I , . I . . . 80 . . , , , , , , , 200 100 О 100 200 б) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 О . . ,. ,,'" . . , .  \ ' , . . . . I IJ .. J ::::I:::::I::"",,//:j:::::i:::::I::::j::::: : : 1: : : .  : : ::::]::::::j:::::: .:::j::::: :::j::;::::j::::: : / /: : . : : : \: : -.. .. - .. .... - .. -.... - .. - - ;. - - -.. -:-.. .... - .. .... -:-.... -,.... - .. -:- ......-  : : : : : : ;\ : - ао'-: - - - - -:- - - - --:- - - -- - - - - -- - -. - r - - - -,- - - -.: -' --- Рис. 11.5. Вид импульсноrо отклика РСА (а) и фаза спектра (6) 517 
радиолокационныe системы землеобзора космическоrо базирования 11.1.4. Оценка уровня боковых лепестков импульсноrо отклика РСА Максимальный уровень боковых лепестков PSL (peak sidelobe level) импульсноrо OT клика РСА оценивают по отметкам от мощных целей. Для оценки и интеrpальноrо уровня боковых лепестков ISLR (integral sidelobe ratio) можно измерить динамиче ский диапазон по фону в провале функции радиолокационноrо рельефа  в элемен тах неотражающей поверхности (реки, малые водоемы), окруженных фоном с интен сивным отражением. После этоrо делают поправку на уровень собственноrо шума mean{A?no}  mean{e} ISLR == , (] 1.11) mean{ I}  mean{e} rде mean { по} И mean { nl}  средняя мощность в отсчетах Р ЛИ на неотражаю щем участке и на окружающем интенсивном фоне; mean { e}  средняя мощ ность шумов. Ее измеряют в начале кадра РЛИ дО прихода отраженных от сиrна лов или на протяженном участке спокойной водной поверхности. 11.1.5. Оценка радиометрическоrо разрешения РСА Мерой радиометрическоrо разрешения является уровень флуктуаций на выходе HeKorepeHTHoro накопления. Взаимосвязанные характеристики  точность оценки максимальноrо правдоподобия а дЛЯ ЭПР и ао дЛЯ УЭПР и радиометрическое раз решение однозначно определяются числом независимых отсчетов N на площади объекта Sgeom, включая внутриэлементное N e и межэлементное N s накопление. Среднеквадратическое отклонение сиrнала на выходе квадратичноrо детектора при наблюдении фона местности 1/2 ( ) 1/2 a s == (NeN s ) == NeSgeom / Se . (11.12) Дифференциальное радиометрическое разрешение двух участков фона с раз ными  с учетом действия шумов, характеризуемых отношением чувствительно сти РСА (ae  сиrма нулевое шумовоrо эквивалента) к  опорноrо уровня фона дK== Iae!ao . (11.13) .J NeN s 11.1.6. Оценка динамическоrо диапазона и линейности амплитудной характеристики РЛИ Динамический диапазон РЛИ (в децибелах) будем характеризовать отношением максимальноrо уровня сиrнала (амплитуды Аmах ил и мощност и Еmах) к сред нему значению шумов (усреднение по мощности  e ==  mean { e} ==  mean {Б пе } D mвx dВ == 201g  ax == 101g Б т } . (11.14)  mean { e } mean Епе 518 
rлава 1.1.. Калибровка РСА Шумы измеряют по снимку на спокойной водной поверхности (например, озеро в верхней части РЛИ на рис. 11.2) или радиолокационным теням от высоких объектов. Для оценки максимальноrо уровня используют интерполированное Р ЛИ (в 2 раза). Линейность проверяют по отметкам от уrолковых отражателей с известными ЭПР, также используя интерполированное РЛИ. Следует отметить, что оценка ли нейности Р ЛИ была особо актуальна при оптическом синтезе радиоrолоrраммы с реrистрацией Р ЛИ на фотоносителе. При цифровом синтезе (линейной фильтрации радиоrолоrраммы) нарушения линейноrо закона передачи значений ЭПР в выходное РЛИ может вызываться or раничением разрядной сетки в процессоре обработки (на выходе или в промежу точных процедурах), а также наличием аддитивноrо шума (шумов приемника, по мех, вызванных интеrpальным уровнем боковых лепестков импульсноrо отклика РСА инеоднозначностью сиrналов), который добавляется к сиrналам от слабых целей. Нелинейности амплитудных характеристик и оrраничение в приемнике и АЦП приводят К изменению средней крутизны передачи сквозноrо радиолокаци oHHoro тракта, а также некоррелированноrо с изображением шумовоrо фона, BЫ званноrо комбинационными составляющими. При этом в локальных участках Р ЛИ, соответствующих длительности зондирующеrо импульса и ширине ДНА, сохраня ется линейность передачи реальных контрастов. Различие крутизны линейных за конов Р ЛИ проявляется при наблюдении разных ландшафтов подстилающей по верхности (море, суша, rорная местность). 11.1.7. Интеrрапьный эвристический критерий оценки информативности космических РСА Необходимость разработки критериев для оценки информативности систем радио локационноrо наблюдения ощущалась мноrими исследователями [28, 386, 413]. Однако некоторые из разработанных критериев носят частный характер, для дpy rих требовалась четкая информация об априорных вероятностях состояний наблю даемоrо объекта, алrоритмах классификации и друrие данные, зачастую OTCYTCT вующие у проектировщика аппаратуры. Ни один из рассмотренных критериев не учитывал фактор устаревания информации  наиболее важное качество радиолока ционной съемки. В настоящее время потребитель располаrает широким ассортиментом инфор мационных продуктов, включающих различные режимы съемки, различную rлу бину обработки и различную их стоимость. Подходящеrо инструмента для сравни тельной оценки применимости данноrо продукта для решения конкретных задач и их совокупности не было. Наиболее эффективным представляется обобщенный интеrральный эвристи ческий критерий оценки информативности космических РСА и мноrофункцио нальных систем ДЗЗ, основанный на экспертной оценке требуемых параметров системы радиолокационноrо наблюдения (СРЛН) дЛЯ решения конкретных потре бительских задач и сравнения требуемых параметров с параметрами используемой 519 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования аппаратуры. Он орrанически включает в себя частные критерии оценки качества РЛИ, система параметров и интеrральных оценок является открытой для расшире ния и может включать в себя разные аспекты проектирования РЛС (производи тельность, надежность, стоимость и т.д.). Эвристический критерий учитывает, что РСА относятся к иконическим MeT рическим информационным системам, передающим информацию о наблюдаемой поверхности и объектах через изображение, каждый отсчет (пиксель) KOToporo xa рактеризует ЭПР соответствующеrо элемента на земной поверхности с заданными координатами, при определенных условиях и параметрах радиолокационноrо ин формационноrо канала. Применительно к РСА, предназначенным для решения за дач ДЗЗ, перечень параметров системы Р ЛН приведен в табл. 11.1. Для оценки качества системы анализируется MHoroMepHoe метрическое про странство, в котором радиолокационный канал характеризуется вектором парамет ров  условий наблюдения Psar, наблюдаемый объект  вектором требуемых пара метров P treb (функционал от условий наблюдения). Информативность системы РЛН оценивается по вектору R inf (матрице Rinf == IIRsar  k , kll  для мноrоканальной сис темь] Р ЛН) контрольных параметров с помощью функции оценки информации (ФОИ) дЛЯ данной задачи, в качестве которой используется монотонная неотрица тельная функция, например, экспоненциальная (как, например, в работе Р. Мура для разрешаемоrо «объема» [413]) 1 Nz М N z V М  V n П Vn  тах П ( ) nf == N L..J м V j == N L..J м ехр ajRj , Z п=l j=l Z п=l j=l (11.15) rде N z  число решаемых задач по совокупности; V n  коэффициент значимости за дачи; V max  максимальная оценка информативности в баллах (например, V max ==5); Jij  оценка информативностиjrо канала (О <  < V max ); Rj P sar/Ptreb  отношение реализуемоrо параметра радиоканала к требуемому для решения данной задачи; М  число контрольных параметров;   коэффициент, определяемый допустимым снижением общей оценки для выполнения задачи  (например, OK==4 балла при ( V. ОК ) Rj ==1, тоrда а }   ln }  == 0,223). V max Предполаrается, что информационные и потребительские качества СР ЛН воз растают при уменьшении параметра Rj. Это имеет место для таких технических па раметров аппаратуры, как пространственное и радиометрическое разрешение, чув ствительность РСА, время повторной съемки, а также массы и стоимости аппара туры. Для друrих параметров, таких как, например, полоса съемки, производитель ность съемки, области rеоrрафической доступности съемки (они отмечены в табл. 11.1 звездочкой «*»), при вычислении параметра Rj берут обратное отноше ние  отношение параметра аппаратуры, требуемоrо для решения данной задачи, к реализуемому. 520 
rлава JJ. Калибровка РСА        :::   ::: :::     ;ос:       ....  5 5  <:J ):::  ;ос:  :J"  5  ;ос:  .. =     I  м =< (ju  о =  ,.  i =- t= ::s::  О  ::s:: :::r =  О 1::     t:::( tI;: ::s:: ::I:  /l) == =   /l) о..   g   = /l) () ::s:: О   ХХ ro О /l)::r f--o  S ro О '"- t:::( е- :>. ....... .... ,O !::I  =;::!  >-. t:::(  /l) ::I: О ....  /l)    ::r /l) о.. /l)ro::S::::s::  о.. = I:Q  o 'u О ro О g.M e- t:: o'8ot:O :Е () О  О 1::  О () О = :Е I:Q :s::  ::s:: ф о.. о О \о I I О .......с  = "'"""' iso 8"1' ooo =-=",,,,  м I       ,. о. e-  (j  Ma..  = '"-" I ....   t   ==  ....  ::: :::  ::: :::-  i  "&с  .  .  """" = =- ::   =  * ..  ..,Q ro    /l) i ff =-   е- t= О /l) '"-  О g. S *  = /l) ::r  ф О  О '"-   t:::( ro е-  '1)8  ь ) ::s:: S  f--o ::s:: '8.  м  ro::s:: О )  ;   ....50..  ro M ::s:: 0::S:: а м ф::S:: !5   gJ O() O ::s:: О (")1:: I:QOM = f--o .z. ro::S::Bg!;!   :E =::S::& /l) t-f:I ()=  .... I:Q  Ф О  I:Q::S::O g О O '"-ci::rl::  01:Q >-'f--o",""",  ro ::s:: :Е ().... f--o . 1:: о.. = O..Q ij) o..i: :.     ::s::o::s::SO t::: g )::S:: ().... '"- (т) f--o /l) О ;;J:ig О Sf--ol:Q ro::S::::z::()=   OO M&;  g. rof--o 0..e-rof--o ::r О :>-C 8C:o  () r:-;:i' О = Б ::s:: I:Q g ::s:: о ro /l) r:- о..  M 80 =  /l)..1::  0'"- () t:::(::s::  О  =::s::    /l) () /l) ::s:: 1:: /l)  ()  I:Q  /l)  О ::s:: =....::rS! офr'l== t:::(::S::ф ::S:: t:::gtg  /l)  Q. 0 s е  (':j o..::r ...... '" ::r /l)::I: ro /l) /l) :>-с () .... Q.. rO  о.. '"- ::s:: 1:: о.. I:Q  ....j;;;;j,,,/l) t::.... 0...... t::O M t:080:tMOut:::f::Ot::::s:: О ." оМ О М О .......с I N 180 6MMO \о I .......с .".......с I .,, .,, M  o I О О N ('f')N t:O    t:O t:O О \о  О t:O    t:O t:O О tr) NI I N  ё.  о <: "о   е-   () () *  ::s:: = /l) ::r  ф О f--o ;>.  ::s:: м    О I:Q ro = ::s::  * t::[ :Е    О ,.Q I:Q @ ro  ! *  /l) ::s:: о.. t:: ........... /l) ::s:: = /l) ::r   ro =  ::s:: :::r ro м ::s:: о..  О t::: О О О О  I .......с 6 О О 1" ь c> Ь I   t:::(  ::s:: = /l)   ф ro =  /l) r'I Ф О  t::: (т) :i  О = Х о.. /l) <t: I::u )::S::  a  () ro О   r:- 5 О  I:Q t::: (Т)I:Q  ' О О О М I tr) о 00 00 00 ' I tr) tr) 66 О О О N I .......с    t:::( )::S:: /l) ::r ro t::[ ro м )::S:: О  1) ro S & ::s:: ::s:: f--o () О = Х  I:Q О t::  О 1:: ::s:: f--o  () f--o /l)  5 t::[ 1)  о  ::s:: = /l) а   О '"- О  () /l) ::r  /l)  О ::s:: t:::(  /l) f--o /l) ::r () а  t::   Е  I:Q .... f--o ..C:I /l) f--o ::r ::s:: () >: ::i' trJ f--o ::s:: м () = ::s:: O/l)@ = = = f--ot:::(... () /l) '"  o..)::s:: ,.;!: () .... ro >-.:@   ()   ro /l)  ;;.-.. f--o ф О f--o ::s:: )::S:: t8 )::S:: О ro .... = о..  ..е-ф..c:l........ o..o  О ;;.-.,  м  1) ::s:: ::S::()t::f--o   () g ..C:I::S:: "= t:::( f--o  ..C:I ro ()   Si: О ro '""' ::s:: f--oОt:::( t::()f--oО )::S::   () /l) '"- ::S:: t:;S/l)O   ::s:: о.. ro=t:: G /l) >-. /l) ::r 0..1::() 1:: О м ro О t::[::s:: О .......с I О 1" о .......с I .......с Е  и5'    = I:Q /l) /l) О   ::s:: *I:Q  = /l) ::I: О = /l)  /l) f--o'"-  (f) ::s:: а /l)::S::  О f--o /l) ::r () () Б ()o....c:I О /l) g;;.-.g 0= '"- /l) ..c:Io.. x  б:: ::S:: /l)  О t;i 5... t:::(g  ::S:: i: 8- ..e-o..ro О О  ::s:: ()::S:: g О ::s::gI::I::::r=::S:::E== а o..f--o /l) /l)::S:: /l)  =::r t:::( /l)t1)SS r=-   t:::(OO/l)t1)Q.::I:(':jMt:::( o..= a !::l.... o..Oro /l)::S:: О /l)  О р.о '"- = S aaI::50 ro ::s::  ro ro  О ::s:: = /l)    о.. о.. о.  1::::r::S:: = t::: 00 .......с .......с, 'N .......со О " О   Е >-.  О м Ф О  ..C:I f--o () О = ::r ::s:: t:::( о  /l) 1:: ci  U/l)UU r'I ::s::ф::s:: ::s:: f--o О f--o f--o () )::S:: () () О О О О =  = = ..C:I ::s:: ..C:I ..C:I     /l) ro 1) t1) f--o = f--o f--o ::s:: ::s:: ::s:: ::s:: t:::( I:Q  I:Q I:Q м () м м ::s:: f--o ::s:: ::s:: 8. 1::  1:: t:: f--o  f--o f--o 1)  /l) 1) ::r 1) ::r ::r ()g()() o О О О .......с I v) 00 °N I ,.......с О . .......сО о О О .......с I tr) О 00 МО I('f') tr)1 О.......с о'  !:: Е h   f--o =  ;;.-. '.) ::s::  ()   ..C:I  f--o 1)  g  = = О /l)  ..C:I t::[  g. =   ro ::s:: g ф I:Q t::[ о.. g )::S:: * ..C:I t1) м .... rof--o:::r::s:: ..C:I* ,,;., () ro О =oo=o.. ro=t:: c"d I:Q О ::r /l)    ro Ё1 t::  *::s:: ::S::M()O::r g ro ..... О t1) J" >-. /l) ::Et:::t:::t:OU 521 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Рассмотрим порядок выбора параметров, входящих в интеrpальный критерий, применительно к решению задач ледовой разведки, сельскохозяйственноrо монито ринrа и обеспечения поисковоспасательных работ. Про иллюстрируем расчет oцeH ки на простых примерах однорежимных космических РСА ERSI/2 Сдиапазона волн и РСА «МечКУ» Sдиапазона волн. Оценку проведем по трем параметрам, взя тым из исходных данных [97]: требуемым пространственному разрешению дL РХ == ру, радиометрическому разрешению дК и времени обновления информации от. В табл. 11.2 приведены требуемые и реализуемые с помощью выбранных РСА параметры для каждой из задач. Значительная разница в значениях времени обнов ления информации вызвана тем, что в РСА ERS 1/2 полоса съемки 100 км фиксиро вана относительно надира, а в РСА «МечКУ» при меньшей полосе съемки 45 км предусматривалось ее перенаuеливание в полосе обзора 2х350 км (двусторонний об зор). Радиометрическое разрешение задано дифференциальным контрастом дК, в скобках указано абсолютное значение разрешаемоrо контраста К в децибелах. Таблица 11.2. Требуемые и решtизуемые параметры космических РСА Требуемые параметры РСА Оценка Решаемая задача 6L,M 6к / (к) 61', сут ERS 1/2 «МечКУ» Ледовая разведка 300 1 / (3 дБ) 3 3,76 4,32 Сельскохозяйственный мониторинr 30 1 / (3 дБ) 10 4,06 4,41 Поисковоспасательные работы 3 1 / (3 дБ) 1 1,75 2,87 Аппаратура РСА Реализуемые параметры Интеrpальные оценки дL, м БК / (к) ОТ, сут ERS 1 /2 30 0,6/(2 дБ) 12 2,78 3,8 «МечКУ» КА «Алмазl» 12 1 / (3 дБ) 3 Предварительно примем, что получаемая информация для определенной за дачи будет неприrодна при оценке J.jmш r--.J два балла и ниже. Это будет COOTBeTCT вовать увеличению контролируемоrо параметра более чем в 4,1 раза относительно заданноrо значения 1 ( ) ln(Vmax/Vj min) Rj max == а. ln Vmax/V j min == ( ) == 4,] . J ln Vmax/VjOK ( 11.16) Оrраничившись случаем равнозначности задач v п ==1 и подставив COOTBeTCT вующие параметры в формулу (1 1.15), получаем значения оценок, которые приве дены в табл. 11.2 по каждой задаче и по совокупности задач. В табл. 11.3 приведе ны данные оценок по каждому из параметров, жирными цифрами отмечень] He удовлетворительные оценки. Они относятся к задаче обеспечения поисково спасательных работ (требуется более высокое разрешение, чем реализуемое pac смотренными РСА) и ледовой разведки дЛЯ ERS 1/2 (большое время обновления информации). Интеrральные оценки  на «три с минусом» дЛЯ ERSI/2 и на «четы ре с минусом» дЛЯ РСА «МечКУ». Современные мноrорежимные РСА высокоrо 522 
rлава 1.1.. Калибровка РСА разрешения и rибким управлением параметров обзора справляются с этими и MHO rими друrими задачами с интеrральной оценкой на «пять». Таблица 11.3. Оценка информативности РСА в БШlЛах по отдельным п арам етрам Частные оценки Интеrральная Решаемая задача по параметрам Аппаратура оценка 6L 6к 6I' Ледовая разведка 4,88 4,37 2,05 3,67 ERS..} /2 4,95 4 4 4,32 «МечКУ» Сельскохозяйственный мониторинr 4 4,37 3,82 4,06 ERS 1/2 4,57 4 4,67 4,41 «МечКУ» Поисково..спасательные работы 0,54 4,37 0,34 1,75 ERS 1/2 2,05 4 2,56 2,87 «МечКУ» Некоторые особенности имеет оценка мноrоканальных (мноrочастотных, поля риметрических) РСА. Естественно, что использование дополнительных каналов по вышает информативность системы. для мноrоканальных систем Р ЛН учитываем, что при решении конкретной тематической задачи один из каналов является опор ным, дающим основной объем информации, а остальные  дополнительными. Име ют место три типичных ситуации: сильно и слабо коррелированной информации в дополнительных каналах, возможность решения задачи только при совместной об работке информации. В первом случае информация дублирует опорный канал и BЫ иrpыш сводится к HeKorepeHTHoMY накоплению, которое приводит к улучшению pa диометрическоrо разрешения. Во втором случае информативность СР ЛН оценивает ся через приращение информации от дополнительных каналов с учетом ero вклада в общий критерий (эвристическая оценка по экспериментальным данным). В третьем случае обязательно совместной обработки информации двух (и более) каналов YBe личивается количество контрольных параметров в выражении (11.15). Применение paccMoTpeHHoro критерия информативности систем Р ЛН может оказаться полезным при сравнительном анализе разной аппаратуры РСА или поис ке новых проектных решений, техническая или экономическая целесообразность введения которых требует обоснования. 11.2. Методы и средства калибровки к современным РСА предъявляются требования как к измерительному инструмен ту, который, фиксируя отраженное электромаrнитное излучение, позволяет изме рить электродинамические или rеометрические характеристики элементов подсти лающей поверхности или объектов на ней. Данные измерений и результаты их об работки с получением оценок требуемых параметров являются содержанием пер вичных или окончательных информационных продуктов. Достижение высокой точности радиометрической информации обеспечивается калибровкой аппаратуры РСА и аттестацией выходноrо информационноrо продукта [81, 130*,263,311,336, 340, 343, 358, 443, 467, 517]. 523 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Калибровка предполаrает сравнение результата с некоторой эталонной вели чиной для обеспечения независимости полученных данных от характеристик РСА и метода формирования конечных изображений. При калибровке РСА COOTBeTCT вующей процедуре должны подверrаться: радиолокационный канал (объект наблюдения, трасса прохождения сиrнала, aH тенная система и приемопередающее устройство); система реrистрации данных; процессор формирования изображений; методика и аппаратура определения характеристик сюжета по ero изображениям. Применяют методы внутренней и внешней калибровки. Внутренняя КШlибровка используется при предполетной подrотовке РСА, а также в полете. Она реализуется с помощью специальных технических средств (измерителей, датчиков контрольных сиrналов и т.д.), закладываемых в аппаратуру, и соответствующих контрольных режи мов, включаемых в циклоrpамму наземной отработки РСА или ее контроля в полете. Внешняя КШlибровка выполняется в полете при штатной работе РСА по специ.. ально подrотовленной обстановке при использовании наземных средств с известны ми характеристиками  эталонных отражателей, транспондеров, калибровочных по лиrонов, протестированных участков местности. Кроме Toro, применяются специ альные контрольные или юстировочные режимы, позволяющие в полете оценить xa рактеристики устройств, входящих в РСА. В результате внешней калибровки обес печивается сверка получаемой информации с известными характеристиками TeCT объектов, а также производится поверка бортовых средств внутренней калибровки. Стабильность точностных характеристик выходной информации поддерживается орrанизационнотехническими мероприятиями  службой калибровки, которая посто янно контролирует и фиксирует состояние аппаратуры и ее параметры и при необхо димости включает в проrpамму работы контрольные или испытательные режимы или переключение на резервные блоки. Результаты измерений положения лучей антенны, проведенных в юстировочных режимах, MOryт включаться как поправки в контур управления ориентацией КА для устранения систематических поrpешностей. 11.3. Состав калибруемой аппаратуры космических РСА Космическая радиолокационная аппаратура ДЗЗ как система включает в себя KOC мический и наземный сеrменты, связанные линией передачи данных. В состав аппаратуры входят следующие функциональные подсистемы: приемопередающий радиолокационный канал (каналы); устройства преобразования, запоминания и обработки информации (входящие в составы космическоrо или наземноrо cerMeHTOB); устройство сопряжения с бортовой навиrационной аппаратурой; радиолиния передачи данных. В современной радиолокационной аппаратуре ДЗЗ информационная связь между подсистемами обеспечивается путем обмена цифровыми данными, являю щимися первичными, промежуточными или конечными информационными про дуктами, а также массивами служебной информации. Служебная информация 524 
rлава 1.1.. Калибровка РСА должна быть достаточной для выполнения rеометрических или радиометрических преобразований данных или извлечения из них метролоrических характеристик. Получение этой служебной информации также является одной из задач калибровки аппаратуры как предполетной, так и в процессе эксплуатации. Задачи калибровки аппаратуры и перечень контролируемых параметров MorYT несколько различаться в зависимости от KOHKpeTHoro назначения радиолокацион ной аппаратуры ДЗЗ, особенностей ее построения, типа приемопередающих KaHa лов, конфиrурации бортовоrо и наземноrо оборудования. В состав радиолокаЦИОННО20 канала входят (рис. 11.6): синхронизатор; reHepaTop опорных сиrналов (rоч); блок формирования зондирующеrо сиrнала (БФС); усилитель мощности; переключатель прием/передача (антенный коммутатор); антенна; приемник; аналоrоцифровые преобразователи (АЦП); устройства управления и контроля. Приемник КО2ерентНО20 канала включает в себя: малошумящий усилитель; смеситель (преобразователь частоты); усилитель промежуточной частоты (УПЧ) с реryлируемым усилением; фазовые детекторы двух квадратурных составляющих; видеоусилители. Антенна I . I'C I I I КАЦП I I i ! Приемник Фазовый детектор АЦП цpr . i ! i I j ! i j ':Ц" I Антенный коммутатор reHepaTOp опорных частот (rоч) K-fIр Мощный усилитель Блок формирования сиrН3..l:0В (БФС) Процессор сиrНЭJIОВ  Коррекция Рис. 11.6. Обобщенная структурная схема РСА с калибровочными датчиками для внутренней калибровки: ИЗЦ  имитатор задержанной цели; ИПМ  измеритель проходя щей мощности; rш  reHepaTop шума; rпс  тенератор пилотсиrнала; КАЦП  калибратор АЦП; КПр  калибратор процессора сиrналов 525 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Перечень и основные функции устройств, необходимых для проведения внутренней калибровки РСА, приведены в разделе 11.5. Средства внутренней калибровки в сочетании с внешними эталонами (искус ственными целями) позволяют про водить сравнение показаний встроенных датчи ков с реакцией на эталонную цель и распространять данные калибровки на друrие кадры, rде отсутствуют средства внешней калибровки. Внешняя калибровка РСА производится с помощью пассивных и активных источников эталонных сиrналов: миры из точечных пассивных, например, уrолковых отражателей, позволяю щих оценивать rеометрические характеристики (разрешающую способность, точ" ность измерения координат); активные калибраторы  приемопередатчики (транспондеры), создающие эта.. лонные цели со cTporo определенными параметрами, в том числе и для поляримет.. рических измерений; поверхностнораспределенные цели с известными и постоянными значениями УЭПР, к таким эталонным участкам, в частности, относятся участки тайrи и TpO пическоrо леса в Южной Америке. Для измерения характеристик тракта РСА при внешней калибровке MorYT предусматриваться специальные калибровочные и контрольные режимы, в том числе с применением специальных разворотов КА: режим для снятия формы ДНА и юстировки антенны в уrломестной плоскости; режим для снятия формы ДНА и юстировки антенны в азимутальной плоскости; режим измерения температуры aHTeHHoro входа. В составе КА предусматривается аппаратура, в том числе система позициони рования GPS, rЛОНАСС, астроблоки системы измерения положения, с использо ванием которых улучшаются точностные характеристики получаемоrо информа ционноrо продукта. Особая задача калибровки имеет место для целей интерферометрической обра ботки информации с целью получения цифровых карт рельефа (ЦКР). Здесь требу ются точные измерения размеров и уrловоrо положения интерферометрической базы (что особенно осложнено при мноrопроходной интерферометрии) и обеспечение BЫ сокой стабильности фазы в интерферометрических каналах, на которую влияют MHO rие аппаратурные факторы, характеризующие также точность радиометрических из мерений (шумы, форма отклика, фазовые характеристики тракта и др.). 11.4. Технолоrическая цепочка калибровки РСА Технолоrическая цепочка калибровки РСА (рис. 11.7) включает в себя: 1) сбор информации об аппаратуре РСА в процессе предполетной подrотовки, включая измерения параметров аппаратуры при ее наземной отработке и испыта ниях, калибровку встроенных датчиков, фиксацию данных контрольных режимов; 2) сбор информации об аппаратуре РСА после развертывания ее на орбите, проведения первоначальных и текущих контрольных и калибровочных режимов в соответствии с проrраммой полета, а также при необходимости; 526 
rлава 1.1.. Калибровка РСА 3) сбор и обработку данных внешней информации о состоянии тестовых полиrо нов, поrодных условиях в районах съемки, данных цифровых карт рельефа и др.; 4) анализ информации об РСА, формирование данных для коррекции радиолока.. ционных данных в процессе синтеза радиолокационноrо изображения (Р ЛИ), действи.. тельноrо или комплексноrо (КРЛИ); 5) коррекцию радиометрических, фазовых, частотных и дрyrих искажений в pa диолокационной информации (радиоrолоrpамм, синтезированных РЛИ и КРЛИ, HOp мализованных и rеокодированных Р ЛИ иКРЛИ). Предполетная подrотовка Работа РСА в полете Наземная Встроенные Контрольные и Режимы отработка контрольные калибровочные радиолокационноrо режимы режимы обзора 1 1 Документация наземной Служебная Радиолокационная отработки РСА информация от информация КА и РСА I Внешняя Сбор, анализ информации информация  об аппаратуре РСА  ! . Коррекция Синтез РJШ и Коррекция искажений Р JШ КРЛИ  искажений (КР ЛИ) радиоrолоrрамм Нормализация и Коррекция искажений Дополнительная rеокодирование  нормализованных Р ЛИ обработка р ЛИ (КР ЛИ) (КРЛИ) Р Л"информации ! ! " Выходная информация для потребителеи и тематической обработки Рис. 11.7. Технолоrическая цепочка калибровки РСА Получаемый цифровой информационный продукт характеризуется следую щими параметрами: масштабами изображения вдоль Мх и поперек М у линии пути (размеры пикселя на местности) и rеометрией РЛИ; пространственным разрешением Рх, ру, измеряемым по уровню минус 3 дБ; уровнем боковых лепестков ksb передаточной функции; интеrpальным уровнем боковых лепестков knа передаточной функции, включая неоднозначность по дальности и азимуту; коэффициентом пересчета цифровых отсчетов Кр в удельную эффективную по о верхность рассеяния cr ; числом независимых отсчетов в элементе разрешения N e (определяет закон pac пределения флуктуаций шума и процесса шум+фон); 527 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования чувствительностью РСА  удельной эффективной поверхностью рассеяния шу MOBoro эквивалента cf пе; динамическим диапазоном Р ЛИ D == 1 О 19( ax / M 1 {oise}) , rде А  отсчеты aM 2 плитуды (А  отсчеты мощности ЭР ЛИ). Значения этих параметров рассчитываются по паспортным данным РСА с уче том условий съемки и уточняются на основе калибровочной информации. При a1Тe стации информационноrо продукта измерения про водятся непосредственно по нему с учетом имеющейся информации о подстилающей поверхности или тестобъектам. 11.5. Методы предполетной калибровки Предполетная калибровка аппаратуры является первым этапом комплекса проце дур метролоrической а1Тестации и сертификации аппаратуры дистанционноrо зон дирования Земли. Методы калибровки включают в себя: непосредственные измерения внешних (входных, выходных) параметров аппара туры с помощью универсальных измерительных приборов, входящих В состав техно.. лоrических пультов или контрольноиспытательной аппаратуры (КИА); измерения с помощью специальноrо технолоrическоrо оборудования; измерения параметров аппараТУРЬJ с помощью встроенных датчиков, reHepaTopoB контрольных сиrналов, имитаторов; калибровку встроенных датчиков, reHepaTopoB сиrналов и имитаторов; косвенные методы калибровки аппаратуры; обобщение и комплексный анализ данных измерений на всех стадиях калибровки аппаратуры. К внешним параметрам относятся также контрольные параметры аппаратуры, выведенные на специальные контрольные разъемы. К непосредственным измерениям относятся измерения: частот, вырабатываемых синхронизатором, reHepaTopoM опорных частот; расстановки синхроимпульсов, длительностей и задержек; выходной мощности передатчика (средней, импульсной), спектра зондирующеrо сиrнала; шум фактора, коэффициентов усиления, частотных и амплитудных характери стик, уровней выходных сиrналов приемника (УПЧ и видеотрактов ); rpадуировочных характеристик АЦП; напряжений питания первичных и вторичных источников питания Специальное технолоrическое оборудование, встроенные датчики использу ются для калибровки антенных устройств, фазовых и поляриметрических измере ний, оценки сквозных характеристик, коrерентности радиолокационноrо тракта. Изза больших rеометрических размеров космических антенн для измерения антенных характеристик (коэффициент усиления, форма ДНА, частотная характери стика, направление вектора поляризации) используются безэховые камеры или сп е.. циальные полиrоны. В состав испытательноrо оборудования должны входить YCT 528 
rлава 1.1.. Калибровка РСА ройства для приведения антенн из сложенноrо состояния в рабочее положение. Как правило, непосредственные измерения параметров невозможны, так как дальняя зо на удалена на расстояние сотен метров. Используются плоские или цилиндрические сканирующие устройства, измеряющие амплитудное и фазовое распределение поля по апертуре антенны. По измеренным данным с помощью соответствующеrо про rpaMMHoro обеспечения рассчитываются формы ДНА в уrломестной и азимутальной плоскостях, а также друrие параметры антенны. Операции по верификации xapaKTe ристик антенн проводятся на стадии автономных испытаний антенн. Методы измерения пределов сканирования ДНА относительно осей КА зави сят от типа антенны. Для антенн с механическим сканированием (волноводно щелевая или зеркальная) измеряются уrловые перемещения подвижной платформы с контролем по механическим датчикам. Для фазируемых антенных решеток (ФАР) с управляемыми фазовращателями кроме отклонений луча и изменения формы ДНА контролируются выходные сиrналы устройства управления антенной. ДЛЯ АФАР контролю подлежат фазовые и амплитудные характеристики приемопередающих модулей (ППМ): выходная мощность, коэффициент усиления прием ной части, затухание встроенных апенюаторов. В составе ППМ предусмат риваются встроенные средства контроля. rеометрия относительноrо расположения панелей мноrоэлементных ФАР или АФАР (в том числе при температурных воздействиях) контролируется механиче скими датчиками. При использовании в РСА rибридных зеркальных антенн с облучателями типа АФАР предусматриваются специальные контрольные приемопередатчики для фази ровки и калибровки ППМоблучателей. Параметры контрольных устройств, входящих в состав антенн, ППМ подлежат измерению в процессе предполетной калибровки. Для автоматизации процесса предполетной калибровки и максимальноrо при ближения момента измерений к запуску КА в состав бортовой аппаратуры должны включаться следующие устройства. В СВЧтракт, соединяющий антенну с сосредоточенной запиткой (типа ФАР или зеркальную) с приемопередатчиком, встраивают датчики, предназначенные для калибровки приемопередающих устройств и сквозных характеристик радиока нала. Эти устройства используются как при предполетной калибровке, так и в про цессе эксплуатации на орбите. В состав этих устройств входят: 1) измеритель проходя щей мощности (направленный ответвитель с детекторной секцией с цифровым выходом) для контроля импульсной мощности передатчика с включением результата измерений в состав служебной информации 2) измеритель шумфактора приемника (reHepaTop шума на лавинопролетном диоде с измерением уровня шумов приемника, управлением по командам и передачей результатов измерений в составе служебной информации); 3) имитатор цели на rиперзвуковых линиях задержки, формирующих задержан ную копию зондирующеrо сиrнала для сквозной про верки TpaKTa 4) имитатор цели с преобразованием сиrнала в оптический диапазон, далее задержки на волоконнооптических линиях и обратным преобразованием в СВЧ диапазон; 529 
Радиолокационные системы землео6зора космическоrо базирования 5) reHepaTop пилотсиrнала, вводимоrо в приемный тракт из передатчика  ослабленный зондирующий сиrнал (сложность состоит в наличии высокоrо уровня мощности в момент излучения, переrружающеrо приемник, который в это время запирается импульсом супрессии, возможный выход  снимать пилотсиrнал до мощноrо усилителя, не включая ero, но при этом выходные каскады исключаются из контроля и калибровки); 6) синтезатор частот, подключаемый ко входу приемника для снятия амплитудно частотных и фазочастотных характеристик тракта, фазовоrо сдвиrа квадратурных co ставляющих, подаваемых на фазовые детекторы; 7) устройства ввода в ЭВМ цифровой информации с выхода АЦП, с контрольных и телеметрических датчиков с целью их последующеrо компьютерноrо анализа для оценки характеристик системы. Для калибровки приемопередатчика и встроенных датчиков предусматривают технолоrическую вставку в СВЧтракт для подключения эквивалента антенны (co rласованной наrрузки) или внешних измерительных приборов из состава КИА (из мерителей мощности, шумфактора, имитаторов целей и др.). В приемном тракте предусматривают цифровые апенюаторы для реrулирова.. ния усиления приемника с поддержанием уровня шумов или cYMMapHoro сиrнала. На выходе приемника должны предусматриваться цифровые reHepaTOpbJ KOH трольных сиrналов для снятия rрадуировочных кривых и калибровки АЦП. Выбор разрядности АЦП должен учитывать не только требования передачи рабочей ин формации, но и обеспечение задачи калибровки (предполетной и в полете). В устройствах контроля РСА предусматриваются измерители уровня сиrналов на выходе приемника после АЦП (используются цифровые измерительные устрой ства, определяющие шум фактор приемника, положение максимума ДНА при ошибках ее ориентации и т.д.). В РСА может быть введен специальный контроль ный режим, дополненный измерителем доплеровской частоты, контролирующим уходы азимутальной ДНА. Предусматриваются датчики контрольных задач для проверки и калибровки цифровых устройств обработки сиrналов (сжатия по дли тельности, синтеза апертуры, HeKorepeHTHoro накопления). Основное назначение этих устройств  получение калибровочной информации в процессе полета. При предполетной калибровке должна обеспечиваться калибровка этих измерителей с помощью тестсиrналов, имитирующих реальные сиrналы. Методика предполетной внутренней калибровки включает в себя три OCHOB ных этапа: 1) калибровка антенны в процессе автономных испытаний антенны; 2) сквозная калибровка приемопередающеrо тракта с помощью reHepaTopa пилот сиrнала и имитатора целей с вводом данных с выхода АЦП в ЭВМ; 3) калибровка процессоров сжатия импульсов по длительности, синтеза аперту ры, формирования РЛИ иКРЛИ, HeKorepeHTHoro накопления. Амплитудная и фазовая характеристики зондирующеrо импульса оценивают.. ся по пилотсиrналу при комплексных испытаниях путем анализа записанной ин формации с АЦП. 530 
rлава 1.1.. Калибровка РСА Поляриметрическая калибровка предполаrает проведение калибровки поляри.. зационных каналов относительно друr друrа. При этом требуется точное из мере.. ние не только амплитуды, но и фазы. Для поляриметрической калибровки приемо передающеrо (кроме развязки) тракта наиболее эффективно использование пилот.. сиrнала, вводимоrо в СВЧтракт с контролем выходных сиrналов по информации с выходов АЦП. При этом усиление приемных каналов должно поддерживаться Ta ким образом, чтобы напряжение шумов на выходе было одинаковым. Для снижения ошибок внутренней калибровки используется MHoroKpaTHoe повторение измерений с последующей статистической обработкой результатов. Точность функционирования устройств внутренней калибровки обеспечивается поддержанием заданных режимов, периодической проверкой по сиrналам внешних калибровочных устройств (как наземных в процессе предполетной калибровки, так и в полете) и тщательностью изrотовления и настройки аппаратуры. 11.6. Методы оценки пара метров аппаратуры РСА в полете и коррекции искажений при обработке информации Измерение формы диаrраммы направленности антенны по азимуту Необходимость измерения формы азимутальной ДНА вызвана тем, что она опреде ляет амплитудную весовую функцию при синтезе апертуры и таким образом влияет на форму выходноrо отклика РСА. Кроме Toro, при кадровом режиме синтеза апер туры (например, методом быстрой свертки) MOryт появляться радиометрические ис кажения. Они особенно заметны в режиме Скансар, при различном положении целей относительно центра обрабатываемоrо кадра (максимума азимутальной ДНА). На рис. 11.8 приведен пример Р ЛИ, полученноrо при нефокусированном синтезе MeTO дОМ БПФ с последующим некоrерентным накоплением. Заметна модуляция яркости РЛИ волнообразноrо характера. Для коррекции таких радиометрических искажений необходимо точное знание формы азимутальной ДНА. :;"$'" :;.;' ',/ '  /:1 . - , .', '" J!::' '', " ;'J'.. ': , ":,', о:>::. . ..: t .' .. - . ,'. k','::."", ;' ," . у' ", ',:,' ',' '.' __ 'х.-, . -,' :'; '". ;'" w, "'" , ' ' :.;:\: :,: ': $:. ,1'. ':..:" . . . м' i" : . !; ' - -: ...... ... 1:.. . - ... -'{ . ":..: t:. ,. I '.: .; . -' ff' :;::: " , l' _ . .' i' :: :t .: t .. ::..  ":' -- -' ....=. . ....')- ".... .. :-. '. "-. . :7 1 ";;ff"  ,__,О ,,:' .-. ""  .... \ "f.,' . """ <',,,'"5',:', ' , , ',,' " ,. ,.' , Рис. 11.8. Фраrмент первичноrо (без коррекции) РЛИ, полученноrо путем нефокусированноrо синтеза методом БПФ с некоrерентным накоплением (СантаБарбара, США, РСА «МечКУ», КА «Алмазl») 531 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Для измерения формы ДНА в азимутальной плоскости используют наземные измерительные приемники, фиксирующие мощность принятоrо от передатчика РСА сиrнала при пролете КА над наземным измерительным пунктом. Применяется также измерение формы ДНА по принятому сиrналу, отраженному от наземных имитаторов сосредоточенных целей с большой ЭПР  пассивных, в качестве KOTO рых используются зеркальные антенны слежения за космическим пространством, или активных приемопередатчиков  транспондеров, переизлучающих калибро ванный сиrнал в сторону РСА. Требование большой ЭПР обусловлено необходи мостью получения достаточноrо отношения сиrнал/шум для обеспечения точности измерений. Возможно оценить форму ДНА в азиму тальной плоскости, а также юстировать ее положение относительно осей КА непосред ственно в полете с применением специально ro режима измерения доплеровской частоть] (ИДЧ). Преимущество специальноrо режима состоит в том, что Moryт быть использовань] узкополосный зондирующий сиrнал для по лучения BbIcoKoro отношения сиrнал/шум и повышенная частота повторения, исключаю.. щая эффекты мноrозначности сиrнала по дo плеровской частоте. В качестве иллюстрации на рис. 11.9 приведена азимутальная форма ДНА по мощности дЛЯ РСА «МечКУ» КА «Алмазl», полученная по реальной фоновой обстановке. G(a) 4> 4> о. Рис. 11.9. Азимутальная форма ДНА по мощности дЛЯ РСА «МечКУ» КА «Алмаз..}» Измерение формы диаrраммы направленности антенны по уrлу места Измерение формы ДНА и юстировка антенны по уrлу места с помощью наземных средств представляет значительные трудности, поскольку ширина облучаемой зоны измеряется десятками или сотнями километров. Значительно эффективнее использо вание специальноrо калибровочноrо режима с низкой частотой повторения (режим, обычно используемый в HeKorepeHTHbIx скаперометрах), при которой отсутствуют эффекты, связанные с неоднозначностью по дальности. Возможна также калибровка ДНА и с параметрами РСА в рабочем режиме, но с перенацеливанием КА в область малых уrлов падения (к надиру). В качестве тестобъекта предпочтителен выбор участков тропическоrо леса или тайrи, имеющих широкую диаrpамму рассеяния и стабильный коэффициент отражения. Для повышения отношения сиrнал/шум при этих измерениях целесообразно применение узкополосноrо зондирующеrо сиrнала. На рис. 11.1 О представлена rеометрия формирования мощности cYMMapHoro процесса по наклонной дальности на выходе приемника. Она включает в себя мощность шумов на выходе приемника, альтиметровый сиrнал от подспутниковой точки, отраженный от поверхности Земли, сиrнал в пределах rлавноrо и боковых 532 
rлава 1.1.. Калибровка РСА лепестков ДНА. В рабочих режимах обзора, коrда период повторения MHoro MeHЬ ше времени запаздывания, появляется мноrозначность и происходит «сворачива.. ние» Bcero диапазона наклонных дальностей в один период рекуррентной дально сти Rp == сТ р /2 (поз. 5 на рис. 11.10). Для вычисления ДНА в уrломестной плоскости анализируют радиоrолоrpамму и измеряют зависимость амплитуды отраженноrо сиrнала от наклонной дальности, усредняя ее по азимуту. Затем делают пересчет от наклонной дальности в уrлы визирования по формулам rеометрии обзора поперек линии пути. н R Рис. 11.10. rеометрия формирования мощности cYMMapHoro процесс а по наклонной дальности на выходе приемника: 1  шум МШУ + тепловое рассеяние от поверхности Земли в пределах ДНА; 2  альтиметровый сиrнал; 3  сиrнал отраженный от наблюдаемой поверхности в rлавном лепестке ДНА; 4  боковые лепестки ДНА; 5  сворачивание отраженных сиrналов в оли н период рекуррентной лальности (точками показаны моменты излучения зондирующих импульсов) Пример записи амплитуды сиrнала по дальности на выходе приемника (pa диоrолоrpаммы), снятоrо в рабочем режиме при малых уrлах визирова ния (25 О) приведен на рис. 11.11. Запись характеризует форму ДНА в уrломестной плоскости, для вычис ления которой следует сделать по правку на изменение наклонной дальности. Одновременно с измерением формы ДНА и положения лучей OT носительно координатных осей КА должна проводиться проверка управляющих команд с определе Рис. 11.11. Запись амплитуды сиrнала по дальности, нием систематических ошибок yc характеризующая форму ДНА тановки лучей для их компенсации. по уrлу места (РСА «МечКУ» КА «Алмазl») G(y) I J . ., .' . . . ,  \ R 533 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Измерение шумовой температуры входа антенны и калибровка reHepaTopa шума МОЩНОСТЬ процесса на выходе РСА, фиксируемая в информационном продукте (Р ЛИ), является суммой мощности сиrнала, отраженноrо от подстилающей по верхности, и мощности шумов приемника А 2 == Krl ( + Рrn)' (11.17) rде Krl  коэффициент пропорциональности; Ps, Р m  мощности сиrнала и шумов на входе приемника. В свою очередь по формуле (3.46) мощность шумов на входе приемника оп ределяется следуюшим выражением: Р,.п == k м' [ + То (Fn  1 ) ] ' ( 11.18) rде k == 1,38.1023 Вт/ТцхК  постоянная Больцмана (К  rpaдycbI Кельвина); ТО  абсо лютная температура приемноrо устройства; Ts  температура источника сиrнала (зем ной поверхности); др  полоса приемника; РП  шумфактор приемника, определяемый параметрами малошумящеrо СВЧусилителя (МШУ) и потерями в СВЧтракте. Температура источника сиrнала  это температура поверхности Земли, на KO торую направлен луч антенны. Обычно принимают T s ==290 ОК. Однако получение ou б О ou высокои точности измерения а солютноrо значения (J подстилающеи поверхности требует KoppeKTHoro исключения мощности собственноrо шума на выходе РСА с учетом доли тепловоrо рассеяния наблюдаемой поверхности. Как правило, коэф фициент шума МШУ (с учетом потерь в СВЧтракте) близок к 3 дБ (2 раза), т.е. дополнительная мощность тепловых шумов, создаваемых входным транзистором, численно равна мощности шумов от антенны, если температуры МШУ и антенны одинаковы (например, при наземных испытаниях аппаратуры в безэховой камере). В О ou реальных условиях при измерениях (J таких поверхностеи, как ледовые по ля, морская поверхность, следует вводить поправку на их температуру и уменьше ние радиояркости. Так, если чувствительность РСА, измеренная при Т 300 ОК, co ставляет (J0 пе== 20 дБ, а удельная эффективная поверхность рассеяния (УЭПР) дЛЯ толстоrо однолетнеrо льда равна (J0==  1 7 дБ при радиояркостной температуре льда, равной 160 ОК, вместо расчетных 290 ок [193], то значение собственноrо шума на выходе приемника при наблюдении ледовой поверхности определится шумовой температурой Тп == т's + То (РП  1) == 160 + 290.(2 1) == 450 0 К, ( 11.19) вместо ожидаемых 580 0 К, если не учитывать радиояркостной температуры Ha блюдаемой поверхности. Таким образом, чувствительность РСА при измерении поверхности с малой О радиояркостью улучшится до величины (J ==0,0077 (21, 1 дБ). Оценка cYMMapHoro О процесса фон+шум в значениях УЭПР составит (J [п==0,0277, а вычисленное значе.. О О О О ние (J ==(J [п  (J пе ==0,0177 (17,5 дБ) вместо истинноrо значения (J ==  17 дБ. В этом О ou б случае поrpешность измерения (J ледовои поверхности, вызванная прене режени.. 534 
rлава 1.1.. Калибровка РСА ем изменения ее радиояркостной температуры, составит около 0,5 дБ, что явится существенным вкладом в суммарную ошибку измерений. Поrpешность измерений будет больше для поверхностей с УЭПР, меньшей, чем (УОпе, например, при наблю дении почвенноrо покрова в длинноволновой части СВЧдиапазона волн, для ко.. Toporo вариации яркостной температуры с изменением влажности rpYHTa от 2 до 40 % достиrают 60.. .90 ОК [193]. Рассмотренные выше соотношения MorYT применяться и для калибровки спектральной плотности мощности шума (СПМШ) контрольноrо reHepaTopa шума (rШ). Можно, например, сравнивать мощности шумов на выходе приемника при выключенном передатчике, включенном и выключенном rш, коrда антенну Ha правляют близко к надиру при наблюдении лесных массивов (Т .......,290 ОК) и вообше отворачивают от Земли в сторону открытоrо космоса, для KOToporo шумовая TeM пература не превышает десятков rpадусов Кельвина. Естественно, для выполнения таких режимов должны быть предусмотрены соответствующие маневры КА. Измерение коэффициента усиления антенны и коэффициента передачи сквозноrо тракта РСА по мощности Для измерения коэффициента усиления (КУ) антенны и коэффициента передачи сквозноrо тракта РСА по мощности наиболее эффективно в качестве эталона ис пользовать активный имитатор цели  транспондер, с помощью KOToporo можно создать ответный сиrнал, значительно превышающий по мощности сиrнал, oтpa женный от близлежащей подстилающей поверхности. Поскольку коэффициент пе редачи сквозноrо тракта РСА зависит от формы передаточной функции и ампли тудноrо распределения при сжатии по дальности и азимуту, а также формы ДНА, то целесообразно для измерений КУ антенны использовать немодулированный зондирующий сиrнал и малую длительность синтезируемой апертуры с paBHOMep ной весовой функцией. Тоrда форма отклика будет иметь вид sinx/x (и будет леr ко контролируемой, по уровню сиrнала в нулях отклика). Фокусирующая функция должна быть соrласована с законом изменения фазы принимаемоrо сиrнала, но ее ошибки не приведут к поrрешности измерений вследствие малой длительности синтезированной апертуры. При использовании транспондера аналоrичным образом калибруют и поляри зационные характеристики антенны и тракта РСА дЛЯ всех необходимых комбина ций ВВ, Br, rr, rB, включая в том числе и измерения фазовых характеристик по ляриметрических каналов. Вычисление коэффициента передачи сквозноrо тракта РСА дЛЯ рабочих pe жимов, в том числе и широкополосных с предельным разрешением, производится путем использования BcтpoeHHoro reHepaTopa пилотсиrнала (rпс) с получением формы радиолокационноrо отклика с реальной передаточной функцией устройств сжатия по дальности и азимуту и с введением поправок, учитывающих реальные амплитуднофазочастотные характеристики СВЧтракта и антенны, которые долж ны измеряться в специальных контрольных режимах. По данным измерения формы отклика определяются коэффициенты пересчета мощности в максимуме отклика 535 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования А 2 шах К значению (УО, которое фиксируется в конечном информационном продукте. Необходимость этой операции вызывается тем, что при амплитудном взвешивании О 2 меняется форма отклика и отношение (J" /А тах. Измерение амппитудно/фазочастотных характеристик приемника и сквозноrо тракта РСА Для измерения амплитудно/фазочастотных характеристик приемника и сквозноrо тракта РСА вместо рабочеrо сиrнала с большой базой (про изведением ширины спек тра на длительность зондирующеrо импульса), не позволяющеrо проанализировать и разделить частотные и фазовые искажения, предлаrается использовать набор зонди рующих сиrналов (например, 5 вариантов) с максимально большой длительностью импульсов, заполненных ЛЧМ со скоростью изменения частоты в соответствующее число раз (5 раз) меньшее, чем в рабочем режиме. Характеристики снимаются путем перебора всех вариантов зондирующеrо сиrнала, причем для приемноrо тракта ис.. пользуется reHepaTop пилотсиrнала, а для сквозноrо тракта  эталонный отражатель с большой ЭПР (например, доработанная антенна космической связи) или широко.. полосный транспондер, откалиброванные в наземных условиях. Для оперативноrо контроля характеристик тракта РСА эффективен анализ спектра процессов на выходе приемника в рабочем режиме, в результате KOToporo может быть получена форма корреляционной функции отраженноrо сиrнала и можно принять решение о необходимости корректировки параметров тракта обра ботки или на проведение специальных калибровочных режимов. На рис. 11.12 представлены спектры радиоrолоrрамм на выходе АЦП дЛЯ РСА «МечКУ» [429*]. s s s о 5 10 ./; мrц о 5 10 .1; М.rц о 5 10 .!' мrц а) б) в) Рис. 11.12. Спектры радиоrолоrрамм: а  шум; 6  морская поверхность; в  суша Спектр шумов (рис. 11.12, а) определяется частотной характеристикой при емника и имеет спектральную плотность, близкую к равномерной. Спектр сиrнала, отраженноrо от равномерной протяженной поверхности, определится преобразо вани ем Фурье от корреляционной функции зондирующеrо сиrнала. Для приведен.. Horo примера (РСА «МечКУ») зондирующий сиrнал представлял короткий ИМ пульс длительностью 0,07 мкс на пьедестале и длительностью 0,8 мкс с относи тельным уровнем минус 25 дБ. Корреляционная функция имела острый пик в об ласти частот 1,2 мrц. в зависимости от интенсивности отраженноrо сиrнала от местности (рис. 11.12, б, в) относительная доля спектральных составляющих шума 536 
fлава 11.. Калибровка РСА уменьшается и больше проявляется форма спектра сиrнала. Задача коррекции иска жений заключается в измерении спектра сиrнала и применении цифровой фильтра ции при обработке, которая реализуется в частотной области (БПФ, умножение на коэффициенты, реализующие корректирующий фильтр, ОБПФ). ДЛЯ проектируемых РСА, в которых зондирующий сиrнал формируется цифровым способом в БФС (рис. 11.6), амплитудно/фазочастотные искажения, возникающие в тракте РСА, MO rYT быть измерены приведенным выше методом, а их компенсация может быть дoc тиrнута введением предыскажений в форму зондирующеrо сиrнала. Измерение и коррекция нелинейностей амплитудной характеристики приемноrо тракта и калибровка цифРОВblХ апенюаторов Отраженный от местности сиrнал характеризуется большим динамическим диапа зоном, определяемым различием УЭПР наблюдаемой местности. Проходя через приемный тракт РСА, сиrнал может подверrаться оrраничению и нелинейным ис кажениям, определяемым формой амплитудной характеристики прием ника. AHa лизируя rистоrраммы сиrнала на выходе аналоrоцифровоrо преобразователя (АЦП), можно выявить характер этих искажений и частично скорректировать их. Анализ статистических характеристик цифровых радиоrолоrрамм на выходе АЦП (рис. 11.13 [429*]) показывает, что амплитудная характеристика приемника имеет ярко выраженный плавный участок, переходящий в оrраничение  «мяrкое» оrраничение. На рис. 11.13, а приведены rистоrраммы процессов на выходе фазо Boro детектора приемника РСА «МечКУ». Анализируются два участка: 1  MOp ской поверхности и 2  суши вблизи береrовой линии, rде отраженные сиrналы попадают в область оrраничения. Для морской поверхности имеем распределение процесса, близкое к rayccoBY. Принятые сиrналы от суши в 4,8 ед.  пределах зоны облучения aH а) тенны по азимуту имеют также rayccoBo распределение (в си лу центральной предельной теоремы). Но на выходе при емника сиrналы попадают в область переrрузки и форма распределения искажается. Моделирование жесткоrо or раничения (рис. 11.13, б) дает иной характер rистоrраммы с резким подъемом числа отсче тов на rраничных значениях в области оrpаничения. Наличие участков «мяrкоrо» оrраничения позволяет скорректировать нели нейность и растянуть сжатые участки путем присвоения шаrам АЦП разноrо веса. Задача коррекции делится на три этапа: .. б 2 == 9 ед. .,. б 2 == 7,5 ед. б) . А lТlз,6ед.  б 2 == 8 ед. в) Рис. 11.13. rистоrpаммы процессов на выходе АЦП: а  реальные; б  моделирование жесткоrо оrраничения; в  после коррекции нелинейностей 537 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 1) вычисление среднеквадратичноrо отклонения процесса до нелинейности; 2) измерение амплитудной характеристики приемника; 3) коррекция нелинейности. Процесс коррекции нелинейных искажений иллюстрирует рис. 11.14. На рис. 11.14, а показаны амплитудная характеристика приемника и результат ее дис кретизации с помощью 5разрядноrо АЦП с равномерным шаrом. На рис. 11.14, б представлена характеристика приемника с коррекцией нелинейности, реализован ной путем присваивания шаrам АЦП HepaBHoMepHoro веса. u 1 5. nl U соп ..::::...  ....:::;.............. . . so .........-::r- ....:.,..........  ,.а::: ..,а:. ....... . I 2 и н'в' В I . 2 . . >/ . I . . 2 И [ '.,в 111 . I I .  2 . ,.::......... .OL. .0&0. ...,-.=.- ...а::... ............ - ..//- .......... ..::.......:....... 15 50 . а) б) Рис. 11.14. Амплитудная характеристика приемника с последующей коррекцией нелинейных искажений: а  на выходе приемника; б  в результате коррекции После радиометрической коррекции rистоrpаммы распределения радиоrоло rраммы на участках моря и суши приближаются к rауссовым со среднеквадратич ными отклонениями, соответствующими контрасту моресуша (отношение а2/ а} == == 7 дБ вместо а2/а} ==5,4 дБ при наличии оrpаничения). Существуют методы коррекции и «жесткоrо» оrpаничения [466], но «экспан дирование» участков «мяrкоrо» оrраничения в приемнике дает меньшие потери в отношении сиrнала к суммарному шуму на выходе тракта с учетом нелинейности. При проектировании РСА рекомендуется при менять оrраничение в усилителе про межуточной частоты приемника с выбором размаха АЦП шире размаха выходных сиrналов. Приведенная методика анализа rистоrрамм на выходе АЦП с измерением СКО позволяет провести калибровку усиления цифровых атrенюаторов приемни ка, используя в качестве тестсиrнала собственные шумы приемника или CYMMap ный процесс, включающий фон местности. Калибровка АЦП Входящие в состав приемноrо тракта АЦП MorYT использоваться в качестве OCHOB Horo измерительноrо прибора в бортовой аппаратуре РСА дЛЯ снятия характери стик различных устройств радиолокационноrо тракта. АЦП должны разрабаты ваться таким образом, чтобы они моrли выполнять функции широкополосноrо цифровоrо вольтметра высокоrо класса точности (0,2...0,5 %) в широком диапазо 538 
fлава 1.1.. Калибровка РСА не изменения тактовой частоты. Должна быть предусмотрена прецизионная калиб ровка АЦП в наземных условиях, а также самокалибровка АЦП в полете с приме нением высокостабильных эталонов ступенчатоrо и переменноrо напряжений, обеспечивающих долrовременную точность калибровки в условиях температурных воздействий, в том числе при работе в открытом космосе. для калибровки АЦП, входящих во все имеющиеся квадратурные, поляримет.. рические, частотные каналы, должны быть предусмотрены соответствующие KOH трольные режимы. Оперативный контроль в режиме съемки осуществляется путем анализа rистоrpамм процесса на выходе АЦП. ПО результатам контроля должна быть предусмотрена возможность корректировки значений единицы младшеrо раз ряда (ЕМР) АЦП непосредственно на борту КА или при обработке информации на Земле. Пример выявления блуждающеrо дефекта АЦП (уменьшение цены младшеrо разряда АЦП) при оперативном контроле данных приведен на рис. 11.15. а) б) Рис. 11.15. Пример rистоrpамм процессов на выходе АЦП: а  типичная; б  с дефектом уменьшения цены младшеrо разряда Калибровка квадратурных каналов В состав квадратурных каналов входят reHepaTop опорноrо сиrнала промежуточ ной частоты, фазовращатель на 900, фазовые детекторы, видеоусилители и АЦП действительной и мнимой составляющих. Калибровке подлежат коэффициенты передачи каналов, разность фаз действительной и мнимой составляющих, иден тичность амплитудно/фазочастотных характеристик. Различие коэффициентов передачи квадратурных каналов компенсируется изменением цены единицы младшеrо разряда АЦП. Для калибровки возможно также применение монохроматическоrо пилотсиrнала [440*]. Различие фаз, измеренное по пилотсиrналу, может быть учтено путем BBeдe ния поправки в одну из составляющих. Действительно, сиrналы на выходе АЦП при наличии ошибки сдвиrа фаз имеют вид: действительная составляющая И С == и m cos( tp(t) + tpo) ; (11.20) мнимая составляющая, сдвинутая на 8.qJ U s == и m sin( tp(t) + tpo + tp) == и m sin( tp(t)  tpo )costp + +U m cos( tp(t) + tpo )sin tp . ( 11.21 ) При малой величине ошибки tp искажения корректируются поправкой U s corr == U s  и с sin tp . (11.22) 539 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования При всех калибровочных операциях должны, по возможности, задаваться па раметры аппаратуры РСА, обеспечивающие максимальную точность измерений: тактовая частота АЦП, разрядность кодирования данных по амплитуде, частота повторения зондирующеrо сиrнала (кроме режима калибровки уrломестной ДНА). 11.7. Калибровка тракта обработки сиrналов и BbIxoAHoro информационноrо продукта Факторы, определяющие качество информационноrо продукта Процессор сиrналов, реализующий синтез апертуры с заданными параметрами фо кусирования и амплитудным взвешиванием для снижения уровня и интеrральной энерrии боковых лепестков является устройством с известным алrоритмом раБОТЬJ и проrнозируемым откликом. Контроль ero работоспособности, как в процессе предполетной подrотовки, так и в полете, осуществляется с применением KOH трольных задач, имитирующих условия радиолокационноrо обзора [261]. В ходе проектирования РСА принимаются технические решения, определяю щие основные характеристики выходноrо информационноrо продукта и ero каче ство. Термин «качество» широко употребляется, но не является cтporo определен ным. Этим термином в данном контексте мы будем характеризовать совокупность особенностей Р ЛИ, влияющих на изобразительные и дешифровочные свойства РЛИ, не реrламентированные усредненными характеристиками информационноrо продукта, такими как пространственное и радиометрическое разрешения, инте rральный уровень боковых лепестков. В частности, к особенностям, снижающим качество Р ЛИ, относится появле ние различных артефактов при наблюдении ярких объектов или фонов с большими контрастами. Это  «кресты», локальные области подавления, а также дефекты, связанные с формированием РЛИ (ложные изображения, модуляция яркости и др.). Технические решения, влияющие на качество РЛИ, точность rеометрических и радиометрических измерений по выходному информационному продукту, должны включать в себя следующие аспекты проектирования РСА: . выбор системы координат для ориентирования лучей антеннь] в азимутальной плоскости: путевая или rринвичская система координат (ПСК) с поворотом плоскости лучей, используемая в современных РСА, в отличие от космиче ских РСА первоrо поколения (SIRA, Radarsatl, JERSI). Луч антенны Ha правляют по нормали к вектору путевой скорости с учетом вращения Земли и прецессии орбиты, т.е. в ноль доплеровской частоты; . снижение поrрешности ориентации ДНА относительно пск, обеспечиваемое системами КА, наличие датчиков (например, астроблока) на борту КА, позво ляющих оценить отклонения ДНА от пск до единиц уrловых минут, измере ние некомпенсированной ошибки ориентации и ввод ее значения в алrоритм синтеза Р ЛИ; . использование систем позиционирования GPS или rЛОНАСС для точноrо определения координат , особенно для интерферометрической обработки информации; 540 
rлава 1.1.. Калибровка РСА . коррекция миrрации дальности, обеспечивающая минимальный уровень пара зитной амплитудной модуляции сиrнала по синтезируемой апертуре, вызван ной компенсацией миrрации дальности, особенно в прожекторном режиме работы РСА; . способ учета смещения спектра доплеровских частот в ДНА (доплеровскоrо центроида); . снижение отклонения доплеровскоrо центроида от нулевой частоты и зависи мости от наклонной дальности при ошибках ориентации КА по курсу и TaH rажу, применение алrоритмов компенсации уходов во всем диапазоне уrлов визирования, что особенно критично в широкозахватных режимах Скан сар; . калибровка цифровых аттенюаторов в приемном канале, применяемых для уменьшения динамическоrо диапазона сиrналов в приемном тракте РСА; . выбор формы ДНА в уrломестной плоскости и частот повторения зондирую щеrо сиrнала, обеспечивающих минимальный уровень неоднозначности сиrналов; . выбор вида модуляции (ЛЧМ, ФМ) и формы спектра зондирующеrо сиrнала, частотной характеристики приемноrо тракта, выбор тактовой частоты KBaHTO вания сиrнала по времени. Предпочтительно использование ЛЧМсиrналов, не подверженных искажениям в широких пределах изменения доплеровской частоты, особенно в прожекторном и скошенном режимах обзора; . соrласование динамическоrо диапазона принимаемоrо сиrнала с разрядно стью данных, передаваемых по радиолинии (управление цифровыми аттенюа торами, разрядность дискретизации сиrнала в АЦП, применение методов сжа тия информации, блочноrо адаптивноrо кодирования и др.); . использование алrоритмов уточнения временной зависимости фазы прини MaeMoro сиrнала (автофокусировка). Введение поправок в параметры Фокуси pOBaHHoro синтеза Р ЛИ и HeKorepeHTHoro накопления; . выбор алrоритма синтеза апертуры  непрерывный (простая свертка) или же кадровый (быстрая свертка, rармонический анализ) с коррекцией амплитуд ных искажений, вызванных формой азимутальной ДНА, в пределах синтези pyeMoro кадра; . выбор формы амплитудной весовой функции сжатия сиrналов по дальности и азимуту (косинусоидальный, Кайзер, Хемминr и др.) для уменьшения инте rpальноrо уровня боковых лепестков отклика, их критичность к изменениям, вызванным поrрешностями учета формы ДНА, остаточными ошибками дефо кусировки, смещениями доплеровскй частоты; . выбор оптимальной разрядности вычислений на всех стадиях обработки сиr налов, особенно дЛЯ РСА с бортовой обработкой сиrналов; . коррекция rеометрических и радиометрических искажений в выходном ин формационном продукте; . выбор типа представления данных в выходном продукте, особенно при pa диолокаuионных съемках для пополнения банка данных (в архив). PeKOMeH дуется создание банка комплексных изображений, позволяющих использовать 541 
Радиолокационные системы эемлеобзора космическоrо базирования данные для интерферометрической обработки (дифференциальная интерфе рометрия, поляриметрическая интерферометрия); . архивирование сопроводительной информации: метеоролоrической обстановки, состояния морской поверхности, состояния ионосферы для коррекции ошибок; . применение методов юстировки интерферометрической базы для однопро ходной или мноrопроходной интерферометрии; . архивирование данных предполетной наземной отработки РСА с выявлением параметров, подверженных изменениям во времени (влияние изменений TeM пературы на фазовые характеристики сквозноrо тракта, выбор частоты и пр.). Внутренняя калибровка тракта обработки Внутренняя калибровка тракта обработки реализуется в процессе предполетной подrотовки методами имитационноrо моделирования, включающеrо набор ситуа ций, типичных для радиолокационноrо обзора и позволяющих отработать и OTKa либровать алrоритмы сжатия сиrналов по дальности и азимуту, канал ввода слу жебной информации и управление алrоритмами коррекции искажений. Внутренняя калибровка тракта обработки в полете, как было отмечено выше, обеспечивает только контроль работоспособности соответствуюlЦИХ устройств и связей управления. Внешняя калибровка тракта обработки Внешняя калибровка тракта обработки является процедурой интеrpальной оценки работы алrоритмов обработки информации, включая коррекцию искажений. ДaH ные внешней калибровки должны подтверждать корректность функционирования всех звеньев РСА, а также выявлять дефекты, для диаrностики которых использу ются все средства внутренней и внешней калибровки аппаратуры РСА. Внешняя калибровка тракта обработки и конечноzо информационноzо продукта должны предусматривать: . калибровку rеометрии Р ЛИ и оценку точности измерения координат объектов, масштабов, внутренних задержек. для проверки используются тестовые поли rOHbI, а также сравнение РЛИ с крупномасштабными картами районов съемки; . радиометрическую калибровку по эталонным отражателям (уrолковые OTpa жатели, транспондеры), включая калибровку поляриметрических каналов; . радиометрическую калибровку по измеренным полиrонам природноrо xapaK тера (тропические леса, тайrа); . измерение формы отклика от точечных объектов (уrолковые отражатели, транспондеры) для уточнения весовых функций обработки и алrоритмов KOp рекции искажений; . оценку интеrральноrо уровня помех неоднозначности сиrналов (по xapaKTep ным объектам на местности); . использование априорной картоrрафической информации (топокарт, цифро вых карт рельефа) для коррекции искажений, вызванных изменением ПЛОlЦа ди элемента разрешения изза изменения уrла падения для поверхностей, имеющих наклон [314]. 542 
fлава 1.1.. Калибровка РСА Эффективным способом контроля формы импульсноrо отклика РСА, позво ляющим получить оперативную оценку разрешающей способности Р ЛИ, является применение локальноrо алrоритма автофокусирования РаА, paccMoTpeHHoro в подразделе 6.10.8. Следует отметить, что операции по калибровке РСА весьма трудоемки, Tpe буют выделения специальноrо времени в проrpамме полета, наличия COOTBeTCT вующеrо наземноrо обеспечения и создания специальной службы. Так, при экс плуатации РСА Radarsat 1 для cBoeBpeMeHHoro формирования и поставки откалиб рованных радиолокационных изображений было создано Канадское предприятие по обработке данных [343]. 11.8. Состав наземноrо оборудования средств калибровки в состав наземноzо оборудования и КШlибровочных средств должны входить: . точечные пассивные отражатели, например, уrолковые отражатели; . активные калибраторы  приемопередатчики (транспондеры), создающие эта лонные цели со cTporo определенными параметрами; . поверхностнораспределенные цели с известными и постоянными значениями УЭПР, к таким эталонным участкам, в частности, относятся участки тропиче cKoro леса в Южной Америке; . измерительные приемники для калибровки антенн и излучаемой мощности; . эталонные шумовые передатчики со ступенчатым изменением мощности шу ма для калибровки приемноrо тракта РСА. К основным техническим характеристикам указанных средств относятся: . диапазон уrлов наблюдения, в пределах KOToporo сохраняется заданное зна чение ЭПР KOHKpeTHoro калибровочноrо средства (поэтому уrолковые OTpa жатели с треуrольными rpанями предпочтительнее, хотя и имеют меньшую ЭПР, чем отражатели с квадратными rpанями); . вероятность и степень искажений диаrраммы обратноrо рассеяния при попа дании на ero апертуру сиrналов, переотраженных от подстилающей поверх ности или окружающих объектов (измерительные полиrоны в США оборуду ют на высохших соляных озерах, уrолки устанавливают на высоких опорах, что обеспечивает малые переотраженные сиrналы или их отстройку от OCHOB Horo сиrнала); . степень выраженности краевых эффектов. При выборе ЭПР..отРtl3lCателей необходшно соблюдать следующие условия: . минимальная ЭПР должна быть на уровне чувствительности РСА; . максимальная ЭПР должна обеспечивать насыщение приемника; . в пределах максимальной и минимальной ЭПР должны быть еще не менее трех rpадаций ЭПР; . для получения статистических оценок с высокой точностью необходимо YCTa навливать серии отражателей, имеющих одинаковую ЭПР; 543 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования . расстояния между отражателями должны не менее чем в 23 раза превышать интервал разрешения РСА; . размещать эталонные отражатели следует на слабо отражающем фоне  ac фаль те, бетоне, водной поверхности без волнения (озеро), в пустыне или на радиопоrлощающем покрытии; . для получения требуемой точности калибровки должно обеспечиваться BЫCO кое отношение сиrнал/фон. На рис. 11.16 приведен пример наблюдения миры уrолковых отражателей, снятой с помощью РСА SIRC/XSAR в Сдиапазоне волн (фраrмент снимка, рис. 2.1) в ходе экспериментов, проведенных фирмой lPL, США совместно с НПО машиностроения и НПО «Bera», СССР. ..$ , ':rr'" I ." '.  :."i . . <.: . .. .r t /k' . .I i{.... ' ,  ). . It ..  :. . tf .$ < ;. '1JI.  .. " > .<iJ(<<, '" . .. , ,..' ,.. .  ' . t . ( )  Z. <" . .. ........  . ": .. ,. ".,..jw . "..'" )1 .... t  · .-4  ,'. ,.  . :.''1   . . .. л'" i  .. .,' .' t.: ' . . . 010;:-  '('> б)  " " ,,'::0}_ , ",- -:- "-:, < ;..."."- , ..> . ,A-:':'." . ..( ""-i ;':' .',' а) Рис. 11.16. РЛИ аэродрома Жуковский в С"диапазоне волн (SIRC) с тестовой миррой (а); увеличенное РЛИ yrолковой миры (6) Активные радиолокационные калибраторы (транспондеры)  устройства при нимающие, усиливающие и переизлучающие сиrнал с сохранением ero KorepeHTHo сти. Только они позволяют калибровать РСА с низким разрешением (50...100 м). Применение усилителя мощности в калибраторе позволяет использовать слабо направленные антенны. Давая мощные отметки на Р ЛИ, транспондеры используют ся для радиометрической и rеометрической (уточнения параметров орбиты) калиб ровки РСА. Наземные антенные рефлекторы с большой эффективной отражающей пло щадью являются эффективной альтернативой традиционно используемым пассив ным и активным средствам калибровки [81]. С этой целью конструкция параболи 544 
fлава 1.1.. Калибровка РСА ческих рефлекторов дорабатывалась с установкой в фокальной плоскости пассив Horo отражателя в виде проводящеrо диска или поляризационной решетки. Такая операция обеспечивает расширение диаrраммы обратноrо рассеяния антенны, что снижает требования к точности наведения антенны на КА. В ходе совместных экспериментов, проведенных ОКБ МЭИ, ИРЭ РАН с РСА ENVISA Т, было подтверждено, что поляризационная матрица отражения дорабо.. танной антенны с установленным дисковым отражателем эквивалентна матрице рассеяния сферы. Антенна с поляризационной решеткой ведет себя как диполь, так что ЭПР на соrласованной поляризации хх равна а хх == а тах cos 4 () , а на перекрест '"' 2 () . 2 () () '"' нои поляризации ху: аху == а тах COS Sln , rде  уrол между ориентациеи эле ментов поляризационной решетки и плоскостью поляризации радиоволны. ЭПР антенны с диаметром 4,7 м на волне 5,6 см равен 59 дБм при фазовой стабильно сти, составляющей (0,013. . .0,05) от длины волны РСА. Поверхностно распределенные эталонные цели  это тропические леса бассей о на реки Амазонки. Для них характернь] следующие параметры: СУ == 5,9 дБ при Bep тикальной поляризации на частоте 14,3 rrц, среднее квадратичное отклонение УЭПР при уrлах падения 440, включая суточные изменения  в пределах 0,6.. .0,9 дБ. 11.9. Радиометрическая коррекция радиоrолоrраммы при работе быстродействующей АРУ Рассмотренные выше методь] калибровки элементов радиолокационноrо тракта РСА были отработань] в ходе эксплуатации РСА «МечКУ» в составе КА «АлмазI». Ап паратура «МечКУ», краткое описание которой приведено в подразделе 13.3.3, имела ряд особенностей в технических решениях, которые отличали ее от зарубежных РСА. Это приводило к отличиям В процедурах калибровки РСА и коррекции иска жений в выходном информационном продукте. Основные технические отличия аппаратуры «Меч--КУ» состоят в следующем: . использовался зондирующий сиrнал в виде мощноrо KopoTKoro импульса, длительностью 0,07 мкс (или 0,1 мкс) с пьедесталом длительностью 0,8 мкс и относительным уровнем около минус 25 дБ вместо обычных длинных им пульсов С ЛЧМмодуляцией. При коротком сиrнале более заметно влияние оrраничения амплитудной характеристики УПЧ при наблюдении компактных целей (судов) на равномерном фоне (морской поверхности); . для сжатия динамическоrо диапазона сиrнала в приемнике использовалось аналоrовое АРУ вместо цифровых атrенюаторов, управляемых по командам или проrpамме с фиксацией их затухания в служебной информации строки данных для восстановления уровня сиrнала перед синтезом РЛИ; . использовались два режима АРУ: медленный режим АРУ с постоянной Bpe мени 3 с, превышающей время пролета зоны по азимуту, облучаемой aHTeH ной РСА (измерительный режим, допускающий внешнюю радиометрическую калибровку), и режим (основной) быстродействующей АРУ с малой постоян 181492 545 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ной времени около 30 мкс, позволяющей сжать динамический диапазон сиr налов на входе АЦП и улучшить изобразительные свойства РЛИ, но ценой потери измерительных свойств Р ЛИ. в данном разделе рассматривается последовательность процедур, позволяющих устранить радиометрические искажения в Р ли при съемках в режиме быстродействующей АРУ и, тем самым расширить возможности использования архивных материалов радиолокацион.. ной съемки РСА «МечКУ» для ряда практических приложений, в том числе для модели.. рования перспективных РСА, а также для формирования тестовых сиrналов, применяемых при сквозном контроле РСА в стендах полунатурноrо моделирования. Фраrмент Р ЛИ, полученный при стандартном синтезе радиоrолоrpаммы РСА «МечКУ» в режиме быстродействующеrо АРУ, показан на рис. 11.17. Отобража ются слабо взволнованная морская поверхность 1, участки суши вблизи 2 и вдали 3 от береrа, яркие отметки от судов 4, 5, а рядом с ними и сушей, вызванные нели нейностями области подавления слабых сиrналов от моря 6. На снимке видна «мертвая зона» 7 в момент излучения импульсов и калибровочные импульсы 8. 5. "..", . ::_:>,.,  - <. 1 4 ',.1 б t 8 2 .. "" " "3'" 6 " i . ) .. > .. Рис. 11.17. Радиолокационные изображения в режиме быстродействующей АРУ. Стандартный алrоритм синтеза (Порт Норфолк, США; РСА «МечКУ» КА «АлмазI»; фраrмент маршрута 2365н, разрешение ",10 м) Зоны подавления 6 сиrналов, отраженных от морской поверхности, имеют размеры по азимуту, равные ширине области облучении антенной радиолокатора. По дальности их размер равен размерам яркоrо объекта (в предположении, что они превышают разрешение РСА по дальности "JI0 м). От корабля 5 наблюдаются две темные полосы подавления сиrналов от моря, вызванные мощными сиrналами от корабельных надстроек. Рассмотренные эффекты подавления сиrналов от моря компактными объек тами типичны дЛЯ РСА с зондирующим сиrналом в виде коротких импульсов (см. также рис. 7.36, а). ДЛЯ РСА, использующих широкополосные зондирующие им пульсы большой длительности, зона подавления по дальности расширяется, но rлубина контраста уменьшается обратно пропорционально отношению ЭПР объек та к ЭПР моря в размерах мrновенной зоны облучения. Для участков РЛИ вблизи береrовой линии характеры изображений близки в обоих случаях зондирующеrо сиrнала. 546 
fлава 1.1.. Калибровка РСА Характерен факт, что при использовании быстродействующей АРУ изобра жения суши и морской поверхности (вдали от береrовой линии) имеют практиче ски одинаковую яркость. Это облеrчает обнаружение слабых отметок от малых cy дов, а также неравномерностей отражения от моря, вызванных течениями и заrряз нениями. В прибрежной зоне передается реальный контраст вода/суша. При этом модуляция яркости изображения морской поверхности не обнаруживается (темное поле), а сиrналы от суши попадают в область оrраничения. Структурная схема коррекции радиометрических искажений в цифровой ра.. диоrолоrpамме (црr), вызванных нелинейностями и работой быстродействующей АРУ применительно к обработке радиоrолоrрамм РСА «МечКУ», приведена на рис. 11.18. Первым шаrом {1} является коррекция нелинейности амплитудной xa рактеристики приемника соrласно разделу 11.6. Исходная цpr { 1 } Коррекция нелинейности {2} Фраrl\1ентирование по дальности {З} БПФ фраrментов дальности { 5} Фильтрация верхних частот {7} {6} Расчет коэффициентов персдачи K j к..rl 1 0 / а п { 4} Частотная коррекция {8} ОБПФ фраrментов црr {9} Сшивка фраrментов цpr Выходная црr Рис. 11.18. Структурная схема радиометрической коррекции радиоrолоrpаммы Следующий шаr {2}  разделение црr на фраrменты (32 или 64 отсчета), дли тельность которых в 3 раза меньше постоянной времени АРУ. Далее следует БПФ фраrментов црr по дальности {3} и частотная коррекция искажений спектра сиrна ла {4}, вызванных пьедесталом в зондирующем импульсе (см. раздел 11.6). Затем выполняют rлавные процедуры {5,6} коррекции радиометрических искажений, BЫ званных применением быстродействующей АРУ. Они основаны на том, что в ли ней но м тракте с постоянным коэффициентом передачи принятые сиrналы от MeCT ности и шумы приемника независимы. Спектр зондирующеrо импульса, особенно в случае ЛЧМмодуляции, имеет практически прямоуrольную форму. Частотная xa 547 f 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования рактеристика широкополосноrо УПЧ, как правило, имеет плавные склоны (с «XBO стами» ) и полоса спектра шума несколько перекрывает спектр полезноrо сиrнала. Изменение уровня сиrнала в линейном тракте не приводит к изменению спектра шумов, в том числе и в области «хвоста» частотной характеристики УПЧ. При работе АРУ по суммарному сиrналу изменяется коэффициент усиления УПЧ и меняется мощность шума, в том числе и в области «хвоста». Поэтому, измеряя в записанной pa диоrолоrpамме мощность шумов в этой области, можно оценить изменения коэффи циента усиления, вызванные действием АРУ и ввести множитель, компенсирующий эти изменения в спектре cYМMapHoro процесса сиrнал+шум, шаrи {6, 7}. Далее следует обратное преобразование Фурье {8} по фраrментам цpr и сшивка фраrментов {9} для получения выходной радиоrолоrpаммы с радиометрической коррекцией. Синтезиро ванное по этой радиоrолоrpамме Р ЛИ приведено на рис. 11.19. '. <- , .- *' .  j', :' '.... <\:. '. .,,:..' * (' . "';'", ' % . . -:'  ': . ',. ..  > ' ." .;. ?'"  - "'. : ..n,: ," 1 ,,- ,,/0 ;; '(},''ki.... (".;: : .', . '" "":,' . .  ,  -;- " " '» 'r. > .' :.; .,.::( ;... , . '>(-  . i "*'. <.. _'L' -t .....  ,-, .# . . {:-.:)O' ", ". ): . "'. '", t: ,А. .  '. " i . ;j,' . ",У' . . . '. :. " , 'i' :.; - .1\,." :;   .' . :.}. , . Рис. 11.19. РЛИ, синтезированное по радиоrолоrpамме после радиометрической коррекции Исправленное Р ЛИ с устраненными артефактами, вызванными нелинейно стями и работой быстродействующеrо АРУ, передает относительные контрасты ЭПР наблюдаемых объектов и местности с добавлением мощности шумов. РЛИ приrодно для проведения внутренней калибровки по встроенным датчикам, опре деляющим чувствительность РСА, а также для внешней калибровки по объектам с известной ЭПР или земным покровам с известной УЭПР, находящимся на снятом участке или в снимках эталонных участков, полученных с небольшим интервалом времени относительно данноrо кадра и обработанных по такой же технолоrии pa диометрической коррекции. Рассмотренная технолоrия коррекции радиометрических искажений может быть применена также в сочетании с цифровым АРУ, изменяющим коэффициент усиления УПЧ по всей строке дальности. Это может понадобиться для коррекции оrpаничения сиrналов при съемке местности с большим перепадом контрастов  море/rоры, если методы адаптивноrо квантования, усложняющие бортовую аппа ратуру, не применяются. 548 
rлава 12 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АппАрАтуры рАдиолокАционныx КОМПЛЕКСОВ 3ЕМЛЕОБ30РА КОСМИЧЕскоrо БА3ИРОВАНИЯ 12.1. Системный ПОДХОД к проектированию космической аппаратуры радиолокационноrо наблюдения Обобщение отечественноrо и зарубежноrо опыта создания и применения космиче ской аппаратуры Р ЛИ позволило сформулировать системный подход к проектиро ванию космических РСА. Он рассматривает РСА как замкнутую систему радиоло кационноrо наблюдения (СРЛИ), включающую в себя бортовой и наземный cer менты. В отличие от традиционноrо подхода к проектированию системы, исходя из требований KOHKpeTHoro техническоrо задания (ТЗ), этот подход рассматривает требования ТЗ как минимально необходимые исходные данные. Окончательный облик аппаратуры, ее характеристики, режимы работы должны определяться на основе анализа возможностей КА (с учетом ожидаемых запасов по параметрам), требований потенциальных потребителей, методов дешифрирования и тематиче ской обработки информации, ожидаемой товарной стоимости выходноrо информа ционноrо продукта, перспектив совершенствования элементной базы [226,493*]. Данный подход рассматривает любые космические РСА как системы двОЙНО20 прuменения и оценивает эффективность их использования для решения военных, на.. роднохозяйственных и научных задач, независимо от OCHoBHoro назначения разраба тываемой аппаратуры. В ходе проектирования должны приниматься ключевые pe шения (выбор диапазона волн, типа и размеров антенны, типа передатчика, распре деление функций космическоrо и наземноrо cerMeHToB и.т.д.), с учетом которых в остальные устройства и в режимы работы аппаратуры закладываются технические запасы, обеспечивающие повышение информативности СР ЛИ в целом. Информативность СР ЛИ трактуется в широком смысле, это: . повышение качества и информативности получаемых данных; . повышение оперативности наблюдения; . расширение Kpyra задач, решаемых с использованием радиолокационной съемки; . совместная обработка данных разных информационных каналов; . совершенствование технолоrии создания аппаратуры Р ЛИ; . создание научнотехническоrо задела для совершенствования аппаратуры, методов обработки информации и проектирования перспективных систем, а также информационное обеспечение разработок перспективных СР ЛИ. 191492 549 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Принимаемые технические решения основываются на новейших достижениях в электрон ной базе, вычислительной техники, космических технолоrий. В данной rлаве рассмотрены пути построения и тенденции развития основных функциональных устройств, входящих в состав бортовой аппаратуры радиолокационноrо землеобзора космическоrо базирования. Это, в первую очередь, антенные устройства, формирователи опорных частот и сиrналов, передаюшие и приемные устройства. Направления перспективных разработок и исследований, как правило, OTHO сятся к созданию РСА космическоrо базирования универсальноrо применения. Но есть и проекты специализированных РСА дЛЯ решения частных задач, например, контроля ледовоrо покрова, измерения подвижек земной коры и т.д. Прорабатыва ется облик перспективных бистатических систем дистанционноrо зондирования, высокоорбитальных РСА, аппаратуры с применением сверхширокополосных сиr налов [352, 354, 427*, 439*]. Продуктивно совмещение аппаратуры для решения разных задач, например, введения режима зондирования участков морской поверхности, как в РСА ERS 1/2, ASAR/ENVISAT, cKaтrepoMeTpa, как в РСА ERSI/2 или совмещение РСА с СВЧ.. радиометром [414]. 12.2. Антенные устройства космических РСА 12.2.1. Общие требования к антеннам для космических РСА Основные требования к антенным устройствам дЛЯ РСА космическоrо базирования  это, в первую очередь, большая эффективная площадь, обеспечивающая высокий энерrетический потенциал и снижение помех неоднозначности принимаемых сиrна.. лов, конструктивные требования, связанные с размещением антенн на КА и необхо димостью их раскрытия после вывода КА на орбиту [21 *, 131 *133*, 206*, 208*]. Используют антенны разных типов (см. rл. 13): . волноводнощелевые антенны с неуправляемым лучом; . фазированные антенные решетки (ФАР) с электронным сканированием бла rодаря использованию управляемых фазовращателей или коммутаторов запи тывающих устройств; . активные фазированные антенные решетки (А ФАР) со сканированием по yrлу места и по курсу, а также применением цифровоrо формирования ДНА [325,511]; . зеркальные антенны зонтичноrо типа; . rибридные зеркальные антенны с облучателями в виде антенной решетки; . rибридные зеркальные антенны с АФАРоблучателями (АФАРrЗА). в большинстве современных РСА предусматривают поляриметрические режи мы зондирования. Они реализуются путем переключения поляризаций излучаемоrо сиrнала на линейную rоризонтальную (r) или вертикальную (В). Прием ведут двумя независимыми каналами для волн обеих поляризаций r и В. Таким же образом ocy ществляется прием сиrналов в случае применения крyrовой поляризации излучения. Необходимо обеспечение максимально возможной (по конструктивным соображе ниям) площади антенны (особенно для дециметровых диапазонов волн) и наличие 550 
rлава J2. Совершенствование аппаратуры радиолокационных комплексов ... электронноrо сканирования в широких пределах по yrлу места (а также по азимуту  для работь] в прожекторном режиме или в режиме скошенноrо обзора) [223*, 251]. Перспективными вариантами построения антенных устройств являются aK тивные фазированные антенные решетки (в том числе мноrочастотные АФАР), rибридные сканирующие зеркальные антенны, а также rибридные зеркальные aH тенны с АФАРоблучателями (АФАРrЗА). Принципы построения АФАР широко известны. Поэтому мы остановимся на особенности технических решений применительно к АФАР дЛЯ перспективных космических РСА. Отдельный раздел будет посвящен сканирующим антенным решеткам для сверхширокополосных видеоимпульсных РСА. 12.2.2. АФАР для космическоrо РСА х....диапаэоНа волн Структурная схема РСА с антенным устройством типа АФАР приведена на рис. 12.1. АФАР мноrофункциональноrо РСА должна обеспечивать радиолокаци онную съемку участков поверхности Земли в обзорном режиме с перенацеливани ем полосы съемки, режиме Скансар с проrpаммным изменением ширины луча в вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости орбиты (или продольной оси КА), а также съемку в прожекторном режиме с электронным управлением по ложением луча в наклонной плоскости, касательной к орбите. Во всех режимах должен обеспечиваться одновременный прием сиrналов на двух ортоrональных линейных поляризациях при поочередном изменении поляризации в режиме пере дачи. При этом развязка поляризационных каналов должна быть не менее 25 дБ [38*,131*]. АФАР Изучатели АФАР IПIМ Предварительный усилитель -rенератор частот и сиrналов в I/ r Ш1М IП1М Источник питания Приемник АЦП АЦП 'Устройство преобразования и запоминания данных Приемник t >f:Ч"'i:" :';::;: 1 -  - -;.;   :".: "" . .. -. ..- ::i:::' ""Л _.._ "'' ... -- -.," --''-'.. . """ -:_ " "",, "" " '"",',;;;' Орбитальные данные Рис. 12.1. Структурная схема РСА с антенным устройством типа АФАР 551 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования По требованиям однозначности сиrналов по азимуту и дальности при высоте op биты около 500 км размеры антенны должны составлять примерно 6,ОхО,8 м. По cpaB нению с антенной ТепаSARХ, имеющей размеры 4,8хО,8 м, желателен запас по час тоте повторения зондирующеrо сиrнала с целью расширения полосы обзора в сторону больших yrлов падения, а также для увеличения энерrетическоrо потенциала. Для работы РСА в указанных режимах АФАР должна иметь следующие oc новные характеристики. Ширина rлавноrо лепестка ДН в вертикальной плоскости (по уrлу места) должна принимать одно из четырех значений 2, 4, 6 и 8°, а в Ha клонной плоскости (вдоль линии пути) составлять около 0,3°. Сектор электронноrо сканирования луча в вертикальной плоскости должен составлять ::1::10...15°, а в ro.. ризонтальной  несколько единиц rрадусов. При этом поrрешность установки луча в заданном направлении в этой плоскости не должна превышать нескольких сотых долей ширины rлавноrо лепестка ДН. АФАР в режимах приема и передачи должна обеспечивать работу с сиrналами, ширина спектра которых составляет несколько сотен меrаrерц при средней мощности более 200 Вт и импульсной мощности более 5 кВт. Составные части АФАР должны работать в условиях открытоrо космоса с циклическим изменением температуры в широких пределах. Для работы на двух поляризациях с требуемой развязкой в АФАР целесооб разно использовать двухполяризационные излучатели (ДПИ), предложенные в pa боте [346], и состоящие из двух отрезков TOHKocTeHHoro прямоуrольноrо волново да, один из которых имеет щели на широкой, а второй  на узкой стенке волновода. Узкая стенка волновода с продольными щелями примыкает по всей длине к широ кой стенке волновода с поперечными щелями. Волноводы с щелями на широкой стенке обеспечивают работу АФАР на вертикальной поляризации, а волноводы с щелями на узкой стенке  на rоризонтальной поляризации. Такие излучатели име ют наименьшие потери по сравнению с друrими типами излучателей. В рассматриваемой АФАР предусмотрены приемопередающие модули (ППМ), имеющие один передающий и ДB приемных канала. Число ППМ равно числу ДПИ, причем каждый ППМ постоянно соединен со своим излучателем. Передаю щий канал ППМ поочередно подключается к одному из волноводов COOTBeTCT вующеrо ДПИ с помощью рiпдиодноrо коммутатора, а приемные каналы подклю чаются к этим волноводам одновременно. Управление работой модуля осуществ ляется с помощью микропроцессора, входящеrо в состав ППМ. Антенная решетка имеет плоское прямоyrольное излучающее полотно, длина KOToporo в раскрытом состоянии составляет около 6 м, причем длинная сторона по лотна располаrается вдоль линии полета. Полотно состоит из панелей с размерами около 2,ОхО,8 М. В транспортном положении панели укладываются друr на дрyrа. Силовую основу конструкции составляют плоские трехслойные панели тол щиной около 15 мм с металлосотовым заполнением между тонкими дюралевыми листами. Расположение элементов на обеих сторонах панелей выполнено таким образом, чтобы минимально ослаблять конструкцию сквозными отверстиями для прокладки кабелей и жrутов. Со стороны АФАР, не закрываемой экрановакуумной тепловой изоляцией (ЭВТИ), расположены антенные модули, состоящие из ДПИ и 552 
rлава 1.2. Совершенствование аппаратуры радиолокационных комплексов ... ППМ. С обратной стороны АФАР, закрываемой 3ВТИ, располаrаются источники питания, блоки управления и контроля. На основе исследований радиотехнических характеристик АФАР, выполнен ных в ОАО «Концерн «Bera» совместно с ОАО «ВПК «НПО машиностроения», разработан проект АФАР, размещаемой на борту малоrо космическоrо аппарата, облик KOToporo представлен на рис. 12.2.  '. """"-...... .: ,........  ..'\. .,'  ' ....... . , ,..,.:: . ' "":  . , ,.. _...."'... ...с.....  ,   " "" ,«,<:,_: #-.-\ 'о, . Й' .' . .,. :.>, I' ... Рис.. 12.2. РСА Хдиапазона волн с АФАР на малом космическом аппарате Характеристики приемопередающих модулей, их параметры, а также инте rpальные параметры АФАР x и Lдиапазонов волн и расчетные формы диаrpамм направленности приведены в [131*,132*]. 12.2.3. Совмещенная двухдиапаэонная АФАР L- и Р-диапаэонов волн Разработка дециметровых каналов бортовоrо комплекса «СпинарIДМ» дЛЯ KOC мическоrо аппарата «ApKOH2» НПО им. С.А. Лавочкина [125, 548] привела к целе сообразности создания совмещенноrо двухдиапазонноrо aHTeHHoro полотна с кратными рабочими длинами волн А 23 см и А 69 см [131 *, 132*]. Размеры aHTeH ны составляют 12х3,3 м. Антенное устройство представляет собой совмещенную в единой KOHCTPYK цИИ АФАР. Решетки L и Рдиапазонов Moryт работать на вертикальной и rоризон тальной поляризацях. Излучатели L и Рдиапазонов размещены на двух склады вающихся панелях с размерами в раскрытом состоянии 12,Ох3,3 М. Излучатели Lдиапазона представляют собой совмещенные маловыступающие крестообразные 553 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования излучатели резонаторноrо типа с полос ковы ми возбудителями rоризонтальной 1 и вертикальной 2 поляризаций (пока а) заны на рис. 12.3, а). Излучатели Рдиа пазона (рис. 12.3, б)  совмещенные в одной конструкции вибраторная 3 и pe зонаторная антенны с полосковыми воз будителями 2. Фазированная антенная решетка L О и Рдиапазонов должна обеспечивать б) перенацеливание луча по уrлу места в заданный район радиолокационной Рис. 12.3. Двухполяризационные излучатели съемки Земли в различных режимах на.. L и Рдиапазонов волн блюдения (маршрутный, Скансар, про жекторный и др.). Для этоrо используется около 400 приемопередающих модулей (ППМ), каждый из которых состоит из рiпдиодноrо фазовращателя, токовых клю" чей, схемы контроля микропроцессора и соответствующей системы управления. При этом ФАР имеет следующие расчетные значения параметров: коэффициент усиления в зависимости от режима от 33 до 35 дБ, ширина ДН по уровню минус 3 дБ в rоризонтальной плоскости 1,20 и в вертикальной плоскости (в зависимости от режима) от 5 до 7,50, сектор электронноrо сканирования в rоризонтальной плос кости 60 и в вертикальной плоскости 230. Для Рдиапазона в виду в три раза боль шей ширины луча ero положение фиксировано. Антенная решетка Рдиапазона имеет расчетный коэффициент усиления 26 дБ, ширину rлавноrо лепестка ДН по уровню минус 3 дБ в rоризонтальной плоскости 3,60 и в вертикальной плоскости 1] О. 12.2.4. rибридная зеркальная антенна S-диапазона волн для РСА в составе Maпoro космическоrо аппарата Антенное устройство космическоrо РСА Sдиапазона, размещаемоrо на борту мало ro космическоrо аппарата, выполнено в виде rибридной зеркальной антенны (rЗА), состоящей из рефлектора и электронноуправляемой решетки из 32 излучателей, расположенной в фокальной плоскости рефлектора вдоль одной из осей зеркала. Pe шетка излучателей может поворачиваться на 900, позволяя реализовать сканирова ние лучом в вертикальной или rоризонтальной плоскостях. rЗА позволяет YCTaHaB ливать луч в заданном секторе yrлов в любое из 25 yrловых положений с yrловым интервалом, равным 0,2 от ширины rлавноrо лепестка диаrpаммы направленности (ДН) по уровню минус 3 дБ, и обеспечивает быстрое перенаuеливание луча в раз личных режимах радиолокационной съемки, в том числе и в прожекторном режиме. rибридная зеркальная антенна имеет следующие расчетные значения пара метров: коэффициент усиления на средней частоте 32 дБ, уrловой сектор сканиро вания 4,50 в выбранной плоскости, ширина ДН по уровню минус 3 дБ составляет 1 О, уровень пересечения парциальных ДН О,] дБ, уровень ближних и дальних бо ковых лепестков ДН не более минус 20 и минус 25 дБ соответственно. 554 
rлава 1.2. Совершенствование аппаратуры радиолокационных комплексов ... Рефлектор rЗА является вырезкой из параболоида с фокусным расстоянием 4 М, имеет шестиrpанный контур с диаметром вписанноrо Kpyra 6 м и представляет собой складывающуюся ферменную конструкцию, на которой закреплена метал лическая сетка. Рефлектор антенны выполнен из сетчатоrо полотна (рис. 12.4). В 2 раскрытом состоянии он имеет площадь раскрыва 32 м , среднеквадратичное OT клонение от поверхности параболоида не более 3 мм. Масса rЗА 86 Kr, из которых 51 Kr составляет масса рефлектора. Общий вид антенны на испытательном стенде в безэховой камере показан на цветной вкладке в конце книrи рис. Ц.8. ,<t- ...."'. ;. .-........ .;...., O(. ; '\ ;;. ", ..' ,' .. _< -'; . '  -' ',.;, > :;:: . .:J8, H',:,,:.:: ,: ;?l:, ;-;:? :. .'-- : . . )1;';:". ',,' . . .........- \ . .... , .  "..J&. . ,;.., . .. i .; . ,"':  ?',.<It ). . .. <: ... t ". ''} <>t . i t 1'. ( . у '. \ ';'-' j' -.. , , .": ,< ,\. , '" !' ... . 1 . .. - .... . '. .. ,\ ;"-'.' . . '1,,'-- ," ' 1". " - '/"'.... .,' '. ... . -'- ...:\".:. ,,', .: <!. t '\ . :!l. ...O( _..5 .  '.' , ,....., ." .... . . , < . +. "' .; . . (, . , :- 1 .:- 0(, У. Рис. 12.4. Рефлектор rибридной зеркальной антенны космическоrо РСА J-1<  >= h  r (1)   9 . >с: I .  м . м := а а &r< t< 32 Излучатель 1 2 3 00  4  5 (1) r= 6  Приемо- 7  передающий 8 тракт РЛС Управление положением луча Рис. 12.5. Функциональная схема переключателя зон обзора 555 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Электронное управление лучом rЗА осуществляется с помощью переключа теля зон обзора, включающеrо восемь полупроводниковых СВЧпереключателей на четыре канала ПР4 и полосковый делитель 1:8 (рис. 12.5). Выходы переключа телей соединены с входами 32 излучателей. Соответствие входов излучателей и выходов переключателей ПР4 показано цифрами 1.. .32. Для формирования каждоrо из лучей к приемопередающему тракту РСА под ключается rруппа из восьми соседних излучателей. Переключатель зон обзора рас.. положен вблизи решетки излучателей и соединен с РСА складывающимся волно.. водным трактом длиной 7,3 м, включающим три вращающихся соединения. В рассмотренной антенне плоскости поляризации на передачу и прием (rr или ВВ) реализуются путем разворота линейки с излучателями. В патенте [172*] предложена модификация схемы облучающеrо устройства с реализацией поляри.. метрических (rr +rB или BB+Br) режимов работы. 12.2.5. rибридная зеркапьная антенна с АФАР-обпучатепем Дальнейшее развитие rибридных зеркальных антенн состоит в использовании в облучателе распределенной системы в виде приемопередающих модулей (ППМ). Такой вариант имеет значительные преимущества перед рассмотренным выше, по скольку исключаются потери при суммировании мощности сосредоточенноrо пе редатчика и при коммутации лучей, возможно более плавное сканирование лучом за счет изменения не только фазовоrо, но и амплитудноrо распределения поля по апертуре облучателя. Поляриметрический режим работы антенны осуществляется путем установки переключателей поляризаций внутри ППМ. Конструкция антенны значительно упрощается, так как устраняется СВЧтракт между передатчиком и входами aHTeHHoro переключателя, уменьшаются общие потери в тракте. Применение rибкоrо управления фазой и амплитудой сиrналов в ППМ (в OT личие от обычных АФАР с управлением только фазой сиrналов) позволяет в такой rибридной зеркальной антенне (АФАРrЗА) корректировать ошибки rеометрии антенны и расширять уrлы сканирования ДНА. В АФАРrЗА высокая направленность достиrается за счет рефлекторов больших размеров, а электронное сканирование луча в пределах единиц rрадусов обеспечивается облучателями в виде антенных решеток. При больших размерах рефлектора такой сектор сканирования может составлять десятки и даже сотни ширин луча, а облучатель должен формировать поле, существенно отличающееся от сферической волны [58, 103, 206*]. Известны два основных типа rибридных зеркальных антенн [103]. В rЗА пер Boro типа возбуждается вся решетка, а на зеркале используется лишь часть поверх ности, формирующая луч, отклоненный в определенном направлении. В rибрид ных антеннах BToporo типа (АФАРrЗА) поверхность рефлектора используется полностью, а формирование отклоненноrо луча обеспечивается за счет возбужде ния определенноrо участка (кластера) на облучающей решетке. При сканировании кластер перемещается, а ero размеры и закон возбуждения  изменяются. В отличие от rЗА первоrо типа rибридные антенны BToporo типа (АФАРrЗА) обладают высоким коэффициентом использования поверхности (КИП) рефлектора, 556 
fлава J2. Совершенствование аппаратуры радиолокационных комплексов ... что определяет их преимущества при создании антенн с дороrостоящими крупно rабаритными раскладными рефлекторами. Однако они требуют применения облу чающих решеток, имеющих управление, как фазами, так и амплитудами сиrналов в каналах. Для этоrо в ППМ, входящих в состав АФАРоблучателя рефлектора, в пере дающем канале применяют СВЧусилители с реrулировкой выходной мощности. Наличие в передающих и приемных каналах ППМ фазовращателей и атrенюаторов позволяет включать нужный кластер и формировать внутри Hero требуемое ампли туднофазовое распределение. При проектировании АФАРrЗА для космическоrо РСА можно применять офсетную конструкцию рефлектора и располаrать полный профиль рефлектора в вертикальной (уrломестной) плоскости, rде требуется максимальный уrол скани рования ДНА, а сечение с вырезкой параболоида  вдоль линии пути, rде уrлы сканирования составляют несколько размеров ДНА. Общий вид АФАРrЗА для двухчастотноrо космическоrо РСА «CMOTPSP» приведен в подразделе 13.5.12. 12.2.6. Активные антенные решетки и их элементы для видеоимпульсных РСА Применение сверхкоротких видеоимпульсных сиrналов (СКВИ) открывает пер спективу создания РЛС HOBoro поколения. Как уже отмечалось, преимущества ви деоимпульсных РСА (ВИРСА) состоят в том, что использование широкоrо спектра зондирующеrо импульса от MeTpoBoro диапазона до диапазонов традиционных РСА позволяет получить новую информацию об объектах, в том числе и под pac тительным покровом. Важными проблемами, которые приходится решать при соз дании антенных устройств дЛЯ ВИРСА, являются выбор типа излучателя, комплек сирование ero в сканирующую антенную решетку и обеспечение управления лучом посредством изменения задержек между излучателями. Применительно к космиче ским РСА задача осложняется тем, что площадь антенны должна обеспечивать oд нозначность передачи сиrнала, а объем aHTeHHoro устройства зависит от протя женности излучателей по нормали к площади антенны [21 *, 247*]. Проведенный анализ возможностей реализации ВИРСА космическоrо бази рования показал, что оптимальный диапазон частот спектра зондирующеrо сиrнала находится в пределах от 160.. .200 до 1300 мrц [272, 427*]. Такой выбор нижней rpаницы спектра позволяет реализовать подповерхностное зондирование, не слиш ком увеличивая размеры антенны ВИРСА. Верхняя rраница включает используе мый в обычных узкополосных РСА Lдиапазон волн (и перспективный Рдиапа зон), что позволит сравнивать результаты широкополосноrо и узкополосноrо зон дирования (радиолокационная спектрозональная съемка), расширяя тем самым ин формацию об объектах наблюдения. Современные полупроводниковые приборы позволяют rенерировать импуль сы длительностью порядка наносекунды и менее. Наряду с высокочастотными co ставляющими спектр видеоимпульса включает и большую часть энерrии в низко частотной области сотен меrаrерц. Блаrодаря таким свойствам видеоимпульсный 557 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования локатор имеет одновременно высокую как разрешающую, так и проникающую способность и является альтернативой мноrочастотному радиолокационному KOM плексу, состоящему из набора узко полосных радиоимпульсных локаторов с раз личными несущими частотами. Это позволяет существенно улучшить информаци онные возможности радиолокационноrо зондирования, в том числе и для систем космическоrо базирования двойноrо назначения. Одним из ключевых элементов видеоимпульсноrо радиолокатора является aH тенное устройство, обеспечивающее излучение и прием скви. Анализ показал, что для реализации потенциальных возможностей такой аппаратуры антенное YCT ройство видеолокатора должно представлять собой мноrоэлементную антенную видеоимпульсную сканирующую решетку. Она позволит обеспечить большой ypo вень излучаемой мощности путем сложения в пространстве скви от мноrих reHe раторов видеоимпульсов (rви), подключаемых к излучателям решетки. Перспек тивой является совмещенная видеоимпульсная решетка, работающая в режимах излучения и приема, аналоrичная классической АФАР. Сверхширокая полоса скви заставляет отказаться от традиционноrо для ра.. диоимпульсных ФАР и АФАР управления сканированием с помощью фазовраща.. телей, устанавливаемых в приемопередающих модулях, а требует замены их на управляемые линии задержки. Излучатели сверхкоротких видеоимпУЛЬСIlЫХ сиZIlШlов. При выборе типа излучателей принимались в расчёт следующие соображения: . максимальная эффективность излучения; . минимальная масса и технолоrичность изrотовления; . наличие научнометодической и алrоритмической базы проектирования излу чателей данноrо типа, приrодной для инженерных разработок. Рассмотрим кратко основные типы антенн, которые MOryT быть применены для создания сканирующей видеорешетки: ТЕМрупоры и их модификации, зер кальные импульсные антенны, пазовые антенны. ТЕм..рупоры. Для работы со CBepXKopOT кими импульсными видеосиrналами приrодна специально разработанная конструкция TEM рупора (рис. 12.6) или ero модификации в виде диполя V формы. Экспериментально подтвер ждено, что излучатель указанной конструкции имеет полосу частот от 200 мrц до 1,6 rrц по критерию коэффициента отражения на BXO де менее 0,1. Эффективная апертура диполя в указанной полосе сохраняется на уровне 0,04 м 2 при физическом размере 0,11 м. Это co ответствует коэффициенту использования по Рис. 12.6. Общий вид ТЕМ..рупора Х О О 36 вер н сти , . Полоса частот ТЕМрупора практически соответствует требованиям их при менения в антеннах дЛЯ ВИРСА. ДЛЯ ero расчета имеется методическая база инже ;,,,' , '\. ,. ..,*'" I ;\ : " .,. " .:: 558 
fлава 1.2. Совершенствование аппаратуры радиолокационных комплексов ... HepHoro проектирования, но в отношении технолоrичности конструкции он YCTY пает рассмотренному далее пазовому излучателю Вивальди. Метод синтеза широкополосноrо проволочноrо вибратора с распределенной резистивной наrрузкой путем вариации ero формы приведен в [495]. Этот вибратор (типа «ножницы») похож на простой Vдиполь, но отличается от Hero криволиней.. ной формой плеч, изоrнутых внутрь. Выбором формы плеч вибратора и закона из менения резистивной наrрузки можно максимизировать ширину полосы частот. Вариант V диполя с резистивной наrpузкой на концах проводов, представ лявшей собой линейно нарастающее сопротивление от 2/3 до 40 Ом на участках от 0,8L w до Lw длинь] проводов вибратора, имеет КУ 5,7 дБ и вариацию КСВН менее + 1,25 дБ на уровне 1,7 в полосе Д/Е(I...18) rrц. Теоретические результаты под тверждены экспериментально на масштабной модели. Измерения КСВН проведе ны с характеристическим импедансом линии возбуждения 330 Ом. Такой тип СШПантенны имеет необходимую величину перекрытия частот рабочеrо диапазона и при соответствующих rабаритах может удовлетворить при веденным выше для видеоимульсных антенных решеток требованиям, но наличие в ero конструкции поrлощающих элементов уменьшает эффективность излучения. Зеркальные антенны. Специально для работы с СКВИсиrналами и потому Ha званные импульсными зеркальными антеннами предложены в [349]. Эти антенны co стоят из возбудителя поперечной электромаrнитной волны (ТЕМвозбудитель), при соединенноrо через наrpузку к краям зеркала. ТЕМвозбудитель подобен описанному выше Vдиполю, плечами KOToporo являются проводники конической формы, возбуж даемые в вершинах конусов. Наrрузка в местах соединения ТЕМвозбудителя с зерка лом выбирается так, чтобы обеспечить режим беryщей волны для reHepaTopa. В зеркальных антеннах достиrнута величина перекрытия частот q == /н / /L == 80 , что даже превышает предъявляемые к ним требования, но по критериям сложности конструкции и отсутствию методики проектирования эти антенны уступают пазо вым излучателям Вивальди. Пазовые антенны. Пазовые антенны (ПА) относятся к классу антенн беrу щей волнь] и в печатном исполнении представляют собой расширяющуюся щель той или иной формы в тонком листе проводника на подложке из диэлектрика или без Hero при конечной толщине металла. Возбуждение излучателя осуществляется в узкой части щели. Для сокращения продольной длины антенны ее узкая часть может заканчиваться плоским резонатором, обычно круrлой формы. Исследованы ПА с различной формой щели  линейно расширяющейся, pac ширяющейся экспоненциально или комбинированной (рис. 12.7). Антенны этоrо типа про анализированы как приближенно путем замень] непрерывно изменяющей ся ширины щели совокупностью ступенчатых отрезков постоянной ширины [356], так и строrими методами [355]. Экспериментально установлено, что минимальную ширину ДН имеет антенна с постоянной шириной щели, а максимальную  с экспоненциальной щелью, OДHa ко этот эффект заметным образом проявляется при длине антенны L в несколько длин волн. Основное оrраничение накладывается на максимальную ширину щели 559 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования W, определяющую нижнюю rраничную частоту fL. Эти величины связаны прибли женным соотношениемfL (rrц) == 18/Н (см) в свободном пространстве. ,.. w I 11 . , lJf Щель I а) w L .... .... ..... ..  ""'" I  L . '\ .. , w  .... .... ... I .  L в) Рис. 12.7. Вид различных вариантов пазовых антенн 6) Особенностью антенн этоrо типа является продольный характер излучения  вдоль оси симметрии щели, в сторону ее расширения. В антенне распространяется беrущая волна типа поверхностной с фазовой скоростью V ф , меньшей скорости света в вакууме. При протяженности щели несколько длин волн в воздухе пазовая антенна может формировать ДН с шириной около 150 по уровню минус 3 дБ и KO эффициентом усиления до 17 дБ. Укорочением длины антенны можно расширить её дн, но при этом соrласование антенны несколько усложняется. Плоская конструкция излучающеrо элемента позволяет удобным образом ин теrрировать ero с цепями возбуждения на одной подложке и допускает близкое расположение подобных элементов в антенных решетках, позволяя уменьшить уровень боковых лепестков. Кроме Toro, несмотря на плоскую rеометрию, пазовые антенны MorYT в принципе обеспечивать дн равной ширины как в E (параллель ной плоскости щели), так и в Нплоскости. Ширина полосы рабочих частот пазовых антенн может превышать 23 октавы. Входной импеданс Zant антенн на тонких подложках наиболее обстоятельно исследован теоретически и экспериментально для антенн с линейно расширяю щейся щелью. Для уrлов раствора щели (5.. .15)0 он равен около 80 Ом, слабо из меняясь в рабочей полосе частот. При длине антенны более четырех длин волн Be личина Zant слабо зависит и от формы щели, что является еще одним достоинством пазовых антенн. Приведенная величина Zant позволяет сравнительно просто соrла совать ПА с 50омными фидерными трактами в следующей конструкции  две aH 560 
fлава 1.2. Совершенствование аппаратуры радиолокационных комплексов ... тенны располаrаются параллельно диэлектрическими подложками внутрь и возбу.. ждаются полосковой линией с соrласующим короткозамкнутым или разомкнутым шлейфом, размещаемыми между подложками поперек узкой части щели. Для уменьшения продольноrо размера пазовой антенны короткозамкнутую часть щели заменяют резонатором обычно круrовой формы по одну сторону от точки возбуждения. Реактивный импеданс TaKoro резонатора при определенном выборе ero размера в значительной мере компенсирует реактивный входной импе дан с антенны. Экспериментально было установлено, что периметр резонатора, при котором наблюдается наилучшее соrласование антенны с фидерным трактом, очень близок к длине излучающей части щели. При этом условии импульс напря жения, отражающийся от короткозамкнутой части резонатора и изменяющий свою полярность на противоположную, компенсируется в точке питания отраженным от разомкнутой части щели импульсом, не изменяющим своей полярности. Антенны данноrо типа "редставляются наиболее приемлемыми в качестве aH тенных элементов бортовых антенных устройств дЛЯ ВИРСА по причине как Tex нолоrичности их конструкции, отсутствию в их составе поrлощающих элементов, так и наличию методов их расчета. Именно такие излучатели были наиболее об стоятельно исследованы теоретически и экспериментально, а также проверены в составе макета видеоимпульсной сканирующей антенной решетки. Передающий канм видеоимпульсной сканирующей антенной решетки. Кратко рассмотрим построение передающеrо и приемноrо каналов видеоимпульс ной сканирующей антенной решетки с аналоrовым управлением задержкой видео импульсов. На рис. 12.8 "редставлена структурная схема передающей видеоим пульсной антенны. Сиrнал reHepaTopa импульсов запуска (rиз) с помощью развет вителя сиrнала запуска (Р) делится по числу п излучателей (каналов) антенной pe шетки. В каждом канале решетки импульс запуска задерживается на требуемую величину с помощью управляемоrо устройства дискретных задержек (УДЗ). За держанные сиrналы подаются на входы reHepaTopoB видеоимпульсов (rви), BЫXO дЫ которых подключены к антенным излучателям. Установка требуемых величин задержек в каналах решетки в зависимости от заданноrо направления луча и выдача их устройствам дискретных задержек произ водится проrраммируемым устройством управления ПУУ. reHepaTop импульсов запуска, разветвитель, устройства дискретных задержек и проrраммируемое устройство управления составляют основные элементы систе мы управления лучом СУП передающей видеоимпульсной сканирующей антенной решетки. Передающие видеоимпульсные антенны, как и АФАР, в зависимости от Ha значения MorYT иметь от десяти до нескольких тысяч каналов. Требуемый сектор обзора может быть двумерным и достиrать в одном измерении более 1000. Если требуется иметь узкую диаrрамму направленности в широком двумерном секторе обзора, то число требуемых дискретных положений ДН в этом секторе может co ставлять несколько десятков тысяч. 561 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования r......................i "I I I и I Р} УД3} I rви} I I и rиз Р 2 YД , rВИ 2 I I I . . I . . . I . . . . I I и Р п УДЗ п I rвИ п I I I I пуу I I СУП I I """""1 Рис. 12.8. Структурная схема передающей активной видеорешетки: rиз  reHepaTOp импульсов запуска; Р  разветвитель 1 хп; У дз  устройство дискретных задержек; пуу  проrраммируемое устройство управления; rви  reHepaTOp видеоимпульсов; И  излучатель; су л  систе ма управления лучом Приёмный канм видеоимпульсной сканирующей антенной решетки. Принципиально в видеоимпульсной антенне можно использовать аналоrовые элек тронные, оптоэлектронные, а также цифровые устройства задержки с синхронным суммированием сиrналов для управления направлением приема отраженных сиr налов. Рассмотрим оптоэлектронный вариант как наиболее перспективный для реализации. Структурная схема такой антенны приведена на рис. 12.9. Сиrналы, принимаемые излучателями каналов решетки, усиливаются малошумящими уси лителями (МШУ). Сиrнал на выходе МШУ в каждом канале решётки преобразует ся из радиодиапазона длин волн в оптический диапазон сверхширокополосными передающими оптическими модулями (ПОМ). Задержки создаются в результате распространения cBeToBoro потока, модулированноrо радиосиrналом, через опти чес кую линию устройства дискретных задержек (ОУДЗ). Далее оптические сиrна лы суммируются с заданными временными задержками (модуль ОС) и преобразу ются из оптическоrо в радиодиапазон сверхширокополосным приемным оптиче ским модулем (ПрОМ). Для исключения потерь в элементах СУ Л (ПО М и ПрО М) желательно в этих элементах про изводить усиление сиrнала на 10.. .20 дБ в каждом канале. Шумовые 562 
fлава 1.2. Совершенствование аппаратуры радиолокационных комплексов ... характеристики элементов СУП (в частности, ПОМ и ПрО М) не должны ухудшать чувствительность приемной антенны в целом. Примером оптоэлектронноrо устройства дискретных задержек (ОУД3) может служить проrpаммируемое интеrpальнооптическое устройство задержек, разрабо танное, в частности, и для применения в составе антенных решеток. Оно является 8 разрядным и, следовательно, возможное количество значений задержки равно 256. В каждом из разрядов оптический модулированный сиrнал направляется бинарным переключателем по одному из двух интеrpальнооптических фидеров. Длины фиде ров выполняются различными, так что на выходе разряда образуется одна из задан ных временных задержек. Дискрет задержки может составлять от 1 до 8,8 пс, что co ответствует максимальному значению задержки 2245 пс. Оптические потери на pa бочей длине волны 1,55 мкм не превосходят 10 дБ. Напряжение питания составляет 5 В, мощность потребления не превышает 2 Вт. Рабочая температура от минус 40 до 3 85 ос. rабариты не превосходят 1 О см , масса составляет не более 0,1 Kr. На основе существующих элементов может быть создана СУЛ приемноrо Ka нала видеоимпульсной антенны с шириной полосы сиrнала до нескольких rrц, KO личеством каналов до нескольких десятков, числом независимых лучей в секторе обзора до тысячи. При этом должна обеспечиваться точность задания задержек до нескольких десятков пикосекунд в диапазоне до нескольких десятков наносекунд при времени переключения лучей около 1 мс. r.'........''....'....''.'.'.... пуу / И оудз] ПОМ} мшу} / И ПрОМ ОС ОУДЗ 2 ПОМ 2 I МШУ2 п х 1 . . . . . . . . . . . . и су л ОУДЗ п ПОМп ! МIIIY IJ I ...............................J Рис. 12.9. Структурная схема приемноrо канала видеоимпульсной антенны с оптоэлектронным управлением лучом Для эффективной работы СУ Л с большим числом каналов, разнесенных по апертуре больших размеров, должен быть устранен разброс значений задержек сиrналов в каналах антенны до их суммирования. Кроме Toro, при эксплуатации антенны задержки сиrналов в активных и пассивных элементах MorYT меняться из за температурных, механических и друrих факторов. Разброс задержек может KOM 563 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования пенсироваться как дополнительными электронными или оптическими настроеч ными устройствами, так и основными УД3 СУЛ. В последнем случае в УД3, кроме разрядов, обеспечивающих сканирование луча, MorYT потребоваться дополнитель ные разряды для настройки и стабилизации задержек при эксплуатации; СУ Л MO жет дополнительно содержать устройства измерения задержек в каналах. 12.2.7. Перспективы развития антенных систем для РСА космическоrо базирования Анализируя тенденции развития систем радиолокационноrо землеобзора космиче cKoro базирования, можно сделать вывод о приоритетных направлениях в COBep шенствовании антенной техники. Антеннь] РСА должны обеспечивать поляримет рическое зондирование с широкими уrлами электронноrо сканирования для повы шения оперативности наблюдения. Должны рассматриваться конструктивные pe шения, приrодные для размещения на малых космических аппаратах и «микро спутниках», а также в мноrочастотных радиолокационных комплексах, исполь.. зующих зондирование как в коротковолновой части СВЧдиапазона волн (Х и С), так и в дециметровых диапазонах волн (8, L иР). Совершенствование антенной техники базируется на рассмотренных в rл. 13 технических решениях, реализованных в действующей аппаратуре и проектных проработках. Основными перспективными направлениями в развитии антенных уст.. ройств для РСА следует считать: . создание и совершенствование поляриметрических мноrосекционных актив ных фазированных антенных решеток с цифровым выходом сиrнала, одночас тотных и совмещенных мноrочастотных; . создание и совершенствование леrких, компактных в размещении на КА rиб ридных зеркальных антенн с излучателями типа АФАР дЛЯ раБОТЬJ в составе малых космических аппаратов. Так же, как и дЛЯ АФАР, должны предусмат риваться поляриметрическое зондирование, мноrочастотность, цифровой BЫ ход сиrнала; . совершенствование комплектующих элементов АФАР  приемопередающих модулей, источников питания, процессоров управления, СВЧ распредели тельных систем, в том числе и с применением оптоэлектронных устройств; . разработку видеоимпульсных антенных решеток для видеоимпульсных РСА космическоrо базирования. В качестве прототипов по мноzочастотным АФАР MOZym рассматри.. ваться: . технические решения, реализованные в трехчастотном бортовом комплексе SIRC/XSAR мноrоразовоrо космическоrо корабля Space Shuttle, в котором 2 на раме размером 10х3 м размещены независимо три антенны  АФАР c и Lдиапазонов волн и щелевая антенна Хдиапазона волн [521]. Такое KOHCT руктивное решение облеrчает отработку антенны, ее модификацию, замену вышедших из строя элементов при подrотовке аппаратуры к очередному за пуску на орбиту. Уникальный вариант модификации антенной системы с yc 564 
fлава 12. Совершенствование аппаратуры радиолокационных комплексов ... тановкой приемных антенн x и Сдиапазонов на выдвижной 60метровой штанrе для проведения топоrрафической съемки  проrрамма SRTM [521], повидимому, сложен в повторении и может быть успешно заменен тандемом спутников на близких орбитах [276, 317]; . проектные проработки АФАР Хдиапазона волн (см. подраздел 12.2.2), а TaK же совмещенной антенны дециметровых L и Рдиапазонов волн дЛЯ БРЛК «СпинарIДМ» космическоrо аппарата «ApKOH2» (см. подраздел 12.2.3). Технический задел по rибридным зеркальным антеннам базируется на rЗА с электронноуправляемой решеткой облучателей РСА дЛЯ малоrо КА «КондорЭ», а также на проработках АФАРrЗА для низкоорбитальных и высокоорбитальных РСА [103, 173*]. 12.3. reHepaTopbI частот и сиrналов для космических РСА к reHepaTopaM опорных частот и сиrналов, используемым в космических РСА, предъявляются жесткие требования по стабильностям частот, что обеспечивает по вторяемость материалов радиолокационной съемки для их интерферометрической обработки. Для получения высокой разрешающей способности по дальности в дo ли метра требуются сиrналы с шириной спектра излучения до 200...500 мrц. Tpe буемый энерrетический потенциал достиrается применением широкополосных сиrналов с длительностью порядка 20.. .40 мкс, которая зависит от выбранноrо пе риода повторения зондирующих импульсов (200...700 мкс В зависимости от rори зонтальноrо размера антенны) и допустимой для выходных импульсных транзи сторов скважности работы (обычно > 1 О). Как уже отмечалось, в космических РСА используют зондирующие сиrналы преимущественно с линейной частотной MOДY ляцией (ЛЧМ). ДЛЯ исключения появления в импульсном отклике РСА ложных боковых лепестков при коэффициенте сжатия сиrналов по времени '"" 1 0000 необ ходимо, чтобы фазовые искажения в законе ЛЧМмодуляции не превышали еди ниц rрадусов и обеспечивался низкий уровень шумов в паузе между импульсами [243*, 244*, 305, 440*]. Экономное расходование электроэнерrии солнечных батарей и емкости бу ферноrо аккумулятора требует изменения мощности излучения при съемке на больших и малых дальностях в пределах полосы обзора. Это достиrается измене нием скважности излучения путем изменения длительности зондирующеrо им пульса. Полоса сиrнала при этом не меняется, что требует формирования импульса с друrой крутизной изменения ЛЧМ. Предусматривается широкая номенклатура rенерируемых сиrналов, нужных не только для разных режимов съемки, но и для применения методов подавления помех неоднозначности сиrналов, рассмотренных в rл. 8. Так, например, формируются зондирующие сиrналы с манипуляцией начальной фазы [O, + ;r] по псевдослучайной последовательности с возрастающим и ниспадающим законами изменения ЛЧМ Изменение частот и параметров сиrналов (длительность импульса, закон ЛЧМ, фаза излучения, частота повторения и др.) достиrается путем цифровоrо управления синтезатором частот и сиrналов по проrрамме или по уточненным бал листическим данным, получаемым от бортовоrо компьютера КА. 565 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования в [243*] описан синтезатор частот и широкополосных ЛЧМсиrналов Sдиа пазона, входящий в состав РЛС с синтезированной апертурой для обзора земной по верхности. Синтезатор построен на основе быстродействующих микросхем ПЗУ, ПЛИС, ЦАП импортноrо производства и умножителей частоты. Разрабатываются и отечественные микросхемы  цифровые вычислительные синтезаторы (ЦВС), KBaд ратурные модуляторы (КМ) и схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с аналоrичными параметрами. В связи с появлением новых микросхем ЦВС со встроенными в них 1 О. . . 14 разрядными цифроаналоrовыми преобразователями (ЦАП), квадратурными MOДY ляторами, Sдиапазона волн [121 *,122*], а также малоrабаритными керамическими полосовыми фильтрами (ПФ) СВЧдиапазона [524] возникают и новые возможно сти разработки синтезаторов частот и широкополосных сиrналов с улучшенными электрическими и массоrабаритными характеристиками. Имеются данные о BЫ пуске ЦВС с тактовой частотой до 2 rrц [122*]. Используя эту элементную базу, можно относительно просто синтезировать квадратурные сиrналы на видеочастотах в полосах о.. .120 мrц (AD9854), о. . .160 мrц (AD9952 при использовании предусмотренной в ней возможности синхронной работы двух таких микросхем) и до 400 Mru (AD9858 без квадратур). Наиболее простым способом получения широкополосных ЛЧМсиrналов с девиа цией частоты до + 160 мrц без ее умножения является их квадратурный синтез на видеочастоте и последующий перенос на несущую частоту. На рис. 12.10 приведена структурная схема синтезатора частот и широко-- полосных ЛЧМ..сиzналов S..диаnазона волн [244*] на основе ЦВС типа AD9854, КМ типа STQ3016 и ПЛИС типа EPFI0K30E, который обеспечивает: . синтез малошумящих, спектрально чистых, rетеродинных СВЧ и промежу точной чаСТОТЬJ непрерывных колебаний для приемноrо устройства РЛС; . синтез ЛЧМсиrналов для передающеrо устройства с возможностью управле ния девиацией частоты (до + 100 мrц), начальной фазой, знаком скорости из менения частоты в ЛЧМимпульсе и ero длительностью. Управление парам:страми ЛЧМсиrнала 1 ... I ..... о tIi: CQ::S::".......... f--o ::с U ) (1) :s: о   o..ro f--o о..  Ut::""--'" >>. 1.... I ..... ФНЧ 1... I ... >=:;: :о о.. ::с о o..f--o,,",,"", >.tIi:"'"    >.t.J' o..t--f' t:f'"'l.""--'" ro о CQ :Е :::G  ПФ .... .... [> ...  j,,:J.: 4f:{ 1.... I ..... u  1.... I ..... ФНЧ 1.... I ...... j J  х N 1  xN 2 /п... .. .freT ..... ... .... rK Рис. 12.10. Структурная схема синтезатора частот и широкополосных ЛЧМсиrналов Sдиапазона волн [244*]: rK  reHepaTop кварцевый; ЦБС  цифровой вычислительный синтезатор; ФНЧ  фильтр нижних частот; ПФ  полосовой фильтр 566 
rлава 1.2. Совершенствование аппаратуры радиолокационных комплексов ... Отметим, что характеристики полосовоrо фильтра оказывают существенное влияние на формируемые ЛЧМсиrналы. Испытания синтезатора показали, что OT клонения от линейности ФЧХ керамическоrо СВЧфильтра не превышают + 50 в полосе ero пропускания (более 200 мrц). Также мала связанная с этим параметром зависимость rpупповоrо времени запаздывания от частоты в той же полосе. При проектировании синтезатора необходимо учитывать достижимые уровни подавления несущеrо колебания и боковых полос в квадратурном модуляторе. В работе [452] приведено выражение, позволяющее оценить допустимые отклонения от квадратур ('If) и разбаланс амплитуд (G) на входах КМ при заданном подавлении боковых полос (SBS  sideband suppression) в децибелах: (1 + G 2 )( 1  loSBSjl0) lf/ 2 . G ( 1 + 1 OSBSjl О ) . Рассчитанные в COOTBeTCT вии с (12.1) зависимости по казывают, что, например, дЛЯ SBS == 50 дЕ разбаланс ампли туд и фаз в полосе сиrнала и в условиях эксплуатации не дол жен превышать 0,04 дЕ и 0,25 соответственно. Это при водит к необходимости обеспечения: 1) максимальной идентич ности электрических и KOHCT руктивных характеристик ФНЧ, включенных на выходе цвс; Cente 3.150" GHz -Res E'w 16 kHz 2) возможности балансиров ки схем перемножителей в КМ; 3) возможности управле ния амплитудой и фазовым сдвиrом квадратурных колеба ний на выходе ЦВС; 4) термостабилизации КМ при работе ЦВС в широком ин тервале температур. На рис. 12.] 1 и 12.12 при ведены измеренные характери стики сформированноrо синте затором частот широкополосно ro ЛЧМсиrнала и rетеродин ных СВЧколебаний. В качестве средств измерений использова.. лись анализатор спектра типа (12.1 ) : AglJent .I:':!: '. ::. '", LHM Ref 4З.З dBm -Atten 0 dB tNorm f  """"'"7""''''''''T'"'''''''r''''' '' f' .. ...: log  . J ': . . I I r'i\"!-:,r 'р', . .! t I I I 11 '. щ' '  19Av , Wl t""'f: 53 Fr; А f 1, t(f): FТun $wp VBW 16 kHz Span 200 NHz Sweep 942.1 ms (5000 Pts) Рис. 12.11. Форма спектра ЛЧМрадиоимпульса (ширина спектра 200 мrц; масштаб по оси ординат 1 дБ в клетке rрафика; теоретический спектр для наrлядности при поднят над экспериментальным) .-5 О 60 ::r  70    .80 а 90   100 u .110 . 120 0,01 [ и.... " ..... h 1"  ]о--. ." .....  ... 0,1 1 Отстройка от несущей частоты, Kru 10 Рис. 12.12. Спектральная плотность мошности шума (СПМШ) колебаний СВЧrетеродина 567 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Е4440А, измеритель параметров цепей типа Е8362В фирмы Agilent Technologies и измеритель фазовых флуктуаций ИФ5901СА. На рис. 12.11 показан спектр радио импульсноrо сиrнала при длительности импульса 5 мкс, периоде повторения 100 мкс С несущей частотой fo == 3150 мrц и полосой 200 мrц. Неравномерность амплитуды сиrнала не превышает 1 дЕ. На рис. 12.12 по казана спектральная плотность мощности шума (СПМШ) коле баний СВЧrетеродина, уровень KOToporo не превышает минус 70 дЕ относительно максимума со снижением до минус 115 дЕ при расстройке на 2 кrц. Требования, предъявляемые к характеристикам зондирующих сиrналов, удовлетворяются. 12.4. Характеристики транзисторных усилителей мощности, работающих в импульсном режиме В последние rоды значительно возрос интерес к разработке импульсных транзи сторных усилителей мощности (импульсных ТУМ), предназначенных для работы в усилительных трактах передаюших устройств (ПР ДУ) импульсных коrерентных РЛС. Разработка полностью твердотельных передатчиков РЛС стала возможной блаrодаря серийному выпуску мощных СВЧтранзисторов, работающих в им пульсном режиме. Дальнейшее развитие этой техники привело к созданию транзи сторов, имеющих в Рдиапазоне волн импульсную мощность отдельноrо транзи стора порядка 500...1000 Вт и более: в Lдиапазоне  300.. .370 Вт, в Sдиапазоне  более 100 Вт. Это позволило создавать импульсные ТУМ с разумным числом TpaH зисторов в выходном каскаде [123*], а в случае РСА с АФАР  разрабатывать приемопередающие модули для запитки элементов антеннь] с минимальными Mac сой и rабаритами. Достиrнут значительный проrресс в разработке устройств сложенияделения мощности (СДМ), в частности, увеличено число каналов этих устройств и снижены потери. Это стало возможным как блаrодаря совершенствованию классических СДМ бинарноrо типа (удалось расширить диапазон компенсации отраженных волн на выходах делителя), так и в связи с созданием новых типов СДМ, среди которых отметим, прежде Bcero, радиальные СДМ [286, 448, 457]. В таких устройствах при числе каналов 16110 потери не превышают 0,2.. .0,23 дБ в L и Sдиапазонах, что невозможно получить ни на каких друrих типах сумматоров. Хорошим примером одной из последних разработок радиальных сумматоров являются устройства, xa рактеристики которых приведены в [309]. Радиальный сумматор диапазона 1,2...1,4 rrц, используемый в локаторе системы контроля за дорожным движени ем, имеет 32 входа и рассчитан на выходную мощность 50 кВт, потери не превы шают 0,15 дЕ. 16канальный сумматор в диапазоне волн 44 rrц имеет выходную мощность 25 Вт и потери 0,5 дЕ. Совершенствуются конструкторские решения и технолоrии изrотовления им пульсных ТУМ. Сочетание тонкопленочной и толстопленочной технолоrий мик рополосковых линий на керамических материалах с узлами на орrанических ди электриках привело к уменьшению массы и rабаритов импульсных ТУМ и повы сило их надежность [457]. 568 
fлава 1.2. Совершенствование аппаратуры радиолокационных комплексов ... В качестве примера передающеrо устройства со сложением мощностей pac смотрим разработанное в ОАО «Концерн «Bera» полупроводниковое передающее устройство Sдиапазона для установки на малом космическом аппарате в составе радиолокационной станции [123*, 440*]. Выходная импульсная мощность более 3 кВт при средней мощности 200 Вт получена путем сложения мощности 16 усилительных модулей. Основной задачей при проектировании ПР ДУ было достижение указанной мощности в полосе сиrна ла, составляющей 7 % от несущей частоты, при высоких КПД и надежности и при емлемых массоrабаритных параметрах. В состав ПР ДУ входят формирователь час тот и сиrналов (ФЧС), предварительный усилитель мощности (ПУМ) и выходной каскад (ВК) с источниками их питания. Усиление зондирующеrо сиrнала от ФЧС обеспечивает ПУМ, в котором для повышения надежности применяется резервирование, и выходной каскад, выпол ненный на основе схемы сложения мощностей 16 усилительных модулей. У сили тельный модуль обеспечивает импульсную мощность более 300 Вт при средней мощности более 15 Вт. Структурная схема усилительноrо модуля показана на рис. 12.13. В выходном каскаде модуля в качестве активных элементов используются транзисторы PH313565M фирмы M/ACOM, выходная мощность которых в реальной схеме превышает 80 Вт при КПД более 40 %. РН3135..65М РН3135..20М РН3135..65М ДМ4 . . . Выход 320 Вт СМ4 РН3135..65М. Рис. 12.13. Структурная схема усилительноrо модуля: ДМ  делитель мощности; СМ  сумматор мощности В выходном каскаде усилительноrо модуля складывается мощность четырех усилителей на транзисторах PH313565M. При разработке усилительноrо модуля с целью получения КПД более 28 % сумматор мощности CM4 был выполнен на ди электрике с малыми потерями типа ФАФ4Д. Потери при суммировании не ТIpe вышают 0,3 дБ. В качестве мощных развязывающих устройств применен специ ально разработанный вентиль с активными потерями менее 0,5 дБ. для ВК построены 16канальные сумматор и делитель мощности (CM16 и ДM 16) на основе синфазных четвертьволновых мостов, в которых были использованы симметричные полосковые линии с воздушным заполнением, что позволяет полу чить достаточно малые омические потери  менее 0,2 дБ. Поскольку выходная мощ ность модулей достаточно велика, развязывающие резисторы в сумматорах не ис пользуются, а балластные наrpузки вентилей рассчитаны с учетом перераспределе ния мощностей в сумматоре при отказах (отключениях) суммируемых модулей ВК. Общий КПД ПР ДУ обеспечивается КПД усилительных модулей, сумматора мощности и источника питания ВК. Заданная надежность ВК получена блаrодаря 569 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования использованию избыточноrо числа модулей, мощность которых складывается. С той же целью источники питания ВК выполнены на основе 16 модулей питания, каждый из которых питает свой усилительный модуль. В них применены модули производства компании «3лектронинвест» с реальным КПД 82...88 % при токе Ha rрузки до 2,8 А и выходном напряжении 36 В. При боры ФЧС, ПУМ и модули ВК передающеrо устройства установлены на панелях с отводом тепла через боковые поверхности. Выходной тракт выполнен на волноводе сечением 72х 1 О мм. Для защиты ПР ДУ от рассоrласования в антенном тракте используется волноводный циркулятор, установленный непосредственно перед антенной (в состав ПРДУ не входит). Полученные в процесс е испытаний оrибающие и спектры выходноrо радио импульса ПРДУ при различных девиациях приведены на рис. 12.1412.16. SJ.O.HM;; .  .....  "'--  ....... . J  10rdNdiv  еjЮ ,rI  " Aв\k!ffi pv . j .;.1 r  (,(, tCitt..n:l f.fj ,...... . .. ...... ... .. 9 )... i[ 111111 ШI ,"" I i, 'HI  "j ' ,!f l ll 1- 1 11'1' 11 \ f; 11)1 JII т 11 :::: II I I ' II 'i 111 Ili I '/! 1111 1111111 I111I · " 1 1 1 I11 i 11 11111 '. !I 11 . " 1 1 11 11 liil Ihl flПi1111 111/ "'111 , I I i I i I I .. . '.Ii !!112.00jl,di>1 ..1:jt. 9.4100QOjI,.3 ..121 yj з 032 V :fj ,t Фt ,.. .. РIJ IIJ.. ," '" I!IШII 1111 rm н t'1' 1"" I >А, а) б) Рис. 12.14. Оrибающая (а) и спектр (6) выходноrо радиоимпульса ПРДУ при девиации 30 мrц 50 О .oM Of\ 10l1iV/dN 1It ................................ ""'-................... .....,.,./.......... ...../'" . . . с." БIII J:\JlIk!frt " .z1!' fm -rt ffltl!:'1I 21;1 '. .... 'Ь' 1> '1l" . 11  , t I I I ,. , .. , : 1 ИР !' '! 1 · " " I  I I I n '11[li 1 , '111' " .', ' II ' I I I ,: 1:, ' ." I  1.111 '1' . 11 : f<1' 1 ' 11.1111 l' J IIIIIIIII > ..,'f':1  ,\1  I II "1 M: 1 li IB"II "\ 1111 111 ,l l l lшlllll1l 11 1 ' l ' 1 II ' III  III  ,1, 111111 1I 111' 1111 I I1 ,IIIIIIIIIНI,.IШII '111111 1111 ! 11111111111 11111111:1::111 11]11   ш 1 / t. t'f РОI' ,. 100 Ш: BIJ 1.#)1) '"' "6 1 f! () L ' t..,'9' ......I'r. . с', н 200jJз/dv \ 1 З410000JJ3 i 1. Т 3.ОЗ2V а) б) Рис. 12.15. Оrибающая (а) и спектр (6) выходноrо радиоимпульса ПРДУ при девиации 200 мrц Измеренная зависимость фазы, вносимой трактом усиления ПР ДУ в rармони ческий сиrнал (наклонная прямая линия) на центральной частоте 3 150 мrц, пока зана на рис. 12.16, а. На рис. 12.16, б показан rармонический состав сиrнала на BЫ 570 
rлава 1.2. Совершенствование аппаратуры радиолокационных комплексов ... ходе ПРДУ. Отметим, что rармоники спектра на выходе прибора ФЧС на дальних отстройках практически подавляются на выходе ПРДУ (кроме второй rармоники). Вторая rармоника сиrнала на выходе ПРДУ находится на уровне минус 55,6 дБ, а после циркулятора уровень второй rармоники снижается до минус 61 дБ. (1,1 './: Пlе Aljilent ."  еР 8fl1' tPV Ref 16 d8m Рва\;  L09 1 10  <lBt'  \- .Atten 28 dB kr Н z 61.2З dBm I '!- I I . I =t=tt=t=t=ti=tl= Й\ I I 1 I I I -) "..2::_-""I ....:: '1'"'-"'''1'--''''.' r....... 'i""'''' I' ( r\ \ --.'-- --+'I1l.. -a'--I 't. 1--+--1- 1- I--t--.. "'1 -- 1 I 1-', -1-- __ 1---1 --1-- I .t1- -1-+'1----1---1 -. +"1-+' ,... '+-. -1' -/ , - I i ......_,,..-i I I ' i  "'-..... ! I " .." .. "1 --... ... .. IШ '--'Т ..__.м... ---."" --Т...." I I I f i "';, I .... 'r'"' . T.-,..,...t..-- ..t-"T' .. !'"' 1 .,. I ....1..... ... .. .t-- --" ----i,,--- '."i" I .." ,...., ".,А j I I I Irr .' .!JQIit JD IllIi_ ..:t::J. 1If. 1 .,м--  .i r l l r U  If R8W ; 1.800000000 МНz I ; L9Av '   I d . .. --. AA   L _о, .-.- -..fu. . '.х_____"... .  .....-J ..,.... """"'_.......  ""! СШ: !' . . Ни" i SWP r i  Stilrt itj"j:jHz.----..----. .Res ВН 1 IHz . VBW 1 fHz Slo-р---i0.0IJ GHz' 'SItt'P 1 s (601 Pts) а) б) Рис. 12.16. Фазовая ошибка (а) тракта усиления ПРДУ на частоте 3150 Mru и rармонический состав выходноrо сиrнала (6) после циркулятора Измеренное значение начальных токов транзисторов РН3 1 3565M составило в среднем не более 4 мкА, что обеспечило без специальных схем подавления шумов ПР ДУ в паузе между импульсами значение спектральной плотности шумов в рабо чей полосе частот ниже минус 200 дБ/Вт. rц. Выходная средняя мощность 200 Вт rарантируется при отказах трех из шестнадцати модулей ВК, реrулировка средней мощности осуществляется изменением скважности сиrнала. Фазовременные характеристики усwzителЬНblХ трактов. Основной особен ностью работы транзистора в режиме усиления радиоимпульсов является сущест венное изменение температуры кристалла транзистора от начала к концу импульса. Типичные величины постоянной времени разоrpева кристалла транзистора с BЫXOД ной мощностью десяткисотни вал составляют десяткисотни микросекунд. Как по казан о в [496], переходные тепловые эффекты в полевом транзисторе при работе в линейном режиме в системах связи с частотами модуляции 0,1. . .1,0 мrц приводят к заметным амплитудным искажениям выходноrо сиrнала, фазовые искажения при этом MorYT быть незначительными. Рассмотренная в [122*] задача, решаемая при разработке усилителей импульс Horo СВЧсиrнала, в отличие от задачи линеаризации усилителей [496] состоит в обеспечении минимальных изменений амплитуды выходноrо сиrнала и минималь Horo отклонения временной зависимости фазы от линейной в течение импульса. Типичная длительность радиоимпульса радиолокатора может составлять 1 о. . . 1000 МКС при скважности более 1 О (в ряде случаев скважность может YMeHЬ шаться до 2...3). В этом случае существенное изменение температуры кристалла транзистора приводит к изменению параметров усилителя. Как показали измере ния, изменение фазы в течение радиоимпульса пренебрежимо мало (менее 1 О). В то 571 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования же время изменение амплитудь] выходноrо радио импульса превышает 23 % или 1 дБ, что в целом подтверждает выводы [496]. Перевод усилителя в режим насыщения существенно улучшает форму оrи бающей радиоимпульса, изменение мощности не превышает 1 О % или 0,5 дБ. Аб солютное изменение фазы выходноrо сиrнала усилителя составляет почти 250, а отклонение от линейноrо закона  более 100 на один каскад, что в большинстве случаев является предельной величиной для усилителей ЛЧМсиrнала. Очевидно, что в мноrокаскадном усилителе величина отклонения фазы от линейноrо закона существенно возрастет. Хорошим компромиссом в данном случае является использование транзистора в режиме, близком к критическому, с системой автоматической реrулировки мощно сти в течение радиоимпульса. Ее применение снижает неравномерность вершинь] оrибающей с 1 О до 4 %. Абсолютное изменение фазы не превышает 40, что хорошо соrласуется с данными о малых искажениях модулированноrо по амплитуде сиrнала в таком усилителе. Отклонение фазы от линейноrо закона не превышает 1 о, что по зволяет проrнозировать малые искажения и в мноrокаскадном усилителе. Использование автоматической реrулировки мощности позволяет просто осуществить стабилизацию выходной мощности каскадов и в линейном режиме при неполном использовании транзистора по мощности. Основным недостатком TaKoro решения может показаться малый КПД усилителя. Действительно, сниже ние КПД пропорционально коэффициенту использования транзистора по напряже нию. В то же время, использование TaKoro режима в предварительных каскадах усилителей оправдано при работе транзистора выходноrо каскада в режиме Hacы щения. В этом случае основные искажения сиrнала будут сконцентрировань] в BЬ] ходном каскаде, а суммарные искажения будут минимальны. Искажения сиrнала в усилителях радиоимпульсов на биполярных транзисто рах подробно исследовань] в [309], rде показано, что фазовые искажения в ЛЧМ сиrналах в таких усилителях определяются параметрами модуляции. В принципе требуемые фазовые характеристики для каждоrо закона изменения частоты Moryт быть получены путем введения предыскажений. Однако амплитудные искажения в течение импульса, связанные с разоrревом кристалла биполярноrо транзистора, сконцентрированы в основном в выходном каскаде, так как биполярные транзи сторы в усилителях дЛЯ РЛС используются в основном в режиме, близком к крити ческому или в насыщении, для получения приемлемых значений кпд. Это не по зволяет использовать предыскажения при формирования оrибающей выходноrо сиrнала усилителя. Формирование оrибающей радиоимпульса следует осуществлять в выходном каскаде усилителя мошности. Уровни мошностей предварительных и входных Kac кадов TaKoro усилителя необходимо стабилизировать для получения оптимальных энерrетических характеристик выходноrо каскада. Вместе с тем существенным недостатком реrулировки выходной мощности ВУМ с помощью перестраиваемоrо источника питания является малая скорость такой реrулировки. Наличие в цепях питания БУМ накопителя энерrии большой 572 
rлава 1.2. Совершенствование аппаратуры радиолокационных комплексов ... ёмкости не позволяет с достаточной скоростью изменять напряжение питания ВУМ. В типовом ВУМ S или Lдиапазона с длительностью импульса до 100 МКС время перестройки уровня выходной мощности ВУМ на 12 дБ составляет около 150 мс, в то время, как требуемое время перестройки составляет порядка 1...2 мс. В [134*] предложен способ построения устройств электропитания ВУМ, CBO бодный от описанноrо недостатка. Суть этоrо способа заключается во включении между накопителем энерrии и ВУМ быстродействующеrо импульсноrо реrулятора с обратной связью по напряжению питания ВУМ или с детектора оrибающей BЫ ходноrо сиrнала ВУМ. Такое решение позволяет сократить время перестройки уровня выходной мощности ВУМ дО 0,1...1 мс. Кроме Toro, предложенное в [134*] решение позволяет стабилизировать уровень выходной мощности БУМ или даже формировать оrибающую выходноrо импульса ВУМ требуемой формы, пере нося тем самым часть весовой обработки на передающую сторону с сохранением BЫCO Koro КПД передатчика. Ешё одним преимуществом TaKoro способа построения устройства электропитания ВУМ является в 10...40 раз меньшее значение необхо димой ёмкости накопителя энерrии, что позволяет в ряде случаев в несколько раз сократить массу передающеrо тракта ППМ, особенно в РЛС с большой длительно стью импульса. 12.5. Совершенствование приемопередающих модулей применительно к rибридным зеркальным антеннам с АФАР-облучателями Анализ публикаций по приемопередающим модулям антенных устройств (АФАР), применяемых в РСА землеобзора космическоrо базирования [123*, 133*,340,341, 365, 453, 498], показывает, что основные технические проблемы связаны с повы шением мощности выходных каскадов ППМ и с развитием технолоrии изrотовле ния модулей. В связи с применением в РСА широкополосных сиrналов с шириной спектра до 300...500 мrц в приемных каналах модулей используют аналоrовые элементы на несущей частоте РСА с суммированием выходных СВЧсиrналов ППМ в достаточно сложной распределительной системе, входяшей в состав АФАР. Задачей перспективных разработок является создание АФАР с цифровым форми рованием ДНА. Для этоrо потребуется разработка широкополосных приемных Ka налов ППМ, в которых предусмотрены цифровой выход сиrнала, как это реализу ется в более узкополосных системах [37*]. Как отмечено в подразделе 12.2.1, одно из направлений совершенствования аппаратуры РСА связано с применением rибридных зеркальных антенн с АФАР облучателями. Это позволяет расширить возможности радиолокационноrо зонди рования путем создания мноrочастотных РСА, РСА с повышенным энерrетиче ским потенциалом и полосой обзора, высокоорбитальных РСА. Возможности электронноrо сканирования луча в rЗА оrраничены фазовыми искажениями при выносе центра облучения из фокуса зеркала. Компенсация этих явлений достиrается созданием специальноrо амплитуднофазовоrо распределения по пятну, облучающему рефлектор антенны [103, 206*]. 573 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Общим требованием к ППМ дЛЯ антенных устройств РСА является обеспече ние работы РСА в поляриметрическом режиме, при котором выход передающеrо канала ППМ должен подключаться по команде к излучателям rоризонтальной r или вертикальной Б поляризаций радиоволны и должны быть предусмотрены два приемных канала для обеих поляризаций сиrнала. Структурная схема модернизированноrо ППМ, предназначенноrо для исполь зования в АФАРrЗА, приведена на рис. 12.17. Излучатель rполяризации ............. ВЫХОД r ..поляризации  Выход В..поляризации Излучатель Вполяризаuии Рис. 12.17. Структурная схема модернизированноrо ППМ, предназначенноrо для использования в АФАР..[ЗА (реrулируемые устройства по казаны штриховкой) Б ero состав входят передающий и два приемных канала. Б передающий Ka нал входят: входной и выходной вентили Б, реrулируемый фазовращатель ФБ, предварительный усилитель мощности ПУМ, выходной усилитель мощности БУМ, импульсный модулятор ИМ, реrулируемый источник питания (РИП), aHTeH ный переключатель (АП), совмещенный с переключателем поляризаций. Каждый из приемных каналов rоризонтальной и вертикальной поляризаций включает: защитные устройства ЗУ, малошумящие усилители СБЧ МШУ, реryлируе мые фазовращатели ФБ, реryлируемые апенюаторы АТТ, СБЧусилители СБЧУ. Б выходном транзисторном усилителе мошности обеспечивается rлубокая pe rулировка выходящей мощности. Управление системой электропитания с помо щЬЮ РИП позволяет получить высокий КПД трактов усиления мощности ППМ при значительном (в несколько раз) снижении выходной мощности от максимальноrо значения. При таком снижении выходной мощности ППМ их вклад в электропо требление кластера незначителен и снижение КПД становится допустимым. Базой для создания перспективных РСА, работающих в Sдиапазоне волн, является pac смотренный в разделе 12.4 технический задел по передающим устройства, полу ченный при разработке РСА малоrо космическоrо аппарата «КондорЭ» [440*]. Для выполнения требований rлубокой реrулировки выходной мощности по задаваемой проrрамме во все ППМ следует установить схему автоматической pe rулировки уровня выходной мощности, решающей следующие задачи: 574 
rлава 1.2. Совершенствование аппаратуры радиолокационных комплексов ... 1) поддержание заданноrо значения выходной мощности во всех условиях эксплуатации; 2) установку требуемоrо уровня выходной мощности в зависимости от места расположения ППМ в АФАР и уrла сканирования (для использования электронно механическоrо управления лучом); 3) стабилизацию уровня выходной мощности ППМ в течение импульса. Особенностью требований к передающему каналу ППМ является большой диапазон реryлирования выходных мощностей (до 12 дЕ). Снижение мощности транзистора относительно номинальной путем снижения входной мощности, как правило, приводит к ухудшению КПД БУМ, а в биполярных транзисторах  к ис кажению формы импульса. Б то же время при использовании источника питания с реrулируемым выходным напряжением появляется возможность уменьшения BЫ ходной мощности путем изменения режима работы транзистора. Исследования усилителей s и Lдиапазонов показывают, что за счет изменения входной мощно сти rлубина реrулировки без существенноrо изменения КПД и формы оrибающей составит порядка 2 дЕ. Снижение напряжения питания дает снижение выходной мощности, пропорциональное квадрату изменения напряжения питания. Б pac смотренных выше БУМ со сложением мощностей двух транзисторов (палетr) име ется возможность снижения мощности БУМ на 6 дЕ путем отключения питания одноrо из транзисторов (палетrы). Тоrда реrулировка мощности за счет изменения напряжения питания составит 9 дЕ или 8 раз, требуя снижения напряжения пита ния примерно в 2,8...3 раза, что реализуемо. 12.6. Требования к приемному тракту РСА Приемный тракт современных РСА, использующих антенные устройства типа АФАР или АФАРrЗА, как правило, включает в себя приемные каналы приемопе редающих модулей, работающие на несущей частоте РСА, и сосредоточенное при емноусилительное устройство (приемник) суперrетеродинноrо типа, на выходе KOToporo установлены фазовые детекторы, преобразующие сиrналы к видеочастоте (квадратурные составляющие). Современная тенденция проектирования аппарату ры РСА предусматривает включение в состав приемника аналоrоцифровых пре образователей (АЦП) дЛЯ преобразования аналоrовоrо видеосиrнала в цифровую форму. Разрядность выходных данных (от двух ДО восьми разрядов, включая знак) задается по команде. Обычно входные СБЧкаскады  малошумящие усилители (МШУ) дЛЯ ППМ и приемника одинаковы. Это позволяет снизить коэффициент усиления приемноrо тракта ППМ. Шумфактор МШУ определяется элементной базой и обычно COCTaB ляет около 2 дБ. Б состав приемника входят МШУ, смеситель, усилитель промежуточной час тоты (УПЧ), цифровые управляемые атrенюаторы, позволяющие по командам от вычислительноrо устройства поддерживать постоянный средний уровень сиrнала на входе АЦП. ЭТО позволяет корректировать изменения мощности принимаемоrо сиrнала в зависимости от наклонной дальности съемки и отражающей способности 575 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо' базирования наблюдаемой местности. Обязательна установка в тракте приемника быстродейст вующих оrраничителей, предотвращающих переrрузку приемника от сильных сиr налов. Затухание, вносимое аттенюатором (код установки аттенюаторов), включа ют в состав служебной информации для ero учета при синтезе Р ли. Основными требованиями к приемному тракту (приемным каналам ППМ и приемнику) являются обеспечение равномерности амплитудной характеристики в рабочей полосе частот (,....., 1 дБ), линейности и стабильности фазовой характеристи ки « 50), стабильности усиления, идентичности коэффициентов передачи KBaдpa турных каналов (,....., 1 . . .2 %). Контроль этих параметров обеспечивается средствами внутренней калибровки, рассмотренными в rл. 11. Как показывает опыт тестирования аппаратуры РСА и приведенные в литера туре результаты мноrолетней эксплуатации РСА космическоrо базирования, вклад приемноrо устройства в суммарные нестабильности сквозноrо тракта РСА меньше, чем у формирователя частот и сиrналов, передающеrо тракта и антенны. 576 
rпaBa 13 КОСМИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА РАДИОЛОКАционноrо НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И HA3EMHblX (нАдводны)) ОБЪЕКТОВ 13.1. Этапы создания космической аппаратуры радиолокационноrо наблюдения Более чем полувековая деятельность в области создания космических средств радио локационноrо наблюдения внесла существенный вклад в развитие общей теории pa диолокации, теории фильтрации сиrналов, радиофизики, информатики, науки о Зем ле. Были проведены теоретические исследования, созданы самолетные прототипы аналоrи космической аппаратуры для экспериментальных исследований земных по кровов, выполнены проектноконструкторские проработки вариантов построения аппаратуры, из которых не более 1 О % были реализованы в виде действующих KOC мических систем, а остальные создали научнотехнический задел для перспективных разработок. Мноrочисленные экспериментальные материалы, полученные с помо щью космической и самолетной аппаратуры, систематизированы и стали основой развития количественных методов интерпретации результатов радиолокационной съемки, включая создание математических моделей рассеяния электромаrнитных волн от подстилающей поверхности и подповерхностных образований. В данной rлаве приведен ретроспективный обзор аппаратурных решений, за ложенных в разработку космических систем Р ЛИ, включая реализованные проекты и научнотехнический задел. В развитии космических РСА явно видны этапы с разными возможностями получения и реальным использованием радиолокацион ной информации. Ими можно охарактеризовать <поколения» создания аппаратуры. Первое поколение (19781992)  это однорежимные одноканальные РСА, pe шавшие задачу исследований методов радиолокационноrо землеобзора SEASAT, SIRA, SIRB, а также РСА «МечК» КА «KOCMoc1870» и «МечКУ» КА «Алмазl», которые проектировались как средства видовой разведки, но фактически были ис пользованы с целью оценки потенциальных возможностей РСА космическоrо ба зирования для решения широкоrо Kpyra задач, включая исследование природных ресурсов, эколоrический мониторинr океанской поверхности, изучение ледовоrо покрытия, ведение сельскоrо и лесноrо хозяйства, rеолоrию, картоrрафию, а также задачи Министерства Обороны [215]. Ко второму поколению (19922000) следует отнести одноканальные РСА, функционирующие в «эксплуатационном» режиме, обеспеченные инфраструкту 577 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования рой обработки и распределения информации для широкоrо Kpyra потребителей, в том числе и на коммерческой основе. К ним относятся РСА ERSI, ERS2, JERSI, Radarsatl. По заложенным в эти РСА (кроме Radarsatl) техническим решениям (одноканальные, однорежимные, с фиксированным положением полосы съемки) они относятся к первому поколению бортовой аппаратуры, но созданная инфраструктура для доставки получаемой с помощью этой аппаратуры информации на Землю, ее об работки и распределения потребителям является серьезным шаrом в развитии ин формационных систем космическоrо базирования. Большой вклад в методолоrиче ское обеспечение тематической обработки РЛИ был внесен исследовательским Tpex частотным поляриметрическим комплексом SIRC/XSAR мноrоразовоrо космиче cKoro корабля (КК) Space Shuttle, по результатам орбитальных полетов KOToporo (за пуски апрель и сентябрь 1994) были определены количественные характеристики отражения электромаrнитных волн от наблюдаемой местности. К третьему поколению космических РСА (20002006) следует отнести pea лизацию миссии SRTM (Shuttle Radar Topography Misson)  топоrpафическая cъeM ка 80 % земной поверхности с помощью радиолокационноrо комплекса SIRC/X SAR, дополненноrо интерферометрическими каналами x и Сдиапазонов волн, в которых использовали приемные антенны, удаленные от корпуса КК с помощью 60метровой выдвижной штанrи. Также к третьему поколению будем относить ce рию РСА BoeHHoro назначения (видовая всепоrодная разведка) LacrosseNega, Lacrosse/ONYX с высокой разрешающей способностью (около 1 м) и ее непрерыв ной модернизацией по мере расширения орбитальной rpуппировки (запуски 1988, 1991, 1997, 1997, 2000, 2005). Эти РСА реrулярно используются военным BeДOMCT вом США при проведении военных операций. К третьему поколению будем также относить находящиеся в постоянной эксплуатации полнополяриметрические РСА Сдиапазона волн ASAR КА ENVISATI, а также мноrорежимный поляриметриче ский РСА Radarsat2 (декабрь 2007), поляриметрический РСА Lдиапазона волн PALSAR КА ALOS, выведенный на орбиту 24.01.2006. Наконец, к четвертому поколению относится целая «rpоздь» космических РСА rpажданскоrо и BoeHHoro применения с метровым и субметровым разрешени ем: TerraSARX, CosmoSkyMed 1/4, TecSAR, SAR Lupe (20072008 rr.), TanDemx (2010 r.) и др., а также планируемые системы ближайшеrо будущеrо. Рассмотренный научнотехнический задел включает выполненные ранее, но по ряду причин не доведенные до реrулярной эксплуатации образЦЬJ аппаратуры ДЗЗ, а также перспективные отечественные и зарубежные проекты. В данной rлаве дан обзор характеристик космической аппаратуры радиолока ционноrо землеобзора, включая действующие образцы, перспективные проекты, а также проекты, которые создали научнотехнический задел для совершенствования средств радиолокационноrо наблюдения. В ходе изложения материала обращено внимание на элементы paccMoTpeHHoro в rл. 12 подхода к проектированию косми ческой аппаратуры, которые можно найти в разработках как отечественных, так и зарубежных систем землеобзора космическоrо базирования. 578 
fлава 1.3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... 13.2. HeKorepeHTHbIe космические радиолокаторы боковоrо обзора для наблюдения океана и надводной обстановки 13.2.1. HeKorepeHTHbIe РБО контроля надводной обстановки. Бортовой комплекс «Чайка» Впервые в мире были разработаны и введены в эксплуатацию космические радио локаторы боковоrо обзора применительно к системе морской космической развед ки и целеуказания (МКРЦ) [88*, 545]. В нее входил активный космический аппарат YCA с бортовым спецкомплексом (БСК) всепоrодной радиолокационной разведки «Чайка». БСК включал в себя широкозахватный космический радиолокатор боко Boro обзора (РБО) и бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ), спо собные при работе в автоматическом режиме про изводить обнаружение и опреде ление координат надводных кораблей с передачей информации на наземные или корабельные командные пункты. Общий вид КА по казан на рис. 13.1, а также на рис. Ц.6 цветной вкладки в конце книrи (демонстрационный комплект КА YCAM). На рис. 13.2 представлен фраrмент rрафической реrистрации надводной обстановки на пультах операторов потребителей радиолокационной информации. .., ,. ....,..,, ", ........."Jrf}, , ..   11" -. , . .  . ,. ..,т..... ',.-" .,. ... .. . ...",' ..... ... < . ...  . I . Рис. 13.1. Общий вид КА YCAM с двумя антеннами РБО, реализующими двусторонний обзор морской поверхности ,,"if .... .'" 1 .. .: Береrовая линия ;'   '. .. ... ..,.w. . ... "'.- ... 'СУША . . ; .., .#. .*<,., " , .... . .t j). .... .. ..1 I  .",................ ... .......! · . ..  '  ..................-.,;.*' .,..... . . . . . '... ... ..  .JL  8.L.... .. .'. . . -. . ..,. » . Отметки от береrОБОЙ линии ,J ;/ .. Отметки от H:I< .. -, ., . . . . . . ... \. . .., /.. .... .. . .. . '- . - t: .. ; .. I-lП / t.... Е " I .. МОРЕ .. . .., ереrовая линия . .. . I . .. 1.. . .. t '" · J СУША )< . ). Рис. 13.2. Вид rрафическоrо отображения надводной обстановки, принятой от БСК «Чайка» (отображаются отметки от надводных кораблей и судов, а также отметки от береrовой линии; ИЛ  направление полета) 579 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования В состав радиолокатора, работающеrо в трехсантиметровом диапазоне волн, входили две (в первых образцах  одна) хорошо компонующиеся на КА ДByxceK ционные складные волноводнощелевые антенны с размерами 10,ОхО,7 м, мощный маrнетронный передатчик, чувствительный приемник с СВЧусилителем. Элек тропитание радиолокатора осуществлялось от бортовой атомной электростанции. В западных источниках аппаратура КА YCA имела название RORSA Т (Radar Осеап Reconnaissance Satellite)  спутник радиолокационной разведки океана, дoc таточно близко характеризующее назначение комплекса. Система МКРЦ была принята в 1975 rоду. Серийный выпуск и успешная экс плуатация БСК «Чайка» реализована в составе 28 аппаратов YCAM в течение 1971  1988 rr. (<<KOCMoc402», «KOCMOC516», «KOCMOC 1700», «KOCMOC 1900» и др.). Высокая эффективность созданной системы МКРЦ особенно ярко проявилась летом 1982 rода во время анrлоарrентинскоrо конфликта изза Фолклендских (Мальвинских) островов. Система полностью отслеживала обстановку на море и по полученной от системы информации rлавным штабом ВМФ был определен MO мент начала высадки анrлийскоrо десанта. Система МКРЦ явилась первой систе.. мой космической разведки и целеуказания по морским целям, не имевшей анало rOB до последних лет. В ходе разработки, испытаний, эксплуатации БСК «Чайка» и модернизации аппаратуры были выявлены ряд моментов, учет которых может способствовать по вышению надежности и эффективности перспективных разработок. На первых образцах РБО применяли волноводнощелевую антенну беrущей волны с коммутируемой запиткой волноводов антенны с противоположных сторон СВЧсиrналами, имеющими разные фазовые распределения в вертикальной плос кости антенны. Это позволяло формировать два луча (ближний и дальний) как про тотип режима Скансар, реализованноrо позже в РСА. Такое экономное построение антенны РСА может быть оправданным для малых спутников ледовой разведки, применяющих сиrналы с узкой полосой. ДЛЯ РСА с широкополосными сиrналами использование антенны с беrущей волной неприrодно, поскольку оно приводит К качанию луча за время зондирующеrо импульса. 1. Выявлено, что использование в передатчике MarHeTpoHa с мощной маrнит ной системой приводит к вращению спутника при взаимодействии с маrнитным полем Земли. Исключить это явление удалось путем разворота OCHoBHoro и резерв Horo передатчиков друr относительно друrа на 1800 для компенсации маrнитноrо момента. 2. На более поздних комплектах РБО, rде устанавливались передатчики с по вышенной мощностью, были зафиксированы пробои в СВЧтракте. Тоrда это яв ление объясняли выделением rазов из конструкционных материалов, которое при водит к локальному повышению давления со снижением электропрочности в COOT ветствии с кривой Пашена. MHoro позже стало ясно, что проявлялся мультипак торный эффект ускорения электронов в волноводах под действием СВЧполя в Ba , кууме с выбиванием вторичных электронов. 580 
fлава 1.3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... 3. Выяснилось, что блаrодаря технолоrическим запасам при разработке co ставляющих подсистем бортовоrо комплекса суммарное энерrопотребление (а зна чит и тепловыделение ) аппаратуры оказалось значительно меньше расчетноrо и спутник «замерзал». Пришлось устанавливать дополнительные электронаrревате.. ли. В связи с этим фактом в проектируемой аппаратуре целесообразно предусмат" ривать возможность работы РЛС (OcHoBHoro потребителя электроэнерrии) в фор сиро ванных режимах с целью полноrо использования ресурсов КА для повышения тактикотехнических характеристик системы РЛН. 4. Для повышения надежности широко применялось холодное резервирование основных блоков БСК в сочетании со схемами rорячеrо резервирования. Правиль ность TaKoro подхода к проектированию космической РЭА была подтверждена и в последующих разработках. Подтвердилась также целесообразность введения в ап паратуру мноrочисленных контрольных и калибрующих датчиков в сочетании с наземной автоматизированной контрольноизмерительной аппаратурой. 5. Выявлен на первый взrляд неожиданный факт возможности распознавания класса корабля по количеству отметок на выходе цифровоrо обнаружителя, а также о подчеркивании береrовой линии путем сrущения отметок. Это явление повыша ло точность определения координат кораблей. 6. При использовании Хдиапазона волн обнаружилось сильное отражение от rидрометеоров, особенно в экваториальных широтах, резко снижающее вероятность обнаружения кораблей и подстилающей поверхности. Для исключения таких потерь желателен переход на более длинные волны или принятие специальных мер, напри мер, использования сиrналов двух поляризаций или с круrовой поляризацией. 7. Для обеспечения высокоrо энерrетическоrо потенциала РБО на спутнике бы ла установлена ядерная энерrетическая установка. Система ядерной безопасности имела дублированную защиту: систему увода радиационноопасной части спутника на высокую орбиту «высвечивания» при окончании срока эксплуатации и средства «распыления» ядерных компонентов при падении спутника. Поэтому даже полная авария спутника «KOCMoc954» с падением остатков от спутника на территорию Ka нады в 1977 r. не создали серьезной уrpозы для населения [88*, 575]. В настоящее время принципы использования ядерных энерrетических установок в космосе и He обходимые меры безопасности утверждены ООН, и интерес к созданию космических радиолокаторов с ядерными источниками питания сохраняется [56, 439*]. 13.2.2. Космические РБО для исследования морской поверхности, ледяноrо и ледниковоrо покровов При разработке комплекса «Чайка» не рассматривался вопрос о расширении функ ций аппаратуры (сверх техническоrо задания на нее) с целью ее адаптации для обзо ра земной поверхности применительно к мониторинrовым задачам ледовой развед ки, метеоролоrических исследований состояния океана, обнаружения тайфунов и др. Создание этой важной для страны системы было позже поручено Харьковскому институту радиоэлектроники (радиолокатор) и КБ «Южное» (космический аппарат). Эксплуатация этоrо типа РБО  космической системы «OKeaHOl» началась в 1983 r. с эксперимента на КА «KOCMOC 1500» в рамках проrpаммы «Океан» [12, 197]. 2()"""",1492 581 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Основными задачами эксперимента являлись: 1) отработка методов дистанционных исследований Мировоrо океана и по верхности Земли в интересах народноrо хозяйства и науки; 2) отработка новых видов информационноизмерительной аппаратуры; 3) проведение оперативной съемки ледяных покровов Арктики и Антарктики для обеспечения навиrации в замерзающих акваториях. Бортовой комплекс радиофизической ап паратуры КА включал в себя РБО Хдиапазона волн, сканирующий СВЧрадиометр ( А 0,8 см), трехканальный трассовый СВЧспектрометр ( А 0,8/1,35/8,5 см, разрешение ] 7/20/85 км), устройство обработки сиrналов, а также ин формационный радиотелевизионный комплекс. Наиболее ценная информация, независимая от поrодных условий и времени суток, моrла быть получена с помощью РБО Хдиапазона волн с разрешающей способностью изображений 1,5.. .2,0 км в полосе по дальности 450 км. Аппарат функционировал на орбите BЫCO той 650 км с наклонением 82,50. Требуемое по ложение спутника в пространстве обеспечива лось трехосной rравитационной системой ори ентации и стабилизации в орбитальной системе координат (ОСК) с точностью 2.. .30 и 0,02 rpад/с соответственно. Общий вид КА этой серии по казан на рис. 13.3. Характеристики РБО КА «KOCMoc1500» приведены в табл. 13.1. " ... .' :-:. :",)..  .  ,"j' ,j "'r' .< .;' .' >':- . (- ... .... ."  ..,  :'Х . t ". . . "'.:":. ... .',.} :,:, . ......  - . . .... ;""f: .- ..>1:: f .... Рис. 13.3. Общий вид КА серии «KOCMOC 1500», «Океан"О 1» с РБО дЛЯ исследования океана Таблица 13.1. Параметры РБО серии ((Космос--]500", ((Океан--]» Параметр Значение Примечание 1 2 3 Высота орбиты КА, км 650 Наклонение, rрад 82,5 Период обращения КА, мин 97,5 Диапазон волн, см 3,1 Тип и размеры антенны Волноводно"щелевая с Складная, 5 секций, (rоризонтальхвертикаль),м рупорным излучателем сечение волноводов 11,085xO,04 23хl0 мм Ширина ДНА, rрад: по азимуту 0,2 у становка антенны 350 по yrлу места 42 от надира Уровни боковых лепестков, дБ 22.. .25) Аподизация «косинус на пьедестале» 582 
Продолжение табл. 13.1 1 2 35 Ве тикальная Ма ш 20.. .60 475 3 Обзо левым бо том азим дальность Число наблюдений Ш м акто п иемника, дБ Динамический диапазон приемника, не менее, дБ ительность зонди щеrо им льса, мкс Частота повто ения, [ц Мощность изл чения в имп льсе, кВт Ч вствительность, cf nе, дБ Полоса аналоrовоrо радиоканала передачи информации, кrц Пот ебляемая мощность РБО, Вт 2,1. . .2,5 0,9.. .0,6 8 ",2 30 3 100 100 20 2 5 400 MarHe он Частоты: 137,4 мrц и 486 мrц Для калибровки сквозноrо тракта используется пилотсиrнал, полученный от ослабленноrо излучаемоrо импульса, задержанноrо на 8 мкс с помощью акустиче ской линии на алюмоитrpиевом rpaHaTe с ослаблением ,...",80...85 дБ. В составе BЫ ходной информации из пилотсиrнала формируется яркостной клин, 8 rpадаций. На борту КА обеспечивались формирование Р ЛИ с некоrерентным накопле нием восьми наблюдений, сжатие динамическоrо диапазона данных для соrласова ния с аналоrовыми радиолиниями передачи информации. По дециметровой радио линн (частота 486 мrц, полоса 5 кrц) информация поступала на приемные центры rоскомrидромета СССР в Москве, Хабаровске и Новосибирске. Метровая радио линия (частота 137,4 мrц, полоса 2 кrц) служила для передачи данных на сеть ав.. тономных приемных пунктов непосредственным потребителям на судах, в удален ных районах и т.д. Опыт длительноrо использования радиолокаторов этоrо типа подтвердил важность получения реrулярной информации о морской поверхности и ледовой обстановке. Однако для решения этих задач необходимо лучшее пространственное разрешение, что требует применения РСА. 13.3. Ретроспективный обзор развития космических РСА 13.3.1. РСА космическоrо аппарата SEASAT Первым космическим радиолокатором с синтезированной апертурой антенны для дистанционноrо зондирования Земли был РСА, входящий в состав бортовых датчи ков КА SEASAT, разработанноrо фирмой JPL, США. КА был выведен 26 июня 1978 r. на близкую к круrовой орбиту высотой около 800 км С наклонением 1080 583 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования [565, 569]. РСА работал в Lдиапазоне волн (1275 мrц). Космический аппарат был предназначен для проведения исследований Мировоrо океана с использованием РСА. Первоначальной задачей была демонстрация возможностей rлобальной сис темы для мониторинrа океана, получения информации о приводном ветре, xapaKTe ристиках MopcKoro волнения и ледовоrо покрова, топоrрафии льда и морской по верхности. Но в ходе эксплуатации РСА задача была расширена с получением сним ков земной поверхности, давших ценную информацию для развития методов ДЗЗ. Несмотря на короткий срок функционирования РСА (99 суток, изза замыкания в цепях питания) был собран обширный материал, который обрабатывался и изучал с я специалистами разноrо профиля в течение мноrих лет. Полученный объем (около 42 ч съемки) радиолокационных снимков океана и земной поверхности составил 6 2 110.1 О км (,,-, 11000 условных кадров 100хl00 км) общей площадью 85 % поверх ности Земли, включая повторные съемки. В состав бортовой аппаратуры кроме РСА входили: радиолокационный альти.. метр (Кuдиапазон, точность высотометрии 10 см), сканирующий мноrоканальный СВЧрадиометр (частоты 6,6; 18; 37; 10,7 и 21 rrц, полоса съемки 600 км), cKaтrepo метр (Lдиапазон, точность измерения CKO рости ветра + 2 м/с), а также радиометры оп тическоrо и ИКдиапазонов. Работой каждо ro из бортовых датчиков управляли разные орrанизации. Общий вид КА SEASA Т пока зан на рис. 13.4, на котором видна reoMeT рия взаимноrо расположения панелей сол нечных батарей (вверху), антенны РСА (внизу справа) и антенн cKaтrepoMeTpa (сис тема антенн в нижней части КА). Аппарат был ориентирован в орбитальной систе ме координат (ОСК). В РСА использовалась волноводнощелевая антенна с общей запиткой разме ром 1 0,7 м по rоризонтали и 2,2 м в уrломестной плоскости. Поляризация излуче ния  rоризонтальная. Полоса зондирующеrо сиrнала 19 мrц, длительность ЛЧМ импульса 33,4 мкс, импульсная мощность L кВт, частота повторения зондирующе ro сиrнала 1463... 1640 [ц. Сводные данные по космическим РСА первоrо поколения приведены в табл. [3.2. Полоса съемки РСА 100 км была фиксирована относительно.... надира с уrлами падения в пределах 17.. .230. Расчетное пространственное разрешение 25х25 м при четырех наблюдениях. Выходную информацию РСА (радиоrолоrрам му) записывали на четыре бортовых маrнитных запоминающих устройства и пере давали по радиолинии с производительностью ] 10 Мбит/с (5 бит на слово). t,, \" \ \ , .,.,.. '.. "\1 Ф"". . '-\1 \ .., О.. 'n\ '.,  :' '\ . ... : ,. , .'- \ Рис. 13.4. Общий вид КА SEASA Т 584 
rлава 1.3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... Для синтеза Р ЛИ в большинстве случаев использовали оптическую обработку радиоrолоrраммы. Выходное РЛИ реrистрировали на 70MM фотопленку полосами по 25 км, при этом разрешение составляло 70...80 М. Синтез РЛИ, реализованный с помощью цифровоrо процессора фирмы JPL позволил обработать около 1 О % дaH ных в течение 19781982 rr., пока процессор не вышел из строя. При цифровом синтезе Р ЛИ имели полную полосу съемки 100 км И разрешающую способность 25 М Все обработанные Р ЛИ архивированы и доступны для распространения. В процессе функционирования РСА SEASA Т был орrанизован прием информаuии наземными станциями в США, Канаде, Анrлии. Полученные РЛИ в Lдиапазоне волн в разных районах земноrо шара стали основой для развития методов тематической обработки радиолокационной инфор мации. В частности, выяснилась возможность обнаружения по радиолокационным снимкам внутренних волн, создаваемых движением поrруженных подводных ло док, что не предполаrалось до запуска РСА SEASA Т на орбиту [566]. Исследова ния возможностей радиолокационной съемки в Lдиапазоне волн были продолже ны с помощью РСА SIRA и SIRB в составе мноrоразовоrо космическоrо корабля (КК) Space Shuttle. 13.3.2. Космические РСА L-диапаэона волн SIR-A, SIR-B, JERS-l РСА SIR-A, SIR-B мноrораэовоrо космическоrо корабля Space Shuttle Проведенные на КА SEASA Т исследования по радиолокационному зондированию Земли в Lдиапазоне волн были продолжены на запусках мноrоразовоrо космиче cKoro корабля Space Shuttle в 1981 r. (SIRA) и 1982 r. (SIRB). Эти запуски яви лись последовательным шаrом в проrрамме набора и систематизаuии характери стик мноrочастотноrо поляриметрическоrо зондирования Земли [284]. По своим характеристикам эти РСА были близки к РСА SEASA Т с отличием по высоте op биты, уrлам падения, полосе съемки и реализуемому разрешению. Аппаратура SIRB представляла собой усовершенствованный вариант SIRA. Основные пара метры РСА SIRA и SIRB приведены в табл. 13.2. В РСА SIRB высота орбиты в процессе полета снижалась с 360 до 224 км. В отличие от SIRA в SIRB было обеспечено управление лучом антенны по уrлу места в пределах 15...600 от надира с шаrом 1 О. ЭТО позволило перенацеливать положение полосы съемки относительно следа КА. Реализуемые yrлы падения 15,5.. .63,70 на малых высотах (224 км) и 15,8.. .66,20 на больших высотах орбиты (360 км) моrли сопровождаться повышением интеrpальноrо уровня неоднозначности на болыпих дальностях, что моrло снижать качество получаемых Р ли. Поэтому указанное в табл. 13.2 значение полосы съемки (до 600 км) может оказаться завышенным. Полное время съемки в РСА SIRB составило 7 ч (4600 условных кадров 40х40 км). По всем полученным данным был выполнен цифровой синтез РЛИ и их архивирование. В эксперименте принимала участие rpуппа специалистов по rеоло rии, возобновляемым ресурсам, океанолоrии и методам калибровки аппаратуры. 585 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Таблица 13.2. Характеристики космических РСА обзора земной поверхности L и Sдиапазонов волн Космический аппарат SEASAT КК JERS..1 «Космос..1870» <<Алмаз..1» Space Shuttle 1 2 3 4 5 6 Аппаратура РСА SAR SIRA/SIRB «МечК» «МечКУ» Фирма, страна разработчик Lockheed, ВаН США NASDA, НПО машиностроения, СССР КА Space System, Япония США Фирма, страна разработчик JPL, США JPL, ВаН Япония НПО «Bera», СССР РСА Aerospace Соmm. Syst. Div.,США Назначение Исследования Исследования Исследования Исследования Высота орбиты КА, км 800 259/(360; 257; 568 260 275 224) Наклонение, rрад 108 38/57 97,7 72,7 72,7 Период обращения КА, 102,85 90 96 90 90 мин Периодичность повторения   44 (659) трасс, сутки (витки) Рабочий диапазон волн L (1275 мrц) L (1275 мrц) L (1275 мrц) s (3130 мrц) (частота) Тип и размер антенны, м Волноводно Волноводно Неуправляемая Волноводнощелевая стоячей щелевая щелевая ФАР волны, трехсекционная, 10,7х2,16 (9,4/1 О, 7)х2, 16 11,9 х 2,4 15х 1,5 Режимы работы Маршрутный Маршрутный Маршрутный Маршрутный Уrлы падения, rрад 17. . .23 53/(15,5.. .66,2) 35 40.. .55 30.. .65 Направление обзора Правосторон. Двусторонн. Двусторонн. Полоса обзора, км 100 50/(420.. .600) 75 2х300 2х350 (проект)/ 400, правый борт (факт) Полоса съемки, км 100 50/(20.. .40) 75 20 45/200 (эксперим.) Периодичность 8 4 3/5 наблюдения, сутки Поляризация rоризонт. rоризонт. rоризонт. rоризонт. rоризонт. Разрешение, м: азимут 25 (70.. .80)1) 40/(58...16) 18 25.. .30 10...15 дальность 25 (70.. .80) 40/(20.. .30) 18 25.. .30 ( 12 . . . 15)/ (15...20) Полоса зондирующеrо 19 6112 15 10 14/10 сиrнала, мrц Число наблюдений 4 6/4 3 1 1 Радиометрическое 2 1 ,7/2 6 3 3 разрешение, дБ Уровень неоднозначности, 20   20 20 дБ Чувствительность РСА 30 30 33 30/33 cf пе, дБ Длительность 33,4 30,4 35 0,1 0,07/0,1 зондирующеrо импульса, мкс 586 
rлава 13. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... Продолжение табл. 13.2 1 2 3 4 5 6 Частота повторения, rц 1463 . . . 1640 1464...1624 1500 3000 3000 Импульсная мощность, 1 1/1,12 1,3 250 250 кВт Ориентация КА ОСК ОСК ОСК пск пск Разрядность 8/4 (BFPQ) 3 5 5 радиоrолоrраммы Бортовая память Маrнитное ЗУ Оптическое 72 Аналоrовое 6 маrнитных ЗУ /30,4 маrнитное ЗУ цифровых ЗУ Передача данных 11 О Мбит/с Доставка после 60 Мбит/с Аналоrовая Цифровая, по радиолинии посадки кк 6мrц через спутник ретранслятор 1 О Мбит/с Обработка информации Оптическая/ Оптическая/ Цифровая Оптическая Цифровая цифровая цифровая Запаздывание Непосредст 8  1 +непосред 0,25 информации, сутки венная ственная передача передача rод реализации 1978 1981/1982 19921998 19871989 19911992 Расчетный срок службы, 1...3 полет 8 суток 6 (факт) 2 2/(1,5  факт) лет При м е ч а н и е : 1) при оптическом синтезе Р ли. Японская проzршнма JERS. Космический аппарат JERS 1, разработанный японским космическим areHTcTBoM NASDA, был предназначен для rлобальной съемки поверхности Земли (включая Антарктиду) для решения широкоrо Kpyra прикладных задач, особенно исследования rеолоrических явлений, землепользова ния, наблюдения прибрежных районов, rеолоrическоrо картирования, мониторинrа катастроф, а также с целью оценки возможностей межвитковой интерферометрии для выявления изменений в обстановке [215]. Основной полезной наrрузкой KOC мическоrо аппарата являлись два датчика  РСА Lдиапазона волн SARL с про странственным разрешением 18 м и оптическая система OPS (Optical sensor), рабо тающая в видимом и ИКдиапазонах спектра. Оптические оси двух камер были смещены одна относительно друrой вдоль линии пути на 15,30, что позволяло осуществлять непрерывную стереосъемку поверхности Земли. Аппарат был выведен на солнечносинхронную орбиту 11 февраля 1992 r. Средняя высота орбиты 568 км, наклонение 97,70. КА функционировал в течение 6 лет до октября 1998 r., коrда произошел отказ бортовой системы электропитания. Наземный cerMeHT включал в себя центр управления полетом NASDA в r. Цy куба и центры обработки, распределения и архивирования данных ЕОС (Earth Ob servation Center) в Хатояма, Япония и Фербенксе, Аляска, США. Кроме Toro, ин формация моrла передаваться на Международную сеть приемных пунктов: KYMao то (Япония), Кируна (Швеция), rатина (Gatineau, Канада), Маспаломас (Испания), Банrкок (Таиланд), Тромсё (Норвеrия), Принс Альберт (Канада), Пекин (Китай), Syova (японская станция в Антарктиде), Belconnen (Австралия). Система ориента ции КА поддерживала положение осей КА в ОС К с поrpешностями не более + 0,3 О. Общий вид КА показан на рис. 13.5. Параметры КА и РСА приведены в табл. 013.2. 587 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования .. .. . .. , \ ii:' . . .......:.:...,.:.. . . .. 'f.: . \ ... < . :" '\ .. .;. . . J 1, t \, '\, 'i "}.,. . " .: "': .., .t:...... :" ...... . , .. , . .,  Рис. 13.5. Общий вид КА JERS..} 13.3.3. РСА «Меч"К», «Меч..КУ» космических аппаратов «Космос"1870» и «Алмаз..l» РСА «Меч...К» КА «Космос...1870». Принципы построения космических РСА были разработаны в 1963 1965 rr. практически независимо в СССР и за рубежом. Пер воначально в СССР была выполнена разработка космическоrо РСА «МечА» (МНИИП, НПО «Bera», ныне ОАО «Концерн «Bera») для орбитальной пилотируе мой станции (ОПС) «Алмаз») [552]. Предусматривалось участие экипажа ОПС в обслуживании аппаратуры РСА, в состав которой входило бортовое фотореrистри рующее устройство для записи радиоrолоrраммы на восьмисантиметровую фото пленку. Периодически раз в три месяца кассеты с записями подлежали сбросу в капсулах на Землю, rде должен был обеспечиваться синтез РЛИ с помощью маши ны оптическоrо преобразования информации (МОПИ). В задачу экипажа входили перезарядка кассет с фотопленкой, их установка в капсулу, а также контроль рабо тоспособности бортовой аппаратуры с помощью индикатора бортовоrо контроля (ИБК) с встроенным осциллоrрафом. При обнаружении отказа оператор Mor пере ключить аппаратуру на резервные блоки. Научнотехнический задел, полученный при создании аппаратуры РСА с управлением операторами, был использован для создания полностью автоматиче CKoro варианта РСА «МечК», предназначенноrо для ведения видовой разведки. Запуск РСА «МечК» был осуществлен 15.07.1987 в составе КА «KocMoc1870». Ресурс работы системы (2 rода, до 29.07.1989) был оrраничен запасами топлива на поддержание высоты орбиты КА и коррекцию электромеханической системы ори ентации осей КА в ПСК. Бортовая аппаратура РСА включала две волноводнощелевые антенны (лево ro и правоrо бортов), расположенные вдоль корпуса КА, резервированный Kore рентный приемопередатчик, устройства запоминания информации (аналоrовые ви 588 
rлава 13. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... деомаrнитофоны с полосой 6 мrц) и аналоrовую радиолинию (также с полосой 6 мrц) для передачи радиолокационной информации на Землю. Каждая из антенн размерами 15хl,5 м состояла из трех секций с центральной запиткой для формиро вания стоячей волны. Перед пуском секции складывались в пакет на малом диаметре КА. Внешний вид антенн в раскрытом состоянии виден на снимке (рис. 13.6). Кроме указанных устройств в состав бортовой аппаратуры входили измеритель доплеров ской частоты (ИДЧ), блоки синхронизации, контроля и управления РСЛ. ..х ".,. . .»   j ;:i " j .. "  . ...... "t)  f ";.> Рис. 13.6. Общий вид КА «KOCMOC 1870» в сборочном цехе Структурная схема РСА имела ряд особенностей. Использование оптическоrо устройства для синтеза РЛИ в РСА «МечК» требовало работы с одной KBaдpaTYP ной составляющей сиrнала со смещением средней частоты спектра доплеровских частот на  частоты повторения сиrналов, т.е. на 750 [ц. Это было реализовано путем череспериодноrо поворота фазы излучаемых сиrналов на л/2. Малый дина мический диапазон устройства оптической записи радиоrолоrраммы « 12 дБ) по требовал применения быстродействующеrо АРУ с постоянной времени около 30 мкс, что приводило К радиометрическим искажениям, но позволяло эффективно обнаруживать объекты на подстилающих поверхностях с разной УЭПР (кроме по rраничных областей, не превышающих 3 км). Заложенные в РСА серии «Меч» в 19701974 rr. технические решения отли чались от тех, что были приняты в то время в зарубежных РСА и в ряде случаев были более проrpессивными. Так, для повышения оперативности получения ин формации использовались две антенны по обоим бортам и перенацеливание поло сы съемки с уrлами падения от 15 до 650 путем поворота КА по крену. Это резко сокращало интервал повторной съемки до 3 сут. Был выбран Sдиапазон волн, rде минимально влияние фазовых нестабильностей атмосферы на синтез апертуры. В устройстве оптическоrо синтеза Р ЛИ наземноrо пункта приема и обработки информации использовалась анаморфотная телескопическая оптическая система, позволяющая путем ее перемещения изменять фокусное расстояние при синтезе 589 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Р ли. Для устранения фазовых ошибок по апертуре синтеза, вызванных HeOДHO родностью фотоэмульсии, фильмовый канал с записанной радиоrолоrраммой за полнялся иммерсионной жидкостью с близким к фотоэмульсии коэффициентом преломления (этиловый спирт). Была реализована разрешающая способность по дальности и азимуту порядка 25...30 м. Для повышения радиометрическоrо разре шения и улучшения наблюдаемости протяженных поверхностей применительно к rражданским задачам ДЗЗ были применены варианты HeKorepeHTHoro накопления РЛИ: со сканирующей апертурой в фильмовом канале (внутриэлементное накопле ние) или путем межэлементноrо накопления за счет аберраций в оптической сис теме на криволинейной поверхности вторичной фотопленки (без иммерсии). Это позволяло получать РЛИ с разрешением около 45 м при числе наблюдений 45. По опыту создания предшествующих КА с оптическими датчиками была pea лизована ориентация КА в путевой системе координат (ПСК), учитывающей враще ние Земли. Предложенное разработчиками РСА управление космическим аппаратом с помощью измерителя доплеровской частоты (ИДЧ) позволило снизить ошибки yc тановки луча антенны на нуль доплеровской частоты до 2...3 уrл. мин., вместо 0,5. . . 0,70. Такое решение устраняло миrpацию дальности принятых от цели сиrналов и значительно упрощало построение наземноrо устройства синтеза Р ЛИ как оптиче cKoro дЛЯ РСА «МечК», так и цифровоrо дЛЯ РСА «МечКУ». За рубежом к целесо.. образности ориентации КА в ПСК пришли значительно позже [280], а до Toro разра батывали сложные алrоритмы для измерения положения доплеровскоrо центроида ( + 3,50 и более по курсу) и коррекции большой миrpации дальности. Ко времени создания РСА отсутствовали мощные бортовые электровакуум ные усилители или транзисторные усилители. Поэтому была предложена и реали зована схема построения KorepeHTHoro передатчика с использованием в выходном каскаде фазируемоrо MarHeTpoHa, формирующеrо импульс с пиковой мощностью 250 кВт и средней мощностью 80 Вт при длительности импульса 0,07...0,1 мкс и частоте повторения 3000 rц. в этом варианте сравнительно с клистронным усили телем мощности имеется выиrрыш по массе и КПД, а требования к стабильности частоты MarHeTpoHa при коротком импульсе леrко реализуются, а начальная фаза с точностью долей радиана совпадает с фазой колебаний высокостабильноrо KBapцe Boro опорноrо reHepaTopa, усиленных с помощью предварительноrо клистронноrо усилителя и поданных на вход MarHeTpoHa с уровнем на 25 дБ ниже уровня BЫXOД Horo сиrнала MarHeTpoHa. Применение зондирующеrо сиrнала в виде коротких им пульсов (а не широкополосных ЛЧМ или ФМсиrналов) способствовало улучше нию изобразительных свойств РЛИ (отсутствие «крестов», вызванных боковыми лепестками импульсноrо отклика РСА). Требуемая длительность одноrо маршрута съемки составляла от 3 до 30 с. В этих условиях MarHeTpoH работал в переходном тепловом режиме на выбеrе часто ты до 3 Мfц. В самолетном аналоrовом комплекте РСА, рассчитанном на непре рывную работу, MarHeTpoH пришлось перестраивать. Изменение фазы излучения на выбеrе частоты оказалось незначительным и не сказывалось на синтезе Р ли, но аналоrичные явления должны учитываться при проектировании перспективных РСА с высоким разрешением. 590 
rлава J3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... Наличие фазирующеrо импульса длительностью ,,-,0,8 мкс создавало пьеде стал, искажающий радиолокационные портреты ярких компактных целей (корабли, инженерные сооружения). Устранение влияния пьедестала достиrалось специаль ной технолоrией повышения качества радиолокационной информации [429*]. В течение двухлетней эксплуатации РСА «МечК» на КА «KOCMOC1870» функциональные блоки, входящие в РСА, работали на основном комплекте, кроме аналоrовых видеомаrнитофонов, которые были очень сложными изделиями в связи с необходимостью компенсации линейных деформаций движущейся маrнитной ленты (допускалась ошибка не более 0,02 %). Наличие режима непосредственной передачи радиоrолоrраммы на пункт приема в радиусе до 3000 км (время сеанса связи около 8 мин) позволило сохранять живучесть системы после отказов ЗУ. В перспективе должна предусматриваться передача бортовой информации на pac пределенную сеть приемных пунктов, в том числе корабельноrо базирования. За время эксплуатации РСА было выполнено MHoro целевых проrрамм в ин тересах военных и rражданских потребителей. Высокая информативность зондиро вания в Sдиапазоне волн, который не применяется в зарубежных РСА землеобзора, была подтверждена в ходе эксплуатации космических аппаратов «KOCMOC 1870» и «АлмазI», включая совместные эксперименты с РСА AIRSAR, SIRC/XSAR, ERSI/2 [63*,78,92, 166*,232*, 242, 474, 522]. РСА «Меч..КУ» КА «Алмаз..]». Рассмотренный в разделе 12.1 системный под ход к проектированию космических РСА был использован при создании РСА «Меч КУ» КА «Алмазl» в процесс е ero модернизации по результатам эксплуатации РСА «МечК». При соrласовании техническоrо задания (ТЗ) на РСА «МечКУ» с улуч шенными характеристиками были соrласованы с Заказчиком более жесткие требо вания, но вместе с тем было предусмотрено такое управление аппаратурой, KOTO рое расширяло ее возможности, не rарантируя определенноrо качества РЛИ. Эти экспериментальные режимы использовались при выполнении различных проrрамм дистанционноrо зондирования Земли (например, исследования морской поверхно сти), проверки путей совершенствования аппаратуры РСА. В частности, решался вопрос о расширении полосы съемки и полосы обзора для перенацеливания полосы съемки относительно следа КА. При проектировании пилотируемоrо варианта РСА «МечА» требуемая по ТЗ полоса съемки COOTBeTCT вовала ширине фотопленки бортовоrо фотореrистратора (8 см). При замене реrи стратора на видеомаrнитофон в РСА «МечК» не стали переделывать синхрониза тор для расширения полосы съемки сверх заданной в ТЗ, хотя это позволяло повы сить оперативность наблюдения. В процессе испытаний РСА «МечК» рассматри валась возможность расширения полосы обзора в сторону меньших и больших дальностей с частичным ухудшением качества Рли, допустимым для решения за дач rражданских потребителей. Однако получить рли на больших дальностях не удалось, так как объектив мопи упирался в заднюю стенку мопи. В ходе НИР, предшествующих запуску РСА «МечКУ», были предложены и промоделированы методы снижения помех неоднозначности путем рандомизации зондирующеrо сиrнала (см. раздел 8.2), которые предполаrалось проверить в лет 59] 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ном эксперименте. Была специально предусмотрена съемка морской поверхности с неоднозначностью сиrналов по дальности. К сожалению, недостаток финансирова ния не позволил изrотовить блок рандомизации. Тем не менее, возможность ис пользования в перспективных РСА режимов с частичной неоднозначностью сиrна лов для повышения оперативности наблюдения была подтверждена. Для иденти фикации принадлежности обнаруженных целей к разным зонам неоднозначности использовался признак расфокусировки. Модернизация РСА «МечКУ» включала замену бортовоrо аналоrовоrо ЗУ на цифровые маrнитофоны и использование цифровой линии передачи данных на Зем лю через спутникретранслятор. Слежение за спутником обеспечивала антенна типа АФАР, которая видна на рис. 7.45 цветной вкладки в выдвинутом положении, rOTo вая к раскрытию. Вместо оптическоrо (кроме первоrо этапа) был реализован назем ный цифровой синтез РЛИ с использованием мноrопроцессорной ЭВМ ПС2000. Следует отметить, что на первом этапе эксплуатации РСА «МечКУ» при оп тическом синтезе Р ЛИ было отмечено улучшение разрешающей способности по наклонной дальности до 15 м по сравнению с реализованным в РСА «МечК» ('"""'20 м). Это объяснялось заменой аналоrовых маrнитофонов и аналоrовой радио линии с полосами по 6 мrц на цифровые радиолинию и маrнитофоны с частотой дискретизации сиrнала 28,8 мrц. Этот факт свидетельствует о том, что традици.. онное для задач обнаружения правило о соrласовании полосы приемника с поло.. сой сиrнала является не лучшим техническим решением, коrда требуется высокое пространственное разрешение, определяемое совокупностью характеристик звень ев радиолокационноrо тракта [207*]. В РСА «МечКУ» были введены следующие режимы работы, расширяю.. щие возможности радиолокационной съемки: 1) два режима работы передатчика с длитеЛЬНОСТЯf\1И импульса 0,1 и 0,07 мкс (основной) с повышенным разрешением по поперек трассы полета 11... 15 м в за висимости от уrла падения; 2) два режима АРУ с применением быстродействующей АРУ (постоянная времени 30 мкс) для сжатия динамическоrо диапазона сиrналов и медленной АРУ (постоянная времени 3 с), позволяющей передать реальные контрасты отраженноrо сиrнала в выходном РЛИ и обеспечить возможность измерения ЭПР объектов и местности после калибровки тракта РСА. Основная съемка проводилась в режиме быстродействующей АРУ, в котором менее сказывалось оrраничение амплитудной характеристики приемника при наблюдении ярких объектов; 3) два режима преобразования радиоrолоrpаммы в цифровую форму: основной  с частотой квантования 28,8 Mru (масштаб по наклонной дальности 5,20833 м) с полосой съемки по наклонной дальности 30,375 км ('"""'45 км по rоризонтальной даль ности) и расширенный  с частотой квантования 20,05 мrц, масштабом 7,48 м и по лосой съемки по наклонной дальности 43,6 км, который позволял принимать oтpa женные сиrналы почти от Bcero периода зондирования (за вычетом длительности импульса супрессии приемника). В этом режиме проводились эксперименты по pac ширению полосы обзора в область неоднозначности по дальности. 592 
rлава J3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... При разработке РСА «МечК», «МечКУ» большое внимание уделяли обеспе.. чению и контролю коrерентности тракта, для чеrо использовали специальный из.. мерительный прибор с кварцевой линией задержки 6 мс (возможно также сравне.. ние фаз двух reHepaTopoB опорных сиrналов, используя основной и резервный комплекты блоков). Современные приборы позволяют вести измерения на несущей частоте сиrнала. Для контроля волноводноrо тракта оказалось полезным встраива ние rиперзвуковой СВЧлинии задержки (rзлз) в СВЧтракт через направленный ответвитель с потерями 25 дБ. Это позволило иметь пилотсиrнал в виде набора калибровочных импульсов непосредственно после импульса супрессии приемника с декрементом затухания около 3 дБ. Полезно записывать выходной сиrнал, начи ная со строк шумов, предшествующих приходу отраженноrо сиrнала. Запуск КА «АлмазI» с РСА «МечКУ» на орбиту высотой около 270 км и Ha клонением 72,70 состоялся 31 марта 1991 r. К сожалению, предусмотренный про ектом двухсторонний обзор не был реализован, так как не удалось раскрыть aHTeH ну левоrо борта. Повидимому, была виновата излишняя боязнь «человеческоrо фактора»  в схему управления был заложен автоматический раскрыв сначала пер вой (задней, см. рис. Ц.7. цветной вкладки) секции антенны, а после откидывания первой секции  включался двиrатель третьей (передней) секции антенны. По не установленной причине циклоrрамма раскрыва нарушилась и секции антенны «сцепились». Отсутствие ручных команд для возвращения ситуации к исходной и последовательноrо независимоrо раскрыва секций антенны привело к тому, что полярные области выше 720 с.ш. оказались недоступными для радиолокационной съемки. Съемка этих районов была реализована только в короткий период, коrда был выполнен разворот КА на 1800 относительно вертикальной оси. В связи с дo полнительным расходом топлива было принято мудрое решение о досрочном за вершении полета во избежание нештатных ситуаций. Параметры РСА «МечКУ» приведены в табл. 0 13.2. В ходе эксплуатации КА «Алмаз 1» был накоплен обширный материал по радиолокационному зондирова нию Земли в Sдиапазоне волн. Было проведено большое число уникальных экспе риментов по зондированию морской поверхности, наблюдению течений, поверх ностных проявлений внутренних волн, совместные мноrочастотные эксперименты с РСА ERS1/2, SIRC/XSAR. Широко использовал ось зондирование под крутыми уrлами на малых дальностях, rде потенциал РСА значительно выше. Каталоrизи рованные архивные материалы радиолокационной съемки хранятся в Центре «Ал маз» ОАО «ВПК «НПО машиностроения» и доступны для распространения и ис пользования [538]. На рис. 13.7 дано расположение кадров радиолокационной съемки с использованием РСА «МечКУ» КА «АлмазI». При синтезе Р ЛИ по радиоrолоrраммам, полученным в режиме быстродейст вующей АРУ, необходима специальная коррекция радиометрических искажений, методика которой рассмотрена в разделе 11.9. Выходные РЛИ, включая комплекс ные Р ЛИ для интерферометрической обработки, должны реrистрироваться в фор матах (целый 16битовый или плавающий), исключающих оrраничение отметок от ярких целей, как это рассмотрено в rл. 7. 593 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования .- .....  'I:'.--,,:'" . .,;"...... .... . .r.:. .".:. .' .. ..  " ," I . , .)1 ,  .. .......,.... . . -.........,.,., ...... ,;.,-...  6  t «--»':..:&.':"''(:.ЩН':W:-:-'''''+'''::'':-I«w;(..--:-»:М,::-,v:,:«,»>:.;.o:v:>:.:.:<."....:"...:.:;к,(А:>...е'*,<»ш.'.SSо:(О'""":-"(('JoI:-('*.е.."'»'«Х.)Ж'W,$.j Рис. 13.7. Места расположения кадров радиолокационной съемки с помощью РСА «Меч..КУ» КА «Алмаз..l» [538] 13.3.4. Проrрамма ERS космическоrо areHTCTBa ESA Космические аппараты ERSI, ERS2 (рис. 13.8) предназначены для rлобальных измерений характеристик океанов, для составления метеопроrнозов, наблюдений за состоянием поверхности океана и ле довоrо покрытия, исследований при брежных зон и зондирования поверхно сти суши [215]. В проекте принимали участие 13 rосударств Европы и Канада. Основной полезной наrрузкой КА ERS 1 был СВЧприбор AMISAR (Active Mi crowave Instrument  Synthetic Aperture Radar), который Mor работать в режиме РСА (получение РЛИ) и в режиме CKaT терометра (измерение характеристик ветров и морских волн). Пассивный pa диометр ИК и СВЧдиапазонов ASTR (Along Track Scanning Radiometer and Microwave Sounder) обеспечивал BЫCOKO точное измерение температуры океана, а радиолокационный высотомер Кuдиапазона RA (Radar Altimeter)  топоrрафиче ские характеристики поверхности океана и ледовоrо покрытия. Прецизионный pa диодальномер PRARE (Precise Range and Rate Equipment) обеспечивал точные Tpa екторные измерения. В КА ERS2 были установлены модернизированный радио метр А TSR2, а также прибор для изучения озоновоrо слоя ООМЕ (Global Ozone Monitoring Experiment). В состав системы ERS входили космический cerMeHT и наземный комплекс, состоящий из центра управления полетом, центра обработки и архивирования дaH ,:. .. , &, . , " . . .' . ......... (. Х... . J i . : ._.: .... :- ., .' ::.( .:; '';'::.. "J: \: :. .(:.:< :Н:. :-.:" ::..lп , :...:::.1: '...., ';[\ .1 :'-..". . Рис. 13.8. Космический аппарат ERS2 594 
fлава 13. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... ных И сети из 33 приемных станций. По плану ERS2 был предназначен для про должен ия сбора данных после выхода из строя ERS 1 и до запуска РСА HOBoro по.. коления КА ENVISA Т  1. В процессе эксплуатации оба спутника превысили pac четные сроки функционирования, что позволило кроме увеличения объема полу ченных данных провести совместную (ERS1 и ERS2, а позже и с ENVISATI) pa боту с проведением радиолокационной интерферометрической съемки одних и тех же участков местности. Орбиты КА были сформированы таким образом, чтобы один из КА пролетал по трассе друrоrо на следующие сутки. При этом база интер ферометрии не превышала 600 м, что обеспечивало KorepeHTHocTb получаемых Р ли. Совместные полеты имели большое научное и практическое значение для OT работки методов интерферометрии с «мяrкой базой» для задач построения карт рельефа и друrих приложений (см. раздел 9.7). Радиолокационный комплекс AMISAR работает в Сдиапазоне частот (5,3 rrц) в одном (маршрутном) режиме с фиксированной полосой съемки (100 км), вертикальной поляризацией в пределах уrлов падения 17...23 О. Парамет ры РСА приведены в табл.013.2. 13.3.5. Мноrорежимный РСА С-диапазона вопн Radarsat-l Коммерческий космический аппарат Radarsat 1 был специально спроектирован для съемки местности в интересах широкоrо Kpyra пользователей. Основные задачи, решаемые с ero помощью  rлобальные всепоrодные наблюдения за состоянием ледовоrо покрытия и растительности, оценка урожайности сельскохозяйственных уrодий, мониторинr районов стихийных бедствий, rеолоrоразведка, лесопользова ние, исследование береrовой зоны, океанолоrия, обнаружение айсберrов [215]. Космический аппарат был выведен 04.11.1995 на солнечносинхронную орбиту высотой 798 км (поддерживается с точностью 10 км), уrлом наклонения 98,6° с пе риодом обращения 100,7 мин. Местное время пересечения экватора в восходящем узле орбиты 18:00, период повторения трасс порядка 24 сут. Блаrодаря работе на солнечносинхронной орбите, продолжительность работы на витке достиrает 28 мин. Расчетный срок эксплуатации 5 лет, находится в эксплуатации более 14 лет. Начальная масса КА 2749 Kr, масса полезной наrpузки 1366 Kr. Мощность сол нечных батарей составляла 3000 Вт при запуске на орбиту со снижением до 1900 Вт после трех лет эксплуатации. Аппарат ориентирован в орбитальной системе коорди нат, точность трехосной системы ориентации 0,1°. Общий вид КА Radarsat1 приве ден на рис. 13.9. Бортовой мноrорежимный РСА работает в Сдиапазоне волн (частота 5,3 rrц, длина волны 5,8 см). РСА оборудован волноводнощелевой фазированной aHTeH ной решеткой (ФАР) размером 15хl,5 м. Ширина луча в rоризонтальной/уrломест ной плоскостях соответственно 0,2 и 3,5...6,5°. Поляризация излучения и приема  rоризонтальная. Луч может устанавливаться в 25 положениях по уrлу места, изме няя уrол падения в пределах 10...59°. Сектор электронноrо сканирования по уrлу места 25°. Коэффициент усиления антенны 40 дБ, время перенацеливания луча co ставляет 1 О мин. Ширина спектра зондирующеrо сиrнала в разных режимах 595 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 11,6 мrц, 17,3 и 30 rrц. Длительность зондирующеrо импульса 42 мкс, частота повторения 1270.. .1390 rц. Ширина полосы съемки составляет 25.. .500 км в зави симости от режима работы. Мощность передатчика  средняя 300 Вт, пиковая 5000 Вт. В передатчике применена лампа беrущей волны. Во Радиаторы системы термореryлирования r Астродатчики \ ']\п ан солнечных батарей 1., Антенна GPS  м и КрОДВИI'атели " коррекции орбиты \\ 000  I :'\ , .; I ,,';  ,. " . Опорная конструкция раскрытия антенны " '.' 11  Антенна РСА Антенна радиолинии x диапазона волн Рис. 13.9. Космический аппарат Radarsat..l в РСА реализовано восемь режимов работы: 1) стандартный в пределах уrлов падения 20...490 с полосой съемки 100 км, разрешением азимутхдальность 28х25 м, 4 наблюдения; 2) расширенные режимы с полосой съемки 160 км и разрешением 28х(30.. .48) м; 3) обзорные режимы Скансар с полосой съемки 510 и 305 км и разрешением 1 ООх 100 м и 50х50 м при 2 или 4 наблюдениях; 4) детальный режим съемки с полосой 45 км (уrлы падения 37...480) реализу ет пространственное разрешение 9х(8. . .11) м при одном наблюдении. В некоторых режимах реализуется обработка с комбинацией HeKorepeHTHoro накопления сиrналов, как по азимуту, так и по дальности. В штатном режиме полета антенна ориентирована для съемки местности справа (к северу) от трассы полета КА. Ежесуточный обзор Bcero реrиона Арктики и полный обзор районов, размещенных в пределах 49...700 северной широты, обеспечивается в течение 3 суток. Левосторонний обзор для изучения ледовоrо по крова Антарктиды реализуется разворотом КА. Характерно, что первоначально кроме этих рабочих режимов были предусмот" рены экспериментальные режимы съемки с приближением к надиру (yrлы падения 10.. .230) и удаленные от надира (уrлы падения 50.. .600). После проверки они вошли в штатную эксплуатацию как «расширенный ближний» (разрешение 28х(63.. .28) м) и «расширенный дальний» (разрешение 28х(22.. .19) м)  оба с четырьмя наблюде ниями по азимуту. Блаrодаря этим режимам и применению разворотов КА по крену общая полоса обзора (перенацеливания) увеличена до 2х925 км (вместо 500 км при одностороннем обзоре). Расширение полосы обзора может оказаться очень важным при мониторинrе катастроф для получения экстренной информации, недоступной в данное время дрyrим средствам дистанционноrо зондирования. 596 
fлава J3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... Отметим также, что ориентация КА в ОСК привела к сложностям синтеза Р ЛИ, особенно в режиме Скансар. Были разработаны специальные проrраММЬJ слежения за средней доплеровской частотой сиrнала (положением доплеровскоrо центроида), позволяющие избежать азимутальной неоднозначности сиrналов. Из.. менения доплеровской частоты изза вращения Земли достиrали 14 кrц, значи тельно превышая частоту повторения сиrнала ('"" 1,3 кrц). Передача информации на Землю ведется в реальном времени на одну из шес ти станций со скоростью 85 Мбит/с или с бортовых ЗУ (емкость 2х72 rбит) со CKO ростью 1 О Мбит/с. Продолжительность сеанса передачи данных 10.. .14 мин. В публикациях, посвященных анализу результатам 1 Олетней эксплуатации аппаратуры, отмечалась высокая стабильность параметров РСА [287, 288, 336]. 13.3.6. Космические РСА видовой разведки серии Lacrosse Разработка космических РСА в интересах ЦРУ началась в США в 1978 rоду по проrрамме Indigo [72, 125, 126, 215, 570]. Создаваемая система спутников радиоло кационноrо наблюдения дополняла спутники оптикоэлектронной разведки Key hole (КН) и была предназначена для решения задач всепоrодной круrлосуточной детальной видовой разведки стратеrических объектов (в том числе авиационных, военноморских и ракетных баз, аэродромов и портов), включая слежение за пере мещениями мобильных ракетных комплексов и ударных бронетанковых частей вооруженных сил зарубеЖНЬJХ стран. Основными потребителями БЬJЛИ высшее BO еннополитическое руководство США, ведомства, входящие в структуру разведы вательноrо сообщества, и вооруженные силы. С начала 1990 r. в ходе реорrаниза ции структуры разведывательноrо сообщества США создаваемые спутники La crosse были перенацелены на решение задач вооруженных сил США и НАТО [215]. До запуска ИСЗ BoeHHoro назначения использовалась информация rражданских спутников SEASA Т, SIRA, SIRB. Первый экспериментальный спутник радиолока ционной разведки INDIGO1 (KEYHOLE849 Gambit) был выведен на (HeCTaHдapT ную) орбиту высотой около 600 км В 1982 r. На этом модифицированном КА фото rpафической разведки, функционировавшем в течение 122 сут, были проведеНЬJ op битальные испытания развертываемой в космосе крупноrабаритной антенны. В 1988 r. начата эксплуатация первоrо ИСЗ радиолокационной разведки LacrosseNega на орбите 680 км с наклонением 57°. Далее последовали запуски спутников Lacrosse 1 (03.12.198823.05.1997), Lacrosse2 (08.03.1991), Lacrosse3 (24.1 0.1997), Lacrosse4 (17.08.2000), Lacrosse5 (30.04.2005). В состав орбитальных rруппировок входят пары спутников, размещенных на KpyroBbIx орбитах высотой около 700 км С разными наклонениями 57° (Lacrosse 1 и заменивший ero Lacrosse3) и 68° (Lacrosse2, Lacrosse4, Lacrosse5). Периоды об ращения спутников 95,5...98,6 мин. Основным подрядчиком по КА является KOM пания Lockheed Martin Astronautics, а по наземному cerMeHTY  General Electric. ДЛЯ РСА прорабатывались разные варианты построения антенны. Первона чально в составе РСА предусматривалась установка показанной на рис. 13.1 О зер кальной антенны с облучателем типа фазированной антенной решетки (пови 597 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования димому, АФАР) [519]. Рассматривались варианты с зеркалами полукруrлой или полуэллиптической формы. Соrласно данным [125] использовалась антенна Kacer рена с параболическим зеркалом диаметром 15... 17 м и с облучателем типа ФАР. Уrлы обзора находятся в пределах ЗО...600, время перенацеливания  около 15 с. Реализация сканирования луча в зеркальной антенне на уrлы, превышающие ши рину луча в 150 раз (в каждую сторону), представляет собой сложную проблему, требующую применения АФАР облучателя [206]. 1'> LACROSSEf{EGA '-"'1 !:.j.,,, t.)' (-:....:..." [1;... f')'f 1C'''1N .."',. '''"''<;: ,;;:\ ... TOA OISH" НТЕННА СМВ PLAT'f' ORN l  SEXTANT I OBS'ANТENNA  5'  !fJ( I I  .........If8"'....... ,' l" /' :- , \: PAVl.O'OL...11 \  \ /   ТlTдN-4 SНROиg / "16.67 / " L6' /' \ /  6PSAHTENNA HORIZON SENSOP ! '-... " I " " ...  .... "', " .... '" 1. . ", .; ",,/" :2tc':.'b .f.IJ-:-RОSSL SP.ACCRAF'T IiIAS 1?2 L8S. Ы::IiFt :t'f-JII MISSIOH RADAft EC.SAT OPTICAL SYSTEM ОЕ SI G"'ATION. . PICTURE $YSTEM /MDAR It4AGING RI:SOLUTJON J.Z8" SWATH W\[)'ТИ  DАТА RETURN METOO RAOIO LFE TJN' - SYEAAS PLU5 IHCL INAT'Or.J  s&.э66' I'ER/G[ Е 41+.'" 7 APOE' -4-17.52 ( IA$T LAUNCH 12.1'88 STS AST .....иМСН .3-8-H TIT"'N-4 suc C[S SES 2 rAILUE$ -о ATT[PTS .l. L"'UNCH VEHICLE STS S fi UT1"t.E (А} т. rAN 4 Ie) , ,\   , :\ ' 0...5 RCS, Х,  PR()ULSIOIII ..."' / AL Т1МЕТ[А/ . , ,," ,.'" f  (. , , ..,\ " , \ , [)OWN L tNt< OISH  "[,> ';r <4'f-.. ' _ 1'. -i-.. "oi';.., ,  "<iJJ1 , . ,;'JI... ""-(,'r; : ' >,' ":". . t;!t . .............lMMI!iG RAOдR ANТENNA PIIASE!) АЯНАУ Р.Е&Р C ON TAA CTO S SYSTE"'S-w.RtIN МАRfЕТ7А SCALE V 5' I 'С) . . SOLAR PAНE /О. ARR,AY  @C.P.VICК 1996 Рис. 13.10. Конструктивная схема ИСЗ «LacrosseNega» [125] РСА работает в диапазоне частот 9,5...10,5 rrц (Хдиапазон), импульсная мощность излучения составляет 1500 Вт при длительности импульса 10.. .50 мкс, средняя мощность излучения равна 400 Вт. Источник питания  солнечные бата реи. На первых образцах КА они имели размер 50 м и обеспечивали 10...20 кВт мощности. По опыту эксплуатации позже размеры батарей и энерrопотребление были снижены. Расчетный срок службы аппаратуры составлял пять лет (реальные сроки  значительно больше). Высокое разрешение по дальности достиrается путем использования широко полосных зондирующих импульсов, а по азимуту  большим временем синтеза при работе в прожекторном режиме. Основные режимы работы (рис. lЗ.ll) включают в себя маршрутный (стандартный луч), обзорный (широкозахватный луч) и прожек торный (лучи BbIcoKoro разрешения) режимы. Характерно наличие эксперимен тальноrо режима с большими уrлами падения, в которых возможно появление He однозначности сиrналов по дальности. 598 
fлава J3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... Лучи ВЫСОКОI'O разрешения Стандартные лучи Рис. 13.11. Режимы съемки РСА «Lacrosse/Vega» [125] В прожекторном режиме реализуется разрешающая способность 0,6...1,0 м при размере кадра на местности (2.. .5)х(2.. .5) км. В маршрутном покадровом режиме с высоким разрешением (2...3 м) размер кадра составляет (6...20)х(6...20) км, а в маршрутном режиме со средним разрешением (3...1 О м) ширина полосы съемки co ставляет 100...200 км. Возможна съемка небольших участков местности с высоким разрешением (0,5...0,6 м) и удаленных до 2200 км. Приведенные данные являются ориентировочными, но подход к выбору режимов близок к реализованному в РСА Radarsatl, поскольку в разработке режимов дЛЯ РСА Lacrosse принимали участие канадские специалисты [125]. Конструктивно РСА размещается на КА с диаметром ",,4,8 м при длине 14,2 м. Общая масса КА составляет ",,12,7 т. Конструкция КА В процессе сборки показана на рис. 13.12. Отмечается cepь езный технический проr ресс, достиrнутый при pea лизации последних образ цов КА Lacrosse/ONYX. Их можно отнести к четверто му поколению РСА [519]. Бортовая радиосисте ма обеспечивает передачу данных от РСА со CKOpO стью около 150 Мбит/с в двух вариантах: в Кuдиа пазоне частот (13/15 rrц) через спутникиретрансляторы TDRSS и далее на наземные станции приема в White Sands, штат НьюМексико и в Кадиапазоне частот (20/30 rrц) путем непо средственной передачи на наземный центр приема в Fort Belvoir, штат Виржиния и приемные пункты в Австралии, Великобритании и на rавайских островах. ':о." ".:I;(... ... :.: ;.: . " 'f""j .;: }. :: -: , . . ;k.t _ ,.  jo, Рис. 13.12. Конструкция КА Lacrosse/ONYX в процессе сборки 599 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Перспективы развития системы связаны с работами по проrраммам США FIO SBR (бывший Discoverer2). 13.3.7. Мноrочастотные поляриметрические РСА SIR-C/X-SAR мноrораэовоrо космическоrо корабля Space Shuttle Радиолокационные комплексы, размещаемые на мноrоразовом космическом KO рабле (КК) Space Shuttle, были предназначены для отработки новых технолоrий и rлобальной радиолокационной съемки Земли в разных диапазонах волн с целью картоrрафирования, изучения состояния и динамики процессов изменения поверх.. ности Земли [215]. Радиолокационный комплекс SRL размещается на открытой платформе Spacelab, устанавливаемой в rрузовом отсеке КК Space Shuttle. Аппара.. тура включает в себя американский двухчастотный РСА SIRC, работающий в c и Lдиапазонах волн и европейский РСА Хдиапазона волн XSAR. Проrрамма экс" плуатации комплекса была рассчитана на три полета с доработкой аппаратуры для расширения задач дистанционноrо зондирования Земли. Запуски КК с радиолокационным комплексом были осуществлены в апреле 1994 r. (SRL 1), сентябре  октябре 1994 r. (SRL2). В результате двух полетов бы ло снято 25 % территории суши с общим временем 133 ч (90 ч  SIRC и 43 ч  XSAR), в том числе с применением поляриметрическоrо зондирования в c и Lдиапазонах волн. В последние трое суток полета SRL2 высота орбиты была скорректирована таким образом, чтобы трассы двух полетов практически совпада ли. Были получены данные для интерферометрической обработки с межвитковой базой 10.. .4700 м и с интервалом времени межу съемками около 5 мес. Эти исследования дали ценную информацию по применению интерферомет рии для построения карт рельефа местности, о взаимной коrерентности снимков и возможностям дифференциальной интерферометрии. В феврале 2000 r. был реализован 11суточный полет SRTM (Shuttle Radar To pography Mission) со сбором картоrрафической информации методом интерферо метрии с жесткой базой для построения карт рельефа местности. Было снято до 80 % поверхности земной суши в пределах от 600 с.ш. до 560 ю.ш. Для проведения съемок в режиме однопроходной ин терферометрии была демонтирована антенна Lдиапазона волн и на Bыдe ленном месте размещены выдвижной механизм (штанrа с полной длиной около 61 м) с двумя приемными aH теннами x и Сдиапазонов волн поло винноrо размера. Высота орбиты КА составляет 200...233 км, наклонение 570, период обращения 91 мин. На рис. 13.13 при Рис. 13.13. Космический корабль Space Shuttle веден общий вид КА в варианте SRTM дЛЯ топоrрафической съемки поверхности Земли в момент начала движения штанrи с (SRTM) [521] выносными приемными антеннами , If .l J1!" ".,  .. \ " '("""-W"'\..1"_:(. ..... :JI, )I::f; ty:;' ....... , ' {,:: .. , , t. '. - . ' :":i :.. '" '!\:(:', - <... : -'::.;"''''-':: . (". , ,1 ' -- ,, ""':""' ;:& t, ",,-'-- . ... ' -: i- ::;1  . . ': .... :).,.\::t ', "'}' z:.-}..::...::: \::-:::;;.-,:- " .';0--....... 600 
rлаsа 1.3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... x и Сдиапазонов волн. Их rоризонтальный размер (6 м) вдвое меньше основных антенн. Для точноrо определения размеров и уrловых отклонений базы интерфе рометрии была предусмотрена установка на блоке с приемными антеннами лазер ных и телевизионных датчиков. Параметры РСА, входящих в бортовой комплекс, приведены в табл.О13.3. Таблица 13.3. Параметры лучей и режимов работы SIRC Параметр PCAL PCAC XSAR (для SRLl, SRL2) Несущая частота излучения, rrц 1,25 5,5 9,6 Щлина волны, см 23,5 5,8 3,1 иринаспектрасиrналов,rц 19 9,5 и 40 19 и 9,5 Щлительность импульса, мкс 8,5; 17; 33 40 ид модуляции ЛЧ ЛЧ !Частота повторения, rц 1200.. .2160 1395.. .1736 lТип антенны АФАР волноводно щелевая ФАР Размеры антенны, м 12х2,95 12хО,75 12хО,4 Поляризация излучаемых и Любая комбинация, включая полную: ВВ принимаемых волн rr+rB+BB+Br Поляризационная развязка, дБ 30 acca антенны, Kr 3300 45 Пространственное разрешение, м: азимут 27 27 менее 30 6 (наилучшее) 3 (наилучшее) дальность 8...15 8...15 10...20 4 (наилучшее) 4 (наилучшее) до4 Ширина полосы съемки, км 15...90 (70  средняя) 15...45 225  Скансар до 60* У rлы падения, rрад, 15 . . .60 20.. .55 предельно до 58* Режимы съемки аршрутный, Скан сар, прожекторный Импульсная мощность передатчика, 3500 2200 3200 Вт Скорость информационноrо потока, 45 Мбит/с Система передачи данных В реальном времени через систему TDRSS (90 бит/с) и запись на 3 цифровых маrнитофона 601 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Выходной сиrнал радиолокационных каналов квантуется 8битовыми отсче тами, для дальнейшеrо сжатия информации применяются алrоритмы блочноrо квантования с плавающей точкой BFPQ (Block FloatingPoint Quantization). В pe зультате обработки блоки данных из 128 и 8битовых отсчетов преобразуются в последовательность 4битовых отсчетов, сохраняя исходный динамический диапа зон. Четыре цифровых канала по 45 Мбит/с собираются в единый поток 180 Мбит для реrистрации в бортовом записывающем устройстве. 13.4. Разработки космических РСА, обеспечившие создание научно-техническоrо задела 13.4.1. Мноrорежимный космический РСА LightSAR для малоrо КА Космическая система радиолокационноrо наблюдения LightSAR (проект) включает в себя бортовой и наземный сеrменты. Основные требования, предъявляемые к системе: . максимальное удовлетворение требований потребителей при минимально достижимой цене; . быстрый и дешевый доступ потребителей к радиолокационной информации; . применение передовой технолоrии для снижения стоимости аппаратуры с по вышением ее потребительских качеств; . обеспечение 5летнеrо срока эксплуатации. Параметры космическоzо аппарата: . высота орбиты 600 км, период обращения 97,6 мин; . орбита круrовая, солнечносинхронная, наклонение 97,8°; местное время BOC ходящеrо узла  06:00 ч; . перекрытие rлобальноrо обзора  с периодичностью 1 О суток. Высокие параметры бортовой аппаратуры (см. табл. 13.]4) обеспечиваются . использованием облеrченных панелей антенны (А ФАР) с электронным управлением лучом и миниатюризированных приемопередающих модулей с целью снижения массы, потребления и стоимости; . применением миниатюрных микроволновых интеrральных схем; . работой на одной частоте для снижения массы и потребления; . минимальной длиной антенны с целью снижения стоимости антенных пане лей, механизма развертывания антеннь] и массь] изделия. Технические характеристики аппаратуры: . рабочая частота: 1,2575 rrц (Lдиапазон); . направление обзора: правое или левое изменением уrла крена КА; . длительность съемки составляет 1 О мин/вит в прожекторном режиме и до 30 мин/вит в непрерывном режиме. Оrраничивает длительность съемки про пускная способность радиолинии передачи данных; . длительность импульса: 15, 3 мкс; . частота повторения: 1600 rц  номинал (пределы 1200.. .1700 rц); 602 
fлава J3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... . квантование: 8, 4 разряда (формат (BFPQ) и 4 разряда (без BFPQ); . мощность: 1,24 кВт (максимальная), в том числе 1,15 кВт  антенна, 90 Вт  электроника (съемка 1 О мин на витке в прожекторном режиме); . масса: <250 Kr (225 Kr  антенна, 25 Kr  электроника); . антенна: 10,8 м (азимут) х 2,9 м (высота), складная, две 4элементные плоские секции, складывающиеся веером по бокам КА; . электронный блок: 1 ОХ 16х30 см 3 (4800 см 3 ); . командная / телеметрическая радиолиния с производительностью 1 кбит/с; . радиолиния передачи данных  150 Мбит/с. Данные эфемерид спутника включаются в шапку кадра. Таблица 13.4. Основные характеристики РСА LightSAR Режим BLIcoKoro разрешения Двух.. Параметр Четыре Две проходный Скансар Прожектор" Непрерыв" поляризации поляризации интерфе.. ный ный рометр Разрешение, М 3 610 50 25 25 100 Полосазахвата,км 15х20 22 50 50 100 250 Число наблюдений 3 3 10 4 4 8 У rол от надира, rрад 2052 252 20 2552 25----44 2052 Поляризации rr или вв rr или вв rr+rB+ rr+rB или rr или вв rr+rB или +BB+Br BB+Br BB+Br Чувствительность 20 20 зо 25 25 25 О"'пе, дБ Полоса сиrнала, 80 80 1 О, 15 1 О, 15 15 2,5 мrц Скорость передачи 150 150 120 60 60 40 данных, Мбит/с 13.4.2. Двухчастотный РСА «Траверс» модуля «Природа» космической станции МИР В июне 1996 r. был введен в эксплуатацию научный модуль «Природа» орбиталь ной станции МИР [544]. Модуль «Природа» был предназначен для дистанционноrо зондирования Земли и был оборудован целым рядом мноrоспектральных датчиков, в том числе двухчастотным комплексом РСА «Траверс», разработки ОКБ мэи. Составной частью двухчастотноrо РСА «Траверс» была зеркальная антенна разме ром 6х3 м и два радиолокационных канала s и Lдиапазонов волн. Задачей CTaH цИИ МИР было про ведение систематическоrо дистанционноrо зондирования раз ных районов Земли и набор данных. Двухчастотный двухполяризационный KOM плекс «Траверс» был предназначен для анализа типов и состояний растительноrо покрова Земли, измерения влажности почв, топоrрафирования поверхности, опре деления шероховатости снежноrо и ледовоrо покровов [215, 539]. Основные параметры двухчастотноrо РСА «Траверс» приведены в табл.О13.5. Общий вид зеркальной антенны РСА с передающими блоками в составе облуча 603 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования теля антенны, а также размещение модуля «Природа» на станции мир показаны на рис. 13.14. Таблица 13.5. Основные характеристики двухчастотнzо РСА ((Траверс» Значение Параметр PCAS PCAL Несущая частота, мrц (длина волны, см) 3,28 (9,14) 1,28 (23,44) Поляризация rr или ВВ Уrол от падения, rрад 38 Полоса съемки, км 50 Разрешение, м 100 UUиринаспектрасиrналов,мrц 5 Длительность импульса, мкс 25 Частота повторения импульсов, rц 3000 Поток формируемых данных, Мбит/с 15 t- -.-'---"'- -- " )..: ::  . . .:: .,  \:t}= ,;..« . .: .,- ,-- о,! ./ , ..... .. t'- .... ." . (! " . t..... ''')\. . .", ;.: - . . "':- ,,..,' , ... . ,.. о..,. < ,\ ,! 'r- " - '. i"1!f.", ! :... ." "', - , -- }- . .'.' " '. . ..{:'.M:;!,::':: а) б) Рис. 13.14. Зеркальная антенна РСА «Траверс» (а) и размещение модуля «Природа» в составе станции МИР (б) При разработке РСА «Траверс» был использован технический задел, полу ченный при создании радиолокатора для автоматических межпланетных станций «Венера 15/16». Эти станции функционировали на эллиптической орбите Венеры с высотами в пределах 1000.. .65000 км с наклонением 85° и периодом обращения 24 ч. РСА работал в 8сантиметровом диапазоне волн, использовал антенну с раз мерами 6х14 м и обеспечивал разрешающую способность 1...2 км (нефокусиро ванный синтез РЛИ) при полосе съемки 150 км и длине маршрута до 9000 км. Yc пешно выполненная проrрамма радиолокационной съемки поверхности Венеры позволила выпустить Атлас карт Венеры, содержащий ценную информацию по rеолоrическим особенностям планеты [24]. 604 
rлава J3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... Однако для решения задачи землеобзора требовалась серьезная модификация аппаратуры, особенно в части реализуемой разрешающей способности. К сроку ввода в эксплуатацию модуля «Природа» (1996) были доступны для исследований и широкоrо практическоrо использования радиолокационные снимки с разрешаю щей способностью 30 м (РСА SeasatA  с 1978, SIRC/XSAR  с 1994, ERSI/2  с 1991). Поэтому Р ЛИ с разрешением 100 м, полученные с РСА «Траверс», оказались невостребованными. 13.4.3. Мноrочастный бортовой радиолокационный комплекс КА «Алмаэ..1В» Пример реализации принципа наращивания сложности аппаратуры с OДHOBpeMeH ным расширением ее возможностей  проект бортовоrо радиолокационноrо KOM плекса (БРЛК) ЭКОРIВ КА «АлмазIВ». Ero технические характеристики приве дены в табл. О 13.6 [55], а общий вид показан на рис. 13.15. При разработке БРЛК был принят ряд ключевых решений, исходя из принципов системноrо подхода к проектированию РСА. В БР ЛК по левому борту предусмотрен обзор с помощью двух каналов  РСА Sдиапазона волн и РСА/РБО Хдиапазона. Использованы вол новоднощелевые антенны по типу антенн РСА «МечК» и космическоrо РБО «KOCMoc364». По правому борту осуществлялся обзор с помощью РСА s и Рдиапазонов волн. В антенной системе применены три зонтичных зеркальных aH тенны размером 3х6 м, разработанных дЛЯ РСА «Траверс» космическоrо модуля «Природа» станции МИР [55]. Хотя в трехзеркальной антенне усложнена задача формирования ДНА с малыми боковыми лепестками, но наличие отработанных образцов и технолоrическоrо оборудования явилось определяющим в выборе типа антенны. Таблица 13.6. Технические характеристики БРЛК ЭКОРВ КА «АлмазlВ» Параметр Тип PCA3 PCA10 PCA 70 Высота орбиты, км 400 Уrол наклонения орбиты, rрад 73 Длина волны, см 3,49 9,58 69,8 Уrлы наблюдения, rрад 2551 2551 2551 Направление обзора влево влево/вправо вправо Полоса обзора, км 330 330 330 Полоса съемки, км 2035 30---45 / 60 170 120170 Поляризация ВВ ff/(BBf+rrB) BBf+ffB Разрешение: РСА/РБО по дальности, м 57 / 150 5 7 / 22---40 22---40 по азимуту, м 57 /2500 5 7 / 15 15 радиометрическое,дБ 0,5 0,5 / 1 1 УЭПР шумовоrо эквивалента дБ 25 25 / 33 33 Поток ИНфОDмации (РСAlРБО). Мбит/с 240 / 1 2х120 2х240 ЭнеDrОПОтРебление Вт 2300 2300 2300 Масса aHTeHH Kr 320 / 260 Масса аппаратуры без aHTeHH Kr 1500 605 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования !11m . . '. ...::;..j -:::';J' .. .' '}:: ..; . . '''''1 .:' i . . ..... ................, . .: -,p.: '«.j:.j:';..' .' . . , <, " ,- . @ " а) б) Рис. 13.15. Общий вид проекта КА «АлмазlВ}) стрехчастотным БРЛК (а) и аналоrичное построение aHTeHHoro устройства в РСА Кu"диапазона фирмы Astrium GmbH (6) Хотя данная разработка не была реализована, она позволила создать необхо.. димый технический задел для совершенствования космических РСА. Предложен.. ное ориrинальное решение построение антенн способствовало развитию техники РСА не только в России, но и за рубежом. Иллюстрацией может служить проект космическоrо РСА Кuдиапазона волн ( А 1,75 см) для наблюдения снежноrо по.. крова (отличие cyxoro и влажноrо cHera), rде принято явно заимствованное реше.. ние для aHTeHHoro устройства (см. рис. 13.15,6). 13.4.4. Мноrочастный поляриметрический бортовой радиолокационный комплекс «Аркон-2» КА «ApKOH2 разработки НПО им. С.А. Лавочкина оборудован тремя радиолокато рами  сантиметровоrо Хдиапазона волн (Спинарl) и дециметровых L.. и Рдиа пазонов волн (БРЛК «СпинарIДМ»), реализующих разрешающую способность от 12 м до 30 м [47*, 125, 126, 548]. Задачи, решаемые радиолокационным комплек сом: при род оп оль зова ни е, оценка ледовой обстановки, поиск и разведка ископае мых, проведение rидро и rляциолоrических наблюдений, создание и обновление цифровых топоrрафических карт, создание и обновление кадастров сельскохозяй ственных земель и природных ресурсов, мониторинr эколоrических процессов. Радиолокационный комплекс предусматривал возможность оперативно полу чать данные об объектах, не обнаруживаемых визуально (скрытых cHeroM, листвой деревьев, замаскированных, заrлубленных), определять скорость движущихся объ ектов, применять интерферометрические технолоrии для получения данных о рельефе местности, использовать поляриметрические характеристики объектов для дешифрирования радиолокационных снимков и др. Параметры бортовоrо радиолокационноrо комплекса космическоrо аппарата «ApKOH2» приведены в табл.ОI3.7, общий вид КА показан на рис. 13.16. На рис. 13.] 7 показан общий вид совмещенной АФАР L и Рдиапазонов волн БРЛК «Спинар 1 ДМ». В дециметровых каналах L и Рдиапазонов «СпинарIДМ», разрабатываемых ОАО «Концерн «Bera», используется совмещенная двухчастотная АФАР с возмож ностью работы с полным набором поляризаций ВВ + Br + rr + rB (см. табл. 13.7), а в Рдиапазоне еще и с крyrовой поляризацией. 606 
fлаsа 1.3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... Таблица 13.7. Параметры бортовоzо радиолокационноzо комплекса КА «Аркон..2» Параметр Диапазон волн Х (3 см) L (23 см) Р (69 см) Высота орбиты, км 500.. .600 Поляризация при приеме и передаче вв/Вr;rr;rв BB+Br+rr+rB Направление обзора вправо/влево от трассы КА Полоса съемки, км 2...10 15 . . .400 60.. .120 Полоса обзора, км 450 450 250 Разрешающая способность, м 1 . . . 1,5 3...30 30 Радиометрическое разрешение, дБ 1,2. . .3,5 Чувствительность, cf пе, дБ 23 > :"!: , , .  . :с.' ":":. ! ,. j , ...... ,. "'.t". ' '" "". :с ,,.,1 "', . J ;-;. -$"".- .! . '1 ... , ».", . Рис. 13.16. Общий вид КА «Аркон..2» с антеннами РСА «Спинар..l» и БРЛК «Спинар..1ДМ» бортовоrо радиолокационноrо комплекса ПОJIОТIJО Л(()АР KOlGllllllp()BaHlIlJIC Iл.:rУll1ТС:lI1 IJ<I11HI1'olla. 2)6 1111. I'I'.'I учаТС.111 P<OILlIla'HH la. Х4 шт.  = I ...i=r= i = l : iIIi i: i=i =L I ... 1 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 -- 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 ; аЬ - - - - - - -- - - - - -; 1 1 .1 J. 1....1...1 .. ITI! ... 1 I 1 . I!. ;1 : 1 I ....L...L .L....L...L....L.....!..' JI ....L--L · 1"' 1-1: l. ra 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 -- 1 - 1 - 1 :- 1 - 1 - 1 - 1 -------------- 1 1=1 = 1 = 1=1 = lnl = I = I = I = I = I = r -.:-.-.=.-=---.-.-- Рис. 13.17. Общий вид совмещенной АФАР L.. и р..диапазонов волн БР ЛК «Спинар..l ДМ» 607 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 13.5. Состояние и перспективы развития РСА землеобзора космическоrо базирования Современные этапы развития космических радиолокационных средств дистанцион Horo зондирования Земли характеризуются созданием радиолокаторов с синтезиро ванной апертурой антенны третьеrо и четвертоrо поколений, включая проеКТЬJ РСА космическоrо базирования [51,53,64,72, 127,534,550,571]. На предыдущих стади ях были выполнены эксперимеНТЬJ по оценке информативности радиолокационных изображений (Р ЛИ), получаемых из космоса в разных диапазонах волн ( С, S, L), с разными поляризациями. Получены количественные данные по отражающим xapaK теристикам подстилающей поверхности [522], разработаны технолоrии и алrОРИТМЬJ коrерентной обработки радиолокационной информации, включая построение циф ровых карт рельефа, измерения малых (сантиметровых) подвижек земной коры, оценку изменения обстановки на объекте наблюдения. Внедрены в действующую аппаратуру и проrpаммное обеспечение обработки материалов радиолокаuионной съемки специфические для космических РСА режимы работы, адаптированные для пользовательских задач: общеrо и rеолоrическоrо картирования, исследования при родных ресурсов, мониторинrа растительноrо покрова, океанолоrии, ледовой раз ведки, обеспечения судовождения, а также контроля зон локальных конфликтов и обеспечения военных операций, мониторинrа чрезвычайных ситуаций и сопровож дения спасательных работ. Кроме основных режимов дистанционноrо зондирования Земли (ДЗЗ) предусматривают выборочную съемку участков морской поверхности. До последних лет, кроме РСА BoeHHoro назначения Lacrosse, в котором реали зовано метровое разрешение, действующие космические РСА, в основном, были приrодны для решения задач исследования природных ресурсов, мониторинrа pac тительноrо покрова и океана: наилучшее разрешение 11 м обеспечивается в РСА Radarsatl. Вполяриметрических РСА третьеrо поколения ENVISAT/ASAR, Р ALSARI ALOS, Radatsat2 возможно получение Р ЛИ с разрешением 3. . .1 О м. Современная концепция проектирования космических РСА предусматривает создание мноrофункциональных мноrорежимных, поляриметрических РСА, по зволяющих получать радиолокационные изображения (РЛИ), приrодные для поля риметрической и интерферометрической обработки и позволяющие получать pa диолокаuионные снимки с высоким пространственным разрешением в непрерыв ном маршрутном режиме, с наивысшим разрешением в прожекторном режиме или в режиме двойноrо приема (0,5...1 м) и со средним разрешением в широкозахват ном режиме Скансар. Тенденцией развития радиолокационных систем землеобзора космическоrо базирования является использование радиолокационных датчиков в составе орбитальных rруппировок (тандемы ТепаSАRХ и Radarsat2/3, rруппи ровки КА SAR Lupe, Cosmo SkyMed и др.), которые существенно расширяют воз можности ДЗЗ И повышают оперативность наблюдения за счет сокращения BpeMe ни повторноrо наблюдения и интеrрирования получаемых данных в rлобальной информационной системе. Параметры РСА приведены в следующих подразделах (см. табл.О13.913.13). Сводные данные по современным космическим РСА и бли жайшей перспективы приведены в табл. О I3.8 (см. также табл. 13.1213.15). 608 
fлаsа 1.3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... u \->      ::: 5  :(  ..с :t  :::  5 &  == :::  ..с :t :t  5   <:.,) .... ..с      gё  ....-1  =- ==     Р:: V) t=: ""'"'"'   О oU ии б-.р.;t:::оt:::U О  N \о  1=:(  \о  "--""  0\ .....-4 00  t::: . t:::  '::3\OOO::C :::c '01", O\::E 00  е U р.; 00   U .....-4   Q = f-c = а    =  =   I Р:: <r: и  .... .... Q) f--4 \о N о х U O\.....-4U \о .....-4 -1- r--- " OO\  е::Е  ........ I f--4  и """""'1 Р:: N xp.;uoo \Ot:::U   ....-f"I t=: 'oI",00 e::Et::: N <r: 0\ О \о ""'"'"' t=: О oor::: Mt=: . О "--"" : r::: N V)NM .....-4 ......... N I ....  ....  "'tj  Р::  .....-4  ""'"'"' Х p.; О o..u oo\O,,OV:Ou  00  p.; :"  0\::E6  Р::  и U  f--4  l  t=:  О ot::: V)  V)::S::p.;  .....-4 I::{U .-=:::i U  м V) .....-4 ""'"'"' u ::s:::s: ::.:: ::s:: 1=::    "--""    о.. CQ V)  f-c  u м Q) О Q) ::r .....-4   f;; З 00 \O 00 м ...... >< I Р::  и  t:: Q) f--4 oo ,,",",",IU' О .........,U ::.:: xp.;t=:V)u     t:::  V) t::: "--"" 16  oo:::t  . V) r---p.;  :p.; о O\::Eu::E \о е U "--""О  N    ::.:: :а ::t ::t Q) r:::    f-c ;u:aE-; )::s::f-c ,....,O ::s::  ::s:: Q) Q) 5 '8.  в. Q) f-c О Q) g ..... g; ::t o.   О 8 ::s:: ;:s; u r:::  ::.:: r::: :Е: О r::: ..Q  ::S:: Q) ::cf--4 <i  о..  ti ::s:: ::t Q)  r::: :а t=:   ""'"'"'  б:'t::: C' M::r::OU О 6  t::: "--"" r---  "--"" О 00001=:( 0 \0 V)\O.........  °NMOr--- . 1::{ : r--- : : U o :00 UNoN  О \о N .......... О 00 .....-4 O ..........0 V1 li:u ::EU ""'"'"' ""'"'"' t=:o u 00""'"'"' Ot:::U О \о  t::: "--"" OU"--"" ::'::.....-4N .-=:::ix..........  "--"" О О O........N  .....-4 ""'"'"' ""'"'"'''"'"'"' U б:'U 61=:(;;-;;- О О "--""  r--- r::: OV)V)..........N .....-4.....-4V)0 Or---  ""'"'"'  t::: ""'"'"' ......... ""'"'"' V)U .....-4U .-=:::ix"--",, "--""00 0.....-40 V).....-4 .....-4 Х V)  ::.:: & О м  О  u О t=: О t:::  ::.:: :i ::.::  Q)  u ""'"'"' о..  ::.:: "--""  u О t=: О t:::   ..........   t=: t=: О О r::: r::: N  U  t=: UO   r::: .......... t::: ..  t=: O ::Е t::: t=: t=: О О r::: r::: ("'\1  t=: О r::: N  ::r  м ::s:: о.. t,::: t=: О t:::    ..........    t=: О r:::  +  ""'"'"'   ::E -......... +M .......... х  N)   ""'"'"' О ""'"'"' N U (:3 U .....-4 ""'"'"' ......... "--""O Al=:(o О "--",,.....-4 .....-4 Х О О r--- .....-4 -........ ""'"'"' ""'"'"' t=:t::: о::с t:::"--",, ......... 0\0\ 0000  N.....-4 ""'"'"' V) ........ х V) ........ "--"" .......... /""'" 0\ х 0\ "--"" ""'"'"'  ::Е "--"" ""'"'"' U """"'U t=:......... 00 ",} ,......., t::: V) .. '4  "--"" Х xt:::NO V1.........-; NV) .....-4 N х V) N  х м ""'"'"'  О о..:- ::Е "--""  ""'"'"' U е:- О U 00 м б:' t::: "--"" N х 1=:( "--"" О х M.........V)0C;  0\0.......... V)O  00 N х V) N С"! ""'"'"' .....-4 U ,.......,U ......... C"!t::: .....-4"--""х  V) VI .....-4  ..Q f-c u О ::t ..Q @ 1::{ Х f-c ;>.  ::s:: м  Q) ::s:: ::t Q) а Q) о.. м   О О O С I О О  О О O\ .....-4 '1 f-c  ti ::s:: ::t 1::{ Q)  e2N ' и M ::s::z ..Q ..Q t) f-c О u ::t О 3  О t=:  Q) f-c  ::s:: ::t  1::{ u  U::Т V) N I I   ci  u ::t  ::.:: U I U U  V) )::S: м :а    Q)   1::{ О  o..::r r:::  I g. t::: r::: ):i  ..... ::t ..Q ::t CQ Q) 8.CQ  t;  & r::: u I g  Q)  ::t I ):i t::: :а::с ::t  ..Q ::t  t=: f-c О Q) CQ I::{:X: I   u I=:(g.   )::s:: ::s:: :а ::.:: ::t  f-c Q)  8  o..::s::   7 & I ::E :а ):i f-c ::s:: О ::.::  u  Q) o..::r :а ::s::  f?- ::s:: Q)   Q) ::s:: o.. t,::: ::;- t=: О r::: t,::: I ::s:: t=: О ::tt:::  ):;i" ::r :а Q) ::t ::t  8.. ::s:: ::s:: 0..8 u t:::8.  О  609 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования В большинстве современных и проектируемых РСА землеобзора космическо ro базирования предусматривается получение разрешения снимков от 1...3 м, что приrодно для эффективноrо решения задач военной разведки и мониторинrа чрез вычайных ситуаций. 13.5.1. Поляриметрический РСА С-диапазона волн ASAR космическоrо аппарата ENVISAT Космический аппарат ENVISAT (Environment Satellite), показанный на рис. 13.18, предназначен для продолжения проrраммы реrулярноrо радиоло.. кационноrо зондирования Земли, начатой с использованием КА ERS 1 и ERS2 в интересах ши pOKoro Kpyra пользователей [215, 369, 438, 479, 520, 556]. Первый спутник проrраммы  ENVISA Т  1  был запущен 1 марта 2002 r. Запуск BToporo спутника ENVISAT2 в феврале 2003 r. оказался неудачным  аппарат не вышел на орбиту, а блоки полез Рис. 13.18. Общий вид КА ENVISAT ной наrрузки упали в Австралии. Орбита КА ENVISAT  солнечносинхронная со средней высотой 799,8 км (радиус орбиты 7159,5 км), наклонение  98,550, орбитальная скорость  7450 м/с, период обращения  100,59 мин, время (местное) пересечения экватора в нисходя щем узле  10:00 ч, период повторения трасс  35 суток. Число витков в сутки  11 / 14 35. rеометрия следа КА на поверхности Земли поддерживается с точностью 1 км относительно номинальноrо значения. Ориентация КА в ПСК. ДЛЯ повыше ния точности rеоrрафической привязки изображений используются данные GPS, бортовоrо высотомера, лазерных дальномерных измерений (на борту КА YCTaHOB лены лазерные отражатели) и автономной системы TpaeKTopHOBpeMeHHЫX измере ний DORIS (точность измерения параметров орбиты около 1 м). Начальная масса КА на орбите  8211 Kr, масса полезной наrрузки  2145 Kr. Мощность солнечных батарей  7500 Вт (6700 Вт  через 4 rода эксплуатации). Энерrопотребление полезной наrрузки 1,9 кВт среднее и 3 кВт пиковое. На борту спутника установлено 1 О различных приборов, работающих в широ ком диапазоне волн электромаrнитноrо спектра: от микроволновых до ультрафио летовых. В состав полезной наzрузки входят: РСА ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar)  основное средство наблю дения; радиолокационный высотомер RA2 (Radar Altimeter); усовершенствованный пассивный радиометр ИК и СВЧдиапазонов АА TSR (Advanced Along Track Scanning Radiometer and Microwave Sounder); .' .'" :. .' $ о,: ":.,. ,';", , . ....-".... :';::.' . " 1 .")'',;,'4. . ' .... ." _,"f.. .  . f  "'",:.";,,. '" " '".\:"5"' ':':; ."-:1. :1., ,. . . . 610 
fлаsа 1.3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... . спектрометр среднеrо разрешения MERIS (Medium Resolution Imaging S pectrometer); . интерферометр Михельсона для зондирования атмосферы MIP AS (Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding); . спектрометр для измерения концентрации озона в атмосфере GOMOS (Global Ozone Monitor Ьу Occultation of Stars); . пассивный СВЧрадиометр MWR (Microwave Radiometer); . сканирующий спектрометр атмосферы SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Cartography). Поляриметрический РСА ASAR работает в Сдиапазоне волн (частота 5,331 rrц, длина волны 5,63 см). Антенна типа АФАР имеет размеры 10хl,3 м, массу 720 Kr, 4 рабочих режима. Масса РСА составляет 832 Kr. Основные режимы РСА следующие: . маршрутный режим съемки с разными поляризациями МР (Image and Altemative polarization Modes); . широкозахватный режим Скансар; . режим rлобальной съемки (prC); . режим съемки морских волн РМВ. Параметры режимов РСА ASAR приведены в табл. 0 13.9. Реализуемое пре дельное разрешение в РСА в маршрутном режиме с получением комплексных Р ЛИ (формат SLC) определяется: по азимуту  половиной rоризонтальноrо размера aH тенны (5 м), а поперек трассы полета  максимальной полосой зондирующеrо сиr нала 16 мrц (т.е. 9,375 м по наклонной дальности и 27...13 м по rоризонтальной дальности при уrлах падения 20.. .450). Предусмотрена также поставка обзорных РЛИ с разрешением 75 м в полосе съемки 100 км. Таблица 13.9. Параметры ре:жимов РСА ASAR Параметр мр Скансар рмв prc 1 2 3 4 5 Пространственное разрешение 3013 О 150х150 30х30 1000хl000 (азимут/дальность),М Радиометрическое разрешение, дБ 2,8 2 2 1,5 3,5 (поляр.) Уrлы падения, rpад 20.. .45 17...42 20.. .45 17. . .42 Число лучей ДНА 7 5 2 5 Ширина полосы съемки, км 1 00 . . .56 405 5х5 или 5хl0 405 2 кадра на площади 100х 100 км 2 Ширина полосы обзора, км 500 405 485 405 Поляризация в режимах: стандартный rr или вв rr или вв rr или вв rr или ВВ поляриметрические или rr+BB или rr+rB или BB+Br 611 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Продол:женuе табл. 13.9 1 2 3 4 5 Ширина спектра зондирующеrо до 16 Mru сиrнала, мrц Частота повторения, rц 1650...2100 Уровень неоднозначности (азимут/дальность), дБ 25 / 25 (по точечной цели) 22 / 15 (интеrральный для дальнеrо луча) Потребляемая мощность, Вт 1365 1200 647 751 Поток цифровых данных, Мбит/с 100 100 0,9 0,9 Время съемки завиток, МИН до 30 оставшееся на витке Информация передается на землю непосредственно по радиолинии Хдиа пазона волн, а также через спутникретранслятор ARTEMIS (ЕКА) по радиолинии Кадиапазона. Используются четыре бортовых цифровых маrнитофона по 30 rбит памяти (скорость записи/воспроизведения  4,5/50 Мбит/с). Используется один BЫ сокоскоростной канал передачи данных 100 Мбит/с, один канал  до 32 Мбит/с и 9 каналов  до 1 О Мбит/с. За время эксплуатации РСА ENVISAT/ASAR выполнено множество научных и прикладных исследований. Полученные материалы использованы для решения практических задач землепользования, эколоrическоrо контроля, rеолоrии, обес печения инженерных и строительных работ [71, 87, 301, 369, 378, 520 и др.]. 13.5.2. Мноrорежимный поляриметрический РСА С-диапазона волн Radarsat-2 Существенно расширены возможности, реализуемые РСА Radarsat2., по cpaBHe нию с Radarsatl [268, 276, 330., 402]. Общий вид КА показан на рис. 13.19, зоны обзора РСА Radarsat2 показаны на рис. 13.20, а параметры" лучей приведены в табл. О I3.10. В OT личие от обычно применяемоrо прожекторноrо режима Kaдpo вой съемки с высоким разре шением в РСА Radarsat2 ис пользуется режим «двойноrо приема» (см. подраздел 4.2.1) с «ультравысоким» разрешением РЛИ 3х3 М. Двойной прием pea лизуется путем частичноrо pac ширения ДНА на передачу (пу тем введения квадратичноrо распределения фазы по апертуре АФАР), разделения АФАР на две секции по ази муту с независимым приемом сиrналов от каждой секции. Азимутальное разреше ние улучшается примерно в 2 раза. .:.:.. ,", . - "" j ..:.". . '" .. ,;- .\  . ""\" к\,  ,-\.. :.' ;!:  '" :: .  .< -'1{ ,, . \'" I ! """"":-'" <" 4; . , ".У ,:,,...  ..".. у" y i': ":;:Д.. , # /' :5:: .." ". ' . .' ..... . . J . .. . .. .."ir.; ... .. -, . ... ,"-' . #<..-" . Рис. 13.19. Общий вид КА Radarsat..2 612 
'- \ ... \ J .. .. 1. \ ,  \ , !" . Рис. Ц.l. Изобразительные свойства радиолокационных снимков, снятых в x, с и Lдиапазонах волн (SIR..C/XSAR) и в S..диапазоне волн (РСА «МечКУ» КА «АлмазI»). Псевдоцветное изображение (ср. с ч/б Р ЛИ на рис. 2.1) . j , '.. ,  . . . . ..... f ....  .. .  4 . . .. ., J "',  \ .. ..... Рис. Ц.2. Псевдоцветное радиолокационное изображение пролива rибралтар и прибрежной территории (ср. с ч/б РЛИ на рис. 3.7). РСА «МечКУ» (КА «Алмазl» 
"" "  ... \ ... --....... " .. .. ... .. 11 " .' , . . " " . " , " .. . :- .. . .0. . f ...." .  .. . ..... .;. .. '"  '" . . . .,  , .. .. " ..... ...... - " 1  . .. . о .. AI..) .. :- ... <0#. . .. .. .. . 411 ..... '\ .. , .. .. . ". t · \ · " '" .. ....  ". ,.  .: \- . , ,," , .. ." \о. . . -.  " . , . , . , l ,- . .IfJi.. . \ .:. .. - ... . ' ..... , IL... ..-.- -. ,"'"... ". -\ ", ".: ."  .... .... . .." ... . ..11...... __ \ .. :'  ),..lifI .. . ...... f" ,. .. ..., . -. .....  .  . ;...-. ..... .. . ... .' ." '. . "' ... . .. )  ..... '\ .. ..... ." . ... - . ..   Рис. Ц.3. Псевдоцветные радиолокационные изображения месторождения Ланrепас (Западная Сибирь), полученные РСА «Меч..КУ» (КА «Алмазl»): а  летнее; б  зимнее (6). Сравнить с рис. 2.26 Il II Il r А ""' r А  r А  1 0..5 () 0..5 О 0..5 О 1 П 1 1 G G G О О О в==о В == 0,5 В==1 '- '.. .... .. '"  h-  . R G в Рис. Ц.4. Формирование цветных композитных радиолокационных изображений по монохромным составляющим: красный (R)  L..диапазон rr..поляризации; зеленый (G)  L..диапазон rВ..поляризации; синий (В)  Сдиапазон, rВ..поляризации 
.. .- 'Ii , , "'  : \' ,. .. ...' , 1'.1 -  . . ,. " . : \ <4  .. {: ,.  '\ 6l \\... .... . .' 1... ('. . . ;;- ."' .." ).. . " ,.. ...'\  , .. ...... *\- ..< .,   ....  ...  .......  . "'........ ,..  ..: ': .... "' . ... ".7  '.' \\'.. .  .... .. '"'- ... ""'" . y. . .... ...' ",   ').. io а) . \. '" ,. .. . .) ;.. .... , \ " \\.. '\ . , '''' . .. "":' ,. " " , ... .. .. ..   .-'\ . .. ...... : "'" ..... . 1. ....  ,.,: . .... ",. " ... ,  1". "- б) Рис. ц. 5. Цветные композитные поляриметрические радиолокационные изображения: вулкана), сформированные по информации, полученной РСА SIR..C/X..SAR, КК Endeavour [522]: а  двухчастотное L..диапазон (rr и rB) и С..диапазон (rB); б  одночастотное L..диапазон (rr и rB). Цвета: L.. диапазон rr  красный; L.. диапазон rB  зеленый; С.. диапазон rB  синий. Вулкан Ключевская сопка (Камчатка, Россия) 
I " . \, \  \ .  ...)  ---=  Рис. Ц.6. Демонстрационный комплект космическоrо аппарата YCAM с раскрытыми антеннами РБО РИФ. ОКБ «Арсенал» [11] f ... , \ \ . (.. :-! L I "  Рис. Ц.7. Общий вид космическоrо аппарата «Алмаз 1» на ВДНХ с раскрытыми волноводнощелевыми антеннами РСА «Меч КУ» и подrотовленной к раскрытию АФАР линии передачи данных. Солнечные батареи находятся в сложенном положении на корпусе КА ( , . 4  .. ., C'I  ;" '. . \ .  6: .'" "  : .,,', . ,r I ' '.'  ....  ... . ---- ....   I Рис. ц. 8. Испытания в безэховой камере ОАО «ВПК «НПО машиностроения) rибридной зеркальной антенны РСА дЛЯ космическоrо аппарата «КондорЭ» 
fлава 1.3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... Все режимы обеспечиваются при двустороннем обзоре След трассы КА --- Расширенные лучи (малые уrлы падения) разрешением Расширенные лучи (большие уrлы . Л чи Лучи с высоким падения) i у ., разрешением с широкои И накоплением полосой 4 поляризации с высоким съемки разрешением (в сокращенной полосе) Стандартные лучи Стандартный режим с 4мя поляризациями (в сокращенной полосе) Рис. 13.20. Зоны обзора РСА Radarsat..2 Таблица 13.10. Параметры лучей РСА Radarsat..2 Примерные Номинальная Разрешение, Число ширина наблюдений Режим уrлы падения, rop. дальн. х полосы дальн.х rрад съемки, км азимут, м азимут Выбор поляризации: передача r или В, прием r и/или В Высокое разрешение 37...40 50 10х9 lхl Стандартный 20...49 100 25х28 lх4 Ближний 10...23 170 40х28 lх4 Дальний 50...60 70 20х28 }х4 Обзорный (широкий захват) 20...45 150 25х28 lх4 Узкий Скан сар 20...46 300 50х50 2х2 Широкий Скансар 20...49 500 100хl00 4х4 Поляриметрия: передача r и В через период, прием r и В в каждом периоде Высокое разрешение, 20...4 ] 25 l1х9 ]хl 4 поляризации Стандартный, 4 поляризации 20...4] 25 25х28 lх4 Режимы одной поляризации: передача r или В, прием r или В Ультравысокое разрешение 30...40 20 3х3 }х} Высокое разрешение, 30...50 50 }}х9 2х2 накопление в РСА Radarsat2 значительно повышается точность ориентации КА с помо щью установленноrо астродатчика и точность позиционирования КА с помощью GPS. Бортовой накопитель емкостью 384 rбит обеспечивает накопление данных за 28 мин на каждом витке. Масса РСА составляет 750 Kr при массе КА 2280 Kr. 211492 613 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 13.5.3. Поляриметрический РСА L-диапаэона волн PALSAR космическоrо аппарата ALOS Разработанный Японией (фирма JAXA) космический РСА Lдиапазона PALSAR (Phased Апау type Lband Synthetic Aperture Radar) с АФАР является одним из oc новных датчиков усовершенствованноrо космическоrо аппарата ALOS (Advanced Land Observing Satellite), предназначенноrо дЛЯ ДЗЗ [72, 215, 322, 520, 534, 551]. Спутник был выведен 24 января 2006 r. на солнечносинхронную орбиту высотой 691,65 км с уrлом наклонения 98,160. Время обращения составляет 99 мин, время пересечения экватора в нисходящем узле 10 q 38 мин, период повторения трасс 46 суток. Начальная масса КА составляет 3850 Kr, мощность системы электропитания 7 кВт (после 3 лет полета). Кроме РСА на КА установлены: 1) фотоаппарат для стереосъемки PRISM (Panchromatic Remotesensing Instru ment for Stereo Mapping), позволяющий получать снимки с разрешением до 2,5 М. Фотоаппарат имеет три объектива для визирования вперед, вниз и назад, что по.. зволяет получать цифровые карты рельефа местности (ЦКР) в полосе до 70 км; 2) мультиспектральная камера видимоrо и ближнеrо ИКдиапазона волн А VNIR2 (Advanced Visible and Near Infrared Radiometer type), позволяющая полу.. чать цветные изображения Земли с разрешением 10 м. Общий вид космическоrо аппарата ALOS показан на рис. 13.21. Радиолокационный KOM плекс Р ALSAR работает в L диапазоне волн (несущая час тота 1270 мrц, длина волны 23,62 см) и является YCOBep шенствованным вариантом станции SAR, работавшей в составе КА JERS 1. Для рас.. ширения возможностей ДЗЗ в РСА введен мноrоканальный поляриметрический режим съемки, при котором излуча Рис. 13.21. Общий вид КА ALOS с РСА ются импульсы r или Впо PALSAR r5341 ляризаций и ведется прием двух поляризаций отраженных волн (rr +rB или BB+Br). Поляризацию излучения изменяют от импульса к импульсу, в результате реализуется полнополяриметриче ский режим (rr +rB+BB+Br), позволяющий получить матрицу Стокса объектов Ha блюдения и элементов ПОДстилающей поверхности. В РСА используется четырехсекционная АФАР с размерами 8,9х3,1 М, вклю чающая 80 приемопередающих модулей. Она обеспечивает сканирование луча в уrломестной плоскости (18 позиций луча в секторе уrлов визирования 10...510). Это обеспечивает широкую полосу обзора (870 км) в детальном режиме и широкие полосы съемки (35 полос по 250.. .350 км) в широкозахватном режиме Скансар.  . ...:,,:-t:  .. : t;',;j/ . '.. ... .. ". f4 · . .. . .; .': ' . » . >"" . 1 614 
fлава 1.3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... Масса АФАР составляет 250 Kr, коэффициент усиления антенны на переда чу/прием 36,5/35,8 дБ. Масса РСА равна 440 Kr, энерrопотребление РСА 1100 Вт. Предусмотрены следующие режимы работы РСА: . детальный маршрутный одна поляризация FBS (Fine Ьеап single); . детальный маршрутный две поляризации FBD (Fine Ьеат dual); . низкоскоростной режим прямой передачи данных (Direct downlink mode); . широкозахватный Скансар SB; . полнополяриметрический режим. Параметры режимов РСА PALSAR указаны в табл. О I3.11. На рис. 13.22 и 13.23 приведены образцы получаемых РЛИ. ДЛЯ удобства визуальноrо дешифри рования Р ЛИ, а также ero реrистрации в псевдоцвете поляризационные COCTaB ляющие формируют в композитное RGВизображение, например: красный  rr, зеленый  rB, синий  ВВ. Таблица 13.11. Параметры режимов РСА PALSAR Детальный Детальный Прямая Скансар Полно.. Параметр поляримет.. FBS FBD передача SB рический Поляризация rr или вв rr+rB или rr или вв rr или вв rr+rB+ BB+Br +BB+Br Пространственное разрешение, м 7.. .44 14...88 14...88 100 24.. .89 (MHoro наблюдений) Уrлы падения, rpад 8 . . .60 8. . .60 8. . .60 18...36 8.. .30 18. . .40 18...43 Количество лучей ДНА 18 18 18 3/4/5 5 Ширина полосы съемки, км 40. . .70 40. . .70 40...70 250.. .350 20.. .65 Ширина полосы обзора, км 870 870 40...70 250.. .350 20.. .65 Чувствительность О"пе, дБ 23  пол. съемки 70 км ::;25 ::;29 25 25  пол. съемки 60 км Радиометрическое разрешение, 1 по кадру съемки дБ, не более 1,5 за виток Полоса зондирующеrо сиrнала, 28 14 ] 4,28 14 мrц Разрядность кодирования 5 5 3/5 5 5 радиоrолоrраммы Скорость передачи данных на 240 240 120 120 240 наземный cerMeHT, Мбит/с Импульсная мощность 2000 передатчика, Вт Уровень неоднозначности  16  пол. съемки 70 км 21 21 19 сиrнала, дБ, не более 21  пол. съемки 60 км Формат файлов CEOS или GeoTIFF Обработка информации Радиометрическая, rеометрическая коррекция, преобразование к картоrpафическим проекциям 615 
Радиолокационные системы землео6зора космическоrо базирования '., . ') " , Е,. "'. z.' ;, . ' :-.::, . '.. , j . , ,.... .: --  < " " : .)  ?. .: . ,.( :С".. , .. " ".' I ' '" .,- .'t "   > . , , ' 'i.:f-" " , " < \... ," !f" '::J' :. _!l' .f'  ' - > ,' , '9;: ' ,:.-. ,  .' '( '. '. ': :.Jt .:. ,'" '>, . , .:>.).. :.. . " ':' < -). " .  .. . . " & \' I,JAXA - - Рис. 13.22. Пример радиолокационноrо изображения, полученноrо РСА PALSAR [534] IIII НУ , уу "',  , ')  . ",{ .,1' , .. i' .  ',.: I " .'( . { . . ' < ". "  :-  . t . . f-' . . .  ..  \ , t . ; , ('). '.).,. . . '. Н. . ....'" '", \: . . ,1 ' , . ,', i. ,., 1:. J" " 1, . i  ' , ... ,';х,. , t ;:1 t" .С ., t .:. ". .' С' ','\1 М. 'а  JAXA м Т' . JAXA МЕТ' 3М ДХА Рис. 13.23. Р ЛИ, полученные в полнополяриметрическом режиме: видны поля с решетчатыми лесозащитными полосами из быстрорастущих лиственных пород; расстояние между лесополосами 3 км, ширина лесополосы 180 м (РСА PALSAR, снимок 13.03.2007, уrол визирования 21,5°, разрешение 30 м [574]) Данные, получаемые со спутника, Moryт быть использованы для картоrрафи рования, наблюдения за использованием природных ресурсов. Преимущественное назначение КА ALOS  применение в научных целях, коммерческое использование рассматривается как вторичная задача. 616 
На предварительной стадии проектирования РСА Р ALSAR предполаrалась ориентация КА в ОСК. Окончательным решением стала ориентация КА в ПСК. Режим ориентации в ОСК был оставлен как экспериментальный. 13.5.4. Орбитальная rруппировка SAR Lupe Орбитальная rpуппировка космических аппаратов с РСА SAR Lupe BoeHHoro на.. значения включает в себя 5 спутников на трех околополярных орбитах высотой 470.. .505 км с уrлами наклонения около 98,7 0 (рис. 13.24). Первый спутник был за пущен в декабре 2006 r. и с января 2007 r. введён в эксплуатацию. Далее последо вали запуски 02.07.2007 r., 01.1 [.2007,27.03.2008 и 22.07.2008. РСА работает в Хдиапазоне волн и обеспечивает разрешающую способность РЛИ от 0,5 м. Основное назначение системы  видовая разведка [125, 126, 263, 568]. ,.,:.,-",.' ..,'  ч. ..1f ; J!)U}t wж. /";.....":. :Жi . , ц . 2 1 ".. .' - - .:';-r"'"- )-:,::, :-& ' .,40 ' ... . ..'  - .% " ,. . "",;,;,) ," ..: !,' .... . 3 '. . '.. - .': а) б) Рис. 13.24. Общий вид КА SAR Lupe (а) и состав орбитальной rpуппировки (б) [568] Масса одноrо спутника составляет примерно 720 Kr, ero размеры  4х3х2 М. Оцениваемое время активноrо существования 1 О лет при доступности в течение 97 % времени в rоду. Средняя потребляемая мощность  250 Вт. По данным производителя разрешение спутника выше, чем у аналоrичных aMe риканских систем Lacrosse. Кадр съемки имеет размеры 5,5 х 5,5 км при «наивысшем разрешении» менее 1 м и 60х8 км в «высоком разрешении». Ширина ПОЛОСЬJ съемки оrpаничивается возможностями радара, длина кадра (в маршрутном режиме)  Bepo ятно либо методом обработки данных, либо потребляемой мощностью. Точные дaH ные о зависимости разрешения от высоты и скорости  засекречены. Солнечные батареи и зеркальная параболическая антенна РСА фиксировано установлены на КА. Поэтому для пере нацеливания полосы съемки, а также для дo зарядки буферной батареи изменяется ориентация спутника в пространстве. Изме нение ориентации осуществляется при помощи маrнитных катушек и маховиков. В прожекторном режиме высокоrо разрешения последовательность сканирующих импульсов направляется на цель с интервалом примерно 11 с. Значение используе мой при этом мощности засекречено. 617 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Наземная станция была построена с 2004 по 2006 rr. в ФРr, в районе rельс дорф, неподалёку от Бонна. Наземная станция состоит из двух cerMeHToB  cerMeH та пользователя и cerMeHTa управления. Первый осуществляет выбор цели и синтез изображений, второй отвечает за техническое управление и передачу изображений. Память на спутнике оrpаничена 128 rб, что позволяет получать не более 30 изображений в день (возможно, что это оrpаничение возникает также за счёт потреб ляемой энерrии и ширины полосы пропускания канала связи). для передачи данных используется радиолиния Хдиапазона волн. При этом используется та же антенна, что и дЛЯ РСА. Данные управления и телеметрии передаются в зашифрованном виде в Sдиапазоне волн непосредственно с наземной станции или через дрyrие спутники. Среднее время реакции (время от запроса до передачи изображений) COCTaB ляет примерно 11 ч. Правда 95 % запросов требуют для cBoero исполнения 19 ч. Сообщения о мероприятиях по существенному уменьшению этоrо времени за счёт специальных морских судов или мобильных станций управления, как это делается в США или РФ, официально не публикуются. 13.5.5. Космические аппараты Cosmo SkyMed Серия космических аппаратов двойноrо назначения Cosmo SkyMed 1 4 (Constellation of Small Satellites for Меditепаnеаn basin Observation  созвездие малых спутников для наблюдения за Средиземноморским бассейном) разрабатывается Итальянским Космическим AreHTcTBoM (ASI) совместно с министерством обороны Италии (MoD) [53]. Области применения РСА включают мониторинr лесноrо покрова, сбор данных о характеристиках водной поверхности, картирование rpаниц BOДO емов, эколоrический мониторинr, сопровождение операций по ликвидации послед ствий чрезвычайных ситуаций, планирование работ по развитию дорожнотранс портной структуры, обнаружение разливов нефти и лесных пожаров, обеспечение судоходства, картирование снежноrо покрова, а также задачи обеспечения боевых действий в ходе военных конфликтов. В состав орбитальной rpуппировки входят три малых КА с оптико электронной аппаратурой и четыре  с РСА. Первые два спутника были запущены с авиабазы Вандерберr (США) соответственно 8 июня и 8 декабря 2007 r. и BЫBe дены на солнечносинхронную орбиту с высотой 619,6 км и наклонением 97,860. Период обращения  97 мин. Третий спутник Cosmo SkyMed запущен 24 октября 2008 r. Четвертый спутник планируется запустить в 2010 rоду. Все спутники rpуп пировки будут оснащены радиолокатором с синтезированной апертурой. Мощ ность электропитания 1000 Вт. Продолжительность цикла работы на витке  1,5. . . 1 О % от длительности витка. Общий вид КА показан на рис. 13.25. Параметры аппаратуры приведены в табл. о 13. 12. РСА обеспечивает съемку земной поверхности в Хдиапазоне длин волн (3,1 см, несущая частота 9,6 rrц) с изменяемой поляризацией излучения (rr, rB, ВВ, Br) в диапазоне съемочных уrлов от 20 до 500. РСА позволяет выполнять ин терферометрическую съемку с высоким пространственным разрешением (лучше 1 м на местности). 618 
fлава 1.3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... " , }';,,- ." ! , :' : '- ..... . J - .у:; r , . ;.::.' .,....;:-.::::; ..:.. 'у ..1:::' .:"+ ,.:. ...:' .. Рис. 13.25. Общий вид КА Cosmo SkyMed [53] Таблица 13.12. Параметры режимов РСА Cosтo SkyMed Параметр СВР МВР CPCC HPCC 2..пол Поляризация С одним режимом поляризаций rr, ВВ, [В ff +ВВ, или Br по выбору ff+fB или BB+Bf Пространственное разрешение, м :::;1 3...15 30 100 15 ( MHoro наблюдений) Полоса съемки, км Кадр 10х 10 40 100 200 30 Уrлы падения, rрад 20.. .50 Объем бортовой памяти, fбит 300 Скорость передачи данных 310 на наземный пункт, Мбит/с Периодичностьсъемки,ч 10 Разрядность кодирования 8 радиоrолоrраммы Напряжение источника питания, В 42 Мощность источника питания, кВт 3,8 Масса спутника, Kr 1700 Формат файлов CEOS или GeoTIFF Обработка информации Радиометрическая, rеометрическая коррекция преобразование к картоrpафическим проекциям Ре:нси.мы работы РСА: . cBepxBbIcoKoro разрешения (СВР), прожекторный (Spotlight) или кадровый (Frame); . маршрутный BbIcoKoro разрешения (МВР)  Stripmap или HIMAGE; . среднеrо разрешения Скансар (CPCC)  Wide Region ScanSAR; . низкоrо разрешения широкозахватный Скансар (HPCC)  Huge Region ScanSAR; . маршрутный среднеrо разрешения с двойной поляризацией (2пол)  PingPong Stripmap. 619 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Предусматривается двойное назначение аппаратуры  военное и rражданское. Расчетный срок пребывания на орбите каждоrо аппарата Cosmo SkyMed 1 4 co ставляет около 5 лет. Наземный cerMeHT состоит из трех станций управления и приема данных, pac положенных в Италии, Испании и rреции. Эксплуатировать спутники будет италь янская компания Telespazio. 13.5.6. РСА TerraSAR-Х Космический РСА ТепаSАRХ, разработанный фирмой DLR, rермания, выведен 10.06.2007 на солнечносинхронную орбиту высотой 514 км (пределы 505...533 км), наклонением 95,70 [318, 340, 411, 415, 418]. Период повторения орбит 11 cy ток, интервал повторной съемки 2,5 сут для 95 % земной поверхности. Концепция построения РСА рассчитана на использование КА малоrо класса с массой 1250 Kr, запускаемоrо ракетаминосителями «Днепр» или «Рокот». Энерrообеспечение сол нечных батарей составляет в среднем за виток 800 Вт. Исполь.. зуемая в РСА АФАР состоит из 12 секций, включающих 384 ППМ. В РСА предусмотрено цифровое преобразование со.. ставляющих сиrнала с помощью 8разрядноrо АЦП с применени ем блочноrо адаптивноrо KBaHTO вания BAQ на выходе до 4, 3 и 2x разрядов. Общий вид КА приведен на рис. 13.26. Параметры РСА ТепаSАRХ приведены в Рис. 13.26. Общий вид КА ТепаSАRХ табл. О I3.13. Научный потенциШl РСА базируется на возможностях аппаратуры ТепаSАRХ: высокое rеометрическое и радиометрическое разрешение Р ЛИ при полосе сиrналов до 150 мrц и наличии экспериментальноrо режима высокоrо разрешения с полосой сиrнала 300 мrц; режим двух поляризаций: rr+BB, rr +rB или BB+Br, получаемых OДHO временно; двусторонний обзор, обеспечиваемый разворотом КА по крену; возможность мноrократных наблюдений местности со сравнением Р ЛИ; высокая точность орбитальных параметров КА и фазовая стабильность аппа ратуры, например для межвитковой интерферометрии; эффективность синерrетической обработки РЛИ совместно с данными съемки с помощью РСА друrих диапазонов волн: Lдиапазона (PALSAR, ТепаSАRL), Сдиапазона (Envisat, Radarsat); новые режимы работы, такие как следящий прожекторный режим, режим двойноrо приема, бистатические режимы пары КА TanDEMX (с 21 июня 2010 r.); Антенна радиолинии Блоки РСА r. /i { Блоки питания I - '" ,... .<. .."""...,....,. <:"  :'!  ."'.00..... . ,. "'" ,! ..... :.:. """" I j / Антенна РСА СолнеLlные батареи Система ориентации Блоки радиолинии  Ракетный двиrатель 620 
fлава 1.3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... rибкое управление АФАР, режимами работы и параметрами сиrналов с их адаптацией к пользовательским задачам; маркетинrовая деятельность, направленная на коммерческое использование получаемых снимков, а том числе орrанизация ceTeBoro доступа к изображениям с калибровочными параметрами. Предусмотрено использовать получаемые с помо щью ТепаSАRХ данные в Международной проrрамме rлобальноrо мониторинrа окружающей среды и безопасности (GMES). Таблица 13.13. Параметры РСА TerraSARX Прожекторные Параметры режимов работы Маршрутный Скансар ПР1 ПР2 Центральная частота, rrц 9,65 Тип, размеры антенны, м АФАР 4,8 х О,7 х О,15 (азим. хуrол места х толщ.) Число фазовых центров 12х32 (азим. х уrол места) у rлы сканирования, rpaд ::I::O,75 x ::l::20 (азим. х уrол места) у rлы падения, rрад 20.. .55 20.. .55 20.. .45 20.. .45 Полоса обзора, км 570 570 350 350 Полоса съемки, км 15 15 30 100 Протяженность маршрута 5 10 не оrраничена не оrраничена (кадра), км Разрешение, м азимут 1 2 3 15 наклонная дальность 1,2 1,2   rоризонтальная дальность   3 16 Число наблюдений 1 1 1 4 Чувствительность NESZ, дБ  19,6.. .28,9) 19,6...30)  18,9.. .26,5)  18,8.. .29,6) Интеrральный уровень  16,6.. .25,5) 18...27,5)  19,0.. .25,4) 19,8.. .29,6) неоднозначности,дБ Шум фактор на входе ППМ, дБ 5 Частота повторения, rц 3000.. .6500 Полоса спектра сиrнала, мrц 5 . . .300 Частота квантования, мrц 110, 165, 330 Скважность приема, % 100,67,33 Сжатие сиrнала BAQ (по выбору) 8, 4, 3, 2, без BAQ Объем памяти, rбит 320/256 (в конце срока службы) Скорость формирования данных 680 340 580 580 (8/4 BAQ), Мбит/с Скорость передачи данных по 300 радиолинии, Мбит/с Расширенные режимы без rарантии качества Р ЛИ Уrлы падения, rрад 15 . . .60 15. . .60 15 . . .60 20.. .60 Полоса обзора, км 622 622 622 577 Излучаемая пиковая мощность, Вт 2260 Скважность работы на витке, %: маршрутный режим 18 прожекторный режим 20 621 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Кроме обычно применяемоrо прожекторноrо режима кадровой съемки с BЫ соким разрешением в РСА ТепаSАRХ используется режим двойноrо приема с разрешением РЛИ (1...2)хl,2 м. Двойной прием (см. подраздел 4.2.1) реализуется путем частичноrо расширения ДНА на передачу (введением квадратичноrо pac пределения фазы по апертуре АФАР), разделения АФАР на две секции по азимуту с независимым приемом сиrналов от каждой секции. Разрешение по азимуту улучшается примерно в два раза (<<ультравысокое» разрешение). Точность управ ления лучом антенны составляет 65 уrл. с (3а). Поrрешность при вязки РЛИ К KO ординатам по GPS не более 3 м (3 а). [енератор зондирующих сиrналов с цифровым управлением формирует четы ре типа импульсов с задаваемой длительностью и шириной спектра до 150 мrц. Из хранимых в памяти четырех образцов сиrнала может излучаться любой, чередуясь от периода к периоду. Сиrнал с полосой 300 мrц для экспериментальноrо режима формируется аналоrовым методом. В приемном устройстве используются сосредоточенные фильтры для исклю чения наложения сиrналов, соrласованные с частотами квантования в АЦП 11 о, 165 и 330 мrц и разрядностью 8 бит. После запоминания строки данных произво дится компрессия BAQ по блокам 128 отсчетов с выбранной разрядностью KOM прессии (4, 3 или 2 разряда). На КА дополнительно установлен экспериментальный лазерный канал передачи данных спутникспутник. 21 июня 2010 r. запущен второй КА с РСА в режиме тандема TanDemX. 13.5.7. РСА TECSAR Интересная концепция заложена в израильский РСА TECSAR [385, 422], BЫBeдeH ный 21.01.2008 на орбиту высотой 580 км с уrлом наклонения 410. Период обраще ния равен "-'90 мин. Аппарат имеет малый вес 295 Kr при полезной наrpузке 100 Kr и мощности солнечных батарей 750 Вт. Это обеспечивает сочетание электронноrо сканирования лучом ДНА с механическим разворотом КА по крену дЛЯ ДBYCTOPOH Hero обзора и по азимуту для реализации прожекторноrо режима. Низкая ожидае мая цена КА с РСА облеrчает создание орбитальной rруппировки для сокращения периодичности съемки. Бортовая аппаратура включает в себя: блок формирования сиrналов и управления, мноrоламповый передатчик, разворачиваемую на орбите зеркальную антенну с сетчатым рефлектором, бортовое запоминающее устройство, радиолинию передачи данных. Общий вид КА с РСА представлен на рис. 13.27. Основные режимы работы включают в себя (конкретные параметры режи мов в статье [422] не приводятся): . режим Скансар (СС) с электронным управлением луча для обеспечения ши рокой полосы съемки; . различные маршрутные режимы (МР); . различные прожекторные режимы (ПР), использующие механический разво рот КА по курсу; . режимы с некоrерентным накоплением наблюдений; . поляриметрические режимы ВВ, Br, rr, rB; 622 
fлава 13. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... . различные режимы «Мозаики», сочетающие высокое разрешение изображе.. ний с обзором в широком диапазоне уrлов падения, реализуемым электрон ным сканированием луча и механическим разворотом КА. Облvчатель антенны '" .tl!ff::." .. '\  / " 1;" Рефлектор антенны РСА Модули полезной наrрузки ':» Блоки питания Астродатч и к .. .... . :': '1/;. . Ракетный двиrатель а) б) Рис. 13.27. Обший вид КА с РСА TecSAR (а) и конструкиия облучателя антенны (6) Возможность работы в этих режимах обеспечивается rибким управлением зондирующих сиrналов (полосы частот, длительности импульсов, частоты повто рения). Выбор орбиты обеспечивает малую периодичность съемки и возможность межвитковой интерферометрии. Работа в поляриметрическом режиме обеспечива ется путем замены фидеров, запитывающих облучатель, и применением двух при емных каналов. При общей массе РСА 100 кr обеспечивается резервирование всех электронных блоков. Ориrинально построение антенны и передатчиков. Антенна с параболическим рефлектором имеет очень широкую полосу блаrодаря использованию элементов Bpe менной задержки при электронном сканировании. Антенна РСА TECSAR имеет большую эффективную площадь, что обеспечивает повышение потенциала при BЫCO ком разрешении РЛИ по дальности. Отражатель антенны включает в себя две секции  центральную тарелку и периферический параболический сетчатый рефлектор. Каждый фидер, соединяющий передатчики с облучателями, смещен по отношению к оси реф лектора, что позволяет формировать мноrолучевую ДНА в пространстве. 13.5.8. ИНДИЙСКИЙ РСА RISAT-l Проект индийскоrо РСА RISA Т  1 [405, 407] является примером «классическоrо» построения поляриметрическоrо РСА Сдиапазона волн: применение АФАР раз мером 6х2 м 2 , состоящей из трех панелей размером 2х2 м 2 . Bcero АФАР включает 575 приемопередающих модулей (ППМ) со средней мощностью 400 Вт. Каждый 623 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ППМ имеет два приемных канала, под ключенные к двум распределительным системам, что обеспечивает работу с двумя поляризациями BBr или rrB при разрешении РЛИ 3х3 м 2 . Режим четы рех поляризаций с разрешением 12х12 м 2 реализуется чередованием кадров BBr  и rrВполяризаций, как в режиме Скансар. Масса РСА составляет Рис. 13.28. Общий вид КА с РСА RISATl 950 Kr при массе КА 1250 Kr. Общий вид КА с РСА RISATI, панелями АФАР и ППМ приведены на рис. 13.28. Для двустороннеrо обзора КА разворачивается по крену на + 340. В прожек" торном режиме предусматривается механический разворот КА на + 13 о по танrажу. Компенсация вращения Земли обеспечивается разворотом КА по курсу в путевую систему координат. Используются зондирующие сиrналы с полосой 18,75,37,5 и 75 мrц, а также с полосой 225 мrц. Полоса 225 мrц обеспечивает получение Р ЛИ с разрешением 1...2 М. На борту предусматривается использование 8разрядноrо ЛЦП с передачей ин формации в прожекторном режиме в 3разрядном формате и 6разрядном  в осталь ных режимах с применением сжатия динамическоrо диапазона сиrналов путем блочноrо адаптивноrо квантования (BAQ). Емкость бортовоrо накопителя 240 rбит. Максимальная скорость передачи данных на Землю 1478 Мбит/с для двух поляриза ционных составляющих. Предусматривается 1 ООпроцентное резервирование подсистем РСЛ. Особые меры применяются для калибровки передающих и приемных каналов каждоrо из ППМ с использованием специальных переключателей и распределительных цепей. Запуск КА RISAT1 был запланирован на 2007 r., но отложен изза сложно стей реализации заложенных в аппаратуру технических решений. Для обеспечения страны радиолокационной информацией Индия приобрела у Израиля комплект РСА TECSAR, осуществив ero запуск под обозначением RISA Т 2. Следующей раз работкой индийской фирмы ISRO должен быть РСА Lдиапазона волн [294]. 13.5.9. Перспективный РСА TerraSAR-L Проект РСА Lдиапазона волн ТепаSАRL [488] имеет целью расширение возмож ностей дистанционноrо зондирования Земли, особенно для задач мониторинrа pac тительноrо покрова, ледовых образований, а также значительноrо повышения точ ности измерения рельефа местности. Отмечается, что при наблюдении раститель ности взаимная коrерентность интерферометрических изображений в Lдиапазоне волн (около 90 %) существенно выше, чем в Сдиапазоне волн (около 15 %). Oco бую роль имеет применение системы орбитальных измерений GNSS, обеспечи вающей прецизионную точность знания орбиты до 5 см в пределах трубки 100 м. В этом смысле ТепаSАRL весьма приrоден для мониторинrа сейсмических явлений и вулканической деятельности. В Lдиапазоне волн возможна оценка объема био 624 
fлава J3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... массы лесных массивов от 50 T/ra в отличие от c и Хдиапазонов, в которых сиr нал от интенсивной растительности попадает в область оrраничения. Также более приrоден Lдиапазон для наблюдения поверхностных проявлений внутренних волн и вихревых образований на морской поверхности. Вместе с тем, необходим более высокий энерrетический потенциал РСА, компенсирующий снижение отражающей способности местности (в 4 раза по сравнению с Сдиапазоном волн). Для ero обеспечения используются солнечные батареи со средней мощностью 5 кВт. Предусматривается специальная обработка двух частотных поляриметриче ских полос, разделенных на 70 мrц, для измерения ионосферных искажений и вращения плоскости поляризации, вызванной эффектом Фарадея. для сокращения объема передаваемых данных, устранения переrpузки применя ются современные методы кодирования выходных данных. Бортовой накопитель pac считан на 600 rбит информации, которая после криптоrpафическоrо кодирования пе редается по радиолинии на землю со скоростью 300 Мбит/с. Параметры РСА Тепа SARL приведены в табл.ОI3.8. Общий вид КА с РСА ТепаSАRL приведен на рис. 13.29. Масса КА COCTaB ляет 2800 Kr. Компоновка РСА на ракете носителе показана на рис. 13.30. Антенна РСА типа АФАР с размерами llх2,9 м состоит из двух складывающихся секций и включает 160 ППМ. J 3 5 7 4 Рис. 13.29. Общий вид КА с РСА ТепаSАRL: J  двиrатель системы ориентации; 2  солнечные батареи; 3  линия передачи данных Хдиапазона; 4  aH тенна аппаратуры слежения; телеметрии и управления; 5  антенна РСА Lпиапазона; 6  поворотные пет ли; 7  механизм складывания r«:l'1'I  ./;';i:' .:,'" '.l il \НfJ1i!l1Ш J l\. ..... ... ....... 88ft'  . ..,"f{,, ?i J1i%\ [' "1""'1'\'" .,,'.' ,.11'" ..,"...........'.'.1 \L:if*i;!}.1g:iiXf ff: 'j::!"'.,!- Рис. 13.30. Компоновка РСА ТепаSАR..L на ракетеносителе 625 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 13.5.10. Радиолокатор «Северянин-М» КА «Метеор-М» N21 космическоrо комплекса rидрометеоролоrическоrо и океаноrрафическоrо обеспечения Бортовой радиолокационный комплекс (БРЛК) «СеверянинМ» входит в состав КА «MeTeopM» NQl космическоrо комплекса rидрометеоролоrическоrо и oKeaHorpa фическоrо обеспечения «MeTeop3M» [102, 124]. КА «MeTeopM» NQl (разработчик фrуп «НПП ВНИИЭМ») был запущен 17 сентября 2009 r. на близкую к круrовой солнечносинхронную орбиту высотой 832 км с наклонением 98,7860. Масса КА составляет 2630 Kr, масса полезной наrрузки 1200 Kr, энерrообеспечение от сол нечной батареи 4,5 кВт (4 кВ  в конце срока службы 5 лет), емкость аккумулятор ных батарей 2х90 А.ч, среднесуточная мощность потребителей 1430 Вт. КА имеет трехосную электромеханическую систему ориентации с уrловыми поrрешностями 1 О уrл. мин, уrловая скорость в режиме стабилизации не превышает 0,005 rрад/с. Радиолокатор «СеверянинМ» (разработчик фrуп НИИТП) использует принцип искусственной апертуры антенны за время излучения одноrо импульса длительностью до 5,5 мс (длина апертуры ,....,40 м). Режимы работы радиолокатора: . дежурный режим проrрева клистрона  выходноrо усилителя мощности. Изза оrраниченноrо числа включений клистрона этот режим используется в паузах между съемками; . режим съемки со средним разрешением; . режим съемки с низким разрешением; . режим калибровки сквозноrо тракта; . режим смены констант. Общий вид КА «MeTeopM» показан на рис. 13.31, расчетные характеристики радиолокатора «СеверянинМ» приведены в табл. О 13.14. БОрТО80ii рад.ИОЛОК"Ulюнный КОМП..1СКС "СсверянинМ" Модуль rCM ПСрПУрНOJ'о и 8лажностноro ЗОНДIlРОВЗНИЯ атмосферы . ": " #' 04P", 4', #'. '. #. """",'" #' «41""' , О4Р .,.# #'4t. 4':.",#.:"",. ,# 4J..,.##',:##::.,." " ,." #'jJ>#;#, .' #' #:,;.##.",#,....". ., . .  '4I'?f.#,..'" "".. . #4'"'" w' # #' # ,, :(, .... , # #. ,#, # ,''.)' ,; ,. '#'  /Ift." о; ,. ,., . ' ..... "' >,,' У' , ,. . "," '." .' у МноroзоналыlOС сканирующсе устройство метеОроЛOl'И'lескоп) назна'tСШIЯ ., " :"'1' . f елиOl соф изи 'IССКИИ aIШ"р<Н)'рНЫЙ IЮМШIСКС Р"ДИО';ШНIIЯ ДСЦllмеТРО80П) диапазона ...... Система сбора 11 псрсдаЧI! данных КОМПЛСКС мноп>зональнои СЪС:\IКlI для 'JJ(tЫОПIЧССКОI"О МОНlПОрllНl'а " ,ft" , . .';,,::.,;.::' " .,. ". ", "".f.S# 11',:4'#: . #'##' ",:#"'#1'" ....... '4I'*".ft..,' ., '. . #4i" $:." ",. ;'# ....  .' ',###.. 4'# " ,,': #".,., ..' . # ,.." 1# 41..:*'",I'i " . . '.' .... """ " 4', , . . . #',!t''#,# , .' .:/ [> а..:т 0][ и н и я C<1fIТlI МСТрО80I"() диаllа:юна Рис. 13.31. Общий вид КА серии «MeтeopM» N21 с БРЛК «СеверянинМ» 626 
fлава J3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... Таблица 13.14. Характеристики режимов радиолокатора ((СевеРЯllиll--М)) Характеристика Значение Высота орбиты КА, км 832 Наклонение орбиты Определяется Заказчиком Длина волны РСА, см 3,12 (Хдиапазон) Тип и размеры антенны Волноводно--щелевая, 13,4хО,25 м 2 Направление обзора Вправо от трассы КА Уrлы падения, rрад 20.. .48 Полоса съемки, км 600 Параметры режимов обзора Режимы обзора среднее разрешение низкое разрешение Разрешение, м 450.. .600 800.. .1300 Поляризация ВВ ВВ Длина маршрута, км 8...10 ДО 500 Число наблюдений 12 (выиrpыш по отношению с/ш 5 дБ) Чувствительность а О пе, дБ 20 Радиометрическое разрешение, дБ 1,9 1,51 Точность калибровки сквозноrо тракта, дБ 1 Динамический диапазон измеряемых УЭПР, дБ от 25 до +3 Излучаемая мощность, Вт: импульсная 1000 1000 средняя 117 63 Скорость потока информации, Мбит/с, не более 10 Масса БР ЛК, Kr 150 Энерrопотребление,Вт 1000 Циклоrрамма работы БР ЛК Односеансное включение на витке до 1 О мин Антенна радиолокатора складная, 7 секций из алюминиевых волноводов ce 2 чением 23 х 1 О мм . Форма ДНА по уrлу места  косекансная 22,50 с перепадом усиления 5,6 дБ, коэффициент усиления  не менее 7000. Масса aHTeHHoro устрой ства  не более 35 Kr. Основное назначение БРЛК «СеверянинМ»  решение задач оперативной rидрометеоролоrии, ледовая разведка, определение rраниц ледовоrо и снежноrо покровов, оценка водноrо эквивалента, исследования крупномасштабных rеолоrи ческих структур, зон эколоrическоrо заrpязнения и др. 13.5.11. РСА Maпoro космическоrо аппарата «Кондор-Э» При проектировании РСА дЛЯ малоrо космическоrо аппарата (МКА) «КондорЭ», в ОАО «Концерн «Bera» решалась задача создания универсальной мноrорежимной аппаратуры, позволяющей решать широкий Kpyr пользовательских задач, включая мониторинr земных покровов, обеспечение судовождения, контроль оперативной обстановки в зонах конфликтов [45*, 215, 223*, 440*]. Масса аппаратуры для разме щения ее на МКА не должна превышать 250 Kr при полной массе МКА 850 Kr. Концепция РСА была сформулирована по результатам анализа информатив ности различных диапазонов волн для решения задач дистанционноrо зондирова 627 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ния Земли и возможностей аппаратурной реализации. Был сделан вывод, что для совмещения задач детальноrо наблюдения заданных районов и дистанционноrо зондирования Земли оптимален Sдиапазон волн с полным использованием Bыдe ленной полосы частот и реализацией широкоrо набора режимов работы. Преду смотрены детальные маршрутный и прожекторные реЖИМЬJ с разрешением от 1 М, обзорные режимы пониженноrо разрешения (Скансар). Для решения Bcero спектра пользовательских задач в РСА реализован полный набор режимов работы: . прожекторный режим (ПР) максимальноrо разрешения; . маршрутные детальный (ДР); . обзорный (ОР); . широкозахватный Скансар (СС) низкоrо разрешения. Основные характеристики РСА приведены в табл. О I3.15, а на рис. 13.32 при ведена функциональная схема РСА. Таблица 13.15. Характеристики режимов РСА МШlОZО космическоzо аппарата «КОllдор..э)) Характеристика Значение Высота орбиты КА, км 500 Наклонение орбиты Определяется Заказчиком Длина волны РСА, см 9,4 (S..диапазон) Направление обзора Вправо/влево от трассы Уrлы падения, rрад 20.. .60 Полоса обзора, км 2х450 Параметры режимов обзора Режимы обзора ПР ДР ОР СС Полоса съемки, км 8...10 10...25 20...40 120 Разрешение, м: по азимуту 1. . .2 2,5. . .3 5...10 30 по дальности 1. . .2 1,5. . .2,5 5...10 30 Поляризация rr rr, ВВ ВВ ВВ Длина маршрута, км 8...10 ДО 500 до 500 > 500 Число наблюдений 2...4 1 2. . .4 4...5 Чувствительность а О пе, дБ 20 15 20 20 в состав РСА входят: передающее устройство с формирователем частот и чалов, СВЧтракт, антенное устройство, прибор управления переключателем 1бзора, приемное устройство, прибор преобразования информации, приборы ')низации, управления и контроля, а также прибор для измерения шумов О'"п чбровки приемноrо устройства. f)CTaBe СВЧтракта имеется измеритель проходя щей мощности (ИПМ) и 'Р (Ц), выполняющий функции переключателя приемпередача. На вход 6 
fлава J3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... приемноrо устройства через аттенюатор (А ТТ) и направленный ответвитель (НО) вводится ослабленный пилотсиrнал от формирователя частот и сиrналов. Он слу жит для калибровки сквозноrо приемноrо тракта. Приемное устройство включает два идентичных приемных канала  основной и резервный. Они переключаются коммутационнозащитным устройством КЗУ, на входе KOToporo включен reHepaTop шума rш для измерения шумфактора приемных каналов. В состав каждоrо из них входят малошумящий усилитель МШУ, смеситель СМ, усилитель промежуточной частоты УПЧ с реrулируемыми цифровыми aтre нюаторами для поддержания стабильноrо уровня сиrнала на выходе, каналы фазо вых детекторов КФД, формирующих ортоrональные составляющие на видеочастоте и видеоусилители ВУ, сиrналы с выходов которых поступают на аналоrоцифровые преобразователи в приборе преобразования информации. В нем к радиолокацион ным сиrналам радиоrолоrpаммы добавляется служебная информация о режиме pa боты РСА и параметрах сиrнала. Управление а1Тенюаторами в УПЧ обеспечивается с помощью прибора измерения шумов О'"ш (среднеrо уровня видеосиrнала). I I 1 I I L ШIЛOТ CiП1lA.11 r ...................... ЩРЕДАющ:Ёi: rn Oi[( тв о...................... ..... ..........I : BbI\.O О]{ К \СКА IIpЕдв..\рIIтЕ.JIьныl JfСТО'ПlИК : I BMl С]fЛJlТЕЛЬ ШIТАНII.Я I l' I\IОЩНОСТJ{ ФЧС I  = J о u . t СВЧРАДИOCШ1iЛЛ ФОРl\D-IPОВА ТEJIЬ I o O   . . ЧАСТОТ 11 I е<а.....М С)П'НАЛОВ I bi  J lIСТОIППП\ I ЛIIТАНIIЯ J ВК I ............................... ..........................J о i9 u  .....    foмj u   ?"    ::с: -< (1IIfJ\(1М f R'С'.nч (т;mтАQП (60 Mru) I ПРIШОР ПРЕОБР АЗОВАШIЯ JIНФОРl\fAЦJIII  3 O a.. ЦО ...08(1 Ф 1-"'1 IIPlffiOP )11РАВ 1IEJllШ IIFРЕК..1IЮ t { \TEJIF"\I ЗОН ОБJОРА ПРIIБОР "\ '"IIP АВ 1IEНИЯ ]«I\:ОНТРО IЯ llPlIБОР lIJ1\IEРЕНI[Я (1ш ffIП- (:!О МТu) ПРJmор C]IJ-L'\РОИJrз КOA JroДЛтr 'щ JШЮЩJIE СООБЩ 11 l\IA J 1'3 ЛI< Рис. 13.32. Функциональная схема РСА КА «Кондор"3» Одна из важнейших задач  оперативность наблюдения, достиrаемая COKpa щением времени повторной съемки, требует максимальноrо расширения полосы обзора, т.е. увеличения уrлов падения, оrpаниченных условиями неоднозначности по азимуту/дальности. Эта задача облеrчается применением в РСА rибридной зер кальной антенны диаметром рефлектора около 6 м с большой эффективной плоша 629 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования дью  около 28 м 2 . Антенна имеет рефлектор ферменной конструкции, paCKpы вающийся в космосе, разработанный на основе антенны РСА, установленной на модуле «Природа» космической станции МИР. Масса одноrо квадратноrо метра таких рефлекторов составляет около 0,7 Kr. Электронное сканирование лучом, He обходимое для реализации прожекторноrо режима, обеспечивается 32рупорным облучателем, образующим решетку по 8 излучателей с управляемым шаrом в фо кальной плоскости рефлектора (см. подраздел 12.2.4). В результате формируются 25 парциальных лучей с отклонением + 2°. Общий вид космическоrо аппарата с раскрытой антенной показан на рис. 13.33. . .,"   i:""' , " :. {Y .. ".,' р , ",' "' .,      1" ,. . '... , ' " " > , 'А: J- , . ", "':,:  ",,/ А .... "t >, '..: ' '" , " ,',:":P1 't . . :l о:. .>: "О .... ;, ,>y .::y:o, 00 \' . (; . :' .. ' . ::'" .> .. :J (I \j' J «':<:::I...' ',31 ' . t \{'o..'>:"';: · Ч' ':;;, /." " <;'\'.: .'' ".'" . ,,,. : '" . < . .' .    := .: e::':<' Рис. 13.33. Общий вид космическоrо аппарата «Кондор"Э» с раскрытой антенной РСА Для режима Скансар облучатель антенны механически разворачивается в Bep тикальное положение и реализуется электронное сканирование луча по уrлу места. Одновременно меняется поляризация сиrналов на излучение и прием (с rr на ВВ). Подвижной узел крепления антенны позволяет расширить пределы перенацелива ния полосы съемки, а также изменять направление обзора вправо и влево относи тельно трассы полета. Использование в передатчике (рис. 13.34) сосредоточенноrо транзисторноrо усилителя с суммированием мощности и средней мощностью излучения 200 Вт по зволяет обеспечить высокую надежность в течение срока службы не менее 5 лет. Используемый выходной сумматор мощности на 16 модулей имеет потери не бо лее 0,5 дБ. Цифровой формирователь зондирующих сиrналов с ЛЧМ обеспечивает ши рокие возможности для изменения параметров излучаемых импульсов. В РСА применены современные методы уменьшения помех, вызванных неоднозначно стью сиrналов по дальности и азимуту. С этой целью предусмотрены наборы зон дирующих сиrналов с разной начальной фазой и направлением ЛЧМ. Предусмот рены также специальные сиrналы и режимы для текущеrо контроля приемопере дающеrо тракта и калибровки РСА. 630 
fлава J3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... "  ",. :.:-  .  1'\ _ .-j .  .:{'... . .".. .. .J '< ,.-.. ": ." -- " .,," --3 -- ... .'.. " ... .-. о ::1. Ilредварительный усилитель мощности ФЧСформирователь частот и СИf'на.лов .:' ..,,,,,, ".,k"i" .. .-j." 11..  -  ff:.:. ." .:"{ , ,,', __.. "1-- '_ о ,. ., tt: ,C''':. ': . : ""}. " -  :. , : :,,; .. ': . ,_: ,.  .:.}. 1. ; ,- '" Делитель мощности Сумматор мощности Рис. 13.34. Передающее устройство РСА Резервированное приемное устройство имеет коэффициент шума менее 2 дБ и динамический диапазон ",40 дБ. Переключение каналов обеспечивается СВЧпе реключателем с потерями не более 0,2 дБ. Защита МШУ обеспечивается ориrи нальным безынерционным циклотронным защитным устройством с потерями "'0,15 дБ. В усилителях промежуточной частоты прием ников установлены цифро вые апенюаторы с затуханием 1, 2, 4, 8, 16 дБ, управление которыми обеспечива ется либо проrраммно, либо от системы цифровой АРУ (прибор измерения (}ш) по среднему уровню принимаемоrо от местности сиrнала. Для исключения переrpузок приемника при сильных сиrналах в УПЧ YCTa новлены безынерционные оrраничители. Фазовые сдвиrи сиrналов при работе цифровоrо АРУ и оrраничителя не превышают 100 на каждые 1 О дБ сжатия дина мическоrо диапазона. Наличие компрессии сиrналов в приемнике позволяет ис пользовать в приборе преобразования информации 4разрядный АЦП. Цифровое управление аппаратурой РСА, режимами работы и параметрами зон дирующеrо сиrнала обеспечивает rибкое использование ресурсов космическоrо аппа рата для удовлетворения различных потребителей радиолокационной информации. Для калибровки РСА предусмотрены устройства измерения мощности пере датчика, коэффициента шума приемника, пилотсиrнал для сквозноrо тестирова ния, а также друrие средства. Конструктивное выполнение аппаратуры рассчитано на работу в неrерметичном отсеке. Охлаждение обеспечивается тепловыми трубками, отводящими тепло на теп лообменник космическоrо аппарата. Вид аппаратуры на технолоrической раме, KOHCT рукция модуля мощноrо усилителя, синхронизатора и АЦП показаны на рис. 13.35. Технические и эксплуатационные параметры РСА приведены в табл. 0 13.16. 631 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования - ',' "- . .' , f j., ;..,.. ..  \ , -' !\" >,;/- " '" '... , . ol ., ,'tj. . ...М'..,........ ...... ,. ,/;Fr:"  ,",\, ! '. '1, . 1, . , , (: ' I .. . 1 , Синхронизатор \'" '" - : ,- При бор преобразования информации с АЦП "'r , -""" " \. ";;. "':.  t, , .r . )  .....:.. ', } )  ... , .... . . . .'::> :..  t.(... . '" .......... ....... ...  .  " r :: . 7C? "J;' .i' .: ' l .:""",";' ... .....: ." .:. .J " ,» е , "  ':. . . Модули выходноro усилителя мощности (БУМ) Рис. 13.35. Вид аппаратуры на технолоrической раме Таблица 13.16. Технические и эксплуатационные пapQ.М,eтpы РСА Параметры Значение Антенна: диаметр 6м масса 95 Kr РСА масса 150 кr Масса суммарно 250 Kr Энерrопотребление не более 1700 Вт Ресурс до 5 лет Разрабатываемый ДЛЯ космическоrо аппарата «КондорЭ» радиолокатор с син тезированной апертурой антенны является высокоинформативным средством дис танционноrо зондирования Земли с возможностью измерения отражающих xapaктe ристик объектов и земной поверхности в Sдиапазоне волн. Аппаратура может быть леrко адаптирована для установки на космическом аппарате друrоrо типа. 13.5.12. Проект двухчастотноrо РЛК для мониторинrа объектов топливно-энерrетическоrо комплекса «CMOtp-SР» Технические решения, основанные на разработках ОАО «Концерн «Bera» для Ma лоrо КА «КондорЭ» с РСА Sдиапазона волн и бортовоrо радиолокационноrо комплекса (БРЛК) «СпинарlДМ» с РСА L и Рдиапазонов, находят развитие в проекте двухчастотноrо космическоrо БР ЛК дЛЯ системы реrиональноrо землеоб зора и мониторинrа объектов и территорий «CMOTPSP», который предназначен для решения следующих задач [45*, 64, 223*]: 1) топоrpафическое и rеолоrическое цифровое картоrрафирование Земли в интересах разведки полезных ископаемых, исследования природных ресурсов, включая шельфовые зоны; 2) rеоинформационное обеспечение землепользования и создания инфра структуры объектов; 632 
rлава 1.3. Космическая аппаратура радиолокационноrо наблюдения ... 3) эколоrический мониторинr наземных и морских нефтеразработок, терми налов, подводных продуктопроводов. Обнаружение разлива нефти на суше и BOД ной поверхности; 4) мониторинr растительноrо покрова в интересах сельскоrо и лесноrо хозяйства; 5) мониторинr динамики ледовых образований (ледовых полей, ледников), оценка водозапаса; 6) круrлоrодичный и круrлосуточный высокоточный (единицы сантиметров) автоматизированный контроль rеометрии трасс продуктопроводов, сетей ЛЭП и друrих инженерных сооружений, в том числе заrлубленных; 7) проrноз воздействия природных факторов и катастрофических явлений (оползней, подтоплений, землетрясений и др.) на состояние инженерных объектов; 8) мониторинr несанкционированноrо доступа к удаленным объектам ТЭК; 9) оперативный контроль морских танкерных и друrих перевозок, в том числе по Севморпути; 1 О) оперативное информационное обеспечение при авариях и чрезвычайных ситуациях. В БР ЛК «CMOтpSP» предусматривается использование rибридной зеркальной антенны (АФАРrЗА) с рефлектором, имеющим расчетные размеры 10x5 м, и co вмещенным двухчастотным АФАРоблучателем, который поперек трассы полета имеет размер 2,1 м для формирования сканирующей ДНА по уrлу места. Вдоль тpac сы полета (по азимуту) общие размеры облучателя rЗА составляют 1,2 м при шири не АФАР для PCAS, равной 0,25 м, и дЛЯ PCAP  1,2 м. Вид космическоrо аппарата с антенным устройством БР ЛК «CMOтpSP» по казан на рис. 13.36. Блаrодаря использованию АФАРrЗА упрощается реализация поляриметрических режимов в РСА, возможно rибкое управление лучами (в PCAS) и расширение номенклату ры рабочих режимов. В частности, вместо широкозахватноrо режима Скансар, в котором расширение полосы съемки достиrается за счет ухудшения разрешения по азимуту, мож но ввести маршрутный мноrолучевой режим (ММЛР) с реализацией азимутальноrо разре шения (5. . . 1 Ом) в широкой полосе съемки. В режиме ММЛР предусматривается из лучение пачки зондирующих импульсов на разных поднесущих, смещенных на ширину спектра излучения (с 30процентным запасом) и подключаемых к разным класте рам облучения на АФАР с тем, чтобы перекрыть необходимый уrол сканирования. Число парциальных лучей до 1 О при ширине луча от 1,50 на максимальном откло нении от оси рефлектора до 4...50 вблизи оси. Прием и усиление сиrналов (одной поляризации) производят внезависимых приемных каналах, подключенных к ceK циям АФАРоблучателя (используют поляриметрические и резервные каналы), а Рефлектор rЗА .;. Совмещенный АФАР..облучатель rЗА Рис. 13.36. Общий вид КА с БР ЛК «CMOтpSP}) с раскрытой антенной РСА 633 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования окончательное разделение сиrналов обеспечивают путем их цифровой фильтрации перед синтезом Р ЛИ. В PCA..S предусматриваются следующие режимы работы: . детальный прожекторный режим (ПР), осуществляемый сканированием луча по азимуту (возможно, с использованием поворота КА по курсу на 900); . маршрутный режим (МР); . поляриметрические режимы (Пол); . обзорный широкозахватный режим ММЛР. В PCAP применяют маршрутный режим (МР) с перенацеливанием луча в пределах ::1::50 для выбора положения полосы съемки. Ориентировочные техниче ские и эксплуатационные параметры БР ЛК «CMOTPSP» приведены в табл. 013.17. Они подлежат уточнению применительно к размещению на конкретном КА. Таблица. 13.17. Характеристики БРЯК ((CMOfflp..SP" Параметры PCA..S, режимы работы РСА..Р ПР I МР I Пол I ММЛР МР Высота орбиты КА, км 500 Наклонение орбиты Определяется Заказчиком Длина волны РСА, см 9,4 69 Направление обзора Вправо/влево от трассы Полоса обзора, км 2х500 2х250 Полоса съемки, км 5 10.. .40 1 о. . .60 500 60.. .120 Разрешение, м: по азимуту 1 5 5...10 10 15...30 по дальности 1. . .1,5 5 5...10 10 15...30 Поляризация BB/rr/Br/rB BB/rr/Br/rB BB+rr+ rr/BB/rB/Вr BB+rr + +Br+rB +Br+rB Длина маршрута, км 10 (кадр) до 500 до 500 до 2000 до 500 Число наблюдений 1...4 1. ..3 2 2 4.. .6 Чувствительность (Ju ne , дБ 22 17 22 22 24 Полоса сиrнала, мrц 200 50...100 50 15 х (5...10) 6...13 по числу лучей Ширина ДНА, rpад: по азимуту -----1 -----1 -----1 -----1 -----5 по уrлу места -----0,5 -----0,5 1 1...5 -----5 Масса аппаратуры, Kr, 150 95 суммарно, включая aH 340 Энерrопотребление, Вт, 1700 520 суммарно 2220 Реализация TaKoro двухчастотноrо радиолокационноrо комплекса, разработка KOToporo подrотовлена отечественным научнотехническим заделом, paCCMOTpeH ным в разделе 13.3, качественно расширит получаемую космическими средствами дистанционноrо зондирования Земли информацию для ее практическоrо использо.. вания в rлобальной информационной системе. 634 
Заключение Современные радиолокаторы землеобзора с синтезированной апертурой антенны в своем развитии имеют оrpомные информационные возможности при совершенство вании способов дистанционноrо зондирования, алrоритмов и технических средств обработки и интерпретации доставляемой информации, а также совершенствовании элементной базы, использовании нанотехнолоrий для реализации rлобальной аэро космической системы для непрерывноrо отслеживания динамических процессов природноrо и TexHoreHHoro характера, контроля состояния экосистем, мониторинrа вооруженных конфликтов. Создана аппаратурная база для реализации космических РСА, в основном удовлетворяющих требованиям rражданских и военных потребителей информации в рамках оrраничений Реrламента радиосвязи по выделенным частотным диапазо нам для дистанционноrо зондирования Земли из космоса. Развиваются методы pa диолокационноrо зондирования: поляриметрия, интерферометрия, стереометрия комплексная обработка данных оптическоrо, инфракрасноrо, СВЧдиапазонов волн. Непременным фактором извлечения тематической информации по результатам радиолокационноrо зондирования является применение измерительных технолоrий. Наряду с использованием амплитудных (или энерrетических) изображений, позво ляющих измерять эффективную площадь рассеяния (ЭПР) объектов и удельную ЭПР земных покровов при разных поляризациях, получает все большее применение ин терферометрическая обработки комплексных изображений (построения карт рельефа местности, дифференциальная интерферометрия, измерение скоростей компактных и распределенных объектов, поляриметрическая интерферометрия). Активно применяется зондирование в разных диапазонах волн с помощью РСА, размещаемых на разных космических аппаратах. Обеспечивается получение радиолокационных снимков с высоким разрешением (0,5.. .1,5 м) в 3CM диапазоне волн (РСА SAR Lupe, Cosmo SkyMed, ТепаSАRХ) для решения задач видовой раз ведки, обнаружения малоразмерных объектов на открытой местности, а также с раз решением от 3 м в диапазонах волн 3 и 5,6CM для мониторинrа растительноrо по крова и друrих задач ДЗЗ. В отличие от сантиметровых диапазонов зондирование в дециметром диапазоне 23 см с разрешением от 3...7 м (РСА Р ALSAR) имеет пре имущества обнаружения объектов техники под лиственным покровом, значительно большей стабильности фазы сиrнала для интерферометрической обработки (по строения карт рельефа и обнаружения изменений в оперативной обстановке методом дифференциальной интерферометрии). Возрастают возможности оценки объема биомассы и определения типа и состояния растительноrо покрова. С учетом указанных особенностей зондирования в сантиметровых и децимет ровых диапазонах имеет большие перспективы испытанный в ходе эксплуатации РСА «МечК» и «МечКУ» на КА «KOCMoc1870» и «Алмазl» и реализуемый в РСА КА «КондорЭ» 1 OCM диапазон, который наименее подвержен деструктивным влия 635 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ниям, нарушающим KorepeHTHocTb сиrналов, позволяет получить разрешение от 0,75. . .1,5 м с изобразительными свойствам получаемых снимков, приближающими ся к 23CM диапазону волн и приrодными как для видовой разведки, так и для реше ния основных задач ДЗЗ. Важное направление совершенствования РСА, обусловленное улучшением пространственноrо и радиометрическоrо разрешения  это широкое внедрение Me тодов радиовидения и мноrопозиционноrо зондирования с получением TpeXMep ных радиолокационных портретов объектов, детально выявляющих их форму, применение автоматических методов классификации объектов по их радиолокаци онным портретам и текстуре изображения. Мноrопозиционное зондирование и миниатюризация приемных датчиков на дешевых миниспутниках и беспилотных летательных аппаратах позволит обеспе чить непрерывный контроль локальных районов для сопровождения военных опе раций и мониторинrа чрезвычайных ситуаций. Разрабатываемые перспективные средства дистанционноrо зондирования Земли с использованием мноrорежимных мноrофункциональных РСА интеrpируются в rеоинформационную систему (rис), что дает возможность вести более точные pac четы формы rеоида для составления высокоточных цифровых карт рельефа, клима тических исследований, исследований взаимодействия океанатмосфера. Кардинальная проблема дистанционноrо зондирования Земли, в которой Ha мечены только первые шаrи,  решение обратной задачи определения и описания свойств наблюдаемой поверхности, наземных и подземных (подводных) объектов с использованием радиолокационной информации. Решение этой задачи дает про стор научной и технической творческой мысли как для радиоинженеров, COBep шенствующих аппаратуру, так и для радиофизиков, выявляющих связи между па раметрами электромаrнитноrо излучения и свойствами объектов. rеоинформационные технолоrии, основанные на использовании радиолока торов с синтезированной апертурой антенны авиационноrо и космическоrо бази рования, находятся в самом расцвете cBoero развития. За предшествующие rоды силами отечественных и зарубежных ученых были проведены фундаментальные исследования процессов взаимодействия электромаrнитноrо излучения с природ ными средами и искусственными объектами при распространении и отражении зондирующих радиосиrналов, разработана теория построения распределенных aH тенных систем и их воплощения в динамические мноrопозиционные структуры синтезированных антенн. Создание полноценноrо отечественноrо cerMeHTa rлобальной космической информационной системы двойноrо назначения способно не только решить изло женные в моноrрафии задачи rражданскоrо и BoeHHoro применения, но обеспечит переход на новый технолоrический уровень во мноrих областях науки и техники, способствуя развитию кадровоrо резерва и повышению конкурентоспособности отечественных информационных технолоrий. 636 
Литература 1. АбеЗ2ауз тт, Тронь А.П., Копенкин Ю.Н., Коровина И.А. Справочник по вероятностным расчетам. М.: Воениздат, 1970. 2. Айфичер З., Джервис Б. Цифровая обработка сиrналов. Практический подход. М.: Виль ямс, 2004. 992 с. 3. Алябьев А.А., Коберниченко В.Т Использование материалов радиолокаuионной космиче ской съемки для информационноrо обеспечения мониторинrа пространственных данных // rеодезия и картоrрафия. 2007. NQ5. С. 37..45. 4. Антипов В.Н., rоряинов В. т., Кулин А.Н. и др. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны / Под ред. В. Т. rоряинова. М.: Радио и связь. 1988. 304 с. 5. Арманд Н.А., Захаров А.И. Современные спутниковые РСА системы для дистанционноrо зондирования земли: Достижения и перспективы // Труды конференции по ДЗЗ. Муром. 2003. 6. Астанин ЛЮ., Флерова А.А. Характеристики антенн при формировании и излучении CBepx широкополосных импульсов // Сб. докладов Всероссийской научной конференции «CBepx широкополосные сиrналы в радиолокации, связи и акустике». Муром. 2003. С. 67..73. 7. Атрошенко Л.М., Атрошенко МД., rоробец Н.Н., Софронова л.п. Повышение надежности проrнозирования урожая по радиолокаuионным снимкам BbIcoKoro разрешения // Сб. ДOK ладов «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими методами». С...Петербурr. 1618 июня 2004. Т. 2. С. 245..250. 8. Атрошенко Л.М, rайкович К.П., rоробец Н.Н., Костяшкин С.И., Софронова л.п. Оценка радиолокационных контрастов лесонасаждений // 11 Всероссийская научная конференция. Сб. докладов «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмиче скими методами». С...Петербурr. 1618 июня 2004. Т. 2. С. 251256. 9. Атрошенко ЛМ, rоробец В.Н., rоробец Н.Н., Костяшкин С.И, Софронова лп. Методика описания лесных территорий в целях эффективноrо дешифрирования спутниковой информа цИИ РСА / / 11 Всероссийская научная конференция. Сб. докладов «Дистанционное зондиро.. вание земных покровов и атмосферы аэрокосмическими методами». С.Петербурr. 118 ию.. ня 2004. Т. 2. С. 257..264. 10. Атрошенко Л.М, rоробец Н.Н., Костяшкин С.И., Софронова л.п. Подспутниковые поли rоны Украины // 11 Всероссийская научная конференция. Сб. докладов «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими методами». С... Петербурr. 16 18 июня 2004. Т. 2. С. 265..271. 11. Афанасьев ИА. К истории разработки спутников морской радиоразведки // Новости KOC монавтики.2007.NQ 1. 12. Афанасьев Ю.А., Нелепо Б.А., Селиванов А.С. и др. Проrрамма экспериментов на ИСЗ «Космос..1500» // Исследования Земли из космоса. 1985. NQ 3. С. 3..8. 13. Афраймович З.Л., Караченцев В.А. Исследование по данным rлобальной сети GPS фазовых искажений сиrналов спутниковых радиотехнических систем, обусловленных неоднородной и нестационарной ионосферой Земли // Труды ХХ Всероссийской конференции по распро странению радиоволн. Н. Новrород. 2002. С. 100..1 О 1. 14. Афраймович З.Л., Караченцев В.А., Неудакин А.А. Методика проrнозирования поrpешно стей функционирования спутниковых радиотехнических систем, обусловленных неодно" родной и нестационарной ионосферой Земли, по данным rлобальной сети GPS // Известия ВУЗов. Сер. «Радиоэлектроника». 2003. NQ 4. С.51..60. 15. Афраймович З.Л., Ясюкевич Ю.В. Адаптивная радиоастрономия // Труды конференции. Секция А. Физика околоземноrо космическоrо пространства. БШФФ. 2007. C.8184. 637 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 16. Ахметьянов В.Р., Пасмуров А.Я. // Зарубежная радиоэлектроника. 1987. NQ1. 17. Аэрокосмический радиолокационный мониторинr Земли. Коллективная моноrрафия / Под ред. А.И. Канащенкова. М.: Радиотехника. 2006. 240 с.: ил. 18. Бакитько Р.В., Васильев МБ., Винницкий А. С. и др. Радиосистемы межпланетных космиче ских аппаратов / Под ред. А.С. ВИННИЦКО20. М.: Радио и связь. 1993.328 с.: ил. 19. Балашов И.В., Бурцев МА., Ефремов В.Ю., Лупян Е.А. и др. Построение архивов результа.. тов спутниковых данных для систем динамическоrо формирования производных информа ционных продуктов // Сб. научных статей «Современные проблемы дистанционноrо зон.. дирования Земли из космоса». М.: ОАО «Азбука2000». 2008. Вып.5. Т. 1. C.26..31. 20. Баскаков В., rоршков А. Пентаrон не боится провалов. Масштабы военно..космических проrрамм США достиrли пика // Независимое военное обозрение') 23.05.2003. 21. *Бахрах Л.Д., Лось В.Ф., Шаманов А.Н. Широкополосные микрополосковые и вибратор ные антенны / / Антенны. 2001. Вып.2 (48). С.21..26. 22. Белокуров А.А. Методы сrлаживания спекл"шума на радиолокационных изображениях зем ной поверхности // Зарубежная радиоэлектроника. 1990. NQ 6. С.26..35. 23. Бобокин МИ. Оценка топоrpафическоrо рельефа местности в РСА при переднебоковом обзоре. Ки. «Цифровая обработка сиrналов в РСА» / Под ред. Е. Ф. Толстова. Смоленск: Изд"во ВА ВПРО ВС РФ, 2005. C.173181. 24. БО20молов А. Ф., Жерuxин Н.В., Соколов ТА. «BeHepa 15», «Венера.. 16»: Радиолокатор с синтезированной апертурой на орбите ИСВ // Изв. ВУЗов. Сер. «Рапиофизика». 1985, том XXVIII. NQ 3. C.259274. 25. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗОВ. М.: Наука') 1980. 936 с. 26. Брыксин В.М, Евтюшкин А.В., КочеР2ИН ТА., Рычкова Н.В. Мониторинr зерновых культур на юrе Западной Сибири по данным MODIS и ERS2 // Сб. научных статей «Современные проблемы дистанционноrо зондирования из космоса». Вып.4. М.: ИКИ РАН. Изд"во ОАО «Азбука..2000». 2004. Т. 2. C.163 188. 27. Будлянский А. rосподство в воздухе и блицкриr. Некоторые особенности боевоrо при менения ВВС союзников в Ираке // Независимое военное обозрение. 23.01.2004. http://www.avia.ru/press/ 4022/. 28. Буренин Н.И. Радиолокационные станции с синтезированной антенной. М.: Сов. радио, 1972. 160 с. 29. Бычкова И.А., Викторов С.В. Спутниковый мониторинr портовых комплексов и судоход.. ных трасс Балтийскоrо моря: текущие проблемы // 11 Всероссийская научная конференция. Сб. докладов «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы азрокосмиче.. скими методами». С...Петербурr. 1618 июня 2004 r. Т. 1. С.23..27. 30. Вакман Д.Е., Седлецкий Р.М Вопросы синтеза радиолокационных сиrналов. М.: Сов. ра.. дио, 1973. 312 с. 31. Варакин Л.Е. Теория сложных сиrналов. М.: Сов.радио, 1970. 376 с. 32. Васин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиоэлектронной борьбы. М.: ВВИА им. проф. Н.Е.]Куковскоrо,1998. 33. *Верба В.С. Авиационные комплексы радиолокационноrо дозора и наведения. Состояние и тенденции развития. М.: Радиотехника, 2008. 432 с.: ил. (Сер. «Системы мониторинrа воз душноrо, космическоrо пространства и земной поверхности», редактор серии В.С. Верба). 34. *Верба В.С. Авиационный комплекс радиолокационноrо дозора и наведения как элемент rлобальной сетецентрической системы / / Радиотехника, 2008. NQ 9. 35. *Верба В.С. Априорная оценка вероятности обнаружения наземных объектов средствами воздушной разведки // Радиотехника, 2004. NQ 9. С.32..33. 36. *Верба В.С. Метод управления информативностью авиационноrо комплекса, взаимодейст.. вующеrо с разнородными потребителями информапии // Радиотехника. 2006. NQ 1. 37. *Верба В.С. Обнаружение наземных объектов. Радиолокационные системы обнаружения и наведения воздушноrо базирования. М.: Радиотехника, 2007. 360 с.: ил. (Сер. «Системы 638 
Литература мониторинrа воздушноrо, космическоrо пространства и земной поверхности») редактор серии В.С. Верба). 38. *Верба В.С. Разработка АФАР дЛЯ авиационных и космических радиолокационных систем // Новые технолоrии в радиоэлектронике и системах управления. Саратов: Издво Саратов.. cKoro университета" 2004. 39. *Верба В.С. Тенденции развития авиационных и космических средств информационной разведки и дозора // Наукоемкие технолоrии. 2004. NQ 89. С.32..39. 40. *Верба В.С. Управление информационными возможностями мноrофункциональных борто.. вых радиолокационных комплексов // Радиотехника, 2006. NQ 1. 41. *Верба В.С. Формирование режима обнаружения и распознавания наземных целей в MHO rофункциональном авиационном комплексе разведки, оповещения и управления // Радио техника, 2006. NQ 1. 42. *Верба В.С., rандурин В.А. Радиолокатор с синтезированной апертурой на высотном бес пилотном дирижабле // Антенны. 2004. NQ 8..9. 43. *Верба В.С., rандурин В.А., Меркулов В.И Стратеrические, оперативные и тактические факторы, влияющие на облик авиационноrо комплекса радиолокационноrо дозора и наве.. дения // Информационно"измерительные и управляющие системы. 2008. NQ 5. С.76..84. 44. *Верба В.С., rандурин В.А., Трофимов А.А. Бортовая РЛС дЛЯ перспективноrо мноrофунк" циональноrо авиационноrо комплекса разведки, оповещения и управления (МАК РОУ) с цифровой АФАР // Наукоемкие технолоrии. 2004. NQ 89. С.II0..116. 45. *Верба В.С., Неронский ЛБ., Осипов иr., Турук В.З. Радиолокационное зондирование Земли в дециметровых диапазонах волн // Аэрокосмический курьер. 2009. NQ 6 (66). C.5052. 46. *Верба В.С., Неронский ЛБ., Поливанов С.С. Тенденции развития систем радиолокационноrо наблюдения космическоrо базирования / / Наукоемкие технолоrии. 2009. Т. 10. NQ 8. C.39. 47. *Верба В.С., Осипов и.r., Неронский Л.Б., Турук В.З. Перспективы создания космических РЛС дистанционноrо зондирования Земли // Аэрокосмическое обозрение. Аналитика, ком.. ментарии, обзоры. М.: 000 «Изд. rpуппа «Бедретдинов и Ко», 2007. NQ 4 (29). C.372375. 48. *Верба В.С., Поливанов с.с. Орrанизация информационноrо обмена в сетецентрических боевых операциях // Радиотехника. 2009. NQ 8. С.57..62. 49. *Витер В., Петровский В., Кучейко А. Космические аппараты радиолокационноrо наблю дения, созданные в «НПО машиностроения» / / Новости космонавтики. 2001. NQ 3 (216). С.42..43. 50. Внотченко С.Л., Достовшzов МЮ., Зайцев А.Б., Мусинянц т.т, Смирнов С.Н. Результаты измерений ЭПР искусственных и естественных объектов по радиолокационным изображе.. ниям РСА «Компакт100» // Исследования Земли из космоса. 2003. NQ 6. C.4957. 51. Внотченко С.Л., Ковшzенко А.И, PuмaH В.В., Шишанов А.В., Нейман и С. Радиолокаторы для малых космических аппаратов // 111 Международная конференция"выставка «Малые спут.. ники. Новые технолоrии, миниатюризация. Область эффективноrо применения в ХХI Be ке». Королев, Московская обл. 2731 мая 2002 r. Кн. 111. С.419..426. 52. Вопросы подповерхностной радиолокации. Коллективная моноrpафия / Под ред. А.Ю. TpиHё ва. М.: Радиотехника, 2005. 53. Всемирная орбитальная rpуппировка космических аппаратов ДЗЗ / rеоматика. Geomatics. Жур.. нал о rеоинформатике и дистанционном зондировании. М.: СОВЗОНД, 2008. -N"Q 1. С.61..69. 54. Вудворд п. Теория вероятностей и теория информации в применении к радиолокации. М.: Сов. радио, 1955. 55. rарбук С.В., Fершензон В.Е. Космические системы дистанционноrо зондирования Земли. М.: Сканэкс, 1997. 296 с. 56. rафаров А. Ядерная энерrия в космосе: Состояние и перспективы // Новости космонавти.. ки. 2004. Т. 14. NQ 4 (255). С.38..40. www.novostikosmonavtiki.ru/content/numbers/255/ 01.shtml. 57. rлезер в.д, Цуккерман ИИ. Информация и зрение. М.: Изд"во АН СССР, 1961. 58. rоловенко Е.Н., Прuxодько А.И, Тараненко И.В., Хшzиманович В.И., Шип илов ТВ. Транс.. 639 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования формируемая крупноrабаритная антенна KapKacHoro типа // Решетневские чтения: MaTe риалы Х Международной научной конференции, посвященной памяти rенеральноrо конст.. руктора ракетно"космических систем академика М.Ф. Решетнева. Красноярск: Сибирский rосударственный аэрокосмический университет. 2006. С.41. 59. rорячкин О.В. Методы слепой обработки сиrналов и их приложения в системах радиотех ники. М.: Радио и связь, 2003. 230 с.: ил. 60. rрадштейн ис., Рыжик И.М Таблипы интеrpалов, сумм, рядов и произведений. М.: Физ матrиз, 1962. 61. Тудкова Н.Л., Ширяев А.М Использование в народном хозяйстве СВЧ..аппаратуры дистан" ционноrо зондирования из космоса // Зарубежная радиоэлектроника. 1991. N 4. C.86100. 62. Демин В.П., Куприянов А.И., Цветнов В.В. Радиоэлектронная борьба: радиоразведка ира.. диопротиводействие. М.: Изд"во МАИ, 1998. 63. *Дикинс А.В., Иванов А.Ю., Карлин Л.Н., Неронекий Л.Б. и др. Атлас аннотированных ра.. диолокационных изображений морской поверхности, полученных космическим аппаратом «Алмаз..l». М.: rEOC, 1999. 119 с. 64. До 2015 r. ОАО «rазком» намерено превратить систему спутниковой связи «Ямал» в пол номасштабную космическую информационную систему // Информационный бюллетень. rИС..Ассоциация. 2007. NQ 1 (58). С.4..12. 65. Дорофеев В. Взrляды американскоrо BoeHHoro руководства на формы боевоrо применения космических сил / / Зарубежное военное обозрение. 2001. NQ 8. 66. Доставалов МЮ., Внотченко с.л, Ермаков Р.В., Жаровекая Е.П., Мусинянц т.r., Теличев А.В. Сравнительный анализ радиолокационных характеристик отражения объектов и фоновых поверхностей в Х.., L.. и уКВ..диапазонах, обусловленных влиянием периодических струк" тур // Сб. научных статей «Современные проблемы дистанционноrо зондирования из KOC моса». Вып.6. М.: ИКИ РАН. Изд"во ОАО «Азбука..2000». 2009. Т. 1. С.122..131. 67. Достовалов мю., Внотченко С.Л., Лифанов А.С., Мусинянц т.т. Система автоматизиро" BaHHoro распознавания объектов на основе исследования радиолокационных портретов по изображениям РСА «Компакт100» // Исследования Земли из космоса. 2005. NQ 1. С.51..65. 68. Достовалов мю., Лифанов А.С., Мусинянц т.т. Использование метода Change Detection для обнаружения объектов на радиолокационных изображениях // Исследование Земли из космоса. 2007. NQ 4. C.1526. 69. *Достовалов МЮ., Неронекий Л.Б., Пересле2ИН С.В. Исследования поля скорости океан.. ских течений по фазометрическим данным, полученным РСА космическоrо аппарата «ERS» // Океанолоrия. 2003. Т. 43. NQ 3. С.473..480. 70. Дьяконов В.П. МА TLAB 6.6/6.1/6.5/6.5+SPl Simulink 5/5. Обработка сиrналов и изображе ний. Сер. «Полное руководство пользователя». М.: СОЛОН..Пресс, 2005.592 с.: ил. 71. Евтюшкин А.В., Филатов А.В. Оценка деформаций земной поверхности в районах интен.. сив ной нефтедобычи Западной Сибири методом SАR"интерферометрии по данным ENVISAT\ASAR и ALOS\ PALSAR // Сб. научных статей «Современные проблемы дис.. танционноrо зондирования из космоса». Вып. 6. М.: ИКИ РАН. Изд"во. ОАО «Азбука.. 2000», 2009. Т. 1. 72. Ежеrодник «Космическая съемка Земли. 20072008». Справочные данные и дополнения по спутникам съемки Земли. Справочноаналитическое издание / Под ред. Ю.А. Подъездкова. М.: Радиотехника, 2008. 73. *Елизаветин И.В. Оценка влияния HeKorepeHTHoro накопления при обработке данных с космическоrо аппарата «Алмаз.. 1» // Исследование Земли из космоса. 1993. NQ1. C.3235. 74. Елизаветин ИВ., rудuлин ДС., Семёнов О.И. Сравнительная оценка фильтрации радиолока.. ционных снимков с использованием вейвлет..преобразований // Аэрокосмические техноло.. rии: Труды Всероссийской научно"технической конференции (22 мая 2002 r., Реутов, фrуп «НПО машиностроения») / Под ред. Р.П. Симоньянца. М.: Изд..во МПУ им. Н.Э. Баумана. 2003. С.233..243. 75. Елсаков В.В. Развитие спутниковоrо мониторинrа экосистем европейских тундр с использо.. ванием данных SARJERS2 // Сб. научных статей «Современные проблемы дистанционноrо 640 
Литература зондирования из космоса». Вып.5. М.: ИКИ РАН. Издво «Азбука». 2008. Т. 2. C.48388. 76. *Елюшкин В.Т, Пронин Б.В. Фотоrpамметрическая обработка радиолокационных снимков. М.: Недра, 1993. 191 с. 77. Живичин А.Н., Соколов в.с. Дешифрирование фотоrpафических изображений. М.: Недра, 1980. 253 с. 78. Заболоцкий В.Р. Применение космических радиолокационных изображений РСА КА «Ал маз.. 1 » для исследования сельскохозяйственных культур / / Исследования Земли из космоса. 1996. NQ 2. C.I06110. 79. За20роднuков А.А. Радиолокационная съемка MopcKoro волнения с летательных аппаратов. л.: rидрометеоиздат, 1978. 239 с. 80. Захаров А.И Измерение полной матрииы рассеяния земных покровов спутниковым поля риметрическим РСА // П Всероссийская научная конференция. Сб. докладов «Дистанцион ное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими методами». С...Петербурr. 16 18 июня 2004 r. Т. 1. C.6064. 81. Захаров А.И., Жердев П.А., Борисов ММ, Соколов А.Б. Калибровка современных космиче ских РСА с помощью антенных рефлекторов // 11 Всероссийская научная конференция. Сб. докладов «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими методами». С...Петербурr, 1618 июня 2004 r. Т. 3. C.4750. 82. Захаров А.И, Машуров с.с. Использование стабильных отражателей в схеме интерферо.. метрической съемки TERRASARX при мониторинrе карстовых территорий Нижеrород ской области // IV Всероссийская научная школа и конферениия «Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред». Муром, 2009. 83. Захаров А.И., Машуров с.с. Мониторинr маrистральноrо rазопровода на оползневом уча стке Кубанскоrо края с помощью интерферометрической съемки радара TERRASARX // IV Всероссийская научная школа и конференция «Радиофизические методы в дистанцион ном зондировании сред». Муром, 2009. 84. Захаров А.И, Хренов Н.Н. Радиолокационные интерферометрические методы наблюдения Земли в задаче мониторинrа подвижек rазопроводов / / 11 Всероссийская научная конфе ренция. Сб. докладов. «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэро.. космическими методами». С.Петербурr. 1618 июня 2004 r. Т. 3. C.110114. 85. Захарова Л.В., Захаров А.Н. Исследование динамики волжских береrов Ульяновска MeTO дом радиолокационной интерферометрии // УI открытая Всероссийская конференция. «Co временные проблемы дистанционноrо зондирования из космоса». Тезисы докладов. М.: ИКИ РАН, 1014 ноября 2008 r. 86. Захарова Л.Н. Использование интерферометрической коrерентности по данным полнопо.. ляриметрическоrо РСА дЛЯ классификации земных покровов // Сб. научных статей «Co временные проблемы дистанционноrо зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН. Изд"во ОАО «Азбука..2000», 2008. Вып.5. Т. 1. C.96 1 О 1. 87. Захваткина Н. Ю., Александров В. Ю., Коросов А. Классификация морских льдов на PCA изображениях спутника ENVISAT // VI Всероссийская открытая ежеrодная конференция «Современные проблемы дистанционноrо зондирования Земли из космоса» / Тезисы ДOK ладов. М.: ИКИ РАН, 1014 ноября 2008 r. 88. *Землянов А.Б., Коссов r.Л., Траубе В.А. Система морской космической разведки и целе указания (история создания). С.Петербурr: 000 «rалея Принт», 2002.216 с. 89. Зиновьев В.Т, Полетаев А.М, Присяжнюк с.п. Проблемы стандартизации в области дис танционноrо зондирования Земли // Сб. научных статей «Современные проблемы дистан ционноrо зондирования из космоса». Вып.5. М.: ИКИ РАН. Издво ОАО «Азбука..2000», 2008. Т. 1. C.133137. 90. *Зраенко С.М, Коберниченко В.Т Цифровое синтезирование апертуры при кусочно линейной аппроксимации опорной функции / / Известия вузов. М.: Радиоэлектроника, 1987. Т. 30. NQ 8. С.8..12. 91. Зубкович С.Т. Статистические характеристики радиосиrналов, отраженных от земной по 641 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования верхности. М.: Сов. радио, 1968.224 с. 92. Зубченко э. с. Методы радиолокационноrо и эле:ктромarнитноrо зондирования морских аквато.. рий для картоrpафирования рельефа дна // Навиrация и rидроrpафия. 2007. NQ 24. С.152..162. 93. Иванов А.Ю., 3атЯ2алова В.В. Картоrpафирование заrpязнений моря с использованием космической радиолокации и rеоrpафических информационных систем // Исследование Земли из космоса. 2007. NQ 6. С.46..63. 94. Иммореев и.я. Сверхширокополосные радиосистемы. Обзор состояния и перспективы раз вития / Труды НТОРЭС им. А.С.Попова: Сер. «Сверхширокополосные сиrналы и CBepXKO роткие импульсы в радиолокации, связи и акустике». М.:, 2005. С.9..14. 95. Инженерный справочник по космической технике. Изд. 2..е перераб. и доп. / Под ред. А.В. Солодова. М.: Воениздат" 1977.430 с. 96. Информационные технолоrии в радиотехнических системах: Учебное пособие: В.А. Васин, И.Б. Власов, Ю.М Е20ров и др. / Под ред. ИБо Федорова. М.: Изд"во МI1Y им. Н.Э. Баумана, 2003.677 с.: ил. (Сер. «Информатика в техническом университете») 97. Исходные данные по информационным параметрам перспективной космической системы дистанционноrо зондирования Земли (ПКС ДЗЗ). М.: РКА, 1993. 98. Каневский МБ. Теория формирования радиолокаиионноrо изображения поверхности OKea на. Н. Новrород: ИПФ РАН, 2004. 124 с. 99. Караваев В.В., Сазонов В.В. Основы теории синтезированных антенн. М.: Сов. радио, 1974. 100. Карпов О.А., Луканидин А.М, Нечаев В.М, Овчинников А.А. и др. Экспериментальная проверка aлrоритмов межпериодноrо расширения спеюра в РСЛ. Ки. «Цифровая обработка сиrналов в РСА») / Под ред. Е. Ф Толстова. Смоленск: Издво ВА ВПВО ВС РФ, 2005. С.226..230. 101. Катрона Л.Дж., Лейт Е.Н., Палермо К.Дж., Порцелло Л.Дж. Оптические системы фильт рации и обработки сиrналов / / Зарубежная радиоэлектроника. 1962. NQ 10. 102. Кислицкий МИ. Космическая система радиолокационноrо мониторинrа «Север» // Сб. Ha учных статей «Современные проблемы дистанционноrо зондирования из космоса». Вып.5. М.: ИКИ РАН. Издво ОАО «Азбука2000», 2008. Т. 1. С.273..279. 103. Классен В.И., Кинбер Б.Е., Шишлов А.В., Тоболев А.К. rибридные и поли фокальные антен" ны. Обзор «Антенны». М.: Радио и связь, 1987. 104. Коберниченко В.Т Использование данных космических систем наблюдения для монито.. ринrа и проrнозирования чрезвычайных ситуаций на реrиональном уровне // Вестник УrтУУпи. На передовых рубежах науки и инженерноrо творчества. Екатеринбурr: rOY ВПО уrту..упи, 2004. NQ 15 (45). C.I05107. 105. Кобернuченко В.Т, Доросuнский Л.r. Методика анализа помехозащищенности РСА // Тру.. дЫ УН Международной НТК «Радиолокация" навиrация" связь». 226 апреля 2001 r. Во.. ронеж: Изд"во Воронежскоrо rосударственноrо университета. 2001. Т. 3. С.1438..1443. 106. Коваленко А.И Амплитудно..Фазовые характеристики функции импульсноrо отклика ши.. рокополосных радиолокаторов с синтезированной апертурой в областях формирования сиrналов доплеровской неоднозначности // Труды НТОРЭС им. Л.С. Попова: Сер. «Сверхширокополосные сиrналы и сверхкороткие импульсы в радиолокации, связи и аку" стике». М., 2005. С.58..62. 107. Коваленко А.И. Анализ эффекта доплеровской неоднозначности для высокодетальных KOC мических радиолокаторов с синтезированной апертурой // Труды XXIH Всероссийскоrо симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред». Вып.5. С...Петербурr: НИЦ 2 4 ЦНИИ МО РФ, 2005. C.4855. 108. Коваленко А.И. Анализ эффекта доплеровской неоднозначности для космических радиоло каторов с синтезированной апертурой детальноrо наблюдения Земли // Электромаrнитные волны и электронные системы. 2008. Т. 13. NQ 4. С.22..33. 109. Коваленко А.И Метод одномерной избирательной редукции доплеровской неоднозначно" сти для радиолокаторов с синтезированной апертурой детальноrо наблюдения Земли // Электромаrнитные волны и электронные системы. 2008. Т. 13. NQ 6. С.64.. 73. 110. Коваленко А.И. Методика оценки уровня доплеровской неоднозначности для широкопо.. 642 
Литература лосных космических радиолокаторов с синтезированной апертурой // 11 Всероссийская Ha учная конференция..семинар «Сверхширокополосные сиrналы в радиолокации, связи и акустике»: Сб. докладов. Муром, 2006. С.327..331. 111. Коваленко А.И Методика оценки уровня доплеровской неоднозначности для широкопо лосных космических радиолокаторов с синтезированной апертурой // Труды XXIV Bcepoc сийскоrо симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред». Вып.6. C. Петербурr: НИЦ 4 ЦНИИ МО РФ. 2006. C.I04..111. 112. Коваленко А.И., Риман В.В. Дифференциальные методы редукции эффекта неОДнозначно сти в космических радиолокаторах с синтезированной апертурой // Международная науч ная конференция к 95летию академика В.А. Котельникова «Современная радиоэлектрони ка в ретроспективе идей В.А. Котельникова». М.: Изд"во МЭИ, 2003. C.8890. 113. Коваленко А.И, Риман В.В. Особенности формирования радиолокационных изображений в высокодетальных радиолокаторах с синтезированной апертурой // Труды XVIXIX Всероссийских симпозиумов «Радиолокационное исследование природных сред». Вып.2. С...Петербурr: ВИКУ им. А.Ф. Можайскоrо, 2002. C.l021 ]4. 114. Козлов И.Е., Сычев В.И. Реанализ проявлений океанских внутренних волн на изображениях РСА спутника «Алмазl» // 11 Всероссийская научная конференция. Сб. докладов «Дистан ционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими методами». C. Петербурr. 1  18 июня 2004 r. Т. 2. С.l 08 116. 115. Колосов МА., Арманд Н.А., Яковлев о.я Распространение радиоволн при космической связи / Под ред. акад. Б.А. ВведеНСКО20 и проф. М.А. Колосова. М.: Связь, 1969. 155 с.: ил. ftp://ftp.kiaml.rssi.ru/pub/gps/book/ann/. 116. Колосов МА., Шабельников А.В. Рефракция электромаrнитных волн в атмосфере Земли, Венеры, Марса. М.: Сов. радио, 1976. 117. Кондратенков r. с. Ультразвуковой спектроанализатор радиолокационных сиrналов с ис.. пользованием явления дифракции света на ультразвуковых волнах в прозрачной среде, возбуждаемых радиолокационными сиrналами / Авт. свид. N221080, 08.09.1959. 118. Кондратенков r.C., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанцион Horo зондирования Земли: Учебное пособие для вузов / Под ред. ТС. Кондратенкова. М.: Радиотехника, 2005. 368 с.: (Сер. «Радиолокация»). 119. Кондратенков ТС., Хохлянник В.А., Иванисов Б.А. Статистические характеристики сиrна.. лов РСА дециметровоrо диапазона // Радиотехника. 2000. N23. 120. Копылов В.Н., КочеР2ИН ТА., Полищук Ю.М, Хамедов В.А. Использование данных ДЗЗ при решении реrиональных задач рациональноrо природопользования. Современные проблемы дистанционноrо зондирования Земли из космоса // Тезисы конференции, ИКИ РАН. 2008. 121. *Королев А.В., Коршиков ЯВ. Экспериментальное исследование транзисторных усилите.. лей мощности ЛЧМ..сиrналов // Сб. докладов ХII Международной научнотехнической конференции «Радиолокация, навиrация, связь» RLNC..2006. Воронеж: НПФ «САКВОЕЕ» 000.2006. Т. 1. C.lI10..1115. 122. *Королев А.В., Коршиков Я-В., Птицина С.Е. Унификация схемотехнических решений в усилителях мощности ДМВ..диапазона // Сб. докладов ХУ Международной научно технической конференции «Радиолокация, навиrация, связь» RLNC..2009. Воронеж: НПФ «САКВОЕЕ» 000.2009. Т. 2. C.11281135. 123. *Королев А.В., Троицкий Ю.Н, Ростовцев А.А., Коршиков Я.В. Передающее устройство Sдиапазона для бортовоrо космическоrо радиолокатора // Сб. докладов ХI Международ ной научно"технической конференции «Радиолокация, навиrация, связь» RLNC..2005. Во.. ронеж: НПФ «САКВОЕЕ» 000. 2005. Т. 1. С.357..363. 124. Космический комплекс rидрометеоролоrическоrо и океаноrpафическоrо обеспечения «Метеор..3м» с космическим аппаратом «Метеор.. М» N21. Справочные материалы. Под. ред. Л.А. Макриденко, С.Н. Волкова, Ю.В. Трифонова, А.В. rорбунова. М.: Фrуп «НПП ВНИЭМ». 2008. 143 с. 125. Космическая съемка Земли. Космическая радиолокационная съемка поверхности Земли. Спра 643 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования . .." вочно..аналитическое издание/ Под ред. Ю.А. Подъездкова. М.: Радиотехника. 2004. 66 с.: ил. ]26. Космическая съемка Земли. Справочно..аналитическое издание / Под ред. Ю.А. Подъездко ва. М.: Радиотехника. 2006. 358 с.: ил. 127. Космические радары: «9:0» не в пользу России // rис и GPS, 21.]2.07. 128. Кретов Н.В., Рыжкина ТЕ., Федорова ЛВ. Влияние земной атмосферы на пространствен ное разрешение радиолокаторов с синтезированной апертурой космическоrо базирования // Радиотехника и электроника. 1992. N2 1. C.9095. 129. Кровотынцев В.А., Лаврова О.Ю.. МитЯ2ина МИ, Островский А.Т. Космический монито ринr состояния природной среды Азово..Черноморскоrо бассейна // Сб. научных статей «Современные проблемы дистанционноrо зондирования из космоса». Вып.4. М.: ИКИ РАН. Издво ОАО «Азбука..2000»., 2007. Т. 1. С.295..303. 130. *Куликовский МТ. Контроль разрешающей способности космическоrо радиолокатора ссин.. тезированной антенной при наземных испытаниях / / Наукоемкие технолоrии. 2007. N2 10. 131. *Курочкин А.П. Развитие антенно..фидерной и оптоэлектронной техники в ОАО «Концерн радиостроения «Bera» // Наукоемкие технолоrии. 2004. N2 89. С.40..59. 132. *Курочкин А.П., Андрианов В.И., Верба В.С. и др. Вопросы построения АФАР дЛЯ авиаци.. онных и космических радиолокационных комплексов наблюдения // Антенны. 2004. Вып.89 (8788). С.56..64. 133. *Курочкин А.П., Андрианов В.Н., Верба В.С., Козлов К.В., Крицкий С.В., Рыков В.В., Яку бень Л.М Вопросы построения АФАР дЛЯ авиационных и космических радиолокационных комплексов наблюдения // Антенны. 2004. N2 89. C.5664. 134. *Кушнерёв Н.А. Устройство электропитания импульсноrо твердотельноrо передатчика // Радиотехника.N25.,2009 135. Лаппо С.С., Арманд Н.А., Волков А.М и др. О концепции развития космической океаноло.. rии в России на 1992015 rr. // Исследование Земли из космоса. 1997. N2 2. C.7080. 136. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Кн. 2. М.: Сов. радио, 1968. 504 с. 137. *Лиханский С.Т Модификация технолоrии синтеза радиолокационных изображений, OCHO ванной на rармоническом анализе, применительно к ситуации прожекторноrо режима для космических радиолокаторов с синтезированной апертурой // Наукоемкие технолоrии. 2008. N2 2. C.3855. 138. *Лиханский с.т Модифицированный метод скользящеrо окна как способ компенсации стробэффекта и одновременно повышения производительности сверточных алrоритмов синтеза в прожекторном режиме // Наукоемкие технолоrии. 2006. N2 10. 139. *Лиханский С.Т Новая технолоrия прецизионноrо масштабирования радиолокационных сиrналов, обобщающая известный СhirpSсаlingоператор / / Наукоемкие технолоrии. 2006. N2 78. C.72 79. 140. *Лuxанскuй с.т Повышение производительности двумерносверточных aлrоритмов синтеза РЛИ в прожекторном режиме методом KorepeHTHoro накопления сиrнала по COMкнyrЫM суб.. кадрам, в сумме составляющим интервал синтеза // Наукоемкие технолоrии. 2004. N2 5. C.2233. 141. * Лиханский С.Т Применение метода прецизионноrо масштабирования в коrерентной ра.. диолокационной картоrpафии // Наукоемкие технолоrии. 2004. N2 23. С.41..52. 142. Маров МН., Шта2ер Е.А. Сравнение радиолокационных характеристик айсберrов и судов // Труды ХХ и XXJ Всероссийских симпозиумов «Радиолокационное исследование при родных сред». С.Петербурr. 2003. Вып.3. C.94 1 00. 143. Методы, процедуры и средства аэрокосмической компьютерной радиотомоrpафии припо.. верхностных областей Земли / Под ред. С.В. Нестерова, А.С. Шамаева, с.и. Шамаева. М.: Научный мир, 1996.272 с. 144. МитЯ2ина МИ., Лаврова О.Ю. Радиолокационные наблюдения поверхностных пленочных заrpязнений в прибрежной зоне Черноrо и Азовскоrо морей / / Сб. научных статей «Совре.. менные проблемы дистанционноrо зондирования из космоса». Вып.4. М.: ИКИ РАН. Изд" во ОАО «Азбука..2000», 2007. Т. 1. С.317..324. 644 
Литература 145. Михайлов в.я. Фотоrpафия и аэрофотоrpафия. М.: Изд"во rеодезической и картоrpафиче.. ской литературы. 1952. 146. Михайлов Б.А., Кондратенков ТС. Сравнение методов повышения разрешающей способ.. ности радиолокационных устройств по yrловым координатам // Труды ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковскоrо. 1961. Вып. 883. 147. Назаров Л.Е., Чухланцев А.А. Моделирование нейросетевых алrоритмов оценки биофизи.. ческих параметров почвы и растительных покровов с использованием данных пассивной и активной радиолокации // 11 Всероссийская научная конференция. Сб. докладов «Дистан.. ционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими методами». С... Петербурr. 1618 июня 2004 r. Т. 1. С.II0..113. 148. Научные школы 80енно"воздушной академии им. проф. Н.Е. Жуковскоrо (BoeHHoro авиа.. ционноrо техническоrо университета). М.: Изд"во «Академии Авиации», 2000.466 с. 149. *Неронский ЛБе Аналитическая аппроксимация сенситометрической кривой фотоматериа.. лов // Техника кино и телевидения. 1977. С.21..22. 150. *Неронский Л.Б., Верба В.С., Лиханский С.Т, Осипов ИТ, Пущинский С.Н., Турук В.З. Формирование точечных моделей объектов по комплексным РСА изображениям // Труды седьмой Всероссийской открытой ежеrодной конференции «Современные проблемы дис.. танционноrо зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН. 1620 ноября 2009 r. 151. *Неронский Л.Б. Влияние нелинейности реrистратора на различимость контрастов при ви" зуальном дешифрировании РЛИ // Вопросы радиоэлектроники. Сер. «Обшетехническая». 1978. Вып.9. С.13..34. 152. *Неронский Л.Б. Оценка разрешающей способности РЛС с синтезированной антенной по переходным функциям и интервалу корреляции выходноrо сиrнала // Радиотехника и элек.. троника. 1975. Т. хх. NQ 2. С.271 ..279. 153. *Неронский ЛБе Перспективы совершенствования космических средств радиолокационно" ro наблюдения земной поверхности / / Наукоемкие технолоrии. 2004. NQ 89. С.66..87. 154. *Неронский ЛБ., Беленкова Н.С. Расчет условий обнаружения флуктуирующеrо сиrнала на выходе квадратичноrо детектора с накоплением / / Вопросы радиоэлектроники. Сер. «Об.. шие вопросы радиоэлектроники». 1984. Вып. 3. С.3..8. 155. *Неронский Л.Б., ВиНО2радный А.В., Тимофеев Л.М. Моделирование преобразований сиr.. налов в радиолокаторах с синтезированной апертурой антенны. Лабораторный практикум: Учебное пособие / Московский rосударственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет). М. 2003. 72 с. 156. *Неронский Л.Б., rончаренко МВ. Установка для фотометрических измерений с высоким разрешением // Вопросы радиоэлектроники. Сер. «Общетехническая». 1972. Вып. 3. С.49..57. 157. *Неронский Л.Б., Иванов О.Ю., Коберниченко В.Т Быстрый алrоритм цифровоrо синтези.. рования апертуры // Радиотехника. 1994. Т. 49. NQ 1. 158. *Неронский Л.Б., Коберниченко В.Т, Зраенко С.М Цифровое синтезирование радиолока.. ционных изображений земной поверхности в радиолокаторе с синтезированной апертурой космическоrо аппарата «Алмаз.. 1» // Исследования Земли из космоса. 1993. NQ 4. С.33..43. 159. *Неронский ЛБ., Лиханский С.Т, Елизаветин ИВ., Сысенко ДВ. Модель временных зави.. симостей фазы и амплитуды, адаптированная к радиолокационному обзору в космических РСА // Исследования Земли из космоса. 2003. NQ 6. С.58.. 71. 160. *Неронский Л.Б.. Михайлов В.Ф., Бра2ин ИВ. Микроволновая аппаратура дистанционноrо зондирования Земли и атмосферы. Радиолокаторы с синтезированной апертурой антенны: Учебное пособие / СПбrУ АП. С...Петербурr. 1999. ч. 2. 220 с. 161. *Неронский Л.Б.. Осипов ИТ. Верба В.С. Моделирование метода пространственно..частотной фильтрации для селекции движущихся целей в РСА // Труды ХХII Всероссийскоrо симпо.. зиума «Радиолокационное исследование природных сред». Вып.4. Изд"во Полиrpафический центр Автономной некоммерческой орrанизации. Секция «Инженерные проблемы стабиль.. ности и конверсии» Российской инженерной академии (СИП РИА). М., 2005. С.7..15. 162. *Неронский ЛБ., Пушков Д.В., Елизаветин ИВ. Применение моделирования преобразова.. 221492 645 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования ний сиrналов в РСА дЛЯ интерпретации данных ДЗЗ. Труды конференции по дистанцион ному зондированию Земли / / 11 Всероссийская научная конференция. Сб. докладов «Дис.. танционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими методами». С...Петербурr. 118 июня 2004 r. Т. 3. C.l45..150. 163. *Неронский ЛБ. J Салzаник П.О. J Яркин В.Ф. Экспериментальное исследование различимо сти распределенных целей на радиолокационных изображениях // Вопросы радиоэлектро" ники. Сер. «Общетехническая». 1979. Вып. 1. С.23..36. 164. *Неронский Л.Н. J Достовалов МЮ. J Переслеzин С.В. Улучшенные алrоритмы измерения доплеровской частоты сиrналов РСА // 11 Всероссийская научная конференция. Сб. докла дов «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими Me тодами». С...Петербурr. 1618 июня 2004 r. Т. 3. С.140..144. 165. НИКОЛЬСКИЙ Д.Б. Передовые направления в обработке и применении радиолокационных данных // rеоматика. Oeomatics. Журнал о rеоинформатике и дистанционном зондирова.. нии. М.: СОВЗОНД, 2008. N2 1. С.23..24. 166. *Нявро Б.П. J ШИЛИН Б.В., Ефремов r.A. J Салzаник П.О., Неронский ЛБе и др. Радиолокация rеолоrических структур с ИСЗ «Космос..1870» // Сб. «Экспрессинформация Совета по космическим исследованиям АН СССР». л.: ВНИИКАМ, 1989. 167. Обнаружение и распознавание объектов радиолокации. Коллективная моноrpафия / Под. ред. А.В. Соколова. М.: Радиотехника. 2006. 168. Оппенzейм A.B. J Шафер Р.В. Цифровая обработка сиrналов: Пер. с анrл. / Под ред. с.я. Шаца. М.: Связь. 1979. 169. Основы теории полета космических аппаратов / Под ред. ТС. Нариманова. М.: Машино строение. 1972. 170. Охонский А.Т Подавление азимутальных выбросов в искусственной диаrpамме направлен.. ности РСА // Труды ХХII Всероссийскоrо симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред». Вып.4. М.: ИПЦ АНО «СИП РИА», 2005. С.129..138. 171. Охонскuй А.Т Подавление боковых выбросов диarpаммы направленности РЛС с синтезирован ной апертурой в азимутальной плоскости // Межвузовский сборник научных трудов «Простран ственно"временная обработка радиолокационных сиrналов». л.: ЛИАП. 1990. С.65..69. 172. *Патент на изобретение RU N223 1 0886 С 1, МПК 7 001 S 13/90 (2006.01). Космический MHO rорежимный поляриметрический радиолокатор с синтезированной апертурой со скани рующей зеркальной антенной / Открытое акционерное общество «Концерн радиостроения «Bera» (RU)/ Авторы: Неронский ЛБ. J Андрианов В.И., Верба В.С., Осипов иr., ТУРУК В.Э. Заявка N220061 03346. Приоритет 07 февраля 2006 r. Зареr. 20 ноября 2007 r. 173. *Патент на изобретение RU N22352033 Сl, МПК 7 HOIQ 1/100 (2006.01). rибридная зер.. кальная антенна с расширенными yrлами сканирования / Открытое акционерное общество «Концерн радиостроения «Bera» (RU)/ Авторы: Неронский ЛБ., Андрианов В.И, Верба В.С., Осипов и.r. J Еzоров МА. Заявка N2 2007127775/09. Приоритет 20.07.2007, опублико" вано 10.04.07. Бюл. N210. 174. *Переслеzин С.В. Связь СВЧ"рассеяния от морской поверхности с пространственно временными характеристиками развитоrо волнения // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1975. Т. 11. N2 5. С.48 1..490. 175. *Переслеzин С.В. Статистические характеристики СВЧ"рассеяния от морской поверхности с учетом конечноrо разрешения и фактора деполяризации // Изв. АН СССР. Физика атмо" сферы и океана. 1975. Т. 11. N2 6. С.610..619. 176. *Переслеzин С.В., Достовалов МЮ., Манаков В.Ю., Неронский Л.Б. Формирование ярко.. стных и скоростных изображений морской поверхности в радиолокаторах с синтезирован ной апертурой // Сб. Труды ИПФ. Н. Новrород: ИПФ РАН, 2003. 177. *Переслеzин C.B. J Достовалов МЮ. J Сажнева А.Э., Неронский Л.Б., Осипов И.Т. Яркост" ные и скоростные радиолокационные портреты океанских явлений // 11 Всероссийская на.. учная конференция. Сб. докладов «Дистанционное зондирование земных покровов и aTMO сферы аэрокосмическими методами». С...Петербурr, 118 июня 2004 r. Т. 2. С.82..91. 646 
Литература 178. Пересле2ИН С.В.. Елизаветин И.В.. Иванов А.Ю. Измерение параметров ветровых волн в области атмосферноrо циклона по данным поляризационноrо космическоrо РСА // Сб. «Современные проблемы дистанционноrо зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2006. Вып.3. Т. 11. С.140..148. 179. Пересле2ИН С.В., Королев А.М, Маров мн. Анализ доплеровскоrо радиолокационноrо Me тода измерений поля мезомасштабных океанических течений с орбитальноrо аппарата // Исследование Земли из космоса. 1994. N2 2. C.8493. 180. Пересле2ИН С.В., Королев А.М, Маров мн. и др. Радиолокационные измерения мезомас штабных полей течений океана по данным РСА КА АЛМАЗ..l / / Исследование Земли из космоса. 1994. N2 4. С.28..38. 181. *Пересле2ИН С.В., Неронский ЛБ., Плющев В.А. Флуктуационноуровенная чувствитель ность Р Л интерферометра при двухпозиционном зондировании морской поверхности / / В сб. «Проявления rлубинных процессов на морской поверхности». Н. Новrород: ИПФ РАН, 2008. Вып.3. 182. Пересле2ИН С.В., ХШluков З.А. Двухпозиционная радиолокация морской поверхности // В сб. «Проявления rлубинных процессов на морской поверхности». Н. Новrород: ИПФ РАН, 2008. Вып.3. 183. *Пересле2ИН С.В., ХШlиков З.А., Неронский ЛБа Физическое обоснование радиолокацион ной космической системы, решающей задачу paHHero обнаружения опасных океанических явлений // Сб. научных статей «Современные проблемы дистанционноrо зондирования из космоса». Вып.5. М.: ИКИ РАН. Издво ОАО «Азбука..2000», 2008. Т. 2. С.180..191. 184. Перминов А.Н, Меньшиков В.А. Реализация единой социоприродной стратеrии освоения космоса / Проrpамма Интернетбрифинrов пресс..службы Федеральноrо космическоrо аrент.. ства. Изд..во «РЕСТАРТ», 2009. Вебсайт http://www.federalspace.ru/programbrifing.asp. 185. *Плющев В.А. Результаты разработки и направления развития мноrочастотных авиацион ных комплексов РСА // Наукоемкие технолоrии. 2004. N2 89. С.88..100. 186. Подповерхностная радиолокация / Под ред. ми. Финкельштейна. М.: Радио и связь. 1994. 187. Охонский А.Т, Елисеев А.А., Каnлунова Н.В. и др. Помехоустойчивость информационных радиосистем управления: Учеб. пособие / Под ред. А.Т ОХОНСКО20. М.: мrАП «Мир кни rи», 1993.216 с.: ил. 188. Пономаренко С.Н Adobe Photoshop 5.0. С.Петербурr: БХВ, 2000. 512 с. 189. Порцелло ЛДж. // Зарубежная электроника. 1972. N2 3. С. 15. 190. Приклонская в.и. Использование rеометрических и энерrетических признаков при обнару жении и распознавании аномалий морской поверхности // Сб. научных трудов Ф[УП «ЦНИИ «Комета» «Космические информационно..управляющие системы». М. 2008. Вып.2. С.48..54. 191. Проrpаммные решения в области rеоинформатики, цифровой фотоrpамметрии и дистанци" oHHoro зондирования Земли. ЗАО «Фирма «Ракурс». http://www.racurs.ru/. 192. *Радиолокационная фотоrpамметрия / в.и. А ковецкий, r.H. Донсков, Ю.Н. Корнеев, ЛБе Неронский. М.: Недра, 1979. 239 с. 193. Радиолокационные методы исследования Земли / Ю.А. Мельник, С.Т Зубкович, В.Д Cтe паненко и др. / Под ред. Ю.А. Мельника. М.: Сов. радио, 1980. 264 с. 194. Радиолокационные системы воздушной разведки. Дешифрирование радиолокационных изо.. бражений / Под ред. ЛА. ШКОЛЬНО20. М.: Изд. ВВИЛ им. проф. Н.Е. Жуковскоrо, 2008. 531 с. 195. Радиолокационные станции боковоrо обзора / Под ред. А.П. Реутова. М.: Сов. радио, 1970. 196. Кондратенков ТС., Потехин В.А., Реутов А.П., Феоктистов Ю.А. Радиолокационные станции обзора Земли / Под ред. ТС. Кондратенкова. М.: Радио и связь, 1983.272 с. 197. Назuров М, ПИЧУ2ИН А.П., Спиридонов ю.r. Радиолокация поверхности Земли из космоса. Исследования морской поверхности, ледяноrо и ледниковоrо покровов с помощью спутни" ковой радиолокационной станции боковоrо обзора. Моноrpафия / Под. ред. Л.М Митника, С.В. Викторова. л.: rидрометеоиздат, 1990. 198. Реrистрирующие среды для rолоrpафии / Под ред. н.и. Кириллова, В.А. БарачевСКО20. л.: Наука, Ленинrpадское отделение, 1975. 165 с. 647 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 199. Реrламент радиосвязи Российской Федерации. rосударственная комиссия по радиочасто.. там при rоскомсвязи Российской Федерации / Официальное издание. М., 1999. 200. *Реутов А.П. Радиолокация на маrистралях технолоrическоrо проrpесса XXI века // Hay коемкие технолоrии. 2004. NQ 89. С.23..31. 201. Poz В. Война высоких технолоrий. Операции в Персидском заливе  новое в теории и прак" тике боевых действий // Независимое военное обозрение, 21.05.2005. http://www.aviaport.ru/digest/2005/0 1/21/87330.html. 202. Poz В., Соловьев В. Принципиально новые лекала военных кампаний. // Независимое BoeH ное обозрение, 04.08.2006. http://www.logistics.ru/9/4/1/i7728184p2.htm. 203. Родионова Н.В. Применение поляризационной разности фаз в задачах распознавания объ ектов на радарных изображениях / / IV Всероссийская научная школа и конференция «Ра.. диофизические методы в дистанционном зондировании сред». Муром, 2009. 204. Роуз А. Зрение человека и электронное зрение. М.: Мир, 1977. Т. 1. 205. Рубахин В.Ф. Психолоrические основы обработки первичной информации. л.: Наука. 1974. 296 с. 206. *Савосин ТВ., Серяпин А.В., Шило В.К., Виленко И.Л., Неронский Л.Б., Королев А.В. Круп ноrабаритные rибридно..зеркальные антенны с облучателями в виде АФАР // Решетневские чтения: Материалы Х Международной научной конференции, посвященной памяти reHe.. ральноrо конструктора ракетнокосмических систем академика М.Ф. Решетнева. KpaCHO ярск: Сибирский rосударственный аэрокосмический университет, 2006. 207. *Солzаник п.о. К расчету разрешающей способности РЛС по пространственным коорди" натам // Вопросы радиоэлектроники. Сер. «Общетехническая». 1974. Вып.l. c.319. 208. *Солzаник П.О., Ефремов ТА., Неронский ЛБ., Куликовский мт, Курмаев А.А. Радиоло кационное зондирование Земли с ИСЗ «Космос..1870» / / Исследование Земли из космоса. 1990. NQ 2. С.70.. 79. 209. Сарычев В.А. Попытка характеристики очередноrо этапа развития радиолокационной Hay ки и техники / / Радиопромышленность. 1996. Вып.2. С.81 92. 210. Сборник рабочих материалов по Международному реrулированию планирования и ис пользования радиочастотноrо спектра (с учетом изменений, принятых ВКР..2007. Тома 1. НПФ «rейзер», 2009. http://www.geyser.ru/rus/products/. 211. Современные проблемы дистанционноrо зондирования из космоса // VI открытая Bcepoc сийская конференция // Сб. научных статей. Вып. 6. М.: ИКИ РАН. Изд"во ОАО «Азбука.. 2000». 2009. 212. Современные проблемы дистанционноrо зондирования из космоса. Физические основы, методы и технолоrии мониторинrа окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов // Сб. научных статей. Вып. 5. М.: ИКИ РАН. Изд"во ОАО «Азбука..2000». 2008. Т. 1. 575 с. Т. 11. 595 с. 213. Справочник по радиолокации / Под ред. М Сколника (Нью..Йорк, 1970). / Пер с анrл. (в че.. тырех томах) под общей ред. К.Н. Трофимова. Т. 2 // Радиолокационные антенные устрой.. ства. Под ред. п.и. Дудника. М.: Сов. радио, 1977. 408 с. 214. Справочник по радиолокации / Под ред. М Сколника, Нью..Йорк, 1970. / Пер. с анrл. (в че.. тырех томах) под общей ред. К.Н. Трофимова. Т. 1 // Основы радиолокации. Под ред. я.с. Ицхоки. М.: Сов. радио, 1976. 456 с. 215. Спутники радиолокационноrо зондирования Земли // Приложение NQl к журналу «Спутни.. ковые системы связи и вещания». М.: Радиотехника, 2000. 86 с. 216. Стренолюк Ю.В. Военная активность в околоземном пространстве. Противоспутниковые системы // Лекция. М.: МФТИ, 2] апреля 2005 r. httр://www.аrmsсопtrоl.ru/сошsе/ lecturesO 5a/yvs0504 28t.htm. 217. Таблица распределения полос частот между радиослужбами Российской Федерации, ут.. вержденная постановлением Правительства РФ от 15 июля 2006 r. NQ439..23. 218. Тарасенко М Военные картоrрафы США будут пользоваться коммерческими спутниками // Новости космонавтики. 1998. NQ 23/24 (190/191). С.37. 648 
Литература 219. Татевян С.К. rлобальная rеодезическая система GGOS (Научные цели и статус). Совре.. менные проблемы дистанционноrо зондирования из космоса // VI открытая Всероссийская конференция. Сб. научных статей. Вып. 6. М.: ИКИ РАН. Изд"во ОАО «Азбука..2000». 2009. Т. 1. С.58. 220. Толстов Е.Ф., Яковлев А.М, Карпов О.А. Радиолокационный комплекс аппаратуры наблю.. дения в проrрамме «Открытое небо» / / Радиотехника N211. Сер. «Радиолокационные сис темы и системы радиоуправления» N22. Вып.6. 1995. С.54..57. 221. Кузьмин Б.С., rерасимов ф.я, Молоканов В.М и др. Топоrрафо..rеодезические термины. Справочник. М.: Недра. 1989.261 с. 222. *Траектория полета. ЦКБ17, НИИ17, МНИИП. ОАО «Концерн «Bera». М.: Оружие и технолоrии., 2005. 252 с.: ил. 223. *Турук В.З., Неронский Л.Б., Порохов ио. Выбор технических характеристик РСА универ.. сальноrо назначения для малоrо космическоrо аппарата // Вопросы радиоэлектроники. Сер. «Общетехническая». Вып.l. М. 2002. С.43..52. 224. Уманский в.и, Железнов ММ, А.С.Васuлейский А.С., Милосердов В.В. Интерферометри.. ческая обработка спутниковой радиолокационной информации для мониторинrа объектов железнодорожной инфраструктуры) // VI открытая Всероссийская конференция. «COBpe менные проблемы дистанционноrо зондирования из космоса». Тезисы докладов. М.: ИКИ РАН, 114 ноября 2008 r. 225. Файнберz Е.Л. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности. М.: Изд..во АН СССР. 1961. 226. Феоктистов Ю.А. Системный подход в радиотехнике // Радиотехника. 1996. N2 1. С.5..8. 227. Фукс им. К теории рассеяния радиоволн взволнованной поверхностью моря // Изв. вузов. Сер. Радиофизика. 1966. Т. 6. N2 5. С.876..885. 228. Хармут ХФ. Несинусоидальные волны в радиолокации и радиосвязи. М.: Радио и связь. 1985. 229. Хемминz Р.В. Цифровые фильтры. М.: Недра. 1987.221 с. 230. Хермандер Л. Анализ линейных дифференциальных операторов. Т. 3. Псевдодифференци альные операторы. М.: Мир. 1987. 231. Цветков О.Е. Алrоритмы обработки сиrналов в РСА с миrpацией дальности: Кн. «Цифро вая обработка сиrналов в РСА» / Под ред. Е. Ф. Толстова. Смоленск: Издво ВА ВПВО ВС РФ, 2005. С.71..76. 232. *Челомей В.Н., Ефремов ТА., Литовченко К.Ц., Неронский ЛБ., Семенов С.С., СалZQНИК П.О., Зткин В.С. и др. Радиолокация морской поверхности с высоким разрешением с ИСЗ «Космос..1870» // Исследования Земли из космоса. 1990. С.8О..90. 233. Чернов А.А., Чернявский r.M. Орбиты спутников дистанционноrо зондирования Земли. Лекции и упражнения. М.: Радио и связь. 2004. 200 с.: ил. 234. Черняк В.С. Мноrопозиционная радиолокация. М.: Радио и связь. 1993. 235. Чупарис В. // Зарубежное военное обозрение. 2002. N2 8. 236. *Шахzеданов В.Н. Авиационная система наблюдения «Открытое небо». Наукоемкие Tex нолоrии. 2004. N2 89. С.I0l..109. 237. Шелестов А.Ю., Скакун С.В., Тищенко ю.r. Комплексирование радиолокационных данных для решения задач спутниковоrо мониторинrа / / Сб. научных статей «Современные про.. блемы дистанционноrо зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН. Издво ОАО «Аз бука..2000». 2008. Вып. 5. Т. 1. С.181..188. 238. Ширман Я.Д., rоршков С.А., Лещенко С.П., Братченко ТД., Орленко В.М Методы радио локационноrо распознавания и их моделирование / / Зарубежная радиоэлектроника. 1996. N2 11. С.3..63. 239. Широкополосные и сверхширокополосные сиrналы и системы / Успехи современной ра.. диоэлектроники. Тематический выпуск. 2009. N2 12. 240. Штаzер Е.А. Методы расчета радиолокационных характеристик объектов, находящихся вблизи неровной земной или морской поверхности // Зарубежная радиоэлектроника. 1994. 649 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования N2 4----5. С.22..40. 241. *Штейншлейzер В.Б., Дзенкевич А.В., Манаков В.Ю., Мельников л.я, Мисежников ТС. О разрешающей способности трансионосферных РЛС дЛЯ дистанционноrо зондирования Земли в УКВдиапазоне волн // Радиотехника и электроника. 1997. Т. 42. N2 6. С.725..732. 242. Яковлев В.П. Основные результаты опытной эксплуатации радиолокатора с синтезирован ной апертурой КА «Алмаз» // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радио электроники. 1997. N2 5. С.28..40. 243. *Янушевский ТД., Пuлипец Ю.С., Цыркин В.В., Смирнов Ю.А. Синтезатор частот и широ.. кополосных ЛЧМ..сиrналов Sдиапазона // XVI ЕРТР European Frequency and Time Forum. С.Петербурr. Март 200] r. 244. *Янушевский тд, Верба В.С., Рыков С.Т Цифровой синтезатор широкополосных сиrналов Sдиапазона // Материалы XI Международной научно"технической конференции «Радио.. локация, навиrация, связь». Воронеж, 2005. Т. 1. 245. Финкельштейн МИ, Мендельсон в.л., Кутев В.А. Радиолокация слоистых земных покро вов. М.: Сов. радио. 1977. 176 с. 246. A/gra т., Biereпs L. Frequency domain raw data compression fOT multi..mode satellite instruments // Proc. ofEUSAR'2006, Dresden, Germany. Мау 1618, 2006. 247. *Bakhrakh L.D., Los' V.F., ShaтaпovA.N. Ultrawideband method of feeding а dipole antenna // Proc. of IV Intemational Conference оп Antenna Theory and Techniques, Sevastopol, Ukraine. Sept 9 12, 2003. У. 11. Р.535..538. 248. Baт/er R. «А comparison of rangedoppler and wavenumber domain SAR focusing algorithms» // IEEE Trans. оп GRS. July 1992. v. 30. No. 4. Р. 706..713. 249. Baт/er R. А systematic comparison of SAR focusing algorithms // Proc. IGARSS'91, IEEE Espoo, Finland. June 1991. Р.l 005..1 009. 250. Baт/er R. Doppler Frequency Estimation and the CramerRao Bound // Trans. оп GRS. Мау, 1991. У. 29. No. 3. Р. 385..390. 251. Barbarossa S., Levriпi G. Аn Antenna Pattem Synthetic Technique For Spacebome SAR Perfor таnсе Optimization // IEEE Trans. оп GRS. March, 1991. У. 29. No. 2. Р. 254..259. 252. Basseт MR. МА TLAB simulations for radar systems design / Bassem R. Mahafza, Atef Z. El.. sherbeni, CHAPMAN & HALL/CRC Press Сотраnу. Воса Raton. London, New York, Wash.. ington, D.C. 2004. 253. Ваита R. w., Mc/ппes Р.А. Aperture size and ambiguity constraints for а synthetic aperture radar // Synthetic Aperture Radar. J.J.Kovaly // Ed. Norwood, МА: Artech House. 1978. 254. Ваитgаrtпеr S., Rodriguez..Cassola М, Notteпsteiпer А., Horп R., Scheiber R., Schwerdt М е! а/. Bistatic Experiment Using ТепаSАR..Х and DLR's new FSAR System // Proc. of EUSAR'2008, Friedrichshafen, Germany. June 25, 2008. У. 1. Р. 57..60. 255. Beпz u., Fischer J., Сбstеr w., Moreira А. Adaptive Compression of SAR Data // Proc. of EUSAR'1998, Friedrichshafen, Germany. Мау 2527, 1998. Р. 525..528. 256. Beпz и., Strod/ К., Moreira А. Comparison of Several Algorithms for SAR Raw Data Compres sion // IEEE Trans. оп GRS. Sept, 1995. У. 33. No. 5. Р. 1266..1276. 257. Berardiпo Р., Forпaro G., Laпari R., Saпsosti Е. А new Algorithm for Surface Deformation Monitoring based оп SmalJ Baseline SAR Interferograms // IEEE Trans. оп GRS. 2002. У. 40. No. 11. Р. 2375..2383. 258. Bereпs Р. Efficient Wave Number Domain Processing for squinted Spotlight SAR // Proc. of EUSAR'2004, Ulm, Germany. Мау 2527, 2004. Р. 171..174. 259. Bezvesilпiy 0.0., Dukhpe/пykova  V., Viпogradov V. v., Vavriv D.M Homogeneity Criteria for Lee and Wavelet..Based Speckle Reduction Filters // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Germany. Мау 118, 2006. 260. B/aпko..Saпchez Р., Dиqие S., МаZZоrqиi J.J., MoпeZZs D. Analysis of Highly Non..Linear Defor.. mations due to Mining Activity with DInSAR: PSIC4 Test Site // Proc. of Envisat Symposium 2007. Apr 2327, 2007, ESA SP..636. 261. Boerпer Е., Lord R., Mitterтayer J, Baт/er R. Evaluation of ТепаSАRХ Spotlight Processing 650 
Литература Ассшасу based оп а New Spotlight Raw Data Simulator // Proc. ofthe IGARSS'03, [ЕЕЕ, Toul.. ouse, France. July 2125, 2003. У. 2. Р. 1323..1325. 262. ВоПе J. Coding of SAR Raw Data // Proc. of EUSAR' 1998, Friedrichshafen, Gennany. Мау 25 27, 1998. Р. 537540. 263. Brauп Н., Kicherer S. Extemal Calibration for CRS..l and SAR..Lupe // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Gennany. June 1618, 2006. 264. Breit Н., Boerпer Е., Mitterтayer J., Holzпer J., Eiпeder М ТЬе ТепаSАRХ MultiMode SAR Processor  Algorithms and Design // Proc. of EUSAR'2004, Ulm, Gennany. Мау 2527 2004. У. 2. Р. 501..504. 265. Breit Н., Fritz т., Schiittler В., Balss и., Daтerow Н., Schwarz Е. TerraSARX SAR Payload Оа.. ta Processing: Results from Commissioning and Early Operational Phase / / Proc. of EUSAR'2008, Friedrichshafen, Gennany. June 25 2008/ У. 1. Р. 9599. 266. Breit Н., Schiittler D., Steiпbrecher U. А High Precision W orkstationBased Chirp Scaling SAR Processor. // Proc. ofthe IGARSS'97, IEEE, Singapore. Aug 38 1997. У. 1. Р. 465..467. 267. Brekke С., Weydahl D.J., He/lereп О., Olseп R. Ship traffic monitoring using multipolarization satellite SAR images combined with AIS reports Data / / Proc. of EUSAR'2008, Friedrichshafen, Gennany. June 25, 2008. У. 1. Р. 81..84. 268. Brule L., Baeggli Н., MacDoпald. Radarsat..2 Program Update // Proc. of EUSAR'2002, Cologne, Gennany. June  2002. Р. 25..28. 269. Buades А., СоП В., Morel J.M А review of image denoising algorithms, with а new опе // Mul tiscale Modeling and Simulation. 2005. У. 4. No. 2. Р. 490530. 270. Cafforis С., Prati С., Rocca F. «SAR Data Focusing Using Seismic Migration Techniques» // IEEE Trans. оп Aerospace and Electronics Systems. March 1991. У. 27. No. 2. Р. 194..206. 271. Ca/laghaп G.D., Loпgsta/f I.D. Wide..swath space..bome SAR using а quad element апау // IEEE Proc. Radar Sonar and Navigation. June 1999. У. 146. No. 3. Р. 159..165. 272. Cariп L., Geпg N., McClure М, Sichiпa J., Laт Nguyeп. Ultra..wide..band synthetic..aperture radar for mine..field detection // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 1999. У. 41. No. 1. Р. 1833. 273. CarrQo Н., Sarтeпto Р., Araujo А., Caetaпo М Separability Analysis of Land Cover Classes at Regional Scale: А Comparative Study of MERIS and MODIS Data // Proc. of Envisat Sympo sium. Apr 2327 2007, ESA SP..636. 274. Carrara WG., Goodтaп R.S., Majevski R.M. Spotlight Synthetic Aperture Radar Signal Processing AIgorithms. Boston, London, Artech House. 1995. Р. 554. 275. Casu F., Maпzo М, Рере А. et al. Оп the Capability of the SBASDInSAR Technique to Investi.. gate Defonnation РЬепоmепа of Large Areas with Low Resolution Data // Proc. of Envisat Sym posium. Apr 2327 2007. ESA SP..636. 276. Caves R., Luscoтbe А.Р., Lee P.F., Jaтes К. Topographic perfonnance evaluation of the RADARSA т ..2/3 tandem mission / Proc. of IGARSS'02, IEEE, Houston, USA. Jиne 24----28 2002. У. 2. Р. 961..963. 277. Cerutti..Maori D., Gieru/l С.Н., Eпder J.H.G. First experimental demonstration of GMTI im.. provement through antenna switching // Proc. of EUSAR'2008, Friedrichshafen, Gennany. June 25, 2008. У. 1, рр.47..50. 278. getiп М, Karl W, Castaпoп D. Features Enhancement and ATR Perfonnance Using Nonquadrat.. ic OptmizationBased SAR Imaging / / IEEE Trans. оп Aerospace and Electronics Systems. Oct. 2003. У. 39. No. 4. Р. 13751395. 279. Chaп H.L., Уео т.s. Noniterative Quality Phase..Gradient Auto..Focus (QPGA) Algorithm for Spotlight SAR Imagery // IEEE Trans. оп GRS. Sept. 1998. У. 36. No. 5. Pt. 2. Р. 1531..1539. 280. Chaпg С. У, Curlaпder J. С. Attitude steering for Space based synthetic aperture radars // Proc. of IGARSS'92, IEEE, Toronto, Canada. Мау 2629. Р. 297..301. 281. Chaпg Уи., Zhao F., Zhaпg J., Hoпg F...W, Li Р., Уип J. Numerical simulation of intemal waves excited Ьу а submarine moving in the two..layer stratified f1uid // Proc. of the Conference of Global Chinese Scholars оп Hydrodynamics. Joиmal of Hydrodynamics, Ser. В. У. 18, Issue 3, Supplement 1. Jиly, 2006. Р. 330..336. http://www.sciencedirect.com/science. 651 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 282. Cherпiakov М, Aпtoпiou М, Saiпi R., Zuo R., Edwards J., Space..Surface BSAR  Analytical and Experimental Study // Proc. ofEUSAR'2006, Dresden, аеnnапу. June 1618, 2006. 283. Choпg J., Zhu М, Doпg G. Ship Target Segmentation ofHigh Resolution SAR Images // Proc. of EUSAR'2002, Cologne, аеnnапу. June 6, 2002, рр.693..696. 284. Cimiпo J., Elachi С., Settle М. SIR..B. ТЬе Second Shuttle Imaging Radar Experiment // IEEE Transactions оп Geoscience and Remote Sensing. July, 1986. v. аЕ..24. No. 4. Р. 445..452. 285. Cloude S.R., Papathaпassiou К.Р. Polarimetric SAR Interferometry // IEEE Trans.on GRS. 1998. У. 36. No. 5. P.15511565. 286. Compact radial power combiner teams ир а dozen power GaAs FETs // Microwaves. Oct 1, 1977. У. 16. No. 10. Р. 89. 287. Cote S., Srivasfava S., Le Daпtec Р., Hawkiпs В. From Commissioning to Extended Mission: 9 Years ofMaintaining RADARSAT..1 Image Quality Perfonnance // Proc. ofEUSAR'2006, Dres den, аеnnапу. Мау 118 2006. 288. Cote S., Srivasfava S., Le Daпtec Р., Lukowski т., Hawkiпs R. Monitoring RADARSA Т  1 Eleva.. tion Веат Pattem using the Canadian Boreal F orest: ап Experiment / / Proc. of EUSAR'2006, Dresden, аеnnапу. June 1618 2006. 289. Cummiпg 1. Model Based Doppler Estimation for FrameBased SAR Processing // Proc. of EUSAR'OI, IEEE, Sydney, Australia. July 913 2001. У. 6. Р. 2645..2647. 290. Cummiпg 1. G., Woпg F. W. DigitaJ Processing of Synthetic Aperture Radar Data. Algorithm and Implementation, Artech House. 2005. 291. Curlaпder J. С., McDoпough R.N. Synthetic Aperture Radar. New У ork: Wiley and Sons. 1991. 292. Cutroпa L.J., Viviaп W.E., Leith E.N., НаП G. о. А High Resolution Radar Combat..Surveillance System // IRE Trans. оп Military Electronics. Apr. 1961. У. MIL. Р. 127..131. 293. Del Frate F., Petrocchi Р., Lichteпegger J., Calabresi G. Neural Networks for ОН Spill Detection Using ERS..SAR Data // IEEE Trans. оп GRS. Sept, 2000. У. 38. No. 5. Р. 2282..2287. 294. Desai N., Kumar S., Vachhaпi J., Gujraty V. Advanced Onboard technologies for ISRO's RISA Т..l follow оп LBand Polarimetric SAR mission // Proc. of EUSAR'2008, Friedrichshafen, аеnnапу. June 25 2008. У. 1. Р. 15..18. 295. Doпg G., Choпg J., Zhu М. Research оп Some Problems about SAR Radiometric Resolution // Proc. ofEUSAR'2004 Conference, Ulm, аелnапу. Мау 2527 2004. У. 1. Р. 701..704. 296. Dostovalov M, Ivaпov А. Уи., Pereslegiп S. V. Retrieval of Сuпепt Velocity Field Using the ERS SAR Raw Data // Proc. ofERSEnvisat Symposium, Gothenburg. Oct. 2000. 297. Duraпd J.M, Gimoпet B.J., Perbos J.R. SAR Data Filtering for Classification // IEEE Trans. оп GRS. 1987. У. aE25. No. 5. Р. 629..637. 298. Efimov V.B., Kurekiп A.S., Sytпik о. V. Two..Regime Radar // Proc. of EUSAR'2004, Ulm, Ger тапу. Мау 2527 2004. Р. 673..677. 299. Elizavetiп 1. V. Improving of SAR Stereo Сопеlаtоr Perfonnance using аТОРОЗ0 Elevation Мар // Proc. ofEUSAR'2004 Conference, Ulm, аеnnапу. Мау 2527 2004. У. 2. Р. 973..976. 300. Elizavetiп 1. V. ТЬе Ground Surface Backscattering Modeling Using Integral Equation Model // Proc. of EUSAR' 1998, Friedrichshafen, аелnапу. Мау 2527 1998. Р. 153..156. 301. Elsakov V. v., Shaпov V.M Ecosystem Monitoring Development in the Russian Tundra Based оп SAR/ERS Data // Proc. ofEnvisat Symposium. Apr 2327 2007. ESA SP..636. 302. Eпder J.H.G., CeruttiMaori D. Position Estimation of Moving Vehicles for Space..based Multi.. channel SAR/МTI Systems // Proc. ofEUSAR'2006, Dresden, аеnnапу. Мау 1618, 2006. 303. Espete т., Walterscheid 1., Breппer А., KZare J., GieruZZ С., Eпder J. Progress of Hybrid Bistatic SAR: Synchronization Experiments and First Imaging Results // Proc. of EUSAR'2008, Frie.. drichshafen, аелnапу. June 25 2008. Р. 217..220. 304. European Telecommunications Standarts Institute (ETSI) EN 302 066 1 vl.2.] (2007..05); ETSI EN 302 0662 vl.2.1 (2007..05). 305. Faure P.F., Adriaп v., Phalippou L. Programmable Chirp Generator for SAR and Altimeters // Proc. ofEUSAR'1998, Friedrichshafen, аеnnапу. Мау 2527 1998. Р. 233..236. 306. Federal Communication Commission USA (FCC) 02..48, ЕТ Docket 98 153, First Report and 652 
Литература Order. Apr. 2002. 307. Federal Communication Commission USA (FCC) 04285, ЕТ Docket 98153, Second Report and Order and Second Memorandum Opinion and Order. Оес, 2004. 308. Fischer С., Heer С., Krieger G., Werпiпghaus R. А high resolution wide swath SAR // Proc. of EUSAR'2006 Conference, Dresden, Gennany. Мау 118, 2006. 309. FZam R.P., MacGaham J.P. Radial power combiner for solid..state power amplifier. // MM92 conference proceedings. Oct, 1992. Р. 2334. 310. Freemaп А. Оп Ambiguity in SAR Design // Proc. of EUSAR'2006.. Dresden.. Gennany. Мау 16 18,2006.P.697700. 311. Freeтaп А. SAR Calibration. Ап overview // IEEE Trans. оп GRS. Nov, 1992. У. 30. No. 6. Р. 11 07  1121. 312. Freemaп А., Johпsoп W. т.К., Huпeycutt В., Jordaп R., HeпsZey S., Siqueira Р., Cur/aпder 1. ТЬе "Myth" of the Minimum SAR Antenna Area Constraint // Proc. of IGARSS'99, IEEE) Hamburg, Gennany. June 28  July 02 1999. У. 3. Р. 1770 1772. 313. Freemaп А., Johпsoп W. т.К., Huпeycutt В., Jordaп R., HeпsZey S., Siqueira Р. aпd Cur/aпder 1.: ТЬе "Myth" ofthe Minimum SAR Antenna Area Constraints // IEEE Trans. оп GRS. Jan. 2000. У. 38. Р. 320..324. 314. Freemaп А., Moghaddam М, Ziпk М, Zebker Н. Radiometric Сопесtiоn of SAR Images of Ya rying Тепаin Heights // Proc. of IGARSS'92, IEEE Toronto, Canada. Мау 2629 1992. У. 1. рр.271..273. 315. Frey о., Meier Е., Nuesch D., Roth А. Geometric Епоr Budget Analysis for ТепаSАRХ // Proc. ofEUSAR'2004 Conference, Ulm, Gennany. Мау 2527 2004. У. 2. Р. 513515. 316. Frick Н., PaZsetia М, Caraпde R., Cur/aпder J. COTS SAR Ground Processing for PALSAR ар.. plication. // Proc. ofEUSAR'2000, Munich, Gennany. Мау 2325 2000. Р. 729 731. 317. Frieder Н, Krieger G., Werпer М, Reiпiger К., Eiпeder М, D 'Amico S., Erhardt D., WickZer М ТаnОЕМ..Х Mission Design and Data Acquisition Plan // Proc. ofEUSAR'2008, Friedrichshafen, Gennany. June 25 2008. У. 4. Р. 4346. 318. Fritz т., Breit Н., SchiittZer В., BaZss U., Lachaise М, Eiпeder М. ТепаSАR..Х Image Products: Characterization and Verification // Proc. of EUSAR'2008, Friedrichshafen, Gennany. June 25 2008. Р. 99 1 02. 319. Frost VS. Probability of Епоr and Radiometric Resolution for Target Discrimination in Radar Images // IEEE Trans. оп GRS. 1984. У. GE22. No. 2,1984. Р. 121125. 320. Frost VS., Stiles J.A., Shaпmugaп K.S. aпd HoZtzmaп J. С. А model for radar images and its ap plication to adaptive digital filtering of mu1tiplicative noise / / IEEE Trans. оп Pattem Analysis and Machine Intel1igence. March.. 1982. У. PAMI..4. No. 2. Р. 157..166. 321. Fujimura т., Kimura Т. Compact Polarimetric Observation using Phased Апау Antenna and Its Case Study for Р ALSAR // Proc. EUSAR'2008, Friedrichshafen, Gennany. June 2..5, 2008. Р. 37..40. 322. Fujimura Т., Kimura т., Miyauchi М, 1to М ТЬе Control Technique of ALOS PALSAR // Proc. ofEUSAR'2004, Ulm, Gennany. Мау 2527, 2004. У. 2. Р. 611614. 323. Gafforio С., Guccioпe Р., Guarпeri А.М. Doppler centroid estimation for ScanSAR data // IEEE Trans. оп GRS. 2004. У. 42. No. 1. Р. 14..23. 324. GateZZi F., Guamieri А.М, Parizzi F., Pasquali Р., Prati с., Rocca F. ТЬе Wavenumber Shift in SAR Interferometry // IEEE Trans. оп GRS. Jule, 1994. У. 32. No. 4. Р. 855865. 325. Gebert N., Krieger G., Moreira А. High Resolution Wide Swath SAR Image with Digital Beam fonning  Perfonnance Analysis, Optimization, System Design // Proc. of EUSAR'2006, Dres.. den, Gennany. 2006. 326. Gebert N., Krieger G., Moreira А. High Resolution Wide Swath SAR ImagingSystem Perfonnance and Influence of Penurbations // Proc. of Intemational radar symposium IRS'05, Berlin. Sept 8, 2005. Р.49..54. 327. Gebert N., Krieger G., Moreira А. Muli..Channel ScanSAR for High..Resolution UltraWide Swath imaging // Proc. ofEUSAR'2008, Friedrichshafen, Gennany. 2008. Р. 7981. 653 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 328. Gebert N., Krieger G., Moreira А. SAR Signal Reconstruction from Non..Unifonn Displaced Phase Centre Sampling in the Presence ofPerturbations // IGARSS'05'1 IEEE. 2005. Р. 1034..1037. 329. Gebhardt u., LoffeZd О., Nies Н., NatroshviZi К., Eпder J. Bistatic Airbome / Space Воте Hybrid Experiment: Simulation and Analysis // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Оеnnапу. June 1618 2006. 2006. 330. Girard R., Lee P.F., Jaтes К. ТЬе RADARSAT..2&3 Topographic Mission: Ап Overview // Proc. ofIGARSS'02, IEEE, Houston, USA. June 2428 2002. У. 3. Р. 1477..1479. 331. Gray А. Multisensor AerospaceGround Joint Interoperability ISR Coalition Architecture (MAJIIC) / / Military Radar 2006 Conference. London, England. Oct. 2425 2006. 332. Greeпberg 1.S. А system look at satellite..bome high resolution radar // RCA Rev. Оес. 1967. У. 28. No. 4. Р. 679..709. 333. Greпier С., Barпard 1., ArseпauZt Р. ТЬе Radarsat..2 Synthetic Aperture Radar Phased Апау Ап tenna Perfonnance Analysis Methodology // Proc. of EUSAR'2004, Ulm, Оеnnапу. Мау 2527 2004. Р. 11 7..120. 334. Greпier С., Barпard 1., ArseпauZt Р. ТЬе Radarsat2 Synthetic Aperture Radar Phased Апау Ап tenna Hardware Modeling and Analysis (System Approach) // Proc. of EUSAR'2004, Ulm, Ger тапу. Мау 2527 2004. Р. 665..668. 335. Griffith D.A. SARlМTI Military Radar Application for Civilian Use // Proc. of EUSAR'1998, Friedrichshafen, Оеnnапу. Мау 2527 1998. Р. 291 294. 336. Guarпeri А.М, Giudici D. Accurate Estimate ofthe Azimuth Antenna Pattem from SAR Images // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Оеnnапу. Мау 16 18 2006. 337. Guarпeri А.М Adaptive Removal of Azimuth Ambiguities in SAR Images // IEEE Trans. оп GRS. March 2005. У. 43. No. 3. Р. 625..633. 338. Guarпeri А.М SpaceAdaptive Ambiguity Suppression in SAR Images // Proc. of EUSAR'2004, Ulm, Оеnnапу. Мау 2527, 2004. Р. 187190. 339. GuiZZaso S.. Reigber А.. FerroFaтiZ L.. Pottier Е. Range Resolution Improvement of Airbome SAR Images // IEEE Trans. оп GRS Letters. Jan. 2006. У. 3. No. 1. Р. 135..139. 340. ТепаSАRХ: Mission, Calibration and First Results. Special issue // IEEE Trans. оп GRS. Feb. 2010. У. 48. No. 2. 341. Hackeпberg U., AdoZph М, Dreher Н., Ott Н., Reber R., Rieger R., Schweizer. T/R Module for Synthetic Aperture Radar with Polarisation Agility // Proc. ofEUSAR'2004, Ulm, Оеnnапу. Мау 2527 2004. У. 2. Р. 477480. 342. Hajпsek 1., Papathaпassiou К.Р., Moreira А., CZoude S.R. ТЬе Potential of Surface Parameter Es timation from Interferometric SAR // Proc. of EUSAR'2002, Cologne, Оеnnапу. June 46, 2002. Р. 275278. 343. Hawkiпs R.K. et al. Operational calibration of spacebome SAR: ТЬе Radarsat experience // Proc. of EUSAR'1998, Friedrichshafen, Оеnnапу. Мау 2527, 1998. Р. 213216. 344. Hayashi N., Motoyuki, Sato N. Bistatic зо subsurface radar imaging // Proc. of EUSAR'2008, Friedrichshafen, Оеnnапу. June 25 2008. Р. 155 158. 345. Haykiп S. Neural Networks. А Comprehensive Foundation. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice НаН. 1999. 824 рр. 346. Heer Ch., Liпk Ju. ТЬе Light SAR Xband sensor design and perfonnance // Proceedings // of EUSAR'1998, Friedrichshafen, Оеnnапу. Мау 2527 1998. Р. 7981. 347. Heпrioп S., Savy L.. PZaпes 1.G. New results for Spacebome Hybrid Stripmap/Spotlight SAR High Resolution Processing // Proc. of IGARSS'99, IEEE, Hamburg, Оеnnапу. June 28  July 2 1999. У. 1. Р. 530551. 348. Heпrioп S.. Savy L.. PZaпes J..G. Properties of hybrid StripMap / Spotlight Spacebome SAR processing // Proc. of IGARSS'99, IEEE, Hamburg, Оеnnапу. June 28  July 2. 1999. У. 1. Р. 530..534. 349. Herskovitz D. Wide, Wider, Widest // Joumal ofElectronic Defense. July 1995. Р. 5057. 350. Hoogebooт Р. NATO's Air То Ground Surveillance Programme (AGS): Providing ТЬе Tecb nology. // Military Radar 2006 Conference. London, England. Oct. 2425 2006. 654 
Литература 351. Ноипат D., Mitterтayer J. Techniques for Reducing SAR Antenna Size // Proc. of IGARSS'03, IEEE, Toulouse, France. July 2125 2003. V. 3. Р. 2143..2145. 352. Ноипат D., Moreira А., Mitterтayer J., Kriger G., Sтa/Z А. LowCost SAR Satellite for InSAR Measurements of Pennanent Scatterers // Proc. of EUSAR'2004, Ulm, Gennany. Мау 2527 2004. Р. 4952. 353. Hubert MJ. Airborne SAR imaging along а circular trajectory // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Gennany. June 1618 2006. 354. Hussain, MaZek G.M Ultrawideband impulse radar. An overview of principles // Aerospace Electronics Systems Magazine. IEEE Magazine. 1998. У. 13. No. 9. Р. 914. 355. Jaпaswaтy R. Ап accurate moment method model for the tapered slot antenna // IEEE Trans. оп Antennas and Propagation. Оес. 1989. No. 12. Р. 1523..1528. 356. Jaпaswaтy R. and Schaubert D.H. Analysis of the tapered slot antenna // IEEE Trans. оп Anten nas and Propagation. 1987. No. 9. Р. 10581065. 357. Jin М У. High Quality Spotlight SAR Processing Algorithm Designed for LightSAR Mission // Proc. ofIGARSS'97, IEEE, Singapore. Aug 38 1997. У. 29. Р. 477..480. 358. Johansen E.L. Top..Hat Ref1ectors Сар Radar Calibration // Microwave. Оес. 1984. Р. 6566. 359. JolZife I.T. Principal Component Analysis. New York: SpringerVerlag. 1986. 360. *Kalinkevich А., Kutuza В., Pliushchev V., Druchinin S. Possibilities of Use of MultiFrequency SAR fOT Subsurface Sensing of the Earth // Proc. of EUSAR'2002, Cologne, Germany. June 4----6 2002. Р. 481..484. 361. Ke/Zer J.B., Munk WH Intemal wave wakes of а body moving in а stratified fluids / / Phys. Fluids 13 (1970).1970. Р. 14251431. 362. Кеп! S., Ur;an O.N., Ensari Т Speckle Reduction of Synthetic Aperture Radar [mages Using Wavelet Filtering // Proc. ofEUSAR'2004, Ulm, Gennany. Мау 2527 2004. Р. 10011004. 363. Kervraпп С., BouZaпger J., Соире Р. Bayesian Non..Local Means Filter, [mage Redundancy and Adaptive Dictionaries fOT Noise Removal // Proc. Conf. ScaleSpace and Variational Meth. (SSVM'07), lschia, Italy. 2007. 364. KeydeZ W. Considerations towards the Future of Spacebome SAR Systems // Proc. of URSI GA'2005, New Delhi, India. 2005. 365. Knight А., Ludwig М, VogeZ Р., Ga/Zou N. High Power Lband T/R Module fOT Spacebome SAR // Proc. ofEUSAR'2006, Dresden, Germany. Мау 1618 2006. 366. Kohoпeп Т SelfOrganizing Maps. Series in Infonnation Science. Springer, Heidelberg. 1995. У. 20. 367. KovaZenko А. Method of Selective OneDimensional Azimuth Ambiguity Reduction [or High Resolu tion SAR // Proc. ofEUSAR'2008, Friedrichshafen, Оеnnanу. June 02--4)5 2008. У. 3. Р. 355358. 368. Kovalenko А., Riтan V Reduction of Azimuth Ambiguities in High Resolution Spacebome SAR Systems Ьу Methods Of Differential Synthesizing of the Antenna's Aperture (DifSAR) // Proc. of EUSAR'2004, Ulm, Gennany. Мау 2527 2004. Р. 697 700. 369. Krawczyk А., Perski Z., Hanssen R. Application of ASAR Interferometry for Motorway Deforma tion Monitoring // Proc. of ENVISA Т Symposium, Montreux, Switzerland. Apr 2327 2007 (ESA SP636, July, 2007, 507735kr.pdf). 370. Kriegel G., Moreira А., FiedZer Н., Hajnsek 1., Zink М, Werпer М. TanDEMX: Mission Con ceipt, Product Definition and Perfonnance Prediction // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Оеnnа ny. Мау 1618 2006. 371. Krieger G.. Gerbert N.. Youпis М, Bordoni F., Potyucheпko А., Moreira А. Advanced Conceipt for Ultra WideSwath Imaging // Proc. of EUSAR'2008, Friedrichshafen, Gennany. June 25 2008. У. 2. Р. 31 34. 372. Krieger G., Moreira А., Friedler Н., Hajnsek 1., Zink М, Werner М. Eineder М TanDEMX: Mission Conceipt, Product Definition and Perfonnance Prediction // Proc. of EUSAR'2006, Dres den, Gennany. Мау 1618 2006. 373. Киап D.T., Sawchuk А.А., Strand Т.С., ChaveZ Р. Adaptive restoration of images with speckle // IEEE Trans. оп Ascoustics, Speech and Signal Processing. March 1987. У. 35. No. 3. Р. 373383. 374. *Kutuza В., Kaliпkevich А., Shishkova О., PZushev V, Hajnsek 1. Quantitative Estimation of Sub 655 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования surface Parameters Using Polarimetric C and VHF..band SAR Data // Proc. of EUSAR'2004, Ulm, Оеnnапу. Мау 2527, 2004. Р. 653..656. 375. *Kutuza В., Kaliпkevich А., Vostrov Е., Dzeпkevich А., PZushchev v., Koshevarov G., Maпakov v., MeZпikov L., Porohov 1. Some Investigation of Subsurface Hydrological Soil Regime Using Multi..Frequency Polarimetric // Proc. of EUSAR'2002, Cologne, Оеnnапу. June 6 2002. Р. 125128. 376. Lambers М Adaptive Dynamic Range Reduction for SAR Images // Proc. ofEUSAR'2008, Frie.. drichshafen, Оеnnапу. June 25 2008. Р. 371374. 377. LavaZZe М, Solimiпi D., Pottier Е., Desпos Y.L. Investigation the Perfonnance of Compact Pola rimetry in SAR Interferometry // Proc. of EUSAR'2008, Friedrichshafen, Оеnnапу. June 25 2008. Р. 4548. 378. Lavrova о., Shcherbak S.. Mityagiпa М, Pyrkov V. Case study: Use of SAR Data for the Opera tional Control of Fishering Ships Positioning // Proc. of Envisat Symposium 2007, Montreux, Switzerland. Apr 2327 2007 (ESA SP..636, July, 2007, 4620361a.pdf). 379. Lee J.S- Speckle suppression and analysis for synthetic aperture radar images // Optical Engi neering. 1986. У. 25. No. 5. Р. 636..645. 380. Lee J.S. Digital Image Enhancement and Noise Filtering Ьу Use of Local Statistics // IEEE Trans. оп Pattern Analysis and Machine Intelligence. March, 1980. У. PAMI..2. No. 2. Р.165..168. 381. Lee J.S. Refined Filtering of Image Noise Using Local Statistics // Computer Graphic and Image Processing. 1981. Р. 380389. 382. Lee J.S., Gruпes MR., Aiпsworth TL., SchuZer D.L. Speckle Filtering of Polarimetric SAR Inter ferometry Data for Forest Applications // Proc. of EUSAR'2002, Cologne, Оеnnапу. June  2002. Р. 271273. 383. Lee J.S., Weп J.H., Aiпsworth TL., Cheп K...S., Cheп A.J. Improved Sigma Filter for Speckle Filtering ofSAR Imagery // IEEE Trans. оп GRS. Jan, 2009. У. 47. No. 1. Р. 202..213. 384. Letsch К., Bereпs Р. Improved PSLR Estimation from SAR Images Ьу Consideration ofthe Clut ter Background // Proc. ofEUSAR'2006, Dresden, Оеnnапу. Мау 1618 2006. 385. LevyNataпsohп R. Overview of the TecSAR Satel1ite Modes of Operation // Proc. of EUSAR'2006, Dresden) Оеnnапу. Мау 1618 2006. 386. Li F.K., Bryaп ML. Tradeoffs Among Several Synthetic Aperture Radar Image Quality Parame ters. Results of а User Survey Study // Photogram. Eng. and Remote Sensing. June 1983. У. 49. No. 6. Р. 791803. 387. Li F.K., Johпsoп W. т.К. Ambiguities in spaceborne synthetic aperture radar systems // IEEE Trans. оп Aerospace and Electronics Systems. Мау 1983. У. 19. Р. 389397. 388. LightSAR preliminary phase А study. Jet Propulsion Lab. 1996. 389. Lim С., Sooп У. Noniterative spotlight SAR autofocusing using а modified phase gradient ар.. proach // IEEE Trans. оп GRS. 1997. 390. Liu J., Kuga У., Ishiтaru А., Р; Х, Freemaп А. lonospheric Effects оп SAR Imaging: А Numeri cal Study // IEEE Trans. оп GRS. 2003. У. 41. No. 5. Р. 939947. 391. LZoyd D., Loпgstaff L.D. Ultra.. Wideband MultiStatic SAR for the Detection and Location of Landmines // Proc. ofEUSAR'2002, Cologne, Оеnnапу. June  2002. Р. 5356. 392. LoffeZd о., Nies Н., Peters v., Kпedlik S. Models and Useful Relations for Bistatic SAR Processing // IEEE Trans. оп GRS. Oct, 2004. У. 42. Р. 2031 2038. 393. Lopes А., Nezry Е., Touzi R., Laur Н. Structure detection and statistical adaptive speckle filtering in SAR images // International Journal ofRemote Sensing. 1993. У. 14. No. 9. Р. 17351758. 394. Lopes А., Touzi R., Nezry Е. Adaptive speckle filters and Scene heterogeneity // IEEE Trans. оп GRS. Nov, 1990. У. 28. No. 6. Р. 992..1000. 395. L6pezMartiпez С., Caпovas XF. Interferometric Phase Speckle Reduction Using Wavelet Trans.. [оnn // Proc. ofEUSAR'2002, Cologne, Оеnnапу. June, 2002. Р. 593596. 396. Lyzeпga D.R., Shuchmaпп R.A., WaZker J.L. Measurement of Осеап Surface Сuпепts Ьу Syn.. thetic Aperture Radar // Proc. ofIGARSS'82, IEEE. 1982. У. 1. Р. 7176. 656 
Литература 397. Maпce/Z С.Е., Swiger JM. А Мар Drift Auto..focus Technique for Сопесting Higher Order SAR Phase Епоrs // 27th Annual Tri..Service Radar Symposium Record., Monterey, СА. June 2325, 1981. Р. 391..400. 398. Martisec D., GoZdsteiп R. Bistatic Radar Experiment / / Proc. of EUSAR' 1998, Friedrichshafen, Gennany. Мау 2527, 1998. Р. 31 34. 399. Matew С.Н, Burbidge G.т.А. ТепаSАR L..band SAR System Component. Design and Status // Proc. ofEUSAR'2000, Munich, Gennany. Мау 2325 2000. Р. 37..40. 400. Meer Р., Park R.H., Cho К. Multiresolution adaptive image smoothing // Graphical Models and ImageProcessing. 1994. У. 56. No. 2. Р. 140148. 401. Mehlis J G. Synthetic Aperture Radar range..azimuth design and constraints / / IEEE Int. Radar Conf. 1980. Р. 143..152. 402. Meis/ Р., Toтpsoп А.А.. Luscoтbe А.Р. Radarsat2 Overview and Development Status // Proc. of EUSAR'2000, Munich, Gennany. Мау 2325 2000. Р. 373..376. 403. MIMO Radar signal processing. Edited Ьу Jian Li, Peter Stoica. Wiley. А John Wiley & Sons, Inc. Publication. New Jersey. 2009. 448 р. 404. Miп К., Willis М Dens Media Penetrating Radar. Ultra Wideband, Short..Pulse Electromagnetics 3. Edited Ьу Carl Е. Ваиm, Lawrence Carin and Alexander Р. Stone // Plenum Press, New York. 1997. Р.423. 405. Misra т., Raпa S.S., Bora VH, Desai N.M, Rao С. VN, Jyothi R. SAR Payload of Radar Imag ing Satel1ite (RISA Т) of ISRO / / Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Gennany. June 16 18 2006. 406. Misra т., Raпa S.S., Shaпkara K.N. Synthetic aperture radar payload of Radar imaging satellite (RISA Т) ofISRO // Proc. ofURSI ОА'2005, New Delhi, India. 2005. 407. Misra т., Raпa S.S., Shaпkara K.N Synthetic Aperture Radar Payload of Radar Imaging Satellite (RISAT) ofISRO // Proc. ofURSI ОА'2005, New Delhi, India. Oct 2329 2005. 408. Mitterтayer J., Lord R., Boerпer Е. Sliding Spotlight SAR Processing for ТепаSАRХ using а new fonnulation of the Extended Chirp Scaling Algorithm // Proc. of IGARSS'03, IEEE, Toul ouse,France.2003. 409. Mitterтayer J, Moreira А. А Generic Fonnulation of the Extended Chirp Scaling AIgorithm (ECS) for Phase Preserving ScanSAR and SpotSAR // Proc. of IGARSS'OO, IЕЕЕ. 2000. 410. Mitterтayer J, Moreira А., LofeZd о. Spotlight SAR Data Processing Using the Frequency Scal ing Algorithm // IEEE Trans. оп GRS. Sept, 1999. У. 37. No. 5. 411. Mitterтayer J., Steiпbrecher u., Meta А., Tous..Raтoп N., Wo/Zstadt S., Youпis М, Marquez J, SchuZze D. ТепаSАRХ System Perfonnance and Command Generation // Proc. ofEUSAR'2008, Friedrichshafen, Gennany. June 25 2008. Р. 87..90. 412. МоЫеу S.G., Maier М W. Synthetic aperture radar with а non..unifonn pulse repetition interval // Proc. of SSST'95. 1995. Р.498. 413. Moore R.K. Tradeoff Between Picture Element Dimensions and Noncoherent Averaging in Side Looking Airborne Radar // IEEE Trans. оп Aerospace and Electronics Systems. Sept, 1979. У. AES15. No. 5. Р. 697708. 414. Moore R.K, CZaasseп JP. Scanning Spacebome Synthetic Aperture Radar with Integrated Radiometer // IEEE Trans. оп Aerospace and Electronics Systems. Мау, 1981. У. AES..17. No. 3. Р. 410420. 415. Mora о., Graпda J, Biescas Е., Urdiroz А. ТепаSАRХ high resolution SAR data: Ground mo tion and mapping applications for infrastructure, oil & gas and public health domain // Proc. of EUSAR'2008, Friedrichshafen, Gennany. June 25, 2008. Р. 31 34. 416. Moreira А., Huaпg  Airborne SAR Processing of Highly Squinted Data Using а Chirp Scaling Approach with [ntegrated Motion Compensation // IEEE Trans. оп GRS. Sept, 1994. У. 32. No. 5. Р. 1029..1040. 417. Moreira А. Suppressing the Azimuth Ambiguities in Synthetic Aperture Radar Images // IEEE Trans. оп GRS. July, 1993. У. 31. No. 4. Р. 885..895. 418. Moreira А. ТепаSАRХ Upgrade to а Fully Polarimetric Imaging Mode // Gennan Aerospace Center (DLR). Jan, 2003 (ТепаSАRРоlinSАR1601..2003.рdf). 657 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 419. Moreira А., Mitterтayer J., Scheiber R. Extended Chirp Scaling Algorithm for Air.. and Space.. Ьоrnе SAR Data Processing in Stripmap and ScanSAR Imaging Modes // IEEE Trans. оп GRS. Sept, 1996. У. 34. No. 5. Р. 1123..1136. 420. Moreira А., Mittermayer J., Scheiber R. Extended Chirp Scaling SAR Data Processing in Strip.. тар, ScanSAR and Spotlight Imaging Modes // Proc. of EUSAR'2000, Munich, Gennany. 2000. Р. 749 752. 421. Muпsoп D.C., O'Brieп J.D. aпd Jeпkiпs W.K. А Tomographic Fonnulation of SpotlightMode Synthetic Apertиre Radar // Proc. ofIEEE. РеЬ., 1983. У. 72. No. 8. Р. 254261. 422. Naftaly u. TECSAR  Perfonnance, Design and Status // Proc. of EUSAR'2004, Ulm, Gennany. Мау 2527 2004. Р. 2730. 423. Nathaп K.S., CurZaпder J.S. // Proc. of IGARSS'87, IEEE, Ann Arbor, USA. Мау 1821. 1987. Р. 14571462. 424. Natroshvi/i К., LoffeZd О. Comparison of Bistatic SAR Focusing Approaches utility // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Gennany. June 16 18 2006. 425. Natroshvi/i К., Loffeld О., Nies Н. Focusing of Arbitrary Bistatic SAR Configurations Natroshvi/i К., Loffeld О., Nies Н. // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Gennany. June 16 18 2006. 426. Neo Y.L., Woпg Р., Cummiпg 1. Ап Efficient Non..Linear Chirp Scaling Method of Focusing Bis tatic SAR images / / Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Gennany. June 16 18 2006. 427. *Neroпskiy L., Osipov 1., Verba V. Modelling of Signal Transfonnation in Spacebome UWB short pulse SAR // Proc. ofEUSAR'2006, Dresden, Gennany. June 1618 2006. 428. *Neroпskiy L., Osipov 1., Verba v. Modelling of SpaceFrequency Filtering Method for Moving Target Indication in SAR // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Germany. June 16 18 2006. 429. *Neroпskiy L.B., Koshevarov G.A., MeZпikov L. Уа., Likhaпsky S. G. Сопесtiоп of Equipment Dis tortions in Data From EkorAl SAR оп «Almazl» Satel1ite // Proc. of EUSAR'2000, Munich, Gennany. Мау 2325 2000. Р. 453..456. 430. *Neroпskiy L.B., Likhaпsky S. G., E/izavetiп 1. v., Syseпko D. V. Phase History Model Adapted to the Spacebome SAR Survey // IEE Proceedings, Radar, Sonar & Navigation. June 2003. У. 150. N о. 3. Р. 184..1 92. 431. *Neroпskiy L.B., Likhaпsky S. G., Lipatov А.А., Elizavetiп 1. v., Syseпko D. V. А New Approach to the Analysis and Simulation of Image Synthesis AIgorithms for SpaceBased SAR Spotlight Mode // Proc. ofEUSAR'2002, Cologne, Gennany. June  2002. Р. 553..556. 432. *Neroпskiy L., Osipov 1, Turuk v., Aпdriaпov v., Porokhov 1. Choice of Engineering Perfor mances in Designing Multipurpose Synthetic Aperture Radar for Small Satellites // Proc. of EUSAR'2002, Cologne, Gennany. June 46 2002. Р. 449452. 433. *Neroпskiy L.B., Verba V.S., Likhaпsky S. G., Pushkov D. v., Elizavetiп 1. V. Phenomenological Approach to SAR Signal Processing Simulation // Proc. of EUSAR'2004, Ulm, Gennany. Мау 2527 2004. Р. 10051008. 434. *Neroпskiy L.B., Verba V.S., Osipov I.G.. Pushkov D. V. PGA Algorithm Application for Local Autofocusing of HiRes Spacebome SAR Images // Proc. of EUSAR'2008, Friedrichshafen, Ger тапу. June 25 2008. У. 2. Р. 101..104. 435. *Neroпskiy L.B., Dostova/ov М Уи., Peres/egiп S. V. ТЬе Extended Algorithms for Doppler Cen troid Estimation // Proc. ofEUSAR'2004, Ulm, Germany. Мау 2527 2004. У. 2. Р. 709712. 436. New Views of the Earth. Scientific Achievements of ERS 1. European Space Agency. Gilford, UK: ESYS Ltd. 1995. Р.162. 437. Odoux В., DeschouxBeauтe М, PZaпes J.G., LambertNebout С., Adragпa F. SAR Raw Data Оп Board Compression with Frequency Filtering / / Proc. of EUSAR' 1998, Friedrichshafen, Ger many. Мау 2527 1998. Р. 521 524. 438. O/seп О.М. Wide swath single look complex product for ENVISAT ASAR // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Gennany. Мау 1618 2006. 439. *Osipov I.G., Neroпskiy L.B., Aпdriaпov V.I., Verba V.S., Koz/ov К. v., Kureпkov V.N., Pushkov D. V. Calculated Perfonnance of SAR for High Orbit Spacecraft Using Nuclear Power Supply // Proc. ofEUSAR'2006, Dresden, Gennany. Мау 1618 2006. 658 
Литература 440. *Osipov /. G., Neroпskiy L.B., Turuk V.E., Aпdriaпov V./., Verba V.S., Koro/ev А. V., Kulikovsky MG., Pushkov D. v., Jaпushevsky G.D.. Feyzulla N.M, Paпte/eev V.A. Synthetic Apertиre Radar for Earth and Sea Surface Observations // Proc. of EUSAR'2004, Ulm, Gennany. Мау 2527 2004. У. 1. Р. 59..62. 441. Ossovska А., Кут J-H., Wiesbek w. Simulation of High..Resolution Wide..Swath SAR // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Gennany. 2006. 442. Patent USA #5,745,069. Reduction ofRadar Antenna Area / GaiZ W.B. Apr 28 1998. 443. Pelizzari А., Buckreuss S., Eiпeder М. Measurement and Compensation of а Calibrated Топе in the XSAR Signal // Proc. ofEUSAR'2000, Munich, Gennany. Мау 2325 2000. Р. 255..227. 444. Piersoп w.J-, Moskowitz Z.A. А proposed spectral [оnn for fully developed wind seas based оп the similarity theory ofS.A. Kitaigorodskii //1. Oceanogr. Res. 1964. У. 69. Р. 51815190. 445. Porcello et al. ТЬе АроНо Lunar Sounder Radar System // Proc. ofthe IEEE. June 1974. 446. Potts D.L. LightSAR Reference Mission. JPL, California Institute of Technology. March 1998. JPL O13946. 447. Radarsat. Special issue. Canadian Journal ofRemote Sensing. NovDec. 1993. У. 19. No. 4. 448. Radial combiner runs circles around hybrids // Microwaves. Nov. 1980. У. 19. No. 11. Р. 5558. 449. Radius А., Marques Р. А Novel Methodology for Ful1 Velocity Vector Estimation of Ships Using SAR Data // Proc. ofEUSAR'2008, Friedrichshafen, Gennany. June 25 2008. У. 3. Р. 9396. 450. Raпey R.K., Freemaп А., Hawkiпs R. W, Bam/er R. А Plea for Radar Brightness // Proc. of IGARSS'94,IEEE. 1994. Р. 13851387. 451. Raпey R.K., Ruпge Н., Bam/er R. CUmтlпg 1., Woпg F. Precision SAR Processing without Inter polation for Range СеН Migration Correction // IEEE Trans. оп GRS. July, 1994. У. 32. No. 4. 452. RF Microdevices. Technical notes and articles. AN 0001. 453. Rieger R., Schweizer В., Dreher Н., Reber R., Ado/ph М, FeZd/e H.P. Highly Integrated Cost Effective Standard XBand T/R Module Using LTCC Housing Concept for Automated Produc tion // Proc. ofEUSAR'2000, Munich, Gennany. Мау 2325 2000. Р. 303306. 454. Rihaczek А. W. Principles ofHigh Resolution Radar. N... У.: McGrow..Hill Inc. 1969. 455. Rothwell E.J., Cheп К.М, Nyquist D.P., Ross J.E. TimeDomain Imaging of Airborne Targets us ing Ultra..Wideband or Short..Pulse Radar // IEEE Trans. оп Antenna and Propagation. March 1995. У. 43. No. 3. Р. 327329. 456. Sabour S. v., Lohтaп Р., SoergeZ u. Monitoring Agricultural Activities Using ASAR Envisat Da ta // Proc. ofEnvisat Symposium. Apr 2327 2007. ESA SP..636. 457. Saпders R.J. Component advances ореп new doors for radar designers // MSN. March 1989. У. 19. No. 3. Р. 1521. 458. Saпdwell, David Т. ТЬе Gravity Field of the Earth. 2002. Pt. 1. http://topex. ucsd.edu/ geodynamics/ 14gravity 1  1. pdf. 459. Saпyuaп Х, Waпg J., Xiaoliпg Zhaпg Х TimeVarying RD Algorithm for High Squint SAR Im aging // Proc. ofEUSAR'2006, Dresden, Gennany. Мау 1618 2006. 460. SAR Data Products Fonnat Standard. CEOS. CEOS SAR Data Standards Subgroup. Rev.2.0, 10.03.1988. 461. Sato М, Takahashi К. 3D subsurface SAR for humanitarian demining // Proc. of EUSAR'2008, Friedrichshafen, Gennany. June 25 2008. Р. 151154. 462. Schaefer С., Fischer С., VoZker М One..bit Digitation for DBFSAR: Тоо Good to Ье True. // Proc. ofEUSAR'2008, Friedrichshafen, Gennany. June 25 2008. v. 1. Р. 2326. 463. Schaefer С., Heпrichs А.. Krahп Е., Haпtzsch М Computation of Optimal Quantizers for Wave letBazed SAR Raw Data Compression // Proc. ofEUSAR'1998, Friedrichshafen, Gennany. Мау 2527 1998. Р. 531..536. 464. SchiittZer В. е! а/. Preliminary Design of the TerraSARX Payload Ground Segment Advanced SAR and CEOS WGCV SAR Workshop, St.Hubert.. Canada. June, 2003. 465. Schпeider R.Z., Ferпaпdes D. Entropy Concept for Change Detection in Mulitemporal SAR 1т.. ages // Proc. ofEUSAR'2002, Cologne, Gennany. June 6 2002. Р. 221224. 659 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 466. Shiтada М Radiometric Сопесtiоп of Saturated SAR Data // IEEE Trans. оп GRS. Jan 1999. У. 37. No. 1. Pt. 11. Р. 467..478. 467. Shiтada М, Wataпabe М, Roseпqvist А., Ito N. ALOS and PALSAR Initial Calibration Statиs // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Germany. Мау 16 18 2006. 468. *Shteiпshleiger V.B., Dzeпkevich А. v., Maпakov V. Уи., Melпikov L. Уа., Misezhпikov G.S. Two di mentional Adaptive Compensation for lonosphere Destructive Effect оп Resolution of VНF Space Ьоmе SAR// Proc. ofEUSAR'1998, Friedrichshafen, Germany. Мау 2527 1998. Р. 157..162. 469. Siqueira Р., Freeтaп Т. Source Ambiguities for Imaging and Interferometric SAR // Proc. of IGARSS'98, IEEE. 1998. 470. Solberg А., Brekke В., HusfJY Р.й. Oil Spill Detection in Radarsat and Envisat SAR Images // IEEE Trans. оп GRS. March 2007. У. 45. No. 3. Р. 746..755. 471. Souyris J.C., Fjortoft R., Miпgot S., LeeJ., LeeJS. Compact Polarimetry Based оп Symmetry Proper ties ofGeophysical Media: Тhe pi/4 Mode // IEEE Trans. оп GRS. March 2005. No. 3. Р. 643646. 472. Soviet Radar Satellite Shows Potential to Detect Submarines // Aviation Week & Space Technol.. ogy. Oct. 8 1990. Р. 22..23. 473. Pillai S. и., Ке Youпg Li, Hiтed В. Мс Graw Hill. Space Based Radar. Theory & Applications. 2008. 474. Spacebome Synthetic Apertиre Radar: Сuпепt Status and Futиre Directions // NASA Technical Memorandum 4679, NASA. Apr. 1995. 475. Staпkwitz Н.С., Dallaire R.J aпd Fiпeup J.R. Nonlinear Apodization for Sidelobe Control in SAR Imagery // IEEE Trans. оп Aerospace and Electronics Systems. Jan. 1995. У. 31. No. 1. Р. 267279. 476. Strodl К., Beпz и., BZaser, F., Eitiпg т., Moreira А. А comparison of several algorithms for on board SAR raw data reduction // Proc. of IGARSS'94, IEEE. Aug 812, 1994. У. 4. Р. 2197..2199. 477 Stroпg R. Radar: ТЬе Evolution Since World War 11. Historica] Electronics Museum // IEEE А&Е systems magazine. Jan. 2005. Р. 1924. 478. Strozzi т., Wеgтйllеr И, Werпer С., Wiesтaп А. Surface Velocity of Swiss Alpine Glaciers from ERS SAR Interferometry Data // Proc. ofEnvisat Symposium. Apr 2327 2007. ESA SP636. 479. Suchail J.L., Buck С., Guijarro J., SсhбпепЬеrgеr А., Torres R. ТЬе Envisat ASAR Instrument // Proc. of EUSAR'2000, Munich, Germany. Мау 2325 2000. Р. 33..36. 480. Suess М, Grafтueller В., Zahп R. А Novel High Resolution, Wide Swath SAR System // Proc. of IGARSS'2001, IEEE, Sydney, Australia. July 913 2001. У. 3. Р. 1013..1015. 481. Suess М., Riegger S., Pitz W, Werпiпghaus R. ТепаSАR Х  Design and Performance // Proc. of EUSAR'2002, Cologne. Germany. June 46 2002. Р. 4952. 482. Suess М, Vбlkеr М Suрепеsоlutiоп Range Resolution Improvement Ьу Coherent Combination of Repeat Pass SAR Images // Proc. of EUSAR'1998, Friedrichshafen, Gennany. Мау 2527 1998. Р. 565570. 483. Suess М, Zubler М, Zahп R. Perfonnance Investigation оп the High Resolution. Wide Swath SAR System // Proc. ofEUSAR'2002, Cologne, Germany. June 46 2002. Р. 187..190. 484. Sullivaп R.J. Microwave Radar. Imaging and Advanced Concepts // Artech House. 2000. 485. Sveiпssoп J.R., AtZi Beпediktssoп J.A. Tree Structured Filter Banks for Speckle Reduction of SAR Images // Proc. ofIGARSS'97, IEEE, Sydney, Australia. July 913 2001. У. 3. Р. 10131015. 486. Syseпko v., EZizavetiп 1. Comparative analysis of the spotlight SAR algorithms for ground processing facility // Proc. ofEUSAR'2004, Ulm, Germany. Мау 2527 2004. Р. 687690. 487. Tello М, LopezMartiпez С., Mallorqui J.J. Ship Detection in SAR Imagery based оп the Wave let Transform // Proc. ofEUSAR'2004, Ulm, Germany. Мау 2527 2004. У. 2. Р. 965968. 488. Torres R., Siтpsoп D. ТЬе ТепаSАR..L System // Proc. of EUSAR'2004, Ulm, Germany. . Мау 2527 2004. Р. 41 44. 489. Touzi R., Raпey R.K., Charboппeau F. Оп the Use of Permanent Symmetric Scatterers for Ship Characterization // IEEE Trans. оп GRS. 2004. У. 42. No. 10. Р. 2039..2045. 660 
Литература 490. Vachoп Р. v., Raпey R.K. Estimation ofthe SAR System Transfer Function Trough Processor Oe focus // IEEE Trans. оп GRS. Nov. 1989. У. 27. No. 6. Р. 702708. 491. Vaп deп Broek А. С., Smith A.J.E., Dekker R.J., Steeghs Т-Р.Н. Target Acquisition Реrfопnасе as а Function of Resolution using Radar Change Detection // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Ger тапу. Мау 16 18 2006. Р. 795 798. 492. Vaп S/yke R. Converting COTS Systems For Military Necessity from the Tail End to the Front End of the Obsolescence Curve: А Case Study // Military Radar 2006 Conference, London. Oct. 2425 2006. 493. *Verba v., Neroпskiy L., Osipov 1. Russian Spacebome Imaging Radars: Scientific and Technical Achievements // Proc. ofURSI ОА'2005, New Delhi, India. Oct 2329 2005. 494. Vida/Paпtelioпi А., Marti D., Ferraпdo М Adaptive multiresolution method for speckle noise reduction in synthetic aperture radar images // Proc. of IGARSS'99, IEEE, Hamburg, Оеnnапу. June 28  July 2 1999. У. 2. Р. 1325..1327. 495. VoZZmer Е. aпd Hiпkeп J.H Synthesis method for broadband tapered wire antennas and its expe rimental verification // IEEE Trans. оп Antennas and Propagation. 1989. У. 37. No. 8. Р. 959965. 496. Vuo/evi J., Rahkoпeп т- Distortion in RF Power Amplifiers. Artech House, inc. 2003. 497. Wahl D.E., Eichel Р.Н., GhigZia D.C., Jakowatz С. v.Jr. Phase Gradient AutoFocus  А Robust Tool for High Resolution SAR Phase Correction // IEEE Trans. оп Aerospace and Electronics Systems. July 1994. У. 30. No. 3. Р. 827..835. 498. Wah/ М, Ado/ph М, BiZZer К., Hackeпberg u. е! а/. High Precision T/RModule for SAR Earth Observations / / Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Оеnnапу. Мау 16 18 2006. 499. Wa/terscheid 1., K/are 1., Breппer А., Eпder J., Loffe/d о. Challenges of а Bistatic Space Ьоmе/ Airbome SAR Experiment / / Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Оеnnапу. Мау 16 18 2006. 500. Waпg Х. Using Satellite Yaw Technology to Avoid Blind Zones in Wide Swath High Resolution SAR // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Gепnапу. Мау 16 18 2006. 501. Werпiпghaus R., Ba/zer W, Buckreus S., MittermayerJ., Muhlbauer Р. The ТепаSАRХ Mission // Proc. of EUSAR'2004, Ulm, Gепnапу. Мау 2527 2004. Р. 1922. 502. Werпiпghaus W, Zerfowski 1. ТЬе TerraSARX Mission // Advanced SAR and CEOS WGCV SAR Workshop, St. Hubert, Canada. June 2003. 503. Woпg F., Cummiпg L.G. А combined SAR Dopler Centroid Estimation Scheme Based ироп Sig nal Phase // IEEE Trans. оп GRS. Мау 1996. У. 34. No. 3. Р. 696 707. 504. Woпg F.H., Уео TS., Тап N.L. New Applications of Non..Linear Chirp Scaling in SAR Data Processing // Proc. of IGARSS'OO, IEEE, Нопоlиlи, USA. 2000. У. 1. Р. 9698. 505. Xie Н., Pierce L.E., и/аЬу F.T. Statistical Properties of Logarithmically Transfonned Speckle // IEEE Trans. оп GRS. March, 2002. У. 40. No. 3. Р. 721727. 506. Xioпg J., Yaпg J., Faп У. Analysis and Improvement of а Fast Backprojection AIgorithm fOT Stripmap Bistatic SAR Imaging // Proc. of EUSAR'2008, Friedrichshafen, Gennany. June 25 2008. Р. 201..204. 507. Yates G., Blake А. Bistatic SAR image utility // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Оеnnапу. Мау 1618 2006. 508. Yegu/ap A.F. Minimum Entropy Auto..Focus, Seventh Annual Adaptive Sensor Array Processing / / W orkshop at Lincoln Laboratories. March 1999. 509. Yeuпg R. W, Nguyeп Т-С. Waves generated Ьу а moving source in а twolayer осеап of finite depth // J. Engng. Mathematics 35 (1999). 1999. Р. 85107. 510. Youпis М, Metzig R., Krieger G., K/eiп R. Perfonnance Prediction and Verification for Bistatic SAR Synchronization Link // Proc. of EUSAR'2006, Dresden, Оеnnапу. Мау 16 18 2006. 511. Youпis М, Fischer С., Wiesbeck W. Digital Beamfonning in SAR systems // IEEE Trans. оп GRS. July 2003. v. 41. No. 7. Р. 735..739. 512. Yuepeпg S., Ruliaпg У. High Resolution, Wide Swath Synthetic Aperture Radar Using Multiple Transmitreceive Aperture // Proc. ofEUSAR'2006, Dresden, Оеnnапу. Мау 1618 2006. 513. Zakharova L. Polarimetric coherence for land covers classification // Proc. of URSI ОА'2005, New Delhi, India. 2005. 661 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования 514. Zakharova L., Darizhapov D., Kirbizhekova 1. Study ofnatural objects in Transbaikalia Ьу means of polarimetry and polarimetric interferometry // Proc. EUSAR'2004, Ulm, Gennany. Мау 2527 2004. Р. 733..736. 515. Zin М, Krieger G., FiedZer Н., Moreira А. ТЬе TanOEMX Mission Concept // Proc. of EUSAR'2008, Friedrichshafen, Gennany. June 25 2008. У. 4. Р. 31..34. 516. Jane's Fighting Ships 1991991, Richard Sharpe. Janes Yearbook. 1990.800 рр. 517. Schwerdt М, Вriiиtigат В., Bachтann М., Dбriпg В. ТепаSАRХ Calibration Results // Proc. of EUSAR'2008, Friedrichshafen, Оеnnапу. June 25 2008. У. 1. Р. 9194. 518. Meta А., Prats Р., Steinbrecher и., Mitterтayer J., Scheiber R. ТепаSАRХ TOPSAR and ScanSAR comparison // Proc. ofEUSAR'2008, Friedrichshafen, Оеnnanу. June 25, 2008. У. 2. Р. 277..280. 519. Спутники радиолокационноrо зондирования Земли / / Приложение N21 на СО к Ежеrоднику «Спутниковые системы связи и вещания» / Составители Е.А. Костюк и А.А. Кучейко. М.: ИПРЖ, 2001. 86 с. 520. Proc. of Envisat Symposium, Montreux, Switzerland, CDROM SP636. Apr 2327 2007. 521. Shuttle Radar Topography Mission X..SAR/SRTM. 3О view оп Earth. DLR, Oberphaffenhofen, Gennany. CD..ROM, 2000. SRTM Web Site www.dfd.dlr.de/srtm. 522. Spaceborne Imaging Radar. JPL. SIRCE03: Educational CD..ROM РС Special Edition With Companion World Wide. Web Site http://southport.jpl.nasa.gov/companion. 523. Афраймович З.Л., Караченцев В.А. Поrpешности функционирования спутниковых радио технических систем, обусловленные состоянием трансионосферноrо радиоканала / / Элек.. тронный журнал «Исследовано в России». С. 23822390. http://zhurnal.ape.relarn.ru/ articles/2003/202. pdf. 524. РитекКорус. Вебсайт htth://www.mnirti.ru/......reteckr. 525. Вебсайт http://f1oods.ikd.kiev.ua/. 526. Веб..сайт http://epsilon.nought.de/tutorial/processing/sar roz.pro. 527. Веб..сайт http://graphics.cs.msu.ru/courses/cg el00/kotelnikov.pdf. 528. Веб..сайт http://www.russianspaceweb.comAlmazTspacecraft.htm. 529. Веб..сайт американских ученых http://www .fas.org/military/. 530. Вебсайт фирмы Iпfоtепа. httр://www.iпfоtепа.dе/tsх/frееdаtа/stаrt.рhр. 531. Вебсайт фирмы Sandia National Laboratories General Atomics, США. www.sandia.gov. 532. Википедия. Свободная электронная энциклопедия. Вебсайт http://m. wikipedia. оrg/wiki/Название статьи. 533. Постоянные на эпоху 2000 rода (астрономические и друrие). Вебсайт http://astro.websib.m/sprav / const.htm. 534. Данные дистанционноrо зондирования со спутника ALOS (Р ALSAR). Веб..сайт Совзонд http://www.sovzond.ru/satellites/ . 535. Елизаветин ИВ. Технолоrия восстановления цифровых моделей рельефа с использованием снимков космических радиолокаторов и пакета Advanced Radar Module Imagine для 8.3. ОА ТА+. 2008'1 http://www.dataplus.ru/industries/7Z0ND/npomash.htm. 536. Инженерно"технолоrический центр СканЭкс. Примеры снимков ТепаSАR..Х. Веб..сайт http://www.scanex.ru. 537. Карты Google. Вебсайт http://maps.google.com/. 538. Каталоr изображений Земли. Продукция космическоrо аппарата «АлмазI». ОАО «НПО машиностроения». Вебсайты http://npomash.ru/activies/, http://almazl.ru/. 539. Научная аппаратура модуля 77КСИ «Природа». Вебсайт http://www.cosmoworld.ru/mirstation/mir/77KSE  devices.shtml. 540. Ошейко С.В., Серых ТА., rершензон О.Н. Оперативный мониторинr утечек и разливов нефти в морских акваториях // ИТС «Скан"Экс». Ноябрь 2007 r. http://www.scanex.ru/ru/publications/pdf. 541. Проrpаммный пакет Envi 4.6, ITT. Веб..сайт http://www.ittvis.com/envi. 542. Проrраммный пакет Radar Mapping Suite ERDAS [magine фирмы Leica. Вебсайт http://www.dataplus.ru/soft/ERDAS/index.htm. 662 
Литература 543. Распространение радиоволн в земной атмосфере. Курс лекций. Веб..сайт http://www.uftuit.uzpak.uz/Tatulib/lectures/afu/rasprostrradiovoln/lecture04.htm. 544. РСА «Траверс» модуля «Природа» космической станции МИР. Вебсайт http://www.cosmoworld.ru/mirstation/experiments.html. 545. Савин А.И, Зотов r.Ф.. Петрущенко Ю.Е. Система морской космической разведки и целе указания. http://www.navy.ru/science/sor7.htm. 546. Пантелеев В.л. Теория фиrуры Земли / Курс лекций. Mry им. М.В. Ломоносова, Физиче ский факультет. 2000. Вебсайт http://astronet.ru./db/msg/1169819. 547. Пут ил ин С., лукин А. Модификация метода нелокальноrо усреднения для подавления шу ма в видео. Mry им. М.В. Ломоносова, М. 2007. Вебсайт http://www/graphicon.ru/2007 /procedings/Papers/Paper  85. pdf. 548. Российская космическая система дистанционноrо зондирования Земли и перспективы ее развития / Доклад на конференции. ЦНИИМАШ, 12.11.2007. http://d33.infospace.ru/d33  conf/2007 df/plenar/nosenko.pdf. 549. Специализированные пакеты для обработки радиолокационных изображений. Вебсайт SOVZOND http://www.sovzond.ru/software. 550. Спутниковые системы: Все под контролем. «rазком» разработал проект общероссийской системы спутниковоrо мониторинrа Земли. 19.10.2004, «Ведомости». http://www.mforum.ru/. 551. Advanced Land Observation Satellite. Вебсайт JAXA. http://www.eors.jaxa.jp/ALOS/enl about/ALOS. 552. Almaz Т space exploration. http://www.astronautix.com/craft/almazt.htm. 553. AN/APQ  Equipment Listing. http://www.designation..systems.net/usmilav/jetds/ anapq.html. 554. Attema Е., Levriпi G., Davidsoп М Sentinell ESS's New European Observatory // The Future or Remote Sensing, Second Intemational Workshop ofVITO & ISPRS InterCommission Working Group I/V Autonomous Navigation. http://www.pegasus4europe.comlworkshop/ documents/contributions/ Attema  full. pdf. 555. Сhиkh/апtsеv А.А., Shиtkо А.М, Sergei Р., G%vachev S.P. Attenuation of electromagnetic waves Ьу vegetation canopies in the 1 oo 10000 MHz frequency band / Журнал радиоэлектро ники. Электронный журнал. 2003. N 2. http://jre.cplire.ru/jre/feb03/index. 556. ENVISAT1 Mission System. Critical Design Review. ENVISAT1 Executive Payload Sиm mary. ESA, DaimlerBenz Aerospace. Domier. http://envisat.esa/int/sиpportdocs/pdf/mis sys.pdf. 557. ERSDAC PALSAR CEOS Fonnat Specification. ERSDACVXCEOS004 Rev.l.6. ERSDAC. Tokyo, Japan. ERDAC.. VX..CEOS004 16.pdf. 558. ERSDAC Р ALSAR CEOS Fonnat Specification. Forefront Tower 3..12..1 Kachidoki. Tokyo, Ja рап. 2007. ERSDACVK..CEOS..00416.pdf. 559. Eиrimage. Price List. Вебсайт http://www.eиrimage.com. 560. FSPEC SAR Speckle Filters. Вебсайт: http://www.pcigeomatics.com/dev  comer/ pcihlp gateway.html. 561. Gиnter's Space page/ Вебсайт http://space.skyrocket.de. 562. http://www.lpi.usra.edи/expmoon/ApolloI7/AI7 Orbitalsoиnder.html оп February 21, 2007. 563. http://www.novostikosmonavtiki.ru/content/nиmbers/217 /50.shtml. 564. MDA Infonnation Prodиcts  Geospacial Services. Вебсайт http://gs/mdacorporation.co./prodиcts/ sensor/radarsat2/rs2 rice.asp. 565. Mission and spacecraft library // Qиicklook. SEASA Т. Веб..сайт http://leonardo.jpl.nasa. gov /msl/QиickLooks/ seasatQ L.html. 566. Norris Р. Spies in the Sky. Surveillance Satellites in War and Реасе. Springer Praxis Books. http://www.springerlink.com/content/h6m352/. 567. SAP ТооlЬох. Rockwell Science Center. Раl0 Alto Lab. Демонстрационный пакет для моделирова ния синтеза изображения в прожекторном режиме работы РСА. 1999. http://www.killmine.com. 568. Sоитеkh М. Synthetic Apertиre Radar Synthesis with МА TLAB Algorithms А Wiley Inters 663 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования cience Publication. 1оhn Wiley & Sons, Inc. N. У. 1999. http://www.acsu.buffalo.edu/''-'msoum/. 569. SAR Lupe. ТЬе innovative program for satellite..based radar reconnaissance. OHB..System АО, Bremen, Оеnnапу. http://www.ohb..system.de. 570. SEASA Т' 1978. Веб..сайт http://southport.jpl.nasa.gov/scienceapps/ seasat.html. 571. Space. LACROSSE/ONYX. Radar Imaging Reconnaissance Satellite. Веб..сайт http://www.globalsecurity.org/space/systems/lacrosse.htm. 572. ТепаSАRХ  Совзонд. Данные ДЗЗ со спутников. Вебсайт http://www.sovzond.ru/satellites/. 573. ТепаSАRХ Ground Segment. Cluster Applied Remote Sensing. Basic Product Specification Document. DLR, Оеnnапу. 2008. TXGSDD3302. TXGS..DD..3302Basic.. ProductSpecification.. Document 1.5 .pdf. http://www.iпfоtепа.dе/tsх/frееdаtа/stаrt.рhр. 574. ТепаSАRХ Ground Segment. Cluster Applied Remote Sensing. Levellb Product Fonnat Specification. DLR, Оеnnапу. 2008. TXGS..DD..3307. 030201Level..lbProduct..Fonnat.. Specification  1.3. pdf. httр://www.iпfоtепа.dе/tsxlfrееdаtа/stаrt. рЬр. 575. ТЬе Image observed Ьу ТЬе Р ALSAR. ERSDAC, Tokyo, Japan. Р ALSAR Project website http://www.palsar.ersdac.or.jp/e/index.shtml. 576. USA. Вебсайт http://www.astronautix.com/craft/usa.htm. Список публикаций непосредственных участников разработки радиолокаторов обзора земной и морской поверхности в ОАО «Концерн «Bera» и смежных орrанизациях 21* 33* 34* 35* 36* 37* 38* 39* 40* 41* 42* 43* 44* 46* 47* 48* 49* 63* 69* 73* 76* , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 88* 90* 121* 122* 123* 130* 13]* 132* 133* 137* 138* 139* 140* 141* 149* 150* 151* , , , , , , , , , , , , , , , , , 152* 153* 154* 155* 156* 157* 158* 159* 160* 161* 162* 163* 164* 166* 172* 173* , , , , , , , , , , , , , , , , 171* 172* 176* 177* 181* 183* 185* 192* 200* 206* 207* 208* 222* 223* 231* 232* , , , , , , , , , , , , , , , , 236* 24]* 243* 244* 247* 360* 374* 375* 427* 428* 429* 430* 431* 432* 433* 434* , , , , , , , , , , , , , , , , 435* 439* 440* 468* 493* , , , , Список публикаций, освещающих вопросы радиолокационноrо зондирования в S"диапазоне волн 12,63,78,116,166, 179, 180,208,223,232,242,,432,440,472,474,493,538 664 
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ АП  антенный переключатель АР ЛИ  амплитудное радиолокационное изображение АФАР  активная фазированная антенная решетка АФАР  rЗА  rибридная зеркальная антенна с АФАРоблучателем АЦП  аналоrово..цифровой преобразователь Бrв  быстрые rpавитационные волны БД  база данных БПФ  быстрое преобразование Фурье БР ЛК  бортовой радиолокационный комплекс БСК  бортовой спецкомплекс БФС  блок формирования сиrналов БЦВМ  бортовая цифровая вычислительная машина ВИРСА  видеоимпульсные радиолокаторы с синтезированной апертурой ВК  выходной каскад ВПП  взлетнопосадочная полоса ВТО  высотное оружие ВУМ  выходной усилитель мощности rЗА  rибридная зеркальная антенна rкРч  rосударственная комиссия по радиочастотам rMO  rидрометообразование ДЗЗ  дистанционное зондирование Земли ДН  диаrpамма направленности антенны ДОР  диаrpамма обратноrо рассеяния зr  задающий reHepaTop ИДЧ  измеритель доплеровской частоты ИСВН  информационная система BoeHHoro назначения КА  космический аппарат КВЧ  крайне высокие частоты КК  космический корабль КПД  коэффициент направленноrо действия КР ЛИ  комплексное радиолокационное изображение КСВИ  космическая система BoeHHoro назначения ЛЧМ  линейная частотная модуляция МКРЦ  система морской космической разведки и целеуказания МО  Министерство обороны МТКК  мноrоразовый транспортный космический корабль МШУ  малошумящий усилитель ОБ ПФ  обратное быстрое преобразование Фурье ОВЧ  очень высокие частоты ОЗУ  оперативное запоминающее устройство ПА  пазовая антенна ПЗУ  постоянное запоминающее устройство ПЛ  подводная лодка ПО  проrраммное обеспечение ППМ  приемопередающий модуль ОРД  передатчик ПР ДУ  передающее устройство ОРМ  приемник ПУМ  предварительный усилитель мощности РБО  радиолокатор боковоrо обзора РИП  реrулируемый источник питания Р ЛИ  радиолокационное изображение Р ЛИ  радиолокационное наблюдение РЛС  радиолокационная станция РСА  радиолокатор с синтезированной апертурой антенны СВЧ  сверхвысокие частоты 665 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования СВЧУ  усилитель сверхвысокой частоты СДЦ  селекция движущихся целей СКО  среднеквадратическое отклонение СР ЛИ  система радиолокационноrо наблюдения ТЗ  техническое задание ТУМ  транзисторный усилитель мощности УВЧ  ультравысокие частоты УМ  усилитель мощности УПЧ  усилитель промежуточной частоты УЭПР  удельная эффективная площадь рассеяния ФД  фазовый детектор ФРЛИ  фазовое радиолокационное изображение ФС  формирователь сиrналов ФЧС  формирователь частот и сиrналов ЭВМ  электронная вычислительная машина ЭПР  эффективная площадь рассеяния 666 ЭР ЛИ  энерrетическое (яркостное) радиолокационное изображение EUSAR  Европейская конференция по радиолокаторам с синтезированной апертурой антенны (European Conference оп Synthetic Aperture Radar. Berlin, Offenbach, VDE), rермания IGARSS  Международный симпозиум по rеоrрафическим наукам и дистанционному зондированию Земли (Intemational Geoscience and Remote Sensing Symposium, IEEE) GPS  спутниковая навиrационная система (Global Position System) GRS  rеоrрафические науки и дистанционное зондирование Земли (Geoscience and Remote Sensing) NEBZ  чувствительность РСА (/f шумовоrо эквивалента  Noise Equivalent Beta Zero) NESZ  чувствительность РСА (с1 шумовоrо эквивалента  Noise Equivalent Sigma Zero) 
Основные обозначения в формулах и физические пара метры Обозна Наименованиепараметра Значение чение ае Болыпая (экваториальная) полуось земноrо эллипсоида: Эллипсоид ПЗ..90 ае==6378136 м Эллипсоид WGS..84 ае==6378137 м Ь е Малая (полярная) полуось земноrо эллипсоида: Эллипсоид ПЗ..90 Ь е ==6356751 м Эллипсоид WGS..84 Ь е ==6356752 м с Скорость света с==299792448 м/с Dxant Размер антенны, rоризонтальный (азимутальный) Dyant Размер антенны, вертикальный (yrломестный) е о Эксцентриситет орбиты ее Эксцентриситет земноrо эллипсоида: Эллипсоид ПЗ..90 ее==О,О8181911 Эллипсоид WGS..84 ее==О,0818192 К Постоянная Больцмана К == 1,38.1 02З Дж/rpад Kso Радиометрическое разрешение, по сумме шум+фон Ks Радиометрическое разрешение, по приращению фона L Суммарные потери в радиолокационном тракте РСА M earth Масса Земли Mearth==5,974242.1024 Kr N Число HeKorepeHTHo накапливаемых импульсов N==NeNs (внутриэлементное и межэлементное накопление) N e Число HeKorepeHTHo накапливаемых импульсов в элементе разрешения (внутриэлементное накопление) N synt Число KorepeHTHo накапливаемых импульсов в апертуре N s Число HeKorepeHTHo накапливаемых импульсов по площади фраrмента (межэлементное накопление) R Наклонная дальность Ro Минимальная дальность на траверзе Re Радиус Земли (локальный) Re теап Радиус Земли, средний Re теап==6371 км 667 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Обозна Наименование параметра Значение чение Rs Радиус орбиты спутника Sant Эффективная площадь антенны Sgeom rеометрическая площадь цели То Нормальная температура (rрадусы Кельвина) Т о ==290 0 К Tstar Звездные сутки T star ==86164 С Tsun Солнечные сутки Tsun ==86400 с Tsynt Время синтеза V s Скорость КА (спутника) V sg Путевая (rринвичская) скорость КА r Уrол визирования J1 Уrол падения 1 Уrол наклонения орбиты а Центральный yrол наблюдаемой точки м' Полоса частот зондирующеrо сиrнала РХ Разрешающая способность по азимуту PR Разрешающая способность по наклонной дальности ру Разрешающая способность по rоризонтальной дальности А Длина волны РСА f.1 rравитационная постоянная Земли ,u==3,98602.1 014 м З /с 2 lj/ Уrол скошенности, yrол курса () у rол танrажа а Эффективная площадь рассеяния (ЭПР) цели CI Удельная ЭПР фона местности о Чувствительность РСА (эквивалентная УЭПР а пе шумов) , Длительность зондирующеrо импульса 'е Длительность сжатоrо импульса qJ Фаза сиrнала, rеоrpафическая широта 1] Коэффициент полезноrо действия (КПД) OJ Уrловая скорость йJ e Уrловая скорость вращения Земли OJ e ==7 ,2921158553.1 05 ceK1 OJ o Уrловая орбитальная скорость OJ ep Уrловая скорость вращения Земли плюс скорость прецессии орбиты OJ D Уrловая скорость прецессии орбиты 
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Владимир Степанович Верба. Родился в 1954 r. в станице Брюховецкая Краснодарскоrо края, окончил Таrанроrский радиотехнический институт им. В.Д. Калмыкова (1978). Доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, действи тельный член Российской академии естественных наук и Академии военных наук. rенеральный директор  rенеральный конструктор ОАО «Концерн «Bera» (Москва). rенеральный конструктор Российской федерации по системам дозора и управления авиационноrо базирования и комплексов с беспилотными летательными аппаратами. Член научнотехническоrо совета Военнопромышленной комиссии при Прави.. тельстве РФ. Председатель Совета директоров предприятий радиоэлектронноrо KOM плекса РФ. Член Совета rенеральных и rлавных конструкторов, ведущих ученых и специали СТОВ в области высокоэкономичных секторов экономики при Председателе Правитель.. ства РФ. Председатель Совета директоров предприятий радиоэлектронноrо комплекса РФ. Автор более 280 научных работ, в том числе 38 патентов, 7 моноrpафий, 9 учеб ников и учебных пособий. Область научных интересов: радиолокация, системный анализ, проектирование информационноуправляющих систем авиационнокосмическоrо базирования. Заведующий базовыми кафедрами: МФТИ «Радиоэлектронные информационные системы», MrTY им. Н.Э.Баумана «Радиоэлектронные устройства», МИРЭА «Радио приборостроение». Член редколлеrий ряда научных журналов, rлавный редактор журнала «Информа.. ционноизмерительные и управляющие системы». Наrpажден орденом «Знак Почета». Леон Боzуславович Неронский родился в 1932 r. в селе Малаховка Московской обл., окончил Радиотехнический факультет MOCKoBcKoro энерrетическоrо института (1955). Доктор технических наук, профессор, Заслуженный конструктор РФ, rлавный Ha учный сотрудник ОАО «Концерн «Bera». Участник разработки и испытаний космической радиолокационной аппаратуры обзора земной и морской поверхности (заместитель rлавноrо конструктора, научный руководитель НИР). Автор более 170 научных работ, в том числе 12 изобретений, 2 моноrpафии, 2 учебных пособия. Область научных интересов: радиолокация, дистанционное зондирование, обра ботка сиrналов и изображений, моделирование систем радиолокационноrо наблюдения. Профессор базовых кафедр: МФТИ «Радиоэлектронные информационные систе мы», МИРЭА «Радиоприборостроения». Наrpажден медалями: им. В.Н.Кузнецова, им. В.Н. Челомея, «300 лет Российскоrо флота» и др. Член Института инженеров электрики и электроники (IEEE). 669 
Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Иzорь rеорzиевич Осипов родился в 1936 r. в r. Кировобаде Азербайджанской ССР, окончил факультет Вооружения MOCKoBcKoro авиационноrо института (1959). Заместитель rенеральноrо конструктора ОАО «Концерн «Bera» по космической тематике, Заслуженный конструктор РФ. Участник разработки и испытаний аппаратуры для космических комплексов pa диолокационноrо наблюдения, лазерных систем разведки (rлавный конструктор, науч ный руководитель НИР). Автор более 40 научных работ, включая 9 изобретений, в области радиолокаци онной техники. Область научных интересов: радиолокация, проектирование радиоэлектронной аппаратуры. Наrражден орденом «Трудовоrо KpacHoro Знамени», медалями «За трудовое от.. личие», «300 лет Российскоrо флота», знаком Циолковскоrо. Владимир Эдуардович ТУРУК родился в 1957 в r. Сасово Рязанской обл., окончил Pa диотехнический факультет MOCKoBcKoro института радиотехники, электроники и aBTO матики (1984),. Заместитель начальника отдела по НИОКР ОАО «Концерн «Bera», rлавный KOH структор радиолокаторов землеобзора космическоrо базирования. Участник ОКР и НИР по созданию космических радиолокаторов обзора земной и морской поверхности (ведущий инженер, ответственный исполнитель, rлавный KOHCT руктор ). Автор более 20 научных работ в области радиолокационной техники.. Область научных интересов: проектирование, методы экспериментальной отра.. ботки радиолокационной аппаратуры. Стипендиат Президента РФ за заслуrи в области вооружений, военной и специ.. альной техники (2008), лауреат премии им. П.С.Плешакова, наrpажден медалью «В па.. мять 850летия Москвы», памятным знаком «200 лет Министерству обороны», Почет ный радист. 670 
У.5. Verba, L.B. Neronskiy, I.G. Osipov, У.Е. Turuk Space-borne Earth Surveillance Radar Systems Edited Ьу Prof. v.s. Verba 
Space...borпe Earth Sиrveillaпce Radar Systems Scientific session «SYSTEMS OF AIR, SPACE AND EARTH SURFACE MONITORING» Reviewers: Academician ofRAS L.м. Zeleпy, Prof. G.S. Koпdrateпkov, Academician ofRAS LB. Fedorov Verba V.S., Neronskiy L.B., Osipov I.G., Turuk V.E. В31 Space..borne Earth Surveillance Radar Systems. Edited Ьу Prof. S. Verha.  М.: Radiotechnika, 2010  680 рр.: 362 graphics, 576 ref. (Scientific series «Air, Space and Earth Surface Monitoring Systems», editor of series Prof. Jl:S. Verha. The monograph «Spacebome Earth Surveillance Radar Systems» is the third book from research series «Air, Space and Earth Surface Monitoring Systems». It is devoted to new trends in the design of modem space radar surveillance systems, the outlook of their development prospects, principles of obtained data processing and application. The monograph summarizes the results of longtenn space development with the aim of setting global information system providing all..weather detailed observation of dynamic processes related with natural and man..made impact оп Earth. The obtained results are а significant step to solve the problems of natu ral resources research, the control of economic activities, disasters monitoring, ensuring national safety due to colliding interests of different countries in the world community and апtitепоrist' activities. The monograph deals with the theory as well as the available scientific and technical groundwork to de sign space radar surveillance systems, to improve the methods of radar infonnation obtaining and processing considering the experience of developments from the collective at JSC «Radio Engineering Corporation «Vega» (including production and employment of «Mech..K» and «MechKU» SARs of «Kosmos..1870» and «Almaz..l» satellites as well as development of perspective systems for ground and sea surface observations). The basic material deals with the role of space segment in the design of dual application global Geoin.. fonnation system, the particulars in radio waves interaction with earth covers and surveillance objects, design principles, operation modes of earth remote sensing, parameters of trajectory signals caused Ьу space vehicle orbital movement. Consideration was given to the problems of radar images synthesis, their primary and secondary processing and methods of increasing SAR infonnation content considering instrument limitations. The explanation was offered to uptodate approaches in subject radar data processing, fonnation of ra.. dar data Ьаnk, automatization in the process of radar data interpretation. There are modeling algorithms of signal transfonnation processes in SAR path, methods of image quality estimation, problems in the calibration of output information product and сопесtiоп of instrument distortions. Examination is сапiеd out оп basic instrument decisions in the design of modem SAR, look back was performed in the development of Earth surveillance radar space facilities and detection of objects. А special attention was paid to SAR new operation modes (squint scanning mode, dual receive mode of operation, high resolution wide swath .. HR WS, possibilities of increasing resolution across the path Ьу using а series of interferometric images). А detailed consideration was given to the particulars of the 672 
Moпograph Aппotatioп space surveillance geometry including cases ofhigh orbital SAR and SAR оп geosynchronous orbit. For space..bome SARs, the ideas were stated оп the most efficient algorithms in the synthesis of high resolu tion radar image, methods of radar image autofocusing considering accuracies of ballistic data and er rors in propagation path. Light was thrown оп upto..date methods of post..detection radar image processing including wavelet transfonnation and nonlocal filtration. These methods are illustrated Ьу examples of radar images with the resolution of about 1 О m, which were obtained Ьу means of SAR «Mech..KU» «Almaz..l» atellite and single look complex (SLC) radar images with about 1 m resolution, obtained Ьу means of Тепа SAR.. Х and used in the Book with pennission of Iпfоtепа аmЬН. An analysis was made оп problems of radar images registration considering the parameters of ref1ectors and visual perception characteristics including the use of pseudocolor indication. А special attention was paid to algorithms of signal transfonnation in SAR through path modeling using experimental complex (SLC) images. ТЬеу сап Ье efficiently used in SAR design, in ground pref1ight equipment development test оп semi realistic simulation benches, in analysis of off..nonnal situations in SAR operation process, and also the interpretation of radar sensing data. The book is iпteпded /or а wide raпge о/ specialists iп Earth radar aпd reтote seпsiпg  eпgiпeers, scieпtists re/ated with the desigп о/ Geoiпforтatioп systeтs, deve/opтeпt aпd use о/ civil aпd тilitary radar surveiZZaпce /acilities, aпd a/so /or teachers, postgraduates aпd studeпts о/ respective depart тeпts aпd uпiversities. 673 
Space-borпe Earth Sиrveillaпce Radar Systeтs MONOGRAPH STRUCTURE C:()r11r11t!l1t!t ................................................................................................... ЗlЗl Зl7 Il1tr()ducti()11 ................................................................................................ C:ha ptt!r Jl Spact!-B()rl1t! Earth Survt!ilal1ct! Radar Sy!ttt!r11!t il1 GI()bal At!r()!tpact! M()l1it()ril1g Sy!ttt!r11 ....................................................... 25 C:haptt!r 2 Il1tt!racti()11 ()f Radi() Wavt!!t With Radar Survt!illal1ct! Objt!ct!t ...................... 59 C:haptt!r 3 M()dt!rl1 Mt!th()d!t ()f Spact! Earth Radar Survt!illal1ct!. Ba!tic [)t!fil1iti()l1!t ........................................................................................ Зl()9 Operating principle and basic perfonnances of space sidelooking radars and SAR., survey geome.. try in squint and bistatic survey modes. Bistatic survey mode with illumination from Тх radar оп geostationary orbit. SAR power budget, spatial and radiometric resolution. Signal ambiguity func.. tion. Particulars of spacebome radar surveillance systems operation in active jamming exposure. C:hapter 4 Space SAR Operati()11 M()de!t ... ... .... .... ....... ... .... ... ... ....... ... ...... ... ....... ... ... .... Зl5 Jl Stripmap, ScanSAR, Spotligh, polarimetric operating modes. Interferometric radar survey. Ех.. tended SAR surveillance modes  Dual receive, high resolution wide swath Scansar mode (HRWS). SAR range resolution increasing Ьу repeat pass interferometry mapping. Moving targets indication. Chapter 5 Calculati()11 ()f Traject()ry Sigl1al Parar11eter!t il1 Space Radar Surveillal1ce ........ ............... ... ... .... ... ... ........... ..... ... ... ... ... .... Зl8 Jl Coordinate systems, phase and amplitude time dependencies in SAR. Platfonn motion parameters for Geosynchronous orbits SAR. C:hapter 6 Alg()rithr11!t ()f Radar lr11age!t SYl1the!ti!t i 11 S ра се- В() rl1 е SA R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 3 Stages of radar signals processing and infonnation product type. Range migration. Complex sig.. nals scaling procedures. Unified algorithm of image synthesis. Radar images autofocusing, search procedure of responses for radar image autofocusing. Squint and bistatic surveillance modes data synthesis. UWB video pulse SAR image synthesis. C:hapter 7 Radar lr11ages Regi!ttrati()11 al1d Pr()ce!t!til1g ................................................ ЗЗ5 Problems of noncoherent radar image processing. Wavelet transfonn and nonlocal speckle filtering procedure usage. Requirements for radio hologram and radar image registration. Visual perception characteristics of radar images for diplay presentation and hard copies. Characteristics of color and pseudocolor radar image display. 674 
Moпograph Aппotatioп Chapter 8 Improvement of Space SAR Information Content ..................................... 405 Consideration of nonlinearity effect in SAR path, suppression of range and azimuth ambiguous noises. SAR data compression. Chapter 9 Modern Approaches to Thematical Radar Data Processing ......................... 431 Creation of banks for radar surveillance object images. Object point models fonnation. Sea ships traffic monitoring. Classification of sea targets under conditions of sea disturbance. Problems of sea surface remote sensing. Sea сuпепt velocity measurements. Ecologica] monitoring of offshore zones. Researches in оссuпепсе of internal waves for detection of bottom topography. Detection of dangerous wave phenomena and their precursors. Ice cover monitoring. Тепаiп and vegetation cover sensing. Noncoherent and interferometry methods of change detec tion. Тепаiп relief mapping Ьу radar stereo images and radar interferometry processing. Differen tial interferometry for changes detection and small shifts of land and objects measurements. Pola rimetric interferometry. Methods of solving coordinate problems Ьу radar sensing data. Joint processing of overlapping sa tellite photo and radar images. Chapter 10 Technologies of Radar Equipment Performance Modeling and Signal Transformation In Radar Path .................................................. 499 Advantage of соmрlех images usage for SAR signals modeling. Preparation of basic material. Modeling of interferometry processing, moving target indication, semirealistic simulation in SAR equipment development, testing and inf1ight diagnostics. Chapter 11 SAR CalilJration .......................................................................................... 511 Procedures of SAR parameters evaluation. Integral heuristic criterion in estimation of SAR space infonnation content. Methods of SAR equipment parameters estimation in flight and distortion сопесtiоп in data processing. Chapter 12 Improvement of Equipment for Spaced-Borne Earth Surveillance Radar Systems . ... .... ... .... ...... .... ..... ... ....... ..... ..... ... ... ... ... ... ... ... 549 System approach to design of space radar surveillance equipment SAR antennae. Combined twoband АР АА of wave L and Pbands. Hybrid S..band miпоr antenna for small satellite SAR. Hybrid miпоr antenna with APAA..feed. Active antenna апауs and their elements for video..pulse SAR. Local stable oscillator. Elements ofTx and Rx modules. Chapter 13 Space Equipment for Radar Surveillance of Ground Surface and Ground (Overwater) OlJjects . ... ... ... .... .... ... .... ........... ... ... ... ... ....... .... .... 577 Stages in manufacture of space radar surveillance equipment. Lookback in development of space.. Ьоrnе SAR. Scientific engineering groundwork. State and outlook in development of space..borne Earth surveillance SAR Conclusion ................................................................................................. EiЗ5 References ................................................................................................. Ei37 675 
Научная серия «Системы мониторинrа воздушноrо, космическоrо пространства и земной поверхности» Редактор серии Владимир Степанович Верба Радиолокационные системы землеобзора космическоrо базирования Под редакцией доктора технических наук, профессора В.С. Вербы Авторы: Владимир Степанович Верба Леон Боrуславович Неронский Иrорь rеорrиевич Осипов Владимир Эдуардович Турук Мзд. NQ 22. Сдано в набор 13.04.2010. Подписано в печать 15.09.2010. Формат 70хl00 1/16. Бумаrа офсетная. rарнитура Таймс. Печать офсетная Печ. л. 42,5. Тираж 1000 экз. Зак. NQ 1492. Издательство «Радиотехника». 107031, Москва, K31, Кузнецкий мост, д. 20/6. Тел./факс: (495)6214837; 625 78 72, 6259241. Email: info@radiotec.ru www.radiotec.ru Отпечатано в 000 ПФ «Полиrpафист». 160001, r. Волоrда, ул. Челюскинцев, д. 3. 
.. } ,  ' . " . .  .. . . ... >  .; ....   . , .  4; ..'  ", ..' r . Cr . . . \ .  , t.  ,), , .. , · .'t . . .. , . J ,- "" ...r: i . , ; , , . . .  . .. .: .. JII'" В.С.Верба л. Б. Неронский и.r.Осипов В.3. Турук , Данная моноrрафия .. третья книrа из научной серии «Системы мониторинrа воздушноrо, космическоrо пр6странства и земной поверхности» посвящена новым направлениям построения t;' современных космических систем радиолокационноrо наблюдения, перспективам их развития, принципам обработки и использования получаемой информации. Моноrрафия обобщает результаты мноrолетних исследований по созданию rлобальной информационной системы, обеспечивающей всепоrодное детальное наблюдение динамических про цессо в , связанных с естественными и антропоrенными явлениями на планете Земля. Достиrнутые к настоящему времени результаты являются значительным шаrом к решению задач исследования природных ресурсов, контроля результатов хозяйственной деятельности, мониторинrа катастроф и обеспечения национальной безопасности.. '\ Книаа предназначена для широкоао круаэ специалистов по радиолокации и дистанционному ЗОН9ированию Земли, инженеров, научных сотрудников, связа ннь/х с проектированием аеоинформационных систем, созданием и применением средств радиолокационноао землеобзора еражданскоао и военноао назначения, а также для преподавателей, аспирантов и студентов соответствующих факультетов и вузов 1 SBN 9785 88070..2633 Издательство «Радиотехника» 107031, Москва, КЗ1, Кузнецкий мост, д. 20/6 тел.lфакс: +7(495)62148З7; 625..7872, 6259241 email: info@radiotec.ru . http://www.radiotec.ru 9785880 702633 
... ,1'It. т_ 1W... I I ) 11 \ .   1  , « . ,. .  ". tI. .. .( \ \  :    > . I  ) . ;J .}  " \ .. "Ъ.. , ! !/ J I I .- НАННЕ rАзоrВЕТ ЦЕП РАБСТ8А- - .. .....