Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой

Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой



На правах рукописи


ЗАХАРОВ Александр Иванович


Способы ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ РАДАРАМИ С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ


Специальность 01.04.03 — «Радиофизика»


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

доктора физико-математических наук


Фрязино – 2012

Работа выполнена во Фрязинском филиале Федерального муниципального экономного учреждения науки Института радиотехники и электроники Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой им. В.А. Котельникова РАН (ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН)



^ Официальные оппоненты:

Неронский Леон Богуславович,

доктор технических наук, доктор,

ОАО «Концерн радиостроения «ВЕГА»,

главный научный сотрудник отдела 7





^ Кутуза Борис Георгиевич Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой,

доктор физико-математических наук,

доктор, ФГБУН Институт радиотехники

и электроники им. В.А. Котельникова

РАН, зав. лабораторией радиофизических

способов в аэрокосмических исследовательских работах

природно-техногенной среды





^ Переслегин Сергей Владимирович,

доктор физико-математических наук,

ФГБУН Институт Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой океанологии

им. П.П. Ширшова РАН, ведущий научный

сотрудник лаборатории оптики океана




^ Ведущая организация:

ФГУП “Центральный научно-исследовательский институт машиностроения”


Защита состоится «31» мая 2013 г. в 10-00, на заседании диссертационного совета Д 002.231.02 при Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН по адресу: 125009, Москва, ул. Моховая, д.11, к.7.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН.


Автореферат разослан «__»____________2013 г.


Учёный секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой А.А.Потапов


^ ОБЩАЯ Черта РАБОТЫ


В текущее время вопросы сотворения и эксплуатации спутниковых радаров с синтезированной апертурой (РСА) для дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) пользуются заслуженным вниманием во всё мире. Основными Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой плюсами этих систем съёмки являются нетребовательность к условиям освещенности исследуемого района и нечувствительность к погодным условиям в зоне съемки в купе с довольно высочайшим пространственным разрешением.

В отличие от оптических снимков, радиолокационные изображения Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой содержат фазовую информацию, которая может быть полезна в неменьшей степени, ежели обширно применяемая интенсивность оборотного рассеяния радиосигнала. Так, разность исходных фаз сигналов частей радиолокационных изображений в схеме интерферометрической съемки с циклических Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой траекторий носителя содержит информацию о рельефе поверхности и мелкомасштабных конфигурациях/смещениях подстилающих покровов за время меж съемками.

Современные результаты исследовательских работ применимости данных РСА демонстрируют, что извлечь более полную информацию о структуре отражающего слоя Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой поверхности можно оковём вербования 2-ух либо более информационных каналов, отличающихся разными параметрами зондирующего сигнала, поляризацией радиоволны на излучении/приеме, ракурсами съемки. Внедрение многоканальных радиолокационных данных, приобретенных на различных поляризациях и Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой длинах волн, несет отменно новейшую информацию по сопоставлению с одноканальной радиолокационной системой. Интерферометрические наблюдения поверхности Земли при помощи РСА — также одно из самых современных направлений исследования в ДЗЗ.

Посреди сделанных ранее, также Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой работающих в текущее время можно именовать такие радары, как SEASAT, SIR-A, SIR-B (США), SIR-C/X и SRTM (США, Германия), ERS-1, ERS-2, ENVISAT (Европейское Галлактическое Агентство), RADARSAT-1, 2 (Канада), JERS-1 и PALSAR (Япония Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой), TerraSAR-X (Германия), Cosmo-SkyMED (Италия). Посреди удачно эксплуатировавшихся российских РСА можно упомянуть «Космос-1870» и «Алмаз-1».

В Рф к истинному времени нет настоящего средства радарного наблюдения Земли из космоса в виде Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой РСА. Нет также одного представления о требуемых параметрах радара, желательных для решения российских прикладных и научных задач, о наборе задач, которые может решать радар зависимо от таких характеристик, как длина волны несущей, состав поляризационных Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой измерений и др.

^ Актуальность исследовательских работ обоснована необходимостью уточнения способностей галлактических РСА, разработки новых способов обработки инфы и поиском новых приложений радиолокационных данных, определением и уточнением способностей РСА в решении Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой задач дистанционного зондирования Земли, также необходимостью выработки советов по желаемым характеристикам многообещающего российского РСА.

^ Основной целью данного исследования является определение способностей РСА в дистанционной зондировании Земли и выработка требований к многообещающему галлактическому Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой РСА, созданному для решения научных и прикладных задач с учетом интересов российских потребителей.

^ Основными задачками, решаемыми в работе, являются:

- рассмотрение главных соотношений в радиолокационной системе и определение главных характеристик РСА, позволяющих отлично решать задачки Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой наблюдения Земли;

- демонстрация способностей РСА при решении разных направленных на определенную тематику задач ДЗЗ;

- анализ способа интерферометрической съемки рельефа поверхности Земли, разработка новых алгоритмов обработки инфы, демонстрация новых способностей интерферометрической Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой съемки;

- исследование способностей радарной поляриметрии при съемке поверхности Земли, сопоставление разных схем организации поляриметрических измерений, теоретическое обоснование выбора более действенной схемы, демонстрация новых способностей поляриметрических измерений;

- исследование воздействия атмосферы на искажение радиолокационной Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой инфы, разработка способа компенсации эффекта Фарадея при измерениях полной матрицы рассеяния земных покровов;

- разработка новых способов наружной калибровки галлактического РСА, демонстрация способностей новых калибровочных целей на примере обработки данных тестов с современными РСА;

- сопоставление Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой разных схем построения РСА и выбор характеристик многообещающего российского РСА.

^ Научная новизна. В диссертационной работе проанализированы главные соотношения, определяющие характеристики РСА и свойства получаемой инфы, воздействие интегрального уровня боковых лепестков Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой на характеристики получаемого радарного изображения. Изучена возможность решения разных направленных на определенную тематику задач зависимо от характеристик применяемого РСА, продемонстрированы новые способности радиолокационных измерений при комплексировании радиолокационных измерений, в том числе Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой при разновременном картировании, интерферометрической съемке и измерении полной матрицы рассеяния естественных покровов. Разработаны новые способы обработки данных в интерферометрической схеме съемки рельефа, получены новые результаты по наблюдению динамики подстилающей поверхности. Отмечена значимость калибровочного Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой обеспечения современных РСА и изучены принципно новые средства наружной калибровки. Проведен анализ перечня решаемых задач и обусловлены желательные характеристики многообещающего РСА, созданного для решения научных и прикладных задач российского потребителя. Выполнен расчет воздействия атмосферных Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой неоднородностей на свойства радиолокационного материала, разработана методика измерения эффекта Фарадея на измерения полной матрицы рассеяния и корректировки искажений по измерениям поляриметрического РСА. Изучены разные варианты структуры многообещающего РСА зависимо Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой от метода разделения поляризационных измерений, проведен сравнительный анализ этих схем и даны советы по более предпочтительной структуре и характеристикам многообещающего поляриметрического РСА.

^ Достоверность и обоснованность приобретенных соискателем результатов достигнута корректной постановкой заморочек Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой, строгостью выполненного физико-математического анализа и применяемого математического аппарата. Результаты подтверждаются физическими представлениями о механизме рассеяния сигнала отражающими объектами, анализом экспериментальных данных современных забугорных галлактических радаров, материалами других создателей, коллег по совместным работам и Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой из смежных отраслей, также выводами исследовательских работ, проводившихся в нашей стране и за рубежом, апробацией работы на интернациональных и Русских конференциях и публикациями соискателя.

Способы анализа, принятые в диссертации, базируются на Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой закоренелых физических представлениях о механизме рассеяния радиоволн поверхностью, принципах организации и функционирования радиолокационных систем дистанционного зондирования Земли, на серьезных математических способах анализа когерентности рассеянных сигналов и исследовании составляющих параметра декорреляции, позволяющих Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой оценивать степень воздействия разных источников преломления инфы.

^ Главные положения, вынесенные на защиту

^ Прикладная значимость работы заключается в разработке новых способов обработки инфы РСА Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой, демонстрации способности решения новых направленных на определенную тематику задач, развитии способов наружной калибровки РСА, обосновании характеристик многообещающего РСА для Рф.

^ Научно-практическое значение работы состоит в последующем:

- показано, что интегральный уровень боковых Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой лепестков двумерной функции неопределенности может оказывать существенное воздействие на качество радиолокационных измерений, в особенности на измерения исходной фазы сигнала при интерферометрической съемке рельефа; сигнал с линейной частотной модуляцией является более желаемым Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой в дистанционном зондировании Земли по сопоставлению с другими применяемыми в радиолокации сигналами;

- рассмотрены разные способы направленного на определенную тематику анализа амплитудной радиолокационной инфы, приобретенной в разных спектрах волн и на различных поляризациях сигнала, и Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой приведены примеры её использования при решении ряда задач ДЗЗ. Приведенные примеры дают представление о зависимости эффективности решения направленных на определенную тематику задач от характеристик радиолокационной съемки;

- предложен новый способ выявления естественных неизменных Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой отражателей для ограниченного набора радиолокационных снимков и проведена удачная обработка данных радара TerraSAR-X для небезопасных карстовых и оползневых участков в зоне стальных дорог и газопроводов, в итоге которой Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой показана возможность измерения подвижек почв с миллиметровой точностью. Отмечено, что внедрение длинноволновых радаров типа японского радара PALSAR L-диапазона позволяет понизить остроту задачи временной декорреляции;

- предложен новый подход к оценке преломления частей полной матрицы Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой рассеяния естественных покровов для поляриметрического РСА, проведено сопоставление разных схем разделения измерений частей полной матрицы рассеяния исходя из убеждений утраты инфы, потоков данных, аппаратурных требований, и даны советы по более Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой многообещающим схемам.

- показана возможность оценки угла фарадеевского вращения по разности фаз внедиагональных частей матрицы рассеяния в радиальном базисе. Отмечено преимущество радиального базиса для решения этой задачки, заключающееся в том, что уклоны рельефа поверхности не заносят Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой искажений в измерения угла фарадеевского вращения и могут быть в свою очередь оценены через разность фаз диагональных частей матрицы рассеяния в радиальном базисе;

- изучен новый тип калибровочных целей – параболические антенны с Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой поперечником зеркала 4.7 м калибровочного полигона ОКБ МЭИ «Медвежьи Озера», имеющие ЭПР 49дБм2 в С-диапазоне, показана высочайшая радиометрическая стабильность этих калибровочных целей. По результатам анализа радарных снимков полигона ОКБ МЭИ Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой получена оценка характеристик искажающих матриц этого поляриметрического РСА на излучении и приеме;

- разработана методика поиска наземных естественных размеренных отражателей и в итоге обработки серии из полусотни снимков радара PALSAR показано, что есть Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой постоянные естественные отражатели со стабильностью наилучшей, чем у калибровочных антенн ОКБ МЭИ;

- проведено исследование перечня решаемых при помощи РСА задач дистанционного зондирования зависимо от таких его характеристик, как разрешение, длина волны несущей, поляризация Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой сигнала, точность калибровки. Обусловлено преимущество L-диапазона для работы многообещающего Русского РСА, предложены его главные характеристики, такие как состав поляризационных измерений, режимы работы, разрешающая способность и др.;

- рассмотрены варианты организации поляризационных измерений, проведено Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой их сопоставление и предложены более желательные характеристики многообещающего российского РСА.

^ Апробация работы: результаты работы, изложенные в диссертации, докладывались на интернациональных, всероссийских, отраслевых конференциях и симпозиумах: на интернациональных семинарах по калибровке Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой радаров с синтезированной апертурой CEOS SAR Workshop в Нидерландах, США, Стране восходящего солнца в 1993, 1994, 1998, 2001 гг.; на Генеральных ассамблеях URSI во Франции и Индии в 1996 и 2004 гг.; на Европейских конференциях по радарам с синтезированной Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой апертурой EUSAR в 2000, 2004, 2006, 2008, 2010 гг.; на Интернациональных симпозиумах по дистанционному зондированию IGARSS в 1999, 2000, 2003, 2011, 2012 гг.; на ХIII Всероссийской конференции по распространению радиоволн., Санкт-Петербург, 1996 г.; на Всероссийских симпозиумах «Радиолокационное иследование природных сред», Санкт-Петербург, в 2002, 2004, 2006, 2007, 2009 гг Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой.; на Интернациональной научно-технической конференции “К.Э.Циолковский - 140 лет со денька рождения”, Рязань, 1997 г.; на Всероссийской научной конференции “Физические задачи экологии (физическая экология)”, Москва,1997 г.; на II Всероссийском совещании “Аэрокосмические способы Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой и геоинформационные системы в лесоведении и лесном хозяйстве”, Москва, 1998 г.; на III Всероссийской научной конференции “Применение дистанционных радиофизических способов в исследовательских работах природной среды”, Муром, 1999 г. ;на 3й Интернациональной научно-технической конференции Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой “Астронавтика. Радиоэлектроника. Геоэкоинформатика”, Рязань, 2000; на Всероссийской научной конференции “Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими способами”, Муром, 2001 г.; на V Интернациональной конференции «Перспективные технологии в средствах передачи инфы – ПТСПИ’2003», г.Владимир Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой, 2003 и 2004 гг.; на Всероссийских открытых конференциях «Современные задачи дистанционного зондирования Земли из космоса» Москва, ИКИ РАН, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 гг.; на Симпозиуме ERS-Envisat Symposium, Sweden, 2000; на Симпозиуме ENVISAT-ERS Symposium, Austria, 2004 г.; на XXII Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн» (РРВ-22), Ростов-на-Дону, 2008 г.; на Всероссийской научной школе и конференции “Радиофизические способы в дистанционном зондировании сред”, Муром. 2009, 2010, 2012 гг.; на X Всероссийской конференции «Проблемы мониторинга среды (ЕМ-2009)», Кемерово, 2009 г Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой.; на Первой молодежной тектонофизической школе-семинаре, Москва, ИФЗ им. О.Ю.Шмидта РАН, 2009 г.; на Всероссийских конференциях «Радиолокация и радиосвязь». Москва, ИРЭ РАН, 2009, 2010 гг.; на Русской научной конференции «Зондирование земных покровов радарами Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой с синтезированной апертурой». Улан-Удэ, 2010; на II Всероссийском семинаре «Геодинамика. Геомеханика и геофизика».. п. Новый Энхалук, Республика Бурятия, 2011 г.; на IX Международном симпозиуме по дилеммам инженерного мерзлотоведения, г. Мирный, 2011 г Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой.; на Интернациональной IEEE Сибирской Конференции по управлению и связи SIBCON, Красноярск, 2011 г.; на 21-й Интернациональной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2011 г.; на 5-ом Белорусском галлактическом конгрессе, Минск, 2011 г.; на Интернациональных семинарах Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой по научным и прикладным задачкам радарной поляриметрии и поляриметрической интерферометрии (POLINSAR), Италия, 2007, 2009 гг.; на Симпозиумах управляющих научных проектов ALOS PI Symposium, Япония, 2001, Греция 2008, Япония 2010 гг.

^ Личный вклад создателя заключается в развитии Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой способов анализа радиолокационной инфы, организации измерений, обработке радиолокационной инфы и демонстрации новых способностей РСА при решении задач ДЗЗ. Создатель управлял основными шагами выполненных работ, проводил определенные исследования. Им проработаны теоретические вопросы организации Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой поляриметрической съемки естественных покровов, разработаны новые способы обработки данных интерферометрической съемки поверхности Земли, проведено исследование способностей РСА при решении задач ДЗЗ зависимо от его характеристик.

В работе были применены данные современных Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой забугорных радаров галлактического базирования ERS-1/2, ENVISAT, PALSAR, JERS-1, SIR-C, TerraSAR-X, приобретенных в рамках научных проектов, в почти всех из которых создатель был научным управляющим:

В итоге анализа огромного объема радиолокационной инфы получен ценный фактический материал по Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой радиофизическим свойствам подстилающей поверхности, использованный создателем для демонстрации способностей РСА при решении направленных на определенную тематику задач и выработке советов по характеристикам российского многообещающего галлактического РСА. Создатель выражает признательность ESA, JAXA, NASA, INFOTERRA Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой за данные современных РСА, предоставленные в рамках вышеперечисленных научных проектов.

Публикации: по теме диссертации соискателем размещено более 140 статей и докладов; главные результаты диссертации довольно много отражены в приведённых ниже 55 публикациях, включая монографию, 2 патента Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой на изобретения, 32 статьи, 29 из которых входят в Список изданий, определенный ВАК РФ, и 20 докладов на конференциях. Соискателем были изготовлены доклады на коллегиях, семинарах и научных советах ряда научных центров, в том числе Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой в Федеральном галлактическом агентстве, ЦНИИМАШ, ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН и др.

^ Структура и объем диссертации: диссертационная работа состоит из введения, 7 глав и заключения. Работа изложена на 370 страничках, содержит 133 рисунка, 36 таблиц Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой и библиографический перечень из 255 наименований.


^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во внедрении показана актуальность выполненного исследования, обусловлена значимость и необходимость внедрения спутникового радиолокационного зондирования для мониторинга состояния земных покровов. Сформулированы цели и задачки диссертационной работы Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой, обозначены объект и предмет исследования, изложены способы исследования, показан личный вклад создателя в исследование данной препядствия, представлены научная новизна и практическая значимость приобретенных результатов и обусловлена их достоверность. Сформулированы главные положения Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой, вынесенные на защиту.

В первой главе приведены сведения об организации измерений галлактическими радиолокаторами с синтезированной апертурой (РСА), даны главные соотношения, дозволяющие судить о параметрах получаемого радиолокационного изображения. Выведены четкие выражения для расчета фокусирующей функции, применяемой Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой при синтезе радиолокационного изображения.

Повышенное внимание уделено свойствам двумерной функции неопределенности сложного зондирующего сигнала, так как интегральный уровень боковых лепестков двумерной функции неопределенности может оказывать существенное воздействие на качество Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой радиолокационных измерений, в особенности на измерения исходной фазы сигнала при интерферометрической съемке рельефа. Проведено сопоставление уровня боковых лепстков 2-ух видов сигналов: с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) и фазокодоманипулированных (ФКМ) сигналов на примере Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой реализаций длиной 127 частей. На рис. 1 приведен интегральный уровень боковых лепестков SI зависимо от их удаленности от головного лепестка автокорреляционной функции (АКФ) сигналов, которая вычислена по формуле

,

где – отсчеты АКФ сигнала. Этот параметр позволяет Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой оценить суммарный уровень далеких боковых лепестков, начиная с элемента k до конца АКФ.

Н
а рис. 1 видно, что у ЛЧМ-сигнала основной вклад заносят несколько первых лепестков. Начиная с 5-го лепестка интегральный уровень Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой мешающих отражений не превосходит –20 дБ. У ФКМ-сигнала интегральный уровень начинается c  8 дБ и держится выше –10 дБ фактически до середины АКФ. Видно, что по этому показателю ФКМ-сигнал ужаснее ЛЧМ-сигнала приблизительно на 10 дБ Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой.

Рис. 1. Интегральный уровень удаленных боковых лепестков ЛЧМ (сплошная линия) и ФКМ (прерывающаяся линия) сигналов


Следствием этой особенности АКФ ФКМ-сигнала будет сильное воздействие очень удаленных протяженных объектов на качество выделения полезного Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой сигнала в основном лепестке АКФ. Проведем сопоставление ЛЧМ- и ФКМ-сигналов на примере радиолокационной съемки модельной поверхности с удельной действенной площадью рассеяния (УЭПР) i-го элемента поверхности и случайной исходной фазой , распределенной умеренно на интервале Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой [0;2). Выражение для реализации сигнала поверхности может быть записано в последующем виде:

(1)

где i- номер отражающего элемента поверхности.

Пусть сравниваемые зондирующие ЛЧМ- и ФКМ-сигналы имеют длину 8191 отсчет, продолжительность простого импульса ФКМ Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой-сигнала и девиация частоты ЛЧМ-сигнала обеспечивают разрешение по поверхности 1 м. Зададим снимаемую поверхность в виде 3-х участков различной яркости, так что для частей 12000-20000 =0 дБ, а для участков слева и Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой справа – на некую величину S меньше.

Отраженный сигнал поверхности ri при использовании длинноватого зондирующего импульса можно записать в виде свертки

,

где mj –отсчеты зондирующего импульса.

Стандартной процедурой при получении высочайшего разрешения является согласованная фильтрация Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой отраженного сигнала с внедрением копии зондирующего сигнала в качестве импульсной свойства фильтра. Эта операция обычно производится в частотной области с внедрением метода БПФ. Восстановленное таким макаром изображение с высочайшим разрешением можно сопоставить Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой по интенсивности и фазе с начальным, чтоб оценить искажающее воздействие параметров зондирующего сигнала. На рис. 2 и 3 ниже приводятся графики УЭПР отражающей поверхности и ошибки исходной фазы сигнала поверхности как разности фаз начального сигнала и Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой приобретенного после съемки и согласованной фильтрации, для ЛЧМ- и ФКМ-сигналов с длиной реализации 8191 элемент. В данном примере УЭПР центрального участка длиной 8192 отсчета на S=8 дБ больше, чем примыкающих Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой участков.

На графиках фазовой ошибки в особенности отлично виден недочет ФКМ-сигнала по сопоставлению с ЛЧМ. Если в границах ярко отражающей поверхности (пиксели 12000-20000) боковые лепестки ЛЧМ-сигнала приводят к фазовым ошибкам порядка 3°, то у ФКМ Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой они добиваются 20°, что значит семикратно худшую точность измерений фазы. Более разительно воздействие боковых лепестков ФКМ-сигнала на слабо отражающей поверхности по соседству с которой имеется ярко отражающая. Если у ЛЧМ Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой на участке с пикселами 5000-12000 фазовая ошибка увеличивается до 5°, то у ФКМ – до 60°, что делает фазовые измерения фактически неинформативными. На графиках УЭПР также приметно деструктивное воздействие боковых лепестков, приводящее к сильному зашумлению участка изображения Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой с низкой яркостью по соседству с броским участком.

Можно утверждать, что при использовании М-последовательности длиной 8191 отсчет для радара с разрешением 1 м качество измерений в полосе слабо отражающей поверхности шириной более Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой 4 км по соседству с броской протяженной областью становятся приметно ужаснее.

УЭПР реальных объектов поверхности, равно как и структура поверхности могут изменяться в огромных границах. Для иллюстрации результатов исследования в критериях, приближенных к Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой реальным, можно взять радарные изображения в Х-диапазоне, приобретенные с борта аппарата Шаттл в 1994 г. Нами применены радарные изображения ряда участков по Подмосковью, района Чернобыльской АЭС, побережья Каспийского моря, Забайкалья с разными Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой формами рельефа поверхности и значениями УЭПР в широком спектре. В процессе модел
ирования реальные значения УЭПР поверхности на этих изображениях были подставлены в (1)

Рис. 2. УЭПР и ошибки фазы для ЛЧМ-сигнала при Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой скачке УЭПР 8 дБ.


Р
ис. 3. УЭПР и ошибки фазы для ФКМ-сигнала при скачке УЭПР 8 дБ.


Оказалось, что перепады УЭПР естественных покровов равнинных районов находятся в большинстве случаев в границах 5-7 дБ, что приводит Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой к приметному усилению искажений инфы при использовании М-последовательностей. Более сильные перепады УЭПР свойственны для урбанистических и хозяйственных территорий. Вследствие этого сигнал поверхности внутриквартальных территорий серьезно искажается из-за просочившегося сильного отраженного сигнала Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой примыкающих домов и других строений. Слабенький сигнал гладких естественных объектов типа невспаханных полей либо искусственных – автодорог, полос аэродромов – в значимой степени перекрывается сигналом более броского окружения. Более суровыми являются преломления сигнала для пересеченного рельефа Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой в гористой местности, когда сильный сигнал обращенных к радару ярчайших склонов проникает через боковые лепестки и добавляется в сигнал слабо отражающих оборотных склонов.

Проведённые исследования позволяют сделать последующий вывод Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой: высочайший интегральный уровень умеренно распределенных по дальности боковых лепестков ФКМ-сигналов делает неосуществимыми высококачественные измерения УЭПР и фазы отраженного сигнала для слабо отражающих поверхностей по соседству с колоритными. Последнее событие делает применение фазокодоманипулированных сигналов Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой в интерферометрических схемах измерений неприемлемым.

Глава заканчивается проведением анализа характеристик имеющихся и многообещающих забугорных радиолокационных проектов и главных направлений совершенствования технологии радиолокационных наблюдений Земли.

^ 2-ая глава посвящена исследованию разных способов Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой направленного на определенную тематику анализа амплитудной радиолокационной инфы, приобретенной в разных спектрах волн и на различных поляризациях сигнала. Приведены примеры направленной на определенную тематику обработки данных радиолокаторов с синтезированной апертурой (РСА) при решении ряда задач Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой ДЗЗ. Для целей демонстрации способностей радиолокационной съемки применены данные таких радаров как SIR-C, ERS, ENVISAT, PALSAR по ряду тестовых полигонов на местности Рф. Для верификации результатов направленного на Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой определенную тематику анализа привлечены данные наземных подспутниковых наблюдений, в сборе которых создатель воспринимал конкретное роль. Показано преимущество данных L-диапазона для различения и картирования хвойных и лиственных лесов по сопоставлению с данными Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой С-диапазона.

В процессе обработки данных по району Чернобыльской АЭС отмечено преимущество более длинноволнового спектра для исследования состояния лесных массивов. Но отмечено, что данные С-диапазона могут быть применимы для выявления участков погибшего Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой леса и гарей при условии анализа серии разновременных измерений, обхватывающей разные сезоны года и при использовании снимков, приобретенных в разных метеоусловиях во время проведения измерений. В особенности действенным оказалось внедрение разновременных радиолокационных изображений Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой С-диапазона при картировании лесных гарей в Забайкалье и почв различной степени и временной динамики увлажненности в Баргузинской равнине.

На примере обработки серии разновременных радиолокационных изображений С-диапазона по побережью Каспийского Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой моря отмечена эффективность этого спектра при картировании видов луговой растительности, изготовлено заключение о том, что внедрение радиолокационных снимков дает более широкие способности для систематизации типов поверхности в этом районе, чем внедрение оптических Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой снимков. Приведенные во 2-ой главе примеры подтверждают зависимость эффективности решения направленных на определенную тематику задач от характеристик радиолокационной съемки.

В третьей главе дискуссируется один из многообещающих способов комплексирования радиолокационной инфы – интерферометрическая обработка радарных данных Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой. Изложены базы способа интерферометрической съемки поверхности радарами с синтезированной апертурой, предложен новый метод разворота разности фаз на интерферограмме, базирующийся на оценке локальной пространственной частоты, и на примере обработки огромного Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой набора данных разных галлактических аппаратов продемонстрированы способности этого способа для решения задачки измерения рельефа и выявления подвижек подстилающей поверхности.

Интерферограмма как начальный материал для измерений рельефа либо динамики поверхности является результатом поэлементного всеохватывающего Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой перемножения сигналов U1 и U2, отражённых одним и этим же элементом поверхности и принятых в точках места A1 и A2 соответственно:

, (2)

где u1 и u2 – амплитуды сигналов, r – разность расстояний от Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой точек съемки до избранного элемента поверхности,  – длина волны. Разность фаз на интерферограмме из (2), зависящая от разности наклонных дальностей, охарактеризовывает не только лишь рельеф поверхности. На величину разности фаз оказывают влияние также мелкомасштабные площадные смещения поверхности Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой (динамика поверхности) за время меж съемками, атмосферные флуктуации электронной длины пути сигнала радара , шумы системы измерений и неведомая исходная разность фаз :



Повышенное внимание должно быть уделено ошибкам измерений рельефа и динамики поверхности Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой способами дифференциальной радарной интерферометрии. Ошибка измерения интерферометрической разности фаз φ может быть оценена при помощи выражения для плотности вероятности рассредотачивания разности фаз 2-ух коррелированных случайных процессов. Понятно, что разность фаз гауссовых Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой сигналов  имеет рассредотачивание, зависящее от нормированного коэффициента корреляции либо когерентности  сигналов, определяемого как

,

где и – сигналы, Е{} – операция усреднения.

Различают несколько источников декорреляции / утраты когерентности отраженных сигналов. Декорреляция сигналов может быть следствием выпадения осадков Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой, деформации микрорельефа поверхности вследствие ветровых колебаний растительных покровов и других обстоятельств, что может быть найдено на карте когерентности изображений. Собственный вклад заносят геометрия съемки и шумы системы приема и обработки.

Зависимость нормированного коэффициента Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой корреляции от геометрии съемки и характеристик радиотехнических бортовой системы может быть получена исходя из представлений о некоррелированности шумов системы приема и обработки N и шумов декорреляции отраженного сигнала избранного элемента Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой поверхности при приеме с разных точек наблюдения sp, вследствие чего  = N  sp. Более общее выражение для уровня декорреляции учитывает временную декорреляцию отражений temp при измерениях, проводимых с циклических орбит галлактического аппарата за время Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой меж съемками, также объемную декорреляцию, наблюдающуюся, к примеру, при зондировании слоев растительных покровов vol. В данном случае  = N  sp  temp vol.

Приведенное в работе выражение для пространственной декорреляции указывает, что с повышением Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой размера пространственной базы интерферометра (её перпендикулярной распространению сигнала составляющие) вырастает степень пространственной декорреляции и возрастает уровень шумов измерений разности фаз. В то же время, при решении задачки измерения высот рельефа с повышением Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой базы интерферометра вырастает чувствительность к вариантам высот рельефа. Исходя из этого, лучший размер базы выбирается с учётом решаемой задачки (динамика поверхности либо измерения рельефа) и данных точностей измерений.

Временная декорреляция Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой temp является слабо формализуемым фактором. Опыт работы с данными современных радаров указывает, что повышение интервала времени меж съемками приводит к росту временной декорреляции. При всем этом для сигналов радарной съемки в длинноволновом Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой спектре (к примеру, L-диапазоне) свойственна наименьшая степень временной декорреляции.

Таким макаром, наличие пространственно-временной декорреляции, также присутствие шумов измерений является фактором, ограничивающим точность проведения интерферометрических измерений рельефа и динамики подстилающей поверхности Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой. В то же время, временная декорреляция является ценным источником инфы о типах подстилающей поверхности и обширно употребляется для целей направленного на определенную тематику анализа радарных данных.

Приведены результаты пионерских работ создателя по обработке данных РСА Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой способами интерферометрии. На рис. 4 приведены изображение и интерферограмма для ледовых покровов у побережья Антарктиды, построенные создателем в 1992 году по данным российского РСА «Алмаз-1», где в первый раз в Рф Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой была показана возможность наблюдения динамики ледовых покровов вследствие приливных явлений.







Рис. 4. Кусок изображения (А) и интерферограмма (Б): залив Алашеева.


На интерферограмме полутона передают информацию о разности фаз: уровень темного соответствует нулевой разности Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой фаз, а уровень белоснежного — 2. Вытянутое по вертикали ледяное возвышение (1) на побережье (левый край изображения) выделяется на рис. 4Б благодаря замкнутому контуру равных разностей фаз на интерферограмме. Измеренный по интерферограмме полный фазовый набег в Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой 3 для этого ледяного возвышения значит наличие перепада высот от края к центру на 63 м. Более черная правая часть изображения относится к поверхности залива, покрытой льдом (2). 5 интерференционных полос на участке ледовой поверхности залива длиной в Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой 1 км, наблюдаемые в правой части интерферограммы, не могут быть обоснованы рельефом, так как относятся к ледовой поверхности залива. В то же время, смещение далекого края ледового покрова относительно береговой полосы на Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой 33 см может привести к такому фазовому набегу. Это предположение отлично подтверждается оценками колебаний уровня аква поверхности в заливе из-за лунных приливов. Согласно численной модели приливов, различие меж уровнем воды в заливе Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой на моменты съемки составляло 38 см.

При помощи способа радарной интерферометрии создателем в 1997 году показана возможность выявления подвижек поверхности в Баргузинской равнине вследствие землетрясения, продемонстрированы способности интерферометрии для обнаружения динамики инфраструктуры газопроводов Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой маршрута Ямбург-Ныда в зоне нескончаемой мерзлоты в виде сантиметровых перемещений, вызванной сезонными циклами таяния/замерзания почв. По результатам обработки данных радара ERS-1/2 в 1998 году в первый раз показана возможность выявления колебаний Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой уровня аква поверхности на примере прибрежной зоны тростниковых зарослей у побережья Каспийского моря. Продемонстрирована возможность мониторинга криогенных деформаций болотистых почв в дельте Селенги, оползневых деформаций жд полотна на БАМе, также просадок Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой земли над лавами вследствие активной подземной выработки угля в Кузнецком бассейне.

Предложен новый способ выявления естественных неизменных отражателей в критериях ограниченного набора радиолокационных снимков, и по результатам обработки данных радара TerraSAR-X Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой для небезопасных карстовых и оползневых участков в зоне стальных дорог (Нижегородская область) и газопроводов (Черноморское побережье) показана возможность измерения подвижек почв с миллиметровой точностью. Обусловлены размеры уголкового отражателя, нужного для получения данной точности измерения подвижек Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой почв.

Отмечено, что явление временной декорреляции при съемках с циклических орбит галлактического аппарата очень ограничивает способности радарной интерферометрии, в особенности в области коротковолновых диапазонов, что внедрение более длинноволновых радаров типа японского радара Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой PALSAR L-диапазона позволяет понизить остроту задачи временной декорреляции.

^ 4-ая глава посвящена организации другого способа комплексирования инфы – поляриметрической съемке естественных покровов Земли. Поляриметрический режим съемки поверхности является многообещающим режимом работы Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой, так как значительно расширяет способности внедрения РСА для исследования земных покровов. Изложены базы радарной поляриметрии, тщательно изучен и систематизирован перечень задач, решаемых при помощи поляриметрических РСА.

Так как одновременное измерение всех Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой частей матрицы рассеяния радаром в моностатической геометрии съемки и при схожих критериях наблюдения нереально, на практике используют разделение измерений во времени. При всем этом, к примеру, поначалу источают горизонтально поляризованный сигнал, принимая отраженный на согласованной Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой и ортогональной поляризациях, что даёт комбинацию поляризаций HH, HV. Потом излучается вертикально поляризованный сигнал, и приём происходит опять на обеих поляризациях, при всем этом формируются каналы VH,VV. В Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой итоге выходит матрица рассеяния, 1-ая строчка которой относится к первому измерению, а 2-ая — ко второму:

, (3)

где нижние индексы указывают на поляризацию сигнала на передаче/приёме, а верхние — номер измерения.

В дополнение к традиционному Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой методу разделения измерений в работе исследованы и другие методы – частотное разделение, пространственное и др. Главным аспектом свойства измерений является степень декорреляции измерений частей матрицы рассеяния естественных покровов, по аналогии с декорреляцией сигналов в Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой схеме интерферометрической съемке рельефа, детально рассмотренной в главе 3. Проведено сопоставление схем разделения измерений исходя из убеждений утраты инфы, потоков данных, аппаратурных требований, даются советы по более многообещающим схемам.

Достоинством традиционного способа Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой временного разделения является возможность корректного выполнения всех преобразований матрицы рассеяния при решении различных направленных на определенную тематику задач, основанных на амплитудной и фазовой инфы о протяженной отражающей поверхности. Недочетом – необходимость проводить измерения на двойной Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой частоте повторения импульсов, следствием чего является сужение ширины полосы снимаемой поверхности.

Формирование полной матрицы рассеяния может быть методом композиции частей матрицы рассеяния при съемке с циклических орбит, аналогично радиолокационной интерферометрии с Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой циклических орбит, описанной в главе 3. В данном случае в одном из проходов может производиться съемка 2-ух компонент матрицы рассеяния, скажем, HH и HV, а во 2-м проходе – VH и VV. Ограничением для Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой таковой схемы является необходимость очень четкого повторения орбит галлактического аппарата, как и в радарной интерферометрии с циклических орбит. В неприятном случае пространственная декорреляция понижает точность измерения фазовых соотношений, также уровней УЭПР.

Проанализирован метод Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой разделения измерений на базе частотного разнесения сигналов, основанный на том, что зондирующие импульсы различных поляризаций излучаются сразу (либо фактически сразу) на различных частотах. Проведенное в работе исследование обоюдной корреляционной функции Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой сигналов, отраженных от протяженной цели, показало, что, будучи свободным от преломления амплитудных соотношений меж элементами матрицы рассеяния, этот метод не обеспечивает правильных фазовых соотношений при съемке протяженных объектов. Только при наблюдении точечных Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой целей с размерами, наименьшими элемента разрешения на изображении, может быть правильное измерение полной матрицы рассеяния.

Проанализирован способ малогабаритной поляриметрии, которая является современной кандидатурой традиционной поляриметрической съёмке. Один из вариантов измерений в этой схеме подразумевает Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой одновременное излучение сигналов 2-ух поляризаций с приемом эхо-сигналов также на 2-ух поляризациях (режим π/4). Невзирая на смешивание частей полной матрицы рассеяния на приеме, при определенных допущениях о свойствах и геометрии рассеивателей поверхности Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой оказывается вероятным делать поляриметрическую декомпозицию эхо-сигнала и выделять составляющие с разными механизмами рассеяния поверхности.

Изготовлено заключение, что более желаемым возможно окажется метод разнесения измерений на базе так именуемых ортогональных кодов Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой. Этот метод можно проиллюстрировать на примере ЛЧМ-сигналов с наклоном различного знака. К примеру, если возрастающая пила употребляется в канале H, а падающая – в канале V. Подразумевается, что зондирующие импульсы Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой излучаются сразу, либо с маленьким разнесением во времени. Прием консистенции из согласованной и ортогональной поляризаций в каждом из поляризационных каналов и предстоящая оцифровка консистенции приводят к тому, что поток данных тут всего только вдвое больше Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой потока данных одноканальной схемы. Разделение данных разных поляризационных каналов может быть выполнено при наземной обработке, на шаге сжатия отраженных сигналов по дальности. Единственным ограничением в этом случае возможно окажется уровень Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой поляризационной развязки меж каналами.

Проведено сопоставление разных схем разделения измерений исходя из убеждений утраты инфы, потоков данных, аппаратурных требований. Изготовлено заключение, что схемы измерения с разделением по времени и ортогональным кодировкой являются Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой преимущественными при построении радиолокационной системы, созданной для измерения полной матрицы рассеяния. Режим с ортогональным кодировкой (и схожий на него по организации режим малогабаритной поляриметрии) позволяет получать в два раза более широкую Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой полосу захвата и в два раза более маленький поток данных.

Даны советы по более многообещающим режимам измерений, предполагающие возможность одновременного излучения сигналов различных поляризационных каналов, при этом нужно заложить режимы излучения как схожих импульсов Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой (малогабаритная поляриметрия), так и ортогонально кодированных импульсов (схема измерения полной матрицы рассеяния с ортогональным кодировкой сигналов).

Рассмотрены разные способы преобразования и представления поляриметрической инфы. Показано, что для исследования растительных покровов Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой способами радарной поляриметрии желательно внедрение более длинноволнового спектра, к примеру, L-диапазона.

Приведены примеры направленного на определенную тематику анализа данных поляриметрического РСА на базе поляризационных сигнатур поверхности, поляризационной разности фаз и способов поляриметрической декомпозиции в Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой задачках картирования растительных покровов Столичной области, дельты реки Селенги в Забайкалье и на побережье Каспия. Отмечено воздействие сезонных вариантов отражательных параметров земной поверхности, приводящих к изменению радиофизических параметров растительных покровов, в том Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой числе изменению устройств рассеяния.

^ В пятой главе изучено воздействие атмосферы на прохождение сигнала РСА, приводящее к искажению синтезированного радиолокационного изображения в виде понижения пространственного разрешения и преломления поляризационных измерений. Отмечено Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой, что на более маленьких длинах волн значительно воздействие тропосферных неоднородностей, индуцирующих в главном случайные флуктуации исходной фазы сигнала, что может приводить к ошибкам измерения рельефа и оценки динамики подстилающей поверхности. На Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой примере обработки снимков побережья Каспийского моря радарами ERS-1/2 показано, что флуктуации длины пути сигнала радара порядка 2-3 см, вызванные наличием кучево-дождевых туч в зоне съемки, могут неверно интерпретироваться как варианты высот рельефа поверхности порядка Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой километра (при данной геометрии интерферометрической съемки).

На более длинноватых волнах посильнее сказывается воздействие ионосферы. Ионосферные неоднородности, в дополнение к тропосферным, заносят преломления в измерения радаров L-диапазона. Но вследствие значительно большего Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой пространственного масштаба ионосферных неоднородностей может быть оценить их воздействие описанными в литературе фазоградиентными способами и скомпенсировать.

Необходимо подчеркнуть, что измерения отражательных параметров зондируемых сред подвержены искажениям различной природы. Посреди их аппаратурные преломления, воздействие среды Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой распространения, также особенности геометрии съемки, сначала, крупномасштабные уклоны рельефа. Для правильного использования измерений поляриметрического радара требуется корректировка измерений.

Разглядим поочередно воздействие этих эффектов. Материалом для такового рода оценок могут служить измерения полной Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой матрицы рассеяния S земной поверхности (3), выполненные в полном поляризационном базисе для разных композиций, к примеру, горизонтальной (h) и вертикальной (v) поляризаций сигнала на излучении и приеме.

Пусть матрица вращения W Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой(), описывающая воздействие геометрии съемки и уклонов рельефа, имеет вид

.

Угол  именуется сдвигом угла ориентации. Итог воздействия сдвига угла ориентации на начальную матрицу рассеяния S записывается в линейном базисе в виде матрицы M:

.

Преобразовав измерения матрицы Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой рассеяния из линейного в радиальный базис и рассмотрев разность фаз диагональных частей, можно увидеть, что она содержит информацию об угле ориентации θ:

,

а разность внедиагональных частей от угла θ не зависит Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой. Для измеренной матрицы M существует последующая зависимость разности фаз диагональных частей в радиальном базисе от частей матрицы в линейном базисе:

.

Так как числитель и знаменатель являются действительными числами, это позволяет провести некогерентное пространственное усреднение для Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой улучшения статистических параметров разности фаз при измерении угла ориентации.

Фарадеевское вращение плоскости поляризации волны на угол /2 (при однобоком прохождении волны) приводит к последующему преобразованию матрицы рассеяния S в линейном базисе:

.

Необходимо подчеркнуть Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой, что знаки угла в матрицах поворота W совпадают, что является следствием невзаимности среды распространения сигнала.

Разность фаз внедиагональных частей матрицы M в радиальном базисе составляет

,

и на базе последней формулы делается вычисление Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой угла фарадеевского вращения в границах ±90°.

Для измеренной матрицы M существует последующая зависимость разности фаз внедиагональных частей в радиальном базисе от частей матрицы в линейном базисе:

.

Так как числитель и знаменатель являются действительными Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой числами, это позволяет провести некогерентное пространственное усреднение для улучшения статистических параметров оценок разности фаз.

Таким макаром, разность фаз внедиагональных частей матрицы содержит информацию о фарадеевском вращении. Разность фаз диагональных частей нечувствительна Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой к фарадеевскому вращению. Естественным преимуществом радиального базиса для решения этой задачки, продемонстрированным тут, является последующее: уклоны рельефа поверхности не заносят искажений в измерения угла фарадеевского вращения, находящиеся в разности фаз внедиагональных частей Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой, и могут быть в свою очередь оценены через разность фаз диагональных частей матрицы рассеяния в радиальном базисе.

^ В 6-ой главе повышенное внимание уделено вопросам калибровки РСА. Калибровка аппаратуры нужна для настоящего использования Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой радиолокационной инфы, включая получение прогнозируемых результатов при проведении измерений в одних и тех же критериях, выявление временных вариантов геофизических характеристик за время меж измерениями, также возможность ассоциировать и обрабатывать вместе данные разных систем Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой дистанционного зондирования. В этой главе проведены исследования способности использования новых необычных средств калибровки РСА, предложенных спецами ОКБ МЭИ в дополнение к стандартным устройствам наружной калибровки типа уголковых отражателей и активных калибраторов.

В Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой качестве искусственных неизменных отражателей изучены параболические антенные рефлекторы с диметром зеркала 4.7 метра, расположенные на полигоне ОКБ МЭИ «Медвежьи Озера». Калибровочный полигон «Медвежьи Озера» находится на северо-востоке Столичной области, неподалеку от МКАД. Базу Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой калибровочного сценария составили 3 параболические антенны, конструкция которых была доработана в ОКБ МЭИ методом установки проводящих дисков и дифракционных решеток в фокальной области, что позволило расширить диаграмму антенн до 5° и понизить Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой требования к точности наведения антенн.

Ценной информацией о радиометрических свойствах калибровочных антенн полигона были данные об уровне ЭПР и стабильности отражения, приобретенные в итоге более чем 40 тестов при помощи радара ERS Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой-2 в 1999-2004 годах (рис. 5). Видно, что стабильность уровня отражения антенны №1 очень высока. Если откинуть измерения зимы 2003-2004 года, искаженные наличием корки льда на зеркале антенны, то средняя ЭПР составляет 59 дБм2. При всем этом среднеквадратичное отклонение ЭПР составило Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой около 0.067 дБ, что сопоставимо со стабильностью наилучших образцов забугорных активных калибраторов.

Показано, что при соответственной модернизации антенн в виде установки дифракционной решетки в фокальной области антенны может быть проведение калибровки поляриметрического РСА Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой.

Р
ис. 5. ЭПР, дБм2, антенны №1 по данным радара ERS в 1999-2003 гг.


Приведены результаты тестов с японским радаром PALSAR в 2006-2010 годах, в каких получена оценка радиометрической стабильности работы этого радара порядка 0.5 дБ Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой. ЭПР параболических антенн ОКБ МЭИ в L-диапазоне оказалась равной 43 дБм2.

Проведены исследования свойства поляриметрической калибровки радара PALSAR. По результатам анализ радарных снимков полигона ОКБ МЭИ дана оценка характеристик искажающих матриц Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой этого поляриметрического РСА на излучении и приеме.

Показана возможность использования наземных естественных размеренных отражателей. В итоге обработки серии из полусотни снимков радара PALSAR выявлены естественные отражатели со стабильностью, наилучшей, чем стабильность калибровочных антенн Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой ОКБ МЭИ. Принципиальным требованием для выявления таких отражателей является повторяемость критерий наблюдений, что приводит к тому, что на серии циклических изображений можно выявить постоянные калоритные точечные объекты. Вероятные механизмы формирования отражения других ярчайших отражателей Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой: однократное отражение (крыши домов), двойное переотражение (стенка дома + поверхность земли), уголковое отражение трехгранным уголковым отражателем (стенки внутреннего угла дома + поверхность земли), дипольное рассеяние (линейные элементы конструкции мачт ЛЭП).

Более возможной предпосылкой Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой конфигурации ЭПР конструкций типа уголкового отражателя может быть изменение коэффициента отражения нижней грани, образованной почвой. График на рис. 6 дает сведения об ЭПР более размеренных точечных целей, отысканных в границах снимка Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой. Две естественные цели (на местности промзоны во Фрязино и населенного пт в Медвежьих Озерах) показывают наилучшую стабильность, чем калибровочная антенна полигона. Маленькой провал ЭПР этих целей 4 марта 2007 года может быть объяснен искажающим воздействием Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой влажного снега на синфазность отражения сигнала поверхностью земли. Эти же два естественных отражателя позволили держать под контролем стабильность работы радара 23.09.08 и 08.11.08, когда антенна полигона не выставлялась (см. провал в измерениях ЭПР для антенны Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой).



Рис. 6. Измерения ЭПР более размеренных естественных целей в районе полигона ОКБ МЭИ «Медвежьи Озера» по данным радара L-диапазона PALSAR


^ В седьмой главе проведено исследование перечня решаемых при помощи РСА задач Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой дистанционного зондирования зависимо от таких его характеристик, как разрешение, длина волны несущей, поляризация сигнала, точность калибровки. Обусловлен выбор частотного спектра для работы многообещающего русского РСА, предложены его главные характеристики, такие как состав поляризационных Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой измерений, режимы работы, разрешающая способность и др.

На базе анализа интернационального опыта работы с радиолокационной информацией и собственного опыта обработки изготовлен вывод, что РСА L-диапазона более много отвечает специфике задач ДЗЗ для Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой Рф, позволяет решать более удачно больший круг задач ДЗЗ. Совместно с тем, есть ограниченный круг принципиальных для Рф задач ДЗЗ, для решения которых считается внедрение РСА другого спектра более действенным. К таким Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой задачкам относятся, к примеру, ледовая разведка и навигация во льдах, где одноканальные РСА Х-диапазона оказались желаемым средством картирования ледовых полей и определения возраста льда. Но при помощи РСА L-диапазона Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой может быть решен значительно более широкий класс задач.

В области исследования растительных покровов, таких, как лесные массивы, в L-диапазоне можно более накрепко проводить систематизацию типов лесов, измерения биомассы растительности вследствие большей проникающей возможности Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой радиоволн под кроны деревьев и регистрации отражения от стволов и больших веток. При всем этом обеспечивается исследование состояния земли под лесными покровами, контроль степени влажности и обнаружение подтоплений. Выделение Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой границ лесных массивов и областей открытых почв также надежнее производится по изображениям, приобретенным в L-диапазоне.

Оценка характеристик состояния почв в хозяйственной деятельности, таких как влажность, также более накрепко осуществляется в L Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой-диапазоне вследствие наименьшего воздействия растительности и большей глубины подповерхностного зондирования, хотя систематизация типов ландшафтов по степени мелкомасштабной шероховатости поверхности (масштаба длины волны несущей) предпочтительна в X- либо C-диапазонах, где практически все типы поверхности Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой являются шероховатыми в разной степени.

В геологии в L-диапазоне может быть следить геологические структуры под осадочными слоями, также растительными покровами. По этой же причине в этом спектре более информативно исследование засушливых Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой, пустынных районов.

В гидрологии длинноволновый спектр предпочтителен при исследовании влажности подстилающих покровов вследствие наименьшего воздействия шероховатости поверхности почв и чувствительности к влажности большего по толщине поверхностного слоя. Более накрепко выделяются водоемы вследствие Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой наименьшего воздействия ветровой ряби на аква поверхности. Исследование зон подтоплений и их динамики в областях, покрытых лесом, также реализуется в L-диапазоне вследствие прохождения радиоволны через толщу леса.

В гляциологии L-диапазон лучше Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой обеспечивает исследование структуры ледовых покровов мелководных пресноводных бассейнов вследствие проникания сигнала через толщу льда и взаимодействия с донным рельефом, но для систематизации типов морского льда традиционным решением до сего времени Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой считается одноканальный РСА Х- спектра. В то же время, согласно современным исследованиям, внедрение данных поляризационных измерений в L- спектре позволяет снять делему худшей различимости юных и одногодичных льдов от долголетних, а наименьшая Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой чувствительность наблюдений РСА в L-диапазоне к ветровому волнению открытой поверхности улучшает возможность картирования границ ледовых полей на морской поверхности. Исследование ледников и структур ледниковых покровов под снежными покровами, зон нескончаемой мерзлоты также Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой желательно проводить в L- спектре.

В океанографии радиоволны L-диапазона наименее чувствительны к мелкомасштабной ветровой ряби на морской поверхности, что позволяет следить волновые процессы большего масштаба, такие, как течения, фронты, внутренние волны, проявления Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой батиметрических деталей на поверхности, также возмущения поверхности, вызванные порывами ветра и тайфунами.

При интерферометрической съемке поверхности с циклических орбит предлагаемый спектр обеспечивает наименьшую чувствительность измерений к временной декорреляции отраженного радиосигнала, улучшая точность Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой измерений рельефа и динамики мелкомасштабного рельефа, в особенности при огромных интервалах меж съемками, когда измерения на более маленьких волнах фактически невозможны.

При мониторинге хозяйственной деятельности, в том числе и в Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой арктических регионах, более длинноволновый L-диапазон оказывается желаемым из-за наименьшего воздействия отражений мелкомасштабного рельефа поверхности, что позволяет лучше следить промышленную инфраструктуру и держать под контролем ведение хозяйственной деятельности в тундре.

Наличие Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой структур с верно выделенной ориентацией на поверхности, также структур в объемном слое подстилающих покровов является основой и основанием для использования поляризационных измерений, что расширяет способности систематизации объектов поверхности и измерения их черт.

В гляциологии Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой предпочтительны согласованные ГГ либо ВВ поляризации, имеющие завышенный уровень отражения по сопоставлению с перекрестной. Их одновременное внедрение в виде дела поляризаций улучшает способности различения поверхностного рассеяния от большого. Перекрестная поляризация также желательна Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой, потому что несет информацию об объемном рассеянии сигнала мелкомасштабными объектами в слое льда, отвественными за деполяризацию отражения.

В гидрологии согласованные поляризации ВВ и ГГ предпочтительны для исследования влажности почв и морфологии Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой поверхности. Их совместное внедрение в виде дела позволяет отделить составляющую рассеяния, обусловленную диэлектрическими качествами поверхности от той, что обоснована уровнем мелкомасштабной шероховатости. Разность фаз сигналов согласованных поляризаций позволяет судить о степени Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой влажности земли под покровами леса - через наличие двойного переотражения сигнала от системы почва - древесный ствол. Сигнал на перекрестной поляризации несет дополнительную информацию при огромных углах обзора, потому что его уровень спадает не так Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой стремительно, как уровень сигналов согласованных поляризаций.

Исследование растительных покровов просит наличия всех поляризаций. ВВ поляризация несет информацию о плотности биомассы стволов, в то время как ГГ поляризация охарактеризовывает биомассу веток Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой с горизонтальной ориентацией. Перекрестная поляризация является индикатором неоднократного переотражения на ветках кроны и считается более четким показателем уровня общей биомассы леса.

В океанографии предпочтение отдается согласованным поляризациям вследствие завышенного отражения их по Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой сопоставлению с перекрестной поляризацией На огромных углах обзора ВВ поляризация является предпочтительной по сопоставлению с ГГ из-за приметно большей УЭПР морской поверхности на этой поляризации.

В геологии желательно внедрение согласованных поляризаций, хотя Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой перекрестная поляризация более информативна при исследовании тектонических структур.

Таким макаром, одночастотный поляриметрический спутниковый РСА L-диапазона в состоянии решать фактически весь ряд принципиальных научных и хозяйственных задач в интересах Рф. На Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой реальном шаге лучше создание малогабаритного РСА L-диапазона со последующими чертами:

В Заключении приводятся главные выводы по результатам выполненных исследовательских работ:


Перечень главных публикаций по теме Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой диссертации


Статьи в журнальчиках из рекомендованного списка ВАК РФ

  1. Арманд, Н.А. Многообещающие российские спутниковые радары с синтезированной апертурой / Н.А. Арманд, А.М. Волков, А.И. Захаров и др. // Радиотехника и Электроника. – 1999. – Т Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой.44. – №4. – С. 442–447.

  2. Арманд, Н.А., Исследование отражательных черт лесов Подмосковья по данным РСА SIR-C / Н.А.Арманд, А.И.Захаров, И.Л.Кучерявенкова // Радиотехника. – 1998. - №8 - С. 27-31.

  3. Арманд, Н.А. Применение радаров с синтезированной апертурой Методы дистанционного зондирования земли радарами с синтезированной апертурой для измерения угла поворота плоскости поляризации из-за эффекта Фарадея / Н.А. Арманд, А.И. Захаров // Радиотехника и Электроника. – 2006. - Т. 51. - № 10. - С. 1210-1217.


metodi-absolyutnoj-geohronologii.html
metodi-aktivnogo-socialno-psihologicheskogo-obucheniyamaspo.html
metodi-analiticheskoj-psihologii-kg-yunga.html