В рамках космического проекта «МКС-РСА(Р)», предназначенного для установки на Международную космическую станцию (МКС) радиолокатора с синтезированной апертурой Р-диапазона и проведения научных экспериментов, в истекшем году получены следующие основные результаты: • завершено выполнение эскизного проекта (ЭП); • проведено обоснование определенных техническим заданием основных характеристик КНА с учетом отечественных и зарубежных аналогов аппаратуры и её элементной базы; • определены состав, назначение и технические характеристики отдельных структурных блоков и РСА в целом; • разработана методика внешней калибровки РСА в период проведения КЭ. • выполнен сравнительный анализ характеристик создаваемого РСА Р-диапазона с аналогом, разрабатываемым Европейским космическим агентством. • показана сложность создания РСА на базе АФАР и рассмотрен вариант его построения на основе гибридной зеркальной антенны; • определены состав и технические характеристики системы сбора и обработки информации, получаемой с КНА.

Работа выполнялась по бюджетным темам «Поток-3», «Радиоивидение-5» и по договору с РКК «Энергия»

Проведен цикл исследований по разработке и внедрению новых современных математических методов по оптимальной обработке пространственно-временных сигналов в активных, пассивных и комбинированных активно-пассивных радиотехнических системах. Впервые получен ряд фундаментальных результатов, развивающих теорию и методы оптимальной обработки пространственно-временных сигналов (ПВС) в рамках концепции поиска оптимальных оценок их физических характеристик и связанных с ними параметров электродинамических и регрессионных моделей рассеяния и радиотеплового излучения электромагнитных волн различными объектами, а также природными средами на основе современной теории статистических решений и оценок параметров вероятностных распределений. Изучены новые научные направления их практической реализации в активных, пассивных и комбинированных (комплексных) активно-пассивных радиотехнических системах (РТС) радиолокации и дистанционного зондирования (ДЗ). Особое внимание уделяется применению весовых функций (окон) Кравченко в задачах синтеза РТС.

Работа выполнялась по темам «Поток-3», РФФИ Офи-М «Судак»

Выполнен обзор существующих и перспективных систем микроволновой спутниковой радиометрии, предназначенных для дистанционного зондирования Земли. Определены наиболее важные, с точки зрения конструкции и технологических возможностей, направления развития данного класса спутниковой аппаратуры в миллиметровом, сантиметровом и дециметровом диапазонах радиоволн. Рассмотрена совокупность факторов, влияющих на формирование собственной радиояркостной температуры морской поверхности в L-диапазоне. Выполнена численная оценка характера и степени их влияния. Полученные результаты предоставляют разработчикам аппаратуры и специалистам по дистанционному зондированию морской поверхности с борта аэрокосмических носителей возможность разумного подхода к выбору параметров съемки, принципам конструирования аппаратуры и разработке до стартовой версии соответствующих алгоритмов обработки.

Работа выполнялась по темам «Поток-3», РФФИ Офи-М «Судак»

В рамках космического проекта «МКС-РСА(Р)», предназначенного для установки на Международную космическую станцию (МКС) радиолокатора с синтезированной апертурой Р-диапазона и проведения научных экспериментов, выполнены следующие этапы: обоснование космических экспериментов на МКС в условиях космического пространства; определены конфигурации антенной системы площадью ~30 м² с учетом возможности монтажа её космонавтами на МКС; определены технические характеристики приемо-передающего тракта и системы сбора и передачи данных.

Разработан и обоснован новый подход и получены оригинальные результаты по обработке пространственно-временных сигналов и оцениванию параметров в активно-пассивных системах для решения задач радиолокации и дистанционного зондирования.

Предложен эксперимент на Международной космической станции (МКС) по радиолокационному исследованию Земли в Р-диапазоне (низкочастотный диапазон, длина, длина волны 70 см). Предложения по такому роду космическому эксперименту проводится впервые в мировой практике. Указанный диапазон интересен тем, что позволяет проводить поверхностное и подповерхностное зондирование Земли и получать важную информацию о растительном, почвенном и ледяном покровах, поверхности Мирового океана. Показано, что имеющиеся условия на МКС позволяют успешно осуществить эксперимент благодаря возможности учета ионосферы и построения антенны необходимого размера. Разработаны научно-техническое обоснование и техническое задание на проект. Космический эксперимент поддержан организациями Роскосмоса РКК «Энергия» и ЦНИИМАШ.

Впервые обоснована целесообразность введения весовых функций (окон) Кравченко в алгоритм модифицированного синтеза апертуры (МСА) для активно-пассивных радиолокационных систем дистанционного зондирования Земли. Показано, что окна в оптимальном алгоритме МСА необходимо вводить в опорный и единичный сигналы, а именно использовать их в качестве амплитудного распределения (АР) поля в апертуре антенны и модулировать ими зондирующие сигналы. В результате такой обработки изменяется вид функции неопределённости радиолокационной станции с синтезированием апертуры и, соответственно, изменяется качество формируемых радиолокационных изображений (РЛИ). Предложена новая формула получения весовых функций Кравченко и исследовано влияние новых весовых функций на качество восстановления РЛИ. Проведённое моделирование подтверждает целесообразность использования новых весовых функций Кравченко в алгоритме МСА.

Развита модель рассеяния от стволов дерева в Р и УКВ диапазонах (длины волн соответственно Р 70 см и 254 см). В основу ее положены результаты выполненных измерений влажности дерева по глубине ствола. Модель ствола дерева представляется в виде пяти встроенных друг в друга цилиндров с различными комплексными диэлектрическими проницаемостями ( ) и позволяет проводить расчеты рассеяния электромагнитных волн. Эта работа проводится с целью отработки методов определения биомассы леса по отражательным характеристикам радиолокационных сигналов, измеряемых с помощью аэрокосмических средств.

Показана возможность обнаружения из космоса отдельной ячейки дождя и оценки его интенсивности по поляризационным характеристикам миллиметрового излучения Земли, измеряемого со спутника с помощью интерферометра с синтезированной апертурой.

На основе теории атомарных и R- функций впервые построены аналитические двумерные вейвлеты Кравченко-Рвачева (2DWA КР) с нестандартной геометрией опорной области. Проведенный численный эксперимент и физический анализ результатов подтверждают потенциальные возможности 2DWA КР. Они могут найти широкое применение в задачах анализа интерференционных эффектов со сложной формой геометрии, фильтрации сигналов и распознавания образов.

Предложен и разработан метод определения диэлектрической проницаемости живой древесины в дециметровом диапазоне длин волн, основанный на помещении дипольной антенны внутрь ствола. Метод предназначен для сезонных измерений комплексной диэлектрической проницаемости участка древесины, неподверженной механическим повреждениям, и может использован при анализе результатов радиолокационного зондирования лесов. Выполненные измерения диэлектрической проницаемости разных пород деревьев показали значительные различия значений диэлектрической проницаемости живой древесины и образцов, взятых из стволов и измеренных в лабораторных условиях. Результаты работы доложены на 3-х международных и всероссийских конференций.

На основе теоретических и экспериментальных данных проведена оценка возможности использования микроволнового излучения Солнца для бистатической локации поверхности океана при наблюдении с авиационных и космических платформ. Показано, что неполяризованное шумовое излучение Солнца позволяет достаточно эффективно определять состояние морской поверхности при СВЧ радиометрическом зондировании системы «океан-атмосфера» на дневной стороне Земли. При этом чувствительность метода в ряде случаев может быть на порядок выше по сравнению с классическими, применяемыми ранее. Необходимым условием эффективной работы метода является поддержка со стороны международной службы Солнца.

Впервые приведено доказательство существования обратного преобразования Фурье в пространствах измеримых функций L₁ и L₂ на основе теории атомарных функций (АФ). Построены и обоснованы модифицированные атомарные преобразования (АП). С их помощью исследованы модельные временные сигналы, которые при выборе разных параметров могут рассматриваться как узкополосные (УП), широкополосные (ШП) или сверхширокополосные (СШП). АП позволяет улучшать временное и частотное разрешение. Получены новые комплексные аналитические вейвлеты Кравченко. Преимуществом новых WA-систем функций по сравнению с вейвлетом Морле является точное выполнение условия нулевого среднего для любого значения параметра модулирования. Введен функционал качества, позволяющий подбирать наиболее подходящие базисы вейвлетов для конкретных задач. Комплексные вейвлеты Кравченко применены для анализа временных рядов в астрофизике (блеск квазара 3C273 и изменение числа Вольфа), а также медицине (обработка ЭКГ). Проведенный численный эксперимент и физический анализ результатов подтверждают эффективность предложенных и обоснованных модифицированных преобразований. Результаты работы доложены на 3-х международных конференциях.

Впервые рассмотрены применения атомарных функций (АФ) в задачах теории вероятности и статистической радиофизики. Введены понятия плотности вероятности и функции распределения, строящиеся на основе семейств АФ up(x) и hа(x). Исследован и обоснован на базе АФ кумулянтный анализ новых распределений (атомарных распределений Кравченко – Рвачева). Проведено сравнение основных характеристик.

построенных распределений с известными (Гаусса, Коши). Эти результаты могут найти применение в задачах теории дифракции и рассеяния.

электромагнитных волн на шероховатых поверхностях, радиолокации, цифровой обработки сигналов и изображений, статистической теории антенн, лазерной физики и техники.

Показана возможность использования поляризационного эффекта рассеяния сплющенных падающих капель дождя для диагностики осадков из космоса при СВЧ-радиометрическом зондировании в миллиметровом диапазоне волн с высоким пространственным разрешением (меньше 1 км), которое может быть достигнуто с помощью интерферометра с синтезированной апертурой.

Проведён анализ радиолокационных изображений лесных массивов в частотных диапазонах L, P и VHF в разные сезоны года. Обнаружены необычные сезонные особенности изменения отражательной способности соснового леса в L и P диапазонах, которые требуют своего объяснения. Предложено и обосновано использование опор ЛЭП для калибровки радиолокационных изображений в VHF диапазоне.

На основе экспериментальных и теоретических данных показано, что обратное радиолокационное рассеяние от леса в метровом диапазоне длин волн на горизонтальной поляризации (НН) увеличивается с ростом биомассы растительного покрова и размера диаметров деревьев.

Измерения, проведенные с помощью георадара, подтверждают пространственную изменчивость диэлектрической проницаемости (отражения) верхнего поверхностного слоя почвенного покрова леса. Показано, что крупномасштабные неоднородности диэлектрической проницаемости верхнего слоя почвы, связанные с наличием корневой системы деревьев, играют важную роль в формировании обратного отражения от лесного массива.

Получен и обоснован новый класс атомарных функций и показана эффективность их применения в задачах цифровой обработки сигналов в радиолокаторах с синтезированной апертурой.

На Рязанском тестовом полигоне выполнен комплексный эксперимент, включающий многочастотные радиолокационные исследования РСА «МАКР» и наземные контактные измерения. Проведена интерпретация радиолокационных данных на базе построения частотно-поляриметрической матрицы РЛИ участка тестового полигона размером 3х3 км², полученной в зимний период (февраль 2005 г) в частотных диапазонах X, L, P и VHF (соответственно длины волн 4, 23, 68 и 254 см). В результате тематической обработки построены профили эффективной влажности системы «снег-мерзлый грунт-почвенный покров» на глубинах до 3 м. В данном эксперименте были определены толщина снежного покрова, глубина залегания мерзлого грунта и др. Выявлены особенности радиолокационного отражения в местах бывших лесных массивов, которые объясняются изменением структуры глубинного почвенного покрова из-за наличия мощной корневой системы. Полученные результаты указывают также на то, что разные слои почвы по разному влияют на образование РЛИ при различных поляризациях.

Разработаны алгоритмы и ПМО для послойного зондирования почвенных и растительных покровов. Разработанные алгоритмы основаны на предварительной классификации природных объектов и учитывают различие диэлектрической проницаемости растительности и почвы. Показано применение разработанных алгоритмов на конкретном примере радиолокационных измерений РСА «МАКР», проведенных на Рязанском полигоне в ноябре 2005 г.

Получен новый класс аналитических вейвлетов (включая и комплексные) на основе атомарных функций Кравченко-Рвачева для применения в цифровой обработке сигналов и изображений различной физической природы.

На основе проведенных теоретических расчетов и натурных экспериментов усовершенствована радиационно-ветровая модель морской поверхности для случая развитого волнения в СВЧ диапазоне для частот 3-50 ГГц. Эта модель позволяет, в частности, корректно учитывать величину вклада радиоизлучения Солнца, рассеянного на взволнованной морской поверхности, в измеряемую из космоса с помощью СВЧ радиометров яркостную температуру Земли.

Разработана методика количественного определения подповерхностных характеристик почвенного покрова на основе поляризационных двух частотных радиолокационных измерений в сантиметровом и метровом диапазонах длин волн.

Впервые построена теория фрактальных антенн на основе нового атомарно-фрактальных функций. Это может найти широкое применение при разработки и создании плоских фрактальных антенн.

Предложен и обоснован новый метод цифровой обработки сигналов применительно к задачам синтеза апертуры антенны в режиме активного и пассивного зондирования окружающей среды.

На основе проведенных теоретических расчетов и натурных экспериментов усовершенствована радиационно-ветровая модель морской поверхности для случая развитого волнения в СВЧ диапазоне для частот 3-50 ГГц. Эта модель позволяет, в частности, корректно учитывать величину вклада радиоизлучения Солнца, рассеянного на взволнованной морской поверхности, в измеряемую из космоса с помощью СВЧ радиометров яркостную температуру Земли.

Разработана методика количественного определения подповерхностных характеристик почвенного покрова на основе поляризационных двух частотных радиолокационных измерений в сантиметровом и метровом диапазонах длин волн.

Впервые построена теория фрактальных антенн на основе нового атомарно-фрактальных функций. Это может найти широкое применение при разработки и создании плоских фрактальных антенн.

Предложен и обоснован новый метод цифровой обработки сигналов применительно к задачам синтеза апертуры антенны в режиме активного и пассивного зондирования окружающей среды.