автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Построение систем цифровой регистрации и бортовой предварительной обработки данных реального времени для радиотеплолокационных комплексов дистанционного зондирования Земли

на правах рукописи

л*?

оГ ^

Евтушенко Андрей Валерьевич

ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМ ЦИФРОВОЙ РЕГИСТРАЦИИ И БОРТОВОЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ДЛЯ РАДИОТЕПЛ О ЛОКАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ

Специальность: 05Л 2.04 - "Радиолокация и радионавигация"

Автореферат диссертации на соиска1ше ученой степени кандидата технических наук

1998

Работа выполнена в Институте радиотехники и электроники Российской академии наук.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Кутуза Б.Г.

доктор технических наук профессор Троицкий В.И.;

кандидат технических наук доцент Кораблев А. Ю,

Ведущая организация: Особое конструкторское бюро

Московского энергетического университета.

Защита состоится "_"__1998г. в "_"на

заседании диссертационного Совета Д 072.05.03 в Московском государственном техническом университете гражданской авиации по адресу: 125838, Москва, Кронштадский бульвар, 20.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГТУГА.

Автореферат разослан "_"__1998г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета Д 072.05.03,

к.т.н., доцент Попов

1. Общая характеристика работы

1.1 Актуальность работы

Одной из главных проблем современной науки о Земле является наблюдение за состоянием атмосферы, подстилающей поверхности, а также систематический комплексный контроль геофизических параметров и изучение их динамики. Решение этих задач тесно связано с изучением многих важных задач географии и геологии, метеорологии и прогноза погоды, исследований в области климата и экологии. Специфика задач экологии, природопользования, мониторинга чрезвычайных ситуаций требует оперативного определения геофизических параметров и следов антропогенного воздействия непосредственно в реальном времени. Наиболее полную информацию о состоянии подстилающей поверхности можно получить при использовании комплексных средств землеобзора в оптическом, инфракрасном и СВЧ диапазонах. Наиболее

перспективными системами землеобзора в СВЧ диапазоне являются пассивные радиотеплолокационные системы - радиометры и активные - радиолокаторы с синтезированием апертуры.

Обработка данных бортовых многоканальных систем дистанционного зондирования Земли в реальном времени с высоким пространственным и радиометрическим разрешением связана с наличием больших объемов(1-100Гб) информации. Непосредственная передача подобных объемов информации с борта носителя на Землю требует скоростей передачи информации >100Мбит/сек, что зачастую трудно выполнимо, а в отдельных случаях и невозможно. Вместе с тем объем ииформации, необходимый для непосредственного построения изображения, существенно меньше. Передача информации с борта носителя в виде обработанного изображения подстилающей поверхности снижает требования к системам связи с наземными пунктами и требования к вычислительным мощностям наземных центров обработки информации. Поэтому задача разработки концепции и методов построения бортовых систем регистрации и обработки реального времени является актуальной.

Основной задачей при выборе концепции построения цифровой системы регистрации и предварительной обработки информации состоит в выборе совокупности таких программных, аппаратных и алгоритмических средств, которые способны успешно осуществить обработку данных. Эта совокупность называется архитектурой построения системы предварительной обработки данных.

В общем виде выбор архитектуры построения и требований к системам регистрации и предварительной обработки информации реального времени определяется существующими на данный момент техническими средствами.

1.2 Состояние проблемы В настоящее время все радиотеплолокационные системы космического мониторинга и дистанционного зондирования Земли используют традиционную схему обработки информации. Эта схема состоит из приемника сигнала, измеряющего либо мгновенное значение комплексной амплитуды электромагнитного поля в точке приема ( преимущественно для радиолокационных измерений), либо среднюю мощность электромагнитного излучения

В бортовых системах предварительной обработки и регистрации данных активной и пассивной радиолокации используются аналоговые, цифровые,оптические, акустооптические и смешанные системы регистрации и обработки информации. Несмотря на ряд преимуществ цифровой обработки информации в режимах реального времени, применение ее ограничивается только использованием на конечной стадии предварительной обработки информации при преобразовании аналогового сигнала в код, который с помощью носителей информации передается на наземные пункты обработки.

Использование методов цифровой предварительной обработки информации в аппаратуре активной и пассивной радиолокации сдерживается высокими требованиями к быстродействию аналого-цифрового преобразователя и вычислительной системы.

Известны теоретические и экспериментальные разработки, посвященные вопросам применения цифровой предварительной обработки информации в СВЧ радиометрии радиолокации. В этих работах исследуется влияние факторов квантования при приеме шумоподобного сигнала на чувствительность приемника. Однако в них не определены требования к построению архитектуры бортовых систем предварительной обработки данных реального времени.

Применению цифровых методов обработки информации в системах активной и пассивной радиотеплолокации посвящен ряд публикаций. Предложенная в этих работах архитектура построения подобных систем обработки информации строится либо на применении жесткой аналоговой или цифровой вычислительной структуры на базе спецпроцессоров обработки, либо с использованием мощных вычислительных комплексов на базе рабочих станций. Применение подобных архитектур для систем

регистрации и предварительной обработки информации в реальном

времени не оптимально.

1.3 Цель работы.

Исходя из вышеизложенного целью работы явилось:

1. Разработка принципов построения систем регистрации и предварительной бортовой обработки информации в реальном времени для сканирующих многоканальных, поляризационных СВЧ радиометрических комплексов дистанционного зондирования Земли и их использование в конкретных разработках СВЧ радиометрических систем космического, самолетного и наземного базирования.

2. Разработка принципов построения систем регистрации и бортовой обработки данных реального времени для мультясенсорных комплексов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и их использование при разработке на современной элементной базе системы бортовой обработки данных для самолетного комплекса ДЗЗ, включающего в себя системы предварительной обработки данных радиолокатора с синтезированием апертуры, многоканальных сканирующих радиометров СВЧ и ИК диапазонов длин волн.

3. Получение экспериментальных данных и исследование информационных возможностей разработанных систем регистрации и обработки данных.

1.4 Научная новизна

1. Впервые в отечественной практике применены алгоритмы цифрового синхронного детектирования в многоканальном, сканирующем СВЧ радиометре.

2. Впервые в отечественной практике разработана и реализована на базе самолета лаборатории Ш1 -18 система бортовой обработки информации реального времени для мультисенсорного самолетного комплекса дистанционного зондирования Земли, включающая в себя системы предварительной обработай информации радиолокатора с синтезированием апертуры, ИК сканера, сканирующего СВЧ радиометра.

3. Предложены новые методики применения цифровых алгоритмов автоматической регулировки усиления для компенсации температурного дрейфа высокочастотных усилителей в СВЧ радиометрических сканерах и цифровые алгоритмы коррекции

формы диаграммы направленности радиолокатора с синтезированной апертурой по дальности.

1.5 Практическая ценность

1. Разработанная архитектура построения систем цифровой регистрации и предварительной обработки радиофизической информации может быть использована при построении перспективных бортовых комплексов активной и пассивной радиолокации.

2. Предложенные и реализованные алгоритмы цифровой обработки данных реального времени для многоканальных сканирующих радиометрических комплексов и радиолокаторов с синтезируемой апертурой могут найти применение при построении аналогичной аппаратуры.

3. Разработанные программы и алгоритмы предварительной обработки информации для СВЧ радиометрического комплекса "Икар-Дельта" могут быть адаптированы и использованы при обработке спутниковой информации, поступающей от СВЧ радиометрического комплекса "Дельта", установленного на ОС Океан.

1.6 Реализация и внедрение результатов

1. Полученные в работе результаты вошли в отчеты по НИР " Природа" и " Глобус проводимых в ИРЭ РАН с 1992 по 1997 год.

2. На основе разработанной в диссертации архитектуры построения бортовых систем обработки спутниковой информации для СВЧ радиометрических комплексов создан блок управления и обработки данных Дельта 2П, комплекса Икар-Дельта, который успешно функционирует на модуле Природа с момента вывода его на орбиту (апрель 1996 гг.) и по настоящее время.

3. На основе разработанной в диссертации архитектуры построения системы обработки информации для многосенсорных комплексов дистанционного зондирования создана самолетная система сбора и обработки данных, которая использовалась на самолете ИЛ-18 при проведении экспериментов над тестовыми полигонами России и Германии в 1993 - 9бгг.

4. На основе применения принципов и методов объектно-ориентированного программирования создана система регистрации и обработки информации многоканального сканирующего СВЧ -радиометрического комплекса по изучению параметров атмосферы

в диапазоне 0.3 - 2.2см. Этот комплекс был использован при проведении международных геофизических экспериментов "Клеопатра" и "Яркость" в 1992 - 98 гг.

1.7 Апробация работы Основные результаты работы представлялись и докладывались на следующих конференциях:

1. IV Всесоюзная школа по распространению мм и суб. мм волн в атмосфере. ( Н. Новгород 1991г.).

2. Международный конференция по дистанционному зондированию IGARSS 93 (Токио 1993г.)

3. Международная конференция по дистанционному зондированию PffiRS' 96 ( Innsbruck , 1996 )

4. Международный симпозиум по спутниковой связи и дистанционному зондированию SORS 97 (Сиань 1997г.)

1.8 Публикации по теме диссертации Результаты работы были опубликованы в 10 печатных работах. 1.9 Структура и объем диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 125 страниц, в том числе 46 рисунков , 5 таблиц, 102 наименования литературы.

1.10 Основные положения, представляемые к защите:

1. Существование средств вычислительной техники позволяющие осуществлять регистрацию и предварительную обработку информации ДЗЗ в реальном времени.

2. Архитектура построения цифровой предварительной обработки информации для бортовой многоканальной сканирующей радиотеплолокационой системы.

3. Реализация архитектуры построения комплекса цифровой обработки данных реального времени для бортового самолетного комплекса дистанционного зондирования Земли, включающего системы предварительной обработки информации радиолокатора с синтезированием апертуры, сканирующего СВЧ радиометра н ИК - сканера.

4. Реализация архитектуры построения системы предварительной обработки информации для наземного сканирующего СВЧ

радиометрического комплекса, предназначенного для проведения метеорологических исследований.

1.11 Вклад автора в проведенную работу.

Автором самостоятельно были выполнены:

Разработка архитектуры построения систем предварительной обработки данных; Системнее, схемотехническое и конструкционное проектирование системы предварительной обработки данных бортового СВЧ радиометрического комплекса, систем цифровой обработки данных самолетного радиолокатора с синтезированной апертурой, цифрового ИК сканера, системы цифровой обработки информации для самолетного комплекса дистанционного зондирования Земли. Совместно с А.Г. Николаевым им разработаны пакеты программного обеспечения обработки информации самолетного сканирующего СВЧ радиометра, ИК сканера, СВЧ -радиометрического комплекса Икар-Дельта. Автор непосредственно участвовал в проведении стендовых и летно-космических испытаний разработанной аппаратуры и в проведении экспериментальных исследований.

2. Содержание работы

Материалы исследований следующим образом распределены по главам диссертации.

Во сведении обосновывается актуальность работы, рассматривается общее состояние проблемы, сформулированы цель и основные задачи диссертации, приведено краткое содержание работы.

В первой главе диссертации рассматриваются различные схемы построения бортовых радиотеплолокационных систем.

В первом разделе описывается обзор требований к бортовым радиотеплолокационным системам при решении задач определения температуры поверхности океана, водозапаса облаков и содержания водяного пара в атмосфере, приводятся краткие технические характеристики запущенных в космос радиометрических систем дистанционного зондирования Земли.

Во втором разделе дается обзор основных принципов обработки информации в радиотеплолокационных комплексах, В этом разделе рассмотрены различные схемы построения радиометров - схема полной мощности, модуляционная, корреляционная. Рассмотрены факторы, определяющие выбор той или иной схемы

обработки информации. В разделе делается вывод о перспективности использования в бортовых радиотеплолокаторах модуляционных и корреляционных схем обработки информации.

Во «торой главе диссертации исследуются принципы предварительной обработки информации в цифровых радиотеплолокационных комплексах.

В первом разделе определяются требования к узлам преобразования сигнала в код. В разделе рассматривается вопрос о выборе эффективной разрядности АЦП при приеме шумоподобного и импульсного сигнала.

Основным отличием схем построения радиометров с цифровой обработкой информации заключается в использовании в схеме обработки нелинейного элемента - преобразователя аналог - код, который вносит погрешности в функцию преобразования сигнала.

Для уменьшения нелинейных ошибок, связанных с преобразованием сигнала в код, следует выбрать оптимальные параметры квантования сигнала. Ошибки преобразования сигнала определяются нелинейностью характеристики преобразования АЦП, дифференциальной нелинейностью АЦП, собственными шумами и выпадениями в кодах АЦП, ш пер модуляционны м и и гармоническими искажениями, возникающими при преобразовании сигнала. Эти характеристики для конкретного АЦП зависят от ряда факторов: технологических особенностей изготовления микросхем АЦП, расположения АЦП на плате, топологии разводки проводников земли и экранов, схемотехнических решений импендансного согласования входтге каскадов АЦП. В качестве основной характеристики АЦП используется число эффективных разрядов АЦП, определяемое в соответствии с соотношением

В выражении 1. Аи - размах входного сигнала, 8, - погрешности АЦП, связанные с различными вицами нелинейностей и шумов преобразования.

При приеме импульсного сигнала заданная точность преобразования реализуется в том случае, когда апертурная неопределенность за время измерения сигнала не превосходит разрешения АЦП. Для этого необходимо выполнение условия

А V

(1)

8 и Л А и

д I ) „„ 2 * • г „ <2>

где ли - размах входного аналогового сигнала, скорость

нарастания входного аналогового сипша, та - апертурная нестабильность битовой задержки преобразования.

При приеме сигнала, ограниченного сверху частотой Гтах , максимальная скорость изменения входного сигнала 2тс1Ятю. а число двоичных разрядов преобразования не может быть больше, чем,

1

(3)

При приеме шумоопдобного сигнала потери связаш!ые с квантованием сигнала определяются уровнем "шума квантования" и "шума ограничения". В разделе приводится соотношение, определяющее оптимальную разрядность АЦП при заданных параметрах шумолодобного сигнала.

Во втором разделе исследуются возможности применения операций цифровой последетекторной обработки сигнала в радиотеплолокационных системах.

В компенсационном радиометре процесс демодуляции сигнала сводится к вычитанию постоянной составляющей продетектированных шумов приемника. В модуляционных радиометрах обработка сигнала заключается в последовательном вычитании продетектированного сигнала опорной нагрузки го сигнала, пропорционального антенной температуре. Для уменьшения флуктуации коэффициента усиления сигнал пропорциональный разности антенной температуры и температуры опорной нагрузки "привязывают" к пилот сигналу от генератора шума.

При осуществлении цифрового накопления в модуляционном приемнике выходной сигнал описывается соотношением:

В соотношении 4 u¡ - i тый отсчет сигнала от антенного входа, генератора шума и согласованной нагрузки, период At= 1 /fj определяется частотой дискретизации.

В третьем разделе исследуются особенности применения цифровых схем обработки информации в СВЧ радиометрических сканерах. Особенностью бортовых сканирующих

радиотеплолокационных систем является наличие двумерной обработки информации, как по угловой координате, так и но времени полета носителя. Верхняя граница спектра принимаемых частот сканирующего радиотеплолокатора определяется угловой скоростью перемещения поля зрения антенной системы. Для нгакоорбиталышх радиотеплолокационных систем верхняя частота принимаемого сигнала может лежать в полосе частот до 200 Гц. Расширение спектра принимаемых радиотегиюлокатором частот приводит к жестким требованиям на модулятор радиотеплолокатора и высокой частоте переключения модулятора 2-10 кГц. Использование прямоугольной модуляции на этих частотах приводит к искажению фронтов переключения модулируемого сигнала. Использование аналоговых схем обработки информации не позволяет полностью устранить влияние этих эффектов на выходной сигнал радиометрического приемника.

В разделе описаны алгоритмы цифровой обработки сигнала с использованием прямоугольной и синусоидальной функции модуляции. При применении прямоугольной функции модуляции алгоритмы цифровой обработки информации позволяют вырезать области переходных процессов. Выходной сигнал радиотегоюлокациошгой системы описывается соотношением:

Yi/'"",{xj+i&)-k~ Уу, {t+ш)

\Р ы

Р 1=1 1 ¡=i j

¡=i

7

В соотношении (5) ивых - выходной сигнал радиометра, пропорциональный распределению яркостной температуры; и, -1 тый отсчет сигнала от антенного входа, генератора шума и согласованной нагрузки; период Л^Щ определяется частотой дискретизации; т, п, q, р - целочисленные коэффиценты, которые определяются скважностью модулирующего сигнала. 0, - нормировочные коэффициенты.

Применение синусоидальной модуляции позволяет существенно увеличить частоту переключения модулятора. Вместе с тем при использовании аналоговых методов обработки информации реализация узла контроля фазы опорного сигнала требует значительных схемотехнических затрат. В разделе описана перспективная схема построения радиотеплолокационной системы с использованием алгоритмов цифрового контроля фазы опорного сигнала.

В четвертом разделе описывается перспективы реализации радиометрических приемников с цифровым квадратичным детектированием Отсутствие достаточного места для размещения антенны на борту ЛА приводит к низкому пространственному разрешению радиотеплолокационных приемников. Выходом из этого положения является использование пассивных радиотеплолокаторов с синтезированием диаграммы направленности в процессе полета. Радиотеплолокатор в процессе полета должен регистрировать не только амплитудное, но и фазовое распределение СВЧ излучения. Использование фазовращающих устройств в СВЧ тракте приводит к неоправданным потерям мощности полезного сигнала, вместе с тем трудности, связанные с построением систем с идентичной

Рис 1. Схема приемника с цифровым квадратичным детектированием. 1- МШУ, 2- АЦП, 3- разделитель синфазной и квадратурной составляющих, 4-комплексный умножитель, 5 -сумматор.

фазочастотной характеристикой в квадратурных каналах, делшот актуальными попытки построения радиометрических систем, в которых возведение в квадрат комплексной амплитуды

электромагнитного поля происходит в цифровом квадратичном детекторе с регистрацией фазы принимаемого сигнала. В разделе обсуждается возможность реализации подобного способа обработки информации.

Частота дискретизации сигнала Р для подобной схемы обработки информации должна удовлетворять следующим соотношениям:

где АГ- полоса частот принимаемого сигнала.

В третьей главе описывается реализация системы предварительной обработки информации для сканирующего СВЧ радиометра "Дельта".

В первом разделе описываются конструктивные особенности построения СВЧ радиометрического сканера, принцип предварительно» обработки, архитектура системы предварительной обработки данных СВЧ сканера "Икар-Дельта".

В разделе приводятся примеры схемотехнической реализации основных плат и модулей блока предварительной обработки информации: контроллера сбора и обработки информации, процессорного модуля, синхронного интегрирующего фильтра.

В разделе приводится краткое описание алгоритма функционирования программного обеспечения СВЧ радиометрического сканера, приводится формат выходного информационного потока данных.

Во втором разделе приводится описание результатов летно-космических испытаний сканера "Дельта" и предварительные результаты экспериментальных исследований с помощью комплекса "Икар-Дельта". Результаты летно-космических испытаний свидетельствуют о возможности использования цифровых методов предварительной обработки информации в бортовых радиометрических системах космического базирования.

А/ (6)

к

В четвертой главе описана реализация бортовых систем регистрации и предварительной обработки информации.

В первом разделе выделяются основные требования к системе бортовой предварительной обработки данных радиофизической аппаратуры. В разделе отмечаются, что основные трудности, возникающие при построении высокоинформативных систем предварительной обработки информации связаны с устройством узлов ввода-вывода информации.

Во втором разделе дается краткий обзор основных архитектур устройств ввода - вывода информации, применимых для использования в бортовых системах регистрации и предварительной обработки информации радиофизического комплекса. В качестве основных архитектур устройств ввода-вывода рассматриваются:

1. Архитектура устройств ввода информации дистанционного зондирования с непосредственной записью данных в операт ивную память основного компьютера с помощью контроллера прямого доступа к памяти.

2. Архитектура устройств ввода данных с записью информации в адресное пространство портов ввода-вывода основного компьютера.

3. Архитектура устройств ввода данных с записью информации в собственную буферную память системы обработки данных с выводом информации в адресное пространство портов ввода вывода основного компьютера.

4. Архитектура устройств ввода данных с записью информации в собственную буферную память системы обработки данных, адресное пространство которой совмещено с адресным пространством персонального компьютера.

5. Архитектура устройств ввода данных с записью информации в собственную буферную память системы обработки данных с многопроцессорной параллельной обработкой информации.

В третьем разделе описывается методика экспериментального исследования параметров архитектур устройств ввода-вывода информации.

В разделах 4-9 описываются результаты экспериментальных исследований параметров архитектур ввода-вывода информации.

На основании проведенных исследований отмечается то, что архитектура устройств ввода вывода с непосредственной записью информации в адресное пространство памяти и портов ввода вывода с помощью процедур программного полинга, обработки прерываний и ПДП применима для ввода низкоинформативных потоков информации (до 200 КБайт/еек).

Многопотоковая архитектура устройств ввода данных с записью информации в собствитую буферную память системы обработки данных с выводом информации в адресное пространство портов ввода вывода основного компьютера применима для ввода информационных потоков до 10 Мбайт 7 сек. Эта архитектура построения устройств ввода вывода -применима для обработки информации сканирующих систем видимого ИК и СВЧ диапазона.

Многопотоковая архитектура устройств ввода данных с записью информации в собствсшгую буферную память системы обработки данных с многопроцессорной обработкой информации позволяет осуществлять ввод информации со скоростями выше Шбайт/сек. Эта архитектура может использоваться в бортовых системах предварительной обработки данных радиолокаторов и радиометров с синтезированной апертурой.

В главе делается вывод о перспективности использовашм многопотоковой архитектуры ввода — вывода в бортовых многоканальных системах регистрации и обработки данных реального времени.

В пятой главе описана реализация бортовых систем регистрации и предварительной обработки информации с использованием различных архитектур ввода вывода.

В первом разделе в качестве примера построения многопотоковой архитектуры обработки информации в реальном времени приводится описание работы блока Дельта 2П/2, комплекса Икар-Дельта. Комплекс аппаратуры Икар-Дельта состоит из 17 р ад и оте I иго л о ка цио н и ы х приемников, объединенных в 4 системы: 1 .Сканирующего радиотеплового сканера Дельта.

2.Сканирующего радиотеплового сканера Р-400.

3. Панорамного двухчастотного радиометра Икар-П.

4.Надирного радиометрического комплекса Икар-Н.

В разделе описывается архитектура системы регистрации и предварительной обработки данных компелкса "Икар-Дельта" -блока Дельта 2П-2.

В разделе приводится описание схемотехнической реализации основных плат и модулей блока Дельта 2П-2. - контроллеров сбора и обработки информации, процессорного модуля.

В разделе приводится краткое описание алгоритма ' функционирования программного обеспечения комплекса, приводится формат выходного информационного потока данных комплекса "Икар-Дельта".

Во втором разделе описывается реализация многопотоковой параллельной архитектуры обработки информации в системе сбора и обработки информации самолетного комплекса дистанционного зондирования Земли. Комплекс дистанционного зондирования Земли установлен на борту самолета -лаборатории ИЛ-18 » предназначен для решения задач экологического мониторинга и

Рис2. Функциональная схема бортовой системы управления и обработки информации Дельта2П/2.

И

1 8 8

4 4

5 5

и

й нё

1-Управление модуляторами, 2- Прием информации, 3-Измерительный усилитель с синхронным интегрированем, 4-Мультиплексор, 5-АЦП, 6-Контроллер Дельта, 7- Импульсы синхронизации, 8-Измсрительный усилитель, 9- Конгроллер Р-400, 10- Телеметрия, 11- Прием информации Икар-Н, 12 -Прием информации Икар-П, 13 -контроллер Икар-Н, 14 Интерфейс общей шины системы сбора и предварительной обработки. 15-Це>ттральный процессор, 16-Оперативная память программ, 17-Оперативная память данных, 18-ПЗУ, 19- контроллер системы единого времени, 20 - Контроллер радиоканала передачи информации на НИП.

7

9

природопользования. В комплекс аппаратуры, установленной на самолете -лаборатории, входят:

1. СВЧ радиометрический сканер

2. Радиолокатор синтезированной аппертуры

3. Сканер теплового диапазона 7-14рм.

4. Четырех- канальный сканер видимого и ближнего ИК диаапазона

В разделе описывается опыт проектирования единой системы обработки и визуализации информации в реальном времени в процессе полета. Комплекс предварительной обработки информации обеспечивает:

1. Получение калиброванного изображения в ИК диапазоне с точностью 0.2°С и угловым разрешением < 1 мрад при полосе обзора 60 град.

2. Получение радиотеплового изображения в трех диапазонах(13, 22, 37 ГГц) с флухтуационной чувствительностью 0.5-0.7° К на элемент изображения с геометрическим разрешением 1.2°.

3. Получение радиолокационного изображения местности с разрешением 25м. в полосе обзора 15км с динамическим диапазоном 20 дб.

В четвертом разделе описывается опыт построения четырех диапазонного сканирующего радиометрического комплекса, предназначенного для метеорологических исследований.

Рабочие длины волн радиометрического комплекса -2.25 см., 1.35 см, 0.8 см, 0.3см.

В разделе описываются результаты экспериментальных исследований содержания водяного пара в атмосфере по результатам одновременных измерений с помощью лидара и СВЧ радиометрического комплекса, приводится описание проведения совместных экспериментов и полученных результатов.

В заключении кратко перечислены основные результаты и выводы работы.

3. Основные результаты работы

1. Разработаны архитектуры построения цифровых систем регистрации и предварительной обработки данных реального времени для многоканальных радиотеплолокационных сканирующих систем аэрокосмического и наземного базирования с радиометрическим

разрешением 12 бит и геометрическим разрешением 256 пиксел/ скан.

2. Разработана архитектура построения бортовых систем обработки высокоинформативных потоков данных в реальном времени. Скорость обработки информации в этих системах составляет 40 MIPS, при информативности входного потока больше 100 Мбит/ сек..

3. Создана и запущена в эксплуатацию бортовая система регистрации, управления и предварительной обработки данных радиометрического комплекса Икар-Дельта модуля "Природа" орбитальной станции "МИР" состоящая из 17 трассовых и сканирующих радиометров. Эта система успешно функционирует с момента вывода на орбиту (1996г.) по настоящее время.

4. Разработан портотип системы сбора и обработки данных реального времени для радиолокатора с синтезированем аппертуры. Пространственное разрешение радиолокатора составляет 25м. В полосе обзора 20 км. Портотип системы обработки данных позволяет получать радиолокационное изображение местности в процессе полета ЛА. Информативность первичного информациионного потока составляет 160 Мбит сек. Время синтезирования и регистрации изображена» 20x20км в процессе полета не более 3 мин.

5. Создан бортовой комплекс регистрации и обработки данных дистанционного зондирования Земли. Комплекс обработки информации включает в себя цифровые подсистемы обработки информации в реальном времени для ИК сканера диапазона (7-14 мкм.) с разрешающей способностью 1 мрад., радиолокатора с синтезированием аппертуры S диапазона, сканирующей радиотеплолокационной системы работающий в диапазоне 0.8 - 2.2 см. Этот комплекс был установлен на самолете лаборатории ИЛ-18 и использовался при проведении международных геофизических самолетных экспериментов в 1993 - 1996гг.

6. Разработана методика настройки и отладки программного обеспечения бортовых микропроцессорных систем реального времени на базе процессоров TMS320 С25, TMS320C30.

4. Публикации по теме диссертации

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. A.HornbosteI A.Schroth В. Kutuza A.Evtushenko Spectral and Dual Polarization Measurements of Rain Brightness Temperature and Radar Reflectivity Proc. PIERS'96 Symp Innsbruck, Austria8-12 July, 1996. p. 106

2. B.Kutuza A.Evtushenko P.Meischner C.Kiemle G.Ehret Remotely Sended Water Vapor Variations during CLEOPATRA'92 "Beitr. Phys. Atinosph." 1994, Vol. 67, № 4 pp. 287- 301

3. B. Kutuza M.T.Smirnov M.Hagen A. Evtushenko Estimation of Rain Rate by" Microwave Radioraetry and Active Radar during CLEOPATRA'92 Beitr.Phys.Atmosph." pp. 303-312 1994, Vol. 67, № 4

4. Н.А.Арманд М.В.Данилычев А.В.Евтушенко Б.Г. Кутуза В.А.Мороз и др. Аппаратурный комплекс дистанционного зондирования природной среды на самолете ИЛ-18 и возможности его использования в экологических исследованиях Электромагнитные волны , 1995, № 4 стр. 56- 61

5. N.A. Armand, A.V. Evtouchenko, A.G. Nikolaev, B.G. Kutuza, E. M. Petrov , I.V. Bragin, V.P. Sgibnev, N. M. Feizulla, K.A. Pobedonostsev, B.N. Savin, A.A. Morozov, G.M. Ko!ner Experience in the creation of space-based radiometric complexes. Proc. of int symp. SCRS 97 (XIAN -1997r.)

6. И.В.Брагин, В.П. Сгибнев, K.A. Победоносцев, A.B. Евтушенко, Б.Н. Савин и др. Спутниковые радиометрические системы для дистанционного зондирования земли и атмосферы. Радиотехнические тетради № 13 1998г.

7. М.В.Данилычев А.В.Евтушенко Б.Г. Кутуза А.ИЛотов А.Г.Николаев Наземные эксперименты для отработки методики дистанционного зондирования Сб., Вопросы дифракции Изд-во МФТИ, М., 1990

8.М.В.Данилычев А.В.Евтушенко Б.Г. Кутуза Влияние отраженного от от морской поверхности радиоизлучения Солнца на величину

радиояркостной температуры системы IV Всесоюзная школа по по распространению мм и суб. мм волн в атмосфере Тезисы докладов, Нижний Новгород, 1991 стр. 84-86

9. М.В.Данилычев А.В.Евтушенко Б.Г. Кутуза А.И.Лотов А.Г.Николаев Рассеяние СВЧ-радиоизлучения Солнца на шероховатостях взволнованной морской поверхности Радиотехника и электроника", стр.273-2781993, т.38, Jfe 2

10. M.V.Danilitchev B.G. Kutuza A.V.Evtushenko A.l.Lotov A.G.NikoIaev Investigation of Sun Microwave Emission Intensity Reflected by Rough Sea Surface Proc. IGARSS'93 Tokyo, Japan, 1993, v. IV pp.1630- 1633

Соискатель - у ^^^ . ___