Радиолокационный мониторинг (стр. 23 )

―  создание метеорадаров для летательных аппаратов различного назначения;

―  создание магнитотерапевтических аппаратов;

―  создание портативных экологически чистых термоэлектрических холодильников.

―  создание дисплейных станций для пилотируемых космических аппаратов;

―  создание радаров сверхвысокого разрешения для всепогодного мониторинга земной поверхности.

Основные виды гражданской продукции

Корпорация выпускает гражданскую продукцию в различных областях хозяйствования:

1) метеорология:

o  метеорадар «ГУКОЛ-1» (1999 г. – запущен в серийное производство);

o  метеорадар «"ГУКОЛ-2» (2001 г.).

2) медицина и ветеринария:

o  аппарат сочетанного вакуум-магнитотерапевтического воздействия бегущим импульсным магнитным полем «ЭРМАГ» (2003 г.)

o  аппарат сочетанного воздействия магнитным полем и лазерным излучением «ЛАМА» (2003 г.);

o  аппарат для сочетанного воздействия импульсным низкочастотным магнитным полем и электрическим током (2001 г);

o  портативный аппарат для низкочастотной магнитотерапии «МАГ 30-6» (1998 г.);

o  лечебный аппарат с импульсным магнитным полем «АЛИМП-1» (в стадии освоения серийного производства);

o  ветеринарный магнитотерапевтический аппарат «ВЕТАМИГ» (в стадии освоения серийного производства);

o  аппарат бегущего импульсного поля «БИМП» (в стадии освоения серийного производства);

3) бытовая техника:

o  термоэлектрические холодильники «ФАЗОТЕРМ 008-65» (2003 г.), «ФАЗОТЕРМ 004-12» (2003 г.), «ФАЗОТРЕМ ХТА-001 (в стадии освоения серийного производства);

o  термоэлектрическое устройство для быстрого охлаждения или нагрева «СНЕГИРЬ» (2002 г.);

4) системы безопасности:

o  подъездной домофон «ВД-1» (2002 г.);

5) космическая и промышленная техника

o  дисплейная станция пилотируемого космического аппарата «СИМВОЛ-Ц» (1999 г.);

o  сварочный аппарат «ФАЗОТРОН-302» (2002 г.).

Метеорадары

Семейство когерентных метеонавигационных радиолокаторов «ГУКОЛ», обладающих возможностью обнаружения и цветного отображения метеообразований, турбулентности и сдвига ветра, разработано для самолетов и вертолетов различного назначения (дальних и местных авиалиний, служебных, военно-транспортных и заправщиков).

Режимы работы и выполняемые функции:

―  обнаружение и отображение метеообразований на дальности до 600 км Ф Обнаружение и отображение турбулентности на дальности до 100 км;

―  обнаружение сдвига ветра и формирование сигналов предупреждения об опасности;

―  картографирование земной поверхности действительным лучом;

―  горизонтальный и вертикальный разрезы метеообразований;

―  доплеровское обужение луча;

―  синтезирование апертуры;

―  «замораживание» карты и укрупнение масштаба;

―  возможность работы с наземными радиомаяками-ответчиками;

―  метеорадары обладают высокой надежностью, удобны в эксплуатации как в воздухе, так и в обслуживании на земле.

Таблица 7.13.

Основные характеристики метеорадоров

	«ГУКОЛ-1»	«ГУКОЛ-2»
Дальность действия, км	600	400
Масштаб дальности, км	10, 50, 100, 300, 600	10, 50, 100, 200, 400
Диаметр зеркала антенны, мм		457
Диапазон частот	XX
Сектор обзора:
азимут, град,.	±90	±60
по углу места, град	±40	±30
Импульсная мощность, Вт	500
Энергопотребление по сети:
115В, 400 Гц, ВА	300 ВА	200
+ 27 В, бортовая сеть, ВА	-	-
Масса, кг	28	20
Охлаждение	Воздушное
Соответствие требованиям ARINC - 708А	+	+

Радары сверхвысокого разрешения для всепогодного наблюдения и дистанционного зондирования земной поверхности (аэрокосмический мониторинг)

С 2000 года «Фазотрон» ведет разработку радаров для космического мониторинга состояния земной поверхности. Многодиапазонные (Ки, X, L) малогабаритные радары сверхвысокого разрешения с синтезированной апертурой антенны, установленные на вертолётах, лёгких самолётах и платформах малых космических аппаратов, позволяют передавать с борта не только голографическую информацию для её последующей наземной обработки, но и радиолокационное изображение в реальном масштабе времени.

Решаемые задачи:

―  экологический мониторинг моря и суши, ледовая разведка;

―  мониторинг растительного покрова;

―  мониторинг чрезвычайных ситуаций;

―  распознавание природных аномалий;

―  мониторинг мегаполисов и населённых пунктов;

―  мониторинг состояния различных наземных техногенных объектов;

―  контроль оперативной обстановки;

―  мониторинг нефтегазоконденсатных месторождений, в том числе в Арктическом регионе (Штокмановское месторождение, Обская губа, полуостров Ямал и др.);

―  геологическое и топографическое радиолокационное картографирование;

―  обеспечение всепогодного применения авиационных средств в любых географических широтах;

―  радиолокационное зондирование подповерхностного слоя земли;

―  получение трехмерного радиолокационного изображения земной поверхности для патрулирования в труднодоступных районах нефтегазовых трасс;

―  обеспечение «слепой» посадки вертолётов на неподготовленные площадки, корабли и морские платформы, в том числе в сложных метеоусловиях.

Возможен выпуск РЛС для космических носителей в двух вариантах:

1)  однодиапазонный вариант с пространственным разрешением в диапазоне Х (1-3 м) или в диапазоне L (10-12 м);

2)  двухдиапазонный совмещенный вариант.

Средства отображения информации
о состоянии космического корабля и космонавтов

Создав собственные средства отображения информации о состоянии систем космического корабля и космонавтов, а также для обеспечения ручной стыковки кораблей на орбите, «Фазотрон» вывел свои технологии и в космическое пространство. С середины 60-х годов на борту всех пилотируемых советских и российских космических кораблей устанавливалась разработанная «Фазотроном» аппаратура «Стрелка», «Символ» и их модификации, В настоящее время «Символ-Ц», совмещенный с телевизионным каналом, используется в служебном модуле Международной космической станции в качестве дисплейной станции бортового вычислительного комплекса, а ее модификация выпускается серийно для грузовых и транспортных космических кораблей программы МКС. Корпорация ведет разработку нового поколения дисплеев на современной элементной базе.

Основные функции:

―  отображение на экране индикатора цветной знако-буквенной и графической информации от БЦВК;

―  отображение совместимого изображения - своего цветного и черно-белого от бортовой телевизионной системы (БТС);

―  формирование сигнала для воспроизведения изображения на наземных цветных ВКУ (в центре управления полетом).

Основные характеристики:

―  размер изображения: 70мм x128мм;

―  количество цветов: 7;

―  количество точек: 384 - по горизонтали, 256 - по вертикали;

―  максимальная яркость изображения: 70 кд/м2;

―  потребляемая мощность: 143 Вт (от +27В);

―  диапазон температур: +10…+50°С.

Глава 8. Инновации радиолокационного мониторинга

8.1. Решение экологических задач

Обнаружение нефтяных пятен с ИСЗ NOAA. Для индикации[85] малых вариаций излучательной способности на морской поверхности при радиометрическом зондировании нефтяных пятен с ИСЗ предложен новый метод расщепленного окна, подробное описание которого содержится в статье. Показана возможность обнаружения вариаций температуры < 1 0C, рассмотрено применение метода для анализа изображений, полученных радиометром высокого разрешения. Доказана возможность регистрации излучения пятен на морской поверхности ночью.

Результаты экспериментов с РСА, установленной на европейском спутнике дистанционного зондирования. Изложены[86] некоторые результаты экспериментов, проведенных Исследовательской лабораторией связи Японии (Communications Research Laboratory), с РСА, установленной на европейском спутнике дистанционного зондирования 1 (ERS-1). Приведено описание радиометрической калибровки РСА (пассивной) по уголковым отражателям и активной с помощью калибратора ARC. Оценены возможности РСА по наблюдению за развитием посевов риса и по обнаружению нефтяных пятен. Последние наблюдения производились при различной скорости ветра у поверхности моря и дали положительные результаты. Эксперименты с PCA ERS-1 предполагается продолжить.

Портативный радиолокационный обнаружитель зарытых в земле предметов. Испытания[87] образца портативного статического радиолокационного обнаружителя подтвердили возможность определения местонахождения подземных труб и др. крупных зарытых объектов на глубине до 1,5 м. Прибор способен обнаруживать пластиковые и металлические предметы, определять наличие утечки воды из трубопроводов в песчаной почве при глубине до 0,3 м. Мощность сигнала РЛС около 200 мВт, рабочая частота 2 ГГц. Антенны трехмиллиметрового диапазона для радиолокационных станций обнаружения нефтяных пятен на морской поверхности. Описана[88] конструкция и приведены экспериментальные характеристики для двух типов компактных антенн коротковолновой части ММВ диапазона с ножевидной ДН. Антенны спроектированы для самолетной РЛС обнаружения нефтяных пятен на морской поверхности.

Лесное и сельское хозяйство

Классификация земных покровов по радиолокационным изображениям. Приведены[89] результаты исследований по тематической обработке орбитальных изображений, полученных с помощью РСА SIR-C/X-SAR в L и С-дпапазонах на поляризациях HH, VV, HV. Рассмотрены вопросы распознавания характеристик лесной и сельскохозяйственной растительности, эрозионных процессов почвы в региональном масштабе на равнинной и предгорной территориях Алтайского края. Рассмотрено влияние фильтрации спекл-шума, проведена процедура классификации изображений ядрами в пространстве контраст – среднее значение интенсивности. Результаты классификации сравнивались с наземными данными, а также с орбитальными сканерными и фотоизображениями в оптическом диапазоне.

Мониторинг лесных массивов с использованием данных радиолокационного и оптического наблюдения. Спутниковые[90] системы наблюдения поверхности Земли в оптическом и в радиолокационном диапазонах волн позволяют достаточно точно и быстро оценить состояние лесных массивов и выявить объем и качество древесины в лесах. Рассматриваются возможные достоинства методики совместного анализа данных спутника оптического наблюдения поверхности Земли «Spot» и спутника «Radasat» с РСА для решения указанных выше задач. Фирма Spot Image (Франция) совместно с фирмой Spot Asia (Сингапур) и лесозаготовительной компанией в Сараваке (о. Борнео) провели исследование возможности комбинированного наблюдения со спутников в различных диапазонах волн с целью получить данные, необходимые в деятельности лесозаготовительных компаний. Фирма Spot Image обязуется разработать методики компьютерной обработки изображений. Результаты экспериментов показали эффективность и большие возможности рассмотренных систем по контролю за ресурсами лесных массивов.

Моделирование поляриметрических отражений от крон деревьев и анализ собственных значений изображений, сформированных РСА. Разработана[91] модель многоуровневых несферических отражателей для полностью поляриметрического отражения от крон деревьев для изображений, полученных микроволновой РСА. С помощью обобщенной аппроксимации Релея-Ганса получены амплитуды отражений от случайно ориентированных несферических частиц (дисков и игл). Откорректирована формулировка волны, отражающейся от цилиндров с конечными размерами, моделирующих стволы деревьев. Сформирована недиагональная матрица затуханий и найдено решение матрицы Мюллера. Получены численные решения поляриметрического отражения от произвольно расположенных несферических отражателей в виде четырех параметров Стокса. Для физ. идентификации отражателя в решении поляриметрической матрицы Мюллера, рассматривается матрица когерентности и проводится анализ собственных значений. Информация о собственных значениях и энтропии используется для идентификации поляриметрического процесса отражения от случайных сред. Обсуждается зависимость собственных значений и энтропии от различных параметров. Показаны возможности применения анализа изображений, полученных самолетной поляриметрической РСА.

Характеристики ослабления радиоволн в лесной среде. Приведены[92] экспериментальные данные о среднем ослаблении радиоволн вертикальной поляризации диапазона 150...700 МГц в лесных средах двух типов: однородном сосновом и смешанном; обнаружены «окна прозрачности» в том и другом типах леса, построена теоретическая модель для оценки среднего поля в лесу; установлены значения параметра k/2(s)0,5, при которых ослабление волн минимально. Теоретические и экспериментальные данные находятся в хорошем согласии, особенно для однородного по видовому составу леса.

Результаты экспериментов с РСА, установленной на европейском спутнике дистанционного зондирования. Изложены[93] некоторые результаты экспериментов, проведенных Исследовательской лабораторией связи Японии (Communications Research Laboratory), с РСА, установленной на европейском спутнике дистанционного зондирования 1 (ERS-1). Приведено описание радиометрической калибровки РСА (пассивной) по уголковым отражателям и активной с помощью калибратора ARC. Оценены возможности РСА по наблюдению за развитием посевов риса и по обнаружению нефтяных пятен. Последние наблюдения производились при различной скорости ветра у поверхности моря и дали положительные результаты. Эксперименты с PCA ERS-1 предполагается продолжить.

Почвоведение и мониторинг поверхности Земли

Классификация земных покровов по радиолокационным изображениям. Приведены[94] результаты исследований по тематической обработке орбитальных изображений, полученных с помощью РСА SIR-C/X-SAR в L и С-дпапазонах на поляризациях HH, VV, HV. Рассмотрены вопросы распознавания характеристик лесной и сельскохозяйственной растительности, эрозионных процессов почвы в региональном масштабе на равнинной и предгорной территориях Алтайского края. Рассмотрено влияние фильтрации спекл-шума, проведена процедура классификации изображений ядрами в пространстве контраст – среднее значение интенсивности. Результаты классификации сравнивались с наземными данными, а также с орбитальными сканерными и фотоизображениями в оптическом диапазоне.

Классификация земных покровов по радиолокационным изображениям на основе методов статистического текстурного анализа. Производится[95] создание и исследование эффективности алгоритмов обработки радиолокационных изображений для классификации земных покровов на основе статистического текстурного анализа, методов классификации, основанных на описании классов «ядрами», и искусственных нейронных сетей и их программная реализация. Предложены схемы и созданы алгоритмы обработки радиолокационных изображений с целью классификации земных покровов. Проведено исследование эффективности и точности предлагаемых алгоритмов. Изучено влияние спекл-шума на точность классификации типов лесных покровов с использованием предлагаемых схем и созданных алгоритмов. Реализован интегрированный программный комплекс обработки радиолокационных изображений на основе открытой архитектуры, позволяющий проводить классификацию земных покровов с высокой точностью.

Радиояркостные контрасты природных образований на миллиметровых волнах. Предложено[96] математическое описание радиояркостных контрастов земных покровов с хаотическими неровностями и локальными диэлектрическими аномалиями с учетом рассеянного теплового излучения толщи атмосферы. Выполнен анализ влияния влажности, порозности, а также неровностей покрова на радиояркостный контраст. В естественных условиях на длине волны 8*10-3 м осуществлены измерения радиояркостного контраста: влажный - сухой грунт, металлический диск - грунт. Данные натурного эксперимента подтвердили теоретические оценки, тем самым свидетельствуя об адекватности предложенного мат. описания. Приведены методика и экспериментальные результаты определения температуры покровов по дистанционным поляризационным измерениям теплового радиоизлучения. Проведено сравнение экспериментальных и теоретических данных. Доказана перспективность применения поляризационного метода для практического определения температуры грунтов.

Последние достижения в разработке теории, технологии построения и применении поляризационных интерферометрических РССА. В настоящее время быстро развиваются[97] такие области радиолокационной техники, как поляризационные радиолокационные системы и интерферометрические РЛС. В соединении этих технологий с радиолокационным синтезированием апертуры открываются большие возможности по дистанционному детальному исследованию поверхности Земли. Поляризационные РЛС позволяют выявить тонкую структуру материала поверхности, ориентацию объектов. Позволяют существенно увеличить объем информации по сравнению с обычными «амплитудными» РЛС. В свою очередь, интерферометрические методы позволяют получать трехмерные изображения. Сочетание указанных возможностей исследуется во многих научно-исследовательских организациях во всем мире. В представленном обзоре (библиография содержит 173 названия) рассмотрены последние достижения в указанной области. Намечены новые направления развития методов исследования поверхности Земли, сочетающие поляризационные и интерферометрические способы.

Алгоритм идентификации пространственно-распределенных объектов при двухчастотном зондировании поверхности земли с помощью РСА. Рассмотрена[98] проблема синтеза статистических оптимальных алгоритмов обработки сигналов в радиолокационном бортовом комплексе с синтезированием апертуры антенны при двухчастотном зондировании. При построении алгоритма идентификации используется дополнительная информация об объектах, получаемая при анализе их образов в пространстве параметров сигналов.

8.2. Радиолокационный мониторинг Космоса

Космические системы и исследования планет

Космическая система RADARSAT-1 как большая информационная и динамическая система. Космическая[99] система дистанционного зондирования RADARSAT-1 рассматривается как пример большой информационной системы на базе динамического объекта. Фирма Generic Dlackboard Builder (Канада) ведет работу по использованию программ и баз данных, полученных в процессе создания, эксплуатации и модернизации информационных систем, с целью обеспечения заказов, возникающих в других областях человеческой деятельности. По инициативе Канадского космического агентства (CSA) в 1992г создана рабочая группа для анализа возможностей использования объектноориентированных программ, их функциональной декомпозиции при формулировке новых проблем. Группа использует возможности архитектуры информационной системы RADARSTAT-1 для удовлетворения растущих потребностей пользователей и обеспечения гибкого и современного управления информационными системами.

Радиолокационные исследования планеты Венера. Рассмотрены[100] вопросы исследования планеты Венера радиолокационными методами. Кратко описана история исследований планеты в оптическом диапазоне волн и радиодиапазоне. Основное внимание уделено описанию выполнения в гг. научной программы «Полюс-Венера» по радиозондированию Венеры автоматическими межпланетными станциями «Венера-15» и «Венера-16». Приведены основные итоги научных исследований Венеры, также результаты ее исследований после 1984 г. по программам «Вега» и «Магеллан».

Модель рассеяния радиоволн поверхностью Марса. На основе[101] данных цифровой карты высот Марса предложена двухкомпонентная модель неровностей его поверхности. Суть модели заключается в представлении произвольной реализации высот в виде суммы «крупномасштабной» составляющей и «мелкомасштабной» с ординатами, распределенными по закону, близкому к нормальному. Получены и проанализированы выражения для среднего поля рассеяния и эффективных коэффициентов отражения радиоволн с учетом функций распределения высот крупно - и мелкомасштабной составляющих.

Направления развития современных радиолокационных средств и систем разведки наземных целей: радиолокационные системы космического базирования. Приведен[102] аналитический обзор современных зарубежных и отечественных работ по РЛС обнаружения наземных целей космического, воздушного и наземного базирования; кратко рассмотрены алгоритмы, позволяющие получить радиолокационное изображение высокого качества для РСА.

Радиолокация астероидов и комет. В последнее время в печати все чаще появляются сенсационные сообщения об угрозе столкновения Земли с астероидами и кометами, которые на огромной скорости двигаются в пределах Солнечной системы. Чтобы подтвердить или опровергнуть возможность падения небесных тел, подобных Тунгусскому метеориту, на поверхность Земли, необходимо знать траектории полета хотя бы крупнейших астероидов и комет. Сегодня это позволяет осуществить с достаточно большой точностью[103] радиолокационная астрономия.

Системный выбор параметров аппаратуры радиолокационного зондирования для локации опасных космических объектов. Рассмотрен[104] системный подход применительно к задаче выбора параметров активной РЛС обнаружения и измерения опасных космических объектов с точки зрения ее физ. реализуемости. Показано, что при современном состоянии науки и техники такая система в принципе может быть построена, что является чрезвычайно важным для решения реальных задач защиты Земли от опасных космических объектов, которые сформулированы в ряде международных проектов, в том числе в проекте «Космический патруль».

8.3. Радиолокационный мониторинг атмосферы Земли

Метеорология, климатология и мониторинг атмосферы

Обнаружение химических соединений в атмосфере. Лаборатория Argus провела[105] летные испытания аппаратуры для обнаружения химических веществ в атмосфере. В состав этой аппаратуры входят лазерный локатор дистанционного зондирования, определяющий дифференциальное поглощение излучения лазера на СО2. Ожидаемая дальность действия аппаратуры составит 40-60 км. Разработчики предполагают довести эту дальность до 100 км.

Пространственно разнесенная РЛС для определения профиля ветра с наблюдениями пограничного слоя с высоким разрешением. Проводится[106] сравнительное исследование метода доплеровского качания ДН и метода пространственно разнесенных антенн для определения профиля скорости ветра, используемого в метеорологии и атмосферных измерениях. Второй метод использует одиночную передающую ДН и, например, 4 приемных ДН. Дифракционные ДН формируются за счет энергии обратного рассеяния от гидрочастиц, движущихся под влиянием ветра. Вектор скорости ветра строится на основе автокорреляционной и взаимной корреляционной функций за счет временного запаздывания сигналов на приемных позициях. Описываются результаты теор. моделирования и испытаний РЛС типа Radian LAP-3000, работающий на частоте 915 МГц. Приводятся характеристики РЛС и статистический анализ измерений.

Радиочастотные исследования ионосферы с помощью мощного поля фазируемых антенн. Обсуждаются[107] цели исследований, проводимых военно-воздушными и военно-морскими силами США при помощи антенного поля, построенного в удаленном районе Аляски. Официальная версия - исследование свойств ионосферы под воздействием мощного радиочастотного излучения, формируемого АР с расстоянием в 25 м между отдельными 22-мя антеннами. Общее число антенн - 180. Ортогонально расположенные диполи рассчитаны на излучение в диапазоне от 2,5 до 10 МГц общей мощностью в 30 МВт. Наземное антенное поле является начальным этапом реализации программы активных ВЧ-исследовании полярных сияний (HAARP). Комплекс передатчиков и фазируемых антенн, носящий официальное название «Ионосферный исследовательский институт2, позволяет направлять излучение в любом направлении до горизонта. Отдельный передатчик позволяет проводить регулировку излучаемой мощности от 10 кВт до 10 мВт. Двухтактные выходные усилители на лампах 4СХ 10.000, работающие в режиме класса АВ, обеспечивают подавление гармоник на 80 дБ в пределах 45 МГц, а в диапазоне от 88 до 200 МГц подавление спектральных составляющих излучения составляет 150 дБ.

Морфологический анализ данных, полученных метеорологической РЛС при исследовании картины ливневых дождей. Для построения[108] автоматических систем оценивания погоды разработана программа, позволяющая отслеживать пространственные изменения картины дождей. Предложено использование теории теоретико-множественного подхода, известной как мат. морфология, к анализу изображений. Морфологический анализ метеорологических структур позволяет исследовать их комплексное поведение. Обсуждаются некоторые результаты применения морфологического анализа формы изображения дождя, полученные по данным метеорологической РЛС. Процедура, основанная на введении метода так называемых видовых согласований для анализа и описания формы картины, позволяет эффективно использовать информацию об обнаруженных ливневых дождях и получить их оценку. Подробное рассмотрение применения метода видовых согласований для метеорологических данных позволило предложить простой метод анализа движения ливней в случае исследования урагана, который имел место во Флориде (США).

Формирование луча в четырехпроводных антеннах, используемых на метеоспутнике МЕТОР. Метеорологический[109] спутник METOP-I, который Европейское космическое агентство предполагает запустить на полярную орбиту в 2002 г. и предназначенный для получения метеоинформации для гуманитарных и спасательных операций, должен быть оснащен семью четырехпроводными спиральными антеннами с круговой поляризацией, работающими в диапазоне частот от 121,5 МГц до 2,2 ГГц. Расчет ДН таких антенн с учетом влияния корпуса спутника и панелей солнечных батарей выполнялся на основе применения геометрической теории дифракции и метода моментов. Для двух спиральных структур с бифилярной намоткой проводников и квадратурным питанием ВЧ сигналом построены ДН. Показано, что на характеристики антенн может оказывать негативное влияние разброс поляризационных характеристик.