Информационная технология для разработки алгоритма бортовой обработки радиоголограмм, полученных с помощью радара с регулируемой апертурой: методический подход

Язык труда и переводы:
УДК:
528.851
Дата публикации:
13 декабря 2021, 19:18
Категория:
Секция 11. Наукоемкие технологии в ракетно-космической технике
Авторы
Черный Анатолий Николаевич
НИИ космических систем имени А.А. Максимова – филиал АО «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева»
Аннотация:
Рассмотрен методический подход к разработке информационной технологии наземной отработки модернизированного алгоритма бортовой обработки радиоголограмм на основе блочно-адаптивного квантования с кодированием по Хаффману. Сущность технологии заключается в решении оптимизационной задачи максимизации компрессии космической информации, содержащей радиоголограммы и передаваемой по радиолинии «борт — Земля». При этом обеспечивается минимизация влияния компрессии КИРГ на качество синтезируемых радиолокационных изображений.
Ключевые слова:
радиоголограмма, синтезируемая апертура, радиолокационное изображение, блочно-адаптивное квантование, кодирование по Хаффману, компрессия, космическая информация, бортовая обработка, информационная технология, помехоустойчивость
Основной текст труда

В соответствии с действующей Концепцией развития космической системы дистанционного зондирования Земли из космоса (ДЗЗ), создание и ввод в эксплуатацию космических аппаратов (КА), оснащенных радиолокаторами с синтезируемой апертурой (РСА), являются одной из важнейшей задачей развития космической системы ДЗЗ [1, 2].

Радиолокационная съемка с использованием РСА является перспективным направлением получения высококачественной геопространственной информации, существенно отличающейся от получаемой с использованием оптикоэлектронной аппаратуры ДЗЗ.

Высокое разрешение и детализация, независимость от погодных условий, облачности и времени суток, возможность «заглянуть внутрь» объекта съемки обеспечивают высокую востребованность радиолокационных ихображений (РЛИ) в различных сферах экономики, что обуславливает необходимость дальнейшего развития методического обеспечения и информационных технологий получения и обработки результатов радиолокационного зондирования Земли с использованием РСА, размещенных на КА ДЗЗ.

Одна из актуальных задач, требующей первоочередного разрешения, связана с двухэтапной технологией получения РЛИ: обработка радиоголограмм (РГ) на борту КА ДЗЗ и последующий синтез РЛИ с использованием наземных аппаратно-программных средств приема и обработки компрессии космической информации, содержащей радиоголограммы (КИРГ).

Полный объем РГ может достигать сотен гигабайт (в зависимости от времени работы и режима съемки на витке), что с учетом современного уровня и темпов развития радиолинии «борт — Земля» и наземной инфраструктуры приема и обработки КИРГ может привести к проблемной ситуации, при которой «сброс» на наземные средства накопленного на борту информационного ресурса с результатами радиолокационной съемки потребует нескольких сеансов радиосвязи. А это отрицательно скажется на оперативности доведения РЛИ до потребителя и ее актуальности.

Целью бортовой обработки радиоголограмм является повышение степени компрессии КИРГ, что, однако, может оказать существенное отрицательное влияние на качество синтезируемых РЛИ. В этой связи остается актуальной задача разработки информационной технологии отработки алгоритмов бортовой обработки (АОР) РГ с целью оптимизации его параметров, один из вариантов методического подхода к решению этой задачи приводится в данном докладе.

В методическом плане бортовая обработка может рассматриваться как разработка математического аппарата, обеспечивающего высокое «сжатие» РГ и повышение помехоустойчивости КИРГ, разработанного на основе блочно-адаптивного квантования с кодированием по Хаффману. При этом научная новизна АОР обеспечивается за счет модификации математического аппарата, включая предложения по критерию выбора порогов и уровней квантования, что обеспечивает для выбранной степени «сжатия» при незначительной вычислительной сложности наилучшее отношение сигнал/шум на синтезируемом РЛИ.

В информационно-технологическом плане предлагается информационная технология наземных АОР, заключающаяся в решении оптимизационной задачи максимизации компрессии КИРГ при минимизации ее влияния на качество синтезируемых РЛИ. В результате такой наземной отработки рассчитываются оптимальные параметры и коэффициенты, обеспечивающие максимальную компрессию РГ при сохранении или допустимом снижении качества РЛИ, синтезируемых из КИРГ.

Для оценки качества РЛИ предлагается методика расчета значения интегрированного показателя (ИПК) РГ, компонентами которого являются основные параметры РЛИ и свертка которых учитывает важность параметров в зависимости от предназначения РЛИ.

Новизна в этом направлении заключается в информационно-технологических решениях наземной отработки АОР для оптимизации его параметров с учетом применимости РЛИ и методике расчета оптимальных порогов и уровней квантования.

Структурно-функциональной схемой информационной технологии отработки АОР для решения оптимизационной задачи предусматривается циклическая реализация четырех основных информационно-технологических процессов:

  • автоматизированное управление отработкой, формирование и изменений условий ее проведения — массив исходных данных для задания исходной РГ, параметров «сжатия» и повышения помехоустойчивости;
  • бортовая обработка исходной РГ в соответствии с АОР при заданных параметрах «сжатия» и повышений помехоустойчивости с целью формирования КИРГ для передачи по радиолинии «борт — Земля»;
  • прием и распаковка КИРГ с последующим синтезом РЛИ;
  • оценка качества АОР — оценка степени влияния бортовой обработки на РЛИ путем вычисления и сравнения значения ИПК РГ для  РЛИ, синтезированных из исходной и восстановленной из КИРГ радиоголограмм.

При достижении требуемого уровня компрессии РГ и допустимом снижении качества РЛИ отработка прекращается, а параметры «сжатия» и повышения помехоустойчивости принимаются в качестве оптимальных. В противном случае параметры оптимизации изменяются и цикл вычислений повторяется.

По результатам оптимизации составляются таблицы, которые будут заноситься в память бортового вычислителя и наземных средств распаковки РГ и использоваться при бортовой обработке РГ в зависимости от решаемых РСА задач и предполагаемой применимости РЛИ. При необходимости наполнение таблиц может оперативно уточняться в течение всего срока активного существования КА ДЗЗ.

Предполагается, что развитие предложенного методического подхода обеспечит разработку информационной технологии, программно-алгоритмическая реализация которой позволит за счет внедрения АОР в бортовой вычислительный комплекс обеспечить существенное (до 35...40 %) снижение объема и повышение помехоустойчивости КИРГ при обеспечении допустимого снижения качества РЛИ, определяемого с учетом их применимости для информационного обеспечения решаемых управленческих задач. 

Литература
  1. Основные положения Федеральной космической программы 2016–2025 гг. URL: https://www.roscosmos.ru/22347/ (дата обращения 12.11.2021).
  2. Заичко В.А., Хайлов М.Н. Основные направления развития российской системы ДЗЗ из космоса // Дистанционное зондирование Земли из космоса в России. 2019. Вып. 1. С. 8–15.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.