Российский ученый-физик предложил способ автоматической корректировки настроек радиолокационной системы с синтезированной апертурой. Полученные данные исследования представляют интерес как для российских, так и для зарубежных систем радиолокационного наблюдения за окружающей средой. Статья опубликована в журнале «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса».
Радиолокационные системы, использующие антенну с синтезированной апертурой, обеспечивают высокую разрешающую способность по азимуту благодаря виртуальному увеличению длины антенны. Достигается это путем специальной обработки когерентных сигналов, получаемых в процессе движения радиолокатора. В ходе перемещения радиолокатор излучает сигналы в направлении Земли и фиксирует отраженные от ее поверхности сигналы. Система собирает большое количество таких сигналов в процессе перемещения и обрабатывает их, имитируя прием сигналов одной антенной с увеличенной апертурой. Следовательно, радиолокационные системы с синтезированной апертурой позволяют получать детализированные изображения земной поверхности, ее рельефа и расположенных на ней объектов, вне зависимости от погодных условий и освещения. Это делает их незаменимыми для точного картографирования, отслеживания перемещения различных объектов и решения других прикладных задач.
Проблема в работе системы заключается в неточном определении местоположения космического аппарата во время съемки. Обработка изображений с неверными метаданными вызывает геометрические искажения и ошибки при привязке к местности. Для решения этих проблем используются алгоритмы коррекции и калибровка с использованием контрольных данных.
«Целью моего исследования было повышение точности привязки радиолокационных изображений с использованием автоматизированных методов, исключающих необходимость участия специалистов-операторов. В настоящее время коррекция выполняется вручную посредством визуального сравнения опорных оптических и радиолокационных изображений. Учитывая особенности радиолокационных данных, эта задача оказывается сложной и требует значительных трудозатрат. Предлагаемый подход позволит существенно уменьшить объем работы операторов и обеспечить автоматическую обработку радиолокационных изображений в режиме реального времени для повышения их качества», — рассказал Богдан Савченко, аспирант Физтех-школы Аэрокосмических технологий МФТИ.
Автор исследования создал методику автоматизированной корректировки параметров точной модели радиолокационной системы с синтезированной апертурой, используя данные с оптических сенсоров. В рамках исследования предлагается преобразовать оптические изображения в проекцию наклонной дальности – изображение поверхности, представленное в системе координат, соответствующей движущейся радиолокационной системе. Этот этап необходим для согласования межпиксельных расстояний и размеров пикселей в анализируемых растровых изображениях, что упрощает работу автоматизированных алгоритмов поиска ключевых точек. Затем, по изображениям, представленным в одной проекции, выполняется поиск соответствующих ключевых точек. В работе также предложены критерии проверки найденных пар точек с целью повышения точности последующего анализа. Полученные пары соответствующих ключевых точек анализируются для определения погрешности по времени и дальности. Полученная информация об ошибках впоследствии используется для уточнения параметров строгой модели радиолокационной системы.
Методика была проверена на четырех радиолокационных снимках, полученных с космического комплекса «Кондор-Э» в ходе детальной съемки с непрерывным охватом. Оценка эффективности разработанного алгоритма осуществлялась посредством вычисления расхождений по набору контрольных точек, определенных на итоговом орторектифицированном радиолокационном изображении и исходном опорном оптическом изображении, представленных в картографических проекциях. Результаты продемонстрировали существенное повышение точности геопривязки. Автоматическая корректировка параметров модели способствовала уменьшению геометрических искажений.
Изначальные ошибки геопривязки для большинства снимков превышали 300 метров, в некоторых случаях достигая 4 км. Средняя ошибка привязки исходных радиолокационных изображений составляла около 630 м. После использования разработанного автоматического уточнения параметров строгой модели и проведения геометрической коррекции снимков, средняя ошибка уменьшилась до 26 метров. Минимальная ошибка геопривязки составила 6 метров, а максимальная — 67 метров, зафиксированная среди всех снимков. Анализ выявил, что такие отклонения связаны с особенностями фоновой обстановки, низким контрастом объектов интереса и наличием существенных искажений рельефа. Однако даже в этих случаях ошибка была уменьшена в среднем в 10–20 раз по сравнению с исходным значением.