Целевое применение КС РЛН «Кондор – ФКА» в интерферометрических режимах съемки

Наблюдение земной поверхности в интерферометрических режимах съемки, обеспечивающих получение взаимно когерентных за протяженный интервал времени данных радиолокационного наблюдения, рассматривается как один из основных способов целевого применения перспективных космических аппаратов (КА) «Кондор – ФКА», что соответствует сложившейся в мире практике использования космических РСА.
Интерферометрическая съемка с КА «Кондор – ФКА» обеспечит получение высокоточных (2 - 4 метра) цифровых моделей рельефа (ЦМР) местности в интересах картографии и информационного обеспечения производственной деятельности. В настоящее время актуальными являются задачи как площадной радиолокационной интерферометрической съемки обширных районов суши в целях создания их глобальных трехмерных карт, так и формирование детальных высокоточных ЦМР на отдельные районы.
Важным практическим применением КА «Кондор – ФКА» станет получение данных о высотных смещениях и деформациях земной поверхности и крупных инженерно – технических объектов по результатам дифференциальной интерферометрической съемки. При этом обеспечивается очень высокая точность получаемых результатов – единицы мм. Дифференциальная интерферометрическая космическая съемка получила в мире в настоящее время широкое применение и стала одним из основных направлений целевого применения современных космических РСА в интересах оперативного мониторинга критически важных районов и крупных промышленных объектов с целью раннего выявления предпосылок возникновения и развития природных или техногенных катастроф и обеспечения принятия необходимых упреждающих организационно – технических мер.
Новой и перспективной технологией получения информации о земной поверхности в процессе интерферометрической съемки, которая также может быть реализована с использованием данных КА «Кондор – ФКА», представляется получение и интерпретация изображений когерентности в совокупности с амплитудными изображениями наблюдаемого участка местности. Первоначально эта технология использовалась как вспомогательная в процессе реализации технологий интерферометрической обработки радиолокационной информации (РЛИ). Однако по мере их развития формирование изображений когерентности местности и их комплексирование с амплитудными изображениями с последующим отслеживанием динамики их изменения выделилось в самостоятельную технологию, обеспечивающую решение задач классификации типов отражающих объектов и поверхностей и их изменений, происходящих за временной интервал наблюдения. Как показывает практика, композитные РЛИ, сформированные из различных слоев, представляющих собой разновременные амплитудные РЛИ, а также изображения других диапазонов и изображения когерентности, полученные в процессе их интерферометрической обработки, отличаются высокой информативностью и обеспечивают высокую эффективность процесса их интерпретации.
Необходимым условием реализации интерферометрической обработки радиолокационных данных является обеспечение их взаимной когерентности. Для этого должен быть выполнен ряд условий как по геометрии радиолокационной съемки, так и по постоянству параметров среды распространения зондирующего сигнала и отражающей подстилающей поверхности. Для обеспечения когерентности радиолокационных данных КА РЛН должны двигаться внутри очень узкой «интерферометрической трубки», диаметр которой определяется размерами интерферометрической базы. Положение данной «интерферометрической трубки» относительно снимаемой земной поверхности должно быть жестко зафиксировано на протяжении всего срока активного существования космической системы. Выход КА РЛН за пределы указанной «трубки» приводит к потере взаимной когерентности данных интерферометрической съемки и исключает возможность их интерферометрической обработки. Величина интерферометрической базы не должна превышать предельного (критического) значения, которое зависит от режима съемки, разрешения, угла съемки и дальности до поверхности. Для обеспечения заданной в ТТЗ точности измерения высоты рельефа и его изменений точность определения величины интерферометрической базы должна составлять единицы сантиметров. Реализация данного требования осуществляется путем разработки специального навигационно– баллистического обеспечения КА РЛН.
Помимо выше сказанного, важным условием успешности радиолокационной интерферометрической съемки является неизменность параметров среды распространения зондирующего сигнала и подстилающей земной поверхности на момент проведения сеансов съемки. Различие указанных параметров, возникающее от сеанса к сеансу, приводит к частичной или полной потере взаимной когерентности (временной декорреляции) получаемых данных и значительно снижает их точность или же полностью исключает возможность их обработки. Если серия интерферометрических съемок значительно разнесена во времени, то вероятность нарушения идентичности параметров среды распространения и отражающей поверхности представляется весьма значительной. Причем, в наибольшей мере это обстоятельство актуально для районов с нестабильной погодой, в т.ч. и для территории России. В этой связи, в общем случае, для обеспечения высокой эффективности интерферометрической съемки возникает необходимость контроля параметров среды распространения и состояния подстилающей поверхности на момент проведения съемки. Это требует разработки технологий информационного обеспечения процессов планирования целевого применения и обработки целевой информации априорными и апостериорными данными контроля среды распространения зондирующего сигнала и отражающей земной поверхности.
Исходя из сказанного выше, для получения взаимно когерентных данных о поверхности Земли орбитальное построение КС «Кондор – ФКА» должно обеспечивать возможность проведения многопроходной интерферометрической съемки одним или двумя КА, а также возможность квазисинхронной интерферометрической съемки с двух КА, находящихся на одной орбите и разнесенных по фазе (около 20 – 30 мин). Проведение интерферометрической съемки в квазисинхронном режиме значительно снимает остроту проблемы идентичности параметров среды распространения и подстилающей поверхности при формировании их ЦМР. Кроме существенного выигрыша в оперативности получения радиолокационных данных, такой подход позволит осуществлять сброс информации на один пункт приема поочередно с обоих КА. Но для дифференциальной интерферометрической съемки, предусматривающей проведение сеансов съемки на значительном временном интервале наблюдения, указанные выше проблемы сохраняются в полном масштабе. Кроме того, реализация интерферометрической съемки в квазисинхронном режиме при наличии в составе космической системы всего лишь двух КА снижает вдвое периодичность наблюдения. Обеспечение высокой периодичности может быть достигнуто наращиванием группировки КС «Кондор – ФКА» до трех КА и более.
Обеспечение реализации вышеуказанных требований, обеспечивающих эффективность интерферометрической съемки, существенным образом усложняет технологические процессы целевого применения КС «Кондор – ФКА». В этой связи серьезные надежды возлагаются на реализацию экспериментального однопроходного режима интерферометрической съемки в условиях «скошенного обзора», принципиальная возможность которого была продемонстрирована на КА «Кондор – Э». Как ожидается, его успешная реализация позволит без доработки бортовой целевой аппаратуры КА «Кондор – ФКА» только за счет введения новых технологий ее управления и наземной обработки радиолокационной информации обеспечить при сохранении точностных параметров выходных информационных продуктов значительный выигрыш при проведении интерферометрической съемки в части:
- устранения временной декореляции, присущей данным, полученным в многопроходных режимах съемки;
- повышения оперативности получения интерферометрических данных за счет реализации технологического цикла съемки в рамках одного сеанса;
- повышения общей производительности и экономии бортового ресурса КС;
- обеспечения гибкости наземной обработки данных, позволяющей использовать переменную интерферометрическую базу, а также реализовать в процессе обработки данных, полученных в течение одного сеанса синтезирования апертуры несколько циклов формирования ЦМР с последующим их усреднением и уточнением.