Имитационная модель радиолокационной съемки из космоса для планирования работы бортовой аппаратуры в прожекторном режиме.

Среди технологий дистанционного зондирования Земли выделяются космические радиолокационные системы наблюдения (КРЛСН). Данные системы характеризуются различными режимами съемки радиолокатором с синтезированной апертурой антенны (РСА) [1]. Важной задачей при эксплуатации КА является выбор режима съемки для наблюдения конкретного района при планировании включений РСА, разработки программ управления КА и наведения антенны с сохранением требуемого качества получаемых системой РЛ-изображений. При текущем планировании съемки c использованием КА на основе анализа задач, стоящих перед КРЛСН, выделяется перечень районов наблюдения, которые характеризуются положением на земной поверхности (координатами, превышением) и линейными размерами (шириной и протяженностью относительно трассы предполагаемого движения КА). Для объектов съемки задаются требования к качеству получаемых РЛ-изображений: предельные значения пространственного разрешения по дальности и азимуту, которые, в свою очередь, определяют используемый режим съемки и параметры зондирующих импульсов.
Выполнение имитационного моделирования для текущего планирования съемки связано со значительными вычислительными затратами. Сокращение полосы захвата в детальном прожекторном режиме съемки требует сокращения временного интервала моделирования с целью исключения пропуска объектов, что вызывает увеличение времени прогноза движения КА.
В данной работе предлагается применять переменный шаг имитационного моделирования результате применения следующей методики:
- прогноз движения с грубым временным интервалом с проверкой выполнения условия попадания объекта из каталога планирования в пределы регистрируемых наклонных дальностей с учетом возможных отклонений антенны в азимутальной плоскости;
- при срабатывании условия возврат времени на интервал расчетов, сокращение шага моделирования.
- расчет параметров отраженных сигналов для наведения антенны на центр объекта с учетом изменяющегося азимутального угла и угла места в возможных пределах;
- фиксация времени, когда временная задержка и частота отраженных сигналов будет соответствовать допускам;
- отбраковка интервалов съемки, по критерию минимально возможного времени включения бортовой радиолокационной аппаратуры для формирования интервала синтезирования выбранного режима съемки;
- дальнейший прогноз движения КА до момента выхода объекта из возможной полосы обзора, для определения времени окончания съемки.
Исходными данными для планирования являются баллистические параметры КА, характеристики РСА, координаты полигона объекта.
В качестве математической модели расчета параметров отраженных сигналов в работе предлагается использовать фотограмметрическую модель радиолокационной съемки [2]. В данной модели заложен принцип приведения в орбитальную барицентрическую систему координат.
Такой подход позволяет унифицировать описание пространственной геометрии съемки, независимо от орбитальной конфигурации КА и ориентации антенной системы. Приведение к барицентрической системе координат, связанной с центром масс орбитальной платформы, обеспечивает:
- универсальность модели для различных видов орбит;
- уменьшением количества погрешностей при расчетах;
- точное определение геометрии съемки для каждого момента времени.
Математически, переход в барицентрическую систему реализуется посредством ортогональных преобразований, включающих матрицы вращения, учитывающие углы рыскания, тангажа и крена КА, а также параметры орбиты — вектор состояния (положение и скорость) в заданный момент времени. При этом координаты точек земной поверхности предварительно трансформируются из геодезической системы в геоцентрическую декартову, после чего осуществляется их проекция на плоскость съемки с учетом наклонной дальности и угла места зондирующего луча.
Разработанную методику возможно использовать для планирования применения группировки КА ДЗЗ с РСА. Ее применение позволяет сократить время вычисления в 3-4 раза для одного объекта наблюдения и повысить оперативность текущего планирования съемки.