Вклад в наземные и БПЛА-САР системы для наблюдения Земли

Образ жизни человечества является основным фактором глобальных изменений, характеризующихся растущим спросом на энергию, продовольствие, товары, услуги и информацию. В результате возникли новые экологические, экономические, социальные и геополитические проблемы. В этом контексте радиолокационное дистанционное зондирование методом синтеза апертуры (SAR) представляет собой перспективный инструмент, предоставляющий уникальную информацию о свойствах и процессах Земли, которую можно использовать для решения социальных задач местного и глобального масштаба. SAR-системы, будучи когерентными системами, способными обеспечивать высокое разрешение изображений независимо от погодных условий, представляют собой подходящую альтернативу для наблюдения Земли с многообразными приложениями. Примеры областей применения SAR включают топографию (генерация цифровых моделей высот с помощью интерферометрии), сельское хозяйство (классификация посевов или влажность почвы) и геологию (мониторинг поверхностных деформаций). В рамках данного исследования общей целью докторской работы была реализация и последующая оценка возможностей двух SAR-датчиков X-диапазона. С одной стороны, радар RISKSAR-X, разработанный для наземной эксплуатации и мониторинга участков малого масштаба, а с другой — датчик ARBRES-X, предназначенный для интеграции в малые беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Несмотря на их изначально различную концепцию, взаимодействие обоих датчиков показано на протяжении всей работы. Используя их сходства, удалось аналогично оценить оба датчика и сделать выводы. Общим звеном стал разработанный поляриметрический режим работы on-the-fly (OtF) для RISKSAR-X, позволивший этому датчику работать эквивалентно ARBRES-X. Что касается датчика RISKSAR-X, в ходе работы над диссертацией были разработаны несколько аппаратных улучшений с целью повышения производительности системы. Обеспечение возможности работы в полностью поляриметрическом режиме OtF позволило сократить относительно длительное время сканирования. Это важно, поскольку объекты, отражательная способность которых изменяется в короткие сроки во время сканирования, например движущаяся растительность, могут ухудшать извлекаемые параметры и реконструкцию SAR-изображений. В ходе работы изучались размытие изображения, декорреляция и деградация когерентности, вызванные этим эффектом. Кроме того, введён новый член в выражение дифференциальной интерферометрической когерентности, учитывающий размытие изображения. В отношении SAR-системы ARBRES-X одной из основных задач было интегрировать датчик в малый многороторный БПЛА (MP), преодолев ограничения по массе, размеру и аэродинамике платформы. Ожидается, что использование подобных платформ откроет новые возможности в воздушном дистанционном зондировании SAR, поскольку они предлагают гораздо большую универсальность по сравнению с обычно используемыми беспилотниками с фиксированным крылом. Были оценены различные инновационные стратегии полёта для такого типа платформ, получены предварительные результаты с использованием системы ARBRES-X. Значительные усилия были направлены на достижение первых экспериментальных результатов повторной интерферометрии, полученных с многороторным БПЛА совместно с ARBRES-X. Кроме того, датчик был оснащён полностью поляриметрическими возможностями посредством внедрения улучшений, разработанных для RISKSAR-X, что является ещё одним примером двойственности между двумя системами. Наконец, успешно выполнены вертикальная и полукруговая апертуры с получением SLC-изображений сцены, что позволяет прогнозировать способность многороторного БПЛА выполнять томографические съёмки и полные круговые апертуры в будущем. В заключение, многороторный БПЛА представляет собой перспективную платформу, открывающую новые возможности для таких приложений, как повторная интерферометрия или дифференциальная томография при реализации практически произвольных траекторий.