RU2643790C1 - Способ измерения рельефа поверхности Земли - Google Patents
Способ измерения рельефа поверхности Земли Download PDFInfo
- Publication number
- RU2643790C1 RU2643790C1 RU2016148235A RU2016148235A RU2643790C1 RU 2643790 C1 RU2643790 C1 RU 2643790C1 RU 2016148235 A RU2016148235 A RU 2016148235A RU 2016148235 A RU2016148235 A RU 2016148235A RU 2643790 C1 RU2643790 C1 RU 2643790C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- earth
- radar
- carrier
- synthesis
- interferometer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
- G01S13/9021—SAR image post-processing techniques
- G01S13/9023—SAR image post-processing techniques combined with interferometric techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
- G01C11/04—Interpretation of pictures
- G01C11/06—Interpretation of pictures by comparison of two or more pictures of the same area
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
- G01C11/04—Interpretation of pictures
- G01C11/06—Interpretation of pictures by comparison of two or more pictures of the same area
- G01C11/08—Interpretation of pictures by comparison of two or more pictures of the same area the pictures not being supported in the same relative position as when they were taken
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокаторе с синтезируемой апертурой антенны (РСА). Достигаемый технический результат – измерение рельефа поверхности Земли и формирование цифровой модели рельефа с помощью РСА, установленного на борту носителя РСА. Сущность способа измерения рельефа поверхности Земли заключается в последовательном наблюдении за поверхностью при постоянной высоте полета носителя и скорости полета, при этом первый сеанс наблюдения, заключающийся в излучении зондирующих сигналов и приеме отраженных от поверхности Земли сигналов с синтезом радиолокационных изображений (РЛИ) при телескопическом обзоре на интервале синтезирования L, осуществляется на дальности до поверхности R1, угле места θ1 и угле азимута α1, отличном от строго бокового, т.е. меньше 90°. После естественного перемещения носителя радиолокатором с синтезируемой апертурой (РСА) на расстояние базы интерферометра В осуществляется второй сеанс наблюдения за той же области поверхности на дальности R2, азимуте α2, угле места θ2, также заключающийся в излучении зондирующих сигналов и приеме отраженных от поверхности Земли сигналов с синтезом РЛИ при телескопическом обзоре на интервале синтезирования L. После проведения пары сеансов наблюдения производится стандартная интерферометрическая обработка пары РЛИ с извлечением информации о рельефе подстилающей поверхности. 1 ил.
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокаторе с синтезируемой апертурой антенны (РСА), установленном на борту летательного/космического/беспилотного аппарата, использующем интерферометрическую обработку радиолокационных изображений (РЛИ) для оперативного определения и измерения рельефа подстилающей поверхности Земли с дальнейшим составлением цифровых моделей рельефа (ЦМР) и топографических карт местности.
Известен способ топографического картирования с помощью интерферометрического РСА (ИРСА) с «жесткой» базой [Rabus В. et al. The Shuttle Radar Topography Mission - a New Class of Digital Elevation Models Acquired by Spaceborne Radar. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, vol. 57, 2003, pp. 241-262], при котором передатчик и два приемных канала с независимыми антеннами размещаются на одном космическом аппарате (КА). В данном способе реализована сложная конструкция с выдвижной 60-метровой штангой, на которой установлен второй приемный РСА. Наблюдение ведется в строго боковом обзоре (ортогонально вектору движения носителя РСА) и система жестко связанных РСА располагается таким образом, что база интерферометра (расстояние между приемными антеннами) строго перпендикулярна линии пути. Первый приемопередатчик РСА используется для излучения зондирующих сигналов и приема отраженных сигналов от земной поверхности, в то время как второй РСА используется только на прием. После получения пары РЛИ производят их интерферометрическую обработку с дальнейшим извлечением информации о рельефе.
Недостатками данного способа являются, во-первых, значительная сложность, начиная с установки на носитель значительного размера «жесткой» базы интерферометра. Во-вторых, построение комплекса с «жесткой» базой физически предполагает наличие двух приемных апертур (при этом одна из антенн работает на излучение и прием), на каждой из которых имеется независимый когерентный приемник, что несомненно сказывается на стоимости такой системы. В-третьих, ограничение по размеру базы интерферометра не позволяет достичь близких к потенциальной точности измерений разности фаз, влияющих на точность измерения рельефа поверхности Земли.
Наиболее близким по технической сущности является способ измерения рельефа поверхности Земли [Geudtner D., et al. RADARSAT Repeat-pass SAR Interferometry. In Proceedings IEEE 1998 International Geoscience and Remote Sencing Symposium (IGARSS'98), vol. 3, July, 6-10 1998, pp. 1635-1637] с использованием одного РСА, установленной на борту одного носителя. В данном способе интерферометрические измерения проводят во время последовательных проходов с искусственным формированием базы интерферометра (ИРСА с «мягкой базой»). При этом, база интерферометра располагается строго перпендикулярно линии пути. При первом проходе носителя над исследуемой поверхностью с помощью РСА осуществляется излучение зондирующих сигналов и прием отраженных от земной поверхности сигналов с формированием первого РЛИ. Во время второго прохода с помощью того же РСА осуществляется излучение зондирующих сигналов и прием отраженных от земной поверхности сигналов с формированием второго РЛИ. После проведения интерферометрической обработки пары РЛИ происходит извлечение информации о рельефе поверхности Земли.
Недостатком данного способа является сложность контроля размера базы, связанная с высокоточным выходом носителя на второй проход, и временная декорреляция, вызванная тем, что проходы могут происходить через значительный промежуток времени, за который возможны значительные изменения мелкомасштабного рельефа местности, разрушающего разностно-фазовый сюжет при интерферометрической обработке. Наиболее существенным недостатком является низкая оперативность получения информации о рельефе поверхности Земли. Связано это с тем, что, например, в космических комплексах ИРСА с «мягкой» базой принципом работы является смена орбиты спутника Земли, которая может происходить несколько дней.
Технической задачей изобретения является радиолокационное измерение рельефа поверхности Земли и формирование ЦМР с помощью РСА, установленной на борт одного носителя РСА.
Техническим результатом изобретения является повышение оперативности получения информации о рельефе поверхности Земли на борту за один проход носителя РСА, упрощение системы измерения рельефа поверхности Земли.
Это достигается тем, что в известном способе измерения рельефа поверхности Земли, заключающемся в том, что на борту одного носителя размещают один радиолокатор с синтезируемой апертурой антенны (РСА), с помощью которого искусственно формируют базу интерферометра во время последовательных наблюдений за поверхностью Земли, при этом осуществляют излучение зондирующих сигналов и прием отраженных от земной поверхности сигналов с синтезом пары радиолокационных изображений (РЛИ) и их интерферометрической обработкой, что базу интерферометра формируют вдоль трассы полета носителя РСА при его естественном перемещении в пространстве, осуществляют последовательные наблюдения за поверхностью Земли при постоянной высоте и скорости полета носителя РСА, причем первый сеанс наблюдения осуществляют путем излучения зондирующих сигналов и приема сигналов, отраженных от поверхности Земли с синтезом РЛИ при азимутальном телескопическом обзоре на интервале синтезирования, после перемещения носителя РСА на расстояние базы интерферометра осуществляют второй сеанс наблюдения за той же областью поверхности Земли, также путем излучения зондирующих сигналов и приема сигналов, отраженных от поверхности Земли с синтезом РЛИ при азимутальном телескопическом обзоре на интервале синтезирования, после проведения пары сеансов наблюдения осуществляют интерферометрическую обработку пары РЛИ с извлечением информации о рельефе подстилающей поверхности, при этом наличие перпендикулярной проекции базы интерферометра, возникающей при использовании телескопического обзора с азимутальным углом α1 меньшим 90°, обеспечивает получение соотношения, отображающего однозначную связь между рельефом поверхности Земли и параметрами наблюдения с интерферометрической разностью фаз в виде -
где Н - постоянная высота полета носителя РСА; R1 - дальность до поверхности Земли; В - расстояние базы интерферометра; α1 - азимутальный угол; λ - рабочая длина волны передатчика РСА; φ - интерферометрическая разность фаз.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема организации интерферометрической съемки.
Способ измерения рельефа поверхности Земли заключается в следующем.
Принцип работы ИРСА поясняется на примере одиночной точечной цели σi, имеющей координаты (xi,yi,zi). Он заключается в последовательном наблюдении за поверхностью при постоянной высоте полета носителя Н и скорости полета V. Первый сеанс наблюдения, заключающийся в излучении зондирующих сигналов и приеме отраженных от поверхности Земли сигналов с синтезом РЛИ при телескопическом обзоре на интервале синтезирования L, осуществляется на дальности до поверхности R1, угле места θ1 и угле азимута α1, отличном от строго бокового, т.е. меньше 90°. После естественного перемещения носителя РСА на расстояние базы интерферометра В осуществляется второй сеанс наблюдения за той же областью поверхности на дальности R2, азимуте α2, угле места θ2, также заключающийся в излучении зондирующих сигналов и приеме отраженных от поверхности Земли сигналов с синтезом РЛИ при телескопическом обзоре на интервале синтезирования L. После проведения пары сеансов наблюдения производится стандартная интерферометрическая обработка пары РЛИ с извлечением информации о рельефе подстилающей поверхности.
Возможность оценки высоты элемента разрешения при построении интерферометра с помощью такой геометрии визирования появляется благодаря наличию перпендикулярной проекции B⊥ базы интерферометра В, которая возникает при использовании скошенного обзора с азимутальным углом α1 меньшим 90°, т.е. отличного от строго бокового. Соотношение для высоты элемента разрешения, отображающее однозначную связь между рельефом поверхности и параметрами наблюдения с интерферометрической разностью фаз φ, определяется с помощью (1):
где λ - рабочая длина волны передатчика РСА.
Рабочий диапазон дальностей до поверхности R1, влияющий на выбор Н, θ1, определяется тактическими параметрами РСА. Выбор первоначального азимутального угла визирования α1 сводится к возможности синтеза РЛИ при скошенном телескопическом обзоре, что в свою очередь требует специальных методов формирования РЛИ. Длина интервала синтезирования L выбирается из необходимой разрешающей способности по азимуту и рабочей длины волны λ. Размер базы интерферометра В является наиболее критичным параметром при выборе параметров ИРСА. В ряде случаев размер базы интерферометра В может оказаться меньше, чем интервал синтезирования РЛИ L. Поэтому, возможно использование одного увеличенного интервала синтезирования с разбиением на подинтервалы для организации базы интерферометра на этапе цифровой обработки сигналов.
Использование изобретения позволяет повысить оперативность получения информации о рельефе поверхности Земли на борту за один проход носителя РСА, упростить систему измерения рельефа поверхности Земли.
Claims (3)
- Способ измерения рельефа поверхности Земли, заключающийся в том, что на борту одного носителя размещают один радиолокатор с синтезируемой апертурой антенны (РСА), с помощью которого искусственно формируют базу интерферометра во время последовательных наблюдений за поверхностью Земли, при этом осуществляя излучение зондирующих сигналов и прием отраженных от земной поверхности сигналов с синтезом пары радиолокационных изображений (РЛИ) и их интерферометрической обработкой, отличающийся тем, что базу интерферометра формируют вдоль трассы полета носителя РСА при его естественном перемещении в пространстве, осуществляют последовательные наблюдения за поверхностью Земли при постоянной высоте и скорости полета носителя РСА, причем первый сеанс наблюдения осуществляют путем излучения зондирующих сигналов и приема сигналов, отраженных от поверхности Земли с синтезом РЛИ при азимутальном телескопическом обзоре на интервале синтезирования, после перемещения носителя РСА на расстояние базы интерферометра осуществляют второй сеанс наблюдения за той же областью поверхности Земли, также путем излучения зондирующих сигналов и приема сигналов, отраженных от поверхности Земли с синтезом РЛИ при азимутальном телескопическом обзоре на интервале синтезирования, после проведения пары сеансов наблюдения осуществляют интерферометрическую обработку пары РЛИ с извлечением информации о рельефе подстилающей поверхности, при этом наличие перпендикулярной проекции базы интерферометра, возникающей при использовании телескопического обзора с азимутальным углом α1, меньшим 90°, обеспечивает получение соотношения, отображающего однозначную связь между рельефом поверхности Земли и параметрами наблюдения с интерферометрической разностью фаз в виде -
- где Н - постоянная высота полета носителя РСА; R1 - дальность до поверхности Земли; В - расстояние базы интерферометра; α1 - азимутальный угол; λ - рабочая длина волны передатчика РСА; φ - интерферометрическая разность фаз.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016148235A RU2643790C1 (ru) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Способ измерения рельефа поверхности Земли |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016148235A RU2643790C1 (ru) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Способ измерения рельефа поверхности Земли |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2643790C1 true RU2643790C1 (ru) | 2018-02-06 |
Family
ID=61173803
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016148235A RU2643790C1 (ru) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Способ измерения рельефа поверхности Земли |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2643790C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2707556C1 (ru) * | 2019-03-06 | 2019-11-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Способ определения высоты рельефа местности радиолокатором с синтезированной апертурой антенны |
RU2748760C2 (ru) * | 2020-11-09 | 2021-05-31 | Виктор Андреевич Кузнецов | Способ получения трехмерного радиолокационного изображения земной поверхности в двухпроходном интерферометрическом режиме съемки с беспилотного летательного аппарата |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6914553B1 (en) * | 2004-11-09 | 2005-07-05 | Harris Corporation | Synthetic aperture radar (SAR) compensating for ionospheric distortion based upon measurement of the Faraday rotation, and associated methods |
US7145501B1 (en) * | 2005-09-26 | 2006-12-05 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for measuring terrain height |
RU2347237C1 (ru) * | 2007-11-08 | 2009-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт) Министерства Обороны Российской Федерации | Способ формирования радиолокационного изображения объектов |
RU2351949C1 (ru) * | 2007-09-21 | 2009-04-10 | Рязанский государственный радиотехнический университет | Способ измерения высоты и формирования трехмерного изображения поверхности по данным бортовой импульсно-доплеровской рлс маловысотного полета |
RU2436134C1 (ru) * | 2010-03-16 | 2011-12-10 | Сергей Петрович Алексеев | Способ оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана |
EP1728104B1 (en) * | 2004-03-26 | 2013-07-24 | QinetiQ Limited | Imaging apparatus and method |
-
2016
- 2016-12-08 RU RU2016148235A patent/RU2643790C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1728104B1 (en) * | 2004-03-26 | 2013-07-24 | QinetiQ Limited | Imaging apparatus and method |
US6914553B1 (en) * | 2004-11-09 | 2005-07-05 | Harris Corporation | Synthetic aperture radar (SAR) compensating for ionospheric distortion based upon measurement of the Faraday rotation, and associated methods |
US7145501B1 (en) * | 2005-09-26 | 2006-12-05 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for measuring terrain height |
RU2351949C1 (ru) * | 2007-09-21 | 2009-04-10 | Рязанский государственный радиотехнический университет | Способ измерения высоты и формирования трехмерного изображения поверхности по данным бортовой импульсно-доплеровской рлс маловысотного полета |
RU2347237C1 (ru) * | 2007-11-08 | 2009-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт) Министерства Обороны Российской Федерации | Способ формирования радиолокационного изображения объектов |
RU2436134C1 (ru) * | 2010-03-16 | 2011-12-10 | Сергей Петрович Алексеев | Способ оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
GEUDTNER D. et al. RADARSAT Repeat-pass SAR Interferometry/ In Proceedings IEEE 1998 International Geoscience and Remote Sencing Symposium (IGARSS,98), vol.3, July, 6-10 1998, pp. 1635-1637. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2707556C1 (ru) * | 2019-03-06 | 2019-11-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Способ определения высоты рельефа местности радиолокатором с синтезированной апертурой антенны |
RU2748760C2 (ru) * | 2020-11-09 | 2021-05-31 | Виктор Андреевич Кузнецов | Способ получения трехмерного радиолокационного изображения земной поверхности в двухпроходном интерферометрическом режиме съемки с беспилотного летательного аппарата |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Moreira et al. | A tutorial on synthetic aperture radar | |
US5659318A (en) | Interferometric SAR processor for elevation | |
Lombardini et al. | Reflectivity estimation for multibaseline interferometric radar imaging of layover extended sources | |
US9971030B2 (en) | Method and apparatus for correcting ionic distortion of satellite radar interferogram | |
Ludeno et al. | Assessment of a micro-UAV system for microwave tomography radar imaging | |
Fornaro et al. | SAR interferometry and tomography: Theory and applications | |
Magnard et al. | Processing of MEMPHIS Ka-band multibaseline interferometric SAR data: From raw data to digital surface models | |
Magnard et al. | Analysis of a maximum likelihood phase estimation method for airborne multibaseline SAR interferometry | |
Aher et al. | Synthetic aperture radar in Indian remote sensing | |
RU2661941C1 (ru) | Способ построения радиолокационного изображения с помощью радиолокационной станции с синтезированной апертурой | |
Anghel et al. | Compact ground-based interferometric synthetic aperture radar: Short-range structural monitoring | |
RU2643790C1 (ru) | Способ измерения рельефа поверхности Земли | |
KR100441590B1 (ko) | 간섭측정용 합성 개구 레이다의 기하학적 특성을 이용하여지형고도를 측정하기 위한 디지털 고도모형 생성방법 | |
Garcia-Fernandez et al. | Recent advances in high-resolution Ground Penetrating Radar on board an Unmanned Aerial Vehicle | |
Lee et al. | A ground-based arc-scanning synthetic aperture radar (ArcSAR) system and focusing algorithms | |
CN107728144B (zh) | 一种基于前视双基模式的干涉sar成像方法 | |
KR100425283B1 (ko) | 간섭측정용 합성 개구 레이다의 기하학적 특성을 이용한지형고도 측정방법 | |
Gromek et al. | Simultaneous Active and Passive SAR imaging–first results | |
Mustieles-Perez et al. | Towards UAV-Based Ultra-Wideband Multi-Baseline SAR Interferometry | |
Tzagkas et al. | Coherent change detection experiments with GNSS-based passive SAR | |
RU2707556C1 (ru) | Способ определения высоты рельефа местности радиолокатором с синтезированной апертурой антенны | |
RU2499279C1 (ru) | Способ оценки высоты полета летательного аппарата по радиолокационным изображениям земной поверхности | |
Blaauw et al. | South African Airborne SAR Facility towards Application and Technology R&D | |
Kaniewski et al. | UWB-Based Positioning System for Supporting Lightweight Handheld Ground-Penetrating Radar | |
Moccia | Fundamentals of bistatic synthetic aperture radar |