Comments 15
Как-то статья получилась и не научная и не популярная - для научной слишком мало фактов (все урывками, так что суть и радара бокового обзора и синтеза апертуры потеряна), а для популярной слишком мало полезного и интересного. А тема очень интересная, и я сам в качестве хобби написал открытый процессор PyGMTSAR (Python InSAR) для радарных данных спутников Sentinel-1 с глобальным регулярным покрытием. И обработка радарных данных с моим софтом теперь доступна хоть со смартфона, без установки софта и скачивания огромных наборов данных (на Google Colab). Кстати, если кто беспокоится о производительности реализации на Python, на гитхабе и докерхабе есть тесты, которые показывают, что PyGMTSAR существенно быстрее аналогов на С, не говоря уж о предоставляемых возможностях. Ссылки на интерактивные и полнофункциональные примеры с 3D визуализацией доступны у меня на гитхабе: https://github.com/mobigroup/gmtsar А чтобы было еще полезнее и интереснее, вы можете обратиться к виртуальному AI ассистенту PyGMTSAR ChatGPT (custom GPT) для обсуждения теории и практики спутниковой интерферометрии и помощи в выполнении своих проектов: https://chat.openai.com/g/g-rHoTFLwK7-pygmtsar-assistant Всем успехов в изучении InSAR!
Для поиска углеводородов у вас не появилось наработок?
Так уже все есть - InSAR https://github.com/mobigroup/gmtsar для определения смещения поверхности над резервуарами (сезонные колебания отличаются), 3D инверсия для получения моделей резервуаров https://github.com/mobigroup/geomed3d, периодически статьи пишу про теорию и примеры https://www.patreon.com/pechnikov Есть желание такой же виртуальный помощник сделать для проекта GeoMed3D, чтобы не искать информацию вручную, год еще только начался, есть все шансы добраться и до этого :)
Если вдруг вопрос адресован к нам, то мы занимаемся так называемой предварительной (первичной + стандартной) обработкой, позволяющей формировать из "сырого" сеанса сброса с космического аппарата стандартные продукты ДЗЗ (в том числе РЛН) в том виде, в котором эти продукты космической съемки поставляются во всем мире потребителям. Последующей тематической обработкой (к которой относится и поиск углеводородов) лично мы не занимаемся, но есть достаточно компаний, в том числе и в РФ (попробуйте почитать тут) которые занимаются этими вопросами применяя оптико-электронную съему, радиолокационную и их совместные комбинации.
Правильно ли я понимаю, что в отличие от систем со сканированием луча, тут принимают отраженный сигнал со всего пятна а потом вычисляют что откуда прилетело?
Да, сигнал принимается от всех целей, попадающих в зону главного лепестка диаграммы направленности антенны. Потом, при синтезе РЛИ, происходит пространственное разделение откликов от целей, находящихся на расстоянии (по дальности или азимуту) не менее разрешающей способности системы.
Разделение возможно только по одной координате, а не по двум. По двум координатам возникает неоднозначность такая же, как при движении строго над целью и получении симметричных откликов с двух сторон в одно и то же время.
Если под координатами понимать традиционные для радиолокации направления по дальности и по азимуту, то утверждение неверно. При синтезе РЛИ разделение целей идёт именно по двум координата (по дальности и по азимуту). Неоднозначности никакой не возникает в силу особенностей получаемых сигналов от разных целей.
Более подробные объяснения приведены ниже под следующим комментарием.
Да, но не от пятна (двумерного), а от отрезка (одномерного). Движущийся по орбите радар излучает и принимает сигнал, при этом есть задержка, пока луч пройдет путь до поверхности и вернется обратно отраженным, и в каждый момент времени принятый сигнал состоит из набора отражений от разных точек поверхности. Это и есть синтез апертуры - антенна на спутнике относительно небольшая, но за счет продолжительности приема как бы удлиняется в направлении пути радара (синтезируется). Поскольку обычно каждая точка поверхности отражает сигнал в разных направлениях, то есть рассеивает, можно увеличить интенсивность принятого сигнала за счет его интегрирования по направлению движения антенны, улучшая соотношение сигнал-шум. А если точка поверхности слабо рассеивает (например, уголковый отражатель), то интенсивность отраженного сигнала и так отличная (на антенну он может вовсе не попасть и тогда интенсивность принятого сигнала, наоборот, будет очень низкой). Кстати, изначально локаторы бокового обзора ставили на военные самолеты (очень удобно - скажем, не надо над линией фронта лететь, а можно лететь вдоль нее и находиться вне средств поражения), а восстановление записанного сигнала (фокусирование) выполняли оптическими методами. В наше время данные со спутников доступны уже фокусированными, можно восстановлением сигнала самому не заниматься.
Не совсем так. При радиолокационной съёмке идёт засвет именно двумерной зоны. По-другому физически невозможно. Сигналы от разных целей, в зависимости от дальности до них, приходят в разное время, но, т.к. сигналы "длинные" по времени (сигналы с ЛЧМ), то происходит их наложение друг на друга (суммирование). Т.к. пятно двумерное, то одна и та же цель находится в зоне облучения некоторое время (зависит от размера пятна, скорости аппарата и режима съёмки) - это даёт возможность сформировать траекторный (азимутальный) сигнал. При прожекторном режиме по-другому - синтезированная апертура формируется не за счёт скольжения пятна по земле, а за счёт поворота оси ДНА в процессе съёмки для облучения заданной зоны. Траекторные сигналы от разных целей также суммируются друг с другом. При синтезе РЛИ при сжатии отклики от разных целей пространственно разделяются. Разрешение по дальности (вдоль строк радиголограммы, соответствующим отдельным зондированиям) происходит благодаря тому, что ЛЧМ сигналы от целей на разной дальности приходят с разной задержкой и центры откликов будут пространственно разнесены пропорционально этим задержкам. Разрешение по азимуту (вдоль пути движения КА (столбцы радиоголограммы)) происходит благодаря тому, что цели, расположенные в разных местах вдоль линии пути КА, оказываются на траверзе в разные моменты времени (разные номера зондирований). Этим моментам соответствует нулевое доплеровское смещение частоты принимаемого отражённого сигнала (при отсутствии отклонения оси ДНА от траверза), а на траекторном сигнале этому моменту соответствует нулевое значение частоты и фазы ЛЧМ. При сжатии по азимуту в этих положениях нулевой частоты формируются максимумы откликов сжатого сигнала, что и даёт разделение целей.
Вы утверждаете, что сканируете ОДНОВРЕМЕННО по двум пространственным координатам и потом разделяете этот сигнал и в пространстве и во времени? Или все же спутник движется по орбите, плюс луч сканирует поверхность, так что соседние пиксели смежные по времени только по одной координате? Постройте 2D карту времени сканирования в радарных координатах и покажите нам, если не затруднит.
Похоже, что с Вашей стороны имеется какое то недопонимание. Конечно мы так не утверждаем и никакого сканирования в направлении наклонной дальности (в угломестной плоскости) не происходит. Синтезированная апертура формируется только вдоль движения платформы, но при синтезе РЛИ сжатие осуществляется по двум координатам (дальность и азимут). Попробуем объяснить более подробно. Представим, что аппарат не движется и излучает электромагнитные импульсы. Электромагнитная волна распространяется во все стороны. При достижении земной поверхности волна накрывает зону значительной площади. От всех целей этой зоны приходят переотраженные сигналы. Время задержки и интервал времени приёма отражённых сигналов выбираются таким образом, чтобы на вход приёмного устройства попадали только сигналы, отражённые от целей, попадающих в зону главного лепестка диаграммы направленности антенны (назовём это зоной засветки). Эта зона засветки, конечно же, двумерная, в ней цели распределены как по дальности, так и по азимуту. Далее, если бы аппарат стоял на месте, то мы могли бы корректно разделить цели только по дальности (это делается без сканирования в угломестной плоскости) благодаря тому, что отражённые сигналы от целей на разной дальности приходят в разное время. Хотя эти сигналы "длинные" по времени и накладываются друг на друга (суммируются), но из-за разности временных задержек при сжатии дальностных строк мы получаем максимумы откликов, расположенных в разных пикселях строки РЛИ. Далее, т.к аппарат движется, то мы можем сформировать синтезированную апертуру в азимутальном (только в одном) направлении. Тогда мы получаем возможность разделить цели по азимуту, как было написано ранее в предыдущем комментарии.
Подскажите по производительности системы. Какова полоса сканирования в километрах? Скорее всего она пропорциональна разрешению, но с каким коэффициентом?
В таблице в начале текста есть разрешение, а но нет обрабатываемой площади, то есть нельзя понять какова производительность системы.
Примеры параметров полосы съёмки и разрешения для различных КА в разных режимах съёмки можно посмотреть в таблице 2 по ссылке. Теоретически, ширина зоны съёмки задаётся шириной диаграммы направленности (пятно засветки) по дальности, что определяется свойствами антенны. Но получить РЛИ заданного разрешения по азимуту и дальности с шириной полосы, соответствующей теоретическому пределу той или иной антенны не получится в силу других ограничений. Для получения заданного разрешения по азимуту требуется обеспечить частоту зондирования не реже, чем половина частотной ширины спектра траекторного сигнала. Это необходимо, согласно теореме Котельникова (Найквиста), для однозначного восстановления этого сигнала (сигнала, сформированного с бесконечной частотой (его аналоговое представление)). Частота зондирования накладывает ограничения на допустимую ширину полосы - если ширина слишком велика, до отражённые от дальней зоны сигналы предыдущего зондирования будут по времени приёма пересекаться с сигналами, отражёнными от ближней зоны текущего зондирования. Это приведёт к тому, что невозможно будет разделить цели, соответствующие пересекающимся сигналам. Поэтому, конечно, достижимая ширина зоны зависит от разрешения, но также она зависит от параметров антенны, выбранной частотой сканирования, угла обзора, высоты орбиты, длительности зондирующего импульса и других факторов.
Цель сканирования - получение данных с заданной точностью. Я не ошибаюсь? Если нет, то все остальные параметры просто подчиняются цели, то есть для достижения заданной точности оптимизируются антенны, частоты, углы и прочее. Кроме того, вижу по таблице, что высота орбиты у всех спутников около 500 км, то есть примерно одна и та же. Видимо это следствие всё той же оптимизации, и большая высота не выгодна для любых практически полезных данных о поверхности (хотя выгода здесь скорее - экономия энергии, то есть просто выход за пределы тормозящей полёт атмосферы).
По таблице вижу, что сканирование делится на виды по ширине полосы, от прожекторной до детальной. Прожекторная - около 300 км, детальная около 3 км. Все указанные полосы обрабатываются одним аппаратом (каждым из списка, может за исключением детальной полосы), то есть он многофункционален и может менять режимы работы в границах пары порядков. Далее очевидно, что максимальная разрешающая способность достижима лишь при детальном сканировании, то есть указанные в статье "до 1 метра" будут на полосе шириной в несколько километров. Хотя общее состояние поверхности (вроде средней высоты волн) наверно можно наблюдать при сканировании с меньшим разрешением.
Если я не сильно ошибся с выводами, то для понимания производительности системы по разным видам задач необходимо как-то охарактеризовать пределы разрешения по задаче, например, для сканирования средних значений достаточно прожекторной ширины, а для выявления объектов в 1 метр нужна детальная полоса. Иначе непонятно, на сколько полезна технология в конкретной задаче. Список задач вы привели, а вот пользу от технологии, получается, не указали.
Хотя в целом, конечно, было познавательно, хоть и не все важные вопросы освещены.
Основы обработки радиолокационных данных дистанционного зондирования Земли