Научная электронная библиотека ULRICH'S Periodicals Directory

Сибирский государственный университет
науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева

Сибирский аэрокосмический журнал
ISSN 2712-8970 (Print) ISSN 2782-5760 (on-line)

Сведения об образовательной организации

UDK УДК 551.46.09 Doi: 10.31772/2712-8970-2022-23-2-262-272
Малые космические аппараты для зондирования морской поверхности
Карцан И. Н., Жуков А. О.
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева, Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский Рабочий», 31; Морской гидрофизический институт РАН, Российская Федерация, 299011, г. Севастополь, ул. Капитанская, 2; Севастопольский государственный университет, Российская Федерация, 299053, г. Севастополь, ул. Университетская, 33; Экспертно-аналитический центр, Российская Федерация, 109316, г. Москва, ул. Талалихина, 33/4; Институт астрономии Российской академии наук, Российская Федерация, 119017, г. Москва, ул. Пятницкая, 48
В статье представлен метод обработки сигналов радиолокационного зондирования подстилающей поверхности с применением подсвета от имеющихся космических аппаратов (навигационных, связных) и группировки малых приёмных космических аппаратов (МКА), использующих антенны с синтезированной апертурой. Методы и результаты. Малые космические аппараты обладают многими преимуществами пе-ред большими спутниками. Так, они относительно недорогие в создании, занимают минимально время от проектирования до вывода на орбиту, легко модифицируются для решения определенной задачи, создают меньше радиопомех. Рассматриваемый подход заключается в перераспределении решаемых задач между группировкой спутников, находящихся на орбите. В качестве носителей передатчиков для подсветки подстилающейся поверхности, представлены, как штатные высоко-орбитальные спутники связи, так и низкоорбитальные спутниковые системы связи, а также навигационные спутники. Данные космические системы используют необходимый широкополосный сигнал. Приемники отраженных сигналов размещаются на борту малых космических аппаратов. Одной из задач системы является выполнение научно-исследовательских экспериментов, заключающихся, в том числе, в оперативном мониторинге быстро перемещающихся атмосферных циклонов. В работе применяется метод формирования радиолокационного изображения морской поверхности, основываясь на моделях отраженных сигналов. Основные результаты исследований заключаются в следующем: 1) возможность в качестве зондирующего сигнала использовать как импульсный, так и широкополосный сигнал с априорно неизвестным законом модуляции; 2) приемлемая разрешающая способность; 3) возможность существенного уменьшения стоимости системы по сравнению с действующими космическими радиолокаторами обзора морской поверхности. Выводы. В результате использования многопозиционной радиолокационной системы, использующей малые приёмные антенны с синтезированной апертурой и подсвет морской поверхности от действующих космических аппаратов, представляется возможным перейти на качественно новый уровень решения задач дистанционного зондирования морской поверхности с пространственным разрешением до 1 м, независимо от освещенности и наличия облачного покрова.
Ключевые слова: малые космические аппараты, приёмные антенны с синтезированной апертурой, прожекторный режим обзора, радиолокационное изображение морской поверхности.
References

1.  Kartsan I. N., Efremova S. V., Khrapunova V. V., Tolstopiatov M. I. Choice of optimal multiversion software for a small satellite ground-based control and command complex // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. No. 450 (2), P. 022015.

2.  Карцан И. Н., Ефремова С. В. Распределенное управление университетскими малыми космическими аппаратами // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Сб. материалов V Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. Дню космонавтики (13–17 апреля 2021). Красноярск : СибГУ им. М.Ф. Решетнева, 2019. Т. 2. С. 47–48.

3.  Карцан И. Н. Наземный комплекс управления для малых космических аппаратов // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М. Ф. Решетнева. 2009. № 3 (24). С. 89–92.

4.  Спутниковая гидрофизика : под ред. М. И. Штерн. М. : Наука, 1983. 253 с.

5.  Ruffini G., Soulat F., Caparrini M., Germain O., Martin-Neira M. The eddy experiment: accurate GNSS-R ocean altimetry from low altitude aircraft // Geophys. Res. Lett. 2004. Vol. 31(2). Р. 2306.

6.  Martin-Neira M., D’Addio S., Buck C., Floury N., Prieto-Cerdeira R. The PARIS ocean altimeter in-orbit demonstrator // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2011. Vol. 49(6). Р. 2209–2237.

7.  Неронский Л. Б., Михайлов В. Ф., Брагин И. В. Микроволновая аппаратура дистанционного зондирования поверхности Земли и атмосферы. Радиолокаторы с синтезированной апертурой антенны. Спб. : СПбГУАП, 1999. Ч. 2. 220 с.

8.  Клименко Н. Н., Занин К. А. Новое поколение космических аппаратов для наблюдения за морской обстановкой // Воздушно-космическая сфера. 2019. № 2. С. 72–82.

9.   Клименко Н. Н. Современные низкоорбитальные космические аппараты для геолокации и идентификации источников радиоизлучения // Воздушно-космическая сфера. 2018. № 2. С. 48–57.

10.  Algorithms for adaptive process-ing of signals in a flat phased antenna array // International Siberian Conference on Controland Communications (29-30 June 2017) / V. N. Tyapkin, I. N. Kartsan, D. D. Dmitriev, S. V. Efremova. Astana, Kazakhstan, 2017. Р. 7998452.

11.  Applying filtering for determining the angular orientation of spinning objects during interference / I. N. Kartsan, A. E. Goncharov, P. V. Zelenkov at al. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. No. 155 (1). P. 012020.

12.  Турук В. Э., Верба В. С., Голованова М. В. РСА «Стриж» для малых космических аппаратов «Командор-Э» // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 5. С. 69–83.

13.  Russian Spaceborne Synthetic Aper-ture Radar “Strizh” for Light Satellites of “Condor-E” type / V. Turuk, V. Verba, M. Golovanova et al. // Proc. EUSAR’2016. Hamburg, Germany. 2016. P. 947–952.

14.  Афанасьев И. Зоркий «Кондор» // Новости космонавтики. 2013. № 8. С. 46–50.

15.  Ксендзук А. В., Фатеев В. Ф., Попов С. А. Метод обработки сигналов в космических многопозиционных радиолокационных системах с синтезом апертуры антенны // Изв. выс. учеб. заведений. Приборостроение. 2009. № 4(52). С. 28–34.

16.  Фалькович С. Е., Волосюк В. К., Горбуненко О. А. Радиотехнические системы дистанционного зондирования. Харьков : ХАИ, 2002. 157 с.

17.  Ksendzuk A. V., Volosyuk V. K., Sologub N. S. Modeling SAR primary and secondary processing algorithms. Estimating quality of the processing techniques // 5-th European Conference on Synthetic Aperture Radar EUSAR 2004. Ulm, Germany. 2004. Vol. 2. P. 1013–1016.

18.  Ksendzuk A. V., Gerasimov P. A. Inverse passive synthetic aperture radar. Radio industry (Russia). 2016. Vol. 26(1). P. 33–37.

19.  Seasonal polarimetric measurements of soil moisture using tower-based GPS bistatic radar // IGARSS 2003 / V. Zavorotny, D. Masters, A Gasiewski et al. // 2003 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (21–25 July 2003). Toulouse, France, 2003. Vol. 2. P. 781–783.

20.  A delay Doppler-mapping receiver system for GPS-reflection remote sensing / Lowe S. T., Kroger P. M., Franklin G. W. et al. // IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 2003. Vol. 40(55). P. 1150–1163.

21.  A physical model for GPS multipath caused by land reflections: Toward bare soil moisture retrievals / Zavorotny V., Larson K.M., Braun J. et al. // IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2010. Vol. 3(1). P. 100–110.

22.  Gutmann E., Larson K. M., Williams M., Nievinski F. G., Zavorotny V. Snow measurement by GPS interferometric reflectometry: An evaluation at niwot ridge, Colorado // Hydrol. Process. 2011. Vol. 26(19). P. 2951–2961.

23.  Voronovich A. G. Non-local small-slope approximation for wave scattering from rough surfaces // Waves in Random Media. 1996. Vol. 6(2). P. 151–167.

24.  Voronovich A. G. Small-slope approximation for electro-magnetic wave scattering at a rough interface of two dielectric half-spaces // Waves Random Media. 1994. Vol. 4(3). P. 337–367.

25.  Soiguine A. Scattering of geometric algebra wave functions and collapse in measurements // Journal of Applied Mathematics and Physics. 2020. Vol. 8. P. 1838–1844.

26.  Johnson J. T. A study of ocean-like surface thermal emission and reflection using Voronovich’s small slope approximation // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 2005. Vol. 43(2). P. 306–314.

27.  Voronovich A. G., Zavorotny V. U. Ocean-scattered polarized bistatic radar signals modeled with small-slope approximation // IEEE Int. Geoscience Remote Sensing Symp. 2012. P. 3415–3418.

28.  Zavorotny V. U., Voronovich A. G. Bistatic GPS signal reflections at various polarizations from rough land surface with moisture content // IEEE Int. Geoscience Remote Sensing Symp. 2000. Vol. 7. P. 2852–2854.

29.  Переслегин С. В., Левченко Д. Г., Карпов И. О. Вибрационная волна на поверхности воды: параметрическое возбуждение и радиолокационное наблюдение // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2021. Т. 14, № 2. С. 39–53.

30.  Формирование скоростных радиолокационных изображений морской поверхности
со стационарных, авиационных и космических носителей / С. В. Переслегин, И. О. Карпов,
З. А. Халиков и др. // Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 2019. Т. 12, № 1. С. 21–29.


 


Карцан Игорь Николаевич – доктор технических наук, доцент, Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева; старший научный сотрудник, Морской гидрофизический институт РАН; профессор, Севастопольский государственный университет; главный научный сотрудник, ФГБНУ «Экспертно-аналитический центр». E-mail: kartsan@sibsau.ru.

Жуков Александр Олегович – доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научной работе, ФГБНУ «Экспертно-аналитический центр»; ведущий научный сотрудник, ФГБУН «Институт астрономии Российской академии наук». E-mail: aozhukov@mail.ru.

 


  Малые космические аппараты для зондирования морской поверхности