Автореферат (Автоматическая сшивка радиолокационных изображений земной поверхности при неизвестных элементах внешнего ориентирования)

На правах рукописиРоманов Александр АлексеевичАВТОМАТИЧЕСКАЯ СШИВКА РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ЗЕМНОЙПОВЕРХНОСТИ ПРИ НЕИЗВЕСТНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ВНЕШНЕГООРИЕНТИРОВАНИЯСпециальность: 05.12.14 – «Радиолокация и радионавигация»Автореферат диссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2016 г.Работа выполнена на кафедре 401 «Радиолокация и радионавигация» Федеральногогосударственногобюджетногообразовательногоучреждениявысшегообразования«Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)»Научный руководитель:Татарский Борис Григорьевичдоктор технических наук, профессорОфициальные оппоненты: Карпов Олег Анатольевичдоктортехническихнаук,старшийнаучныйсотрудникАО «Корпорация «Фазотрон-НИИР»Каргашин Юрий Дмитриевичкандидат технических наук, доцент, главный специалист департаментаподготовки авиационного персонала ПАО «Компания «Сухой»Ведущая организация:ФедеральноегосударственноебюджетноеучреждениенаукиИнститут радиотехники и электроники им.

В.А. КотельниковаРоссийской академии наукЗащита состоится «06» июня 2017 г. в 15:30 на заседании диссертационного советаД 212.125.03 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждениивысшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательскийуниверситет)» по адресу 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4.С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться на сайте mai.ru и в библиотекеФГБОУВО«Московскийавиационныйинститут(национальныйисследовательскийуниверситет)».Автореферат разослан «____» ____________ 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.125.03д.т.н., с.н.с.М.И.

Сычев2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. Радиолокационные станции (РЛС) землеобзораявляются эффективным средством решения задач мониторинга земной поверхности независимоот метеорологических условий и времени суток. Современные РЛС с синтезированиемапертуры(РСА)позволяютполучитьрадиолокационныеизображения(РЛИ)земнойповерхности высокого разрешения.Дешифрированиеданныхрадиолокационногомониторингаявляетсяоднойизважнейших задач обработки получаемых изображений. При этом разработка системавтоматизированногоиавтоматическогодешифрированияРЛИпозволитповыситьоперативность получения результатов радиолокационного мониторинга.Съемка большой территории множеством различных РЛС с получением РЛИ высокогоразрешения (например, при прожекторном режиме РСА) способствует формированиюмножества отдельных изображений, дешифрировать которые целесообразно в виде единоймногослойной радиолокационной карты.Ошибка элементов внешнего ориентирования и географической привязки РЛИ земнойповерхности может достигать больших значений вследствие совокупности влияния множествафакторов (рельефа местности, траекторных нестабильностей и прочих), что делаетневозможным формирование радиолокационной карты путем простого наложения отдельныхРЛИ согласно указанным данным.В настоящее время не существует алгоритмов и программных комплексов, позволяющихпроводить сшивку РЛИ земной поверхности без использования элементов внешнегоориентирования и географической привязки.

В то время как привязка РЛИ к местностизачастую осуществляется операторами вручную по заранее определенным эталонным объектам.Данные факторы значительно увеличивают время формирования единой радиолокационнойкарты.Целью диссертационной работы является повышение эффективности и степениавтоматизации процедуры сшивки РЛИ земной поверхности с неизвестными элементамивнешнего ориентирования. Для достижения поставленной цели в ходе диссертационногоисследования необходимо решить следующие задачи:1. Разработать и провести анализ алгоритмов поиска областей перекрытия двух РЛИ –областей с общей семантикой.2. Провести оценку возможности расчета взаимной ориентации двух РЛИ на основеобластей с общей семантикой.33. Разработать и провести анализ алгоритмов расчета взаимной ориентации двухперекрывающихся РЛИ на основе областей с общей семантикой с учетом возможныхгеометрических искажений РЛИ земной поверхности.4.

Выполнить разработку и провести анализ алгоритмов уточнения ориентации несколькихперекрывающихся РЛИ.5. Разработать алгоритм автоматической сшивки РЛИ земной поверхности при неизвестныхэлементах внешнего ориентирования.6. Осуществить оценку влияния различных факторов на точность результатов сшивки РЛИ.Объект исследования. В диссертационной работе в качестве объекта исследованиярассматриваются РСА авиационного и космического базирований, формирующие РЛИ земнойповерхности с высоким разрешением.Предмет исследования.

Алгоритм автоматической сшивки РЛИ земной поверхности,полученныхспомощьюразличныхРСА,принеизвестныхэлементахвнешнегоориентирования.Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:1. Разработана модификация алгоритма SURF обнаружения точек интереса на РЛИ сповышенной точностью вычисления их векторов описания.2. Разработан алгоритм определения качества РЛИ через определение его формальнойхарактеристики – насыщенности семантики изображения, которая количественнооценивается с помощью одномерных S, Sps и матричного Sm показателей. Данныепоказатели, в частности, позволяют формализовать требования к насыщенностисемантики РЛИ для систем автоматической обработки РЛИ.3.

Разработан алгоритм вычисления взаимной ориентации двух РЛИ по области перекрытияс учетом возможных геометрических искажений.4. Разработан алгоритм уточнения ориентации нескольких перекрывающихся РЛИ путемуточнения ориентации базового РЛИ.5. Разработан алгоритм автоматической сшивки РЛИ земной поверхности при неизвестныхэлементах внешнего ориентирования.Практическая значимость работы. Разработанный алгоритм автоматической сшивкирадиолокационныхизображенийпозволяетсоздатьалгоритмическоеипрограммноеобеспечения для систем автоматической обработки кадров РЛИ земной поверхности принеизвестных элементах внешнего ориентирования и отсутствии географической привязки.Методы исследования. В ходе диссертационных исследований использовались методыобработки цифровых изображений, теории графов, нейросетевого и математического4моделирований, вычислительной математики, сферической геометрии, а также теория синтезаискусственных апертур и общие методы теории статистической радиотехники.Достоверность полученных научных результатов обеспечивается корректностьюпостановки задачи исследования, применением адекватного математического аппарата, а такженепротиворечивостью полученных результатов экспериментальным данным.На защиту выносятся следующие положения:1.

Разработанный модифицированный алгоритм SURF позволяет увеличить в среднем на40% минимальное количество автоматически найденных опорных точек в областиперекрытия сшиваемых РЛИ земной поверхности при неизвестных элементах внешнегоориентирования по сравнению с оригинальной версией алгоритма.2. Введенные показатели оценки насыщенности семантики РЛИ и разработанный на ихоснове алгоритм автоматического определения качества предъявляемых изображенийпозволяютвыбраковыватьпонасыщенностисемантикивходныеизображения,подлежащие автоматизированной обработке.3. Разработанный алгоритм вычисления взаимной ориентации двух РЛИ земнойповерхности позволяет по опорным точкам определить параметры преобразованиямеждусистемамикоординатобрабатываемыхРЛИсучетомвозможныхихгеометрических искажений и ошибочно определенных опорных точек.4.

Полученный алгоритм уточнения ориентации базового РЛИ земной поверхностипозволяет избежать ошибочной трансформации РЛИ, которая приводит к появлению всшивке изображений бесконечного размера.5. Разработанный алгоритм автоматической сшивки РЛИ земной поверхности принеизвестных элементах внешнего ориентирования обеспечивает формирование единойрадиолокационной карты с точностью сшивки в единицы элементов разрешения заприемлемое время при соблюдении полученных требований к максимальному размерусшивки и перепадам высоты местности внутри кадра РЛИ.Апробация результатов. Результаты диссертационной работы докладывались иобсуждались на следующих мероприятиях:‒ 56-я, 57-я и 58-я научные конференции МФТИ (2013-2015);‒ 63-я научно-техническая конференция МИРЭА (2014);‒ юбилейная научно-техническая конференция ОАО «Концерн «Вега» (2014);‒ межрегиональныймолодёжныйконкурснаучно-техническихработипроектов«Молодёжь и будущее авиации и космонавтики» (2014);‒ 13-я и 14-я международные конференции «Авиация и космонавтика» (2014, 2015);5‒ международная конференция «Инжиниринг & Телекоммуникации»— En&T (2014);‒ VIII всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь» (2014);‒ молодежная научно-практическая конференция «Инновации в авиации и космонавтике –2015» (2015);‒ всероссийская конференция «Чтения по прикладным наукам», РАН (2015);‒ XIIIмолодежнаянаучно-техническаяконференция«Радиолокацияисвязь–перспективные технологии» (2015);‒ XLII международная молодежная научная конференция «Гагаринские чтения – 2016»(2016).Основные результаты диссертационной работы опубликованы в монографии «Комплексыс беспилотными летательными аппаратами.