Диссертация (Автоматическая сшивка радиолокационных изображений земной поверхности при неизвестных элементах внешнего ориентирования), страница 2

Разработана модификация алгоритма SURF обнаружения точек интереса наРЛИ с повышенной точностью вычисления их векторов описания.2. Разработан алгоритм определения качества РЛИ через определение егоформальной характеристики – насыщенности семантики изображения,которая количественно оценивается с помощью одномерных S, Sps иматричного Sm показателей. Данные показатели, в частности, позволяют7формализовать требования к насыщенности семантики РЛИ для системавтоматической обработки РЛИ.3. Разработан алгоритм вычисления взаимной ориентации двух РЛИ пообласти перекрытия с учетом возможных геометрических искажений.4.

Разработан алгоритм уточнения ориентации нескольких перекрывающихсяРЛИ путем уточнения ориентации базового РЛИ.5. Разработан алгоритм автоматической сшивки РЛИ земной поверхности принеизвестных элементах внешнего ориентирования.Практическаязначимостьработы.Разработанныйалгоритмавтоматической сшивки радиолокационных изображений позволяет создатьалгоритмическое и программное обеспечения для систем автоматическойобработки кадров РЛИ земной поверхности при неизвестных элементах внешнегоориентирования и отсутствии географической привязки.Методыисследования.Входедиссертационныхисследованийиспользовались методы обработки цифровых изображений, теории графов,нейросетевого и математического моделирований, вычислительной математики,сферической геометрии, а также теория синтеза искусственных апертур и общиеметоды теории статистической радиотехники.Достоверностьполученныхнаучныхрезультатовобеспечиваетсякорректностью постановки задачи исследования, применением адекватногоматематического аппарата, а также непротиворечивостью полученных результатовэкспериментальным данным.На защиту выносятся следующие положения:1.

Разработанный модифицированный алгоритм SURF позволяет увеличить всреднем на 40% минимальное количество автоматически найденныхопорных точек в области перекрытия сшиваемых РЛИ земной поверхностипри неизвестных элементах внешнего ориентирования по сравнению соригинальной версией алгоритма.82. ВведенныепоказателиоценкинасыщенностисемантикиРЛИиразработанный на их основе алгоритм автоматического определениякачествапредъявляемыхнасыщенностиизображенийсемантикипозволяютвходныевыбраковыватьизображения,поподлежащиеавтоматизированной обработке.3. Разработанный алгоритм вычисления взаимной ориентации двух РЛИземной поверхности позволяет по опорным точкам определить параметрыпреобразования между системами координат обрабатываемых РЛИ с учетомвозможных их геометрических искажений и ошибочно определенныхопорных точек.4.

Полученный алгоритм уточнения ориентации базового РЛИ земнойповерхности позволяет избежать ошибочной трансформации РЛИ, котораяприводит к появлению в сшивке изображений бесконечного размера.5. Разработанный алгоритм автоматической сшивки РЛИ земной поверхностипри неизвестных элементах внешнего ориентирования обеспечиваетформирование единой радиолокационной карты с точностью сшивки вединицы элементов разрешения за приемлемое время при соблюденииполученных требований к максимальному размеру сшивки и перепадамвысоты местности внутри кадра РЛИ.Апробациярезультатов.Результатыдиссертационнойработыдокладывались и обсуждались 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);– межрегиональный молодёжный конкурс научно-технических работ ипроектов «Молодёжь и будущее авиации и космонавтики» (2014);– 13-я и 14-я международные конференции «Авиация и космонавтика» (2014,2015);9– международная конференция «Инжиниринг & Телекоммуникации»— En&T(2014);– VIII всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь» (2014);– молодежная научно-практическая конференция «Инновации в авиации икосмонавтике – 2015» (2015);– всероссийская конференция «Чтения по прикладным наукам», РАН (2015);– XIII молодежная научно-техническая конференция «Радиолокация и связь –перспективные технологии» (2015);– XLII международная молодежная научная конференция «Гагаринскиечтения – 2016» (2016).Основные результаты диссертационной работы опубликованы в монографии«Комплексы с беспилотными летательными аппаратами.

В 2-х кн: Кн. 2.Робототехнические комплексы на основе БЛА» (М.: Радиотехника, 2016), внаучно-техническом отчете о НИР «Перспектива - 500» и в 3 статьях в журналах,рекомендованных ВАК при Минобрнауки России к публикации результатовдиссертационных исследований соискателям ученых степеней доктора икандидата технических наук, а так же в 10 печатных работах, включенных всборники тезисов или докладов по результатам научных и научно-техническихконференций.Внедрение результатов диссертационной работы.Результаты диссертационной работы использованы при выполненииНИР «Перспектива - 500» в АО «Концерн «Вега», а также внедрены в учебномпроцессе кафедры 401 Московского авиационного института (национальногоисследовательского университета).Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения,трех разделов, заключения, списка литературы из 113 наименований и6 приложений. Текст диссертации изложен на 169 машинописных страницах,включает 81 рисунок и 22 таблицы.10Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированыцель и задачи исследования, отмечена научная новизна и практическая значимостьполученных результатов, приведены основные положения диссертационнойработы, выносимые на защиту, а также сведения об апробации и внедрениирезультатов диссертационной работы. Описана структура диссертационнойработы и дано краткое содержание ее разделов.В первой главе проведены краткий обзор современных РЛС землеобзора,аналитический обзор существующих алгоритмов и программных комплексовсшивки изображений различных типов, а также описаны задачи, решение которыхцелесообразно с помощью сшивки РЛИ земной поверхности.

Особое вниманиеуделеноанализусуществующихалгоритмовобработкиизображений,совокупность которых потенциально позволяет производить автоматическийпоиск опорных точек на РЛИ на основе их областей перекрытия.Во второй главе сформулированы критерии оптимального алгоритмасшивки РЛИ земной поверхности, произведен анализ возможных геометрическихискажений на РЛИ земной поверхности. Значительная часть главы посвященаразработке квазиоптимального алгоритма автоматической сшивки РЛИ земнойповерхности, в составе которого описаны подходы и разработка алгоритмовавтоматического поиска опорных точек, количественной оценки насыщенностисемантики РЛИ, вычисления ориентации перекрывающихся РЛИ земнойповерхности и уточнения ориентации базового РЛИ земной поверхности.В третьей главе приведены результаты математического моделированияразрабатываемого алгоритма автоматической сшивки РЛИ земной поверхности ивсех его этапов в отдельности, описаны предложения по практическойреализации, а также проведена оценка влияния рельефа местности, высотныхобъектов и кривизны земной поверхности на точность получаемой единойрадиолокационной карты.В заключении представлены основные результаты диссертационногоисследования.

Далее, приведены списки сокращений и используемой литературы.11В приложение А вынесены основные свойства используемого в работепроективного преобразования. Приложения Б, В и Д содержат входные данные ирезультаты математического моделирования различных этапов обработки РЛИразрабатываемого алгоритма автоматической сшивки РЛИ земной поверхности. Вприложении Г представлены изображения консольного интерфейса программыдля ЭВМ, разработанной в рамках реализации полученного алгоритма.ПриложениеЕсодержитрезультатыоценкиповерхности на точность получаемой сшивки.влияниякривизныземной12ГЛАВА 1.

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХИЗОБРАЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ1.1 Радиолокационный мониторинг земной поверхностиСовершенствование методов радиолокационного зондирования земнойповерхности привело к появлению РЛС с синтезированием апертуры (РСА).В РСА первого поколения, размещаемых на ЛА, использовался строгобоковой обзор земной поверхности и применялась аппаратурная реализацияпринципа синтезированной апертуры антенны, в которой сигналы с выходафазовых детекторов приемника РСА регистрировались на первичную фотопленкув бортовом фоторегистрирующем устройстве. Картина, записанная на первичнойпленке, представляла собой радиоголограмму. Для получения РЛИ после возвратаЛА с задания первичную пленку помещали в оптическое устройство обработки,где записанная радиоголограмма освещалась плоским световым пучком лазера.

Врезультате такой процедуры восстанавливаются изменения амплитуды и фазысигналов, принятых антенной РСА в соответствующий момент времени. Даннаясхема приводила к значительной задержке по времени получения РЛИнаблюдаемой поверхности [2].В 70-х годах XX века появились первые РСА с цифровой обработкой(ЦРСА), позволяющие передавать радиолокационные данные на наземные пунктыобработки, что значительно повысило оперативность получения результатоврадиолокационного мониторинга. Развитие цифровых вычислительных систем вдальнейшем позволило проводить обработку данных сразу на борту носителяРСА.Потребность в повышении разрешающей способности РСА требовалаувеличенияинтерваласинтезирования(времени когерентногонакопления13отраженного сигнала), поэтому в помощь боковому способу обзора пришелтелескопический (прожекторный).При телескопическом обзоре РЛИ формируется в виде отдельного кадра вокрестности выбранной точки — центральной точки участка местности.

Веськадр формируется на одном интервале синтезирования, при этом наблюдаемыйучасток местности остается в зоне видимости за счет поворота ДНА. При такомспособе обзора снимаются принципиальные ограничения на разрешающуюспособность за счет неограниченного теоретического времени обзора.Для успешного синтезирования апертуры антенны с получением высокогоразрешения необходимо знать положение и ориентацию носителя РЛС с высокойточностью в каждый момент времени на большом интервале синтезирования, чтопроблематично в условиях воздушных потоков атмосферы.