Метрические пространства и информационные меры в радиолокационном зондировании Земли

Информационно-измерительные радиотехнические и оптико-электронные (радиоэлектрон-ные) системы (РЭС) относятся к особому классу технических объектов различного уровня кибернетической и информационной сложности. В отличие от РЭС передачи информации с конечным и, как правило, дискретным множеством значений параметров электромагнитного поля (ЭМП) (согласованные типы модуляции, коды сообщений) РЭС извлечения информации оперирует бесконечным непрерывным множеством (амплитуды, времени задержки, доплеровской частоты) и поэтому являются информационно сложными системами более высокого уровня.
Космическая система дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) на основе радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны (РСА) представляет собой открытую информационную систему, включенную в систему массового обслуживания потребителей данных ДЗЗ. Разнообразие режимов радиолокационного наблюдения на одном РСА с АФАР (полосовой, широкополосный, прожекторный, волновой, селекция движущихся целей, скаттерометрический) как совокупности форми-руемой ДНА, параметров излучаемого сигнала и согласованной обработки является, с одной стороны, адаптацией к разнородным требованиям потребителей, а с другой – изменением метрических свойств подобной информационной системы.
Электродинамическая формализация этапов регистрация-реконструкция в виде операторного уравнения 1-го рода, где объектами, подлежащими восстановлению по результатам измерений рассеянного поля, являются токи проводимости и поляризации, эквивалентные электрические и магнитные токи, а в качестве ядра служат функции Грина, диаграммы направленности регистрирующих антенн или их импульсные характеристики, позволяет выявить общность восстановления радиоизображений независимо от конкретного метода. Прямые алгоритмы реконструкции (конструктивный, оптимальный в среднем, регуляризованный) указывают на взаимосвязь процедур регистрация-реконструкция для достижения заданного «качества» радиоизображения, а также возможность, целенаправленно изменяя базис, осуществлять избирательное восстановление радиосцены.
Применение концепции радиоинформатики к области радиолокации обусловлено информационным характером электромагнитного поля (ЭМП). Основой информационного взаимодействия в РСА являются радиолокационные сигналы – ЭМП с естественным образом модулированными параметрами. Отражение ЭМП от объекта обусловлено тремя механизмами: резонансным, дифракци-онным, диффузным. Во всех этих механизмах участвуют материал, форма и габариты цели, расположение и размеры конструктивных элементов, их движение и угловое вращение, неоднородности поверхности при определенных характеристиках среды распространения. Вклад каждого из механизмов определяется несущей частотой и полосой частот зондирующего сигнала. Фундаментальный принцип неопределенности квантовой механики (импульс-координата, координата-скорость) в радиолокации проявляется в функции неопределенности РЛС с пространственно-временной обработкой сигнала (задержка-частота, дальность-скорость). Выбор оптимального сигнала для снижения неопределенности осуществляется при заданном энергоресурсе. Система радиолокационных сигналов, обладающая ситуационной полнотой и управляемостью, позволяет эффективно использовать энергоресурс с целью рационального распределения информационного поля в зоне ответственности РЛС, минимизации потерь и получения требуемых точностей. С целью повышения информативности система должна включать как синтаксические, так и семантические сигналы применительно к назначению РЛС и сложившейся ситуации. Введение в практике радиолокации синтеза апертуры антенны и сложных сигналов является одной из реализаций оптимального базиса сигналов, поэтому вопросы пространственной и временной обработки сигналов являются теоретической базой радиоинформатики.
Основными эффектами, имеющими место при распространении ЭМП через атмосферу являются однократное и многократное рассеяние на неоднородностях ионосферы (зоны повышен-ной/пониженной электронной концентрации) и тропосферы (зоны давления и гидрометеоров), искривление траектории вследствие рефракции (закономерного изменения преломления из-за физических параметров – давления, плотности) и соответствующее запаздывание, вращение плоскости поляризации вследствие эффекта Фарадея, дисперсионные явления и поглощение.