Метод определения параметров многомаршрутной радиолокационной съемки района сложной конфигурации

Мониторинг районов сложной конфигурации, проливных зон, изрезанных побережий, горных участков средствами космической радиолокационной съёмки сопровождается ростом требований к оперативности, полноте и равномерности покрытия при ограниченном ресурсе орбитальной группировки. Традиционные подходы к планированию съёмки, ориентированные на районы простой формы и однократное покрытие полосой захвата, во многих случаях оказываются недостаточно эффективными для районов сложной конфигурации, приводя либо к избыточному расходу ресурса космического аппарата, либо к пропускам покрытия значимых участков. В этой связи возрастает актуальность разработки методов автоматизированного определения параметров многомаршрутной съёмки, совместно учитывающих геометрию района, рельеф местности и реальное орбитальное движение космического аппарата.
В представленной работе рассматривается метод определения параметров многомаршрутной космической радиолокационной съёмки, основанный на представлении задачи как покрытия множества: район мониторинга разбивается на регулярную сетку ячеек с весовыми коэффициентами приоритета, а параметры маршрутов (угол визирования и положение полосы захвата) подбираются пошаговым (жадным) алгоритмом. На каждом шаге алгоритм выбирает из множества кандидатов маршрут, дающий максимальный прирост суммарного приоритетного веса покрытых ячеек, до достижения целевого уровня полноты охвата либо исчерпания лимита числа маршрутов.
Достижимое качество решения оценивается двумя показателями. Первый показатель отражает полноту охвата района и определяется как отношение суммарного приоритетного веса участков, покрытых хотя бы одним маршрутом, к суммарному приоритетному весу всего района. Второй показатель отражает равномерность охвата и характеризует устойчивость кратности покрытия отдельных участков района выбранными маршрутами: чем ближе кратность покрытия различных участков друг к другу, тем выше значение данного показателя. Задача метода состоит в максимизации обоих показателей при минимально необходимом числе маршрутов съёмки.
Учёт рельефа местности выполняется через булеву функцию видимости, зависящую от координат точки, угла визирования и момента пролёта. Использование цифровой модели рельефа SRTM позволяет корректно определять зоны радиолокационной тени и наложения на возвышенных участках местности и исключать соответствующие площади из фактически наблюдаемого покрытия. Положение космического аппарата определяется моделью SGP4 по актуальным орбитальным элементам, что обеспечивает учёт физически достижимых моментов и направлений пролёта, а не идеализированного набора кандидатов маршрутов.
Метод дополнен опциональными техническими ограничениями: проверкой совместности угла визирования и ширины полосы захвата по критерию частоты повторения импульсов, а также ограничением по бюджету данных бортовой аппаратуры. Оба ограничения включаются без изменения структуры жадного алгоритма и позволяют отбраковывать кандидатов маршрутов, физически нереализуемых для заданных характеристик бортовой радиолокационной аппаратуры.
На контрольном примере условного района, приближённого по конфигурации к проливной зоне, предложенный метод обеспечивает повышение показателя полноты охвата с 0,72 при однократном покрытии до 0,96 при пяти маршрутах съёмки. Сопоставление с альтернативными стратегиями (случайным выбором, двухшаговым вариантом жадного алгоритма и генетическим алгоритмом) показывает, что предложенный алгоритм кардинально превосходит случайный выбор по качеству решения и практически не уступает более трудоёмкому генетическому алгоритму при на порядок меньших вычислительных затратах.
Метод и программная реализация дополнительно апробированы на полностью реальных геопространственных данных (цифровой модели рельефа и актуальных орбитальных данных действующей радиолокационной группировки) без изменений алгоритмической части. Апробация на ряде реальных районов различной конфигурации, включая районы без выраженной акватории, подтвердила универсальность метода и позволила охарактеризовать зависимость достижимой полноты охвата от горизонта планирования и от разнесения орбитальных плоскостей группировки.
Таким образом, разработанный метод демонстрирует практическую применимость подхода к определению параметров многомаршрутной космической радиолокационной съёмки для мониторинга районов сложной конфигурации. Результаты могут быть использованы при планировании целевого применения орбитальных группировок радиолокационного наблюдения и обосновании требований к составу перспективных группировок.
Перспективным направлением дальнейшего развития метода является учёт скользящего (roll-over) планирования с переносом истории покрытия между интервалами планирования, оптимизация состава и взаимного расположения орбитальных плоскостей группировки по показателю полноты охвата для заданного района, а также интеграция метода в программный комплекс поддержки принятия решений с автоматическим получением исходных геопространственных и орбитальных данных.