КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 22-79-00303

НазваниеРазработка и исследование междисциплинарного подхода к автоматизированному многопозиционному бортовому мониторингу на основе комплексной обработки потоков радиолокационных кадров и методов технического зрения

РуководительНенашев Вадим Александрович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2022 - 06.2024

Конкурс№70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-605 - Комплексирование и обработка информации в технических системах

Ключевые словаМногопозиционные радиолокационные бортовые системы, оперативный мониторинг, малые беспилотные летательные аппараты, малогабаритные бортовые РЛС и антенные системы, комплексирование информации, потоки радиолокационных кадров, машинное обучение, высокоскоростные беспроводные сети, маркированные широкополосные сигналы, передняя зона обзора, распознавание и классификация объектов и территорий, техническое зрение

Код ГРНТИ47.49.00, 28.23.29, 28.23.15

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
В настоящее время беспилотные летательные аппараты (БПЛА) широко используются для получения высокоточных карт местности, определения береговой кромки земля-море, классификации наблюдаемых поверхностей, экологического мониторинга, обнаружения различных катастроф при поиске физических объектов, в частности, людей, в случае стихийных бедствий и т.д. Помимо военного назначения, использование БПЛА обусловлено необходимостью проведения научных исследований, например, разведки, в том числе, при реализации воздушного мониторинга в труднодоступных местах и на территориях, представляющих угрозу жизни человеку. При решении перечисленных задач необходимо обрабатывать большие объемы потоков информации, поступающей от пространственно-распределенных малогабаритных бортовых радиолокационных станций (РЛС), базирующихся на БПЛА и образующих многопозиционную систему. Позиции многопозиционной системы формируют и обмениваются потоками радиолокационных кадров высокого разрешения, сформированных для передней и переднебоковой зон каждой РЛС. Однако, в силу малых габаритов БПЛА, и, соответственно, небольшой апертуры антенны бортовой РЛС, обеспечение высокого разрешения по азимутальной координате представляется проблематичным, особенно в передней зоне обзора, в которой невозможно использование методов синтезирования апертуры антенны. В проекте осуществляется развитие теоретических и прикладных аспектов высокоточного, информативного и достоверного отображения радиолокационной обстановки. Это достигается посредством реализации и исследования междисциплинарного и многопозиционного подхода к автоматизированному авиационному бортовому мониторингу с применением технологий технического зрения при комплексной обработке потоков радиолокационных кадров, сформированных для передней полусферы обзора в условиях деструктивных воздействий. Подобная многопозиционная система, при соответствующем комплексировании потоков радиолокационной информации, получаемой разнесенными в пространстве источниками, позволяет преодолеть ограничения однопозиционных систем, в частности, сформировать поток высокоточных кадров подстилающей поверхности в передних зонах обзора по курсу движения носителей бортовых РЛС. Реализуются модели, способы и методики комплексирования потоков информации в многопозиционной бортовой системе радиолокационного мониторинга для экологической разведки, обеспечения поисково-спасательных операций, в том числе, труднодоступных территорий или территорий, представляющих опасность для здоровья человека или окружающей природы. Реализуемые модели, методики и способы позволят отображать на экране оператора потоки радиолокационных изображений высокого разрешения к которым будут применяться модифицированные способы технического зрения, что значительно повысит информативность и достоверность отображаемой радиолокационной обстановки и позволит получить качественно новый междисциплинарный научный результат. Кроме того, такой подход радиолокационного мониторинга позволит в ряде случаев оперативно обнаружить экологические и техногенные катастрофы, представляющие особую опасность для жизнедеятельности людей и окружающей природы. Поэтому тема проекта, по мнению автора, несомненно актуальна. Научная новизна заключается в создании новой методологии комплексной обработки потоков радиолокационных кадров, поступающих от бортовых РЛС многопозиционной системы, с последующим применением к сформированному общему комплексному потоку методов технического зрения, из чего следует потребность в исследовании, модификации, обобщении и расширении области применения этих методов для поставленных в проекте задач. Междисциплинарность исследования заключается в методологии разработки многопозиционных систем, включающих распределенные радиолокационные бортовые станции, использующие комплексирование информации в единое информационное поле, с участием средств искусственного интеллекта, в частности методов технического зрения для потока радиолокационных кадров передней зоны обзора.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут разработаны и исследованы новые модели, методики, способы и алгоритмы для реализации процессов обнаружения, определения координат, сопровождения, классификации и распознавания объектов интереса (в том числе малоразмерных), а также планируется реализовать программный комплекс для бортовой многопозиционной системы радиолокационного мониторинга, пространственно-распределённые позиции которой объединены в высокоскоростную сеть обмена и комплексной обработки информации. Таким образом, планируется достичь следующих основных результатов: 1. Новые модели и алгоритмы моделирования локационной обстановки для режимов бортового мониторинга на базе многопозиционных систем, в частности, математические модели и алгоритмы моделирования маркированных эхо-сигналов подстилающих поверхностей земли и моря, а также прибрежных вод, основанных на экспериментальных данных и учитывающих характеристики разрабатываемой бортовой системы радиолокационного мониторинга. 2. Способы формирования псевдо-радиолокационного изображения в передних зонах обзора многопозиционной системы бортовых РЛС, реализуемых на основе методов аппроксимации и экстраполяции данных, в частности, при использовании континуализации дискретного изображения наблюдаемых поверхностей с помощью пространственных сплайнов с возможностью совмещения радиолокационных многопозиционных режимов за счет использования новых маркированных зондирующих широкополосных сигналов в совместном канале комплексной обработки потоков радиолокационных данных. 3. Способы формирования радиолокационных изображений с высоким разрешением близким к оптическому, за счет применения нескольких частот следования зондирующих импульсных сигналов и специальной межпериодной обработки потока радиолокационных кадров. Данный результат позволит уйти от ряда задач применения в комплексе радиолокационных и оптических систем формирования изображений, поскольку оптические, не всегда являются всепогодными и всесезонными, а также их работа затруднена при задымлениях, пожарах и других деструктивных воздействиях. 4. Методики формирования и комплексной обработки потоков радиолокационных кадров с частотой близкой к видеочастоте. Реализация процесса формирования потока радиолокационных кадров позволит модифицировать известные, а также применять новые алгоритмы, способы и методики, основанные на методах технического зрения, межкадровой обработки видеоданных с учетом специфики работы бортовых многопозиционных радиолокационных систем. 5. Создание модулей программного комплекса для моделирования и отработки режимов работы бортовой многопозиционной системы радиолокационного мониторинга земной поверхности. Данные модули программного комплекса будут использованы для последующей разработки соответствующего прототипа программно-аппаратного комплекса. Отличительной особенностью этого комплекса будет являться его мобильность, а также продолжительное время полета за счет низких массо-габаритных характеристик при бортовом базировании и с минимальными временными затратами на развертывание и сворачивание этого комплекса. Полученные результаты будут иметь длительное последействие, поскольку с появлением оригинальных и высокоточных способов многопозиционного бортового мониторинга, реализуемого на основе комплексной обработки потоков радиолокационных кадров с последующим применением к сформированному общему комплексному потоку методов технического зрения, возникает потребность в их исследовании, модификации, обобщении и расширении области применения. В рамках данного проекта будет создан веб-сайт, отражающий текущее состояние проекта, его достигнутые научные результаты, опубликованные научные работы, монографии, полученные патенты, свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ, базы данных и топологии интегральных микросхем. Будет опубликована серия статей и обзоров по тематике проекта в журналах с высоким индексом цитирования в РИНЦ, Scopus и WoS: Remote Sensing (Scopus, SJR - Q1), Journal of Imaging (Scopus, SJR - Q2), Journal of Applied Remote Sensing (WoS, Scopus, SJR - Q2), Информационно-управляющие системы (Scopus, SJR - Q3), Информатика и автоматизация (Труды СПИИРАН) (Scopus, SJR - Q3) и др., а также в трудах конференций: Smart Innovation, Systems and Technologies, Proceedings of SPIE, Proceedings of Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems и др. На базе Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения создана новая научная лаборатория интеллектуальных технологий и моделирования сложных систем, профессионально занимающаяся созданием и исследованием теоретических и прикладных аспектов развития теории комплексирования информации в бортовых многопозиционных системах локационного мониторинга. Научная значимость проекта В научном отношении данный проект предполагает теоретические разработки, связанные с управлением элементами многопозиционной радиолокационной системы при интенсивном обмене информацией между отдельными носителями малогабаритных бортовых радиолокационных станций, что, как следует из работ автора проекта, заключается не только в комплексировании радиолокационных потоков информации, полученных с разных ракурсов наблюдения, но и - в управлении режимами полетов самих носителей бортовых радиолокационных станций. При этом, эту проблему - комплексирования потоков радиолокационных данных и управления полетами отдельных носителей бортовой аппаратуры, необходимо решать как единую комплексную проблему. Практическая значимость проекта В этом плане проект представляет интерес и с точки зрения защиты от террористических атак, связанных с искусственным созданием критических ситуаций, и с точки зрения предотвращения экономических потерь, связанных со стихийными бедствиями, которые, при сборе большого количества информации, могут быть определены оперативно и с большой точностью. Эта часть проекта связана с разработкой специализированных математических моделей высокоточного отображения радиолокационной обстановки и создания специального программного обеспечения для проведения имитационного моделирования, позволяющего оценить эффективность соответствующих мер по предотвращению тяжелых потерь. Общественная значимость проекта Общественная значимость данного проекта заключается в возможности экстренной помощи людям, попавшим в бедствие в результате природных, экологических и техногенных катастроф. Своевременный поиск и оказание оперативной помощи позволит сохранить многие жизни и здоровье людей.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---