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 проекта 19-79-00303
НазваниеРазработка и исследование высокоточных способов многопозиционного радиооптического мониторинга для экологической разведки, прогнозирования и оперативного предупреждения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера
Руководитель Ненашев Вадим Александрович, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" , г Санкт-Петербург
Конкурс №40 - Конкурс 2019 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 слова Многопозиционные системы, малые летательные аппараты, портативные бортовые РЛС, оптические системы локации, малогабаритные антенные системы, синтезирование апертуры антенны, комплексирование информации, искусственный интеллект, машинное обучение, слияние данных, обработка больших объемов данных, сжатие изображений, кодо-модулированные маркированные сигналы, распознавание и классификация образов, траекторные координаты
Код ГРНТИ47.49.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В проекте рассматривается структура радиооптического комплекса обнаружения и классификации объектов естественного и искусственного происхождения, предназначенного для совмещения информации от двух и более систем различного типа, с целью повышения точности определения траекторных параметров физических объектов, а также распознавание и классификации наблюдаемых зон.
В состав комплекса входят двухпозиционная активная РЛС и пассивная оптическая система высокого разрешения. Особенностью рассматриваемых оптических систем является использование различных окон прозрачности оптического диапазона. Предполагается, что комплексирование информации от этих систем позволяет обнаруживать, классифицировать, определять и прогнозировать параметры движения физических объектов, в том числе людей, а также осуществлять высокоточное картографирование наблюдаемых зон. В проекте будут подробно проанализированы ограничения каждой из локационных систем в отдельности, показаны преимущества способа комплексирования информации от радиолокационных и оптических измерительных средств, совместное применение которых позволяет снять ограничения каждой из систем.
Подобные комплексы незаменимы, как бортовые устройства мониторинга на малых летательных аппаратах. Бортовой комплекс предназначен для оперативного высокоточного мониторинга при осуществлении спасательных операций в труднодоступных и опасных местах (в горных ущельях, участков подверженных химическому загрязнению, участков с повышенным радиационным фоном и т.п.).
Особенностью бортовых систем является ограниченность энергических и массогабаритных ресурсов, что требует разработки специальных алгоритмов обзора исследуемых зон и комплексирования информации от бортовых локационных станций. Кроме того, предполагается исследовать специализированные каналы, осуществляющие сжатие информации без существенной ее потери и передачи информации на наземный пункт обработки и управления, который позволяет решать задачи, заявленные в проекте.
Разрабатываемый комплекс обладает большим потенциалом при решении задач, связанных с поиском людей и физических объектов в зонах бедствий и в зонах экологических катастроф. Комплекс также может быть использован при мониторинге изменения береговых линий, оценке ледовой обстановки, мониторинге состояния сельскохозяйственных угодий и состояния техногенных объектов. Ключевой особенностью данного комплекса является использование новых авторских алгоритмов совместной обработки информации в подобных системах.
Предполагается синтезировать алгоритмы обнаружения малых физических объектов на фоне отражения от земной и морской поверхностей, ледяных полей и лесных массивов, а также в присутствии интенсивных индустриальных помех. Эти алгоритмы позволят учесть специфику разрабатываемого многопозиционного локационного комплекса и возможность комплексирования информации от бортовых РЛС и оптических систем, а также использование априорной информации о координатах обнаруженных физических объектов. Разрабатываемый двухпозиционный комплекс, кроме вышеперечисленного будет способен выделять береговую зону с учетом ее динамического изменения при оползнях, селях, а также оценивать состояние акваторий при замерзании водоемов.
При мониторинге состояния техногенных объектов предполагается использование датчиков на основе пассивных радиочастотных меток, позволяющих контролировать температуру объектов, химические и радиоактивные выбросы, а также механические напряжения, которые могут привести к разрушению объектов, например мостов.
Для отработки разработанных алгоритмов и их программной реализации будут использованы методы математического моделирования эхо-сигналов подстилающих поверхностей, физических объектов и датчиков на специализированном вычислительном кластере, использующем ресурсы высокопроизводительных рабочих станций (суперкомпьютеры) Meijin на базе NVIDIA Tesla K20X и NVIDIA Quadro K2000 для MathWorks MATLAB. Аппаратная реализация функциональных схем разработанных алгоритмов предполагается на высокоскоростных платах ПЛИС, позволяющих организовывать до 30 параллельных потоков обработки информации. Оценку состояния сельскохозяйственных угодий и лесных массивов предполагается осуществлять по синтезированным цифровым картам местности, сформированным на малых летательных аппаратах бортового двухпозиционного радиолокационного комплекса на базе вычислительных мощностей наземного пункта управления и обработки информации. Вышеперечисленные возможности радиооптического комплекса ясно свидетельствуют об актуальности работы над данным проектом.
Научная новизна исследования заключается в развитии теоретических основ многопозиционных и многосенсорных систем высокоточного экологического мониторинга на основе комплексной обработки информации от разнородных источников, ее слияние в единое информационное поле и оценки состояния наблюдаемой зоны, с прогнозированием ее временного изменения с помощью средств искусственного интеллекта, а также в новых алгоритмах обработки больших объемов данных с целью оперативного предупреждения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
В.А. Ненашев, Д.А. Шепета
Мathematical models and algorithms for modeling the location signals reflected from the underlying surfaces of the earth, sea, and coastal waters
Proc. SPIE 11150, Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions 2019, 111501V (год публикации - 2019)
10.1117/12.2547871
2. Шепета А.П., Ненашев В.А., Григорьев Е.К., Ненашев С.А. Обнаружение и оценка скорости подвижных объектов в оптико-локационных системах Научная сессия ГУАП: сб. докл.: в 3 ч. Ч. II. Технические науки. СПб.: ГУАП., 2019. 445 с. (год публикации - 2019)
3.
Е.А. Капранова, В.А. Ненашев, А.М. Сергеев, Д.А. Бурылев, С.А. Ненашев
Distributed matrix methods of compression, masking and noise-resistant image encoding in a high-speed network of information exchange, information processing and aggregation
Proc. of SPIE Future Sensing Technologies (год публикации - 2019)
10.1117/12.2542677
4.
В.А. Ненашев, А.Ф. Крячко, А.П. Шепета, Д.А. Бурылев
Features of information processing in the onboard two-position small-sized radar based on UAVs
Proc. SPIE 11197, SPIE Future Sensing Technologies, 111970T (год публикации - 2019)
10.1117/12.2542718
5. Леонтьев В.В., Сорокин А.В., Ненашев В.А., Ваттимена Г.М. Применение акустоэлектронных датчиков на ПАВ в системах промышленного интернета вещей для мониторинга состояния техногенных объектов Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия «Естественные и технические науки, 2019. № 11-2. С. 61-66 (год публикации - 2019)
6.
Ненашев В.А., Сенцов А.А., Иванов С.А.
Моделирование канала управления движением летательного аппарата с нечетким логическим контроллером
Обработка, передача и защита информации в компьютерных системах: Первая Всеросс. науч. конф. (СПб., 14–22 апреля 2020 г.), С.151-154 (год публикации - 2020)
10.31799/978-5-8088-1452-3-2020-1-151-154
7. Ханыков И.Г., Ненашев В.А. The application of the high-speed pixel clustering method in combining multi-angle images obtained from airborne optical-location systems Proceedings of XXIII International Conference Wave electronics and infocommunication systems, p. 1-7 (год публикации - 2020)
8. Исаков В.И., Шепета Д.А., Ненашев В.А. Algorithm for modeling location signals reflected from the edge of various underlying surfaces Proceedings of XXIII International Conference Wave electronics and infocommunication systems, pp. 1-4 (год публикации - 2020)
9. Ненашев В.А., Шепета А.П., Крячко А.Ф. Fusion radar and optical information in multi-position on-board location systems Proceedings of XXIII International Conference Wave electronics and infocommunication systems, pp. 1-4 (год публикации - 2020)
10.
Шепета А.П., Ненашев В.А.
Accuracy characteristics of object location in a two-position system of small onboard radars
Информационно-управляющие системы [Information and Control Systems], №2, с. 31-36. (год публикации - 2020)
10.31799/1684-8853-2020-2-31-36
11. Григорьев Е. К., Ненашев В.А., Сергеев А. М., Самохина Е.В. Поиск и модификация кодовых последовательностей на основе персимметричных квазиортогональных циркулянтов Телекоммуникации №10, С. 27-33. (год публикации - 2020)
12. Ненашев В.А., Григорьев Е.К., Ненашев С.А. Классификация объектов на сформированных локационных изображениях в бортовой многопозиционной системе Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: сб. тр. XXIX Междунар. Науч.-техн. Конф., 14-20 сентября 2020 г., Алушта. – СПб.: ГУАП, 2020. с. 148-149 (год публикации - 2020)
13. Ханыков И.Г., Ненашев В.А. Применение квазиоптимальной кластеризации пикселей в задаче комплексирования разноракурсных изображений Интеллектуализация обработки информации: Тезисы докладов 13-й Международной конференции, г. Москва 2020 г. — М.: Российская академия наук, 2020. — С. 199-205, c. 1-3 (год публикации - 2020)
14.
Ханыков И.Г., Ненашев В.А.
Fusion of the optical and radar images of the land surface in multi-position on-board systems for operational monitoring
Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci., XLIV-2/W1-2021, pp. 107–111 (год публикации - 2021)
10.5194/isprs-archives-XLIV-2-W1-2021-107-2021
15. Шепета А.П., Ненашев В.А. Optimization the size of the search area for moving physical objects based on preliminary target designation data Proceedings of XXIV International Conference Wave electronics and infocommunication systems pp. 1-4 (год публикации - 2021)
16.
Ненашев В.А., Ханыков И.Г.
Формирование комплексного изображения земной поверхности на основе кластеризации пикселей локационных снимков в многопозиционной бортовой системе
Информатика и автоматизация. 2021. № 2 (20). C. 302-340. (год публикации - 2021)
10.15622/ia.2021.20.2.3
17. Сенцов А.А., Иванов С.А., Ненашев В.А. Определение потенциальной точности измерения времени запаздывания отраженного широкополосного радиолокационного сигнала Радиотехнические, оптические и биотехнические системы. Устройства и методы обработки информации: Вторая Всероссийская научная конференция сборник докладов, Санкт-Петербург, 14–22 апреля 2021 года, СПб ГУАП, 2021. – С. 27-31. (год публикации - 2021)
18.
Сенцов А.А., Ненашев В.А., Иванов С.А., Турнецкая Е.Л.
Совмещение сформированных радиолокационных изображений с цифровой картой местности в бортовых системах оперативного мониторинга земной поверхности
Труды МАИ. 2021. № 117. C 1-26 (год публикации - 2021)
10.34759/trd-2021-117-08
19.
Сенцов А.А., Иванов С.А., Ненашев С.А.
Возможности интеграции устройств в составе беспилотных летательных аппаратов при оперативном мониторинге земной поверхности
Обработка, передача и защита информации в компьютерных системах '21: Международная научная конференция: сборник докладов, Санкт-Петербург, 14–22 апреля 2021 года. С. 117-122. (год публикации - 2021)
10.31799/978-5-8088-1557-5-2021-117-122
20. Ненашев С.А., Григорьев Е.К. Features of implementation of the method for fusion different images by location equipment of on-board systems Proc. of II International Conference on Metrological Support of Innovative Technologies (ICMSIT-II-2021) (год публикации - 2021)
21.
Ненашев В.А., Григорьев Е.К., Ненашев С.А., Афанасьева В.И.
On-board two-position optical system of classification and determination of trajectory coordinates of objects in video stream
Proc. SPIE 11772, Optical Sensors 2021, pp. 117721W-1 - 117721W-8 (год публикации - 2021)
10.1117/12.2589551
22. Ненашев В.А. Особенности классификации подстилающих поверхностей земли по характеристикам эхо-сигналов в бортовых РЛС Труды МАИ. 2021. № 118. C 1-21, Труды МАИ. 2021. № 118. C. 1-21 (год публикации - 2021)
23. d вач (год публикации - 2022)
24.
В.А. Ненашев, Д.А. Шепета, В.И. Исаков
Modeling of input signals reflected from coastal zones and observed by small-sized radar systems from UAVs
Journal of Applied Remote Sensing, J. Appl. Remote Sens. 16(1), 012015 (2022), pp. 012015-1 - 012015-12 (год публикации - 2022)
10.1117/1.JRS.16.012015
25. Ненашев В.А., Сенцов А.А. Пространственно-распределенные системы мультисенсорного мониторинга Редакционно-издательский центр ГУАП, г. Санкт-Петербург (год публикации - 2022)
26. Ненашев В.А., Григорьев Е.К. Анализ, обработка и моделирование широкополосных сигналов Редакционно-издательский центр ГУАП, г. Санкт-Петербург (год публикации - 2022)
Публикации
1.
В.А. Ненашев, Д.А. Шепета
Мathematical models and algorithms for modeling the location signals reflected from the underlying surfaces of the earth, sea, and coastal waters
Proc. SPIE 11150, Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions 2019, 111501V (год публикации - 2019)
10.1117/12.2547871
2. Шепета А.П., Ненашев В.А., Григорьев Е.К., Ненашев С.А. Обнаружение и оценка скорости подвижных объектов в оптико-локационных системах Научная сессия ГУАП: сб. докл.: в 3 ч. Ч. II. Технические науки. СПб.: ГУАП., 2019. 445 с. (год публикации - 2019)
3.
Е.А. Капранова, В.А. Ненашев, А.М. Сергеев, Д.А. Бурылев, С.А. Ненашев
Distributed matrix methods of compression, masking and noise-resistant image encoding in a high-speed network of information exchange, information processing and aggregation
Proc. of SPIE Future Sensing Technologies (год публикации - 2019)
10.1117/12.2542677
4.
В.А. Ненашев, А.Ф. Крячко, А.П. Шепета, Д.А. Бурылев
Features of information processing in the onboard two-position small-sized radar based on UAVs
Proc. SPIE 11197, SPIE Future Sensing Technologies, 111970T (год публикации - 2019)
10.1117/12.2542718
5. Леонтьев В.В., Сорокин А.В., Ненашев В.А., Ваттимена Г.М. Применение акустоэлектронных датчиков на ПАВ в системах промышленного интернета вещей для мониторинга состояния техногенных объектов Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия «Естественные и технические науки, 2019. № 11-2. С. 61-66 (год публикации - 2019)
6.
Ненашев В.А., Сенцов А.А., Иванов С.А.
Моделирование канала управления движением летательного аппарата с нечетким логическим контроллером
Обработка, передача и защита информации в компьютерных системах: Первая Всеросс. науч. конф. (СПб., 14–22 апреля 2020 г.), С.151-154 (год публикации - 2020)
10.31799/978-5-8088-1452-3-2020-1-151-154
7. Ханыков И.Г., Ненашев В.А. The application of the high-speed pixel clustering method in combining multi-angle images obtained from airborne optical-location systems Proceedings of XXIII International Conference Wave electronics and infocommunication systems, p. 1-7 (год публикации - 2020)
8. Исаков В.И., Шепета Д.А., Ненашев В.А. Algorithm for modeling location signals reflected from the edge of various underlying surfaces Proceedings of XXIII International Conference Wave electronics and infocommunication systems, pp. 1-4 (год публикации - 2020)
9. Ненашев В.А., Шепета А.П., Крячко А.Ф. Fusion radar and optical information in multi-position on-board location systems Proceedings of XXIII International Conference Wave electronics and infocommunication systems, pp. 1-4 (год публикации - 2020)
10.
Шепета А.П., Ненашев В.А.
Accuracy characteristics of object location in a two-position system of small onboard radars
Информационно-управляющие системы [Information and Control Systems], №2, с. 31-36. (год публикации - 2020)
10.31799/1684-8853-2020-2-31-36
11. Григорьев Е. К., Ненашев В.А., Сергеев А. М., Самохина Е.В. Поиск и модификация кодовых последовательностей на основе персимметричных квазиортогональных циркулянтов Телекоммуникации №10, С. 27-33. (год публикации - 2020)
12. Ненашев В.А., Григорьев Е.К., Ненашев С.А. Классификация объектов на сформированных локационных изображениях в бортовой многопозиционной системе Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: сб. тр. XXIX Междунар. Науч.-техн. Конф., 14-20 сентября 2020 г., Алушта. – СПб.: ГУАП, 2020. с. 148-149 (год публикации - 2020)
13. Ханыков И.Г., Ненашев В.А. Применение квазиоптимальной кластеризации пикселей в задаче комплексирования разноракурсных изображений Интеллектуализация обработки информации: Тезисы докладов 13-й Международной конференции, г. Москва 2020 г. — М.: Российская академия наук, 2020. — С. 199-205, c. 1-3 (год публикации - 2020)
14.
Ханыков И.Г., Ненашев В.А.
Fusion of the optical and radar images of the land surface in multi-position on-board systems for operational monitoring
Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci., XLIV-2/W1-2021, pp. 107–111 (год публикации - 2021)
10.5194/isprs-archives-XLIV-2-W1-2021-107-2021
15. Шепета А.П., Ненашев В.А. Optimization the size of the search area for moving physical objects based on preliminary target designation data Proceedings of XXIV International Conference Wave electronics and infocommunication systems pp. 1-4 (год публикации - 2021)
16.
Ненашев В.А., Ханыков И.Г.
Формирование комплексного изображения земной поверхности на основе кластеризации пикселей локационных снимков в многопозиционной бортовой системе
Информатика и автоматизация. 2021. № 2 (20). C. 302-340. (год публикации - 2021)
10.15622/ia.2021.20.2.3
17. Сенцов А.А., Иванов С.А., Ненашев В.А. Определение потенциальной точности измерения времени запаздывания отраженного широкополосного радиолокационного сигнала Радиотехнические, оптические и биотехнические системы. Устройства и методы обработки информации: Вторая Всероссийская научная конференция сборник докладов, Санкт-Петербург, 14–22 апреля 2021 года, СПб ГУАП, 2021. – С. 27-31. (год публикации - 2021)
18.
Сенцов А.А., Ненашев В.А., Иванов С.А., Турнецкая Е.Л.
Совмещение сформированных радиолокационных изображений с цифровой картой местности в бортовых системах оперативного мониторинга земной поверхности
Труды МАИ. 2021. № 117. C 1-26 (год публикации - 2021)
10.34759/trd-2021-117-08
19.
Сенцов А.А., Иванов С.А., Ненашев С.А.
Возможности интеграции устройств в составе беспилотных летательных аппаратов при оперативном мониторинге земной поверхности
Обработка, передача и защита информации в компьютерных системах '21: Международная научная конференция: сборник докладов, Санкт-Петербург, 14–22 апреля 2021 года. С. 117-122. (год публикации - 2021)
10.31799/978-5-8088-1557-5-2021-117-122
20. Ненашев С.А., Григорьев Е.К. Features of implementation of the method for fusion different images by location equipment of on-board systems Proc. of II International Conference on Metrological Support of Innovative Technologies (ICMSIT-II-2021) (год публикации - 2021)
21.
Ненашев В.А., Григорьев Е.К., Ненашев С.А., Афанасьева В.И.
On-board two-position optical system of classification and determination of trajectory coordinates of objects in video stream
Proc. SPIE 11772, Optical Sensors 2021, pp. 117721W-1 - 117721W-8 (год публикации - 2021)
10.1117/12.2589551
22. Ненашев В.А. Особенности классификации подстилающих поверхностей земли по характеристикам эхо-сигналов в бортовых РЛС Труды МАИ. 2021. № 118. C 1-21, Труды МАИ. 2021. № 118. C. 1-21 (год публикации - 2021)
23. d вач (год публикации - 2022)
24.
В.А. Ненашев, Д.А. Шепета, В.И. Исаков
Modeling of input signals reflected from coastal zones and observed by small-sized radar systems from UAVs
Journal of Applied Remote Sensing, J. Appl. Remote Sens. 16(1), 012015 (2022), pp. 012015-1 - 012015-12 (год публикации - 2022)
10.1117/1.JRS.16.012015
25. Ненашев В.А., Сенцов А.А. Пространственно-распределенные системы мультисенсорного мониторинга Редакционно-издательский центр ГУАП, г. Санкт-Петербург (год публикации - 2022)
26. Ненашев В.А., Григорьев Е.К. Анализ, обработка и моделирование широкополосных сигналов Редакционно-издательский центр ГУАП, г. Санкт-Петербург (год публикации - 2022)