Геометрические искажения радиолокационных снимков

4.7.5. Геометрические искажения радиолокационных снимков

Радиолокационные снимки имеют ошибки и искажения, которые определяются, с одной стороны, геометрическими особенностями изображений, а с другой – колебаниями пространственного положения съемочной платформы (самолета или спутника).
Ошибки, обусловленные геометрией РЛ-снимков, связаны прежде всего с тем, что радиолокационная система ошибается в определении времени пробега радиоимпульсов. Построение изображения основано на наклонной дальности, т.е. на расстоянии между радиолокационной антенной и объектом на земной поверхности. Одинаковые по длине отрезки на местности при развертке по наклонной дальности выглядят неодинаковыми (сравните отрезки А и A1, В и В, С и С1 на рис. 105). Этот эффект в съемочном процессе показан на рисунке путем сравнения горизонтальной и наклонной дальности. При картографической развертке РЛ-снимков необходима геометрическая корректировка, трансформация наклонной дальности в горизонтальную.
Кроме того, на РЛ-снимках имеются искажения, обусловленные характером рельефа, которые проявляются прежде всего при интерпретации снимков горных районов. Они проявляются в том, что сравнимые по своей длине склоны при изменении угла визирования передаются на снимке отрезками различной длины. Эти ошибки приводят к описываемым ниже эффектам перспективного сокращения, «дорожки» (layover) и радиотеней. Геометрические искажения сильно зависят от соотношений между углом склона и углом визирования (углом падения) радиолуча. Эти вызванные топографическими условиями объекта ошибки поддаются корректировке с большим трудом.

4.7.5.1. «Дорожка»

В связи с особенностями построения РЛ-снимков и их внутренней геометрией прежде всего необходимо рассмотреть так называемый эффект радарной дорожки, который приводит к неправильностям в снимках участков с рельефом средней и сильной расчлененности.
Как было показано, отраженные от наземных объектов сигналы достигают приемной антенны радиолокационной станции в порядке, определяемом их испусканием (рис. 97). Однако, как показано на рис. 111, в районах с высокими горами и крутыми склонами может встретиться ситуация, когда излученный антенной сигнал может достигать вершины склона ранее, чем его подножья. Соответственно отраженные вершиной горы сигналы достигнут катодной трубки и фотопленки ранее, чем сигналы, отраженные от ее подошвы. Поэтому на снимке получается впечатление опрокидывания высоких гор в направлении к антенне и эффект увеличения крутизны склонов. Это можно четко различить на рис. 99, по верхнему краю снимка.

Рис. 111. Радарная дорожка как функция угла визирования (Manual of Remote Sensing, 1975).

Эффект радарной дорожки есть функция наклонной дальности (т.е. расстояния между антенной и наземным объектом), угла визирования и угла склона. Обусловленные им искажения в ближней зоне съемочной полосы выше, чем в средней ее зоне. Для гор от А до Г на рис. 111 расстояние между антенной и вершиной горы меньше, чем между антенной и подошвой горы. Здесь имеет место радарная дорожка. Для гор Д и Е соотношения на местности передаются на снимке правильно, поскольку расстояние между антенной и основанием горы меньше, чем расстояние между антенной и горной вершиной. Радиоэхо от основания горы будет принято радиолокационной системой и попадает на фотопленку раньше, чем радиоэхо от ее вершины. Радарная дорожка вызывает значительные трудности при интерпретации РЛ-снимков горных районов.

4.7.5.2. Перспективное сокращение

Склоны, наклоненные к антенне, по сравнению со склонами, наклоненными от антенны, передаются на РЛ-снимке в «сжатом» виде. На рис. 112 можно видеть, что временной интервал а'b', в течение которого принимается отражение от склона ab, относительно короче, чем временной интервал b'с', невзирая на то, что оба склона имеют одинаковую длину. Поэтому обращенные к антенне склоны кажутся на РЛ-снимке сокращенными.

Рис. 112. Перспективное сокращение склона ab, передаваемого на РЛ-снимке в сокращенном (а' b') виде [18].

4.7.5.3. Радиотени

Вследствие прямолинейности распространения радиолокационных импульсов в горных районах имеются участки, которых радиоволны не достигают и от которых не может отразиться энергия сигнала. Такие участки на РЛ-снимке кажутся черными и называются радиотенями. Затененные участки отмечаются прежде всего на наклоненных от антенны склонах гор. В районах с очень резким расчленением рельефа радиотени могут отмечаться и на наклоненных к антенне склонах. Рис. 113а и 113б показывают, что величина радиотеней зависит от угла визирования, высоты полета и высоты объекта съемки и увеличивается от ближней к дальней зоне снимка.

Рис. 113а. Радиотени в ближней и дальней зонах РЛ-снимка [197].

Рис. 113б. Радиотени как функция высоты полета и угла визирования [95].

4.7.5.4. Геометрические искажения

Для того чтобы получить оптимальное и постоянное качество снимков, необходимо по возможности точно выдерживать запланированные трассы, высоту и скорость полетов. Горизонтальные отклонения от расчетных позиций приводят [61] к нелинейным масштабным искажениям снимка. Вращения съемочной платформы вокруг горизонтальных осей (крены и тангаж) и вокруг вертикальной оси (рыскание на курсе) приводят к отклонениям радиолокационной антенны от ее идеального положения. Повороты вдоль продольной оси самолета (крены) приводят к изменениям распределения энергии внутри зондирующего радиолуча. Для коррекции таких в большинстве случаев неустранимых движений, особенно при использовании в качестве съемочных платформ самолетов, современные системы РЛСБО оснащаются сервомеханизмами наклонения антенны. Более подробное освещение этих проблем можно найти в работе [61].
Влияние бокового сноса с курса, случайных движений самолета, изменений скорости и курса на качество РЛ-снимков показаны на рис. 114.

Рис. 114. Геометрические искажения РЛ-снимков, обусловленные движениями съемочной платформы. (Manual of Remote Sensing, 1975).
а – идееальная картографическая передача; б – отклонения от курса; в – отклонения по тангажу и изменения скорости полета; г – снос с направления полета.

Поскольку небольшие изменения курса и случайные, обусловленные турбулентными движениями атмосферы, перемещения самолета никоим образом не могут быть исключены, то РЛ-снимки имеют большие или меньшие искажения, координатные и масштабные изменения. Чтобы снизить ошибки, связанные с изменениями курса, съемочные самолеты оснащаются инерционными навигационными системами. Для того чтобы точно определить позицию самолета во время съемки и иметь возможность ввести геометрические корректировки в съемочные данные, применяются также доплеровские и радионавигационные системы. Искажения снимков, обусловленные отклонениями в полете, и методы корректирования РЛ-снимков обсуждаются в работе [61].