Тема Эффект «Аппаратно-программное повышение эффективности космических исследований Земли и других планет»

Гос.рег. № 0120.0 511040

Научный руководитель темы к.ф.-м.н. А.А. Форш

 

4.5.1. Применение метода синтеза многосенсорных видеоданных в дистанционном зондировании Земли

Исследованы возможные применения метода синтеза видеоданных съемочных систем различного пространственного разрешения, основанного на разложении всех видеоданных на общем базисе – системе классов, распознаваемых на изображениях, полученных съемочной системой наиболее высокого разрешения. Показано, что метод может быть эффективен, в частности, для следующих применений:

-              синтез многосенсорных данных видимого, ближнего инфракрасного (ИК) и теплового ИК диапазонов для оценки состояния сельскохозяйственных посевов,

-              синтез многосенсорных данных видимого, ближнего ИК, коротковолнового ИК и теплового ИК диапазонов для минералогических исследований,

-              синтез данных многозонального сканера и атмосферного спектрометра для исследования газовых и аэрозольных эмиссий пожаров,

-              синтез многосенсорных данных коротковолнового, среднего и теплового ИК диапазонов для исследования характеристик активных пожаров,

-              синтез многосенсорных данных видимого, ближнего ИК, коротковолнового ИК, среднего ИК и теплового ИК диапазонов для исследования гарей,

-              синтез многоспектральных и панхроматических изображений.

На приведенных рисунках иллюстрируется синтез изображений, полученных спутниковой многозональной съемочной системой QuickBird в монохроматическом канале с разрешением 0.61 м и в спектральных каналах с разрешением 2.5 м. Синтезированное изображение имеет размер пиксела 0.61 м и сохраняет спектральную информацию, полученную в спектральных каналах.

а)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Синтез панхроматического и многозонального изображений Мадрида, полученных QuickBird: а – панхроматическое изображение; б – многозональное изображение; в – синтезированное изображение. Изображения (б) и (в) представлены в квазиреальных цветах: R: 0.63-0.69 мкм, G: 0.52-0.60 мкм, B: 0.45-0.52 мкм

 

Публикации по теме:

  1. Б.С. Жуков. Синтез видеоданных многозональных съемочных систем различного пространственного разрешения. Всероссийская научно–техническая конференция «Современные проблемы определения ориентации и навигации космических аппаратов». Таруса, 22-25 сентября 2008. Cборник трудов. ИКИ, 2009. 519-529.
  2. Б.С. Жуков, В. Халле, Д. Эртель, Г. Шлотцхауэр. Пространственно-временной анализ тепловых аномалий как предвестников землетрясений. Седьмая всероссийская открытая конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Тезисы докладов. М., 2009

 

4.5.2. Разработка алгоритмов каскадного декодирования для малоизбыточных недвоичных кодов. Исследование характеристик разработанной аппаратуры кодирования на специализированном аппаратно-программном стенде.

Руководитель темы:

д.т.н., проф. Лауреат премии Правительства РФ по науке и технике Золотарёв В.В., тел. +7-(495)-333-45-45 zolotasd@yandex.ru , www.mtdbest.iki.rssi.ru .

 

Созданы и протестированы новые программные средства для генерации помехоустойчивых кодов с особо низким уровнем группирования ошибок на выходе декодеров. Это позволило ещё более снизить допустимое отношение сигнал/шум при использовании многопороговых декодеров (МПД) в каналах космической и спутниковой связи. Выбрано дальнейшее направление для построения кодов, ещё более эффективных при большом шуме в случае их декодирования алгоритмами МПД. Характеристики МПД в области обеспечения низких вероятностей ошибки оказываются такими же, как и у конкурирующих с ним алгоритмов. Но при этом сложность декодеров МПД (количество выполняемых простых математических операций) оказывается примерно в 60-130 меньшей, что чрезвычайно важно в реальных системах помехоустойчивого кодирования и является главной целью разработки новых методов декодирования.

Продолжены исследования сверхвысокоскоростных декодеров для каналов связи и систем ДЗЗ на 1 Гб/с и выше на созданном в ИКИ РАН аппаратно-программном стенде (фото.1).

По результатам этих работ получен патент на изобретение в области методов помехоустойчивого кодирования. Его применение позволяет ускоренно развивать методы и средства помехоустойчивого кодирования для спутниковых и космических линий в области ещё больших скоростей коррекции ошибок при большом уровне шума.


 

 

 

Фото 1. Внешний вид декодирующего модуля аппаратно-программного стенда, реализующего МПД алгоритм.

 

Завершен важный этап развития каскадных методов кодирования символьной информации. Сотрудником отдела 71 защищена и уже утверждена в ВАК кандидатская диссертация по этим кодам, в которой найдены и исследованы новые каскадные методы декодирования такой информации для больших баз данных. Эти методы позволяют повысить достоверность хранения цифровых данных ещё на 2-4 порядка при усложнении алгоритма коррекции ошибок по сравнению с исходным всего на 10-30%.

 Результаты этой диссертационной работы в настоящее время патентуются.

Исследования по данной тематике поддерживаются грантом РФФИ № 08-07-00078.

 

Публикации по теме:

1.     Ю. Б Зубарев, В.В.Золотарёв, Г.В. Овечкин. Новые алгоритмы декодирования для высокоскоростных спутниковых каналов.- Пленарный доклад. Труды 11-й Международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигнала и её приложения» - ДСПА-09, Том 1, Москва, 2009, с. 6-9.

2.     В.В.Золотарёв, Т.А. Дмитриева. Разработка и исследование работы алгоритма многопорогового декодирования с предварительной оценкой ошибочности проверок.- Вестник РГРТУ, 2009, с.54-58.

3.     В.В.Золотарёв, Т.А.Дмитриева. Доказательство основной теоремы многопорогового декодера для случая каскадирования МПД с кодом контроля чётности. - В сб.: Труды РГРТУ, 2009, с.67-74.

4.      В.В.Золотарёв, Р.Р.Назиров, И.В.Чулков. Оптимальное декодирова-ние в цифровых спутниковых каналах при дистанционном зондировании Земли. – В сборнике «Дистанционное зондирование Земли», М., ИКИ РАН, 2009, в печати.

5.     В.В.Золотарёв, Г.В. Овечкин. Эффективное многопороговое декодирование недвоичных кодов. – «Радиотехника и электроника», 16с.(в печати)

6.     В.В.Золотарёв, Р.Р.Назиров, Г.В.Овечкин, И.В.Чулков. Новые эффективные системы помехоустойчивого кодирования для космических аппаратов нового поколения. – «Российский космос», М., №1, 2009.

7.     Г.В.Овечкин, П.В.Овечкин. Использование недвоичного многопо-рогового декодера в каскадных схемах коррекции ошибок. – В сб.: «Труды РГРТУ», 2009, Рязань (в печати).

8.     Овечкин Г.В., Овечкин П.В. Многопороговое декодирование недвоичных самоортогональных кодов.- Научно-техническая конференция «Информационные и телекоммуникационные технологии», Рязань, РВВКУС, 2009 г.

9.     Овечкин Г.В., Чикин А.В. Помехоустойчивость приемника спутниковых сигналов DVB-S2 // 11-я межд. конф. и выст. «Цифровая обработка сигналов и ее применение». М., 2009, с.578–580.

10.  Овечкин П.В. Применение недвоичного многопорогового декодера для защиты файлов от искажений // 11-я Межд. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение, DSPA-09». М.: 2009, С. 200–202.

11.  Овечкин Г.В., Овечкин П.В. Оптимизация структуры недвоичных самоортогональных кодов для схем параллельного кодирования // Труды НИИР, №2, 2009. С.34–38.

12.  Овечкин П.В. Использование многопороговых декодеров в системах хранения больших объемов данных // VI Конференция молодых ученых, посвященная Дню космонавтики «Фундаментальные и прикладные космические исследования». М.: ИКИ РАН, 2009, С. 33–34.

13.  Золотарёв В.В., Овечкин П.В. Алгоритм ускорения работы недвоичного многопорогового декодера // Межвуз. сб. научных трудов «Математическое и программное обеспечение информационных систем». Рязань: РГРТУ, 2009, С. 17–19.

14.  Овечкин П.В. Основная теорема декодирования каскадного кода, состоящего из недвоичного самоортогонального кода и кода контроля по модулю q // Межвуз. сб. науч. тр. «Математическое и программное обеспечение информационных систем». Рязань: РГРТУ, 2009, С. 101–103.

15.  Ovechkin G.V., Zolotarev V.V., Averin S.V. Algorithm of multithreshold decoding for self-orthogonal codes over Gaussian channels. – 11-th ISCTA’09, July, UK, Ambleside, 2009.

16.  Ovechkin G.V., Zolotarev V.V. Non-binary multithreshold decoders of symbolic self-orthogonal codes for q-ary symmetric channels. – 11-th ISCTA’09, July, UK, Ambleside, 2009.

17.  Золотарёв В.В., Овечкин Г.В., Овечкин П.В. Свидетельство РОСПАТЕНТ №2009612632 о регистрации программы для ЭВМ «Имитационная модель многопорогового декодера помехоустойчивых кодов» (MTDProtect) от 25.05.09.

18.  Овечкин Г.В., Овечкин П.В. Использование недвоичного многопорогового декодера в каскадных схемах коррекции ошибок // Вестник РГРТУ, Выпуск № , 2009г., в печати.

 

Патенты

В.В.Золотарёв. «Способ декодирования помехоустойчивого кода». - Патент на изобретение с приоритетом от 21.06.2007, выдан в 2009 году.