ГОСТ Р 70030-2022 Дистанционное зондирование Земли из космоса. Подспутниковые наблюдения. Требования к космической съемке тест-объектов в радиолокационном диапазоне

ГОСТ Р 70030-2022

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Дистанционное зондирование Земли из космоса

ПОДСПУТНИКОВЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ

Требования к космической съемке тест-объектов в радиолокационном диапазоне

Remote sensing of the Earth from space. Ground truthing. Requirements for space imaging of test objects in the radar range

ОКС 35.240.70

49.140

Дата введения 2022-09-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") по заказу Государственной корпорации по космической деятельности "Роскосмос"

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 321 "Ракетно-космическая техника"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 мая 2022 г. N 344-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

Введение

Исходя из целевых задач космической системы дистанционного зондирования Земли формируются требования к ее проектированию. Одним из требований является получение достаточного для решения целевых задач объема данных дистанционного зондирования Земли с заданными характеристиками, для подтверждения которых проводятся подспутниковые наблюдения (см. [1]).

Настоящий стандарт разработан в целях формирования унифицированных требований к регулярному одновременному проведению космической съемки и подспутниковых наблюдений, предназначенных для проверки соответствия характеристик космической системы дистанционного зондирования Земли из космоса предъявляемым требованиям для контроля стабильности работы целевой аппаратуры дистанционного зондирования Земли в процессе эксплуатации космического аппарата (космического комплекса, космической системы) и, при необходимости, для подготовки корректирующих данных для настройки целевой аппаратуры дистанционного зондирования Земли из космоса.

1 Область применения

Настоящий стандарт предназначен для применения организациями, участвующими в разработке и эксплуатации космических систем дистанционного зондирования Земли и создании продуктов дистанционного зондирования Земли из космоса.

Настоящий стандарт устанавливает требования к космической съемке в радиолокационном диапазоне при проведении подспутниковых наблюдений для оценки координатно-измерительных, пространственно-частотных и радиометрических характеристик данных дистанционного зондирования Земли из космоса с целью установления соответствия характеристик космической системы дистанционного зондирования Земли из космоса предъявляемым требованиям.

Настоящий стандарт не распространяется на данные дистанционного зондирования Земли из космоса, получаемые с космических комплексов (космических систем) гидрометеорологического, океанографического и гелиофизического назначения.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 59753 Данные дистанционного зондирования Земли из космоса. Термины и определения

ГОСТ Р 59757 Данные дистанционного зондирования Земли из космоса. Качество данных дистанционного зондирования Земли из космоса. Основные требования к наземным тестовым участкам для оценки качества данных дистанционного зондирования Земли из космоса, получаемых с космических аппаратов радиолокационного наблюдения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 59753, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5 диаграмма направленности: Графическое изображение угловой зависимости пространственной избирательности антенны на прием/излучение.

3.6

3.7

3.8

3.9

3.10

3.11 отклик радиолокатора с синтезированной апертурой на точечную цель (функция отклика радиолокатора с синтезированной апертурой): Цифровое радиолокационное изображение точечной цели на выходе устройства первичной обработки радиоголограммы, представленное как зависимость радиояркостей элементов радиолокационного изображения в заданной координатной сетке.

3.12 относительная радиометрическая шкала радиолокационного изображения: Шкала уровней относительных радиояркостей на радиолокационном изображении, построенная так, что минимальной радиояркости радиолокационного изображения соответствует собственный шум радиолокатора с синтезированной апертурой, следующие ступени идут через равные интервалы (например, через 3 дБ), верхней ступенью является величина динамического диапазона радиолокационного изображения.

3.13 относительный уровень максимальных боковых лепестков отклика радиолокатора с синтезированной апертурой на точечную цель: Отношение максимальной величины радиояркости боковых лепестков функции отклика радиолокатора с синтезированной апертурой на точечную цель к максимальной величине радиояркости ее главного лепестка.

3.14

3.15

3.16 пространственная разрешающая способность (данные дистанционного зондирования Земли из космоса радиолокационного наблюдения): Минимальное расстояние между двумя смежными площадками однородной земной поверхности, при котором отсчеты мощности отраженных от них сигналов могут считаться независимыми, измеряемое через ширину сечения отклика радиолокатора с синтезированной апертурой на точечную цель по уровню минус 3 дБ по координатам азимута и угла места в метрах.

3.17

3.18

3.19 радиометрическая чувствительность радиолокатора с синтезированной апертурой (шумовой эквивалент удельной эффективной площади рассеяния): Минимальная удельная эффективная площадь рассеяния земной поверхности, обнаруживаемая на радиолокационном изображении с вероятностью не менее заданной.

3.20

3.21

3.22

3.23

3.24

3.25

3.26 элемент пространственного разрешения: Фрагмент земной поверхности, построенный в координатах "азимут - наземная дальность", размеры которого равны пространственной разрешающей способности радиолокатора с синтезированной апертурой по каждой из этих координат.

4 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

5 Общие положения

5.1 Радиолокационные данные ДЗЗ из космоса определяют группами координатно-измерительных, пространственно-частотных и радиометрических характеристик. Для каждой группы характеристик следует использовать специализированные ТУ с установленными на них ТО в соответствии с ГОСТ Р 59757.

5.2 К КИХ относят:

- СКО координатной привязки (геопривязки);

- вероятностные круговые ошибки координатной привязки (геопривязки) СЕ90/СЕ95;

- СКО внутренних расстояний (определения взаимного положения контуров объектов местности);

- СКО определения величины смещений элементов земной поверхности;

- вероятностную линейную ошибку LE90/95 определения высоты элементов земной поверхности и объектов на ней;

- СКО определения высоты элементов земной поверхности и объектов на ней.

5.3 К ПЧХ относят:

- линейное разрешение по путевой дальности (азимуту);

- линейное разрешение по наклонной/наземной дальности.

5.4 К РХ относят:

- радиометрическую чувствительность;

- радиометрическое разрешение;

- динамический диапазон ЦА;

- диаграмму направленности антенны;

- поляризационную развязку;

- радиометрическую точность (относительную и абсолютную);

- интегральный уровень боковых лепестков отклика радиолокатора на точечную цель;

- относительный пиковый уровень боковых лепестков отклика радиолокатора на точечную цель.

5.5 Космическая съемка при проведении подспутниковых наблюдений должна быть проведена:

- в допустимых условиях среды распространения зондирующего сигнала [допустимые условия среды определены в ТТЗ на КК (КС) ДЗЗ];

- для заданных отражательных характеристик земной поверхности [заданные характеристики земной поверхности определены в ТТЗ на КК (КС) ДЗЗ];

- в допустимых углах визирования [допустимые углы визирования определены в ТТЗ на КК (КС) ДЗЗ];

- в реализуемых КК ДЗЗ режимах съемки [допустимые режимы определены в ТТЗ на КК (КС) ДЗЗ].

Примечание - Данные требования действительны во всех случаях, за исключением отдельных требований в ТТЗ на КК (КС) ДЗЗ.

6 Требования к космической съемке при оценке координатно-измерительных характеристик

6.1 При оценке СКО координатной привязки (геопривязки) радиолокационная съемка должна быть проведена в различных режимах для достаточного количества ТО, расположенных на равнинных и горных ТУ (при условии, что точность определения высоты рельефа не должна вносить статистически значимую погрешность в получаемую оценку).

Примечания

1 Рекомендуется использовать не менее 30 ТО на одном ТУ

2 В качестве ТО могут быть использованы УО, имеющие достаточно высокую УЭПР для уверенной идентификации их на снимках, а также достоверно идентифицируемые естественные отражатели, имеющие достаточно высокую УЭПР и пространственные размеры, не превышающие половины размера элемента разрешения РСА.

3 Допускается использование естественных ТО с явно определяемыми элементами (пересечение дорог, находящихся на одном высотном уровне, характерные фрагменты границ поверхностей с различными яркостями и пр.).

6.2 Требования, предъявляемые к космической съемке ТО для оценки вероятностных круговых ошибок координатной привязки (геопривязки) CE90/CE95, аналогичны требованиям по 6.1.

6.3 Требования, предъявляемые к космической съемке ТО для оценки СКО внутренних расстояний (определения взаимного положения контуров объектов местности), аналогичны требованиям по 6.1.

6.4 При оценке СКО определения величины смещений элементов земной поверхности следует выполнять интерферометрическую съемку диффузно отражающих плоских горизонтальных поверхностей (песок, бетон) с целью определения величины фазовых шумов (с последующим их пересчетом в параметры точности величины смещений элементов земной поверхности).

6.5 При оценке СКО определения высоты элементов земной поверхности и объектов на ней радиолокационную космическую съемку следует выполнять с учетом следующих условий:

- радиолокационная съемка высотных пространственно-распределенных объектов, точность определения пространственных координат которых не должна вносить статистически значимую погрешность в получаемую оценку;

- интерферометрическая съемка диффузно отражающих плоских горизонтальных поверхностей (песок, бетон) с целью определения величины фазовых шумов (с последующим их пересчетом в параметры точности).

6.6 Требования, предъявляемые к космической съемке ТО для оценки линейной ошибки LE90/95 определения высоты элементов земной поверхности и объектов на ней, аналогичны требованиям по 6.5.

7 Требования к космической съемке при оценке пространственно-частотных характеристик

7.1 При оценке линейного разрешения по азимуту космическая съемка должна быть выполнена с учетом следующих условий:

- радиолокационная съемка участка земной поверхности, на котором расположены один или группа УО с достаточно высоким значением УЭПР, обеспечивающим отношение сигнал/(шум + фон) не менее 30 дБ (метод отклика на точечную цель, основной метод при оценке линейного разрешения по азимуту).

Примечания

1 При анализе полученных радиолокационных данных формируется в крупном масштабе отклик РСА на эту точечную цель, при этом линейное разрешение по азимуту измеряется на уровне минус 3 дБ от максимального значения (в приложении А показано сечение функции отклика РСА на точечную цель).

2 Рекомендуется использовать радиолокационные отражатели с геометрическими размерами, не превышающими половины от расчетного значения пространственного разрешения измеряемого радиолокатора, предъявляемого в ТТЗ на КК (КС) ДЗЗ.

3 Рекомендуется использовать группу УО типа пространственной миры (согласно ГОСТ Р 59757);

- радиолокационная съемка участка земной поверхности, на котором расположена группа УО с одинаковым и достаточно высоким значением УЭПР, обеспечивающим отношение сигнал/(шум + фон) не менее 30 дБ (метод Релея, вспомогательный метод при оценке линейного разрешения по азимуту). Отдельные радиолокационные отражатели в группе должны быть расположены на переменном расстоянии друг от друга (например, изменяющемся по закону геометрической прогрессии с множителем, равным 1,41).

Примечание - Рекомендуется использовать радиолокационные отражатели с геометрическими размерами, не превышающими половины от расчетного значения пространственного разрешения измеряемого радиолокатора, предъявляемого в ТТЗ на КК (КС) ДЗЗ;

- радиолокационная съемка участка краевых ТО, имеющих резкий перепад УЭПР, например искусственных объектов и сооружений (метод "тонких" контрастных линий, вспомогательный метод при оценке линейного разрешения по азимуту).

Примечание - При анализе полученного радиолокационного изображения формируют поперечное сечение тонкой линии вдоль максимального градиента изменения радиояркости и измеряют его ширину по уровню минус 3 дБ от максимального значения;

- радиолокационная съемка участка земной поверхности, на котором имеются однородные малоконтрастные участки, например безлесных равнин, лугов (метод автокорреляционной функции, вспомогательный метод при оценке линейного разрешения по азимуту).

Примечание - При анализе полученных радиолокационных данных вычисляют автокорреляционную функцию шума с последующим пересчетом в пространственное разрешение.

7.2 Требования, предъявляемые к космической съемке ТО для оценки линейного разрешения по наклонной дальности, аналогичны требованиям по 7.1.

8 Требования к космической съемке при оценке радиометрических характеристик

8.1 При оценке радиометрической чувствительности условия космической съемки определяют следующими методами.

8.1.1 Метод измерения отношения сигнал/шум в элементах РЛД, содержащих отклик на эталонную точечную цель (основной):

- радиолокационная съемка участка земной поверхности, на котором расположены один или группа УО с точно известным и достаточно высоким значением УЭПР, обеспечивающим отношение сигнал/шум не менее 20 дБ;

- радиолокационная съемка слабоотражающих участков поверхности (водная гладь, асфальтированные или бетонированные поверхности) или объектов с радиолокационной тенью.

Примечания

1 Рекомендуется проведение съемки УО (группы УО) и слабоотражающих участков поверхности в пределах одного маршрута.

2 Рекомендуется использовать радиолокационные отражатели с геометрическими размерами, не превышающими половины от расчетного значения пространственного разрешения измеряемого радиолокатора, предъявляемого в ТТЗ на КК (КС) ДЗЗ.

8.1.2 Метод оценки по эталонным радиолокационным данным ТУ земной поверхности (вспомогательный) - радиолокационная съемка участков поверхности, характеристики отражения которых были измерены радиолокационными средствами, принимаемыми за эталон, при этом для ТУ должны быть выполнены следующие требования:

- участок должен иметь характерные (уникальные) очертания;

- участок должен содержать ровные поверхности с различной УЭПР, минимальные значения которой должны быть близкими к ожидаемой величине шумового эквивалента УЭПР испытуемого РСА.

Примечание - Параметры двух РСА (частотный диапазон, пространственное разрешение, размеры снимаемого кадра) должны быть близки. На РЛД должны быть хорошо различимы площадки с минимальной УЭПР значения которой близки к ожидаемой величине шумового эквивалента УЭПР испытуемого РСА.

8.2 При оценке радиометрического разрешения космическая съемка должна быть выполнена с учетом следующих условий.

8.2.1 Радиолокационная съемка участка земной поверхности с малой УЭПР (рекомендовано не менее минус 25 дБ), на котором расположена группа УО с точно известными значениями УЭПР, шаг изменения которых одинаковый и не превышает указанную в ТТЗ на КК (КС) ДЗЗ величину разрешающей способности, а отношение сигнал/шум по минимальному отражателю - около 3 дБ (метод отклика на ряд эталонных точечных целей).

Примечания

1 Рекомендуется использовать группу УО типа потенциальная мира (согласно ГОСТ Р 59757).

2 Рекомендуется использовать радиолокационные отражатели с геометрическими размерами, не превышающими половины от расчетного значения пространственного разрешения измеряемого радиолокатора, предъявляемого в ТТЗ на КК (КС) ДЗЗ.

8.2.2 Метод оценки по радиолокационным данным эталонного участка земной поверхности (дополнительный) - требования к радиолокационной съемке аналогичны требованиям по 8.1.2.

8.3 При оценке динамического диапазона ЦА космическая съемка должна быть выполнена с учетом следующих условий:

- радиолокационная съемка участка земной поверхности, на котором расположена группа УО с точно известным и достаточно высоким значением УЭПР, чтобы отношение сигнал/шум было более 20 дБ, а минимальное и максимальное значения УЭПР заведомо перекрывают динамический диапазон (согласно ГОСТ Р 59757);

- радиолокационная съемка диффузно отражающих плоских горизонтальных поверхностей (песок, бетон).

Примечание - Рекомендуется использовать радиолокационные отражатели с геометрическими размерами, не превышающими половины от расчетного значения пространственного разрешения измеряемого радиолокатора, предъявляемого в ТТЗ на КК (КС) ДЗЗ.

8.4 При оценке диаграммы направленности антенны (по дальности и азимуту соответственно) должны быть выполнены:

- радиолокационная съемка диффузно отражающих плоских горизонтальных поверхностей (песок, бетон);

- радиолокационная съемка участка земной поверхности, на котором расположены один или группа УО с достаточно высоким значением УЭПР, обеспечивающим отношение сигнал/(шум + фон) не менее 30 дБ.

8.5 При оценке поляризационной развязки должна быть проведена радиолокационная поляриметрическая съемка ТО типа поляриметрической миры (согласно ГОСТ Р 59757).

8.6 При оценке радиометрической точности (относительной и абсолютной) должна быть проведена радиолокационная съемка потенциальной миры (согласно ГОСТ Р 59757), включающей в свой состав ряд УО, УЭПР которых увеличивается с шагом не более 5 дБ.

8.7 При оценке интегрального уровня боковых лепестков отклика радиолокатора на точечную цель должна быть проведена радиолокационная съемка участка земной поверхности, на котором расположены один или группа УО с достаточно высоким значением УЭПР, обеспечивающим отношение сигнал/(шум + фон) не менее 30 дБ.

8.8 Требования, предъявляемые к космической съемке ТО при оценке относительного пикового уровня боковых лепестков отклика радиолокатора на точечную цель, аналогичны требованиям по 8.7.

Приложение А

(справочное)

Сечение функции отклика радиолокатора с синтезированной апертурой на точечную цель

Рисунок А.1 - Сечение функции отклика РСА на точечную цель и параметры пространственного разрешения в координатах "азимут-дальность"

Библиография