Актуальность темы. Проблемы управления сложными динамическими системами в условиях неполной информации многие годы служат предметом исследований Свердловской школы математической теории процессов управления. В работах Н.Н. Красовского, А.Б. Куржанского, Ю.С. Осипова, А.И. Субботина, В.Е. Третьякова были сформированы научные направления, определившие тематику и методы исследований в широком круге задач динамики и управления. Традиционной особенностью выполняемых по этой тематике работ является постоянное внимание, уделяемое прикладным аспектам теории. Наряду с исследованиями фундаментального характера, закладывающими основы для будущих приложений, широкое развитие получили теоретические и прикладные работы, направленные на создание программных средств и разработку адекватного математического аппарата для анализа конкретных классов задач управления и наблюдения.
К таким задачам относится навигация движущихся объектов по геофизическим полям (полю рельефа, аномальным магнитному и гравитационному полям Земли, полю радиолокационного контраста), которая в течение последних 30 лет является интенсивно развивающейся областью научных исследований и технических разработок. Проблемам навигации по геофизическим полям и изучению их свойств посвящены работы В.К. Баклицкого, И.Н. Белоглазова, В.И. Бердышева, В.Л. Гасилова, Г.И. Джанджгавы, С.П. Дмитриева, В.Б. Костоусова, А.А. Красовского, О.А. Степанова, В.П. Тарасенко, Г.П. Чигина и др.
Использование поля радиолокационного контраста (РЛК) естественных и искусственных земных покровов для целей высокоточной навигации обусловлено следующими факторами: потенциально высокой информативностью (в том числе на равнинных участках местности, где рельеф не информативен); технической проработанностью основных компонент измерителей; возможностью построения кадрового измерителя поля с малым временем визирования. Однако практическое внедрение корреляционно-экстремальных систем навигации по полю РЛК осложняется рядом обстоятельств. Среди них главные — нестабильность поля РЛК (зависимость от погодных, сезонных условий и т.д.) и сложность построения эталона поля, обусловленная сильной зависимостью интенсивности принятого сигнала от условий визирования и отсутствием прямых измерений поля РЛК в предполагаемых зонах коррекции.
За последние годы в развитии радиолокационной и вычислительной техники произошел качественный скачок: на порядок увеличилась разрешающая способность радиолокаторов; бортовые вычислительные системы стали более мощными, благодаря чему появилась возможность решать сложные задачи, связанные с обработкой радиолокационных изображений (РЛИ), в реальном масштабе времени. В связи с этим у разработчиков навигационных систем появился реальный спрос на алгоритмическое обеспечение, позволяющее эффективно решать задачи, возникающие в контексте навигации по РЛИ.
Диссертация посвящена исследованию задачи навигации движущегося объекта по радиолокационным изображениям сцен точечных ориентиров. Она продолжает исследования, начатые в работах В.Л. Гасилова, Н.Н. Красовского, Ю.С. Осипова1. Тесно связанным с тематикой диссертации вопросам моделирования и распознавания РЛИ посвящены работы С.Г. Зубко- вича, Г.С. Кондратенкова, Ю.А. Мельника, М. Сколника, Я.Д. Ширмана, Е.А. Штагера и др...
Диссертация посвящена исследованию задачи навигации движущегося объекта по радиолокационным изображениям сцен точечных ориентиров. Ниже перечислены основные результаты, полученные в работе:
• Предложен развитый механизм геометрического моделирования трехмерных сцен, который позволяет строить цены с произвольной степенью подробности. Разработан основанный на XML формат внешнего представления моделей сцен.
• На основе лучевого метода разработан вычислительный алгоритм формирования радиолокационных изображений трехмерных сцен, использующий для моделирования отражательных свойств поверхностей объектов сцены понятие радиолокационных текстур. Разработана структура базы данных отражательных свойств поверхностей и осуществлено ее наполнение данными из справочника.
• Предложены и исследованы алгоритмы выделения точечных особенностей на РЛИ и сопоставления точечных изображений. Решена задача навигации по точечным ориентирам, получены оценки локальной информативности точечных сцен.
• Создан моделирующий программный комплекс «РЛ-Навигация»: спроектирована его архитектура и реализованы основные компоненты, включая механизм организации распределенных вычислений. Программный комплекс позволяет формировать радиолокационные изображения трехмерных сцен, а также производить статистические эксперименты по навигации движущихся объектов с использованием этих РЛИ.
Данные результаты составляют основу личного вклада диссертанта в работы, выполненные в соавторстве.
