Создание нового алгоритма географической привязки измерений российского сканера/зондировщика МТВЗА-ГЯ

Детальный анализ получаемых с прибора МТВЗА-ГЯ данных и их особенностей, прямое общение с разработчиками в совокупности с более глубоким пониманием специфики работы прибора, выявили ряд недостатков существующего алгоритма географической привязки этого инструмента.
Ранее в работах ИКИ РАН было показано, что для качественной привязки измерений МТВЗА-ГЯ требуется вводить в расчёты наклон оси вращения прибора. При этом причина возникновения этого наклона с точки зрения конструкции прибора и геометрии сканирования всего комплекса оставалась неясна. Также было показано, что для всех версий прибора характерна ситуация, когда оптимальные корректирующие углы, найденные для отдельно взятой группы частотных каналов, не могут быть распространены на остальные. Таким образом, качественная геопривязка всех измерений МТВЗА-ГЯ возможна в том случае, если ось вращения антенной системы для каждой группы частот имеет свою ориентацию в пространстве, что противоречит его конструктивной модели.

Помимо этого, введение угла наклона оси вращения прибора приводит к искусственным вариациям углов встречи луча зрения с Землёй. Следует отметить, что этот эффект имеет разные проявления для каждой группы частотных каналов ввиду отличного наклона их осей вращения. Изменение геометрии сканирования МТВЗА-ГЯ, вызванное необходимостью введения корректирующих геопривязку углов, также приводит к появлению угла отклонения плоскости поляризации принимаемого излучения от плоскости падения. Оба описанных параметра являются входными данными для моделей переноса излучения, привлекаемых для решения обратных задач пассивной радиополяриметрии.

Анализ сканирования околосолнечного пространства убедительно доказал расходимость лучей зрения прибора на разных частотах, обусловленную уточнёнными параметрами диаграммы направленности его антенной системы. Таким образом, возникла необходимость разработки нового алгоритма географической привязки этого прибора.

В новом варианте географической привязки измерений МТВЗА-ГЯ предлагается для каждого момента времени/измерения выполнять генерацию нескольких векторов наблюдения kn (где индекс n соответствует номеру группы частотных каналов, объединённых одним облучателем). При этом общая геометрия сканирования, как и прежде, в приборной системе координат задаётся некоторым опорным вектором наблюдения k0 через пару углов φ0 и θ0 (для определённости, соответствующим значениям, приведённым в технической документации: θ0 = 53,3°, φ0 = 0°). Отклонение вектора визирования каждой отдельно взятой группы частотных каналов определяется парой корректировочных углов Δθn и Δφn, отвечающих за изменение угла раскрыва конуса сканирования (вертикальный угол) и смещение луча по его поверхности (азимут) (рисунок1).

Рисунок 1 — Соотношение мгновенных векторов наблюдения в приборной системе координат	Рисунок 2 — Результат географической привязки измерений МТВЗА-ГЯ, выполненной по новому алгоритму

      
Используемые ранее для изменения ориентации оси вращения антенного блока   углы крена, тангажа и рыскания сохраняются (как и соотношения для расчёта матрицы перехода между системами координат космического аппарата и прибора M^{СККА←ПСК}). При этом накладывается ограничение: в силу того, что   является общей для всех групп частотных каналов, элементы M^{СККА←ПСК} имеют одинаковые значения для всех частот.

Также требует корректировки используемое ранее положение о совпадении орбитальной системы координат (ОСК) и системы координат космического аппарата (СККА), превращающее соответствующую матрицу перехода между ОСК и СККА M°^{СК←СККА} в единичную. КА «Метеор-М» № 2-4, несущий на борту последнюю версию МТВЗА-ГЯ, периодически выполняет плановые манёвры. Ранее, ввиду редкости данного события, поступающие в эти периоды данные измерений сканера/зондировщика исключались из обработки. К настоящему моменту стало очевидно, что эта информация может быть не просто полезной, но и необходимой. Для корректной оценки направления визирования системы на период выполнения маневра с βк, βт и βр) — углами крена, тангажа и рыскания КА), которые определяются системой звёздных датчиков, установленных на спутнике-носителе) необходим расчёт действующих значений матрицы M°^{СК←СККА}.
Все указанные изменения были интегрированы в программный комплекс, реализующий операцию географической привязки измерений МТВЗА-ГЯ, для проверки общей корректности предложенного подхода и оценки характера влияния углов Δθn и Δφn на формируемые радиотепловые портреты. Её результаты показали, что использование модифицированного алгоритма позволяет выполнить первичную привязку результатов измерений без каких-либо критических сбоев (рисунок 2), а в силу идентичности итоговых значений матриц перехода и, соответственно, векторных преобразований, получаемые картины полностью повторяют результаты алгоритма прошлой версии для случая, когда в обеих версиях не используются корректирующие углы.