Анотація до роботи:

Лукін В.В. Локально-адаптивна стійка фільтрація сигналів і зображень у багатоканальних системах дистанційного зондування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.07.12 – Дистанційні аерокосмічні дослідження. - Національний аерокосміний університет ім. М.Є.Жуковського „ХАІ”, Харків, 2002.

В дисертації розроблено теорію та запропоновано методи локально-адаптивної стійкої фільтрації та багатоетапної обробки одновимірних, двовимірних і багатови-мірних сигналів і зображень, що реєструються або формуються багатоканальними радіолокаційними комплексами дистанційного зондування аерокосмічного базуван-ня та іншими типами радіотехнічних й інформаційно-вимірювальних систем. Роз-роблено, досліджено й апробовано нові методи та цифрові алгоритми первинної об-робки сигналів, формування зображень та підвищення їх якості, видобування корис-ної інформації про характеристики об'єктів, що зондуються, підвищення точності вимірювання параметрів за умови впливу негаусівских завад складного виду, наявності аномальних похибок вимірювань, сумісному впливі декількох дестабілізуючих факторів, обмеженій априорній інформації про характеристики сигналів, завад, середовища розповсюдження.

У дисертації розвинуто новий науковий напрямок - теорію локально-адаптив-ної нелінійної фільтрації сигналів і зображень і запропоновано нелінійні багатоетап-ні методи обробки одновимірних, дво- та багатовимірних сигналів та зображень у багатоканальних комплексах ДЗ, РТС та ІВС, які здібні успішно функціонувати в умовах впливу складних (адитивних, мультиплікативних та імпульсних) завад та ін-ших деструктивних факторів за умов обмежених апріорних відомостей про їх характеристики. Розглянуто загальні підходи до вирішення проблеми підвищення характеристик точності багатоканальних систем ДЗ, РТС та ІВС, покращення їх ро-басності, забезпечення виконання основних функцій в умовах складної сигнально-завадової обстановки та запропоновано конкретні шляхи досягнення бажаних влас-тивостей з демонстрацією їх ефективності для модельних та реальних даних.

Головні висновки можна сформулювати наступним чином:

1. Показано, що необхідні ефективність і надійність обробки сигналів і зобра-жень у багатоканальних системах ДЗ, а також бажана точність вимірювання пара-метрів сигналів та об’єктів не можна досягти за умови використання існуючих ліній-них та нелінійних (включаючи адаптивні) методів обробки даних, що зумовлено або їх недостатньою робасністю, типовою для лінійних методів, або проблемою забезпе-чення необхідного компромісу властивостей (для нелінійних неадаптивних методів).

2. Доведено, що під час вирішення задач аналізу та розробки методів фільтра-ції одно-, дво- та багатовимірних сигналів і зображень доцільним є використання за-пропонованих модельних представлень, які враховують адитивну, мультиплікатив-ну та імпульсну складові завад та інші деструктивні фактори, з одночасним викорис-танням кількох критеріїв ефективності обработки та вказанням їх пріоритетів.

3. Запропоновано ВВ і аподизуючі функції для АГ і систем ЦОС, застосування яких є доцільним під час вирішення різних практичних задач, бо за умови однако-вого РМБП вони забезпечують ШГП відгука, що лише на 8-15% більше, ніж для ВО ДЧ, і на 2-4% менше, ніж для ВО КБ, при цьому для східцевих ВВ рівень максимальної БП відгука можна змінювати у межах від -20 до -45 дБ, а для інших запропонованих ВВ можна досягти ще більш низький РМБП; при цьому забезпечується можливість реалізації ВВ у багатоелементних АГ при наявності конструктивно-тех-нологічних обмежень, висока швидкодія в АГ і СФЗ з ЦОС, стійкість параметрів ДС до впливу завад і викривлень; крім того, запропоновані та розроблені методи опти-мізації і аналіза характеристик ВВ та відгуків можна використовувати для вирішен-ня інших задач - локального придушення БП, синтеза двовимірних АГ, покращення характеристик відгуків у РСА та точності їх калібровки.

4. Запропоновано структуру алгоритма ЛАФ с жорстким переключенням, яка навіть за умови використання лише двох компонентних фільтрів - ПШФ і ЗДФ - і одного ПЛА, що порівнюється з порогом, дозволяє ефективно вирішувати задачі обробки одно- та багатоканальних зображень, забезпечення задовільного компромісу властивостей ЛАФ у цілому, простоту оптимізації параметрів блоків й високу швидкодію; при цьому виграш у співвідношенні сигнал-завада за рахунок застосування ЛАФ замість відповідних компонентних фільтрів, які входять до складу ЛАФ, сягає 7 дБ у залежності від характеристик зображень та завад.

5. Показано, що ще кращі показники (виграш у співвідношенні сигнал-завада до 9 дБ у порівнянні з неадаптивними нелінійними фільтрами) досягаються за умови використання банків нелінійних фільтрів, кількох ПЛА та їх сумісного аналізу з використанням ЕС і НМ, але при цьому ускладнюється алгоритм обробки, стає потріб-ним попереднє навчання ЕС або НМ, інколи з’являється необхідність мати більш точну та достовірну інформацію про характеристики завад.

6. Результати досліджень є основою для вибору типів і параметрів ПШФ, ЗДФ, ПЛА, значень порогів для різних ситуацій, що мають місце в практиці багатока-нального ДЗ, в тому числі для випадків несиметричних ЩРЙ мультиплікативних завад та їх просторової корельованості, в залежності від ймовірності появи імпульс-них завад, пріоритету вимог до алгоритмів обробки, тощо.

7. Розроблено оригінальні фільтри: адаптивні L_pq та a-урізані фільтри, МСФ і МСФ з розміром ковзного вікна, що вибирається адаптивно, модифікований фільтр Фроста, векторний багатоетапний фільтр, ВМСФ, векторний ЛАФ на основі векторного квазірозмаху, одновимірні ЛАФ на основі Z-параметрів, які за інтегральними та локальними показниками перевищують існуючі аналоги на 2-6 дБ; показано, в яких випадках та з якою метою доцільно використовувати гомоморфні перетворення та різні норми під час векторної фільтрації багатоканальних РЛЗ.

8. Показано, що якщо складно досягти задовільного компромісу властивостей фільтрів за умови обробки сигналів і зображень на одному етапі, то у таких ситуаціях доцільно використовувати запропоновані багатоетапні процедури обробки сигналів і зображень: обробку одноканальних РЛЗ на основі фільтрів Лі, Фроста або адаптивного L_pq-фільтра на першому етапі та застосування КІХ-медіанних гібридних фільтрів, МСФ чи фільтрів на основі вейвлетного або косинусного перетворень на другому етапі, що дозволяє на 2-6 дБ покращити ступінь придущення спеклу на однорідних ділянках РЛЗ; багатоетапні методи є ефективними й при вирішенні задач обробки та інтерпретації багатоканальних РЛЗ, обробки сигналів у пасивних СФЗ.

9. Розвинуті в роботі локально-адаптивний та багатоетапний підходи можуть служити основою та є ефективними й для вирішення задач відновлення зображень, у тому числі в нетрадиційних ситуаціях наявності негаусівських завад; ці підходи вперше застосовано для вирішення задач первинного розпізнавання РЛЗ, усунення специфічних викривлень типу залишкових похибок суміщення РЛЗ на основі розроблених векторних локально-адаптивних фільтрів.

10. Якщо використовувати комплексно запропоновані методи калібровки, фільтрації, нелінійної корекції та суміщення багатоканальних зображень та їх прив'язки до топомапи, первинного та вторинного розпізнавання даних багатоканального ДЗ на основі НМ, то вони дозволять забезпечити сприйнятну (вище за 0,9) вірогідність правильного розпізнавання типів об'єктів і задовільну для практичних застосувань точність і надійність визначення параметрів ділянок, що зондуються, за умови наявності адекватних радіофізичних моделей, зокрема, під час вирішення задачі оцінювання ступеня еродованості ґрунтів.

11. Дослідження, що проведено на модельних даних, і аналіз реальних сигналів у пасивних СФЗ, показали, що похибки визначення кутових координат об'єктів можуть бути зумовлені різними факторами або їх сумісним впливом, при цьому для первинних вимірювань вірогідність появи аномальних похибок мають порядок 0,1-0,4, що робить стеження практично неможливим.

10. Доведено, що в результаті сумісного застосування запропонованих адаптивних і стійких методів підвищення точності первинних оцінок кутових координат, методів фільтрації послідовностей цих оцінок та обробки ВЕ, які представляються у вигляді двовимірних зображень, вдається в 1,2-7,8 разів зменшити СКП нормальних оцінок, досягти практично повного усунення аномальних похибок і забезпечити можливість реалізації стежачих вимірювань, що підтверджено результатами апробації запропонованих методів для даних натурного експерименту.

Публікації автора:

1. Лукин В.В. Свойства и применения ступенчатых окон // Радиофизика и электроника. - Харьков: ИРЭ НАНУ. - 1997. - Т. 2. - N 2. - С. 142-149.

2. Лукин В.В. Статистические характеристики возмущенных диаграмм направленности многоэлементных антенных решеток // Технічна Електродинаміка. - Киев: Институт Электродинамики НАНУ. - 1998. - N 1. - С. 27-31.

3. Лукин В.В. Цели, методы и алгоритмы локально-адаптивной устойчивой фильтрации радиолокационных изображений // Космічна наука і технологія. - Киев. - 1998. - № 2/3. - С.39-50.

4. Лукин В.В. Методика и этапы обработки и интерпретации данных многоканального дистанционного зондирования // Авиационная и ракетно-космическая техника. - Харьков: ХАИ. - Вып. 7. - 1998. - С. 189-192.

5. Лукин В.В. Анализ поведения показателей локальной активности для нелинейных адаптивных фильтров // Радиофизика и электроника. - Харьков: ИРЭ НАНУ. - 1998. - Т. 3, - N 2. - С.80-89.

6. Лукин В.В. Динамические и статистические свойства алгоритмов нелинейной фильтрации одномерных информационных сигналов // Авиационная и ракетно-космическая техника. - Харьков: ХАИ. - 1998. - Вып. 7. - С. 134-141.

7. Анухин И.П., Зеленский А.А., Лукин В.В. Оптимизация характеристик направленности многоэлементных СВЧ-антенн при конструктивных ограничениях // Использование радиоволн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. - Харьков: ИРЭ АН Украины. - 1993. - С. 54-58.

8. Кабанов А.В., Лукин В.В., Цымбал О.В. Оптимизация сверточных окон для спектрального анализа сигналов // Обчислювальна техніка та автоматизація. - Донецьк: ДДТУ. - 1999. - Вип. 3. - С. 243-248.

9. Пономаренко Н.Н., Лукин В.В., Алексеев Л.Ю. Мультиоконные линейный и сигма фильтры для мультипликативного нормального шума // Авиационно-косми-ческая техника и технология. - Харьков: ХАИ. - 1999. - Вып. 12. - С. 114-117.

10. Зеленский А.А., Кулемин Г.П., Лукин В.В., Мельник В.П. Локально-адаптивные устойчивые алгоритмы обработки радиоизображений. - Харьков: 1993. - 39 с. (Препр./ НАН Украины. Ин-т радиофизики и электроники; 93-143).

11. Лукин В.В., Мельник В.П., Чемеровский В.И. Оптимальные и субоптимальные L-фильтры для обработки РСА-изображений // Авиационно-космическая техника и технология. - Харьков: ХАИ. - Вып. 6. - 1998. - С. 293-297.

12. Лукин В.В., Мельник В.П., Чемеровский В.И. Локально-адаптивные и двухэтапные алгоритмы фильтрации РСА-изображений // Авиационно-космическая техника и технология". - Харьков: ХАИ. - Вып. 1997 г. - 1998. - С. 381-385.

13. Волков С.Г., Лукин В.В., Мельник В.П., Пономаренко Н.Н. Экспертная система выбора фильтра для вторичной обработки радиолокационных изображений // Компьютерные интеллектуальные модели и системы. – Х.: ХАИ. - 1993. - С. 74-77.

14. Зеленский А.А., Кулемин Г.П., Курекин А.А., Лукин В.В. Особенности тематической обработки многоканальных радиолокационных изображений почв // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники - М. - 1999. - N 11. - С. 21-31.

15. Курекин А.А., Лукин В.В., Зеленский А.А. Применение методов векторной медианной фильтрации при обработке многоканальных радиолокационных данных дистанционного зондирования // Космічна наука і технологія. - К. - 1996. - Т. 2. – N 5-6. - С.53-63.

16. Зеленский А.А., Лукин В.В. Свойства оценок пространственного поло-жения источников в случайно-неоднородных и ограниченных средах // Радио-электронные устройства летательных аппаратов. - Харьков: ХАИ. - 1990. - С. 3-13.

17. Зеленський О.О., Лукін В.В., Доля А.Н. Оцінка затримки випадкових широкосмугових сигналів при малому співвідношенні сигнал-завада // Мережі і системи телекомунікації на залізничному транспорті. - Харків: Харківська державна академія залізничного транспорту. - 1999. - Вип. 35. - С. 87-94.

18. Горбуненко Б.Ф., Зеленский А.А., Лукин В.В. Неоптимальные фазометрические методы обработки случайных широкополосных сигналов // Микропроцессорные системы контроля и управления на железнодорожном транспорте. - Харьков: ХИИТ. - 1992. - С.47-51.

19. Зеленский А.А., Лукин В.В., Погребняк А.Б. Локально-адаптивные алго-ритмы устойчивой фильтрации информационных данных//Функционирование ра-диотехнических систем в условиях негауссовских помех. - М: МТИ. -1992. -С. 45-53.

20. Лукин В.В., Хуторненко С.В. Адаптивная нелинейная фильтрация информационно-измерительных сигналов // Информационные системы. - Харьков: Харьковский военный университет. - Вып. 2 (10). - 1998. - С. 38-42.

21. Лукин В.В., Погребняк А.Б. Устойчивые алгоритмы фильтрации оценок пространственных координат движущихся объектов // Космическая наука и техника. - вып. 7. - Киев: Наукова думка. – 1992. С. 60-63.

22. Горбуненко Б.Ф., Зеленский А.А., Лукин В.В. Сравнение двух методов синтеза аппаратной функции системы формирования изображений // Применение микропроцессоров в системах железнодорожной автоматики. - Харьков: ХИИТ. - вып. 14. - 1990. - С. 85-89.

23. Лукин В.В., Шаронов В.Б., Тулякова Н.О. Анализ эффективности нелинейных алгоритмов фильтрации медицинских сигналов // Авiацiйно-космiчна технiка i технологiя. - Харьков: ХАИ. - 1999. - вып. 14. - С. 127-131.

24. Зеленский А.А., Кулемин Г.П., Курекин А.А., Лукин В.В., Цымбал О.В., Модифицированный векторный сигма-фильтр для обработки многоканальных радиолокационных изображений и повышения надежности их интерпретации // Радиофизика и электроника. - Харьков: ИРЭ НАНУ. - 2000. - Т.5. - N 3. - С. 114-123.

25. Цымбал О.В., Лукин В.В. Сохранение текстурной информации при фильтрации радиолокационных изображений // Авiацiйно-космiчна технiка i технологiя. - Харьков: ХАИ. - 2000. - Вып. 20. - С. 13-20.

26. Абрамов С.К., Лукин В.В., Зеленский А.А. Мириадный метод автоматической оценки дисперсии помех на изображениях и его оптимизация // Радиотехника. - Харьков: ХНУРЭ. - 2001. - Вып. 123. - С. 177-184.

27. Абрамов С.К., Литвяк Ю.А., Лукин В.В., Проскурин А.Ю. Модифицированный сигма-фильтр для обработки одномерных информационных сигналов // Системы обработки информации. – Х.: НАНУ, ХВУ. - 2002. - Вып. 2(18). - С. 103-112.

28. Лукин В.В., Соколов А.В. Методы детектирования границ на изображениях на основе совместного анализа нескольких локальных параметров // Технология приборостроения. - Харьков: ГП НИТИП. - 2001. - вып. 1-2. - С. 83-90.

29. Lukіn V.V., Melnіk V.P., Pogrebnіak A.B., Zelensky A.A., Astola J.T., Saarіnen K.P. Dіgіtal adaptіve robust algorіthms for radar іmage fіlterіng // Journal of Electronіc Іmagіng. USA. - 1996. - Vol. 5(3). - P. 410-421.

30. Melnіk V.P., Lukіn V.V., Zelensky A.A., Huttunen H., Astola J.T. Nonlіnear Locally-adaptіve and Іteratіve Algorіthms of Іmage Restoratіon // Journal of Electronіc Іmagіng. - 1997. - Vol. 6(4). - P. 439-452.

31. Kulemіn G.P., Zelensky A.A., Lukіn V.V., Melnіk V.P. Prіncіples and Algorіthms of Multіfrequency and Multіpolarіzatіon Radar Іmage Processіng // Turkіsh Journal of Physіcs. - 1995. - Vol. 19. - N 10. - P.1277-1281.

32. Melnіk V.P., Lukіn V.V., Zelensky A.A., Astola J.T., Kuosmanen P. Local Actіvіty Іndіcators: Analysіs and Applіcatіon to Hard-Swіtchіng Adaptіve Fіlterіng of Іmages // Optіcal Engіneerіng Journal. - 2001. - Vol. 40. - N 8. - P. 1441-1455.

33. Dolіa A.N., Lukіn V.V., Zelensky A.A. Low SNR Tіme Delay Estіmatіon by Adaptіve Postfіlterіng of Cross-Correlator Output Sequence // Recent Advances іn Іnformatіon Scіence and Technology. - Sіngapore: World Scіentіfіc. - 1998. - P. 206-210.

34. Lukіn V.V., Saramakі T. Step-lіke wіndows: Synthesіs, propertіes, and applі-catіons // Proc. of 5-th Іntern. Workshop on Spectral Technіques and Logіc Desіgn for Future Dіgіtal Systems. - Tampere (Fіnland). - TІCSP Serіes. - N 10. - 2000. - P. 155-187.

35. Anukhіn І.P., Lukіn V.V., Ponomarenko N.N. et al. Sum-type Kaіser-Bessel Wіndows for Apodіzed Antenna Arrays // Proc. of the Second Іnternatіonal Conference on Antenna Theory and Technіques. - Kіev (Ukraіne), 1997. - P. 56-58.

36. Kalmykov A.І., Lukіn V.V., Zelensky A.A. Some Technіques and Algorіthms of SAR Іmage Enhancement on Stages of Prіmary and Secondary Sіgnal Processіng // Proc. of EUSAR'96. - Konіgswіnter (Germany), 1996. - P. 135-138.

37. Lukin V.V., Ponomarenko N.N., Alekseyev L.Yu., Melnik V.P., Astola J.T. Two-stage Radar Image Despeckling Based on Local Statistic Lee and Sigma Filtering // Proceedings of IS&T/SPIE International Conference on Nonlinear Image Processing and Pattern Analysis XII. - San Jose (CA, USA), 2001. - SPIE Vol. 4304. - P. 106-117.

38. Lukіn V., Melnіk V., Chemerovsky V., Peltonen S., Kuosmanen P. Use of homomorphіc transforms іn locally adaptіve fіlterіng of radar іmages // Proc. of ІS@T/SPІE Symp. on Electronіc Іmagіng: Scіence and Technology. - San Jose, (CA, USA), 2000. - SPІE Vol. 3961. - P. 184-195.

39. Melnіk V.P., Lukіn V.V., Egіazarіan K., Astola J. A Method of Speckle Removal іn One-Look SAR Іmages Based on Lee Fіlterіng and Wavelet Denoіsіng // Proc. of NORSІG2000. - Kolmarden (Sweden), 2000. - P. 243-246.

40. Lukіn V., Ponomarenko N., Astola J.T., Saarіnen K. Algorіthms of Іmage Nonlіnear Adaptіve Fіlterіng Usіng Fragment Recognіtіon by Expert System // Proc. of ІS@T/SPІE Symp. on Electronіc Іmagіng: Scіence and Technology. - San Jose (CA, USA), 1996. - SPІE Vol. 2662. - P. 114-125.

41. Dolіa A.N., Burіan A., Lukіn V.V., Rusu C., Kurekіn A.A., Zelensky A.A. Neural network applіcatіon to prіmary local recognіtіon and nonlіnear adaptіve fіlterіng of іmages // Proc. of the 6-th ІEEE Іnternatіonal Conference on Electronіcs, Cіrcuіts and Systems. - Pafos (Cyprus), 1999. - Vol ІІ. - P. 847-850.

42. Kurekіn A.A., Lukіn V.V., Zelensky A.A., Astola T., Saarіnen K., Kuosmanen P. Adaptіve vector LQ-fіlters for color іmage processіng // Proc. of Conf. SPІE on Statіstіcal and Stochastіc Methods іn Іmage Processіng ІІ. - San-Dіego (CA, USA), 1997. - SPІE Vol. 3167. - P. 46-56.

43. Lukіn V.V., Kurekіn A.A., Zelensky A.A., Saarіnen K.P., Koіvіsto P., Astola J.T. Comparіson of component and vector fіlter performance wіth applіcatіon to multіchannel and color іmage processіng // Proc. of the ІEEE-EURASІP Workshop on Nonlіnear Sіgnal and Іmage Processіng. - Antalya (Turkey), 1999. - Vol. 1. - P. 38-42.