radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2018-21-4-13-23radioelectronics-244Research ArticleРАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ, ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВRADIO ELECTRONIC FACILITIES FOR SIGNAL TRANSMISSION, RECEPTION AND PROCESSINGИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РОБАСТНЫХ ДИСКРИМИНАТОРОВ ЗАПАЗДЫВАНИЯ СПУТНИКОВОГО ВЫСОТОМЕРАSTUDY OF ROBUST TOA DISCRIMINATORS FOR SPACE-BASED RADAR ALTIMETERБоровицкийД. С.BorovitskyD. S.

Боровицкий Дмитрий Сергеевич – кандидат технических наук (2016), ведущий научный сотрудник.  Автор 22 научных публикаций. Сфера научных интересов – широкополосные системы радиолокации и радионавигации, теория сигналов.

пр. Обуховской Обороны, д.120,  лит. ЕЦ, Санкт-Петербург, 192012.

Dmitry S. Borovitsky – Ph.D. in Engineering (2016), leading research fellow of JSC "Russian Institute of Radionavigation and Time" (Saint Petersburg). The author of 22 scientific publications. Area of expertise: broadband radiolocation and radionavigation systems; signal theory.

120, Obukhovskoy Oborony Pr., bld. EC, 192012, St. Petersburg.

dmitry_nepogodin@mail.ruЖестеревА. Е.ZhesterevA. E.

Жестерев Александр Евгеньевич – кандидат технических наук (1982), начальник  отдела.  Автор 31 научной публикации.  Сфера научных интересов – радиолокация и радионавигация; теория связи.

пр. Обуховской Обороны, д.120,  лит. ЕЦ, Санкт-Петербург, 192012.

Alexander E. Zhesterev – Ph.D. in Engineering (1982), Chief of the Department of JSC "Russian Institute of Radionavigation and Time" (Saint Petersburg). The author of 31 scientific publications. Area of expertise: radiolocation and radionavigation systems; communication theory.

120, Obukhovskoy Oborony Pr., bld. EC, 192012, St. Petersburg.

zhesterev@mail.ruИпатовВ. П.IpatovV. P.

Ипатов Валерий Павлович – доктор технических наук (1983), профессор (1985) кафедры радиотехнических систем.  Заслуженный деятель науки РФ (2001), почетный радист СССР (1983). Автор более 300 научных работ. Сфера научных интересов – радиоэлектронная системотехника; статистическая теория связи;  широкополосные системы радиолокации, радионавигации и передачи данных; теория сигналов.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376.

Valery P. Ipatov – D.Sc. in Engineering (1983), Professor (1985) of the Department of Radio Engineering Systems of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". Honored scientist of the RF (2001), honorable radioman of the USSR (1983). The author of more than 300 scientific publications. Area of expertise: radio-electronic system engineering; statistical communication theory; broadband radar, navigation and data systems; signal theory.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg.

ival1941@yandex.ruМамчурР. М.MamchurR. M.

Мамчур Руслан Михайлович – магистр техники и технологий по направлению "Радиотехника"  (2015), аспирант и ассистент кафедры радиотехнических систем.  Автор 11 научных публикаций. Сфера научных интересов – статистическая теория связи;  широкополосные системы радиолокации, радионавигации и передачи данных; теория сигналов; техническая электродинамика.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376.

Ruslan M. Mamchur – Master of Science in Radio Engineering (2015), post-graduate student and assistant of the Department of Radio Engineering Systems of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of 11 scientific publications. Area of expertise: statistical communication theory; broadband radar, navigation and data systems; signal theory; technical electrodynamics.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg.

ruslan.mamchur@mail.ruАО "Российский институт радионавигации и времени"РоссияJSC "Russian Institute of Radionavigation and Time"Russian FederationСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University "LETI"Russian Federation201828082018041323Copyright © Боровицкий Д.С., Жестерев А.Е., Ипатов В.П., Мамчур Р.М., 20182018Боровицкий Д.С., Жестерев А.Е., Ипатов В.П., Мамчур Р.М.Borovitsky D.S., Zhesterev A.E., Ipatov V.P., Mamchur R.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/244

Представлено исследование дискриминаторов запаздывания наземного комплекса дообработки данных спутникового высотомера (альтиметра).  Требования к петле слежения за запаздыванием эхосигнала на борту высотомера ограничиваются надежным удержанием сопровождаемого сигнала в следящем окне,  в то  время как "чистовое" измерение альтиметрических  параметров (запаздывание,  высота волны и др.) является задачей дообработки, выполняемой на  Земле.  В робастных алгоритмах  дискриминирование выполняется без  опоры на  физическую модель эхосигнала, что  способствует улучшению работоспособности спутниковых высотомеров в прибрежных зонах,  где попадание участков суши  в засвечиваемое высотомером пятно существенно искажает наблюдаемый сигнал по сравнению  с откликом сплошной водной поверхности.

Выполнен аналитический расчет шумовых ошибок дискриминаторов центра тяжести и порогового дискриминатора. Приведены результаты моделирования и сопоставлены погрешности оценок запаздывания исследованных дискриминаторов и дискриминатора, оптимального в рамках  классической модели. Хотя  исследованные дискриминаторы уступают оптимальному в точности оценки запаздывания эхосигнала от  водной  поверхности,  соответствующий  проигрыш некатастрофичен и  нередко может быть  сочтен приемлемой платой за  малую  чувствительность к отклонениям отражающих свойств зондируемой поверхности от классических моделей.

This paper  provides  a study  of robust  TOA discriminators used  in ground-based retracking  of a space-based altimeter da-ta. Requirements to an on-board TOA tracking loop are limited  to reliable locking of received echo-signal  within the tracking  window,  while fine measuring of altimetry parameters (orbit height,  SWH, etc.) is a task  of the Earth-based retracking.  In the  robust  algorithms TOA-measuring  is performed without  using  any  echo  physical  model.  It can  improve space-based altimeter operation near the coastline  where  terrain areas falling into the illuminated spot distort  the received signal  significantly  versus  the  one  from  the  “pure” water  surface.  Analytic  calculation of  noise  errors  is fulfilled  for  the OCOG. Besides, the threshold discriminators and simulation results are presented, as well as comparison of the robust  discriminators against  the  optimal (within the  classical model  framework) one.  Despite the  robust  types  yield to the  optimal one  in the  accuracy  of TOA estimate, the  loss is not  catastrophic and  often  can be treated as an acceptable pay-ment for low sensibility  to the deviation of scattering  characteristics of a sounded surface  from  classical models.

спутниковый высотомерэхосигналвременной дискриминаторробастностьдискриминатор центра тяжестипороговый дискриминаторсреднеквадратическая ошибка измерения запаздыванияsatellite altimeterecho-signalTOA-discriminatorrobustnessoffset centre of gravitythreshold discriminatorstandard deviationReferencesCoastal Altimetry / ed. by S. Vignudelli, A. G. Kostianoy, P. Cipollini, J. Benveniste. Berlin: Springer, 2011. 565 p.Coastal Altimetry. Ed. by S. Vignudelli, A. G. Kostianoy, P. Cipollini, J. Benveniste. Berlin, Springer, 2011, 565 p.Satellite Altimetry / D. B. Chelton, J. C. Ries, B. J. Haines, L.-L. Fu, P. S. Callahan; ed. by L.-L. Fu, A. Cazenave // Satellite Altimetry And Earth Sciences: a Handbook of Techniques and Applications. San Diego: Academic Press, 2001. P. 1–132.Chelton D. B., Ries J. C., Haines B. J., Fu L.-L., Callahan P. S. Satellite Altimetry. Satellite Altimetry and Earth Sciences: a Handbook of Techniques and Applications. Ed. by L.-L. Fu, A. Cazenave. San Diego, Academic Press, 2001, pp. 1–132.Вопросы построения радиоинтерфейса спутникового высотомера / Д. С. Боровицкий, А. Е. Жестерев, В. П. Ипатов, Р. М. Мамчур; под ред. В. П. Ипатова. СПб.: БХВ-Петербург, 2017. 192 с.Borovitsky D. S., Zhesterev A. E., Ipatov V. P., Mamchur R. M. Voprosy postroeniya radiointerfeisa sputnikovogo vysotomera [The Issue of Constructing Air Interface of Satellite Altimeter]. Ed. by V. P. Ipatov. SPb., BKhV-Peterburg, 2017, 192 p. (In Russian)Barrick D. E., Lipa B. J. Analysis and Interpretation of Altimeter Sea Echo // Advances in Geophysics. 1985. Vol. 27. P. 61–100.Barrick D. E., Lipa B. J. Analysis and Interpretation of Altimeter Sea Echo. Advances in Geophysics. 1985, vol. 27, pp. 61–100.Brown G. S. The Average Impulse Response of a Rough Surface and its Applications // IEEE Trans. on Ant. and Prop. 1977. Vol. AP-25, № 1. P. 67–74.Brown G. S. The Average Impulse Response of a Rough Surface and its Applications. IEEE Trans. on Ant. and Prop. 1977, vol. AP-25, no. 1, pp. 67–74.Hayne G. S. Radar Altimeter Mean Return Wave-forms from Near-Normal-Incidence Ocean Surface Scattering // IEEE Trans. on Ant. and Prop. 1980. Vol. AP-28, № 5. P. 687–692.Hayne G. S. Radar Altimeter Mean Return Wave-forms from Near-Normal-Incidence Ocean Surface Scattering. IEEE Trans. on Ant. and Prop. 1980, vol. AP-28, no. 5, pp. 687–692.Wingham D. J., Rapley C. G., Griffiths H. New Techniques in Satellite Altimeter Tracking Systems // Proc. of IGARSS’86 Symp., Zurich, 8–11 Sept. 1986. P. 1339–1344.Wingham D. J., Rapley C. G., Griffiths H. New Techniques in Satellite Altimeter Tracking Systems. Proc. of IGARSS’86 Symp., Zurich, 8–11 Sept., 1986, pp. 1339–1344.Coastal Gravity Anomalies from Retracked Geosat/GM Altimetry: Improvement, Limitation and the Role of Airborne Gravity Data / C. Hwang, J. Guo, X. Deng, H.-Y. Hsu, Y. Liu // J. Geod. 2006. Vol. 80. P. 204–216.Hwang C., Guo J., Deng X., Hsu H.-Y., Liu Y. Coastal Gravity Anomalies from Retracked Geosat/GM Altimetry: Improvement, Limitation and the Role of Airborne Gravity Data. J Geod. 2006, vol. 80, pp. 204–216.Bao L., Lu Y., Wang Y. Improved Retracking Algorithm for Oceanic Altimeter Waveforms // Progress in Natural Science. 2009. Vol. 19, iss. 2. P. 195–203.Bao L., Lu Y., Wang Y. Improved Retracking Algorithm for Oceanic Altimeter Waveforms. Progress in Natural Science. 2009, vol. 19, no. 2, pp. 195–203.Deng X., Featherstone W. E. A Coastal Retracking System for Satellite Radar Altimeter Waveforms: Application to ERS-2 around Australia // J. of Geophysical Research. 2006. Vol. 111, C06012 (1–16).Deng X., Featherstone W. E. A Coastal Retracking System for Satellite Radar Altimeter Waveforms: Application to ERS-2 around Australia. J. of Geophysical Research. 2006, vol. 111, C06012 (1–16).Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Радио и связь, 1989. 656 с.Levin B. R. Teoreticheskie osnovy statisticheskoi radiotekhniki [Theory of Statistical Radioengineering]. Moscow, Radio i Svyaz’, 1989, 656 p. (In Russian)Тихонов В. И. Статистическая радиотехника. М.: Радио и связь, 1982. 624 с.Tikhonov V. I. Statisticheskaya radiotekhnika [Statistical Radio Engineering]. Moscow, Radio i Svyaz’, 1982, 624 p. (In Russian)Davis C. H. Growth of the Greenland Ice Sheet: a Performance Assessment Of Altimeter Retracking Algorithms // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 1995. Vol. 33, № 5. P. 1108–1116.Davis C. H. Growth of the Greenland Ice Sheet: a Performance Assessment Of Altimeter Retracking Algorithms // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 1995, vol. 33, no. 5, pp. 1108–1116.Davis C. H. A Robust Threshold Retracking Algorithm for Measuring Ice-Sheet Surface Elevation Change From Satellite Radar Altimeters // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 1997. Vol. 35, № 4. P. 974–979.Davis C. H. A Robust Threshold Retracking Algorithm for Measuring Ice-Sheet Surface Elevation Change From Satellite Radar Altimeters. IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 1997, vol. 35, no 4, pp. 974–979.Coastal Sea Surface Heights From Improved Altimeter Data in the Mediterranean Sea / L. Fenoglio-Marc, M. Fehlau, L. Ferri, M. Becker, Y. Gao, S. Vignudelli // Proc. GGEO2008. Springer Verlag, IAG Symposia. P. 253–261.Fenoglio-Marc L., Fehlau M., Ferri L., Becker M., Gao Y., Vignudelli S. Coastal Sea Surface Heights From Improved Altimeter Data in the Mediterranean Sea. Proceedings GGEO2008. Springer Verlag, IAG Symposia, pp. 253–261.Laurentia Crustal Motion Observed Using TOPEX/Poseidon Radar Altimetry Over Land / H. Lee, C. K. Shum, Yu. Yi, A. Braun, Chung-Yen Kuo // J. of Geodynamics. 2008. Vol. 46. P. 182–193.Lee H., Shum C. K., Yi Yu., Braun A., Chung-Yen Kuo. Laurentia Crustal Motion Observed Using TOPEX/Poseidon Radar Altimetry Over Land. J. of Geodynamics. 2008, vol. 46, pp. 182–193.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.