У роботі вирішено проблему об'єднання й оптимальної комплексної обробки різнорідної інформації багатопозиційних мультисенсорних радіофізичних систем спостереження за фізичними об'єктами і природними середовищами з метою підвищення достовірності їх ідентифікації. Вперше в радіофізиці для вирішення цієї проблеми обґрунтовано понятійний апарат інваріантної ідентифікації стану природних середовищ і об'єктів, основою якого є топологічні простори і функціональні взаємозв'язки між ними. 1. Уперше сформульовані принципи подання фізичних об'єктів у просторі їх спектрів параметрів. Обґрунтовано математичну формалізацію моделі взаємодії вимірювальної радіофізичної системи і спостережуваного об'єкта у тензорному вигляді як системи рівнянь топологічного графа. Такий опис моделі дозволив: спростити розв’язання задач оптимізації багатопозиційних мультисенсорних радіофізичних вимірювальних систем за шуканими параметрами об'єкта; зробити його більш наочним у порівнянні з відомими методами; підвищити достовірність ідентифікації об'єктів. 2. Уперше на основі розробленої теорії інваріантних моделей показано, що формовані різними радіофізичними сенсорами системи спостереження надлишкові інформаційні потоки, які породжують конкуруючі гіпотези й оцінки, можливо використовувати для формування оптимальних вирішальних правил щодо радіофізичних параметрів середовища чи стану фізичного об'єкта. 2.1. Показано, що форма тензорних рівнянь залишається незмінною при перетворенні координат. Установлено, що для лінійної моделі, як і у відомих класичних методах, оптимізацію вимірювальної системи можна виконувати в одній системі координат. Однак перевагою комбінаторно-топологічного опису моделей є простота узагальнення на нелінійний випадок. Якщо велика система містить одну чи більш локалізованих нелінійних частин, то ці частини можуть бути відділені одна від одної шляхом послідовних перетворень системи координат і розраховані окремо. Розчленовування окремих систем повинне виконуватися, якщо це можливо, у точках, що належать до лінійних частин системи. 2.2. Показано, що коли топологічний граф системи виявляється складним, оптимізація виконується шляхом розчленовування вихідного графа на декілька окремих підграфів, кожний з який піддається незалежній оптимізації. Причому окремим елементом системи виступає граф перетинань інформаційних потоків, що утвориться в результаті розчленовування вихідного графа на складові частини. 2.3. Досліджено статистичні властивості сигналів і перешкод у просторі сигналів і просторі спектрів параметрів об'єктів для задач радіофізичної інтроскопії. Показано, що застосування інваріантного перетворення приводить до зміни закону розподілу флуктуаційної перешкоди в залежності від типу об'єкта, що підлягає ідентифікації. Розроблено рекурентну процедуру оцінки оптимального обсягу навчальної вибірки при обчисленні законів розподілу перешкод у просторі спектра параметрів об'єкта. Отримано аналітичний вираз для імовірностей помилок першого роду як функції обсягу навчальної і контрольної вибірок. 3. Уперше узагальнено сукупність інформаційних ознак фізичного об'єкта, показана перевага формування груп інваріантних стосовно радіофізичних систем спостереження ознак об'єкта чи природного середовища. 3.1. Обґрунтовано критерій ефективності радіолокаційного сенсора типу РСА, що на відміну від відомих одно- і двопараметричних критеріїв поєднує параметри системи, які безпосередньо впливають на якість радіолокаційних зображень, а саме: роздільну здатність локатора за контрастними точковими цілями в азимутальній і тангенційній площинах; відношення потужності сигналу, прийнятого за головною пелюсткою синтезованої ДН, до потужності сигналів, прийнятих за бічними пелюстками; максимальний рівень бічних пелюстків; спотворення форми головної пелюстки синтезованої ДН, виражені середньоквадратичною помилкою, стосовно неспотвореної ДН. 3.2. Уперше на основі теорії інваріантних моделей розроблено метод і алгоритм автоматичної ідентифікації тріщин і розводдів у льодах на морі за радіолокаційними відбитками діапазону 3 см і 23 см. Алгоритм забезпечував ідентифікацію шуканих об'єктів з імовірністю не нижче 0,95 при прямих та інверсних радіолокаційних контрастах понад 10 дБ. 4. Уперше теоретично розроблені методи об'єднання ознак у групи за результатами непрямих вимірів радіофізичних параметрів зондувальних сигналів. Сформульовано узагальнений кількісний критерій оцінки інформаційної ефективності радіофізичної систем дистанційного зондування. На відміну від вже відомих критеріїв, уведене поняття зваженої середньої кількості інформації для кожного сенсора, що формує інформаційний потік. Це поняття є кількісною мірою інформативності, що використана при побудові топологічного графа системи. 5. Розроблено методи обробки сигналів, що належать до класу забезпечувальних підсистем. 5.1. Розроблено адаптивний алгоритм компенсації фазових помилок траєкторного сигналу РСА, що працює в реальному часі. На відміну від вже відомих алгоритмів, запропонований алгоритм автоматично аналізує спектральні характеристики траєкторного сигналу, за допомогою рекурентної двошагової процедури, апроксимує функцію помилок і формує коригувальні коефіцієнти опорної функції. Алгоритм дозволяє збільшити радіолокаційні контрасти окремих цілей у середньому на 10 – 20% при маневрі носія РСА, а в деяких випадках на 3 – 4 дБ, а також усунути розфокусування і повтори об'єктів на радіолокаційних зображеннях. 5.2. Обґрунтовано алгоритм підвищення роздільної здатності на спотворених РСА - зображеннях, який відрізняється від відомих алгоритмів тим, що керування процесом формування зображення здійснюється за допомогою двох параметрів, що враховують вагу попередніх оцінок у рекурентній процедурі спектрального оцінювання. Алгоритм дозволяє шляхом вибору порядку моделі знайти компроміс між роздільною здатністю і дисперсією одержуваної спектральної оцінки. В експерименті для голограм РСА діапазону 23 см досягнуто стискання в 2 – 3 рази в азимутальному напрямку окремих розмитих об'єктів при збільшенні порядку моделі з 8.до 64. 5.3. Розроблено алгоритми зниження рівня спекл-шуму в інформаційному сигналі когерентного сенсора типу РСА. Особливістю запропонованого алгоритму є здатність до зниження рівня спекл-шуму за обмежене число (7 – 10) ітерацій рекурентної процедури. Рівень середньоквадратичного значення шуму на оброблених зображеннях (при розмитті дрібних деталей не більш, ніж на 3%) був нижче на 1,5 – 3 дБ відносно відомого, порівнянного за складністю, алгоритму. 6. Узагальнено й удосконалено методи синтезу адаптивних алгоритмів обробки інформації радіофізичних вимірювальних систем та ідентифікації об'єктів за вторинними інформаційними ознаками. На основі обґрунтованої теорії інваріантних моделей розроблено підхід до синтезу класу адаптивних алгоритмів, що враховують як динаміку спостережуваного об'єкта так і динаміку вимірювальної системи. 6.1. Побудовано адаптивний алгоритм ідентифікації людини за періодом дихання і серцебиття. Алгоритм забезпечує при квадратичній функції втрат, частоті дискретизації 22 кГц, розрядності АЦП – 16, інтервалі спостереження 10 с і співвідношенні сигнал/шум 1,1 – 1,5 ідентифікацію періоду серцебиття і дихання з імовірністю не гірше 0,98. 6.2. Уперше для радіолокаційних сенсорів із квазібезперервним видом модуляції зондувального сигналу обґрунтовано аналітичне подання спотворень сигналу у вигляді поверхні припустимих помилок. Проаналізовано джерела спотворення сигналів у реальній апаратурі. Дано рекомендації з оптимізації структури апаратної і програмної частини системи спостереження. 7. Уперше обґрунтовано метод неінвазивного вимірювання градієнтів температур у живих біологічних тканинах, агресивних середовищах, техніці й інших практичних додатках, що на відміну від відомих методів, заснований на імпульсному способі випромінювання і прийому зондувальних сигналів і фазоімпульсного способу обробки інформаційного сигналу. Основні переваги запропонованого методу перед пасивними неконтактними методами вимірювання полягають в істотно більшій глибині зондування (більш ніж на порядок), незначній залежності погрішності вимірювання від глибини, меншій за відомі похибки вимірювання (менше 0,1 С), простоті апаратної реалізації і можливості одержання профілю градієнтів температур за один цикл вимірювань. 8.Уперше надано розвиток методам синтезу програмно-апаратних засобів ближньої радіолокації. Завдяки аналізу матриці спектральних щільностей, обчисленню похибки і введенню в алгоритм обчислювання вектора вагових коефіцієнтів решітки регуляризуючого множника досягнуто підвищення завадостійкості системи на 40 дБ при загальних втратах коефіцієнта підсилення 10 дБ. | 