Радиолокационные исследования Венеры с Земли были начаты в 1961 году (в том числе Институтом радиотехники и электроники АН СССР в Центре дальней космической связи под Евпаторией). Они позволили определить период и направление вращения планеты. Оказалось, что в отличие от других планет Венера вращается по часовой стрелке (если смотреть с северного полюса небесной сферы), то есть в направлении, противоположном вращению Земли и всех других планет, делая один оборот в течение 243 земных суток. Они показали также, что поверхность Венеры неоднородна, но «разглядеть» её детали не позволяло большое расстояние. В связи с этим в 1973 году возникла мысль послать к Венере космический аппарат с радиолокационной аппаратурой для детальной съёмки её поверхности.
Радиолокационные измерения проводятся так. Космический аппарат, ставший искусственным спутником планеты, движется над её поверхностью, измеряя радиолучом профили высот и получая детальные изображения поверхности вдоль трассы полёта. Радиолокационная система аппарата состоит из передатчика, приёмника и регистрирующего устройства. Передатчик и приёмник поочерёдно подключаются то к антенне радиолокатора, то к антенне радиовысотомера. Отражённые сигналы передаются на Землю для обработки.
Антенна вместе с космическим аппаратом перемещается относительно снимаемой поверхности, последовательно занимая позиции 1, 2, … N. Обрабатывая отражённые сигналы совместно, получают как бы воображаемую антенну, которая в N раз длиннее бортовой. Соответственно возрастает пространственное разрешение в направлении полёта: достигнутого качества изображения можно было добиться с 70-метровой антенной, в то время как её реальная длина была всего 6 метров. Такой способ получения детальных изображений поверхности называется методом синтеза апертуры.
По одному радиолокационному изображению, как и по одиночной фотографии, трудно судить о высоте видимых образований. Для измерения высот рельефа планеты служит радиовысотомер. Величина местного радиуса планеты, зависящая от рельефа в данной точке, вычисляется как разность расстояния аппарата от центра планеты и измеренной высоты.
При создании «Венер» за основу взяли разработанный при жизни главного конструктора Г. Н. Бабакина орбитальный аппарат, который доставил к планете спускаемые модули станций «Венера-9» и «Венера-14». Вместо спускаемого модуля на нём установили герметичный контейнер с радиолокационной аппаратурой и антеннами, увеличили топливные баки с запасом горючего для торможения при выходе на орбиту искусственного спутника Венеры и площадь солнечных батарей.
На Земле для приёма и регистрации информации были оборудованы две крупнейшие в Советском Союзе радиоантенны. Одна, диаметром 70 метров, обеспечивала управление космическими аппаратами и приём информации в Центре дальней космической связи под Евпаторией. Другая, диаметром 64 метра, принимала информацию на полигоне Медвежьи Озёра под Москвой. Ежесуточно за время сеанса связи на магнитную ленту записывалось 100 мегабит радиолокационной информации со скоростью 100 килобит в секунду.
«Венера-15» и «Венера-16» стартовали 2 и 7 июня 1983 года с орбиты спутника Земли с помощью ракеты-носителя «Протон». 10 и 14 октября после 130 суток полёта оба аппарата были выведены на орбиты спутника Венеры с периодом обращения 24 часа. Их минимальное расстояние от поверхности составило 1000 километров, максимальное — 66 000 километров. Регулярное картографирование Венеры началось 11 ноября 1983 года и продолжалось до 10 июля 1984 года.
На борту космических аппаратов регистрировался отражённый сигнал — радиоголограмма. Её изображение восстанавливали (расшифровывали) с помощью преобразования Фурье. Для этого в Институте радиотехники и электроники (ИРЭ) разработали методику обработки сигнала на специализированном цифровом процессоре, созданном совместно с Институтом электронных управляющих машин Минприбора. Вместе с малой ЭВМ СМ-4 Фурье-процессор составил основу вычислительного центра обработки информации с «Венер» во фрязинской части ИРЭ. Построенное изображение можно было просмотреть на телевизионном экране. Для хранения магнитных лент с информацией радиолокационного картографирования пришлось оборудовать специальное помещение.
На стандартном фотографическом бланке размером 20?30 см помещалось два отрезка снимаемой полосы длиной 1070 км, шириной 156 км и служебная информация, предназначенная для привязки изображения к поверхности планеты. В зависимости от высоты космического аппарата разрешение поверхности изменялось в пределах 1,2—2,7 км вдоль трассы полёта и 0,9—1,5 км перпендикулярно ей. При выводе изображения с шагом 0,2 мм и размере элемента разложения 800 м масштаб был равен 1 : 4 000 000. Снимок на с. 103 (вверху) изображает часть гор Максвелла с кратером диаметром около 100 км, получившим имя Клеопатры; с ним совмещён профиль высот, на котором указана величина радиуса поверхности планеты в данной точке (средний радиус Венеры 6051 км). Кратер расположен на склоне горного массива и имеет сложную форму. Из сопоставления изображения с профилем видно, что внутри большого кратера глубиной около 1,5 км находится второй, меньшего диаметра, дно которого опущено ещё на 1 км.
Проходя вблизи планеты, аппарат за 16 минут ежедневно снимал полосу поверхности длиной около 7500 км. За 24 часа Венера поворачивалась вокруг своей оси на 1,5°, и при следующем прохождении снималась новая полоса, частично перекрывающая предыдущую. За восемь месяцев регулярной радиолокационной съёмки, когда Венера сделала полный оборот вокруг своей оси, был получен материал для картографирования всего Северного полушария планеты от полюса до широты 30° площадью 115 миллионов квадратных километров, четверти поверхности Венеры (77% площади земной суши).
Полосы радиолокационных изображений перестраивали в венероцентрическую систему координат. При построении карт принимали во внимание высоту местного рельефа, измеренную радиовысотомером, учитывали поворот планеты за время радиолокационного сеанса и вносили поправки на возмущения параметров орбиты при работе двигателей системы ориентации. Всю снятую область перенесли на 27 карт. В 1989 году Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР издало первый «Атлас поверхности Венеры».
На поверхности Венеры обнаружены интересные геологические структуры, напоминающие пауков и след человеческой ноги (только уж очень большой). С первых же дней радиолокационной съёмки Венеры в Институте геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского стали проводить геологический анализ полученных изображений, установили основные формы геологического строения Венеры, провели хронологическую привязку их возникновения и построили геологическую карту снятой территории.
Радиолокационное картографирование, начатое «Венерами», продолжил американский аппарат «Magellan». Для планирования его съёмок американским исследователям, по их просьбе, были переданы наши материалы. В 1990—1993 годах «Magellan» снял всю поверхность Венеры при более высоком пространственном разрешении.
