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Un esempio di Space-Based Radar: COSMO-SkyMed

Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Spaziale Università degli Studi di Roma “La Sapienza” FONDAMENTI DI TELECOMUNICAZIONI E TELERILEVAMENTO Anno Accademico 2004/2005 INFO-COM Dpt., Università di Roma “La Sapienza”. Un esempio di Space-Based Radar: COSMO-SkyMed.

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Un esempio di Space-Based Radar: COSMO-SkyMed

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Presentation Transcript

  1. Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Spaziale Università degli Studi di Roma “La Sapienza” FONDAMENTI DI TELECOMUNICAZIONI E TELERILEVAMENTO Anno Accademico 2004/2005 INFO-COM Dpt., Università di Roma “La Sapienza” Un esempio di Space-Based Radar: COSMO-SkyMed Fabiola Colone, Debora Pastina

  2. COSMO-SkyMed: la missione COnstellation of Small Satellite for Mediterranean basin Observation • Programma dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) per l’osservazione della Terra, il cui sviluppo è stato assegnato ad Alenia Spazio • Costellazione composta da 4 satelliti equipaggiati con SAR in banda X ad alta risoluzione • Copertura a livello globale, con particolare riferimento all’area del Mediterraneo • Sistema tecnologicamente avanzato e competitivo rispetto allo scenario internazionale http://www.skyrocket.de/space/ F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  3. COSMO-SkyMed: i competitors Esistono due SAR space-borne con caratteristiche competitive rispetto a COSMO-SkyMed TERRASAR-X RADARSAT-2 • Banda: X • Antenna: Phased Array Attivo (4.8mx0.7m) • Polarizzazioni: HH, VV, VH, VH • Modalità operative: StripMap, ScanSar, SpotLight • Data prevista di lancio: 2005 • Banda: C • Antenna: Phased Array Attivo (15mx1.5m) • Polarizzazioni: HH, VV, VH, VH • Modalità operative: StripMap, ScanSar, SpotLight • Data prevista di lancio: 2005 http://www.radarsolutions.dera.gov.uk/radarsat2.html http://www.skyrocket.de/space/ F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  4. COSMO-SkyMed: orbita e geometria operativa • Collegamento Down-Link (banda X) a velocità fino a 155 Mbps. • Il data rate a bordo può raggiungere i 600Mbps  memoria a bordo di 320Gbit + disponibilità a terra di numerose stazioni di acquisizione. • Ricevitore GPS montato a bordo in grado di garantire un’accuratezza elevata nella determinazione della posizione. F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  5. COSMO-SkyMed: il radar F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  6. COSMO-SkyMed: l’antenna da Workshop Unità Tecnologica Payload RADAR, Roma 18/02/2003, ing. F. Caltagirone http://www.asi.it/html/ita/news/Presentazione PYRAD1.zip • Phased array attivo di forma rettangolare • 3 pannelli meccanici, 5 pannelli elettrici • Polarizzazioni H e V F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  7. COSMO-SkyMed: modi operativi StripMap ScanSAR F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  8. COSMO-SkyMed: le applicazioni Il sistema sarà in grado di offrire informazioni per un elevato numero di applicazioni grazie alla capacità di acquisire immagini ad alta risoluzione ed elevata frequenza di rivisita dei siti di interesse e alla velocità con la quale è in grado di rendere disponibili i dati richiesti dall’utente. Applicazioni potenziali: • Monitoraggio ambientale (disastri, agricoltura, ghiacci, oil-spill) • Monitoraggio urbano (aree urbane e rurali) • Monitoraggio delle coste e delle acque marine • Cartografia • Geologia • Applicazioni militari (sorveglianza e riconoscimento) Requisiti sui prodotti (immagini radar): • Risoluzione • Dimensione dell’area osservata • Sensibilità • Disponibilità F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  9. rs qi rg Si vuole LSAR il più grande possibile  limite legato a A …ma l’aumento di A comporta: • Riduzione della sensibilità(guadagno di antenna ridotto) • Aumento della PRF (campionamento corretto della banda del segnale ricevuto) Risoluzione Risoluzione cross-track (in range) (risoluzione in ground  costante su tutta la zona di accesso) (banda del chirp trasmesso variabile sulla zona di accesso) Risoluzione along-track (modo StripMap) Tutto va come se avessi un’antenna di dimensione LSAR spostamento along-track F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  10. qoff Rs H qi Rg T=1/PRF  mT=m/PRF Dimensione dell’area osservata Dimensione along-track (modo StripMap) E’ legata alla durata dell’acquisizione  è limitata dalla capacità di gestione del flusso di dati (memoria + down-link) e dal power supply system Dimensione cross-track (swath in range) • E’ limitata da • dimensione del fascio in elevazione A trade-off tra swath e sensibilità (fascio allargato  perdita di direttività) • PRF  trade-off tra swath e risoluzione along-track Si lavora in ambiguità: m = ordine di ambiguità F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  11. Geometria di Terra sferica Applicando il Teorema dei Seni, si ha: Applicando il Teorema delle Proiezioni, si ha: Applicando il Teorema del Coseno, si ha: F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  12. T=1/PRF  tNEAR tFAR mT=m/PRF Rs H qi Rg tNEAR tFAR 2H/c lT=l/PRF Copertura della zona di accesso (1/3) Condizioni sulla PRF 1) Condizione di non ambiguità dello swath 2) Condizione per l’ALE (Altitude Line Echo) F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  13. Copertura della zona di accesso (2/3) =40 s H=619 km • Condizione non ambiguità • Condizione ALE • Non-ambiguità + ALE • PRF=k(c/2H) (a) (b) (c) (d) F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  14. Copertura della zona di accesso (3/3) Swath piccoli N° di fasci elevato La zona di accesso viene ‘coperta’ utilizzando un’opportuna scelta di fasci (Beams) Copertura con pochi fasci F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  15. Sensibilità (1/2) La sensibilità del sistema è valutabile mediante il rapporto tra la potenza del segnale utile (S) e la potenza di rumore (N): Guadagno d’antenna Area equivalente d’antenna Potenza di picco trasmessa RCS del bersaglio Rapporto di compressione (chirp) Distanza in slant Potenza di rumore Perdite di propagazione nell’atmosfera Per un bersaglio esteso si pone: FoV azimuth Riflettività superficiale Risoluzione in range (FoV range) F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  16. Sensibilità (2/2) Esempio di calcolo del (S/N) per un fascio al centro della zona di accesso: F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  17. Disponibilità del prodotto (1/2) Tempo di risposta (dal deposito della richiesta fino al rilascio del prodotto all’utente)  da 18 a 72 ore Product availability to user Commands availability at TT&C site Data down-link User Request Reception Commands up-link Imaging Satellite visibility Contact between satellite and data acquisition station Processing & delivering Plan and schedule Programming delay Access delay Information age Imaging delay System Response Time F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  18. Disponibilità del prodotto (2/2) Space segment X-Band data downlink S-Band downlink/uplink Ground segment Satellite control center Fucino Mission planningRoma Civil data processingMatera +altre stazioni fisse e mobili… On-board data-rate fino a 600Mbps! memoria abordo di 320 Gbit F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  19. T=1/PRF  RX WL Tempo disponibile per il trasferimento al PDHT A/D CONVERTER LPF Data-rate (1/2) Flusso dei dati nel ricevitore di COSMO-SkyMed: PDHT (Payload Data Handling and Transmission) DOWN CONVERTER SAMPLING UNIT MUX fcamp = da 93.75Mhz a 187.5Mhz a passo 3.75Mhz (OVS=1.25) 40Mhz 75Mhz 120Mhz 160 Mhz 8I+8Q bit + compressione BAQ (8:3,8:4) F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

  20. Data-rate (2/2) Esempio di calcolo del data-rate per un fascio al centro della zona di accesso: F. Colone, D. Pastina Un esempio di SBR: COSMO-SkyMed

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