GeoSTARe: geosynchronous SAR for terrain and atmosphere observation with high revisit

Synthetic Aperture Radar imaging from geosynchronous orbit (GEOSAR) has significant potential advantages over conventional Low-Earth Orbit systems (LEOSAR), but also challenges to overcome. The main problem for a GEOSAR system is the extremely weak signal power available at the receiver due to the propagation losses. The issue can be overcome either increasing transmitted power and antenna size, making the system realization technologically challenging and very expensive, or increasing the observation time of the scene, introducing the signal decorrelation problem. The PhD work has been aimed at studying the feasibility of a low cost long observation time (from several minutes to hours) GEOSAR system, focusing on both the system performances assessment and the development of accurate and efficient techniques for the processing of the acquired data. The research activities have analyzed the main decorrelation sources, such atmosphere and natural targets, to derive theoretical performance models for the design of future GEOSAR missions. The obtained performance models have been finally exploited to generate the first demonstrative GEOSAR products. The demo products provide to the potential data users a first glimpse of the appealing GEOSAR applications including the near real time monitoring of earth deformation phenomena like volcanoes, glaciers, landslides and building deformation in urban areas.

Un RADAR ad aperura sintetica in orbita geostazionaria (GEOSAR) presenta notevoli potenziali vantaggi rispetto ai tradizionali sistemi da spazio in orbita bassa (LEOSAR), ma anche diversi problemi tecnici da superare. Il problema principale per un sistema GEOSAR è che la potenza del segnale ricevuta è estremamente debole a causa delle perdite di propagazione. Il problema può essere superato aumentando sia la potenza trasmessa e le dimensioni dell'antenna, rendendo la realizzazione del sistema tecnologicamente impegnativa e molto costosa, o aumentando il tempo di osservazione della scena, introducendo il problema della decorrelazione del segnale. Il lavoro di dottorato presentato nella tesi è stato volto a studiare la fattibilità di un innovativo sistema GEOSAR a basso costo con lunghi tempi di osservazione (da alcuni minuti a ore), concentrandosi sia sulla verifica delle prestazioni del sistema che sullo sviluppo di tecniche accurate ed efficaci per l'elaborazione dei dati acquisiti. Le attività di ricerca hanno analizzato le principali fonti di decorrelazione, atmosfera e target naturali, per ricavare modelli teorici di prestazioni per la progettazione di future missioni GEOSAR. I modelli di performance ottenuti sono stati infine sfruttati per creare i primi prodotti dimostrativi GEOSAR. Tali prodotti forniscono ai potenziali utenti GEOSAR un primo assaggio delle interessanti applicazioni offerte da questo innovativo sistema, che includono il monitoraggio quasi in tempo reale di fenomeni deformativi riguardanti vulcani, ghiacciai, frane ed edifici nelle aree urbane.