Comparative Study of ISAR Imaging Approaches for Attitude Determination of Noncooperative Space Targets

Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) imaging represents a powerful tool for determining the attitude of noncooperative space targets. With an increasingly congested space environment, such knowledge has become paramount for situational awareness and collision avoidance, leading to a substantial research effort in the field. This thesis is structured around the four main components of an ISAR based attitude determination procedure: motion compensation, image formation, target recognition, and attitude determination specifically. Each of the four main chapters investigates some of the most modern methods designed to tackle one of these steps. The presented techniques are selected based on their fitness to different specific scenarios, according to their particular strengths and weaknesses. The conclusion focuses on the design principles behind the construction of a comprehensive ISAR imaging-based pose estimation scheme, with particular emphasis on feasibility and ease of implementation. Moreover, the chapter outlines some promising future developments currently under investigation, with the potential to further improve the precision and versatility of these methods.

L'osservazione tramite radar ad apertura sintetica inversa (ISAR) rappresenta un potente strumento per determinare l'assetto di bersagli spaziali non cooperativi. Con un ambiente spaziale sempre più congestionato, tale informazione è divenuta fondamentale per la conoscenza situazionale e la prevenzione di collisioni, portando a uno sforzo di ricerca sostanziale in questo campo. Questa tesi è strutturata attorno ai quattro principali componenti di una procedura di determinazione d'assetto basata su immagini ISAR: compensazione del movimento, formazione dell'immagine, riconoscimento del bersaglio e determinazione d'assetto nello specifico. Ciascuno dei quattro capitoli principali indaga alcuni dei metodi più moderni sviluppati per ciascuno dei rispettivi passaggi. Le tecniche presentate sono selezionate in base alla loro idoneità a diversi scenari specifici, a seconda dei loro punti di forza e di debolezza particolari. La conclusione si concentra sui principi di progettazione alla base di uno schema completo per la determinazione d'assetto tramite osservazione ISAR, con particolare attenzione a fattibilità e facilità di implementazione. Il capitolo delinea inoltre alcuni promettenti sviluppi futuri attualmente in fase di studio, con il potenziale per migliorare ulteriormente la precisione e la versatilità di questi metodi.