Mono and bistatic spaceborne SAR tomography of the snowpack

The objective of this thesis is to introduce the theoretical foundations and computational tools necessary for comprehending snowpack characteristics through the utilization of spaceborne satellite constellations. The signals that are reflected by the interface of different layers acts as reflecting targets and the Synthetic Aperture Radar technique is utilised for performing the formation flying in space. Selecting an appropriate frequency for achieving finer resolution from spaceborne satellites observing targets covered with snowlayers necessitates a wavelength small enough to penetrate through the snow. The utilization of X-band frequency ensures high resolution without compromise. In bistatic cases, satellites are positioned in the across-track direction, and their roles are designated specifically as transmitter and receiver antennas in terms of bistatic configurations and in some cases, the satellites are simulated to act both ways called as Monostatic configurations. The simulation confirms the effectiveness of the developed methodology and focusing algorithms tailored for investigating the cryosphere. These tools are adept at estimating snow characteristics such as Snow Water Equivalent, density, and the thickness of the snowpack using tomographic imagery. The ability to retrieve the snow/ice characteristics from SAR tomography is the key concept of this thesis.

L'obiettivo di questa tesi è introdurre le basi teoriche e gli strumenti di calcolo necessari per comprendere le caratteristiche del manto nevoso attraverso l'utilizzo di costellazioni di satelliti spaziali. I segnali riflessi dall'interfaccia dei diversi strati fungono da bersagli riflettenti e la tecnica del radar ad apertura sintetica viene utilizzata per eseguire il volo di formazione nello spazio. La selezione di una frequenza appropriata per ottenere una risoluzione più fine dai satelliti spaziali che osservano bersagli coperti da strati di neve richiede una lunghezza d'onda abbastanza piccola da penetrare attraverso la neve. L'utilizzo della frequenza in banda X garantisce un'alta risoluzione senza compromessi. Nei casi bistatici, i satelliti sono posizionati in direzione trasversale e i loro ruoli sono designati specificamente come antenne trasmittenti e riceventi in termini di configurazioni bistatiche; in alcuni casi, i satelliti sono simulati per agire in entrambi i sensi, chiamati configurazioni monostatiche. La simulazione conferma l'efficacia della metodologia sviluppata e degli algoritmi di focalizzazione adattati allo studio della criosfera. Questi strumenti sono in grado di stimare le caratteristiche della neve, come l'equivalente di acqua della neve, la densità e lo spessore del manto nevoso utilizzando immagini tomografiche. La capacità di recuperare le caratteristiche della neve/ghiaccio dalla tomografia SAR è il concetto chiave di questa tesi.