The external calibration of StarSAR-X

In this work a simulation of the external calibration activities for the X-band phased array antenna developed by MetaSensing, StarSAR-X, is presented. The aim of the external calibration is to map the SAR acquisition to geophysical units, such as the backsattering coefficient sigma nought. Before the commissioning phase in which the external calibration is performed, an accurate antenna model is required to compensate for the antenna characteristics in azimuth and elevation. The antenna model developed in this work is used to investigate the effects of mechanical deformations of the antenna structure and electrical perturbations to the amplitude and the phase of the transmit/receive modules that constitute StarSAR-X. A schedule for the calibration activities is presented in order to be compliant with the two-month duration of commissioning phase of the antenna. During this tight time windows, the first operation to perform is the geometric calibration, for which the geolocatization error of the reference target due to position and velocity deviations from the nominal orbit are simulated. A critical step of the external calibration campaign is the verification of the antenna pointing direction and of the nominal antenna pattern in azimuth and elevation. These activities are simulated with acquisitions over ground receivers and rainforest scenarios. After the geometrical calibration and the determination of the real antenna behavior, the radiometric calibration of acquisition of reference point target of known radar cross section is implemented. The resulting absolute calibration factor allows the radiometric mapping of the acquisition for all the antenna beams and operative modes of the SAR antenna.

In questo lavoro viene presentata una simulazione delle attività di calibrazione esterna per l’antenna phased array in banda X sviluppata da MetaSensing, StarSAR-X. Lo scopo della calibrazione esterna è quello di mappare l’acquisizione SAR in unità geofisiche, come il coefficiente di backscattering sigma nought. Prima della fase di commissioning durante la quale viene eseguita la calibrazione esterna, è necessaria l’implementazione di un modello di antenna per compensare il guadagno causato dal diagramma di radiazione in azimuth e in elevazione. Il modello di antenna sviluppato in questo lavoro viene utilizzato per studiare gli effetti delle deformazioni meccaniche della struttura dell’antenna e delle perturbazioni elettriche all’ampiezza e alla fase dei moduli di trasmissione/ricezione che compongono StarSAR-X. Viene presentato un programma per le attività di calibrazione, al fine di rispettare la duranta della fase di commissioning dell’antenna, della durata di due mesi. Durante questa finestra temporale, la prima operazione da eseguire è la calibrazione geometrica, per la quale viene simulato l’errore di geolocalizzazione del target di riferimento dovuto a deviazioni di posizione e velocità dall’orbita nominale. Una fase critica della campagna di calibrazione esterna è la verifica della direzione di puntamento dell’antenna e del pattern nominale dell’antenna in azimuth e in elevazione. Queste attività sono simulate con acquisizioni su ricevitori a terra e scenari di foresta pluviale. Dopo la calibrazione geometrica e la determinazione del comportamento reale dell’antenna, si procede alla calibrazione radiometrica dell’acquisizione di un bersaglio di riferimento con radar cross section nota. Il fattore di calibrazione assoluto risultante consente la mappatura radiometrica dell’acquisizione per tutti i fasci d’antenna e le modalità operative dell’antenna SAR.