MetaSensing raggiunge un nuovo milestone nello sviluppo di StarSAR-X per il progetto NOCTUA, il payload SAR multimode phased-array X-band per small satellites. TRM, antenna panel e ground SAR processor sono pronti per testing e integration.
Fig. 1: Slotted wave guide antenna module di StarSAR-X: vista frontale.
Alla fine del 2019 Regione Lombardia ha assegnato il programma NOCTUA, finalizzato al monitoraggio di ground infrastructure e natural hazards mediante un satellite Synthetic Aperture Radar dedicato ad alta risoluzione. MetaSensing fornisce StarSAR-X, il proprio payload SAR phased array X-band, insieme alla SAR Ground Processing Facility. Il payload SAR sarà ospitato sulla piattaforma ION2 costruita da D-Orbits, dando origine a un mini satellite SAR ad alte prestazioni progettato per repeat pass Differential interferometry in X-band.
StarSAR-X è un payload spaceborne SAR X-band scalabile e flessibile, con acquisition modes Stripmap, Spotlight, ScanSAR e TopSAR. SSX dispone di una deployable phased array antenna operante in single linear vertical polarization, che consente electronic beam steering sia in azimuth sia in elevation e supporta le diverse acquisition modes con capacità ad alta risoluzione (fino a 30 cm in slant range).
Il payload SSX può fornire informazioni preziose per numerose applicazioni, tra cui Differential Interferometry (DInSAR) per il vertical deformation monitoring, generazione di Digital Surface Model (DSM), high-resolution maritime e land surveillance, Geo-Intelligence e mapping in generale.
Fig 2: Quad-TRM sviluppato per il payload StarSAR-X
L’Antenna module consiste in un subarray di 8 righe che rappresenta un quarto dell’Electrical Panel array nominale dell’intera antenna. Per StarSAR-X sono state sviluppate e sono disponibili sia la soluzione slotted waveguide sia la microstrip patch array.
Ogni antenna module è collegato a due Quad-TRM (Transmit Receive Modules), responsabili dell’amplificazione del segnale e del controllo accurato di amplitude e phase per l’electronic steering del beam.
La tecnologia antenna slotted waveguide aumenta la capacità di dissipazione del calore del payload, migliorando la vita utile del satellite. La designed lifetime di StarSAR-X è di 5 anni.
La versione finale dell’antenna module e del Q-TRM è pronta per testing e integration.
Fig 3: prestazioni SAR di StarSAR-X per differenti operation modes
StarSAR-X è progettato per operare in tutte le conventional SAR acquisition modes: Stripmap, Spotlight, ScanSAR e TopSAR, sfruttando completamente la capacità di electronic beam-steering sui piani azimuth ed elevation.
Inoltre è programmabile una large-area maritime surveillance mode per ship detection.
Il dimensionamento delle operative modes e dei radar parameters è stato effettuato considerando una full performance access region nell’intervallo di incidence angle 20°-45°, ottenendo così una capacità di imaging flessibile in termini di resolution e swath width.
Per la High-Resolution spotlight mode viene considerata una regione più ridotta nell’intervallo di incident angle 30°-40°.
Fig. 4: immagine TopSAR (in alto) sulla regione delle Ande da dati ESA Sentinel 1A IW, generata da MetaSensing Satellite SAR Processor – MSSP.
I dati SAR acquisiti vengono processati dall’operational e fully scalable MetaSensing Satellite SAR Processor – MSSP, che implementa un algoritmo Time Domain Back Projection (TDBP) ad altissima precisione accelerato con tecnologia NVIDIA GPU, coprendo l’intera catena di processing e calibration dai dati raw (Level-0) fino alle immagini SAR calibrate Level-1.
La flessibilità dell’algoritmo TDBP, combinata con le opzioni di configurazione personalizzabili del GSP, consente di generare stack di immagini SAR co-registered Single-Look Complex (SLC), già geolocalizzate utilizzando un Digital Elevation Model (DEM) esterno con fasi compensate per la topografia. Questo prodotto dovrebbe agevolare il SAR differential post-processing, in linea con il principale driver di NOCTUA, che prevede lo sfruttamento di tecniche DInSAR.
I dati L0 dei satelliti ESA Sentinel-1 vengono utilizzati per testare e fare benchmark di MSSP.
MSSP è completamente scalabile mediante l’impiego di schede NVIDIA GPU aggiuntive per il processing e la calibration dei dati SAR. Come benchmark, il processing time di un’intera immagine Sentinel-1 Stripmap SAR a full resolution con 8x Nvidia V100 è di circa 180 secondi, mentre una TopSAR single polarization, 3 beams, 12 bursts richiede circa 150 secondi.
Fig. 5: TopSAR Interferogram-InSAR (sinistra) e TopSAR differential interferograms-DInSAR (destra) sulla regione delle Ande da dati ESA Sentinel 1A IW, generati da MetaSensing Satellite SAR Processor – MSSP
StarSAR-X è sviluppato in Italia all’interno della divisione Defence & Space di MetaSensing.
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