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    Marco D'ERRICO

    Insegnamento di SISTEMI SPAZIALI 2

    Corso di laurea magistrale in INGEGNERIA AEROSPAZIALE

    SSD: ING-IND/05

    CFU: 6,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 48,00

    Periodo di Erogazione: Secondo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Astrodinamica
    Analisi e progetto di missioni spaziali
    Introduzione ai sistemi spaziali di telerilevamento radar

    Testi di riferimento

    1) Vallado, D.A., Fundamentals of Astrodynamics and Applications, Springer
    2) Elachi, C., Spaceborne Radar Remote Sensing: Applications and Techniques, IEEE
    3) Ulaby, F.T.,
    Microwave Radar and Radiometric Remote Sensing, Artech House
    4) Materiale integrativo fornito dal docente

    Obiettivi formativi

    Comprensione del problematiche di progetto e simulazione di una missione spaziale dal payload agli aspetti orbitali e di assetto. Capacità di progetto e simulazione di missione e di sviluppo software.

    Prerequisiti

    Superamento dell’esame di Sistemi Spaziali

    Metodologie didattiche

    Il corso si articola in una parte teorica di circa 15 lezioni e in una parte pratica di 9 lezioni in cui lo studente sviluppa algoritmi e software per la simulazione di missione spaziale.

    Metodi di valutazione

    Esame orale alla fine del corso per la verifica delle conoscenze teoriche e discussione su una simulazione di missione realizzata durante il corso. Non sono previste prove intermedie.
    Lo studente può consultare appunti se dovesse aver bisogno di formule complesse.
    L'esame consiste in tre domande teoriche, oltre alla discussione della simulazione di missione.

    Programma del corso

    Approfondimenti di astrodinamica e di dinamica rotazionale per missioni di telerilevamento satellitare. Le orbite ripetitive, traccia a terra e controllo della traccia. Approfondimenti di dinamica d’assetto per missioni di telerilevamento terrestre. Le manovre di yaw-steering a di nadir-pointing.
    Introduzione al telerilevamento terrestre nelle microonde. Assorbimento atmosferico, effetto sulle frequenze portanti utilizzabili. Effetti dovuti alla pioggia. Benefici e controindicazioni rispetto al telerilevamento ottico da satellite. Antenna e pattern d’antenna. Antenne a fascio orientabile elettronicamente. Panoramica sui sensori di telerilevamento nelle microonde: radiometri, scatterometri, altimetry, radar ad apertura reale, radar ad apertura sintetica (SAR). Panoramica delle missioni di telerilevamento a microonde in ambito spaziale per missioni terrestri e per missioni interplanetarie.
    L’equazione radar. I coefficienti di scattering e il fading. Discriminazioni in angolo, distanza e velocità. Ambiguità nelle misure di distanza e velocità. I radar ad apertura reale, swath e risoluzioni geometriche. I radar ad apertura sintetica: antenna sintetica, correlazione con la risposta di un target puntiforme, matched-filter, de-chirping. Risoluzioni in azimuth e range. Ambiguità. Le caratteristica di un radar ad apertura sintetica in orbita circolare; differenze con un SAR aviotrasportato; frequenza e banda Doppler, tempo di integrazione, risoluzioni geometriche. Cenni alle varie modalità di funzionamento di un SAR modermo: stripmap, spotmode, scansar.
    Simulazione di una missione spaziale in termini di orbita e assetto nominali, interazione con le stazioni di Terra e funzionamento di un SAR. Sviluppo algoritmi e software di simulazione in ambiente di alto livello. Simulazione end-to-end di una missione spaziale di telerilevamento SAR.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Astrodynamics
    Space mission analysis and design
    Introduction to space systems for
    radar remote sensing

    Textbook and course materials

    1) Vallado, D.A., Fundamentals of Astrodynamics and Applications, Springer
    2) Elachi, C., Spaceborne Radar Remote Sensing: Applications and Techniques, IEEE
    3) Ulaby, F.T.,
    Microwave Radar and Radiometric Remote Sensing, Artech House
    4) Additional material given by professor

    Course objectives

    Comprehension of mission design and simulation issues, from payload to orbit and attitude. Capability to design and simulate a space mission and software development.

    Prerequisites

    To give the exam, students should have passed Space System

    Teaching methods

    The course is divided in a theoretical section of about 15 lessons and a practical section of 9 lessons where the students develops algorithms and software for space mission simulation.

    Evaluation methods

    Oral exam to verify theoretical topics and discussion of a space mission simulation. No intermediate examinations are foreseen.
    The student is free to refer to lesson notes if complex mathematics is needed for discussion.
    Exam consists in three questions, plus the discussion of a space mission simulation.

    Course Syllabus

    Astrodynamics for Earth remote sensing: repetitive orbits, ground track and ground track control. Attitude maneuvers for remote sensing: yaw-steering and nadir pointing.
    Introduction to microwave remote sensing of the Earth. Atmospheric absorption and impacts on radar frequencies. Rain effects. Advantages and disadvantaged with respect to optical remote sensing. Antennas and antenna patterns. Active phased arrays and electronic beam steering. Overview of Earth remote sensing sensors : radiometers, scatterometers, altimeters, real aperture radar, synthetic aperture radars (SAR). Overview of microwave remote sensing missions in the Solar System.
    Radar equation. Scattering coefficient and fading. Discrimination in angle, range, and speed. Ambiguities in range and speed measurements. Real aperture radars: swath and geometric resolutions. Synthetic aperture radars: synthetic aperture, correlation with a point target response, matched-filter, dechirping. Resolutions in range and azimuth. Ambiguities. Characteristics of a SAR in circular orbits and differences with an airborne SAR; Doppler frequency and band, integration time, geometric resolutions. Elements of modern SARs working modes: stripmap, spotmode, scansar.
    Simulation of remote sensing space mission in terms of nominal orbit and attitude, interactions with ground station, and SAR operation. Development of algorithms and simulation software in a high level programming environment. End-to-end simulation of a SAR space mission.

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