Questo studio mira alla definizione e validazione sperimentale di tecniche di rivelazione di bersagli navali per radar passivi multistatici che sfruttano come sorgenti opportunistiche i segnali trasmessi dai sistemi globali di navigazione satellitare (GNSS). Oltre ai noti vantaggi di un sistema radar passivo (basso cosso, ridotto inquinamento elettromagnetico e operazioni silenti), questo tipo di sorgenti sono particolarmente interessanti nell'ambito della sorveglianza marittima poiché offrono una copertura globale, cosicché un radar passivo basato su tali segnali è potenzialmente in grado di fornire un monitoraggio permanente sia di aree costiere che in mare aperto.
La principale limitazione è la bassa potenza irradiata, che richiede l'integrazione dei segnali riflessi da bersagli in movimento per tempi lunghi, fino a decine di secondi. Negli ultimi anni, sono state sviluppate delle tecniche di moving target detection MTD adatte allo scopo, che hanno dimostrato la fattibilità di tale sistema in una configurazione bistatica (singolo ricevitore/singolo trasmettitore).
Ogni costellazione è progettata in modo tale in ogni momento 6-8 satelliti siano simultaneamente sopra l'orizzonte (24-32 se si considerano GPS, GLONASS, Galileo e BeiDou). Un singolo ricevitore può quindi processare congiuntamente o separatamente i segnali provenienti da diversi satelliti, formando così un radar passivo multistatico in grado di incrementare le prestazioni del sistema (quali copertura, affidabilità e accuratezza).
A partire dai risultati ottenuti per la configurazione bistatica, in questo progetto saranno definite opportune tecniche MTD nel caso in cui si utilizzino satelliti GNSS multipli (con particolare riguardo alla costellazione Europea Galileo). Verrà valutato l'incremento di prestazioni ottenibili rispetto al caso bistatico. Infine, dati reali attualmente disponibili saranno utilizzati per validare e raffinare le tecniche sviluppate.
Sin da quando il sistema statunitense GPS è entrato in piena funzione nel 1993, le caratteristiche di copertura globale e di elevata precisione, continuità e affidabilità del segnale trasmesso hanno spinto a ricercare nuovi utilizzi dei satelliti di navigazione. In tale ambito, la tecnologia maggiormente affermata è quelle della riflettometria, il cui studio ha portato a soluzioni innovative per l'osservazione dell'atmosfera, degli oceani, del suolo, della ionosfera e della criosfera [1].
Operando nella regione delle microonde, i GNSS sono stati anche considerati come sorgenti di opportunità per radar bistatici. Da diversi anni sono utilizzati per radar ad apertura sintetica: immagini radar bistatiche di scene stazionarie sono state ottenute considerando ricevitori stazionari [2] o in movimento [3]; immagini multistatiche sono state anche ottenute utilizzando congiuntamente più satelliti, mostrando un notevole incremento dell'informazione estraibile dalla scena [4].
Per ciò che riguarda i sistemi di sorveglianza, la maggior parte degli studi mira alla rivelazione di bersagli aerei [5-7], mentre sono pochi i lavori che considerano radar passivi basati su GNSS per sorveglianza marittima. Lo studio in [8] analizza la fattibilità di un sistema di ship target detection utilizzando il segnale GPS in una configurazione comprendete trasmettitore, ricevitore su aereo e target allineati sulla stessa direzione (configurazione quasi-monostatica); i risultati riportati forniscono una base teorica ai risultati presentati in [9], dove è stata data un'evidenza sperimentale della possibilità di rivelare target stazionari attraverso il segnale GPS.
Negli ultimi due anni, l'attività di ricerca svolta, in collaborazione con l'Università di Birmingham, ha considerato i segnali GNSS come sorgenti di opportunità per un radar passivo bistatico per la rivelazione di bersagli navali. L'applicazione delle tecniche di moving target detection MTD sviluppate ai dati sperimentali forniti dal team dell'Università di Birmingham ha dimostrato per la prima volta la fattibilità di un radar passivo bistatico basato su GNSS per sorveglianza marittima. Poiché la principale limitazione dei GNSS per scopi radar è il basso livello di energia elettromagnetica che raggiunge la superficie terrestre, la caratteristica principale delle tecniche sviluppate è quella di integrare il segnale ricevuto per tempi lunghi (long integration time MTD), nell'ordine delle decine di secondi, in modo tale da ottenere un rapporto segnale a disturbo sufficiente per la rivelazione dei bersagli [10,11].
Uno dei principali benefici derivanti dall'utilizzo dei GNSS è quello di essere costellazioni che assicurano che ogni punto sulla superficie terrestre sia sempre in visibilità di 6-8 satelliti (per una singola costellazione, e il numero può incrementare notevolmente se si utilizzano segnali appartenenti a costellazioni diverse). Questo rende i GNSS candidati ideali alla configurazione di un sistema multistatico, dove un singolo ricevitore può combinare in diversi modi i segnali trasmessi da più satelliti al fine di incrementare le prestazioni del sistema, in termini di copertura, capacità di localizzazione e affidabilità.
La ricerca proposta mira allo sviluppo di long integration time MTD per il caso multistatico utilizzando congiuntamente più satelliti, rappresentando questo un aspetto fondamentale della tecnologia di radar passivo basato su GNSS.
[1]. S. Jin et al .,Remote sensing using GNSS signals: Current status and future directions, Adv. Space Res., 47 (10), 2011
[2]. M. Antoniou et al., Experimental demonstration of passive BSAR imaging using navigation satellites and a fixed receiver, IEEE GRSL, 9 (3), 2013
[3]. M. Antoniou et al., Passive BSAR imaging with Galileo transmitters and a moving receiver: experimental demonstration, IET RSN, 7 (9), 2013
[4]. F. Santi et al., Spatial resolution improvement in GNSS-based SAR using multistatic acquisitions and feature extraction, IEEE TGRS, 54 (10), 2016
[5]. V. Koch, R. Westphal, New approach to a multistatic passive radar sensor for air/space defense, IEEE AESM, 10 (11), 1995
[6]. I. Suberviola et al., Experimental results of air target detection with a GPS forward-scattering radar, IEEE GRSL, 9 (1), 2012
[7]. S. Wachtl et al., Global Navigation Satellite Systems in Passive Surveillance Applications, TIWDC 2014, Rome
[8]. M. P. Clarizia et al., Target detection using GPS signals of opportunity, Fusion 2015, Washington (DC)
[9]. A.K. Brown, Remote sensing using bistatic GPS and a digital beamsteering receiver, IGARSS 2015, Milan
[10]. F. Pieralice, F. Santi, D. Pastina, M. Bucciarelli, H. Ma, M. Antoniou, M. Cherniakov, GNSS-based passive radar for maritime surveillance: Long integration time MTI technique, RadarConf 2017, Seattle, (WA)
[11]. F. Santi, D. Pastina, M. Bucciarelli, Maritime moving target detection technique for passive bistatic radar with GNSS transmitters, IRS 2017 (accepted for oral presentation)