BANDO PERIODICO RISERVATO ALLE P.M.I. BANDO TEMATICO N.

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1 SESAR SEnsori di terra compatti per monitoraggio SAR BANDO PERIODICO RISERVATO ALLE P.M.I. BANDO TEMATICO N. 01 Materiali - Componenti Sensori

2 INDICE Presentazioni Società (SE-TRE) Introduzione Aspetti Socio Economici Interferometria SAR Riflettori Artificiali Descrizione di Compact Active Transponders (CAT) Attività di Progetto Pianificazione delle Attività Conclusioni

3 SPACE ENGINEERING Space Engineering S.p.A. è stata fondata nel 1989 Space Flight Equipment Mission Scenario Attività Space Engineering S.p.A. Design and development Modelling, analysis & simulation Assembly, Integration and Testing (AIT) Proprietary software tools Consultancy & technical support Digital Equipment RF System Communication System Antenna 3

4 Tele-Rilevamento Europa T.R.E. s.r.l. May 1999: Permanent Scatterers Technique patented IT, EU, USA (ext. Australia, Japan) TRE è impegnata nel processamento di immagini satellitari per la POLIMI PS Technique - misurazione PSInSAR di deformazioni del terreno. Mar 2000: TRE founded at Polytechnic University of Milan Le immagini satellitari vengono processate tramite la tecnica Jun 2005: ISO 9001:2000 certification SqueeSAR Jan 2008: US and Canada Le office mappe opened ottenute in sono Vancouver usate per i seguenti scopi: Jan 2010: SqueeSAR algorithm Monitoraggio releaseddelle riserve petrolifere e di gas Mar 2010: TRE celebrates 10 years Mappatura delle deformazioni del suolo Identificazione e qualificazione di fenomeni naturali Monitoraggio di infrastrutture Monitoraggio della stabilità di singole costruzioni

5 INTRODUZIONE Il progetto SESAR riguarda lo sviluppo e la validazione sul campo di sensori CAT (Compact Active Transponders) per il monitoraggio del territorio, basato su tecniche interferometriche differenziali SAR (DInSAR). La sperimentazione di tecniche innovative per il monitoraggio delle deformazioni del territorio ha un interesse per molte applicazioni scientifiche, nel campo geodetico e sismico, e per applicazioni civili, quali il monitoraggio delle frane e delle grandi strutture civili. L Agenzia Spaziale Italiana ha già avviato da alcuni anni un programma di sviluppo di applicazioni nel campo dell Osservazione della Terra, dedicato ad acquisire la conoscenza del territorio e degli effetti su di esso dovuti ad eventi naturali e/o indotti dall uomo. L oggetto delle attività contrattuali è il progetto e lo sviluppo del CAT, come tecnologia abilitante per lo sviluppo di applicazioni e servizi innovativi nell industria di settore.

6 ASPETTI SOCIO ECONOMICI Considerando dati che riguardano l incidenza del fenomeno franoso in Italia dal 1920 al 1999 studio realizzato dal CNR-GNDCI (CNR Gruppo Nazionale per la Difesa dalle Catastrofi Idrogeologiche del Consiglio Nazionale delle Ricerche) I morti e le persone disperse negli ultimi secoli ammontano a circa , di cui solo nel XX secolo. Dopo la seconda Guerra mondiale, il governo italiano ha stanziato oltre 500 milioni di euro per fronteggiare l emergenza frane centri abitati in zone montagnose o collinari sono stati classificati come in movimento o in consolidamento (Legge 445/1908). Tuttavia secondo un indagine del GNDCI, il numero di centri ad elevato rischio geologico è stimato in circa Oltre aree, diffuse su tutto il territorio italiano, sono state identificate come ad elevato rischio di frana (Legge 267/1998 e DL 180/1998) dalle Regioni e dall Autorità di Bacino. E considerata di primaria importanza la protezione e salvaguardia del patrimonio culturale e ambientale, la cui perdita sarebbe considerata incommensurabile. Dei 33 siti italiani considerati dall UNESCO tra i patrimoni mondiali dell umanità, ben 11 sono esposti al rischio di frana, indotto da movimenti di versante (Portovenere e Le Cinque Terre, Costiera Amalfitana, San Gimignano, Sassi di Matera, Pienza, Piazza Armerina, Villa Romana del Casale, Agrigento, Cilento e Parco Nazionale della Valle di Diano, Urbino, Assisi, Arcipelago delle Eolie).

7 Fenomeno franoso in Italia ASPETTI SOCIO ECONOMICI Perdite umane dovute a frane Periodo Fonte: Servizio Geologico Nazionale Numero di frane Periodo Fonte: GNDCI Progetto AVI Paesi a rischio (L.445/1908) Fonte: GNDCI Progetto SCAI Distribuzione storica dei deceduti e dispersi per eventi franosi, in Italia, nell ultimo secolo [1] [1] Source: Fausto Guzzetti; Engineering Geology 58 (2000)

8 ASPETTI SOCIO ECONOMICI la Campania è la regione che registra la più alta incidenza di eventi (3.086), contro la Valle d Aosta con 246 eventi. Inizialmente il servizio di monitoraggio tramite interferometria satellitare, con utilizzo di CAT, potrebbe essere proposto alle regioni con oltre episodi di rock avalanches all anno, cioè Campania, Piemonte, Lombardia, Emilia Romagna, Sicilia e Abruzzo, per poi procedere alla sua diffusione nel resto d Italia, partendo ad esempio dalla Liguria, con le sue frane. (Fonte: Archivio AVI [1], 2004 Regione Numero frane/anno Area in frana (Km 2 ) Indice di frana (%) 1 Campania ,6 Piemonte ,3 Lombardia ,1 Emilia-Romagna ,8 Sicilia ,9 Abruzzo Liguria ,9 Marche ,7 Lazio ,4 Calabria ,3 Toscana ,5 Umbria ,7 Basilicata Veneto ,9 Trentino-Alto Adige Friuli-Venezia Giulia ,6 Molise ,3 Sardegna Puglia ,3 Valle d Aosta ,7

9 INTERFEROMETRIA SAR Interferometria SAR time t 1 t 2 R1 R2 Rn t n ΔR12 displacement Misure Puntuali Quantitative ΔR12 PS ΔR n t1 t2 tn ΔR n time

10 INTERFEROMETRIA SAR

11 Campo di velocità PSInSAR sul vulcano Etna INTERFEROMETRIA SAR I PS corrispondono tipicamente a edifici, rocce esposte e altri rilevati. Un ulteriore vantaggio è dato dalla disponibilità di dati storici a partire dal 1992, che permettono analisi di movimenti pregressi, diversamente Dataset ascendente Dataset discendente non rilevabili su aree non preventivamente 15 [mm/yr] strumentate. -25 [mm/yr] 0 25[mm/yr] Easting component Vertical component -15 [mm/yr] La densità dei punti di misura dipende dalla tipologia di area d interesse e di terreno: il tessuto urbano presenta densità solitamente elevate di punti di misura (>100 PS/kmq), al contrario delle zone fortemente vegetate, dove solitamente non risulta possibile fornire alcuna informazione utile. Estrazione delle componenti orizzontale e verticale

12 RIFLETTORI ARTIFICIALI Tale tecnologia richiede l installazione di una rete di riflettori artificiali nelle regioni a bassa risposta radar come ad esempio in ambienti rurali e su specifici punti di strutture quali dighe, oleodotti, bacini idrici, ecc.. Tali riflettori producono una risposta forte al segnale radar del satellite consentendo un preciso monitoraggio della stabilità del sito. Due tipi di riflettori artificiali sono in linea di principio applicabili: Riflettori Passivi (Corner Reflector CR, questo è lo strumento ad oggi più utilizzato) Riflettori Attivi (Compact Active Transponder CAT) Il CAT svolge le funzioni dei permanent scatterers in ambienti di scarsa coerenza del segnale, e quindi costituisce un punto di riferimento stabile e coerente per l analisi interferometrica.

13 CORNER REFLECTORS Nel caso che i Permanent Scatter non siano sufficienti: 1.4 m Possono essere installati dei Corner reflectors (CR) in prossimità dell area di interesse. Ogni CR corrisponde ad un punto di misura

14 RIFLETTORI ARTIFICIALI Vantaggi della soluzione di monitoraggio proposta Il monitoraggio di fenomeni franosi tramite installazione di punti di misura artificiali ha ovviamente degli aspetti logistici da tenere presente: il dispositivo necessita di installazione (che comporta ore uomo e costi di trasporto). Nel caso dei Riflettori artificiali passivi si considerano oggetti che possono avere un peso di 50 kg, un diametro di 140 cm e un altezza da terra di circa 190 cm. I riflettori artificiali passivi richiedono: Essere trasportati in parti e assemblati sul posto, l organizzazione di una spedizione per l installazione che, nei luoghi più impervi, può richiedere l utilizzo di un elicottero. I Compact Active Transponder sono oggetti di dimensioni molto più contenute (nell ordine di 35x25x25 cm) e anche il peso (4-5kg circa) ne consente un più facile trasporto ed installazione.

15 COMPACT ACTIVE TRANSPONDER (CAT) Il prodotto CAT sarà caratterizzato da differenti opzioni. Da uno studio preliminare sono state identificate le seguenti possibili opzioni: Banda operativa : X, C, C+X e L Capacità di operare su entrambe le polarizzazioni Con Codifica/ senza Codifica Capacità di operare su entrambi i passaggi del satellite (ascendenti e discendenti) o in una singola modalità L effetto della codifica su un immagine SAR corrisponde ad una miglioramento della visibilità del segnale proveniente da CAT codificato rispetto all ambiente circostante. Tale applicazione è innovativa e risulta di grande interesse per il monitoraggio di siti sensibili quali aree di interesse militare e industriale (oleodotti). Il CAT codificato è un Brevetto Space Engineering (Code patent: IT2005RM00282) Nel presente attività il CAT codificato è considerato come un Proof of concept.

16 COMPACT ACTIVE TRANSPONDER (CAT) Gli aspetti tecnologici chiave nel design di un CAT sono: Microstrip patches antenna; Minimizzazione dell accoppiamento tra Antenne ed Tx/Rx Design del Radome Design della sezione ad RF (sia parti attive che passive) LNA con alta stabilità di fase. Minimizzazione dei consumi Space Engineering S.p.A. Delta φ Delta 5.3 GHz 7 deg Delta s=1.1mm << GPS differenziale (1 cm)

17 COMPACT ACTIVE TRANSPONDER (CAT) CAT identification RADARSAT (Canada C-Core courtesy)

18 RADARSAT1 Fine Descending Passive Reflector Active Transponder RCS: 34.3 dbsqm CAT identification - C-Core courtesy

19 COMPACT ACTIVE TRANSPONDER (CAT) Senza CAT Con CAT CAT position identification TELESPAZIO courtesy

20 COMPACT ACTIVE TRANSPONDER (CAT) Size Comparison: Passive Reflector versus CAT (Canada C-Core Courtesy)

21 SEGNALE SAR CODIFICATO L uso della codifica: rende il CAT identificabile, anche in presenza di altre sorgenti di riflessione permette al proprietario il suo utilizzo in maniera esclusiva Esempio di CODIFICA del segnale SAR La tipologia e la lunghezza di codifica sarà oggetto di attività di studio

22 IMMAGINE SAR CAT-NO COD CAT-COD Immagine SAR Immagine con codifica SAR in con presenza codifica CAT codificato

23 SPACE ENG. KNOW HOW Active Calibrator - COSMO-SkyMed

24 DATI SATELLITARI Disponibilità dei dati satellitari Il monitoraggio con tecniche DInSAR convenzionali e più nello specifico con tecnica PSInSAR TM è possibile grazie alla notevole disponibilità di dati satellitari SAR acquisiti in tutto il mondo. Dati di Archivio in banda C: ERS-1, ERS-2 dell ESA, operativi dal 1992 al 2000 Attualmente ENVISAT (banda C, ESA); ALOS (banda L,dell agenzia giapponese JAXA) RADARSAT-1 e RADARSAT-2 (Banda C, Canadian Space Agency) TerraSAR-X e TanDEM-X (banda X, della DLR) COSMO-SkyMed, (banda X, ASI) Future missioni satellitare previste nei prossimi anni: SENTINEL di ESA COSMO-SkyMed Seconda Generazione (CSG).

25 ATTIVITÀ & MILESTONES Milestone Riunione Obiettivi Periodo M1 RA1 Dimostrare la valenza innovativa della tecnologia proposta in riferimento allo stato dell arte ed identificare gli scenari di mercato presenti e futuri Definire una o più architetture del CAT di tipo modulare rispondenti alle differenti classi di requisiti utente M2 RA2 Valutare possibili sistemi di codifica nei CAT Progettare in dettaglio il CAT per la costruzione dei prototipi Definire un piano e delle procedure per la verifica sperimentale sul sito della tecnologia proposta M3 RA3 Realizzare un numero di prototipi adeguato alla verifica sperimentale della tecnologia proposta e con prestazioni in accordo ai requisiti di progetto M4 RF Effettuare la verifica sperimentale sul sito della nuova tecnologia proposta e valutarne le prestazioni KO KO + 4 mesi KO + 4 mesi KO + 8 mesi KO + 8 mesi KO + 13 mesi KO + 13 mesi KO + 17 mesi

26 GRUPPO DI PROGETTO & CRONOGRAMMA Il raggruppamento industriale per la realizzazione del progetto è composto dai seguenti enti: Space Engineering S.p.A., che agisce in qualità di prime contractor. Space Engineering utilizzerà la sua consolidata esperienza nell ambito della progettazione e sviluppo di apparati RF per lo sviluppo dei CAT. Space Engineering utilizzerà lo stabilimento di Tito (Potenza), per condurre le fasi di test del terminale sviluppato. T.R.E. S.r.l., società di ricerca avanzata nel settore della elaborazione dei dati SAR e delle applicazioni delle tecniche interferometriche per il monitoraggio delle deformazioni del territorio, porterà nel progetto, oltre alla sua esperienza nell ambito del processamento delle immagini, anche la sua conoscenza delle applicazioni e del mercato. TRE assicurerà inoltre il proprio contributo nella definizione dei requisiti del prodotto in funzione degli scenari applicativi identificati e valuterà i risultati della sperimentazione sul campo ai fini dell utilizzazione operativa del prodotto proposto CRONOGRAMMA Pacco di Lavoro Azienda Anno Anno Trimestri WP 1100 Scenari di mercato WP 1200 WP 1300 WP 1400 WP 1500 WP 1600 WP 1700 WP 2100 WP 2200 WP 2300 WP 2400 Requisiti di utente Definizioni di architetture di riferimento Progetto di dettaglio CAT Studio di sistemi di codifica Costruzione prototipi CAT Test di laboratorio prototipi Piano e procedure di validazione Predisposizione sito e georeferenziazione Acquisizione ed elaborazione immagini SAR Disseminazione dei risultati MILESTONE (1, 2,.. ) (indicare con M1, M2..ecc.) KOM M1 M2 M3 M4

27 UTENTE FINALE Dichiarazione di interesse per la sperimentazione del CAT da parte del ARPA (Agenzia Regionale per la Protezione Ambientale) Piemonte. Il potenziale trasferimento tecnologico dei risultati ottenuti anche in altri campi di applicazione quali quello della difesa, anche con particolare riferimento alla possibilità della codifica. Altri campi di applicazione potrebbero essere il controllo della stabilità degli edifici con relativo impatto nel settore assicurativo.

28 CONCLUSIONI Il CAT risulterà essere: un prodotto unico, attualmente non presente sul mercato un prodotto che può essere ottimizzato per gli specifici scenari (pipeline, smottamenti, etc.) un prodotto progettualmente aggiornabile con l avvento di nuovi satelliti di telerilevamento un prodotto in linea con gli attuali e futuri programmi spaziali ESA ed ASI: COSMO-SkyMed, Sentinel, COSMO-SkyMed II Generation (CSG)

29 CONCLUSIONI Competitività del Prodotto E un prodotto che permette di raggiungere dei target di prezzo di almeno un 30% inferiore a quello oggi esistente per i riflettori passivi (800 $) I costi di trasporto, di installazione e puntamento lo rendono ancora più competitivo E un prodotto che ha potenzialità di crescita enormi, non presenti nel classico riflettore passivo (es. codifica, etc)