Sito sperimentale di calibrazione SAR di Bari

Riflettori passivi e attivi per la calibrazione SAR e le applicazioni interferometriche

Il Sito sperimentale di calibrazione SAR di Bari si trova sul tetto del Dipartimento Interateneo di Fisica dell'Università degli Studi di Bari Aldo Moro e del Politecnico di Bari. La struttura è gestita da GAP srl in collaborazione con l'Università di Bari, il Politecnico di Bari, il CNR-IREA, sede di Bari, e Planetek Italia.

Il sito è stato realizzato per valutare l'affidabilità, la precisione e i limiti dei riflettori radar artificiali impiegati in ambiente urbano. Le attività svolte supportano la calibrazione e la validazione dei sensori Synthetic Aperture Radar (SAR), l'introduzione di punti di misura coerenti nelle aree in cui sono presenti pochi bersagli naturali stabili e il monitoraggio di edifici e infrastrutture critiche mediante interferometria SAR multitemporale (MTInSAR).

Il contesto urbano costituisce una parte importante della sperimentazione. Pareti, coperture e strutture metalliche circostanti possono influenzare sia l'ampiezza sia la fase del segnale radar. Il sito di Bari consente quindi di studiare non soltanto la risposta di ciascun riflettore, ma anche l'interazione tra bersagli vicini e l'influenza dell'ambiente di installazione.

Riflettori artificiali e loro posizione nel Sito sperimentale di calibrazione SAR di Bari.

L’installazione del primo corner reflector – 10 aprile 2019 La fotografia documenta le attività di installazione del CR0, il primo corner reflector del sito, nella primavera del 2019. A questo momento parteciparono il Prof. Luciano Guerriero, fondatore di GAP srl, l'Ing. Raffaele Nutricato, Direttore tecnico di GAP srl, il Dott. Khalid Tijani e il Dott. Giovanni Preziosa del Politecnico di Bari. L'installazione rappresentò una tappa significativa nell'avvio delle attività sperimentali del sito.

Riflettori installati nel sito

La configurazione sperimentale comprende due corner reflector triedrici passivi e tre riflettori attivi. Gli strumenti sono configurati per le acquisizioni della missione ESA Sentinel-1 in banda C e della costellazione ASI COSMO-SkyMed in banda X.

Corner reflector passivi e sperimentazione del prototipo

• CR0 - Corner reflector triedrico realizzato da Elital srl, con lato interno di 69,5 cm, installato il 2 maggio 2019 e orientato per l'orbita ascendente 146 di Sentinel-1, sotto-swath IW2 (angolo di incidenza 39,7°). Viene osservato anche con il fascio ascendente H4-04 di COSMO-SkyMed (32,1°). Il supporto regolabile consente di applicare spostamenti verticali controllati per validare misure millimetriche lungo la linea di vista del satellite.
• CR1 - Corner reflector triedrico realizzato da Elital srl, con lato interno di 1,05 m, installato il 2 maggio 2019 e orientato per l'orbita discendente 051 di Sentinel-1, sotto-swath IW3 (41,6°). È visibile anche dall'orbita discendente 124, sotto-swath IW1 (31,3°), con una perdita di potenza inferiore a 3 dB.
• Prototipo esagonale periodico (HP) - sperimentato temporaneamente, non attualmente installato - Riflettore passivo compatto con lato di 46 cm, formato da una griglia di triedri triangolari con lato interno di 10,7 cm. È stato installato temporaneamente sul CR0 per una campagna sperimentale comprendente quattro acquisizioni Sentinel-1, effettuate il 3 agosto, l'8 ottobre, il 14 ottobre e il 26 ottobre 2021; il periodo di prova documentato si estende quindi dal 3 agosto al 26 ottobre 2021. Al termine della campagna il prototipo è stato rimosso e non fa parte della configurazione attualmente installata nel sito. Lo strato di alluminio di 10,5 micrometri è stato sperimentato con l'orbita ascendente 146 di Sentinel-1 e il valore nominale massimo di RCS in banda C è pari a 25,9 dBm². Il prototipo è stato progettato come soluzione meno invasiva dal punto di vista visivo per ambienti di particolare pregio architettonico.

I corner reflector passivi sono meccanicamente semplici, non richiedono alimentazione elettrica e non possiedono componenti elettronici soggetti a deriva nel tempo. I principali limiti riguardano le dimensioni, il peso, la sensibilità agli agenti atmosferici e all'accumulo di detriti, oltre alla necessità di orientare ciascun dispositivo per una specifica geometria di acquisizione satellitare.

Corner reflector triedrico passivo CR0.

Corner reflector triedrico passivo CR1.

Prototipo esagonale periodico, sperimentato temporaneamente nel 2021 e non più installato.

Riflettori attivi

• ECR-C - Electronic Corner Reflector compatto (transponder attivo) realizzato da MetaSensing, operante in banda C e installato il 15 giugno 2022. Il dispositivo misura 56 x 36 x 23 cm, è configurato con puntamento a 38° in polarizzazione VV e presenta un RCS nominale di 40-42 dBm², paragonabile a quello di un corner reflector passivo con lato di circa 1,8 m. Può essere configurato via software per l'orbita ascendente 146 e per le orbite discendenti 051 e 124 di Sentinel-1 ed è compatibile con le frequenze di RADARSAT-2.
• ARC-C - Active Radar Calibrator in banda C sviluppato negli anni Novanta dal Remote Sensing Group del Dipartimento di Fisica di Bari. Opera presso il sito dal 15 gennaio 2020 ed è ottimizzato per l'orbita discendente 124 di Sentinel-1, risultando visibile anche dall'orbita 051. Il dispositivo misura 90 x 35 x 40 cm ed è equivalente a un corner reflector passivo con lato di circa 1,6 m; le antenne a tromba possono essere ruotate di 45° per esperimenti in quad-polarizzazione.
• ARC-X - Active Radar Calibrator in banda X appartenente allo stesso programma di sviluppo di ARC-C, installato presso il sito il 24 maggio 2023. Il dispositivo misura 45 x 35 x 35 cm, è equivalente a un corner reflector passivo con lato di circa 1,5 m ed è orientato per il fascio ascendente H4-04 di COSMO-SkyMed (angolo di incidenza 32,1°).

Per maggiori informazioni sullo sviluppo originario di ARC-C e ARC-X e sul loro impiego nelle precedenti campagne di calibrazione SAR, consulta la sezione Lavori precedenti del Remote Sensing Group del Dipartimento di Fisica di Bari.

I riflettori attivi sono compatti e possono produrre una risposta radar intensa, supportando anche più geometrie di acquisizione. Richiedono tuttavia alimentazione elettrica, un'accurata verifica della stabilità di fase e del ritardo interno, un'adeguata protezione per il funzionamento prolungato senza presidio e interventi periodici di manutenzione.

Electronic Corner Reflector ECR-C in banda C.

Active Radar Calibrator ARC-C in banda C.

Active Radar Calibrator ARC-X in banda X.

Attività sperimentali

Il sito combina configurazioni controllate dei riflettori con lunghe serie di immagini Sentinel-1 e COSMO-SkyMed elaborate mediante la catena MTInSAR SPINUA. Le principali attività comprendono:

• Confronto multi-missione - Valutazione di 13 configurazioni sperimentali ottenute combinando i riflettori artificiali con tre dataset Sentinel-1, comprendenti acquisizioni dei satelliti S1-A, S1-B, S1-C e S1-D, e un dataset COSMO-SkyMed.
• Analisi di ampiezza, fase e RCS - Confronto tra riflettori passivi e attivi di dimensioni diverse, estrazione delle ampiezze calibrate e delle serie temporali di spostamento lungo la linea di vista, e stima dell'RCS dei riflettori dopo la rimozione del contributo del clutter urbano mediante differenza diretta e modellazione statistica Rayleigh-Rice.
• Prove di spostamento controllato - Validazione di spostamenti millimetrici applicando al CR0 passi di +10 mm, -10 mm e +10 mm nel 2020, seguiti nel 2023 da una sequenza di spostamenti verticali di +5 mm circa ogni 12 giorni. ARC-C è stato sollevato di 7 mm nell'ottobre 2020, mentre durante la manutenzione della copertura nel luglio 2025 CR1 ha subito uno spostamento atteso lungo la linea di vista di circa 4 mm.
• Effetti ambientali e di installazione - Analisi degli andamenti termici stagionali, delle precipitazioni e dell'accumulo d'acqua, degli interventi di manutenzione, delle dimensioni dei riflettori, delle strutture urbane circostanti e dell'interferenza reciproca tra dispositivi vicini. Nel giugno 2021 è stato praticato un foro di drenaggio nel CR0 per impedire l'accumulo d'acqua.
• Esperimento con riflettore passivo compatto - Installazione temporanea del riflettore esagonale periodico sul CR0 per quattro acquisizioni Sentinel-1 comprese tra il 3 agosto e il 26 ottobre 2021, seguita dal confronto tra la risposta misurata e quella nominale in banda C. Il prototipo è stato rimosso al termine della campagna e non è attualmente installato nel sito.
• Esperimento di diversità polarimetrica - Da gennaio 2024 a settembre 2025, il CR0 operante in polarizzazione VV è stato posizionato a circa 1,15 m dall'ARC-C operante in VH. L'elaborazione delle due polarizzazioni ha permesso di distinguere i riflettori e di misurare spostamenti differenziali sub-pixel controllati all'interno della stessa cella di risoluzione SAR.
• Diversità temporale ed esperimento con linea di ritardo - Da novembre 2025 ad aprile 2026, ARC-C è stato utilizzato in VV e collegato a una linea coassiale di 30 m calibrata in banda C. Il ritardo risultante di circa 123 ns ha spostato la risposta di circa otto pixel in range, separandola da quella del CR0 nella stessa immagine Sentinel-1.
• Geocodifica e stima dell'altezza dei bersagli - Le misure MTInSAR sono state utilizzate per stimare l'altezza dei riflettori e valutare il miglioramento della sensibilità di geocodifica Sentinel-1 associato al più ampio tubo orbitale disponibile dall'aprile 2024.
• Nuovi prototipi e sviluppo del sito aperto - Le attività in corso comprendono un transponder attivo a basso costo per le bande C e X, con possibile estensione alla banda L, e la proposta di inclusione della struttura nella rete CEOS SARCalNet come sito aperto per la sperimentazione e la validazione di tecniche interferometriche.

I risultati sperimentali mostrano in generale un buon accordo tra le risposte radar misurate e quelle nominali. Evidenziano inoltre l'importanza delle dimensioni, del posizionamento, della manutenzione e della distanza reciproca dei riflettori. In particolare, il CR0, di dimensioni inferiori, risulta più sensibile del CR1 alle strutture circostanti e ai dispositivi attivi vicini, mentre per i riflettori attivi sono necessarie verifiche specifiche della stabilità in ampiezza e fase.

Pubblicazioni e contributi scientifici

Le pubblicazioni sono suddivise tra i contributi dedicati direttamente al Sito sperimentale di calibrazione SAR di Bari e i lavori collegati sui corner reflector passivi e sui calibratori radar attivi.

Sito sperimentale di calibrazione SAR di Bari

1. D. O. Nitti, R. Nutricato, A. Parisi, K. Tijani, F. Bovenga, C. Guaragnella, G. Preziosa, G. Avitabile, A. Mongelli e L. Amoruso, “Passive and active reflectors for InSAR applications in urban areas”. Presentazione orale (Oral_20), sessione “Displacements and deformations 1”, ESA FRINGE 2026 - 13th International Workshop on Advances in the Science and Applications of SAR Interferometry, Jagiellonian University, Cracovia, Polonia, 15-19 giugno 2026. Presentata il 17 giugno 2026, ore 9:00-10:40, Aula Srednia. Sito del convegno.
2. A. Parisi, R. Nutricato, D. O. Nitti, K. Tijani, F. Bovenga, C. Guaragnella, G. Preziosa, G. Avitabile, A. Mongelli, L. Amoruso e L. Agrimano, “An urban experimental SAR calibration site for assessing passive and active reflectors in interferometric applications”, VH-RODA 2025, ESA-ESRIN, Frascati (Roma), Italia, 17-21 novembre 2025. Abstract - Poster.
3. D. O. Nitti, R. Nutricato, A. Parisi, K. Tijani e F. Bovenga, “Investigating amplitude and InSAR phase from passive and active artificial reflectors”, Proceedings of the 75th International Astronautical Congress (IAC 2024), Milano, Italia, 14-18 ottobre 2024. ID contributo IAC-24-B1,4,x87488.
4. D. O. Nitti, R. Nutricato, K. Tijani, F. Bovenga, A. Refice, R. Bellotti, G. Preziosa e A. Mongelli, “Exploiting artificial reflectors for SAR interferometry applications”, Proceedings of SPIE 12732, Microwave Remote Sensing: Data Processing and Applications II, 1273204, 17 ottobre 2023. ISSN 0277-786X; eISSN 1996-756X; ISBN 978-1-5106-6693-1; DOI 10.1117/12.2680622; Scopus 2-s2.0-85177849043; WOS 001118792300003.

Lavori collegati sui corner reflector e sui calibratori attivi

1. A. Parisi, D. O. Nitti, R. Nutricato, G. Preziosa, A. M. Loconsole, F. Prudenzano e C. Guaragnella, “Comparing Line-Of-Sights of current SSO/MIO X-band SAR missions at mid-latitude and radar cross sections of quad-corner reflectors”, Trends in Earth Observation, vol. 3, pp. 153-156, Italian Society of Remote Sensing, 2024. Online ISSN 2612-7911; Print ISSN 2612-7148; ISBN 978-88-944687-2-4; DOI 10.978.88944687/24; Scopus 2-s2.0-85213359428.
2. A. Parisi, D. O. Nitti, R. Nutricato, G. Preziosa, A. M. Loconsole, F. Prudenzano e C. Guaragnella, “Investigating radar cross sections of passive radar reflectors for C-band and X-band SAR satellite missions”, Proceedings of SPIE 12732, Microwave Remote Sensing: Data Processing and Applications II, 1273203, 17 ottobre 2023. ISSN 0277-786X; eISSN 1996-756X; ISBN 978-1-5106-6693-1; DOI 10.1117/12.2679842; Scopus 2-s2.0-85177841011; WOS 001118792300002.
3. A. Parisi, D. O. Nitti, C. Guaragnella, R. Nutricato, G. Preziosa, A. M. Loconsole e F. Prudenzano, “Simulating and comparing Radar Cross Sections of passive radar reflectors for Interferometric Synthetic Aperture Radar applications”, presentazione poster, Geodaysit 2023, Bari, Italia, 12-17 giugno 2023. Pagina del contributo.

Lavori precedenti del Remote Sensing Group del Dipartimento di Fisica di Bari (Prof. F. Posa)

I calibratori radar attivi ARC-C e ARC-X oggi impiegati presso il sito sperimentale di Bari furono originariamente sviluppati dal Remote Sensing Group del Dipartimento di Fisica di Bari, coordinato dal Prof. Francesco Posa. Questi strumenti furono progettati per supportare la calibrazione e la validazione di precedenti sensori SAR aviotrasportati e satellitari e vennero utilizzati nelle campagne sperimentali associate alla piattaforma NASA/JPL-DC8, alla missione SIR-C/X-SAR e alle attività di calibrazione pianificate per ENVISAT ASAR. Le pubblicazioni seguenti documentano questa precedente attività di ricerca.

1. V. D. Schena, F. Posa, S. Ponte e G. De Carolis, “Development and performance validation of L-, C- and X-band active radar calibrators (ARC) by means of laboratory tests and SIR-C/X-SAR experiments”, Proceedings of IGARSS '95, vol. 1, pp. 80-82, 1995.
2. G. De Carolis, F. Posa, S. Ponte e V. D. Schena, “Use of C-band Active Radar Calibrators in Spaceborne and Airborne SAR”, in Sensors and Environmental Applications of Remote Sensing, Aske, Balkema, Rotterdam, 1995.
3. D. Casarano, G. De Carolis, F. Mattia, C. Notarnicola, F. Posa, A. Refice, V. D. Schena, R. Sergi e P. Smacchia, “SIR-C/X-SAR data calibration and ground truth campaign over the NASA-CB1 test-site”, Il Nuovo Cimento C, vol. 24 C, n. 1, pp. 11-24, 2001.
4. F. Posa, G. Calbi, D. Casarano, A. C. D'Alessio, L. Dente, A. Mongelli, C. Notarnicola, F. Paparella e V. Sabatelli, “External radiometric calibration activity on Italian test-site for the ENVISAT mission”, European Space Agency (Special Publication), ESA SP, 2000. ISSN 0379-6566; Scopus EID 2-s2.0-0347991626. Pubblicazione e testo completo.