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Prof. Roberto Seu TELERILEVAMENTO ATTIVO A MICROONDE: IL RADAR AD APERTURA SINTETICA (SAR)

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Presentazione sul tema: "Prof. Roberto Seu TELERILEVAMENTO ATTIVO A MICROONDE: IL RADAR AD APERTURA SINTETICA (SAR)"— Transcript della presentazione:

1 Prof. Roberto Seu TELERILEVAMENTO ATTIVO A MICROONDE: IL RADAR AD APERTURA SINTETICA (SAR)

2 Che cosa e un radar dimmagine In un certo senso un radar dimmagine lavora come una macchina fotografica con flash, in quanto utilizza una propria sorgente di luce per illuminare unarea a terra e scattarne una foto a lunghezze donda radio. Nel caso del radar la lente e la pellicola sono sostituiti da antenna, computer e registratori, e limmagine consente di vedere la parte di onde radio riflesse indietro dalla superficie verso lantenna. Un tipico radar misura potenza e tempo di ritardo degli echi generati da oggetti che riflettono i segnali a microonde generati e trasmessi dal radar. I segnali generati dal radar sono tipicamente impulsi, eventualmente modulati, su portanti che possono andare da 300 MHz a 30 GHz e con bande che possono andare da 10 a 200 MHz.

3 Che cosa e un radar dimmagine Nel caso di un radar dimmagine, il radar si muove lungo unorbita e larea illuminata dal radar tramite la sua antenna si muove solidalmente lungo la superficie, costruendo limmagine radar. In generale le dimensioni di unantenna determinano la risoluzione spaziale ottenibile con essa. Il Radar ad Apertura Sintetica (SAR) fa riferimento ad una tecnica che consente di sintetizzare una apertura molto lunga sfuttando il moto del radar ed elaborando opportunamente gli echi ricevuti.

4 Che cosa e un radar dimmagine Con apertura si intende la finestra spaziale usata per raccogliere lenergia riflessa utilizzata per formare una immagine. Unapertura sintetica e costruita muovendo unapertura reale attraverso una serie di posizioni lungo lorbita

5 Costruire una apertura sintetica Mentre il radar si muove, viene trasmesso un impulso in ciascuna posizione. Gli echi ricevuti passano attraverso il ricevitore e vengono registrati in una memoria degli echi. Poiche il radar e in movimento rispetto al terreno, gli echi sono spostati in doppler. Comparando le frequenze spostate in doppler con un riferimento si possono focalizzare molti echi in un singolo punto, incrementando di fatto la lunghezza dellantenna con cui si osserva quel singolo punto. Il trucco nellelaborazione SAR e quello di adattarsi correttamente alla variazione in frequenza doppler per ciascun punto dellimmagine.

6 Costruire una apertura sintetica Lapertura sintetica e ormai una tecnica matura utilizzata per generare immagini radar con cui si possono risolvere dettagli anche relativamente fini. Peraltro il SAR presenta capacita uniche nel formare immagini degli oggetti osservati. Infatti poiche genera per conto proprio la sorgente di illuminazione (gli impulsi radar), esso puo operare in qualunque condizione di illuminazione solare, di giorno o di notte. Inoltre, poiche usa radiofrequenze, il SAR puo vedere anche attraverso le nubi, la nebbia, la pioggia ecc., laddove altri sensori nel visibile e nellinfrarosso non possono operare.

7 Che cosa e una immagine radar Le immagini radar sono composte da molti punti (pixel, picture element). Ciascun pixel nellimmagine radar rappresenta la riflettivita radar di unarea sulla superficie delimitata dalle capacita risolutive del radar: normalmente aree scure dellimmagine sono associate a bassi valori di riflettivita mentre aree piu chiare rappresentano zone con piu alta riflettivita radar. La riflettivita di una data area dipende dalla particolare lunghezza donda utilizzata, dal contenuto dacqua, polarizzazione dellonda elettromagnetica e angolo di osservazione

8 Che cosa e una immagine radar Unutile regola pratica nellanalizzare le immagini radar e quella che una superficie rugosa presenta un aspetto piu brillante. Superfici piatte riflettono in direzione opposta a quella di illuminazione del radar. La vegetazione risulta di solito moderatamente rugosa e quindi apare nelimmagine radar come grigia. Data la geometria di osservazione esistono in unimmagine radar anche zone in ombra, e quindi scure. Le zone abitate risultano invece molto brillanti.

9 Che cosa e una immagine radar La rifletivita di una superficie dipende anche dalluso di differenti polarizzazioni in trasmissione e ricezione (HH, HV, VH, VV) La riflettivita superficiale e anche funzione dellangolo di incidenza e avra caratteristiche diverse per diverse tipologie di target quali aree urbane, vegetazione, oceani, monti ecc.

10 Obiettivi scientifici di un radar dimmagine La sensibilita di un SAR alle caratteristiche di una superficie e, in taluni casi anche a quelli di una struttura sottosuperficiale, puo fornire importanti informazioni susuperfici terrestri, oceani e vegetazioni che possono essere un utile complemento anche a sensori di natura diversa. In piu esiste la possibilita di elaborare congiuntamente immagini prese in tempi differenti e sotto geometrie differenti e che quindi presentano carateristiche di riflettivita diverse. Ancora si puo pensare di integrare immagini radar con immagini di altri sensori (data fusion) al fine di ottimizzare lestrazione di informazioni sula superficie osservata

11 Obiettivi scientifici di un radar dimmagine OCEANI Linterazione tra oceani e atmosfera ha un ruolo fondamentale nella determinazione del clima della Terra. Le immagini SAR degli oceani possono essere utilizzate per studiare onde, venti e correnti oceaniche. Nei bassi fondali le immagini radar possono essere correlate al fondo marino, mentre situazioni di inquinamento da petrolio e simili possono essere facilmente rivelati dalanalisi di immagini radar. La distribuzione del ghiaccio marino determina in modo pesante il bilancio del calore e delle correnti in prossimita dei poli. I radar dimmagine possono essere utilizzati per studiare la loro distribuzione stagionale

12 Obiettivi scientifici di un radar dimmagine ECOSISTEMI Gli ecologisti studiano la vita sulla Terra ed il modo in cui differenti forme di vita interagiscono. Con la missione SIR-C/X-SAR sono stati raccolti dati su foreste tropicali e temperate che hanno consentito di studiare come il terreno viene utilizzato, il tipo e lestensione delle diverse vegetazioni in diverse zone, gli effetti degli incendi boschivi, delle alluvioni e della deforestazione. Nel caso della missione in oggetto la disponibilita di tre frequenze consente una migliore interpretazione dei dati acquisiti, mentre le osservazioni multitemporali consentono la comprensione dellimpatto sui principali cicli vitali.

13 Obiettivi scientifici di un radar dimmagine IDROLOGIA Gli idrologi studiano il ciclo globale dellacqua ed il modo in cui esso impatta sui processi che riguardano la terraferma. Tali studi riguardano bacini, laghi, fiumi ma anche umidita contenuta nel suolo e nella vegetazione che insieme hanno un ruolo fondamentale nei bilanci energetici globali. In modo analogo nelle zone montagnose ed alle alte latitudini, la copertura nevosa stagionale costituisce un serbatoio importante per capire i cicli idrologici. In particolare per la missione SIR-C/X-SAR e stato dimostrato che i dati in banda X possono fornire informazioni sul tipo di neve, mentre le bande C ed L consentono una stima del volume della neve

14 Obiettivi scientifici di un radar dimmagine GEOLOGIA I geologi studiano la superficie terrestre attuale e la sua evoluzione. I dati SAR consentono la mappatura di strutture geologiche e delle variazioni di tipi di roccia su aree estese. Cio risulta particolarmente utile in zone impervie dove escursioni in- situ sono complicate. Le basse frequenze possono anche penetrare sotto la superficie in aree deserte: cio consente ad esmpio di identificare strutture geologiche importanti nascoste sotto la sabbia. Il SAR e anche sensibile a scatteratori (grani di sabbia, rocce, ecc.) che, avendo le stesse dimensioni della lunghezza donda, possono essere classificati e mappati

15 Obiettivi scientifici di un radar dimmagine GEOLOGIA Losservazione a diverse lunghezze donda consente lo studio di diversi processi geologici quali erosione del suolo, trasporto, deposizione e degradazione. Tali processi hanno un impatto sulla sedimentazione sui corsi dei fiumi e sulle coste ed impattano anche lammontare di terre disponibili per la produzione di cibo. La sensibilita del radar alla rugosita della superficie permette agli scienziati di studiare la storia dei cambiamenti climatici passati e leta relativa delle superfici, giacche la rugosita di una superficie e di solito legata alla piu o meno prolungata esposizione agli agenti atmosferici.

16 APPLICAZIONI SAR MONITORAGGIO ESONDAZIONI Limmagine mostra tre fiumi in unarea ad ovest di Nijmegen (Olanda). Le aree esondate sono evidenziate in magenta scuro mentre le righe piu chiare e sottili mostrano il normale percorso dei canali

17 APPLICAZIONI SAR MONITORAGGIO ESONDAZIONI Francia, Dicembre 2003 Il 5 Dicembre 2003 un importante evento meteo ha causato piogge insistenti sul sud della Francia, portando allesondazione del Rhone, causando lallagamento della citta di Arles e di altre zone circostanti

18 APPLICAZIONI SAR MONITORAGGIO ESONDAZIONI Le parti piu scure di queste immagini SAR (Envisat e ERS-2) mostrano la foce del Rhone e parte del suo percorso nellinterland dove, le avverse condizioni meteo, hanno provocato lesondazione del fiume con notevoli danni a cose e persone

19 APPLICAZIONI SAR MONITORAGGIO INQUINAMENTO MARINO Il 3 Giugno 2003 un cargo cinese ha avuto un incidente al largo delle coste svedesi perdendo una quantita significativa di olio combustibile. La macchia scura in basso a destra dellimmagine mostra come il SAR di ERS-2 ha visualizzato levento

20 APPLICAZIONI SAR MONITORAGGIO ASSETTO DEL TERRITORIO FIRENZE Da questa immagine SIR-C/X- SAR e possibile riconoscere il contesto urbano della citta di Firemze, il fiume Arno, i ponti e la stazione ferroviaria di S. Maria Novella. Larea mostrata misura 20 Km x 17 Km

21 APPLICAZIONI SAR MONITORAGGIO ASSETTO DEL TERRITORIO Limmagine a sinistra e stata prodotta dal SAR ERS-2 nel 1999 e mostra le coste del Dubai. Limmagine a destra e stata prodotta da ASAR il mese scorso e mostra la forte cementificazione avvenuta in questo periodo e soprattutto linizio della costruzione di unisola artificiale (allinterno del cerchio bianco)

22 APPLICAZIONI SAR MONITORAGGIO DEL TERRITORIO Limpatto di un asteroide o di una cometa parecchie centinaia di milioni di anni or sono, ha lasciato il segno in un paesaggio che risulta chiaramente visibile in questa immagine SAR di unarea del nord del Chad, deserto del Sahara. Il cratere chiaramente visibile dallimmagine SAR e largo circa 17 Km. Luso del SAR in questi casi consente anche la rivelazione di strutture sepolte sotto la sabbia

23 APPLICAZIONI SAR MONITORAGGIO DEL TERRITORIO Queste immagini mostrano una zona dellEgitto centro- meridionale (oasi di Safsaf) vista da due sensori: a sinistra un sensore ottico (Landsat) a destra un SAR (SIR-C/X-SAR) Mentre il sensore ottico mostra esclusivamente i dettagli della superficie, il SAR riesce a penetrare per circa un paio di metri svelando le strutture rocciose sottostanti la sabbia, come ad esempio dei canali di drenaggio (in basso a sinistra)

24 APPLICAZIONI SAR MONITORAGGIO DEL TERRITORIO Una striscia di dati del SIR-A e stata qui sovrapposta ad una immagine ottica (Landsat) di una zona nella parte occidentale del deserto in Egitto. Il SAR mostra la presenza di antichi canali (wadis) prosciugati e ricoperti dalla sabbia. Lidentificazione di questi wadis dove un tempo lacqua scorreva liberamente, aiuta gli archeologi ad individuare antichi insediamenti umani

25 APPLICAZIONI SAR MONITORAGGIO DEL TERRITORIO DEATH VALLEY, CALIFORNIA Da questa immagine si ha una idea di come il radar sia sensibile alla rugosita del terreno. Infatti le zone piu luminose sono le montagne che circondano il bacino, piatto, della Death valley. Queste immagini sono state utilizzate dai geologi per studiare levoluzione delle zone alluvionali in funzione delle variazioni climatiche e dei terremoti

26 APPLICAZIONI SAR RADARSAT 2 Radarsat 2 e una missione SAR finanziata dallAgenzia Spaziale Canadese che trasporta un sensore multimodo e multipolarizzazione

27 APPLICAZIONI SAR RADARSAT 2 Date le caratteristiche del sensore, ci si aspetta un contributo determinante nel monitoraggio ambientale in caso di condizioni di rischio o di calamita naturali, come ad esempio alluvioni, uragani o inquinamento ambientale

28 APPLICAZIONI SAR RADARSAT 2 Grazie alla risoluzione ed alla capacita di operare in multipolarizzazione, Radarsat2 potra fornire un supporto fondamentale nel monitoraggio delle zone agricole

29 APPLICAZIONI SAR RADARSAT 2 La risoluzione ottenibile e la possibilita di operare in multipolarizzazione, fanno di radarsat 2 anche un importante strumento per il controllo della navigazione marittima


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