GEO-cube s.r.l.
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Interferometria radar satellitare (InSAR)

METODOLOGIA

I sistemi radar satellitari (acronimo di RAdio Detecting And Ranging) sono sensori di tipo attivo, ossia inviano un segnale che viene riflesso dalla superficie terrestre e ricevuto dal sensore.

 

Rispetto ai più noti sistemi ottici operano con continuità, potendo acquisire dati in presenza di copertura nuvolosa sia di giorno che di notte.

 

Il principio di funzionamento è il medesimo per tutti i sistemi radar: un apparecchio trasmittente illumina lo spazio circostante con un’onda elettromagnetica (con determinata lunghezza d’onda e frequenza) che incide su eventuali oggetti subendo un fenomeno di riflessione disordinata (diffusione, scattering). Una parte del campo diffuso torna verso la stazione trasmittente, equipaggiata anche per la ricezione, dove vengono misurate le sue caratteristiche. Il dispositivo è in grado di individuare il bersaglio elettromagnetico (detection) e, misurando lo sfasamento tra il segnale emesso e quello ricevuto, valutare la distanza (ranging) a cui il bersaglio è posizionato, localizzandolo in modo preciso lungo la direzione di puntamento dell’antenna (direzione di range).

 

La direttività dell’antenna utilizzata per trasmettere e ricevere il segnale radar, e cioè la selettività nell’illuminazione dello spazio circostante, consente di localizzare l’oggetto anche lungo l’altra dimensione (detta di azimuth, ovvero la direzione parallela all’orbita del satellite).

La direzione della congiungente sensore-bersaglio (perpendicolare all’orbita ed inclinata di un angolo θ - detto off-nadir - rispetto alla verticale) è detta slant range (o più semplicemente range) oppure LOS (Line Of Sigh, linea di vista del satellite).

 

Le immagini radar contengono due tipi di informazione: la fase (indice della distanza sensore bersaglio) e l’ampiezza (ossia l’ampiezza del segnale riflesso dal terreno).

 

Ogni cella di un’immagine contiene entrambe le quantità.

 

L’ampiezza individua la parte di campo elettromagnetico incidente riflessa verso il sensore e viene utilizzata per valutare il cambiamento delle superfici nel tempo. (ad esempio, la variazione di umidità nei terreni agricoli).

 

La fase rappresenta l’informazione più importante ai fini delle applicazioni interferometriche e viene utilizzata per ricavare, attraverso algoritmi specifici, gli spostamenti del terreno.

 

I satelliti radar permettono di misurare spostamenti superficiali del terreno con precisione millimetrica grazie all’impiego di particolari tecniche di elaborazione dei dati dette “interferometriche”.

 

Tra le più recenti e sofisticate, la tecnica SqueeSAR consente di individuare dei particolari bersagli al suolo per i quali e possibile stimare il loro spostamento nel tempo. SqueeSAR (Ferretti et al., 2011) rappresenta l’evoluzione della tecnica PSInSAR (Ferretti et al., 2001; Colesanti et al., 2003), sviluppata e brevettata nel 1999 dal Politecnico di Milano e concessa in licenza esclusiva nel 2000 a Tele-Rilevamento Europa (TRE) S.r.l., spinoff del Politecnico. Le tecniche PSInSAR e SqueeSAR rappresentano gli strumenti più efficaci per il monitoraggio da remoto, con accuratezza millimetrica, dei fenomeni di deformazione della superficie terrestre.

 

L’interferometria satellitare si basa sulla misura delle variazioni di fase tra due acquisizioni del satellite nello stesso punto. In figura viene illustrato in maniera schematica questo principio:

 

- il satellite passa su di un punto acquisendo un segnale la cui fase dipendente dalla distanza sensore-bersaglio in quel dato momento. In caso di movimento del terreno (in figura n. 3 il caso un abbassamento) la distanza sensore bersaglio aumenta e di conseguenza la fase subisce una variazione misurabile.

 

Questo tipo di elaborazione viene comunemente chiamata interferometria differenziale (acronimo DInSAR).

L’ interferometria differenziale si basa sulla misura di fase tra due diverse acquisizioni sulla stessa area.

L’obiettivo della tecnica interferometrica differenziale e quello di isolare gli effettivi contributi di fase dovuti al movimento del bersaglio e non imputabili a disturbi atmosferici o rumore, ovvero di stimare accuratamente la differenza di fase (Δϕ) dellonda elettromagnetica trasmessa in due successive acquisizioni e retrodiffusa dal bersaglio a terra.

 

La tecnica DInSAR permette di valutare le differenze, in termini di spostamento del terreno, intercorse tra due immagini. Il prodotto dell’elaborazione viene chiamato interferogramma.

 

In figura è mostrato un esempio di interferogramma derivato in seguito al terremoto de L’Aquila del 6 aprile 2009. L’interferogramma è caratterizzato da quelle che vengono definite frange interferometriche, che rappresentano un ciclo di variazione della fase interferometrica: maggiore è il movimento intercorso tra due immagini, più fitte e numerose saranno le frange.

 

Ogni frangia (banda da rosso a blu, e viceversa) equivale ad uno spostamento di 2,8 cm.

 

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