1
TELERILEVAMENTO E RETI DI CONTROLLO AMBIENTALE
Giorgio FranceschettiProfessore Emerito, Università Federico II di Napoli
Professore Onorario, Università di TrentoDistinguished Visiting Scientist, JPL; USA
Ordine Ingegneri NapoliFondazione Ordine Ingegneri Napoli
Ottobre - Novembre, 2014
CORSO DI STUDIO
2
Contenuto della PresentazioneIa. Cosa sono i campi elettromagneticiIb. Radiazione elettromagnetici
IIa. Sviluppo delle applicazioni basate sull’uso dei campi elettromagnetici
IIb. Telerilevamento
IIIa. Missioni spazialiIIIb. Applicazioni del SAR (Radar ad Apertura Sintetica)
IV. Stato dell’Arte
V. Conclusioni
4
Ms. Emma Layon Lady Hamilton
Nascita elettromagnetismo
Antichità : ago magnetico, pietra ambra, etc.
1780 : Tempio della SaluteJames Graham
Ia
5
Christian OersteadFarmacia a Copenhaghen
1820 Francois AragoAccademia delle Scienze, Parigi
Legge di Biot & SavartUna corrente elettrica produce un campo magnetico
Ia
André-Marie Ampère, Jean-Baptiste Biot, Félix Savart
jh
Nascita elettromagnetismo cnd.
6
prof. Humphry Davy, Royal Institution
1831
Legge di FaradayUn campo magnetico produce una corrente elettrica
Michael Faraday
the
IIIIIa Nascita elettromagnetismo cnd.
7
James Clerk Maxwell
the
jh te
Oersted
Faraday
Trattato sulla Elettricità e il Magnetismo 1873
MAXWELL Tango
EQUAZIONI DIMAXWELL !!!
Ia Nascita elettromagnetismo cnd.
9
Heinrich Rudolph Hertz
1886
Al Karlsruhe Polytechnic, Hertz collega due paraboloidimetallici (la moderna antenna parabolica), ed è la prima prova sperimentale (in laboratorio) della esistenzadell’onda elettromagnetica
Verifiche sperimentaliIa
10
Gugliemo Marconi
.
Marconi verifica su campo l’esistenza dell’onda elettromagnetica
1895 - Primo experimento di connessione radio wireless
1901- Primo experimento transoceanico tra Newfoundland(Canada) e Cornwall (Great Britain)
1902 – Comuniczione bilaterale tra Europa e America
1907 - Comunicazione commerciale traEuropa e America
1923 – Connessione radio telefonica
1930 - Connessione con Australia
Ia Verifiche sperimentali cnd.
11
Grandezze elettromagnetiche
Campo Elettrico e(r, t)
Campo Magnetico h(r, t)
(Volt / m)
(Ampere / m)
teh
the
Campo elettrico e campo magnetico sono tra loroORTOGONALI nello spazio
Ia
12
Energia elettromagnetica
Vettore di Poynting (in realtà Poynting-Umov)
),(),(),( trhtretrs
(Volt/m) (ampere/m) = watt/m2
Ia Grandezze elettromagnetiche cnd.
13
Onde piane
0,, 2
22
t
tretre
(sec2 / m2)
(m/sec)
0,1, 2
2
22
t
trec
tre
Dimensioni
c1
Dimensioni
Ia Grandezze elettromagnetiche cnd.
14
Caso particolare e(z,t) , h(z,t)Assumiamo il campo elettrico diretto secondo l’asse xIl campo magnetico risulta diretto secondo l’asse y
0,1,2
2
22
2
ttze
cztze
ttze
ztzh
,,
Le equazioni sono
)/(000.300)/(103 8 seKmsemc Nello spazio liberoc c ζ=377 (ohm)
ctzhctze , ctzectze ,
Ia Grandezze elettromagnetiche cnd.
15
Potenza associata all’onda tczstczhtczetzhtzetzs ,,,
221 ctzhctzectzs
(watt/m2)
2cctzs
ctzm
A questa migrazione di (densità) di potenzacorrisponde una migrazione di (densità) di massa, (watt/m2)
c
ctzscctzmctzM
quindi di (densità) di
momento meccanico semkg c
Ad una variazione della (densità) di momento meccaniconasce una (densità) di forza: pressione di radiazione
Ia Grandezze elettromagnetiche cnd.
16
,D ,
Il campo elettromagnetico viene irradiato da tipi molto varidi antenne. Queste sono caratterizzate da svariati parametri, tra i quali il più rilevanti sono la Direttività e l’Angolo (solido) di Radiazione.
La Direttività, , consiste in un diagramma che indica l’intensità del campo al variare della direzione spazialedi irraggiamento.
Ib. Radiazione elettromagnetica
L’Angolo di Radiazione fornisce una stima dell’angolo solidoentro il quale la potenza irradiata é essenzialmente
confinata. ,
L’Angolo di Radiazione fornisce una stima dell’angolo solidoentro il quale la potenza irradiata é essenzialmente
confinata. ,
17
AntenneIb
Esistono, e sono adoperati tipi molto vari di antenne, quali:1. Antenne filiformi.2. Antenne ad apertura.3. Antenne paraboliche.4. Arrays.
Antenne filiformiFilo di corrente, alimentato da tensione ai morsetti.
Per il dipolo elementare 045, 0V
18
Ib
Il campo elettromagnetico si propaga lungo un tubo (guidad’onda), sagomato a tromba (trombino elettromagnetico).
L’apertura della tromba viene illuminata dal campo, e sicomporta come una superficie sulla quale sia distribuitauna corrente proporzionale al campo magnertico tangentesulla apertura.
L’angolo di radiazione Ω si riduce, nei due piani principalidel trombino, all’aumentare delle sue dimensioni nei pianistessi.
Antenne ad apertura
Antenne cnd
19
Antenne parabolicheIb
F
Le antenne paraboliche utilizzano un paraboloide metallicotroncato, nel cui fuoco F é usualmente collocato un trombino elettromagnetico.
Il campo radiato dal trombino, per riflessione sullasuperficie parabolica, illumina l’apertura del paraboloide, generando una ottimale antenna ad apertura.
L’angolo di radiazione si riduce all’aumentare delladimensione della bocca del paraboloide.
Antenne cnd.
20
ArrayIb
L’Array consiste nell’uso integrato di un numero diantenne, in formazione lineare, planare, o conforme, attivate da una, a sua volta integrata, rete di alimentazione.
L’angolo di radiazione si riduce all’aumentare delladimensioe L dell’allineamento.
Antenne cnd.
21
Orientazione fascio radiatoIbIn un ampio numero di applicazioni, é non solo necessarioutilizzare antenne di elevata Direttività D e stretto angolo diradiazione , ma anche poter orientare la direzione del fascio radiato.
Nelle antenne lineari, questo implica ruotare l’asse del filo, in modo da posizionarlo ortogonale alla direzione diirraggiamento. Per le antenne ad apertura e paraboliche, l’asse dell’apertura va orientata lungo la direzione diirraggiamento.
Si conclude che orientare il fascio richiede rotazionemeccanica dell’antenna.
Questa limitazione NON é presente negli arrays.
22
timed-array
Orientazione elettronica
t
ttttt
t t
Array con N=2
n = 012
-1-2
0Direzione
0Direzione
LcT2
IbOrientazione fascio radiato cnd.
23
IbProcedura shift-and-add
Segnale applicato a tutti gli elementi Ttrect TtN rect 2Segnale radiato dell’array per ϑ=0
Segnale radiato dall’arrayper ϑ diverso da zero
n Tcdnt- sinrect
cosrectnd
sindn
Se il segnale é trigonometrico, , basterà inserirela fase nei vari elementi dell’arrray.cTnd sin
tcos
sindn sindn sindn
Orientazione fascio radiato cnd.
25
Anteriormente alla nascita (gestita nella mente di Maxwell) delle onde elettromagnetiche,
segnali elettrici di varia natura erano disponibili:(Volta, Coulomb, Ampère, …… )
Le applicazioni erano essenzialmente confinate alla trasmissione di:
Informazione, sotto forma di segnali elettrici Energia, sotto forma elettrica
IIa. Le tappe dello sviluppoIIa
26
Trasmissione di informazione
18531° cavo telegrafico sottomarino attraverso l’Atlantico. Si potevano inviare e ricevere notizie in tempo reale, sia pure solo in forma telegrafica
Spezzone cavo
sottomarino,1858.
IIa
27
1957Le migliorie apportate ai cavi sottomarini permettono di trasmettere conversazioni telefoniche
Trasmissione di informazione cnd.IIa
Primo cavo
sottomarino Telefonico
1957
Ma consiste in un miglioramento hardware, non di conoscenza !!!
30
La trasmissione della informazione può essere convenientemente effettuata senza supporto fisico,
ma in forma wireless !!! Maggiore è la quantità di informazione trasmessa Le distanze di collegamento sono crescenti Si apre finalmente una totalmente nuova strada La nuova strada è a valle di una nuova scienza !!
IIaTrasmissione Wireless
1864A valle della gestazione nella mente di Maxwell,
nasce l’onda elettromagnetica:campi elettrici e magnetici sono accoppiati !!!
Trasmissione di informazione cnd.
31Modello satelliteTelstar(AT&T, 1962).Foto del satellite Echo (1960).
IIa
Il collegamentio wireless sulle lunghe distanze era limitatodalla presenza di montagne, larghi tratti marini,... Il problema fu risolto inizialmente con riflessione sulla ionosfera, e finalmentecon l’uso di satelliti artificiali come stazione di transito
Trasmissione di informazione cnd.
32
Immagine della fascia orbitale dei riflettori (a sinistra) e foto degli aghi (a destra) che dovevano essere utilIizzatiper il progetto West Ford (1963). Da notare il confronto con le dimensioni del dito sul quale sono posati.
Immagine del satellite Syncom (1963).
Trasmissione di informazione cnd.
33
I grandi elettrodottitrasferiscono larghe quantità di energiasotto forma elettrica.Sono certamente importanti opere di ingegneria.
IIa Trasmissione di energia
Ma l’impatto ambientale é fortemente negativo, come anche l’elevato campo magnetico nel suo intorno !!!
34
Energia elettrica d.c. é raccolta da celle solari dispiegate nellospazio su un satellite geostazionario
L’energia, raccolta in forma d.c., é trasformata a frequenza dimicroonde, e irradiata a Terra mediante un fascio a microonde
L’energia a microonde è raccolta da un array, i cui elementi sonochiusi su un circuito rettificatore, in modo da convertirla di nuovo in corrente d.c.
Passi succcessivi Progetto di un complesso sistema spaziale
Trasmissione un enorme ammontare di energia a microonde verso la Terra, con stringenti vincoli di efficienza e sicurezza
Valida gestione del contrasto tra costo e vincoli ambientali
IIa
Idea di partenza (Solar Power Satellite, P. Glaser, 1969) :Trasmettere energia dallo spazio giù sulla Terra
WPT. Una breve storiaTramissione di Energia cnd.
35
GOLDSTONEWTP terrestrial link
P = 34 Kwf = 7.45 GHzd =1.6 Km
(USA)JPL-Raitheondemo, USA
1975 1987 1995 2008
WPTPower
Transmission
WPTPower
Refuelling
WPTPower
Refuelling
WPTPower:
Transmission
SHARPSmall scale
airplane prototypepowering test
P < 1 Kwh = 50 m
f =2.45 GHzCommunication
Research Centerof Canada
ETHERUnmanned Airship
powering testP < 3-5 Kwf =2.45 GHz
h = 50 mCommunicationResearch Lab.
of Tokyo, Nissan,Kobe University.
HAWAIIWTP long-range
terrestrial linkP ~ 1 w
f= 2.45 GHzd =148 Km
Managed EnergyTechnology LLC, with cooperation: Kobe University,other scientists
IIaTramissione di Energia cnd.
36
IIa
Una desiderata applicazione. Controllo di larghe aree urbane,
con uso di UAV, alimentati da microonde, come nodi per controllo remoto
Tramissione di Energia cnd.
37
L’ambiente urbano é uno dei contesti più difficili per la realizzazione di un sistema di sicurezza, datonumero e tipo dei possibili rischi
La video-sorveglianza è una scelta valida, ma vieneessenzialmente adoperata dopo che l’eventocriminale è avvenuto
Vi una posibile alternativa , semplice ed efficace, per migliorare la sicurezza nell’ambiente urbano?
IIa
AmbienteUrbano
Tramissione di Energia cnd.
38
London: About tens of thousand CCTV cameras
0
Manhattan:Total Cameras 2397
Total Public Cameras 270 Total Private Cameras 2117
IIaEsempi di videosorveglianza
Tramissione di Energia cnd.
39
PSTN / PLMNGround
videosurveillance
OperationCentre
Video, alarms, playBack
(xDSL, WiFi, ...)
Videodata linkVideo data
link Video data link
Video data link
Remote sensingPlatform
Airship
PLMN: Public Landline Mobile NetworkPSTN: Public Switched Telephone Network
IIa
Modello nodoaereo controllo
sicurezza
Tramissione di Energia cnd.
40
IIb. TelerilevamentoPer Telerilevamento (Remote Sensing) si intende la capacità diottenere informazioni a distanza, senza necessariamente la presenzadi altro operatore che le trasmetta a sua volta.Una prima importante distinzione é la seguente:
Telerilevamento attivo. Bisogna inviare un segnale di esplorazione, il cui ritorno contiene le informazioni richieste, da ottenere medianteopportuna elaborazione del segnale ricevuto. Ad esempio, questo éil caso di avvistamento di bersagli, e di immagini del territorio dasatellite.
Telerilevamento passivo. L’informazione è direttamente prodottadall’ambiente esplorato, ma il segnale ricevuto va comunqueelaborato, per estrarne l’informazione richiesta, Ad esempio, la misura della naturale radiazione termica del materiale che componeil territorio, può portare alla determinazione della composizionechimica dello stesso.
41
AvvistamentoIIb
Per avvistamento si intende la capacità di individuare la presenza diun bersaglio, localizzandolo quindi nello spazio: distanza r, e angolidi orientamento ϑ e φ.
L’individuazione del bersaglio èeffettuata dal RADAR (RAdioDetection And Ranging), che invia impulsi nello spazio, cambiando l’angolo di irraggiamento, sino ad avere un segnale di ritorno.
La distanza del bersaglio èottenuta misurando il tempotrascorso tra emissione e ritorno dell’impulso, e moltiplicandone la metà per la velocità della luce
x y
z
r
r
O
(r,φ,θ)
42
cT
r
cT cTcT
2cTr Risoluzione
[Le ampiezze degli impulsisono puramente indicative]2
cT
IIbRisoluzione del sistema RADAR
Avvistamento cnd.
43
Le Antenne sintetiche: SAR(Synthetic Aperture Radar)
IIb
Come visto in precedenza, un array è la composizione di un fissatonumero di antenne, di oppprtuna spaziatura e integrate tra loro. Poniamocila domanda: possiamo creare un array, utilizzando una sola antenna?
Sistemiamo la singola antenna su un mezzo mobile, che si muova con velocità uniforme v lungo un percorso rettilineo. A intervalli uguali ditempo τ l’antenna emette il suo impulso: le posizioni dell’antenna tra due impulsi successivi sono distanziate di a = v τ .
In tal modo é stato sintetizzato un array. Ovviamente, perchè esso possaessere adoperato, bisogna postulare che il mondo circostante ad esso non si modifichi nel tempo necessario alla sintesi: l’antenna ricevente deveessere fissa, l’ostacolo da individuare stazionario, e la superficie daesplorare (al fine di generarne l’immagine) immutata. Se l’antenna é postasul satellite, la velocità v é ampia, e la condizione, in pratica soddisfatta, anche volendo sintetizare un array molto lungo, e quindimolto direttivo.
4646
Diagramma di Radiazione
dttFdttFg
)0,(),()( 2
2
N
Nn
N
Nn
tftF
tntftF
)()0,(
)(),(
cat sin
IIbAntenne Sintetiche: SAR cnd.
4747
sin311
TcLg 2N∆t < T
Tttf rect
t
ttttt
t
Array with N=2
n = 0
t
tf n
,tF
12
12
sin2
sin
cLtN
cat
IIbAntenne Sintetiche: SAR cnd.
4848
Dettagli analitici
sin3112
311
0,,
21231)12(
26
141222
12221222)12(
2212222)12(2)12(
1222)12(,
)12(0,
2
2
22
2
2
1
22
1
22
2
1
222
22
cTL
TtN
dttFdttF
tNNTN
tNNNNNtNtNTN
ntntNtNNtNTN
nNttNTNdttF
TNdttF
N
n
N
n
N
n
IIbAntenne Sintetiche: SAR cnd.
4949
PICCOLO DETOURIIb
Perchè l’angolo di radiazione in potenza è stato definito a -2dB, e non a -3dB, come è uso? Il motivo è la presenza di unaltro parametro, il coefficiente di similarità tra impulsotrasmesso e impulso ricevuto, per iul quale la definizione a -3dB non risulta appropriata. Un ottime compromesso trapotenza e similarità è fornito dalla definizione a -2dB.
t
0,tF
t
,tF
,0, tFtF
Antenne Sintetiche: SAR cnd.
5050
Parametri dell’Array
gLcT
13sin
sin311
TcLg Diagramma di Radiazione
Corrispondenza tra angolo diradiazione e intensità di potenza g
LcT32
Angolo di radiazione a -3dB
LcTg 23;21
LcT22
E’ nato un nuovo parametro, per le analisi nel dominio del tempo !2cT
Esso gioca lo stesso ruolo della lunghezza d’onda λ nel dominio ω.Questo risultato fu anticipato ben 40 anni fà: G.Franceschetti and C.H. Papas, “PulsedAntennas”, IEEE Trans. Antennas Propag., AP-22, 651-661, 1974.
Angolo di radiazione a -2bB LcTg 2;32
IIbAntenne Sintetiche: SAR cnd.
53
Conclusioni della Sezione II Quanto presentato mostra che risultati scientifici
di ampia portata e di opportuna applicazione, influenzano in modo significativo lo sviluppodella società di appartenenza, sui fronti dellaeconomia, organizazione, comportamento, e così via. E’ questo il principale motivo per cui ilmondo occidentale ho sinora dominato, puntando sui risultati scientifici, da Galileo in poi.
II
La nascita dell’elettromagnetismo ha cambiato, e continua ancora a cambiare il nostro mondo. Alcune considerazioni su altre rivoluzioniscientifiche sono forse appropriate.
54
Conclusioni Sezione II cnd.
amF E’ stata scopertala Meccanica !
MA
II
Auto, treni, navi, aeroplani, …. ci muoviamo su tutto il mondo. La vecchia piazzetta del villaggio, la greca ἀγορά (agorà), dove era concentrata tutta la vita sociale, si é allargata sututto il nostro pianeta !!
Inquinamento dal funzionamento delle auto, guerre per le riserve del petrolio, rumore, confusione del traffico, problemidi parcheggio, ……. é questa vita?
55
James C. Maxwell
Sono state create le onde elettromagnetiche !!
JtDH
tBE
IIConclusioni Sezione II cnd.
Solo la informazione viene trasferita … la ἀγορά rimaneespansa su tutto il mondo … ma non c’é inquinamento, e sono scomparse le altre orribili limitazioni … Siamo partitidalla voce, poi le immagini, ben presto la realtà virtuale …presto forse anche le sensazioni, é questione di banda !!!
58
IIIa. Le Missioni SpazialiProgettare, gestire, e utilizzare i dati ottenuti in ambito diuna missione spaziale é impresa non semplice sul piano creativo, tecnologico, e scientifico. Nelle slides seguentidette difficoltà sono illustrate con esempi di realizzazionieffettuate.
Il punto di prevalente qualificazione della missione consistenella elaborazione dei dati grezzi trasmessi dal satellite aTerra, a fine di generare i cosiddetti dati a valore aggiunto,e cioè significativi da punto di vista della loro applicazione.I risvolti analitici di alcune di queste procedure sono ancheillustrati.
60
Elementi base della missione spaziale
Elementi della missione
Segmento di volo: L’insieme della strumentazione che viene messa in orbita per realizzare gli obiettivi della missione.
Segmento di terra: Il complesso strumentazione a Terrache opera prima e durante il volo, e provvede alla pianificaziondell’orbita, alla acquisizione e gestione dei dati raccolti, alla generazione dei comandiverso il satellite, e all’elaborazione deidati ricevuti dal satellite.
Sistema di lancio
IIIa
61
Osservazione OtticaL’osservazione ottica utilizza
sensori passivi: acquisiscono il segnale da sorgenti esterne.
- fino al 1978: solo sensori passivi
(ottici, infrarossi e a microonde)
Visibilità L’immagine dipende dalla posizione del Sole
LimitazioniLimitazioni
IIIaElementi base missione spaziale cnd.
62
Osservazione Radar
Prima Missione: SEASAT (1978)sensori attivi a microonde (SAR, altimetri,
scatterometri)
Utilizza sensori attivi, che irradiano, e ricevono il ritorno dal loro
irraggiamento
IIIa
Di seguito due delle immagini della missione
Elementi base missione spaziale cnd.
64
1° Missione SIR-C/X-SAR (SRL-1) Aprile 1994
2° Missione SIR-C/X-SAR (SRL-2) Ottobre 1994
3° Missione SIR-C/X-SAR (SRTM) Febbraio 2000
Missioni spaziali con partecipazionedell’Italia
Collaborazione tra NASA, DLR, e ASI
IIIa
65
Dati ottenuti dalle prime due missioniIIIa
Le immagini sono state ottenute dal sensore SAR
44 paesi 70.000.000
SRL-1
Il SIR-C/X-SAR ha prodotto 95 ore di dati, registrati su 166 cassette, ricoprendo, in 939 data takes (equivalenti a 20.000 volumi di enciclopedia):
Km 2
SRL-2
Il SIR-C/X-SAR ha prodotto 110 ore di dati, registrati su 199 cassette, ricoprendo, in 950 data takes:
44 paesi 83.000.000 Km 2
Missioni spaziali con partecipazione Italia cnd.
66
IIIa3° Missione SIR-C/X-SAR (SRTM)
Febbraio 2000Missione abitata - 6 astronauti.
Struttura della Shuttle modificata per permettere l’interferometria dallo spazio a
singolo passaggio.
Missioni spaziali con partecipazione Italia cnd
67
Onda ricevuta
Onda trasmessa
Missioni SRL-1 e SRL-2 Missione SRTM
IIIaMissioni spaziali con partecipazione Italia cnd
69
E’ una stella cadente?
No, è la scia dello shuttle nel cielo di San Marino!
IIIaMissioni spaziali con partecipazione Italia cnd.
70
multifrequenza multipolarizzazione multi angolo di vista multipassaggio
Parametri e Applicazioni del SAR
Per ogni sito si possono usare più immagini per realizzare immagini complesse (a falsi colori)
multifrequenziali multitemporali multipolarimetriche tridimensionali
IIIa
Alcune applicazioni sono illustrate nelle immagini seguenti
72
Immagine MultitemporaleIIIa
La valledell’Arno,
In Toscana
Anno 1994Rosso 16 Apr. Verde 17 Apr.Blu 13 Apr.
Missioni spaziali con partecipazione Italia cnd
INTRODUCTION TO SYNTHETIC APERTURE RADAR
73
IIIb
Nei libri nei quali il SAR épresentato, questo siintroduce invocando l’effettoDoppler. I risultati non sonoerrati, ma il modello fisico égrossolanamente errato.
L’effetto Doppler accade quandoIl segnale viene ricevuto nelladirezione di spostamento dellapiattaforma, mentre nel caso in esame la ricezione accade nelladirezione ortogonale.
IIIb Applicazioni del SAR
74
IIIb
Il sistema SAR presentato assume che siano irradiati impulsi. Il motivo éche la fisica del sistema é più facilmente presentata. A rigore, questosistema, non ancora correntemente applicato, dovrebbe chiamarsi ImpSAR(Impulse SAR), perchè il SAR tradizionale adopera segnali sinusoidaliimpulsati.
Dal punto vista fisico, il funzionamento é lo stesso: gli impulsi devonoessere modificati, in modo da sommarsi coerentemente se provenienti dalpunto in esame sul territorio. A tal fine é opportuno esprimere il segnalesinusoidale nella forma:
e lavorare direttamente sulla fase Φ: la somma coerente implica quindila modifica della fase del segnale sinusoidale.
irtirt expReexpRecos
2;2
f
Il sistema SAR
75
SAR interferometrico (IFSAR)
Immagine con singolo sensore Immagini con doppio sensore
IIIb
Esempio di procedura di elaborazione con uso di segnale complessoImmagine tridimensionale
76
1. Vengono generate le due immagini (2-D), relative alla coppia deisensori
IIb IFSAR cnd.
rirxrx
4exp,,1
2. Le due immagini vannoregistrate nello spazio,in modo da sovrapporreuna sull’altra
rrirrxrx
4exp,,ˆ2
77
1. Fase Interferometrica
rrrxrxrx 4,ˆ,ˆPh, *
21
IIbIFSAR cnd.
cossin2222
rHzrllrrr
2. Geometria
3. Derivazione
cos
sincos
sinl
rrl
rrrr
zrz
rl
rz
cos4
sin
cos4
sinl
rz4. Conclusione
78
SAR InterferometricoDEM
Sardinia, Italy
Amplitude Phase Coherence
Raw data ESA copyright
IIbIFSAR cnd.
82
SAR MultitemporaleIIIa
La valledell’Arno,
In Toscana
Anno 1994Rosso 16 Apr. Verde 17 Apr.Blu 13 Apr.
84
IV. Stato dell’Arte Come già esposto all’inizio della Sez. VI, i sensori satellitariinviano a Terra un segnale coincidente essenzialmente con la misura effettuata, E’ compito della Stazione di Terra dielaborare tali raw data per generare i dati richiesti nellevarie applicazioni (Value Added Products).
Nelle slides seguenti vengono presentati esempi di un certonumero di elaborazioni, centrate su SAR differenziale(DIFSAR), e SAR Impulsivo (ImpSAR). Il primo trova valideapplicazioni nel controllo dello slittamento delle superfici, attività dei vulcani, controllo della temperatura del suolo, per citarne alcuni: essenzialmente quindi in ambito geologico. Il secondo é validamente adoperato nel settore di problemilegati alla sicurezza.
85
SAR Differenziale (DIFSAR)Controllo dello slittamento nel tempo della superficie
La fase interferometrica é data da
rrsd
44 ddd lrr
sin4
IV
91
E’ apparente una significativacorrelazione, spaziale e temporale,tra gli abbassamenti della superficiecittadina, messi in luce dagliinterferogrammi, e i lavori di scavo per i lavori della metropolitana (1992/95)
IV DIFSAR cnd
94
Elaborazione in tempo reale
, txh Segnale ricevuto dal SAR
),(),(),( 0 GH FT del segnale ricevuto
ONE-BIT CODING
FT del segnale d’immagine ,,, 0
GH
Segnale d’immagine ,FT, 1- tx
tdxdttxxgtxhtx ),(,),( 0
95
Elaborazione in tempo reale?
SI , se l’elaborazione è operata nel dominio del tempo, e sia il segnale grezzo ricevuto, siala funzione filtro sono ambodue codificate a 1-bit. L’elaborazione consiste nel far scivolare le due sequenze codificate a 1-bit, l’una rispettoall’altra,e contare le coincidenze.
Alcune elaborazioni eseguite in ambito dellamissione spaziale SRTM sono mostrate nelleslide seguenti
Elaborazione tempo reale cnd.
99
IV Vedere attraverso i muri (ImpSAR)
Vedere attraverso i muri è problema di grande rilevanza nelcampo della Sicurezza (Homeland Security). In tal modo si ha ausilio nell’individuare la presenza di terroristi, ed eventualiostaggi negli edifici, come anche depositi di munizioni, etc.. Nel caso di crolli (terremoti, atti di terrorismo, le stessetecniche di avvistamento possono essere adoperate.
Qesta visione è assicurata dalle microonde che, a differenzadelle frequenze ottiche, riescono a passare attraverso ilmateriale che compone i muri. Il sistema ImpSAR é statorecentemente adoperato allo scopo.
Si riportano di seguito alcuni risultati sperimentali in oggetto.
100Optical (top) and ImpSAR (bottom) images of the M20 rifle.
(Courtesy of Eureka Aerospace)
Assenza di muro
IVImpSAR cnd.
101Optical (left) and ImpSAR (right) images of a human being. (Courtesy of Eureka Aerospace)
IVImpSAR cnd.
Assenza di muro
105
V V. Conclusioni
Nelle slides precedenti é stato presentato lo scheletroelettromagnetico che é alla base di tutti I sistemi di remote sensing. A tale presentazione ha fatto seguito un esame deisistemi satellitari di telerilevamento, in modo da far verificareil ruolo fondamentale della teoria elettromagnetica nel loroprogetto e gestione. Questo a portato a stabilire l’attualestato dell’arte di questi sistemi satellitari.
La giusta conclusione della presentazione é elencare i problemi ancora aperti, e degni di studio, con qualche piccolanota di commento. Tale elenco é di seguito presentato.
106
VConclusioni cnd.
Problemi degni di studio
Costellazioni. In Europa ne sono presenti due:CosmoSkyMed (Italia, Francia) e TerraSAR(Germania. Regno Unito): non ve ne sono altre (civili)nel mondo. Cosa può fare una Costellazione di Nsatelliti in più rispetto a N satelliti indipendenti?
Nuovi parametri della superficie esplorata. Sempreben visti, se hanno un senso fisico. Un esempio èil parametro dimensione frattale.
Approfondimento ImpSAR e sviluppo SAR Policromatico (PolySAR)