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Cos‘è l’interferometria

Il SAR e l’interferometria

Con il termine SAR o radar ad apertura sintetica si definisce un’antenna radar montata su di una piattaforma mobile. Il principio di funzionamento di un sistema SAR è il medesimo di tutti i sistemi radar (RAdio Detection And Ranging). Un apparecchio trasmittente (antenna) irraggia lo spazio circostante con un’onda elettromagnetica che incide sugli oggetti che incontra subendo un fenomeno di riflessione. Una parte dell’onda diffusa torna verso l’antenna dove viene misurata. In questo modo il radar è in grado di individuare oggetti (detection) e, misurando il ritardo temporale tra l’istante di trasmissione e quello di ricezione, è possibile misurarne la distanza (slant-range) di tali oggetti dall’antenna (Fig. 1.). Questa misura avviene però solo nella direzione d’illuminazione dell’antenna, cioè non è possibile distinguere due oggetti posti alla stessa distanza dall’antenna.

radar1 interferometria


Fig.1: Cella di risoluzione SAR

Più in particolare, ogni antenna radar è caratterizzata da un valore di direttività, che contraddistingue l’ampiezza del fascio d’illuminazione nello spazio circostante, quanto più grande è l’antenna, tanto più stretto è il suo fascio e quindi la sua impronta e, di conseguenza, tanto meglio è localizzato il bersaglio, ciò però avviene a scapito dell’estensione dell’area illuminata.

In questo modo l’ampiezza di un fascio d’antenna determina la risoluzione in azimuth di un’immagine radar, ma per avere una risoluzione dell’ordine del metro sarebbe necessario usare un’antenna di dimensioni chilometriche, il che è evidentemente irrealizzabile.

L’idea alla base del SAR consente di aggirare questa limitazione, raggiungendo un compromesso tra risoluzione ed estensione dell’area osservata. Con il termine radar ad apertura sintetica ci si riferisce a una tecnica usata per “sintetizzare” un’antenna di dimensioni chilometriche combinando gli echi radar ricevuti da un’antenna reale a posizioni diverse (Fig. 2.) In particolare in un sistema SAR, ogni volta che un’antenna radar emette un impulso, in virtù del moto della piattaforma su cui è montata, riceve indietro la relativa eco in una diversa posizione. In questo modo gli echi raccolti a posizioni diverse possono essere intesi come derivati da porzioni diverse di una medesima antenna “sintetica” di grandi dimensioni (Fig. 3.).

Fig.2: Geometria d’acquisizione SAR

Fig.2: Geometria d’acquisizione SAR

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Fig.3: Confronto tra apertura d’antenna

Fig.3: Confronto tra apertura d’antenna
sintetica ed apertura d’antenna reale

Per poter distinguere più oggetti con un solo fascio l’angolo di puntamento di un’antenna SAR deve essere non perpendicolare al suolo ma orientata secondo un angolo di vista ?

Questa angolazione dà origine a delle deformazioni prospettiche a causa della topografia del terreno. Ne conseguono tre differenti tipi di deformazione (Fig. 4), in base alla pendenza del terreno:

  1. foreshortening: si verifica quando la pendenza del terreno tende ad essere perpendicolare alla linea congiungente sensore-bersaglio, in questi casi il contributo di più punti si concentra in poche celle producendo pixel molto luminosi nell’immagine di ampiezza.
  2. layover: si verifica quando la pendenza del terreno è maggiore dell’angolo ?; questo produce una forte distorsione dell’immagine che impedisce la corretta interpretazione del segnale e ogni analisi quantitativa.
  3. shadowing: si verifica quando alcune zone non possono essere illuminate dall’impulso radar perché schermate da altri oggetti; si producono quindi nell’immagine di ampiezza aree molto scure (in ombra).
Fig.4: Deformazione prospettica dovuta al terreno:

Fig.4: Deformazione prospettica dovuta al terreno:
a) Foreshortening,
b) Layover,
c) shadowing.

Un’immagine SAR è formata da una matrice di pixel ognuno dei quali è associato ad una cella di risoluzione (Fig. 5.) Inoltre un‘immagine SAR si dice essere coerente, cioè contiene sia l’informazione d’intensità, o ampiezza, che l’informazione di fase (legata alla distanza tra bersaglio e radar).

Fig.5: Descrizione di un’immagine SAR

Fig.5: Descrizione di un’immagine SAR

L’ampiezza individua la parte di campo elettromagnetico incidente riflessa verso il sensore. Nelle immagini radar di ampiezza appaiono particolarmente riflettenti le strutture metalliche (tralicci, antenne, linee ferroviarie), mentre bacini d’acqua e strade sono solitamente poco riflettenti: essi sono caratterizzati infatti da fenomeni di riflessione speculare in cui la quota di campo riflessa verso il satellite risulta molto contenuta.

Per approfondire:

Prodotti interferometrici

  • Prodotti interferometrici ERS ascending
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  • Prodotti interferometrici ENVISAT ascending
  • Prodotti interferometrici ENVISAT descending
  • Prodotti interferometrici confronto ERS-ENVISAT ascending
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