Generalità sui sistemi radar satellitari

I sistemi radar satellitari sono costituiti da sensori di tipo attivo e forniscono immagini elettromagnetiche della superficie terrestre con risoluzione spaziale dell’ordine di qualche metro. Le lunghezze d’onda utilizzate per l’analisi di movimenti del terreno rientrano nel campo delle microonde, generalmente comprese tra 2 e 20 cm, caratteristica fondamentale per apprezzare movimenti millimetrici, corrispondenti a frequenze tra 1,5 e 15GHz.
Un aspetto molto importante di questo sistema di acquisizione è dato dal fatto che, rispetto ai più noti sistemi ottici, opera con continuità, potendo acquisire dati anche in presenza di copertura nuvolosa e sia di giorno che di notte. Inoltre i sistemi radar montati sui satelliti, denominati SAR, ovvero radar ad apertura sintetica, operano in modo tale che uno stesso punto P ubicato sulla superficie terrestre venga illuminato più volte dal radar in movimento, in modo da simulare un’antenna di grosse dimensioni che permette di ottenere un’elevata risoluzione geometrica.

Figura 1 – Generalità sistema SAR e grandezze misurate

Il principio di funzionamento è molto semplice (figura 1); un apparecchio trasmittente illumina lo spazio circostante con un’onda elettromagnetica che incide sugli oggetti presenti al suolo subendo un fenomeno di riflessione disordinata.
Una parte del campo diffuso torna verso la stazione trasmittente, che è equipaggiata anche per la ricezione, dove vengono misurate le sue caratteristiche. In particolare, le grandezze misurate sono l’ampiezza del segnale, che individua la quantità di campo elettromagnetico retrodiffusa verso il satellite (che determina, ad esempio, che le strutture metalliche appaiano particolarmente luminose mentre le aree di accumulo idrico risultino generalmente scure), e la fase, che risulta strettamente legata alla distanza sensore-bersaglio e che, nelle applicazioni interferometriche, permette di identificare le aree soggette a deformazioni superficiali.

I satelliti con a bordo sistemi di acquisizione radar percorrono orbite eliosincrone lievemente inclinate rispetto ai meridiani (in prima approssimazione NS), illuminando, da una quota di circa 800 km, una striscia di terreno larga circa 100 km (Figura 2). La direzione della congiungente sensore bersaglio risulta perpendicolare alla direzione dell’orbita ed è generalmente inclinata di un determinato angolo rispetto alla verticale che, per i sistemi di acquisizione tradizionali (ERS, ENVISAT; RADARSAT), è di circa 23°. La stessa orbita viene ripercorsa dopo un determinato intervallo di tempo, detto tempo di rivisitazione, consentendo così di acquisire dati relativi alla stessa scena al suolo in tempi differenti. Dalla combinazione della rotazione terrestre con le orbite eliosincrone dei satelliti risulta che la stessa area della superficie terrestre viene illuminata dalla radiazione radar sia durante un passaggio del satellite in direzione N-S, denominata geometria di acquisizione discendente, sia durante un passaggio del satellite in direzione S-N, denominata geometria ascendente. La possibilità di acquisire dati sulla stessa scena nelle due geometrie è molto importante perché permette di analizzare uno stesso fenomeno da due diversi punti di osservazione, permettendo di superrare alcuni inconveniente legati ad orientazione e geometria del versante. Infatti il sensore radar si trova collocato sulla destra rispetto al senso di marcia del satellite e questo fa si che in geometria ascendente la scena sia osservata da ovest verso est, mentre in geometria discendente sia osservata da est verso ovest (Figura 3). Inoltre i sistemi radar, al contrario di quelli ottici, tendono a risolvere meglio situazioni dove il versante viene osservato con bassa inclinazione rispetto alla linea di vista del satellite. Infatti, se la pendenza del terreno tende ad essere perpendicolare alla congiungente sensore-bersaglio, il contributo di molti punti si concentra in poche celle, producendo pixel molto luminosi nell’immagine di ampiezza che non permettono di discriminare i diversi contributi (foreshortening). Per tale motivo il sistema di acquisizione fa si che i versanti esposti ad est vengano risolti meglio in geometria ascendente, mentre quelli esposti ad ovest in geometria discendente; pertanto avere le immagini acquisite in entrambe le geometrie permette di migliorare notevolmente la risoluzione geometrica del fenomeno che vogliamo esaminare.

Quando viene effettuata questa tipologia di elaborazione dobbiamo comunque tenere presente che le direzioni di spostamento del satellite nelle due geometrie di acquisizione delle immagini non risulta la stessa e si discosta, anche se di poco, dalla direzione NS. La schematizzazione della geometria di acquisizione secondo lo schema di Figura 3 rappresenta pertanto una semplificazione che, sebbene funzionale alla ricostruzione del vettore spostamento, deve essere utilizzata solo per analisi di tipo qualitativo.

I satelliti con a bordo sistemi di acquisizione radar percorrono orbite eliosincrone lievemente inclinate rispetto ai meridiani (in prima approssimazione NS), illuminando, da una quota di circa 800 km, una striscia di terreno larga circa 100 km (Figura 2). La direzione della congiungente sensore bersaglio risulta perpendicolare alla direzione dell’orbita ed è generalmente inclinata di un determinato angolo rispetto alla verticale che, per i sistemi di acquisizione tradizionali (ERS, ENVISAT; RADARSAT), è di circa 23°. La stessa orbita viene ripercorsa dopo un determinato intervallo di tempo, detto tempo di rivisitazione, consentendo così di acquisire dati relativi alla stessa scena al suolo in tempi differenti.

Dalla combinazione della rotazione terrestre con le orbite eliosincrone dei satelliti risulta che la stessa area della superficie terrestre viene illuminata dalla radiazione radar sia durante un passaggio del satellite in direzione N-S, denominata geometria di acquisizione discendente, sia durante un passaggio del satellite in direzione S-N, denominata geometria ascendente. La possibilità di acquisire dati sulla stessa scena nelle due geometrie è molto importante perché permette di analizzare uno stesso fenomeno da due diversi punti di osservazione, permettendo di superrare alcuni inconveniente legati ad orientazione e geometria del versante. Infatti il sensore radar si trova collocato sulla destra rispetto al senso di marcia del satellite e questo fa si che in geometria ascendente la scena sia osservata da ovest verso est, mentre in geometria discendente sia osservata da est verso ovest (Figura 3). Inoltre i sistemi radar, al contrario di quelli ottici, tendono a risolvere meglio situazioni dove il versante viene osservato con bassa inclinazione rispetto alla linea di vista del satellite. Infatti, se la pendenza del terreno tende ad essere perpendicolare alla congiungente sensore-bersaglio, il contributo di molti punti si concentra in poche celle, producendo pixel molto luminosi nell’immagine di ampiezza che non permettono di discriminare i diversi contributi (foreshortening). Per tale motivo il sistema di acquisizione fa si che i versanti esposti ad est vengano risolti meglio in geometria ascendente, mentre quelli esposti ad ovest in geometria discendente; pertanto avere le immagini acquisite in entrambe le geometrie permette di migliorare notevolmente la risoluzione geometrica del fenomeno che vogliamo esaminare.

I satelliti con a bordo sistemi di acquisizione radar percorrono orbite eliosincrone lievemente inclinate rispetto ai meridiani (in prima approssimazione NS), illuminando, da una quota di circa 800 km, una striscia di terreno larga circa 100 km (Figura 2). La direzione della congiungente sensore bersaglio risulta perpendicolare alla direzione dell’orbita ed è generalmente inclinata di un determinato angolo rispetto alla verticale che, per i sistemi di acquisizione tradizionali (ERS, ENVISAT; RADARSAT), è di circa 23°. La stessa orbita viene ripercorsa dopo un determinato intervallo di tempo, detto tempo di rivisitazione, consentendo così di acquisire dati relativi alla stessa scena al suolo in tempi differenti.

Dalla combinazione della rotazione terrestre con le orbite eliosincrone dei satelliti risulta che la stessa area della superficie terrestre viene illuminata dalla radiazione radar sia durante un passaggio del satellite in direzione N-S, denominata geometria di acquisizione discendente, sia durante un passaggio del satellite in direzione S-N, denominata geometria ascendente. La possibilità di acquisire dati sulla stessa scena nelle due geometrie è molto importante perché permette di analizzare uno stesso fenomeno da due diversi punti di osservazione, permettendo di superrare alcuni inconveniente legati ad orientazione e geometria del versante. Infatti il sensore radar si trova collocato sulla destra rispetto al senso di marcia del satellite e questo fa si che in geometria ascendente la scena sia osservata da ovest verso est, mentre in geometria discendente sia osservata da est verso ovest (Figura 3). Inoltre i sistemi radar, al contrario di quelli ottici, tendono a risolvere meglio situazioni dove il versante viene osservato con bassa inclinazione rispetto alla linea di vista del satellite. Infatti, se la pendenza del terreno tende ad essere perpendicolare alla congiungente sensore-bersaglio, il contributo di molti punti si concentra in poche celle, producendo pixel molto luminosi nell’immagine di ampiezza che non permettono di discriminare i diversi contributi (foreshortening). Per tale motivo il sistema di acquisizione fa si che i versanti esposti ad est vengano risolti meglio in geometria ascendente, mentre quelli esposti ad ovest in geometria discendente; pertanto avere le immagini acquisite in entrambe le geometrie permette di migliorare notevolmente la risoluzione geometrica del fenomeno che vogliamo esaminare.

Il progetto IFFI nel bacino del fiume Arno