Interferometria radar differenziale da piattaforma satellitare

La tecnica tradizionale utilizzata per l’individuazione di aree soggette a movimenti superficiali è l’interferometria radar differenziale, che si basa appunto sull’osservazione dell’evoluzione del valore di fase tra due distinte acquisizioni, in modo da mettere in luce eventuali differenze di posizione del bersaglio riconducibili a fenomeni di deformazione topografica (Figura 4).

I termini che contribuiscono alla fase di una singola immagine radar dipendono fondamentalmente dalla riflettività del bersaglio, dalla distanza sensore-bersaglio e dallo stato fisico-chimico dell’atmosfera terrestre attraversata, oltre ovviamente dall’inevitabile rumore proprio del sistema di acquisizione. La fase di una singola immagine risulta quindi inutilizzabile perché è di fatto impossibile discriminare un contributo dall’altro. Se invece effettuiamo una sottrazione tra i valori di fase di due immagini acquisite sulla stessa scena in momenti diversi, ovvero generiamo un interferogramma, i contributi dovuti alla riflettività si elidono e la differenza di fase dipende, con buona approssimazione, solamente da eventuali movimenti intercorsi tra le due acquisizioni, a parte ovviamente i contributi dovuti all’atmosfera e al rumore, che possono però essere stimati utilizzando opportuni modelli matematici. In questo modo, sapendo lo spostamento avvenuto in una certa area e l’intervallo temporale intercorso, possiamo stimare la velocità di deformazione media durante le due acquisizioni. Come accennato precedentemente, la stima della velocità media di una certa area può essere effettuata, dove ovviamente le condizioni topografiche lo consentono, sia in modalità ascendente, ovvero osservando la scena da ovest verso est, sia in modalità discendente, ovvero osservando la scena da est verso ovest, permettendoci di effettuare alcune importanti valutazioni sull’orientazione del vettore spostamento nel piano EOZN. Infatti, come osservabile in Figura 3, quando il satellite percorre la sua orbita verso nord, ovvero in modalità ascendente, registrerà un certo valori di velocità, indicato con Vasc, mentre quando lo stesso satellite percorre la sua orbita verso sud, ovvero in modalità discendente, registrerà un altro valore di velocità, indicato con Vdesc. La contemporanea presenza di questo doppio valore di velocità ci permette ricostruire il vettore risultante nel piano EOZN, in modo tale che la sua proiezione lungo le due linee di osservazione del satellite, ascendente e discendente, restituisca i valori di velocità effettivamente registrati nelle due modalità di acquisizione. Non sempre risulta possibile effettuare questo confronto, perché non è detto che le aree osservate vengano adeguatamente risolte nelle due geometrie di acquisizione, ma dove è possibile è sempre bene procedere a questa ricombinazione in modo da evitare una errata interpretazione del fenomeno osservato.

La possibilità di confrontare i dati di velocità media di una certa area acquisiti sia in modalità ascendente che discendente permette inoltre di avere subito un’idea del fenomeno che stiamo analizzando, ovvero se si tratta di un moto prevalentemente verticale, come nel caso di un fenomeno di subsidenza del terreno, oppure se è presente anche un’importante componente orizzontale, come si verifica generalmente nell’analisi di un fenomeno franoso. Nel caso di un moto puramente orizzontale risulterà infatti che i valori di velocità registrati nelle due geometrie presentano lo stesso modulo ma segno opposto, mentre nel caso di moto puramente verticale i valori di velocità avranno sia lo stesso modulo che lo stesso segno, ovvero risulteranno entrambi negativi nel caso di sprofondamenti, oppure entrambi positivi nel caso di sollevamenti (Figura 5). L’applicazione dell’interferometria tradizionale a due immagini radar acquisite in tempi diversi presenta però molti inconvenienti che sono dovuti alla variabilità delle proprietà elettromagnetiche dei bersagli radar nel tempo (decorrelazione temporale), alla distanza tra le due orbite effettivamente percorse dal satellite (decorrelazione geometrica) ed alla variazione delle caratteristiche elettromagnetiche dell’atmosfera terrestre durante le due acquisizioni. Tutte queste problematiche fanno si che l’interferometria radar da piattaforma satellitare tradizionale permetta unicamente di effettuare stime d’insieme per identificare fenomeni macroscopici in atto con accuratezza dell’ordine del centimetro.

Il progetto IFFI nel bacino del fiume Arno