Tecnica SAR

      Nessun commento su Tecnica SAR

Articolo che offre alcuni approfondimenti tecnici di come si sviluppa la tecnica SAR, considerando le geometrie e le risoluzioni coinvolte durante il volo del sensore.

Il telerilevamento attivo a microonde riesce a cogliere in maniera ottimale i vari mutamenti che avvengono su di un territorio. Parecchi sono gli studi in ambito geomorfologico, vulcanologico, oceanografico e quant’altro, che hanno guadagnato della disponibilità di tali missioni. In particolare  per quanto riguarda quest’ultimo aspetto notiamo che la possibilità di variare a piacere l’angolo di osservazione permette enormi potenzialità interpretative altrimenti insperabili. È evidente perciò che alcune delle più moderne tecniche di telerilevamento sono rese possibili dalle tecniche a microonde. Basti pensare ai rischi vulcanologici e al controllo dei ghiacci,in quest’ultimo il controllo della salinità permette di capirne l’età.

Tra le tecniche a microonde annoveriamo certamente la tecnica detta SAR (Synthetic Aperture Radar) ovvero del radar ad apertura sintetica, la quale permette di avere risoluzioni molto spinte. È utile  quindi richiamare i principi basilari di funzionamento di un sistema di telerilevamento SAR: la schematizzazione è quella del trasduttore a microonde col compito di effettuare una certa stima della scena a terra rilevata con le sue caratteristiche elettromagnetiche. La sezione radar è funzione non lineare di alcuni parametri quali la geometria, permeabilità, permittività, polarizzazione, frequenza e angolo d’incidenza del campo elettromagnetico.

Un sistema di immagini SAR è basato su due differenti scansioni della scena: una realizzata secondo l’azimuth, ovvero along-track, e l’altra secondo il range ovvero accross-track. Le velocità delle scansioni sono differenti poiché la scansione lungo il range è realizzata a metà della velocità della luce (istantaneamente), quella lungo l’azimuth è realizzata con la stessa velocità del sensore, velocità decisamente inferiore. Questa differenza di scansione nei due canali, range e azimuth è particolarmente delicata quando si vuole osservare una scena dinamicamente mutevole. Inoltre tale stimatore non è ottimale, la capacità di discernere due punti spazialmente sul piano dell’immagine sarà semplicemente definita dalla sua risoluzione. Poiché il sistema è coerente monocromatico, la mappa generata dalla sezione radar è affetta da speckle, il quale è prodotto dall’interferenza dei diffusori elementari presenti all’interno di ogni cella di risoluzione.

Due sono i parametri che influiscono sulla risoluzione di tali immagini: la larghezza di banda dell’impulso determina la risoluzione in range (1), o cross-track larghezze di banda maggiori implicano maggiore risoluzione. La lunghezza fisica dell’antenna L, invece, determina la risoluzione in azimuth, o along-track: più lunga è l’antenna, più fine è la risoluzione dell’immagine (2).

 dr= c/2df    (1)

dx=L/2             (2)

Allo scopo di soddisfare tale risoluzione parte la concezione di  operare in tecnica SAR, evitando di creare antenne molto lunghe, altrimenti scomode da trasportare. Il metodo è quello di far viaggiare su  una piattaforma mobile l’antenna (su aereo o satellite) affinché si ottenga una lunghezza dell’antenna, o apertura X, virtualmente più grande delle reali dimensioni fisiche del radar (3).

            X=lambda*r/L                     (3)

r =distanza dal sensore

                        lambda= lunghezza d’onda dell’impulso

Il funzionamento del SAR è basato sul fatto che l’antenna radar, montata su satellite o su aereo, si muove con una certa velocità. Ogni volta che essa emette l’impulso RF (solitamente un chirp) e ne riceve l’eco, essa si trova in posizioni diverse in virtù del moto della piattaforma. Se si raccolgono e si memorizzano tutti questi echi relativi a diversi istanti si può pensare che essi derivino da porzioni diverse di una medesima antenna (o meglio di un allineamento) di dimensioni globali di gran lunga superiori a quelle dell’antenna reale.

Elaborando opportunamente tali echi è possibile ricostruire quello che sarebbe stato il segnale di ritorno della lunga antenna. Da ciò si comprende la denominazione di radar ad apertura sintetica. La risoluzione che si riesce ad ottenere a terra è quindi legata alla lunghezza dell’antenna sintetica piuttosto che a quella dell’antenna reale. E possibile dimostrare che la risoluzione teorica nella direzione di azimut è pari alla metà della lunghezza dell’antenna reale e non dipende dalla quota di volo e dalla frequenza. Utilizzando antenne più piccole è infatti teoricamente possibile “allungare” l’antenna sintetica e quindi aumentare la risoluzione a scapito di una maggiore complessità nel sistema di elaborazione. (In realtà, altri fattori, tra cui l’atmosfera, contribuiscono a determinare un limite alla risoluzione raggiungibile).[2]

Durante il moto del radar, diversi impulsi vengono inviati in vari punti dello spazio: all’interno di una memoria chiamata echo store, si registrano gli impulsi riflessi e ricevuti. Poiché l’antenna si sta muovendo rispetto al terreno, i vari echi saranno Doppler shifted, cioè nel dominio della frequenza saranno traslati negativamente se il radar si avvicina al target, positivamente se si allontana. I segnali che arrivano di nuovo sul sensore sono traslati in frequenza, di conseguenza dovranno essere “messi a fuoco” in un unico punto. Questi poi si confrontano con i vari ritorni attraverso una frequenza di riferimento,compensando la variazione di frequenza dovuta all’effetto Doppler per ogni punto della mappa. La compensazione è l’elaborazione SAR effettuata da calcolatori elettronici ad alta velocità [1]

Bibliografia

[1] G.Franceschetti, M.Migliaccio, D.Riccio,” La simulazione del segnale da radar ad apertura sintetica”, gennaio-febbraio 2004, Alta Frequenza, rivista di elettronica VOL..6  n° 1, p. 1-2.

[2] N.Perdicca, “Introduzione al telerilevamento Appunti dalle lezioni del corso di Telerilevamento – 1° modulo del Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Elettronica”, a.a. 2003-2004 p.46-51

Please follow and like us:
0

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *