Telerilevamento e diagnostica elettromagnetica - Appunti

Introduzione al telerilevamento

Tre sono le definizioni che vengono date per il telerilevamento:

• Il telerilevamento è la scienza di acquisire, elaborare e interpretare immagini che registrano l'interazione tra l'energia elettromagnetica e la materia;
• Il telerilevamento è la scienza volta ad ottenere informazioni circa un oggetto, un'area, o un fenomeno attraverso l'analisi dei dati acquisiti per mezzo di un dispositivo che non è in contatto con l'oggetto, l'area o il fenomeno sotto esame;
• Il telerilevamento è l'insieme della strumentazione, delle tecniche e dei metodi per osservare le superfici di un pianeta o disturbato e per interpretare le immagini o i volumi numerici ottenuti in modo da acquisire informazioni significative di oggetti particolari.

Comune alle tre definizioni è il fatto che i dati riguardanti le caratteristiche delle superfici terrestri sono acquisiti con un dispositivo che non è in contatto con gli oggetti sotto osservazione. Il risultato è solitamente rappresentato sotto forma di immagini e le caratteristica misurate dai sensori sono l'energia elettromagnetica emessa e riflessa dalla superficie terrestre.

L'energia elettromagnetica generata da un'opportuna sorgente (o dall'oggetto stesso) interagisce con l'oggetto osservato e di conseguenza si modifica. Tale radiazione si propaga e viene misurata e registrato da un sensore remoto. Analizzando e interpretando tali misure di campi elettromagnetici è possibile risalire alle proprietà di interesse dell'oggetto.

L'immagine che di solito otteniamo come risultato è una funzione bidimensionale f(x,y). Può essere anche complessa, cioè può conservare al suo interno un terzo piano di fase.

I Sensori

In generale, nel telerilevamento il sensore è un'apparecchiatura in grado di registrare l'energia elettromagnetica su di esso incidente. A seconda della modalità con cui l'acquisizione avviene, si possono suddividere i sensori in diversi clasi; per esempio in base alla gamma di frequenze coperte, in base a

La prima grossa distribuzione che si può fare è quella tra sensori attivi e sensori passivi.

Sensori Passivi

Dipendono da una sorgente esterna di energia, generalmente il Sole (o le volte la Luna stessa). Il gruppo di sensori passivi copre la parte dello spettro elettromagnetico che va dai raggi gamma (_{1 pm}) fino a micro e radio onde (_{1 m}). Il più semplici e più comune tipo di sensore passivo è la macchina fotografica.

Vantaggio: non richiedono apparati per emettere radiazione e consumano poca potenza.

Svantaggio: dipendono da una sorgente esterna (Sole).

Sensori Attivi

Sono quei sensori che emettono essi stessi la radiazione che poi misurano riflessa dal bersaglio. Le misurazioni effettuate attraverso sensori attivi sono più controllate perché esse non dipendono da condizioni di illuminazione che possono essere variabili.

Vantaggio: non dipendono da sorgenti esterne.

Svantaggio: richiedono apparecchiature emittenti ed una grande potenza a disposizione.

In questo corso si studiano i sensori attivi.

Il suolo è spesso anche l’interno del tronco, o se volete del coefficiente di puravietario.

Polarizzazione

La polarizzazione è una proprietá intrinseca della propagazione ondulatoria della natura sinusoidale dei campi.I radar usano antenne che i progettotto per trasmettere e ricevere onde elettromagnetiche avente una polarizzazione specifica.Per esempio un onda con polarizzazione arbitrario sono di essersioni seguiventi non comparente ortogonali, ovvero in polarizzazione di base. Le due polarizzazioni di base più comuni sono: la direzione orizzontale (H) e la direzione verticale (V).

Dal momento che il bersaglio può combinare le polarizzazioni dell'onde diffuso, l'antenna radar è di spesso progettata per ricevere le diverse componenti di polarizzazione dell’onde EM simultaneamente.

Indiando la polarizzazione trasmesse e ricevute con una coppia di simboli, è possibile avere le seguenti combinazioni:

• Trasmetto H, ricevo H ⟶ co-polarizzazione
• Trasmetto V, ricevo V ⟶ co-polarizzazione
• Trasmetto H, ricevo V ⟶ cross-polarizzazione
• Trasmetto V, ricevo H ⟶ cross-polarizzazione

Da linea generale, se da trus è piotto, avid segoidi e polarizzsi; se muogso riceve anche una piccola componente dell’onde altra polarizzazione. Se houn orbovo è facili ché no presentri no polarizzazioni in esercide.

Questa c'è una variazione di frequenza istantanea per cui

f_i: ^αt/_2π

Per vedere come migliorare la risoluzione dobbiamo prima

vedere cosa succede con l'elaborazione.

RISPOSTA IMPULSIVA

Immaginiamo di avere un solo punto, vediamo

è l'asse di zolo, è la distanza

in slant range tra il sensore e il

punto.

Se il segnale trasmesso è un chirp, il segnale ricevuto sarà

una copia traslata di una quantità necessaria a raggiungere

il punto e torna indietro

f(t - ^2ζ/_c) = e^{j[ω(t - 2ζ/_c) + α/2(t - 2ζ/_c)2]} rect[^{t - 2ζ/_c}/_e]

Lavoriamo ora su qualche elaborazione. Il segnale chirp ha

una portante (f) che posso togliere. Facciamo quindi

ETERODINA (demodulazione) moltiplicando il segnale ricevuto

per e^-jωt:

f(t - ^2ζ/_c) e^-jωt = e^-jω2ζ/_c e^{j α/2 (t - 2ζ/_c)2} rect[^{t - 2ζ/_e}/_e]

Poiché le immagini sono funzioni spaziali, ci conviene

convertire i TEMPI in SPAZI, quindi pone:

'→^ct/₂ => t → ^2'/_c

Questo per ragionare su quantità adimensionali e conviene

studiare la distanza normalizzata '¹ = ' - ^c/₂

Se abbiamo un sistema di punti a impulso

\[\hat{\delta}(z) : \int_{-\infty}^{\infty} f(z-c)\hat{\delta}(c) dc = \int_{-\frac{\Omega t'}{\lambda}} \sum \frac{I}{R^{2}} \hat{\delta}(c-z) dc\]

dove r(c) è la riflettività di ogni punto e \(\hat{\delta}(c)\) è lo stimolo della riflettività \(\hat{\delta}(c-z)\) come se fosse il nostro eco cui riflette ogni punto x verso.

In oltre, c' come se l'acquisizione fosse divetuta un sistema LTI.

La risposta non dipende dai parametri del sensore. Un rumore PERFETTO sarebbe \(\hat{\delta} = \delta\).

RISOLUZIONE AZIMUTH

Fino ad'ora abbiamo effettuato acquisizioni monodimensionali, ovvero quelle lungo la direzione z.

Adesso riportiamo il concetto di risoluzione, ma lungo l'azimuth, ovvero lungo la direzione di volo, d'antenne è lunga L.

Il fronte proiettato ha ampiezza –1/–2l.

Due oggetti sono risolvibili se uno sta dentro e uno fuori il "fascio" di lunghezza Δk.

Ricordando che \( X = \frac{L}{\lambda} \);

\( \hat{g}(x') \approx \frac{sen\left[\frac{2 \pi}{L} x' \right]}{\frac{2 \pi}{L} x'} \)

Nelle immediate vicinanze del bersaglio \( (x' \ll \lambda) \) otteniamo:

\(\hat{g}(x') \approx \frac{X \frac{2 \pi}{L} x'}{\frac{2 \pi}{L} dx'} = \sin e\left[\frac{2 \pi}{L} x'\right] \)

Definiamo \( \Delta x \equiv \frac{L}{2X} \) e vediamo cosa abbiamo ottenuto:

\(\Delta x \equiv \frac{L}{2X} \) e la risoluzione normalizzata

\(\Delta x = \frac{L}{2} \) e la risoluzione in metri.

Anche in questo caso la risoluzione NON dipende dell'altezza

del satellite. Questo, dato che è pari alla metà della

lunghezza del satellite, generalmente per avere una buona

risoluzione un base è sufficiente dimezzare l'antenna.

Su _ENVISAT \( L = 10 m \) → \(\Delta x=5m\).