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Dati radar

(>>> Principi di telerilevamento: onde e sistemi radar)

Esistono ormai diversi satelliti in grado di acquisire immagini radar sia a media (ERS, ENVISAT, RADARSAT, ALOS) che ad alta risoluzione (TerraSAR).
Un satellite recente ma interessante è il Sentinel-1A: il pregio principale è che i suoi dati sono disponibili gratuitamente al sito https://scihub.esa.int/dhus/ (è però richiesta la registrazione).
Sentinel-1 consisterà (quando sarà pienamente operativo) in una coppia satelliti equipaggiati con Synthetic Aperture Radar (SAR) a cura dell'ESA (European Space Agency) come continuazione delle missioni Envisat e ASAR. Il primo satellite (Sentinel-1A) è stato lanciato nel 2013 e dal 2014 restituisce dati utili.
Il sistema usa onde radar in banda C e produce dati con una dimensione del pixel tra i 5 ed i 40 m in base alla modalità di acquisizione. Le onde sono emesse con polarizzazione orizzontale (H) o verticale (V) e viene misurato il segnale di ritorno con polarizzazione simile (HH o VV) e incrociata (HV o VH).
(Informazioni dettagliate sulla missione Sentinel-1: https://sentinel.esa.int/web/sentinel/user-guides/sentinel-1-sar)

>>> Ricerca, download e lettura dei dati Sentinel-1


Nei dati radar l'intensità di segnale misurata dal sensore (backscatter) dipende da caratteristiche geometriche ed elettromagnetiche della superficie riflettente e dalle modalità di emissione/acquisizione del segnale. Ad esempio il backscatter è nullo nel caso di superfici perfettamente lisce poiché il segnale viene riflesso interamente nella direzione opposta a quella di provinienza; più la superficie è irregolare, maggiore sarà la probabilità che parte del segnale venga riflesso verso il sensore, quindi il becksactter aumenta; nel caso di superfici ad angolo (corner reflector) l'onda subisce una doppia riflessione per cui torna interamente nella direzione di provenienza e il backscatter è massimo (ciò accade ad esempio nelle aree edificate).
(>>> https://earth.esa.int/handbooks/asar/CNTR1-1-2.html)

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Esempio di immagine radar Sentinel-1A, banda C, polarizzazione VV. Il backscatter minore è in corrispondenza di specchi d'acqua, mentre i valori maggiori sono dati dai centri urbani (presenza di corner reflectors).


Le immagini radar contengono generalmente un forte disturbo (speckle). Un metodo per avere immagini meno disturbate consiste nel fare una media tra più immagini in modo da "compensare" il disturbo casuale.

 Esempio; a sinistra un'immagine unica, a destra la fusione di 4 immagini simili alla prima:
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Una particolarità interessante delle onde radar è la loro capacità, proporzionale alla lunghezza d'onda, di oltrepassare nuvole, chiome arboree, sedimenti sabbiosi sciolti. Questo è molto utile nell'indagine geomorfologica di zone aride per la ricerca di tracce paleofluviali nascoste dalla sabbia.

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Se lo spessore della sabbia è poco (< 1 m) le onde raggiungono la superficie rocciosa sottostante e “rimbalzano”; se lo spessore è maggiore le onde vengono completamente assorbite ed il backscatter è nullo. Per cui in un immagine radar in corrispondenza dell'incisione fluviale si ottengono valori più scuri (radar river).
Nell'immagine sottostante un confronto tra un'immagine in luce riflessa (Landsat) e due immagini radar in cui sono indicate le tracce idrografiche visibili solo con il radar.
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Le onde radar che penetrano un deposito sabbioso possono “rimbalzare” (==> backscatter) anche se incontrano una barra ghiaiosa abbastanza vicina alla superficie.

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Immagini acquisite nel Sahara nord-orientale durante la missione SIR-A (Shuttle Image Radar - A) del 1981 dimostrarono la capacità delle banda L di penetrare fino ad un paio di metri di sabbia sciolta restituendo informazioni sulle caratteristiche geologiche e geomorfologiche sepolte (McCauley et al., 1982; Schaber et al., 1986). Altre immagini acquisite in banda L durante le missioni Seasat, SIR-A e SIR-B nel deserto cinese Badan-Jaran (Guo et al., 1986), in Arabia Saudita (Berlin et al., 1986; Avery and Berlin, 1992) e nel Mojave Desert in California (Blom et al., 1984; Farr et al. 1986) confermarono la possibilità di studiare superfici rocciose coperte da pochi metri di sabbia sciolta. Il paleodrenaggio inciso in roccia e nascosto nelle immagini ottiche da deboli coperture sabbiose può essere visibile in immagini radar, per cui viene spesso indicato con il termine "radar river". Il debole backscatter dei sedimenti di canale causa l'aspetto scuro contrastante con l'alta riflettanza delle superfici rocciose ruvide ed irregolari (McCauley et al., 1982; Breed et al., 1983; Elachi et al., 1984; Schaber et al., 1986; Davis et al., 1993).
Nei primi anni '90 le missioni AirSAR e SIR-C/X-SAR permisero di studiare la capacità di penetrazione in relazione a lunghezza d'onda e polarizzazione. Analisi di immagini e studi di terreno condotti in Egitto (Schaber et al., 1997), Arabia (Dabbagh et al., 1997), Arizona (Schaber, 1999; Schaber and Breed, 1999) e Israele (Blumberg et al., 2004) dimostrarono che le lunghezze maggiori penetrano più in profondità nella sabbia. Le polarizzazioni HH e VV hanno capacità di penetrazione simile ma leggermente inferiore rispetto alle polarizzazioni incrociate. I dati co-polarizzati sono più sensibili alla ruvidità della superficie mentre la polarizzazione incrociata risponde maggiormente alle caratteristiche tessiturali (Schaber et al., 1997). Schaber and Breed (1999) indicano le massime profondità di penetrazione della sabbia per le bande X, C, L e P rispettivamente a 0,25 m, 0,52 m, 2,07m and 5,87 m. Secondo studi di Dabbag et al. (1997) in Arabia, la banda L può penetrare fino a 4m. Questo valore più elevato potrebbe dipendere dal minor condenuto di ossidi di Ferro. Infatti secondo Matzler (1998) la capacità di penetrazione è inversamente proporzionale alla presenza di ossidi nella sabbia. Anche le argille possono assorbire o attenuare il segnale radar (Schaber et al., 1986; 1997).
La restituzione di informazioni subsuperficiali necessita una topografia relativamente pianeggiante e strutture sepolte con elevato backscatter. Le condizioni migliori si avrebbero con elevati angoli di incidenza poichè permetterebbero una maggiore rifrazione (Elachi and Granger, 1982) ed in sabbie asciutte a grana fine con spessori di pochi metri (McCauley et al., 1982; Blom et al., 1984.; Schaber et al., 1986; Schaber and Breed, 1998; Schaber, 1999). Tuttavia Farr et al. (1986) e Blumberg et al. (2004) osservano capacità di penetrazione anche in regioni non iperaride. Misure di laboratorio di Williams e Greely (2001) mostrano l'attenuazione del segnale radar in relazione all'umidità della sabbia: con il 10,7% di umidità l'attenuazione per la banda L è inferiore a 10 dB/m mentre per le bande X e C raggiunge rispettivamente 320 dB/m e 130 dB/m.
Recentemente, grazie al progetto SaharaSAR che si prefigge lo studio del Sahara orientale con immagini JERS in banda L (Paillou and Rosenqvist, 2003a,b), sono stati individuati paleocanali, strutture tettoniche e crateri d'impatto in Libia sud-orientale (Paillou et al., 2003a,b; Paillou et al., 2004).

(>>> pagina dei riferimenti bibliografici)



>>> Radar investigation in SW Libya


Sommario

Cenni di cartografia e GIS
 - La scala
 - Proiezioni e crs
 - Dati raster e vettoriali
 - Immagini digitali raster
 - Riferimenti spaziali

Principi di telerilevamento
 - Telerilevamento e onde elettromagnetiche
 - Radiazione riflessa
 - Infrarosso termico
 - Radar

Ricerca e uso dei dati
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   (- Accesso ai dati Sentinel-1)












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Luglio 2015
Alessandro Perego