Capitolo 1 Introduzione
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Capitolo 1
Introduzione
La tecnologia SAR (Synthetic Aperture Radar) rappresenta uno strumento unico nel campo del Telerilevamento perché consente la realizzazione di sensori capaci di osservare in maniera continuativa fenomeni dinamici come le correnti oceaniche, l’evolversi delle regioni antartiche o le variazioni nella distribuzione della vegetazione.
Il suo impiego in ambito civile non è stato il primo obiettivo della ricerca scientifica. I primi studi furono intrapresi all’inizio degli anni ’50 nel momento in cui ci si rese conto che i sistemi radar potevano essere impiegati con successo a bordo di sistemi aeromobili. Alcune tra le prime applicazioni significative di questa tecnica furono di interesse militare, come la scoperta e l’inseguimento di bersagli mobili, ma le potenzialità di questi strumenti per le applicazioni scientifiche, come sistemi di Telerilevamento per lo studio a distanza del comportamento dell’ambiente naturale, vennero largamente riconosciute.
In passato molti sensori ad alta risoluzione per la rilevazione di immagini erano di tipo passivo (come i radiometri) e sensibili al flusso di potenza irradiata dalle superficie terrestre. L’evoluzione di tali sistemi fu il Radar, dispositivo attivo che lavora trasmettendo un fascio di radiazione elettromagnetica nella regione delle microonde; furono subito evidenti i vantaggi operativi rispetto alle precedenti tecnologie.
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effettuate da Carl Wiley nel Giugno del 1951, il quale mostrò che tramite un’analisi spettrale del segnale ricevuto da un sistema radar di tipo coerente, era possibile elevare la risoluzione spaziale dell’immagine radar, senza bisogno di intervenire drasticamente sulle dimensioni fisiche dell’antenna. Trascorsero sette anni prima che le intuizioni di Wiley potessero concretizzarsi nella progettazione del primo sistema SAR aviotrasportato da parte del Dipartimento della Difesa Americano. Tale tecnologia rimase appannaggio del mondo militare fino al 1964.
Soltanto nel 1968 fu realizzato dalla Westinghouse Electric Corporation il primo progetto non militare che impiegasse la tecnologia SAR.
La grande potenzialità di questo sistema risiede nella sua capacità di funzionare nel campo delle microonde, cosa che lo rende operativo giorno e notte. Inoltre le nubi, la nebbia, le precipitazioni non producono effetti significativi sul suo funzionamento, quindi il SAR non risente della variabilità delle condizioni meteorologiche.
Il risultato è uno strumento capace di effettuare un’osservazione continua di fenomeni naturali dinamici. Con particolare riferimento all’analisi delle immagini SAR di scenari marini, è da rilevare come un ruolo di fondamentale importanza sia da attribuire al modello della superficie del mare che è direttamente collegato al modello dello spettro marino.
Molti sono i modelli utilizzati in letteratura per descrivere il fenomeno di scattering di superficie, dai modelli deterministici a quelli casuali; il passo intermedio è rappresentato dalle superfici frattali.
Una moltitudine di fenomeni naturali come i contorni di una nube, le geometrie di una foglia o un particolare profilo costiero possiedono una complessità geometrica difficilmente caratterizzabile tramite la geometria classica, che solitamente si dedica allo studio di forme molto regolari e ben definite. Proprio per descrivere in modo più dettagliato questa irregolarità presente in natura si ricorre all’uso della geometria frattale, abile soprattutto nella descrizione dell’auto-similarità di alcune forme ovvero della proprietà di avere lo stesso aspetto a qualunque ingrandimento.
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L’idea di modellare le immagini SAR di scenari naturali tramite i frattali, nasce da studi condotti negli ultimi anni in cui si dimostra che il comportamento frattale della superficie marina viene in qualche modo conservato nell’eco elettromagnetico del segnale radar.
Nel presente lavoro di tesi, dopo aver preso in considerazione i principali modelli frattali proposti in letteratura per la modellizzazione delle superfici naturali, verrà proposto (Cap 4) un modello in grado di rappresentare lo spettro delle immagini SAR come composizione degli effetti dovuti al contributo di rumore (dovuto al sistema di acquisizione ed alle elaborazioni da esso effettuate) ed all’informazione vera e propria relativa alla variazione di altezza presente sulla superficie marina. Per la modellizzazione del contenuto informativo relativo al mare verrà mostrato come il modello di tipo Weierstrass sia il più duttile nella rappresentazione delle proprietà caratteristiche del mare.
Tramite l’analisi dei dati reali (Cap 5) sarà validata, dal punto di vista sperimentale, la scelta del modello Weierstrass combinata con la stima del rumore ed alla sua successiva riduzione.
