Guido MASIELLO | Tecniche SAR per Osservazioni della Terra

Italiano

Il corso si pone come obiettivo generale quello di introdurre i concetti base del telerilevamento da satellite e presentare le caratteristiche fondamentali dei sistemi radar ad apertura sintetica (SAR) usati ampiamente per applicazioni di telerilevamento ambientale. Pertanto, saranno illustrati sia i processi di elaborazione che di analisi dei dati da SAR. Inoltre, si studieranno applicazioni quali l’Interferometria SAR, la change detection e la classificazione di bersagli e della scena di interesse. Saranno altresì mostrate le principali tecniche per l’osservazione della terra. Il corso si pone anche l’obiettivo di consentire allo studente di acquisire le metodologie necessarie per affrontare problemi relativamente all’utilizzo di immagini SAR a scopi di telerilevamento e monitoraggio ambientale (ad esempio variazioni dovute a terremoti, frane, incendi, etc).

Conoscenza e capacità di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper affrontare le problematiche relative all'uso di sistemi SAR in funzione delle diverse applicazioni di telerilevamento ambientale richieste attualmente dalle aziende del settore e dal mondo accademico.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di applicare le conoscenze acquisite tramite un semplice elaborato a fine corso che fa riferimento a un caso di studio reale.

Autonomia di giudizio: Lo studente, a fine corso, dovrebbe essere capace di scegliere in autonomia le problematiche da affrontare e le metodologie SAR da sfruttare al riguardo.

Abilità comunicative: Lo studente deve essere capace di comunicare i risultati delle sue analisi in maniera concisa ed efficace.

Capacità di apprendimento. Lo studente, a fine corso, dovrebbe essere capace di modulare le sue capacità di apprendimento relativamente all'insegnamento in questione, essendo capace di scegliere/selezionare dati, metodologie da applicare per analisi ambientali tramite sistemi SAR di nuova e futura generazione.

Il corso richiede una solida preparazione relativa ai seguenti insegnamenti:

• Fisica
• Analisi Matematica

È inoltre auspicabile aver seguito e superato l'insegnamento di:

• Telerilevamento

Concetti preliminari sulla propagazione delle onde. Principi di funzionamento del radar. Principio di funzionamento del radar ad apertura sintetica (SAR). Elaborazione e analisi di immagini SAR. Interferometria SAR per la generazione di mappe di elevazione del terreno e mappe di deformazione del suolo. Change detection e classificazione. Tecniche di osservazione della terra.

Argomenti 1, 2 e 9 (8 ore lezione + 11 esercitazione) – Prof. Guido Masiello

Argomenti da 3 a 8 e 10 (24 ore di lezione + 11 ore di esercitazione) – Prof. Luca Pallotta

Parte di concetti preliminari: Richiami di Elettromagnetismo: Equazioni di Maxwell e Onde elettromagnetiche. Propagazione delle Onde. Riflessione, Rifrazione e Dispersione della luce. Interferenza e Diffrazione. Polarizzazione. Effetto Doppler. Legge della radiazione di Planck. Spettro della radiazione elettromagnetica (6 ore).

Esercitazione: introduzione al Matlab; esercizi in ambiente Matlab riguardanti la parte di concetti preliminari; formato dei dati usati per il telerilevamento; gestione dei file con Matlab (11 ore).

Introduzione al radar: principio di funzionamento del radar, concetti introduttivi ed equazione radar. Radar cross section (RCS). (4 ore).

Esercitazione: studio dell’equazione radar in Matlab, calcolo della RCS di bersagli di interesse. (2 ore).

Elaborazioni SAR: introduzione al radar ad apertura reale (RAR) e radar ad apertura sintetica (SAR). Risoluzione nei sistemi RAR. Segnale chirp e compressione dell’impulso. Principio di funzionamento del SAR e focalizzazione delle immagini (algoritmo Doppler beam sharpening). Risoluzione nei sistemi SAR. Modalità operative dei sistemi SAR (stripmap, spotlight, scansar). Effetto di speckle e filtraggio multi-look. Problemi di distorsione geometrica delle immagini SAR (10 ore).

Esercitazione: compressione di immagini SAR in Matlab. Filtraggio anti-speckle in Matlab. (2 ore).

Interferometria SAR: coregistrazione di immagini SAR. Interferometria SAR (calcolo della fase interferometrica, rimozione del contributo di terra piatta, phase unwrapping, mappa di coerenza). Generazione di mappe di elevazione del terreno (DEM) e di mappe di deformazione del suolo (DInSAR). (4 ore)

Analisi di immagini SAR ed applicazioni: Analisi ed interpretazione delle immagini SAR. Change Detection. Cenni alla classificazione automatica di bersagli, matrice di confusione, algoritmi di tipo template matching ed estrazione di feature, principali classificatori. Cenni alla segmentazione e classificazione delle immagini SAR. (6 ore).

Panoramica tecniche di OT (osservazione della terra): cenni su telerilevamento con sistemi ottici attivi e passivi. Il programma Copernicus: il sistema di OT della Comunità Europea. (2 ore).

Esercitazione: utilizzo di strumenti software per l'elaborazione di immagini SAR e la generazione di interferogrammi. Esperimenti condotti con gli studenti con dati SAR reali. (7 ore).

Lezioni frontali con ausilio di videoproiezioni (32 ore) ed esercitazioni con l’utilizzo di Mathworks Matlab e di altri software specifici per le elaborazioni di immagini SAR (22 ore).

Gli studenti, suddivisi in gruppi da 2 o 3 persone, dovranno preparare un elaborato su un argomento concordato col docente che comprenda elaborazioni da immagini SAR mediante strumenti software studiati durante il corso.

Per sostenere l’esame è necessario consegnare l’elaborato progettuale entro la scadenza comunicata negli avvisi di prove d’esame (tipicamente 1 settimana).

L’esame consiste in una prova orale suddivisa in due parti:

• la prima parte consiste nella discussione dell’elaborato progettuale ed è tesa a valutare il grado di maturità ed autonomia nell’affrontare problemi applicativi nell’ambito delle elaborazioni SAR per l’osservazione della Terra, nonché le capacità di presentare in modo chiaro e sintetico il lavoro svolto;
• nella seconda parte sarà valutata la capacità di collegare e confrontare gli argomenti trattati durante il corso.Il voto finale sarà determinato sulla base della correttezza e della profondità dell’elaborato, nonché sulla capacità di esporlo in maniera chiara ed esaustiva, e dell’accertamento della capacità di collegare e confrontare argomenti e metodologie apprese.

I criteri con cui saranno attribuiti i punteggi finali sono qui elencati:

• 18-21 Sufficiente - La conoscenza degli argomenti di base dei contenuti dell’insegnamento.
• 22-24 Buono - La conoscenza di tutti gli argomenti e capacità di collegare i contenuti dell’insegnamento.
• 25-27 Distinto - La conoscenza di tutti gli argomenti e capacità di collegare i contenuti dell’insegnamento con una buona padronanza di linguaggio tecnico.
• 28-30 Ottimo - La conoscenza di tutti gli argomenti e capacità di collegare i contenuti dell’insegnamento con una ottima padronanza di linguaggio tecnico.
• La lode si consegue se, raggiunta la votazione di 30, l’elaborato progettuale dimostra un elevato grado di autonomia.

1. Slide fornite dai docenti.
2. Scheer, J., and Holm, W. A. “Principles of Modern Radar”. M. A. Richards, and W. L. Melvin (Eds.). SciTech Pub. 2010.
3. M. A. Richards. “Fundamentals of Radar Signal Processing”. Tata McGraw-Hill Education, 2005.
4. B. R. Mahafza, “Radar Systems Analysis and Design Using MATLAB”, CRC press, 2002.
5. Radar tutorial, http://www.radartutorial.eu/
6. Moreira, A., Prats-Iraola, P., Younis, M., Krieger, G., Hajnsek, I., & Papathanassiou, K. P., “A Tutorial on Synthetic Aperture Radar”, IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine, 1(1), 6-43, 2013.
7. GUIDE, Scientific SAR User’s. Alaska SAR Facility Scientific SAR User’s Guide. Analyst, 1993.
8. P. Tait, “Introduction to Radar Target Recognition”, IET Publishing, Vol. 18, 2005.
9. G. W. Stimson, “Airborne Radar”, New Jersey: SciTech, 317-322, 1998.
10. M. J. Canty “Image Analysis, Classification, and Change Detection in Remote Sensing: With Algorithms for ENVI/IDL”, CRC Press, Boca Raton, 2009

Nella prima lezione il docente illustrerà obiettivi e programma del corso. Fornirà, inoltre, agli studenti tutte le informazioni riguardanti le modalità di erogazione del corso e di verifica delle conoscenze. Tutte le informazioni e il materiale didattico di supporto allo studio saranno comunque reperibili nella classroom del corso.

Il ricevimento studenti può avvenire presso lo studio dei docenti nei giorni indicati in presenza presso il campus di Macchia Romana, Scuola di Ingegneria.

In alternativa, il ricevimento può essere effettuato anche in giorni e orari diversi sia in presenza che telematicamente mediante l’utilizzo di Google Meet concordando data e ora preventivamente col docente.

È comunque possibile chiedere spiegazioni sia prima che subito dopo il termine della lezione stessa.

23/01/2026; 26/02/2026; 13/04/2026; 11/05/2026; 22/07/2026; 16/09/2026; 14/12/2026.

Si ricorda che l'iscrizione all'appello d'esame deve essere effettuata tramite ESSE3. Inoltre, le date di esame potrebbero subire variazioni. Pertanto, si invitano gli studenti a monitorare ESSE3.

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