Background sui radar

L’iniziale sviluppo dei principi che stanno alla base della produzione di immagini tramite il radar si può far risalire a Carl Wiley della Goodyear Aircraft Corporation nel Giugno del 1951. Le prime immagini radar prodotte da un velivolo furono realizzate da un gruppo dell’Università dell’Illinois l’8 Giugno 1953. Le successive ricerche della Goodyear Corporation e dell’Università del Michigan apportarono significativi miglioramenti alla risoluzione delle immagini radar prodotte in volo. Questa nuova tecnologia fu inizialmente apprezzata per le sue applicazioni militari e fu classificata fino dal 1964. Il primo progetto non militare per produrre immagini radar venne realizzato nel 1968 dalla Westinghouse Electric Corporation and Raytheon. La provincia centro americana di Darien fu completamente ripresa e ciò non era mai stato realizzato prima a causa della costante coltre di nubi su quella zona.

Tipicamente il radar misura l’ampiezza e il tempo che un segnale impiega nel raggiungere un obiettivo e nel tornare indietro. L’antenna del sistema radar trasmette e riceve alternativamente impulsi ad una particolare lunghezza d’onda delle microonde (da 1 cm ad 1 m che corrispondono circa a frequenze da 300 Mhz a 30 GHz) e con una particolare polarizzazione (onde polarizzate su un singolo piano verticale o orizzontale). Un sistema radar per produrre immagini, trasmette circa 1500 impulsi ad alta potenza al secondo verso l’obiettivo o la zona sotto osservazione, ed ogni impulso ha una durata di circa 10-50 micro secondi. L’impulso normalmente copre una piccola banda di frequenze, centrate sulla frequenza di lavoro del radar. Tipiche bande per questo tipo di applicazioni vanno dai 10 ai 200 MHz. Sulla superficie terrestre l’energia dell’impulso radar viene reirradiata in tutte le direzioni e una parte di questa energia torna all’antenna trasmittente. Questo segnale torna al radar come un debole eco ed è ricevuto dall’antenna con una particolare polarizzazione (orizzontale o verticale, non necessariamente la stessa di quella usata in trasmissione). Queste eco vengono poi convertite in dati digitali e registrati su nastro per poi essere in seguito rielaborati per produrre immagini. Dato che l’impulso radar viaggia con la velocità della luce, il tempo impiegato dal segnale per andare e tornare può essere usato per calcolare la distanza dell’oggetto illuminato. La larghezza dell’impulso scelta determina la risoluzione con cui viene effettuata questa misura nella direzione cross-track. Bande più larghe implicano risoluzione maggiore in questa dimensione.

Questi radar viaggiano naturalmente lungo la direzione di volo e l’area illuminata viene coperta all’interno di una striscia o "impronta a terra". La lunghezza dell’antenna radar determina la risoluzione nella direzione azimuthale (along-track). Tanto più è lunga l’antenna tanto più aumenta la risoluzione along-track. I Radar ad Apertura Sintetica (SAR) fanno riferimento ad una particolare tecnica con la quale si ricevono gli eco radar mentre l’antenna si muove lungo la sua linea di volo. L’apertura è l’area usata per collezionare l’energia riflessa, per esempio l’antenna. Una apertura sintetica è realizzata muovendo una apertura reale, o un’antenna, attraverso una serie di posizioni lungo un percorso di volo. Mentre il radar si muove un impulso è trasmesso da ogni posizione; gli eco che tornano indietro vengono poi registrati. Dato che il radar si sta muovendo rispetto alla terra gli eco che si ricevono sono influenzati dall’effetto Doppler (positivo o negativo a seconda che ci si stia allontanando o avvicinando ad un oggetto). Confrontando le frequenze Doppler ricevute con una frequenza di riferimento si può mettere a "fuoco" il segnale ricevuto su un singolo punto, aumentando effettivamente la lunghezza dell’antenna che sta illuminando quel particolare punto in quel momento. Questa operazione di "messa a fuoco" è comunemente nota come elaborazione SAR.

Interazione delle microonde in banda L, C, X, con zone forestali