Courtesy of NASA/JPL

L'attività coordinata dall'IROE-CNR vede la partecipazione di gruppi di ricerca delle seguenti istituzioni: ITIS-CNR, Matera, IESI-CNR Bar, Dipartimento di Fisica, Università di Firenze, Massachusetts Institute of Technology (USA), Centre d'Etudes Spatiales de la Biosphère (France).

La ricerca mira a valutare gli effetti delle caratteristiche superficiali del terreno sul segnale SAR e sul profilo altimetrico ottenuto dalla misura interferometrica. E' noto che l'interazione del segnale a microonde con il terreno coinvolge sia scattering superficiale che volumetrico e che sia l'ampiezza che la fase del segnale retrodiffuso dependono dalle caratteristiche geometriche e dielettriche delle superfici investigate. Molto lavoro è stato fatto per correlare l'ampiezza del segnale al tipo di superficie osservata, mentre si hanno solo poche informazioni circa l'influenza delle caratteristiche superficiali sulla fase e sulla coerenza del segnale SAR interferometrico. D'altra parte, sulla base delle conoscenze acquisite, ci aspettiamo che variazioni geometriche (come la rugosità superficiale) e dielettriche (indotte dall'umidità del terreno) delle superfici osservate dal SAR influenzino il segnale interferometrico. L'obiettivo della ricerca è quindi quello di valutare il contributo delle misure di coerenza e fase interferometrica alla classificazione del territorio, alla stima dei parametri bio-fisici delle superfici ossservate e alla valutazione della penetrazione nelle aree vegetate per ridurre l'errore nella misura altimetrica.

Le aree di "test"

Le aree di test saranno Matera (Italia meridionale), Montespertoli (Italia centrale) e Aurade (Francia meridionale). In tutte queste aree si sono già svolti esperimenti con vari sistemi SAR (AIRSAR, SAR 580, ERS-1/2, JERS-1), per cui si ha a disposizione un 'ampia serie di dati sia di telerilevamento che di "verità a terra".

Il sito di Matera, lo stesso usato per l'esperimento di calibrazione, è un'area agricola coltivata principalmente a grano e dove, in inverno, sono presenti molti campi nudi con diverse condizioni di rugosità superficiale. L'area di Montespertoli, vicino a Firenze, è costituita dal bacino del fiume Pesa con il suo piccolo affluente Virginio. Essa è rappresentativa delle condizioni climatiche, litologiche e vegetative tipiche di molte zone agricole in Italia centrale. Sono presenti colture agricole di vario tipo, comprese vigne e oliveti ed anche boschi naturali. Infine Aurade, il sito francese che si trova a circa 30 Km a ovest di Toulouse, è anch'esso una regione agricola caratterizzata da terreno ondulato.

In tutte queste aree verranno effettuate, in concomitanza con la missione, le seguenti misure:

• classificazione delle colture e delle foreste
• umidità e rugosità superficiale del terreno
• biomassa lignea dei boschi
• parametri bio-metrici delle colture agricole presenti

Fig. 1 - Immagine SAR dell'area di Montespertoli ottenuta con la composizione delle band P-, L- e C in polarizzazione HV.

Modellistica elettromagnetica

Al fine di consentire un'intepretazione fisica dei dati SAR interferometrici, è stato sviluppato un modello coerente ad elementi discreti che predice il backscattering, la coerenza e la posizione del centro di fase interferometrico nel caso di osservazioni di aree vegetate. Nel modello si sommano coerentemente i campi diffusi dai singoli scatteratori (dischi per simulare le foglie e cilindri per simulare steli e tronchi) e si calcola l'attenuazione mediante l'approssimazione di Foldy. Vengono considerati tutti i contributi di scattering singolo diretti dai singoli scatteratori e riflessi dal terreno (Fig. 2) Il modello è stato già testato per simulare la risposta interferometrica del grano e del girasole, assunti come esempi di due colture agricole con caratteristiche molto diverse fra loro.

Fig. 2 - Contributi al backscattering totale considerati nel modello elettromagnetico

Analisi dei Dati e risultati attesi

 I dati ottenuti sia da X-SAR che da SIR-C saranno in primo luogo sfruttati per una stima delle altitudini che verranno poi confrontate con le misure GPS e con i DEM disponibili sulle aree di test. In secondo luogo, i dati interferometrici (ampiezza, coerenza e fase) ottenuti da X-SAR (e, se disponibili, da SIR-C) serviranno ad identificare il tipo di risposta dei vari tipi di superficie al segnale radar interferometrico mediante relazioni statistiche ed a confrontare le simulazioni con i dati sperimentali. In particolare si prevede di stimare la penetrazione in foresta e in altri tipi di vegetazione utilizzando la misura interferometrica ed il modello elettromagnetico.

Fig. 3 - Esempio di classificazione dell'area di Montespertoli ottenuta da dati AIRSAR polarimetrici multifrequenza (alto) confrontato con verità a terra (basso)