L’Interferometria SAR e le tecniche proprietarie di TRE

Le tecniche avanzate di rilevamento da satellite degli spostamenti della superficie terrestre sono note come interferometria SAR (InSAR).

I sistemi radar coerenti e, nello specifico, i radar di tipo SAR (Synthetic Aperture Radar) sono in grado di misurare la distanza tra il sensore e un bersaglio a terra, registrando il tempo intercorso tra l’emissione dell’onda elettromagnetica e la ricezione del segnale retro-diffuso dal bersaglio stesso. Grazie alla loro periodicità di acquisizione, i dati SAR forniscono misure ripetute della distanza sensore-bersaglio lungo la direzione di vista del satellite (LOS). Il confronto della distanza, misurata in istanti di tempo diversi, consente di mettere in luce eventuali spostamenti dei bersagli al suolo.

La tecnica convenzionale per lo studio dei dati SAR è l’interferometria differenziale (DInSAR) e si basa sul confronto tra due immagini distinte, acquisite sulla stessa area di interesse. Essa tuttavia risente di alcuni effetti che riducono, o addirittura compromettono, la qualità dei risultati.

Grazie al Politecnico di Milano, che ha sviluppato e brevettato l’algoritmo PSInSAR™ nel 1999, è nata una seconda generazione di tecniche interferometriche, conosciute come Pesistent Scatterer Interferometry (PSI).  le tecniche PSI rappresentano una significativa evoluzione rispetto all’interferometria convenzionale.

In particolare, la tecnica PSInSAR™, che è stata concessa in licenza esclusiva a TRE, sfrutta tutte le acquisizioni disponibili su una stessa area di interesse per individuare quei bersagli a terra (i Permanent Scatterers o PS) , che mantengono inalterate nel tempo le proprie caratteristiche elettromagnetiche. Per ciascuno di essi è possibile così ricostruire le velocità medie e la serie storica di spostamento nell’intervallo di tempo analizzato, con precisione millimetrica. 
I PS corrispondono tipicamente a edifici, rocce esposte e altri rilevati. La densità dei punti di misura dipende dalla tipologia di area d’interesse e di terreno: il tessuto urbano presenta densità solitamente elevate di punti di misura (>100 PS/km²).

A distanza di dieci anni dal brevetto PSInSAR™, TRE ha sviluppato un nuovo algoritmo proprietario, SqueeSAR™, che rappresenta un ulteriore traguardo nel campo dell’interferometria e una soluzione avanzata per il monitoraggio di tutte le aree extra-urbane, dove la densità delle misure PS può talvolta risultare non soddisfacente. L’innovazione consiste nell’aver individuato una nuova famiglia di “bersagli” monitorabili da satellite, i cosiddetti Distributed Scatterer o DS, che si vanno ad aggiungere ai PS.

I dati, in un immagine radar, provengono da bersagli di varia natura a terra, pertanto le caratteristiche elettromagnetiche possono variare significativamente anche tra pixel adiacenti di una stessa immagine.  E’ possibile classificare i pixel dell’immagine in due famiglie di bersagli: i bersagli puntiformi, che caratterizzano un solo pixel, o al più pochi altri pixel ad esso connessi, e i bersagli distribuiti, che caratterizzano tutto un gruppo di pixel, e che generano caratteristiche pressoché identiche del segnale radar riflesso. I primi rappresentano i già noti PS, mentre i secondi costituiscono la nuova famiglia dei DS.
A differenza di un target puntiforme, dove l’energia retro-diffusa verso il sensore risulta elevata e concentrata in un’area molto ridotta, l’intensità dell’eco radar per un pixel appartenente a un DS è solitamente meno forte, perché manca un bersaglio dominante. D’altra parte, l’utilizzo congiunto di tutti i pixel appartenenti al DS permette di ridurre il rumore presente nei dati, migliorando in modo significativo la qualità della stima, tanto che le serie storiche di movimento di un DS appaiono meno rumorose.
Esempi di target distribuiti, che possono beneficiare del nuovo approccio SqueeSAR™, sono le aree detritiche, i campi non coltivati, le aree desertiche non sabbiose.

E’ importante sottolineare come il nuovo approccio di analisi contenga in sé anche la catena di processing delle misure PS. Questo significa che i PS continueranno a esistere accanto ai DS. Quindi più misure e maggiore informazione per tutte quelle aree finora non accessibili al monitoraggio satellitare.



SqueeSAR™  in breve:

• Punti di misura al suolo: PS e DS
• Elevata densità di punti di misura in ambito urbano (PS)
• Elevata densità di punti di misura in ambito extra-urbano (PS e DS)
• Serie storiche fornite per ciascun punto di misura al suolo (PS e DS)
• Misure di spostamento con precisione millimetrica
• Valori di deviazione standard sulle serie storiche ridotti – la coerenza aumenta e  il rumore diminuisce
• Maggiore comprensione dei fenomeni di spostamento superficiale grazie ad un aumento della copertura  dei punti misura – specialmente significativo nel caso di frane, aree rocciose e detritiche e, genericamente, aree a bassa riflettività