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Un aereo da ricognizione
Storia dell’osservazione della Terra
 
Fotografie aeree
 
Durante la Prima Guerra Mondiale, velivoli spia sorvolavano le forze nemiche per osservare i movimenti delle truppe. Con l’impiego di normali macchine fotografiche montate sugli aerei, nacquero i precursori dei sistemi moderni di telerilevamento. Dalle fotografie si riusciva a osservare la posizione e l’entità delle forze nemiche.

Durante la Seconda Guerra Mondiale, la tecnica si affinò ulteriormente. Come parte dei preparativi allo sbarco in Normandia (D-day), furono impiegate fotografie aeree per creare mappe delle condizioni del mare lungo la costa e identificare i luoghi più idonei allo sbarco. Misurando le onde vicino alla costa fu possibile determinarne la lunghezza e calcolare quindi la profondità dell’acqua. Furono adottati anche filmati ad infrarossi per identificare la vegetazione fogliare e distinguerla da eventuali reti mimetiche.

Gli anni 60 videro lo sviluppo di pellicole sensibili alle lunghezze d’onda, utilizzate per mappare aspetti come le diverse tipologie di vegetazione.

Di pari passo continuò anche lo sviluppo di altre tecnologie di telerilevamento. Furono condotti esperimenti di creazione di mappe tramite sistemi radar a bordo di aerei. TIROS 1, il primo satellite meteorologico, fu lanciato in orbita nel 1960. Forniva all’Ufficio meteo statunitense (US Weather Bureau) immagini giornaliere delle formazioni di nubi ed ha rappresentato una pietra miliare nella storia delle previsioni meteorologiche.

Lo sviluppo della tecnologia di telerilevamento non fotografica progredì rapidamente dopo che il primo satellite cartografico LANDSAT 1 fu messo in orbita nel 1972; era dotato di un nuovo tipo di sensore, uno scanner multispettrale (MSS). Con questa nuova tecnologia, i dati erano prodotti in forma di matrici corologiche digitali che consentivano miglioramenti sostanziali nell’elaborazione delle immagini.  
 
Satellite with multispectral scanner
Via satellite con scanner multispettrale
Scanner multispettrali
 
Lo scanner è oggi uno strumento molto importante nel telerilevamento. Si usa a terra, su aerei e satelliti. I rivelatori su ogni scanner sono progettati per ricevere la radiazione in canali specifici. Il numero di canali, la loro ampiezza e il posizionamento nello spettro elettromagnetico variano per ogni sensore, il che determina caratteristiche differenti in termini di risoluzione spettrale e spaziale. Queste combinazioni di fattori determinano l’uso più idoneo delle immagini prodotte del sensore.

A destra è mostrato un diagramma di uno scanner in un satellite in rotazione. La radiazione proveniente dall’area sottoposta a scansione sulla Terra colpisce uno specchio e da qui attraversa un filtro ottico che separa le varie lunghezze d’onda. La radiazione filtrata colpisce rivelatori di diversa sensibilitá, ognuno dei quali misura la quantità di radiazione nel particolare canale. Il risultato di questa misurazione fornisce un numero che quantifica l’entità di radiazione in ogni canale, il che significa che lo scanner registra dati digitali. Per ogni area sottoposta a scansione viene fornito un numero per ogni canale dando vita a una matrice corologica. Se vengono considerati nel loro insieme tutti i numeri di tutti i canali, la loro rappresentazione costituisce la firma spettrale dell’area sottoposta a scansione.

Lo specchio riflette la radiazione proveniente da un’area quadrata sulla superficie della Terra. Sia le dimensioni dell’area sottoposta a scansione, sia la risoluzione spaziale dipendono dalle ottiche del satellite.

Il satellite ruota e contemporaneamente si muove avanzando nella sua orbita. Per ogni rotazione viene effettuata la scansione di una nuova linea sulla Terra. Dato che il satellite si sposta lungo la sua traiettoria, un meccanismo di apertura assicura che la luce sia ammessa ed esclusa in base a un modello fissato, in modo che le linee di scansione siano divise in aree di esplorazione. Così facendo si raccolgono dati per una matrice corologica. I numeri nella matrice, i dati digitali, sono trasmessi alle stazioni di Terra mediante comunicazione radio standard.

Nella scansione a barretta di rivelatori una serie lineare di rivelatori viene orientata perpendicolarmente alla direzione di movimento. I satelliti che fanno uso della scansione a barretta di rivelatori non sono in rotazione e quindi la serie di rivelatori individua la matrice corologica mentre il satellite si sposta lungo la sua traettoria.

I satelliti militari più avanzati sono in grado di esplorare aree di 10cm per 10cm o persino aree più piccole. L’effettiva risoluzione spaziale è segreta, ma è sufficiente ad individuare dettagli piccolissimi, per esempio persone, veicoli e piccole installazioni.

Il satellite meteorologico Meteosat ha una risoluzione di 5 per 5 km. I dettagli visibili sono pochi ma sufficienti per ottenere una scansione completa di un emisfero in una singola immagine.
 
 
Hubbard glacier in the southeast of Alaska
Ghiacciaio Hubbard in Alaska sud-est
Sensori radar
 
Un sensore radar emette la radiazione che poi registra in via finale e per cui viene classificato come sensore attivo. I sensori passivi, al contrario, dipendono dalla ricezione di luce del sole riflessa o dalle emissioni dell’infrarosso termico. Esempi di questi sistemi passivi sono i sensori multispettrali presentati nella sezione precedente.

In termini più semplici, il sensore radar spedisce impulsi di energia verso la superficie della Terra. Una porzione dell’energia viene riflessa e torna come segnale 'eco'. La forza dell’'eco' di ritorno dipenderà dal livello di scabrosità e umidità della superficie e dal grado / orientamento dell’inclinazione in rapporto al raggio del radar. Il ritardo dell’'eco' rivela la distanza dalla superficie riflettente.

L’emissione di impulsi radar richiede notevoli sforzi in termini di alimentazione del satellite il che, di conseguenza, determina costi molto elevati e genera difficoltà. In ogni caso, il potenziale che porta con sé la tecnologia radar è molto grande e vengono investite notevoli risorse nel suo continuo sviluppo.

I sensori radar sfruttano l’energia emessa a lunghezze d’onda più lunghe in grado di penetrare nubi e foschia con efficacia e di acquisire immagini di notte. Ciò conferisce un significativo vantaggio ai sensori radar rispetto ai satelliti passivi che sono intralciati dalle nubi e richiedono la luce del sole per acquisire immagini dettagliate.

I sistemi che funzionano con sensore radar sono montati sia su velivoli sia su satelliti. Le loro immagini possono rivelare dettagli topografici e se la stessa area è rilevata da due diverse angolature consentono di calcolare anche la distanza dell’oggetto dal satellite e, quindi, la sua altezza sul livello del mare (interferometria). Questi dati si possono poi utilizzare nella cartografia tridimensionale. Tali modelli del terreno si usano, per esempio, nel sistema di comando dei missili in grado di trovare da soli il percorso verso l’obiettivo. Il sistema di comando del missile è in grado di confrontare il terreno sorvolato con il modello del terreno installato e in questo modo può navigare automaticamente verso l’obiettivo. I dati si possono utilizzare per molti altri scopi, per esempio nella valutazione degli effetti di un’inondazione.
 
 

 


 
 
 
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