Interferometria Differenziale Radar ad Apertura Sintetica

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Terremoti, frane, eruzioni vulcaniche o, più in generale, fenomeni di deformazione della superficie terrestre, possono essere monitorati grazie all’uso di sensori  Radar ad Apertura Sintetica (SAR).

Il SAR è in grado di rivisitare la stessa area ad intervalli regolari, fornendo informazioni ad altissima risoluzione spaziale della scena osservata. Nel caso dei satelliti ERS 1/2 ed ENVISAT dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), attivi dal 1992 il tempo di rivisitazione stabilito è ogni 35 giorni, per i sensori invece di nuova generazione come ad esempio la costellazione Cosmo SKY-Med, tale intervallo si è ridotto ad 8 giorni. Utilizzando la tecnica denominata Interferometria Differenziale SAR (DInSAR), in cui si confrontano (si fanno “interferire”) due immagini acquisite da posizioni leggermente differenti (baseline spaziale) e in tempi diversi (baseline temporale) è possibile ottenere immagini tridimensionali della superficie terrestre, misurandone anche la topografia. Se qualcosa è cambiato, nell’intervallo di tempo tra le due acquisizioni, ossia se si rileva una deformazione del terreno tra i due passaggi successivi del sensore, questa viene visualizzata mediante una serie di strisce colorate, le cosiddette frange di interferenza o interferogramma.  Le onde elettromagnetiche utilizzate sono caratterizzate da una alternanza di creste distanziate di circa 5 cm; questa distanza è la cosiddetta lunghezza d’onda. È proprio “contando” queste creste che il radar riesce a capire a quale distanza si trova l’oggetto che sta osservando. Non solo, se l’oggetto, che può trovarsi anche a centinaia di chilometri di distanza, si sposta di appena qualche centimetro il numero di creste che caratterizzano le onde elettromagnetiche cambierà, consentendo di rilevare e misurare lo spostamento con accuratezza, appunto, centimetrica. 

Le tecniche interferometriche generano non solo le mappe di deformazione del suolo misurata lungo la linea di vista del sensore, ma usufruendo di una serie di immagini (invece di due sole) acquisite nel corso del tempo, consentono di seguire l’evoluzione temporale della deformazione stessa. Per esempio, la misura delle deformazioni del suolo in aree vulcaniche è di estrema importanza in quanto queste sono spesso precursori di eruzioni, o comunque indice di un incremento dell’attività vulcanica. E se si considera che i primi satelliti utilizzabili a tale scopo hanno raccolto dati fin dal 1992, è evidente la possibilità di analizzare con un dettaglio precedentemente impensabile la storia deformativa di un vulcano negli ultimi 19 anni. Tutto questo senza avere alcuna necessità di accedere al vulcano, un ulteriore vantaggio, in caso di crisi eruttiva, rispetto a tecniche più “tradizionali”.

Queste ultime prevedono una raccolta manuale di dati da effettuarsi mediante campagne di misura sul territorio, oppure l’istallazione, in postazioni fisse, di ricevitori GPS del tutto analoghi a quelli dei navigatori satellitari. In entrambi i casi, il numero di punti di misura risulta essere limitato.

Una mappa di deformazione satellitare, invece, permette di coprire aree molto vaste e con una densità di punti di misura molto elevata.


Additional Info

  • Ruch J, Acocella V, Storti F, Neri M, Pepe S, Solaro G, Sansosti E (2010). Detachment depth revealed by rollover deformation: An integrated approach at Mount Etna. Geophysical Research Letters, vol. 37.

  • Manconi A, Walter TR, Manzo M, Zeni G, Tizzani P, Sansosti E, Lanari R (2010). On the effects of 3-D mechanical heterogeneities at Campi Flegrei caldera, southern Italy. Journal of Geophysical Research-Solid Earth, vol. 215.

  • di Bisceglie M, Di Santo M, Galdi C, Lanari R, Ranaldo N (2010). Synthetic Aperture Radar Processing with GPGPU, IEEE Signal Processing Magazine, vol. 27, pag. 69-78.

  • Neri, M., Casu, F., Acocella, V., Solaro, G., Pepe, S., Berardino, P., Sansosti, E., Caltabianco, Lundgren, P., Lanari, R. (2009), Deformation and eruptions at Mt. Etna (Italy): A lesson from 15 years of observations, Geophysical Research Letters, vol. 36, ISSN: 0094-8276, doi: 10.1029/2008GL036151.

  • Fernández, J., Tizzani, P., Manzo, M., Borgia, A., González, P.J., Martí, J., Pepe, A., Camacho, A.G., Casu, F., Berardino, P., Prieto, J.F., Lanari, R. (2009), Gravity-driven deformation of Tenerife measured by InSAR time series analysis, Geophysical Research Letters.

  • Trasatti, E., F. Casu, C. Giunchi, S. Pepe, G. Solaro, S. Tagliaventi, P. Berardino, M. Manzo, A. Pepe, G. P. Ricciardi, E. Sansosti, P. Tizzani, G. Zeni, and R. Lanari (2008), The 2004–2006 uplift episode at Campi Flegrei caldera (Italy): Constraints from SBAS-DInSAR ENVISAT data and Bayesian source inference, Geophysical Research Letters, vol. 35, L073078, doi:10.1029/2007GL033091.

  • Casu, F., Manzo, M., Pepe, A., Lanari R. (2008), SBAS-DInSAR Analysis of Very Extended Areas: First Results on a 60,000 km2 Test Site, IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, vol. 5, no. 3, doi:10.1109/LGRS.2008.916199.

  • Tizzani, P., Berardino, P., Casu, F., Euillades, P., Manzo, M., Ricciardi, G. P., Zeni, G., Lanari, R. (2007), Surface deformation of Long Valley caldera and Mono Basin, California, investigated with the SBAS-InSAR approach, Remote Sensing of Environment Journal, 108, pp. 277-289, doi: 10.1016/j.rse.2006.11.015.

  • Casu, F., Manzo, M., Lanari, R. (2006), A quantitative assessment of the SBAS algorithm performance for surface deformation retrieval from DInSAR data, Remote Sensing of Environment Journal, 102, pp. 195-210, doi: 10.1016/j.rse.2006.01.023.

  • Borgia, A., Tizzani, P., Solaro, G., Manzo, M., Casu, F., Luongo, G., Pepe, A., Berardino, P., Fornaro, G., Sansosti, E., Ricciardi, G. P., Fusi, N., Di Donna, G., Lanari, R. (2005). Volcanic spreading of Vesuvius, a new paradigm for interpreting its volcanic activity. Geophysical Research Letters, 32, L03303, doi:10.1029/2004GL022155.

  • Pepe, A., Sansosti, E., Berardino, P., Lanari, R. (2005). On the Generation of ERS/ENVISAT DinSAR Time-Series via the SBAS technique. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2, 3, pp. 265-269.

  • Bonaccorso A. , Sansosti E. , Berardino P.  (2004). Modelled deformation pattern from terrestrial and satellite geodetic data and observed pattern from SAR for inferring magma storage sources at Mt. Etna during the 1991-93 eruption”, Pure and Applied Geophysics (PAGEOPH), Vol. 161, No.7, May.

  • Lanari R., Zeni G., Manunta M., Guarino S., Berardino P., Sansosti E. (2004) “An Integrated SAR/GIS Approach for Investigating Urban Deformation Phenomena: a case study of the city of Napoli, Italy”, International Journal of Remote Sensing, vol. 25.

  • Lundgren, P., Casu, F. , Manzo, M., Pepe, A., Berardino, P., Sansosti, E., Lanari, R. (2004), Gravity and magma induced spreading of Mount Etna volcano revealed by satellite radar interferometry, Geophysical Research Letters, 31, L04602, doi: 10.1029/2003GL018736.

  • Lundgren, P. Berardino, M. Coltelli, G. Fornaro, R. Lanari, G. Puglisi, E. Sansosti e M. Tesauro (2003). “Coupled magma chamber inflation ad sector collapse slip observed with synthetic radar interferometry on Mt. Etna”, Journal of  Geophysical Research, 108, n. B5, 2247-2262.

  • P. Berardino, M. Costantini, G. Franceschetti, A. Iodice, L. Pietranera, V. Rizzo (2003). “Use of differential SAR interferometry in monitoring and modelling large slope instability at Maratea (Basilicata, Italy)”, Engineering Geology, 68, 31-51.

  • G. Fornaro, F. Serafino, F. Soldovieri (2003). “Three Dimensional Focusing With Multipass SAR Data”, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 41.

  • R. Lanari, P. Berardino, S. Borgström, C. Del Gaudio, P. De Martino, G. Fornaro, S. Guarino, G. P. Ricciardi, E. Sansosti and P. Lundgren (2003). “The use of IFSAR and classical geodetic techniques for caldera unrest episodes: Application to the Campi Flegrei uplift event of 2000”, Journal of Vulcanology and Geothermal Research.

  • Berardino, P., Fornaro, G., Lanari, R., Sansosti, E. (2002). A new Algorithm for Surface Deformation Monitoring based on Small Baseline Differential SAR Interferograms. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 40, 11, pp. 2375-2383.