Applicazioni GNSS per il
monitoraggio dell'atmosfera e
della superficie terrestre
N. Pierdicca , F.S. Marzano, P. Ferrazzoli, L. Guerriero, P.
Ciotti, P. Basili , S. Bonafoni, G. Perona , R.
Notarpietro , M. Gabella, C. Capsoni, A. Bosisio, M.
Migliaccio
Contenuti
• Progetto di realizzazione di un sistema “passivo” che
utilizza i segnali dei satelliti per la navigazione
(GNSS) a scopi di telerilevamento della superficie
terrestre e dell’atmosfera
–
–
–
–
–
Concetto ed obiettivi
Team (aperto)
Mercato R&D
Competitors i.e., scenario internazionale
Competenze/risorse del team
Riflettometria e occultazione GNSS
TX
TX
RX
atmosferic
refractivity
Ground
receiver
Occulting
GPS
surface
s°, height
Gruppo di progetto
 Dip. Ingegneria Elettronica – Univ. La Sapienza di
Roma (N. Pierdicca , F.S. Marzano)
 Dip. di Informatica, Sistemi e Produzione – Univ. di Tor
Vergata (P. Ferrazzoli, L. Guerriero)
 Dip. di Ingegneria Elettrica – Univ. dell'Aquila (P. Ciotti)
 Dip. di Ingegneria Elettronica – Univ. di Perugia (P. Basili ,
S. Bonafoni)
 Dip. di Elettronica - Politecnico di Torino (G. Perona , R.
Notarpietro , M. Gabella)
 Dip. di Elettronica e Informazione - Politecnico di Milano
/ CNR-IEIIT (C. Capsoni, A. Bosisio)
 Dip. per le Tecnologie – Univ. Parthenope (M. Migliaccio)
“Competitors” i.e. scenario
Univ. of Colorado: GNSS-R
da aereo
Starlab, Barcelona: GNSS-R per
altimetria costiera
Copertura giornaliera su mare
GPS+LEO (Hajj & Zuffada, 2002)
Il mercato (R&D)
PARIS
GMES: Global Monitoring for
Environment and Security
ROSA
SABRINA
SAF: Satellite Application Eumetsat Polar System PARIS: PAssive
Satellites
Facilities
Reflectometry and
Interferoemtry System
L’impatto socio-economico
– Informazione meteo e meteomarine a supporto
gestione delle emergenze (alluvioni, frane, etc.)
– Informazione meteo a supporto servizi
telecomunicazione satellitare
– Monitoraggio a scala locale (stato e livello del
mare, umidità del terreno, etc.)
– Potenziale supporto ad altre misure (es. misure
InSAR)
– Potenziale posizionamento nei programmi ESA
(programmi Galileo, Paris, etc.).
Mappe di vapore integrato
April 27, 2001, 0838 UTC
4.5 cm
4.3 cm
4.1 cm
3.9 cm
3.7 cm
3.5 cm
3.3 cm
3.1 cm
2.9 cm
2.7 cm
2.5 cm
2.3 cm
2.1 cm
1.9 cm
1.7 cm
1.5 cm
1.3 cm
1.1 cm
0.9 cm
0.7 cm
0.5 cm
Mappa di IPVW: integrazione dati GPS
e radiometro a microonde SSM/I
P. Basili, et al., IEEE TGRS, 2004
• Integrazione dati
GPS e radiometrici
per generazione
mappe di vapore
integrato (su terra
e mare)
• Uso di tecniche
geostatistiche
Radio occultazione GPS-LEO
LEO
Temperatura
Stima da GPS-LEO
Misura da ECMWF
Umidità relativa
Tomografia atmosfera
Nj
2
1
1
2
0
3
-1
Errori: rete on ground
Errori: ground+limb
4
-2
5
-3
6
-4
7
-5
40
100
20
50
-6
8
1
2
3
4
5
0
6
0
Rifrattività 3-D:
errori %
-20
-40
-50
-60
-100
-150
0
20
40
60
80
100
errore relativo della media
errore relativo della deviazione standard
-80
errore relativo della media
errore relativo della deviazione standard
120
140
160
-100
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Misure umidità terreno
rapporto sigmahh/sigmavv della sola componente diffusa
30
Rapporto s°HH/ s°VV
suolo nudo per diverse
rugosità e umidità
mv=5% s=0.4 cm
25
20
mv=30% s=0.4 cm
mv=5% s=1.2 cm
10
5
mv=30% s=1.2 cm
0
-60
-40
-20
-5
0
20
40
-10
-15
-20
teta scattering (degree)
60
80
teta inc.=60°
Htx=3 km
Hrx=3 km
l=6 cm
f=1.5 GHz
rapporto tra sigmahh e sigma vv della sola componente diffusa
6
mv=5% s=0.4 cm
4
mv=30% s=0.4cm
2
sigma HH/VV (dB)
sigma HH/VV (dB)
15
-90
-70
-50
-30
0
-10
-2
mv=5% s=1.2 cm
10
30
-4
-6
-8
-10
-12
teta scattering (degree)
50
70
90
mv=30% s=1.2
cm
teta inc.=30°
Htx=3 km
Hrx=3 km
l=6 cm
f=1.5 GHz
Biomassa vegetale
Sensibilità s° speculare
di foreste decidue alla
biomassa (banda L)
s° bistatico del mais in
funzione angolo
azimutale per diverse
altezze piante (banda L)
Capacità sperimentali
Dati
meteo
Radar
meteo
Nefoipsometro
Radiometri
a microonde
multicanale
Sito sperimentale Spino d’Adda
Conclusione
• Individuato un gruppo (aperto) con competenze
omogenee ma complementari nel campo della
propagazione e del telerilevamento atmosferico
• Individuata una idea progettuale in grado di
aggregare tali competenze (ed altre sul fronte
del sistema) e competere in un “mercato” di
elevato interesse applicativo e potenzialità di
collocazione in programmi internazionali