Il corso fornisce agli studenti i fondamenti delle tecnologie per il telerilevamento di dati offshore utilizzando lo spettro elettromagnetico ed acustico, con particolare riferimento alle tecniche RADAR, LiDAR e SONAR.
scheda docente
materiale didattico
Richiami di matematica e geometria: numeri complessi, algebra matriciale, vettori e campi vettoriali, sistemi di coordinate.
Modulo 1: Equazioni di Maxwell.
Equazioni di Maxwell in forma integrale. Equazioni di Maxwell in forma differenziale. Importanza del termine di Maxwell di corrente di spostamento. Condizioni al contorno. Polarizzazione delle onde. Vettori complessi e polarizzazione. Relazioni costitutive dei mezzi materiali.
Modulo 2: Propagazione del campo elettromagnetico.
Equazione delle onde. Soluzione per onda piana. Propagazione di onde piane in dielettrici perfetti. Propagazione di onde piane in mezzi conduttori. Velocità di fase e velocità di gruppo. Lo spettro elettromagnetico. Leggi di Snell-Cartesio. Equazioni di Fresnel. Proprietà elettromagnetiche dell’acqua marina. Riflessione all’interfaccia aria/mare.
Modulo 3: Fondamenti di antenne.
Potenziali elettrodinamici. Funzione di Green per lo spazio libero. Sorgenti elementari del campo elettromagnetico: dipolo elettrico infinitesimo e dipolo corto. Concetto di antenna. Tipologie di antenne. Parametri elettrici e radiativi delle antenne. Equazione di Friis per i collegamenti punto-punto.
Modulo 4: Diffusione elettromagnetica e RADAR.
Diffusione elettromagnetica. Sezione d’urto RADAR. Equazione RADAR. Equazione RADAR per superfici distribuite. Determinazione della RCS di superfici statisticamente rugose (cenni). RCS della superficie marina. Radar scatterometri e studio dei venti oceanici. Radar altimetrici e determinazione dei livelli oceanici e dell’altezza d’onda significativa. Radar per imaging. Radar ad aperture reale e ad apertura sintetica (SAR). Utilizzo dei SAR per applicazioni oceanografiche.
Modulo 5: Emissione elettromagnetica e radiometri.
Radiazione termica. Intensità radiante. Radiazione termica della superficie marina: emissioni a microonde e nell’infrarosso. Radiometri a microonde e all’infrarosso. Utilizzo dei radiometri per la misura della temperatura superficiale dell’oceano, per l’analisi di eventi climatici anomali, instabilità e correnti oceaniche e per il monitoraggio del cambiamento climatico.
Modulo 6: Telerilevamento con onde acustiche.
Dualità tra onde elettromagnetiche ed onde acustiche. SONAR (cenni).
Programma
Modulo 0: Richiami di matematica e geometria.Richiami di matematica e geometria: numeri complessi, algebra matriciale, vettori e campi vettoriali, sistemi di coordinate.
Modulo 1: Equazioni di Maxwell.
Equazioni di Maxwell in forma integrale. Equazioni di Maxwell in forma differenziale. Importanza del termine di Maxwell di corrente di spostamento. Condizioni al contorno. Polarizzazione delle onde. Vettori complessi e polarizzazione. Relazioni costitutive dei mezzi materiali.
Modulo 2: Propagazione del campo elettromagnetico.
Equazione delle onde. Soluzione per onda piana. Propagazione di onde piane in dielettrici perfetti. Propagazione di onde piane in mezzi conduttori. Velocità di fase e velocità di gruppo. Lo spettro elettromagnetico. Leggi di Snell-Cartesio. Equazioni di Fresnel. Proprietà elettromagnetiche dell’acqua marina. Riflessione all’interfaccia aria/mare.
Modulo 3: Fondamenti di antenne.
Potenziali elettrodinamici. Funzione di Green per lo spazio libero. Sorgenti elementari del campo elettromagnetico: dipolo elettrico infinitesimo e dipolo corto. Concetto di antenna. Tipologie di antenne. Parametri elettrici e radiativi delle antenne. Equazione di Friis per i collegamenti punto-punto.
Modulo 4: Diffusione elettromagnetica e RADAR.
Diffusione elettromagnetica. Sezione d’urto RADAR. Equazione RADAR. Equazione RADAR per superfici distribuite. Determinazione della RCS di superfici statisticamente rugose (cenni). RCS della superficie marina. Radar scatterometri e studio dei venti oceanici. Radar altimetrici e determinazione dei livelli oceanici e dell’altezza d’onda significativa. Radar per imaging. Radar ad aperture reale e ad apertura sintetica (SAR). Utilizzo dei SAR per applicazioni oceanografiche.
Modulo 5: Emissione elettromagnetica e radiometri.
Radiazione termica. Intensità radiante. Radiazione termica della superficie marina: emissioni a microonde e nell’infrarosso. Radiometri a microonde e all’infrarosso. Utilizzo dei radiometri per la misura della temperatura superficiale dell’oceano, per l’analisi di eventi climatici anomali, instabilità e correnti oceaniche e per il monitoraggio del cambiamento climatico.
Modulo 6: Telerilevamento con onde acustiche.
Dualità tra onde elettromagnetiche ed onde acustiche. SONAR (cenni).
Testi Adottati
Materiale didattico messo a disposizione dal docente.Bibliografia Di Riferimento
Per approfondimenti di specifici argomenti, è possibile consultare i seguenti testi: Fawwaz Ulaby, Umberto Ravaioli, Fondamenti di campi elettromagnetici, Pearson, 2021. John R. Apel, Principles of Ocean Physics, Academic Press, 1988. Seelye Martin, An Introduction to Ocean Remote Sensing, Cambridge University Press, 2014.Modalità Erogazione
Il corso è impartito tramite lezioni teoriche in aula e lo svolgimento di esercitazioni in ambiente di calcolo simbolico e numerico.Modalità Valutazione
La verifica dell’apprendimento avviene attraverso una prova orale finalizzata a verificare il livello di comprensione effettiva dei concetti e la capacità degli studenti di applicarli in contesti reali.