35117 - TECNICHE ELETTROMAGNETICHE PER LA LOCALIZZAZIONE E IL CONTROLLO AMBIENTALE LM

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente: - conosce le nozioni fondamentali di elettromagnetismo avanzato necessarie per comprendere l’uso di onde elettromagnetiche non gia per la trasmissione radio ma per l’estrazione di informazioni dall’ambiente - conosce quali informazioni possono essere estratte da un'onda e.m. che ha interagito con un oggetto e in che modo tali informazioni possono essere sfruttate. - conosce l'architettura e il funzionamento dei principali sistemi di localizzazione e telerilevamento ed ha esperienza pratica di un radiometro realizzato ad hoc e analizzato durante esercitazioni di laboratorio. - conosce esempi di applicazione delle tecniche di telerilevamento al controllo dei cambiamenti climatici ed ambientali.

Contenuti

Introduzione

Le tre operazioni fondamentali del mondo dell'ICT: acquisizione, elaborazione e comunicazione. Accento sulla funzione di acquisizione di informazione attraverso l'uso di tecniche elettromagnetiche e la integrazione di questa con le altre due.

Richiami sulla radiazione delle onde elettromagnetiche e sulle antenne: parametri caratteristici delle antenne, equazione del radiocollegamento, array di antenne.

Richiami sulla propagazione multicammino. Meccanismi di interazione: rifessione, diffrazione, scattering. Il canale radio tempo-variante. Effetto Doppler, polarizzazione, direzione di arrivo.

Cenni su propagazione ed antenne a larga banda, spettro di Fourier, possibilità di trasmissione UWB.

Richiami sui radio sistemi cellulari, trasmissione spread-spectrum ed UWB e relative potenzialità

Principali grandezze radiometriche e fotometriche: emissione termica di corpi, densità spettrale di potenza e definizione di radianza.

La radiazione solare: costante solare, diffusione e assorbimento nell'atmosfera, insolazione, indice di chiarezza, riflettività (albedo). Interazione della radiazione solare con l'ambiente, scambio radiativo ed effetto serra, cenno agli effetti di "isola di calore" in ambiente urbano.


Principi e metodi per il telerilevamento: onda continua, sinusoide modulata, codice. Interazione tra onde elettromagnetiche, ostacoli e atmosfera. Fondamenti di telerilevamento passivo e attivo. Radiometri. Radar primario. Radar SLR e SAR, Lidar, Scatterometri.

Applicazioni ed esempi: utilizzo di radar meteorologici per il nowcasting, la rilevazione di idrometeore, e la prevenzione di catastrofi (alluvioni, esondazioni, frane). Utilizzo di Lidar e laser scanners per la rilevazione di inquinanti nell'atmosfera e misurazione dei gas serra.

Automatic data collection e sistemi cooperativi: SSR, RFID e Telepass.

 

Introduzione alle tecniche EM per la radiolocalizzazione: struttura generale e fattori di merito di un sistema di radiolocalizzazione, classificazione dei metodi di radiolocalizzazione (Angle of Arrival, Time of Arrival, Time Difference of Arrival, ecc.), impatto della propagazione reale sulla precisione della stima.

Tecnologie EM per la radiolocalizzazione.
Introduzione al Global Navigation Satellite System (GNSS): GPS, GALILEO, GLONASS. Principi di funzionamento del GPS. Architettura dei sistemi GNSS e possibili applicazioni. Tecniche di radiolocalizzazione basate su reti cellulari (cenni). Localizzazione in ambiente indoor: utilizzo di anchor nodes, WiFi fingerprinting, reti di sensori wireless. Localizzazione ad alta precisione tramite sistemi UWB (cenni). Sistemi radar multistatici per sorveglianza e rilevazione di intrusioni, detection e riconoscimento di oggetti.

Integrazione tra sistemi di TLC e sistemi per la radiolocalizzazione: integrazione dei sistemi dedicati al trasporto dell'informazione con sistemi dedicati al calcolo e all'acquisizione della posizione di utenti mobili.

Radio-aiuti per l'atterraggio: ILS. Nuovi sistemi e servizi per la sicurezza e il controllo dei veicoli e degli aerei sulla superficie aeroportuale.

Localizzazione delle emissioni radio: direction finding e applicazioni.

Utilizzo di sistemi integrati TLC/GPS per infomobilità di mezzi e trasporti e per il monitoraggio di calamità naturali (es. incendi).

Altre applicazioni di monitoraggio ambientale. Tecniche di remote sensing aviotrasportate: utilizzo di Unmanned Aerial Vehicles (UAV) muniti di multipli sensori radar e ottici attivi e passivi per applicazioni quali: rilevazione dello stato dei suoli e delle acque, erosione delle zone costiere, supporto all'agricoltura e viticoltura di precisione.

Testi/Bibliografia

Sono disponibili dispense redatte dai docenti e le presentazioni powerpoint utilizzate. Tutto il materiale sarà reso disponibile sulla piattaforma Moodle/Insegnamenti online.

 

Testi di consultazione e approfondimento per argomenti specifici:

• G. Falciasecca, "Dopo Marconi il diluvio. Evoluzione nell'infosfera", Ed. Pendragon, 2016.
• Merrill Skolnik, "Radar Handbook", Third Edition, McGraw-Hill, 2008.
• F. Berizzi, "I sistemi di telerilevamento Radar", Apogeo, 2010.
• W. G. Rees, "Physical Principles of Remote Sensing", 2nd Edition, Cambridge University Press, 2001.
• C. Elachi, J. Van Zyl, "Introduction to the physics and techniques of Remote Sensing", 2nd Edition, Wiley, 2006.
• F. T. Ulaby, D. G. Long, "Microwave Radar and Radiometric Remote Sensing", Artech House, 2015.
• R. M. Rauber, S. W. Nesbitt, "Radar Meteorology - A first course" Wiley, 2018.
• Kuo-Nan Liou, "An Introduction to Atmospheric Radiation", Academic Press, 1980.
• P. Dong, Q. Chen, "LiDAR Remote Sensing and Applications", CRC Press, 2018
• Claus Weitkamp, "LIDAR : range-resolved optical remote sensing of the atmosphere", Springer, 2005.
• A.I. Kozlov, L.P. Ligthart, A.I. Logvin, "Mathematical and physical modelling of microwave scattering and polarimetric remote sensing", Kluwer Academic Publishers, 2004.
• P. Misra, P. Enge, “Global Positioning System: Signals, Measurements, and Performance (Revised Second Edition)”, Ganga-Jamuna Press, 2012.
• B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger E. Wasle, "GNSS – Global Navigation Satellite Systems. GPS, GLONASS, Galileo, and more", Springer, 2007.
• P. D. Groves, "Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems", Artech House, 2008.
• S. Frattasi, F. Della Rosa, "Mobile Positioning and Tracking - From Conventional to Cooperative Techniques" 2nd Edition, Wiley, 2017.
• D. Dardari, E. Falletti, M. Luise, "Satellite and Terrestrial Radio Positioning Techniques: A Signal Processing Perspective", Academic Press, 2012.

Nel corso delle lezioni verranno fornite ulteriori indicazioni bibliografiche.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula e laboratorio.

Nel corso delle lezioni saranno presentati esempi di carattere applicativo, ed esercizi di tipo numerico di di tipologia simile a quelli richiesti in sede d'esame. 

Durante il corso sarà tenuto un seminario da parte di esponenti del mondo industriale, operanti nell'ambito del telerilevamento, monitoraggio ambientale, ed elaborazione di dati satellitari.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova orale suddivisa in 3 domande, alla prima delle quali il candidato deve rispondere per iscritto. Le domande vertono sull'intero programma del corso (sia modulo 1 che modulo 2). 

A ciascuna delle 3 domande è attribuito un punteggio da 0 a 10 punti. La lode è attribuita a discrezione dei docenti a seguito di punteggio massimo conseguito in ciascuna delle 3 domande, ed eventuale approfondimento sui temi trattati in sede di colloquio.

La prima domanda (scritta), è volta alla risoluzione di un problema di tipo progettuale/numerico. E' ammesso l'ausilio di strumenti di calcolo.

Per poter sostenere l'esame è obbligatoria l'iscrizione su ALMAEsami.

Strumenti a supporto della didattica

Visite tecniche, seminari e dimostrazioni in aula si aggiungeranno alla didattica tradizionale.

Sulla piattaforma Moodle/Insegnamenti online saranno resi disponibili strumenti di autovalutazione, in modo che lo studente possa valutare in autonomia il proprio stato di preparazione per l'esame.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Enrico Maria Vitucci

Consulta il sito web di Gabriele Falciasecca