Classe delle lauree magistrali in:

Ingegneria Elettronica (LM-29)

Tipo di attività formativa:

affine-integrativa

Titolo dell’insegnamento:

Sistemi satellitari per il Telerilevamento e la Localizzazione

Ambito disciplinare:

Ingegneria Elettronica

Codice di Ateneo dell’insegnamento:

2536

Corso di laurea in: Settore scientifico disciplinare:

"Sistemi Elettronici" Ingegneria Elettronica Fisica (FIS/01)

Tipo di insegnamento:

obbligatorio per il curriculum

Anno accademico:

2013 - 2014

CFU:

6

Anno:

primo

Semestre:

secondo

DOCENTE:

Prof.

Luciano Guerriero

(Prof. Emerito)

ARTICOLAZIONE IN TIPOLOGIE DIDATTICHE:

52

ore di lezioni teoriche,

24

ore di esercitazioni. seminari specialistici e laboratorio.

PREREQUISITI:

Conoscenze di base di Meccanica, Elettromagnetismo, Ottica, Elaborazione digitale di segnali, MATLAB

OBIETTIVI FORMATIVI:

Studio del moto dei corpi celesti e dei satelliti artificiali. Leggi fondamentali della Dinamica orbitale. Determinazione dei parametri orbitali da osservazioni dirette. Trasferimento orbitale. Punti di stabilità Lagrangiana. Forze mareali nei sistemi gravitanti estesi. Tecniche di "gravity assist". Controllo di assetto dei satelliti artificiali. Dinamica del corpo rigido. Tensore d'inerzia e ellissoide d'inerzia. Stabilità degli assi permanenti di rotazione. Precessione e nutazione. Sistemi satellitari per l'osservazione astronomica e della Terra. Sistemi ottici ed a microonde. Tecniche di osservazione RADAR con antenne ad apertura sintetica (SAR). Interferometria SAR.

CONTENUTI

: 1) Astronomi antica. Eclittica e Equatore celeste. Punto Gamma dell'Ariete. Solstizio ed equinozio. Precessione degli equinozi. Determinazione del raggio della Terra e della distanza Terra Luna. Coordinate geocentriche equatoriali. Moto dei pianeti. Modello tolemaico, copernicano e di Tycho. Epiciclo, deferente e punto equante. 2) Le osservazioni astronomiche di Tycho Brahe. Keplero. Determinazione dell'anno marziano e delle orbite di Marte e della Terra. Leggi di Keplero. Calcolo di punti dell'orbita di Marte dai dati di osservazione di Tycho. 3) Newton. Interpretazione dinamica delle leggi di Keplero. Legge di Gravitazione. Verifica dal moto della Luna e dalla caduta dei gravi. Cometa di Halley e scoperta di Nettuno. Parallasse e dimensioni del sistema solare. Roemer e la velocità della luce. 4) Campo gravitazionale conservativo. Centro di massa e centro di gravità nei corpi estesi. Determinazione di mareali. Dissipazione dell'energia di rotazione. Dinamica di due satelliti legati. Tethered elettrodinamico.

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con il pendolo di Kater. Armoniche sferiche del Campo gravitazionale e satelliti geodetici. Gradiente di gravità. Forze 5) Dinamica dei corpi estesi. Leggi di conservazione. Potenziale gravitazionale. Energia totale nel moto orbitale. Velocità di fuga. Satelliti artificiali, propulsione spaziale e velocità ottenibile dalla spinta di reazione. Sistema di due corpi. Massa ridotta. Equivalenza dei sistemi di riferimento. Sistema copernicano come riferimento inerziale. Leggi del moto nei sistemi non inerziali. Accelerazione di trascinamento e accelerazione complementare di Coriolis. 6) Equazione differenziale del moto orbitale. Derivazione dell'equazione dell'orbita. Sezioni coniche. Orbite ellittiche. Vettore Eccentricità. Considerazioni energetiche nel moto orbitale. Moto radiale e Potenziale centrifugo. Raggio del perigeo e dell'apogeo. 7) Punti di stabilità lagrangiana nel sistema di tre corpi. Potenziale generalizzato. Stabilità dinamica dei punti lagrangiani. Satelliti Troiani di Giove. Applicazione ai satelliti di osservazione astronomica. SOHO. 8) Proprietà geometriche dell'orbita ellittica. Energia totale nel moto orbitale. Periodo del moto orbitale. Consistenza con la terza legge di Keplero. Determinazione dell'eccentricità. Relazione tra velocità radiale ed eccentricità. 9) Determinazione delle distanze Sole - pianeti. Velocità di fuga dall'orbita terrestre. Traiettorie interplanetarie, Trasferimento orbitale di Homann. Velocità di fuga dalla galassia. Cambiamento del piano orbitale. Vantaggi delle basi di lancio equatoriali. Basi di lancio non equatoriali. Orbite equatoriali geosincrone. Orbite Molnya. Manovre di "gravity assist". Esempi missioni Voyager e Cassini. 10) Sistemi di riferimento. Sistema geocentrico equatoriale. Sistema SEZ. Sistema topocentrico. Sistema alt azimutale. Trasformazioni tra sistemi di riferimento cartesiani ortogonali. Angoli di Eulero. 11) Parametri orbitali. Determinazione dei parametri orbitali da misure contemporanee di r e v. Tempo siderale e longitudine nella trasformazione di coordinate. Cinematica dell'orbita ellittica. Relazione tra anomalia vera e tempo. Anomalia eccentrica 12) Determinazione dei parametri orbitali da tre misure angolari. Unità di misura canoniche. Interpolatore di Lagrange. Programma MATLAB di simulazione delle tre misure fissati i parametri angolari e di rideterminazione dei parametri dalle misura angolari. 13) Controllo di assetto nelle piattaforme spaziali. Dinamica del corpo rigido. Momento d'inerzia rispetto ad un asse. Ellissoide d'inerzia. 14) Moto del corpo rigido non soggetto a forze e coppie esterne. Relazione tra momento angolare e velocità angolare . Assi permanenti di rotazione. Energia cinetica ed ellissoide dell'energia. Piano invariante.

15) Corpo rigido simmetrico. Giroscopio con sospensione cardanica. Moto del momento angolare e del vettore velocità angolare nel riferimento del corpo rotante. Equazioni di Eulero. Poloide e erpoloide. L'ellissoide dell'energia rotola senza strisciare sul piano invariante. Precessione del giroscopio descritta nel sistema inerziale mediante gli angoli di Eulero. Relazione tra velocità di precessione e velocità di rotazione del giroscopio intorno all'asse di figura. Precessione diretta e retrograda. 16) Corpo solido generico con ellissoide a tre assi. Intersezione tra l'ellissoide dell'energia e la sfera del momento angolare nello spazio del momento angolare. Stabilità degli assi permanenti. 17) Formulazione matriciale delle trasformazioni tra sistemi di riferimento. Tensori. equazioni fisiche come relazioni tensoriali. Tensore delle rotazioni. Tensore d'inerzia e ellissoide d'inerzia. 18) Satelliti per l'osservazione della Terra e dello spazio esterno. Orbite equatoriali geosincrone. Orbite polari eliosincrone. Orbite Molnya. Bande dello spettro elettromagnetico e bande di trasparenza atmosferica. Informazioni fisiche ottenibili dalle bande nel visibile , nell'Infrarosso vicino e termico e nelle bande radio. 19) Sistemi di osservazione multi-spettrale ed iper-spettrale. Risoluzione geometrica, spettrale e temporale delle immagini telerilevate. Sistemi e tecniche di osservazione per lo studio delle proprietà chimico fisiche dell'atmosfera. Correzioni atmosferiche per lo studio delle proprietà del mare. 20) Sistemi attivi e passivi a microonde. Radar-altimetro. Determinazione dello scostamento della superficie oceanica dal geoide e determinazione delle correnti oceaniche. Determinazione dell'altezza delle onde. Determinazione dell'aumento del livello dei mari. Scatterometro. Determinazione della velocità e della direzione dei venti oceanici. Radiometri passivi. Determinazione delle proprietà dei ghiacci e delle nubi. 21) Sistemi SAR. Sistemi RADAR con informazione di ampiezza e fase del segnale retrodiffuso. Segnale emesso modulato in frequenza (chirp). Risoluzione in Range e banda spettrale del chirp. Sintesi di antenna e risoluzione in azimut. Applicazioni del SAR. SAR multispettrale (banda S, C, X) Missione SAR-X SIR-C. Utilizzazione dell'informazione polarimetrica. 22) Interferometria SAR. Sistemi bistatici e monostatici. Missione Bistatica RSTM. Coerenza e distanza tra le orbite parallele. Sottrazione del contributo di fase della terra piatta. Frange altimetriche. "phase unwrapping". Digital elevation models (DEM) e correzioni degli artefatti atmosferici nell'interferometria bistatica. Uso della coerenza temporale nella classificazione. 23) Interferometria SAR multitemporale. Riflettori permanenti. Stabilità dei punti osservati. Rivelazione di spostamenti millimetrici. Applicazioni alla stabilità dei pendii (frane) e di manufatti (ponti, strade, ferrovie, dighe, edifici) Sistemi SAR: ERS-1 e 2, COSMO SkyMED, TerraSAR-X -TANDEM-X) 24) Strumenti ottici per l'osservazione della Terra. Stigmatismo nell'ottica sferica. Sistemi diottrici centrati. Asse ottico, fuochi e piani principali. Diaframmi, pupilla d'entrata e diaframma di campo. Grandezze luminose energetiche e fotometriche. Luminosità dei sistemi ottici. 25) Diffrazione e potere risolutivo dei sistemi ottici. Telescopi. Immagine ottenuta per scansione per punti o per righe. Geo-referenziazione e interpolazione delle immagini telerilevate. Processo digitale di formazione dell'immagine. Correzioni radiometriche e geometriche. 26) Strumenti per l'analisi spettrale. Interferenza e diffrazione. Coerenza del fronte d'onda da una sorgente non puntiforme. Reticoli e interferometri. Tecnica di Fourier in interferometria.

METODI DI INSEGNAMENTO:

Lezioni ed esercitazioni in aula supportate da videoproiettore e lavagna. Esercitazioni in laboratorio software attrezzato con stazioni individuali e software specialistico

CONOSCENZE E ABILITÀ ATTESE:

Capacità di sviluppare simulazioni software di processi di determinazione dei parametri della dinamica orbitale e di elaborazione di immagini telerilevate

SUPPORTI ALLA DIDATTICA:

PC, videoproiettore e software specialistici

CONTROLLO DELL’APPRENDIMENTO E MODALITÀ D’ESAME:

Esame orale

TESTI DI RIFERIMENTO PRINCIPALI

:  F.Hoyle. L'Astronomia. Sansoni ed.  R. Bate, D. Mueller J. White Fundamentals of Astrodynamics. Dover. New York   Howard D. Curtis. Orbital Mechanics for Engineering Students. ELSEVIER William Tyrrel Thomson. Introduction to Space Dynamics. Dover , New York   Antonio Rostagni, Fisica Generale Vol.1 - Ed Utet Torino Moik, Johannes G. Digital Processing Of Remotely Sensed Images. Scientific And Technical Information Branch. NASA  RST - The Remote Sensing Tutorial. GSFC NASA