Tecnologie per il Monitoraggio Remoto Offshore

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).

Conoscenza dei fondamenti dell’analisi matematica e delle funzioni vettoriali a più variabili. Conoscenza delle proprietà fondamentali del campo elettrostatico e magnetostatico.

Materiale didattico messo a disposizione dal docente.

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.

Il corso è impartito tramite lezioni teoriche in aula e lo svolgimento di esercitazioni in ambiente di calcolo simbolico e numerico.

Frequenza facoltativa ma altamente raccomandata.

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova orale finale oppure, in alternativa, mediante due prove scritte parziali (intermedia e finale), che sostituiscono la prova orale.

La prova orale prevede almeno tre domande sugli argomenti del corso. Le due prove scritte parziali, relative alle rispettive parti del programma, hanno ciascuna una durata di 60 minuti e prevedono tre domande a risposta aperta, da svolgere entro uno spazio assegnato di circa una pagina per domanda. È possibile includere grafici, disegni e formule.

Le prove sono finalizzate a verificare il livello di comprensione dei principi fisici e dei modelli teorici trattati durante il corso, nonché la capacità di applicare le conoscenze acquisite all'analisi delle tecnologie di monitoraggio remoto offshore.

La valutazione tiene conto della pertinenza delle risposte, della completezza e accuratezza dei contenuti, della capacità di sintesi ed elaborazione critica delle informazioni, della capacità di stabilire collegamenti tra concetti, argomenti o casi di studio, della chiarezza espositiva e dell'uso appropriato del linguaggio, nonché del rigore tecnico e scientifico.

Criteri di graduazione dei voti: alla prova orale sono attribuiti fino a 31 punti, mentre alle due prove parziali sono attribuiti rispettivamente fino a 16 e 15 punti. Il punteggio complessivo massimo è quindi pari a 31 punti, corrispondenti a 30/30 e lode. La soglia di superamento dell'esame è fissata a 18/30.