Tomografia radar

Imaging

La capacità delle onde elettromagnetiche di penetrare corpi materiali ed interagire con essi, in un modo che dipende dalla morfologia e dalle proprietà costitutive dell'oggetto in esame, costituisce il principio fisico delle tecniche diagnostiche senza contatto e non invasive finalizzate all’individuazione e caratterizzazione, in una parola all’imaging, di oggetti incogniti, anche se posti in un mezzo opaco o nascosti da un ostacolo.

A tal fine, è necessario sviluppare metodologie avanzate per l’elaborazione di dati radar, eventualmente raccolti adottando configurazioni di misura non canoniche. Tali metodologie, diversamente da quelle comunemente in uso, si avvalgono di modelli fisico/matematici più adeguati a descrivere l’interazione onda/bersaglio in scenari complessi e affrontano opportunamente la soluzione del problema inverso, non-lineare e mal posto, coinvolto. Basandosi su tali requisiti, le metodologie sviluppate presso l'IREA, mirano a fornire immagini dell’oggetto in esame da cui è possibile determinarne, senza ambiguità, le proprietà morfologiche ed elettromagnetiche (permettività dielettrica e conducibilità).

I ricercatori dell’IREA hanno una lunga ed assestata esperienza in questo campo, che ha consentito la messo a punto di diversi approcci, che sono stati testati in diversi contesti applicativi.

Da un punto di vista concettuale, le metodologie sviluppate possono essere classificate in due gruppi:

1) strategie per la localizzazione di oggetti incogniti e loro caratterizzazione geometrica (dimensione, forma)

2) approcci capaci di fornire una caratterizzazione (quantitativa) accurata delle proprietà elettromagnetiche degli oggetti in esame

Tali metodologie di elaborazione dati rappresentano un utile strumento per affrontare un vasto numero di applicazioni in cui è di interesse l’imaging radar in situ, tra cui il monitoraggio di strutture civili ed infrastrutture critiche, la diagnostica dei beni culturali, la mappatura dei sottoservizi in ambienti urbani, le applicazioni legate alla sicurezza fisica, come ad esempio il rilevamento di mine anti-uomo ed ordigni inesplosi, l’imaging attraverso i muri, l’individuazione di tunnel, il rilevamento di oggetti nascosti su persone, il rilevamento a distanza di segni vitali (ad esempio respirazione e battito cardiaco).

Un ambito tecnologico in cui l’uso di tali metodologie di inversione è estremamente rilevante o quello del georadar (GPR), che è un sistema radar specificamente progettato per l’imaging di strutture sepolte o nascoste. In tale ambito, le metodologie sviluppate all’IREA, ed in particolare quelle finalizzate alla localizzazione e caratterizzazione morfologica di oggetti incogniti, sono state applicate con successo in molte campagne di investigazione mediante GPR eseguite nell’ambito di vari progetti di collaborazione nazionali ed internazionali che hanno riguardato prospezioni di siti archeologici (casa del Centauro in Pompei, Stabia antica e Pontecagnano in Campania, Viggiano in Lucania e molti altri), il monotoraggio di strutture civili ed infrastrutture (ad esempio il ponte Musmeci in Potenza e diverse corsi autostradali svizzere) e la diagnostica dei beni culturali (indagine georadar nel Salone dei 500 a Firenze alla ricerca degli stati nascosti del dipinto del Vasari). 


Additional Info

A. Ibrahim, L. Crocco, F Soldovieri, “Experimental Validation of a Simple System for Through-the-Wall Inverse Scattering”, IEEE Geosc. and Remote Sen. Lett., vol. 8, pp.258-262, 2011

F. Soldovieri, R. Solimene, L. Lo Monte Lorenzo et al., “Sparse Reconstruction From GPR Data With Applications to Rebar Detection”, IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement, vol.60, pp.1070-1079, 2011

F. Soldovieri, O. Lopera, S. Lambot, “Combination of Advanced Inversion Techniques for an Accurate Target Localization via GPR for Demining Applications”, IEEE Trans on Geosci. and Remote Sens., vol. 49, pp: 451-461, 2011

F. Soldovieri, F. Ahmad, R. Solimene, “Validation of Microwave Tomographic Inverse Scattering Approach via Through-the-Wall Experiments in Semicontrolled Conditions”, IEEE Geosc. and Remote Sen. Lett., vol. 8, pp.123-127, 2011

M. Proto,  M. Bavusi, R. Bernini et al., “Transport Infrastructure Surveillance and Monitoring by Electromagnetic Sensing: The ISTIMES Project”, Sensors , vol.10, pp.10620-10639, 2010.

S. E. Lauro, E. Mattei, E. Pettinelli, F. Soldovieri et al., “Permittivity estimation of layers beneath the northern polar layered deposits, Mars”, Geophysical Research Letters, vol.37, Article Number: L14201, 2010

L. Lo Monte, D. Erricolo, F. Soldovieri, M.C. Wicks, “ RF Tomography for below ground imaging of extended areas and close-in sensing”, IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters,  vol. 7, pp. 496-500, 2010.

R. Solimene, A. Buonanno, F. Soldovieri, R. Pierri “Shape reconstruction Physical Optics Imaging of 3D PEC Objects: Vector and Multipolarized Approaches “,IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing., vol. 48, no.4, pp. 1799-1808, 2010

L. Lo Monte, D. Erricolo, F . Soldovieri, M.C. Wicks, “Radio Frequency Tomography for Tunnel Detection”, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 48, no.3, pp. 1128-1137, 2010.

I. Catapano and L. Crocco, “A Qualitative Inverse Scattering Method for Through-the-Wall Imaging”, IEEE Geosci. And Remote Sens. Letters, vol.7, pp.685-689, ISSN: 1545-598X, 2010.

I. Catapano and L. Crocco, “An imaging method for the characterization of concealed targets”, IEEE Trans. Geosci. and Remote Sensing, special Issue, vol.47, pp.1301-1309, 2009.

I. Catapano, L. Crocco, M. D’Urso and T. Isernia, “Support-aided 3D microwave imaging: testing on the Fresnel 2008 database”, Inverse Problem, vol. 25, 024002 (23pp), 2009.

A. Dubois, K. Belkebir, I. Catapano and M. Saillard, “Iterative solution of the electromagnetic inverse scattering problem from the transient scattered field”, Radio Science, vol. 44, RS1007, 2009.

R. Solimene, F. Soldovieri, G. Prisco, R. Pierri, “Three-dimensional Through-Wall Imaging under ambiguous wall parameters”,  IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Special Issue on Remote Sensing of the Building Interior, vol. 47, no.5, pp.1310-1317, 2009.

F. Soldovieri, R. Solimene, R. Pierri, “Reconstructing the contour of metallic planar objects from only intensity scattered field data over a single plane”, Optics Express, vol. 16, no.13, pp.9468-79,  2008.

R. Persico, F. Soldovieri, “Effects of the background removal in linear inverse scattering”, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol.46, no.4, pp.1104-1114, 2008.

F. Soldovieri, R. Bernini, I. Catapano and L. Crocco, "The integration of novel diagnostics  techniques for multi-scale monitoring of large civil infrastructures", Adv Geosci., vol.19, pp.67-74, 2008.

M. D’Urso, I. Catapano, L. Crocco, T. Isernia ,“Effective solution of 3D scattering problems via series expansions: applicability and a new hybrid scheme”, IEEE Trans. Geosci. and Remote Sensing, vol.45, pp.639-648, 2007.

I. Catapano, L. Crocco, T. Isernia, “On simple methods for shape reconstruction of unknown scatterers”, IEEE Trans. On Antennas and Propagation, vol.55, pp.1431-1436, 2007.

I. Catapano, L. Crocco, M. D’Urso and T. Isernia, “On the effect of support estimation and of a new model in 2D inverse scattering problems”, IEEE Trans. On Antennas and Propagation, vol.55, pp.1895-1899, 2007.

I. Catapano, L. Crocco, M. D’Urso, T. Isernia “A novel effective model for solving 3D nonlinear inverse scattering problems in lossy scenarios”, IEEE Geosci. and Remote Sensing Letters, vol.3, pp.302-306, 2006.

    Le attività di ricerca svolte nell'ambito della tematica Tomografia ed Imaging si inquadrano nei seguenti progetti di ricerca

    Internazionali

    2011-2014: Active and Passive Microwaves for Security and Subsurface imaging - AMISS (FP7 Marie Curie Actions People)

    2009-2012: Integrated System for Transport Infrastructures surveillance and Monitoring by Electromagnetic Sensing - ISTIMES (FP7 Collaborative Project)

    2007-2010: Inversion, Modelling and Analysis of GPR in Near-surface Environments - IMAGINE (EP/E004032/1)

    Nazionali

    2012-2014: Progetto PONa3_00363 - INFRASTRUTTURA AMICA Infrastruttura di Alta tecnologia per il Monitoraggio Integrato ClimaticoAmbientale, progetto finanziato dal Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca (MIUR) nell'ambito del Programma Operativo Nazionale Ricerca e Competitività (PON REC) 2007-2013 - Potenziamento Strutturale - Avviso n. 254/Ric. del 18 maggio 2011."

    2005-2006: Strategie innovative per la stima di caratteristiche geometriche di sorgenti o diffusori da misure di campo elettromaganetico (L.R. n5./2002 – Regione Campania)

    Nell'ambito della tematica Tomografia e Imaging Elettromagnetico, l'IREA è coinvolta nelle Unità Operative di Diagnostica Elettromagnetica e di Sensori del Centro Regionale di Competenza sull'Analisi ed il Monitoraggio del Rischio Ambientale (AMRA), nella Piattaforma Tecnologica Nazionale "Security Research in Italy (SERIT), nel distretto campano DATABENC (Distretto ad Alta TecnologiA per i BENi Culturali), nelle azioni COST TU1208 Civil Engineering Applications of Ground Penetrating Radar e COST TD1301 Accelerating the Technological, Clinical and Commercialisation Progress in the Area of Medical Microwave Imaging.

    Inoltre collabora con le seguenti università e centri di ricerca nazionali ed internazionali:

    IMAA-CNR, l'IBAM-CNR, IFAC-CNR, Università di Firenze, Università di Lecce, Università "Federico II" di Napoli, Seconda Università di Napoli, Università del Sannio, Università "Mediterranea" di Reggio Calabria, Università "La Sapienza" di Roma, Università di Napoli "Parthenope", Università Roma Tre, Università di Pisa, Università degli Studi di Catania, Technical University of Delft,  Technical University of Istanbul, Institut Fresnel di Marsiglia, Keele University (UK), ENEA-Frascati, il Consorzio di Ricerca su Sistemi di Telesensori Avanzati (COSISTA), INSEAN, Swiss Federal Laboratories for Material Testing and Research, la UTSI Electronics UK, Ingegneria dei sistemi (IDS), Univesity of Illinois at Chicago, Bauman Moscow State University, King’s College (UK),  Universidade de São Paulo -  Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (Brasile), O.Ya.Usikov Institute for Radio-Physics and Electronics (Ucraina).

    Sistema georadar K2Ris per prospezioni del sottosuolo ed indagini di strutture verticali, equipaggiato con un’antenna dual frequency operante alle frequenze di centro banda di 200MHz e 600MHz ed n’antenna ad alta frequenza (2GHz);

    Sistema radar olografico RASCAN4/4000, per la restituzione real-time di immagini bidimensionali degli strati superficiali della struttura investigata (fino a una decina di cm)

    Sistema di ultima generazione operante alle frequenze dei THz, Zomega-THz Fico (fiber-coupled Terahertz time domain system), per spettroscopia ed imaging ad altissima risoluzione (millimetrica).

    3 Dual Processor con 8 GigaByte di RAM, 2 Intel Core I-5 Processor con 8 GigaByte di RAM, 1Workstation con 8 Processori Xeon e 256 GigaByte di RAM.

    1Workstation con 8 Processori e 48 GigaByte di RAM.

    1Workstation con 8 Processori e 144 GigaByte di RAM.

    Codici di calcolo proprietari per la modellistica diretta ed inversa dei fenomeni elettromagnetici alle microonde

    4th International workshop on Ground Penetrating Radar, Napoli, 27-29 June, 2007

    XIII International Conference on on Ground Penetrating Radar, Lecce 21-25 June, 2010


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