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L’algoritmo per l’identificazione dello strato Es


Questo metodo [Scotto and Pezzopane, 2007] si basa su una tecnica di riconoscimento dell’immagine e dà come output ftEs (dall’inglese top frequency, ossia la massima frequenza, dello strato Es) e l’altezza virtuale associata h′Es. Il metodo è pensato per interpretare ftEs e hEs di tutti i tipi di Es, tranne quelli tipici della zona aurorale. Nel caso di strati Es multipli la routine non è progettata per dare la massima frequenza per ogni tipo di Es, come sarebbe invece suggerito dallo standard URSI.

Il significato di ftEs dipende dal sistema di antenne utilizzato dalla ionosonda. Se il sistema di antenne registra solo la componente ordinaria allora ftEs corrisponde con foEs, se registra solo la componente straordinaria allora ftEs corrisponde con fxEs. Per ionogrammi il cui raggio ordinario e straordinario non sono caratterizzati in termini di polarizzazione del segnale ricevuto, la routine si limita a dare come output ftEs, non essendo capace di specificare se tale frequenza corrisponde con foEs o con fxEs.
Il metodo sviluppato cerca di identificare le tracce del tipo illustrato in Figura 1 di giorno, quando è presente uno strato E, e la traccia illustrata in Figura 2 di notte, in assenza di uno strato E, o meglio, quando lo strato E non è visibile sullo ionogramma.
Figura 1 In rosso la traccia di uno ionogramma diurno che la procedura per l’interpretazione automatica dello strato Es cerca di identificare.
Figura 2 In rosso la traccia di uno ionogramma notturno che la procedura per l’interpretazione automatica dello strato Es cerca di identificare.

La forma parametrica della curva di ricerca utilizzata è

(1)

dove fv è il parametro e foEmod è il valore mediano mensile della frequenza critica dello strato E calcolato tramite le seguenti formule empiriche: 

, (2a)
e  
. (2b)

I coefficienti a, b, e c della (1) sono calcolati imponendo che la parabola passi per il punto (f1, h′1), dove f1=foEmodfoEmod e h′1=h′sh′cusp, e abbia un minimo in (f2, h′2), dove f2= foEmodfrac e h′2= hs. In accordo con queste tre condizioni a, b, e c sono espressi dalle seguenti relazioni

, (3a)
, (3b)
e  
. (3c)

I parametri che definiscono la forma della parabola sono quindi:

e ; (4)

h′s varia da 94 a 130 km, Δh′cusp varia da 0 a 36 km, Δfrac varia da 0.4 a 0.7 MHz e ΔfoEmod varia da -0.5 a 0.5 MHz.

Per ogni curva (1) viene calcolato il contrasto locale C(h′s, Δh′cusp, Δfrac, ΔfoEmod) con lo ionogramma acquisito selezionando poi la curva per la quale si ottiene il massimo valore di C. Se C è maggiore di un determinato valore di soglia Ct, allora l’algoritmo assume che uno strato Es è presente sullo ionogramma e la curva corrispondente è considerata come rappresentativa di detto strato. I valori di ftEs e h′Es sono dunque desunti dal massimo valore di fv, e dalla  corrispondente altezza virtuale, associati a tale curva.

Se al contrario il valore di soglia Ct non viene mai superato, l’algoritmo assume che uno strato Es non è presente sullo ionogramma.

 


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