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Previsioni Ionosferiche


Per stabilire un radiocollegamento a grande distanza, utilizzando la propagazione ad onda corta, per una determinata condizione di circuito, c’è la necessità di conoscere l’intervallo di frequenze che permette il radiocollegamento.

L’intervallo di frequenze utilizzabili varierà:

  • durante il giorno
  • con la stagione
  • con il ciclo solare
  • da luogo a luogo

Il limite superiore della frequenza dipende principalmente dai fattori riportati sopra, mentre il limite inferiore dipende dalla geometria e parametri del circuito e dall’assorbimento ionosferico (parametri operativi).

Può accadere che i valori degli anzidetti parametri, validi per una determinata epoca del giorno e dell’anno, perdano di validità in altre epoche con conseguente interruzione del collegamento. Questo si verifica quando:

  • la frequenza di lavoro non è compresa nel campo delle frequenze utilizzabili per quel dato collegamento a quella data epoca; cioè quando si usa una frequenza maggiore della massima consentita (MUF = Maximum Usable Frequency), la quale dipende dalla geometria del collegamento e dalla densità elettronica della zona ove avviene la riflessione ionosferica, oppure
  • se si usa una frequenza minore della minima consentita (LUF = Lower Usable Frequency), determinata dal contenuto totale di elettroni lungo la traiettoria ionosferica, dalla potenza elettromagnetica irradiata dal terminale trasmittente e dal richiesto valore minimo dell’intensità del campo elettromagnetico al terminale ricevente.

Risulta quindi necessaria un’attendibile previsione dello stato della ionosfera all’epoca interessata per poter valutare se una assegnata radiofrequenza di data potenza sarà in grado di assicurare il collegamento oppure per poter scegliere il più adatto valore per tali parametri.

Sono state prodotte previsioni ionosferiche permanenti, cioè adatte per qualsiasi epoca del giorno, dell’anno del ciclo pluriennale dell’attività solare, per l’area mediterranea. Dal 1981 è stato sviluppato il software necessario dedicato alla produzione delle previsioni ionosferiche periodiche pubblicate per ogni mese con due mesi di anticipo. Queste previsioni, utilizzate per collegamenti tra due punti fissi oppure tra un punto fisso e più punti mobili (radiodiffusione), forniscono una migliore approssimazione delle precedenti previsioni permanenti.
La regione F2 della ionosfera è quella che riveste maggiore importanza nell’ambito delle radiocomunicazioni. Le previsioni ionosferiche, perciò, tengono conto principalmente di modelli per la regione F2. Le previsioni ionosferiche elaborate dal Servizio Ionosferico Nazionale utilizzano un modello a singola stazione basato sui dati dell’ Osservatorio Ionosferico di Roma. Si tratta di un modello regionale dove nessun effetto longitudinale è stato considerato tranne, ovviamente, quello legato alla variazione dell’ora locale. Queste previsioni sono presentate in tre diversi modi:

  • diagrammi orari MUF/LUF, cioè diagrammi del campo delle frequenze usabili, per collegamenti fra punti fissi, per alcuni valori standard del cosiddetto potere trasmissivo;
  • mappe MUF/LUF, in cui sono riportati, per varie posizioni del terminale ricevente interno a un dato terminale trasmittente, gli estremi del campo MUF/LUF;
  • aree di servizio, in cui è delimitata la zona geografica coperta (sempre via ionosfera) da un dato terminale trasmittente per assegnata potenza irradiata e intensità di campo minima richiesta in ricezione.

Occasionalmente sono realizzate mappe dei valori mediani mensili previsti della frequenza critica foF2 e della M(3000)F2 estese a tutto il pianeta ottenute mediante l’espansione in armoniche sferiche delle funzioni FoF2 e M(3000), dipendenti dalle variabili latitudine, longitudine e tempo, sulla base dei valori mediani mensili di sondaggio verticale di oltre 100 stazioni ionosferiche. Da queste mappe è possibile ottenere diagrammi di previsioni per collegamenti punto a punto con validità estesa a tutto il pianeta seppure con una attendibilità diversa rispetto ai primi tre tipi di previsioni che si riferiscono, invece, solo all’area europea.

Esempio di tavola di previsione ionosferica nell’area mediterranea. Esempio di previsione ionosferica nell’area mediterranea.
Le curve graficate rappresentano la distanza di skip, ovvero la distanza minima di ricezione via ionosfera per la frequenza indicata, per una trasmittente posta a Roma.

 

Esempio di previsione ionosferica "Mappe MUF/LUF": Curve esterne probabilità 30%, curve interne probabilità 90%.

Il metodo di previsione ionosferica è basato su modelli fisico-empirici regionali. Per previsioni relative a collegamenti a lunga distanza o per previsioni a corto termine si utilizzano invece metodi basati su modelli globali od elaborati ad hoc.

Per le previsioni ionosferiche a corto termine o "day by day forecasting" e per le previsioni di particolari disturbi quali ad esempio il SID (Sudden Ionospheric Disturbance) nell’area mediterranea, l’U.F. collabora con il CNET-France-Telecom (Lannion-Francia), fornendo le osservazioni delle frequenze di plasma ionosferico su base giornaliera.

Per quanto riguarda le previsioni a cortissimo termine o "nowcasting", l’Osservatorio Ionosferico di Roma fornisce al Rutherford Appleton Laboratory (RAL, UK) lo ionogramma orario in tempo reale e le relative grandezze fisiche misurabili per tutte le 24 ore e per tutti i giorni dell’anno. Sulla base di tali misure, il RAL è in grado di fornire una serie di servizi per il nowcasting ionosferico per l’area europea come, ad esempio, le mappe di MUF ovvero della Massima Frequenza Utilizzabile per radio-collegamenti con 24 ore di anticipo. Gli ionogrammi dell’Osservatorio di Roma sono anche utilizzati dall’IPS (Ionospheric Prediction Service, Australia), nell’ambito delle previsioni a medio-corto termine planetarie e nell’area europea. I profili verticali di densità elettronica nonché le frequenze di plasma degli strati E-F1-F2 disponibili in tempo reale sul nostro nodo sono anche di supporto all’IPS per le informazioni di ALERT e WARNING concernenti le condizioni planetarie e continentali di radiopropagazione (Space Weather) necessarie non solo per il traffico aereo e navale, ma anche per le trasmissioni terra - satellite e viceversa.

 

I percorsi di una onda HF emessa da un trasmettitore.
Si noti che per distanze minori di quelle corrispondenti al percorso 3 non viene ricevuto nessun segnale, si ha dunque una zona di silenzio; la distanza al di sotto della quale il radiocollegamento non è possibile è detta distanza di skip. L’onda di terra è comunque rilevabile nelle vicinanze del trasmettitore; la distanza percorsa dall’onda di terra non dipende dalle condizioni della ionosfera ma solo dalle caratteristiche conduttive del terreno e dalla potenza del trasmettitore.

 

Un’immagine pittorica di un collegamento per riflessione ionosferica.

 
 

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