Supervisore: ing. Umberto Sciacca
Il laboratorio fornisce supporto alla manutenzione della strumentazione a RF usata dalla sezione ed impiegata prevalentemente negli osservatori ionosferici. In passato il personale del laboratorio ha progettato e realizzato la ionosonda AIS-INGV e vari sistemi radar per indagini glaciologiche. Questi ultimi sono stati pensati per essere usualmente aerotrasportati e sono stati impiegati per indagini sui ghiacciai antartici.
AIS (acronimo di Advanced Ionospheric Sounder) è una ionosonda per sondaggi verticali interamente progettata e costruita presso questo laboratorio. Essa soddisfa l’esigenza di disporre di uno strumento semplice ma al tempo stesso efficiente per investigare la ionosfera terrestre. Il campo di frequenze utilizzate è quello che comprende le onde che possono subire una riflessione dalla ionosfera, quindi tra 1 e 15-30 MHz. Il principale obiettivo è quello di ridurre la potenza impiegata, peso e dimensioni pur mantenendo la capacità di una misura affidabile. La potenza ridotta è compensata dall’impiego di un codice che favorisce il riconoscimento del segnale nel rumore ambientale. Ulteriori metodologie di analisi del segnale, come l’uso di due codici complementari e l’integrazione coerente, consentono di ottenere uno ionogramma con soli 200W di potenza di picco. La ionosonda realizzata si avvale di un PC per la gestione del sondaggio, il controllo, la registrazione dei file e la distribuzione di questi ultimi attraverso la rete internet. La ionosonda è completamente programmabile e gestibile anche in modalità remota.
Tra le attività del laboratorio vi è quella di sviluppare sistemi radar per effettuare prospezioni glaciologiche tramite strumenti montati su aereo, ma con possibilità di varianti su elicottero o a terra. Varie versioni di radar per questo scopo sono state sviluppate e usate per successive misurazioni che hanno riguardato principalmente i ghiacciai antartici a partire dal 1997. Ogni versione ha visto il miglioramento delle tecnologie impiegate (es. passando da un semplice radar ad inviluppo a sistemi che usano impulsi compressi) e l’uso di frequenza di sondaggio diverse, di solito nella banda VHF, ma con tentativi anche nel campo delle HF, questi ultimi associati allo sviluppo di opportuni sistemi di antenna compatibili con la possibilità di essere portati sotto ad un aeromobile.
Principio di funzionamento di un radar che usa antenne poste sotto alle ali di un aereo
Il laboratorio supporta anche le attività di monitoraggio sul campo attraverso lo sviluppo e la sperimentazione di nuove tecnologie di monitoraggio geologico. Il laboratorio è già stato di supporto a numerose campagne di prospezione geoelettrica, magnetica ed aeromagnetica, e sta attualmente sviluppando tecnologie per il monitoraggio “time lapse” di aree soggette a situazioni geologiche di rischio immediato per la popolazione come frane e sinkholes. Si è occupato altresì di strumenti per indagini non invasive sui materiali e fornisce supporto tecnico allo sviluppo della rete di monitoraggio elettromagnetico in banda VLF (Progetto Cassandra). Le figure illustrano alcune tematiche legate a quest’ultimo tipo di monitoraggio elettromagnetico.
La rete sperimentale INGV per il monitoraggio di segnali a grandissima lunghezza d’onda impiega un tipo di antenna attiva lunga soltanto un metro e sensibile al solo campo elettrico. Il ricevitore ha risposta uniforme nell’intervallo tra 1 e 13 kHz e sensibilità di 1μV. Il monitoraggio avviene in modo continuo alla frequenza di campionamento di 44.1 kHz. Questo segnale viene poi analizzato ricavando spettrogrammi acustici.
La rete di monitoraggio elettromagnetico a bassa frequenza riceve segnali posti nella porzione di spettro che si estende dalla banda ELF alla VLF, ovvero per l’intera estensione delle frequenze acustiche (da 20 Hz a 20 kHz). In questa gamma di frequenze il segnale radioelettrico può essere ascoltato direttamente senza bisogno di demodulazione. Al di sotto dei 9 kHz non esistono ufficialmente trasmissioni radio ma si possono rilevare emissioni elettromagnetiche naturali legate a fenomeni altamente energetici che si verificano nell’atmosfera e, probabilmente, anche nella litosfera.
Spettrogramma del rumore di fondo tipico in banda VLF. Si tratta di ciò che più comunemente si può osservare ed ascoltare in Italia nell’arco di tempo di 40 secondi (scala orizzontale) su una finestra di frequenze (scala verticale) compresa tra 0 (in alto) e 22 kHz (in basso); in figura si individuano vari fenomeni, evidenziati dai rettangoli numerati: 1) il rumore antropico urbano; 2) spherics (attività elettrica naturale dell’atmosfera); 3) un fulmine caduto relativamente vicino; 4) trasmissioni radio VLF intermittenti e continue.
Oltre agli spherics, che sono fulmini provenienti da molto lontano, in particolari condizioni o alle alte latitudini, è possibile osservare fenomeni naturali caratteristici come i tweeks, generati nella ionosfera dai fulmini, e i whistlers, generati nella magnetosfera sempre dai fulmini. In questo grafico la scala delle frequenze è rovesciata (22 kHz in alto). Registrazione effettuata durante una pioggia di whistlers presso il Monte Sassalbo (Fivizzano, Massa-Carrara).
Il tipico rumore di fondo naturale è costituito dal crepitio degli spherics. Si tratta di fulmini caduti in regioni lontanissime, per lo più nell’emisfero opposto. Per questo motivo si può ricevere lo stesso segnale da diversi punti di osservazione. In questi tre siti di osservazione messi a confronto il rumore antropico è differente ma gli spherics sono correlabili.