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Urbini S., Zirizzotti A., Bianchi C., Cafarella L., Baskaradas J., Sciacca U. (2023). IRES Italian Radio Echo Sounding. Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV). https://doi.org/10.13127/ires
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Achille Zirizzotti ha conseguito la Laurea Magistrale in Fisica presso l'Università "Sapienza" di Roma nel 1991 ed è entrato a far parte dell'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) nel 1997. Attualmente è I° tecnologo presso l'INGV. Dal 1997 si occupa di Radar Glaciologia presso l'INGV. Gli interessi di ricerca di base sono la geofisica ambientale, la glaciologia e in generale le aplicazioni dei radar nella geofisica . È stato responsabile di progetto e co-investigatore di cinque progetti antartici italiani, sviluppando sistemi Radio Echo Sounding (RES) ampiamente utilizzati in Antartide dal gruppo italiano di radar glaciologia è coordinatore principale del Database Radio Echo Sounding italiano (database IRES ). Ha partecipato a undici spedizioni in Antartide dal 1997 al 2015, eseguendo oltre trentamila chilometri di misure radar in vari progetti di ricerca (valutazione del bilancio di massa , determinazione del punto di perforazione del progetto Epica, Condizioni del ghiaccio e del fondo roccioso a Dome Concordia e esplorazione di laghi subglaciali).
PNRA18_00208 MIMIC Investigazioni Multidisciplinari sul monte Melbourne e nelle sue grotte fumaroliche nel ghiaccio (resp. Gaetano Giudice):
Il Monte Melbourne è uno stratovulcano quiescente sito in prossimità della Stazione Mario Zucchelli (circa 40 Km).
Recentemente, nel corso del progetto PNRA Ice-Volc è stata confermata sul Melbourne la presenza di grotte fumaroliche nel ghiaccio (FIC),
formate dal vapore rilasciato da fumarole e suolo.
Inoltre, nella XXXIII campagna PNRA alcuni voli di test con un Ice Penetrating Radar (IPR) sono stati condotti sulla caldera rivelando la
presenza di grandi ambienti sotto il ghiaccio, che hanno mostrato una buona correlazione con la posizione di FIC rilevate nel progetto Ice-Volc. I
dati IPR mostrano anche stratificazioni interne a neve/ghiaccio, verosimilmente legate alla presenza di strati di tephra dovuti alle più recenti
attività eruttive.
L'eventuale presenza di strutture vulcaniche sepolte sotto la coltre di ghiaccio sarà studiata sia mediante un sistema RES che con un singolo impulso
radar. Il sistema RES funziona a 24V d.c. con una potenza di picco massima di 1-10kW e sfrutta le antenne Radarteam (40MHz) e GSSI (16MHz)
appositamente modificato per questo progetto. Sul monte Melbourne verranno eseguite griglie regolari di misurazione aerea con interlinea di 50 m
Caldera sfruttando diverse frequenze antenna. Sulla base dei risultati ottenuti, alcune parti di interesse verranno studiate con griglie più dense da
misure a terra. L'identificazione della tefra englaciale sarà effettuata mediante un sistema GPR dotato di 40-200-400 MHz
antenne.
Il progetto MACMAP (Multidisciplinary Analysis of Climate change indicators in the Mediterranean And Polar regions) ha tra le altre attività, il work package 5 le cui attività permetteranno di misurare alcuni effetti dei cambiamenti climatici sulla criosfera tramite lo sviluppo di sistemi radar innovativi, l’installazione di stazioni sismiche e mareografi, misure da satellite e simulazioni numeriche su scala locale e globale. L’evoluzione della dinamica della criosfera sarà interpretata anche in relazione alle condizioni atmosferiche ed al bilancio radiativo al suolo grazie a misure ottenute presso l'osservatorio di Thule.
All'interno del WP5 "Geophysical observations in Polar and Alpine environments" (resp. Giovanni Muscari) ll gruppo di radio glaciologia è impegnato nel task 5.2 "Radio Echo Sounding (RES)" nella realizzazione di un glacioradar innovativo realizzato con dispositivi SDR (Software Defined Radio) il task prevede la realizzazione di una nuova versione di un sistema RES aviotrasportato INGV “GlacioRADAR”. L'innovazione principale riguarderà l'utilizzo di un radar con codice chirp monostatico. Un ulteriore miglioramento consisterà nel ridimensionamento e nell'alleggerimento del sistema per aumentarne la trsportabilità. Il il nuovo sistema RES sarà testato sui ghiacciai alpini precedentemente studiati nelle campagne alpine (2013) e l'interpretazione dei profili beneficerà delle misure sismologiche del progetto.
Nel primo anno dell'attività del task sono state eseguite simulazioni per la progettazione del nuovo Glacioradar, cercando di ottimizzare il sistema per la migliore forma d'onda radar da utilizzare. Un esempio è riportato nella figura seguente.
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CARATTERISTICHE NUOVO GLACIORADAR |
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Parametro |
Valore |
Note |
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Frequenza |
10 – 400 MHz |
Frequenza segnale |
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Pulse Repetition Rate (PRR) |
100 Hz |
n° di tracce radar/s |
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Sample rate |
25 MHz |
Risoluzione in metri |
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Durata impulso |
1.040 us |
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Subimpulso |
80 ns |
Durata subimpulso |
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Lunghezza codice |
13 bit |
Barker code |
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Risoluzione |
12 m |
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Punti per traccia |
2048 |
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Durata traccia |
81.92 us |
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Profondità d'indagine |
12.3 km |
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Numero punti traccia |
2048 |
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Caratteristiche N300:
Il prototipo del nuovo radar di misura glaciologico utilizza il dispositivo programmabile SDR (Software Defined Radio) N300 di Ettus Research. I dispositivi SDR programmabili consentono di generare e acquisire segnali radio modulati in un'ampia gamma di frequenze rendendo il radar flessibile e utilizzabile in diversi tipi di misurazioni RES come misurazioni al suolo o misurazioni con elicotteri o aerei. Le prime prove di laboratorio del dispositivo SDR sono state effettuate scrivendo il codice C++ che genera tutti i segnali radar che soddisferanno le caratteristiche radar definite nel primo anno di progetto. Dopo aver testato il codice, si è passati alla realizzazione dei circuiti elettronici di front-end per interfacciare l'amplificatore di potenza a radiofrequenza con il dispositivo SDR. Sono stati progettati gli adattatori di livello dei segnali trigger e i limitatori di segnale dell'antenna ricevente. Dopo la fase di progettazione dei circuiti e delle schede elettroniche, si è passati alla fase di montaggio.
Fig. 3 Schema dell'adattatore di livelli.
I componenti elettronici sono stati montati sulle schede e sono state eseguite tutte le prove di laboratorio degli adattatori di livello dei segnali di trigger e dei limitatori di segnale dell'antenna ricevente. Sono state effettuate prove per verificare i livelli dei segnali digitali e il funzionamento dei limitatori in tutte le configurazioni di lavoro del radar. Per le misurazioni in elicottero che verranno effettuate sui ghiacciai alpini si è deciso di utilizzare le antenne SE40 di Radarteam operanti a 40 MHz.
Fig.4: Antenna SE40 montata sotto l'elicottero.
Queste antenne sono già disponibili nei nostri laboratori elettronici e possono essere facilmente trasportate sul ghiaccio con le slitte o montate sotto l'elicottero con appositi adattatori. Per le antenne SE40 sono stati realizzati 2 balun da 40 MHz per l’adattamento tra la linea bilanciata a 300 ohm delle antenne e la linea sbilanciata a 50 ohm del trasmettitore e del ricevitore del radar. I balun sono stati realizzati con due trasformatori ad alta frequenza ed il tutto è stato assemblato in due cassettini elettronici (vedi fig.5) da inserire all’interno delle antenne ed adeguatamente connettorizzati. Successivamente sono state eseguite misure di impedenza con l’analizzatore di rete per verificare il corretto funzionamento. Nella Fig. 2 è visibile il diagramma di Smith della parte reale ed immaginaria dell’impedenza d’ingresso dell’antenna con il balun montato.
Fig.5: cassettino di adattamento Impedenza. Fig.6 Diagramma di Smith dell'impedenza d'ingresso del cassettino.
