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Impiego di un registratore di dati per il controllo della qualità di radar meteorologici

Sia in aeronautica che in ambito meteorologico, una tecnologia radar ben funzionante svolge sempre un ruolo fondamentale. In questi casi, è la performance tecnica delle antenne radar ad avere grande rilevanza. Per questo, armasuisse Scienza e tecnologia lavora insieme a MeteoSvizzera a un apparecchio in grado di verificare la qualità dei radar meteorologici e delle loro antenne.

15.04.2020 | armasuisse Scienza e Tecnologia, Sensori

Lema Radar
Radar Monte Lema

I radar meteorologici, come quello di Monte Lema in Ticino illustrato nell’immagine, scansionano sistematicamente il cielo alla ricerca di precipitazioni. Il radar svolge qui sia la funzione di trasmettitore che quella di ricevitore. In un progetto comune, armasuisse Scienza e tecnologia (S+T) e MeteoSvizzera sviluppano un cosiddetto pulse logger, un registratore di dati che monitora i segnali trasmessi da un radar meteorologico garantendone così la qualità.

Se il radar meteorologico si trova in modalità di trasmissione, vengono generati impulsi radar che vengono trasmessi in una determinata direzione. I parametri fisici di questi impulsi variano a seconda della zona di impiego del radar. Tra questi ci sono ad esempio la frequenza e l’ampiezza delle onde elettromagnetiche portanti, la durata d'impulso e la frequenza di ripetizione degli impulsi.

Se gli impulsi radar trasmessi vengono riflessi, ad esempio su una goccia di pioggia, i loro parametri fisici cambiano. Solo in modalità di ricezione, il radar meteorologico capta questi impulsi riflessi e analizza, oltre alla durata, anche il cambiamento della forma dell’impulso. In questo modo, il radar può determinare non solo la distanza dalla zona della precipitazione ma anche la sua tipologia, come ad esempio pioggia leggera, pioggia intensa ecc., nonché la direzione e la velocità di diffusione.

Per poter garantire l'affidabilità di queste valutazioni, il radar meteorologico ha assolutamente bisogno di dati sotto forma di impulsi il più precisi possibili. Per questo è indispensabile una performance tecnicamente perfetta dell’antenna del radar in modalità di trasmissione. Dato che le caratteristiche dell'antenna possono essere influenzate anche da fattori esterni sul luogo di esercizio, una verifica del funzionamento di antenne radar in condizioni di laboratorio è insufficiente e troppo laboriosa.

S+T e MeteoSvizzera intendono pertanto impiegare direttamente su un luogo di esercizio di un radar un registratore di dati remoto, noto anche come pulse logger. Il pulse logger, che esternamente ricorda un disco rigido esterno, dovrebbe sorvegliare in loco il radar meteorologico durante l’esercizio e analizzare la qualità degli impulsi radar trasmessi. Nel caso di questo pulse logger si tratta di un cosiddetto Software Defined Radio (SDR). Ciò significa che una parte dell’elaborazione di segnali è realizzata con l’aiuto di un software. Questo pulse logger SDR registra gli impulsi trasmessi dal radar meteorologico servendosi di un sistema di antenna proprio e non ad esempio tramite quello del radar meteorologico. Questo contribuisce a rafforzare ulteriormente la garanzia di qualità. Il software richiesto per questa funzione è stato sviluppato dal settore di studio Sensoristica (STS) in formato open source nel linguaggio di programmazione Python 3. Il software del pulse logger analizza gli impulsi trasmessi dal radar meteorologico e riflessi ad esempio su una goccia di pioggia, visualizzando poi in modo facilmente comprensibile i parametri di impulso risultanti e le caratteristiche dell’antenna.

Grazie a questo pulse logger, le stazioni meteorologiche dei radar meteorologici possono accedere sempre e ovunque a questi dati visualizzati e ottenere un quadro dei parametri dell’antenna radar rilevanti per il sistema. In questo modo si potrà verificare con molta facilità, tramite accesso remoto, la funzionalità delle antenne del radar meteorologico in modalità di trasmissione e utilizzare i dati per l’analisi delle condizioni meteorologiche senza perdere tempo a recarsi presso un radar meteorologico.

Al momento, il pulse logger si trova nel laboratorio di Thun, dove viene sottoposto a controllo da parte del STS in merito alla sua stabilità a lungo termine.

puls-logger
Pulse logger: un registratore di dati per il controllo della qualità di radar meteorologici