Una carrellata di misure in occasione delle Perseidi 2015 (by RadioAstroLab).

1. Osserviamo via radio le meteore e i detriti spaziali:
implementiamo un radar bistatico con GRAVES
Esperimenti Meteor Scatter in VHF @ 143.050 MHz
Una carrellata di misure in occasione delle Perseidi 2015

2. RADAR BISTATICO per osservare gli oggetti che transitano in cielo a
una quota dell’ordine di 100 km:
osservazione di tracce meteoriche tramite echi radio-doppler in VHF
Si studia nel dominio della frequenza
(spettrogramma) la riflessione di un
segnale generato da una potente
emittente radio, normalmente non
ricevibile per onda diretta, dalle tracce
ionizzate di meteore (o altri oggetti) che
entrano nell’atmosfera terrestre.
Questo radio-eco (che dura da frazioni di
secondo a qualche secondo) si manifesta
come un improvviso incremento nel livello del
segnale ricevuto e si può studiare misurando
la sua intensità e il suo doppler-shift in
frequenza, ricavando importanti informazioni
sul movimento della sorgente che provoca lo
scattering.
Il trasmettitore dovrebbe
generare una portante stabile
e pura come, ad esempio, il
segnale radar GRAVES
(Francia) che trasmette sulla
frequenza di 143.050 MHz,
utilizzato per monitorare i
detriti spaziali in orbita
attorno alla Terra e ricevibile
da stazioni situate al centro-
nord dell’Italia.

3. Stazione fissa RAL_meteor
Senigallia (AN) – Italy
PASSIVA
Stazione RADAR Graves – France 143.050 MHz
ATTIVA
723 km
Il radar GRAVES, attivo dal 2003, è gestito
dall’aereonautica militare francese per
mappare e catalogare gli oggetti che
orbitano nello spazio intorno al nostro
pianeta. E’ stato progettato per “vedere”
un oggetto spaziale grande almeno dieci
centimetri.
Il radar trasmette sulla frequenza di
143.050 MHz con una potenza dell’ordine
delle decine di kW utilizzando antenne che
inviano il segnale verso lo spazio.
L’elevata potenza in gioco consente la
ricezione degli echi del segnale di Graves
(emissione CW continuos wave) anche per
riflessione lunare.
GRAVES (Grand Réseau Adapté
à la Veille Spatiale) è un radar di
sorveglianza spaziale francese.
Regione del
cielo
«illuminata» dal
radar GRAVES.
Distanza fra la stazione attiva
e le stazioni passive (fissa e
mobile) della configurazione
radar bistatico

4. I principali
sciami
meteorici

5. Finalità dell’esperimento:
1. Verificare la realizzabilità e la funzionalità di due differenti stazioni (sono gli elementi passivi
della configurazione radar bistatico in VHF basato sull’elemento attivo GRAVES @ 143.050
MHz).
2. Utilizzare tecnologia accessibile ai radioamatori per la costruzione delle stazioni.
3. Conoscere i principi tecnici e fisici che regolano il funzionamento del sistema (Meteor Scatter,
effetti della propagazione radio in VHF, etc…).
4. Sfruttare l’intensa attività dello sciame meteorico delle Perseidi in agosto per verificare il
funzionamento degli strumenti e pianificare dimostrazioni pubbliche affiancate a quelle ottiche.
5. Confrontare le nostre osservazioni con quelle di altri appassionati per verificare eventuali
correlazioni.
6. Testare il funzionamento della stazione fissa come elemento remoto connesso a una rete
amatoriale di osservatori (www.sidmonitor.net), funzionante in continuità 24 h/giorno.
In questa prima fase di test, non sono stati pianificati esperimenti di conteggio degli eventi
meteorici con elaborazione di una statistica a lungo termine, ma si è focalizzata l’attenzione sulla
qualità di ricezione e di elaborazione del singolo spettrogramma che rappresenta l’evento.
Lo scopo del lavoro era quello di ottenere informazioni (immagini spettrali) più dettagliate possibili
sulle caratteristiche e sull’evoluzione degli echi meteorici, verificando l’idoneità dei sistemi riceventi
per un monitoraggio continuo.

6. STAZIONE FISSA RAL_meteor - Caratteristiche tecniche:
Frequenza operativa: 14.050 MHz
(ricezione radio-echi radar GRAVES)
Antenna: N. 2 crossed yagi 3 elementi, autocostruita
(polarizzazione circolare, puntamento zenith).
RX: Super-eterodina 3 conversioni autocostruito
1° OL=DDS 108-124 MHz
2° OL=32 MHz (frequenza fissa) quarzato
3° OL=2 MHz (frequenza fissa) quarzato.
OUT banda-base audio: 0-48 kHz (I+Q)
Acquisizione: Scheda audio esterna Creative Sound Blaster
24 bit – 96 KHz sample rate.
Software: Spectrum Lab (free by DL4YHF).
Il sistema è stato concepito per operare con continuità 24h/giorno ed è
remotizzabile.
Dato che la stazione è installata in località urbana-industriale, il ricevitore
è stato curato per ottimizzare l’immunità alle interferenze esterne e ai
segnali fuori banda (Banda RX: 140-146 MHz): importante filtraggio
all’ingresso.

8. Antenne utilizzate per le stazioni mobile e fissa
L’antenna per la stazione fissa (installata sul tetto di un edificio industriale) è composta da 2 Yagi incrociate
(ciascuna con 3 elementi), orientate verticalmente.
Le antenne della stazione fissa sono utilizzabili singolarmente e indipendentemente, oppure accoppiate in vario
modo. Per questa applicazione sono state accoppiate in modo da ricevere una polarizzazione circolare.
La stazione mobile utilizza una singola Yagi installata sul tetto di un’autovettura tramite supporto orientabile.

9. Elemento base delle
stazioni riceventi

10. Il ricevitore è stato costruito utilizzando moduli e componenti disponibili in laboratorio.
I principali requisiti di progetto riguardano la minimizzazione dei disturbi e delle interferenze fuori-banda,
l’ottimizzazione della selettività in banda all'ingresso del sistema e fra gli stadi di conversione.
Totale schermatura dell'elettronica in modo da sfruttare le ottime caratteristiche di “silenziosità” della scheda
audio di acquisizione (esterna al PC).
Prototipo del ricevitore sviluppato per la stazione fissa.

11. Eventi interessanti che si sono verificati verso
la fine di luglio, in corrispondenza
dell’incremento di attività dei radio-echi
(rispetto alla media degli eventi sporadici) che
annuncia il picco dello sciame Perseidi 2015.
Registrazioni effettuate dalla
stazione fissa RAL_meteor
(Senigallia – ANCONA).
Df=280 Hz
Dt=20 sec.
Dt=25 sec.
Df=150 Hz

12. Df=180 Hz
Df=290 Hz
Dt7 sec.Radio-meteore
notevoli
registrate
immediatamente
prima dello
sciame delle
Perseidi 2015
E’ molto interessante e istruttiva la panoramica delle forme degli echi
meteorici: dall’evoluzione delle tracce è possibile stimare la dimensione
dell’oggetto, la sua velocità di ingresso in atmosfera, la distribuzione dei
venti in quota…

13. Evento meteorico complesso registrato dalla stazione fissa
Dt=80 sec.
Df=90 Hz
Le impostazioni del software di
acquisizione degli spettrogrammi
(Spectrum Lab) sono state
sperimentate e ottimizzate in
modo da visualizzare i dettagli dei
singoli eventi, anche quelli più
deboli.
Questo aiuta a comprendere la
varietà dei fenomeni osservati,
creando un catalogo che sarà utile
per discriminare la loro origine e
natura (distinzione fra riflessioni
da tracce ionizzate da meteore,
riflessioni da aerei e satelliti…).

14. Riflessione
meteorica in
presenza di intenso
rumore di fondo.
Dt=95 secondi
Le immagini forniscono un’idea
sulla varietà dei fenomeni
osservati e sul contenuto
informativo degli spettrogrammi
che si possono registrare con i
sistemi descritti.

15. Eventi rilevanti registrati il 12 Agosto
2015 (Perseidi) dalla stazione fissa (le
immagini hanno identica scala).
15 secondi/div
Df=300 Hz
Dt=60 secondi

16. Portante del radar GRAVES
Eco meteorico
Scarica
atmosferica
Portante del radar GRAVES
Portante del radar GRAVES
Aereo in transito
Aereo in transito
Aereo in transito
?
Questo radar bistatico rileva gli echi radio di un oggetto (di adeguate dimensioni) che transita a circa 100 km di quota, «illuminato»
dalla portante del radar GRAVES: aerei, satelliti artificiali civili e militari, ISS, detriti spaziali, riflessioni lunari…
L’identificazione degli oggetti non è banale. Sono osservabili anche interessanti effetti della propagazione in VHF.
Le precedenti registrazioni mostrano come la portante del radar GRAVES non sia normalmente ricevibile, data la distanza.
Eccezionalmente, e per brevi periodi di tempo in funzione della propagazione, le nostre stazioni ricevono il segnale di GRAVES.

17. STAZIONE MOBILE RAL_meteor
Caratteristiche tecniche:
Frequenza operativa: 14.050 MHz (radar GRAVES)
Antenna: Yagi 3 elementi orientabile, autocostruita
RX: SDR AIRSPY (24-1800 MHz)
Software: SDR# (free).
Grazie alla flessibilità del ricevitore SDR e alla sua compattezza, questa
attrezzatura è stata utilizzata per le dimostrazioni pubbliche "sul
campo", in parallelo alle osservazioni ottiche.
L'antenna è stata costruita con un supporto orientabile che si può
appoggiare sul tetto di un'autovettura.
E’ essenziale l'accordo dell'antenna e una corretta impostazione dei
parametri del software.

18. Caratteristiche del
ricevitore SDR
commerciale utilizzato.

19. Software SDR#: impostazioni dei parametri del ricevitore e della FFT per la corretta
rappresentazione degli spettrogrammi.
Poiché il software SDR# non consente il salvataggio automatico degli spettrogrammi, si è utilizzato uno dei tanti programmi free
di salvataggio automatico e temporizzato dello schermo del PC come, ad esempio, AutoScreenCap: per non perdere alcun evento
durante il periodo di attività delle Perseidi, si è impostato il salvataggio automatico delle schermate ad intervalli di tempo
regolari, compatibili con il flusso di dati FFT dello spettrogramma. Le schermate sono salvate con immagini .JPG.
Lo scopo di questo lavoro non è il conteggio e/o la classificazione statistica
degli eventi meteorici, ma verificare l’idoneità di due differenti sistemi
riceventi nel rappresentare (e registrare) i particolari dell’evoluzione delle
tracce dei radio-echi in uno spettrogramma.

21. Dt=56 secondi

22. In questa mappa sono riportate le posizioni geografiche (in riferimento al radar GRAVES)
delle stazioni che hanno monitorato, più o meno continuativamente, l’attività meteorica
via radio. Non tutte le stazioni erano attive contemporaneamente: sono indicate quelle
che hanno partecipato ai seguenti esperimenti.
Stazione passiva fissa
Stazione passiva mobile
Stazione passiva fissa
Stazione passiva fissa
Stazione attiva @ 143.050 MHz
Schema della
configurazione radar
bistatico con GRAVES
(elemento attivo) e
stazioni italiane del
centro-nord (elementi
passivi).

23. Ho utilizzato le immagini degli
spettrogrammi registrati da
Vainer Orlando in occasione
delle Perseidi 2015 per
confrontarli con le mie analoghe
registrazioni.
Nonostante la differenza
temporale dovuta alla
mancanza di sincronizzazione
dei PC, sembrano evidenti le
correlazioni fra gli eventi
registrati dalle due postazioni
distanti.
Lo scopo di questo lavoro è
quello di evidenziare la forma e
l'evoluzione della traccia
ionizzata prodotta dall'impatto
dei meteoriti con l'atmosfera.

27. Nonostante la
distanza e le
differenze tecniche fra
le stazioni (e fra gli
orologi dei PC), negli
spettrogrammi si
riconoscono
agevolmente le
«firme» degli eventi
registrati.

29. 60 s

31. La registrazione radio principale è quella di Daniele Caccia. I particolari associati con l'evento più intenso mostrato in figura (le differenze
temporali sono dovute alla mancanza di sincronizzazione degli orologi dei PC) sono due registrazioni indipendenti effettuate dal sottoscritto
dalla stazione fissa e dalla stazione mobile.
Interessanti possibilità di studio possono svilupparsi da un monitoraggio coordinato (e sincronizzato...) di eventi meteorici fra stazioni distanti.
Occorre considerare la differente posizione degli
assi tempo-frequenza negli spettrogrammi.

32. Relazioni possibili fra osservazioni visuali di meteore (Perseidi 2015) effettuate da Giorgio De Luca a Barbiana -
FIRENZE - IT) e osservazione radio (il sottoscritto a Senigallia - ANCONA - IT).

34. Evento notevole post-Perseidi…
7 ottobre 2015
Questo grosso bolide meteorico è stato registrato
dalla stazione radio del Planetario di Venezia alle
06h04m08s UT dello scorso 7 ottobre 2015.
Gli impulsi trasmessi sulla frequenza 143,05 MHz
dal radar francese Graves sono stati riflessi verso
terra dagli strati atmosferici ionizzati dal
meteoroide, e quindi ricevuti dalla stazione di
Venezia per ben 98 secondi (evento descritto da
Enrico Stomeo).
Lo stesso bolide «visto» dalla nostra stazione
fissa.

36. Grazie per l'attenzione