venerdì 27 novembre 2020

#STEP 24 - Le parole nella storia

Grafico 1

Nel primo grafico possiamo notare come la parola RADAR abbia un incremento molto importante nel suo utilizzo negli anni '40, anni della seconda guerra mondiale. Come infatti abbiamo sostenuto nell STEP 9, la motivazione principale che ha spinto allo studio, alla ricerca e alla tempestiva realizzazione di questo strumento è stata la necessità di far fronte a nuove tecnologie che permettevano di combattere il nemico senza vederlo. Nello stesso grafico si può anche notare come l'incremento non sia correlato a quello della parola elettromagnetismo, parola che ha avuto un utilizzo costante a partire dall'inizio del '900 fino addirittura ai giorni nostri. Nonostante lo studio delle onde elettromagnetiche stia alla base del funzionamento del radar non è stato d'impatto sul linguaggio quotidiano quanto la funzione dello strumento stesso. Sottolinea quanto questo dispositivo abbia avuto un piccolissimo interesse in ambito scientifico rispetto all'uso di questa parola in un altro contesto.

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Grafico 2
        
Curioso è l'andamento che ho notato inserendo e comparando la parola radar con quella di nazismo, quest'ultima l'ho utilizzata come identificativo della seconda guerra mondiale. Come mi aspettavo e come ho sostenuto poche righe fa, sembra esserci una correlazione tra l'inizio della guerra con l'utilizzo del radar. La parola guerra utilizzata qualche anno prima che anticipa la risposta della comunità scientifica venuta qualche anno dopo dettata dalla realizzazione dello strumento.

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Come sostenuto nello STEP 8, mi aspettavo anche qui una correlazione con la parola silicio. Si nota come vi è un inizio di utilizzo di questa parola a partire dalla fine del '700, quando lo scienziato Lavoiser ne scoprì l'esistenza. Inizia qui la sua era, viene studiato a lungo e vengono anche studiati i metodi fisici e chimici per aumentare la sua purezza e renderlo un ottimo semiconduttore. L'utilizzo del termine, raggiunta la metà del '900, sembra seguire quella della parola radar; infatti in quei anni l'elemento chimico era proprio utilizzato per la realizzazione di componenti per lo strumento utilizzato nella seconda guerra mondiale.

lunedì 23 novembre 2020

CEI 211-7/B





 

#STEP 23 - Le normative

 A livello nazionale, il riferimento normativo per la sicurezza nei luoghi di lavoro è  il decreto legislativo 9 aprile 2008 n.81 “Testo Unico sulla salute e sicurezza sul lavoro”. Le disposizioni specifiche in materia di protezione dei lavoratori dalle esposizioni ai campi elettromagnetici sono contenute nel Capo IV del Titolo VIII - Agenti fisici così come modificato dal Decreto Legislativo 1 AGOSTO 2016 N.159 (GU N. 192 del 18-8-2016) che ha recepito in Italia la DIRETTIVA 2013/35/UE.


DIRETTIVA 2013/35/UE del Parlamento Europeo e del Consiglio (26 giugno 2013)



Ai fini di agevolare la valutazione del rischio CEM (campo elettro magnetico) è disponibile il documento redatto dal Coordinamento Tecnico Regioni in collaborazione con INAIL e ISS  "Decreto Legislativo 81/2008 Titolo VIII, Capo IV e s.m.i. sulla prevenzione e protezione dai rischi di esposizione a campi elettromagnetici: Indicazioni operative " (approvato dal Gruppo di Lavoro Agenti Fisici il 18/03/2019 e dall'Area Prevenzione e Sanità Pubblica della Commissione Salute  il 20/06/2019).

Tale documento sostituisce integralmente il capitolo dedicato al Titolo VIII Capo IV,contenuto nelle Indicazioni Operative approvate dal Coordinamento Tecnico Interregionale per la Prevenzione e Sicurezza nei luoghi di Lavoro.


Decreto Legislativo 81/2008, Titolo VIII, Capo IV e s.m.i.



Oltre a questo documento, occorre seguire anche la Legge Quadro 36 del febbraio del 2001 pubblicata nella Gazzetta Ufficiale n° 55, legge sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici.


Legge Quadro 36 del 22 febbraio 2001




A livello Europeo, oltre alla già citata DIRETTIVA 2013/35/UE, è stato redatto nel 2001 il documento CEI 211-7 (Guida per la misura e per la valutazione dei campi elettromagnetici nell’intervallo di frequenza 10 kHz - 300 GHz, con riferimento all’esposizione umana ). Nello specifico, lo strumento radar è contemplato nell’appendice B.

CEI 211-7/B (Guida per la misura e per la valutazione dei campi elettromagnetici nell’intervallo di frequenza 10 kHz - 300 GHz, con riferimento all’esposizione umana Appendice B: Misura e valutazione del campo elettromagnetico emesso dagli impianti radar di potenza)


CEI 211-7 Appendice B



Fonti:

https://www.gazzettaufficiale.it/eli/id/2016/08/18/16G00172/sg

https://my.ceinorme.it/index.html?locale=it#detailsId=0000014919

https://eur-lex.europa.eu

domenica 22 novembre 2020

#STEP 22 - Un manuale d'uso

Il radar, come abbiamo ripetuto moltissime volte in questo blog, è uno strumento fisico-scientifico molto avanzato, in grado di rilevare la posizione degli oggetti grazie al rilevamento di un.onda elettromagnetica riflessa da un oggetto distante da noi. Strumento nato durante la guerra che vede i suoi principali impieghi sulla navi militari.

Il suo utilizzo bellico potrebbe risultare da un lato troppo complesso, come le configurazioni iniziali, dall'altro troppo banale, essendo abituati a vedere nei film semplicemente una spia che si accende sul monitor in caso di oggetto rilevato. 

Per questo ho deciso di trattare un suo utilizzo più pratico e possibilmente vicino alla realtà di tutti i giorni.

Navigando sul web mi sono imbattuto nella piattaforma RADAR del sito della protezione civile italiana.


Se visitate il link vi troverete di fronte ad una mappa radar di carattere metereologico... ma anche qui necessitiamo di informazioni e competenze per riuscire a comprenderla al meglio.



Esaminiamo la mappa radar di una giornata di pioggia. La scala graduata sulla destra indica il valore della riflettività (o precipitazione) in dBz con valori crescenti passando dal blu (nuvole dense, assenza di pioggia) al rosso (pioggia molto intensa). Nella mappa le zone in verde sono quelle in cui la pioggia è stata effetivamente misurata, le zone in rosso vicino al radar sono dovute al segnale di ritorno delle montagne vicine. Quest'eco indesiderato può essere facilmente eliminato mediante l'utilizzo di un filtro, nell'esempio si riportano mappe non corrette che evidenziano la non felice posizione del radar che costringe a lavorare con angoli di elevazione molto alti. La caratteristica nell'utilizzare questa visuale dall'alto bidimensionale, tipica del PPI, è che man mano che ci allontaniamo dal radar (centro della figura) la misura è presa ad una quota sempre più alta per cui diventa più difficile la correlazione con la pioggia a terra ad esempio nella zona di Ascoli a circa 70 Km dal radar la misura è presa a 8 Km di altezza. 


PPI - aumento quota all'aumentare del raggio d'azione

Un PPI è costituito da tanti raggi, un raggio a sua volta risulta diviso in bin (o gates) che costituisce la più piccola porzione di atmosfera "misurabile" (risoluzione spaziale). La risoluzione radiale del bin (Gatewidth) la scegliamo noi, quella azimutale è determinata dall'angolo di apertura del lobo principale (1.6 gradi). Chiaramente avremo bin via via più grossi man mano che ci allontaniamo dal radar.

Nella figura possiamo inoltre vedere i parametri usati durante la misura: la frequenza di ripetizione degli impulsi è di 250 Hz, questo permette in teoria di avere un range non ambiguo pari a 0.5*c/PRF=600 Km, dove c la velocità della luce, la durata di ogni impulso è di 2 microsecondi e il numero di impulsi (samples) su cui medio per avere la misura su tutti i bin di un raggio è pari a 32. Il software permette di scegliere diverse mappe di sfondo, ognuna con un range diverso, nel nostro caso abbiamo una mappa a 120 Km ed essendo la risoluzione radiale di 500 metri, ogni raggio è costituito da 240 bin (o gates). Infine, come detto, non è stato usato alcun filtro di clutter, in grado di eliminare gli ostacoli fissi.



PPI INTENSITA' RANGE 120 Km

1 MARZO 2000   ORE 18.50



PRF: 250Hz
Elevazione: 6.5°

GateWidth: 500 m

PulseWidth: 2000 ns

Samples:  32 

Clutter Filter: Off

Gates: 240  

Unfolding:  Off


 















La sezione verticale (RHI) si ottiene mantenedo fisso l'angolo di azimuth e facendo variare l'angolo di elevazione tra due valori predefiniti. Essa mostra lo sviluppo in quota della perturbazione, in questo caso possiamo vedere come l'altezza delle nubi precipitanti sfiori i 10 Km di altezza.



RHI INTENSITA'  RANGE 120 Km

1 MARZO 2000  ORE 20.30

 


PRF:
250 Hz
Azimuth: 10°

GateWidth: 500 m

PulseWidth: 2000 ns

Samples:  32 

Clutter Filter: Off

Gates: 240  

Unfolding:  Off

















Un problema dei radaristi è collegare il valore della riflettività (Z), ossia della potenza retrodiffusa dalle idrometeore con quello della pioggia effettivamente misurata a terra (R), nel nostro caso essendo il radar a singola polarizzazione purtroppo abbiamo solo un parametro utile per il calcolo della pioggia per cui si potrebbe usare una delle tante relazioni Z/R esistenti in letteratura e tentare una calibrazione con delle misure pluviometriche da terra. Comunque per capire meglio la scala di riflettività basta esaminare la seguente tabella in cui si è usata la nota relazione di Marshall-Palmer z=200 R1.6 con z espresso in mm6/m3 e R in mm/h, poi per comodità di calcolo i mm6/m3 vengono trasformati in dBZ : Z=10log(z)



RIFLETTIVITA' Z (dBZ)

PRECIPITAZIONE R (mm/h)

TIPOLOGIA

-30

-

Leggera nebbia o deboli nuvole, non ci sono precipitazioni

tra -30 e 20

-

Tipi di nuvole via via più dense, senza pioggia

20

<1

Pioggerella appena percettibile

30

3

Pioggia leggera

40

12

Pioggia media

50

50

Pioggia forte

55

100

Pioggia molto forte

tra 55 e 75

-

Pioggia mista a grandine

75

-

Grandinata molto violenta



Il radar doppler è in grado di misurare, oltre che l'intensità, anche la velocità radiale della perturbazione. Viene sfruttato l'effetto Doppler, ossia lo shift di frequenza che subisce un'onda elettromagnetica quando incontra un ostacolo in movimento, la misura dello shift permette di risalire alla velocità radiale del bersaglio. Nella figura è riportata una mappa della velocità radiale della perturbazione già vista precedentemente, il suo movimento è da ovest verso est, infatti a sinistra del radar, che si trova al centro della figura, c'è una prevalenza di colori viola/blu quindi la perturbazione va verso il radar (toward) a destra invece abbiamo colori gialli/rossi che indicano un allontanamento dal radar (away). Da notare che per misure di velocità siamo costretti ad aumentare la PRF, infatti la velocità massima misurabile è pari a 0.25*(PRF*l) con l lunghezza d'onda della radiazione incidente: con una PRF di 250 HZ abbiamo una Vmax pari a 3.4 m/s assolutamente insufficiente, con 1180 Hz arriviamo a 16 m/s. In figura in realtà Vmax=32 m/s, infatti è possibile alzare ulteriormente la massima velocità misurabile mandando alternativamente due PRF diverse.


PPI VELOCITA'   RANGE 120 Km

1 MARZO 2000 ORE 17.30


PRF: 1180 Hz

Elevazione: 6.5°

GateWidth: 250 m

PulseWidth: 800 ns

Samples: 64

Clutter Filter: Off

Gates : 480

Unfolding: 3/2



sabato 21 novembre 2020

#STEP 21 - Nei fumetti

 

The Avengers - United they stand : nell'angolo in basso a sinistra si può notare il componente fondamentale del radar, l'antenna, che capta il passaggio del veivolo.

Si rimanda alla lettura dell'intero fumetto al seguente link: The Avengers - United they stand #4


Word's Finest : si può notare nel fumetto con protagonisti i famosissimi Super-Man e Batman alle prese con un altra antenna radar.

Si rimanda alla lettura dell'intero fumetto al seguente link: Word's Finest #134


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Di seguito riporto alcune vignette umoristiche riportanti il radar in un'altra sua componente fondamentale: il display. Su quest'ultimo infatti viene trasformato il segnare elettromagnetico di ritorno come un'immagine su uno schermo che interfaccia con l'utente. 





Fonti:

venerdì 20 novembre 2020

#STEP 20 - Il marchio

Assicurare 24 ore su 24 la sicurezza del Paese garantendo il controllo dello spazio aereo e proteggere gli interessi nazionali in patria e all’estero sono alcuni dei compiti assegnati alla nostra Aeronautica Militare.

Per fare questo la Forza Armata ha bisogno di “vedere” e “comunicare” in maniera efficace, cosa che fa grazie alla rete di sensori della Difesa Aerea, del Traffico Aereo e dell’Assistenza al Volo.

Tutte queste sofisticate apparecchiature hanno però bisogno di essere manutenute e, in caso di avaria, prontamente riparate; L’Ente manutentore della Forza Armata è la 4^ Brigata Telecomunicazioni e Sistemi per la Difesa Aerea e l’Assistenza al Volo sita a Borgo Piave – Latina.

La 4^ Brigata Telecomunicazioni e Sistemi per la Difesa Aerea e l’Assistenza al Volo di Borgo Piave è la principale struttura della 3ª Divisione del Comando Logistico dell’Aeronautica Militare che ha la responsabilità della progettazione, realizzazione, installazione, manutenzione sia sul territorio nazionale che in operazioni fuori dai confini nazionali, dei sistemi di telecomunicazioni ed elettronica, dei sistemi radar, delle radio assistenze al volo e alla navigazione aerea e dei sistemi di supporto alla meteorologia.



4^ Brigata Telecomunicazioni e Sistemi per la Difesa Aerea e l’Assistenza al Volo

Lo stemma di Reparto
Al centro dello scudo è raffigurata un’aquila, simbolo della natura dell’Aeronautica Militare e quindi di determinazione e di coraggio, nel gesto di artigliare un satellite che simboleggia l’importanza delle comunicazioni. Il tutto sovrasta una raffigurazione semplificata dello schermo di un RADAR, simbolo della Difesa Aerea e del Traffico Aereo, sul quale spiccano tre tracce, a rappresentare i tre Reparti storici la cui unione ha dato vita al 4° Reparto Tecnico Manutentivo DA/AV/TLC e a seguire alla neo costituita 4ª Brigata Telecomunicazioni e Sistemi per la D.A. e l’ A.V.
Uno dei sei settori in cui è suddiviso lo schermo RADAR è a forma di alveare, a simboleggiare la laboriosità e l’operosità che sono proprie dell’ambito afferente alla logistica del Materiale Aeronautico e, nel settore inferiore, sono riportati i colori della Bandiera Nazionale a simboleggiare l’operato della Brigata a difesa della Patria.

Colori utilizzati:
– blu per lo sfondo che riprende quello già utilizzato per gli Stemmi dei precedenti Enti di volta in volta riconfigurati sul sedime di Borgo Piave (LT);
– verde in tonalità più chiare e più scure per lo scudo centrale.
– infine ovviamente rosso, bianco e verde : il tricolore italiano.

venerdì 13 novembre 2020

#STEP 19 - L'abbecedario

 

Fonte:
Radar

  • A come antenna
  • B come buio (grazie al radar, anche visibilità notturna)
  • C come carote (si rimanda alla campagna pubblicitaria)
  • D come display
  • E come elettromagnetismo
  • F come frequenze
  • G come guerra (primo e maggior campo di utilizzo dello strumento)
  • H come Hülsmeyer
  • I come impulso (radar ad impulsi)
  • L come latitudine (un delle due coordinate del rilevamento)
  • M come Marconi
  • N come nave militare (sede di utilizzo dei primi radar)
  • O come onde elettromagnetiche (inviate e ricevute)
  • P come profezia
  • Q come quota azimutale
  • R come rilevatore
  • S come silicio
  • T come Taylor
  • U come Ugo Tiberio
  • V come valori rilevati (coordinate dell'oggetto)
  • Z come zona (area tipa del raggio d'azione del radar)

giovedì 12 novembre 2020

#STEP 18 - Francobolli


  富士山頂気象レーダー完成記念 1

Commemorazione del completamento del radar meteorologico del Monte Fuji 1

  1965(S40).3.10発行

1965 (S40) 3.10 emesso



  カバー版元: 中村浪静堂版(Ⅱ)

Editore di copertina: versione Nakamura Naniseido (II)

  切手図案: 剣ヶ峰の気象レーダー

 (原画:大塚均)

Design del timbro: radar meteorologico Kengamine

(Immagine originale: Hitoshi Otsuka)

  カシェ図案: 剣ヶ峰の気象レーダー

 (図案:大塚均)

Cashe Design: Kengamine Meteorological Radar

(Design: Hitoshi Otsuka)

  記念印: 御殿場局

Marchio commemorativo: Gotenba Bureau

Fonte:


Brevetto statunitense Nr.1981884

 Si riporta per intero il brevetto Nr.1981884
 Se sei interessato alla storia di questo libretto visita lo #STEP17








Fonti:

Brevetto tedesco Nr.169154

 Si riporta per intero il brevetto Nr.169154.
 Se sei interessato alla storia di questo libretto visita lo #STEP17







Fonti:

 

Brevetto tedesco Nr.165546

Si riporta per intero il brevetto Nr.165546
Se sei interessato alla storia di questo libretto visita lo #STEP17






Fonti:
https://www.radartutorial.eu/04.history/pubs/DE165546.pdf




#STEP 17 - I brevetti

Nella storia del radar il fatto meno noto, ma eclatante, è che nel 1904 un inventore tedesco, Christian Hülsmeyer, ottenne un brevetto britannico (n° DE165546) per un “telemobiloscopio”, che era un "apparecchio di proiezione e ricezione dell'onda hertziana ... per avvertire la presenza di un corpo metallico come una nave o un treno “.

Non solo una teoria, ma un prototipo che venne messo alla prova nella mattina del 10 giugno 1904, dal ponte del Reno a Colonia, con una dimostrazione pubblica, sia con potenziali utenti sia con la stampa, che ne dette ampio ragguaglio.
I tecnici di varie compagnie di navigazione ritennero trattarsi della dimostrazione convincente di una nuova tecnologia e della sua pratica applicazione, visto che una nave dotata di questo sistema avrebbe potuto individuare per tempo un ostacolo od altra nave fino a 5 chilometri di distanza. La specifica del brevetto mostra l'immagine di un piroscafo che utilizza il riflesso per rilevare una nave in arrivo. I test effettuati sul Reno avevano in linea di principio dimostrato l'utilità del processo. Oltre a questo "telemobiloskop" (visualizzatore di movimento a distanza), l'11 novembre 1904 Hülsmeyer ottenne un ulteriore brevetto (n° DE169154) per determinare la distanza misurando l'angolo di elevazione.



            
             DE169154, 11 novembre 1904

            
                    DE165546, 30 aprile 1904    













Malgrado l’interesse concreto di armatori ed industriali, il progetto si arenò per una durissima campagna contro qualsiasi adozione o investimento nella nuova tecnologia, messa in atto dalla compagnia Marconi che minacciava gli interessati di violare gli accordi precedenti con la stessa società Marconi, che peraltro riguardavamo il servizio radio. 


Il mondo armatoriale, prima ancora che l’industria, più ancora che pregiudizi aveva difficoltà a discernere tra sistema di ricerca e scoperta a onde hertziane ed il concetto di rilevamento radio (radiogoniometria nel migliore dei casi), difficoltà su cui abilmente giocò la Marconi. 

Nell'autunno del 1922, Albert H. Taylor e Leo C. Young, ricercatori del U.S. Naval Aircraft Radio Laboratory stavano effettuando esperimenti di comunicazione quando notarono che lo scafo, tra l’ altro in legno, di una nave sul fiume Potomac interferiva con i loro segnali. I due ricercatori stesero una memoria suggerendo che questa anomalia avrebbe potuto utilizzarsi per il rilevamento di navi, in un contesto di difesa portuale. Nel 1930, un collaboratore di Taylor e Young, Lawrence A. Hyland, transitato al Laboratorio di Ricerca Navale Usa (NRL) di Washington, utilizzò un analogo sistema per rilevare il passaggio di un velivolo. 
Nel dicembre del 1934 con tale apparato fu possibile rilevare un aereo alla distanza di un miglio mentre sorvolava il Potomac. 

Sulla base di queste due esperienze fu presentata una richiesta di brevetto per la scoperta sia di navi che di aeromobili. 
Questi risultati sarebbero stati tipici del successivo radar, con l’adozione di sistemi ad impulsi tecniche di codifica per estrarre dati da un segnale in onda continua (CW). 


Taylor incaricò pertanto Robert Morris Page di verificare e sviluppare la tesi di Young. Page progettò un trasmettitore che operava a 60 MHz con impulsi di 10 μs di durata e intervallo di 90 μs.
Per questo esperimento a Page, Taylor e Young viene attribuita la paternità del primo vero radar al mondo con il relativo brevetto (n° US1981884A)