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Allineamento LIDAR

Effetti di luce nell'atmosfera

Questo articolo è stato scritto in collaborazione con Matteo Cirenza, Veronica Civerchia, Lorenzo Fiorentini, Lisa Incollingo e Ilaria Lepori.

Il LIDAR (LIght Detection And Ranging o Laser Imaging Detection And Ranging) è una tecnica che permette, utilizzando un raggio laser, di determinare la distanza a cui si trova un’oggetto analizzando la radiazione riflessa dall’oggetto stesso ma la stessa tecnica può essere usata per ricavare informazioni sulla composizione del mezzo attraversato dall’onda riflessa. In pratica è uno strumento di telerilevamento attivo che ha varie applicazioni (per esempio, la stima di profili verticali di aerosol – le polveri -, del vapore d’acqua, della temperatura e delle nubi). In generale è costituito da una sorgente laser e da uno o più telescopi che hanno lo scopo di misurare la radiazione laser retrodiffusa.

L’apparato installato presso ARToV

Un esempio dell'analisi dei dati di rilevamento del vapore d'acqua in atmosfera
Un esempio dell’analisi dei dati di rilevamento del vapore d’acqua in atmosfera.

Nell’apparecchiatura costruita e installata nell’Area di Ricerca di Tor Vergata (ARToV – http://lidar.artov.isac.cnr.it/#instr_descr) la parte ricevente e’ costituita da un insieme di undici telescopi. Il sistema utilizza due fasci a 532nm e 355nm. La radiazione verde (532nm) viene utilizzata per recuperare l’aerosol e la temperatura utilizzando il segnale di backscattering elastico; la radiazione ultravioletta (UV, 355nm) è invece usata per produrre e rilevare i segnali di backscattering Raman-shift, originati sia dall’azoto (387 nm) che dal vapore acqueo (407 nm).

Il ricevitore lidar è un sistema multi-canale, ciascun canale ha la sensibilità appropriata per sondare un sotto-intervallo di altitudine diverso.

All’inizio di una sessione di osservazione la posizione ottimale degli specchi e degli apparati ottici è dedotta e ottimizzata a partire dalle caratteristiche del sistema. Nel corso della sessione però variazioni disomogenee di temperatura e altri effetti fanno sì che il sistema debba essere riallineato frequentemente. Allo stato attuale, l’operazione di riallineamento è gestita da un operatore esperto che ottimizza la quantità e la forma del segnale ricevuto spostando in modo opportuno i telescopi riceventi.

Il problema da risolvere

Il compito che ci è stato affidato dall’Istituto e dal tutor esterno è quello di sviluppare un algoritmo che esegua automaticamente l’operazione di riallineamento, cercando una procedura ottimale che utilizzi il minor numero di passaggi possibile. Il problema è facilmente scomponibile in fasi via via più complesse. Nella prima si ricerca un algoritmo che allineai un solo telescopio ricevente. Si tratta, quindi, di costruire un segnale opportunamente disturbato e scrivere una procedura che sposti l’unico telescopio nel punto in cui il segnale è massimo.

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