RICERCA ITALIANA     

Progettazione, sviluppo e caratterizzazione di un prototipo hardware sperimentale programmabile per la rilevazione automatica in tempo reale delle anomalie di orologi atomici in sistemi di sincronizzazione satellitari. ARCADIA.

Università degli Studi di Perugia

Abstract

Progetto ARCADIA (Automatic Real-time Clock Anomaly Detection and Identification Algorithms). Questo progetto si pone obiettivi di carattere sia applicativo sia metodologico nell'ambito della rilevazione dei guasti dei segnali di orologi atomici.

L'OBIETTIVO SPERIMENTALE riguarda la realizzazione di un prototipo hardware che rilevi in tempo-reale un eventuale guasto di un orologio atomico posto al suo ingresso.
L'OBIETTIVO di carattere SCIENTIFICO-METODOLOGICO riguarda il perfezionamento e la caratterizzazione metrologica di algoritmi innovativi per la rilevazione dei guasti degli orologi atomici da implementare nel prototipo hardware sviluppato.

MOTIVAZIONI DELLA PROPOSTA ARCADIA: la comunità scientifica e industriale ha profuso un notevole impegno nella caratterizzazione teorica del comportamento degli orologi atomici, con lo scopo di migliorare l'accuratezza e l'affidabilità di questi strumenti di misura e, contemporaneamente, di ridurre le dimensioni e i costi. Tali obiettivi sono spesso in conflitto tra loro. La ricerca sia scientifica sia industriale, sta pertanto investigando tecniche innovative per ovviare ai limiti imposti dallo sviluppo tecnologico. Fino ad ora, le tecniche di rilevazione e analisi del guasto applicate a dati di orologi atomici sono basate sulla stima della varianza di Allan. Il principale limite di applicabilità di tale tecnica consiste nella necessaria ipotesi di stazionarietà dei >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Emilia Nunzi Università degli Studi di PERUGIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il programma di ricerca ARCADIA si pone obiettivi di carattere sia applicativo sia metodologico nell'ambito della rilevazione dei guasti dei segnali di orologi atomici.

L'OBIETTIVO SPERIMENTALE riguarda la realizzazione di un prototipo hardware che rilevi in tempo-reale un eventuale guasto di un orologio atomico posto al suo ingresso.
L'OBIETTIVO di carattere SCIENTIFICO-METODOLOGICO riguarda il perfezionamento e la caratterizzazione metrologica di algoritmi innovativi per la rilevazione dei guasti da implementare nel prototipo hardware.


Per la realizzazione degli obiettivi indicati è necessario effettuare:
- analisi teorica e caratterizzazione metrologica per la determinazione dei rilevatori di guasto (GLRT e DAVAR) con funzionalità estese rispetto quelle note fino ad oggi;
- la realizzazione del prototipo HW, del processo di acquisizione dati, della relativa interfaccia utente e del protocollo di comunicazione tra i vari elementi del sistema;
- verifica delle caratteristiche sia HW sia funzionali del prototipo e taratura metrologica.

Ogni unità partecipante al progetto ARCADIA contribuirà al progetto in base alle competenze e alla disponibilità in sede di laboratori adeguati allo sviluppo del prototipo.

1.l'unità UNIPG (U1) svilupperà algoritmi per la rilevazione delle anomalie degli orologi atomici mediante applicazione di tecniche statistiche basate sul >>>

Risultati parziali attesi

Il progetto ARCADIA propone come risultato principale la realizzazione di un prototipo hardware per la rilevazione di anomalie degli orologi atomici. La realizzazione di tale strumento di misura è di interesse industriale in quanto fornirà una dimostrazione oggettiva della validità dei risultati ottenuti a livello di ricerca scientifica.

I risultati ottenuti in questo progetto relativi allo sviluppo di algoritmi per la rilevazione dei guasti (GLRT e DAVAR) potrebbero diventare uno standard per gli algoritmi di integrità della prossima generazione di sistemi di navigazione, come il GPS
III generazione e Galileo. Si tenga presente che la DAVAR è anche utilizzata per tenere sotto controllo gli orologi atomici a bordo di GIOVE-A, il primo satellite sperimentale del sistema Galileo, come descritto in pubblicazioni degli elementi del gruppo di ricerca.


Inoltre gli algoritmi proposti potrebbero essere integrati in qualsiasi algoritmo per generazione di scale di tempo usato in laboratori di timing o stazioni di controllo di sistemi di satelliti per aumentarne l'affidabilità.

E’ stato già riscontrato l’interesse di industrie a livello nazionale e internazionale per lo sviluppo di un prototipo hardware atto alla verifica sperimentale delle tecniche proposte e descritte in articoli di carattere scientifico dalle unità di ricerca coinvolte nel progetto ARCADIA. Si ritiene pertanto che avere a disposizione un prototipo >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Gli orologi atomici sono i dispositivi alla base del funzionamento di sistemi di sincronizzazione. Quando tali strumenti di misura sono inseriti in sistemi complessi come reti di telecomunicazione, sistemi di navigazione satellitare globali, test di fisica fondamentale della materia, un improvviso comportamento anomalo o una degradazione delle prestazioni dell'orologio può indurre una condizione di errore nel sistema globale. In alcuni casi, come nel sistema GPS, l'anomalia deve essere individuata e si deve emettere in tempo reale un segnale di allarme verso l'utente. I sistemi aereospaziali e di sostegno alla navigazione, utilizzati sia in ambito civile sia militare, riguardanti la sicurezza personale, devono soddisfare severissimi requisiti dei parametri relativi all'integrità, affidabilità, disponibilità e accuratezza del segnale. La eventuale mancanza di informazione relativa ad una delle caratteristiche indicate, può facilmente implicare una serie di disservizi e malfunzionamenti per l'utente finale.

Nel campo della navigazione il concetto di "integrità" viene soprattutto studiato relativamente alla determinazione delle orbite. Solo recentemente uno studio sull'integrità del sistema GPS ha mostrato comportamenti anomali degli orologi che richiedono nuovi strumenti statistici per una corretta caratterizzazione.

Lo studio di algoritmi per la rivelazioni di guasti/anomalie sui segnali di orologi atomici >>>