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Very long frequency monitor

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La ionosfera

La ionosfera è quella regione dell'alta atmosfera che si estende da 50 a 1000 km circa sopra la superficie terrestre che contiene gas ionizzato, chiamato plasma, il quale è in grado di influenzare la propagazione delle onde radio. Tale ionizzazione, che e' piu' bassa negli strati ionosferici inferiori e cresce negli strati più alti, e' prodotta principalmente dalle radiazioni UV e dai raggi X provenienti dal Sole e dai i raggi cosmici che, seppur in minima parte, sono causa anche loro della presenza di elettroni e ioni liberi nell'atmosfera; inoltre variazioni piu' o meno importanti nella distribuzione della ionizzazione sono prodotte da qualsiasi tipo di fenomeno di trasporto e di propagazione ondosa che caratterizza l'atmosfera stessa.

La figura 1 mostra il tipico profilo di densita' elettronica notturno e diurno che caratterizza la ionosfera. Osservando tale profilo si distinguono diverse regioni ionosferiche con densita' elettronica crescente, identificate convenzionalmente dalle lettere D, E, F1 e F2. L'esistenza di diverse regioni ionosferiche, ognuna caratterizzata da un determinato massimo di densita' elettronica, e' dovuta al fatto che la densita' degli atomi che possono essere fotoionizzati decresce con l'altitudine, mentre l'intensita' della radiazione solare cresce; questi due effetti opposti producono uno strato di elettroni con un massimo ad una certa altezza e dato che la composizione atmosferica varia con la quota, e differente e' la risposta delle diverse specie atomiche alle radiazioni solari, la densita' elettronica presenta un andamento con la quota caratterizzato da massimi e minimi relativi che identificano diverse regioni ionosferiche. Il grado di ionizzazione alle varie altezze cambia in misura considerevole con il ciclo d'attivita' solare, con il tempo (variazione diurna e stagionale), con la localita' geografica (medie latitudini, zone polari e equatoriali), con le condizioni geomagnetiche e in concomitanza di alcuni disturbi solari, geomagnetici e atmosferici.


 

 

VLF trasmitter

For our purpose, the D layer is of significant importance since solar flares and GRBs penetrate this ionospheric region. The monitoring the signal strength of a distant VLF transmitter allows to record SIDs related to solar flare or GRB events.

In the daytime, the VLF wavelenghts are so long that the radio waves are conducted in the Earth-ionosphere waveguide ( EIWG ) between the Earth's surface and the ionosphere D-layer. The propagation is very stable and the signal attenuation is low. Uncommon variations are used to observe the way the ionosphere has been affected by X-rays flares from the sun.
At night, the D-layer disappears and the waves are reflected by the higher E and F layers. The reflection coefficient is higher, thus leading to increased signal strengths at nighttime, but propagation is strongly affected by ionosphere characteristics, leading to significant signal variations that prevent monitoring SIDs.
The sunrise and sunset patterns observed when recording signal strength correspond to the transition betwen the nighttime reflection of the signal at high altitudes and the daytime waveguide propagation mode.

A Sudden Ionospheric Disturbance results from an increased ionization density in the D layer caused by a solar flare or possibly by a GRB. During a solar flare, the sunlit side of the Earth is hit by hard X-rays and UV radiation. They will penetrate to the D-layer and increase the ionisation process and the electron density.
This will increase radio-wave absorption, especially in the upper MF (300kHz - 3 MHz) and lower HF (3MHz - 30 MHz) ranges, causing a radio blackout. For VLF (3 kHz - 30 kHz), the reflection coefficient increases, leading to a stronger skywave. Due to interferences between ground (direct propagation) and sky waves (reflected by the D-layer), the signal strength can increase or decrease during an event.
As soon as the event ends, the SID and radio black-out end as the electrons in the D-layer recombine and signal strengths return to normal.

The ionosation and recombination process are not instantaneous. Consequently, the disturbance will be detected with a slight delay with respect to the arrival of the X-ray photons (as measured by satellites such as GOES ) and will last after the end of the flare. A significant number of elements influence the amount of the lag: the intensity and the shape of the X-ray flux, the initial ionisation level... Nevertheless, the delay is usually between 1 and 5 minutes after the start of the flare. And the disturbance can last for an hour or more after the end of the flare.

Quiet day A Sudden Ionospheric Disturbance results from an increased ionization density in the D layer caused by a solar flare or possibly by a GRB. During a solar flare, the sunlit side of the Earth is hit by hard X-rays and UV radiation. They will penetrate to the D-layer and increase the ionisation process and the electron density.

 

Il preamplificatore Il segnale viene trasferito dall'antenna ai locali dove è installata la stazione con un cavo di rete UTP CAT5, una coppia di fili alimenta l'antenna ed una seconda coppia trasferisce il segnale al preamplificatore.

Il preamplificatore elimina i segnali a frequenza maggiore di quelle utili ed amplifica i segnali
da monitorare per poi inviarli alla scheda audio del computer. La scheda audio seleziona i segnali
delle diverse stazioni e li trasforma in una sequenza di numeri che vengono poi
elaborati dal software, visualizzati sullo schermo del PC e registrati in formato testo
sull'hard-disk per successive elaborazioni.

Constructive Events (contructive interference Il Programma Spectrum Lab di Wolfgang Buescher (DL4YHF), gratuito e liberamente
scaricabile dal sito http://freenet-homepage.de/dl4yhf , è il cuore del sistema,
visualizza i diagrammi sullo schermo del PC e memorizza i file con i dati.
Il file con la configurazione di Spectrum Lab è scaricabile (inserire link al file 01-sid.usr che allego)(inserire immagini della waterfall e del trend di Spectrum Lab)

Una descrizione dettagliata del sistema si trova nel file SIDmonitor3.pdf (inserire link al file che allego)

Formato dei dati Il software registra ogni 10 secondi una riga di dati in formato testo.
(inserire immagine Dati.png che allego)

Negative event

L'elaborazione dei dati off-line può avvenire con programmi che consentono
di creare grafici a partire da tabelle dati, incominciando da Excel ed OpnenOffice Calc.

 

 

CGnuplot Ottimi risultati si ottengono con il programma opensource gnuplot, per il quale sono disponibili
due script bash da utilizzare sotto Linux che automatizzano la creazione di grafici.
(inserire il link al file gnuplotScripts.zip, allegato)

Ad esempio due grafici di 24 ore, uno con sole tranquillo ed uno con due eventi SID.

(inserire immagini sid110420_s.png e sid110421_s.png)

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