Generazione di osservabili radiometriche per navigazione deep space tramite reti neurali convoluzionali

Grazie all���evoluzione degli strumenti di calcolo e delle strutture digitali, le intelligenze artificiali si sono evolute considerevolmente negli ultimi anni, permettendone sempre nuove e complesse applicazioni. L���interesse del presente progetto di tesi �� quello di creare un modello di studio preliminare di intelligenza artificiale definita come Rete Neurale Convoluzionale, o Convolutional Neural Network (CNN), al fine di essere impiegata nel campo della radioscienza e dell���esplorazione planetaria. In particolare, uno degli interessi principali di applicazione del modello �� negli studi di geodesia compiuti tramite determinazione orbitale di satelliti artificiali nel loro moto attorno ai corpi celesti. Le accelerazioni causate dai campi gravitazionali planetari perturbano le orbite dei satelliti artificiali, queste variazioni vengono captate dai ricevitori radio a terra sottoforma di shift Doppler della frequenza del segnale, a partire dalla quale �� quindi possibile determinare informazioni dettagliate sul campo di gravit�� e sulla struttura interna del corpo celeste in esame. Per poter fare ci��, occorre riuscire a determinare l���esatta frequenza del segnale in arrivo, il quale, per via di perdite e disturbi durante il suo tragitto, presenter�� sempre una componente di rumore. Il metodo pi�� comune per scindere la componente di informazione da quella di rumore e ricavarne la frequenza effettiva �� l���applicazione di trasformate di Fourier a tempo breve, o Short-time Fourier Transform (STFT). Con l���attivit�� sperimentale proposta, ci si �� quindi posto l���obiettivo di istruire un CNN alla stima della frequenza di segnali reali sinusoidali rumorosi per avere un modello computazionalmente rapido e affidabile a supporto delle operazioni di pre-processing per missioni di radio-scienza.

Simulazione numerica di un flusso turbolento bifase

Nel seguente elaborato �� stata trattata l���analisi di un flusso bifase, newtoniano, incomprimibile, turbolento attraverso i dati ricavati tramite una simulazione numerica diretta (DNS) del flusso. I due fluidi, aventi le stesse caratteristiche di densit�� e viscosit��, sono stati separati da un���interfaccia caratterizzata da una tensione superficiale costante. Sono quindi stati paragonati i risultati ottenuti da tale simulazione con quelli ricavati da una DNS di flusso bifase precedentemente svolta, avente stesse propriet�� dei fluidi ma diversa altezza dell���interfaccia. Attraverso tale confronto, si �� notato come la presenza di un���interfaccia abbia modificato in maniera rilevante il comportamento della turbolenza nei pressi di quest���ultima, incrementando la portata volumetrica del flusso. In particolare si �� osservato come, ad un maggiore spessore del fluido lubrificante (fluido avente spessore minore tra i due), seguisse una portata volumetrica maggiore.

Implementazione di banca dati di immagini per lo sviluppo di algoritmi per la navigazione aerea automatica

Lo scopo di questo studio �� l���implementazione di un sistema di navigazione autonomo in grado di calcolare la traiettoria di un mezzo aereo, noti che siano a priori dei punti di posizione detti waypoint. A partire da questa traiettoria, �� possibile ottenere la sua rappresentazione in un codice che mette a disposizione immagini satellitari e ricavare le viste del terreno sorvolato in una serie di punti calcolati, in modo da garantire in ogni sequenza la presenza di elementi comuni rispetto a quella precedente. Lo scopo della realizzazione di questa banca dati �� rendere possibili futuri sviluppi di algoritmi di navigazione basati su deep learning e reti neurali. Le immagini virtuali ottenute del terreno saranno in futuro applicate alla navigazione autonoma per agricoltura di precisione mediante droni. Per lo studio condotto �� stato simulato un generico velivolo, con o senza pilota, dotato di una videocamera fissata su una sospensione cardanica a tre assi (gimbal). La tesi, dunque, introduce ai pi�� comuni metodi di determinazione della posizione dei velivoli e alle pi�� recenti soluzioni basate su algoritmi di Deep Learning e sistemi vision-based con reti neurali e segue in un approfondimento sul metodo di conversione degli angoli e sulla teoria matematica che ne sta alla base. Successivamente, analizza nel dettaglio il processo di simulazione della navigazione autonoma e della determinazione della traiettoria in ambiente software Matlab e Simulink, procedendo nell���analisi di alcuni casi di studio in ambienti realistici. L���elaborato si conclude con un breve riepilogo di quanto svolto e con alcune considerazioni sugli sviluppi futuri.

Simulazione e controllo di un motore brushless sinusoidale

Nel presente elaborato si prende in esame il modello di un motore sincrono a magneti permanenti alimentato in bassa tensione, avente BEMF sinusoidale, ed il suo sistema di controllo. Nella trattazione, viene studiato il comportamento del motore sulla base delle equazioni caratteristiche della macchina e del controllo ad orientamento di campo, cos�� da poter mettere in luce i parametri che influenzano direttamente le prestazioni oggetto di interesse in ambito industriale e di ricerca. Si illustra, inoltre, la costruzione di un modello del motore e del suo controllo, considerando il motore s602b402 prodotto da SIBONI, in ambiente di simulazione. Tale modello permetter�� di osservare la risposta della macchina ai pi�� comuni ingressi forniti dall���utente, quali posizione e velocit��, sulla base della taratura dei regolatori del sistema di controllo. A questo proposito, l'elaborato spiega come ottenere i parametri di macchina, necessari per la simulazione e per identificare il modello del motore, attraverso le prove sperimentali e quali differenze emergono tra i risultati ottenuti dall���ambiente di simulazione e quelli al banco. Questo consente, infine, di verificare l���attendibilit�� del modello e di fornire spunti per poterne migliorare i risultati in vista di sviluppi futuri.

Simulazione numerica di un getto di idrogeno sottoespanso mediante OpenFOAM

Questa tesi tratta lo studio e l���applicazione di una metodologia per la simulazione di getti gassosi sottoespansi, nello specifico getti di idrogeno in aria. La necessit�� di questo lavoro nasce dall���esigenza, nel mondo dei trasporti, di abbandonare i combustibili fossili derivati dal petrolio. L���idrogeno, come il metano, viene iniettato in fase gassosa, quindi occorre studiare bene i fenomeni e i meccanismi in gioco per ottimizzare la miscelazione con l���aria. La parte iniziale della tesi riguarda lo studio teorico e generale della letteratura sui getti sottoespansi, con l���obiettivo di capire cosa sono, come si formano, da cosa sono governati e quali sono i loro parametri principali. Successivamente si passa alla loro analisi numerica tramite il software CFD open source OpenFOAM. Le analisi condotte hanno permesso di valutare l���impiego di diversi approcci di modellazione al fine di trovare quello ottimale. Sono stati testati differenti risolutori (rhoCentralFoam, rhoPimpleFoam e reactingFoam), diverse configurazioni della mesh (wedge 2-D, empty 2-D e cyclic 3-D) e diversi modelli di turbolenza (k ��� ��, RNG k ��� �� e k ��� �� SST).

Sviluppo di Algoritmi di Localizzazione 3D Passiva per UAVs

Gli UAV, o meglio conosciuti come ���droni���, sono aeromobili a pilotaggio remoto il cui utilizzo si estende dal settore militare a quello civile. Quest���ultimi, possono essere attrezzati con numerosi dispositivi accessori, come ad esempio disturbatori di frequenze. La simbiosi UAV-jammer attacca le comunicazioni wireless tramite interferenze a radiofrequenza, per degradare o interrompere il servizio offerto dalle reti. Questo elaborato, si concentra sull���analisi di algoritmi di localizzazione passiva, per stimare la posizione dell���UAV e interrompere l���interferenza. Inizialmente, viene descritto il segnale emesso dall���UAV, che utilizza lo standard di comunicazione 802.11a. A seguire, dato che la localizzazione passiva si basa sulle misure TDOA rilevate da una stazione di monitoraggio a terra, vengono presentati tre algoritmi di stima TDOA, tra i quali fast TDOA, adaptive threshold-based first tap detection e un algoritmo sviluppato per i nuovi sistemi GNSS. Successivamente, vengono esaminati tre algoritmi di localizzazione passiva, che sfruttano il principio dei minimi quadrati (LS), ovvero il CTLS, LCLS e CWLS. Infine, le prestazioni degli algoritmi di localizzazione vengono valutate in un ambiente di simulazione realistico, con canale AWGN o con canale ITU Extended pedestrian A.

Sviluppo di modelli dinamici per la simulazione del volo di aerei leggeri elettrici

Il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo l���individuazione di modelli matematici che possano essere utilizzati per la configurazione di simulatori di volo aerei elettrici dell���aviazione generale. In particolare, sono state trovate in letteratura delle formule da utlizzare per modellare eliche, motori elettrici di varie tipologie e batterie. Per meglio comprendere l���impatto dell���adozione dei motori elettrici sui velivoli dell���aviazione generale sono stati effettuati dei confronti di dati, in cui si �� preso come riferimento il motore a combustione interna Continental O-300 montato sui Cessna C172. Successivamente, sono stati implementati i modelli dinamici in Simulink di motori elettrici che potrebbero sostituire il motore a combustione interna sopra citato. Sono, poi, state eseguite alcune comparazioni tra i risultati ottenuti in termini di spinte ottenibili, potenze e autonomie, e numero di giri di rotazione dell���elica per diversi motori elettrici. Per effettuare le simulazioni �� stato utilizzato il software Simulink: ambiente in cui sono stati sviluppati modelli dinamici di propulsione sia tradizionale che elettrica. Nella parte conclusiva della tesi, sono riportate alcune considerazioni volte a stimare l'autonomia di un velivolo simile al Cessna C172, in cui si sotituisce il motore a combustione interna con un motore elettrico a parit�� di peso massimo al decollo e l���andamento di quest'ultimo in funzione dell���autonomia per un velivolo elettrico. I risultati ottenuti da queste ultime simulazioni suggeriscono che la conversione ad elettrico �� attualmente critica in quanto la ridotta densit�� di energia delle batterie porta ad un significativo decadimento dell'autonomia generale.

Modelli di scambio termico in pozzo sulla base della caratterizzazione geotermica di un reservoir a bassa entalpia: studio di sensitivit�� sulla efficienza dei sistemi di condizionamento a pompa di calore

Tra i temi di attualit��, quello del risparmio energetico �� tra i pi�� dibattuti negli ultimi anni; tale tema �� strettamente correlato al problema del riscaldamento globale, infatti, mentre sul prossimo esaurimento delle risorse energetiche tradizionali non vi sono ancora certezze assolute, per quanto riguarda l���azione nociva dei gas serra, la Comunit�� Scientifica Internazionale si ritrova d���accordo su una netta presa di posizione contro l���emissione di tali sostanze, provocata in larga parte dall���utilizzo dei combustibili fossili. In questo contesto, l���Unione Europea sta promuovendo la diffusione di tecnologie che non prevedano l���utilizzo di gas, petrolio o carbone, soprattutto per il settore dell���edilizia, ove una corretta progettazione e l���utilizzo di tecnologie non convenzionali pu�� portare alla riduzione anche dell���80% dei consumi, con conseguente abbattimento delle emissioni. Tra questi interventi innovativi, il pi�� comune e conosciuto �� sicuramente quello del solare termico e fotovoltaico; ma ne esistono anche di altri, ancora non molto pubblicizzati in Italia, ma ampiamente conosciuti e utilizzati in altri paesi dell���Unione. Tra questi, vi �� il sistema di riscaldamento analizzato in questa tesi: la pompa di calore geotermica. Tale sistema, come verr�� spiegato nell���elaborato di laurea, ha indubbi vantaggi economici, energetici ed ambientali, a fronte di una non trascurabile spesa iniziale. Attualmente, nel Nord Italia, si incominciano a vedere impianti di questo tipo, sulla scia del successo riscontrato nei paesi confinanti (in particolare Austria e Svizzera). La progettazione si basa attualmente su modelli statici, sviluppati dall���Universit�� Svizzera del Canton Ticino, per l���utilizzo della pompa di calore nel territorio alpino. Obiettivo della tesi, �� la verifica di tali modelli, di cui si �� venuto a conoscenza grazie alla collaborazione con l���Universit�� SUPSI, sulle condizioni idrogeologiche della Pianura Padana, soffermandosi su alcuni parametri fondamentali della progettazione di una pompa di calore geotermica, quali la conduttivit�� e la capacit�� termica volumetrica dei terreni incontrati, la presenza di falde, ed i parametri geometrici del pozzo, al fine di dare una valutazione tecnica ed economica dell���impianto. Tali analisi �� stata infatti fino ad ora affrontata in maniera sommaria dai perforatori, che eseguono generalmente sempre lo stesso modello di pozzo geotermico, sulla base degli esempi consolidati di Svizzera e Germania. Alcune misure di temperatura in situ sono state rilevate in collaborazione con la societ�� Geotermia SRL di Mantova, ditta specializzata nella perforazione di pozzi geotermici (tale esperienza �� parte centrale dell���estratto ���Laboratorio di Tesi Ls���), mentre la parte modellistica della tesi �� stata sviluppata in collaborazione con lo studio di progettazione Studio Seta SRL di Faenza, il cui stabile �� climatizzato in parte con una pompa di calore geotermica.

Valutazione delle condizioni di rischio idraulico per il Rio Ponticelli

Applicazione di metodi indiretti per la stima delle portate di progetto, aventi tempi di ritorno pari a: 30, 100 e 200 anni. Simulazione in moto permanente mediante programma di calcolo noto come hec-Ras. individuazione su carta delle fasce inondabili in seguito ad un evento di piena con tempo di ritorno assegnato.

Tecniche di risparmio idrico a livello locale e mondiale. Approfondimento sulle buone pratiche agricole per un uso sostenibile dell'acqua

Oltre un miliardo di persone non ha oggi accesso all���acqua potabile; pi�� di due miliardi �� il numero di coloro che vivono in condizioni igienico-sanitarie realmente proibitive. Sono 80 i paesi nel mondo (con il 40% della popolazione totale) in cui si riscontra difficolt�� di approvvigionamento e presenza di risorse idriche che mancano dei requisiti che dovrebbero essere assicurati per la tutela della salute: quotidianamente e sistematicamente il diritto di accesso all���acqua, che nessun individuo dovrebbe vedersi negato, viene violato. Scarsit�� di acqua e non omogenea distribuzione sulla superficie terrestre sono fattori che concorrono alla crisi della risorsa, cui contribuiscono processsi di natura ambientale (cambiamenti climatici, desertificazione), di natura economica (le sorti dell���industria agroalimentare, la globalizzazione degli scambi, il bisogno crescente di energia), di natura sociale (migrazioni, urbanizzazione, crescita demografica, epidemie), di natura culturale (passaggio dal rurale all���urbano, dall���agricoltura di sussistenza a quella di profitto). Nell���ottica di uno sviluppo sostenibile un aumento indiscriminato dell���offerta non pu�� costituire soluzione al continuo incremento della domanda di acqua. Si rende pertanto necessaria la definizione di politiche e strumenti di cambiamento nei modelli di consumo e nella pianificazione che consentano una riduzione degli squilibri nella distribuzione e nella gestione della risorsa a livello domestico e civile, industriale, agricolo. L���uso efficiente, e quindi sostenibile, dell���acqua �� da perseguirsi secondo le modalit��: ��� Risparmio, inteso come minore consumo di acqua all���inizio del ciclo. ��� Riciclo dell���acqua in circuito chiuso, inteso come riuso dell���acqua di scarico, o uso multiplo dell���acqua. Una idonea utilizzazione dipende da una idonea progettazione, che abbia come finalit��: ��� La destinazione in via prioritaria delle fonti e delle risorse di pi�� elevata qualit�� agli usi idropotabili, con una graduale sostituzione del consumo per altri usi con risorse di minore pregio. ��� La regolamentazione dell���uso delle acque sotterranee, mediante la limitazione del ricorso all���impiego di pozzi solo in mancanza di forniture alternative per uso civile, industriale, agricolo. ��� L���incentivazione ad un uso razionale della risorsa, anche mediante l���attuazione di idonee politiche tariffarie. ��� L���aumento dell���efficienza delle reti di adduzione e distribuzione, sia civili che irrigue. ��� La promozione di uso efficiente, riciclo e recupero di acqua nell���industria. ��� Il miglioramento dell���efficienza ed efficacia delle tecniche di irrigazione. ��� La promozione del riutilizzo delle acque nei vari settori. ��� La diffusione nella pratica domestica di apparati e tecnologie progettati per la riduzione degli sprechi e dei consumi di acqua. In ambito agricolo la necessit�� di un uso parsimonioso della risorsa impone il miglioramento dell���efficienza irrigua, pari appena al 40%. La regione Emilia Romagna a livello locale, Israele a livello internazionale, forniscono ottimi esempi in termini di efficacia dei sistemi di trasporto e di distribuzione, di buona manutenzione delle strutture. Possibili soluzioni verso le quali orientare la ricerca a livello mondiale per arginare la progressiva riduzione delle riserve idriche sono: ��� Revisione dei costi idrici. ��� Recupero delle riserve idriche. ��� Raccolta dell���acqua piovana. ��� Miglioramento degli impianti di distribuzione idrica. ��� Scelta di metodi di coltivazione idonei alle caratteristiche locali. ��� Scelta di colture a basso fabbisogno idrico. ��� Conservazione della risorsa attraverso un sistema di irrigazione efficiente. ��� Opere di desalinizzazione. ��� Trasferimento idrico su vasta scala da un���area all���altra. Si tratta di tecniche la cui attuazione pu�� incrementare la disponibilit�� media pro capite di acqua, in particolare di coloro i quali non ne posseggono in quantit�� sufficiente per bere o sono privi di sistemi igienico-sanitari sufficienti.

Modellazione bidimensionale della propagazione nell'entroterra della inondazione da mare negli scenari dei previsti cambiamenti climatici

Le ricerche di carattere eustatico, mareografico, climatico, archeologico e geocronologico, sviluppatesi soprattutto nell���ultimo ventennio, hanno messo in evidenza che gran parte delle piane costiere italiane risulta soggetta al rischio di allagamento per ingressione marina dovuta alla risalita relativa del livello medio del mare. Tale rischio �� la conseguenza dell���interazione tra la presenza di elementi antropici e fenomeni di diversa natura, spesso difficilmente discriminabili e quantificabili, caratterizzati da magnitudo e velocit�� molto diverse tra loro. Tra le cause preponderanti che determinano l���ingressione marina possono essere individuati alcuni fenomeni naturali, climatici e geologici, i quali risultano fortemente influenzati dalle attivit�� umane soprattutto a partire dal XX secolo. Tra questi si individuano: - la risalita del livello del mare, principalmente come conseguenza del superamento dell���ultimo acme glaciale e dello scioglimento delle grandi calotte continentali; - la subsidenza. Vaste porzioni delle piane costiere italiane risultano soggette a fenomeni di subsidenza. In certe zone questa assume proporzioni notevoli: per la fascia costiera emiliano-romagnola si registrano ratei compresi tra 1 e 3 cm/anno. Tale subsidenza �� spesso il risultato della sovrapposizione tra fenomeni naturali (neotettonica, costipamento di sedimenti, ecc.) e fenomeni indotti dall���uomo (emungimenti delle falde idriche, sfruttamento di giacimenti metaniferi, escavazione di materiali per l���edilizia, ecc.); - terreni ad elevato contenuto organico: la presenza di depositi fortemente costipabili pu�� causare la depressione del piano di campagna come conseguenza di abbassamenti del livello della falda superficiale (per drenaggi, opere di bonifica, emungimenti), dello sviluppo dei processi di ossidazione e decomposizione nei terreni stessi, del costipamento di questi sotto il proprio peso, della carenza di nuovi apporti solidi conseguente alla diminuita frequenza delle esondazioni dei corsi d���acqua; - morfologia: tra i fattori di rischio rientra l���assetto morfologico della piana e, in particolare il tipo di costa (lidi, spiagge, cordoni dunari in smantellamento, ecc. ), la presenza di aree depresse o comunque vicine al livello del mare (fino a 1-2 m s.l.m.), le caratteristiche dei fondali antistanti (batimetria, profilo trasversale, granulometria dei sedimenti, barre sommerse, assenza di barriere biologiche, ecc.); - stato della linea di costa in termini di processi erosivi dovuti ad attivit�� umane (urbanizzazione del litorale, prelievo inerti, costruzione di barriere, ecc.) o alle dinamiche idro-sedimentarie naturali cui risulta soggetta (correnti litoranee, apporti di materiale, ecc. ). Scopo del presente studio �� quello di valutare la probabilit�� di ingressione del mare nel tratto costiero emiliano-romagnolo del Lido delle Nazioni, la velocit�� di propagazione del fronte d���onda, facendo riferimento allo schema idraulico del crollo di una diga su letto asciutto (problema di Riemann) basato sul metodo delle caratteristiche, e di modellare la propagazione dell���inondazione nell���entroterra, conseguente all���innalzamento del medio mare . Per simulare tale processo �� stato utilizzato il complesso codice di calcolo bidimensionale Mike 21. La fase iniziale di tale lavoro ha comportato la raccolta ed elaborazione mediante sistema Arcgis dei dati LIDAR ed idrografici multibeam , grazie ai quali si �� provveduto a ricostruire la topo-batimetria di dettaglio della zona esaminata. Nel primo capitolo �� stato sviluppato il problema del cambiamento climatico globale in atto e della conseguente variazione del livello marino che, secondo quanto riportato dall���IPCC nel rapporto del 2007, dovrebbe aumentare al 2100 mediamente tra i 28 ed i 43 cm. Nel secondo e terzo capitolo �� stata effettuata un���analisi bibliografica delle metodologie per la modellazione della propagazione delle onde a fronte ripido con particolare attenzione ai fenomeni di breaching delle difese rigide ed ambientali. Sono state studiate le fenomenologie che possono inficiare la stabilit�� dei rilevati arginali, realizzati sia in corrispondenza dei corsi d���acqua, sia in corrispondenza del mare, a discapito della protezione idraulica del territorio ovvero dell���incolumit�� fisica dell���uomo e dei territori in cui esso vive e produce. In un rilevato arginale, quale che sia la causa innescante la formazione di breccia, la generazione di un���onda di piena conseguente la rottura �� sempre determinata da un���azione erosiva (seepage o overtopping) esercitata dall���acqua sui materiali sciolti costituenti il corpo del rilevato. Perci�� gran parte dello studio in materia di brecce arginali �� incentrato sulla ricostruzione di siffatti eventi di rottura. Nel quarto capitolo �� stata calcolata la probabilit��, in 5 anni, di avere un allagamento nella zona di interesse e la velocit�� di propagazione del fronte d���onda. Inoltre �� stata effettuata un���analisi delle condizioni meteo marine attuali (clima ondoso, livelli del mare e correnti) al largo della costa emiliano-romagnola, le cui problematiche e linee di intervento per la difesa sono descritte nel quinto capitolo, con particolare riferimento alla costa ferrarese, oggetto negli ultimi anni di continui interventi antropici. Introdotto il sistema Gis e le sue caratteristiche, si �� passati a descrivere le varie fasi che hanno permesso di avere in output il file delle coordinate x, y, z dei punti significativi della costa, indispensabili al fine della simulazione Mike 21, le cui propriet�� sono sviluppate nel sesto capitolo.

Progettazione acustica per il recupero polifunzionale di un ambiente a pianta ottagonale

L���obiettivo di questo lavoro �� illustrare l���analisi dello stato di fatto e la progettazione degli interventi di correzione acustica della torre dell��� ex Carico dell���Acqua di Budrio, nella prospettiva di renderla utilizzabile come sala polifunzionale. La norma tecnica ISO 3382-1 [8] delinea criteri generali per l���analisi qualitativa degli ambienti di ascolto. Il capitolo 1 presenta un panorama sintetico sull���acustica architettonica, con particolare riferimento ai descrittori acustici riportati nella ISO 3382 e riporta cenni teorici sulla simulazione numerica. Nel capitolo 2 sono descritte in dettaglio le misurazioni all���interno dell���ambiente. Sono indicate inoltre motivazioni tecniche e teoriche riguardo i metodi di analisi. I valori misurati sono successivamente confrontati con i valori ricavati mediante simulazione numerica realizzata con un software previsionale. La realizzazione e la successiva taratura del modello numerico chiudono il capitolo 2. Il capitolo 3 relaziona in merito agli interventi proposti di correzione acustica. Attraverso il modello tridimensionale tarato si eseguono simulazioni numeriche di diversi interventi di correzione acustica fino a definire una rosa di possibili soluzioni che realizzino gli obiettivi qualitativi riportati nella ISO 3382. Materiali e geometrie sono riportati in dettaglio, insieme ad una esauriente mappatura acustica dell���ambiente, dallo stato di fatto alla progressiva ottimizzazione acustica.