Indagine delle proprietà statistiche di serie temporali di posizione applicata al caso della stazione permanente GPS della base Mario Zucchelli in Terra Vittoria (Antartide)

Da ormai sette anni la stazione permanente GPS di Baia Terranova acquisisce dati giornalieri che opportunamente elaborati consentono di contribuire alla comprensione della dinamica antartica e a verificare se modelli globali di natura geofisica siano aderenti all’area di interesse della stazione GPS permanente. Da ricerche bibliografiche condotte si è dedotto che una serie GPS presenta molteplici possibili perturbazioni principalmente dovute a errori nella modellizzazione di alcuni dati ancillari necessari al processamento. Non solo, da alcune analisi svolte, è emerso come tali serie temporali ricavate da rilievi geodetici, siano afflitte da differenti tipologie di rumore che possono alterare, se non opportunamente considerate, i parametri di interesse per le interpretazioni geofisiche del dato. Il lavoro di tesi consiste nel comprendere in che misura tali errori, possano incidere sui parametri dinamici che caratterizzano il moto della stazione permanente, facendo particolare riferimento alla velocità del punto sul quale la stazione è installata e sugli eventuali segnali periodici che possono essere individuati.

The use of remote sensing imagery for monitoring recovery in the aftermath of a natural disaster: the Hurricane Katrina Case

Although Recovery is often defined as the less studied and documented phase of the Emergency Management Cycle, a wide literature is available for describing characteristics and sub-phases of this process. Previous works do not allow to gain an overall perspective because of a lack of systematic consistent monitoring of recovery utilizing advanced technologies such as remote sensing and GIS technologies. Taking into consideration the key role of Remote Sensing in Response and Damage Assessment, this thesis is aimed to verify the appropriateness of such advanced monitoring techniques to detect recovery advancements over time, with close attention to the main characteristics of the study event: Hurricane Katrina storm surge. Based on multi-source, multi-sensor and multi-temporal data, the post-Katrina recovery was analysed using both a qualitative and a quantitative approach. The first phase was dedicated to the investigation of the relation between urban types, damage and recovery state, referring to geographical and technological parameters. Damage and recovery scales were proposed to review critical observations on remarkable surge- induced effects on various typologies of structures, analyzed at a per-building level. This wide-ranging investigation allowed a new understanding of the distinctive features of the recovery process. A quantitative analysis was employed to develop methodological procedures suited to recognize and monitor distribution, timing and characteristics of recovery activities in the study area. Promising results, gained by applying supervised classification algorithms to detect localization and distribution of blue tarp, have proved that this methodology may help the analyst in the detection and monitoring of recovery activities in areas that have been affected by medium damage. The study found that Mahalanobis Distance was the classifier which provided the most accurate results, in localising blue roofs with 93.7% of blue roof classified correctly and a producer accuracy of 70%. It was seen to be the classifier least sensitive to spectral signature alteration. The application of the dissimilarity textural classification to satellite imagery has demonstrated the suitability of this technique for the detection of debris distribution and for the monitoring of demolition and reconstruction activities in the study area. Linking these geographically extensive techniques with expert per-building interpretation of advanced-technology ground surveys provides a multi-faceted view of the physical recovery process. Remote sensing and GIS technologies combined to advanced ground survey approach provides extremely valuable capability in Recovery activities monitoring and may constitute a technical basis to lead aid organization and local government in the Recovery management.

Utilizzo metrico di immagini panoramiche satellitari CORONA

CAPITOLO 1 INTRODUZIONE Il lavoro presentato è relativo all’utilizzo a fini metrici di immagini satellitari storiche a geometria panoramica; in particolare sono state elaborate immagini satellitari acquisite dalla piattaforma statunitense CORONA, progettata ed impiegata essenzialmente a scopi militari tra gli anni ’60 e ’70 del secolo scorso, e recentemente soggette ad una declassificazione che ne ha consentito l’accesso anche a scopi ed utenti non militari. Il tema del recupero di immagini aeree e satellitari del passato è di grande interesse per un ampio spettro di applicazioni sul territorio, dall’analisi dello sviluppo urbano o in ambito regionale fino ad indagini specifiche locali relative a siti di interesse archeologico, industriale, ambientale. Esiste infatti un grandissimo patrimonio informativo che potrebbe colmare le lacune della documentazione cartografica, di per sé, per ovvi motivi tecnici ed economici, limitata a rappresentare l’evoluzione territoriale in modo asincrono e sporadico, e con “forzature” e limitazioni nel contenuto informativo legate agli scopi ed alle modalità di rappresentazione delle carte nel corso del tempo e per diversi tipi di applicazioni. L’immagine di tipo fotografico offre una rappresentazione completa, ancorché non soggettiva, dell’esistente e può complementare molto efficacemente il dato cartografico o farne le veci laddove questo non esista. La maggior parte del patrimonio di immagini storiche è certamente legata a voli fotogrammetrici che, a partire dai primi decenni del ‘900, hanno interessato vaste aree dei paesi più avanzati, o regioni di interesse a fini bellici. Accanto a queste, ed ovviamente su periodi più vicini a noi, si collocano le immagini acquisite da piattaforma satellitare, tra le quali rivestono un grande interesse quelle realizzate a scopo di spionaggio militare, essendo ad alta risoluzione geometrica e di ottimo dettaglio. Purtroppo, questo ricco patrimonio è ancora oggi in gran parte inaccessibile, anche se recentemente sono state avviate iniziative per permetterne l’accesso a fini civili, in considerazione anche dell’obsolescenza del dato e della disponibilità di altre e migliori fonti di informazione che il moderno telerilevamento ci propone. L’impiego di immagini storiche, siano esse aeree o satellitari, è nella gran parte dei casi di carattere qualitativo, inteso ad investigare sulla presenza o assenza di oggetti o fenomeni, e di rado assume un carattere metrico ed oggettivo, che richiederebbe tra l’altro la conoscenza di dati tecnici (per esempio il certificato di calibrazione nel caso delle camere aerofotogrammetriche) che sono andati perduti o sono inaccessibili. Va ricordato anche che i mezzi di presa dell’epoca erano spesso soggetti a fenomeni di distorsione ottica o altro tipo di degrado delle immagini che ne rendevano difficile un uso metrico. D’altra parte, un utilizzo metrico di queste immagini consentirebbe di conferire all’analisi del territorio e delle modifiche in esso intercorse anche un significato oggettivo che sarebbe essenziale per diversi scopi: per esempio, per potere effettuare misure su oggetti non più esistenti o per potere confrontare con precisione o co-registrare le immagini storiche con quelle attuali opportunamente georeferenziate. Il caso delle immagini Corona è molto interessante, per una serie di specificità che esse presentano: in primo luogo esse associano ad una alta risoluzione (dimensione del pixel a terra fino a 1.80 metri) una ampia copertura a terra (i fotogrammi di alcune missioni coprono strisce lunghe fino a 250 chilometri). Queste due caratteristiche “derivano” dal principio adottato in fase di acquisizione delle immagini stesse, vale a dire la geometria panoramica scelta appunto perché l’unica che consente di associare le due caratteristiche predette e quindi molto indicata ai fini spionaggio. Inoltre, data la numerosità e la frequenza delle missioni all’interno dell’omonimo programma, le serie storiche di questi fotogrammi permettono una ricostruzione “ricca” e “minuziosa” degli assetti territoriali pregressi, data appunto la maggior quantità di informazioni e l’imparzialità associabili ai prodotti fotografici. Va precisato sin dall’inizio come queste immagini, seppur rappresentino una risorsa “storica” notevole (sono datate fra il 1959 ed il 1972 e coprono regioni moto ampie e di grandissimo interesse per analisi territoriali), siano state molto raramente impiegate a scopi metrici. Ciò è probabilmente imputabile al fatto che il loro trattamento a fini metrici non è affatto semplice per tutta una serie di motivi che saranno evidenziati nei capitoli successivi. La sperimentazione condotta nell’ambito della tesi ha avuto due obiettivi primari, uno generale ed uno più particolare: da un lato il tentativo di valutare in senso lato le potenzialità dell’enorme patrimonio rappresentato da tali immagini (reperibili ad un costo basso in confronto a prodotti simili) e dall’altro l’opportunità di indagare la situazione territoriale locale per una zona della Turchia sud orientale (intorno al sito archeologico di Tilmen Höyük) sulla quale è attivo un progetto condotto dall’Università di Bologna (responsabile scientifico il Prof. Nicolò Marchetti del Dipartimento di Archeologia), a cui il DISTART collabora attivamente dal 2005. L’attività è condotta in collaborazione con l’Università di Istanbul ed il Museo Archeologico di Gaziantep. Questo lavoro si inserisce, inoltre, in un’ottica più ampia di quelle esposta, dello studio cioè a carattere regionale della zona in cui si trovano gli scavi archeologici di Tilmen Höyük; la disponibilità di immagini multitemporali su un ampio intervallo temporale, nonché di tipo multi sensore, con dati multispettrali, doterebbe questo studio di strumenti di conoscenza di altissimo interesse per la caratterizzazione dei cambiamenti intercorsi. Per quanto riguarda l’aspetto più generale, mettere a punto una procedura per il trattamento metrico delle immagini CORONA può rivelarsi utile all’intera comunità che ruota attorno al “mondo” dei GIS e del telerilevamento; come prima ricordato tali immagini (che coprono una superficie di quasi due milioni di chilometri quadrati) rappresentano un patrimonio storico fotografico immenso che potrebbe (e dovrebbe) essere utilizzato sia a scopi archeologici, sia come supporto per lo studio, in ambiente GIS, delle dinamiche territoriali di sviluppo di quelle zone in cui sono scarse o addirittura assenti immagini satellitari dati cartografici pregressi. Il lavoro è stato suddiviso in 6 capitoli, di cui il presente costituisce il primo. Il secondo capitolo è stato dedicato alla descrizione sommaria del progetto spaziale CORONA (progetto statunitense condotto a scopo di fotoricognizione del territorio dell’ex Unione Sovietica e delle aree Mediorientali politicamente correlate ad essa); in questa fase vengono riportate notizie in merito alla nascita e all’evoluzione di tale programma, vengono descritti piuttosto dettagliatamente gli aspetti concernenti le ottiche impiegate e le modalità di acquisizione delle immagini, vengono riportati tutti i riferimenti (storici e non) utili a chi volesse approfondire la conoscenza di questo straordinario programma spaziale. Nel terzo capitolo viene presentata una breve discussione in merito alle immagini panoramiche in generale, vale a dire le modalità di acquisizione, gli aspetti geometrici e prospettici alla base del principio panoramico, i pregi ed i difetti di questo tipo di immagini. Vengono inoltre presentati i diversi metodi rintracciabili in bibliografia per la correzione delle immagini panoramiche e quelli impiegati dai diversi autori (pochi per la verità) che hanno scelto di conferire un significato metrico (quindi quantitativo e non solo qualitativo come è accaduto per lungo tempo) alle immagini CORONA. Il quarto capitolo rappresenta una breve descrizione del sito archeologico di Tilmen Höyuk; collocazione geografica, cronologia delle varie campagne di studio che l’hanno riguardato, monumenti e suppellettili rinvenute nell’area e che hanno reso possibili una ricostruzione virtuale dell’aspetto originario della città ed una più profonda comprensione della situazione delle capitali del Mediterraneo durante il periodo del Bronzo Medio. Il quinto capitolo è dedicato allo “scopo” principe del lavoro affrontato, vale a dire la generazione dell’ortofotomosaico relativo alla zona di cui sopra. Dopo un’introduzione teorica in merito alla produzione di questo tipo di prodotto (procedure e trasformazioni utilizzabili, metodi di interpolazione dei pixel, qualità del DEM utilizzato), vengono presentati e commentati i risultati ottenuti, cercando di evidenziare le correlazioni fra gli stessi e le problematiche di diversa natura incontrate nella redazione di questo lavoro di tesi. Nel sesto ed ultimo capitolo sono contenute le conclusioni in merito al lavoro in questa sede presentato. Nell’appendice A vengono riportate le tabelle dei punti di controllo utilizzati in fase di orientamento esterno dei fotogrammi.

Lagrangian evolution of a mid ocean anticyclonic eddy

[EN]The lagrangian evolution of 4 months old anticyclonic intrathermocline eddy of the Canary Eddy Corridor is investigated from the trajectories of 5 satellites tracked drifting buoys. Buoys were drogued below and above the Ekman depth at 15 m and 100 m, respectively. One buoy remained inside the eddy during almost 4 months being thus a long lived coherent feature with a life span of at least 8 months. The eddy consisted in a central core rotating in solid body rotation with a rather constant periodicity of 4 days and in an outer ring rotating much more slowly with periodicities between 8 and 12 days…

Modelizzazione spazio-temporale delle dinamiche di uso del suolo ed analisi comparativa di differenti approcci predittivi. Uso integrato di SIG e telerilevamento nello studio dei processi di deforestazione nella regione La Joyanca in Peten, Guatemala

L’uso frequente dei modelli predittivi per l’analisi di sistemi complessi, naturali o artificiali, sta cambiando il tradizionale approccio alle problematiche ambientali e di rischio. Il continuo miglioramento delle capacità di elaborazione dei computer facilita l’utilizzo e la risoluzione di metodi numerici basati su una discretizzazione spazio-temporale che permette una modellizzazione predittiva di sistemi reali complessi, riproducendo l’evoluzione dei loro patterns spaziali ed calcolando il grado di precisione della simulazione. In questa tesi presentiamo una applicazione di differenti metodi predittivi (Geomatico, Reti Neurali, Land Cover Modeler e Dinamica EGO) in un’area test del Petén, Guatemala. Durante gli ultimi decenni questa regione, inclusa nella Riserva di Biosfera Maya, ha conosciuto una rapida crescita demografica ed un’incontrollata pressione sulle sue risorse naturali. L’area test puó essere suddivisa in sotto-regioni caratterizzate da differenti dinamiche di uso del suolo. Comprendere e quantificare queste differenze permette una migliore approssimazione del sistema reale; é inoltre necessario integrare tutti i parametri fisici e socio-economici, per una rappresentazione più completa della complessità dell’impatto antropico. Data l’assenza di informazioni dettagliate sull’area di studio, quasi tutti i dati sono stati ricavati dall’elaborazione di 11 immagini ETM+, TM e SPOT; abbiamo poi realizzato un’analisi multitemporale dei cambi uso del suolo passati e costruito l’input per alimentare i modelli predittivi. I dati del 1998 e 2000 sono stati usati per la fase di calibrazione per simulare i cambiamenti nella copertura terrestre del 2003, scelta come data di riferimento per la validazione dei risultati. Quest’ultima permette di evidenziare le qualità ed i limiti per ogni modello nelle differenti sub-regioni.

Tuzla City (BiH): an example of geohazard induced by salt extraction

Salt deposits characterize the subsurface of Tuzla (BiH) and made it famous since the ancient times. Archeological discoveries demonstrate the presence of a Neolithic pile-dwelling settlement related to the existence of saltwater springs that contributed to make the most of the area a swampy ground. Since the Roman times, the town is reported as “the City of Salt deposits and Springs”; "tuz" is the Turkish word for salt, as the Ottomans renamed the settlement in the 15th century following their conquest of the medieval Bosnia (Donia and Fine, 1994). Natural brine springs were located everywhere and salt has been evaporated by means of hot charcoals since pre-Roman times. The ancient use of salt was just a small exploitation compared to the massive salt production carried out during the 20th century by means of classical mine methodologies and especially wild brine pumping. In the past salt extraction was practised tapping natural brine springs, while the modern technique consists in about 100 boreholes with pumps tapped to the natural underground brine runs, at an average depth of 400-500 m. The mining operation changed the hydrogeological conditions enabling the downward flow of fresh water causing additional salt dissolution. This process induced severe ground subsidence during the last 60 years reaching up to 10 meters of sinking in the most affected area. Stress and strain of the overlying rocks induced the formation of numerous fractures over a conspicuous area (3 Km2). Consequently serious damages occurred to buildings and infrastructures such as water supply system, sewage networks and power lines. Downtown urban life was compromised by the destruction of more than 2000 buildings that collapsed or needed to be demolished causing the resettlement of about 15000 inhabitants (Tatić, 1979). Recently salt extraction activities have been strongly reduced, but the underground water system is returning to his natural conditions, threatening the flooding of the most collapsed area. During the last 60 years local government developed a monitoring system of the phenomenon, collecting several data about geodetic measurements, amount of brine pumped, piezometry, lithostratigraphy, extension of the salt body and geotechnical parameters. A database was created within a scientific cooperation between the municipality of Tuzla and the city of Rotterdam (D.O.O. Mining Institute Tuzla, 2000). The scientific investigation presented in this dissertation has been financially supported by a cooperation project between the Municipality of Tuzla, The University of Bologna (CIRSA) and the Province of Ravenna. The University of Tuzla (RGGF) gave an important scientific support in particular about the geological and hydrogeological features. Subsidence damage resulting from evaporite dissolution generates substantial losses throughout the world, but the causes are only well understood in a few areas (Gutierrez et al., 2008). The subject of this study is the collapsing phenomenon occurring in Tuzla area with the aim to identify and quantify the several factors involved in the system and their correlations. Tuzla subsidence phenomenon can be defined as geohazard, which represents the consequence of an adverse combination of geological processes and ground conditions precipitated by human activity with the potential to cause harm (Rosenbaum and Culshaw, 2003). Where an hazard induces a risk to a vulnerable element, a risk management process is required. The single factors involved in the subsidence of Tuzla can be considered as hazards. The final objective of this dissertation represents a preliminary risk assessment procedure and guidelines, developed in order to quantify the buildings vulnerability in relation to the overall geohazard that affect the town. The historical available database, never fully processed, have been analyzed by means of geographic information systems and mathematical interpolators (PART I). Modern geomatic applications have been implemented to deeply investigate the most relevant hazards (PART II). In order to monitor and quantify the actual subsidence rates, geodetic GPS technologies have been implemented and 4 survey campaigns have been carried out once a year. Subsidence related fractures system has been identified by means of field surveys and mathematical interpretations of the sinking surface, called curvature analysis. The comparison of mapped and predicted fractures leaded to a better comprehension of the problem. Results confirmed the reliability of fractures identification using curvature analysis applied to sinking data instead of topographic or seismic data. Urban changes evolution has been reconstructed analyzing topographic maps and satellite imageries, identifying the most damaged areas. This part of the investigation was very important for the quantification of buildings vulnerability.

The rupture process of recent tsunamigenic earthquakes by geophysical data inversion

Subduction zones are the favorite places to generate tsunamigenic earthquakes, where friction between oceanic and continental plates causes the occurrence of a strong seismicity. The topics and the methodologies discussed in this thesis are focussed to the understanding of the rupture process of the seismic sources of great earthquakes that generate tsunamis. The tsunamigenesis is controlled by several kinematical characteristic of the parent earthquake, as the focal mechanism, the depth of the rupture, the slip distribution along the fault area and by the mechanical properties of the source zone. Each of these factors plays a fundamental role in the tsunami generation. Therefore, inferring the source parameters of tsunamigenic earthquakes is crucial to understand the generation of the consequent tsunami and so to mitigate the risk along the coasts. The typical way to proceed when we want to gather information regarding the source process is to have recourse to the inversion of geophysical data that are available. Tsunami data, moreover, are useful to constrain the portion of the fault area that extends offshore, generally close to the trench that, on the contrary, other kinds of data are not able to constrain. In this thesis I have discussed the rupture process of some recent tsunamigenic events, as inferred by means of an inverse method. I have presented the 2003 Tokachi-Oki (Japan) earthquake (Mw 8.1). In this study the slip distribution on the fault has been inferred by inverting tsunami waveform, GPS, and bottom-pressure data. The joint inversion of tsunami and geodetic data has revealed a much better constrain for the slip distribution on the fault rather than the separate inversions of single datasets. Then we have studied the earthquake occurred on 2007 in southern Sumatra (Mw 8.4). By inverting several tsunami waveforms, both in the near and in the far field, we have determined the slip distribution and the mean rupture velocity along the causative fault. Since the largest patch of slip was concentrated on the deepest part of the fault, this is the likely reason for the small tsunami waves that followed the earthquake, pointing out how much the depth of the rupture plays a crucial role in controlling the tsunamigenesis. Finally, we have presented a new rupture model for the great 2004 Sumatra earthquake (Mw 9.2). We have performed the joint inversion of tsunami waveform, GPS and satellite altimetry data, to infer the slip distribution, the slip direction, and the rupture velocity on the fault. Furthermore, in this work we have presented a novel method to estimate, in a self-consistent way, the average rigidity of the source zone. The estimation of the source zone rigidity is important since it may play a significant role in the tsunami generation and, particularly for slow earthquakes, a low rigidity value is sometimes necessary to explain how a relatively low seismic moment earthquake may generate significant tsunamis; this latter point may be relevant for explaining the mechanics of the tsunami earthquakes, one of the open issues in present day seismology. The investigation of these tsunamigenic earthquakes has underlined the importance to use a joint inversion of different geophysical data to determine the rupture characteristics. The results shown here have important implications for the implementation of new tsunami warning systems – particularly in the near-field – the improvement of the current ones, and furthermore for the planning of the inundation maps for tsunami-hazard assessment along the coastal area.

Synchronization and Detection Techniques for Navigation and Communication Systems

Synchronization is a key issue in any communication system, but it becomes fundamental in the navigation systems, which are entirely based on the estimation of the time delay of the signals coming from the satellites. Thus, even if synchronization has been a well known topic for many years, the introduction of new modulations and new physical layer techniques in the modern standards makes the traditional synchronization strategies completely ineffective. For this reason, the design of advanced and innovative techniques for synchronization in modern communication systems, like DVB-SH, DVB-T2, DVB-RCS, WiMAX, LTE, and in the modern navigation system, like Galileo, has been the topic of the activity. Recent years have seen the consolidation of two different trends: the introduction of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) in the communication systems, and of the Binary Offset Carrier (BOC) modulation in the modern Global Navigation Satellite Systems (GNSS). Thus, a particular attention has been given to the investigation of the synchronization algorithms in these areas.

A Unitary Approach to Information and Estimation Theory in Digital Communication Systems

This thesis presents the outcomes of a Ph.D. course in telecommunications engineering. It is focused on the optimization of the physical layer of digital communication systems and it provides innovations for both multi- and single-carrier systems. For the former type we have first addressed the problem of the capacity in presence of several nuisances. Moreover, we have extended the concept of Single Frequency Network to the satellite scenario, and then we have introduced a novel concept in subcarrier data mapping, resulting in a very low PAPR of the OFDM signal. For single carrier systems we have proposed a method to optimize constellation design in presence of a strong distortion, such as the non linear distortion provided by satellites' on board high power amplifier, then we developed a method to calculate the bit/symbol error rate related to a given constellation, achieving an improved accuracy with respect to the traditional Union Bound with no additional complexity. Finally we have designed a low complexity SNR estimator, which saves one-half of multiplication with respect to the ML estimator, and it has similar estimation accuracy.

Eisströme und Schelfeise an der Küste der Amundsen See (West-Antarktis), beobachtet mit ERS-SAR /// Es stehen 2 Dateien zur Auswahl: pdf-Datei Abbildungen nur schwarz-weiss, zip-Datei Abbildungen farbig

In der vorliegenden Diplomarbeit erfolgte die Beobachtung von Eisströmen und Schelfeisen an der Küste der Amundsen See in der West-Antarktis, unter Verwendung von ERS-SAR-Amplitudenbildprodukten. Bestandteile dieser Beobachtung waren die Erstellung eines Gletscherinventares, die Erstellung von Multitemporalbildern, die Auswertung von Veränderungen der Eisfronpositionen und - schwerpunktmäßig - die Bestimmung von Eisfließgeschwindigkeiten und deren räumlicher und zeitlicher Vergleich.

Magnetic fields around radio galaxies from Faraday rotation measure analysis

The purpose of this thesis is to investigate the strength and structure of the magnetized medium surrounding radio galaxies via observations of the Faraday effect. This study is based on an analysis of the polarization properties of radio galaxies selected to have a range of morphologies (elongated tails, or lobes with small axial ratios) and to be located in a variety of environments (from rich cluster core to small group). The targets include famous objects like M84 and M87. A key aspect of this work is the combination of accurate radio imaging with high-quality X-ray data for the gas surrounding the sources. Although the focus of this thesis is primarily observational, I developed analytical models and performed two- and three-dimensional numerical simulations of magnetic fields. The steps of the thesis are: (a) to analyze new and archival observations of Faraday rotation measure (RM) across radio galaxies and (b) to interpret these and existing RM images using sophisticated two and three-dimensional Monte Carlo simulations. The approach has been to select a few bright, very extended and highly polarized radio galaxies. This is essential to have high signal-to-noise in polarization over large enough areas to allow computation of spatial statistics such as the structure function (and hence the power spectrum) of rotation measure, which requires a large number of independent measurements. New and archival Very Large Array observations of the target sources have been analyzed in combination with high-quality X-ray data from the Chandra, XMM-Newton and ROSAT satellites. The work has been carried out by making use of: 1) Analytical predictions of the RM structure functions to quantify the RM statistics and to constrain the power spectra of the RM and magnetic field. 2) Two-dimensional Monte Carlo simulations to address the effect of an incomplete sampling of RM distribution and so to determine errors for the power spectra. 3) Methods to combine measurements of RM and depolarization in order to constrain the magnetic-field power spectrum on small scales. 4) Three-dimensional models of the group/cluster environments, including different magnetic field power spectra and gas density distributions. This thesis has shown that the magnetized medium surrounding radio galaxies appears more complicated than was apparent from earlier work. Three distinct types of magnetic-field structure are identified: an isotropic component with large-scale fluctuations, plausibly associated with the intergalactic medium not affected by the presence of a radio source; a well-ordered field draped around the front ends of the radio lobes and a field with small-scale fluctuations in rims of compressed gas surrounding the inner lobes, perhaps associated with a mixing layer.

Satellite and in situ data integrated analysis to study the upper ocean an coastal environment of the Italian seas

The thesis objectives are to develop new methodologies for study of the space and time variability of Italian upper ocean ecosystem through the combined use of multi-sensors satellite data and in situ observations and to identify the capability and limits of remote sensing observations to monitor the marine state at short and long time scales. Three oceanographic basins have been selected and subjected to different types of analyses. The first region is the Tyrrhenian Sea where a comparative analysis of altimetry and lagrangian measurements was carried out to study the surface circulation. The results allowed to deepen the knowledge of the Tyrrhenian Sea surface dynamics and its variability and to defined the limitations of satellite altimetry measurements to detect small scale marine circulation features. Channel of Sicily study aimed to identify the spatial-temporal variability of phytoplankton biomass and to understand the impact of the upper ocean circulation on the marine ecosystem. An combined analysis of the satellite of long term time series of chlorophyll, Sea Surface Temperature and Sea Level field data was applied. The results allowed to identify the key role of the Atlantic water inflow in modulating the seasonal variability of the phytoplankton biomass in the region. Finally, Italian coastal marine system was studied with the objective to explore the potential capability of Ocean Color data in detecting chlorophyll trend in coastal areas. The most appropriated methodology to detect long term environmental changes was defined through intercomparison of chlorophyll trends detected by in situ and satellite. Then, Italian coastal areas subject to eutrophication problems were identified. This work has demonstrated that satellites data constitute an unique opportunity to define the features and forcing influencing the upper ocean ecosystems dynamics and can be used also to monitor environmental variables capable of influencing phytoplankton productivity.

Pier Luigi Nervi architetture voltate Verso nuove strutture

L’ingegner Pier Luigi Nervi (1891-1979), progettista, costruttore e teorico del “Costruire Correttamente”, ha intrapreso un proprio esclusivo percorso professionale che ha decretato negli anni una notevole fortuna critica fino a un sostanziale oblio dopo la sua morte. La presente ricerca di dottorato intende approfondire le tematiche legate a una significativa tipologia strutturale che ha contrassegnato il percorso professionale di Pier Luigi Nervi: le architetture voltate. Cupole, volte e coperture geodetiche rappresentano il sistema ottimale con il quale Nervi ha perseguito una personale ricerca mirata alla definizione di grandi luci di copertura a spessore ridotto. Questi sistemi di copertura rappresentano per Nervi la miglior espressione architettonica in quanto perfetta sintesi tra funzioni statiche e esigenze economiche. Le parole chiave per definire l’ambito di studio possono essere cosi riepilogate: sperimentazione/variazione sul tema/primato della grande luce/nuove strutture. La tesi intende indagare i tentativi di rinnovamento che, a partire dagli anni sessanta, spingono Pier Luigi Nervi a sperimentare l’applicazione di nuovi materiali come l’alluminio in sostituzione totale o parziale di un sistema costruttivo, quello del ferrocemento, che ha contraddistinto la maggior parte delle sue opere decretandone il successo. La testimonianza di questa intransigenza, legata all’etica del costruire secondo i principi di naturalezza e razionalità, costantemente riaffermata da Nervi nelle sue diverse pubblicazioni, è sorprendentemente disattesa nella ricerca sulle nuove strutture. Queste strutture, sperimentate senza successo in considerazione della loro mancata concreta attuazione, rivelano un complesso di singolarità capace di porre in discussione quell’intransigenza a cui Nervi ha fedelmente dichiarato di attenersi. La lettura critica del progetto di concorso per il Kuwait Sports Centre, elaborato nel 1968, contiene la sintesi di tutte le parole chiave della ricerca. Scopo della presente tesi è documentare circostanze, innovazioni e anomalie che hanno accompagnato Pier Luigi Nervi nella definizione di nuove strutture voltate.

Pulsating variable stars as tracers of galactic structure and interaction mechanisms

My PhD project has been focused on the study of the pulsating variable stars in two ultra-faint dwarf spheroidal satellites of the Milky Way, namely, Leo IV and Hercules; and in two fields of the Large Magellanic Cloud (namely, the Gaia South Ecliptic Pole calibration field, and the 30 Doradus region) that were repeatedly observed in the KS band by the VISTA Magellanic Cloud (VMC, PI M.R. Cioni) survey of the Magellanic System.

Innovative architecture of on-board and on-ground radio systems for space communication

The radio communication system is one of the most critical system of the overall satellite platform: it often represents the only way of communication, between a spacecraft and the Ground Segment or among a constellation of satellites. This thesis focuses on specific innovative architectures for on-board and on-ground radio systems. In particular, this work is an integral part of a space program started in 2004 at the University of Bologna, Forlì campus, which led to the completion of the microsatellite ALMASat-1, successfully launched on-board the VEGA maiden flight. The success of this program led to the development of a second microsatellite, named ALMASat-EO, a three-axis stabilized microsatellite able to capture images of the Earth surface. Therefore, the first objective of this study was focused on the investigation of an innovative, efficient and low cost architecture for on-board radio communication systems. The TT&C system and the high data rate transmitter for images downlink design and realization are thoroughly described in this work, together with the development of the embedded hardware and the adopted antenna systems. Moreover, considering the increasing interest in the development of constellations of microsatellite, in particular those flying in close formations, a careful analysis has been carried out for the development of innovative communication protocols for inter-satellite links. Furthermore, in order to investigate the system aspects of space communications, a study has been carried out at ESOC having as objective the design, implementation and test of two experimental devices for the enhancement of the ESA GS. Thus, a significant portion of this thesis is dedicated to the description of the results of a method for improving the phase stability of GS radio frequency equipments by means of real-time phase compensation and a new way to perform two antennas arraying tracking using already existing ESA tracking stations facilities.