ELF/VLF: tre app per iPad come visual radio dei fenomeni radio naturali

Volevo segnalare qualche applicazione iOs a costo molto contenuto (o addirittura free) da destinare all'acquisizione e l'analisi dei segnali in banda audio. Con gli opportuni accorgimenti, acquisendo cioè variazioni di tensione elettrica e non di pressione dell'aria, questi programmi possono essere utilizzati per ricevere e visualizzare segnali naturali e precursori sismici in banda ELF/VLF ma anche per la visualizzazione di radiofari e altri modi digitali ricevuti via radio.

Il programma gratuito si chiama SpectrumView, funziona su iPhone e iPad e permette di impostare una banda di campionamento fino a 24 kHz (48 kHz di frequenza di acquisizione) e risoluzioni FFT fino a 4096 punti. Lo sviluppatore si chiama OxfordWaveResearch. Il secondo è Spectogram Pro (2,39 euro), un software messo a punto da Dominik Seibold, autore anche di alcune applicazioni fotografiche per iPad/iPhone e di un curiosissimo programma per la trasmissione acustica delle immagini, Acoustic Picture Transmitter Pro (0,99 euro) (APT è una specie di fax che campiona le immagini con la trasformata di Fourier, le converte in audio e ricostruisce l'immagine ricevuta con l'altoparlante di un secondo iPhone, un giochetto di scarsa utilità ma divertente). Spectrogram offre più opportunità di personalizzazione ma sostanzialmente lavora come SpectrumView.

E infine abbiamo Voice Analyzer (1,59 euro o free in versione Lite) della polacca Dexus. Si tratta di una applicazione rivolta in particolare ai cantanti che vogliano rendersi visivamente conto del cosiddetto "formante", il picco di intensità che nei segnali acustici spettralmente complessi tende a formarsi intorno alle frequenze fondamentali. Come gli altri due il programma visualizza il segnale vocale nei domini del tempo e delle frequenze, ma solo nella versione a pagamento permette di impostare i parametri di acquisizione e di calcolare i formanti.

In che modo queste app possono servire a chi desidera monitorare i segnali radio a frequenza molto bassa? Semplicemente intervenendo sul tipo di informazione acquisita. Se invece di misurare la variazione di pressione con il microfono incorporato utilizziamo l'ingresso line-in per misurare le variazioni di tensione, iPhone si trasforma in una "visual radio" per segnali sotto i 24 kHz. La cosa comporta l'acquisto di opportuni accessori o la realizzazione di piccoli circuiti di adattamento che permettano di seguire le uniche due strade percorribili per immettere un segnale analogico in un dispositivo privo di una porta "line-in" come l'iPad. Una strada è la presa per auricolari, che dispone di un "quarto polo" collegato al microfono (segnali mono). Purtroppo un semplice jack a quattro poli potrebbe non bastare perché se l'impedenza della linea non è quella di un microfono acustico, l'acquisizione va a monte. Su Internet si trovano dei semplici circuiti di adattamento (per esempio questo).

Una via più performante è il dock connector di iPad, dove esistono due line di ingresso per i canali stereofonici, con un problema di accessibilità. Se uno non vuole spendere troppi soldi con prodotti dedicati come iO Dock di Alesis, una soluzione elegante è un piccolo ADC/DAC come iMic di Griffin e un adattatore USB-Dock Connector come il Camera Kit della stessa Apple. La spesa complessiva è abbastanza contenuta, qualche decina di euro, ma il risultato assicurato.

Il terzo campo d'azione, se lo scopo è quello di ricevere gli elusivi segnali collegati ai fenomeni naturali e le trasmissioni che ancora occupano la porzione di spettro sotto i 30 kHz, è la sperimentazione delle antenne più opportune. Anche qui ci sono diverse strade percorribili, ma ne ho identificate due, proposte sul sito Vlf.it da Marco Bruno e Renato Romero. Si tratta dei progetti LNVA (low noise voltage amplifier)"24_20" (descritto in questo pdf) e EasyLoop, una antenna di una quarantina di spire circolari su un diametro di 75 cm. Come è facile intuire la prima antenna amplificata è sensibile al campo elettrico, la seconda a quello magnetico.

Baudline, analisi spettrale multipiattaforma

Diverso tempo fa avevo scoperto - grazie agli esperimenti di ricezione di segnali radionaturali pubblicati sul sito Web di un fisico italiano, Tito Dal Canton - un programma di analisi spettrale molto interessante, chiamato Baudline Signal Analyzer. A distanza di qualche anno mi accorgo che nel frattempo Baudline è stato "portato" da Linux in ambiente Mac OS X/X11 e funziona benissimo per la ricezione di segnali fino a 40 kHz. Oltre a visualizzare Baudline offre un discreto numero di funzionalità DSP e trattandosi di un software open source potrebbe consentire anche l'implementazione di algoritmi di demodulazione, fungendo quindi da soluzione per software defined radio anche su Mac. Baudline, sviluppato dai programmatori della società di consulenza di Cupertino (dove, se no?) SigBlips può essere utilizzato anche sotto Windows. Assolutamente da prendere in considerazione per le vostre attività VLF.

France Inter "ritrasmette" i sottomarini strategici

Grazie alla puntuale segnalazione di Chris Diemoz posso mettervi a parte di un po' di materiale davvero esclusivo sul mondo delle comunicazioni militari nello spettro VLF, sotto il limite dei 30 kHz di frequenza, dove le onde elettromagnetiche riescono a penetrare anche sotto la superficie dell'oceano per stabilire una connessione con i sottomarini nucleari in navigazione.

Il canale radiofonico pubblico France Inter sta dedicando un ciclo di brevi trasmissioni settimanali, ogni sabato, alla "radio del sottosuolo", un curioso reportage di luoghi e attivittà sotterranee. Sabato 10 luglio l'equipe della trasmissione si è recata nel bunker di "command and control" della stazione emittente di Rosnay, nel dipartimento dell'Indre, non molto lontano da La Rochelle. E' in questa località che si ergono, più alte della Torre Eiffel, le antenne VLF del FOST, Force Océanique Stratégique, la divisione della Marina francese che gestisce la flotta sottomarina strategica.

Dell'impianto di Rosnay esistono poche fotografie e persino la mappa Google del sito è stata "secretata", riducendone la risoluzione. Non si capisce bene perché visto che non deve essere facile nascondere agli occhi di una zona molto popolosa l'esistenza di tralicci di decine di metri di altezza. Sulle trasmissioni stretegiche in VLF si sa ancora meno, sono tutti sistemi criptati che tuttavia vengono costantemente monitorati dagli appassionati, interessati agli aspetti strutturali di queste comunicazioni (orari, modalità, stringhe in chiaro, tutto viene analizzato alla ricerca di schemi ripetitivi). Secondo gli ultimi dati raccolti da Lionel Loudet HWU- Rosnay opera su 18,3 21,75 e 22,6 kHz.

Le interviste realizzate da France Inter sono davvero interessanti. Vengono forniti anche alcuni dettagli sui contenuti delle comunicazioni, per esempio dove viene specificato che i membri dell'equipaggio di un sottomarino hanno diritto a ricevere un radiotelex di 40 parole a settimana per avere notizie (buone notizie, precisa l'ufficiale intervistato) dalle loro famiglie. Nella sua concisione, trovo questa intervista una testimonianza straordinaria sulla totale inutilità di armi di guerra di questo tipo. E' un piacere duplice condividere con voi l'audio del programma "3ème Sous-Sol"

NPR: i radioamatori nell'era di Twitter

Il programma All Things Considered di National Public Radio si è occupato di radioamatori "ai tempi di Twitter", parlando di un hobby dato per spacciato ma che in realtà (complice anche la decisione di abolire l'esame di radiotelegrafia Morse come requisito per la licenza completa) è addirittura in aumento rispetto al passato. Peccato che i giornalisti di NPR si lascino sfuggire completamente l'aspetto della sperimentazione, che colloca oggi, anche se in una nicchia, la comunità dei radiomatori alla frontiera delle comunicazioni digitali.

Se andate ad ascoltare o leggere la trascrizione del programma, trovate un link interessante a un'altra trasmissione NPR dedicata alla trasmissione di messaggi testuali nel sottosuolo, su frequenze VLF. Viene citato un giovanissimo inventore che ha realizzato questo sistema pensando ad applicazioni come le comunicazioni di soccorso o i contatti tra squadre di ricercatori di diverse discipline. Alexander Kendrick ha stabilito con il suo dispositivo un record di profondità, ricevendo segnali a 300 metri sotto la superficie e meritandosi una citazione su Engadget e soprattutto un viaggio al CERN di Ginevra. Qui trovate un paper sulla sua Underground Radio II.

Ham Radio Growing In The Age Of Twitter

by MATT SEPIC

Only a few years ago, blogs listed ham radio alongside 35 mm film and VHS tape as technologies slated to disappear.

They were wrong.

Nearly 700,000 Americans have ham radio licenses — up 60 percent from 1981, a generation ago. And the number is growing.

Ham radio will never have the sex appeal of the iPhone, but it does have a certain nerd appeal, says Allen Weiner, an analyst at the technology research firm Gartner.

"If it creates its own experience, that's really what's key here," he says. "If it just emulates an experience that you can get online, it's not going to grow."

Newcomers to ham radio include Helen Schlarman, 89, who has a compact, two-way radio in her home in suburban St. Louis. She looks up a friend across town by pushing the talk button, announcing the letters and numbers of his call sign (W-0-S-J-S), and then announcing her own (W-0-A-K-I).

Steve Schmitz's voice crackles through Schlarman's radio.

"Hi Helen, how you doing, W-0-S-J-S?" he says, ending his response with his own call letters.

Many "hams," as they're known, hang postcards from global contacts on their walls, the way hunters show off deer antlers, but Schlarman's chats are mostly local. She says this hobby is perfect for an outgoing person who spends a lot of time inside.

"It's a different community," she says. "There [are] no stereotypes of age; it's just talking and sharing and enjoying."

Until recently, ham radio was declining as older operators died. Then the Federal Communications Commission phased out the Morse code test that many saw as a stumbling block to getting a license. Last year more than 30,000 new applicants signed up to become ham radio operators, according to Maria Somma, an official with the American Radio Relay League.

At a ham radio convention near St. Louis, the crowd swapping antenna parts and other equipment is mostly male, and over 50. But 15-year-old Jonathan Dunn is attending along with his father. He says Facebook and texting are fun, but making friends using a $200 radio that doesn't come with monthly fees is more rewarding.

"With ham radio you can talk to new people, all kinds of ages, races, and it's just amazing what a little radio can do. Because no matter where you're at, if you have the right stuff and the right power you can talk to anyone," he says.

Jonathan's dad, Steve Dunn, says the polite chitchat between ham radio operators is good for teenagers. "If young people have the opportunity to communicate with a wide range of people, that instills a certain amount of confidence in their ability to carry on the lost art of small talk," he says.

Even the most die-hard hams concede that amateur radio will never be a mainstream hobby. With smart phones and other devices, people are more plugged in to the Internet than before. But people are still discovering the joy of communicating with a technology that's existed for nearly a century.

Record di distanza per ricezioni sotto i 9 kHz

I radioamatori tedeschi stanno sperimentando la trasmissione su una frequenza talmente da bassa da richiedere mezzi propagativi un po' particolari. Per esempio il nostro intero pianeta! La frequenza è quella "radionaturale" dei 9 kHz e qualche giorno fa, il 15 marzo, è stato stabilito un record di distanza quando il segnale di Stefan Schaefer DK7FC con una potenza efficace di appena 1,7 milliWatt su 8,97 kHz, è stato ricevuto in Gran Bretagna da Paul Nicholson, a 830 km di distanza in modalità QRSS120 (in precedenza erano stati stabiliti contatti a meno di 20 km). L'antenna utilizzata da Stefan era un filo verticale di 100 metri teso grazie a un aquilone e alimentato con un impianto da 250 Watt. A queste frequenze un'antenna non può essere molto efficiente, da qui la drastica riduzione in termini di potenza effettiva irradiata.
Tra le diverse pagine dedicate a quello che i radioamatori definiscono a volte "Earth Mode" o "Earth Current", posso segnalare Communicating through the ground, accessibile anche sul più ampio portale dell'autore, Roger Lapthorn G3XBM, che dà la notizia del record sul suo blog. Roger propone anche un VLF converter per ricevere questi segnali su un ricevitore a onde corte, ma bisogna ricordare che per questo spettro non occorre una radio, basta collegare una antenna agli ingressi di una scheda audio di buona qualità nel computer e utilizzare un analizzatore di spettro, possibilmente - suggerisce Alberto Di Bene - utilizzando anche «un preamplificatore a basso rumore, basato su un IC con densità di rumore dell'ordine di 1 nV/sqrt(Hz)».
La pagina in cui lo stesso Stefan descrive il suo esperimento con l'aquilone è invece questa, le fotografie sono molto interessanti, soprattutto i particolari sulle bobine di risonanza utilizzate per allungare elettricamente la lunghezza dell'antenna: circa 2 chilometri di filo avvolti intorno a un fusto di plastica da 200 litri.
Altre reference sono quelle di Markus Vester DF6NM, Holger Kinzer DK8KW. Secondo Roger, anche il regolatore britannico OFCOM potrebbe concedere ai radioamatori locali una Notice of Variation simile a quella già concessa per le operazione tra 501 e 504 kHz, per consentire ufficialmente l'uso di frequenze sotto ai 9 kHz, oggi utilizzate anche dal Met Office del Regno Unito. Qui, infine, sul sito di Lionel Loudet dedicato alle Sudden Ionospheric Disturbances, trovate anche un breve elenco di segnali nella banda VLF. I fenomeni ionosferici SID, legati ai brillamenti solari, determinano improvvise "interruzioni di servizio" nella ricezione in onde corte e medie, ma contemporaneamente rafforzano la propagazione in VLF: ecco perché monitorando l'andamento dei segnali in questa banda è possibile misurare anche le SID. Uno dei siti Web più affascinanti in materia è quello di Peter Wilhelm Schnoor, da Kiel. Lo trovate su questo indirizzo. Volendo potete cimentarvi in questo monitoraggio utilizzando uno dei ricevitori proposti da due progetti educativi (SID e AWESOME) dello Stanford Solar Center che coinvolgono le scuole americane nel sorvegliamento dei fenomeni SID. Tutte le informazioni si trovano qui: http://solar-center.stanford.edu/SID/.

Radionavigazione: gli USA spengono LORAN-C

Tra poche ore, alle 21 italiane, si conclude definitivamente la storia del sistema di radionavigazione LORAN-C negli Stati Uniti. Per decisione del Dipartimento della Sicurezza Nazionale, la Guardia Costiera USA spegnerà in quell'istante tutte le stazioni che non facciano parte dei network LORAN federati con russi e canadesi. Le stazioni utilizzate dai network canadesi resteranno attive ancora fino a ottobre. Quelle alaskane federate con le stazioni russe probabilmente dovranno restare ancora accese per qualche anno.
Il LOng RAnge Navigation System è il precursore terrestre delle reti satellitari alla GPS. Opera con una serie di trasmettitori a 100 kHz e funziona attraverso opportuni sistemi di ricezione iperbolici che analizzano le differenze di fase tra più segnali ricevuti, fornendo così, con buona approssimazione, la posizione geografica del punto ricevente.
Ho scelto di dare questa notizia utilizzando le parole del DXer americano Darwin Long, che ha riassunto molto bene la storia e le future prospettive del LORAN, concepito negli anni '40 del secolo scorso. Come giustamente osserva Long, spegnerlo potrebbe essere rischioso. Interferire con le trasmissioni satellitari è alla portata di molti terroristi (localmente anche con trasmissioni radio a 100 kHz, per la verità) e i satelliti sono sensibili alle collisioni con meteore e agli aventi solari più distruttivi come i brillamenti nei raggi X (che aumenteranno con il ciclo di attività solare). Mettere del tutto fuori gioco una alternativa come il LORAN significa aumentare comunque il rischio di esposizione alle emergenze, il tutto per ottenere sul breve un risparmio forse neanche troppo significativo (forse la motivazione principale è legata alla grande potenza impulsiva dei singoli trasmettitori, che operano con un 1 megaWatt). Tutto questo nell'ipotesi che il LORAN venga davvero smantellato. Long stesso non esclude che le autorità possano decidere di rimpiazzarlo con un altro sistema terrestre da utilizzare come back-up del GPS.
Questa che vedete raffigurata nella mappa di Google Maps è l'antenna della stazione LORAN-C di Nantucket, che dovrebbe restare operativa fino a ottobre 2010.


Visualizzazione ingrandita della mappa

The most reliable ground-based navigation system that has been used since
1952 comes to an end [today] at 2000 UTC (3PM EST). Termed LORAN (LOng-range RAdio Navigation), it was developed in the 1940's for navigation by using the principle of time-differences between pulses sent out at several transmitters at different locations, and plotted as a parabolic relationship on a map - basically only 2 points on the surface of the earth could ever have the same timing between the three pulses (the main pulse from the master station in the middle of two time-synchronized slave transmitters hundreds of miles in opposite directions of the master station). If you know what side of the "chain" of transmitters you were on, you could get an exact location fix on your map within a couple hundred feet. The original "Standard LORAN" system operated from 1942 up until 1984 on a frequency of 1800, 1850, and 1900 kHz with pulse powers of 100kW, and LORAN-C has been operating on 100 kHz with pulse powers of between 500kW and 1MW since the 1952.
GPS is what is displacing the LORAN-C service. However, there may (I repeat MAY) be an enhanced LORAN service (eLORAN) in the works, dependent on what the Secretary of the Department of Homeland Security decides. It will provide a more accessible time standard all over North America and be avital backup to GPS.
I personally think it was foolish of DHS to discontinue LORAN. If a terrorist org decided to synchronously jam out GPS from the ground with a bunch of transmitters, a bunch of micro-asteroids took out some satellites, or a huge X class flare erupted toward earth frying the circuitry on the satellites, we now will have NOTHING to fall back on for a backup radionavigation system except for a handful of NDBs and dead-reckoning.
LORAN-C was extremely reliably, nearly so as GPS, just with a little less resolution, but enough to get a plane from Point A to Point B on-course. Canadian LORAN-C will disappear in October, but Russia's will keep going awhile longer (so the Alaska LORAN-C sites at Shoal Cove and Attu Island slaves will keep operating for maybe some years. Caribou, ME and Nantucket, MA will also remain on until October, as they are slaves that serve the Canadian East Coast chain, and George, WA will remain on until October to service the British Columbia master station on Vancouver Is.
If you have never monitored longwave, and have wondered what that rhythmic "popping" or "ticking" sound is (1 kHz-phase-modulated pulse bursts) when your communication receiver is tuned to 100kHz, that's LORAN-C.

Falsi "precursori": la radio spenta non fa terremoto

Lunedì 30 novembre a Roma, a palazzo San Macuto, si terrà una conferenza nazionale dedicata alla sismologia in cui si parlerà anche di strumenti predittivi (non ho capito bene perché ma partecipa anche l'europarlamentare onorevole Borghezio, forse la presenza ha a che fare con la sua nota irruenza oratoria). In ogni caso Expert System, una azienda software specializzata in strumenti per il knowledge management e l'analisi linguistico-semantica, spiegherà come questi strumenti possono servire anche per cercare di anticipare i terremoti più distruttivi.

"Nella sessione dedicata agli eventi sismici è previsto l'intervento di Andrea Melegari, Vice Presidente Security & Intelligence di Expert System, che illustrerà quale contributo può fornire l'analisi semantica nel campo della predizione dei terremoti.
Oltre agli strumenti scientifici di osservazione, rilevazione e mappatura del territorio già ampiamente usati, nel corso del convegno saranno presentati nuovi metodi e tecnologie che, senza alcuna pretesa di certezza, aprono tuttavia alla possibilità di sfruttare una serie di informazioni fornite direttamente dalla popolazione.
Tipicamente si tratta di dati poco strutturati e difficilmente misurabili, ma è possibile, attraverso strumenti di analisi semantica, analizzarli automaticamente ed estrarne la conoscenza utile. Tutti questi dati, plausibilmente, contengono in sé le informazioni necessarie a ricavarne le "regole" secondo cui con buona approssimazione, in termini previsionali di tempo, luogo ed intensità, accadono i fenomeni calamitosi dai cui disastrosi effetti ci vogliamo difendere. Esistono degli strumenti matematici appositi che messi opportunamente alla prova potrebbero offrire tale possibilità."

I lettori di questo blog forse ricordaranno i miei post dedicati alle perturbazioni dei segnali radio in bassissime frequenze utilizzate come "precursori sismici", come sintomi di un terremoto imminente. Per una strana coincidenza proprio stamattina discutevo con Andrea Borgnino (complimenti per la nascita del suo terzogenito, Emilio!) di un fatto correlato alla ricerca in questo campo. Un contatto di Andrea, radioamatore e docente all'università dell'Aquila, gli aveva segnalato la pubblicazione di un recente articolo scientifico apparso sulla rivista Natural Hazards and Earth System Sciences della European Geosciences Union firmato da un gruppo di ricercatori italiani. Gli autori affermano di aver registrato, una settimana prima del terremoto in Abruzzo, un brusco calo del segnale del trasmettitore di Radio Monte Carlo su 216 kHz, in onde lunghe, segnale addirittura scomparso dai loro spettrogrammi. Ecco il testo che si legge nell'abstract apposto all'articolo intitolato A pre seismic radio anomaly revealed in the area where the Abruzzo earthquake (M=6.3) occurred on 6 April 2009:

From 31 March to 1 April the intensity of the MCO radio signal dropped and this drop was observed only in this signal. The possibility that the drop was connected to problems in the transmitter or in the receiver was investigated and excluded. So, the drop indicates a defocusing of the radiated signal. Since no particular meteorological situation along the path transmitter-receiver happened, the defocusing must be related to other causes, and a possibility is presented that it is a precursor of the Abruzzo earthquake.

Secondo gli scienziati le presunte perturbazioni propagative in onde lunghe potevano essere considerate un precursore dell'evento sismico del 7 aprile che ha così duramente colpito L'Aquila. C'è però una grave falla in questa ipotesi: non so quali controlli abbiano svolto i ricercatori, ma il 31 marzo il trasmettitore di Monte Carlo era spento per ordine di un tribunale francese. Notizia che gli scienziati avrebbero potuto leggere anche su Radiopassioni. L'emittente, mi riferisce ancora Andrea, ha confermato oggi che l'impianto era stato disattivato. Non è quindi il caso di correlare il suo "silenzio" a una condizione pre-sismica, forse neppure il nostro Caro Leader potrebbe accusare la magistratura di certe colpe. Una brutta figura, che ricercatori esperti avrebbero dovuto evitare. Ma che non toglie validità alle teorie sui precursori sismici. Nello stesso numero di NHESS, il 5 del Volume 9/2009, si trova un altro studio, condotto su segnali radio in VLF. Si intitola Anomalies in VLF radio signals prior the Abruzzo earthquake (M=6.3) on 6 April 2009 e mi sembra più sensato.

Missili in Corea: i sottomarini russi ricevono un segnale

Torna a soffiare una raggelante brezza di crisi dalla Corea del Nord, accusata in questi giorni dal Giappone e da altre nazioni (ma gli americani, ) di voler lanciare nuovamente dei missili a lunga gittata. E con la brezza le nazioni vicine alla Corea e l'America tornano a muovere le loro forze navali e subacquee. Forze che per comunicare con le basi utilizzano - tra le altre modalità - segnali radio a frequenze incredibilmente basse. Addirittura sotto i 30 kHz, là dove le onde elettromagnetiche si "sovrappongono" alle frequenze delle onde acustiche.
Le foto pubblicate dall'Institute for Science and International Security di Washington così come sono state ricavate dai satelliti commerciali di DigitalGlobe, sembrerebbero confermare i preparativi in corso nella base di Musudan-ri. I giapponesi sospettano che come avvenuto in passato, i lanci non riguardano gli esperimenti spaziali ma le armi nucleari. Gli americani che secondo il New York Times, non interverranno per chiedere sospensioni o per intercettare e distruggere il missile nordcoreano, stanno muovendo la flotta di stanza in Corea del Sud per sorvegliare la traiettoria del lancio, che dovrebbe passare sopra il Giappone.
E gli appassionati che sorvegliano le comunicazioni radio militari hanno rilevato in questi giorni i possibili segni di queste attività. Dalla Norvegia Trond Jacobsen è specializzato nella ricezione delle comunicazioni a frequenze bassissime (VLF, 30-300 kHz) e estremamente basse (ELF, 3-30 KHz) e l'altro giorno ha segnalato sulla lista UDXF di aver monitorato attività sui canali dell'impianto russo ZEVS di Murmansk su 82 Hz (avete letto bene) e dalla stazione VLF cinese su 20,6 kHz. Secondo la sua autorevole opinione, le trasmissioni indicano che russi e cinesi stanno dislocando i loro sottomarini.
Perché per trasmettere verso questo tipo di imbarcazioni occorre scendere a frequenze così basse? Perché la radiazione elettromagnetica a tali frequenze riesce a penetrare nelle profondità del mare e inviare messaggi ai sottomarini senza costringerli a emergere o a utilizzare speciali boe in grado di fungere da antenna per comunicazioni terrestri o satellitari. Se nelle VLF la permeabilità consente di raggiungere più o meno quote periscopiche, con le ELF si scende molto più giù, a diverse decine di metri, la dove i sottomarini strategici possono mantenere la loro modalità "stealth": l'invisibilità.
La stazione ZEVS, descritta da Jacobsen in un bellissimo articolo sul non meno avvincente sito di Renato Romero dedicato alla ricezione di segnali artificiali e naturali, Vlf.it (dove tra l'altro trovate il progetto per una antenna loop amplificata da usare per la ricezione dei segnali ELF, insieme a un software di analisi spettrale per pilotare la scheda audio del computer) è l'unico impianto di comunicazione terra-profondità rimasto ancora operativo nel mondo. Fino al 2004 un impianto simile era in funzione negli Stati Uniti, in due punti del Wisconsin e del Michigan. Le due stazioni, che utilizzavano l'intero pianeta come radiatore per lanciare i segnali che riflessi dalla ionosfera penetravano nelle acque marine, rappresentavano in pratica due poli di una antenna. A 76 Hz, la lunghezza d'onda supera i 3.000 km e costruire un'antenna risonante vera e propria sarebbe proibitivo. Vale la pena di leggersi la descrizione dell'impianto americano ora dismesso (era entrato in funzione nel 1989 scatenando una ondata di proteste da parte degli ambientalisti preoccupati degli effetti di campi elettrici a frequenza così bassa), per comprendere le particolari condizioni geologiche che devono essere soddisfatte e la necessità di utilizzare potenze molto elevate e linee di trasmissione aeree lunghissime (circa 30 miglia) per raggiungere gli elettrodi sepolti nel terreno.
Quando si opera a frequenze così basse le comunicazioni ovviamente non possono avvenire in fonia e anche per i dati occorrono codifiche molto particolari. Bisogna anche pensare alla funzione tattica di questi segnali, che teoricamente possono servire a impartire l'ordine per un attacco missilistico nucleare. E se si aggiunge il fatto che le trasmissioni sono inevitabilmente a senso unico, visto che il sottomarino può ricevere ma non avrebbe la possibilità di rispondere, lo scenario diventa ancora più inquietante. Per fortuna, su frequenze così esoteriche si possono anche ascoltare gli effetti di fenomeni naturali di vario tipo, frutto delle complesse relazioni tra il campo magnetico terrestre e la ionosfera. I progetti AWESOME di Stanford e INSPIRE della NASA rappresentano una inesauribile fonte di approfondimento scientifico.

Onde lunghe per studiare la ionosfera

Le ionosonde sono, come si sa, lo strumento più utilizzato dagli scienziati dell'atmosfera e dai geofisici per analizzare la ionosfera dal punto di vista morfologico e elettromagnetico. Ma chiunque sorvegli la propagazione dei segnali radio distanti fa, in un certo senso, dei sondaggi nella ionosfera. Oggi l'amico Flavio Gori mi ha parlato di un sito molto interessante curato da un radioamatore tedesco che ha allestito due sistemi di monitoraggio automatico nella banda delle V/LF per analizzare graficamente, attraverso le variazioni di un segnale in onde lunghe, le cosiddette Sudden Ionospheric Disturbances, cioè tutti quegli eventi di natura solare o cosmica, dai brillamenti solari a quelli gamma o X, che possono perturbare le normali condizioni della ionosfera.

Il sito è dedicato al Kiel Longwave Monitor di Peter Wilhelm Schnoor, dove sono in funzione due ricevitori, uno molto selettivo sintonizzato sui 75 kHz della stazione di tempo svizzera HBG, l'altro a banda più larga è una SDR che campiona continuamente lo spettro tra 10 e 96 kHz e utilizza - questo il particolare sottolineatomi da Flavio - il software per Linux SID Monitor messo a punto da Paul Nicholson, generando uno spettrogramma che Peter mette online in tempo reale. Il sito della stazione di monitoraggio di Kiel indica anche una piccola ma nutrita serie di riferimenti sulle perturbazioni ionosferiche improvvise (SID), per esempio il progetto AAVSO (associazione americana degli osservatori delle stelle variabili) o la pagina sulle SID e sui brillamenti gamma di David Saum.
RP aveva parlato di analoghi studi SID effettuati a Torino. Grazie Flavio, è un argomento su cui valeva la pena ritornare, specie alla luce delle ultime evoluzioni SDR.

Torino ascolta le SID

Tra le attività coordinate dal gruppo di appassionati che si è aggregato intorno a CiaoRadio, il progetto di SDR di Claudio Re, adesso c'è anche l'osservazione delle perturbazioni ionosferiche provocate dai brillamenti solari, attraverso il monitoraggio delle trasmissioni in banda VLF. Sul neswgroup CiaoRadio di Yahoo Claudio annuncia che in questo momento a Torino sono attive due stazioni automatiche, entrambe basate su CiaoRadio e sull'antenna ADA (altro progetto "Regale"). Una è ospitata dal professor Galante del liceo scientifico Giordano Bruno, l'altra si trova presso l'abitazione di Claudio. Per il futuro, annuncia il progettista di CiaoRadio, è previsto un esperimento di misurazione della velocità degli elettroni nei fenomeni di radiazione di ciclotrone osservabili nella magnetosfera, sempre attraverso il monitoraggio di segnali a bassissima frequenza (vi suggerisco questa pagina per una bella descrizione del "suono" di questi fenomeni elettromagnetici che si verificano appunto in banda audio). La sperimentazione verrà organizzata sotto gli auspici di Claudio e degli scienziati del CSP torinese. Sugli esperimenti di monitoraggio delle Sudden Ionospheric Disturbances, il sito di riferimento è quello del Centro Solare della Stanford University, dove troverete ampia documentazione. Le SID sono improvvise variazioni di intensità misurate nella ricezione di segnali di cielo di stazioni VLF. Sono dovute all'effetto dei "flares" solari sulla ionizzazione dello strato D, che normalmente attenua i segnali VLF: nel corso di una SID, il livello di ionizzazione dello strato D aumenta e il segnale VLF viene riflesso e raggiunge il punto di monitoraggio leggermente meno attenuato.

Qualche spunto per scendere sotto i 150 kHz

Ogni tanto il gruppo di discussione it.hobby.radioascolto offre spunti davvero interessanti. Devo dire che, essendo i suoi frequentatori quasi sempre interessati al monitoraggio con lo scanner di frequenze più o meno (cioè meno) autorizzate, il filo dei messaggi è a volte ripetitivo e poco stimolante. I tempi sono quello che sono e tra 0 e 30 MHz si possono ascoltare meno stazioni broadcasting e anche meno traffico utilitario, quindi immagino che ci si dovrà abituare. Va anche aggiunto che l'inesorabile tendenza verso la digitalizzazione delle comunicazioni VHF-UHF (vedi lo standard TETRA e il suo crescente impiego tra le forze dell'ordine, soccorso e pronto intervento, anche in ambiti civili e aeroportuali) determinerà una sostanziale chiusura delle finestre di opportunità e con essa un calo di interesse anche tra gli scanneristi.
Comunque sia, attingendo a qualche recente thread, ecco per esempio qualche link da tener presente sull'argomento ricevitori VLF e più in generale sui front end hardware e software per il sorvegliamento di tutto quello che succede sotto i 150 kHz, fino alle frequenze naturali di poche decine di Hertz. Rispondendo a una domanda su come procurarsi un ricevitore già pronto (in effetti non tutti devono essere necessariamente versati nell'assemblaggio dei kit ELF-VLF che si possono trovare su Internet), Paolo Zaffi, Gigi e Sommergibile mettono insieme una piccola raccolta di segnalazioni che può essere utile per chi dà la caccia a questa particolare porzione dello spettro.
Paolo Zaffi, I4EWH, ha realizzato un sito pieno di suggerimenti, con diversi schemi di antenne e convertitori. Anche il sito di "schemi utili e belli" di Somemrgibile, include, tra gli altri, un converter tra 0 e 500 kHz. Ma non bisogna dimenticare che con l'aiuto di software come Spectrum Lab o i programmi sviluppati da Alberto di Bene, è possibile monitorare sotto i 24 khz direttamente dall'ingresso di una scheda audio per pc. Lo stesso approccio, ma con una antenna loop usata per pilotare direttamente l'ingresso di un poligrafo
(il principio è lo stesso, il software prende il posto del poligrafo) si trova qui.
Con qualche ricerca su Internet si incontrano diversi progetti e kit commerciali, come questo
o il più famoso di tutti - consigliato insieme agli altri materiali formativi e di supporto nell'ambito del progetto Inspire della Nasa - il VLF-3 . Un ricevitore disponibile già montato è quello che si trova descritto su Auralchorus, ma copre fino ai 15 kHz ed è specializzato per l'ascolto e il tracciamento di fenomeni come i whistlers.

Limite dei 50

Colto dal sacro fuoco dopo la ricezione della svedese SAQ su 17,2 kHz, Aldo Moroni mi ha inviato i risultati spettrografici delle sue esplorazioni sotto la soglia dei 50 kHz. I segnali vengono ricevuti sfruttando unicamente la larghezza di banda audio della scheda Soundblaster-like di un personal computer (l'antenna, credo in questo caso il Mini-Loop coassiale di Aldo, viene collegata direttamente all'ingresso MIC della scheda).
Il sito che Aldo riporta nel suo breve testo descrittivo è quello del Progetto RDF, Radio Direction Finding, una missione di monitoraggio collettivo sotto i 150 kHz la cui pagina Web contiene un prezioso elenco di stazioni (molte delle quali sono militari e operano in modalità MFSK/RTTY). Ricordo che altri elenchi e risorse si trovano sul sito di Klaus Betke. In particolare, questo è il suo elenco di stazioni sotto i 150 kHz aggiornato al febbraio 2006.

Allego qualche schermata con l'antenna a 220° e a 180°+ una con campionamento della scheda audio a 88KHz ma purtroppo aumenta il rumore sotto i 20KHz.
Si vedono (e ovviamente si sentono) le stazioni Alpha Russe a 11,095 , 12,649, 14,881. La MFSK inglese a 19,6, la nostra Tavolara a 20,270, la francese a 20,900 e 21.750 e infine ancora UK a 22.100 kHz Salendo, a 24.000 CUTLER, MAINE USA (US Navy) e altri MFSK di cui sto cercando informazioni. L'elenco [delle stazioni lo si può trovare qui]:
http://www-user.uni-bremen.de/~ews2/RDF_project.html

Un lunghissimo augurio in codice Morse

Se avete una antenna discreta (ma in teoria uno può anche fare delle prove con un pezzo di filo, badando a evitare fonti di corrente e cariche elettrostatiche) ecco un divertente esperimento natalizio di ricezione "senza radio" che funge al tempo stesso da lezione di SDR e di scienza delle sorgenti radio naturali. La mattina della vigilia, il 24 dicembre alle 08.00 utc, entra in funzione - come avviene periodicamente - l'alternatore Alexander della stazione radiotelegrafica svedese Varberg di Grimeton. L'impianto, unico al mondo e oggi patrimonio dell'umanità certificato dall'Unesco, era stato inaugurato nel 1924, con antenne montate su sei pali di 127 metri ciascuno, per la trasmissione di telegrammi a lunga distanza. In epoca recente, l'Associazione Alexander e i radioamatori svedesi hanno restaurato la stazione, che può essere visitata dal pubblico e ogni tanto organizzano una trasmissione speciale sull'inedita frequenza di 17,2 kHz, con nominativo SAQ.

Questa frequenza bassissima rientra nei limiti di banda di una scheda audio per personal computer. Il che significa che il segnale è ricevibile senza altri intermediari, equipaggiando il computer stesso con un software di demodulazione come Winrad di Alberto Di Bene (che ringrazio per la segnalazione del prossimo evento SAQ) e attaccando l'antenna direttamente all'ingresso line in della scheda. Per avere un'idea del tipo di ricezione (ovviamente in codice Morse) accludo qui una videata realizzata con Winrad e pubblicata sul sito di Alberto dove trovate anche l'audio della trasmissione del 9 febbraio scorso. Mi farebbe piacere pubblicare i risultati delle vostre prove del 24 dicembre, come formula beneagurale per il 2007.

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