Rilevazione di anomalie in orologi atomici satellitari

Il tema di ricerca in oggetto è stato affrontato dalle unità di ricerca di Perugia e di Torino nel bien- nio 2008–2010 mediante progetto ministeriale PRIN–2007. Durante il biennio del progetto sono state sviluppate tecniche innovative di rilevazione dei guasti specifiche per orologi atomici per garantire ele- vata accuratezza e affidabilità dei sistemi in cui sono inseriti (ad es: sistemi di navigazione satellitare GPS e Galileo). Le tecniche proposte hanno permesso di superare i limiti dei metodi comunemente utilizzati e basati sulla Deviazione di Allan. Il principale limite di applicabilità di tale tecnica consiste nella necessaria ipotesi di stazionarietà dei dati, ipotesi non sempre verificata nella realtà, in particolare in ambiti applicativi quali i sistemi di navigazione satellitare o esperimenti di fisica fondamentale della materia. Il mancato soddisfacimento di tale presupposto compromette l’accuratezza e l’affidabilità delle classiche tecniche di rilevazione dei guasti e pertanto dell’intero sistema in cui sono inseriti i disposi- tivi. Le tre unità di ricerca hanno analizzato tecniche statistiche (GLRT– Generalized Likelihood Ratio Test e DAVAR Dynamic Allan VARiance) che permettono di rilevare ed identificare i guasti di orologi atomici satellitari anche quando i dati sono non stazionari. Ambedue le procedure sono risultate innovative perché la loro applicazione non è condizionata dal verificarsi delll’ipotesi di stazionarietà dei dati. Inoltre, le loro funzionalità sono risultate complementari in quanto il rilevatore GLRT è lo stimatore ottimo (in senso statistico) per la rilevazione dei guasti, mentre DAVAR permette anche l’identificazione del guasto. La ricerca ha mostrato che il GLRT, del cui sviluppo si è occupato principalmente l’unità di Perugia, è un algoritmo di rilevazione dei guasti efficace anche quando applicato a dati di frequenza di orologi atomici. L’algoritmo è stato approfondito e le analisi teoriche effettuate hanno permesso di progettare un nuovo detector GLRT (GLRT_simple) di maggiore sensibilità, e quindi maggiore efficacia, in termini di tempestività e affidabilità di rilevazione del guasto avvenuto [1]–[4]. Il GLRT è uno strumento innovativo in questo ambito applicativo, in quanto: non richiede l’ipotesi di dati stazionari, può essere applicato anche nel caso in cui l’acquisizione dati sia stata interrotta, l’implementazione in sistemi di elaborazione dati per la prototipazione è semplice. Queste proprietà rendono l’algoritmo particolarmente adatto alla rilevazione di anomalie in tempo–reale [1]. Nonostante la semplicità algoritmica, la caratterizzazione teorica risulta complessa perché è basata sulla conoscenza di valori dei parametri che dipendono strettamente sia dall’entità dell’anomalia sia dal metodo di acquisizione utilizzato. Questo comporta una interpretazione dei dati complessa che richiede uno specifico studio del comportamento del GLRT e una rigorosa caratterizzazione statistica. La DAVAR, del cui sviluppo si sono occupate principalmente le unità POLITO e INRIM, ha perme- sso di rilevare e identificare alcune delle più comuni anomalie degli orologi atomici, con particolare enfasi su quelli utilizzati in applicazioni spaziali. L’unità di Torino ha inoltre sviluppato un algoritmo per il calcolo veloce della DAVAR, detto FastDAVAR, che ne riduce notevolmente i tempi di calcolo. L’algoritmo FastDAVAR è stato esteso al caso di dati mancanti [5]–[7].