Università di Napoli "Parthenope", Dipartimento di ingegneria

The paper presents an experimental study of the effects of in-channel interference on the performance of a CGPS receiver, which is a node of a large geodetic surveillance system in the Neapolitan volcanic area, in the South of Italy. A suitable reconfigurable experimental setup has been developed, to emit controlled interfering signals chosen on the basis of previous studies and at the same time to evaluate the performance of the GPS receiver. The analysis of the experimental data can help to accomplish two goals: the prediction of the performance of GPS geodetic monitoring systems on the basis of SNR measurements, and the selection of the positions of new contonuous GPS stations tha are to be put in service to enhance the existing systems.

The NeVoCGPS network consists of 30 GPS stations that implement a geodetic surveillance system of the volcanic area surrounding the city of Naples, in the south of Italy. Being deployed over a densely urbanized area, the GPS network is subject to many sources of potential interference, which can make some station unavailable. On the basis of a new experimental campaign and of the analysis of past recorded data, the authors have recently proposed the use of SNR, which is by default calculated by receivers, as a key parameter for the diagnostic of the state of health of GPS stations. The paper presents an efficient online system for monitoring the state of health of GPS stations. The goal of the system is to continuously provide the operators with information on the quality and the trustworthiness of the data gathered by the GPS stations, trigger proper maintenance actions, before an eventual problem arises, and ultimately reduce the unavailability of the stations.

The main purpose of this work is the design and implementation of an integrated wireless network as support to the multiparametric geophysical monitoring network of the Campi Flegrei volcanic area, in view of the increased need for seismic monitoring which is a consequence of the drilling of an exploration well for scientific purposes. The goal is to increase the performance of the transmission system such as speed, realtime availability and reliability, given the high seismic risk and hazard associated with the experiment. The drilling is part of the international research project called “Campi Flegrei Deep Drilling Project” (CFDDP). For this purpose, in the first half of 2012, it was necessary to strengthen the multiparametric monitoring network of Campi Flegrei, creating a subnet of seismic sensors, with limited geographical extension, but concentrated around the area of the well realization. The data acquisition from the monitoring center “Osservatorio Vesuviano”, section of Naples of the INGV, is guaranteed by a system of radio links on the 5GHz band, due to the high interference in the typical band 802.11 and the highly urbanized area of interest. The subnet has shown a good cost/benefit ratio as regards the transmission, and it has proved to be useful for the monitoring purposes in order to detect in real time possible anomalies related to the drilling.

La rete di stazioni GPS permanenti per il monitoraggio delle deformazioni del suolo dell’area vulcanica napoletana (Somma-Vesuvio, Campi Flegrei ed isola d’Ischia), chiamata NeVoCGPS, è gestita dall’Osservatorio Vesuviano, sezione dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia [1]. Essa è costituita da 30 stazioni che acquisiscono informazioni dai satelliti GPS ogni 30 secondi e determina la posizione tridimensionale di ciascun sito di misura con un’accuracy sulle coordinate planimetriche di pochi millimetri e di circa 10 millimetri sulla quota. Tale rete è parte integrante di un sistema di monitoraggio più esteso, che include sia sensori distribuiti sul suolo sia sistemi interferometrici satellitari. Essendo distribuite su un territorio ad elevata densità abitativa, le stazioni GPS che costituiscono tale rete sono soggette a diverse sorgenti potenziali di interferenza, che possono degradare la qualità del segnale GPS ricevuto e, come accaduto in alcuni casi in passato, portare ad un’interruzione dell’acquisizione per una specifica stazione. Esempi di potenziali interferenti noti in letteratura sono alcuni sistemi di ricezione televisivi, che includono al loro interno amplificatori che emettono spurie nella banda di frequenza L1 del GPS ad un livello di potenza tale da poter interferire col segnale GPS, o segnali fuori banda interferenti con la banda L2 del GPS, generati da trasmettitori quali digipeaters per radio amatoriali [2]. Questi ultimi, in alcuni casi, possono interferire anche con la banda L1.L’attività di ricerca, partita con lo scopo di valutare sperimentalmente gli effetti dei segnali interferenti sulle singole stazioni GPS, ha permesso di individuare una correlazione tra il valore di un indicatore usualmente calcolato dai ricevitori impiegati in NeVoCGPS e gli effetti dell’interferenza. Di qui, la proposta di inserire tale parametro nel sistema di controllo e monitoraggio, al fine di monitorarlo con continuità per ciascuna stazione ed individuare per tempo eventuali trend peggiorativi del segnale GPS e prevenire, quindi, un’interruzione del servizio della stazione sottoposta ad interferenza. Il parametro in questione è il rapporto segnale-rumore (SNR), che, definito come il rapporto tra la potenza del segnale utile e la potenza di rumore, è utilizzato per migliorare le informazioni sulla fase della portante nei sistemi GPS ed è stato recentemente proposto per stimare le variazioni del contenuto d’acqua nel sottosuolo.