Probabilistic Tomography of Atmospheric parameters from GNSS data

Il lavoro di tesi esplora l'informazione, principalmente in termini di acqua precipitabile, ricavabile dai dati di navigazione satellitare (attualmente GPS e in prospettiva GALILEO) di interesse meteorologico, secondo un approccio probabilistico tramite esperimenti numerici realizzati con dati sintetici. La tesi è strutturata in un primo capitolo di descrizione delle caratteristiche atmosferiche rilevanti ai fini del lavoro ed alla generazione di dati sintetici per gli esperimenti numerici. Un secondo capitolo tratta invece dell'interazione del segnale con l'atmosfera, relativamente alla componente ionizzata, e a quella neutra secca e umida (quindi polarizzata). In questa seconda parte si derivano le espressioni, che verranno poi utilizzate nelle simulazioni, per gli indici di rifrazione, utilizzando approcci quasi classici in grado di giustificare l'andamento qualitativo delle formulazioni ricavate in letteratura da lavori sperimentali, e soprattutto di definirne l'accuratezza legata alle approssimazioni adottate. Nel terzo capitolo si analizzano le caratteristiche dei segnali GNSS, con dettaglio specifico per il GPS, trattando esplicitamente le varie correzioni da introdurre fino ad ottenere la sola componente di ritardo troposferico, con l'obiettivo di quantificare origine e grandezza delle diverse componenti di errore che compongono l'incertezza finale di tale ritardo, in relazione alle diverse caratteristiche ambientali, strumentali e di acquisizione. Il quarto capitolo è quella che contiene la parte centrale del lavoro dove si descrivono i limiti di applicabilità della tomografia classica relativamente alle indagini troposferiche e l'algoritmo realizzato per superare tale limite, ricavando profili di parametri atmosferici (principalmente di vapor acqueo, ma anche di temperatura e pressione) da set di misure di navigazione satellitare e di misure ausiliarie a terra, che siano in generale disomogenei nella tipologia e nella distribuzione spaziale. Tramite esperimenti numerici viene discusso il caso unidimensionale fino all'estensione tridimensionale, in termini di informazione ottenibile da diverse configurazioni di misura ritenute rappresentative. Il quinto capitolo infine indica gli sviluppi prossimi di tale lavoro, sia in base ad evoluzioni dell'approccio di retrieval suggerite dal lavoro teorico e dagli esperimenti numerici realizzati, sia in base all'evoluzioni delle piattaforme satellitari previste per i prossimi anni.