[pt] Este trabalho estuda o problema de detecção de hipóteses binárias em sistemas distribuídos com centro de fusão operando em presença de canais seletivos em frequência. O uso de uma técnica de múltiplo acesso, referida aqui como CS-CDMA, é proposta para comunicação ortogonal entre os nós e o centro de fusão, assim como detector ótimo Bayesiano para fusão de dados em tais sistemas distribuídos é obtido. Como a complexidade do detector ótimo cresce exponencialmente com o número de nós sensores, um receptor sub-ótimo de baixa complexidade que realiza uma detecção casada multi-usuário seguida de decisão pela regra da maioria é proposto e examinado neste trabalho. Técnicas para estimação de canal, cega e assistida, necessárias para a implementação prática da detecção casada são também propostas. Simulações indicam que este receptor, de baixa complexidade, possui um desempenho próximo ao receptor ótimo. Com o objetivo de se ampliar o desempenho do detector casado do centro de fusão, é examinado o uso de cooperação na rede de sensores. Resultados de simulações mostraram que, como esperado, o uso de cooperação em sistema distribuídos utilizando o esquema de múltiplo acesso CS-CDMA melhora o desempenho do decisor do centro de fusão, entretanto esse ganho de desempenho mostrou-se mais significativo em ambientes com poucos multipercursos, uma vez que os sistemas distribuídos CS-CDMA não-cooperativos propostos exploram eficientemente a diversidade de multipercurso. Finalmente, este trabalho propõe um procedimento de fusão adaptativa não-assistida para sistemas distribuídos com fusão centralizada. Simulações mostram que a estratégia de fusão adaptativa possui desempenho muito próximo ao da regra de fusão ótima. / [en] This work studies the problem of detecting binary hypotheses in distributed systems with a fusion center operating in frequency selective channels. The use of a multiple access technique, referred herein as Chip Spread- Code Division Multiple Access (CS-CDMA), is proposed for orthogonal communication between the nodes and the fusion center and the Bayesian optimum detector for data fusion for such distributed systems is obtained. As the complexity of the optimal detector grows exponentially with the number of sensor nodes, a sub-optimal low-complexity receiver that performs a multi-user matched detection followed by the majority rule is proposed and examined in this work. Blind and assisted techniques for channel estimation necessary for the practical implementation of the matched detection have also been proposed. Simulations indicate that this low complexity receptor has a performance close to the optimal receiver. In order to increase the performance of the matched detector of the fusion center, it was examined the use of cooperation in this sensor network. Simulation results showed that, as expected, the use of cooperation in the distributed system with a multiple access scheme CS-CDMA improves the performance of the fusion center, however, this performance increasing was more significant in environments with few multipath, since the non-cooperative CS-CDMA distributed systems proposed here, efficiently exploits the multipath diversity. Finally, this paper proposes a non-assisted adaptive fusion for distributed systems with centralized fusion. Simulations show that the adaptive fusion strategy has a performance very close to the optimal fusion rule.

[pt] Quadrirrotores são veículos aéreos que possuem quatro rotores fixos e orientados na direção vertical. Devido à sua simplicidade mecânica frente aos helicópteros tradicionais, os mesmos têm se tornado cada vez mais populares nos meios de pesquisa, militares e, mais recentemente, industriais. Essa topologia de veículo data do início do século XX mas o desenvolvimento em escala só foi possível após a recente evolução e miniaturização dos sistemas eletrônicos embarcados, dos motores elétricos e das baterias. A movimentação desses veículos no espaço é possível graças à sua inclinação em relação ao solo e, para tal, é imprescindível obter e controlar corretamente a atitude do mesmo. As unidades de medidas inerciais (IMU) surgiram como uma solução para esse problema. Através da fusão dos dados obtidos com os sensores presentes nessas centrais (acelerômetros, girômetros e magnetômetro) é possível estimar a atitude do veículo. O presente trabalho apresenta soluções tanto para a estimativa quanto para o controle de atitude de quadrirrotor. Os modelos matemáticos desenvolvidos são validados em simulações numéricas e em testes experimentais. O objetivo é que as soluções propostas apresentem resultados positivos para que possam ser empregadas nos quadrirrotores em escala. / [en] Quadrotors are vehicles that have four fixed rotors in the vertical direction. Due to its mechanical simplicity compared to traditional helicopters, these vehicles have become increasingly popular in the research, military and, more recently, industrial fields. This type of vehicle first appeared in the early twentieth century, but the development of small-scale models was only possible after the recent evolution and miniaturization of embedded electronics, electric motors and batteries. A Quadrotor can fly in any direction by changing its inclination relative to the ground, so it is essential to calculate and properly adjust its attitude. The inertial measurement units (IMU) emerged as one solution to this problem. By merging the IMU sensors data, it is possible to estimate the vehicle s attitude. This dissertation presents solutions for both the estimation and the control of the vehicle s attitude. The developed mathematical models are validated with numerical simulations and experimental tests. The goal is that the presented solutions give enough good results so they can be used in small-scale Quadrotors.

[pt] A medição da velocidade de fluidos tem relevância considerável em aplicações industriais e científicas, nas quais medições com baixa incerteza são geralmente requeridas. Nesta tese, tem-se como objetivo projetar e modelar um sistema de medição de velocidade de vento utilizando fusão de dados das informações dos tempos de trânsito obtidas pelas técnicas de detecção de limiar e diferença de fase. Para este propósito, este trabalho é composto por duas partes principais. Na primeira parte, apresenta-se uma análise da propagação de incertezas das técnicas de detecção de limiar e diferença de fase considerando duas estruturas para a medição da velocidade do vento, e faz-se a comparação das faixas de medição e suas incertezas associadas para cada estrutura de medição. Na segunda parte deste trabalho, faz-se um estudo das técnicas de fusão de dados aplicadas a instrumentação e medição, identificandose duas técnicas principais baseadas em: (a) estimação de máxima probabilidade (MLE – Maximum Likelihood Estimation), (b) relação de compatibilidade fuzzy e operadores OWA (Order Weighted Average) com agregação parcial. Em seguida, estas técnicas de fusão são aplicadas para a estimação do tempo de trânsito, considerando-se várias medições independentes do tempo de trânsito obtidas pelas técnicas de detecção de limiar e diferença de fase. Finalmente, realiza-se uma análise da incerteza quantificando-se a incerteza de cada medição sobre o resultado final de fusão. Apresenta-se um estudo de caso englobando estas duas partes do trabalho, desenvolvendo-se o projeto e modelagem de um instrumento de medição de velocidade do vento com baixa incerteza, considerando-se as incertezas associadas, e o uso de técnicas adequadas de fusão de dados para prover informações com maior exatidão e confiabilidade. Resultados experimentais são realizados em um túnel de vento de baixa velocidade com o objetivo de verificar a consistência dos estudos teóricos apresentados. / [en] Flow speed measurement has considerable relevance in industrial and scientific applications, where measurements with low uncertainty are required. In this work, a system for wind speed measurement using ultrasonic transducers is designed and modelled. This system makes use of data fusion techniques for the time-of-flight estimation, combining independent information provided by the threshold detection and phase difference methods. For this purpose, this work consists of two main parts. The first part presents an analysis of uncertainty and error propagation concerning the threshold detection and phase difference techniques and considering two structures for the wind speed measurement. Measurement ranges are associated uncertainties are then compared for each of those estrutures. In the second part of this work, data fusion techniques applied to instrumentation and measurement are studied; two main techniques are singled out: (a) Maximum Likelihood Estimation (MLE), (b) Fuzzy compatibility relation and Order Weighted Average (OWA) operators with partial aggregation. These fusion techniques are then applied to the time-of-flight estimation, by considering several independent measurements obtained through the threshold detection and phase difference techniques. Finally, uncertainty analysis is carried out by quantifying the influence of each independent measurement on the global fusion result. A case study is also presented, where an instrument for wind speed measurements with low uncertainty is designed and modelled. Appropriate techniques of data fusion aimed at improving accuracy and realiability are considered. Experiments are performed in a wind tunnel in order to verify the consistency of the results in view of the theoretical studies.