A propagação de sinais GPS provenientes de satélites com baixa elevação em dutos troposféricos é simulada através de dois métodos de predição: traçado de raios e equações parabólicas. Os dutos troposféricos são geralmente esquecidos na modelagem de enlaces satélite-receptor devido ao fato dos ângulos de elevação envolvidos serem, em geral, elevados. Na situação considerada neste trabalho os ângulos de elevação são bem pequenos, situação na qual os mecanismos de propagação anômala são dominantes e não podem ser descartados. As simulações permitem observar a potência e o ângulo de elevação do sinal confinado no duto, e análises são feitas para averiguar se existe a possibilidade de que a presença de dutos no enlace satélite-receptor possa trazer problemas ao cálculo da posição do usuário GPS.

Determinadas campanhas de Ensaios em Vôo requerem suporte de telemetria, implementada por enlace ponto a ponto de microondas terrestre. Um sistema convencional de telemetria apresenta restrições quanto à banda de freqüência para transmissão, alcance e capacidade de aquisição de dados. Este trabalho de tese propõe um sistema de telemetria inovativo baseado em satcom que permite a operação em regiões de altas freqüências do espectro eletromagnético, que ainda apresentam maior disponibilidade, alcance virtualmente ilimitado entre aeronave e estação de solo e aumento da capacidade de aquisição de dados. Um sistema de telemetria via satélite, poderia permitir a aquisição de dados de ensaios em áreas desprovidas de recursos de comunicação e, através de telemetria simultânea, reduzir o tempo de conclusão de campanhas antecipando a entrada em serviço de novas aeronaves. Utilizando cálculos baseados em dados e características de equipamentos disponíveis no mercado, são apresentados subsídios para análise de viabilidade e confiabilidade de um sistema de telemetria baseado em comunicação via satélite.

O presente trabalho trata da modelagem numérica de fibras ópticas baseadas em cristais fotônicos ("fibras fotônicas"). Para as análises foi utilizado o Método dos Elementos Finitos (MEF) bidimensional em abordagem escalar e vetorial. Neste trabalho, as implementações do MEF possibilitam a análise de materiais anisotrópicos, com tensores permissividade elétrica e permeabilidade magnética diagonais, não-homogêneos e com perdas. Para truncamento do domínio computacional e avaliação das perdas por confinamento utilizou-se a técnica de camada perfeitamente casada (Perfectly Matched Layer - PML). As implementações do MEF foram validadas com a análise de propagação de ondas eletromagnéticas em guias de microondas e em fibras ópticas, comparando-se os resultados com os apresentados na literatura especializada. Estas implementações, bem como softwares comerciais, foram utilizados no projeto e análise de fibras fotônicas para aplicações de compensação de dispersão, de fibras com elevada birrefringência ou não-linearidade e de fibras para aplicação como sensor de campo evanescente. As fibras projetadas apresentaram características similares aos melhores resultados da literatura e por vezes superam estes resultados. Durante o desenvolvimento deste trabalho, estabeleceu-se uma colaboração com pesquisadores experimentais da Unicamp, o que propiciou empregar os recursos de análise numérica aqui desenvolvidos para avaliar as características de propagação de fibras fotônicas por eles fabricadas, e também para projetar novas configurações de fibra para serem fabricadas pelos mesmos. Em especial, uma nova configuração de fibra fotônica com núcleo microestruturado foi proposta, modelada, fabricada e avaliada experimentalmente para aplicação como sensor de líquido por campo evanescente.

A proposta deste trabalho é o desenvolvimento da aplicação em Instrumentação de Ensaio em Vôo utilizando o protocolo ZigBee, no qual, inicialmente, são apresentados os conceitos básicos ligados à rede de computadores como o padrão Ethernet e protocolos de comunicação sem fio, tais como Wi-Fi, Bluetooth, Wi-Max e outros. Em seguida, são apresentadas as características do padrão IEEE 802.15.4 (ZigBee) tais como: topologia, camadas físicas e relações com o modelamento RM/OSI incluindo a comparação do ZigBee com outras tecnologias sem fio. Na etapa seguinte, são apresentadas as características do ambiente de Ensaio em Vôo, onde o protocolo ZigBee será implementado justificando a escolha de tal padrão para aplicação neste projeto. Finalmente, são apresentados os resultados quanto à aplicação do protocolo ZigBee em Instrumentação de Ensaio em Vôo, comprovando a capacidade técnica, eficiência e ganhos da utilização desse protocolo nesse tipo de aplicação.

O desafio que incentivou a elaboração desta tese de mestrado foi a necessidade de se expandir a faixa dinâmica de giroscópios a fibra óptica operando em malha aberta. Como ocorre em todo interferômetro, o sinal óptico de saída desse sensor é proporcional ao cosseno da diferença de fase total experimentada por dois feixes de luz que se interferem. Uma modulação de fase óptica não-recíproca normalmente é adicionada de sorte que, após um processamento de sinal adequado, obtenha-se um sinal elétrico proporcional à taxa de rotação (em módulo e em sentido). Este trabalho propõe uma nova técnica de tratamento de sinal, baseada em uma modulação de fase óptica não-recíproca utilizando como sinal modulante a soma de dois sinais senoidais de freqüências de razão 3:1, e em um processamento adequado do sinal óptico de saída, de modo que seja possível percorrer franjas de interferência sem que se incorra em ambigüidades, e ainda preserve a sua resolução em toda a faixa de medidas. A expansão da faixa dinâmica fica limitada apenas pelo comprimento de coerência da fonte de luz utilizada. Pelo fato de se utilizar dois sinais senoidais com freqüências próximas para modular a luz do interferômetro, é possível utilizar-se o tradicional modulador de fase a PZT. Resultados interessantes também surgem quando se procura utilizar a soma de duas ondas quadradas na modulação, sendo necessário neste caso dispor de um modulador eletro-óptico. Foram realizadas análises teóricas, simulações e medidas experimentais a fim de verificar a validade desta nova técnica proposta e os resultados foram bastante satisfatórios, tendo sido possível, num primeiro ensaio, expandir o fundo de escala de um determinado giroscópio a fibra óptica de 10/s para mais de 2000/s.

Tradicionalmente, codificação de fonte e codificação de canal são tratados independentemente, no que se denomina sistema de codificação em dois passos. Isso ocorre porque o teorema da separação das codificações de fonte e canal garante que não há perdas em termos de confiabilidade da transmissão em assim fazê-lo quando o volume de dados gerados pela fonte cresce indefinidamente. No entanto, para seqüências finitas, foi mostrado que pode ser mais eficiente realizar a codificação em apenas um passo, denominada codificação conjunta fonte-canal, que faz uso das características da fonte ou do codificador de fonte para prover proteção contra erros. Este trabalho propõe uma técnica de codificação conjunta utilizando codificadores de fonte e canal consagrados e encontrados em aplicações práticas. São eles o codificador universal adaptativo LZW e o codificador de canal Reed-Solomon. O método proposto utiliza o fato do codificador de fonte não remover completamente a redundância dos arquivos originais para adicionar bits extras, sem perda de desempenho e sem distorção dos dados originais. A redundância remanescente no código é então utilizada para embutir os bits de paridade do código de canal. O desempenho do método é medido através de sua aplicação em arquivos dos corpos de Calgary e Canterbury. A exploração da redundância remanescente no código gerado pelo LZW pode ser aplicada aos codificadores universais LZ78 e suas variações que se baseiam no mesmo princípio de atualização do dicionário.

A navegação aérea por meio de equipamentos convencionais como NDB, VOR, DME e ILS está saturada na estrutura atual. Estes equipamentos apresentam desempenho de navegação limitado e custos de aquisição e operação expressivos. Por outro lado, as tecnologias GNSS têm se destacado como um caminho promissor para a implantação do sistema CNS/ATM e para novas aplicações na aviação. Dentro de uma abordagem holística (integrada) foi estudado o desenvolvimento de um sistema de navegação aérea por GNSS (GPS, GLONASS e Galileo) e de sistemas de acréscimo (ABAS, GBAS, SBAS e GRAS). Avaliaram-se como os diversos participantes do setor aéreo (stakeholders) interagem neste ambiente dinâmico para: 1) solucionar os desafios enfrentados pelo sistema de transporte aéreo (garantir segurança e aumentar capacidade) e 2) conseguir oferecer um sistema de navegação confiável com boa relação custo-beneficio. Diversos países têm investido em pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias em GNSS (Galileo, modernização do GPS, GAGAN, MSAS) e em tecnologias inovadoras dependentes do GNSS (ADS-B, SVS, UAV). Um benchmarking destas tecnologias foi feito para identificar quais destas poderiam ser desenvolvidas e implantadas no Brasil em parcerias entre instituições de pesquisa, empresas e órgãos governamentais. Por fim, é apresentada uma proposta para o sistema de navegação aérea nacional com base nos conceitos GBAS e GRAS aliados à tecnologia ADS-B. Foi incluída também uma análise do sistema proposto em termos de vantagens, desvantagens, oportunidades e riscos (análise SWOT).

Este trabalho é parte do estudo sobre antenas para GPS que vem sendo realizado no Laboratório de Antenas e Propagação do Instituto Tecnológico de Aeronáutica, objetivando ampliar os conhecimentos na área de antenas de microfita circularmente polarizadas, para futuras aplicações em redes do tipo phased array. A parte que coube ao presente trabalho contempla a análise de uma rede circularmente polarizada com comutação de feixe e controle de nível de lóbulos secundários, para emprego em um pseudo-satélite GPS. Inicialmente é realizado um estudo para estabelecer o elemento irradiador que deverá compor a rede. Elementos linearmente polarizados, dispostos adequadamente em rede e com alimentação apropriada, são analisados. Além destes, elementos circularmente polarizados são também avaliados. Destes estudos conclui-se pela utilização do elemento quadrado com dupla alimentação. Definido o elemento, realiza-se o projeto do circuito alimentador visando estabelecer as correntes nos elementos irradiadores necessárias para gerar a irradiação circularmente polarizada para a direita. Uma vez estabelecida a estrutura irradiante, inicia-se o processo de síntese da rede através da técnica de multiplicação de diagramas. Como a aplicação desta técnica só é viável em situações particulares que não possibilitam prever o comportamento da irradiação na região traseira da rede, parte-se para realizar a simulação da rede com plano de terra finito. Entretanto, este procedimento mostra-se inviável frente à atual capacidade computacional do LAP. Para viabilizar os cálculos, um método alternativo, capaz de estimar o diagrama de irradiação da rede com plano de terra finito, é proposto. Testes são realizados com uma rede constituída por elementos com cantos truncados, disponível no LAP e desenvolvida em trabalhos anteriores, cujos resultados confirmam a adequação do método proposto. Comprovada a eficácia do método, a síntese da rede com comutação de feixe e controle de nível dos lóbulos secundários é realizada. O trabalho é finalizado com uma proposta para o sistema alimentador da rede sintetizada.

Atualmente, existem disponíveis processadores embarcados de diferentes procedências e tecnologias, incorporando em suas arquiteturas, memória cache e pipeline, além de otimizações por compilador. As alternativas incluem desde microcontroladores de 8 bits até processadores de 16 e 32 bits que custam entre uma faixa de preço de até 10 dólares. Nesse contexto, a grande variedade de soluções em nível de arquitetura torna relevante a identificação de métodos apropriados para medir o desempenho de um processador, tomando por base de comparação a CPU (Central Processing Unit) de um CLP (Controlador Lógico Programável). Este trabalho procura preencher essa lacuna e tem como objetivo principal a avaliação de processadores embarcados que possam ser utilizados em novos projetos de sistemas no campo da automação de processos industriais. Nesta tese, será introduzido o princípio de funcionamento do CLP, seguido de conceitos e métodos relativos à avaliação de desempenho em sistemas microprocessados. Será discutida a métrica apresentada pelos fabricantes de CLP para fornecer o desempenho das suas CPUs. A partir do estudo estatístico em programas ladder com aplicações reais, é definida uma workload padrão consistindo de um programa em linguagem ladder utilizado como fundamento na criação de um benchmark sintético para a avaliação do desempenho dos processadores em estudo. Finalmente, são apresentados os resultados para três processadores com arquiteturas diferenciadas e as razões que propiciaram o aumento de desempenho com relação ao processador utilizado na CPU do sistema tomado como referência comparativa.

O processo de consolidação do SISGEA (Sistema de Guerra Eletrônica da Aeronáutica) levou à aquisição do Lab-Volt Radar Training System para suas instituições de ensino técnico-operacional. Este sistema é capaz de implementar em laboratório um ambiente eletromagnético para estudos de Guerra Eletrônica composto por radar de alta resolução operando na banda X, alvos passivos (Target Positioning System) e ativos (Radar Jamming Pod). A experiência adquirida com o seu uso permitiu vislumbrar o potencial didático de sua operação integrada com ferramentas de Instrumentação Virtual. O objetivo deste trabalho foi estender as possibilidades de emprego deste equipamento como ferramenta de ensino e pesquisa através de sua integração em um sistema empregando instrumentos programáveis através do barramento GPIB e porta serial. Para atingir este objetivo foram necessárias a análise do ensino prático de radar no modelo convencional para determinação das funcionalidades demandadas, o desenvolvimento de dispositivos de interfaceamento (hardware) e programas em Linguagem "G" empregando o LabVIEWTM (Instrumento Virtual - VI), bem como a aplicação das ferramentas desenvolvidas nas aulas práticas do Laboratório de Radar do Curso de Especialização em Análise de Ambiente Eletromagnético (CEAAE) do Instituto Tecnológico de Aeronáutica.