O Radar de Abertura Sintética (SAR) tem sido extensivamente utilizado em diversas aplicações de sensoriamento remoto. Uma destas aplicações, no âmbito de defesa, é a detecção de alvos móveis de superfície através de técnicas denominadas Ground Moving Target Indication (GMTI). A maioria dessas técnicas, encontradas na literatura, preconiza o uso mínimo de duas antenas para o SAR, o que equivale a ter praticamente dois sensores SAR numa mesma plataforma. O uso de duas ou mais antenas também pode ser proibitivo, principalmente em frequências mais baixas, onde se exige uma separação entre as antenas que pode ser inviabilizada pelo tipo de plataforma que transporta o SAR. Este trabalho analisa uma proposta de detecção e medição completa da velocidade de alvos móveis utilizando-se somente uma antena, a qual exige um processamento de sinais mais complexo e custoso computacionalmente que o processamento SAR normal. Na análise são enfatizadas as hipóteses consideradas e os procedimentos de cálculo para se obter expressões que possam ser implementadas em um processador SAR. A proposta teórica analisada é implementada e testada em um ambiente simulado em MATLAB, onde são considerados alvos móveis com diferentes velocidades, clutter estático e o ruído térmico. São realizadas análises dos resultados obtidos nas bandas S e P. A utilização desse processador na banda P necessita de melhoras antes de poder ser considerada prática. Na banda S os resultados são compatíveis com o reportado na literatura.

Este trabalho apresenta um estudo de sistemas de comunicação que utilizam a técnica de espalhamento espectral de saltos em frequência visando a segurança na transmissão, com foco nos esquemas empregados para sincronização da sequência de saltos. Uma revisão cobrindo diversos esquemas de sincronização encontrados na literatura e em sistemas em operação é conduzida, levando à distinção de dois grupos, em que a sincronização é obtida: sem e com a transmissão de informação de relógio, respectivamente. Considera-se também a adequação dos esquemas analisados para o emprego em redes de comunicação, e a suas vulnerabilidades no quesito segurança. A partir dos esquemas estudados, um protocolo de saltos simplificado para uma rede de comunicação que opera com salto em frequência é projetado, considerando a necessidade de haver meios para alcançar e manter o sincronismo de saltos em todos os elementos da rede. Como forma de demonstrar o funcionamento do protocolo projetado desenvolve-se um ambiente de simulação. A idéia utilizada na criação da simulação está embasada no modelo vetorial para o canal de comunicação FHSS que também é apresentado. A simulação permite a definição de diversas redes com vários elementos transmissores e receptores utilizando o mesmo canal, podendo interferir entre si, além de serem considerados os efeitos de ruído e jamming intencional. Este trabalho traz sua contribuição na medida em que compila o funcionamento de diversos esquemas de sincronização, dentro do contexto do estudo geral da técnica FHSS. Além disso, o modelo de simulação desenvolvido mostrou-se interessante para testar o protocolo projetado, uma vez que diversas falhas na concepção puderam ser corrigidas a partir de resultados obtidos na simulação. Um aprimoramento do ambiente de simulação pode tornar viável sua utilização no teste de outros protocolos que venham a ser desenvolvidos.

O crescente aumento no volume de trafego aéreo a nível mundial, nos últimos anos, trouxe como desafio importantes mudanças no gerenciamento desse trafego. A Organização de Aviação Civil Internacional (OACI), com os seus estados membros, tem incentivado à implantação do conceito FANS CSN/ATM (Future Air Navigation, Systems, Communication Navigation / Air Traffic Management), com o intuito de tornar mais segura a aviação civil a nível mundial. Em função deste novo cenário e da disponibilidade de novas tecnologias, surgiram o sistema GNSS (Global Navigation Satellite System), e os novos conceitos de vigilância cooperativa, como a ADS (Automatic Dependence Surveillance). Um dos desafios atuais é incorporar ao conjunto das novas tecnologias de vigilância os sistemas até então utilizados, como o Radar, que não pressupõe a cooperação do alvo no processo de detecção e rastreio da sua trajetória. O trabalho realizado analisa os conceitos CNS/ATM e ADS e mostra como os dados de posição de uma aeronave, obtidos pelo ADS, podem ser utilizados em conjunto com as medidas de um Radar de vigilância aérea, considerado como o modo principal de vigilância. Considera-se uma dinâmica para a trajetória da aeronave e são realizadas filtragem da medida Radar e a fusão dessa medida com informações ADS, originadas por um sistema de navegação por satélites. A filtragem e a fusão são realizadas por um filtro de Kalman. O bom desempenho da fusão Radar e ADS foi avaliado por meio de simulações, onde foi estabelecido um cenário com uma aeronave com três tipos de manobrabilidade, e três graus de intensidade de ruído de leitura da sua posição.

Sistemas de imageamento utilizando Radar de Abertura Sintética (SAR) podem ser utilizados com a finalidade de detectar alvos móveis na superfície terrestre, destacando-os do ambiente de fundo. A combinação coerente de pulsos provenientes de múltiplos canais de recepção permite a supressão desta interferência e técnicas de processamento de sinal apropriadas conduzem a uma caracterização adequada do posicionamento e velocidade dos alvos em movimento. O presente trabalho apresenta um estudo e implementação das metodologias Displaced Phase Center Antenna (DPCA) e Along-Track Interferometry (ATI) para detecção e estimação de velocidade radial de alvos pontuais em diferentes ambientes simulados. Com a finalidade de estimar a velocidade azimutal dos alvos de interesse foram utilizadas técnicas de multivisada durante o processamento. O comportamento de alvos móveis em imagens SAR é analisado e uma arquitetura de processador Range-Doppler modificada é implementada de forma a corrigir os efeitos que degradam a qualidade da imagem. Atinge-se uma melhor caracterização dos alvos e o método combinado das metodologias permite detectar alvos com baixa velocidade em ambientes de baixa razão sinal-clutter.

Apresenta-se um estudo acerca das principais características da técnica de medição de frequência instantânea de micro-ondas denominada IFM (Instantaneous Frequency Measurement), no domínio óptico, contemplando ainda uma simulação em Mathcad com dispositivos comerciais. Tal técnica tem sido considerada uma solução promissora onde largura de faixa, alta resolução e medição em tempo real são requeridas visando ao propósito de imediato reconhecimento de uma ameaça ou ao posterior emprego para atividades de inteligência de interesse da Defesa Nacional, utilizando-se da análise e controle do espectro eletromagnético. Sistemas de medição de frequência de micro-ondas, no mesmo domínio, também oferecem outras vantagens, tais como: baixas perdas, peso e tamanho reduzidos e imunidade a interferências eletromagnéticas no cenário. O emprego de sistemas para medição de frequência instantânea de micro-ondas torna-se bastante atrativo diante das restrições impostas pelos receptores convencionais. Segue-se uma apresentação de fundamentos, incluindo características quânticas de parâmetros do laser semicondutor e fotodetectores, teoria de modulação eletroóptica, destacando-se o modulador de intensidade tipo Mach-Zehnder, bem como conceitos básicos de fibras PM. Na simulação, revelaram-se medições de frequência independentes da potência óptica de entrada e do índice de modulação do sinal de micro-ondas obtidas por meio dos acessos construtivo e destrutivo de um interferômetro de polarização (Polarization Domain Interferometer). Por último, são tecidas conclusões acerca dos resultados obtidos e apresentadas sugestões para trabalhos futuros na linha de pesquisa de IFM.

A determinação da atitude baseada em GNSS constitui uma extensão do método de posicionamento diferencial, no qual é possível obter a posição relativa, com exatidão de $mm$, entre um par de antenas, desde que as grandezas envolvidas sejam conhecidas. Entretanto, é necessário o uso de múltiplos receptores e uma configuração especial das antenas, conhecida como sistema multi antena GNSS. Duas linhas de base definidas por três antenas determinam completamente os ângulos de Euler associados à atitude do veículo. Para que as linhas de base sejam calculadas, é necessário resolver o problema da ambiguidade de fase da onda portadora e técnicas baseadas em Mínimos Quadrados (MQ) são as mais utilizadas para este propósito. Dois algoritmos baseados em MQ foram implementados, a saber MILES e Decomposição de Cholesky, e avaliados no processo de determinação da atitude utilizando dados simulados e reais. A partir dos dados simulados efetuou-se a análise da implementação e a robustez dos métodos de busca, livre de perturbações desconhecidas. Com o conjunto de dados reais a atitude também foi calculada e comparada com a obtida a partir de um navegador de alta precisão. Os resultados obtidos apresentaram um bom desempenho para ambos os métodos de busca avaliados assim como potencial para utilização em aplicações que exijam o processamento da atitude em tempo real.

Estimar atitude de forma acurada, usualmente emprega medidas de vertical local e norte magnético obtidas de, respectivamente, acelerômetros e magnetômetro, um modelo cinemático da rotação com parâmetros obtidos de girômetros, e um filtro capaz de fundir estas informações. Acelerômetros, entretanto, medem não só a força específica referente à reação à gravidade, mas também componentes de força específica referentes a manobras. Isso afeta negativamente a estimação de atitude durante manobras intensas. Adicionalmente, o emprego de redundância de sensores e processadores permite obter estimativas mais acuradas, tolerância a falhas, escalabilidade e modularidade mediante o uso de algoritmos adequados. Este trabalho revisa abordagens distintas de estimadores de atitude baseados no filtro de Kalman estendido parametrizado por quatérnion. Então, estudam-se duas abordagens distintas para o problema das medidas de acelerômetro sob manobras. A primeira detecta e descarta as medidas corrompidas por manobras e a segunda computa e compensa componentes de força específica das medidas do acelerômetro. Propõe-se computar analiticamente a covariância do ruído da medida resultante da segunda abordagem, o que permite uma sintonia correta do filtro de Kalman. Também se propõe uma combinação das abordagens, gerando resultados iguais ou melhores. Testam-se, então, neste problema de estimação de atitude, diversos algoritmos de fusão de dados segundo as arquiteturas centralizada, hierárquica e distribuída. Os algoritmos de fusão se mostram promissores quando os estimadores locais estimam apenas atitude. Entretanto, quando os estimadores estimam atitude e deriva de girômetro, a estimativa de deriva resulta degradada.

Sistemas de navegação inercial (INS) possuem erros de posição, velocidade e atitude divergentes com o tempo em uma taxa dependente da precisão dos sensores inerciais. Por outro lado, as taxas divergentes da INS, sistemas de posicionamento global por satélites (GNSS) e dispositivos imageadores (SD) fornecem medidas de posição, velocidade e desalinhamento com erros limitados e em baixas frequências. A complementariedade das características dos sistemas motiva a fusão de dados. A estratégia tradicional de integração é o filtro de Kalman extendido (EKF) como estimador do vetor de erros. Sob certas condições, o filtro de Kalman é o estimador ótimo sob ampla variedade de critérios. Essas condições necessitam de uma modelagem acurada da dinâmica da planta e da sintonia das estatísticas do ruído de modelo e sensores. Portanto, erros de modelagem e sintonia impossibilitam otimalidade e consistência estatística do erro de estimação do filtro e ainda podem levá-lo à divergência. O presente trabalho aborda o problema de buscar a consistência estatística na operação do filtro de Kalman estendido através de técnicas de sintonia automática do ruído de modelagem, a saber, Estimação Adaptativa baseada em Inovação (IAE) e Escalonamento do Ruído de Modelo (SPN). Será experimentalmente demonstrado que IAE falha ao sintonizar o filtro. Será proposta uma alteração na estratégia IAE, a saber, Estimação Adaptativa baseada em Inovação Parcial (IAEP), que deixará o filtro consistente e habilitado a fornecer uma solução de navegação satisfatória. Resultados são obtidos por simulações, onde um veículo aéreo não-tripulado voa uma trajetória conhecida com medidas de sensores inerciais corrompidas por um modelo de constante aleatória e ruído branco. Erros de posição e velocidade, desalinhamento, bias de acelerômetro, deriva de girômetro e erros de relógio GNSS são estimados através da fusão INS/GNSS/SD e testados para consistência estatística em diversos cenários. Adicionalmente, o algoritmo de navegação inercial operando autonomamente é avaliado através de dados reais obtidos em um experimento em montanha-russa.

Frotas de robôs autônomos capazes de navegar com pouca ou nenhuma necessidade de um operador humano são de grande interesse em aplicações de robótica móvel. Um ponto fundamental para criação de frotas de aeronaves robóticas consiste em como organizar dinamicamente sua formação espacial durante a navegação em ambientes na presença de obstáculos. Este trabalho tem como objetivo apresentar um método de formação de frotas de veículos autônomos não tripulados (VANTs) através da utilização de campos potenciais artificiais implementados em simulação. O agrupamento de VANTs através de modelos de campos potenciais artificiais permite um controle dinâmico do formato da frota e um comportamento reativo a presença de obstáculos no ambiente. É apresentada uma introdução sobre a teoria de campos potenciais, e suas diferentes formas artificiais para síntese de comportamento quando utilizado em agrupamentos de frotas e desvio de obstáculos. Frotas de VANTs são representadas por conjuntos de partículas e a trajetória do centro de formação é guiada ao longo de uma rota planejada. Para o planejamento de rota é utilizado o algoritmo A*, modificado com um custo adicional através de campos potenciais repulsivos, para melhor incorporar as características dos obstáculos presentes no ambiente. Um método existente de formação de frotas por campos potenciais é implementado e estendido para casos tridimensionais, e simulações são conduzidas para agrupamentos de diferentes tamanhos e formas, em ambientes 2D e 3D, utilizando-se bibliotecas de código aberto e simulador Morse. Para alterar a forma do agrupamento dinamicamente sugere-se, neste trabalho, a utilização de sensores virtuais, capazes de fornecer um parâmetro de controle de forma para o campo interno de formação.

Durante a fase inicial de um projeto aeronáutico, quando os sistemas aviônicos estão sendo projetados, ocorre a atividade de selecionar componentes físicos de uma arquitetura IMA (Integrated Modular Avionics ou Aviônica Modular Integrada) e avaliar as possibilidades de alocação das aplicações computacionais dos sistemas aviônicos nos componentes escolhidos para a arquitetura. Essa atividade pode gerar diversas opções de configurações que devem ser cuidadosamente analisadas para atingir a arquitetura e a alocação mais adequadas. A indústria aeronáutica já percebeu que essa atividade pode ser auxiliada por métodos automatizados. Com o foco na alocação das necessidades de comunicação dos sistemas aviônicos, esse estudo apresenta uma abordagem para alocar os fluxos de dados a serem trocados entre as aplicações nos recursos físicos de uma arquitetura IMA, de forma a considerar necessidades de segurança e desempenho e passível de ser estendida a outros aspectos que orientam uma alocação. A abordagem é baseada nas teorias SAT (Boolean Satisfiability ou Satisfabilidade Booleana) e Programação Linear. Como forma de analisar a viabilidade da solução, um estudo de caso é utilizado. Os resultados mostram que é possível modelar o problema de alocação da comunicação utilizando as teorias citadas e obter opções de configurações da arquitetura IMA de forma automatizada com o uso de solucionadores que implementam algoritmos de resolução para essas teorias. Com isso, espera-se a melhora da eficiência e eficácia da atividade de definição da arquitetura IMA e alocação de aplicações durante um projeto aeronáutico.