Para desempenhar tarefas cooperativas de maneira descentralizada, exige-se que sistemas multi-robô comuniquem-se entre si. Portanto, manter a conectividade do grafo de comunicação é uma questão fundamental. Neste trabalho, nós analisamos o efeito de diferentes tipos de perturbação na estratégia de controle para manutenção de conectividade descrita em (SABATTINI, 2012), avaliando o impacto de falha, atraso e ruído na comunicação entre os agentes. Os resultados mostram que a estratégia para garantir a conectividade nem sempre é resiliente aos efeitos negativos de tais perturbações em configurações realistas que consideram um limite de banda para o esforço de controle. Contudo, características inerciais inerentes da maioria dos sistemas aquáticos e terrestres abrem perspectiva de aplicação da estratégia de manutenção de conectividade a sistemas adaptativos que consideram, por exemplo, adaptação autônoma a restrições outras além da própria conectividade, como eficiência na comunicação ou captação de energia.

O trabalho apresenta uma proposta de estudo de um modelo estatístico capaz de prever, a partir de valores extraídos de uma rápida medição de impedância, o estado de carga de uma bateria chumbo-ácido. Os dados foram levantados em um experimento que contou com dez medições de impedância em uma bateria nova nos estados de carga de 100% a 10%, sendo as medições realizadas através do método da espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). As curvas características, resultantes das medições, foram ajustadas com o auxílio de um circuito elétrico equivalente, tal qual fora proposto por Randles em 1947. Os dados foram linearizados e uma tabela de correlação foi estruturada para a definição das variáveis independentes que melhor explicam a relação entre o estado de carga e a alteração de parâmetros internos da bateria. Ferramentas estatísticas, como regressão linear e teste de hipóteses, foram utilizadas para elaboração do modelo de previsão que consta de três variáveis independentes, uma relacionada à resistência pura, devido principalmente à formação do sulfato de chumbo nas placas e a combinação das resistências ôhmicas nas conexões, nos separadores das placas e no eletrólito, outra devido à variação da capacitância da dupla camada e a terceira que é função da difusão de íons no eletrólito. Os resultados mostraram-se satisfatórios, considerando o caso específico da bateria utilizada nos testes, os objetivos propostos foram atingidos, podendo ser utilizados como base para trabalhos futuros, como a associação da previsão do estado de carga ao estado de saúde da bateria, o desenvolvimento de equipamentos de medição da impedância mais baratos e modelos de previsão que possam compensar as variações de temperatura nos ambientes de medição.

Este trabalho apresenta o uso de técnicas de otimização, baseadas em Meta-Heurísticas, em vistas de propor melhorias no projeto e desempenho de um acelerômetro capacitivo, baseado na tecnologia de Sistemas Micro-Eletro-Mecânicos (Micro-Electro-Mechanical Systems - MEMS), desenvolvido dentro do escopo do projeto ACELERAD.A modelagem analítica é apresentada com enfoque em modelos analíticos alternativos, para representação do amortecimento por compressão em filmes finos de fluido, para baixas pressões, aplicados em dispositivos MEMS, visando refinar a modelagem do microacelerômetro do ponto de vista fluido-mecânico. Também são abordados alguns dos principais modelos semi-empíricos, aplicados na representação de comportamento térmico do material de constituição do elemento sensor. Um circuito elétrico analógico de interrogação do sensor é apresentado, a fim de compor o sistema elétrico do dispositivo, visando uma abordagem alternativa de interrogação do transdutor de aceleração MEMS. Também é apresentado um modelo do dispositivo, com a inclusão do modelo adotado para representar o amortecimento por compressão de filmes finos de fluido. O modelo refinado do transdutor de aceleração MEMS é empregado como um problema de otimização de caráter complexo, os quais são resolvíveis por métodos de resolução de problemas de otimização robustos, baseados em técnicas estocásticas. Os métodos PSO (ParticleSwarmOptimization) e BH (Black Hole) são aplicados ao problema, visando melhoria de performance dinâmica, e simultaneamente, a redução do tamanho total do dispositivo. Como resultado, foram obtidos duas novas configurações para o transdutor de aceleração, preservando-se o mesmo processo de fabricação dentro dos limites tecnológicos aplicáveis ao mesmo.A caracterização do microacelerômetro MEMS, fabricado no âmbito do projeto ACELERAD é iniciada e são apresentados os modelos que permitem estimar algumas das principais variáveis do dispositivo. Adicionalmente, foram realizadas as primeiras medidas experimentais do dispositivo em território nacional.

A comunicação óptica no espaço livre (Free Space Optical Communication - FSO) é atualmente uma área na fotônica de grande interesse, demonstrado pelos estudos realizados por diversos grupos de pesquisas da área, devido aos benefícios oferecidos como a imunidade a bloqueio e interferência, facilidade de instalação, mobilidade, inexistência de uma regulamentação oficial para emprego, grande largura de banda, velocidade de transmissão e permitir o acesso a ultima milha (last mile). Para aplicações do FSO na área de defesa, estes benefícios citados são de grande importância, principalmente a imunidade a bloqueio e interferência. O fator limitante no desempenho do enlace FSO são os efeitos atmosféricos causados pela atenuação, composta pelo fenômeno de absorção e espalhamento, a turbulência atmosférica, representada principalmente pelo efeito da cintilação, além do fenômeno da dispersão atmosférica, pouco comentado na literatura. A conseqüência destes efeitos atmosféricos é a degradação do sinal óptico, reduzindo sua intensidade e alcance de propagação. Com isso, a fim de analisar o desempenho do enlace analógico de FSO, este trabalho tem por objetivo apresentar um estudo teórico do enlace empregando modulação externa através do modulador eletroóptico Mach-Zehnder de dupla entrada, detecção direta e sem amplificação, recorrendo aos conceitos de efeito eletroóptico, propagação do feixe óptico na atmosfera sob o efeito da atenuação, turbulência e dispersão atmosférica e as técnicas de detecção óptica através da fotodetecção. A partir dos conceitos, são modeladas expressões analíticas do sinal óptico na modulação analógica tipo banda lateral dupla (Double Side Band - DSB) e banda lateral simples (Single Side Band - SSB) na saída do transmissor e o modelo analítico do sinal de RF na saída do receptor sob influência dos fenômenos atmosféricos em questão. Definido os modelos citados, realiza-se a análise de desempenho do enlace a partir de dados atmosféricos de Manaus/AM e parâmetros de dispositivos disponíveis no mercado. O resultado deste estudo é apresentado através do balanço de potência óptica do enlace, da potência de RF em relação ao comprimento do enlace e das figuras de mérito, através da combinação das equações do ganho de RF, figura de ruído e da faixa dinâmica livre de espúrios. No fim desta dissertação, são apresentadas as conclusões com base nos conceitos apresentados e resultados obtidos, além da sugestão de trabalhos futuros para esta linha de pesquisa.

The aim of the present research is to investigate the problem known as Abandoned Object Detection (AOD) in surveillance videos, where stationary objects must be classified as either abandoned or removed. We found four categories of methods to solve the AOD problem, namely, region growing, edge detection, color comparison and image inpainting and investigated all of them. We found the major drawback of each category, from which we derived guidelines that oriented the development of three novel methods. Among these three methods, the proposed method (based on edge detection) measures the ratio of a blob boundary that is covered by edges in the reference image. This method achieved convincing results on 66 test scenarios compared to results of most recent works in the literature, equaling or surpassing these results. Furthermore, we proposed a frame window scheme to combine the information from several frames about a given object in order to provide a robust classification. The experiments show our method achieved and surpassed the state-of-the-art results.

Os veículos aéreos não-tripulados, especialmente os quadrirotores, estão conquistando crescente notoriedade e importância tanto em aplicações civis quanto militares. No entanto, este tipo de aeronave é instável em malha aberta, sub-atuado e sujeito a restrições nos atuadores, o que dificulta o projeto de controladores. Ademais, há uma crescente necessidade em aumentar a confiabilidade e autonomia do voo destes veículos. Estes requisitos exigem uma correta especificação e monitoramento da bateria da aeronave, que tipicamente é superdimensionada devido às dificuldades de prever a demanda e a oferta energética, especialmente na presença de falhas e perturbações. Baseado nestas dificuldades, o presente trabalho apresenta um sistema de gerenciamento do voo de quadrirotores tolerante a falhas, sujeito a restrições energéticas. Este sistema é responsável pelas principais rotinas de controle do voo, e gerenciamentos da missão e falhas. Especificamente, é analisado o problema de controle integrado a algoritmos de diagnóstico e prognóstico de falhas, em um contexto de otimização multiobjetivo. Alguns destes objetivos são: precisão no rastreamento, minimização da distância total percorrida e elevada confiabilidade para a execução da missão. A solução proposta envolve o uso de um controlador preditivo multimodelo integrado a um filtro estocástico híbrido de múltiplos modelos interativos, para as rotinas de controle e diagnóstico de falhas durante o voo do quadrirotor. Ademais, no momento em que este diagnóstico detecta um distúrbio, é ativado um sistema de prognóstico, constituído de um filtro de partículas, a fim de estimar quais as possíveis consequências deste evento atípico sobre a missão da aeronave. Por fim, baseado nas características deste distúrbio e na disponibilidade energética, um módulo de supervisão decide sobre a necessidade de reconfigurar o controlador e/ou replanejar a missão. Os resultados demonstraram a viabilidade da solução proposta à custa de um acréscimo na carga computacional. No entanto, esta desvantagem pode ter baixo impacto devido ao desenvolvimento de novos computadores de bordo e algoritmos mais eficientes.

O presente trabalho apresenta a aplicação de técnicas de visão computacional na identificação de alvos (i.e. marcações) na superfície de cargas em campanhas de ensaios de separação de cargas externas. A identificação dos alvos na superfície da carga alijada é o primeiro passo para o seu rastreamento e consequentemente, para a análise de sua trajetografia. Foram utilizados os atributos Haar-like e MB-LBP para composição dos classificadores que realizaram a identificação dos alvos nas imagens capturadas em alta resolução (i.e. 720p ou mais) e em alta velocidade (i.e. 200 quadros por segundo ou mais). Em ambos os casos, foi necessária realização de duas etapas, a saber: treinamento dos classificadores e identificação dos alvos na imagem. Como premissa básica, todas as ferramentas utilizadas foram de livre acesso e, portanto, não possuem restrições de uso. As bibliotecas do OpenCV foram utilizadas para a manipulação das imagens e para a aplicação das técnicas escolhidas. Para a validação da ferramenta desenvolvida, foram analisadas sequências de imagens de um voo de ensaio de separação de carga capturadas em uma campanha de desenvolvimento de uma bomba guiada a laser e de ensaios de separação em solo realizadas no IPEV. O tempo de execução do processo de identificação dos alvos em um computador portátil foi comparado ao tempo de execução do mesmo processo em um dispositivo que pode ser embarcado na aeronave, com a finalidade de se verificar o desempenho da ferramenta. Os resultados obtidos nos experimentos se mostraram satisfatórios e puderam comprovar a aplicação das técnicas na identificação dos alvos em ensaios de separação de carga.

Foi realizado um estudo da técnica de Microscopia de Varredura em Micro-ondas (SMM - Scanning Microwave Microscopy) para caracterização da microestrutura e das propriedades eletromagnéticas locais em amostras, baseando-se em medidas do coeficiente de espalhamento de reflexão (S11) e da topografia, na faixa de frequência de 2-7 GHz. Para compreender as imagens geradas com o arranjo experimental empregado na técnica de SMM, amostras microestruturadas, com propriedades eletromagnéticas conhecidas, foram confeccionadas e analisadas. Foram estudados substratos de mica com deposições de cobre (Cu-mica) e dióxido de titânio (TiO2-mica), estruturas de dióxido de silício depositadas sobre silício de baixa resistividade (grade de calibração) e ferrita Cu0,7Co0,3Fe2O4 (ferrita de cobre-cobalto). A partir das imagens de SMM dessas amostras, foi observado que a condutividade elétrica possui maior contribuição para o contraste das imagens. A variação da amplitude e fase de S11 entre os dois materiais de cada amostra foram comparadas. Para a frequência de 2,36 GHz, as maiores variações da amplitude e fase de S11 ocorreram na amostra Cu-mica, iguais a 0,1 dB e 0,2, respectivamente, e as menores variações, correspondendo a 0,001 dB e 0,004, respectivamente, foram observadas na amostra TiO2-mica, valores estes próximos dos níveis de ruído do sistema de medição. Na caracterização superficial da ferrita de cobre-cobalto foram revelados detalhes de sua microestrutura em função das imagens de topografia e no modo força lateral. Foram identificadas as presenças de fases diferentes, nos contornos e regiões intragranulares, atribuídas à formação de fase líquida de óxido de cobre II (CuO) e de fase policristalina da ferrita, confirmadas também pela distribuição espacial da condutividade elétrica nessas diferentes regiões. Para analisar a penetrabilidade do campo na amostra, compósitos com ferrita manganês-zinco e compósito com nanofibras de carbono foram investigadas. O material particulado magnético na matriz polimérica foi detectado pela técnica de SMM, no entanto, os contrastes nas imagens não foram marcantes, indicando que a resolução geométrica dessas partículas aparentam ser função das áreas de espalhamento e de características de absorção eletromagnéticas. Nas imagens do compósito com nanofibras de carbono, foram observadas com clareza as estruturas condutoras abaixo da superfície, que não são vistas nas imagens de topografia, mas estão presentes nas imagens de distribuição espacial do S11. Artefatos observados nas imagens e limitações da técnica de SMM também são apresentados e discutidos.

O objetivo deste trabalho é proporcionar uma melhoria no algorítmo de determinação de atitude no projeto Pegasus AutoPilot, atualmente em desenvolvimento no Instituto Tecnólogico de Aeronáutica, utilizando agora o Filtro de Kalman em suas formulações direta e indireta. São utilizadas Unidades de Medida Inercial de baixo custo que consiste em sensores integrados em um único bloco, os quais estão presentes sensores que fornecem aceleração, velocidade angular e um sensor não inercial que mede campo magnético. Os algorítmos propostos, utilizando o Filtro de Kalman, são implementados primeiramente no ambiente Matlab para validação do modelo e em seguida é implementado o sistema embarcado de tempo real no microcontrolador Cortex M3, mantendo o hardware já utilizado no projeto Pegasus Autopilot. O sistema de tempo real implementado neste trabalho tem o objetivo de verificar o desempenho do Filtro de Kalman no hardware já utilizado projeto atualmente. Os resultados obtidos no ambiente MATLAB mostram que os métodos utilizando Filtro de Kalman possuem melhor desempenho, porém quando utilizados em um sistema embarcado ocorre degradação do sistema.

Rádios Definidos por Software (RDS) têm sido objeto de interesse da indústria de defesa há mais de duas décadas, e também têm recebido especial atenção de outras indústrias, incluindo a de telefonia móvel. Este tipo de tecnologia tem potencial para solucionar problemas de compatibilidade entre os milhares de padrões de radiocomunicação, e de mudar a forma com que os equipamentos exploram o espectro eletromagnético, recurso cada vez mais escasso em um mundo wireless. Do ponto de vista de engenharia, estes equipamentos têm uma demanda gigantesca por poder de processamento, e ao mesmo tempo dependem de baixo custo e baixo consumo de potência, uma vez que boa parte deles é portátil e opera com baterias. Buscando atender à demanda de poder de processamento exigido por este tipo de equipamento, este trabalho explora técnicas de projeto de equipamentos RDS baseados em dispositivos lógicos programáveis em campo (FPGA). Estes dispositivos permitem implementar circuitos digitais dedicados para uma aplicação (como em um ASIC), ao mesmo tempo em que podem ser totalmente reprogramados em campo em alguns milissegundos, como se fosse um software. Uma arquitetura baseada no paradigma GALS (globalmente assíncrono, localmente síncrono) foi desenvolvida e aplicada a um receptor QPSK de banda-larga desenvolvido utilizando projeto tradicional totalmente síncrono. A aplicação desta arquitetura foi demonstrada em hardware, e apresentou ganhos significativos em relação ao projeto totalmente síncrono. A vazão de processamento melhorou em 53%, ao mesmo tempo em que o consumo de potência dinâmica do circuito foi reduzido em 39%.