O sistema global de navegação por satélite (GNSS - Global Navigation Satellite System) tem potencial de se tornar um sistema primário de navegação em aeronaves civis, entretanto, necessita de melhoria no seu desempenho (acurácia, integridade, continuidade e disponibilidade). Ele apresenta a falta de uma característica fundamental para sistemas críticos de segurança, ele não provê limites de acurácia no cálculo da posição do usuário. Mesmo que na maioria do tempo a sua acurácia é excelente, mesmo assim o erro na posição pode ser muito grande sem que qualquer aviso seja dado ao seu usuário. Entre as várias fontes de erros no sistema GPS, a ionosfera é uma das maiores em sistemas com única portadora. Para corrigir tais deficiências, o sistema Satellite Based Augmentation System (SBAS) foi desenvolvido para auxiliar o sistema GPS na correção e limitação rígida dos seus erros. No sistema SBAS desenvolvido nos Estados Unidos da América, Wide Area Augmentation System (WAAS) existe, entre várias informações, o envio de mensagem para correção específica do atraso ionosférico sobre o sinal L1 do sistema GPS (Global Positioning System). Este efeito é estimado através de estações de referência espalhadas pelo continente norte-americano. Os dados das várias estações de referência são então enviados para estações principais, também chamados de WMS (WAAS Master Station), onde uma grade, com dados do atraso na vertical do sinal do sistema GPS devido ao efeito da ionosfera, será formada. Mostra-se neste trabalho como este sistema de auxílio aos usuários GPS trabalha e principalmente como pode ajudar na estimação do erro devido ao atraso de grupo no sinal do sistema GPS por conseqüência dos fenômenos que ocorrem na camada ionosférica. Neste trabalho o objetivo principal é a simulação através de um dos possíveis algoritmos em desenvolvimento para esta estimação do atraso ionosférico no sinal L1 do sistema GPS, o método LMMSE (Linear Minimum Mean Squared Error), que é gerado pelo segmento de controle. Através deste algoritmo serão gerados os valores dos atrasos ionosféricos para alguns pontos próximos a região sul e sudeste do Brasil e estes são então plotados juntamente com o atraso ionosférico estimado através do modelo IRI-2001 para um dado dia. Também serão estimados os valores dos erros pós-processamento do algoritmo. Os dados GPS utilizados neste trabalho são provenientes principalmente das estações que compõem a rede RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo) e controlada pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística).

Esta tese apresenta o protótipo de um sistema embarcado para veículos terrestres (automóveis, ônibus, caminhões) a partir de uma Central de Controle de Operações (CCO). Este sistema embarcado tem 3 funções básicas: 1) enviar dados de telemetria sobre o veículo (tal como a posição e velocidade do veículos obtidos de um receptor GPS, status de subsistemas do veículo, mensagens de alerta ou emergência) para a CCO, 2) enviar comandos a partir da CCO para algum subsistema do veículo (por exemplo, bloquear um veículo que saiu da rota), 3) permitir troca de mensagens de texto entre o condutor do veículo e o operador da CCO. Este protótipo tem a seguinte plataforma de hardware: 1) computador de bordo com processador Intel 386Ex; 2) uma placa de entradas e saídas digitais que atua como subsistemas do veículo; 3) um receptor GPS; 4) um palmtop que atua como interface com o condutor e 5) um modem GSM/GPRS. Para esta plataforma foram escolhidos o sistema operacional XDOS e o kernel eRTOS para suporte à programação multithreads. O compilador Borland C 4.51 foi utilizado como ferramenta de desenvolvimento. O software do sistema embarcado foi implementado baseado em threads com mecanismos de troca de mensagens e sincronização. As threads foram associadas aos componentes de hardware do sistema permitindo uma maior modularidade do sistema (facilidade para inserir ou retirar novos componentes de hardware através da inserção ou retirada de threads). O protótipo foi testado com uma versão simplificada da CCO. Os resultados demonstraram a estabilidade do software multithreads e o protótipo respondeu como esperado.

Classificação automática de modulação digital de sinais de comunicações é um importante problema de processamento de sinais no campo das comunicações. É um passo intermediário entre a interceptação do sinal e a recuperação da informação, no qual um classificador identifica automaticamente o tipo de modulação do sinal recebido para posterior demodulação e demais tarefas. A técnica de reconhecimento de padrões pode ser utilizada neste problema de classificação. Neste caso, na classificação é necessária a seleção e extração de características relevantes do sinal recebido. Neste trabalho, foram utilizados três tipos de características relevantes: espectrais, estatísticas e uma combinação dos dois tipos. Dois classificadores foram desenvolvidos nesta pesquisa: o primeiro, baseado em Redes Neurais Artificiais, utilizando o Perceptron Multicamadas (MLP); e o segundo, baseado em Máquinas de Vetores de Suporte (SVM). Estes dois classificadores foram usados para classificar as seguintes modulações digitais: Chaveadas em Amplitude (ASK2, ASK4), Chaveadas em Freqüência (FSK2, FSK4, FSK8), e Chaveadas em Fase (PSK2, PSK4, PSK8). Foi verificado, por meio de simulações em MATLAB 7, que o classificador com a abordagem SVM, utilizando uma combinação de características relevantes espectrais e estatísticas, obteve excelente resultados nos testes.

Projetos de sensores embarcados para a área aeroespacial freqüentemente são especificados tendo mente restrições de espaço e de consumo de potência, uso em ambiente hostil, e também a disponibilidade e confiabilidade dos componentes para integrar um sistema embarcado. Mais do que isso, a necessidade de serem processadas diversas funções de controle, demodulação/processamento de sinal, monitoração e registro, todas elas em tempo real, pode levar a um conflito com as exigências das severas especificações técnicas. A integração desejada fica normalmente a cargo do computador de bordo ou, para não haver sobrecarga do mesmo, a cargo de subsistemas locais microprocessados. O presente trabalho aborda o problema de gerenciamento de funções que é exigido de um bloco girométrico de três eixos tipo strap-down, usado para determinar a atitude de veículos em vôo, com relação a um referencial fixo na superfície da Terra. E centra no caso particular de girômetros a fibra óptica, que possuem componentes ópticos e a fibra óptica, eletrônica analógica e digital própria, interfaces e mecânica fina de sustentação do conjunto. A relevância de tal dispositivo reside na impossibilidade de se fazer navegação precisa de um veículo por meios inerciais sem um conjunto girométrico de alta precisão. Para isso, o controle dos parâmetros ópticos e eletrônicos em tempo real é vital, e também o é a geração de sinais de modulação para a fase óptica e o posterior processamento de sinal dos fotodetectores, de modo a se extrair a taxa de rotação a que o veículo está sendo submetido na sua trajetória. Além disso, a monitoração e o registro de variáveis vitais permitem cumprir o ciclo de maturação desta tecnologia sensível durante ensaios em vôo. O presente trabalho apresenta o estudo e a implementação de redes de microcontroladores de pequeno tamanho para a execução destas funções, utilizando uma topologia especial para reduzir o tamanho de circuito e dos barramentos, analógico e digital, com o benefício da redundância que tal implementação permite. Para tal, discute-se inicialmente os pontos técnicos importantes de hardware e de programação demonstrando as dificuldades de implementação em um sistema monoprocessado. Posteriormente mostra-se a solução empregada utilizando rede de microcontroladores, descrevendo as tarefas dos seus diversos integrantes, bem como os resultados obtidos. E, por último, são apresentadas as considerações finais sobre o tema abordado nesta tese.

Uma série de fatores ambientais pode afetar o desempenho do GPS (Global Positioning System), tais como, interferência eletromagnética, multicaminho, atrasos em função de propagação pela atmosfera e cintilações ionosféricas. As cintilações da Ionosfera são responsáveis por parte significativa da diminuição de precisão do GPS e, em casos extremos, o funcionamento do receptor pode ser interrompido em função desse fenômeno. As cintilações ionosféricas resultam em variações rápidas na fase e na amplitude do sinal de rádio que atravessa a Ionosfera. Esse fenômeno é mais comum na região equatorial, onde ocorre diariamente após o pôr do sol. Este trabalho tem como objetivo avaliar os efeitos da cintilação ionosférica nas malhas de rastreamento do código, DLL (Delay Locked Loop), e da portadora, CCL (Carrier Costas Loop) de receptores GPS. Inicialmente, são apresentados os modelos estatísticos que caracterizam os sinais gerados pela cintilação em fase e amplitude. Posteriormente, é apresentada uma análise de desempenho do receptor em função dos efeitos da cintilação ionosférica. A partir dessa análise, são obtidos modelos analíticos para representar o desempenho do receptor GPS. Além das análises analíticas, são apresentados resultados obtidos por meio de simulação numérica. Exceção feita às situações envolvendo casos extremos de cintilação ou para casos onde a potência do sinal recebido é baixa, as simulações comprovaram o desempenho teórico dos modelos do CCL e do DLL.

A modelagem do espalhamento eletromagnético de alvos, na faixa de micro-ondas, é abordada neste trabalho, sendo estes alvos representados por estruturas com múltiplas camadas quirais (meios bi-isotrópicos recíprocos) confinadas entre a região de espaço livre e um meio linear, homogêneo e isotrópico. Interfaces planas separam as camadas destas estruturas, onde se admite a existência de elementos espalhadores capazes de suportar densidades superficiais de corrente elétrica e/ou magnética. Os campos eletromagnéticos em tais estruturas são determinados através da técnica de onda completa no domínio espectral, possibilitando, assim, a obtenção das correspondentes funções de Green espectrais. Estes cálculos são realizados com auxílio de um novo formalismo que utiliza um conjunto mínimo destas funções. A excitação das estruturas em consideração é realizada através de ondas planas e uniformes, elipticamente polarizadas. A partir do conhecimento dos campos espalhados em cada interface é possível estabelecer um sistema de equações integrais, o qual é resolvido numericamente através do método dos momentos no domínio espectral. Método este que permite a determinação das componentes das densidades superficiais de corrente induzidas sobre os elementos espalhadores. Na aplicação do método dos momentos tais densidades superficiais de corrente, que podem ser elétrica ou magnética, são modeladas através de funções de base triangulares de subdomínios. Expressões assintóticas para as componentes do campo elétrico distante produzido pelos espalhadores também são estabelecidas. A potencialidade da modelagem eletromagnética desenvolvida é demonstrada através da caracterização eletromagnética de estruturas isotrópicas e quirais contendo elementos espalhadores simples (dipolos elétrico e/ou magnético planos), assim como da simulação de imagens SAR polarimétricas. Esta caracterização é realizada através de atributos polarimétricos comumente usados no processamento de imagens SAR para a discriminação de alvos na superfície terrestre. A geração de imagens SAR polarimétricas é realizada a partir de estruturas que contêm somente camadas lineares, homogêneas e isotrópicas, sendo estas imagens avaliadas a partir de características intrínsecas de imagens SAR reais.

A maioria das aplicações de fontes de alimentação requer que a tensão em corrente alternada (CA) da rede seja convertida em tensão em corrente contínua (CC), de maneira eficiente, provocando baixa distorção na rede elétrica. Para atender-se a esse requisito, a solução usual é utilizar-se um conversor CA/CC préregulador, corretor de fator de potência, seguido de um conversor CC/CC isolador. Contudo, cada um desses conversores necessita de algum tipo de rede de auxílio ao chaveamento para que a fonte de alimentação tenha baixos peso e volume e alto rendimento. Com esse propósito, várias topologias de redes passivas e ativas foram propostas. Contudo, essas redes adicionam custo e complexidade à fonte de alimentação, especialmente quando utiliza-se o conversor préregulador. Esta tese apresenta um novo conversor CA/CC, com barramento comutado, que utiliza uma única rede de auxílio ao chaveamento, contribuindo para a redução de complexidade e custo da fonte de alimentação. Os princípios de operação dessa topologia são discutidos e um guia de projeto é apresentado. Finalmente, a verificação é feita através de simulações, que são comparadas com resultados experimentais colhidos num protótipo de 1kW, obtido através da modificação de um conversor comercial.

Neste trabalho são analisadas as figuras de mérito de antenas helicoidais, de microfita e redes de dipolos, operando na faixa de freqüências de comunicação e navegação via satélite na banda L, na presença de aeronaves. É utilizada primordialmente a técnica híbrida UTD/MoM do simulador SuperNEC, onde as antenas são modeladas pelo MoM e a aeronave é modelada pela técnica UTD. Além disso, é analisado o comportamento das antenas helicoidal e monopolo na presença da aeronave feita de material composto de fibra de carbono, cujos modelos são simplificados para viabilizar a análise do ponto de vista computacional. Inicialmente é feita uma breve descrição dos simuladores eletromagnéticos, ressaltando a idéia básica da técnica híbrida UTD/MoM. Em seguida são apresentados os projetos das antenas supracitadas realizados com auxílio dos simuladores, onde também são analisadas situações envolvendo os efeitos de reflexão, difração e obstrução em estruturas UTD mais simples. É feito uma análise comparativa de antenas na presença de placas feitas de composto de fibra de carbono e alumínio, onde os resultados teóricos e experimentais mostraram-se semelhantes para ambos os materiais. Finalmente, é realizada a análise dos efeitos causados nas figuras de mérito das antenas devido às várias partes que compõem a estrutura da aeronave. Utilizando este procedimento é possível identificar mais claramente cada efeito produzido pela estrutura da aeronave, possibilitando que sejam realizadas ações preventivas para obter uma melhor abordagem em testes de desenvolvimento, bem como um melhor desempenho operacional dos sistemas. Os procedimentos e resultados apresentados neste trabalho são considerados satisfatórios do ponto de vista de posicionamento preliminar de antenas sobre aeronaves, ressaltando-se a vantagem computacional da técnica híbrida. Contudo, a busca em modelar toda a estrutura da aeronave usando técnicas de onda completa ainda deve ser perseguida a fim de aumentar a acurácia dos resultados.

O trabalho apresenta a etapa de correlação em software de um receptor GPS de uso civil. O software do correlator tem como função extrair, em tempo real, os dados de navegação contidos no sinal GPS (CDMA), os quais são necessários para a determinação da posição dos satélites. Este trabalho apresenta também uma revisão das características e da estrutura do sinal GPS, para permite uma melhor compreensão do funcionamento das arquiteturas dos correlatores descritos na literatura e também, desenvolver o simulador de sinais GPS, necessário para testar as etapas de processamento do Correlator. As etapas de Aquisição, Confirmação, Alinhamento e Rastreamento do correlator, bem como os algoritmos de cálculo da envoltória, demodulação, sincronização de bit, extração dos dados de navegação são apresentados. O software utiliza, como plataforma, o DSP STARTER KIT (DSK) disponível no Departamento de Telecomunicações, o qual é composto pelo DSP da família C6000 (TMS320C6711) da Texas Instruments e pelo ambiente de programação Code Composer Studio. O trabalho, como um todo, enfatiza o processamento digital de sinais, focando no desenvolvimento de receptores em software, onde o sinal digital é processado em banda base através de técnicas de programação.

Due to the widespread acceptance of Synthetic Aperture Radar (SAR) imagery by the scientific community in recent years, SAR system design faces ever increasing demands for wide coverage of high resolution images. This represents a challenging task, since conventional monostatic SAR system are inherently subject to a compromise between the achievable resolution and the width of the imaged swath. In this context, multi-channel SAR systems arise as a promising alternative to overcome this limitation and achieve high-resolution wide-swath (HRWS) SAR imaging. Their operation requires the acquisition of more information about the scene through multiple channels and suitable digital beamforming techniques to adequately combine the output data. The innovative Multi-Channel Reconstruction Algorithm (MCRA) was recently introduced as a suitable alternative for the processing required by multi-channel SAR systems in azimuth. This thesis performs and evaluates on a demonstration of the capabilities of this algorithm employing real SAR multi-channel data acquired by DLR's new airborne system F-SAR. The combination of up to four different channels is performed, and analyzes of the algorithm performance follow, especially with regard to ambiguity suppression. The impact of channel imbalances in the residual ambiguity levels is considered and different channel balancing methods are assessed. Following the algorithm's success in yielding high quality reconstructed images given adequately balanced channels, focus is turned to balancing alternatives, with special interest in methods applicable to aliased data. Blind equalization techniques are employed to develop a version of the reconstruction algorithm with increased robustness to channel imbalances following a certain error model. Performance assessments of the alternative strategy are performed both for controlled imbalances following the design model and real unknown imbalances found on F-SAR data.