Foi realizado o estudo da técnica de processamento de sinais de Radar denominada TBD (Track-Before-Detect) visando a concepção de arquiteturas de processamento aplicáveis ao interesse da Defesa. Também conhecida como retrospective detection, long-term integration, ou ainda scan-to-scan integration, a técnica TBD explora o uso conjunto da detecção e rastreio de alvos para determinar suas trajetórias nas sucessivas observações que o Radar faz do cenário. Apresentam-se neste trabalho uma modelagem dos sinais ecos de sucessivas varreduras, a estruturação de processadores baseados no algoritmo modificado de Viterbi e em um banco de filtros casados com os sinais ecos dos alvos. Propõe-se ainda uma nova estrutura que combina o algoritmo modificado de Viterbi com um banco de filtros casados. Para a avaliação comparativa das estruturas de processamento, simulou-se a envoltória complexa dos sinais ecos recebidos por um dado Radar de vigilância na presença de ruído aditivo. Considerou-se na simulação um cenário operacional próximo a condições reais e de interesse, onde uma fragata emprega seu sistema de defesa antimíssil contra o ataque de uma aeronave inimiga em uma situação de crise. O desempenho dos processadores foi avaliado pela Probabilidade de Detecção e de Falso alarme em função da relação sinal-ruído.

Rastreamento de alvos ée a capacidade de estimar a posição de um ou mais alvos em tempos específicos, utilizando as medidas feitas por um ou mais sensores. As medidas geralmente não correspondem às posições reais do alvo, já que as mesmas são afetadas por ruído e erro sistemático (bias), ou podem fornecer informações incorretas devido à falha do respectivo sensor. As metodologias de rastreamento de alvos conhecidas são probabilísticas, no sentido de que elas têm a intenção de fornecer o valor esperado da estimativa, considerado premissas sobre o movimento do alvo e o conjunto de medidas disponível. Em algumas aplicações, no entanto, as informações sobre outros valores possíveis (ou prováveis) ée potencialmente mais útil ou pode ser usada para complementar a informação do valor esperado. Este ée particularmente o caso de aplicações de predição, onde posições futuras do alvo (ou mais especificamente, posições após a última medida) precisam ser rastreadas. A proposta deste trabalho ée prover uma abordagem possibilística em rastreamento de alvos, através do uso de dados fuzzy. Ao invés de fornecer apenas o valor esperado da estimativa, o método proposto ée capaz de prover informações sobre os valores possíveis, classificados segundo um critério de relevância. Esta informação pode ser valiosa já que a informação sobre valor esperado pode diferir consideravelmente da trajetória real sendo executada (ou que será executada) pelo alvo.

Rastrear múltiplos alvos é um requisito fundamental para sistemas de vigilância ou de controle de tráfego aéreo que empregam um ou mais sensores aliados a sistemas computacionais para interpretar o ambiente observado e criar uma visão situacional coerente e única dos alvos presentes no cenário real. O método MHT (do inglês, Multiple Hypothesis Tracking) é uma técnica especialmente desenvolvida para lidar com o problema de associação de dados - decorrente da incerteza quanto à origem de medidas tomadas do ambiente - em cenários com múltiplos alvos. Enquanto os métodos de associação tradicionais assumem apenas uma hipótese de associação entre pistas e medidas, o MHT assume várias hipóteses de associação simultâneas e aguarda até que mais informação sensorial do ambiente esteja disponível para julgar quais hipóteses devem ser eliminadas e quais devem ser mantidas. Este trabalho compara o método MHT com técnicas tradicionais em termos de métricas bem determinadas para a quantificação da efetividade de rastreamento. A principal motivação é entender como a estratégia alternativa de associação de dados empregada pelo MHT se reflete na sua complexidade e no seu desempenho quando comparado a métodos convencionais de associação de dados. Para tanto, a abordagem de implementação do MHT adotada neste trabalho - orientada a pistas - é submetida a uma análise de complexidade algorítmica, que, por sua vez, indica que o gargalo dessa abordagem está concentrado no passo de re-geração de hipóteses. Não obstante, para quantificar a melhoria na efetividade de rastreamento, esse trabalho oferece uma comparação da efetividade de rastreamento do MHT com um método benchmark - o GNN (do inglês, Global Nearest Neighbor) - em quatro cenários de complexidade incremental compostos por múltiplos alvos e apenas um sensor. Os resultados encontrados indicam que a efetividade do método MHT se degrada suavemente na medida em que a complexidade do cenário aumenta e sugerem que o MHT possui maior robustez que o método GNN diante do aumento de densidade de falsos alarmes (ou medidas espúrias).

O GPS (Global Posiotioning System) e um sistema de radio navegação por satélites. No enlace de comunicação entre o receptor do usuário e os satélites e empregada a "Técnica de Espalhamento Espectral" para obtenção de multi acesso, rejeição de interferências e, principalmente, para a determinação de distâncias. O objetivo deste trabalho e observar o emprego dessa técnica para o receptor GPS, analisando um circuito digital de rastreamento dosinal transmitido pelos satélites. E empregada a Técnica de Máxima Verossimilhança como forma de estruturação do circuito.

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.

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.

In dealing with rigid body three-dimensional rotational motion, one is inevitably led to face the fact that rotations are not vector quantities. They may, however, be treated as such when the angle of rotation is (very) small. In this context, i.e. the infinitesimal case analysis, the time derivatives of the rotation variables hold simple (sometimes vector-like) relationships to the components of the angular velocity vector. Conventionally, this distinctive characteristic cannot be associated with general moderate-to-large rotations.In this thesis, it is demonstrated that the kinematical differential relationship between the rotation vector and the angular velocity vector may, in fact, be expressed in terms of a mere time derivative, provided that the angle of rotation is kept within moderate bounds. The key to achieve such simplicity in the kinematical equation (linear attitude kinematics) within moderate angles of rotation is a judicious choice of the basis from which the time derivative is observed. This result is used to advantage within a generalised version of Euler's motion equations to construct a simple control law, which nominally realises both linear attitude tracking and linear angular velocity tracking (nominal linear attitude state tracking), within moderate attitude tracking errors. The analytical work presented here is unique in the sense that it combines attitude kinematics, dynamics and control in such a way that nominal linearity between the attitude state error variables is achieved within moderate attitude tracking errors. For the first time, an attitude control law explicitly enables the nominal closed-loop attitude state error dynamics to be chosen and motivated by useful physical concepts from linear control theory. The text also includes numerical simulations that validate and illustrate the theoretically achieved results.

Este trabalho apresenta a concepção, desenvolvimento e integração de um sistema de integração binocular para rastreamento binocular auxiliado por uma estratégia de atenção que permite selecionar regiões específicas da imagem para rastreamento. Múltiplas regiões são segmentadas sem o conhecimento do conteúdo da cena mediante detecção monocular de movimento no plano de imagem. Pontos detectados são agrupados em alvos cujo interesse para fins de rastreamento é avaliado por função de atenção. Observou-se que o emprego de imagens foveadas reduz consideravelmente a carga computacional requerida pelo processo de segmentação. Atributos de cada alvo são extraídos para emprego na função de atenção, que determina o valor de interesse dos alvos. A função de atenção proposta é a base da estratégia de atenção e resulta na seleção do alvo com maior valor de interesse. Os atributos empregados são a disparidade binocular, o número de pixels do alvo, sua densidade e velocidade no plano de imagem e a duração de sua ocorrência ao longo das imagens. Incertezas nos atributos são desconsideradas pela função de atenção. Os movimentos da cabeça de visão onde o sistema foi implementado consistem em movimentos balísticos, sacádicos e de perseguição suave nos eixos de elevação, e vergências assimétricas. A ativação destes movimentos é definida levando-se em conta características de desempenho do aparato visual antropomórfico. Avaliou-se o desempenho do sistema tanto no rastreamento de diversos alvos rígidos movendo-se em translação de forma controlada contra um fundo estático de textura não homogênea quanto no de uma pessoa deslocand-se e originando múltiplos alvos não rígidos que violam a restrição de translação pura. Os resultados para o primeiro caso demonstraram a manutenção dos alvos rígidos dentro do campo visual de ambas as câmeras. Já os resultados para o segundo caso demonstraram menor robustez a distorções nos padrões de cinza causadas pelo movimento de rotação e de mudança de escala, o que provoca chaveamento excessivo da atenção do sistema. Isto reflete as limitações do poder computacional empregado, uma vez que há grande dificuldade em limitar o movimento entre quadros da pessoa sendo rastreada.

Este trabalho apresenta uma nova metodologia de processamento para a detecção e estimação da velocidade de alvos móveis utilizando imagens multivisada geradas a partir de um radar de abertura sintética (SAR) com um único canal de recepção. A técnica multivisada consiste na geração de imagens a partir de diferentes setores da abertura angular da antena do SAR. Neste trabalho, esta técnica é aplicada na etapa da compressão em azimute do algoritmo range-Doppler, onde um banco de filtros passa-faixa realiza a divisão do espectro azimutal em três visadas simétricas com 50% de sobreposição. Após a operação de corregistro, as visadas são utilizadas pelo algoritmo CAI (Cancellation After Interferometry) para a detecção dos alvos móveis na cena. A estimação da velocidade do alvo em azimute é realizada com base na medição do deslocamento do alvo na imagem de saída do CAI, em particular utilizando duas visadas independentes. A estimação da velocidade do alvo em range é realizada indiretamente através da medição do desvio da frequência Doppler centroide do alvo. Este deslocamento espectral é observado no espectro azimutal dos dados brutos após a correção da migração de células em range. A metodologia proposta foi capaz de atenuar o clutter estacionário da cena em 20dB utilizando o método CAI. As velocidades em ground range da ordem de 6,7km/h a 94,1km/h foram estimadas com um erro máximo de 2,50%, mesmo em cenários com SCR=-20dB (Signal-to-Clutter Ratio). As velocidades em azimute da ordem de 1,8km/h a 93,6km/h foram estimadas com um erro máximo de 12,77%, mesmo em cenários com SCR=-32dB. As simulações foram realizadas em ambiente IDL e utilizaram dados brutos simulados com alvos pontuais e parâmetros reais, adotados de forma a atender aos requisitos do Projeto FINEP 01.10.0588.00 - AeroSAR.