Mestrado (dissertação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2013. / Submitted by Luiza Silva Almeida (luizaalmeida@bce.unb.br) on 2013-07-29T18:30:13Z No. of bitstreams: 1 2013_JeffersonRoyerChaurais.pdf: 2708636 bytes, checksum: 25401f5cf0ab4ef212c3496ff8512cb1 (MD5) / Approved for entry into archive by Leandro Silva Borges(leandroborges@bce.unb.br) on 2013-07-29T20:10:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_JeffersonRoyerChaurais.pdf: 2708636 bytes, checksum: 25401f5cf0ab4ef212c3496ff8512cb1 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-07-29T20:10:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_JeffersonRoyerChaurais.pdf: 2708636 bytes, checksum: 25401f5cf0ab4ef212c3496ff8512cb1 (MD5) / O UYS-1 é o primeiro nanossatélite ucraniano, o qual está sendo desenvolvido por um con- sórcio de quatro instituições ucranianas e pela Universidade de Brasília. Este satélite será utilizado para tirar fotografias de alta resolução da superfície terrestre e, para isso, disporá de um sistema de determinação e controle de atitude de alta precisão, cujo projeto é apresentado nesta dissertação. Esse sistema compreende um sensor de estrela e três rodas de reação. Para a determina- ção da atitude, é implementado um Filtro de Kalman Estendido. Para o controle da atitude, são consideradas algumas situações envolvendo perturbações ou falhas. São projetados um controlador PD para o caso sem falhas e sem perturbações; controladores tipo-PD e tipo-PID robustos a perturbações (torques externos); e é proposto um controlador, para situações de falha total de uma das rodas de reação, com garantia da estabilidade do satélite. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The UYS-1 is the first Ukrainian nanosatellite, which is being designed by a consortium of four Ukrainian institutions and by University of Brasilia. This satellite will take high resolu- tion photos of Earth’s surface. To do so, it will have a high precision attitude determination and control system, whose project is presented in this work. This system comprises a star tracker and three reaction wheels. An Extended Kalman Fil- ter is implemented to determine the attitude. Also, to control the attitude, different situations involving disturbances or failures are considered. A PD controller is designed for situations without disturbances and failures; a PD-type and a PID-type controllers robust to disturban- ces (external torques) are also designed; and a control law is proposed for the situation of total failure of one reaction wheel. This controller ensures the satellite stability.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2013. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2013-09-12T16:35:10Z No. of bitstreams: 1 2013_GabrielFigueiroOliveira.pdf: 3190673 bytes, checksum: ddb580987367bf97b5b605709d833a0b (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-09-30T13:15:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_GabrielFigueiroOliveira.pdf: 3190673 bytes, checksum: ddb580987367bf97b5b605709d833a0b (MD5) / Made available in DSpace on 2013-09-30T13:15:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_GabrielFigueiroOliveira.pdf: 3190673 bytes, checksum: ddb580987367bf97b5b605709d833a0b (MD5) / Este trabalho considera o desenvolvimento de um subsistema de determinação e controle de atitude de baixo custo para o nanossatélite Ucraniano UYS-1 (LCADCS, do inglês Low-Cost Attitude Determination and Control Subsystem). Para a determinação de atitude, o nanossatélite conta com medições de velocidade angular, campo geomagnético e linha de visada solar (LVS). Eventualmente, uma ou mais medições podem estar indisponíveis devido a fatores não modelados pelo LCADCS (o UYS-1 pode entrar em eclipse, sensores podem operar a diferentes taxas, sensores podem ser desligados por economia de energia, etc). Uma solução para determinação de atitude com base no estimador de quatérnios unscented (ou USQUE, do inglês: Unscented Quaternion Estimator) é proposta, fazendo-se algumas modificações na estrutura do USQUE. As modificações propostas no USQUE visam lidar melhor com os dados intermitentes e prover estimativas de velocidade angular mais precisas. Para a parte de controle de atitude, como uma restrição de projeto, é considerado que o subsistema deve contar apenas com atuação magnética descontínua, com atuadores operando em um modo relé (liga-desliga). Dada essa restrição, a maioria das soluções de controle magnético de atitude de espaçonaves presentes na literatura não se aplicam ao LCADCS, ou fornecem resultados insatisfatórios. Neste contexto, uma nova estratégia de controle é proposta para o LCADCS. A abordagem de controle proposta confere ao nanossatélite a capacidade de realizar manobras de aquisição de atitude em tempos comparáveis aos de satélites providos de atuação magnética contínua. Além disso, a abordagemproposta é capaz de estabilizar o apontamento dentro das especificações de projeto do LCADCS com perfis de atuação com baixo consumo de energia quando comparado a outras técnicas de controle magnético comatuação descontínua. A validade e a eficácia dos sistemas de determinação e controle propostos para o LCADCS são verificadas por simulações computacionais. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work considers the development of a Low-Cost Attitude Determination and Control Subsystemfor the UYS-1 nanosatellite (LCADCS). For the attitude determination, the nanosatellite has measurements of angular velocity, geomagnetic field and the sun line of sight. Occasionally, one or more measurements may be unavailable due to factors not modeled by the LCADCS (the UYS-1 can go into eclipse, sensors can operate at different rates, sensors can be turned off for power saving, etc). A solution for attitude determination based on the USQUE (Unscented Quaternion Estimator) is proposed, making some changes in the structure of the USQUE. These changes aim to a better handling of intermittent data and to provide more accurate estimates of angular velocity. For the attitude control, as a design constraint, it is considered that the subsystem must rely only on discontinuous magnetic actuation, with actuators operating in a relay mode (on-off-on). Given this restriction, most solutions of magnetic attitude control of spacecraft described in the literature do not apply to LCADCS or provide unsatisfactory results. In this context, a new control strategy is proposed for the LCADCS. The proposed approach gives the nanosatellite the ability to perform maneuvers of attitude acquisition in times comparable to satellites equipped with continuous magnetic actuation. Furthermore, the proposed approach is able to stabilize the pointing within the design specifications of the LCADCS, with actuation profiles with low power consumption when compared to other control techniques with magnetic discontinuous actuation. The validity and effectiveness of the proposed determination and control solutions for the LCADCS is tested and evaluated with computer simulations.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2013. / Submitted by Elna Araújo (elna@bce.unb.br) on 2013-07-27T00:16:30Z No. of bitstreams: 1 2013_AndreLuizGamaDeSouza.pdf: 3447951 bytes, checksum: b92ca57b5a84fa236fe24c8b2a8f4b75 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-08-05T11:55:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_AndreLuizGamaDeSouza.pdf: 3447951 bytes, checksum: b92ca57b5a84fa236fe24c8b2a8f4b75 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-08-05T11:55:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_AndreLuizGamaDeSouza.pdf: 3447951 bytes, checksum: b92ca57b5a84fa236fe24c8b2a8f4b75 (MD5) / O presente trabalho propõe uma arquitetura de sistema de controle de uma estação de solo para comunicação com satélites. A comunicação por satélite é de extrema importância. O uso de freqüências mais altas é cada vez mais necessário devido à sua maior disponibilidade. A comunicação em alta freqüência requer um desvio menor entre a direção de apontamento da antena e a direção real do satélite. Assim, o sistema de controlo tem um papel importante no projeto de uma estação de solo. Os principais temas de estudo são: (i) técnicas para estimar o desvio de apontamento, (ii) técnicas de controle de apontamento da antena, e (iii) modelagem da estrutura, atuadores e sensores. Como principais resultados, duas propostas foram feitas. O primeiro é a aplicação do filtro de Kalman, juntamente com uma técnica de rastreamento para estimar desvio de apontamento. Esta proposta mostrou uma melhoria significativa nos resultados quando comparada com outras técnicas de rastreamento. A segunda proposta é uma lei de controle preditivo baseado em modelo. As principais vantagens da técnica proposta são o baixo custo computacional quando comparado com outras técnicas de controle preditivo baseado em modelo, e um projeto simples em comparação comas técnicas tradicionais de controle. As propostas foram testadas avaliada por simulações. __________________________________________________________________________ ABSTRACT / The present work proposes a control system architecture of a ground station for communication with satellite. Satellite communication is of utmost importance. The usage of higher frequencies becomes increasingly necessary given their greater availability. Communication in high frequency requires a smaller deviation between the direction of the antenna pointing and the real direction of the satellite. Thus, the control system takes an important role in the design of a ground station. The main topics of study are (i) techniques to estimate the pointing deviation, (ii) antenna pointing control techniques, and (iii) modeling of the structure, actuators and sensors. As main results, two proposals are made. The first is the application of the Kalman filter along with a scanning technique to estimate pointing deviation. This proposal showed a significant improvement in the results when compared with other scanning techniques. The second proposal is a control law based on predictive model. The main advantages of the proposed technique is the low computational cost when compared with other model predictive control techniques, and a simple design compared with traditional control techniques. The proposals were tested evaluated in simulations.

Neste trabalho é estudo o movimento orbital de um satélite artificial com período comensurável com o da rotação da Terra na razão 2:1. Foram consideradas órbitas quase circulares e os efeitos perturbadores devido ao geopotencial, à atração luni-solar e à pressão da radiação solar direta. Consideramos também o efeito da zona de sombra da Terra. Através da aplicação do método de Hori, que mantém na hamiltoniana apenas termos seculares e um ressonante, é obtido um sistema dinâmico que é reduzido à um grau de liberdade. O problema não perturbado é redefinido devido à ressonância. A partir da solução do sistema auxiliar de Hori são eliminados os termos periódicos e no novo sistema médio são estudados os efeitos das perturbações em torno dos pontos de equilíbrio estável.

Neste trabalho é apresentada uma teoria analítica, para o estudo do movimento de satélites artificiais terrestres, considerando perturbações devido ao geopotencial e à força de arrasto atmosférico. O estudo é feito considerando-se o geopotencial até a ordem de J20 e, para a força de arrasto os seguintes efeitos, agindo simultâneamente: a) modelo quadrático para a escala de altura; b) achatamento da atmosfera; c) variação diurna-noturna da densidade atmosférica com o fluxo solar e d) rotação da atmosfera. Variáveis não singulares são introdizidas e, com isto, a teoria pode ser aplicada para satélites com excentricidades e inclinações próximas de zero. A integração do sistema de equações que descreve o problema é feita utilizando-se método para sistemas canônicos generalizados.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Com o advento dos satélites artificiais, o estudo sobre micro-gravidade ganhou importância fundamental face a grande utilidade desta em diversas áreas. Norte-americanos, soviéticos e em breve europeus, se destacam como os mais avançados em estudo desta natureza graças as estações orbitais e veículos reetráveis que possuem. A China conseguiu entrar neste pequeno circulo de pesquisas sobre micro-gravidade através de seu satétite recuperável, o BIO-SATELLITE. Nele, experimentos são desenvolvidos enquanto em órbita e analisados em terra graças ao retorno deste por meio de controladores automáticos, aterrissando em pontos previamente estabelecidos. Este trabalho está voltado para a análise da dinâmica de reentrada atmosférica, onde os parâmetros essenciais desta missão são discutidos de maneira genérica tais como janela de reentrada, desceleração, aquecimento aerodinâmico, empuxo nescessário para efetuar uma reentrada que atenda aos níveis de limitação física, ponto de aterrissagem e análise das dimensões do paraquedas para um freamento em altitudes próximas ao ponto de ímpacto. Apesar de ser um trabalho com abordagem genérica, procura-se nele uma relação o mais próximo possível da realidade, mostrando a viabilidade deste como projeto.

Venezianas térmicas constituídas por palhetas móveis ou máscaras rotativas sobre uma base irradiadora, são dispositivos de grande eficiência para o controle térmico de satélites artificiais. Este trabalho apresenta uma análise detalhada das características térmicas de uma veneziana térmica. O comportamento térmico da veneziana, definido em termos de sua emitância equivalente, é calculado para diferentes valores do ângulo de abertura das palhetas. Resultados experimentais obtidos com o ensaio do protótipo de uma veneziana térmica para uso espacial, apresentaram boa concordância com as previsões teóricas.

Documento Confidencial. Não pode ser disponibilizado para consulta / Tese de mestrado. Engenharia Informática. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2007

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2012. / Submitted by Elna Araújo (elna@bce.unb.br) on 2013-03-05T23:09:09Z No. of bitstreams: 1 2012_RonaldoLyrioBorgo.pdf: 3856647 bytes, checksum: c14b0d83c4ac4643eee004efad4f8982 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-03-06T11:14:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_RonaldoLyrioBorgo.pdf: 3856647 bytes, checksum: c14b0d83c4ac4643eee004efad4f8982 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-03-06T11:14:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_RonaldoLyrioBorgo.pdf: 3856647 bytes, checksum: c14b0d83c4ac4643eee004efad4f8982 (MD5) / Constelações de satélites têm sido utilizadas desde o século XX como infraestrutura de tecnologias de informação e comunicação espacial a serviço das redes de gestão de desastres, de abrangência nacional, regional e global. As tecnologias de informação e comunicações espaciais lograram destaque nesse campo devido a fatores de eficácia nas comunicações emergenciais em situações de desastres, como comprova a experiência internacional relatada pela ITU-D e a ITU-R, por agências espaciais e centros de transferência de tecnologia, como o Asia and Pacific Center for Transfer of Technology (APCTT). O trabalho de pesquisa está centrado na investigação de um sistema de telecomunicações por satélite geoestacionário de banda larga equipado com arquitetura e interface ar de padrão ETSI Satellite Digital Video Broadcast with Return Channel second generation (DVB-RCS2), para serviços fixos (VSAT) e móveis transportáveis (USAT) para a gestão de desastres. Desenvolve análises sobre simulações de balanço de potência de enlaces para a verificação de desempenho do sistema via satélite geoestacionário de banda larga proposto no estudo operando nas bandas Ka e Ku. A dissertação visa contribuir somente com elementos de análise de desempenho do sistema que possa servir ao planejamento preliminar de um sistema alternativo via satélite de telecomunicações de banda larga, para suporte de uma futura plataforma tecnológica (framework) brasileira para a gestão e redução de riscos de desastres, com extensão de cobertura para a América do Sul. _____________________________________________________________________________ ABSTRACT / Satellite constellations have been improved since the twentieth century to serve as information and communication technology (ICT) infrastructure and space communication networks, in the service of Disaster Management at national, regional and global level. ICT have achieved prominence in the space field due to factors of emergency communications efficiency for disaster management, as evidenced by international experience reported by the ITU-D and ITU-R, by space agencies and R&D centers like the Asia and Pacific Center for Transfer of Technology (APCTT). The proposed research work is centered on the investigation of a geostationary satellite system for broadband telecommunications services equiped with a core air interface ETSI architecture pattern like Satellite Digital Video Broadcast with Return Channel second generation (DVB-RCS2), for satellite acess fixed VSAT and transportable USAT terminals to support disaster management. It develops link budget simulations to verify Ka and Ku bands aplication´s performance. The dissertation aims to contribute only with performance elements from experienced geostationary broadband satellites systems exploring the Ka and Ku microwave regulated spectrum, to serve as preliminary planning study for a backhaul space telecommunications platform, it could support a future deploy framework for Brazil and South America region disaster risk reduction and management.