Submitted by Setor de Tratamento da Informa??o - BC/PUCRS (tede2@pucrs.br) on 2016-05-17T12:48:46Z No. of bitstreams: 1 DIS_RODRIGO_PAZ_FRANCA_COMPLETO.pdf: 8349299 bytes, checksum: 8d61680a2d3b9712c0ec72b0b6f48970 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-17T12:48:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DIS_RODRIGO_PAZ_FRANCA_COMPLETO.pdf: 8349299 bytes, checksum: 8d61680a2d3b9712c0ec72b0b6f48970 (MD5) Previous issue date: 2016-03-01 / This work presents localization methods for underwater vehicles based on sensor fusion. To achieve the sensor fusion two techniques were used: Extended Kalman Filter (EKF) and Particle Filter (PF). The EKF method developed uses an Inertial Measurement Unit (IMU) and a GPS Intelligent Buoys (GIB) sensor. With the purpose of developing a low-cost location method which does not require external sensors, the Terrain Based Localization (TBL) technique was also developed. This method consists in the fusion between an IMU, a sonar and a bathymetric map of the navigation region through the PF. This technique utilizes particles to estimate the probability function of the vehicle position, however, this approach shows poor precision in regions of low depth variation. In order to solve this problem two solutions are presented, one in software, which uses a trajectory generation algorithm (TG) that limits the vehicle navigation to regions of the map with large depth variation; and another solution which uses a peripheral GIB sensor, with the purpose of improving the PF correction step. In order to validate the developed methods simulations in the MATLAB software were made utilizing an AUV (Autonomous Underwater Vehicle) mathematical model. An analysis of the computational cost of the LBT technique was performed, through the implementation of the algorithm in the ?C? programming language, where it was embedded on a micro-controlled board to measure the method execution time. In order to analyze the convergence capacity of the TBL and the TG algorithm effect thousand simulations with different quantities of particles were performed for TBL technique and TBL together with the GT algorithm. / Este trabalho apresenta m?todos de localiza??o para ve?culos aqu?ticos baseados na fus?o de sensores. Para realizar a fus?o dos sensores foram utilizadas duas t?cnicas: o Filtro de Kalman Estendido (FKE) e o Filtro de Part?culas (FP). O m?todo do FKE desenvolvido, al?m de uma Unidade de Medidas Inercias (IMU do ingl?s-Inertial Measurement Unit) tamb?m necessita de um sensor GIB (GPS Intelligent Buoys). Com a finalidade de desenvolver um m?todo de localiza??o de baixo custo, o qual n?o necessite de sensores externos, foi desenvolvido a t?cnica de Localiza??o Baseada em Terreno (LBT). Tal m?todo consiste na fus?o entre uma IMU, um sonar e um mapa batim?trico da regi?o de navega??o do ve?culo, por meio do FP. Esta t?cnica utiliza part?culas para estimar a fun??o de probabilidade da posi??o do ve?culo; entretanto, tem como limita??o a baixa precis?o em regi?es de pouca varia??o de profundidade no mapa. A fim de contornar esse problema s?o apresentadas duas solu??es, uma em software que utiliza um algoritmo de gera??o de trajet?ria (GT) que for?a o ve?culo a navegar por locais onde a varia??o de terreno ? maior. Tamb?m foi desenvolvido uma solu??o que utiliza um sensor GIB como perif?rico, com proposito de melhorar o passo de corre??o do FP. A fim de validar os m?todos foram realizadas simula??o no software MATLAB utilizando um modelo matem?tico de um AUV (Autonomous Underwater Vehicle). Uma an?lise do custo computacional da t?cnica LBT foi realizada atrav?s da implementa??o do algoritmo na linguagem de programa??o ?C?, onde foi embarcada em uma placa micro-controlada para medir a frequ?ncia de execu??o do m?todo. Foram realizadas mil simula??es para t?cnica de LBT e para LBT em conjunto com o algoritmo de GT com diferentes quantidades de part?culas, com o intuito de analisar a capacidade de converg?ncia do m?todo de LBT e tamb?m o efeito do algoritmo de GT.

Submitted by Setor de Tratamento da Informa??o - BC/PUCRS (tede2@pucrs.br) on 2015-11-13T18:46:36Z No. of bitstreams: 1 476061 - Texto Completo.pdf: 1784422 bytes, checksum: d3eac64efed456626b720b6ff5c174a4 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-13T18:46:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 476061 - Texto Completo.pdf: 1784422 bytes, checksum: d3eac64efed456626b720b6ff5c174a4 (MD5) Previous issue date: 2015-03-31 / The sensors devices obtained a great evolution in recent years, primarily due to the advancement of manufacturing techniques of electronic devices. And with the evolution of wireless communications techniques, it has been possible to implement wireless sensor networks in numerous types of applications. One of the biggest issues concerning these systems is their limited energy supply during eld operation. The sensors forming such network possess little capacity to store energy, this is due to their need to be reduced in size. Anyhow, the area occupied by the power supply system in many designs is responsible for about 50% of the device`s total area. In this context, this work presents two contributions regarding energy consumption in wireless sensor networks when applied to critical systems, ie where environmental variation can cause injury, danger or tragedy to humanity. First, this dissertation presents an energy model for measuring the e ectiveness of the medium access protocol that will be the second purpose of this dissertation. This protocol aims to add exibility to the frequency of collection of environmental information, which in turn is based on Time Division Multiple Access (TDMA). In this way energy consumption can be reduced and consequently the system`s lifetime is increased. / A tecnologia associada a nodos sensores passou por uma grande evolu??o nos ultimos anos, principalmente devido ao avan?o nas t?cnicas de fabrica??o de dispositivos eletr?nicos. Esse fato, em conjunto com a evolu??o da tecnologia de comunica??es sem fio, tornou poss?vel o uso de Redes de Sensores Sem Fio (RSSFs) nos mais diversos tipos de aplica??es. Apesar de vantagens tais como capacidade de monitorar zonas de dif?cil acesso, o uso de RSSF em determinados tipos de aplica??es pode ser invi?vel devido fundamentalmente a restri??es associadas ao fornecimento de energia. Basicamente, devido a usual baixa capacidade de armazenamento das baterias presentes nos nodos sensores; a vida util da rede passa a ser afetada. Em muitas implementa??es a area ocupada pelo m?dulo de fornecimento de energia chega a ocupar aproximadamente 50% da area total do nodo. Outro ponto importante a ser salientado e que al?m de uma unidade de bateria, o fato da rede ser usualmente utilizada para monitorar regi?es de dif?cil acesso, faze com que a substitui??o das mesmas seja totalmente invi?vel. Neste contexto, este trabalho prop?e duas contribui??es que visam de alguma forma maximizar o tempo de vida util dos nodos presentes em uma RSSF quando aplicada em sistemas cr?ticos, onde a varia??o do ambiente pode causar algum preju?zo ou mesmo perigo a humanidade. Em um primeiro momento, esta disserta??o de mestrado prop?e um modelo energ?tico para mensurar a efici?ncia do protocolo de acesso ao meio. Em um segundo momento, desta disserta??o de mestrado, tem como objetivo desenvolver um novo protocolo de acesso ao meio baseado na flexibiliza??o da frequ?ncia de coleta de informa??es do ambiente. Essa flexibiliza??o ser? implementada baseada na ideia de Time Division Multiple Access (TDMA). Desta forma, ser? poss?vel reduzir o consumo de energia e consequentemente, aumentar a vida util do sistema como um todo.