Um Sistema de Controle de Atitude (SCA) requer estimativas da atitude e velocidade angular em tempo real para que, em malha fechada, ele possa corrigir o apontamento do satélite conforme desejado. Essas estimativas são produzidas por um Sistema de Determinação de Atitude (SDA), o qual se constitui basicamente de sensores e de métodos de estimação. O desenvolvimento de satélites de baixo custo motiva pesquisas sobre métodos que possibilitam a estimação de atitude e velocidade angular tendo em vista o uso de medidas apenas de sensores de atitude, evitando-se o emprego de girômetros. Sensor solar e magnetômetro são sensores de atitude comumente utilizados por apresentarem baixo consumo de energia, ocuparem pouco espaço, serem leves e baratos. O presente trabalho tem por objeto revisar métodos de estimação baseados no filtro de Kalman estendido (EKF) e propor, com o intento de investigação, métodos semelhantes baseados no filtro de Kalman unscented (UKF). Adicionalmente, propõe-se ao final um SDA autônomo para satélites de baixo custo, estabilizados por rotação ou controlados em 3 eixos, que se movem em órbitas terrestres baixas e embarcam magnetômetro e sensores solares. Os estimadores desse sistema são avaliados com dados simulados. Os resultados indicam que o conjunto de sensores que se pretende utilizar no satélite universitário ITASAT produz estimativas que divergem durante movimentos angulares lentos em períodos de eclipse solar. Dessa forma, o controle de atitude em 3 eixos baseado nas estimativas de atitude e de velocidade angular produzidas pelo SDA proposto deve ser avaliado cautelosamente para que, mesmo em períodos de eclipse, seja capaz de prover segurança térmica cumprindo com a restrição de ortogonalidade entre o eixo de simetria do satélite e a direção do Sol. Os resultados obtidos serão utilizados no SDA do satélite ITASAT em desenvolvimento no ITA sob a égide da Agência Espacial Brasileira.

O presente trabalho propõe e avalia, através de simulação, um Sistema de Controle de Atitude (SCA) autônomo, para satélites estabilizados por rotação (spin), utilizando como atuadores apenas magnetotorqueadores (MTQ), sem utilizar dispositivos passivos para amortecimento de nutação, e como sensores apenas magnetômetro e sensor de Sol. São utilizados três MTQ, formando um ângulo de 90 entre si, sendo apenas um ativo a cada instante e podendo apresentar os seguintes estados de funcionamento: ligado "positivamente", ligado "negativamente" ou desligado. O SCA ativa o magnetotorqueador que minimiza a condição de estabilidade assintótica, sendo controlados simultaneamente a magnitude e a direção do eixo de spin. Os estados do satélite, utilizados pelo SCA para avaliar a condição de estabilidade assintótica e chavear o magnetotorqueador mais adequado, são sua atitude e velocidade angular, que são estimadas pelo Sistema de Determinação de Atitude (SDA) a partir das medidas dos sensores citados anteriormente. Este SDA emprega estimadores de bias, atitude e velocidades angulares, sendo as estimativas geradas por um filtro de Kalman estendido (EKF). O eixo de spin deve se manter apontando ortogonalmente ao plano da eclíptica com velocidade de aproximadamente 40 rpm durante a fase operacional. O SCA é avaliado para o satélite universitário ITASAT, o qual é modelado como um corpo rígido, com massa de 73,6 kg, dimensões de 700x700x650 mm e momentos principais de inércia em torno de 6,5 kgom2, nos eixos perpendiculares à direção de spin, e 8,0 kgom2, na direção do eixo de spin. A missão do referido satélite é desempenhada em uma órbita circular, com altitude de 750 km e inclinação de 25. Os torques de perturbação avaliados são os devido ao gradiente de gravidade e devido às correntes induzidas. A parametrização da atitude do satélite é realizada através de quatérnio. Utiliza-se como modelo de campo geomagnético o World Magnetic Model (WMM-2005) e como modelo de mecânica celeste o Simplified General Perturbations Satellite Orbit Model 4 (SGP4), juntamente com um modelo embarcado de órbita Kepleriana, considerando apenas a perturbação J2. São consideradas incertezas no tensor de inércia, no valor dos atuadores e nas medidas dos sensores, bem como erros provenientes do SDA. Como condições iniciais, são avaliados dois cenários, ambos com erro de apontamento inicial de 15, e apresentando, respectivamente, spin inicial de 120 rpm e 0 (zero) rpm. A partir das simulações, verifica-se que o satélite atinge a atitude desejada após 10 dias para o spin inicial de 120 rpm e 5 dias para a outra condição avaliada. Finalmente, o SCA mostra-se bem-sucedido em regime, após uma fase inicial de manobras, mantendo o eixo de spin nominalmente perpendicular à eclíptica com velocidade de spin de 40 rpm, apresentando apontamento com erro inferior a 2,5 e erro de velocidade de spin com magnitude inferior a 1 rpm, e sendo o movimento de nutação amortecido e mantido com valor inferior a 1,5.

O presente trabalho propõe um Sistema de Controle de Atitude (SCA) autônomo em malha fechada com um Sistema de Determinação de Atitude (SDA) para satélites de baixo custo estabilizados por roda de momentum e magnetotorqueadores (MTQ) e utilizando como sensores um magnetômetro triaxial e sensores da direção do Sol. O satélite estudado é estabilizado em três eixos com uma única face voltada para o Sol. Possui uma roda de momentum para prover rigidez giroscópica e gerar torques para apontamento das antenas em torno do eixo da roda, o qual é alinhado na direção perpendicular à face voltada para o Sol. O apontamento dessa face em direção ao Sol e o amortecimento de nutação são realizados pelos magnetotorqueadores. O SCA, em malha fechada, é realimentado por estimativas da atitude em 3 eixos e da velocidade angular do satélite fornecidas pelo SDA. O SDA consiste em um filtro de Kalman estendido (FKE) que processa as medidas vetoriais da direção do Sol e do campo geomagnético para gerar as estimativas. É feita a avaliação estatística do desempenho do FKE com base em simulações de Monte Carlo. O sistema aqui desenvolvido originalmente objetivou ser embarcado no satélite universitário ITASAT de forma a prover mais potência elétrica e sem a oscilação que ocorre em uma configuração estabilizada por rotação spin. O satélite é modelado como um corpo rígido, com massa de 85 [k

O problema de manobras ótimas de atitude de um satélite artificial com simetria cilíndrica ou esférica é analisado, considerando um sistema de propulsão a baixo empuxo e potência limitada. O problema de Mayer, com o sistema dinâmico descrito pelas equações do movimento rotacional do satélite, na forma canônica estendida, nas variáveis de Andoyer, é considerado. Um modelo analítico para manobras de atitude de pequena amplitude, considerando a atitude de referência descrita pelo movimento rotacional livre de torques externos do satélite, é apresentado. Uma solução analítica de primeira ordem para as correções ótimas de atitude de satélite, é obtida por simples quadraturas, e representada por um sistema linear algébrico, envolvendo os valores iniciais das variáveis adjuntas. Os efeitos do torque de gradiente de gravidade no controle ótimo de atitude do satálite, são incluídos. O problema de manobras ótimas de atitude do satélite, formulado em termos dos ângulos de Euler, também é analisado. Aplicando o Princípio de Máximo de Pontryagin ao problema de otimização, nas variáveis ângulos de Euler, um problema não-linear de valor de contorno em dois pontos, é determinado. Uma solução numérica é obtida resolvendo-se o problema não-linear pelo método do shooting. A comparação dos resultados numéricos e anlíticos mostram que as soluções analíticas fornecem uma boa aproximação da solução numérica, para o intervalo de tempo considerado.Os resultados obtidos mostram que é possível propor uma lei de controle ótimo, na forma explícita, para a atitude do satélite artificial.

Las imágenes captadas por los sensores a bordo de los satélites de observación terrestre antes de que puedan ser utilizadas tienen que pasar por una serie de correcciones que dependerán del uso final que se quiera hacer de ellas. Esta investigación trata sobre la corrección del sombreado topográfico, la cual trata de disminuir las sombras presentes en la imagen principalmente en zonas de relieve abrupto. Las sombras dificultan la interpretación visual de cubiertas de interés así como la clasificación digital como en nuestro caso que pretendemos discriminar cuerpos de agua, que por su baja respuesta espectral se confunden con las sombras presentes en la imagen de satélite Se han analizado tres de los principales métodos de los muchos que se han propuesto para este fin aplicándolos a una sub-escena de una imágenes Landsat ETM+ perteneciente a la cuenca alta del río Chillón, mediante el empleo de programas informáticos de tratamiento digital de imágenes de satélite y de sistemas de información geográfica, haciendo uso de sus lenguajes de programación y del álgebra de mapas lo cual ha permito tener un control detallado durante el proceso de corrección.

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / El presente trabajo de titulo tuvo como objetivo evaluar la conveniencia de la puesta en órbita de un satélite geoestacionario, haciendo uso de las órbitas asignadas a Chile por la UIT. La evaluación consiste en realizar un estudio a nivel de prefactibilidad evaluando a nivel económico, estratégico y social el proyecto de satélite geoestacionario. Para ello se recopila información actualizada con respecto a las órbitas asignadas a Chile, en particular el número, su posición orbital, el servicio que pueden ofrecer y su cobertura geográfica. Basándose en la capacidad de comunicación y cobertura que podría tener el satélite, la evaluación económica dio como resultado que el proyecto tiene un costo para el país en el orden de los US$ 150 millones de dólares. Con respecto a la situación estratégica se discute la utilidad que podría tener un satélite de comunicaciones para el país, tanto a nivel civil como militar. La evaluación social muestra las ventajas que posee la tecnología satelital sobres otras con respecto a su capacidad para cubrir grandes zonas geográficas y con una baja inversión por parte del usuario final, permitiendo de esta manera llegar a zonas de difícil acceso o escasamente pobladas. Se concluye que si bien la puesta en órbita de un satélite geoestacionario por parte de Chile haciendo uso de las órbitas asignadas a Chile por la UIT significa una gran inversión para el país, sus beneficios desde el punto de vista estratégico y social compensan el alto costo del proyecto. Como trabajo futuro se propone definir el servicio satelital que se quiere entregar y la cobertura geográfica a abarcar, para determinar una de las posiciones geoestacionarias asignadas a Chile por la UIT, o bien si la mejor opción es solicitar una nueva posición geoestacionaria o modificar las características de las órbitas asignadas a Chile.

Desde a década de 70, técnicas de Sensoriamento Remoto têm sido usadas para estudar os recursos naturais. A partir da década de 90, o lançamento de satélites com sensores de alta resolução levou à implementação de novas abordagens no processamento digital de imagens. O mapeamento florestal é uma das ferramentas fundamentais para efetuar o diagnóstico atual da situação de remanescentes florestais, possibilitando, assim, a definição de estratégias que poderão conciliar a conservação da natureza e o desenvolvimento econômico de uma propriedade ou região. A presente pesquisa avaliou a possibilidade de se identificar e discriminar tipologias florestais presentes em um fragmento de Floresta Ombrófila Mista, visando desenvolver uma metodologia para o mapeamento dos remanescentes deste ecossistema de forma rápida, com baixo custo e precisão aceitável. Neste estudo de caso, os trabalhos foram realizados na Reserva Florestal EMBRAPA/EPAGRl, localizada no município de Caçador-SC. Levantamentos de campo, através do apontamento de áreas consideradas "alvo", forneceram um importante suporte para a definição das tipologias presentes na área de estudo. Em imagem Ikonos foram aplicadas técnicas de processamento digital de imagens, testando-se algoritmos de segmentação e classificação orientada a regiões como ferramentas para a descrição do estado atual da floresta. A avaliação do processamento digital foi efetuada comparando-se os resultados com um mapa-, referência ("verdade de campo"), elaborado no software ArcView, por meio de interpretação visual da imagem via tela do monitor. A definição das classes de mapeamento foi baseada na presença de espécies indicadoras de estágio sucessional com fisionomia arbustiva a arbórea que compõem o dossel da floresta. O mapeamento foi estruturado em dois níveis hierárquicos, sendo o primeiro referente aos estágios sucessionais e, o segundo, às tipologias propriamente ditas. Foram definidas e mapeadas 13 classes temáticas por meio de interpretação visual, sendo oito destas referentes a tipologias florestais. Métodos de análises qualitativas e quantitativas foram empregados para a definição dos melhores pares de limiares para o processo de segmentação. Para tanto, na análise quantitativa desenvolveu-se uma modificação do índice IAVAS, denominado IAVASmod' Este índice permitiu comparar os diferentes limiares de similaridade e área, eliminando, com isto, a subjetividade de uma avaliação qualitativa na definição das melhores combinações de pares limiares. Dentre os pares testados, o melhor foi o par de limiares 35 para similaridade e 1.200 para área. As regiões geradas por este par de limiares foram submetidas ao processo de classificação, empregando-se os algoritmos "Isoseg" e "Bhattacharyya", disponíveis no software SPRlNG. Na classificação digital, reduziu-se para 11 o número de classes devido à não discriminação de uma classe referente à tipologia florestal e o agrupamento de outras duas referentes ao uso do solo. A classificação digital supervisionada apresentou-se eficiente para discriminar a tipologia "Predominância de Araucária". Para as demais tipologias florestais o classificador Bhattacharyya não demonstrou uma performance adequada, fato que influenciou os baixos valores de acuracidade geral (51,73%) e o índice kappa (0,43).

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Ingeniero Civil Eléctrico / Las estaciones terrenas son las encargadas de recibir la información enviada por los satélites, para que dicha información sea utilizada por los usuarios que la requieran en tierra. En particular, el uso de nanosatélites por distintas instituciones de investigación y universidades, crea la necesidad de que estas estaciones terrenas sean capaces de mantener un enlace de comunicaciones estable y de un desempeño tolerable para la transmisión de datos utilizados para la ciencia. En el presente trabajo se presenta el diseño e implementación de un esquema de comunicaciones en la banda de 2,4GHz para desarrollar una estación terrena que opere en dicha frecuencia y pueda ser utilizada en un enlace de comunicaciones para nanosatélites. En la primera parte de esta memoria se presenta el marco teórico que permite entender los distintos bloques que componen un esquema de comunicación digital, para luego analizar el uso de enlaces de radio en comunicaciones. Junto con lo anterior, se explican los elementos que componen a los sistemas de comunicación satelital, y se detalla el esquema de comunicación del proyecto Suchai 1, para luego introducir la problemática abordada. Se diseñó e implementó un esquema de comunicaciones en la banda ISM en torno a 2,4 GHz, por medio de la utilización de Radios Definidas por Software, lo cual permitía modificar de manera versátil los parámetros fundamentales de dicho sistema de comunicaciones. Se procedió a adaptar una antena satelital existente a la banda de operación deseada, y así, incluir dicha antena al sistema de comunicaciones implementado en Radios Definidas por Software. De esta forma, se definen por completo los bloques de una estación terrena satelital. Se realizaron pruebas para cuantificar tanto el desempeño del enlace como la adaptación realizada. De esta forma, utilizando como figura de mérito la tasa de error de bits, y aprovechando la versatilidad de las radios definidas por software, se pudo observar el desempeño del sistema de comunicaciones digitales mediante la variación de la razón señal a ruido del sistema. Por otro lado, se realizaron mediciones del parámetro de scattering S11 en la entrada de la antena para asegurar que su operación este dentro de la banda. También se realizaron pruebas para medir el punto de máxima ganancia y el valor de esta última para cuantificar si la adaptación era óptima. Una vez hecho lo anterior, se realizaron pruebas del esquema de comunicaciones incluyendo a la antena adaptada y en un escenario con pérdidas equivalentes a la distancia entre la estación terrena y el satélite en órbita. Finalmente, utilizando modulación FSK en la banda de 2,4 GHz, se logró obtener un enlace de comunicaciones con una tasa de 10 kbps, logrando alcanzar una distancia equivalente superior a 700 km, con lo que se puede concluir que la arquitectura propuesta mediante el uso de radios definidas por software para una estación terrena satelital es factible.

Las comunicaciones satelitales son desde hace varios años, el medio para las comunicaciones que no tienen una distancia límite ni frontera establecida para su establecimiento, ya que pueden interconectar diferentes zonas geográficas sin presentar inconveniente por temas de altitud geográfica, región, clima, entre otros. / Tesis