Esta dissertação propõe o projeto de um sistema de monitoração veicular (SMV), utilizando o sistema de posicionamento global (GPS) e a telefonia celular. O dispositivo GPS e o telefone celular foram integrados a um microcomputador de bordo (SBC) compacto para uso em sistemas embarcados. A integração resultou em um sistema para monitorar a posição de um veículo de modo a detectar automaticamente se o veículo se afasta de uma distância superior a um valor máximo permitido em uma trajetória ideal prevista.

Neste trabalho é apresentado um estudo de redes de antenas de microfita circularmente polarizadas, com apontamento de feixe e controle de nível dos lóbulos secundários. A especificação a ser cumprida é a de uma antena de um pseudo-satélite GPS operando na freqüência L1 (1.575,42 MHz). No decorrer do desenvolvimento, são apresentadas importantes ferramentas computacionais de auxílio no projeto de redes de antenas. Inicialmente é descrito o sistema GPS, enfatizando suas vantagens e limitações quanto ao seu emprego na esfera civil. Em seqüência, discute-se a antena de microfita, com foco nas geometrias capazes de cumprir as especificações desejadas. A antena de canto truncado é escolhida, procedendo-se à sua análise e otimização com auxílio dos programas comerciais disponíveis no Laboratório de Antenas e Propagação (LAP) do ITA. Constrói-se o protótipo do elemento irradiador e medições de impedância e diagramas de irradiação são realizadas. Em seguida, faz-se um estudo de redes lineares e planares de antenas isotrópicas segundo a seguinte especificação: apontamento de feixe para uma determinada direção e controle de nível dos lóbulos secundários. As sínteses de diagramas são realizadas utilizando-se o método de Dolph-Tschebyscheff. Com a incorporação do elemento irradiador nas redes projetadas, observa-se o não cumprimento da especificação supracitada, ensejando a busca por algoritmos alternativos. Baseado em um algoritmo disponível na literatura, implementa-se uma ferramenta computacional de síntese de diagramas de redes lineares de antenas de microfita de canto truncado. Com o objetivo de contemplar redes planares, modificações são inseridas no algoritmo original. Resultados são apresentados e discutidos. Durante este procedimento, aproxima-se o diagrama de campo total da antena de microfita quase quadrada por uma função simples do tipo co-senoidal, facilitando a codificação e melhorando o desempenho das ferramentas. Excelentes resultados são apresentados. Por fim, executa-se o projeto completo de uma rede planar capaz de satisfazer as especificações estabelecidas para a antena de um pseudo-satélite GPS que está em desenvolvimento no ITA. Feita a síntese do diagrama de irradiação desejado, é estabelecida uma topologia para os divisores de potência do sistema de alimentação da rede. Duas ferramentas para projeto desses divisores são implementadas, bem como um método desenvolvido para testar os mesmos, agregando rapidez e agilidade ao projeto.

Este trabalho apresenta os modelos físicos e aerodinâmicos para uma bomba guiada. Adicionalmente, são apresentados os modelos atmosféricos, de vento e de atuadores. O estudo é realizado com as equações do movimento com três graus de liberdade. Sob considerações práticas e restrições de desempenho, pode-se determinar as regiões de lançamento aceitável Uma otimização não-linear das leis de guiamento é proposta para assegurar que estas regiões sejam tão grandes quanto possíveis. Diferentes leis de guiamento são analisadas e seus desempenhos comparados. Um autopiloto é então projetado para executar os sinais de referência fornecidos pelo sistema de guiamento. A planta não-linear é estudada e é desenvolvido um controlador com escalonamento de ganhos por alocação de pólos. O controlador é protegido por um esquema de "anti-windup", evitando a divergência dos integradores na presença de saturações. O desempenho global do sistema é avaliado por simulações de Monte Carlo aplicadas ao modelo não-linear completo com três graus de liberdade. Considera-se vento cortante, turbulência, rajadas e modelos de erros de medida com propriedades estatísticas apropriadas.

Uma nova técnica para a determinação da atitude de uma aeronave por interferometria GPS foi desenvolvida para superar as restrições operacionais dos algoritmos conhecidos e publicados. Esta nova técnica estima o sinal verdadeiro da medida da linha base que define o eixo-z do sistema de antenas GPS. Além disto, foi utilizada uma nova estratégia para reinício do algoritmo que reduz o tempo de convergência do mesmo. Este trabalho compreendeu as seguintes tarefas: desenvolvimento teórico do algoritmo; realização de simulações para comprovação em ambiente controlado do desempenho do algoritmo; realização de ensaios em solo com a utilização de uma base móvel para verificação da operação deste sistema; montagem do sistema numa aeronave para comprovação experimental do algoritmo em condições estáticas e dinâmicas; e análise e redução dos dados para verificação das características do algoritmo. Os resultados foram satisfatórios e as ferramentas desenvolvidas podem ser utilizadas nas seguintes aplicações: desenvolvimento de um sistema de baixo custo para a determinação da atitude com GPS de uma aeronave; desenvolvimento de soluções para determinação da trajetória exata de um veículo a partir das medidas de receptores GPS independentes; desenvolvimento de sensores de velocidades angulares utilizando receptores GPS; desenvolvimento de sensores de deformação mecânica com receptores GPS; e em outras aplicações de posicionamento de altíssima exatidão com receptores GPS (melhor do que 2mm @1s).

Este trabalho apresenta a análise da aquisição do sincronismo das seqüências pseudoaleatórias no receptor GPS (Global Positioning System), que usa a técnica de espalhamento espectral com seqüência direta. A aquisição é feita pela técnica de busca serial "single dwell". A geração de seqüências de máximo comprimento, e suas propriedades aleatórias são estudadas. Os códigos gold utilizados pelo sistema GPS e o sinal pseudoaleatório transmitido são também apresentados. Faz-se uma análise de um circuito digital de recepção para obter a aquisição do sinal pseudoaleatório de acordo com as exigências impostas pelo sistema GPS. São obtidas as equações que permitem calcular analiticamente o tempo médio de aquisição e sua variância. As probabilidades de detecção e falso alarme são encontradas em função dos parâmetros de aquisição, sem considerar o efeito de desvio de freqüência. Finalmente aplica-se a técnica de simulação digital para analisar o desempenho da técnica por busca serial dos sinais pseudoaleatórios, e com ajuda do programa de simulação, torna-se possível avaliar a dupla influência na aquisição quando o efeito Doppler está presente, ou seja, um desvio na freqüência de portadora e um desvio no código pseudoaleatório recebido.

O efeito de multitrajeto é quase inevitável na maioria dos sistemas de comunicação, como por exemplo no GPS, o que ocasiona erros na determinação da pseudodistância. São analisados os erros de atraso de rastreamento de código (valores: médio, rms, máximo e mínimo absoluto) para canal especular, para receptores coerente e não-coerente, confirmando os resultados da literatura. Como contribuições são apresentados e analisados os erros de atraso de rastreamento para canal difuso (distribuição de probabilidade de amplitudes Rice), utilizando-se receptor não-coerente com desvanecimento lento e rápido. O modelo de canal especular simulado consiste de dois trajetos, um direto e outro refletido por um obstáculo fixo ou móvel. Para a simulação do canal difuso tem-se a presença de diversos trajetos refletidos obedecendo a uma distribuição de probabilidade de amplitudes Rayleigh ou Rice, esta última, quando se considera o trajeto direto. Foram analisados, modelados e simulados circuito de rastreamento coerente e não-coerente, e os canais com desvanecimento lento e rápido.

É desenvolvido um receptor por software para GPS, fundamentada na análise do ambiente de operação de cada um de seus segmentos e que pode utilizar dados digitalizados ou simulados para testar todos os processos que podem vir a ser utilizados nos receptores implementados por firmware e hardware. O receptor desenvolvido, pela facilidade computacional existente e o atual estado da arte, pode ser programado em um computador convencional.No sistema desenvolvido, o sinal é condicionado e processado antes da entrada no receptor GPS por software. É mostrado que o sistema desenvolvido é uma ferramenta util na análise de sistemas de aumentação ou melhoramento baseados em técnicas de minimização ou eliminação de ruídos e interferências, especialmente os de multitrajetos.Foram simulados vários tipos de sinais em visada direta em diferentes ambientes de ruído (SNR) e usados para avaliar os processos de aquisição e rastreamento do receptor por software. Os resultados são apresentados e analisados. Os algoritmos sugeridos na literatura se amostram vulneráveis na presença de ruído e foram modificados e avaliados sob as mesmas condições e mostraram-se mais robustos e eficientes na presença de ruído.Pelos resultados conclui-se que o receptor por software é também uma ferramenta didática útil para formação de recursos humanos nas áreas de Telecomunicações e GNSS.

A metodologia para a construção de um receptor GPS por software é apresentada. O receptor GPS por software é uma ferramenta que permite simular as operações realizadas num receptor GPS com a facilidade de poder alterar a sua estrutura e funções de processamento simplesmente mudando as linhas de código do software. Primeiro é feito um estudo da estrutura do sinal GPS, para depois fazer uma análise da arquitetura e do funcionamento de um receptor GPS. Baseados nesta análise é estabelecida a estrutura do "software" (programa) do receptor GPS que processará os sinais de um ou mais satélites GPS, recuperando os dados das mensagens de navegação neles contidos. São apresentados diferentes métodos e técnicas para o processamento do sinal GPS cuja seleção obedecerá a critérios técnicos de eficiência: tempo de processamento e carga computacional. Finalmente, uma vez implementado o programa este é testado através de vários cenários de recepção (canal satélite-receptor). O objetivo principal do receptor GPS por software é auxiliar, mediante a criação de novos algorítmos e arquiteturas na implementação de novos receptores GPS de maior acurácia. Entre as aplicações do receptor GPS por software estão: testar e avaliar algorítmos de navegação, de mitigação do multicaminho (múltiplas trajetórias de chegada do sinal) e de correções ionosféricas assim como crias novos algoritmos de processamento de sinal. é um sistema didático para treinamento e ensino na área de Sistemas de Navegação por Satélites, GNSS, e em geral na área de processamtno de sinais. Também é o primeiro passo para a realização de um receptor por software em tempo real.

Um pseudo-satélite foi desenvolvido tendo como objetivo superar o problema "near/far" mediante o emprego de uma estratégia que será denominada de "técnica de realimentação do receptor do usuário - RU". Foram desenvolvidos protótipos de pseudo-satélites GPS e programa controlador de potência para dar suporte à validação da proposta. O hardware e o firmware dos protótipos desenvolvidos são descritos. Análises e resultados de ensaios em campo, que consistiram de 4 vôos de helicóptero com receptores GPS embarcados, bem como os procedimentos conjuntos durante a campanha de ensaios são apresentados. Conclusões referentes aos objetivos propostos são apresentados e analisados. Por fim várias recomendações e sugestões são feitas, incluindo-se duas outras variantes da técnica RU.

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).