Sistemas de navegação inercial (INS) possuem erros de posição, velocidade e atitude divergentes com o tempo em uma taxa dependente da precisão dos sensores inerciais. Por outro lado, as taxas divergentes da INS, sistemas de posicionamento global por satélites (GNSS) e dispositivos imageadores (SD) fornecem medidas de posição, velocidade e desalinhamento com erros limitados e em baixas frequências. A complementariedade das características dos sistemas motiva a fusão de dados. A estratégia tradicional de integração é o filtro de Kalman extendido (EKF) como estimador do vetor de erros. Sob certas condições, o filtro de Kalman é o estimador ótimo sob ampla variedade de critérios. Essas condições necessitam de uma modelagem acurada da dinâmica da planta e da sintonia das estatísticas do ruído de modelo e sensores. Portanto, erros de modelagem e sintonia impossibilitam otimalidade e consistência estatística do erro de estimação do filtro e ainda podem levá-lo à divergência. O presente trabalho aborda o problema de buscar a consistência estatística na operação do filtro de Kalman estendido através de técnicas de sintonia automática do ruído de modelagem, a saber, Estimação Adaptativa baseada em Inovação (IAE) e Escalonamento do Ruído de Modelo (SPN). Será experimentalmente demonstrado que IAE falha ao sintonizar o filtro. Será proposta uma alteração na estratégia IAE, a saber, Estimação Adaptativa baseada em Inovação Parcial (IAEP), que deixará o filtro consistente e habilitado a fornecer uma solução de navegação satisfatória. Resultados são obtidos por simulações, onde um veículo aéreo não-tripulado voa uma trajetória conhecida com medidas de sensores inerciais corrompidas por um modelo de constante aleatória e ruído branco. Erros de posição e velocidade, desalinhamento, bias de acelerômetro, deriva de girômetro e erros de relógio GNSS são estimados através da fusão INS/GNSS/SD e testados para consistência estatística em diversos cenários. Adicionalmente, o algoritmo de navegação inercial operando autonomamente é avaliado através de dados reais obtidos em um experimento em montanha-russa.

Nesta tese é abordada a utilização de observáveis específicas, formadas pela combinação linear de fases da portadora e pseudodistâncias, obtidas por dois receptores GPS em duas épocas distintas. O objetivo é obter estimativas das alterações no vetor linha-base entre os receptores com o passar do tempo, processo denominado, neste trabalho, de posicionamento relativo no tempo (PRT), balanceando simplicidade, precisão e baixa demanda computacional. Para o método proposto, apesar de ser necessário que ocorra rastreio contínuo da fase durante medidas consecutivas, nenhum procedimento de resolução de ambiguidades é necessário. A abordagem resulta em uma solução mais simples de computar do que as soluções obtidas pelo método Real-Time Kinematic (RTK), um dos mais acurados existentes hoje, com uma pequena deterioração na precisão, num sentido de PRT, para períodos e linhas-base curtos. Isso leva a aplicações em casos onde o deslocamento relativo a partir de uma posição inicial do usuário é de maior interesse do que sua posição absoluta num referencial terrestre, e quando a demanda computacional é restrita, como no caso da determinação e análise, em tempo real, de trajetórias de veículos aéreos não tripulados (VANTs). Para isso, primeiramente é adotada como observável principal uma combinação de fases, com a qual, através de ajustamentos sucessivos pelo método dos mínimos quadrados, se realiza o PRT. Uma análise teórica de erros para a adoção desta observável é realizada, seguida pela validação dos resultados, utilizando dados reais de gravações de receptores GPS. Por fim uma outra observável, baseada também em pseudodistâncias, é proposta e avaliada.

O modelo dinâmico da aeronave é combinado com medidas obtidas com sensores GPS e INS visando obter redução nas incertezas de determinação de posição. Esta combinação é calculada de modo ótimo, no sentido de média quadrática, empregando-se o Filtro de Kalman Estendido para obter estimativas de posição com acurácia adequada para utilização em navegação de área (RNAV). As medidas obtidas com os sensores GPS e INS são simuladas através da utilização de modelos de erros conservativos para corromper a informação de posição dada pelo método dinâmico da aeronave. As medidas do GPS são disponibilizadas com freqüência de 2Hz enquanto que as do INS são disponibilizadas com 100Hz, sendo também esta a freqüência de atualização do Filtro de Kalman. Na configuração proposta, as estimativas de posição obtidas são suficientemente acuradas para garantir níveis RNP da ordem de 0,037 milha náutica durante um mínimo de 95% do tempo de vôo.

Este trabalho investiga sistemas de navegação INS/GNSS auxiliado por medidas de baseline e ângulo GNSS. Os dados gerados para as simulações foram os dados IMU, dados GNSS e informações de baseline e ângulo GNSS. Estas informações, determinadas a partir de um sistema multiantenas para o posicionamento simples e relativo e no método direto, respectivamente, foram utilizadas como medidas auxiliares para a fusão INS/GNSS. Foi estudada a influência dessas medidas auxiliares nas estimativas de atitude do navegador, mais especificamente no ângulo de yaw, pois o acoplamento da dinâmica do sistema com este ângulo é fraco. Assim, a principal contribuição das medidas adicionais ocorre para este ângulo. Adicionalmente, foi feito um estudo da navegação INS/GNSS usando dados reais SIG-IMU/NAVCON para análise dos biase, baseado em um maior número de realizações, analisou-se a influência do valor de estimativa do erro de atitude do navegador INS/GNSS no erro máximo de posição. Uma interface gráfica foi aprimorada de modo a facilitar as mudanças nos parâmetros do sistema e as simulações dos vários casos, tais como navegação INS/GNSS sem auxílio e com auxílio de baseline e ângulo GNSS, falha do sinal GNSS e navegação INS/GNSS utilizando dados reais.

O uso de sistemas de posicionamento por satélite vem se tornando uma necessidade mundial cada vez mais importante em termos comerciais e militares. O Plano Nacional de Defesa brasileiro, publicado em 2008 por meio de Decreto Presidencial, estabelece que o Ministério da Defesa e o Ministério da Ciência e Tecnologia promoverão medidas com vistas a garantir a autonomia de produção, lançamento, operação e reposição de sistemas espaciais, inclusive por meio de atividades de capacitação de pessoal nas áreas de concepção, projeto, desenvolvimento e operação de sistemas espaciais. O Decreto prevê o desenvolvimento de alternativas nacionais aos sistemas de localização e de posicionamento dos quais o Brasil depende, para fins de monitoramento e controle. Ainda, o desenvolvimento de tecnologia de determinação de coordenadas geográficas a partir de satélites é listado como prioridade para o setor aeroespacial do Brasil nesse Plano. Esta dissertação objetiva propor uma configuração de segmento espacial para um Sistema Brasileiro de Posicionamento por Satélites. Essa configuração representa um importante passo num projeto preliminar para o mesmo, devendo ser selecionadas as características de órbita para os satélites empregados no sistema. Utilizando cálculos baseados em Astrodinâmica e mediante restrições calculadas para a operação dos satélites, são apresentados dados para fundamentação da seleção e dimensionamento do segmento espacial do Sistema.

A cintilação ionosférica causa variações rápidas de amplitude e fase em sinais de rádio que atravessam a ionosfera devido às irregularidades em sua densidade. A cintilação pode degradar o sinal de GPS (Global Positioning System), em alguns casos este sinal pode ser totalmente atenuado. O emprego de sistemas que utilizam o GPS na aviação é realidade, novas tecnologias e formas de navegação que utilizam GPS estão em desenvolvimento. Neste contexto, é importante compreender o comportamento dos receptores quando submetidos à cintilação ionosférica e aplicar métodos que possam melhorar sua eficiência. Receptores de GPS utilizam a demodulação PSK coerente com sincronismo de portadora, quando os sinais de GPS são submetidos aos efeitos da cintilação ionosférica o receptor pode perder o sincronismo referente a um dado satélite e desta forma diminuir a precisão da sua posição. Na literatura foi demonstrado que a modulação PSK (Phase Shift Key) poderia ser demodulada diferencialmente utilizando bits conhecidos para referência, esta técnica apresenta um melhor desempenho para sinais que operaram sobre os efeitos de desvanecimento do tipo Rayleigh quando comparado à demodulação coerente. A presente dissertação apresenta um estudo de caso sobre os efeitos da cintilação ionosférica em um sistema simulado que utiliza a modulação DPSK. Para atingir o objetivo proposto foram criados dois ambientes de simulação, um integrado e um simplificado em MATLAB, estes ambientes foram construídos com os seguintes modelos: geração do sinal de GPS, rastreamento do sinal de navegação do GPS, geração sintética da cintilação ionosférica e adaptações para o emprego da modulação diferencial.

Na Geodésia, quando se deseja determinar coordenadas com exatidão e precisão, faz-se uso do posicionamento relativo. Esta técnica consiste no emprego de dois ou mais receptores GPS onde um receptor permanece sobre um ou mais pontos de coordenadas conhecidas (base) e um ou mais receptores (rover) são colocados sobre os pontos a serem determinados. Para auxiliar e aumentar a produtividade dos usuários que utilizam o posicionamento relativo foram criados os Sistemas de Controle Ativo (SCA), que permitem ao usuário empregar apenas um receptor para realizar o posicionamento relativo, desde que dados coletados simultaneamente de uma estação contínua, pertencente a uma rede ativa, estejam disponíveis. No Brasil, a rede ativa, gerenciada pelo IBGE, é materializada pela RBMC - Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo do Sistema GPS. Os dados de 24 estações distribuídas por todo o território nacional são coletados ininterruptamente e disponibilizados para os usuários. Devido ao grande aumento da utilização das redes de monitoramento contínuo, é de suma importância que as observáveis das estações passem por um controle de qualidade, assegurando confiabilidade aos dados coletados. Neste trabalho é apresentada uma análise detalhada dos indicativos de qualidade dos dados da estação NEIA (Cananéia/SP), pertencente a RBMC, referente ao período compreendido entre janeiro de 2002 e abril de 2006, bem como da variação temporal de suas coordenadas (latitude, longitude e altura geométrica), quando comparadas com as coordenadas fiduciais da estação. Estas análises foram realizadas com base nos resultados de processamento obtidos com o uso dos seguintes programas: TEQC, BERNESE V. 5.0 e pelo serviço de processamento on-line AUSPOS. / In Geodesy, when the determination of coordinates with great accuracy and precision is desired, relative positioning is used. This technique consists of the use of the two or more receivers, where a receiver is placed on a station of known coordinates (base) and one or more remote receivers (rover) is placed on the stations to be determines. To help and increase the productivity of the users that use relative positioning, had been created the Control Active Systems (SCA), that allow the use of only one receiver by the user to carry out the relative positioning, provided that the data collected simultaneously from a continuous station of an active network is available. In Brazil, the active network is materialized by the RBMC - Brazilian Network of Continuous Monitoring of GPS, managed by the IBGE. Data of 24 stations distributed throughout the country is collected uninterruptedly and made available for the users. Due to the great increase of the use of the networks of continuous monitoring, it is of high importance that the observations pass through a quality control, assuring trustworthiness to the collected data. In this work is presented a detailed analysis of the data quality of station NEIA (Cananéia/São Paulo State/Brazil), belonging to the RBMC, referring to the period between January 2002 and May 2006, and the secular variation of its coordinates (latitude, longitude and geometric height), when compared with the fiducials coordinates of this station. These analyses had been carried out based on the results obtained by the processing with the following softwares: TEQC, BERNESE V. 5.0 and the AUSPOS on-line processing service.

A constante evolução dos equipamentos e softwares na área de topografia propiciou um ganho considerável em produtividade e qualidade na confecção dos mapas que servem de base aos projetos de Engenharia. O propósito deste trabalho é a analise comparativa dos dados de altimetria obtidos por três diferentes equipamentos de grande uso no mercado nacional, ou seja, a Estação total, GPS geodésico e GPS navegação, a fim de podermos avaliar a possibilidade do uso dos equipamentos rastreadores GPS para elaboração da hipsometria terrestre. Á área em estudo encontra-se no Campus "Luiz de Queiroz" da Universidade de são Paulo, no município de Piracicaba, Estado de São Paulo, cujas coordenadas aproximadas são: latitude de 22 o 42´40 "S e longitude de 47 o 37´30" W, sendo os dados coletados no mês de julho de 2002. Para avaliar o desempenho dos receptores GPS de Navegação e Geodésico em levantamentos altimétricos para fim de sistematização de terras, foram levantadas áreas com declividades diferentes (0 a 1%; 2 a 4% e 5 a 8%), simultaneamente pelo método topográfico convencional, utilizado uma Estação Total, de acordo com a NBR 13.133 - Execução de Levantamento Topográfico, e com os receptores GPS, sendo posteriormente calculados os volumes de terras para a comp aração dos resultados. De acordo com a metodologia empregada e os resultados obtidos, as principais conclusões foram: a) foi possível avaliar o erro cometido pelos equipamentos descritos, confirmando assim a possibilidade de uso do GPS Geodésico e descartando o uso do GPS de navegação para fins de sistematização de terras; b) com o uso do GPS diferencial os volumes entre os MDTs (Estação Total x GPS Geodésico) analisados em nove áreas com declividades diferentes esta em média 0,67% quando comparada as superfícies geradas, o que pode ser considerado como aceitável, e não significativo quando da execução dos serviços de sistematização terras o que vem ratificar o uso do equipamento GPS geodésico, se utilizados conforme a metodologia adotada. / The constant evolution of the equipments and softwares in the surveing field has brought a lot of gain in productivity and quality to make maps that are the foundation for the engineering projects. The purpose of this work is the comparative analyses of the data obtained by 3 different equipments that are very used in the national market - the Total Station, the Geodetic GPS and the Navigation GPS- in order to be able to evaluate the possibility of the use of the tracking GPS equipments for the elaboration of the terrestrial hypsometry. The studied area is in the "Luiz de Queiroz" Campus, in the University of São Paulo, in the city of Piracicaba, São Paulo state, whose approximate coordinates are: 22 42’40"S of latitude, and 47 37’30" W of longitude, these datum are from July 2002. According to the applied methodology and the obtained result, the main conclusions are: a) it was possible to evaluate the mistake by the described equipments, confirming the possibility of the use of Geodesic GPS and discarding the use of the Navigation GPS for land systematization; b) with the use of the differential GPS, the volume between the MDTs (Total Station x Geodesic GPS) analyzed in three different areas, the average is 067%, which can be considered acceptable, and not meaningful when from the execution of the land systematization services, what ratifies the use of the Geodesic GPS equipment, if used according to the applied methodology.

Orientador : Paulo de Oliveira Camargo / Resumo: Atualmente, a maior fonte de erro sistemático no posicionamento com receptores GPS de uma freqüência é devido à refração ionosférica. O erro associado à refração ionosférica depende do conteúdo total de elétrons (TEC) na camada ionosférica, que por sua vez, é influenciado por diversas variáveis, tais como: ciclo solar, época do ano, hora do dia, localização geográfica e atividade geomagnética, e é difícil de ser corrigido. Os receptores GPS de dupla freqüência permitem efetuar correções do efeito da refração ionosférica, devido ao fato da mesma ser dependente da freqüência do sinal. Porém, receptores GPS de dupla freqüência são equipamentos caros, fazendo com que os de uma freqüência sejam amplamente empregados no posicionamento com GPS. As mensagens de navegação trazem informações que permitem efetuar correções da ionosfera para receptores GPS de uma freqüência, utilizando o modelo de Klobuchar. Porém vários estudos realizados mostraram que o modelo de Klobuchar pode remover apenas algo em torno de 50-60% do efeito total. Desta maneira, é necessário dispor de uma estratégia mais efetiva de eliminar os efeitos da ionosfera, a qual tem sido investigada a partir do uso de modelos regionais para a ionosfera. No Brasil, tem-se o modelo regional da ionosfera (Mod_Ion), desenvolvido na FCT/UNESP, que utiliza dados GPS da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC). Neste modelo, a ionosfera é representada analiticamente pela série de Fourier. Nesta pesquisa, outras funções de modelagem e de mapeamento da ionosfera foram implementadas no Mod_Ion, visando melhorar a eficiência do modelo para posicionamento com receptores de uma freqüência. Os resultados dos experimentos do posicionamento por ponto mostraram que as funções série de Fourier, de Taylor e a polinomial foram as mais eficazes na correção do efeito sistemático...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Nowadays, one of the main drawbacks of the GPS accuracy for L1 users is the ionospheric refraction, which affects, mainly, the point positioning. The error associated with the ionospheric refraction depends on the Total Electron Content (TEC) in the ionospheric layer, that is influenced by several variables, including the solar cycle, the season, the local time, the geographical location of the receiver and the Earth's magnetic field. The broadcast ephemeris contains information for computing the group delay, using the broadcast model. The literatures report that the model correct 50 to 60% of the total effect of ionospheric refraction. Therefore, it is necessary a more effective strategy of eliminating the effects of the ionosphere. Some techniques and models have been developed to estimate these effects using data collected with double frequency GPS receivers. In Brazil, a regional model of the ionosphere (Mod_Ion) was developed in FCT/UNESP, which makes use of GPS data collected at the active stations of RBMC (Brazilian Network for Continuous Monitoring of GPS satellites) In this model, the ionosphere is represented analytically by a Fourier series type. In this research, other modelling and mapping functions of the ionosphere were implemented in Mod_Ion, seeking to improve the efficiency of the model for positioning with L1 receivers. The results of the experiments showed that the functions: Fourier series, Taylor series and the polynomial, were the most effective in the correction of the systematic effect due to the ionosphere, providing a improvement in the acuracy better than 79,5%, with values of discrepancies in the resultant of the cartesian coordinates better than 3 m, and the largest influence concentrates on the height. / Mestre

Atualmente observa-se um aumento significativo do uso de sistemas eletrônicos no maquinário agrícola, proporcionando melhora significativa na eficiência em campo e melhores rendimentos operacionais. Na aplicação de produtos fitossanitários, a utilização de equipamentos que controlam automaticamente as seções da barra e a pulverização já é realidade, entretanto ainda não há resultados que demonstrem a sua eficácia. Por esse motivo, este trabalho teve por finalidade desenvolver uma metodologia para a avaliação de um equipamento comercial que controla automaticamente as seções da barra de pulverizadores e a pulverização. Para a avaliação do controlador foram utilizados três níveis de acurácia do sinal de GPS (Firmware, VBS e RTK), três ângulos para a simulação de entrada e saída da barra de pulverização em relação a borda do talhão (0, 45 e 60°) e três velocidades de trabalho ( 1,66, 5,00 e 8,33 m s-1). O pulverizador autopropelido foi instrumentado com diversos sensores a fim de se determinar os tempos de abertura ou fechamento das seções da sua barra de pulverização em relação à linha delimitadora da borda do talhão. O controlador automático de seção e pulverização avaliado foi o AgGPS® EZBoom Trimble, modelo 2010, montado em um pulverizador autopropelido da marca comercial UNIPORT 2500 STAR®. A metodologia proposta possibilitou a determinação dos tempos para a abertura e fechamento das válvulas de acionamento elétrico das seções. Os coeficientes de variação calculados para os tempos e distâncias de abertura e fechamento das válvulas de acionamento elétrico, e início ou término da pulverização, indicaram uma variação considerável entre os valores para as diferentes repetições, sendo mais expressivos nos tratamentos com simulação de entrada e saída da barra de pulverização em ângulos de 45 e 60°. Foram identificadas algumas interações significativas em função do tipo de sinal GPS utilizado, entretanto, não se pode dizer qual foi o melhor sinal de GPS no âmbito geral. As interações entre as diferentes velocidades e ângulos, tendem a aumentar a variação dos tempos e distâncias de início e término da pulverização. A configuração recomendada pelo fabricante e adotada para a avaliação do controlador automático de seções e pulverização, não atende a todas as situações simuladas, sendo necessária para cada velocidade uma configuração específica, a fim de se reduzir o início prematuro, falhas e sobreposições excessivas durante a pulverização. / Currently there is a significant increase in the use of electronic systems in agricultural machinery, providing significant improvement in field efficiency. In the application of pesticides, the use of equipment that automatically controls the sections of the boom and the spray is already reality. However there are no results to show its effectiveness. Therefore, this work was to develop a methodology for the evaluation of commercial equipment which automatically controls the sections of the boom and the spraying. For the evaluation of the controller were used three levels of GPS accuracy signal (Firmware, VBS and RTK), three angles for the simulation of entrance and exit of the spray boom crossing the field boundary (0, 45 and 60 °) and three working speeds (1.66, 5.00 and 8.33 m s-1). The self-propelled sprayer was instrumented with various sensors in order to determine the time of opening or closing sections of the spray boom when crossing the field boundary. The automatic boom section and spraying controller evaluated was an AgGPS® EZ-Boom Trimble, model 2010, mounted on a self-propelled sprayer Uniport 2500 STAR®. The proposed methodology allowed the determination of opening and closing times of the electric valves. The coefficients of variation calculated for the times and distances of opening and closing the electric valves, and start or stop spraying, indicated a considerable variation among the values for the different replications, and more significant in the treatments with simulation of entrance and exit of the boom at angles of 45 and 60°. Significant interactions have been identified depending on the type of GPS signal used, however, it cannot be said what was the best GPS signal. The interactions between different speeds and angles, tend to increase the variation in times and distances of the start and stop spraying. The recommended configuration by the manufacturer, used for the evaluation of the automatic boom sections and spraying controller, does not meet all the simulated situations, being required a specific configuration for each speed in order to reduce gaps and overlaps in the spraying.