O objetivo do trabalho é analisar o comportamento do Conteúdo Eletrônico Total (TEC) de uma forma global (macro) e através deste estudo, ter-se um melhor conhecimento da ionosfera para um futuro estudo de modelagem do conteúdo eletrônico de forma global e regional (América do Sul), que poderá ser usado em receptores GPS diminuindo assim o erro de atraso devido à ionosfera para aplicações que exijam alta acurácia. Para isso aplicativos foram desenvolvidos para o estudo da ionosfera através do TEC, possibilitando o conhecimento de seu comportamento durante quase cinco anos de dados (desde 1999). Os programas utilizam dados no formato IONEX ("Ionospheric Exchange") e no formato RINEX ("Receiver Independent Exchange"). Foi analisado o comportamento global da ionosfera e puderam-se visualizar as variações diárias, mensais e anuais do Conteúdo Eletrônico Total na Vertical (VTEC), permitindo também analisar o efeito do índice KP na região da Anomalia Equatorial (AE). Foram identificados os dias com maior atividade geomagnética (KP > 6). O modelo Klobuchar empregado nos receptores de uso civil foi simulado e pôde-se observar a quantidade do erro corrigido pelo modelo e a variação anual de forma global, permitindo-se assim comparar com os mapas do VTEC e identificar a quantidade aproximada de erro que deveria ser corrigida. Foram desenvolvidos aplicativos para o cálculo do VTEC usando dados no formato RINEX e pôde-se analisar a variação para algumas das estações do IBGE. Os mapas do VTEC foram utilizados para observar os efeitos causados no comportamento do VTEC poucos dias após a ocorrência de explosões solares ou tempestades magnéticas (29/10/03).

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).

Um pseudo-satélite para o GLONASS foi desenvolvido com o objetivo de dominar parte da tecnologia do sistema de posicionamento global da Federação Russa. Para alcançar este objetivo a implementação de um firmware, constituído pelas funções e operações a serem realizadas pelo pseudo-satélite referentes aos dados de navegação, bem como circuitos de geração e envio de dados, foi realizada. O firmware GLONASS foi carregado num circuito CPLD (complex programmable logic device), o que permitiu que fossem aplicados os conhecimentos adquiridos com o desenvolvimento do pseudo-satélite para o GPS. Resultados experimentais foram comparados a resultados de simulações, mostrando-se consistentes. Por fim, conclusões e propostas para futuros trabalhos são apresentadas.

Este trabalho apresenta um sistema completo para simulação e avaliação do uso de filtros estocásticos para combinar medidas de posição feitas por um sistema inercial, composto de girômetros e acelerômetros, com medidas de posição de um sistema GPS, de modo que possamos extrair uma estimativa do erro de posição acumulado por integração das medidas dos sensores inerciais e corrigir a leitura do mesmo. Para tal, foram desenvolvidos em detalhes e validados um modelo de navegação e um modelo de espaço de estados onde o vetor de variáveis ocultas é a combinação dos erros de posição, velocidade, atitude e fator de escala dos sensores inerciais e deriva de ambos os sensores, inerciais e do GPS. Ainda foram implementados e analisados em sua performance três tipos de Filtros aplicados quando o modelo de observações é não-linear: o Filtro Estendido de Kalman (EKF), o Filtro de Kalman Unscented (UKF) e o Filtro de partículas com Função de importância ótima e Reamostragem. Resultados da Integração Inercial-GPS em diversas trajetórias e configurações de parâmetros são apresentados, bem como os problemas e as soluções na implementação são discutidos.

Novos equipamentos têm sido desenvolvidos para medição de coordenadas de grandes volumes. Em especial os equipamentos que utilizam tecnologias ópticas a laser oferecem exatidões superiores a décimos de milímetro e grande flexibilidade de medição. Este trabalho trata sobre o iGPS (indoor Global Positioning System), projetado para a medição de grandes volumes, mas com poucos estudos a respeito de sua confiabilidade metrológica em aplicações aeronáuticas. Assim, levando em consideração um procedimento genérico de medição, verifica-se que diversos fatores podem influenciar significativamente a exatidão de seus resultados. A partir de uma rápida explicação e comparação dos sistemas de medição de grandes volumes utilizados na atualidade, este trabalho demonstra o funcionamento do sistema iGPS, assim como os respectivos experimentos realizados para avaliá-lo. Posteriormente, é apresentada e avaliada análise das incertezas envolvidas no sistema de medição iGPS. Finalmente, é realizada a análise de um caso prático relacionado com o processo de montagem de seções de fuselagem, usando o equipamento em questão.

Sistemas de posicionamento por satélite, GNSS (Global Navigation Satellite System), são amplamente utilizados por navios, automóveis, aeronaves, tropas militares, medições geológicas, fornecendo basicamente posição, velocidade e referência de tempo. O uso, entretanto, é condicionado à disponibilidade do sinal eletromagnético proveniente dos satélites, que pode ser obstruído por montanhas, edifícios, florestas e túneis, por exemplo, sendo também suscetível às condições climáticas. Outra característica dos sistemas de posicionamento por satélite é que os dados são atualizados tipicamente com uma taxa entre 1Hz e 10Hz. Assim, estes sistemas representam uma fonte de informações que, apesar de possuir erros limitados e eventualmente pequenos, apresentam baixa taxa de atualização em relação à dinâmica de navegação e pode não estar disponível em todos os instantes. As unidades de medidas inerciais, IMU (Inertial Measurement Unit), são formadas por sensores que fornecem informações de força específica e velocidade angular. A partir daí, a computação dos cálculos das equações de navegação é feita para fornecer posição, velocidade e atitude do veículo. Uma vez que depende apenas dos dados da IMU e do conhecimento da condição inicial, estes sistemas são autônomos e independentes de qualquer fonte externa de sinais. Além disso, possuem taxas de atualização bem mais elevadas, variando entre cerca de 100Hz e 400Hz, e são menos suscetíveis a condições do ambiente do que o GNSS. Entretanto, os erros dos sensores inerciais, mesmo que pequenos, causam desvios crescentes na solução de navegação, tornando o sistema inercial pouco confiável para navegação de longa duração. Uma forma de aliar o melhor de cada sistema -- Inercial e GNSS -- é através da integração dos dados se seus sensores, de forma a se obter resultados que estejam disponíveis a uma taxa mais elevada e promover a redução e a limitação de erro através das atualizações do GNSS. Para tanto, um algoritmo bastante utilizado que consegue cumprir esta tarefa é o Filtro de Kalman (KF). Este trabalho apresenta um estudo de um sistema de integração de dados de navegação inercial, de uma IMU, com informações de sistemas de posicionamento por satélite. Aqui, o sistema GNSS escolhido é o GPS (Global Positioning System). A implementação do Filtro de Kalman é feita em ambiente MATLAB/Simulink, em que o movimento simulado de uma aeronave é utilizado como referência e o algoritmo é analisado, comparando-se dados de navegação estimados da aeronave, com a trajetória originalmente simulada. Os resultados aqui apresentados mostram o comportamento do erro do sistema integrado pelo Filtro de Kalman em relação aos dados de referência obtidos a partir do movimento simulado da aeronave, inclusive com a interrupção do sinal GNSS por um determinado período.

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.