This work addresses the problem of trajectory planning in the context of predictive control. Initially, planners in the literature using predictive control techniques with binary variables are extended to consider situations in which it is necessary that the vehicle visits multiple targets featuring a limited amount of fuel. A reward for visiting each target set is included to tune the compromise between saving fuel and visiting as many targets as possible. The second part brings contributions aimed at reducing computational complexity of the problem of planning and execution of trajectories. For this purpose, techniques for reducing the number of binary variables necessary to implement obstacle avoidance constraints are studied. In this context, a more economical procedure for encoding the problem is presented. Moreover, a method is proposed for generation of waypoints to be traversed by the vehicle in order to complete the mission. The resulting waypoints are passed to the control layer responsible for guiding the vehicle through them. The advantage of this dual-layer approach is that the online computational effort for determining the control signal is significantly reduced. With the approach of multiple sets and rewards, it is possible to accommodate a fault which causes a reduction in the amount of fuel available. Moreover, using the waypoint planning technique, the online computational load is reduced, making it viable to deal with problems involving more stringent control constraints possibly arising from actuator faults.

O problema de rastreio de aviões ágeis, sob altas acelerações, utilizando-se de filtros recursivos de estimação, necessita de modelos suficientemente sofisticados para a determinação de trajetórias com precisão desejável. Como conseqüência, surge a complexidade do algoritmo de estimação, que suscita métodos mais elaborados e com maior demanda de recursos computacionais, tanto para o tratamento de não linearidades do modelo quanto para a manipulação de um número maior de variáveis de estado que o caracterizam. Os modelos bidimensionais considerados para o rastreio de aviões civis em sistemas de controle de tráfego aéreo mostram-se insuficientes para o tratamento de manobras tridimensionais com consideráveis variações de altitude. Os modelos tridimensionais de curva constante, de curva plana variável e de curva coordenada possuem degradação de desempenho para alvos que perfazem curvas não planas e com razão de curva variável. O modelo de dinâmica de vôo de corpo rígido, para três dimensões, é relativamente complexo para constituir a base de um filtro de estimação prático e requer a observação da atitude do alvo, de forma colaborativa ou por imageamento, além de algum conhecimento a priori de parâmetros aerodinâmicos. O presente trabalho resolve as limitações dos modelos constantes da literatura utilizando um modelo de dinâmica de vôo de um ponto de massa que leva em conta características aerodinâmicas típicas para o movimento longitudinal. Este tratamento fornece um modelo dinâmico com um nível de detalhamento capaz de representar bem as manobras arrojadas, sem torná-lo complexo o suficiente para inviabilizar a realização do filtro. Este modelo é utilizado para o desenvolvimento de um filtro de estimação não linear, baseado no filtro de Kalman-Bucy estendido (EKBF). O filtro leva em conta a equação de estado em tempo contínuo e a equação de medida em tempo discreto, uma vez que a dinâmica de alvos ágeis é muito bem descrita em tempo contínuo, enquanto que a trajetória observada pelo sensor é essencialmente digital. Duas extensões deste filtro são estudadas: (i) o uso de termos de segunda ordem na aproximação do modelo conforme a teoria de Daum; e (ii) o emprego de uma rede neural acoplada ao filtro, treinada iterativamente, para a compensação de erros de modelagem e de cálculos das estimativas (NEKBF). As avaliações de desempenho qualitativa e quantitativa do modelo proposto, bem como das duas variações, é feita por meio de métodos sistemáticos de aferição de não linearidades, efeitos de bias, precisão e robustez. Conclui-se que o filtro proposto é suficientemente preciso para ser aplicado em sistemas de defesa e, com as extensões propostas, apresenta a robustez adequada para o rastreio de alvos em combate.

This study describes the development of a tool for the computation of the aircraft trajectory when it gets involved in a runway overrun incident. This tool performs its computations based on the FDR (Flight Data Recorder) in-flight data. The result of this study is a useful tool for the investigation of such events because it may help in the identification of the involved contributing factors. The requirements for the tool are defined and the tool development follows the proposed requirements. There are several ways to calculate the trajectory based on the FDR data. In this study, three reconstruction methods are described and one of these methods is implemented in the tool. Several FDR parameters are used to create a reconstitution of aircraft';s position from the final approach to the touchdown point on the runway surface. Finally, the tool';s results are validated based on a proposed methodology and the conclusion discusses whether the tool';s requirements are effectively achieved.