O uso de veículos aéreos não tripulados (VANTs) tem se tornado cada vez mais comum, principalmente em aplicações de uso civil. No cenário militar, o uso de VANTs tem focado o cumprimento de missões específicas que podem ser divididas em duas grandes categorias: sensoriamento remoto e transporte de material de emprego militar. Este trabalho se concentra na categoria do sensoriamento remoto. O trabalho foca a definição de um modelo e uma arquitetura de referência para o desenvolvimento de sensores inteligentes orientados a missões específicas. O principal objetivo destas missões é a geração de mapas temáticos. Neste trabalho são investigados processos e mecanismos que possibilitem a geração desta categoria de mapas. Neste sentido, o conceito de MOSA (Mission Oriented Sensor Array) é proposto e modelado. Como estudos de caso dos conceitos apresentados são propostos dois sistemas de mapeamento automático de fontes sonoras, um para o caso civil e outro para o caso militar. Essas fontes podem ter origem no ruído gerado por grandes animais (inclusive humanos), por motores de combustão interna de veículos ou por atividade de artilharia (incluindo caçadores). Os MOSAs modelados para esta aplicação são baseados na integração de dados provenientes de um sensor de imageamento termal e uma rede de sensores acústicos em solo. A integração das informações de posicionamento providas pelos sensores utilizados, em uma base cartográfica única, é um dos aspectos importantes tratados neste trabalho. As principais contribuições do trabalho são a proposta de sistemas MOSA, incluindo conceitos, modelos, arquitetura e a implementação de referência representada pelo sistema de mapeamento automático de fontes sonoras. / The use of unmanned aerial vehicles (UAV) has become increasingly common, particularly in civilian applications. In the military scenario, the use of UAVs has focused the accomplishment of specific tasks in two broad categories: remote sensing and transport of military material. This work focuses the remote sensing category. It address the definition of a model and reference architecture for the development of smart sensors oriented to specific tasks. The main objective of these missions is to generate thematic maps. This work investigates processes and mechanisms that enable the automatic generation of thematic maps. In this sense, the concept of MOSA (Mission Oriented Sensor Array) is proposed and modeled. As case studies, we propose two automatic mapping systems for on-the-ground generated sound sources, one for the civilian case and one for the military case. These sounds may come from the noise generated by large animals (including humans), from internal combustion engine vehicles or from artillery activity (including hunters). The MOSAs modeled for this application integrate data from a thermal imaging sensor and an on-the-ground network of acoustic sensors. The fusion of position information, provided by the two sensors, into a single cartographic basis is one of the key aspects addressed in this work. The main contributions are the proposed MOSA systems, including concepts, models and architecture and the reference implementation comprised by the system for automatic mapping of sound sources.

O advento dos veículos aéreos não tripulados (VANTs) representa uma quebra de paradigma no ramo aeronáutico. São revisados os conceitos de projeto envolvidos no desenvolvimento de VANTs e levantadas as suas potenciais aplicações. São também analisadas as características de sua operação e discutidas as questões regulatórias envolvidas na certificação e integração dos VANTs ao tráfego aéreo civil. Dentre as várias características singulares dos VANTs, enfatiza-se a sua necessidade de realizar vôos a grande altitude e com longa autonomia. Isso leva ao emprego de materiais mais leves e configurações com asas de grande alongamento, que provocam menor arrasto induzido. É feita uma revisão sobre materiais compósitos, que são materiais de uso crescente no ramo aeronáutico por sua leveza e resistência, e que por sua característica de anisotropia, são suscetíveis à otimização estrutural. Métodos e ferramentas de otimização estrutural de compósitos laminados ainda são pouco empregados, por suas características discretas e pelo grande número de parâmetros envolvidos. Um método eficiente e adequado à otimização de um problema desse tipo é o método dos algoritmos genéticos (AG). Assim foi desenvolvida uma sub-rotina de otimização baseada em algoritmos genéticos, usando a linguagem de programação Fortran. A sub-rotina desenvolvida trabalha em conjunto com um programa comercial de análise estrutural baseado no método dos elementos finitos, o Ansys. Foi também proposta uma configuração de asa de um VANT típico, de grande alongamento e fabricada com materiais compósitos reforçados com fibras (CRF). A asa proposta teve o número e a orientação das camadas do laminado otimizadas com o uso da sub-rotina desenvolvida, e resultados satisfatórios foram encontrados. Foram também analisados os efeitos da variação dos parâmetros dos operadores do AG, como probabilidades de mutação, cruzamento, tipo de escalonamento, entre outros, no desempenho do mesmo. Também foram feitas otimizações no mesmo modelo de asa proposto, empregando outros métodos disponíveis no próprio programa de análise estrutural. Os resultados das otimizações através desses métodos foram comparados com os resultados obtidos com a sub-rotina desenvolvida / The advent of the unmanned air vehicles (UAVs) represents a paradigm break in the aeronautical field. The project concepts involved in the development of UAVs are revised and its potential applications are rose. Also the issues related to UAVs operation are assessed and the regulatory questions involved in their certification and integration to the civil air space are argued. Amongst many singular characteristics of the UAV, its necessity of performing flights at high altitudes and with long endurance is emphasized. This leads to the employment of lighter materials and to configurations with high aspect ratio wings that cause minor induced drag. A revision on composite materials, which are of increasing use in the aeronautical field for their lightness and strength, and that are appropriate for being optimized due to their anisotropy characteristics, is made. Methods and tools of structural optimization of laminated composites are still seldom employed, due to their discrete nature and to the large number of parameters involved. An efficient and suitable method for the optimization of this kind of problem is the genetic algorithm (GA). Thus, an optimization sub-routine based on genetic algorithms was developed, using FORTRAN programming language. The developed sub-routine works in combination with Ansys, a structural analysis commercial program based on the finite elements method. A configuration of a typical UAV wing, made from composite reinforced plastics (CRP) was also proposed. The proposed wing had the number of plies and the orientations of its layers optimized using the developed sub-routine, and satisfactory results had been found. Also the effect of the variation of AG’s operator parameters in its performance, as mutation probabilities, crossover probabilities, fitness scaling, among others, have been assessed. The same wing model considered was also optimized using other build-in methods of the structural analysis program. The results of these optimizations have been compared with the results obtained with the developed sub-routine

Departamento Nacional de ProduÃÃo Mineral / Nos Ãltimos anos foi exponencial o avanÃo tecnolÃgico dos denominados VeÃculos AÃreos NÃo Tripulados (VANT) Estes equipamentos sÃo capazes de gerar produtos de sensoriamento remoto de elevada acurÃcia com baixo custo operacional desempenhando atividades antes executadas exclusivamente por aeronaves tripuladas Neste contexto o Departamento Nacional de ProduÃÃo Mineral (DNPM) para maximizar suas aÃÃes de fiscalizaÃÃo e gestÃo da mineraÃÃo firmou parceria com a Universidade de BrasÃlia (UnB) para desenvolvimento de um VANT de pequenas dimensÃes capaz de gerar ortomosaicos e Modelos Digitais do Terreno (MDT) de alta acurÃcia Para alcanÃar esse objetivo a UnB desenvolveu uma aeronave de 25 kg equipada com uma cÃmera nÃo mÃtrica capaz de obter fotografias de alta resoluÃÃo que apÃs processadas utilizando o mÃtodo de correlaÃÃo de imagens sobrepostas gera uma nuvem de pontos das coordenadas tridimensionais da superfÃcie permitindo a geraÃÃo de ortomosaicos e MDTs Contudo a tecnologia VANT ainda à considerada emergente SÃo comuns indagaÃÃes sobre o mÃtodo de levantamento o sensor utilizado e principalmente a acurÃcia dos resultados obtidos fato que motivou a elaboraÃÃo deste estudo de caso O objetivo principal desta pesquisa foi realizar a avaliaÃÃo da acurÃcia dos ortomosaicos e MDTs gerados a partir dos dados coletados pelo VANT desenvolvido pela UnB bem como sua aplicaÃÃo no cÃlculo do volume de pilhas de rejeito do calcÃrio sedimentar laminado da Bacia do Araripe no Cearà comercializado com o nome de Pedra Cariri sendo comparada sua acurÃcia com as obtidas pelas tecnologias Global Navigation Satellite System (GNSS) e Light Detecting and Ranging (LIDAR) mais utilizadas pelo seguimento da mineraÃÃo para esta finalidade Para avaliaÃÃo da acurÃcia foi usado o mÃtodo de testes de hipÃteses a partir da anÃlise de tendÃncia e precisÃo sendo os resultados classificados de acordo com o PadrÃo de ExatidÃo CartogrÃfica dos Produtos CartogrÃficos Digitais (PEC-PCD) ApÃs os experimentos realizados foi possÃvel constatar que o VANT-UnB/DNPM à capaz de gerar ortomosaicos e MDTs de alta acurÃcia compatÃveis com os obtidos por aerofotogrametria convencional desde que devidamente orientado por pontos de apoio de solo apresentando melhor acurÃcia no cÃlculo de volume neste estudo de caso se comparado com a modelagem realizada com as tecnologias GNSS e LIDAR / Recently, the technological advancement of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) has been exponential. This equipment are capable of generating remote sensing products of high accuracy at low operating costs, carrying out activities previously performed exclusively by manned aircraft. In this context, the National Department of Mineral Production (DNPM), aiming to maximize their actions of oversight and management of mining, has partnered with the University of Brasilia (UnB) for the development of a small UAV capable of generating orthomosaics and Terrain Digital models (TDM) with high accuracy. To achieve such objective, UnB has developed a 2,5 kg aircraft equipped with a small-format camera, nonmetric, capable of obtaining high-resolution photographs, after being processed through method of computing similarities between overlapping images, generates a cloud of points of the three-dimensional coordinates (x, y, z) of the surface, allowing to generate orthomosaics and TDMs. However, UAV technology is still considered emerging, being common questions about the survey method, used sensor and mainly accuracy of obtained results, a fact that motivated the elaboration in this case study. The main purpose this research is to evaluate of the accuracy of orthomosaics and TDMs generated from the data collected by the UAV developed by UnB, as well it's application in calculating the volume of laminate sedimentary limestone tailings piles of Araripe Basin in CearÃ, extracted in the form of tiles in natura marked under the name of Cariri Stone, compared it's accuracy with the results obtained with Global Navigation Satellite System (GNSS) and Light Detecting and Ranging (LIDAR) technologies, more commonly used by mining for this purpose. To evaluating the accuracy was used hypothesis testing method, from the trend and precision of analysis, and the results classified according to the Standard Cartographic Accuracy of Digital Cartographic Products (PEC-PCD). After the experiments performed, it was possible to acknowledge that the UAVUnB/DNPM is capable of generating with accuracy orthomosaics and MDTs, consistent with those obtained by conventional aerial photography, if properly oriented by ground control points. In this case study, the UAV showed better results when compared with modeling performed through GNSS and LIDAR technologies.

Submitted by Geyciane Santos (geyciane_thamires@hotmail.com) on 2015-06-24T12:53:55Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elda Nunes de Carvalho.pdf: 2461744 bytes, checksum: 32fc857bfdb9e7a48176274b174bf16e (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-24T15:01:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elda Nunes de Carvalho.pdf: 2461744 bytes, checksum: 32fc857bfdb9e7a48176274b174bf16e (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-24T15:01:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elda Nunes de Carvalho.pdf: 2461744 bytes, checksum: 32fc857bfdb9e7a48176274b174bf16e (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-24T15:19:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elda Nunes de Carvalho.pdf: 2461744 bytes, checksum: 32fc857bfdb9e7a48176274b174bf16e (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-24T15:19:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elda Nunes de Carvalho.pdf: 2461744 bytes, checksum: 32fc857bfdb9e7a48176274b174bf16e (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / Unmanned aerial vehicles (UAV’s) have been the target of research in many applications where there are hazardous conditions to the integrity of the crew. A great effort has been made to increase the autonomy of UAV’s to perform these missions. In the military domain these studies have shown good results. On the other hand, in civil area, researches are still a challenge, due to the lack of investments for the development and absence of specific rules. However, in some situations, the lack of pilots onboard becomes mission execution a nontrivial task. An example is missions on dense forest environments with, specific feature of the Amazon region. This scenario presents a critical role both in autonomous navigation mode and the remotely operated mode, due to the difficulty of navigation in such environments. The use of planners has enabled obtaining paths or trajectories that satisfy criteria navigation performance meeting the requirements of the mission. In general, a set of points is defined in the vehicle navigation space and the planner finds a path that passes through all of these points, taking into account the constraints of motion, time and / or energy consumption of the vehicle. This work addresses the construction of a path planner for fixed wing UAV navigation in three dimensional spaces about sparse forest regions with restriction of flight due to weather and environmental conditions. Unlike the traditional way, the methodology developed here gets specific points in three-dimensional space regions that favor the criteria for flight safety and maneuverability of the aircraft and also meet the requirements of the mission, paving the way from the interpolation of these points with points crossing the coming mission. Experimental tests by simulation in different scenarios show the applicability of UAVpath planner in actual service security and improving mission performance. / Os veículos aéreos não tripulados (VANT) têm sido alvo de pesquisas em diversasaplicações.Um grande esforço tem sido feito para aumentar a autonomia dos VANT’s ao realizar essas missões. Na área militar essas pesquisas têm mostrados bons resultados, por outro lado, na área civil as pesquisas aindasão um desafio, pela carência de investimentos para o desenvolvimento e falta de regulamentação especifica. No entanto, em algumas situações, a falta de pilotoabordo torna a execução da missão uma tarefa não trivial. Um exemplo disso são missões realizadas sobre ambientes florestais com mata densa, característica especificada Região Amazônica. Este cenárioapresentaum papel crítico tanto no modo de navegação autônoma quanto no modoremotamente operado, devido àdificuldade de navegação em tais ambientes. O uso de planejadores tem viabilizadoa obtenção de caminhos ou trajetórias que satisfaçam critérios de desempenho de navegação atendendo aos requisitos da missão. Em geral, um conjunto de pontos passagem é definido no espaço de navegação do veículo e o planejador encontra um caminho que passa por sobre todos esses pontos, levando em consideração as restrições de movimento, tempo, condições ambientaise/ou o consumo de energia do veiculo.Este trabalhoaborda a construção de um planejador de caminho para navegação do VANT de asa fixa no espaço tridimensional sobre regiões esparsas de florestascom restrição de voo devido àscondições de dirigibilidade, climáticas, ambientais. De maneira diferente das tradicionais, a metodologia aqui desenvolvida obtém pontos específicos em regiões do espaço tridimensional que favoreçam os critérios de segurança do voo e dirigibilidade da aeronave e também atendam aos requisitos da missão, construindo o caminho a partir da interpolação desses pontos com os pontos de passagem oriundos da missão. Testes experimentais por meio de simulaçãoem diferentes cenários mostram à aplicabilidade do planejador de caminho em VANT reais no atendimento a segurançae na melhoria do desempenho da missão.

O crescimento do interesse pelas possíveis aplicações civis de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) vem resultando em pressões por diversos setores da sociedade para a regulamentação do uso desse tipo de veículo, sobretudo em espaço aéreo não segregado. No entanto, uma vez que a segurança crítica (safety) no sistema de tráfego aéreo é um item de extrema importância, faz-se necessário aprofundar o conhecimento a respeito do assunto. A fim de se criarem meios que permitam um maior entendimento dos riscos de segurança associados a esse tipo de aplicação, propõe-se nesse trabalho uma abordagem baseada em modelagem e simulação computacional para avaliação de risco de colisão de VANT com outras aeronaves. Os conceitos utilizados para modelagem, implementação e avaliação do VANT são apresentados junto aos resultados preliminares obtidos. Também são apresentados o estado da arte do tema abordado e as atividades futuras de pesquisa a serem realizadas. / The growing interest in possible civil applications of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) has resulted in pressure from various sectors of society to regulate the use of this type of vehicle, especially in non-segregated airspace. However, since the critical safety in the air traffic system is an item of major importance, it is necessary to deepen the knowledge on the subject. In order to create means to permit a better understanding of the safety risks associated with this type of application, it is proposed herein an approach based on computer modeling and simulation for assessment of collision risk of an UAV and other aircraft. The concepts used for modeling, implementation and evaluation of UAVs are presented along with preliminary results. Additionally, the state of the art of the theme discussed and future research activities to be performed are presented as well.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Henrique_ Felipetto fevereiro 2016.pdf: 7587840 bytes, checksum: f69598c86208aad67f665e687c190146 (MD5) Previous issue date: 2016-01-22 / The use of orbital remote sensing (RS) techniques has come out as a tool for decision making in precision agriculture and has been intensified through time. However, sometimes the high cost of this technology, as well as low temporal and spatial resolution are unfeasible with such technique mainly in small areas. Thus, this study aimed at analyzing thoroughtly the use of an unmanned aerial vehicle UAV, at low cost of development and establishment to determine the green indices of crambe crop in the western region of Paraná. The applied methodology developed up from the purchase of equipment until the UAV setting to determine RNIR NDVI and SAVI green indices, based on the images produced by the equipment. It was carried out a comparative with terrestrial to validate data with an active GreenSeeker sensor and a passive Spectroradiometer. As a result, three indices of vegetation for the three sensors were created and statistically compared using Spearman's correlation coefficient at 5% significance level. The studied equipment showed some satisfactory performance and there was no anomaly, since it followed the National Civil Aviation Agency (ANAC) safety standards. According to the economic viability, it was also positive since the setting and development costs did not exceed 10% value of the most part of the equipment currently sold in Brazil. According to the index values generated by sensors entrained in the UAV, it was possible to determine each stage of cranberry plant development, totaling seven flights during it scropcycle. When the passive sensor coupled to the UAV was compared to active field sensors GreenSeeker and Spectroradiometer, the UAV showed a good performance to determine RNIR, NDVI and SAVI indices. Consequently, there was a significant correlation at 5%level only at haying period, which corresponded to blooming and graining start of crambe, for all indices / O uso de técnicas de sensoriamento remoto (SR) orbital como ferramenta de auxílio à tomada de decisão, na agricultura de precisão, vem se intensificando nos últimos tempos. Entretanto, os altos custos dessa tecnologia e a baixa resolução temporal e espacial acabam por vezes inviabilizando tal técnica, sobretudo em pequenas áreas. O objetivo do estudo foi fazer uma análise detalhada da utilização de um veículo aéreo não tripulado (VANT) de baixo custo de desenvolvimento e implantação, na determinação de índices de vegetação, da cultura de crambe, na região oeste do Paraná. Metodologicamente, o estudo se desenvolveu desde a compra dos equipamentos para a montagem do VANT até a determinação dos índices de vegetação RNIR, NDVI e SAVI, a partir das imagens geradas pelo equipamento. Para a validação dos dados, foi realizado um comparativo com sensores terrestres, sendo um sensor ativo Greenseeker e um sensor passivo Espectroradiômetro. Assim, os três índices de vegetação foram gerados para os três sensores e comparados estatisticamente pelo coeficiente de correlação de Spearman a nível de significância de 5%. O equipamento montado para este estudo apresentou um desempenho satisfatório sem apresentar nenhuma anomalia e atendendo às normas de segurança da ANAC. Do ponto de vista da viabilidade econômica, o resultado também foi positivo, uma vez que os custos de montagem e desenvolvimento não ultrapassaram 10% do valor de grande parte dos equipamentos comercializados atualmente no Brasil. A partir dos valores dos índices gerados pelos sensores embarcados no VANT, foi possível determinar cada etapa do desenvolvimento da planta do crambe, perfazendo sete voos durante o ciclo do cultivo. Quando comparados os sensores passivos acoplados ao VANT com os sensores de campo ativo Greenseeker e passivo Espectroradiômetro, o VANT apresentou um bom desempenho na determinação dos índices RNIR, NDVI e SAVI; entretanto, com correlação significativa ao nível de 5% somente na fase de fenologia correspondente ao florescimento e início da granação do crambe, para todos os índices.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Henrique_ Felipetto fevereiro 2016.pdf: 7587840 bytes, checksum: f69598c86208aad67f665e687c190146 (MD5) Previous issue date: 2016-01-22 / The use of orbital remote sensing (RS) techniques has come out as a tool for decision making in precision agriculture and has been intensified through time. However, sometimes the high cost of this technology, as well as low temporal and spatial resolution are unfeasible with such technique mainly in small areas. Thus, this study aimed at analyzing thoroughtly the use of an unmanned aerial vehicle UAV, at low cost of development and establishment to determine the green indices of crambe crop in the western region of Paraná. The applied methodology developed up from the purchase of equipment until the UAV setting to determine RNIR NDVI and SAVI green indices, based on the images produced by the equipment. It was carried out a comparative with terrestrial to validate data with an active GreenSeeker sensor and a passive Spectroradiometer. As a result, three indices of vegetation for the three sensors were created and statistically compared using Spearman's correlation coefficient at 5% significance level. The studied equipment showed some satisfactory performance and there was no anomaly, since it followed the National Civil Aviation Agency (ANAC) safety standards. According to the economic viability, it was also positive since the setting and development costs did not exceed 10% value of the most part of the equipment currently sold in Brazil. According to the index values generated by sensors entrained in the UAV, it was possible to determine each stage of cranberry plant development, totaling seven flights during it scropcycle. When the passive sensor coupled to the UAV was compared to active field sensors GreenSeeker and Spectroradiometer, the UAV showed a good performance to determine RNIR, NDVI and SAVI indices. Consequently, there was a significant correlation at 5%level only at haying period, which corresponded to blooming and graining start of crambe, for all indices / O uso de técnicas de sensoriamento remoto (SR) orbital como ferramenta de auxílio à tomada de decisão, na agricultura de precisão, vem se intensificando nos últimos tempos. Entretanto, os altos custos dessa tecnologia e a baixa resolução temporal e espacial acabam por vezes inviabilizando tal técnica, sobretudo em pequenas áreas. O objetivo do estudo foi fazer uma análise detalhada da utilização de um veículo aéreo não tripulado (VANT) de baixo custo de desenvolvimento e implantação, na determinação de índices de vegetação, da cultura de crambe, na região oeste do Paraná. Metodologicamente, o estudo se desenvolveu desde a compra dos equipamentos para a montagem do VANT até a determinação dos índices de vegetação RNIR, NDVI e SAVI, a partir das imagens geradas pelo equipamento. Para a validação dos dados, foi realizado um comparativo com sensores terrestres, sendo um sensor ativo Greenseeker e um sensor passivo Espectroradiômetro. Assim, os três índices de vegetação foram gerados para os três sensores e comparados estatisticamente pelo coeficiente de correlação de Spearman a nível de significância de 5%. O equipamento montado para este estudo apresentou um desempenho satisfatório sem apresentar nenhuma anomalia e atendendo às normas de segurança da ANAC. Do ponto de vista da viabilidade econômica, o resultado também foi positivo, uma vez que os custos de montagem e desenvolvimento não ultrapassaram 10% do valor de grande parte dos equipamentos comercializados atualmente no Brasil. A partir dos valores dos índices gerados pelos sensores embarcados no VANT, foi possível determinar cada etapa do desenvolvimento da planta do crambe, perfazendo sete voos durante o ciclo do cultivo. Quando comparados os sensores passivos acoplados ao VANT com os sensores de campo ativo Greenseeker e passivo Espectroradiômetro, o VANT apresentou um bom desempenho na determinação dos índices RNIR, NDVI e SAVI; entretanto, com correlação significativa ao nível de 5% somente na fase de fenologia correspondente ao florescimento e início da granação do crambe, para todos os índices.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoaoPFG_DISSERT.pdf: 1458535 bytes, checksum: fae41c0cfc4b0b09e65c1f69ec230a28 (MD5) Previous issue date: 2012-12-19 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / A Quadrotor is an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) equipped with four rotors distributed on a simple mechanical "X"form structure. The aim of this work is to build and stabilize a Quadrotor aircraft in the roll, pitch and yaw angles at a certain altitude. The stabilization control approach is based on a transformation in the input variables in order to perform a decoupled control. The proposed strategy is based on breaking the control problem into two hierarchical levels: A lower level, object of this work, maintains the desired altitude an angles of the vehicle while the higher level establishes appropriate references to the lower level, performing the desired movements. A hardware and software architecture was specially developed and implemented for an experimental prototype used to test and validate the proposed control approach / Um Quadrirrotor ? um Ve?culo A?reo N?o Tripulado (VANT) dotado de quatro rotores distribu?dos nas extremidades de uma estrutura mec?nica simples em forma de "X". O objetivo desse trabalho ? construir e estabilizar uma aeronave desse tipo, com alta capacidade de carga, em uma determinada altitude, sob ?ngulos de rolagem, guinada e arfagem pr?-definidos. A abordagem de controle de estabiliza??o baseia-se numa transforma??o das vari?veis de entrada do sistema a fim de realizar o controle de forma desacoplada. A estrat?gia proposta se baseia na divis?o do problema de controle em dois n?veis hier?rquicos: o n?vel inferior, objeto deste trabalho, mant?m os ?ngulos e a altitude do ve?culo em valores desejados, enquanto o n?vel superior estabelece refer?ncias adequadas para o n?vel inferior, de forma a executar os movimentos desejados Uma arquitetura de hardware e software foi especialmente desenvolvida e implementada para um prot?tipo experimental usado para testar e validar a abordagem de controle proposta

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-03-12T13:20:58Z No. of bitstreams: 1 MauricioRabelloSilva_DISSERT.pdf: 3313926 bytes, checksum: d44b18b0d82c7e9f5b8b79b80f69458e (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-03-14T14:47:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 MauricioRabelloSilva_DISSERT.pdf: 3313926 bytes, checksum: d44b18b0d82c7e9f5b8b79b80f69458e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-14T14:47:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MauricioRabelloSilva_DISSERT.pdf: 3313926 bytes, checksum: d44b18b0d82c7e9f5b8b79b80f69458e (MD5) Previous issue date: 2017-12-01 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Pesquisas relacionadas com sistemas utilizando diversos ve?culos a?reos n?o tripulados (multi VANTs) v?m crescendo nos ?ltimos anos. Entre os desafios enfrentados, uma rede de comunica??o de dados robusta ? crucial para coopera??o e colabora??o entre VANTs. No projeto da rede devem ser levados em conta fatores como o prop?sito da miss?o da esquadrilha, planejamento de caminho e trajet?ria, coleta de dados dos sensores e suprimento energ?tico. Dessa forma, o presente trabalho apresenta a especifica??o de uma arquitetura de rede de comunica??o de dados para uma esquadrilha de Ve?culos A?reos N?o Tripulados a serem utilizados na varredura da ?rea de impacto de foguetes lan?ados a partir do Centro de Lan?amento da Barreira do Inferno (CLBI ? Rio Grande do Norte). Assim, realiza-se um estudo sobre as principais caracter?sticas das redes de comunica??o para sistemas multi VANT e as especificidades da aplica??o abordada nesse projeto. S?o propostas duas estrat?gias diferentes para a varredura da ?rea de impacto de foguetes. S?o analisadas as caracter?sticas das redes para sistemas multi VANTs mais adequadas a essas estrat?gias, de forma a fazer uma an?lise comparativa entre as mesmas e definir uma arquitetura apropriada para a aplica??o. Dentro desse contexto, ? proposta uma arquitetura de rede, com base em m?dulos XBee Pro 900HP, integrados em uma plataforma de hardware controlada por computador embarcado, equipado com GPS e placa controladora de piloto autom?tico. ? idealizado e implementado um plano de testes com os dispositivos XBee para avaliar o desempenho destes na arquitetura de rede proposta em termos de robustez, confiabilidade e economia de energia. Para aferi??o do desempenho nos poss?veis cen?rios de forma??o da esquadrilha de VANTs s?o utilizados softwares de ger?ncia de rede, visando medir a largura de banda (throughput), perda de pacotes e outros indicadores de desempenho nos links de comunica??o entre os diferentes n?s da rede. / Research on Multi Unmanned Aerial Vehicle Systems (Multi-UAV) is growing in recent years. Among several scientific and technical challenges, a robust data communication network is crucial for the cooperation and collaboration between the UAVs. The network design must take into account factors such as the purpose of the mission, trajectory and path planning, sensor data collection and energy supply. In this way, the present work presents the specification of a data communication network architecture for a squadron of Unmanned Aerial Vehicles to be used in the scanning of the rocket impact area for CLBI rocket launch center (Rio grande do Norte, Brazil). Thus, a study on the main characteristics of communication networks for multi-UAV systems and the specificities of the application addressed in this project is done. Two different strategies for the scanning of the rocket impact area are proposed. In order to do a comparative analysis between these strategies and to define an appropriate architecture for the application, the characteristics of the networks for multi-UAV systems that are more appropriate to them are analyzed. In this context, a network architecture based on Xbee Pro 900HP S3B modules, integrated in an embedded computer hardware platform, equipped with GPS and autopilot controller board is proposed. A test plan with Xbee devices is conceived and implemented in order to evaluate their performance in the proposed network architecture in terms of robustness, reliability and energy consumption. In order to measure performance in the possible UAV squad formation scenarios, a network management software is used to measure throughput, packet loss and other performance indicators in the communication links between the different nodes of the network.

O advento dos veículos aéreos não tripulados (VANTs) representa uma quebra de paradigma no ramo aeronáutico. São revisados os conceitos de projeto envolvidos no desenvolvimento de VANTs e levantadas as suas potenciais aplicações. São também analisadas as características de sua operação e discutidas as questões regulatórias envolvidas na certificação e integração dos VANTs ao tráfego aéreo civil. Dentre as várias características singulares dos VANTs, enfatiza-se a sua necessidade de realizar vôos a grande altitude e com longa autonomia. Isso leva ao emprego de materiais mais leves e configurações com asas de grande alongamento, que provocam menor arrasto induzido. É feita uma revisão sobre materiais compósitos, que são materiais de uso crescente no ramo aeronáutico por sua leveza e resistência, e que por sua característica de anisotropia, são suscetíveis à otimização estrutural. Métodos e ferramentas de otimização estrutural de compósitos laminados ainda são pouco empregados, por suas características discretas e pelo grande número de parâmetros envolvidos. Um método eficiente e adequado à otimização de um problema desse tipo é o método dos algoritmos genéticos (AG). Assim foi desenvolvida uma sub-rotina de otimização baseada em algoritmos genéticos, usando a linguagem de programação Fortran. A sub-rotina desenvolvida trabalha em conjunto com um programa comercial de análise estrutural baseado no método dos elementos finitos, o Ansys. Foi também proposta uma configuração de asa de um VANT típico, de grande alongamento e fabricada com materiais compósitos reforçados com fibras (CRF). A asa proposta teve o número e a orientação das camadas do laminado otimizadas com o uso da sub-rotina desenvolvida, e resultados satisfatórios foram encontrados. Foram também analisados os efeitos da variação dos parâmetros dos operadores do AG, como probabilidades de mutação, cruzamento, tipo de escalonamento, entre outros, no desempenho do mesmo. Também foram feitas otimizações no mesmo modelo de asa proposto, empregando outros métodos disponíveis no próprio programa de análise estrutural. Os resultados das otimizações através desses métodos foram comparados com os resultados obtidos com a sub-rotina desenvolvida / The advent of the unmanned air vehicles (UAVs) represents a paradigm break in the aeronautical field. The project concepts involved in the development of UAVs are revised and its potential applications are rose. Also the issues related to UAVs operation are assessed and the regulatory questions involved in their certification and integration to the civil air space are argued. Amongst many singular characteristics of the UAV, its necessity of performing flights at high altitudes and with long endurance is emphasized. This leads to the employment of lighter materials and to configurations with high aspect ratio wings that cause minor induced drag. A revision on composite materials, which are of increasing use in the aeronautical field for their lightness and strength, and that are appropriate for being optimized due to their anisotropy characteristics, is made. Methods and tools of structural optimization of laminated composites are still seldom employed, due to their discrete nature and to the large number of parameters involved. An efficient and suitable method for the optimization of this kind of problem is the genetic algorithm (GA). Thus, an optimization sub-routine based on genetic algorithms was developed, using FORTRAN programming language. The developed sub-routine works in combination with Ansys, a structural analysis commercial program based on the finite elements method. A configuration of a typical UAV wing, made from composite reinforced plastics (CRP) was also proposed. The proposed wing had the number of plies and the orientations of its layers optimized using the developed sub-routine, and satisfactory results had been found. Also the effect of the variation of AG’s operator parameters in its performance, as mutation probabilities, crossover probabilities, fitness scaling, among others, have been assessed. The same wing model considered was also optimized using other build-in methods of the structural analysis program. The results of these optimizations have been compared with the results obtained with the developed sub-routine