We refer to Barcelona as a maritime city, but we ignore almost everything about the cultural foundations of this view. Ignorance is much greater as we approach the last two centuries. The main objective of this thesis is to review some of the events of recent maritime history to provide food for thought. In my opinion there is nothing worse than a culture based on false myths. Misconceptions that are often provoked by ignorance. Contemporary maritime history of Barcelona is a wasteland. The only exception is the study of economic history undertaken by Pierre Vilar. Should also clarify that the term "maritime history" encompasses many aspects, no systematic to date, which could be grouped into three areas: scientific, technical and human. Few studies have attempted to establish connections between them. Talk in global terms about "maritime" was one of the objectives of my thesis. But I will not hide that, whenever I could, I tried to prioritize the human aspect. The method I tried to follow consisted in establish a central element and supporting other aspects about it that I thought were important and affordable. The core of the thesis is a biography of José Ricart (paragraph 4), a key figure in recent maritime history. Other aspects are: science illustration (section 1), a review of various aspects of maritime life in Barcelona (paragraph 2), a reflection on the implementation of industrial technology in ships (paragraph 3) and a detailed analisys of the events that took place during the thirties of last century (Section 5). A significant element of this work is the story of the Nautical School which doesn¿t hace an specific section, but takes part in all of them. Conclusions refer to four aspects. First, we discuss the "maritime dimension" of Barcelona. The capital of the region more like a ¿riverside¿ city. I have also worked to highlight the hard work at sea and to highlight the many myth-making that have been made. In this regard, much work remains to be done. The Nautical School of Barcelona is presented as the midship section of the local and national maritime culture. Finally, it discusses the historical importance of José Ricart and denounce attempts to fall again in the myth. The chronicle of Franco's repression on merchant marine¿s republicans from Barcelona seems fair to me, because of the silence that has prevailed on this issue so far. This, and the fate of those who chose to join the Republican Naval Reserve, are lines of work I would like to continue in the future. In general, it should be noted that the idea raises many questions and points out the need to open new lines of research. Refering to the sources, I believe that, except in the first paragraph which have more secondary sources, the thesis is based on primary sources. In the case of Jose Ricart, monitoring of their work has been very time consuming because of the predominance of articles and short essays, as well as the diversity of platforms on which them were published. I have separated his referentes to the rest in the bibliography.

La política Europea de transporte pretende alcanzar un sistema donde la sostenibilidad juegue un papel predominante. La reducción de lasemisiones contaminantes, de la accidentabilidad, la descongestión del tráfico en las carreteras constituyen un pilar fundamental paraalcanzar tal objetivo.La Unión Europea, a través de la Estrategia para un Desarrollo Sostenible del Libro Blanco de Transporte, ha manifestado en repetidasocasiones su preocupación por los impactos generados por el sector de los transportes; es por eso que existe la aplicación de medidaspara la solución de estos problemas para la integración de las cuestiones medioambientales en las políticas de transporte y los sectoresafines.En el conjunto del transporte, la carretera genera más del 80 por 100 de las emisiones de CO2, siendo con diferencia el modo máscontaminante, mientras que el transporte marítimo se mantiene como el modo menos contaminante. Esta situación, favorable al transportemarítimo se mantiene también para las emisiones de NOx a la atmósfera. Del total de este tipo de emisiones de la Unión Europea, el 51por 100 procede de los vehículos por carretera y un 12 por 100 de los medios de transporte.Hoy en día muchos países están trasladando el tráfico de mercancías de las autopistas congestionadas a otros modos de transporte.Muchas veces el tráfico marítimo, a parte del tráfico ferroviario de mercancías, son la alternativa más plausible para prevenir el incrementode transporte por carretera y las fuertes consecuencias económicas que comporta.A raíz de la firma del Tratado de Adhesión de España a la Unión Europea el año 1986, con el cual el transporte por carretera adquirió uncierto protagonismo, las tasas de crecimiento de tráfico, durante ese año, pasaron del 2,8% al 8,4%, manteniendo y totalizando unmovimiento de 70 millones de toneladas en ambos sentidos, lo que se traduce en una media de 3.500 camiones diarios en tránsito, através de los pasos de La Jonquera e Irún. Para el año 2020, aplicando una tasa de crecimiento similar a la experimentada estos últimosaños, el tráfico de mercancías podría verse incrementado a unos 250 millones de toneladas en total, y más de 30.000 camionesatravesando los Pirineos.Ante esta situación y las consecuencias derivadas de la congestión, es deseable lograr un trasvase de las clásicas cadenas de transporteunimodales a las cadenas multimodales, con la participación de medios terrestres y marítimos. Hoy en día, el reparto del tráfico demercancías se mantiene a un 50% entre ambas cadenas, aunque con una ligera ventaja del camión, sobretodo en recorridos cortos comoes el caso de trayectos entre España y Francia, mientras que a medida que las distancias se amplían lógicamente existe un trasvase haciael modo marítimo.De acuerdo con la revisión del Libro Blanco del Transporte de la Unión Europea, se espera que el Transporte Marítimo de Corta Distancia,en inglés Short Sea Shipping, crezca un 59% en toneladas métricas, desde el año 2000 al año 2020.La principal ventaja del Transporte Marítimo de Corta Distancia consiste en la posibilidad de combinar las ventajas inherentes de losdistintos modos de transporte implicados, reduciendo los costes e incrementando la capacidad de transportar gran volumen de carga enlargas distancias. Pero para poder convertir el transporte multimodal en una alternativa real al transporte unimodal por carretera a parte decuantificar y reducir los costes de fricción al cambiar de modo se deben identificar y estudiar un número de variables relacionadas con eltransporte de mercancías que nos permitirán conocer la viabilidad de una ruta.Para este trasvase de mercancías al modo marítimo se consideran principalmente los buques convencionales como la solución más viable,ya que pueden penetrar en el mercado por carretera reduciendo, en algunos casos, los costes internos y externos. Mientras esteargumento está basado en que el transporte por mar debería competir en precio (por ejemplo ofreciendo un precio más bajo que otrosmodos de transporte) también se debe de considerar la importancia de los buques de alta velocidad que ofrecen calidad al servicio. Losbuques de alta velocidad pueden ser unos posibles competidores del transporte terrestre en determinadas rutas; aunque estos buquespresentan problemas de operación cuando navegan con mal tiempo.El Transporte Marítimo de Corta Distancia debe responder a una serie de requisitos básicos para su identificación y puesta en servicio:buenas conexiones con un hinterland intermodal, un transporte mayoritariamente especializado en tráfico Ro-Ro, una velocidad mínima enlos buques, una alta frecuencia con un mínimo de salidas semanales y ofrecer la máxima fiabilidad aportando al mismo tiempo una mejorasignificativa de los costes de la cadena logística. A su vez, existen elementos críticos para su puesta en marcha que hay que tener encuenta: la consolidación de los flujos, la calidad del conjunto de la cadena de transporte, el compromiso de todos los elementos de lacadena de suministro y la compatibilidad con las otras vías de transporte hacia un modelo multimodal.Se evidencia la voluntad de la Comisión Europea para promocionar el Transporte Marítimo de Corta Distancia, como un modo mássostenible. Uno de los posibles caminos para mejorar su competitividad frente al transporte por carretera y el aéreo, puede pasar por eluso extensivo de buques rápidos o de alta velocidad.Es evidente que los buques de alta velocidad reducen el tiempo de viaje, pero para mantener la ganancia en tiempo en la mar, lasoperaciones en puerto también deben de reducirse para poder mantener la ventaja en el tiempo de viaje.Sin embargo más velocidad implica mayor consumo y más emisiones contaminantes. El aumento de velocidad es viable comercialmenteen unas rutas concretas y en unas condiciones determinadas: buen tiempo durante todo el año, una demanda suficientemente alta paracubrir la necesidad de una alta frecuencia y una situación geográfica favorable. / The European transport policy aims to achieve a sustainable communication system. A reduction in pollutant emissions, accident rate andtraffic congestion is central to reaching this goal.Through the Strategy for Sustainable Development of the EU White Paper on Transport Policy, the European Union has expressed concernabout transport-related impacts. For this reason, appropriate policies to balance transport growth and its environmental effects are being made.In general, road transport accounts for over 80% of CO2 emissions. It is, therefore, the most polluting mode of transportation whereas seatransport remains the least polluting. The same applies to NOx emissions. Road transport is responsible for 51% of these pollutant emissionsin the European Union, as opposed to 12% for the other modes.In many countries a shift from congested highways to other alternatives for freight transport has been observed. Apart from railway transport,the maritime option is often preferred to relieve road traffic congestion and its negative environmental effects.After Spain joined the European Union at 1986, the traffic volume increase had grown from 2.8% to 8.4% per year, accounting for a movementof 70 million tonnes in both directions. This means a daily average of 3,500 trucks travelling through La Jonquera and Irún passes. At this rate,by the year 2020, freight transport could increase to a total of 250 million tonnes, with over 30,000 trucks crossing the Pyrenees.In view of this and the consequences of traffic congestion, a change from traditional unimodal to multimodal transport chains involving the seaand road modes is desirable. Freight transport is currently shared by both chains, with a slight advantage of road over maritime transport,particularly in short distances like trips between France and Spain while the sea option logically becomes more common as distances increase.According to the review of the EU White Paper on Transport Policy, a 59% increase in tonnes carried by Short Sea Shipping is expectedbetween 2000 and 2020.The main benefit of Short Sea Shipping lies in the possibility of combining the inherent advantages provided by the involved modes, thusreducing costs and increasing freight transport capacity over long distances. However, for multimodal transport to become a real alternative tothe road-only mode, the feasibility of routes must be explored with several variables related to freight transport. Moreover, friction costs derivedfrom the mode shift must be quantified and reduced.Conventional ships are typically regarded as the most viable solution since they can penetrate the road market, sometimes leading to a declinein internal and especially external costs. While this opinion is based on the fact that sea transport should compete price-wise with other modes,it must be born in mind that high-speed vessels offer greater speeds, which may be perceived as quality of service by some shippers. In someroutes, high-speed vessels can become serious competitors to road transport although these ships pose operational problems in bad weather.Short Sea Shipping must meet a number of basic requirements to be efficiently implemented: good links with an intermodal hinterland, atransport mode specialised in Ro-Ro traffic, fast enough ships, sufficient number of weekly trips, maximum reliability and sharp decline in costsderived from the logistic chain. Also, certain critical factors must be taken into account, i.e. consolidation of flows, quality of the whole transportchain, commitment and compatibility of all elements of the supply chain with other transport modes with a view towards a multimodal model.The European Commission’s interest in promoting Short Sea Shipping as a more sustainable mode is made clear. One possible way ofincreasing competitiveness against road and air transport may be the extensive use of fast conventional or high-speed vessels.It is evident that high-speed vessels reduce travel time, but in order to maintain this advantage, port operations must also take less time.However, more speed implies greater consumption and a higher level of pollutant emissions. An increase in speed is commercially feasible incertain route and freight types and under specific conditions: good weather all year around, a demand large enough to justify high tripfrequency and a favourable geographical location.The use of fast conventional and high-speed ships is not always the best solution. It was necessary to examine each particular case. If in thefuture more policies towards sea transport are implemented and freight volume increases, high-speed services will have a market share largeenough to be commercially and economically feasible.The purpose of this thesis is to find alternatives to relieve road traffic congestion by using sea transport more extensively with a view toachieving sustainable mobility. To this end, the use of conventional, fast conventional and high-speed vessels in multimodal transport wasexamined. However, the above objective should not be achieved by the competition of sea transport with railway transport. Instead, thesemodes must capture part of the road transport share. It must also be clear that no direct competition exists between maritime and roadtransport but rather the need for both to be complementary.

Es defineix un satèl·lit d'òrbita baixa aquell que es troba a una alçada de fins a 2000 km per sobre de la superfície de la Terra. Degut al ràpid decaïment dels objectes propers a la superfície degut al fregament atmosfèric, s'accepta que l'alçada típica per un LEO esta entre 200 i 2000 km.Aquesta rang d'alçades fa que els LEO siguin utilitzats per un ampli rang d'aplicacions, com a repetidors de comunicacions, sensors remots, determinació gravimètrica i magnetomètrica, altimetria oceànica, determinació atmosfèrica i en operacions de Search and Rescue (Cerca i rescat). El seu posicionament precís és de gran importància per a poder complir correctament amb els seus objectius. En aquest sentit, una gran quantitat de satèl·lits LEO tenen un receptor GPS, que permet fer mesures GPS durant tot el seu recorregut al voltant de la Terra. Aquestes mesures poden ser utilitzades per determinar la trajectòria del satèl·lit. Aquesta operació es fa normalment a terra, després que el satèl·lit hagi transmès totes les mesures que ha pres. La capacitat de fer aquest posicionament en temps real a bord del satèl·lit és una necessitat per algunes aplicacions. El posicionament autònom es molt diferent del que es pot fer a terra, ja que el processador del satèl·lit te grans limitacions en recursos computacionals, per tant els complexos models i càlculs fets en un ordinador normal a terra, son completament excessius per un ordinador espacial. A més, alguns dels models utilitzats en l'estimació de la trajectòria necessiten dades addicionals (com activitat solar, o paràmetres de rotació de la Terra) que no son disponibles en temps real, per tant s'han de fer algunes aproximacions per tal de no necessitar cap d'aquestes dades. Aquesta tesis estudiarà la navegació autònoma amb GPS de satèl·lits LEO, tendència que esta incrementant la seva importància per les aplicacions tan científiques com tecnològiques que se'n poden derivar. La tesi desenvoluparà nous algoritmes i mètodes per obtenir una posició acurada i continua per LEOs. S'han cobert diferent aspectes:· Mitigació de multipath e interferències. Les reflexions de senyals GPS en l'estructura del satèl·lit crea una distorsió que afecta la distància mesurada. La repetibilitat d'aquests efectes en relació amb l'orientació del satèl·lit pot ser utilitzat per a mitigar el seu impacte en la solució de navegació. S'han desenvolupat tècniques de mitigació de multipath i interferències per receptors d'una i de dos freqüències.· Models dinàmics de forces. L'alta predictibilitat de la trajectòria d'objectes orbitant la Terra pot ser utilitzat en sinergia amb el GPS per a aconseguir solucions més precises que fent servir únicament GPS. Això s'utilitza normalment en estratègies en postprocess, però te grans requeriments computacionals, i necessita paràmetres no disponibles en temps real. La simplificació d'aquests models, i la supressió de paràmetres no disponibles es necessari per poder aplicar aquesta tècnica de processat en condicions de temps real.· Maniobres. Els cossos en òrbita al voltant de la Terra no segueixen una trajectòria perfectament predeible. Hi han petites pertorbacions que modifiquen la seva trajectòria a llarg termini, i a més, el fregament atmosfèric frena poc a poc al satèl·lit, disminuint la seva alçada. Això fa necessari una correcció periòdica de la seva trajectòria, realitzat amb petits impulsos del sistema de propulsió del satèl·lit en lo que s'anomena una maniobra. Quan un satèl·lit es troba en una maniobra, deixa de seguir els models de caiguda lliure, per tant la maniobra s'ha de tenir en conte en l'estimació del filtre.Tots els algoritmes i mètodes dissenyats han sigut testejats amb dades reals de diferents missions: SAC-C, CHAMP, JASON-1 i GRACE. S'han fet servir diversos tests cobrint diferents opcions de parametrització per tal d'avaluar el seu comportament. / Se define un satélite de órbita baja aquel que se encuentra en una altura de hasta 2000 km sobre la superficie terrestre. Debido al rápido decaimiento de los objetos cercanos a la superficie debido al fregamiento atmosférico se acepta que la altura típica para un LEO se sitúa entre 200 y 2000 km.Este rango de alturas hace que los LEO sean utilizados para un amplio rango de aplicaciones como repetidores de comunicaciones, sensores remotos, determinación gravimétrica y magnetométrica, altimetría oceánica, determinación atmosférica y en operaciones de Search and Rescue (Búsqueda y rescate). Su posicionamiento preciso es de gran importancia para poder cumplir correctamente con sus objetivos. En este sentido, una gran cantidad de satélites LEO disponen de un receptor GPS, que permite realizar medidas GPS durante todo su recorrido alrededor de la Tierra. Estas medidas puede ser utilizadas para determinar la trayectoria del satélite. Esta operación se suele realizar en tierra, después que el satélite haya retransmitido todas las medidas que ha tomado. La capacidad de hacer este posicionamiento en tiempo real a bordo del satélite es una necesidad para algunas aplicaciones. El posicionamiento autónomo es muy diferente al que se puede realizar en tierra, ya que los procesadores de satélites tienen limitaciones en recursos computacionales, y por tanto los complejos modelos y cálculos realizados en un ordenador normal en tierra son excesivos para un ordenador espacial. Además, algunos de los modelos utilizados en la estimación de la trayectoria necesitan datos adicionales (como actividad solar, o parámetros de rotación de la Tierra) que no están disponibles en tiempo real, por lo que hay que realizar algunas aproximaciones para no necesitar ninguno de estos datos. Esta tesis estudiará la navegación autónoma mediante GPS en satélites LEO, tendencia que esta aumentando su importancia por las aplicaciones tanto científicas como tecnológicas que se pueden derivar. La tesis desarrollara nuevos algoritmos y métodos para obtener una posición precisa y continua para LEOs. Se han cubierto diferentes aspectos:· Mitigación de multipath e interferencias. Las reflexiones de las señales GPS en la estructura del satélite crea una distorsión que afecta la distancia medida. La repetibilidad de estos efectos en relación con la orientación del satélite puede ser utilizado para mitigar su impacto en la solución de navegación. Se han desarrollado técnicas de mitigación de multipath e interferencias para receptores de una o dos frecuencias.· Modelos dinámicos de fuerzas. La trayectoria de objetos orbitando la Tierra es muy predecible, lo cual puede ser usado en sinergia con GPS para conseguir posiciones más precisas que usando solo GPS. Esto se utiliza normalmente en estrategias en postproceso, pero tiene grandes necesidades computacionales, y requiere de parámetros no disponibles en tiempo real. La simplificación de estos modelos, y la supresión e esos parámetros es necesario para poder aplicar esta técnica de procesado en condiciones de tiempo real.· Maniobras. Los cuerpos en órbita alrededor de la Tierra no siguen una trayectoria perfectamente predecible. Hay pequeñas perturbaciones que modifican su trayectoria a largo plazo. Además el fregamiento atmosférico frena poco a poco el satélite, reduciendo su altura. Esto hace que sea necesaria una corrección periódica de su trayectoria, realizado en pequeños impulsos por el sistema de propulsión del satélite en lo que se llama una maniobra. Cuando un satélite realiza una maniobra deja de comportarse según los modelos de caida libre, por tanto su maniobra se ha de tener en cuenta en la estimación del filtro. Todos los algoritmos y métodos diseñados han sido testeados con datos reales de diferentes misiones: SAC-C, CHAMP, JASON-1 y GRACE. Se han realizado un amplio abanico de tests cubriendo diferentes opciones de parametrización para evaluar su comportamiento. / Satellites in low Earth orbits (LEO) are generally defined to be up to an altitude of 2000 km above Earth's surface and given the rapid decay of objects on the lower altitude range due to atmospheric drag, it is commonly accepted that a typical LEO height lies between 200 and 2000 km. This altitude range makes LEO satellites useful for a wide range of applications such as communication transponders, remote sensing, gravimetric and magnetometric sounding, ocean altimetry, atmospheric retrieval and Search and Rescue alarm operations. Its accurate positioning is of great importance in the successful accomplishment of their objectives. In this sense, most LEO satellites have a GPS receiver, which allows to collect GPS measurements in its full revolution around the Earth. These measures can be used to precisely estimate the trajectory of the spacecraft. This operation is normally done on ground, after the satellite was able to downlink all the data it collected. The capacity to do this positioning in real-time onboard the satellite is a necessity for some of the applications, and would also allow a faster science product delivery.This autonomous positioning is very different that the one that can be done on ground, as the satellite processor has large limitations in computational resources, so the complex models and calculus done in a normal computer on ground are completely unaffordable for the onboard processor. Besides, some of the models used in the trajectory estimation need some additional data (such as solar activity, or Earth rotation parameters) that are not available in real-time, so some approximations must be done to cope with these lack of data. This thesis will deepen into the study of autonomous GPS navigation of LEO satellites, a trend that is increasing its importance for their applications in both science and technological fields. It will develop new algorithms and methods in order to provide accurate and continuous positions for the satellites. Different aspects have been covered:· Multipath and interference mitigation. Reflections of GPS signals in the spacecraft structure cause a distress that affects the measured distance. On the other hand, some spacecraft have more than one GPS antenna on its payload. This creates a cross-talk interference that also affects the measures. The repeatability of these effects in relation to the attitude of the spacecraft can be used to mitigate its impact into the final navigation solution. Multipath mitigation techniques have been developed for both single- and dual-frequency receivers. · Dynamic force models. The high predictability of the trajectory of Earth orbiters is used in conjunction to GPS measurements to provide a more accurate solution than GPS standalone positions. This is a widely used technique in postprocessing strategies, but has high computational requirements and needs parameters not available in real-time. The simplifications of these models, along with the suppression of the parameters not available in an onboard environment is necessary to use these kind of positioning by a satellite processing in real-time conditions.· Maneuver handling. Earth orbiters do not follow a fully predictable orbit, some low-order perturbations modifies its trajectory on the long term, and atmospheric drag slowly brakes the satellite, decreasing its altitude. This makes necessary a periodic correction of its trajectory.This is done by short impulses produced by the satellite propulsion systems in what is called a maneuver. When a spacecraft is in a maneuver, it no longer follows the free-flight dynamic models, so this should be taken into account in the estimation filter. All the algorithms and methods have been tested with real data from different missions: SAC-C, CHAMP, JASON-1 and GRACE. Several test cases covering a wide range of days and parametrization options have been done in order to assess its performance.

Formation flying offers space-dependent disciplines such as astrophysics, astrodynamics, and geodesy, to name a few, the possibility of creating large spaceborne sensors from an array of small spacecraft flying in formation. This creates exciting scientific and technical opportunities as the formation could be arranged to work as, for example, an interferometer, thus providing a most unlimited angular resolution or a virtual telescope, thus unrestricted focal distances. Since the first mission including formation flying technology (EO-1) was selected by NASA, some of the challenges to realize full Formation Flying (FF) capabilities has been thought to be the definition of suitable algorithms to navigate and control FF missions.The focus of this dissertation is the design and evaluation of algorithms for navigation and control for formation flying missions. Given its importance, extensive research has been already conducted to fulfill the increase of accuracy, autonomy, and other requirements of the Guidance, Navigation, and Control (GNC) systems that derive from novel applications of formation flying missions. To centre the scope of present work, we have mainly focused in three of the present challenges: the difficulties of fusing different non-linear observations for relative navigation; the analysis and extension of behavioural algorithms for controlling a formation of spacecraft; and the design and validation of a control law for formation acquisition and formation keeping of a non-natural relative trajectory. These three interconnected topics cover a wide range of research in formation flying and embody the main algorithm components of formation flying algorithms from the observations to the navigation and to the control.The first challenge consisted, thus, in addressing the difficulties encountered by classical filters to estimate a state vector fusing common observations. We proposed several strategies to improve the robustness of these filters under non-linear conditions. Among these strategies, the modification of the residuals computation for the Unscented Kalman Filter (UKF) deserves special mention due to its excellent results and robustness against nonlinearities. A theoretical basis for these results became, thus, necessary regarding the new update equation of the UKF and has been developed subsequently in the frame of this thesis. This work has been published in Perea et al. (2007) and Perea and Elosegui (2008).The collective motion exhibited by some groups of animals has recently attracted the interest of many research groups who try to take advantage of the robustness and efficiency of natural patterns. With this aim, we have investigated the possibility of extending an interaction model that has shown emergent behaviour. In particular, the Cucker-Smale (CS) model has been extended for its application on spacecraft formation flying. Numerical simulations of the Darwin mission have proved that this strategy is suitable for loose formation keeping. Of special relevance is the low cost of the controller, specially compared to an alternative strategy, the Zero Relative Radial Acceleration Cones (ZRRAC).The problem of tight formation keeping is addressed previous publications. In these papers, we first study the relative dynamics of a virtual telescope that follows a non-natural relative trajectory driven by the position of an observed body and not by the natural forces in space. This analysis has originated the design of several controls based on different approximations of the relative dynamics. Their performances have been tested and compared through numerical simulations of the PROBA-3 mission using, first, computer based simulations, and then, a realistic platform with GNSS hardware and operational flight software in the loop. The main conclusions show that simple control definitions, as defined by the Linear Quadratic Regulator (LQR) and Linear Quadratic Regulator with the Integral term (LQRI), can fulfill stringent requirements for formation acquisition and tight formation keeping.KEYWORDS: Filering Theory; Control Theory; Guidance, Navigation and Control Systems; Formation Flying Missions / El vol de satèl.lits en formació ofereix a les disciplines de I'espai, com ara I'astrofísica, I'astrodinàmica i la geodesia, per anomenar-ne unes quantes, la possibilitat de crear grans sensors espacials a partir d'un petit grup de satèl·lits en formació. Disposar els satèl·lits per a operar com, per exemple, un interferòmetre, i per tant, oferint una resolució angular gairebe il.limitada, o com a telescopi virtual i aconseguir distàncies focals inimaginables amb un únic satèl·lit, crea grans oportunitats científiques i tècniques. Des del moment en que la NASA va seleccionar la primera missió espacial que incorporava tecnologia de vol en formació (EO-1), un dels reptes que es preveien per a realitzar autentiques missions de vol en formació es la definició d'algorismes específics per a la navegació i control dels satèl·lits.L'objectiu principal d'aquesta tesis es el disseny i avaluació d'algorismes de navegació i control apropiats per al vol de satèl·lits en formació. Donada la importancia d'aquestes missions, s'ha realitzat una extensa investigació per aconseguir acomplir amb l'increment d'objectius referents a la precisió, l'autonomia, i altres requisits del sistema de Guiat, Navegació i Control (GNC) que resulta de les noves aplicacions d'aquestes missions. El contingut d'aquesta tesis es centra en tres reptes actuals referents al sistema GNC: les dificultats de combinar diferents tipus d'observacions no lineals per a la navegació relativa; l'anàlisi i extensió d'algorismes de comportament per a controlar una formació de satèl.lits; i el disseny i la validació d'una llei de control per a l'adquisició i manteniment d'una formació en trajectòria no natural. Aquests tres temes interconnectats cobreixen una amplia àrea de recerca en el camp del vol en formació i incorpora els principals components dels algorismes de vol en formació, des de les observacions fins a la navegació i el control.

Actualment, no hi ha consens científic respecte a la informació representada en la activitat de les célules del hipocamp. D'una banda, experiments amb humans sostenen una visión de la funció de l'hipocamp com a un sistema per l'emmagatzematge de memóries episódiques, mentre que la recerca amb rodents enfatitza una visió com a sistema cognitiu espacial. Tot i que existeix abundant evidència experimental que indica una possible sobreposició d'ambdues teories, aquesta dissociació també es manté en part en base a dades fisiològiques aparentment incompatibles. Aquesta tèsi poposa que l'hippocamp té un rol funcional que s'hauría d'analitzar en termes de la seva estructura i funció, enlloc de mitjança estudis correlació entre activitat neuronal i comportament. La identificació d'un codi a l'hipocamp, es a dir, el conjunt de principis computacionals que conformen les transformacions d'entrada i sortida de l'activitat neuronal, hauría de proporcionar un explicació unificada de la seva funció. En aquesta tèsi presentem un model teòric que descriu quantitativament i que interpreta la selectivitat de certes regions de l'hipocamp en funció de variables espaials i no-espaials, tal i com observada en experiments amb rates. Aquest resultat suggereix que multiples aspectes de la memòria expressada en humans i rodents deriven d'uns mateixos principis. Per aquest motius, proposem nous principis per la memòria, l'auto-completat de patrons i plasticitat. A més, mitjançant aplicacions robòtiques, creem d'un nexe causal entre el circuit neural i el comportament amb el que demostrem la naturalesa conjuntiva de la selectivitat neuronal observada en el hipocamp es necessària per la solució de problemes pràctics comuns, com per example la cerca d'aliments. Tot plegat, aquests resultats avancen en l'idea general de que el codi de l'hipocamp es genèric i aplicable als diversos tipus de memòries estudiades en la literatura. / There is no consensual understanding on what the activity of the hippocampus neurons represents. While experiments with humans foster a dominant view of an episodic memory system, experiments with rodents promote its role as a spatial cognitive system. Although there is abundant evidence pointing to an overlap between these two theories, the dissociation is sustained by conflicting physiological data. This thesis proposes that the functional role of the hippocampus should be analyzed in terms of its structure and function rather than by the correlation of neuronal activity and behavioral performance. The identification of the hippocampus code, i.e. the set of computational principles underlying the input-output transformations of neural activity, might ultimately provide a unifying understanding of its role. In this thesis we present a theoretical model that quantitatively describes and interprets the selectivity of regions of the hippocampus to spatial and non-spatial variables observed in experiments with rats. The results suggest that the multiple aspects of memory expressed in human and rodent data are derived form similar principles. This approach suggests new principles for memory, pattern completion and plasticity. In addition, by creating a causal tie between the neural circuitry and behavior through a robotic control framework we show that the conjunctive nature of neural selectivity observed in the hippocampus is needed for effective problem solving in real-world tasks such as foraging. Altogether, these results advance the concept that the hippocampal code is generic to the different aspects of memory highlighted in the literature.

This thesis addresses the path planning problem for Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) using homotopy classes to provide topological information on how paths avoid obstacles. Looking for a path within a homotopy class constrains the search into a specific area of the search space, speeding up the computation of the path. Given a workspace with obstacles, the method starts by generating the homotopy classes. Those which probably contain lower cost solutions are determined by means of a lower bound criterion before computing a path. Finally, a path planner uses the topological information of homotopy classes to generate a few good solutions very quickly. Three path planners from different approaches have been proposed to generate paths for the homotopy classes obtained. The path planning is performed on Occupancy Grid Maps (OGMs) improved with probabilistic scan matching techniques. The results obtained with synthetic s scenarios and with real datasets show the feasibility of our method. / Aquesta tesi aborda el problema de la planificació de camins per a Vehicles Submarins Autònoms (AUVs) mitjançant la utilització de classes d'homotopia per a proporcionar informació topològica de com els camins eviten els obstacles. Calcular un camí dins d'una classe d'homotopia permet limitar l'espai de cerca accelerant-ne el càlcul de la solució. Donat un workspace amb obstacles, el mètode primer genera les classes homotòpiques. Aquelles classes que probablement contenen les solucions de menor cost s'identifiquen per mitjà d'una heurística sense haver-ne de calcular el camí al workspace. Finalment, un planificador de camins utilitza la informació topològica de les classes d'homotopia per generar solucions segons les classes seleccionades molt ràpidament. El mètode de planificació de camins s’aplica sobre Mapes d’Occupació de Graella (OGMs) millorats amb tècniques de scan matching probabilístic. Els tests i resultats obtinguts tan en escenaris sintètics com en datasets reals mostren la viabilitat del nostre mètode.

Large scale image mosaicing methods are in great demand among scientists who study different aspects of the seabed, and have been fostered by impressive advances in the capabilities of underwater robots in gathering optical data from the seafloor. Cost and weight constraints mean that lowcost Remotely operated vehicles (ROVs) usually have a very limited number of sensors. When a low-cost robot carries out a seafloor survey using a down-looking camera, it usually follows a predetermined trajectory that provides several non time-consecutive overlapping image pairs. Finding these pairs (a process known as topology estimation) is indispensable to obtaining globally consistent mosaics and accurate trajectory estimates, which are necessary for a global view of the surveyed area, especially when optical sensors are the only data source. This thesis presents a set of consistent methods aimed at creating large area image mosaics from optical data obtained during surveys with low-cost underwater vehicles. First, a global alignment method developed within a Feature-based image mosaicing (FIM) framework, where nonlinear minimisation is substituted by two linear steps, is discussed. Then, a simple four-point mosaic rectifying method is proposed to reduce distortions that might occur due to lens distortions, error accumulation and the difficulties of optical imaging in an underwater medium. The topology estimation problem is addressed by means of an augmented state and extended Kalman filter combined framework, aimed at minimising the total number of matching attempts and simultaneously obtaining the best possible trajectory. Potential image pairs are predicted by taking into account the uncertainty in the trajectory. The contribution of matching an image pair is investigated using information theory principles. Lastly, a different solution to the topology estimation problem is proposed in a bundle adjustment framework. Innovative aspects include the use of fast image similarity criterion combined with a Minimum spanning tree (MST) solution, to obtain a tentative topology. This topology is improved by attempting image matching with the pairs for which there is the most overlap evidence. Unlike previous approaches for large-area mosaicing, our framework is able to deal naturally with cases where time-consecutive images cannot be matched successfully, such as completely unordered sets. Finally, the efficiency of the proposed methods is discussed and a comparison made with other state-of-the-art approaches, using a series of challenging datasets in underwater scenarios / Els mètodes de generació de mosaics de gran escala gaudeixen d’una gran demanda entre els científcs que estudien els diferents aspectes del fons submarí, afavorida pels impressionants avenços en les capacitats dels robots submarins per a l’obtenció de dades ptiques del fons. El cost i el pes constitueixen restriccions que impliquen que els vehicles operats remotament disposin habitualment d’un nombre limitat de sensors. Quan un robot de baix cost duu a terme una exploració del fons submarí utilitzant una càmera apuntant cap al terreny, aquest segueix habitualment una trajectòria que dóna com a resultat diverses parelles d’imatges amb superposició de manera sequencial. Trobar aquestes parelles (estimació de la topologia) és una tasca indispensable per a l’obtenció de mosaics globalment consistents així com una estimació de trajectòria precisa, necessària per disposar d’una visió global de la regió explorada, especialment en el cas en què els sensors òptics constitueixen la única font de dades. Aquesta tesi presenta un conjunt de mètodes robustos destinats a la creació de mosaics d’àrees de grans dimensions a partir de dades òptiques (imatges) obtingudes durant exploracions realitzades amb vehicles submarins de baix cost. En primer lloc, es presenta un mètode d’alineament global desenvolupat en el context de la generació de mosaics basat en característiques 2D, substituint una minimització no lineal per dues etapes lineals. Així mateix, es proposa un mètode simple de rectificació de mosaics basat en quatre punts per tal de reduir les distorsions que poden aparèixer a causa de la distorsió de les lents, l’acumulació d’errors i les dificultats d’adquisició d’imatges en el medi submarí. El problema de l’estimació de la topologia s’aborda mitjanant la combinació d’un estat augmentat amb un altre de Kalman estès, amb l’objectiu de minimitzar el nombre total d’intents de cerca de correspondències i obtenir simultàniament la millor trajectòria possible. La predicció de les parelles d’imatges potencials té en compte la incertesa de la trajectòria, i la contribució de l’obtenció de correspondències per a un parell d’imatges s’estudia d’acord amb principis de la teoria de la informació. Així mateix, el problema de l’estimació de la topologia és abordat en el context d’un alineament global. Les innovacions inclouen l’ús d’un criteri ràpid per a determinació de la similitud entre imatges combinat amb una solució basada en arbres d’expansió mínima, per tal d’obtenir una topologia provisional. Aquesta topologia és millorada mitjançant l’intent de cerca de correspondències entre parelles d’imatges amb major probabilitat de superposició. Contràriament al que succeïa en solucions prèvies per a la construcció de mosaics de grans àrees, el nostre entorn de treball és capaç de tractar amb casos en què imatges consecutives en el temps no han pogut ser relacionades satisfactòriament, com és el cas de conjunts d’imatges totalment desordenats. Finalment, es discuteix l’eficiència del mètode proposat i es compara amb altres solucions de l’estat de l’art, utilitzant una sèrie de conjunts de dades complexos en escenaris subaquàtics.

L'objectiu principal d'aquesta tesi consisteix a estudiar la factibilitat d'implementar un sensor càmera CNN amb plena funcionalitat basat en FPGA de baix cost adequat per a aplicacions en robots mòbils. L'estudi dels fonaments de les xarxes cel•lulars no lineals (CNNs) i la seva aplicació eficaç en matrius de portes programables (FPGAs) s'ha complementat, d'una banda amb el paral•lelisme que s'estableix entre arquitectura multi-nucli de les CNNs i els eixams de robots mòbils, i per l'altre banda amb la correlació dinàmica de CNNs i arquitectures memristive. A més, els memristors es consideren els substituts dels futurs dispositius de memòria flash per la seva capacitat d'integració d'alta densitat i el seu consum d'energia prop de zero. En el nostre cas, hem estat interessats en el desenvolupament d’FPGAs que han deixat de ser simples dispositius per a la creació ràpida de prototips ASIC per esdevenir complets dispositius reconfigurables amb integració de la memòria i els elements de processament general. En particular, s'han explorat com les arquitectures implementades CNN en FPGAs poden ser optimitzades en termes d’àrea ocupada en el dispositiu i el seu consum de potència. El nostre objectiu final ens ah portat a implementar de manera eficient una CNN-UM amb complet funcionament a un baix cost i baix consum sobre una FPGA amb tecnología flash. Per tant, futurs estudis sobre l’arquitectura eficient de la CNN sobre la FPGA i la interconnexió amb els robots comercials disponibles és un dels objectius d'aquesta tesi que se seguiran en les línies de futur exposades en aquest treball. / El objetivo principal de esta tesis consiste en estudiar la factibilidad de implementar un sensor cámara CNN con plena funcionalidad basado en FPGA de bajo coste adecuado para aplicaciones en robots móviles. El estudio de los fundamentos de las redes celulares no lineales (CNNs) y su aplicación eficaz en matrices de puertas programables (FPGAs) se ha complementado, por un lado con el paralelismo que se establece entre arquitectura multi -núcleo de las CNNs y los enjambres de robots móviles, y por el otro lado con la correlación dinámica de CNNs y arquitecturas memristive. Además, los memristors se consideran los sustitutos de los futuros dispositivos de memoria flash por su capacidad de integración de alta densidad y su consumo de energía cerca de cero. En nuestro caso, hemos estado interesados en el desarrollo de FPGAs que han dejado de ser simples dispositivos para la creación rápida de prototipos ASIC para convertirse en completos dispositivos reconfigurables con integración de la memoria y los elementos de procesamiento general. En particular, se han explorado como las arquitecturas implementadas CNN en FPGAs pueden ser optimizadas en términos de área ocupada en el dispositivo y su consumo de potencia. Nuestro objetivo final nos ah llevado a implementar de manera eficiente una CNN-UM con completo funcionamiento a un bajo coste y bajo consumo sobre una FPGA con tecnología flash. Por lo tanto, futuros estudios sobre la arquitectura eficiente de la CNN sobre la FPGA y la interconexión con los robots comerciales disponibles es uno de los objetivos de esta tesis que se seguirán en las líneas de futuro expuestas en este trabajo. / The main goal of this thesis consists in studying the feasibility to implement a full-functionality CNN camera sensor based on low-cost FPGA device suitable for mobile robotic applications. The study of Cellular Nonlinear Networks (CNNs) fundamentals and its efficient implementation on Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) has been complemented, on one side with the parallelism established between multi-core CNN architecture and swarm of mobile robots, and on the other side with the dynamics correlation of CNNs and memristive architectures. Furthermore, memristors are considered the future substitutes of flash memory devices because of its capability of high density integration and its close to zero power consumption. In our case, we have been interested in the development of FPGAs that have ceased to be simple devices for ASIC fast prototyping to become complete reconfigurable devices embedding memory and processing elements. In particular, we have explored how the CNN architectures implemented on FPGAs can be optimized in terms of area occupied on the device or power consumption. Our final accomplishment has been implementing efficiently a fully functional reconfigurable CNN-UM on a low-cost low-power FPGA based on flash technology. Therefore, further studies on an efficient CNN architecture on FPGA and interfacing it with commercially-available robots is one of the objectives of this thesis that will be followed in the future directions exposed in this work.