Grunnlaget for det arbeidet som er utført i denne rapporten er påstanden om LoranCsrobusthet som navigasjonssystem. Robustheten til systemet måles i systemets egen evnetil å motstå interferens (absolutt robusthet) og hvor robust LoranC er i forhold til andre navigasjonssystemer(relativ robusthet). Fokuset i denne rapporten er å gi en beskrivelse av navigasjonssystemet LoranC, hvilke faktorer som påvirker signalet langs utbredelsesveien og hva som skal til for å interferere med disse signalene. For å avdekke hva som kan gjøres for å interferer med LoranC signalene er det utført praktiske målinger/jammetest. De teoretiske beregningene sammen med observasjonene i det praktiske forsøket skal danne grunnlaget for et hensiktsmessig oppsett av en mobil LoranC jammerenhet.Ønsker man å påvirke en mottakers posisjonsangivelse er det viktig at man kjennertil virkemåten til systemet og prinsippene brukt i mottakerene. Kapittel 4.2 tar for segde teoretiske aspektene ved LoranC systemet og kap 4.3 omhandler virkemåten til enLoranC mottaker. Søken etter å finne sårbarheten til systemet startes med å se på de potensielle feilkildene som systemet må ta høyde for under normal drift. LoranC signalene påvirkes av underlaget(den elektriske ledeevnen), topografien, årstiden og de aktuelle atmosfæriske forholdene. Dette er degraderende faktorer som LoranC-systemet må ta med i beregningene for å oppnå systemkravene til posisjonsnøyaktighet. For å gi en bedre forståelse for hva LoranC signalene ved normal drift påvirkes av vil kap.4 gi en gjennomgang av utbredelse av LoranC-signaler og hvordan den atmosfæriske støyen påvirker disse signalene.Videre gir kap 4.8 en introduksjon av generelle signaltyper og modulasjoner som kanbenyttes til å interferere med LoranC-signalene. Dette er signaler som videre skal benyttes som jamme/narre signaler i de praktiske målingene.Grensesnittet mellom det elektriske interferenssignalet(jamming/spoofing) og utbredelsesmediumet(eteren) er antennen, og på grunn av at LoranC er et lavfrekvent navigasjonssystem vil signalenes lange bølgelengden skape utfordringer ved antennedesignet.I denne rapporten vi dette gjøre seg mest gjeldende ved at størrelsen til LoranC senderantennen begrenses av kravet til mobilitet hos jammeenheten, mens god antenneeffektivitet krever en fysisk stor antenne. Kap 4.9 gir en oversikt over disse utfordringene og viser beregninger av en antenne som kan benyttes i et slikt mobilt jammeoppsett.For beregning av feltstyrkeverdiene til LoranC-signalene og den atmosfæriske støyen vedmålestasjonen ble det utviklet og brukt et Excel-program med utgangspunkt i drøftet bølge- og støy-teori. Kapittel 5 gir en gjennomgang av dette Excel-programmet. Beregningene i dette programmet danner grunnlaget for hva som kreves av en jammeenhetsom skal kunne interferere med LoranC signaler fra tre valgte sendere. Hva som krevesav en slik jammerenhet er presentert i dette kapittel.I kapittel 6 beskriver de praktiske målingene som ble utført på Frøya. For å avdekke hvasom er den mest effektive formen for interferens med LoranC-signaler ble interferensmålingene utført ved bruk av to typer antenner, forskjellige signaltyper/modulasjoner og varierende signalstyrke/avstand. Videre ble de teoretiske signalberegninger for LoranCsignalet og den atmosfæriske støyen sammenlignet med signal-verdier observert under jammemålingene. Egenskapene og ytelsen til jammeantennene og posisjonsplottet fra LoranC mottakeren ble også observert og benyttet til å fastslå effektiviteten av interferensen med LoranC-signalene og jamme-effektivitet. Denne rapporten avsluttes med at de teoretiske resultatene i kombinasjon med de praktiske undersøkelsene gir en bedømmelse av LoranC sin robusthet samt et oppsett av et mobilt LoranC-jammesystem.

Grunnlaget for det arbeidet som er utført i denne rapporten er påstanden om LoranCsrobusthet som navigasjonssystem. Robustheten til systemet måles i systemets egen evnetil å motstå interferens (absolutt robusthet) og hvor robust LoranC er i forhold til andre navigasjonssystemer(relativ robusthet). Fokuset i denne rapporten er å gi en beskrivelse av navigasjonssystemet LoranC, hvilke faktorer som påvirker signalet langs utbredelsesveien og hva som skal til for å interferere med disse signalene. For å avdekke hva som kan gjøres for å interferer med LoranC signalene er det utført praktiske målinger/jammetest. De teoretiske beregningene sammen med observasjonene i det praktiske forsøket skal danne grunnlaget for et hensiktsmessig oppsett av en mobil LoranC jammerenhet.Ønsker man å påvirke en mottakers posisjonsangivelse er det viktig at man kjennertil virkemåten til systemet og prinsippene brukt i mottakerene. Kapittel 4.2 tar for segde teoretiske aspektene ved LoranC systemet og kap 4.3 omhandler virkemåten til enLoranC mottaker. Søken etter å finne sårbarheten til systemet startes med å se på de potensielle feilkildene som systemet må ta høyde for under normal drift. LoranC signalene påvirkes av underlaget(den elektriske ledeevnen), topografien, årstiden og de aktuelle atmosfæriske forholdene. Dette er degraderende faktorer som LoranC-systemet må ta med i beregningene for å oppnå systemkravene til posisjonsnøyaktighet. For å gi en bedre forståelse for hva LoranC signalene ved normal drift påvirkes av vil kap.4 gi en gjennomgang av utbredelse av LoranC-signaler og hvordan den atmosfæriske støyen påvirker disse signalene.Videre gir kap 4.8 en introduksjon av generelle signaltyper og modulasjoner som kanbenyttes til å interferere med LoranC-signalene. Dette er signaler som videre skal benyttes som jamme/narre signaler i de praktiske målingene.Grensesnittet mellom det elektriske interferenssignalet(jamming/spoofing) og utbredelsesmediumet(eteren) er antennen, og på grunn av at LoranC er et lavfrekvent navigasjonssystem vil signalenes lange bølgelengden skape utfordringer ved antennedesignet.I denne rapporten vi dette gjøre seg mest gjeldende ved at størrelsen til LoranC senderantennen begrenses av kravet til mobilitet hos jammeenheten, mens god antenneeffektivitet krever en fysisk stor antenne. Kap 4.9 gir en oversikt over disse utfordringene og viser beregninger av en antenne som kan benyttes i et slikt mobilt jammeoppsett.For beregning av feltstyrkeverdiene til LoranC-signalene og den atmosfæriske støyen vedmålestasjonen ble det utviklet og brukt et Excel-program med utgangspunkt i drøftet bølge- og støy-teori. Kapittel 5 gir en gjennomgang av dette Excel-programmet. Beregningene i dette programmet danner grunnlaget for hva som kreves av en jammeenhetsom skal kunne interferere med LoranC signaler fra tre valgte sendere. Hva som krevesav en slik jammerenhet er presentert i dette kapittel.I kapittel 6 beskriver de praktiske målingene som ble utført på Frøya. For å avdekke hvasom er den mest effektive formen for interferens med LoranC-signaler ble interferensmålingene utført ved bruk av to typer antenner, forskjellige signaltyper/modulasjoner og varierende signalstyrke/avstand. Videre ble de teoretiske signalberegninger for LoranCsignalet og den atmosfæriske støyen sammenlignet med signal-verdier observert under jammemålingene. Egenskapene og ytelsen til jammeantennene og posisjonsplottet fra LoranC mottakeren ble også observert og benyttet til å fastslå effektiviteten av interferensen med LoranC-signalene og jamme-effektivitet. Denne rapporten avsluttes med at de teoretiske resultatene i kombinasjon med de praktiske undersøkelsene gir en bedømmelse av LoranC sin robusthet samt et oppsett av et mobilt LoranC-jammesystem.

Robots shaped as snakes – snake robots – have a vast potential within areas such as seach and rescue, and inspection and maintenance. Snake robots with active wheels are a specialized form of snake robots. The active wheels are advantageous in made-made environments such as office floors, factories and ventilation systems. The active wheels and the articulated body of the robots offer an efficient platform for moving both horizontally and vertically. A snake robot needs to be able to perform advanced motions in order to navigate complex man- made environments such as pipe-structures. The topic of this master’s thesis is to develop control strategies for snake robot motions on flat planes and in pipe structures. A previously developed simulator for simulation of wheeled snake robot locomotion with a snake robot called Piko [1] will be available. Suggested work 1. Get acquainted with the simulator and make a short tutorial how to, e.g.: install the simulator for development, read sensor signals, control the various degrees of freedom, and perform simulations without visualization. 2. Develop and implement necessary improvements of the simulator. 3. Perform a short literature study within the following topics relevant to the thesis: a. Reinforcement learning b. Function approximators for reinforcement learning c. Current pipe inspection robots and their capabilities (degree of autonomy, design, etc) 4. Formulate one or more motion primitives (controllers) and investigate how to optimize control strategies based on the motion primitives by the use of robot learning. a. In particular, investigate by using the simulator a motion primitive which endows a wheeled snake robot with the capability to lift its head as high as possible. Notes - The robot learning strategies may be based on results from [2]. - If another type of learning framework than reinforcement learning is employed (e.g. evolutionary algorithms), the literature study should reflect this. 1. Fjerdingen, S.A., Liljebäck, P. and Transeth, A.A., A snake-like robot for internal inspection of complex pipe structures (PIKo), in ‘Proc. IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems’, St. Louis, USA, Oct 11-15, 2009, pp. 5665-5671. 2. Fjerdingen, S.A., Kyrkjebø, E., Transeth, A.A., AUV Pipeline Following using Reinforcement Learning, in ‘Proc. Int. Symp. on Robotics’, München, Germany, June 8-11, 2010, to appear.

In this thesis, methods for automatic detection for radar systems are investigated. The objective is to indicate the presence of targets in the midst of noise and clutter. One of the most efficent methods for doing this is to exploit the Doppler shift in reflections from moving targets. This is called Moving Target Indication (MTI), and it is used in many radar applications today. However, such functionality is not typical for radars employing a magnetron oscillator. The magnetron oscillator is widely used in civil marine radars, and MTI processing is of interest for such radars as well. In addition to MTI processing, automatic detection may be applied in order to make decisions on target presence. This may be achieved by employing Constant False Alarm Rate (CFAR) detection and pulse integration. The challenges with automatic detection are prediction of the clutter power, and handling of non-homogeneous environments. Ideally, clutter components will be removed by the MTI process, leaving receiver noise and reflection from targets at the output. However, this is not necessarily the case when applied to a magnetron radar. A particular automatic detector employing Ordered Statistics (OS) CFAR and binary pulse integration is investigated. This is a robust detector that may operate in the presence of multiple targets and non-Gaussian clutter. The binary integrator contributes in reducing the false alarm rate, such that acceptable performance may be achieved. In order to find suitable parameters for the detector, analysis of an MTI processed radar signal containing reflection from waves at sea and a small boat is carried out. Also, the performance of the detector has been measured in terms of false alarm probability, and target detection. Analysis shows that Weibull or K-distribution are suitable models for the sea clutter, and that the MTI signal exhibits spatial correlation between clutter samples. The correlation is concluded to be the reason for degradation in performance, as detection on clutter appears as targets. Also, optimum parameters for the detector is found, and it is shown that increasing the number of reference samples increases the number of target detections.

This thesis describes the design process of a helical antenna for the groundstation at NTNU. The helical antenna is designed for the proposed telemetrylink at 437 MHz. The main focus areas have been to be able to make thehelical antenna small enough to be safely mounted on the roof of the buildingbelonging to the Department of Electronics and Telecommunication, while atthe same time having a big enough helical antenna to achieve the required gain,which is 16 dB. An earlier link budget has been revisited and the requirementshas been adjusted accordingly. The theory section provides the equations thatthe design is based on. In the design and simulation section, articles from theInstitute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) have been useful to seeif the calculated design with wanted characteristics is achievable. The simulationprocess gives an understanding of what happens with the electromagnetic fieldand the gain when different physical dimensions are changed. A scale model hasbeen constructed and measurements have been done in the anechoic chamber.The measurements shows an agreement with the simulations. The evaluationshows that it is sufficient with two antennas in an array, instead of four whichhas been previously proposed.

NTNU is aiming to build and launch a small student satellite compliant with thedouble CubeSat standard, by 2014. The NTNU Test Satellite (NUTS) will carrytwo radio tranceivers and a beacon transmitter, all located in the VHF and UHFamateur bands. The goal of this thesis was to build the whole antenna systems forthe spacecraft.Turnstile antennas were chosen both for UHF and VHF, since they yield thehighest received signal strength on ground throughout the whole pass of the satel-lite. In order to reach this conclusion, a study of how the choice of spacecraftantennas dynamically influence the link margin was carried out. Furthermore, theantennas was made by measuring tape, and is to be wrapped around the satelliteuntil deployment. This is for the satellite to be within the size constraints of adouble CubeSat during launch. The measuring tape will be tightened to the satel-lites body by nylon thread, which will be burnt off by Nichrome-wire to release themeasuring tape when the satellite is in-orbit. The measuring tape is mounted inbetween two circuit boards constituting the internal part of the antenna module.The feeding network is encapsulated by these two circuit boards. The module ismade such that the antenna complies with the CubeSat standard, and such that itcan be integrated with other modules on-board the satellite, such as the camera.Feeding the antennas turned out more difficult than first anticipated. Whereasconventional feeding networks for turnstile antennas typically comprises baluns andarrangements of coaxial cable comparable to the wavelength, such solutions are notfeasible within the satellite due to size constraints. As a result a lumped feedingnetwork was designed, that could be mounted on one of the circuit boards.Because of the many reactive components in the feeding network, it becamenecessary to determine how deviations in component values affect the performanceof the circuit. Statistical simulations was performed, and the deviations may causean unbalance between the amplitudes and phases of the outputs. But this resultsin less than half a dB additional losses in the link budget.A refinement of electromagnetic antenna simulations from previous work wasalso carried out. With this, the performance of the antennas was verified, andtheir lengths were optimized to yield the best possible match. The VHF antenna isnear-ideal both in terms of pattern and matching. The pattern of the UHF antennais somewhat distorted, but it is still considered to be the best suited antenna ofthose considered. The matching of the UHF antenna could have been better, butis considered acceptable. Moreover, the mutual coupling between the VHF andUHF antennas were studied, with the conclusion that the antennas may very wellco-exist on-board the satellite.Finally, both the feeding network and the VHF antenna were successfully builtand tested. The feeding network had an insertion loss of less than 2 dB, whereas thepattern of the antenna was measured to be near-ideal. Unfortunately, a fault hasoccurred on the UHF feeding network, which also prohibits the pattern for the UHFantenna to be measured. Nonetheless, all the parts constituting it has been built,and all the necessary simulations are done. Previous and future troubleshooting ofthe feeding network is also discussed.

This report studies the development of a Multiplicative Extended Kalman Filter for orbit and attitude estimation for the 10times10times20 cm CubeSat at the Norwegian University of Science and Technology (NTNU). The filter was developed in a tightly coupled manner with respect to the GPS attitude solution, based on data from differential carrier phase measurements. These measurements are aided by measurements from a three-axis magnetometer, and inertial measurements from a gyroscope. Four antennas are virtually mounted on the satellite to obtain three baselines of 1 m each. The MEKF is complemented by an integer ambiguity resolution method, which makes sure that the solution for a GPS signal is not accepted until the integrity check value for all baselines is below the acceptance threshold. Until the ambiguities are resolved, the Multiplicative EKF is reliant upon the gyro measurements, and the magnetometer. The filter has been simulated with various attitude maneuvers.The MEKF performs orbit estimation based on measurements from GPS position, velocity, and timing data, from which it estimates the Keplerian orbital parameters to determine the orbit of the craft. It operates as an ordinary EKF for this purpose. Simulation shows that the filter is able to determine the attitude and orbit of the spacecraft from the given measurements, and that it is robust to a temporary loss of the GPS measurements. However, the orbit estimator assumes a circular orbit. The quality of orbit estimates are therefore dependent on the eccentricity of the orbit.