Unmanned Aerial Vehicles2o semestre 2018/2019

Seminario Aeroespacial II

Prof. Fernando Lau

Grupo 8

Antonio Arco, no 89645

Carla Neto, no 89649

Jose Luıs Parreira, no 89688

Jose Tiago Sa, no 89690

Leonardo Pedroso, no 89691

Marco de 2019

Resumo

Este trabalho tem como objetivo explorar os principais aspetos relacionados com

veıculos aereos nao tripulados, tambem conhecidos por unmanned aerial vehicles (UAVs).

De facto, abordaremos a forma como surgiram e para que efeitos foram, numa primeira

instancia, construıdos. Seguidamente, investigaremos a forma como este tipo de aeronaves

se desenvolveu no tempo, nomeadamente no que diz respeito as tarefas em que tem sido

utilizadas, ao grau de eficacia para as desempenhar e ainda ao seu ganho de autonomia.

Investigaremos, em detalhe, os subsistemas que, geralmente, constituem um UAV, e em

que medida se distinguem de uma aeronave tripulada. Neste ultimo ponto sera dada par-

ticular importancia a forma como e necessario assegurar a coesao entre eles. Esta coesao

e, em grande parte, assegurada pelo sistema de guiamento, navegacao e controlo (GNC),

cujas componentes serao, tambem, exploradas. Para finalizar, sera realizada uma analise

das variadas aplicacoes atuais deste tipo de aeronaves. Ao longo deste documento tenta-

mos, ainda, abordar as barreiras que a tecnologia atual ainda nao foi capaz de ultrapassar

e o trabalho de investigacao a ser desenvolvido nesse sentido.

1

Indice

1 Introducao 4

2 Breve Contextualizacao Historica 4

2.1 Primeiro uso documentado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2 Primeira Guerra Mundial e perıodo pos-guerra . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.3 Operacoes de vigilancia e reconhecimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.4 Papel dos Estados Unidos da America . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3 Subsistemas 7

3.1 Estrutura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3.2 Atuacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.2.1 Propulsao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.3 Fontes de Energia Eletrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.4 Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.4.1 IMUs (Inercial Measurement Units) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.4.2 GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.4.3 Outros sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.5 Comunicacoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.6 Computadores de Bordo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4 Guiamento, Navegacao e Controlo 12

4.1 Modelo do UAV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4.1.1 Referenciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4.1.2 Representacao em espaco de estados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.1.3 Linearizacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4.2 Guiamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4.3 Navegacao e estimacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4.4 Controlo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5 Exemplos de aplicacao 18

5.1 Aplicacoes militares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

5.1.1 Cenarios de Combate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

5.1.2 Reconhecimento e Vigilancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5.1.3 Alvos de Treino Militar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5.1.4 Defesa contra UAVs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2

5.2 Desativacao de Minas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5.3 Aplicacoes Civis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5.3.1 Transporte de Cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5.3.2 Lazer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5.3.3 Pesquisa Cientıfica e Monitorizacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5.3.4 Busca e Salvamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5.3.5 Agricultura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5.3.6 Prevencao e Combate aos Incendios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

6 Conclusao 23

Referencias 24

3

1 Introducao

O termo UAV (unmanned aerial vehicle), i.e. veıculo aereo nao tripulado, e utilizado,

segundo o Department of Defense Dictionary of Military and Associated Terms [1], para

descrever uma aeronave (i) com um sistema de propulsao; (ii) que nao transporte um operador

humano consigo; (iii) que use forcas aerodinamicas para gerar sustentacao; (iv) que possa ser

reutilizavel ou nao e (v) que consiga carregar uma carga letal ou nao. Para alem disso, mısseis

ou outras aeronaves que sejam elas proprias a municao nao sao consideradas UAVs. Estes tipo

de veıculos sao tambem, commumente, designados por drones e a razao para tal e exposta na

seccao 2. A sua designacao na lıngua portuguesa e VANT (veıculo aereo nao tripulado) ou

VARP (veıculo aereo remotamente pilotado), contudo, dado que sao raramente usadas, neste

documento usaremos a designacao UAV.

Os UAVs sao inseridos, segundo a EASA (European Aviation Safety Agency), num UAS

(unmanned aerial system), i.e. sistema aereo nao tripulado, que inclui, para alem da aeronave,

a central de controlo terrestre com a qual estabelece uma ligacao durante a sua operacao [2].

E tambem usual classificar as aeronaves nao tripuladas quanto a sua autonomia em duas

grandes categorias: (i) as controladas remotamente por um operador humano via uma central

de controlo ou (ii) as controladas autonomamente por um computador de bordo.

Inicialmente, como explorado na seccao 2, o uso de UAVs restringia-se a fins militares por

forma a evitar por em risco vidas em missoes de vigilancia, reconhecimento e combate aereo.

Contudo, ao longo dos anos, a sua versatilidade fez com que fossem usados para uma grande

variedade de aplicacoes, como exposto na seccao 5. Para alem disso, o seu custo reduzido e

tambem um fator muito apreciado. A tıtulo de exemplo, os UAVs de combate mais utilizados

custam quase 10 vezes menos que os avioes tripulados construıdos para o mesmo efeito [3],

nao tendo em consideracao os custos que o treino de um piloto qualificado requer.

Este setor tem crescido a ritmo consideravel na ultima decada, visto que o investimento

em UAVs tem-se tornado aliciante para varias empresas. Segundo um artigo publicado pela

DRONEII (Drone Industry Insights), terao sido investidos mais de 450 milhoes de dolares

neste setor apenas ao longo do ano de 2018 [4].

2 Breve Contextualizacao Historica

2.1 Primeiro uso documentado

E difıcil determinar, com exatidao, a origem do uso de UAVs, no entanto, o primeiro

documentado e o lancamento de baloes incendiarios, em 1849, carregados com explosivos,

lancados pela Austria, que tinham como alvo a cidade de Veneza [5, 6]. Estes baloes foram

equipados com um rastilho, de forma a que largassem os explosivos enquanto sobrevoassem a

cidade alvo. Contudo, devido a variacao da direcao do vento apos o seu lancamento, apenas

4

alguns cumpriram o proposito para que haviam sido criados [7].

2.2 Primeira Guerra Mundial e perıodo pos-guerra

De facto, o grande impulsionador do desenvolvimento destas tecnologias foram os conflitos

armados e, por essa razao, as primeiras aeronaves controladas remotamente emergem durante

a Primeira Guerra Mundial. Uma delas foi o Ruston Proctor Aerial Target, representado

na figura 1, que surgiu em 1916, gracas as tecnicas revolucionarias de controlo por radio de

Archibald Low [8]. O seu objetivo era ser usado como uma bomba pilotada a distancia para

atingir um alvo inimigo, contudo nunca foi usado em combate [9]. Outro projeto que trilhou o

caminho do desenvolvimento de UAVs foi o Hewitt-Sperry Automatic Airplane, uma aeronave

controlada usando giroscopios [10]. Este projeto iniciado por Elmer Sperry foi aperfeicoado,

antes do fim deste confronto pelas forcas militares dos Estados Unidos [11], consistindo num

pequeno biplano que funcionava como uma aeronave kamikaze, i.e. cujo objetivo era colidir

com o alvo inimigo, que designaram por Kettering Bug, visıvel na figura 2. Dado o termino

da Primeira Guerra Mundial tambem nao chegou a ser empregado neste conflito. Ainda que

nao possam ser classificados como UAVs , pela definicao apresentada na seccao 1 visto serem

considerados torpedos aereos, estes projetos moldaram profundamente o seu desenvolvimento.

No perıodo entre as duas guerras mundiais, o desenvolvimento de aeronaves controladas

quer remotamente quer autonomamente continuou, tendo surgido varios novos projetos, como

exposto detalhadamente em [14]. Um dos exemplos mais notaveis, visto ser um dos primeiros

pilotos-automaticos, e o projeto britanico Royal Aircraft Establishment Larynx [15]. Para alem

disso, em 1935, na Gra Bretanha, foram construıdas varias aeronaves controladas a distancia

via radio, para a execucao de testes realistas a sistemas anti-aereos [16]. Foi inspirado no

nome de uma das aeronaves, o DH.82B Queen Bee, representado na figura 3, que o termo

drone comecou a ser usado para designar estes UAVs.

Figura 1: Ruston Proctor Aerial Target [12]

Figura 2: Kettering Bug [13]

5

Figura 3: Winston Churchill e Secretario de Estado esperando o descolar do DH.82B QueenBee [17]

2.3 Operacoes de vigilancia e reconhecimento

O desenvolvimento de UAVs para operacoes de vigilancia e reconhecimento foi impulsio-

nado de forma significativa dado o perigo a que os pilotos encarregues deste tipo de missoes

estavam sujeitos em territorio hostil. Na verdade, em plena Guerra Fria (1947–1991) o piloto

Francis Gary Powers foi atingido em espaco aereo sovietico e capturado, um alerta para a

necessidade do desenvolvimento de veıculos nao tripulados para estes fins [18].

Foram extensivamente usados na Guerra do Vietname (1955-1975) [19], tendo sido lancados

mais de 3 mil UAVs durante este perıodo [20]. Estes eram, por norma, largados de aeronaves

de maiores dimensoes ou diretamente do solo. Poucos estavam equipados com um trem de

aterragem e, por isso, dispunham de um para-quedas que amortecia o impacto na aterragem

[21].

Em 1973, depois da guerra do Yom Kippur, um conflito do Egito e Sıria contra Israel,

Israel desenvolveu a Tadiran Mastiff e, pouco depois, a IAI Scout. Estes sao considerados os

primeiros UAVs de reconhecimento moderno [22], contando com transmissao em tempo real

de imagens de vıdeo.

2.4 Papel dos Estados Unidos da America

Em janeiro de 1994, o Pentagono contratou a General Atomics para desenvolver um novo

UAV. Maior, mais resistente e silencioso do que os desenvolvidos ate a epoca, a primeira

geracao do Predator surgiu apenas seis meses apos a celebracao deste contrato. Esta aeronave

nao tripulada foi usada pela primeira vez na Guerra da Bosnia em 1995, numa missao de

reconhecimento [23].

Em 2000 localizou Osama bin Laden no Afeganistao, depois da Al Qaeda ter sido associada

6

ao atentado de 1993 contra o World Trade Center e ao bombardeamento de duas embaixa-

das norte-americanas em Africa [24]. Neste voo estava, ainda, apenas munida de camaras de

vıdeo, no entanto, em dezembro desse ano, as forcas armadas dos Estados Unidos receberam

a aprovacao do Pentagono para armar o Predator com mısseis Hellfire [25]. Anos mais tarde,

apos o ataque terrorista de 11 de setembro de 2001, estes drones foram usados intensivamente

pela CIA (Central Intelligence Agency) e pelo Pentagono em missoes de procura e assassinato

de membros afiliados com o grupo terrorista Al Qaeda [26]. O Bureau of Investigative Jour-

nalism estima que os bombardeamentos levados a cabo por UAVs norte-americanos tenham

assassinado entre 8,459 a 12,105 pessoas, das quais 769 a 1,725 civis [27, 28, 29].

Num quadro mais recente, os UAVs, tem-se desenvolvido em diversas areas para alem da

sua marcada componente militar. Este sera o objeto de analise na seccao 5.

3 Subsistemas

Tal como qualquer outra aeronave, os veıculos aereos nao tripulados, sao constituıdos por

um leque de subsistemas que, interligados, permitem o seu correto funcionamento. Nesta

seccao sera dado especial relevo a forma como estes subsistemas se distanciam dos que

compoem uma aeronave tripulada e das possibilidades e desafios que daı advem.

3.1 Estrutura

Ao nıvel da fuselagem, as diferencas mais significativas, em relacao a uma aeronave tri-

pulada, sao o seu tamanho e forma. Na verdade, dado nao existir o constrangimento de

transportar pessoas, estas aeronaves tendem a ser mais pequenas e leves, podendo ainda

apresentar formatos muito variaveis. De facto, a otimizacao da sua forma e geometria, para

uma dada aplicacao, e um topico ainda muito investigado [30, 31, 32].

As configuracoes de um UAV podem ser categorizadas, fundamentalmente, em dois gran-

des grupos: (i) asa fixa e (ii) multicopteros. Por um lado, as configuracoes de asa fixa, cujas

multiplas variantes sao exploradas com detalhe em [33], sao, tambem, muito usadas para

transporte de pessoas e mercadoria. Um exemplo de um UAV de asa fixa e dado na figura

4. Por outro lado, os multicopteros, exemplificados na figura 5, permitem descolar e aterrar

verticalmente e, ainda, pairar. Para alem da versatilidade conferida por estas faculdades, sao

tambem muito ageis quando comparados com uma aeronave de asa fixa [34]. No entanto,

a sua eficiencia e estabilidade sao inferiores [35, 36], nao sendo, por essa razao, uma confi-

guracao usual para aeronaves tripuladas, visto que, neste caso, estes factores se sobrepoem a

agilidade. Para alem disso, grande parte dos UAVs com esta ultima configuracao sao ineren-

temente instaveis, pelo que e necessario um controlo dos atuadores (c.f. subseccao 3.2) para a

estabilizar, que dada a sua rapidez e complexidade, e executada por um computador de bordo

(c.f. subseccao 3.6).

7

Figura 4: UAV de asa fixa [37]. Figura 5: Multicoptero [38].

3.2 Atuacao

O sistema de atuacao permite a regulacao das forcas e momentos aplicados na aeronave,

por forma a efetuar o controlo da sua trajetoria. Nas configuracoes de asa fixa e usado um

motor para conferir velocidade horizontal e superfıcies de controlo, cuja deflexao faz variar as

forcas e momentos aerodinamicos. Ja no caso dos multicopteros, sao diferenciais de propulsao

que permitem efetuar este controlo [39].

3.2.1 Propulsao

Os sistemas de propulsao de UAVs contam, na sua generalidade, com uma fonte de energia

eletrica, quımica (normalmente um combustıvel fossil) ou uma solucao hıbrida [40], ainda que

menos utilizadas. Os mecanismos de propulsao devem-se adequar a fonte de energia escolhida

(e reciprocamente), bem como aos parametros e requisitos da missao. Estes parametros,

delineados para um determinado tipo de tarefas englobam, geralmente, a carga util, altitude

de voo, velocidade, duracao entre outros apresentados detalhadamente por Torun [41].

Por um lado, os motores eletricos acoplados a uma helice sao os mais utilizados para aero-

naves nao tripuladas de pequena dimensoes, necessitando de um regulador de velocidade para

serem controlados [42]. Apresentam, na sua generalidade, vantagens como grande eficiencia,

baixas emissoes e pequena massa. Dentro deste tipo de motores, destacam-se os BLDC, i.e.

Brushless Direct Current, alimentados por corrente contınua de baixa tensao [43, 44]. Este

tipo de motor produz menos ruıdo, tem uma vida util mais longa e e mais eficiente do que a

vasta maioria dos que opera com corrente contınua [39, 45]. Um exemplo deste tipo de mo-

tores e dado na figura 6. No entanto, o seu controlo e mais complexo, carece de reguladores

sofisticados, e as fontes de energia eletrica nao estao ainda desenvolvidas o suficiente para um

uso extensivo destes motores, como abordado na subseccao 3.3.

Por outro lado, sao tambem usados motores a pistao acoplados a uma helice e a jato para

UAVs de maior dimensao. As principais vantagens destes dois tipo de motor, em relacao a

solucoes eletricas, sao a alta relacao entre a sua potencia e peso [46] e a maior densidade

energetica do seu combustıvel em relacao as baterias atualmente disponıveis, sendo, assim,

8

possıvel atingir velocidades mais elevadas [42, 47, 48]. Contudo, produzem muito ruıdo,

comprometendo a sua prestacao em operacoes de reconhecimento e de vigilancia [49]. Para

alem disso, tem elevadas emissoes de CO2, sao mais pesados e exigem mais manutencao e

custos associados [39].

Figura 6: Exemplo de um motor BLDC [50]. Figura 7: Cloud Shadow, lancado pela AVIC(Aviation Industry Corporation of China) em2016, equipado com motor a jato [51].

3.3 Fontes de Energia Eletrica

Dado que o uso de mecanismos de propulsao eletricos em aeronaves e um objeto de estudo

em expansao no desenvolvimento de UAVs [52], nesta subseccao sera exposta a tecnologia atu-

almente disponıvel, bem como as barreiras que esta tecnologia nao conseguiu, ainda, transpor.

As fontes de energia eletrica mais comummente usadas sao baterias, possuindo, no entanto,

um vasto leque de limitacoes em relacao aos combustıveis fosseis. A maior destas limitacoes

e a relacao entre a potencia fornecida e o seu peso, fator fundamental para que seja possıvel

a sua utilizacao em aeronaves de maior massa e alcance. Ainda que os combustıveis fosseis

tenham uma densidade energetica cerca de 100 vezes superior a das baterias atuais [42], tem-

se visto grandes progressos no seu desenvolvimento [53]. Para alem disso, o tempo necessario

para as carregar e o seu rapido desgaste sao problemas para os quais ainda nao foi possıvel

encontrar uma solucao completamente satisfatoria [53].

Por outro lado, UAVs movidos a energia solar tem-se provado promissores. Na verdade,

estas aeronaves poderao permitir a monitorizacao de uma area na superfıcie da Terra durante

longos perıodos de tempo ou usados como um nodo numa rede de telecomunicacoes. Dos

prototipos desenvolvidos nas ultimas decadas destaca-se o projeto Airbus Zephyr, visıvel na

figura 8, tendo conseguido uma autonomia 336 horas e 22 minutos em 2010 [54].

3.4 Sensores

Num UAV os sensores sao componentes essenciais para o controlo da aeronave, especial-

mente se esta estiver equipada com um sistema de pilotagem automatico. Na verdade, existe

uma grande necessidade monitorizar o estado da aeronave no ambiente envolvente, de forma

9

ser possıvel ajustar a sua atuacao a finalidade da missao por ela desempenhada. Com efeito,

esta traducao da informacao fornecida pelos sensores na atuacao sera o objeto de estudo da

seccao 4. Nesta subseccao serao apresentados os sensores que sao encontrados na vasta maioria

das aeronaves nao tripuladas.

3.4.1 IMUs (Inercial Measurement Units)

As IMUs, i.e. Inercial Measurement Units, sao compostas por combinacoes multi-axiais

de acelerometros e giroscopios, fundamentais para uma estimativa da atitude da aeronave.

Assim, sao alinhados acelerometros e giroscopios segundo os tres eixos da aeronave, medindo

a aceleracao e velocidade angular, respetivamente, no seu referencial. Estas unidades sao

normalmente equipadas com redundancias, dito de outra forma, possuem mais do que um

sensor para a medicao da mesma grandeza segundo o mesmo eixo. Esta caracterıstica permite

continuar a obter resultados na ocorrencia de uma falha em um dos sensores e tambem permite

combinar as medicoes de cada um dos sensores para obter uma estimativa mais exata [55].

Este problema pertence ao domınio da navegacao, abordado na subseccao 4.3.

Estas unidades podem ainda estar equipadas com um vasto leque de outros sensores, como

(i) magnetometros, usados para estimar o angulo que o eixo longitudinal da aeronave faz com o

norte magnetico; barometros, medindo a pressao atmosferica por forma a estimar a altitude da

aeronave; (iii) termometros, utilizados para efetuar correcoes no calculo da altitude estimada

a partir da informacao fornecida pelo barometro.

3.4.2 GPS

O GPS, Global Positioning System, e um sistema de navegacao apoiado por um conjunto

de satelites. Na verdade, este sistema opera obtendo medicoes da distancia da aeronave a

varios satelites, cujas posicoes sao conhecidas, a partir de sinais por eles emitidos. Com esta

informacao e possıvel estimar a sua posicao e velocidade em relacao a um referencial fixo na

Terra. A fusao dos dados obtidos pelo GPS com os dados recolhidos pela IMU, permitem

obter melhores estimativas tanto para a atitude como para a posicao da aeronave utilizando

um filtro adequado [56], como exposto na subseccao 4.3.

3.4.3 Outros sensores

E tambem muito importante medir a velocidade da aeronave relativamente ao ar, por

forma a modelar as forcas aerodinamicas que atuam no UAV. Nesse sentido sao equipados

com um tubo de Pitot, visıvel na figura 9, e um sensor de pressao. Assim, medindo a diferenca

entre a pressao total e a pressao estatica do ar, e possıvel estimar esta velocidade [39, 57].

Estao, muitas vezes, equipados tambem com sonares, usados para contornar obstaculos e

aterrar autonomamente, visto que as medidas fornecidas pelo sistema de GPS sao possuem

10

a precisao necessaria para esse efeito. A conjugacao destes sensores com o sistema GPS e

tambem muito usada para a criacao de um mapa do ambiente envolvente ao UAV e calculo sua

posicao nesse mapa, uma area muito investigada na ultima decada e conhecida como SLAM,

i.e. simultaneous localization and mapping [58]. Para alem disso, um componente muito

importante em aeronaves nao tripuladas de reconhecimento, vigilancia ou busca e salvamento

e uma camara de vıdeo acoplada a uma gimball, para permitir o controlo da sua orientacao.

Figura 8: Prototipo do projeto AirbusZephyr [59].

Figura 9: Tubo de Pitot num UAV de asafixa [60].

3.5 Comunicacoes

A comunicacao permanente entre uma aeronave nao tripulada e uma central de controlo

e fundamental no decorrer de uma missao, permitindo o envio de instrucoes e a rececao de

informacao relativa ao estado do UAV . O conjunto da aeronave e da central de controlo com

a qual comunica designa-se por UAS, como notado na seccao 1.

O protocolo de comunicacao usado pode ser centralizado, se a aeronave trocar informacao

apenas com a central de controlo, transmitindo dados acerca da sua posicao e, muito frequen-

temente, vıdeo em tempo real. Desta central, um operador controla remotamente a aeronave

ou monitoriza e ajusta a missao em progresso, se se tratar de um UAV com a capacidade

de desempenhar tarefas autonomamente. Mais recentemente tem-se apostado na investigacao

de protocolos de comunicacao distribuıda em redes de varios UAVs [61, 62, 63]. O principal

objetivo deste novo paradigma de comunicacao e a utilizacao otima dos recursos disponıveis,

atraves da cooperacao entre aeronaves na rede, comunicando entre si como evidenciado nos

esquemas da figura 10. Com efeito, este protocolo tem revelado poder vir a ser muito util no

que diz respeito a missoes de busca e salvamento em cenarios de desastre natural ou nuclear

[64].

3.6 Computadores de Bordo

Os computadores sao, atualmente, parte essencial de uma aeronave, visto que fazem a

ligacao entre os varios subsistemas a compoe. Como seria expectavel, em veıculos aereos

nao tripulados este e um componente com ainda mais relevancia, desempenhando um vasto

11

Figura 10: Esquema de protocolo de comunicacao: (a) centralizada; (b) descentralizada [65].

leque de tarefas: (i) Comunicacao, regulando o envio da informacao do voo; (ii) Aquisicao

de medidas dos sensores; (iii) controlo dos atuadores e (iv) Guiamento Navegacao e Controlo

(GNC), efetuando os calculos associados ao planeamento da rota, estimacao da atitude e

posicao da aeronave e determinacao da atuacao necessaria para o seguimento da trajetoria

pretendida. A forma como o computador de bordo assegura a coesao entre estes subsistemas

encontra-se esquematizada na figura 11. As tres componentes do sistema de GNC serao

exploradas na seccao seguinte.

Figura 11: Diagrama em que e visıvel a forma como o computador de bordo faz a ligacaoentre os varios subsistemas de um UAV.

4 Guiamento, Navegacao e Controlo

Guiamento, Navegacao e Controlo, muitas vezes referido como GNC, e a area que estuda

o desenvolvimento de sistemas para o controlo do movimento de um veıculo. Em particular,

para um UAV, este sistema contribuira para a coesao entre os varios subsistemas estudados

na seccao 3, fazendo a ligacao entre a informacao sensorial obtida e a atuacao necessaria para

12

completar a missao de que foi incumbido. Como e indicado pela sua designacao, este sistema

pode ser dividido em tres componentes principais: (i) Guiamento, a determinacao da trajetoria

a seguir pela aeronave; (ii) Navegacao, a determinacao da posicao e atitude da aeronave, num

dado instante, a partir de medicoes ruidosas dos sensores; (iii) Controlo, o calculo da atuacao

necessaria para que o estado da aeronave, dado pela navegacao, coincida com o desejado,

calculado a partir do guiamento. A forma como os referidos tres elementos estao relacionados

e se enquadram no sistema de GNC esta esquematizada na figura 12. Nas subseccoes seguintes,

cada um dos elementos sera explorado detalhadamente e serao apresentados alguns exemplos.

Figura 12: Diagrama em que e visıvel a forma como as tres principais componentes de umsistema de GNC se relacionam; Inspirado em esquema semelhante apresentado em [66].

4.1 Modelo do UAV

Antes de proceder ao desenvolvimento de qualquer uma das componentes do sistema de

GNC e fundamental construir um modelo matematico da aeronave que se pretende controlar.

Este modelo desempenha um papel basilar no modo como a trajetoria de voo e otimizada, na

estimacao da posicao e atitude da aeronave, na selecao do tipo de controlador a empregar, no

ajuste dos seus parametros e na simulacao da totalidade do sistema de modo a avaliar o seu

desempenho.

4.1.1 Referenciais

No estudo do movimento de uma aeronave sera necessario considerar dois referenciais

principais1, como exposto em [68]: (i) um referencial inercial ligado a superfıcie da terra,

designado por NED (North East Down), em que os seus primeiro e segundo eixos sao tangentes

a superfıcie e apontam, respetivamente, para norte e este, e o terceiro aponta para o centro

1Outros referenciais podem ser usados de forma a facilitar a modelacao das forcas aerodinamicas, como oreferencial do vento e de estabilidade. Estes sao descritos detalhadamente em [67].

13

da terra; (ii) um referencial ligado a aeronave e com origem no seu centro de gravidade. As

figuras 13 e 14 evidenciam a forma como estes referenciais estao definidos.

Figura 13: Referencial NED [69].

Figura 14: Exemplo, para uma aero-nave de asa fixa, do referencial ligadoa aeronave (body frame) [70].

A transformacao de um vetor no referencial NED para o referencial da aeronave pode

fazer-se atraves de uma translacao, representada por um vetor, e de uma rotacao. Esta ultima

pode ser descrita pelos angulos de Euler φ, θ e ψ referentes, respetivamente, aos angulos de

rolamento, picada e guinada, ou atraves de quaternioes. A diferenca entre as representacoes

da rotacao mencionadas, bem como a conversao entre elas, e explorada em detalhe em [71].

4.1.2 Representacao em espaco de estados

A forma eleita para a organizacao da equacoes do movimento de uma aeronave e atraves

de um sistema de equacoes diferenciais de primeira ordem, resolvidas em ordem as derivadas.

Esta formulacao e muito frequentemente encontrada na literatura como a base de sistemas

de GNC e simulacao, e.g. [56, 67, 68, 72]. Para n variaveis independentes, xi (como as

componentes da posicao e velocidade), e m variaveis de controlo , ui (como a deflexao das

superfıcies de controlo), a formula geral para o modelo e dada por

xi = fi(x1, · · · , xn, u1, · · · , um) , (1)

em que as funcoes fi sao funcoes nao lineares que resultam das equacoes da cinematica e da

modelacao das forcas e momentos a que uma aeronave esta sujeita. Para alem disso, se o

conjunto de variaveis xi for o menor conjunto, que aliado as variaveis de controlo, descreve

completamente o sistema, entao esta e chamada uma descricao em espaco de estados. Esta

descricao e comummente representada por

x = f(x,u), (2)

14

em que x e o vetor n× 1 das variaveis de estado, u e o vetor m× 1 das variaveis de controlo

e f : Rn+m → Rn e uma funcao nao linear.

Usando os referenciais descritos em 4.1.1 e comum definir x = (pn, pe, pd, φ, θ, ψ, u, v, w, p, q, r)

em que (pn, pe, pd) e o vetor da posicao da aeronave no referencial NED, (u, v, w) o vetor da

velocidade da aeronave no seu referencial e (p, q, r) o vetor da velocidade angular da aeronave,

tambem no seu referencial. Ja a definicao do vetor u varia consoante o tipo de atuacao do

UAV, sendo que para uma aeronave de asa fixa e, comummente, dado por u = (δa, δe, δr, δt),

respetivamente, a deflecao, em radianos, dos ailerons, elevator e rudder e a propulsao norma-

lizada no intervalo [0, 1].

4.1.3 Linearizacao

Para efeitos de simulacao utiliza-se a representacao dada pela equacao (2), dado ser im-

portante, em situacoes desta natureza, ter uma aproximacao da realidade o mais fiel possıvel.

No entanto, dada a complexidade das equacoes obtidas, para o projeto de controladores sao

normalmente linearizadas em torno de varios pontos de equilıbrio ao longo do envelope de

voo, obtendo

x = Ax + Bu

y = Cx + Du, (3)

em que y e o vetor da saıda do sistema e A, B, C e D sao matrizes constantes no tempo.

4.2 Guiamento

O problema da geracao de trajetoria consiste em descobrir qual o movimento que minimiza

um dado parametro enquanto sujeito a conjunto de restricoes. Sao varios os algoritmos na

literatura. Os mais comuns, explorados em [73], consistem em gerar um trajetoria desde uma

posicao inicial, (pn(0), pe(0), pd(0)), ate uma posicao final no instante T , (pn(T ), pe(T ), pd(T )),

definida a priori ou em tempo real, e que satisfaca uma relacao do tipo

p?i (t) = arg minpi(t)

∫ T

0L(p

(k)i , · · · , p(1)i , t)dt , (4)

em que p?i (t) e a trajetoria otima, L e a funcao de custo que se pretende minimizar e p(k)i

denota a derivada de ordem k de pi.

Funcoes de custo que sao muito usadas no que diz respeito ao planeamento de trajetorias

de multicopteros sao dadas por

L =(p(k)i

)2. (5)

15

Estas minimizam a velocidade, aceleracao, jerk2 e snap3 da trajetoria, respetivamente, para

k = 1, 2, 3 e 4. Mellinger et. al. [74] usam uma funcao de custo do tipo da equacao (5), com

k = 4, para o planeamento de uma trajetoria de um UAV , em tempo real, atraves de aros

circulares, exemplificada na figura 15.

Figura 15: Multicoptero gerando uma trajetoria otima em tempo real, com o algoritmo de-senvolvido em [74].

4.3 Navegacao e estimacao

Um dos principais desafios na projecao de um sistema de GNC e a obtencao fiavel da

posicao e atitude da aeronave. Por um lado, as medicoes dos sensores estao, inevitavelmente,

contaminadas com ruıdo e erros medicao, por vezes muito significativos. Por outro, nao e

possıvel medir diretamente algumas variaveis de estado, como os angulos de rolamento e pi-

cada, sendo necessario estima-los indiretamente a partir de outras medicoes, o que leva a

propagacao e amplificacao do erro. Assim, para desenvolver um sistema, e necessario minimi-

zar o erro de propagacao e medicao, recorrendo a algumas tecnicas.

Um dos metodos mais utilizados e a aplicacao de um filtro passa-baixo que, como o

nome sugere, atenua variacoes com uma frequencia superior a uma determinada frequencia

de corte, ωco, caracterıstica do ruıdo, e permite a passagem da componente do sinal com uma

frequencia mais baixa. Analisando o domınio da frequencia e procedendo a uma discretizacao,

como sugerido em [67], obtemos

y[n+ 1] = αLPF y[n] + (1− αLPF )u[n], (6)

em que y[n] e a saıda do filtro e u[n] a medida ruidosa obtida do sensor relativas a nesima

medicao. Assim, e importante notar que um filtro passa-baixo nao e mais do que a media

ponderada da ultimo valor dado pelo filtro e medido pelo sensor. A relacao entre αLPF e ωco

e dada por

αLPF = e−ωcoTs , (7)

em que Ts e o intervalo de tempo, considerado constante, entre medicoes. Um exemplo de

aplicacao desta tecnica e evidenciada na figura 16.

2Terceira derivada da posicao.3Quarta derivada da posicao.

16

Figura 16: Aplicacao de um filtro passa baixo as medicoes de um giroscopio ao longo do eixox [67].

No entanto, nao sao obtidos resultados satisfatorios para a estimacao indireta de variaveis

de estado. Mais recentemente, com introducao da teoria de observadores dinamicos foram

introduzidos metodos mais robustos, dos quais o mais conhecido e o Kalman filter. Esta

tecnica, deduzida em [56], faz uso da dinamica do sistema dada pela equacao (3). Na verdade,

este algoritmo e composto por dois passos: (i) previsao com base no ultimo estado estimado

e na dinamica do sistema e (ii) atualizacao quando esta disponıvel uma nova medicao de um

sensor. Para alem disso, estima tambem uma medida da propagacao do erro que usa para

ajustar a iteracao da atualizacao. E possıvel observar uma implementacao deste filtro na

figura 17.

Figura 17: Exemplo de implementacao do filtro de Kalman [67].

4.4 Controlo

Finalmente, a componente de controlo emprega tecnicas que tem como finalidade o ajuste

das variaveis de controlo de uma aeronave de modo a permitir um seguimento da referencia

dada pelo do guiamento. Por forma a que estes metodos sejam robustos, no sentido em que

tem um bom desempenho perante perturbacoes e erros do modelo, sao usados controladores

com realimentacao, na teoria de controlo classica, como exposto em [68] e [56]. Como e

possıvel analisar a partir da figura 18 e usada realimentacao, i.e. o estado instantaneo da

variavel a controlar e usado para um calculo mais robusto das entradas de controlo do sistema

na iteracao seguinte.

17

Figura 18: Exemplo de aplicacao de um controlador do angulo de rolamento de uma aeronavede asa fixa com realimentacao; Cortesia AeroTec.

Um controlador e avaliado, essencialmente, segundo os seguintes parametros: (i) segui-

mento da referencia do sistema de guiamento; (ii) rapidez de atuacao e (iii) imunidade a

perturbacoes nao contabilizadas no modelo projetado. Estes parametros sao definidos quan-

titativamente, previamente a simulacao do controlador e variam consoante a aplicacao pre-

tendida.

Assim, um desenvolvimento cuidado de um destes sistemas de GNC num UAV, permite

superar as capacidades humanas, em termos de rapidez, conferindo-lhe uma versatilidade que

e visıvel na variedade de situacoes onde sao usados, como explorado na seccao seguinte.

5 Exemplos de aplicacao

5.1 Aplicacoes militares

Foi na aviacao militar que se observaram os primeiros passos no desenvolvimento de UAVs,

como e explorado na seccao 2. E, ainda, nesta area que se desenvolve parte consideravel da

tecnologia e onde se regista o maior volume de investimento. De facto, e no nıvel militar que

se verifica 70% do investimento entre 2016 e 2020, segundo relatorios da Goldman Sachs que

avaliam o mercado de UAVs num valor de 100 mil milhoes de dolares neste perıodo [75], com

os Estados Unidos da America a dominarem esta industria.

5.1.1 Cenarios de Combate

No entanto, os Estados Unidos sao so um dos mais conhecidos na crescente lista de paıses

ou organizacoes, algumas delas terroristas [76], que tem aderido ao uso de UAVs em cenario

de conflito armado. Estas aeronaves tem a particularidade de serem difıceis de abater e

quando equipadas com mısseis sao altamente destrutivas [77]. Nas figuras 19 e 20 estao

representados dois UAVs, normalmente equipados com mısseis, extensivamente usados pela

forca aerea norte-americana.

18

Figura 19: General Atomics MQ-1 Predator[78].

Figura 20: General Atomics MQ-9 Reaper[79].

5.1.2 Reconhecimento e Vigilancia

Ao nıvel de missoes de reconhecimento e vigilancia, uma das vantagens mais preponde-

rantes e a possibilidade de realizacao de missoes em territorio hostil sem por em causa, por

um lado, vidas de pilotos e, por outro, de forma a evitar crises diplomaticas [80]. Outra clara

vantagem e registada a nıvel economico. Para tal basta comparar, a tıtulo de exemplo, o

custo de compra de duas aeronaves utilizadas neste tipo de missao, o UAV General Atomics

MQ9-Reaper, cujo custo e de cerca de 14.5 milhoes de dolares [81], em comparacao com o

custo de um Lockheed Martin F-35 Lightning II, cujo preco varia entre 89 e 115 milhoes de

dolares [82].

5.1.3 Alvos de Treino Militar

A utilizacao de aeronaves em fim de vida, convertidas em UAVs, para fins de treino

e simulacao de situacoes de combate e uma pratica cada vez mais comum no quadro da

aviacao militar atual. Foi em 1997 que a forca aerea norte-americana comecou a converter

McDonnell Douglas F-4 Phantom II e, em 2013, General Dynamics F-16 Fighting Falcon

em aeronaves nao tripuladas para fins de treino. Portugal, em conjunto com outros paıses

da NATO, ja participou em exercıcios militares em que foram utilizados drones de pequenas

dimensoes, fabricados em Portugal, como alvos para treinos de armamento e precisao por

parte da Marinha Portuguesa e suas analogas. Este tipo de treino permite conhecer as falhas

e desafios que o uso deste tipo de equipamentos pode constituir para o setor da defesa [83],

como abordado seguidamente.

5.1.4 Defesa contra UAVs

Da mesma forma que tecnologia de UAVs para fins ofensivos evoluiu, tambem o setor

defensivo se viu obrigado a crescer [84]. Nesse sentido, estao a ser levados a cabo varios

projetos de investigacao para o desenvolvimento de uma tecnologia viavel para a neutralizacao

de amecas desta natureza [85]. Algumas das solucoes passam, por exemplo, pela utilizacao de

lasers para o seu abate ou interferencia por radiofrequencias para desativar o equipamento.

19

Outra possibilidade, mas de curto alcance, e a utilizacao de lancadores de redes para captura

de UAVs de pequena dimensao. Uma pratica comum e que, ja utilizada em diversos aeroportos

e zonas de circulacao de outras aeronaves tripuladas, consiste no treino de aves de rapina para

a sua captura [86].

5.2 Desativacao de Minas

Inegavelmente, um dos trabalhos humanitarios mais caros e perigosos e a desativacao

de campos de minas ativos em antigas zonas de guerra, como por exemplo em territorio

croata, onde existem campos de minas criados durante a guerra da independencia e que ainda

ameacam vidas civis atualmente [87]. No entanto, de forma a tornar o processo de localizacao

e desativacao de minas mais eficaz e seguro, tem-se vindo a desenvolver prototipos de veıculos

aereos nao tripulados para este fim, como o representado na figura 21. Estas tecnologias

passam por associar a UAVs detetores de metais, sensores de mapeamento 3D de terreno e

camaras de captura de imagens na regiao do infravermelho, por forma a detetar anomalias

na vegetacao causadas pelo vazamento de substancias quımicas pelo explosivo, permitindo a

sua localizacao. Atualmente ja e possıvel, inclusive, a desativacao de minas pelas mesmas

aeronaves que as detetam, com a colocacao de uma pequena carga explosiva e sua detonacao

remota, tornando o processo de desativacao mais seguro, rapido, barato e eficiente [88].

Figura 21: Manta Ray, UAV do projeto Mine Kafon que localiza e desativa minas [88].

5.3 Aplicacoes Civis

A grande versatilidade dos UAVs torna-os adequados para dar resposta as exigencias de

varias areas. Sao exemplos o transporte de carga, a pesquisa arqueologica, o cinema, o lazer,

o jornalismo, a manutencao da ordem publica, a pesquisa cientıfica, operacoes de busca e

salvamento, a agricultura, o auxılio em cuidados de saude, a prevencao e combate a incendios

e monitorizacao de nıveis de poluicao. Dada a vastidao de areas em que o uso de UAVs e

cada vez mais comum, optamos, neste documento, por explorar apenas algumas destas suas

aplicacoes.

20

5.3.1 Transporte de Cargas

Em 2013, a Amazon anunciou a criacao da Amazon Prime Air, um programa que visa a

criacao de um sistema de entregas via UAV. No entanto, este projeto foi duramente criticado

por levantar questoes a nıvel legislativo, de seguranca e privacidade.

Atualmente, existem projetos ja implementados em que se depende de UAVs para realizar a

entrega, por exemplo, de bens alimentares. Um destes casos e o da Santa Casa da Misericordia

de Penela, com um projeto que visa a entrega, a um habitante de uma aldeia isolada, de

refeicoes diarias, reduzindo custos e tempo de entrega [89].

Figura 22: Prototipo de UAV da Amazon destinado a entrega de produtos [90].

5.3.2 Lazer

O numero de utilizadores civis de UAVs de pequenas dimensoes esta em rapido cresci-

mento. Um dos setores em que se regista um grande interesse e o da fotografia. Para alem

desse, outras atividades de lazer tem vindo a nascer com a UAVs , como as corridas, um dos

exemplos mais evidentes dessa tendencia [91]. Com a proliferacao destas aeronaves destinadas

ao lazer tem-se verificado a necessidade de regulamentar o seu uso. Os casos de interferencia

entre as rotas de voo de aeronaves comerciais de transporte de passageiros e UAVs civis sao

muito frequentes. Nesse sentido a EASA, i.e. European Union Aviation Safety Agency, desen-

volveu um conjunto de leis que, apos aprovacao do Parlamento Europeu, serao implementadas

a nıvel europeu, segundo o previsto, a partir do verao de 2019 [92]. Em Portugal, esta ja em

vigor um regulamento, desenvolvido pela ANAC, a Autoridade Nacional da Aviacao Civil,

relativo as condicoes de operacao aplicaveis a utilizacao do espaco aereo pelos sistemas de

aeronaves civis nao tripulados [93].

5.3.3 Pesquisa Cientıfica e Monitorizacao

A utilizacao de UAVs para pesquisa cientıfica e monitorizacao veio permitir a obtencao

de dados, que seriam, sem ela, inacessıveis. A tıtulo de exemplo, a Aerosonde [94], utilizada

em missoes de recolha de informacao de furacoes, permite recolher dados mais precisos do

que imagens de satelite ou aeronaves tripuladas, que, por questoes de seguranca, nao podem

21

aproximar-se o suficiente. Outro exemplo e a monitorizacao da mudanca de caudal de cursos de

agua, de modo a prever cheias, ou a detecao de anomalias na saude da vegetacao de uma dada

regiao. Os UAVs tem tambem vindo a adquirir um papel preponderante na monitorizacao

de habitats e na conservacao de especies, com varias organizacoes a utiliza-los na localizacao

de cacadores furtivos, do abate ilegal de arvores e de outras atividades ilıcitas. Um destes

exemplos e a ShadowView [95], uma organizacao que trabalha, sobretudo, em missoes de

conservacao e protecao de rinocerontes, cacados ilegalmente pelo valor dos seus chifres [96].

5.3.4 Busca e Salvamento

Adicionalmente, os UAVs sao usados para a localizacao rapida de sobreviventes em zonas

de desastre remotas e de difıcil acesso, podendo tambem antecipar o auxılio as vıtimas. Neste

sentido, investigadores da Universidade de Delft, construıram um prototipo de um UAV que,

em caso de emergencia medica, se desloca ao local correspondente, levando consigo um con-

junto de equipamentos e medicacao para a administracao de primeiros socorros. Isto permite,

segundo o que e divulgado, reduzir o tempo medio de resposta dos servicos de emergencia de

10 para cerca de 1 minuto [97].

Figura 23: Prototipo de UAV destinado a entrega de equipamentos e medicacao para aprestacao de primeiros socorros [98].

5.3.5 Agricultura

Desde os anos 90, com a introducao do Yamaha R-Max [99], que aeronaves nao tripuladas

sao utilizadas na aplicacao de pesticidas e outras substancias vaporizadas nas plantacoes.

A sua utilizacao consegue ter um menor custo e uma maior precisao na aplicacao quando

comparada com uma aeronave tripulada. Para alem disso, permitem tambem a monitorizacao

de gado, da saude das plantacoes e dos seus dos nıveis de humidade.

5.3.6 Prevencao e Combate aos Incendios

Portugal tem sido confrontado com um grande problema ao nıvel de incendios florestais.

Encontra-se tambem na vanguarda do desenvolvimento de estrategias de prevencao e combate

22

aos incendios utilizando UAVs . Por exemplo, a empresa portuguesa UAVision, especializada

no desenvolvimento e construcao de aeronaves nao tripuladas e diversos tipos de sensores,

comercializa o Advance Fire Detection System, capaz de identificar focos de incendio e auxiliar

a coordenacao entre o apoio aereo e as equipas que atuam no terreno. [100]

6 Conclusao

Numa era em que os UAVs se tornam cada vez mais comuns nos ceus, com uma ver-

satilidade crescente e um custo de compra e manutencao cada vez mais reduzido, torna-se

importante explorar este topico.

Como tal comecamos por nos debrucar sobre todo o contexto historico que levou ao de-

senvolvimento deste tipo de aeronaves. Descobrimos, assim, a marcada componente militar

da sua genese e como, ao longo da sua evolucao, permaneceram indissociaveis.

Exploraram-se tambem os aspetos mais tecnicos caracterısticos destes tipos de aeronaves

e a forma como os seus subsistemas se distinguem dos das aeronaves nao tripuladas. E de

destacar que, nesta comparacao, os UAVs tendem a ser mais pequenos e leves, dado que nao

possuem o constrangimento de transportar pessoas. Para alem disso, verifica-se que sao mais

dependentes dos dados obtidos pelos sensores e da comunicacao com uma central de controlo.

Por fim, e o seu computador de bordo que faz a interligacao entre a maioria dos subsistemas

e que assegura a coesao entre eles.

Investigou-se tambem a forma como e controlado o movimento da aeronave por parte do

computador de bordo, atraves de um sistema de Guiamento, Navegacao e Controlo. Apos

uma exploracao das tres componentes deste sistema, e notavel a sua complexidade, tendo sido

apresentada apenas uma analise superficial das mesmas. Pudemos constatar a importancia do

desenvolvimento de um modelo matematico da dinamica da aeronave por forma a desenhar

um sistema eficaz. Para alem disso, foram apresentados exemplos e algoritmos normalmente

usados em cada uma das componentes.

Foram, tambem, dados varios exemplos das numerosas aplicacoes das aeronaves nao tri-

puladas. Seja a sua motivacao a reducao do esforco sobre o ser humano, reducao de riscos ou

custos, os UAVs apresentam-se como uma boa solucao para um grande leque de problemas.

No entanto, a crescente extensao da sua utilizacao requer que seja aprovadas leis para regular

o seu uso. Em Portugal estao ja em vigor, desde 2016, as restricoes impostas aos utilizado-

res destas aeronaves. Preve-se que seja implementada a partir do verao de 2019 legislacao

europeia desenvolvida pela EASA.

Por fim, tentamos, sempre que possıvel, verificar quais os avancos mais recentes em cada

um dos topicos desenvolvidos ao longo deste documento, bem como a direcao em que a sua

investigacao esta a evoluir.

23

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32

Indice

Angulos de Euler, 14

ANAC, 21

Atuacao, 8, 10, 12

Autonomia, 4

categorias, 4

Central de controlo, 4, 11, 23

Comunicacao, 11, 12

centralizada, 11

distribuıda, 11

Controlo, 5, 7–9, 12, 14, 15, 17

Custo, 4, 19, 21–23

EASA, 4, 23

Eficiencia, 7, 8

Espaco de estados, 14

Estabilidade, 7

Estimacao, 12

Filtro, 10

Kalman filter, 17

passa-baixo, 16

Fonte de energia

eletrica, 8, 9

fossil, 8

hıbrida, 8

solar, 9

Fuselagem, 7

GNC, 12–14, 16, 18, 23

Guiamento, 12, 15

Investimento, 4, 18

Mıssil, 4, 7, 18

Missao, 4, 13

busca e salvamento, 11

de reconhecimento, 4, 6, 9, 11, 19

de vigilancia, 4, 6, 9, 11

Modelo da aeronave, 13, 14

Motor

a jato, 8

a pistao, 8

eletrico, 8

Multicopteros, 7

Navegacao, 10, 12

Origem, 4

Piloto-automatico, 5, 9

Propulsao, 4, 8, 9

Quaternioes, 14

Realimentacao, 17

Referencial, 10, 13, 15

da aeronave, 14

de estabilidade, 13

do vento, 13

NED, 13–15

Ruıdo, 9, 13, 16

Sensor, 9, 12, 16, 23

camara de vıdeo, 20

acelerometro, 10

barometro, 10

camara de vıdeo, 11

giroscopio, 10

GPS, 10, 11

IMU, 10

magnetometro, 10

redundancias, 10

termometro, 10

tubo de Pitot, 10

Subsistemas, 7, 23

33