Metodologia para modelagem computacional de Kalman Fuzzy baseada em triangulação de fontes de informação para rastreamento e previsão de comportamento em sistemas suborbitais

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: MACÊDO, Arthur Medeiros
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA
Texto Completo: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/3528
Resumo: Suborbital rockets are launched carrying a payload to the microgravity environment. In addition to the applications of aerospace activity and access to space, the rocket launch activity promotes scientific and technological development. Vehicle tracking data is monitored by Flight Security, primarily used to determine whether the flight is within the prescribed safety limit or whether there is a need to terminate the flight by destroying the vehicle. Currently, the Alcantara Launch Center (CLA) performs the tracking of aerospace vehicles through systems with tracking radars. In order to increase the level of availability of vehicle location data, this work proposes an approach for determining the position of the rocket-based on antenna triangulation. Therefore, the rocket’s position is estimated based only on the azimuth and elevation data of the antennas pointing in its direction. The result of triangulations is input signals for a dynamic filter that aims to achieve accuracy close to the radar signal. This dynamic filter must consider inherent nonlinearities to the trajectory dynamics. To handle such nonlinearities, a fuzzy clustering technique was used to partition the trajectory and then use linear filters for each partition and a fuzzy system to manage such clusters. System identification techniques have been applied to convert a signal from the triangulation step into a radar-like signal and reduce errors and noise. Simulations were carried out to demonstrate the performance of the proposed method using historical actual flight data from a suborbital vehicle. The implementation demonstrates that the technique estimates the vehicle position based only on azimuth and elevation data from antennas pointing to the vehicle. Also, the dynamic filter design reduces errors and noise in rocket estimation.
id UFMA_5233616fe9c20707d40c78b9c572b111
oai_identifier_str oai:tede2:tede/3528
network_acronym_str UFMA
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA
repository_id_str 2131
spelling SERRA, Ginalber Luiz de Oliveirahttp://lattes.cnpq.br/0831092299374520SERRA, Ginalber Luiz de Oliveirahttp://lattes.cnpq.br/0831092299374520SOUZA, Francisco das Chagas dehttp://lattes.cnpq.br/2405363087479257CORTES, Omar Andres Carmonahttp://lattes.cnpq.br/5523293886612004http://lattes.cnpq.br/5204708812128644MACÊDO, Arthur Medeiros2022-04-20T16:44:16Z2022-03-18MACÊDO, Arthur Medeiros. Metodologia para modelagem computacional de Kalman Fuzzy baseada em triangulação de fontes de informação para rastreamento e previsão de comportamento em sistemas suborbitais. 2022. 92 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Eletricidade/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2022.https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/3528Suborbital rockets are launched carrying a payload to the microgravity environment. In addition to the applications of aerospace activity and access to space, the rocket launch activity promotes scientific and technological development. Vehicle tracking data is monitored by Flight Security, primarily used to determine whether the flight is within the prescribed safety limit or whether there is a need to terminate the flight by destroying the vehicle. Currently, the Alcantara Launch Center (CLA) performs the tracking of aerospace vehicles through systems with tracking radars. In order to increase the level of availability of vehicle location data, this work proposes an approach for determining the position of the rocket-based on antenna triangulation. Therefore, the rocket’s position is estimated based only on the azimuth and elevation data of the antennas pointing in its direction. The result of triangulations is input signals for a dynamic filter that aims to achieve accuracy close to the radar signal. This dynamic filter must consider inherent nonlinearities to the trajectory dynamics. To handle such nonlinearities, a fuzzy clustering technique was used to partition the trajectory and then use linear filters for each partition and a fuzzy system to manage such clusters. System identification techniques have been applied to convert a signal from the triangulation step into a radar-like signal and reduce errors and noise. Simulations were carried out to demonstrate the performance of the proposed method using historical actual flight data from a suborbital vehicle. The implementation demonstrates that the technique estimates the vehicle position based only on azimuth and elevation data from antennas pointing to the vehicle. Also, the dynamic filter design reduces errors and noise in rocket estimation.Foguetes suborbitais são lançados transportando carga úteis para o ambiente de microgra- vidade. Além das aplicações da atividade aeroespacial e o acesso ao espaço, a atividade de lançamento de foguete promove o desenvolvimento científico e tecnológico cujos ganhos atingem diversos setores. Os dados de rastreio do veículo são monitorados pela Segurança de Voo, utilizados principalmente para determinar se o voo está dentro do limite de segurança previsto, ou se há necessidade de terminar o voo através da destruição do veículo. Atualmente, o Centro de Lançamento de Alcântara (CLA) realiza o rastreio de veículos aeroespaciais através de sistemas com radares de rastreio. Com o objetivo de elevar o nível de disponibilidade dos dados de localização do veículo, este trabalho propõe uma abordagem de determinação da posição do foguete baseado em triangulação de antenas. Calcula-se portanto a estimação da posição do foguete com base apenas nos dados de ângulos de azimute e elevação de antenas que apontam para sua direção. O resultado das triangulações são sinais de entrada para um filtro dinâmico que tem como objetivo entregar uma precisão próxima à do sinal radar. Este filtro dinâmico deverá considerar não linearidades inerentes à dinâmica da trajetória. Para tratar tais não linearidades, uma técnica de agrupamento nebuloso foi usada para particionar a trajetória e então utilizar filtros lineares para cada partição e um sistema nebuloso para tratar tais agrupamentos. Técnicas de identificação de sistemas foram aplicadas para converter o sinal de triangulação para um sinal semelhante ao do radar de rastreio e redução de erros e ruídos no sinal. Foram realizadas simulações para demonstrar o desempenho do método proposto utilizando dados reais de voo de um veículo suborbital. A implementação demostra que o método estima a posição do veículo baseado apenas em dados de azimute e elevação de antenas que apontam para o veículo. Também, que o projeto de filtro dinâmico permitiu a redução dos erros e ruídos na estimação da posição do foguete.Submitted by Jonathan Sousa de Almeida (jonathan.sousa@ufma.br) on 2022-04-20T16:44:16Z No. of bitstreams: 1 arthurmedeirosmacêdo.pdf: 4945150 bytes, checksum: 579357c023a9ebb6ff4952a60f15ab02 (MD5)Made available in DSpace on 2022-04-20T16:44:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arthurmedeirosmacêdo.pdf: 4945150 bytes, checksum: 579357c023a9ebb6ff4952a60f15ab02 (MD5) Previous issue date: 2022-03-18application/pdfporUniversidade Federal do MaranhãoPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCETUFMABrasilDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCETprojeto por excitação de entrada;estimação e filtragem;agrupamento nebuloso;identificação por observador de filtro de Kalman;rastreamento de posição.modeling by input excitement;estimation and filtering;fuzzy clustering;the observer Kalman filter identification;Position tracking.Trajetorias e OrbitasSistemas AeroespaciaisFoguetesMetodologia para modelagem computacional de Kalman Fuzzy baseada em triangulação de fontes de informação para rastreamento e previsão de comportamento em sistemas suborbitaisMethodology for computational Kalman Fuzzy modeling based on triangulation of information sources for tracking and behavior prediction in suborbital systemsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMAinstname:Universidade Federal do Maranhão (UFMA)instacron:UFMAORIGINALarthurmedeirosmacêdo.pdfarthurmedeirosmacêdo.pdfapplication/pdf4945150http://tedebc.ufma.br:8080/bitstream/tede/3528/2/arthurmedeirosmac%C3%AAdo.pdf579357c023a9ebb6ff4952a60f15ab02MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82255http://tedebc.ufma.br:8080/bitstream/tede/3528/1/license.txt97eeade1fce43278e63fe063657f8083MD51tede/35282023-05-15 15:44:38.978oai:tede2:tede/3528IExJQ0VOw4dBIERFIERJU1RSSUJVScOHw4NPIE7Dg08tRVhDTFVTSVZBCgpDb20gYSBhcHJlc2VudGHDp8OjbyBkZXN0YSBsaWNlbsOnYSxvIGF1dG9yIChlcykgb3UgbyB0aXR1bGFyIGRvcyBkaXJlaXRvcyBkZSBhdXRvciBjb25jZWRlIMOgIFVuaXZlcnNpZGFkZSBGZWRlcmFsIGRvIE1hcmFuaMOjbyAoVUZNQSkgbyBkaXJlaXRvIG7Do28tZXhjbHVzaXZvIGRlIHJlcHJvZHV6aXIsIHRyYWR1emlyIChjb25mb3JtZSBkZWZpbmlkbyBhYmFpeG8pLCBlL291IGRpc3RyaWJ1aXIgYSBzdWEgdGVzZSBvdSBkaXNzZXJ0YcOnw6NvIChpbmNsdWluZG8gbyByZXN1bW8pIHBvciB0b2RvIG8gbXVuZG8gbm8gZm9ybWF0byBpbXByZXNzbyBlIGVsZXRyw7RuaWNvIGUgZW0gcXVhbHF1ZXIgbWVpbywgaW5jbHVpbmRvIG9zIGZvcm1hdG9zIMOhdWRpbyBvdSB2w61kZW8uCgpWb2PDqiBjb25jb3JkYSBxdWUgYSBVRk1BIHBvZGUsIHNlbSBhbHRlcmFyIG8gY29udGXDumRvLCB0cmFuc3BvciBhIHN1YSB0ZXNlIG91IGRpc3NlcnRhw6fDo28gcGFyYSBxdWFscXVlciBtZWlvIG91IGZvcm1hdG8gcGFyYSBmaW5zIGRlIHByZXNlcnZhw6fDo28uCgpWb2PDqiB0YW1iw6ltIGNvbmNvcmRhIHF1ZSBhIFVGTUEgcG9kZSBtYW50ZXIgbWFpcyBkZSB1bWEgY8OzcGlhIGRlIHN1YSB0ZXNlIG91IGRpc3NlcnRhw6fDo28gcGFyYSBmaW5zIGRlIHNlZ3VyYW7Dp2EsIGJhY2stdXAgZSBwcmVzZXJ2YcOnw6NvLgoKVm9jw6ogZGVjbGFyYSBxdWUgYSBzdWEgdGVzZSBvdSBkaXNzZXJ0YcOnw6NvIMOpIG9yaWdpbmFsIGUgcXVlIHZvY8OqIHRlbSBvIHBvZGVyIGRlIGNvbmNlZGVyIG9zIGRpcmVpdG9zIGNvbnRpZG9zIG5lc3RhIGxpY2Vuw6dhLiBWb2PDqiB0YW1iw6ltIGRlY2xhcmEgcXVlIG8gZGVww7NzaXRvIGRhIHN1YSB0ZXNlIG91IGRpc3NlcnRhw6fDo28gbsOjbywgcXVlIHNlamEgZGUgc2V1IGNvbmhlY2ltZW50bywgaW5mcmluZ2UgZGlyZWl0b3MgYXV0b3JhaXMgZGUgbmluZ3XDqW0uCgpDYXNvIGEgc3VhIHRlc2Ugb3UgZGlzc2VydGHDp8OjbyBjb250ZW5oYSBtYXRlcmlhbCBxdWUgdm9jw6ogbsOjbyBwb3NzdWkgYSB0aXR1bGFyaWRhZGUgZG9zIGRpcmVpdG9zIGF1dG9yYWlzLCB2b2PDqiBkZWNsYXJhIHF1ZSBvYnRldmUgYSBwZXJtaXNzw6NvIGlycmVzdHJpdGEgZG8gZGV0ZW50b3IgZG9zIGRpcmVpdG9zIGF1dG9yYWlzIHBhcmEgY29uY2VkZXIgw6AgVUZNQSBvcyBkaXJlaXRvcyBhcHJlc2VudGFkb3MgbmVzdGEgbGljZW7Dp2EsIGUgcXVlIGVzc2UgbWF0ZXJpYWwgZGUgcHJvcHJpZWRhZGUgZGUgdGVyY2Vpcm9zIGVzdMOhIGNsYXJhbWVudGUgaWRlbnRpZmljYWRvIGUgcmVjb25oZWNpZG8gbm8gdGV4dG8gb3Ugbm8gY29udGXDumRvIGRhIHRlc2Ugb3UgZGlzc2VydGHDp8OjbyBvcmEgZGVwb3NpdGFkYS4KCkNBU08gQSBURVNFIE9VIERJU1NFUlRBw4fDg08gT1JBIERFUE9TSVRBREEgVEVOSEEgU0lETyBSRVNVTFRBRE8gREUgVU0gUEFUUk9Dw41OSU8gT1UgQVBPSU8gREUgVU1BIEFHw4pOQ0lBIERFIEZPTUVOVE8gT1UgT1VUUk8gT1JHQU5JU01PIFFVRSBOw4NPIFNFSkEgQSBVRk1BLCBWT0PDiiBERUNMQVJBIFFVRSBSRVNQRUlUT1UgVE9ET1MgRSBRVUFJU1FVRVIgRElSRUlUT1MgREUgUkVWSVPDg08gQ09NTyBUQU1Cw4lNIEFTIERFTUFJUyBPQlJJR0HDh8OVRVMgRVhJR0lEQVMgUE9SIENPTlRSQVRPIE9VIEFDT1JETy4KCkEgVUZNQSBzZSBjb21wcm9tZXRlIGEgaWRlbnRpZmljYXIgY2xhcmFtZW50ZSBvIHNldSBub21lIG91IG8ocykgbm9tZShzKSBkbyhzKSBkZXRlbnRvcihlcykgZG9zIGRpcmVpdG9zIGF1dG9yYWlzIGRhIHRlc2Ugb3UgZGlzc2VydGHDp8OjbywgZSBuw6NvIGZhcsOhIHF1YWxxdWVyIGFsdGVyYcOnw6NvLCBhbMOpbSBkYXF1ZWxhcyBjb25jZWRpZGFzIHBvciBlc3RhIGxpY2Vuw6dhLgoKRGVjbGFyYSB0YW1iw6ltIHF1ZSB0b2RhcyBhcyBhZmlsaWHDp8O1ZXMgY29ycG9yYXRpdmFzIG91IGluc3RpdHVjaW9uYWlzIGUgdG9kYXMgYXMgZm9udGVzIGRlIGFwb2lvIGZpbmFuY2Vpcm8gYW8gdHJhYmFsaG8gZXN0w6NvIGRldmlkYW1lbnRlIGNpdGFkYXMgb3UgbWVuY2lvbmFkYXMgZSBjZXJ0aWZpY2EgcXVlIG7Do28gaMOhIG5lbmh1bSBpbnRlcmVzc2UgY29tZXJjaWFsIG91IGFzc29jaWF0aXZvIHF1ZSByZXByZXNlbnRlIGNvbmZsaXRvIGRlIGludGVyZXNzZSBlbSBjb25leMOjbyBjb20gbyB0cmFiYWxobyBzdWJtZXRpZG8uCgoKCgoKCgo=Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://tedebc.ufma.br/jspui/PUBhttp://tedebc.ufma.br:8080/oai/requestrepositorio@ufma.br||repositorio@ufma.bropendoar:21312023-05-15T18:44:38Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA - Universidade Federal do Maranhão (UFMA)false
dc.title.por.fl_str_mv Metodologia para modelagem computacional de Kalman Fuzzy baseada em triangulação de fontes de informação para rastreamento e previsão de comportamento em sistemas suborbitais
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Methodology for computational Kalman Fuzzy modeling based on triangulation of information sources for tracking and behavior prediction in suborbital systems
title Metodologia para modelagem computacional de Kalman Fuzzy baseada em triangulação de fontes de informação para rastreamento e previsão de comportamento em sistemas suborbitais
spellingShingle Metodologia para modelagem computacional de Kalman Fuzzy baseada em triangulação de fontes de informação para rastreamento e previsão de comportamento em sistemas suborbitais
MACÊDO, Arthur Medeiros
projeto por excitação de entrada;
estimação e filtragem;
agrupamento nebuloso;
identificação por observador de filtro de Kalman;
rastreamento de posição.
modeling by input excitement;
estimation and filtering;
fuzzy clustering;
the observer Kalman filter identification;
Position tracking.
Trajetorias e Orbitas
Sistemas Aeroespaciais
Foguetes
title_short Metodologia para modelagem computacional de Kalman Fuzzy baseada em triangulação de fontes de informação para rastreamento e previsão de comportamento em sistemas suborbitais
title_full Metodologia para modelagem computacional de Kalman Fuzzy baseada em triangulação de fontes de informação para rastreamento e previsão de comportamento em sistemas suborbitais
title_fullStr Metodologia para modelagem computacional de Kalman Fuzzy baseada em triangulação de fontes de informação para rastreamento e previsão de comportamento em sistemas suborbitais
title_full_unstemmed Metodologia para modelagem computacional de Kalman Fuzzy baseada em triangulação de fontes de informação para rastreamento e previsão de comportamento em sistemas suborbitais
title_sort Metodologia para modelagem computacional de Kalman Fuzzy baseada em triangulação de fontes de informação para rastreamento e previsão de comportamento em sistemas suborbitais
author MACÊDO, Arthur Medeiros
author_facet MACÊDO, Arthur Medeiros
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv SERRA, Ginalber Luiz de Oliveira
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/0831092299374520
dc.contributor.referee1.fl_str_mv SERRA, Ginalber Luiz de Oliveira
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/0831092299374520
dc.contributor.referee2.fl_str_mv SOUZA, Francisco das Chagas de
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/2405363087479257
dc.contributor.referee3.fl_str_mv CORTES, Omar Andres Carmona
dc.contributor.referee3Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/5523293886612004
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/5204708812128644
dc.contributor.author.fl_str_mv MACÊDO, Arthur Medeiros
contributor_str_mv SERRA, Ginalber Luiz de Oliveira
SERRA, Ginalber Luiz de Oliveira
SOUZA, Francisco das Chagas de
CORTES, Omar Andres Carmona
dc.subject.por.fl_str_mv projeto por excitação de entrada;
estimação e filtragem;
agrupamento nebuloso;
identificação por observador de filtro de Kalman;
rastreamento de posição.
topic projeto por excitação de entrada;
estimação e filtragem;
agrupamento nebuloso;
identificação por observador de filtro de Kalman;
rastreamento de posição.
modeling by input excitement;
estimation and filtering;
fuzzy clustering;
the observer Kalman filter identification;
Position tracking.
Trajetorias e Orbitas
Sistemas Aeroespaciais
Foguetes
dc.subject.eng.fl_str_mv modeling by input excitement;
estimation and filtering;
fuzzy clustering;
the observer Kalman filter identification;
Position tracking.
dc.subject.cnpq.fl_str_mv Trajetorias e Orbitas
Sistemas Aeroespaciais
Foguetes
description Suborbital rockets are launched carrying a payload to the microgravity environment. In addition to the applications of aerospace activity and access to space, the rocket launch activity promotes scientific and technological development. Vehicle tracking data is monitored by Flight Security, primarily used to determine whether the flight is within the prescribed safety limit or whether there is a need to terminate the flight by destroying the vehicle. Currently, the Alcantara Launch Center (CLA) performs the tracking of aerospace vehicles through systems with tracking radars. In order to increase the level of availability of vehicle location data, this work proposes an approach for determining the position of the rocket-based on antenna triangulation. Therefore, the rocket’s position is estimated based only on the azimuth and elevation data of the antennas pointing in its direction. The result of triangulations is input signals for a dynamic filter that aims to achieve accuracy close to the radar signal. This dynamic filter must consider inherent nonlinearities to the trajectory dynamics. To handle such nonlinearities, a fuzzy clustering technique was used to partition the trajectory and then use linear filters for each partition and a fuzzy system to manage such clusters. System identification techniques have been applied to convert a signal from the triangulation step into a radar-like signal and reduce errors and noise. Simulations were carried out to demonstrate the performance of the proposed method using historical actual flight data from a suborbital vehicle. The implementation demonstrates that the technique estimates the vehicle position based only on azimuth and elevation data from antennas pointing to the vehicle. Also, the dynamic filter design reduces errors and noise in rocket estimation.
publishDate 2022
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2022-04-20T16:44:16Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2022-03-18
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv MACÊDO, Arthur Medeiros. Metodologia para modelagem computacional de Kalman Fuzzy baseada em triangulação de fontes de informação para rastreamento e previsão de comportamento em sistemas suborbitais. 2022. 92 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Eletricidade/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2022.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/3528
identifier_str_mv MACÊDO, Arthur Medeiros. Metodologia para modelagem computacional de Kalman Fuzzy baseada em triangulação de fontes de informação para rastreamento e previsão de comportamento em sistemas suborbitais. 2022. 92 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Eletricidade/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2022.
url https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/3528
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Maranhão
dc.publisher.program.fl_str_mv PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFMA
dc.publisher.country.fl_str_mv Brasil
dc.publisher.department.fl_str_mv DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Maranhão
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA
instname:Universidade Federal do Maranhão (UFMA)
instacron:UFMA
instname_str Universidade Federal do Maranhão (UFMA)
instacron_str UFMA
institution UFMA
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA
bitstream.url.fl_str_mv http://tedebc.ufma.br:8080/bitstream/tede/3528/2/arthurmedeirosmac%C3%AAdo.pdf
http://tedebc.ufma.br:8080/bitstream/tede/3528/1/license.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv 579357c023a9ebb6ff4952a60f15ab02
97eeade1fce43278e63fe063657f8083
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA - Universidade Federal do Maranhão (UFMA)
repository.mail.fl_str_mv repositorio@ufma.br||repositorio@ufma.br
_version_ 1809926200076795904