APLICAÇÃO DE VANT - VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO PARA AUXILIO EM OPERAÇÕES DE LOCALIZAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE VEÍCULOS ROUBADOS.

UNIVERSIDADE PAULISTA

ÁLVARO BERNINI JACKSON CRISTIANO GONÇALVES WILLIAM IGLECIA CATHARINO

APLICAÇÃO DE VANT - VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO PARA AUXILIO EM OPERAÇÕES DE LOCALIZAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE VEÍCULOS ROUBADOS.

Bauru 2011

II

UNIVERSIDADE PAULISTA

ALVARO BERNINI JACKSON CRISTIANO GONÇALVES WILLIAM IGLECIA CATHARINO

APLICAÇÃO DE VANT - VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO PARA AUXILIO EM OPERAÇÕES DE LOCALIZAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE VEÍCULOS ROUBADOS.

Trabalho de Conclusão de Curso para obtenção de do título de graduação em Engenharia elétrica à Universidade Paulista – UNIP

Orientador: Prof. Ms. Breno Ortega

Bauru 2011

III

B528v

Bernini, Álvaro VANT: Veiculo aéreo não tripulado para auxílio em operações de localização e recuperação de veículos roubados / Álvaro

Bernini. -- Bauru, SP: UNIP, 2011. 65 f. Orientador: Prof. Dr. Breno Ortega Fernandes Co-orientador: Prof. Ms Luis Adriano Madalena Monografia (Graduação em Engenharia Elétrica (Eletrônica) – UNIP –Universidade Paulista, Bauru: 2011. 1. VANT 2. UAV 3. FPV I. Bernini, Álvaro II. Gonçalves, Jackson III. Catharino, Willian Iglecia IV. Universidade Paulista CDU: 62

IV

ALVARO BERNINI JACKSON CRISTIANO GONÇALVES WILLIAM IGLECIA CATHARINO

APLICAÇÃO DE VANT - VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO PARA AUXILIO EM OPERAÇÕES DE LOCALIZAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE VEÍCULOS ROUBADOS.

Trabalho de Conclusão de Curso para obtenção de do título de graduação em Engenharia elétrica à Universidade Paulista – UNIP

Aprovado Em:

BANCA EXAMINADORA ___________________________/__/__ Prof. Universidade Paulista – UNIP ___________________________/__/__ Prof. Universidade Paulista – UNIP ___________________________/__/__ Prof. Universidade Paulista – UNIP

V

DEDICATÓRIA

Dedicamos esse trabalho primeiramente a Deus que nos deu forças para poder concluir mais essa conquista, que mesmo Ele sabendo das nossas falhas esteve e sempre estará ao nosso lado nos apoiando e nos dando forças necessárias para novas conquistas.

Aos nossos pais , esposas, familiares e amigos que contribuíram inúmeras vezes para o término dessa etapa em nossas vidas, e entenderam nas vezes que não pudemos estar presentes em alguns acontecimentos em virtude da dedicação que tivemos para a conclusão dessa etapa.

VI

AGRADECIMENTOS

Agradecemos a Deus por ter nos dado a oportunidade, saúde e força para começarmos e concluirmos está etapa de nossas vidas. Agradecemos aos nossos familiares, que sempre nos apoiaram e tiveram paciência durante todos esses anos e que nos momentos mais difíceis nos motivaram a continuar. Agradecemos aos nossos amigos da turma de Engenharia Elétrica de 2011, e também de outras turmas a qual conhecemos e que também contribuíram e fizeram com que esse cinco anos fossem muito agradáveis, em suas palavras de incentivo e em suas ações sempre motivando a todos para seguirem em frente. Agradecemos em especial ao nosso orientador, Professor Breno Ortega que se mostrou além de professor um grande amigo se dispondo de seu tempo particular para acompanhar as etapas deste trabalho e nos ajudando nas dificuldades pessoais que enfrentamos neste período.

VII

RESUMO

Com a crescente frota de veículos no território nacional existe também o crescimento de roubos e furtos, empresas se especializam no oferecimento de serviços de segurança e monitoramento. Uma modalidade de serviço que vem crescendo é a instalação de rastreadores via GPS, que indicam a posição do veiculo, dando assim condições para que a empresa envie um profissional na procura do veiculo furtado ou roubado. Este trabalho visa desenvolver uma ferramenta que forneça condições de reconhecimento aéreo, possibilitando ao operador a verificação e localização de veículos sem o colocar em uma situação de perigo.

Palavras-chave: Aero Modelismo, GPS, FPV, UAV

VIII

ABSTRACT With the growing fleet of vehicles in the country there is also the growth of robberies and thefts, companies specialize in providing security services and monitoring. A type of service that is growing is the installation of GPS trackers, which indicate the position of the vehicles or stolen. This work aims to develop a tool that provides conditions for aerial reconnaissance, enabling the operator to verify and localize the vehicle without putting in a dangerous situation.

Keywords: Aero modeling, GPS, FPV, UAV.

IX

1 1.1 1.1.1 1.1.2 1.2 1.3 1.4 2 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 3 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6 3.2.7 4 4.1 4.2 4.2.1 4.2.1 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 5.4.5 5.4.6 5.4.7

SUMÁRIO DEDICATÓRIA ................................................................................................. V AGRADECIMENTOS ..................................................................................... VI RESUMO ......................................................................................................... VII ABSTRACT ....................................................................................................VIII SUMÁRIO ......................................................................................................... IX INTRODUÇÃO ................................................................................................. 01 Contextualização do problema ............................................................................ 02 Rastreamento e localização - Técnologia LOJACK ........................................... 03 Atividade de risco “Caçadores de veículos roubados ......................................... 05 Solução proposta ................................................................................................. 06 Objetivos Gerais .................................................................................................. 06 Objetivos específicos .......................................................................................... 06 REVISÃO LITERÁRIA ................................................................................... 07 VANT (veiculo aéreo não tripulado) .................................................................. 07 VANT da era moderna ........................................................................................ 11 VANT´s brasileiros ............................................................................................. 13 VANT Gralha Azul ............................................................................................. 13 VANT ARARA .................................................................................................. 14 VANT Carcará .................................................................................................... 15 VANT Hermes 450 ............................................................................................. 15 VANT fundamentação jurídico-constitucional. .................................................. 17 SISTEMA DE VIDEO LINK FPV ................................................................. 18 Conceito .............................................................................................................. 18 Redes sem fio ...................................................................................................... 19 Meios de transmissão sem fio ............................................................................. 20 Espectro eletromagnético .................................................................................... 20 Freqüência e atenuação FPV ............................................................................... 21 Ganho e alcance .................................................................................................. 21 Potência ............................................................................................................... 22 Ângulo de irradiação ........................................................................................... 22 Planejamento da direção da polarização ............................................................. 23 SISTEMAS GPS - GLOBAL POSITION SYSTEM ..................................... 24 História do monitoramento de veículos por GPS................................................ 24 Conceito .............................................................................................................. 25 Funcionamento .................................................................................................... 26 Segmento Espacial .............................................................................................. 27 MATERIAIS E METODOS ............................................................................ 28 Introdução ........................................................................................................... 28 Cronograma......................................................................................................... 28 Projeto Informacional ......................................................................................... 29 Plataforma de Vôo .............................................................................................. 29 Levantamento de tipos e modelos de aeronaves ................................................. 31 Força Motriz ou Motorização ............................................................................. 33 Mobilidade .......................................................................................................... 35 Necessidade de resistência ao meio .................................................................... 35 Custo e condições para fabricação ...................................................................... 35 Manutenção ......................................................................................................... 35 Pouso e Decolagem ............................................................................................. 35

X

5.4.8 5.5 5.5.1 5.5.2 5.5.3 5.5.4 5.5.5 5.5.6 5.6 5.7 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 7 7.1 7.2 7.3 7.4 8 9 10 10.1 11

Escolha da aeronave ............................................................................................ 36 Eletrônica de vôo da aeronave ............................................................................ 36 Radio Transmissor .............................................................................................. 36 Servo motores ..................................................................................................... 37 Sistema de transmissão de vídeo e Aquisição de dados...................................... 38 Captação e transmissão de dados ........................................................................ 39 Sistema de aquisição de dados OSD ................................................................... 39 Transmissão e recepção da imagem .................................................................... 40 Visualização do operador .................................................................................... 40 Projeto Conceitual ............................................................................................... 40 ETAPAS DE CONSTRUÇÃO DO MODELO............................................... 42 Aquisição do bloco de isopor, modelo denso tipo F6 ......................................... 42 Corte e união das asas com cola epóxi que não agride isopor ............................ 42 Abertura dos alojamentos ................................................................................... 43 Entelagem ........................................................................................................... 44 Instalação dos sistemas eletrônicos ..................................................................... 44 TESTES E CONDICIONAMENTO ............................................................... 45 Sistema de controle de vôo ................................................................................. 45 Sistema de vídeo link .......................................................................................... 46 Sistema de telemetria .......................................................................................... 46 Sistema de recepção e imagem ........................................................................... 46 COMCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ...................................................... 48 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................... 51 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 52 Referencias de fotos e imagens ........................................................................... 54 Anexo 1 ............................................................................................................... 57 Anexo 2 ............................................................................................................... 58 Anexo 3 ............................................................................................................... 59 Anexo 4 ............................................................................................................... 60

APLICAÇÃO DE VANT - VEÍCULO ÁEREO NÃO TRIPULADO PARA AUXÍLIO EM OPERAÇÕES DE LOCALIZAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE VEÍCULOS ROUBADOS.

1

INTRODUÇÃO

VANT (veiculo aéreo não tripulado) ou UAV, do inglês (Unmanned aerial vehicle) é um termo utilizado para descrever qualquer tipo de aeronave que não necessita de pilotos embarcados para voar na atmosfera, este sistema utiliza meios de controle a distancia através de joystick, computadores e meios de transmissão sem fio, esse tipo de aeronave vem sendo muito utilizada para fins militares tanto em missões de ataque como também de reconhecimento, espionagem, fiscalizações de fronteiras e como apoio tático. Atualmente devido ao avanço, disseminação e a diminuição dos custos desta tecnologia, o VANT vem sendo bastante utilizadas para fins civis, entre suas aplicações temos utilização em fotos aéreas, medições de grandes áreas, vistoriar e acompanhar obras piblicas como rodovias, elaboração de mapas e relatórios, inspeção para verificar levantamento de pragas na agricultura, detalhamento topográfico. O VANT vem se mostrando um veiculo bastante versátil que pode ser adaptado e inserido em varias atividades, bem como a atividade de rastreamento e localização de veículos roubados, tema deste projeto.

12

1.2 CONTEXTUALIZAÇÃO DO PROBLEMA

Atualmente uma área que merece muita atenção do governo e das áreas e setores responsáveis é a segurança, principalmente no setor automobilístico onde temos um índice de veículos roubados que preocupa todos em qualquer lugar do Brasil. De acordo site (NEGOCIOSVEICULOS,2011) durante um levantamento foi identificado que o maior índice de roubos e furtos compreendendo o período de janeiro de 2011 está concentrado em São Paulo com cerca de 47054 veículos roubados e num geral de 191.537 incluindo outras 9 cidades brasileiras. Acompanhando esse crescimento, cresce também o numero de empresas de segurança privada voltadas para o setor de rastreamento e localização de veículos roubados. Essas empresas por sua vez estão inseridas em um contexto social no qual suas ações interferem diretamente na preservação da ordem publica e na preservação do patrimônio da sociedade, entretanto a busca incessante de estratégias, mecanismos, preparação e capacitação profissional dessas empresas para o cumprimento de sua missão se esbarram em alguns critérios de preservação a segurança e a integridade física de seus colaboradores, que atuam diretamente em operações de localização e recuperação desses veículos, e também no alto custo operacional para utilização e manutenção de veículos aéreos tripulados (aviões e helicópteros). Um grupo de profissionais das empresas de rastreamento e recuperação de veículos, trabalham somente na localização de veículos roubados ou furtados, são os chamados “Caçadores de Veículos roubados” antes de falar sobre esta atividade daremos uma breve explicação de como funciona uma empresa de rastreamento e localização de veículos. Tomaremos como exemplo a tecnologia LOJACK que é representada no Brasil desde 1999 pela empresa Tracker do Brasil ltda, que pertence ao VSR Group; de acordo com a Tracker existem centenas de opções de rastreadores no mercado que se dividem em dois segmentos: Rastreamento / localização e monitoramento de veículos.

As

empresas de rastreamento e localização atuam diretamente na busca e localização em casos de roubo ou furto de veículos, mediante aviso do cliente, e monitoramento onde as empresas atuam no gerênciamento logístico de sua frota.

13

1.3 Rastreamento e localização de Veículos - Técnologia LOJACK

Desenvolvido a partir de estudos específicos no MIT (massachusetts institute of technology) e patenteado pela corporation em 1986, o sistema se expandiu por todo o mundo. A Tecnologia Lojack é operada exclusivamente no Brasil pela empresa Tracker do Brasil, e homologado pela Anatel (agência nacional de telecomunicações), o equipamento hoje produzido pela Motorola emite sinal de rádio frequência livre de obstruções que é captado por uma extensa rede de antenas fixas espalhadas por todo territorio nacional e em países vizinhos onde também há empresas que trabalham com esta tecnología, possibilitando assim rastrear veículos

através da triangulação de

antenas. Alguns pontos podem não oferecer suporte para triangulação de sinal

de

maneira a limitar a área de atuação dos profissionais denominados caçadores de veículos roubados, que atuam utilizando equipamentos que recebem o sinal transmitido pelo rastreador do veiculo roubado e informando sua localização (LOJACK,2011). Primeiramente os serviços de rastreamento são contratados por uma pessoal física ou jurídica e o equipamento transmissor de sinal de radio freqüência é instalado em seu veiculo sob total sigilo, quando o veiculo é roubado ou furtado o dono deverá comunicar o ocorrido com a central da empresa de rastreamento imediatamente, assim a empresa devera ativar o transmissor e assim começar a rastrear o veiculo atravéz de suas antenas receptoras. As antenas fixas espalhadas pelo território nacional vao receber o sinal, demonstrando para á central da empresa quais antenas fixas estão recebendo este sinal assim delimitando a área de busca no raio de alcance dessa antena, deslocando os caçadores de veiculos para este setor, logo a antena receptora do veículo do caçador também recebera o sinal, que poderá ser vista atravéz de um display, mostrando a direçao e a intensidade do sinal como mostra a figura 1.

14

Figura 1 – Sistema indicador de direção e intensidade do sinal (LOJACK,2011)

Com o sinal disposto no display inicia-se a caçada ao veiculo roubando, os caçadores seguem o sinal atravéz da indicação do display e do som que o equipamento emite chamado de melodia, até que consigam ter uma indicação de poucos metros do veiculo rastreado, mesmo que o mesmo esteja dentro de uma garagem. Após a localização do veiculo os caçadores ficam a paisana e a policia é acionada para fazer a apreensão do veiculo e dos bandidos caso estejem no local. Depois de executado todo procedimento policial o veiculo é devolvido ao dono, lembrando que em alguns casos o veiculo já está sendo desmanchado ou adulterado.

Figura 2 – Painel do euipamento instalado em helicóptero(LOJACK,2011)

15

1.4 Atividade de risco “Caçadores de veículos roubados” Os caçadores de veículos roubados fazem parte do quadro de funcionarios do crescente número de empresas que oferecem serviços de rastreamento e localização de veículos. As atividades diarias desse caçadores se destacam em procurar veículos roubados seguindo as orientações de um equipamento receptor de ondas de radio dentro de seu veiculo e do auxílio da central de comando da empresa. Após o cliente dar queixa do roubo de seu veiculo na central de comando, o equipamento de seu carro é ativado e começa emitir um sinal de radio, logo os caçadores são acionados pela central de comando e deslocados ao raio de ação de uma de suas antenas fixa a qual já está recebendo o sinal do rastreador.

Figura 3 – Etapas de Rastreamento e recuperação de veículos roubados(LOJACK,2011)

Os veículos roubados são levados para áreas de desmanche, estacionamentos subterrâneos, favélas, empresas e galpões abandonados, e em zonas rurais foco de aplicação de uso do VANT de nosso projeto.

16

Logo que os caçadores são deslocados para a área onde possivelmente o veiculo rastreado se encontra, eles seguem as indicações do equipamento instalado em seu veiculo até que tenham o maior nível de sinal e se possível o reconhecimento visual do veiculo rastreado para então acionar a polícia. Esses caçadores são pessoas civis sem autorização para portar armas ou fazer qualquer tipo de investida afim de recuperar o veiculo ou aprender o bandido, os mesmos devem adentrar nesses locais de difícil acesso como fazendas, canaviais e áreas com terreno muito acidentado, somente para ter uma possivel identificação visual do veiculo colocando-o num alto nivel de periculosidade. Correndo riscos de se deparar com bandidos, animais peçonhentos, atolamento e quebra de seu carro, bem como problemas jurídicos de invasão de área particular, somente para ter certeza que o veiculo roubado está mesmo no local, lembrando que o rastreador pode ter sido retirado e deixado no local ainda funcionando. Em virtude a essas dificuldades, pretendemos com este projeto de TCC verificar a viabilidade do uso de VANT- (veiculo aéreo nao tripulado) no auxilio à localização de veículos roubados em locais de difícil acesso.

17

1.5 Solução proposta

A solução proposta neste projeto é apresentar soluções para fabricação de um VANT utilizando aeromodelo convencional integrado a sistemas embarcados de transmissão sem fio de vídeo e telemetria, de maneira que se possa demonstrar a viabilidade de seu uso na utilização como ferramenta de auxílio aos caçadores de veículos roubados durante operações de rastreamento e localização de veículos roubados. O sistema deverá transmitir em tempo real imagens e informações de telemetria como coordenadas GPS da área sobrevoada, evitando que os profissionais adentrem em locais de difícil acesso ou de alta periculosidade sem que haja um prévio reconhecimento aéreo do local, entendem-se como locais de difícil acesso e de alta periculosidade canaviais, matas, terrenos, locais abandonado ou qualquer outro local onde veículos roubados são deixados, escondidos ou possam estar sendo desmanchados.

18

1.6 Objetivos Gerais

Este trabalho de conclusão de curso (TCC) tem como objetivo apresentar soluções para o desenvolvimento de um veículo aéreo não tripulado que possa demonstrar a viabilidade ou não de sua utilização como ferramenta de auxílio aos caçadores de veículos roubados durante as operações de rastreamento e localização desses veículos em áreas de difícil acesso e de alto nível de perigo a integridade física do colaborador.

19

1.7 Objetivos específicos

•

Pesquisar e analisar soluções similares

•

Determinar os requisitos necessários à execução do projeto

•

Pesquisar e compreender os conceitos e tecnologias necessárias à implementação do projeto

•

Realizar a modelagem conceitual do sistema

•

Testar e verificar a implantação do sistema

•

Testar e validar a utilidade e funcionalidade do sistema

•

Documentar o desenvolvimento e os resultados

•

Desenvolvimento do protótipo

•

Teste, correções e validação protótipo

20

2

REVISÃO LITERÁRIA

2.1 VANT fundamentação jurídico-constitucional.

O espaço aéreo quase em sua totalidade é composto por veículos tripulados, e esta passando por uma reestruturação a fim de ampliar sua capacidade, respondendo as novas demandas, sem que com isso tenha sua segurança negligenciada. A chegada de um novo paradigma de aeronaves não tripuladas não pode interferir negativamente neste ambiente. “É preciso uma adaptação, da forma mais simplificada possível, com riscos devidamente calculados” ( MIRANDA,2010). Em outros países onde essa tecnologia já vem sendo empregada a mais tempo, já foram detectados diversos problemas com normalizações para o uso do VANT, pois apesar de ser uma tecnologia já conhecida, não há uma normalização vigente em nosso país adaptada para a utilização destes veículos nos dias de hoje, já que sua utilização está em constante crescimento devido ao avanço, disseminação e barateamento do custo dessa tecnologia e lembrando que estes veículos atuam em um espaço aéreo já utilizado por aeronaves tripuladas.

21

2.2 VANT (veiculo aéreo não tripulado)

VANT (Veículo Aéreo Não Tripulado), também chamado UAV, do inglês (unmanned aerial vehicle) é o termo usado para descrever aeronaves que não necessitam de pilotos embarcados para ser pilotada. Estes aviões são geralmente de pequeno porte e são controlados à distância por meio de sistemas remotos e monitorados por pessoal em uma base de apoio em terra com apoio de equipamentos eletrônicos de transmissao de dados e video, Vant´s oferecem uma série de vantagens sobre as aeronaves tradicionais, a principal é o fato de que os Vant´s não criam perigo para os pilotos, permitindo que a aeronave possa ser utilizada em regiões hostis sem que haja perigo aos pilotos. Por serem muito menores e não portarem uma serie de itens de suporte e segurança a bordo seus custo são substancialmente menores que as aeronaves tradicionais. Inicialmente o Vant foi desenvolvido para fins militares, o relato mais antigo seria segundo (HARDGRAV, 2005), que em 22 de agosto de 1849, os austríacos que controlavam grande parte da Itália na época, lançaram cerca de 200 balões não tripulados contra a cidade de Veneza, os balões foram armados com bombas controladas por fusíveis cronometrados, e levadas pelo vento até as linhas inimigas, algumas das bombas explodiram como planejadas, mas com uma mudança da direção do vento os balões foram tocados para cima das próprias tropas austríacas.

Figura 4 - Foto tirada no Museu da Ciência, em Londres, em 02-Jan-06 por Caius Cornelius (STRINGFELLOWS, 2006)

22

O grande precursor dos UAV's hoje é relatado como sendo o Curtiss / Sperry “ Bomba Voadora”

da Marinha americana.

Tratava-se de um míssil de cruzeiro

primitivo que voou pela primeira vez em 6 de março de 1918. Tão logo veio o Charles Kettering torpedo aéreo, também conhecido como o Bug Kettering,

O "Bug" foi um bi-plano com propulsão a combustão de gasolina

abastecida impulsionada por hélice que voou em um curso pré-definidos para cerca de 50 milhas no final de 1918. Os sistemas de orientação para ambas as aeronaves, composta por um giroscópio e Barômetro / altímetro foram desenhados por Elmer Sperry.

Figura 5 – modelo em tamanho real exposto no museu nacional do Estados unidos, força aérea em Dayton,Ohio(STRINGFELLOWS, 2006)

Em meio à 1º e 2º guerra mundial, houve um grande crescimento e difusão da tecnologia aeronáutica e eletrônica, acompanhando a corrida mundial por armamento bélico os veículos aéreos não tripulados estariam em pauta em vários projetos armamentistas, entre os países mais desenvolvidos naquela época.

23

2.3 VANT da éra moderna

O desenvolvimento de UAVs continuou por varias décadas aos poucos com alguns críticos questionando sua utilidade, mas fatos históricos como a impressionante vitória da Força Aérea israelense sobre a Síria em 1982, com a

utilização das

coordenadas georeferenciadas. Israel com aeronaves tripuladas e não tripuladas obteve êxito em destruir 86 aviões da Síria em um curto espaço de tempo sobre o Vale do Bekaa, com mínimas perdas. Os UAV´s israelenses foram utilizados como iscas eletrônicas confundindo os radares inimigos e também para vigilância.

Poderia argumentar-se que esta campanha

deu início a era moderna do UAV. A guerra global contra o terrorismo tem visto a expansão do uso de todas as formas de UAVs.

Em 2002, um míssil foi lançado com sucesso a partir de um

"Predador" UAV em um carro em movimento com um líder da Al-Qaeda no Iêmen.

Figura 6 - RQ-4/MQ-4 Global Hawk(U.S AIR FORCE,2011)

24

Figura 7 - VANT Predator (U.S AIR FORCE,2011)

Existem também vários projetos de VANTs com capacidade hipersônica, ou seja, com velocidade superior a velocidade do som. No caso dos hipersônicos, há inclusive um projeto brasileiro chamado 14X, estas máquinas voadoras de última geração foram concebidas, projetadas e contruídas para serem usadas em missões muito perigosas a serem executadas por seres humanos, nas áreas de inteligência militar, apoio e controle de tiro de artilharia, apoio aéreo às tropas de infantaria, controle de mísseis de cruzeiro, atividades de patrulhamento urbano, costeiro, ambiental e de fronteiras, atividades de busca e resgate, entre outras. No entanto o avanço tecnologico permitiu o surgimento de uma nova familia de UAV´s, atualmente estao sendo utilizados em varias areas de uso civil, entre suas aplicações temos por exemplo na utilização para fazer fotos aéreas, medições de grandes áreas, vistoriar e acompanhar obras publicas como rodovias, elaboração de mapas e relatórios, inspeção para verificar levantamento de pragas na agricultura e detalhamento topográfico.

25

2.4 VANT´s brasileiros

O primeiro VANT de que se tem registro no Brasil foi o BQM1BR, fabricado pela extinta CBT (Companhia Brasileira de Tratores), de propulsão a jato. Este protótipo serviria como alvo aéreo e realizou um voô em 1983.

Figura 8 - 1º VANT brasileiro RPV BQM-1BR, exposto Museu da TAM em São Carlos.(BONACIM, 2011)

2.4.1 Gralha Azul

A partir do ano 2000, os VANTs para uso civil começaram a ganhar força no mercado brasileiro o VANT “ Gralha Azul” como foi batizado , foi produzido pela Embravant - Empresa Brasileira de Veículos Aéreos Não Tripulados, consiste em uma aeronave de mais de 4 metros de envergadura, com capacidade de transportar uma carga de até 40 quilos, com autonomia de 3 horas. Suas atribuições consistem em Transporte, topografia, imageamento, supervisão e reconhecimento geral, levantamento de dados e imagens agrícolas, pecuária, geológica, biológica e química e publicidade. Os dois primeiros protótipos do Gralha Azul realizaram vários ensaios em vôo operando com rádio-controle. (IMCUBAERO ,2011)

26

Figura 9 - Galha aZul da Embravante (IMCUBAERO ,2011)

2.4.2 Arará

Outro projeto VANT foi desenvolvido no Brasil em meados de 2000 pela empresa AGX Tecnologia, junto com o Instituto de Ciências Matemáticas e Computação da Universidade de São Paulo (ICMC-USP) e a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa), eles desenvolveram o projeto Arara (Aeronave de Reconhecimento Autônoma e Remotamente Assistida). O projeto de origem em abril de 2005, seria o primeiro VANT de asa fixa desenvolvido com tecnologia 100% brasileira. Trata-se de uma aeronave não tripulada, autônoma, planejada para sobrevoar as plantações e captar imagens que depois serão analisadas e processadas por softwares especializados, tem autonomia de vôo de quatro horas e capacidade para registrar 6 mil fotos por dia, voando a 100 metros do solo. As imagens, captadas por uma câmera digital acoplada à aeronave, podem ser usadas pelos produtores rurais para detectar vários problemas no desenvolvimento das culturas, como falhas no plantio.(VASCONCELOS,2006)

Figura 10 - VANT ARARÁ produdido pela empresa AGX de Sao Carlos. (AGX TECNOLOGIA,2011)

27

Figura 11 - modelo de imagem aérea com informações georeferenciadas (MEDEIROS, 2007)

2.4.3 Carcará

O emprego do VANT, denominado “Carcará”, tem o propósito de aprimorar o adestramento das tropas na Operação “Amazônia”, auxiliando no reconhecimento de áreas de difícil acesso, compilação do quadro tático e indicação de possíveis alvos de forma silenciosa e sutil. Uma empresa brasileira chamada de Santos Lab desenvolve UAVs, tendo realizado Venda de seus primeiros aparelhos à Marinha do Brasil em 2007, O primeiro pelotão de veículos aéreos não tripulados (PelVANT) equipado com aparelhos da Santos Lab entrou em atividade no Batalhão de Controlo Aero tático e Defesa Antiaérea no Corpo de Fuzileiros Navais (CFN). O CFN realizou testes com diversos aeromodelos até a escolha do Carcará, que atendeu plenamente aos requisitos estabelecidos: simplicidade, portabilidade, facilidade de operação, facilidade de treinamento, facilidade de manutenção, robustez, recuperabilidade e baixo custo. ( FAB, 2011)

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Figura 12 - imagem do VANT Carcará utilizado pelo exercito brasileiro ( FAB,2011 )

2.4.4 Hermes 450

O mais recente Vant brasileiro é o Hermes 450 com capacidade de voar a mais de cinco mil metros de altitude e levar uma carga útil de 150 kg. O equipamento pode cumprir missões de busca, controle aéreo avançado e reconhecimento, com a vantagem de voar por longos períodos com revezamento de tripulações que não ficam expostas ao fogo hostil. O veiculo foi adquirido pela Força Aérea Brasileira (FAB) que selecionou o Sistema Hermes 450 da israelense Elbit para uma requisição operacional de dois iniciais veículos aéreos não tripulados (VANTs) e uma estação de controle terrestre, foram adquiridos dois veículos que estão sendo testados para definição de seus requerimentos futuros pela FAB e a Aeroeletronica, subsidiaria brasileira da Elbit ficou responsável pela demonstração do modelo Hermes 450 (VALDUGA,2009). O VANT Hermes tem uma autonomia de mais de 18 horas, atingi uma altitude de 18.000 Pés, envergadura de 10,6 metros, comprimento 6,1metros,peso Maximo de decolagem 550 kg

29

Figura 13 - Hermes 450 da Elbit sendo avaliado pela Força Aérea Brasileira (VALDUGA,2009)

Figura 14 - “Militares inspecionam o Vant no hangar” (DIVULGAÇÂO, 2010).

30

3 MATERIAIS E METODOS

3.1 Introdução

Este trabalho é composto de pesquisa bibliográfica para o estudo e análise da parte teórica, e para o desenvolvimento da parte específica serão citados de forma sistêmica e concisa um conjunto de informações necessárias para o desenvolvimento do VANT. Este capitulo será dividido em duas partes, onde uma se refere aos principais materiais e equipamento aplicados ao projeto do protótipo e a outra trata-se da fabricação, instalação e rotina de teste.

31

3.2 Cronograma

ID

Nome da Tarefa

Duração

Início

1

PROJETO TCC - VANT

226 dias?

14/02/11

23/12/11

215 dias?

14/02/11

08/12/11

77 dias?

14/02/11

31/05/11

77 dias?

14/02/11

31/05/11

2

inicio

3

levantamento bibliografico

4

coleta de material bibliografico

5

estudo dos materiais coletados

6

Pré-projeto de pesquisa

Conclusão

66 dias?

01/03/11

31/05/11

63 dias?

01/04/11

28/06/11

7

elaboração do relatório

55 dias?

01/04/11

16/06/11

8

edição relatório

30 dias?

18/05/11

28/06/11

9

entrega do pré-projeto TCC

30 dias?

18/05/11

28/06/11

10

desenvolvimento TCC 2º semestre

94 dias?

02/08/11

08/12/11

11

materiais e metodos

74 dias?

02/08/11

11/11/11

12

definição do prototipo

74 dias?

02/08/11

11/11/11

13

aquisição de materiais e equipamento

24 dias?

02/08/11

02/09/11

14

montagem do protótipo

37 dias?

09/09/11

31/10/11

15

testes e condicionamentos

15 dias?

01/11/11

20/11/11

16

conclusões e recomendações

15 dias?

01/11/11

20/11/11

17

edição e confecção do material escrito

8 dias?

20/11/11

29/11/11

18

apresentação pré-banca

1 dia?

29/11/11

29/11/11

19

apresentação banca

20

correções e nota final

21 22

entrega do projeto TCC final corrigido fim

1 dia?

08/12/11

08/12/11

12 dias?

08/12/11

23/12/11

12 dias?

08/12/11

23/12/11

1 dia?

23/11/11

23/11/11

Tabela1 – Cronograma

32

3.3 Sistemas de FPV e Video Link

3.3.1 Conceito

FPV é a sigla em inglês para first person view, que traduzido para português significa Visão em Primeira Pessoa. O vôo realizado normalmente pelos aeromodelistas com o radio controle na mão e visualizando diretamente o aeromodelo do solo sem qualquer dispositivo de vídeo é conhecido como RPV que significa remote piloted vehicles (veículos pilotados remotamente). Alguns praticantes desta modalidade também se referem ao FPV como sigla para Flight Pilot´s View(Vôo pela visão do piloto)”(FPVBRASIL,2011) A visão em primeira pessoa é utilizada em muitos games onde o jogador tem a sensação de fazer parte do cenário, tendo a visão pelo personagem. Apesar de ainda ser pouco difundido em nosso país, o FPV abrange aeromodelos, automodelos, nautimodelos e demais dispositivos que possam ser controlados a distância. Mais popular entre os aeromodelistas, usa o conceito básico dos primeiros veículos aéreos não tripulados (UAVs) onde o operador controlava o vôo através de uma tela, tendo as imagens vindas do veículo. Para se conseguir a visão em primeira pessoa é necessário que o aeromodelo transmita as imagens do vôo para o piloto em solo e este realize a pilotagem sem contato visual direto, mas sim exclusivamente pelas informações da câmera de bordo. Desta forma precisamos adicionar ao aeromodelo uma mini câmera ligada a um transmissor de vídeo e em solo precisamos de um receptor de vídeo e um dispositivo para visualizar as imagens. Esta configuração mínima permitirá o voo em FPV, para a visualização das informações é necessário a transmissão da imagem e informações de telemetria do avião ate o receptor, onde isto é feito através de radio freqüência. A transferência de informação através de radio freqüência é muito usada em sistemas em diversas aplicações. A idéia da comunicação sem fio é resultado de uma série de evoluções da ciência, em campos como a matemática e a física. A informação de vídeo é transmitida

33

através de modulação AM do transmissor do aeromodelo ate o receptor do monitor do operador. A modulação corresponde a um processo de conversão de sinais para fins de transmissão, sendo definido como um sistema que recebe duas entradas ( informação e portadora) e fornece um sinal de saída que será utilizado no transporte da informação.(LASKOSKI,2006).

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3.3.2 Redes sem fio

Em meados do século XIX, a partir das teorias de dois físicos ingleses, Michael Faraday e James Clerk Maxwell, Heinrich Hertz construiu um transmissor centelhador, um dispositivo que gerava ondas de rádio a partir de uma centelha elétrica. Essa descoberta contribuiu para o estudo desse importante meio de comunicação. “(ELIOT,2007) Uma outra etapa de destaque se deve a invenção do telégrafo sem fio em 1901, pelo físico italiano Guglielmo Marconi, que transmitia informações de um navio para o litoral por meio de código Morse. “(YENNE,2004) . No início do século XX, avanços na tecnologia de tubo de vácuo, desenvolvidos pelo professor inglês John Ambrose Fleming e pelo físico norte americano Lee De Forest, tornou possível modular e amplificar sinais sem fio para o envio de transmissões de voz. O alcance e a clareza das transmissões vocais aumentaram à medida que se fizeram novos progressos na tecnologia. “(HAYKIN,2001) Durante a Primeira Guerra Mundial, houve muitas interceptações de comunicações, que gerou interesse pelo desenvolvimento de novas formas de comunicações que pudessem ser mais seguras. Mas foi durante a Segunda Guerra Mundial que o uso das redes sem fio foi realmente difundido e muito útil para as circunstâncias bélicas. As informações eram transmitidas de forma segura via onda de rádio. No final da década de 1960 entrou em funcionamento uma rede chamada ALOHA, desenvolvida na Universidade do Hawaii, que deu início a moderna comunicação digital. (GALLO,2003). Durante o último século, progressos na tecnologia sem fio tornaram possíveis à criação do rádio, da televisão, da telefonia móvel e da comunicação via satélite. Todo o tipo de informação pode agora ser enviada a todos os lugares do mundo. Atualmente, grande parte da atenção tem sido voltada para a comunicação de satélites, redes sem fio e tecnologia celular.

35

3.3.3

Meios de transmissão sem fio

O meio de transmissão de uma rede sem fio é o ar, o que a caracteriza pela total ausência de fios ou cabos. Essa transmissão é feita por meio de ondas eletromagnéticas. Uma grande característica deste meio é que o sinal se difunde igualmente em todas as direções, a menos que seja restringido, e continua a se propagar indefinidamente. À medida que à distância da origem aumenta, a energia se difunde por uma área maior, tornando o sinal cada vez mais fraco. No caminho do sinal eletromagnético, ele é afetado

por

distúrbios

naturais

que

podem

interferir

como

sinal.

(JARDIM,2007)

36

3.3.4 Espectro eletromagnético

Quando se movem, os elétrons criam ondas eletromagnéticas que podem se propagar através do espaço livre (inclusive em um vácuo). Essas ondas foram previstas pelo físico inglês James Clerk Maxwell em 1865 e produzidas e observadas pela primeira vez pelo físico alemão Heinrich Hertz em 1887. O número de oscilações por segundo de uma onda eletromagnética é chamado de freqüência, f, e é medida em Hertz (em homenagem a Heinrich Hertz). À distância entre dois pontos máximos (ou mínimos) consecutivos é chamada de comprimento de onda, que é universalmente designada pela letra grega lambda. “(ULABY,1997) . Em redes sem fio, o rádio, microonda e o raio infravermelho são os mais utilizados para transmissão de informações, desde que sejam moduladas a freqüência, amplitude ou fase de ondas. Quanto maior a freqüência, maior a taxa de transmissão de dados, porém ondas como a luz ultravioleta, raio X e raio gama, apesar de possuírem Freqüências mais altas, têm difícil produção e modulação e são mais nocivos aos seres vivos. O uso das freqüências dentro do espectro eletromagnético obedece a acordos e convenções nacionais e internacionais. O órgão regulador no Brasil é a Anatel. “(JARDIM,2007).

37

3.3.5 Características do sistema FPV.

3.3.5.1 Freqüência e atenuação FPV

De acordo site (FPVBRASIL,2011) o enfraquecimento do sinal transmitido aumenta com o aumento da distancia. Freqüências mais baixas sofrem menos perdas e tendem a ter maior alcance, porem exigem maior potencia para transmissão do sinal alem de uma antena de maior dimensão, uma vez que o tamanho da antena é proporcional ao comprimento de onda. A tabela 2 compara as variações de alcances desprezando quaisquer outras características senão a freqüência.

Tabela 2 – Relações de alcance entre freqüências(FPVBRASIL,2011)

Nota-se com isso o porquê de os sistemas de longo alcance (long range) preferencialmente trabalharem próximos a 900MHz e em alguns casos com 400MHz.

3.3.5.2 Ganho e alcance

A tabela 3 relaciona a utilização de uma antena com um ganho apresentado e sua repercussão na variação do alcance.

Tabela 3 – Relações entre alcance e ganho de antenas (FPVBRASIL,2011)

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Ex.: Trocar uma antena qualquer em um sistema que alcançasse 1000m por uma com ganho de 5dB a mais, permitirá aumentar o alcance para 1800m

3.3.5.3 Potência

Ligar um transmissor sem uma antena pode danificá-lo, especialmente se for de potência alta. Quadruplicar a potência do transmissor dobrará o alcance. Duplicar a potência do transmissor aumentará o alcance em aproximadamente 0,4. Levar à metade a potência do transmissor diminuirá o alcance em 30%.

3.3.5.3 Ângulo de irradiação

Note que as antenas têm áreas de irradiação mais fracas ou nulas. De maneira geral, quanto maior o ganho, menor o ângulo "alpha" e maior a região de baixa eficiência ou eficiência nula.

Figura 15 – Ângulo de irradiação (FPVBRASIL,2011).

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3.3.5.5 Planejamento da direção da polarização

A polarização refere-se à direção da antena (nos casos em que a polarização é linear, que é o modo mais utilizado em na transmissão de imagem). Observe a análise do efeito do ângulo entre as polarizações no alcance da sua transmissão:

Figura 16 – Planejamento de direção da polarização (Site FPV Brasil,2011).

Essa análise é puramente teórica e simplista. Na prática há diversos outros fatores. Há interferências destrutivas e interferências construtivas. Mesmo que as antenas estejam a 90º entre elas, deverá haver alguma recepção. Tira-se como conclusão que a melhor posição das antenas é a vertical, visto que, quando o modelo navegar para longe, indo, vindo ou cruzando de um lado para outro, elas ficarão paralelas e se enxergarão dentro do ângulo "alpha". Qualquer outra configuração não será tão favorável. Observa-se também que em casos em que se voe alto (longe) imediatamente acima da antena (em relação ao solo) a configuração vertical não será adequada, devendo as antenas ser posicionadas na horizontal.

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3.4 SISTEMAS GPS – GLOBAL POSITION SYSTEM

3.4.1 História do monitoramento de veículos por GPS.

Segundo (Belorio, 2005), devido a muitas falhas no sistema na proteção oferecidas pelas instituições oficias, obriga as pessoas e empresas a procurarem por conta própria um sistema capaz de suprir essa deficiência do sistema oficial. Presente no Brasil á mais de dez anos tem sido uma ferramenta muito importante para empresas de transporte, para evitar roubo de cargas em geral. É um serviço oferecido por empresas privadas onde se coleta a posição desses veículos via satélite. Sendo assim existem várias empresas explorando esse mercado de monitoramento e bloqueio via satélite tais como: Autotrac; Combat; Digitalsat entre outras. É instalado no veiculo um comunicador que acoplado a um receptor GPS (Global Positioning System), determinando os dados de latitude, longitude, altitude, hora e data para rastreamento, esses dados são transmitidos a uma central onde se faz todo o processamento desses dados. Dentre todos os serviços oferecido por essas empresas um deles é o de recuperação do veículo roubado, nesse serviço é deslocado uma ou mais pessoas em busca do veiculo, porem isso também oferece um grande risco as pessoas envolvidas nessa captura, levando em consideração que um veículo roubado na maioria dos casos são feitos por indivíduos altamente armados e também pertencentes a organizações criminosas especializadas nesse tipo de operação, e mais uma vez torna-se necessário o auxilio da tecnologia para que essas possas tenham um pouco mais de segurança, que tem como qualquer outro trabalho o direito do uso de EPI(equipamento de proteção Individual) e EPC’s (Equipamento de proteção Coletiva) a proposta deste trabalho é a de desenvolver tal equipamento para o uso especifico para este caso em particular, ferramenta essa que tem se mostrado bem útil em vários casos como já visto anteriormente.

41

3.4.2 Conceito

Um sistema de radio navegação com o uso de satélites, receptores moveis e estações fixas de monitoramento, desenvolvido e monitorado pelo departamento de Defesa dos Estados Unidos da América do Norte. Este aparelho permite em qualquer parte do planeta no ar terra ou mar, determinar sua posição tridimensional (latitude, longitude e latitude), com os dados de velocidade, tempo de deslocamento, distancia. O termo GPS surgiu da simplificação do projeto militar Norte Americano Navstar GPS ( Navigation Satellite Timing and Raning – Global Position System), Os satélites GPS transmitem continuamente sinais de radio e com 6 centésimos de segundo atingem os receptores em todo o mundo. Em toda a historia da sociedade sempre buscamos solucionar um problema que hoje é simples, nossa localização, antigamente usando referencias como vizinhanças, comércios e com a sociedade moderna veio a necessidade de posicionamento mais preciso. Segundo Monico (2000, p.20) “como determinar a posição de uma embarcação em alto-mar? O astrolábio, a despeito do seu peso e tamanho, possibilitava apenas a obtenção da latitude, sujeita a grande margem de erro”. Devido a esses e muitos outros problemas com os sistemas de navegação como, por exemplo, o LORAN ( long-range navigation system), o DECCA ( low frequency continuous wave phase comparison navigation) e o Ômega ( global low frequency navigation system), todos esses sistemas baseiam-se na transmição via radio, os dois primeiros funcionam muito bem em faixas costeiras, mas tem grandes problemas em posicionamento global devido as interferências eletrônicas e variações de relevo. Uma solução com melhores benefícios só surgiu na década de 1970 com o GPS a proposta reduziria custos e melhoraria muito a precisão de posicionamento global (Monico, 2000).

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3.4.3 Funcionamento

O GPS foi desenvolvido pelo exercito dos Estados Unidos, como citado anteriormente o intuito do sistema segundo Monico (2000, p.21) “ de ser o principal sistema de navegação das forças armadas americanas”. O sistema em questão proporcionava uma precisão e uma confiabilidade jamais vista nos outros sistemas de navegação citados anteriormente, devido a sua alta precisão e alta tecnologia envolvida, levantou-se na comunidade global um interesse sobre o novo sistemas para varais aplicações diferentes como, por exemplo, na agricultura de precisão, controle de frotas, agrimensura entre outras e também a proposta deste trabalho o VANT. Como o próprio nome sugere o sistema permite a localização global, ou seja, em qualquer lugar no planeta, em terra ou próximo dela, onde houver a necessidade de posicionamento preciso esse sistema pode ser incorporado. O sistema conta com 4 satélites a disposição dos usuários que permite o posicionamento em tempo real, em qualquer lugar do planeta em qualquer hora e condições climáticas adversas “(MONICO, 2000). A localização baseia na distancia entre a antena do usuário a quatro satélites, seriam necessários apenas três satélites para uma localização precisa, desde que não pertencente ao mesmo plano, porem os relógios dos satélites e da antena não são sincronizados, adicionado mais uma incógnita a equação da posição necessitando assim mais um satélite para aplicação. A dois tipos de serviços no GPS o SPS ( Standard Positioning Service – serviço de posicionamento Padrão) e o PPS ( Precise Positioning Service – Serviço de posicionamento Preciso), o SPS é disponível a todos, sem cobrança, na verdade esse sistema sempre possibilitava precisões melhores, mas devido a possíveis problemas com segurança foram introduzidos códigos manipulados para reduzir a precisão do GPS, limitando então o nível de precisão do GPS no caso do SPS e o PPS era liberado apenas para uso militar ou usuários cadastrados. Para que fosse possível a limitação da acuracidade do sistema o sinal era criptografado pelo código P, para que não fosse possível o uso desses recursos por usuários não autorizados e a manipulação dos mesmos por AS( anti-spooging) e as (selective availability – disponibilidade seletiva) esse sistema era utilizado para diminuir

43

a precisão do GPS, com a manipulação do código P um dos códigos utilizados no GPS porem as 0h de 2 de maio de 2000 esse sistema foi abolido, melhorando em dez vezes a precisão do GPS.

3.4.4 Segmento Espacial

O segmento espacial é composto por uma constelação de vinte e quatro satélites, que orbitam a terra em uma altitude aproximada de 20.200 km acima do nível do mar (Fernandez, 2010, APOUD DONA,2000 ) Estes satélites percorrem seis órbitas inclinadas em relação ao equador, estáveis e assíncronas com quatro satélites em cada uma. Estes perfazem uma orbita completa a cada 12 horas sendo que cada satélite possui 28° de cobertura da superfície terrestre (Fernandez, 2010). Portanto em qualquer ponto em qualquer instante, esteja sob a cobertura de pelo menos quatro satélites. Como na figura abaixo.

Figura 17 – Órbitas dos satélites do sistema GPS (Fernadez,2010 Apud DANA, 2000)

Cada satélite gera duas portadoras L1 e L2 elas são geradas a partir da freqüência fundamental de 10,23 Mhz e multiplicadas por 154 e 120, respectivamente. Dessa forma, as freqüência L1 e L2 e os comprimentos de onda são (Monico, 2000) L1= 1575,42 MHz e λ = 19 cm L1= 1227,60 MHz e λ = 24 cm

44

3.5

PROJETO CONCEITUAL

3.5.1 Plataforma de vôo

O primeiro tema a ser discutido foi a plataforma de vôo onde foram levantadas as necessidades e interferências que o projeto deverá atender. Para a escolha destes itens serão utilizados referencias bibliográfica, entrevistas com praticantes do esporte Aeromodelismo e também através de testes em bancada. A escolha da aeronave teve um processo baseados na verificação de vários modelos, onde a escolhida foi a que apresentou melhor resposta aos questionamentos iniciais As questões abordadas para a escolha da aeronave estão representadas no diagrama abaixo.

LEVANTAMENTO DE MODELOS DE AERONAVES

MOBILIDADE NECESSIDADE DE RESISTÊNCIA AO MEIO

CUSTO E CONDIÇÕES PARA FABRICAÇÃO

MANUTENÇÃO POUSO E DECOLAGEM TRANSPORTE DE CARGA

ESCOLHA DA AERONAVE

Figura 18 - Diagrama para determinação da plataforma de vôo

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Nesta fase verificamos as plataformas de vôo disponíveis que poderiam ser adaptadas a necessidade do projeto. Entende-se por plataforma de vôo o tipo de modelo utilizado para voar e transportar cargas. Atualmente com o avanço da tecnologia existem varias plataformas de vôo a serem utilizadas para monitoramento, aquisição de dados e uso para hobby, as mais utilizadas no modelismo são aviões, helicópteros , quadricopteros e dirigíveis. Trata-se de aeromodelos radio controlados usados principalmente para lazer, mas que podem ser modificados e usados para outros fins.

Figura 19 – Aeromodelo Avião elétrico (HOBBYKUNG,2011)

Figura 20 – Quadricóptero para FPV (E-VOO,2011)

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Figura 21– Helicóptero para FPV (E-VOO,2011)

Figura 22 – Dirigível para FPV (HOBBYKING,2011)

Cada modelo tem características distintas que devem ser analisadas para cada tipo de aplicação, segundo MEDEIROS (2007) para a concepção da plataforma de vôo deve-se levar em conta alguns aspectos de cada modelo como: Área de pouso e decolagens, trajetória, condições climáticas, custos, transporte, capacidade de carga. O questionamento Mobilidade é referente ao transporte e armazenamento do experimento, uma vez que o mesmo se destina ao uso pelo operador em campo, o que o

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obriga a ter um tamanho que caiba em um carro para seu transporte. A configuração do experimento deve ser feita de tal forma que sua montagem e desmontagem sejam fáceis, agilizando o trabalho do operador. Outro tema importante é a necessidade de resistência ao meio,que visa a verificação do meio em que a aeronave vai atuar e se este meio pode vir a danificar a mesma. Foi analisado também o custo e condições para fabricação, Neste item verificamos dentre os modelos quais apresentavam menor custo de materiais e processo de fabricação de maior facilidade, sem necessitar de poderosas máquinas de fabricação. Este item foi avaliado levando em conta as ferramentas disponíveis e disponibilidade de materiais no mercado. Também verificamos dentre as configurações de aeronaves a que oferecia melhor condição de manutenção, uma vez que quedas e pequenos acidentes são inevitáveis. O modelo proposto deveria ser de fácil conserto onde este pode ser feito até pelo próprio operador em campo habilitado a aeronave para voar novamente. A decolagem e aterrissagem do aeromodelo foi analisada da melhor forma possível, porem existe um limitante que foi fundamental em nossa escolha, que é o local de atuação da aeronave. O projeto VANT visa dar uma ferramenta de reconhecimento em terrenos difíceis, ou seja, dificilmente teremos a disposição uma pista para pouso e decolagem, o que nos obrigou a eliminar o trem de pouso da configuração e fazer a decolagem através de arremesso da aeronave, onde o pouso pode ser no próprio gramado da região que este estiver atuando. Depois de analise das características desejadas e comparação dos modelos levantados optamos por trabalhar com uma plataforma de vôo semelhante ao de um avião popularmente conhecida com asa voadora ou asa zagi. Esta configuração tem um conceito semelhante ao do avião, porem tem fabricação e manutenção fácil e barata. Sua configuração oferece excelentes condições de vôo possuindo também uma alta resistência a quedas, e pousos mais desastrados.

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Figura 23 - Representação isométrica de zagi.(ISCOLD,2008)

O projeto do VANT foi iniciado seguindo especificações do manual básico para construção de asas voadoras do tipo ZAGI. Segundo NOGUEIRA, o perfil da asa tem função fundamental na constituição deste tipo de modelo, onde perfis mais grossos resultam num vôo mais lento e estável e perfis mais finos resultam num vôo mais rápido e ágil porem menos estável. Em virtude do conceito do projeto ser o reconhecimento, a escolha do perfil foi o de maior espessura, onde são usados comumente 4 tipos de perfis na construção da ZAGI

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figura 24 – Manual básico de construção do zagi.(NOGUEIRA,2008)

O perfil utilizado para construção foi a ZAGI12, onde foi fabricado um gabarito com as medidas deste perfil que será utilizado no corte do isopor para construção da asa. Outro ponto que foi considerado foi o enflechamento da asa. Segundo Nogueira(2008) o enflechamento é o quanto a ponta da asa é fechada para trás, esse enflechamento auxilia na correção do Centro de Gravidade do avião. No apêndice 1 segue projeto com todos os itens do ZAGI, das partes da aeronave e parte eletrônica.

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3.5. 2 Força Motriz

Neste item referimos ao tipo de motor elétrico a ser empregado no projeto, com objetivo de proporcionar a propulsão necessária para o vôo do VANT. Optamos no Uso do Motor tipo Brushless, que são motores síncronos de imã permanente (PMSC – Permanent Magnet Synchronous Motor),são classificados em motores Brushless AC e motores Brushless DC. Os circuitos de ambos os tipos de motores brushless AC e DC tem bastante semelhança onde o principal aspecto que os diferencia é a forma de onda de corrente aplicada ao enrolamento da armadura e a distribuição do fluxo magnético (MONTEIRO,2002). Em nosso projeto optamos por trabalhar com o motor brushless AC que são alimentados por uma forma de onda senoidal trifásica e operam no mesmo principio dos campos girantes.

Figura 25 – Motor Brushless (AEROMODELOSAMB, 2011)

De acordo com a plataforma utilizada e suas características optamos por um motor EMAX Brushless Motor GT2210/11 (1470kv) que atende suas necessidades e propicia o empuxo necessário para o vôo,

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Figura 26 - Dimensões principais de motor brushless

Especificações do motor • Modelo: GT 2210/11 • RPM/V: 1470 KV • No.of lipo cells: 2-3S • Potencia máxima : 200W • Corrente máxima :18ª • Peso: 55g • Dimensão do estator: 22 X 10 mm • Diametro: 28.5mm x L28.5mm • Diametro do eixo: 14mm • Comprimento do eixo: 15.5mm • Maximo impulso; 870g • Recomendado para modelos entre os pesos de: 500 – 800 • Recomendado ESC: 18 A ou menor • Recomendado hélice: 7x5, 7x6, 8x4, 8x4.3 (Lipo 3S) • Recomendado hélice 9x5 (Lipo 2S)

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3.5.3 Eletrônica de vôo da aeronave

Para determinação da parte eletrônica de vôo da aeronave buscamos trabalhar com itens de fácil acesso no mercado e com boa relação custo beneficio, a configuração da eletrônica de vôo consiste nos seguintes periféricos.

3.5.3.1 Radio transmissor.

Que tem a função de enviar os comandos de vôo a aeronave por meio de radio freqüência, esses comando estão divididos em canais. Levando em conta que utilizaremos dois canais para comandos de vôo e estabilidade, um canal para controle da velocidade do motor, dois canais para controle de direcionamento da câmera, e um canal para o sistema retrátil da câmera. Temos um total de seis canais utilizados, assim nos levando a escolha de um radio com no mínimo seis canais, verificamos que no mercado a vários fabricantes com diferentes configurações e modulações, as mais utilizadas e encontradas no mercado são de 900Mhz e 2.4Mhz. A transmissão de sinal a 900Mhz são menos suscetíveis a interferências causadas por obstáculos, mas também possuem ondas mais curtas, já os sistemas 2.4 são mas suscetíveis a interferências por obstáculo pois suas ondas são mais concentradas e potencializadas com isso aumentando seu alcance e também são menos suscetíveis a interferências por outras ondas de radio. Como uma das necessidades do projeto é o alcance e autonomia do veiculo aéreo, e também a segurança do vôo, optamos pelo modelo 2.4 da turnigy.

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Figura 27 – Radio transmissor (HOBBYKING, 2011)

3.5.3.2 Servo motores.

Os servos motores são mecanismos utilizados para fazer o controle da aeronave e também de seus periféricos como sistema pantilt de controle da câmera de vídeo. Os servo motores (servo motors) ou servos RC (Rádio Controle) ou simplesmente servos, são compostos por um circuito eletrônico de controle, onde um pequeno potenciômetro que roda solidário com o eixo do servo de força determina a posição atual do mecanismo de engrenagens. Foi utilizado também como critério de escolha ao seu dimensionamento o peso deste mecanismo onde cada grama atenuada pode trazer melhor capacidade de vôo.(FRANCISCO, 2004). A figura seguinte, são pequenos dispositivos constituídos basicamente por: um motor DC,

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Figura 28 – Sistema de Servo Motores (Francisco, 2011)

É função dos servo motores o controle da aeronave pois atuam diretamente nos ailerons da aeronave. Os ailerons são partes móveis dos bordos de fuga das asas dos aviões que servem para controlar o movimento de rolamento da aeronave. O profundor ou leme de profundidade é uma superfície de controlo móvel horizontal existente na extremidade traseira da cauda dos aviões, responsável pelo movimento do avião sobre seu Eixo Lateral.

3.5.3.3 Sistema de transmissão de vídeo e Aquisição de dados

O processo para escolha do sistema de transmissão de vídeo FPV foi divido em 4 etapas como pode ser visto no diagrama a baixo: ESCOLHA DO SISTEMA VÍDEO LINK FPV

CAPTAÇÃO DA IMAGEM

SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS OSD

TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DA IMAGEM

VISUALIZAÇÃO DO OPERADOR

Figura 29 – Diagrama para determinação sistema FPV

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3.5.3.4 Captação de imagem

Este item visa o meio de captação de imagem através de uma mini câmera de vídeo. Para a escolha deste sistema verificamos a qualidade de imagem necessária para a aplicação proposta, o mercado oferece diversos modelos de câmeras, transmissores e receptores com qualidades de imagem variados. Mediante a variedade de equipamentos disponíveis no mercado, usamos alguns requisitos para determinação da câmera como resolução, peso e resistência, Custo beneficio, Configuração mecânica, Peso da câmera, Qualidade de imagem.

Figura 30 – Câmera para FPV ( FPV COMMUNITY, 2011)

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3.5.3.4 Sistema de aquisição de dados OSD

Este sistema une as informações coletadas pelo GPS como coordenadas de latitude e longitude, altitude e velocidade dados de tensão das baterias dos equipamentos, essas informações são sobrepostas no mesmo sinal de vídeo captado pela câmera assim possibilitando que o operador tenha essas informações em pleno vôo e no mesmo monitor da câmera. A escolha deste sistema consiste primeiramente em reconhecer que tipo de informação é relevante para seu uso, pois a infinidades de equipamentos no mercado com as mais varáveis informações possíveis, como o propósito do projeto consiste em construir um VANT e verificar a viabilidade de seu uso, optamos em adquirir um modelo de OSD que atende-se nossos fins Modulo de aquisição de dados da bateria e união dos dados junto ao vídeo feito pela câmera. A escolha de ambos os itens levou em conta o peso que deveria ser mínimo, custo do equipamento e compatibilidade de linguagem, ou seja eles deveriam se comunicar com facilidade, por este motivo procuramos comprar ambos do mesmo fabricante.

3.5.3.5 Transmissão e recepção da imagem

Este item apresentou maior dificuldade para determinação, pois procuramos trabalhar

com

equipamentos

com

disponibilidade

comercial.

As características que foram avaliadas para determinação deste item foram: - Freqüência de modulação para transmissão - Alcance - Qualidade da imagem

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- Custo As freqüências mais comuns são 900 Mhz; 1,2 ghz; 1.3ghz; 2.4 ghz e 5.8 ghz. Quanto maior a freqüência, em iguais condições de potência e de ganho das antenas, menor o alcance e maior a possibilidade de perda de sinal por obstáculos. O Link de 900 mhz tem alcance muito bom, mas há relatos de interferência por suas harmônicas no sistema de GPS, complicando a vida de quem quer usar um OSD. Um filtro “passa baixas” tende a amenizar o problema; O link de 1.2 ghz é muito bom, mas tem sua utilização restrita em território nacional, tendo que operar longe de aeroportos ou em seus canais mais elevados, que inserem-se em 1.3ghz. Muito usado no mundo e portanto com boas opções de antenas. Não costuma causar interferência por harmônicas. Recomenda-se contudo ficar longe do receptor se for de 2.4 ghz. Link de 1.3 ghz muito próximo ao de 1.2 ghz sem suas desvantagens citadas. Contudo utiliza-se das antenas para 1.2 ghz (com pequena perda de qualidade) ou optase pela antena de 1.3 ghz, mais difícil de achar (e mais cara); Link de 5.8 ghz (menor alcance, mas menos risco de interferência por sinal conflitante) – Antenas menos comuns, então mais caras e difíceis de achar. A determinação deste item foi baseado no custo beneficio onde o que apresentou melhores resultados em virtude do custo foi o sistema na freqüência de 2,4GHz.

3.5.3.6 Visualização do operador

Este item refere se de qual forma o operador vai visualizar as imagens para fazer o controle da imagem e do aeromodelo. O proposto e fazer a visualização das imagens do aeromodelo na tela do notebook através de uma placa de captura. Desta forma o sistema oferece uma maior facilidade na gravação da imagem transmitida o que facilita em uma eventual necessidade de analise posterior a gravação.

58

3.6

MONTAGEM DO PROTÓTIPO.

3.6.1 bloco de isopor denso tipo F6

Após a determinação do perfil de asa como zagi12 iniciamos a confecção do gabarito para efetuar o corte em isopor, o isopor utilizado é do tipo industrial modelo F6 que é de um tipo mais denso e resistente, em seguida deve-se fazer as marcações de corte do isopor e iniciar seu corte. O método utilizado para o corte foi com fio quente, trata-se de um fio de níquelcromo que é fechado em curto por uma fonte de alimentação de 24v 20ª, controlada por um potenciômetro , funciona como uma resistência de chuveiro assim que é ligado o potenciômetro controla o calor do fio de níquel-cromo fazendo com que o corte do isopor siga limpo e uniforme.

3.6.2 Corte e colagem

Após o corte das asas deve-se ser feita a união delas através de cola que não agrida ou reaja com isopor, no caso utilizamos cola epóxi muito utilizado por aeromodelista. Junto com a união das asas deve-se reforçá-la com varetas de fibra de vidro a fim de evitar que a mesma quebre durante o vôo devido a força G em algumas manobras.

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Figura 31 - União das asas

Figura 32 - Introdução de varetas de vibra de vidro

3.6.3 Alojamento de componentes

Antes da montagem dos componentes eletrônicos deve-se procurar o centro de gravidade do avião, este centro de gravidade é o equilíbrio que o avião deve ter para que possa fazer um bom vôo e planeio. Para isso deve-se atentar a montagem dos componentes de modo que eles fiquem bem distribuídos sem que interfiram no ponto onde se localiza o centro de grávida, essa distribuição de peso em função do CG pode determinar o sucesso ou não de seu vôo, e caso não seja possível fazer a distribuição dos componentes o CG pode ser

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compensado com a colocação de pesinhos de chumbo utilizados para balancear rodas de automóveis afim de compensar a má distribuição de peso em determinado local do avião.

Figura 33 – marcação dos locais para corte.

Figura 34 - distribuição dos equipamentos de acordo com centro de gravidade do modelo

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Figura 35 – corte das acomodações.

3.6.4 Entelagem

Para entelagem utilizamos manta vinilica, trata-se de um adesivo plásticos muito utilizados para proteger a pintura de automóveis e também em placas de sinalização e outdoors. Este deve ser aplicado no avião a fim de deixar sua superfície mais lisa evitando o efeito de arrasto que se trata do atrito do avião com o ar, o vinil também pode ser colocado em diversas cores de modo a ficar mais fácil sua visualização no ar facilitando a pilotagem.

Figura 36 – entelagem com vinil adesivo.

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3.6.5 Instalação dos sistemas eletrônicos

Após a marcação dos locais aonde vão os componentes eletrônicos de acordo com o centro de gravidade, os locais devem ser preparados para a instalação de modo a não interferirem na dinâmica de vôo evitando efeitos de arrasto, e de modo que não se soltem durante o vôo. Depois da preparação dos locais a instalação pode ser feita atentando-se as conexões que devem ser soldadas com estanho ou conectadas através de plug. Toda os diagramas da instalações eletrônicas estão disponíveis no apêndice 1, apêndice 2, apêndice 3 e apêndice 4.

Figura 37 – sistema de direcionamento da câmera e câmera.

Figura 38 - motor e do controlador de velocidade.

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Figura 39 - acomodações das instalações

Figura 40 - transmissor vídeo link.

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3.7

Testes e comissionamento

Após a instalação de todos os equipamentos foi necessário verificar todos os itens eletrônicos, afim de garantir que não haja falhas durante o vôo, deve-se verificar todas as conexões, plugs e soldas, deve se ligar as baterias e radio transmissor e se atentar aos seguintes itens: • Sistema de controle de vôo; • Os servos estão respondendo aos comandos de direção da aeronave; • motor esta sendo acionado e girando no sentido correto; • Sistema de vídeo link; • Os servos de controle da câmera estão respondendo • A câmera está ligada e sem mau contatos • O transmissor esta ligado e sem mal contatos • Sistema de telemetria; • O sensor GPS esta ligado e sem mau contatos • O sistema de telemetria esta ligado e sem mau contatos • Sistema de recepção e imagem; • Receptor esta ligado e sem mau contatos; • a antena direcional esta conectada; • o computador esta ligado e desligado o modo stand by automático para que o monitor não desligue sozinho durante o vôo;

Para o condicionamento deve-se deixar todos os equipamentos ligados durante pelo menos 15 minutos ou até a descarga total da bateria, aproveitando para marcar o tempo

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que a bateria atua até o momento de desligamento automático do controlador de velocidade control-speed. Após este tempo verificar se esta tendo algum tipo de super aquecimento nos componentes, caso haja, verifique as instalações e procure reposicionar o componente de maneira que receba algum tipo de ventilação durante o vôo. Outra questão muito importante durante os testes é verificar se esta havendo algum conflito de transmissão ou interferência já que temos um radio controle transmissor e um transmissor de vídeo bem próximos, não foi verificado nenhum tipo de superaquecimento e nem falhas neste processo de testes mas percebemos que a imagens recebem interferências provocadas pelo ruído do motor e pela transmissão de comandos de vôo, para melhorar e atenuar este problema colocamos o transmissor de imagens o mais longe possível do receptor do radio controle.

3.7.1 1º teste em bancada Neste teste de verificação e condicionamento dos equipamentos foram verificados todos os item anteriores, concluimos que não houve super aquecimento nos equipamentos não houve mau contato com equipamentos porem houveram algumas interferências na imagem provenientes do radio controle;

3.7.2

Teste de Vôos

3.7.2.1 1º Vôo teste com modelo com cauda Devido a problemas de construção na calda o veiculo foi lançado e foi direto para o chão quebrando os suporte de fibra de carbono, como este material foi importado resolvemos construir outro veiculo aéreo sem a cauda.

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3.7.2.2 1º Vôo com modelo sem cauda

Neste primeiro vôo podemos verificar o quanto este modelo é estável e ágil oferecendo bons controles de vôo, percebemos que o alcance do sistema de vídeo link chegou sem interferências até 500m de acordo com as informações do GPS, depois desta distancia houve algumas interferências que foram aumentando gradativamente, a mil metros de distancia resolvemos retornar pois o radio transmissor tem um alcance Maximo de 1500 m e não tínhamos certeza quanto a distancia apresentada no sistema de telemetria. 3.7.2.3

2º Vôo modelo sem cauda

Este teste foi feito um vôo de 3 minutos sobre a universidade, neste teste tivemos como objetivo testar a decolagem e o pouso em local com pouca extensão de área, assim como testar todos os equipamentos de filmagem e telemetria, gravar um vídeo com o teste e verificar os resultados. De imediatos os resultados foram satisfatórios quanto à utilização do veiculo em curto espaço, podendo verificar que a decolagem e o pouso foram bem tranqüilos. As imagens tiveram muitas interferências, mas concluímos que as mesmas são causadas por ondas de radio dos arredores já que é um local bastante povoado contendo condomínios, bares, restaurantes e a própria universidade, que por si utilizam internet sem fio, sistemas de segurança entre outros que utilizam meios de transmissão sem fio com freqüências próximas a 2.4 Ghz, assim não precisando de reparos como instalação de filtros ant-ruidos. Percebeu-se pequenas perdas de comando da aeronave, causada pela freqüência de transmissão do vídeo link, já que a mesma é 2.4Ghz a mesma do radio controle, para solucionar é necessário trocar o Radio por um com uma freqüência mais baixa ou trocar o transmissor vídeo link por um com uma freqüência diferente, essa é a melhor maneira contando que o custo é cerca de 60% mais barata , e já é possivel adquirir equipamento com freqüência 5.8 Ghz assim atenuando também as interferências causada na imagem por fatores externos.

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4

CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES.

Neste capítulo serão abordadas as avaliações conclusivas do assunto abordado neste trabalho, analisando o desenvolvimento do protótipo e sua aplicabilidade no auxílio a localização de veículos roubados. Com embasamento nos resultados obtidos neste trabalho, serão apresentadas as principais conclusões e sugestões para trabalhos futuros. O protótipo desenvolvido apresentou resultados satisfatórios no critério vôo, porém deverão ser feitas algumas melhorias na plataforma de vôo. A estrutura apresentou ótima resistência e também excelente estabilidade de vôo propiciando fácil pilotagem e ótimas imagens. O modelo escolhido para construção do protótipo se apresentou como uma ótima escolha pois seu manuseio e transporte atenderam as recomendações iniciais. O sistema de comando ou radio controle transmissor, receptor e servo motores apresentaram algumas interferências geradas pelo transmissor de vídeo que devem ser reprogetados. O sistema de vídeo teve êxito onde conseguimos fazer as imagens necessárias que atenderam as especificações desejadas, porem ao executarmos testes de vôo por varias regiões verificou se que o sistema de vídeo apresentou interferências na imagem, suspeitamos que isto pode ter ocorrido por sinais de celular ou outras fontes de comunicação sem fio uma vez que estas interferências ocorrerão apenas em testes próximos as cidades, alem da interferência causada pelo do próprio transmissor de radio controle e por harmônicas do sistema.

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Sugestões para projetos futuros: Utilização de sistema de transmissão de vídeo com freqüência de transmissão próximas de 5.8Ghz afim de atenuar interferências. Desenvolvimento de um software e hardware que transmita as imagens coletadas para uma central que faria a verificação e comparação dos dados do veiculo roubado com as imagens, facilitando a solicitação das autoridades policiais para efetuar a apreensão do veículo. Desenvolvimento de software e hardware que possibilite o vôo da aeronave de forma autonoma, sobrevoando quadrantes estabelecidos por software, o que facilitaria a operação do operador, uma vez que este só estaria concentrado na visualização das imagens captadas. Atualmente existe varias opções de equipamento de vídeo e telemetria, recomendamos o uso da câmera GO-pro HD que possui imagens de 1080 linhas contra 580 utilizadas em nosso projeto, porem com um custo mais elevado.

Figura 41– Câmera GO-pro HD câmera de alta resolução(FPVBRASIL,2011)

Recomendamos também o uso de sistemas de telemetria OSD da angLe tree que trata-se de um sistema que aceita a inclusão de outros sensores de telemetria como rotação do motor, temperatura, altitude, entre outros.

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Figura 42 – Sistema Telemetria Angle tree(FPVBRASIL,2011)

Recomendamos também o sistema FY21 que se trata do controle autônomo de estabilidade de vôo, o mesmo mantém o veiculo sempre na mesma altitude e estabilizado e em conjunto com equipamento AP117, este pode levar o veiculo até as coordenadas de GPS pré selecionadas ou mesmo trazer o veiculo de volta ao ponto de partida em caso de perda de sinal ou por acionamento voluntario.

Figura 43 – Foto Sistema Telemetria FY 21 AP e AP 117(FPVBRASIL,2011)

Todos esse itens podem e devem ser utilizados para melhor utilização do VANT, no entanto como o objetivo de nosso projeto é testar a viabilidade do VANT , optamos por produtos mais baratos mas que atende-se nossas necessidades.

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5

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Com base nos testes, ensaios e resultados obtidos verificamos que o VANT pode ser uma boa opção no auxílio de profissionais do ramo de recuperação de veículos roubados ou furtados, Devendo haver um investimento maior em tecnologia para que sua empregabilidade seja segura e eficaz. Foi verificado que para este tipo de plataforma a sua aplicabilidade fica restrita principalmente em zonas rurais onde a geografia destes locais possibilitam um vôo mais seguro por conta de acidentes, e por esta plataforma de vôo não realizar o vôo pairado oferecendo uma melhor visualização de locais em meio a prédios e residências. Outro ponto positivo deste tipo de projeto foi o baixo custo para implantação dessas aeronaves, o que pode estimular a empresas de segurança no uso desta tecnologia. Sendo assim é possível seguir em frente com este tipo de projeto afim de adéqua-lo com técnologias mais avançadas proporcionando mais segurança em atividades que exponham pessoas a riscos, assim não restringindo seu uso abrangendo-o por outros setores da segurança como á polícia, empresas de segurança privada, monitoramento de grandes condomínios, fazendas, etc...

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