Navigation design and flight dynamics operations of the ArgoMoon cis-lunar CubeSat.

On November 16, 2022, the NASA’s Space Launch System (SLS) has been launched for the first time in the context of Artemis-1 mission where, together with the Orion Multi-Purpose Crew Vehicle, a set of 10 CubeSats have been delivered into a translunar trajectory. Among the small satellites deployed during Artemis-1 there is ArgoMoon, a 6U CubeSat built by the Italian company Argotec and coordinated by Italian Space Agency (ASI). The primary goal of ArgoMoon is to capture images of the Interim Cryogenic Propulsion Stage. The ArgoMoon trajectory has been designed as a highly elliptical geocentric orbit, with several encounters with the Moon. In order to successfully fly ArgoMoon along the designed cis-lunar trajectory, a ground-based navigation system has been developed exploiting the guidance techniques also used for regular deep space missions. The navigation process is subdivided into Orbit Determi- nation (OD) and a Flight Path Control (FPC), and it is designed to follow the reference trajectory, prevent impacts with the Earth and the Moon, intensively test the navigation techniques, and guarantee the spacecraft disposal at the end of the mission. The work done in this thesis has accomplished the navigation of ArgoMoon, covering all aspects of the project life, from pre-launch design and analysis to actual operations. Firstly, the designed navigation process and the pre-mission assessment of its performance will be presented. Then, the results of the ArgoMoon navigation operations performed after the launch in November 2022 will be described in detail by discussing the main encountered challenges and the adopted solutions. The results of the operations confirmed the robustness of the designed navigation which allowed to accurately estimate the trajectory of ArgoMoon despite a series of complex events.

Simulação e controlo de veículos autónomos terrestres

A implementação e venda de robôs autónomos tem sido um sector que nos últimos anos tem adquirido cada vez mais quota no mercado, nomeadamente no sector militar, agrícola e da vigilância. Como tal, tem sido também de grande importância a capacidade de implementar e testar robôs por parte das entidades que os fabricam. Uma das formas que tem garantido o sucesso do desenvolvimento de robôs é a simulação prévia dos mesmos antes que estes passem a fase de produção. Sendo assim, o LSA como entidade de desenvolvimento de robôs autónomos, tem necessidade de adquirir um sistema que simule os robôs em desenvolvimento. O trabalho desta tese consiste na realização de um sistema que simule robôs autónomos terrestres de forma que se possa observar o comportamento da cinemática, dinânica e hardware dos robôs em ambiente 3D. Esta aplicação de simulação pode mais tarde ser utilizada pelo laboratório para testar missões, validar alterações de estrutura, sensores, etc. Para além disso, com recurso ao simulador Player/Stage/Gazebo testar o robô LINCE e implementar algoritmos de controlo para o mesmo. Os algoritmos de controlo implementados baseiam-se em primitivas de controlo básico para serem utilizadas pelo sistema de navegação e gerar trajectórias complexas. Os algoritmos desenvolvidos nesta tese baseiam-se nas equações cinemáticas do veículo estudado. Estes algoritmos depois de testados no simulador, poderão ser colocados no Hardware do robô. Desta forma consegue-se desenvolver algoritmos para determinado robô sem que este esteja operacional.

Plataforma web de informação automobilística

Esta dissertação enquadra-se no âmbito dos Sistemas de Informação, em concreto, no desenvolvimento de aplicações Web, como é o caso de um website. Com a utilização em larga escala dos meios tecnológicos tem-se verificado um crescimento exponencial dos mesmos, o que se traduz na facilidade com que podem ser encontradas na Internet diversos tipos de plataformas informáticas. Além disso, hoje em dia, uma grande parte das organizações possui o seu próprio sítio na Internet, onde procede à divulgação dos seus serviços e/ou produtos. Pretende-se com esta dissertação explorar estas novas tecnologias, nomeadamente, os diagramas UML - Unified Modeling Language e a concepção de bases de dados, e posteriormente desenvolver um website. Com o desenvolvimento deste website não se propõe a criação de uma nova tecnologia, mas o uso de diversas tecnologias em conjunto com recurso às ferramentas UML. Este encontra-se organizado em três fases principais: análise de requisitos, implementação e desenho das interfaces. Na análise de requisitos efectuou-se o levantamento dos objectivos propostos para o sistema e das necessidades/requisitos necessários à sua implementação, auxiliado essencialmente pelo Diagrama de Use Cases do sistema. Na fase de implementação foram elaborados os arquivos e directórios que formam a arquitectura lógica de acordo com os modelos descritos no Diagrama de Classes e no Diagrama de Entidade-Relação. Os requisitos identificados foram analisados e usados na composição das interfaces e sistema de navegação. Por fim, na fase de desenho das interfaces foram aperfeiçoadas as interfaces desenvolvidas, com base no conceito artístico e criativo do autor. Este aperfeiçoamento vai de encontro ao gosto pessoal e tem como objectivo elaborar uma interface que possa também agradar ao maior número possível de utilizadores. Este pode ser observado na maneira como se encontram distribuídas as ligações (links) entre páginas, nos títulos, nos cabeçalhos, nas cores e animações e no seu design em geral. Para o desenvolvimento do website foram utilizadas diferentes linguagens de programação, nomeadamente a HyperText Markup Language (HTML), a Page Hypertext Preprocessor (PHP) e Javascript. A HTML foi utilizada para a disposição de todo o conteúdo visível das páginas e para definição do layout das mesmas e a PHP para executar pequenos scripts que permitem interagir com as diferentes funcionalidades do site. A linguagem Javascript foi usada para definir o design das páginas e incluir alguns efeitos visuais nas mesmas. Para a construção das páginas que compõem o website foi utilizado o software Macromedia Dreamweaver, o que simplificou a sua implementação pela facilidade com que estas podem ser construídas. Para interacção com o sistema de gestão da base de dados, o MySQL, foi utilizada a aplicação phpMyAdmin, que simplifica o acesso à base de dados, permitindo definir, manipular e consultar os seus dados.

Sistema de mapeamento e localização simultânea para inspecção subaquática

A sequente dissertação resulta do desenvolvimento de um sistema de navegação subaquático para um Remotely Operated Vehicle (ROV). A abordagem proposta consiste de um algoritmo em tempo real baseado no método de Mapeamento e Localização Simultâneo (SLAM) a partir de marcadores em ambientes marinhos não estruturados. SLAM introduz dois principais desafios: (i) reconhecimento dos marcadores provenientes dos dados raw do sensor, (ii) associação de dados. Na detecção dos marcadores foram aplicadas técnicas de visão artificial baseadas na extracção de pontos e linhas. Para testar o uso de features no visual SLAM em tempo real nas operações de inspecção subaquáticas foi desenvolvida uma plataforma modicada do RT-SLAM que integra a abordagem EKF SLAM. A plataforma é integrada em ROS framework e permite estimar a trajetória 3D em tempo real do ROV VideoRay Pro 3E até 30 fps. O sistema de navegação subaquático foi caracterizado num tanque instalado no Laboratório de Sistemas Autónomos através de um sistema stereo visual de ground truth. Os resultados obtidos permitem validar o sistema de navegação proposto para veículos subaquáticos. A trajetória adquirida pelo VideoRay em ambiente controlado é validada pelo sistema de ground truth. Dados para ambientes não estruturados, como um gasoduto, foram adquiridos e obtida respectiva trajetória realizada pelo robô. Os dados apresentados comprovam uma boa precisão e exatidão para a estimativa da posição.

ROAZ and ROAZ II Autonomous Surface Vehicle Design and Implementation

International Lifesaving Congress 2007, La Coruna, Spain, December, 2007

ROAZ Autonomous Surface Vehicle Design and Implementation

The design of an Autonomous Surface Vehicle for operation in river and estuarine scenarios is presented. Multiple operations with autonomous underwater vehicles and support to AUV missions are one of the main design goals in the ROAZ system. The mechanical design issues are discussed. Hardware, software and implementation status are described along with the control and navigation system architecture. Some preliminary test results concerning a custom developed thruster are presented along with hydrodynamic drag calculations by the use of computer fluid dynamic methods.

Marine Operations with the SWORDFISH Autonomous Surface Vehicle

IEEE Robótica 2007 - 7th Conference on Mobile Robots and Competitions, Paderne, Portugal 2007

Coordinated Maneuver for Gradient Search Using Multiple AUV's

OCEANS 2003. Proceedings (Volume:1 )

TIGRE - An autonomous ground robot for outdoor exploration

13th International Conference on Autonomous Robot Systems (Robotica), 2013

Automated Generation of Indoor Accessibility Information for Mobility-Impaired Individuals

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Análisis y diseño de filtros apilados basados en resonadores acústicos

Durant els últims anys la demanda de filtres pas banda de ràdio freqüència, de reduïdes dimensions, lleugers i d'elevades prestacions destinats a sistemes de comunicacions inalàmbriques s'ha incrementat de forma significativa. Aquests sistemes principalment són els sistemes de telefonia mòbil de tercera generació UMTS y el sistema de navegació GPS. Els filtres actuals, basats en ressonadors SAW (Surface Acoustic Wave), tenen unes dimensions reduïdes però estan limitats en freqüència (3 GHz) i la seva tecnologia no és compatible amb les tecnologies estàndards de circuits integrats. Per aquestes raons s'espera que els filtres basats en ressonadors BAW (Bulk Acoustic Wave) substitueixin als SAW. Els dos tenen dimensions similars, però els filtres BAW poden funcionar a freqüències superiors a 3 GHz, poden treballar amb nivells de potència majors, i és important destacar el fet que la seva tecnologia és compatible amb les tecnologies estàndards de circuits integrats. La investigació en l'àmbit dels filtres BAW s'ha centrat en millorar els processos tecnològics i la qualitat dels materials, però s'ha treballat poc en l'adaptació de les tècniques sistemàtiques de disseny de filtres a les particularitats d'aquesta tecnologia, per tant el principal objectiu d'aquest treball és presentar mètodes sistemàtics per al disseny de filtres BAW, centrant-se en l'estudi d’estructures apilades.

Computer-assisted placement technique in hip resurfacing arthroplasty: improvement in accuracy?

Freehand positioning of the femoral drill guide is difficult during hip resurfacing and the surgeon is often unsure of the implant position achieved peroperatively. The purpose of this study was to find out whether, by using a navigation system, acetabular and femoral component positioning could be made easier and more precise. Eighteen patients operated on by the same surgeon were matched by sex, age, BMI, diagnosis and ASA score (nine patients with computer assistance, nine with the regular ancillary). Pre-operative planning was done on standard AP and axial radiographs with CT scan views for the computer-assisted operations. The final position of implants was evaluated by the same radiographs for all patients. The follow-up was at least 1 year. No difference between both groups in terms of femoral component position was observed (p > 0.05). There was also no difference in femoral notching. A trend for a better cup position was observed for the navigated hips, especially for cup anteversion. There was no additional operating time for the navigated hips. Hip navigation for resurfacing surgery may allow improved visualisation and hip implant positioning, but its advantage probably will be more obvious with mini-incisions than with regular incision surgery.

Underwater SLAM in a marina environment

This paper describes a navigation system for autonomous underwater vehicles (AUVs) in partially structured environments, such as dams, harbors, marinas or marine platforms. A mechanical scanning imaging sonar is used to obtain information about the location of planar structures present in such environments. A modified version of the Hough transform has been developed to extract line features, together with their uncertainty, from the continuous sonar dataflow. The information obtained is incorporated into a feature-based SLAM algorithm running an Extended Kalman Filter (EKF). Simultaneously, the AUV's position estimate is provided to the feature extraction algorithm to correct the distortions that the vehicle motion produces in the acoustic images. Experiments carried out in a marina located in the Costa Brava (Spain) with the Ictineu AUV show the viability of the proposed approach

ML estimator and hybrid beamformer for multipath and interference mitigation in GNSS receivers

This paper addresses the estimation of the code-phase(pseudorange) and the carrier-phase of the direct signal received from a direct-sequence spread-spectrum satellite transmitter. Thesignal is received by an antenna array in a scenario with interferenceand multipath propagation. These two effects are generallythe limiting error sources in most high-precision positioning applications.A new estimator of the code- and carrier-phases is derivedby using a simplified signal model and the maximum likelihood(ML) principle. The simplified model consists essentially ofgathering all signals, except for the direct one, in a component withunknown spatial correlation. The estimator exploits the knowledgeof the direction-of-arrival of the direct signal and is much simplerthan other estimators derived under more detailed signal models.Moreover, we present an iterative algorithm, that is adequate for apractical implementation and explores an interesting link betweenthe ML estimator and a hybrid beamformer. The mean squarederror and bias of the new estimator are computed for a numberof scenarios and compared with those of other methods. The presentedestimator and the hybrid beamforming outperform the existingtechniques of comparable complexity and attains, in manysituations, the Cramér–Rao lower bound of the problem at hand.

Image guided critical screw placement precision in the cervical spine : important or incidental? : results of a series of 91 consecutive cases using OVEM

Study design: A retrospective study of image guided cervical implant placement precision. Objective: To describe a simple and precise classification of cervical critical screw placement. Summary of Background Data: "Critical" screw placement is defined as implant insertion into a bone corridor which is surrounded circumferentially by neurovascular structures. While the use of image guidance has improved accuracy, there is currently no classification which provides sufficient precision to assess the navigation success of critical cervical screw placement. Methods: Based on postoperative clinical evaluation and CT imaging, the orthogonal view evaluation method (OVEM) is used to classify screw accuracy into grade I (no cortical breach), grade la (screw thread cortical breach), grade II (internal diameter cortical breach) and grade III (major cortical breach causing neural or vascular injury). Grades II and III are considered to be navigation failures, after accounting for bone corridor / screw mismatch (minimal diameter of targeted bone corridor being smaller than an outer screw diameter). Results: A total of 276 screws from 91 patients were classified into grade I (64.9%), grade la (18.1%), and grade II (17.0%). No grade III screw was observed. The overall rate of navigation failure was 13%. Multiple logistic regression indicated that navigational failure was significantly associated with the level of instrumentation and the navigation system used. Navigational failure was rare (1.6%) when the margin around the screw in the bone corridor was larger than 1.5 mm. Conclusions: OVEM evaluation appears to be a useful tool to assess the precision of critical screw placement in the cervical spine. The OVEM validity and reliability need to be addressed. Further correlation with clinical outcomes will be addressed in future studies.