PESQUISA INOVATIVA EM PEQUENAS EMPRESAS (PIPE)

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No rumo certo

Plataforma integrada de sensores vai tornar mais preciso o vôo dos aviões de pequeno porte

ED. 77 | JULHO 2002

 

Módulos do Sistema de Atitude e Navegação da Navcon

O sistema de navegação dos aviões de pequeno porte está prestes a ganhar um novo equipamento que vai unir dois tipos de sistemas hoje utilizados para determinar a posição, trajetória e atitude (posição angular) de aeronaves. A novidade é uma plataforma integrada de sensores inerciais e do Global Positioning System (GPS) – Sistema de Posicionamento Global -, que vai dar mais segurança à classe desses aviões, como já acontece com aeronaves de grande porte. Essa plataforma está em desenvolvimento final na empresa Navcon – Navegação e Controle, de São José dos Campos.

Os sensores inerciais são considerados instrumentos primários de navegação e são independentes de sinais externos para funcionar. Eles são formados, principalmente, por dois instrumentos: os giroscópios e os acelerômetros. Os primeiros registram todos os movimentos da aeronave durante o vôo e funcionam por meio de princípios mecânicos, com um rotor girando como um pião e registrando os movimentos da aeronave em relação à caixa em que está instalado. Também funcionam com laser emitido por meio de fibras ópticas. O movimento do avião é sentido na diferença de velocidade de recepção do laser que percorre a fibra. Eles disponibilizam para os pilotos informações sobre a atitude do avião em três eixos: direção, ângulo do bico (inclinação para baixo ou para cima) e ângulo das asas (inclinação para os lados), mostrando se o avião está voando paralelo ao solo. Os acelerômetros fornecem dados relacionados à velocidade do avião.

O GPS é um sistema secundário de auxílio à navegação – seu uso como sistema principal ainda está sendo testado. Ele é formado por uma constelação de 24 satélites, na órbita de 20 mil quilômetros de altitude, que enviam sinais captados por aparelhos receptores nas cabines dos aviões. Os sinais são usados para determinar posição e trajetória dos aviões, por meio de coordenadas de latitude e longitude, linhas imaginárias que cortam o planeta. A margem de erro dos sinais GPS, que no passado era da ordem de 100 metros, hoje fica entre 1 e 3 metros, graças à correção das estações de referência localizadas em terra chamadas de Differential Global Positioning System (DGPS).

Vôo cego
A plataforma integrada melhorará o uso do GPS e dos sensores e foi concebida para suprir falhas que possam existir nos dois sistemas. Os giroscópios podem ser pouco confiáveis e imprecisos e podem precisar de constantes correções ao longo do vôo. Em modelos mais simples e baratos, a margem de erro pode chegar a 10 graus por hora, o que levaria o avião a uma trajetória completamente equivocada. Giroscópios de alta precisão, entretanto, têm desvio de apenas 0,01 grau por hora, mas são aparelhos que podem custar por volta de US$ 300 mil.O sistema GPS, por sua vez, só funciona se o sinal de quatro satélites da constelação for captado simultaneamente pelo avião. Mas isso nem sempre é possível, o que pode levar a aeronave a fazer um vôo cego por alguns instantes.

“Falhas na transmissão do sinal, restrições geométricas de posicionamento e até mesmo uma manobra da aeronave podem fazer com que o sinal do sistema GPS não seja captado pelas antenas localizadas no avião”, explica Schad.Batizada de Sistema Modular de Atitude e Navegação (Sman), a plataforma também poderá ser usada por foguetes, mísseis, satélites, automóveis e navios. Depois de três anos de pesquisas e desenvolvimento, os engenheiros da Navcon concluíram, em abril, um protótipo do equipamento, que teve apoio do Programa de Inovação Tecnológica em Pequenas Empresas (PIPE), da FAPESP. “Vamos utilizar sensores inerciais mais baratos e de baixa precisão e, mesmo assim, graças à integração com o receptor GPS, os resultados obtidos são bastante satisfatórios”, afirma o engenheiro de eletrônica Valter Ricardo Schad, diretor da Navcon e um dos inventores do Sman.

A forma modular é outra grande vantagem do Sman que faz com que ele possa ser utilizado por diferentes veículos. “O Sman é um sistema de prototipagem (elaboração de protótipos) rápida. Isso significa que para cada aplicação podemos definir o nível de integração desejada”, conta o engenheiro industrial do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), Otávio Santos Cupertino Durão, coordenador do projeto. Por causa dessa característica, a plataforma pode ser usada por automóveis, para navegação ou monitoramento de frotas. Na Europa e Estados Unidos, vários sistemas de navegação veicular estão em uso. Eles têm a função de mostrar em uma tela no painel do veículo a rua em que o carro está percorrendo e mostrar o melhor caminho ou, ainda, mostrar o estado do trânsito nas ruas e avenidas à frente. “Nesse caso, o sistema não precisará ser tão complexo como em aviões, já que na navegação veicular só estamos interessados em projetar a posição do automóvel no mapa”, afirma Durão.

Outra aplicação do Sman é em foguetes, satélites e mísseis, substituindo os caros componentes empregados atualmente para controle de órbita e atitude. Por fim, o aparelho também poderá ser usado em navios e plataformas petrolíferas, auxiliando no posicionamento de ambos.Segundo Schad, o uso de uma plataforma integrada com GPS e sensores inerciais de baixo custo é foco de pesquisa e desenvolvimento em todo o mundo. A Navcon é a única empresa no Brasil que conseguiu desenvolver um sistema modular integrado com essas duas tecnologias, incluindo determinação de atitude por GPS, e o uso de sensores inerciais. Outras companhias até fizeram a integração, mas focando em apenas uma aplicação.

O modelo mais complexo do Sman, para uso em aviões, será formado por seis módulos, além de um software. A unidade mestre de sensores é composta por giroscópios, acelerômetros e alguns circuitos necessários ao seu funcionamento, enquanto a unidade de sensores e interfaces inclui bússolas, sensores de velocidade (que medem os quilômetros ou milhas percorridas por hora) e sensores adicionais. A unidade GPS pode conter um ou vários receptores. Um teclado e um display gráfico, que servem como interface para o usuário, serão a base da unidade de controle e visualização. Por fim, o software será responsável pela operacionalidade do Sman.

Alta tecnologia
A Navcon entrou com um pedido de financiamento da patente do protótipo ao Núcleo de Patentes e Licenciamento de Tecnologia (Nuplitec), da FAPESP. Paralelamente, está fazendo algumas adaptações no Sman visando a sua colocação no mercado. Algumas negociações já estão em curso. “Conversamos com uma empresa que fabrica sistemas de navegação para automóveis e houve interesse por parte dela em conhecer o produto melhor”, diz Schad. O setor aeroespacial também está sendo sondado.

Com apenas três anos de mercado, a Navcon se especializou no desenvolvimento de sistemas inerciais, automação e controle de processos industriais e laboratoriais. Além do Sman, a empresa também conta com outro projeto no PIPE, com a primeira fase concluída, para o desenvolvimento de um receptor GPS para aplicações espaciais. Com os dois projetos, novas perspectivas se abrem para a Navcon, que ganha, assim, mais visibilidade na indústria aeroespacial e se apresenta para outros setores, como o automotivo e o náutico.

O projeto
Plataforma Integrada de Sensores Inerciais e GPS (nº 97/13014-5); Modalidade Programa de Inovação Tecnológica em Pequenas Empresas (PIPE); Coordenador Otávio Santos Cupertino Durão – Navcon; Investimento R$ 135.374,00 e US$ 67.493,00


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