FLOOD-EARTH: Projecció del nivell del mar màxim potencial per efectes de desglaç global mitjançant tècniques SIG

El futur increment del nivell dels oceans causat pel Canvi Climàtic té un gran potencial a l’hora de modificar processos físics, activitats econòmiques i sistemes socials a les regions costaneres. El propòsit del present treball consisteix a avaluar els efectes causats sobre el medi i la població deguts a aquest increment. En concret, l’objectiu principal és establir una relació entre l’altura d’inundació i l’àrea inundada, per tal de poder representar la corba hipsomètrica global del planeta Terra fins a una altura màxima fixada pel volum d’aigua congelada actualment emmagatzemat al planeta. Per tal de realitzar una avaluació fidedigna del màxim nivell potencial d’inundació a partir dels volums de gel emmagatzemats a la Terra, cal realitzar un treball previ de documentació per tal d’establir els principals factors fisicoquímics que intervenen en el nivell dels oceans. A partir d’aquest primer apropament, es decidirà l’estratègia bàsica a seguir per als càlculs d’inundabilitat, establint hipòtesis de partida que permetin un càlcul àgil, però a la vegada versemblant amb les condicions físiques reals que influeixen en el nivell dels oceans. En base a un hipotètic escenari extrem de desglaç total de la criosfera terrestre, que segons les estimacions més recents emmagatzema aproximadament 28 milions de quilòmetres cúbics d’aigua, s’han desenvolupat tècniques SIG amb l’objectiu d’avaluar i visualitzar els impactes globals de la inundació potencial, utilitzant els millors models digitals d’elevació disponibles. La qualitat i resolució dels models utilitzats és 100 vegades major que els utilitzats en els treballs més recents d’avaluació d’àrees potencialment inundables a causa de l’increment del nivell dels oceans. Les dades espacials pateixen un pretractament per tal d’incorporar les diferències entre el geoide i la superfície mitja dels oceans. De la mateixa manera, s’ha realitzat un càlcul d’interpolació de la topografia oceànica en zones actualment emergides, per tal de prendre en consideració les diferències esmentades més enllà dels límits actualment definits. Els càlculs d’inundabilitat realitzats impliquen un ús creuat de tècniques SIG i programació en codi FORTRAN, que proporciona una gran agilitat als processos de càlcul que involucren la lectura d’un gran volum de dades d’entrada. Aquest gran volum de dades comporta la fragmentació del procés de càlcul en 72 processos independents. Una vegada realitzats els processos es realitza una agregació de tots els resultats per a l’obtenció dels resultats globals d’àrea i volum en funció de l’altura d’inundació. Els càlculs a les zones àrtica i antàrtica són de tipus analític i no numèric. Una vegada determinada la màxima cota de sobreelevació marina potencial causada pel desglaç global (entre 66 i 67 metres), s’ha estimat que l’àrea potencialment inundada es troba entre 0,235 (un metre) i 14,245 (seixanta-set metres) milions de km2. La població afectada en les àrees susceptibles d’inundació es troba entre 267 (un metre) i 2.202 (seixanta-set metres) milions d’habitants

An Analysis of Radio-Frequency Geolocation Techniques for Satellite Systems Design

This research 1) evaluates the effectiveness of CubeSat radio-frequency geolocation and 2) analyzes the sensitivity of different RF algorithms to system parameters. A MATLAB simulation is developed to assess geolocation accuracy for variable system designs and techniques (AOA, TDOA, T/FDOA). An unconstrained maximum likelihood estimator (MLE) and three different digital elevation models (DEM) are utilized as the surface of the Earth constraint to improve geolocation accuracy. The results presented show the effectiveness of the MLE and DEM techniques, the sensitivity of AOA, TDOA, and T/FDOA algorithms, and the system level performance of a CubeSat geolocation cluster in a 500km circular orbit

Multi-Trajectory Automatic Ground Collision Avoidance System with Flight Tests (Project Have ESCAPE)

Multi-trajectory automatic collision avoidance techniques for heavy-type aircraft are explored to increase aviation safety procedures and decrease losses due to controlled flight into terrain. Additionally, this research includes flight test results from the United States Test Pilot School’s Test Management Project (TMP) titled Have Emergency Safe Calculated Autonomous Preplanned Exit (ESCAPE). Currently, the heavy aircraft community lacks an automatic collision avoidance system that has proven to save lives in fighter-type aircraft. The tested algorithm includes both a 3-path and a 5-path avoidance technique that is compared to an optimal solution which minimizes aircraft control to avoid terrain. The research utilizes Level 1 Digital Terrain Elevation Data (DTED) to analyze the terrain and a 3-Degrees of Freedom (DOF) Equations of Motion (EOM) model to predict potential terrain avoidance paths for the aircraft based on current location. The algorithm then waits until all paths collide and automatically activates the path with the longest time until collision with an appropriate time safety margin. The research also characterizes terrain based on changing slope and presents a new classification of aircraft based on performance capabilities. The result was used for algorithm parameter specification of path execution times and pre-planned maneuver creation so that the system can be modified for a wide variety of aircraft. Finally, the algorithm was flight tested against DTED in a simulated environment using the Calspan Learjet to determine actual 3 and 5- path performance, parameter specification, and comparison to the optimal solution. The important recommendations include a need for flexible entry parameters based on current aircraft state, continued evaluation of the terrain during avoidance maneuver execution, and more precise control of the aircraft flight path angle. Finally, due to comparison with the optimal solution, it is concluded that an acceptable terrain avoidance algorithm is possible using only a 3-path solution given that all three paths include a climbing maneuver

Evaluation of the Military Utility of Employing an Angle of Arrival Payload Hosted on a CubeSat as an Augmentation to Existing Geolocation Systems

This research models the performance of the proposed augmentation system as well as three and four-ball TDOA satellite systems and AOA and three-ball TDOA airborne systems individually, and performs geolocation estimate fusion via a variety of techniques to determine the increase in performance due to geolocation estimate fusion in operationally representative scenarios. It also introduces a high fidelity surface of the earth constraint based upon a digital elevation model across all geolocation algorithms. The results from this research show that the proposed augmentation system does have military utility when combined with other geolocation systems of similar or worse individual performance. Additionally, it demonstrates the performance improvement due to correct application of a surface of the earth constraint, and the most appropriate estimate fusion technique