# Orçamento de sincronização, georreferenciamento e taxa de dados

Geometria: altitude 100 m; velocidade 3 m/s; objetiva 19 mm;
GSD transversal 10.1 cm; amostra ao longo do voo 18.4 cm;
meia faixa 12.9 m (ângulo na borda 7.4°);
período de quadro 61.4 ms.

## Método

Princípios: JPL D-17868 §1.14–1.16; detalhes em `docs/engenharia_sistemas.md`.

- **Termos avaliados:** todos na borda da faixa, o pior caso geométrico.
- **Combinação por eixo:** 95% = 1.96·RSS(aleatórios 1σ) + Σ(limites sistemáticos).
  - Radial: hipotenusa dos dois eixos, conservadora.
- **Monte Carlo** (5 arquiteturas): aleatórios gaussianos e sistemáticos uniformes em ±limite; P95 do erro radial.
- **Requisito REQ-GEO-001:** P95 ≤ 5 px = 51 cm.
  - Alocação com reserva de 15%: 4.35 px = 44 cm.

## Arquiteturas

- **A1 · Baixo custo: MEMS de consumo, GNSS autônomo, carimbo por software**: IMX178 (rolling shutter) (leitura de 19.5 ms, sem correção); GNSS autônomo (ZED-F9P sem correção); IMU de consumo + filtro (BMI088); Carimbo de tempo no host (USB); Montagem sem calibração.
- **A2 · MEMS de consumo, RTK, disparo por PPS, rolling shutter corrigido**: IMX178 (rolling shutter) (leitura de 19.5 ms, corrigida); GNSS RTK/PPK (ZED-F9P + base); IMU de consumo + filtro (BMI088); Disparo por hardware sincronizado ao PPS; Boresight calibrado + isoladores.
- **A3 · INS industrial, RTK, disparo por PPS, rolling shutter corrigido**: IMX178 (rolling shutter) (leitura de 19.5 ms, corrigida); GNSS RTK/PPK (ZED-F9P + base); INS MEMS industrial com GNSS (VN-200); Disparo por hardware sincronizado ao PPS; Boresight calibrado + isoladores.
- **A4 · A3 com global shutter (IMX264)**: IMX264 (global shutter); GNSS RTK/PPK (ZED-F9P + base); INS MEMS industrial com GNSS (VN-200); Disparo por hardware sincronizado ao PPS; Boresight calibrado + isoladores.
- **A5 · INS tática pós-processada, PPK, disparo por PPS**: IMX178 (rolling shutter) (leitura de 19.5 ms, corrigida); GNSS RTK/PPK (ZED-F9P + base); INS tática pós-processada (APX-15 UAV); Disparo por hardware sincronizado ao PPS; Boresight calibrado + isoladores.

## Conformidade

| Arquitetura | Limite analítico 95% (cm) | P95 Monte Carlo (cm) | REQ-GEO-001 (px) | REQ-TIM-001 (ms, 1σ) |
|---|---|---|---|---|
| A1 Baixo custo | 531.7 | 360.9 | ❌ 35.7 (-614%) | ❌ 15.9 (-1488%) |
| A2 RTK + PPS | 154.6 | 125.0 | ❌ 12.4 (-147%) | ✅ 0.169 (+83%) |
| A3 INS industrial | 39.0 | 24.6 | ✅ 2.4 (+51%) | ✅ 0.169 (+83%) |
| A4 A3 + global | 38.9 | 24.7 | ✅ 2.4 (+51%) | ✅ 0.0153 (+98%) |
| A5 INS tática | 36.0 | 22.5 | ✅ 2.2 (+55%) | ✅ 0.169 (+83%) |

✅ atende com reserva · 🟡 atende sem reserva · ❌ não atende. Entre parênteses: margem.

## Orçamentos por termo (cm, borda da faixa)

Aleatórios em 1σ; sistemáticos em ±limite. Coluna 95%: contribuição radial isolada (1,96σ ou limite).

| Termo | Tipo | A1 longo / transv. / 95% | A2 longo / transv. / 95% | A3 longo / transv. / 95% | A4 longo / transv. / 95% | A5 longo / transv. / 95% |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Posição GNSS | aleatório | 127.4 / 127.4 / **353.1** | 1.7 / 1.7 / **4.7** | 1.7 / 1.7 / **4.7** | 1.7 / 1.7 / **4.7** | 1.7 / 1.7 / **4.7** |
| Atitude: rolagem | aleatório | 0.0 / 44.4 / **87.0** | 0.0 / 44.4 / **87.0** | 0.0 / 5.3 / **10.4** | 0.0 / 5.3 / **10.4** | 0.0 / 4.4 / **8.7** |
| Atitude: arfagem | aleatório | 43.6 / 0.0 / **85.5** | 43.6 / 0.0 / **85.5** | 5.2 / 0.0 / **10.3** | 5.2 / 0.0 / **10.3** | 4.4 / 0.0 / **8.6** |
| Atitude: guinada | aleatório | 33.9 / 0.0 / **66.4** | 33.9 / 0.0 / **66.4** | 4.5 / 0.0 / **8.8** | 4.5 / 0.0 / **8.8** | 1.8 / 0.0 / **3.5** |
| Vibração não medida | aleatório | 17.5 / 17.7 / **48.8** | 5.2 / 5.3 / **14.6** | 5.2 / 5.3 / **14.6** | 5.2 / 5.3 / **14.6** | 5.2 / 5.3 / **14.6** |
| Jitter do carimbo de tempo | aleatório | 1.8 / 1.8 / **5.0** | 0.0 / 0.0 / **0.0** | 0.0 / 0.0 / **0.0** | 0.0 / 0.0 / **0.0** | 0.0 / 0.0 / **0.0** |
| Modelo de terreno | aleatório | 0.0 / 3.9 / **7.6** | 0.0 / 3.9 / **7.6** | 0.0 / 3.9 / **7.6** | 0.0 / 3.9 / **7.6** | 0.0 / 3.9 / **7.6** |
| Rotação durante a leitura das linhas | aleatório | 8.5 / 8.6 / **23.8** | 0.3 / 0.3 / **0.7** | 0.3 / 0.3 / **0.7** | 0.0 / 0.0 / **0.0** | 0.3 / 0.3 / **0.7** |
| Boresight: rolagem e arfagem | sistemático | 87.3 / 88.7 / **124.5** | 8.7 / 8.9 / **12.4** | 8.7 / 8.9 / **12.4** | 8.7 / 8.9 / **12.4** | 8.7 / 8.9 / **12.4** |
| Boresight: guinada | sistemático | 11.3 / 0.0 / **11.3** | 1.1 / 0.0 / **1.1** | 1.1 / 0.0 / **1.1** | 1.1 / 0.0 / **1.1** | 1.1 / 0.0 / **1.1** |
| Braço de alavanca | sistemático | 5.0 / 5.0 / **7.1** | 1.0 / 1.0 / **1.4** | 1.0 / 1.0 / **1.4** | 1.0 / 1.0 / **1.4** | 1.0 / 1.0 / **1.4** |
| Atraso residual do disparo | sistemático | 1.5 / 0.0 / **1.5** | 0.0 / 0.0 / **0.0** | 0.0 / 0.0 / **0.0** | 0.0 / 0.0 / **0.0** | 0.0 / 0.0 / **0.0** |
| Meio da exposição não corrigido | sistemático | 7.5 / 0.0 / **7.5** | 0.0 / 0.0 / **0.0** | 0.0 / 0.0 / **0.0** | 0.0 / 0.0 / **0.0** | 0.0 / 0.0 / **0.0** |
| Cisalhamento do rolling shutter | sistemático | 2.9 / 0.0 / **2.9** | 0.1 / 0.0 / **0.1** | 0.1 / 0.0 / **0.1** | 0.0 / 0.0 / **0.0** | 0.1 / 0.0 / **0.1** |
| **RSS aleatórios (1σ)** | | 140.2 / 136.4 | 55.5 / 44.9 | 8.8 / 8.6 | 8.8 / 8.6 | 7.3 / 8.1 |
| **Soma linear sistemáticos** | | 115.5 / 93.7 | 10.9 / 9.9 | 10.9 / 9.9 | 10.9 / 9.9 | 10.9 / 9.9 |
| **Total 95%** | | 390.3 / 361.1 / **531.7** | 119.7 / 97.8 / **154.6** | 28.3 / 26.8 / **39.0** | 28.2 / 26.8 / **38.9** | 25.2 / 25.8 / **36.0** |

### Termos dominantes

- **A1 Baixo custo**: Posição GNSS (353.1 cm); Boresight: rolagem e arfagem (124.5 cm); Atitude: rolagem (87.0 cm)
- **A2 RTK + PPS**: Atitude: rolagem (87.0 cm); Atitude: arfagem (85.5 cm); Atitude: guinada (66.4 cm)
- **A3 INS industrial**: Vibração não medida (14.6 cm); Boresight: rolagem e arfagem (12.4 cm); Atitude: rolagem (10.4 cm)
- **A4 A3 + global**: Vibração não medida (14.6 cm); Boresight: rolagem e arfagem (12.4 cm); Atitude: rolagem (10.4 cm)
- **A5 INS tática**: Vibração não medida (14.6 cm); Boresight: rolagem e arfagem (12.4 cm); Atitude: rolagem (8.7 cm)

## Taxa de dados (REQ-DAT-001)

Sensor IMX178 (rolling shutter), 16.3 quadros/s (cobertura contígua). Capacidade útil do enlace 3.2 Gbit/s (⚠); gravação 400 MB/s (⚠); voo de 20 min.

| Opção | Taxa (Gbit/s) | Margem do enlace | Margem da gravação | Armazenamento por voo (GB) | REQ-DAT-001 |
|---|---|---|---|---|---|
| Quadro inteiro, 12 bits | 1.23 | +160% | +160% | 184 | ✅ |
| Quadro inteiro, 10 bits | 1.02 | +212% | +212% | 154 | ✅ |
| ROI 400–1000 nm, 12 bits | 1.19 | +168% | +168% | 179 | ✅ |
| Binning 2 na câmera, 12 bits | 0.61 | +421% | +421% | 92 | ✅ |
| Binning 2 na câmera, 10 bits | 0.51 | +525% | +525% | 77 | ✅ |

Quadro inteiro, 12 bits, por sensor: imx178: 1.23 Gbit/s; imx264: 0.98 Gbit/s.

## Rolling shutter × global shutter

- **Orientação das linhas.** No IMX178 as linhas do sensor correm ao longo da dispersão, e cada linha é uma posição da fenda.
  - Todas as bandas de um ponto são lidas no mesmo instante, então o espectro não se mistura.
  - As pontas da fenda são lidas com 19.5 ms de diferença, e isso afeta a geometria.
- **Sem correção:** cisalhamento de ±2.9 cm ao longo do voo nas bordas.
  - A rotação da plataforma durante a leitura soma um erro que o carimbo do quadro não captura.
- **Com correção:** o carimbo de tempo por linha é conhecido (tempo de linha × índice).
  - Sobra a incerteza do tempo de linha: 9,17 µs derivado contra 9,44 µs publicado.
  - A atitude é interpolada por linha.
- **Global shutter (IMX264):** elimina os dois termos.
  - Custo: pixel de 3,45 µm, óptica refeita e menos amostras espectrais (2448).
  - Ganho: menos ruído de leitura (2 e⁻) e mais QE em 800–950 nm.

## Legenda sugerida da figura

**Fig. 11 | Orçamento de georreferenciamento direto e de dados do pushbroom a 100 m e 3 m/s.** **a**, Contribuição radial de 95% de cada termo na borda da faixa (aleatórios: 1,96σ; sistemáticos, só contorno: limite) para A1 Baixo custo e A3 INS industrial, a arquitetura mais simples que atende REQ-GEO-001 com reserva. **b**, Percentil 95% do erro horizontal radial por Monte Carlo (barras) e limite analítico (1,96·RSS dos aleatórios + soma linear dos sistemáticos por eixo; traços) em pixels do GSD transversal (10.1 cm); tracejado: requisito; pontilhado: alocação com reserva de 15%. **c**, Uma realização da reconstrução de uma grade de 10 m no solo (cinza: posição verdadeira) com erros de GNSS e IMU correlacionados no tempo, vibração e jitter por quadro e erros sistemáticos constantes. **d**, Taxa de dados na cobertura contígua por opção de leitura; azul: margem de REQ-DAT-001 atendida; tracejado: capacidade útil do enlace (3.2 Gbit/s, ⚠).

## Limitações e premissas

- Terreno plano com erro de altura gaussiano; sem refração atmosférica nem curvatura da Terra (desprezíveis a 100 m).
- Precisões de IMU/INS são classes típicas (⚠), não datasheets verificados; substituir pela unidade escolhida.
- Atitude e posição tratadas como independentes; um filtro GNSS/INS real correlaciona esses erros.
- Jitter do carimbo por software é suposição (⚠): fabricantes de câmeras USB não publicam; medir com o ensaio do LED.
- A grade da Fig. 11c é ilustrativa (uma realização; GNSS e IMU como processos de Gauss–Markov com τ = 20 s).