Análise de dados: do CSV ao gráfico de voo

Um voo de CanSat produz poucos minutos de dados e muitos ficheiros soltos. A análise começa muito antes do primeiro gráfico: começa quando se decide o que cada coluna significa, como se corrige o relógio e que leituras são erros de sensor. Sem esse trabalho preliminar, qualquer curva bonita é apenas decoração.

O ficheiro que sai do voo

A telemetria chega como linhas de texto, uma por pacote recebido, com um instante, um identificador e os valores dos sensores pela ordem definida no firmware. O primeiro passo é documentar essa ordem num dicionário de colunas com unidades e escalas. Sem ele, o CSV é uma grelha de números que ninguém consegue reinterpretar meses depois.

A taxa de amostragem raramente é uniforme. O rádio perde pacotes, o recetor repete tramas e a estação de terra pode registar duas linhas com o mesmo instante. Trate o ficheiro como um registo de eventos e reconstrua a base de tempo a partir do campo de tempo de cada pacote, não do número de linha.

A calibração de cada sensor está descrita em sensores e telemetria; aqui interessa o que fazer com os números já recebidos.

Instante zero e sincronização

Os sensores internos contam desde o arranque da placa; a estação de terra conta desde o arranque do computador. Nenhum desses relógios coincide com o instante do lançamento. Defina o instante zero por um evento físico observável, como a queda de pressão no interior do tubo ou a aceleração brusca no disparo, e desloque todas as séries para esse ponto.

Um desvio de dois segundos entre altitude e aceleração estraga qualquer cálculo de velocidade vertical. Verifique o alinhamento sobrepondo as curvas e procurando o pico de aceleração no momento em que a altitude começa a subir de forma sustentada.

Limpeza e filtragem

Antes de desenhar, remova o que não é voo. Pressão igual a zero, temperatura colada ao mínimo da escala e altitudes profundamente negativas são códigos de erro, não medições. Marque essas linhas e exclua-as do cálculo, mantendo o registo original intacto para auditoria.

Para ruído de alta frequência, uma média móvel de cinco amostras resolve a maioria dos voos de CanSat. Filtros mais agressivos atrasam o sinal e criam uma altitude que nunca existiu. Se precisar de derivar velocidade, faça a diferença entre amostras consecutivas antes de suavizar, nunca depois.

Da pressão à altitude

A conversão barométrica exige a pressão de referência do local de lançamento, medida antes do voo e não copiada de uma estação distante. Com a referência correta, a fórmula hipsométrica dá uma altitude relativa com erro de poucos metros nas primeiras centenas de metros.

Acima disso, a temperatura do ar afasta o resultado do valor real. Compare sempre a curva barométrica com a altitude do GPS: se as duas divergirem de forma progressiva, o problema está na referência ou na compensação térmica, não no gráfico.

Gráficos que contam a missão

Três gráficos resolvem quase toda a comunicação de resultados: altitude em função do tempo, velocidade vertical em função do tempo e um diagrama do voo com as fases coloridas. O primeiro mostra o apogeu e a descida; o segundo revela a abertura do paraquedas; o terceiro liga os dois ao relógio da missão.

Anote no próprio gráfico os instantes de separação, abertura e impacto. Uma linha vertical com etiqueta vale mais do que um parágrafo a explicar quando tudo aconteceu.

Métricas de voo que valem a pena calcular

Cinco números resumem a missão: apogeu acima do ponto de lançamento, tempo até ao apogeu, taxa de descida média sob o paraquedas principal, velocidade no impacto e duração total do voo. Calcule-os a partir das séries corrigidas e apresente sempre a incerteza associada. Um apogeu sem barra de erro sugere uma precisão que o sensor não tem.

A deriva horizontal merece tratamento separado. Integrar a velocidade do GPS dá uma estimativa grosseira do deslocamento; comparar a posição de lançamento com a de impacto dá o valor real, que interessa para calibrar o raio de segurança da campanha seguinte.

Comparar voos com o mesmo critério

Quando a equipa voa três ou quatro vezes no mesmo dia, a tentação é escolher o gráfico mais bonito. Em vez disso, aplique as mesmas janelas temporais e os mesmos filtros a todos os voos e coloque as curvas no mesmo eixo. As diferenças que restarem serão reais e não artefactos de tratamento.

Erros que se repetem

• Unidades misturadas: pressão em hPa numa coluna e em Pa noutra.
• Eixo do tempo em número de amostras em vez de segundos.
• Filtro aplicado duas vezes, no firmware e outra vez na análise.
• Gráficos sem escala nem legenda de unidades.
• Amostras descartadas sem registo do critério usado.

Qualquer um destes pontos impede que outra equipa reproduza o resultado. O registo bruto nasce na estação de terra e a análise começa exatamente onde esse registo termina.

Preservação dos dados

Um voo bem analisado deixa quatro ficheiros: o CSV bruto, o dicionário de colunas, o script de tratamento e os gráficos exportados. O script deve correr de novo sem intervenção manual e produzir os mesmos números. Se a análise depende de cliques numa folha de cálculo, o resultado não é verificável.

Guarde também a versão do firmware que gerou a telemetria. Uma mudança na ordem das colunas entre versões é a causa mais comum de análises erradas em voos repetidos.