[pt] Para promover a longevidade de sistemas de software, estratégias de detecção são reutilizadas para identificar anomalias relacionadas a problemas de manutenção, tais como classes grandes, métodos longos ou mudanças espalhadas. Uma estratégia de detecção é uma heurística composta por métricas de software e limiares, combinados por operadores lógicos, cujo objetivo é detectar um tipo de anomalia. Estratégias pré-definidas são usualmente aplicadas globalmente no programa na tentativa de revelar onde se encontram os problemas críticos de manutenção. A eficiência de uma estratégia de detecção está relacionada ao seu reuso, dado o conjunto de projetos de uma organização. Caso haja necessidade de definir limiares e métricas para cada projeto, o uso das estratégias consumirá muito tempo e será negligenciado. Estudos recentes sugerem que o reuso das estratégias convencionais de detecção não é usualmente possível se aplicadas de forma universal a programas de diferentes domínios. Dessa forma, conduzimos um estudo exploratório em vários projetos de um domínio comum para avaliar o reuso de estratégias de detecção. Também avaliamos o reuso de estratégias conhecidas, com calibragem inicial de limiares a partir do conhecimento e análise de especialistas do domínio. O estudo revelou que, mesmo que o reuso de estratégias aumente quando definidas e aplicadas para um domínio específico, em alguns casos o reuso é limitado pela variação das características dos elementos identificados por uma estratégia de detecção. No entanto, o estudo também revelou que o reuso pode ser significativamente melhorado quando as estratégias consideram peculiaridades dos interesses recorrentes no domínio ao invés de serem aplicadas no programa como um todo. / [en] To prevent the quality decay, detection strategies are reused to identify symptoms of maintainability problems in the entire program. A detection strategy is a heuristic composed by the following elements: software metrics, thresholds, and logical operators combining them. The adoption of detection strategies is largely dependent on their reuse across the portfolio of the organizations software projects. If developers need to define or tailor those strategy elements to each project, their use will become time-consuming and neglected. Nevertheless, there is no evidence about efficient reuse of detection strategies across multiple software projects. Therefore, we conduct an industry multi-project study to evaluate the reusability of detection strategies in a critical domain. We assessed the degree of accurate reuse of previously-proposed detection strategies based on the judgment of domain specialists. The study revealed that even though the reuse of strategies in a specific domain should be encouraged, their accuracy is still limited when holistically applied to all the modules of a program. However, the accuracy and reuse were both significantly improved when the metrics, thresholds and logical operators were tailored to each recurring concern of the domain.

[pt] Este trabalho propõe um novo algoritmo de segmentação baseado em crescimento de regiões para detecção de nódulos pulmonares em imagens de tomografia computadorizada. Para decidir, em cada iteração, se dois objetos adjacentes são fundidos em um único objeto, o algoritmo de segmentação calcula um índice de heterogeneidade baseada em múltiplos critérios. Entretanto, o algoritmo de segmentação depende de alguns parâmetros os quais foram encontrados utilizando algoritmo genético. Resultados experimentais mostraram que o método é robusto e promissor (chegando a uma sensibilidade de 80,9 % com 0,23 falsos positivos por exame). Além disso, indicam que o método proposto é capaz de fornecer um bom suporte para o diagnóstico do especialista. / [en] This study proposes a novel segmentation algorithm for lung nodules detection in thorax computed tomography (CT). In order to decide, at each iteration, whether two adjacent objects should be merged or not, a region growing procedure calculates a heterogeneity growth based on multiple criteria. However, segmentation algorithm depends on some parameters which were found by genetic algorithm. Results produced by the proposed segmentation were closely consistent with the reference segments provided manually by an expert physician. The detection itself achieved 80,9% sensitivity with 0,23 false positive per slice which indicates that the proposed method is able to provide a good suggestion for the specialist. Results indicate the potential of proposed segmentation method and encourage a further investigation aiming at improving its accuracy.

[pt] O presente trabalho investiga a aplicação de um sistema híbrido baseado em Redes Neurais Artificiais (RNAs) e Sistemas Especialistas (SE) na detecção e diagnóstico de falhas em redes elétricas. A pesquisa consistiu de três partes principais:o estudo do problema da detecção e diagnóstico de falhas em redes elétricas; a modelagem e o desenvolvimento do sistema híbrido (RNAs e SE); e o estudo de casos. Na fase de estudo do problema, investigou-se a importância da detecção e do diagnóstico de falhas em redes elétricas, concentrando-se em sistemas elétricos dotados de grande quantidade de alarmes. Tais alarmes podem ocorrer simultaneamente. Conseqüentemente, os operadores de sistemas elétricos encontram dificuldades na identificação da falha e na tomada de decisão quanto à ação corretiva a ser adotada, cometendo, eventualmente, erros de diagnóstico. A investigação do problema também envolveu entrevistas com especialistas da área, visando não só de absorver conhecimento específico sobre o problema, como também delinear a melhor solução para resolvê-lo. A modelagem do sistema híbrido envolveu duas partes:a detecção das falhas, executada por um conjunto de RNAs; e o diagnóstico das falhas detectadas , realizado por um SE. Na detecção das falhas, um conjunto de quatro RNAs, cada uma especializada em um componente do sistema elétrico (gerador, transformador, barra e linha), tem a função de mapear grupos de alarmes acionados em falhas específicas. Trata-se, portanto, de um problema típico de classificação de padrões, onde cada rede neural é treinada usando-se o algoritmo de retropropagação. Os padrões de treinamento, fornecido por especialistas da área, consistem de combinações de 149 alarmes, para um total de 198 ocorrências (184 falhas simples mais 14 situações de operação normal). Após treinadas, as RNAs são testadas com amostras que refletem o estado dos alarmes em um certo período de funcionamento do sistema elétrico. As saídas das RNAs indicam, através de um código, a ocorrência de falhas ou o funcionamento normal do sistema elétrico, nesse período de observação. O SE, responsável pelo diagnóstico, recebe a saída numérica das RNAs, referente às falhas detectadas, e fornece ao operador informações importantes, tais como: quais alarmes foram acionados; quais equipamentos de proteção estão envolvidos na ocorrência; quais os motivos prováveis da ocorrência da falha; e, finalmente, sugere um conjunto de ações corretivas que podem ser tomadas pelo operador para solucionar o problema. Essas informações, não disponíveis diretamente na saída das RNAs, são obtidas através da aplicação de um conjunto específico de especialistas da área. O ambiente de simulação foi desenvolvido em plataforma PC. As RNAs foram implementadas em MatLab Vers: 4.2 e o SE, em Delphi Vers: 2.0. O estudo de casos empregou cerca de 1000 padrões de teste correspondentes ao estado dos 149 alarmes. Estes dados, fornecidos por especialistas do setor elétrico, foram obtidos através de adaptações de situações reais, adequadas ás dimensões do sistema elétrico adotado. Nos testes realizados, o sistema híbrido foi submetido a um conjunto de alarmes, afetados ou não por ruído, respondendo com sugestões quanto às ações corretivas que podem ser tomadas pelo operador. Foram realizados testes de falhas em geradores, tranformadores, barramentos e linhas de transmissão, envolvendo falhas simples e múltiplas no sistema elétrico. Com incidência de até 10% de ruído nos padrões de teste, o índice de acerto de detecção de falha é próxima de 100% e para taxas superiores a 20% o desempenho do sistema híbrido cai gradualmente. Segundo a avaliação de especialistas do setor elétrico, o sistema híbrido apresenta resposta rápida e segura, quando comparado com os processos tradicionais, / [en] This work examines the application of hybrid systems based on Artificial Neural Networks (ANN) and Expert Systems (ES) in detecting and diagnosing faults in Electrical Systems. The research consists of three main parts: the study of cases. In the study of problem, was examined, the importance of detecting and diagnosing faults in Electrical Systems concentrating in Electric Systems equipped with a large quantity of alarms. These alarms may occur simultaneously. Consequently, it is difficult for the electrical systems´operators to identify the faults and decide the corrective action to be adopted, resulting, eventually, in diagnosis erros. The analysis of the problem also involved some interviews with experts in the area, in order to absorb the specific knowledge about the problem, and design the best solution to solve it. The modeling of the Hybrid System involved two parts: the detection of faults, executed by a group of ANNs; and the diagnosis of the detected faults, fulfilled by the ES. In the detection module, a group of four ANNs, each one specialized in an electrical system component (generators, transformers, buses and transmission lines) maps groups of alarms in the specific faults. Therefore, this is a typical pattern classification problem, where each neural network is trained by using the error backpropagation algorithm. The training patterns, produced by experts in the area, consist of the combination of 149 alarms for a total of 184 simple faults and 14 normal operation situations. After training, the ANNs are tested with new samples of alarms, reflecting a certain configuration of the electrical system during the observation period. The ES module, responsible for the diagnosis, receives the ANNs outputs related to the detected faults, and provides to the operator important informations such as: Which alarms were started; the protective equipment involved in the occurrence; the problable reason for the occurrence of the faults; and finally, suggests the corrective action that the operator should perform in order to solve the problem. This information, not available in the ANNs outputs, can be obtained through the application of a set of production rules in a data base, containing the specific knowledge that were extracted from the experts in the area. The simulation environment was developed in a PC plataform. The ANNs, were implemented in MatLab Vers.4.2 and the ES in Delphi. The case studies, applied about 1000 test patterns corresponding to the situation of the 149 alarms. These data, provided by experts of the electrical sector, are adapted from real situations to the dimensions of the Electrical System adopted. In the tests performed, the Hybrid System is submitted to a group of alarms, affected or not by the noise, and reply with suggestions regarding corrective actions that can be adopted by the operator. Various tests were carried out in the generators, transformers, buses, and transmission lines involving simple and multiple faults in the Electrical Power System. With incidence of up to 10% of noise in the test pattern, the performance in detecting fault is near of 100% and for rates superior of 20%, decreases gradually. The evaluation of experts in the electrical sector shows that, the Hybrid System presents a quicker and safer answer, when compared with traditional processes, totally dependent on the human being.

[pt] No presente trabalho são analisadas diferentes técnicas de transmissão utilizadas em comunicação móveis via satélite. Em particular, é caracterizado o desempenho corresponde à transmissão de portadoras BPSK em um canal com desvanecimento rápido quando se emprega detecção diferencial convencional (malha de Costas) ou detecção diferencial. No caso da detecção coerente convencional são obtidos resultados numéricos de desempenho de circuitos de recuperação de portadora relativos a um sistema BSPK com malha de primeira ordem. Em ambos os casos a caracterização de desempenho é realizada analiticamente, e são apresentados resultados referentes a consideração de diferentes espectros para o desvanecimento no canal. Os resultados obtidos são comparados entre si e com resultados disponíveis na literatura referentes a sistemas que utilizam detecção coerente auxiliada por pilotos. / [en] This thesis examines different possible transmission techniques for use in mobile communications via satellite. In particular, the performance related to the transmission of BPSK carriers through a fast fading channel when coherent detection (Costas loop) or differential detection are used is considered. Numerical performance results for the coherent detection system are obtained for a first order carrier tracking loop. In both cases performance evaluation is based on analytical expressions. Results related to different possible spectrum shapes associated to the fading process are presented. Performance comparisons with pilot-aided coherent detection systems are also included.

[pt] Este trabalho de dissertação de mestrado apresenta os resultados obtidos com a conjunção de duas técnicas propostas para utilização em modernos sistemas de comunicações: a Modulação Espacial (Spatial Modulation - SM) e a detecção desacoplada de sinais. Na primeira parte são abordados os fundamentos teóricos da detecção de sinais com modulação espacial, uma comparação entre os sistemas MIMO (Multiple Input Multiple Output) tradicionais e os sistemas SM-MIMO, uma revisão bibliográfica sobre trabalhos previamente feitos no tema e os diferentes tipos de detectores que podem ser empregados em sistemas com modulação espacial. A seguir são abordadas diferentes técnicas para desacoplamento de sinais, as quais permitem a separação na estação radio-base dos sinais oriundos de diferentes tipos de usuários, visando simplificar e adequar o procedimento de detecção às necessidades do usuário da rede. Finalmente uma análise de desempenho, em termos da taxa de erro de bit, e complexidade computacional, em termos do número médio de flops requerido por vetor de símbolos detectado, é realizada para as diferentes associações de técnicas de desacoplamento e detectores SM enfocados neste trabalho. / [en] This work dissertation presents the results obtained from the conjunction of two proposal techniques for the use in modern systems of communications: the Spatial Modulation and the Decoupling Signal Detection. In the first part are discussed the theorical bases of the signal detection with Spatial Modulation, a comparison between the traditional MIMO systems and the SM-MIMO systems, a bibliographical review about previousworks in the topic and the different kinds of detectors that can be used in systems with Spatial Modulation. Then the different techniques of signal decoupling are discussed, which allow the separation in the radio base station of the signals coming from the different classes of users, to simplify and adapt the process of detection and the requirements of the user in the network. Finally a performance analysis in terms of the bit error rate and computational complexity in terms of average number of flops required fot the vector of symbols detected, is done for the studied detectors in the dissertation, using the same different techniques of decoupling studied in this work.

[pt] A presente tese se dedica ao estudo do sistema de comunicação sem fio MIMO-GFDM-IM. Este sistema, por apresentar atratividades como elevada eficiência espectral, eficiência energética e resiliência ao canal de propagação multipercurso, é de interesse para os futuros sistemas de comunicação. Antecedendo o estudo deste sistema, o modelo de sinais e sistemas para MIMO-GFDM é desenvolvido com base no modelo MIMOOFDM e estratégias de detecção para o sistema são propostas. Uma nova proposta para a detecção MIMO-GFDM, baseada em duas fases de filtragem, é apresentada, resultando em atrativa relação desempenho de detecção e complexidade computacional. O modelo de sistema apresentado é então estendido para incluir a modulação de índice como portadora de informação, resultando no sistema MIMO-GFDM-IM. Inicialmente considerando sistemas ponto-a-ponto, são avaliados diferentes propostas de detectores baseados no processamento da matriz de canal completa e também para os detectores de complexidade reduzida, sob a ótica de desempenho de detecção e complexidade computacional. Por fim, é considerado o sistema MIMO-GFDM-IM no uplink de um sistema multiusuário. / [en] This thesis is dedicated to the study of the MIMO-GFDM-IM wireless communication system. This system, due to its attractiveness such as high spectral efficiency, energy efficiency and resilience to the multipath propagation channel, is of interest for future communication systems. Preceding the study of this system, the model of signals and systems for MIMOGFDM is developed based on the MIMO-OFDM model and detection strategies for the system are proposed. A new proposal for MIMO-GFDM detection, based on two filtering phases, is presented, resulting in an attractive relation between detection performance and computational complexity. The presented system model is then extended to include index modulation as an information carrier, resulting in the MIMO-GFDM-IM system. Initially considering point-to-point systems, different proposals for detectors based on processing the complete channel matrix and also for detectors of reduced complexity are evaluated, from the perspective of detection performance and computational complexity. Finally, the MIMOGFDM-IM system is considered in the uplink of a multiuser system.

[pt] Esse trabalho realiza uma extensa revisão bibliográfica da literatura, onde pontos de inovação são observados e novas soluções para os principais problemas no uplink são propostas. Baseados no algoritmo adaptativo Recursive Least Squares (RLS), são apresentadas duas variações regularizadas que conjuntamente detectam a atividade e decodificam os sinais dos dispositivos, sem a necessidade de estimação explícita do canal. Além disso, duas técnicas de detecção por listas são desenvolvidas de modo a refinar o processo de ajuste dos pesos do algoritmo RLS e assim mitigar possíveis propagações de erros. Dividindo o problema em grafos fatoriais, são propostos algoritmos baseados em troca de mensagens de modo a realizar conjuntamente a estimação de canal e detecção de atividade. Além de uma nova derivação das mensagens, são exploradas técnicas de agendamento dinâmico, com base na convergência do algoritmo. Por fim, é apresentada uma solução completa baseada na troca de mensagens, que realiza conjuntamente a estimação de canal, detecção de atividade e decodificação dos dados transmitidos. Resultados numéricos são fornecidos com o objetivo de comparar o desempenho dos algoritmos propostos aos existentes na literatura. Análises de complexidade computacional, evolução dos estados, convergência e ordem de diversidade também são realizadas, assim como a derivação da soma das taxas para o uplink. Por fim, são apresentadas as conclusões obtidas dos trabalhos realizados e discutidas direções para trabalhos futuros. / [en] This work, presents an extensive literature review that highlights innovation opportunities and presents novel solutions for the main uplink mMTC problems. Based on the adaptive Recursive Least Squares (RLS) algorithm, the proposed regularized techniques jointly performs activity detection and signal decoding, without the need to perform explicit channel estimation. In order to improve the detection performance, a list detection technique that uses two candidate-list schemes is developed. Rewriting the problem with factor-graphs, novel message-passing algorithms with dynamic scheduling that jointly estimates the channels and detects devices activity are proposed. Lastly, a complete message-passing solution is presented, where LDPC decoding beliefs are introduced in the system, in a way that the algorithm besides the channel estimation and activity detection, also jointly decodes the signals. In order to evaluate the proposed techniques, numerical results are provided as well as a computational complexity, state-evolution, convergence and a diversity analysis. Uplink sum-rate expressions that take into account metadata collisions, interference and a variable activity probability for each user are also derived. Finally, conclusions and future directions are discussed.

[pt] O presente trabalho aborda o desenvolvimento de sistemas de detecção de gases na região do infravermelho. Conceitos fundamentais sobre a teoria eletromagnética da luz e como o sinal luminoso pode ser absorvido por gases é apresentado na etapa inicial. Em seguida, são apresentados novos métodos de detecção utilizando fibras ópticas através de simulações eletromagnéticas destas fibras e por observações de medições em laboratório. O software utilizado é o Optiwave. Um sistema de interrogação baseado em um laser em anel é desenvolvido para o comprimento de onda em 2000 nm. São aplicados dispositivos ópticos, fibras padrão, fibras micro estruturadas como elementos constituintes de sistemas de detecção de gases. Adicionalmente, um método de detecção coerente homodina e um subsistema capaz de detectar variações do índice de refração até pelo menos a sexta casa decimal são introduzidos, discutidos e propostos como novas técnicas a serem utilizadas na detecção e medição de gases. O desenvolvimento das técnicas aqui propostas tem ainda por finalidade segurança industrial e ambiental, avaliação de riscos de explosões, e no controle de vazamentos, emissões e poluição atmosférica. / [en] This thesis discusses the development of gas detection systems in the infrared region. Fundamental concepts on the electromagnetic theory of light and how the light signal can be absorbed by gases is shown in the initial stage. Then, the possibility of new optical fiber detection methods is presented using electromagnetic simulations and laboratory observations activities. The software used is the Optiwave. A scanning system based on laser ring is designed for the wavelength of 2000 nm. In this step, the study of Bragg gratings is explored. Other systems using optical devices, Micro structured optical fibers, coherent homodyne systems are presented and realized. Besides, a subsystem able to detect at least 10- 6 variations of the refraction index is introduced and evaluated as a gas detection application. All procedures presented can also be activated in industrial security, environment and atmospheric pollution evaluation, gas leakage, and gas blasts risks.