[pt] Os sistemas de transmissão em bloco, permitem a transmissão de N símbolos de forma simultânea, seja em modulação de portadora única ou multiportadora. A recepção ótima, no sentido de máxima verossimilhança em canais com multipercursos apresenta um custo computacional elevado de AN, onde A é a ordem da constelação (A igual a 2 para BPSK). Para evitar este alto custo computacional é usual fazer a detecção símbolo a símbolo após a equalização. Nesta dissertação é proposto um receptor com detecção por grupos que apresenta uma complexidade intermediária entre o receptor ótimo e os receptores que utilizam detecção símbolo-a-símbolo em sistemas com transmissão em blocos. O tipo de estrutura idealizada agrupa as componentes do bloco equalizado em grupos e realiza detecção conjunta ótima dos símbolos em cada grupo. Com relação possíveis estratégias de agrupamento foram propostos três métodos, o primeiro método faz uma busca exaustiva pelo agrupamento ótimo e tem como consequência um custo computacional elevado para um número grande de símbolos por bloco. Na procura por algoritmos que evitem uma busca exaustiva pelo agrupamento ótimo, mas que resultem em bons ganhos de desempenho, e a sua aplicação em sistemas com um número elevado de símbolos por bloco, foram propostos dois métodos de agrupamento sub-ótimos e eficientes, cujos receptores apresentaram ganhos de desempenho apreciáveis quando comparados ao receptor convencional. / [en] Block transmission systems allow transmissions of N symbols simultaneously, with single carrier or multi-carrier modulation. Maximum likelihood optimal reception in multipath channels have a high computational cost of AN, where A is the constellation order (A iqual 2 for BPSK). To avoid this cost is usual to make symbol-by-symbol detection after equalization. In this work we propose a receiver with group detection that has a good tradeof between computation complexity and bit error rate performance. The idealized structure groups the components of the equalized block in sub-blocks and does optimal joint detection of the symbols in each sub-block. With relation to possible grouping strategies three methods were proposed. The first one searchs for an optimal grouping and has, as a consequence, a high computational cost for block with a large number of symbols. Sub-optimal efficient algorithms that avoid the exhaustive search for the optimal grouping but show good performance gains and feasible application in systems with large number of symbols per block were proposed. The resulted receivers achieved substantial performance gain in comparison with the conventional symbol-by-symbol receiver.

[pt] Apesar da alta sensibilidade alcançada por Fotodetectores comercialmente disponíveis, a implementação de circuitos de gerenciamento é capaz de fortalecer a robustez das medidas, criando um aparato com mais recursos em aplicações específicas. Duas aplicações práticas dessa hipótese são apresentadas em contextos diferentes, Criptografia Quântica e Monitoramento de Fibras Ópticas fazendo uso da plataforma FPGA. / [en] Despite the high sensitivity reached by Photon Detectors so far, the implementation of a background managing system often enforces the robustness of measurements thus creating a resourceful apparatus for specific applications. In this document, the management tools offered by Software Defined Hardware (SDHs) is put to test. By associating the power of FPGAs and Photon Detectors, enhanced measurement stations were assembled. Two different applications, a Bell State Projection Analysis Station and a Photon Counting Optical Time Domain Reflectometry (v-OTDR)Automatic Setup, are presented. Even though both experiments involve the detection of single photons, the background technologies differ drastically.

[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] Em um sistema de teleconferência desenvolvido em um ambiente de redes locais com integração de dados, o mecanismo de controle de acesso é responsável por determinar, a cada instante, o usuário com o direito de acessar as diversas mídias do sistema. O objetivo desta dissertação é a implementação de tal mecanismo através de um esquema de detecção de silêncio, tendo como base o sistema LANBRETA-GCS. Para atingir esta meta final, são tratados os seguintes tópicos: a) mecanismos de detecção de silêncio; b) a questão da transmissão da voz em rede, com ênfase ao problema da compensação da variação estatística dos retardados; c) a especificação de um device driver genérico para uma placa de voz; e finalmente, d) o mecanismo para controle de acesso. / [en] In a teleconference system developed on an integrated Voice/Data networking environment, the Access control mechanism is responsible for determining which user hás the right of accessing each of the system media in a given moment. This dissertation focuses the implementation of such a mechanism based on silence detection. To achieve this goal, the following issues are treated: a) silence detection mechanism; b) voice transmission over LAN (emphasizing the delay statistical variation issue); c) a generic voice board device driver specification; and d) the access control mechanism.

[pt] Este trabalho descreve a concepção e realização de um microcomputador para aplicações onde há necessidade de um elevado grau de segurança. A transmissão incorreta de dados pode ser evitada: - com a utilização de circuitos auto-testáveis - pelo bloqueio do seu funcionamento no caso de deteção de falha. O microcomputador é baseado no microprocessador 8080 da Intel e apresenta as seguintes características: -toda a parte em funcionamento do sistema é testada - o diagnóstico é feito no nível de placas, sendo a placa defeituosa indicada no painel após o bloqueio do computador - deteção nas unidades memória através de bits de paridade 8 portas de entrada/saída uma avaliação do número de circuitos utilizados é apresentada em função do tamanho de memória. / [en] The design and realization of a microcomputer for high security level applications is described. Erroneous data transmission may be prevented by: -self - checking circuits -blocking the computer upon detection of a failure. The microcomputer is built around the Intel 8080 microprocessor and has the followinf characteristics: - All the working circuits are tested. - a card level dragnosis is provided with indication by panel of the faulty unit, atter computer stop. - memory detection by parity bits - 8 I/0 ports. An evaluation of the number of the envisaged memory is presented.

[pt] Dirigir é uma tarefa diária que permite uma locomoção mais rápida e mais confortável, no entanto, mais da metade dos acidentes fatais estão relacionados à imprudência. Manobras imprudentes podem ser detectadas com boa precisão, analisando dados relativos à interação motorista-veículo, por exemplo, curvas, aceleração e desaceleração abruptas. Embora existam algoritmos para detecção online de anomalias, estes normalmente são projetados para serem executados em computadores com grande poder computacional. Além disso, geralmente visam escala através da computação paralela, computação em grid ou computação em nuvem. Esta tese apresenta uma abordagem baseada em complex event processing para a detecção online de anomalias e classificação do comportamento de condução. Além disso, objetivamos identificar se dispositivos móveis com poder computacional limitado, como os smartphones, podem ser usados para uma detecção online do comportamento de condução. Para isso, modelamos e avaliamos três algoritmos de detecção online de anomalia no paradigma de processamento de fluxos de dados, que recebem os dados dos sensores do smartphone e dos sensores à bordo do veículo como entrada. As vantagens que o processamento de fluxos de dados proporciona reside no fato de que este reduz a quantidade de dados transmitidos do dispositivo móvel para servidores/nuvem, bem como se reduz o consumo de energia/bateria devido à transmissão de dados dos sensores e possibilidade de operação mesmo se o dispositivo móvel estiver desconectado. Para classificar os motoristas, um mecanismo estatístico utilizado na mineração de documentos que avalia a importância de uma palavra em uma coleção de documentos, denominada frequência de documento inversa, foi adaptado para identificar a importância de uma anomalia em um fluxo de dados, e avaliar quantitativamente o grau de prudência ou imprudência das manobras dos motoristas. Finalmente, uma avaliação da abordagem (usando o algoritmo que obteve melhor resultado na primeira etapa) foi realizada através de um estudo de caso do comportamento de condução de 25 motoristas em cenário real. Os resultados mostram uma acurácia de classificação de 84 por cento e um tempo médio de processamento de 100 milissegundos. / [en] Driving is a daily task that allows individuals to travel faster and more comfortably, however, more than half of fatal crashes are related to recklessness driving behaviors. Reckless maneuvers can be detected with accuracy by analyzing data related to driver-vehicle interactions, abrupt turns, acceleration, and deceleration, for instance. Although there are algorithms for online anomaly detection, they are usually designed to run on computers with high computational power. In addition, they typically target scale through parallel computing, grid computing, or cloud computing. This thesis presents an online anomaly detection approach based on complex event processing to enable driving behavior classification. In addition, we investigate if mobile devices with limited computational power, such as smartphones, can be used for online detection of driving behavior. To do so, we first model and evaluate three online anomaly detection algorithms in the data stream processing paradigm, which receive data from the smartphone and the in-vehicle embedded sensors as input. The advantages that stream processing provides lies in the fact that reduce the amount of data transmitted from the mobile device to servers/the cloud, as well as reduce the energy/battery usage due to transmission of sensor data and possibility to operate even if the mobile device is disconnected. To classify the drivers, a statistical mechanism used in document mining that evaluates the importance of a word in a collection of documents, called inverse document frequency, has been adapted to identify the importance of an anomaly in a data stream, and then quantitatively evaluate how cautious or reckless drivers maneuvers are. Finally, an evaluation of the approach (using the algorithm that achieved better result in the first step) was carried out through a case study of the 25 drivers driving behavior. The results show an accuracy of 84 percent and an average processing time of 100 milliseconds.

[pt] Este trabalho de dissertação de mestrado apresenta uma comparação de algumas das técnicas de detecção de sinais mais promissoras para a viabilização de sistemas MIMO de grande porte em termos de desempenho, taxa de erro de bit e complexidade, número médio de flops requeridos por vetor de símbolos recebido. Com este objetivo foram também consideradas as técnicas de detecção clássicas, visando assim ressaltar o desempenho das novas técnicas com relação as antigas. Além disso foram propostas e investigadas novas estruturas para detectores SIC baseados em lista (i.e., com múltiplos ramos) que resultaram em melhor desempenho com menor complexidade quando comparados aos detectores deste tipo já propostos. Na comparação dos algoritmos, foram considerados três cenários diferentes: (i ) monousuário, com ganhos de canal gaussianos complexos independentes e identicamente distribuídos, ou seja, uma propagação que só considera a presença de desvanecimento de Rayleigh; (ii ) múltiplos usuários com canais correlatados e que considera as perdas de propagação de pequena e larga escala num sistema com antena centralizada; e (iii ) múltiplos usuários com canais correlatados e que considera as perdas de propagação de pequena e larga escala num sistema com antena distribuída. / [en] This work dissertation presents a comparison of some of the signal detection techniques most promising for the viability of large MIMO systems in terms of performance, bit error rate, and complexity, average number of flops required by transmitted symbol vector. For this purpose it was also considered classical detection techniques, thus aiming to highlight the performance of new techniques with respect the old. Also it has been proposed and investigated new structures to SIC detectors based on list (i.e., with multiple branches) resulting in better performance with less complexity compared to detectors of this kind already proposed. In the comparison of algorithms, three different scenarios were used: (i ) single user, with channel gains independent and distributed identically complex Gaussian, that is, a spread that only considers the presence of Rayleigh fading; (ii ) multiple users, with correlated channels, and considers the short and large scale path loss in a system with centralized antenna; e (iii ) multiple users, with correlated channels, and considers the short and large scale path loss in a system with distributed antenna.

[pt] A avaliação das condições do mar por meio de instrumentos in situ na zona de surfe é muito desafiante. Nesse ambiente, temos a quebra das ondas e presença de banhistas. A quebra das ondas gera grande dissipação de energia, o que pode danificar os instrumentos e possivelmente causar um choque entre o instrumento e os banhistas. Uma solução para auferir as condições do mar com sensor remoto pode apresentar grande vantagem. Neste trabalho, é proposto um método de visão computacional tradicional, uma vez que não há um banco público de imagens de ondas para a utilização de redes neurais. Utilizamos câmeras de rede convecionais e de baixo custo já largamente instaladas nos principais pontos de surfe do Brasil e do mundo fazendo com que o nosso método fique mais acessível a todos. Com ele, conseguimos extrair propriedades das ondas, como distância, frequência, direção, posição no mundo, percurso, velocidade, intervalo entre séries e altura da face da onda, e prover uma análise quantitativa das condições do mar. Esses dados devem servir às áreas de Oceanografia, de Engenharia Costeira, de Segurança do mar e ao novo esporte olímpico: surfe. / [en] Evaluating sea conditions in the nearshore through in situ instruments can be challenging. This environment is exposed to wave breaking and civilian recreation. Wave breaking dissipates energy, which can lead to damaging the instrument and possibly causing shock with civilians. A solution to acquire sea conditions data through remote sensing can be of great advantage. This work, presents a traditional computer vision method, since there is no public wave image dataset. Low cost conventional network cameras are used, which are already installed in the main surfing spots around the world makng our method more accessible to the general public. With it, we are able to extract wave properties such as length, frequency, direction, world position, path, speed and sets interval. This data should serve as input to areas such as Oceanography, Coast Engineering, water safety and the new Olympic Game: Surfing.