[pt] Um dos problemas em soluções que envolvam mobilidade é estimar a posição do robô com precisão. Em ambientes externos, o sensor GPS é o mais comumente utilizado, pois o mesmo fornece uma posição global, porém existe uma imprecisão que é superior a alguns metros, além de depender da visibilidade aos satélites. Outra solução é utilizar um sensor inercial, que no início da operação apresenta uma boa precisão, porém o erro de posicionamento cresce ilimitadamente por ser calculado através da integral dupla das acelerações e velocidades angulares medidas. O presente trabalho desenvolve um sistema de localização de robôs móveis em ambientes externos. As soluções do posicionamento via GPS e via sensor inercial são combinadas através de um filtro de Kalman, reduzindo a incerteza da obtenção da posição. O equacionamento e duas implementações distintas do filtro de Kalman serão apresentadas. Uma implementação clássica e uma versão estendida para sensores inerciais de baixa qualidade, a qual utiliza a orientação fornecida por bússolas na filtragem. Através de experimentos e simulações será demonstrada a eficácia da localização através do filtro de Kalman e a melhora na performance do mesmo quando utilizado a implementação estendida em comparação a clássica. / [en] One of the problems with solutions that involve mobility is to accurately estimate the robot s position. In an outdoor environment, the GPS sensor is the most commonly used method because it provides a global position, but with an error margin that is greater than just a few meters, and creates a dependency on the visibility of the satellites. Another solution is to use an inertial sensor, which at the beginning of the operation shows good accuracy, but the positioning error grows indefinitely because it is calculated by a double integral of acceleration and angular velocity measures. This work develops a system for localization of mobile robots in outdoor environments. The positions are estimated via GPS and inertial sensors, combined using a Kalman filter, reducing the uncertainty. The equations and two distinct implementations of the filter will be presented. A classical implementation and an extended version for low-grade inertial measurement units, which utilizes the orientation given by compasses in the filtering process. The effectiveness of the Kalman filter navigation is verified through experimental and simulation results. The performance gain of the extended filter in comparison to the classic is also verified.

[pt] O objetivo desta tese é o de apresentar e investigar a metodologia de Durbin e Koopman (DK) usada para estimar o espaço de estado de modelos de séries temporais não- Gaussianos, dentro do contexto de modelos estruturais. A abordagem de DK está baseada na avaliação da verossimilhança usando uma eficiente simulação de Monte Carlo, por meio de amostragem por importância e técnicas de redução de variância, tais como variáveis antitéticas e variáveis de controle. Ela também integra conhecidas técnicas existentes no caso Gaussiano tais como o Filtro de Kalman Siavizado e o algoritmo de simulação suavizada. Uma vez que os hiperparâmetros do modelo são estimados, o estado, que contém as componentes do modelo, é estimado pela avaliação da moda a posteriori. Propomos então aproximações para avaliar a média e a variância da distribuição preditiva. São consideradas aplicações usando o modelo de Poisson. / [en] The aim of this thesis is to present and investigate the methodology of Durbin and Koopman (DK) used to estimate non-Gaussian state space time series models, within the context of structural models. DK`s approach is based on evaluating the likelihood using efficient Monte Carlo simulation, by means of importance sampling and variance- reduction techniques, such as antithetic variables and control variables. It also contents known existent techniques for the Gaussian case as the Kalman Filter smoother Simulation algorithm. Once the model hyperparameters are estimated, the state, which encapsulates the model`s components, is estimated by evaluating its posterior mode. Proposals are approximated to evaluate mean and variance for the predictive distribution. Applications are considered using the Poisson model.

[pt] A grande demanda por visualização através de imagens aliada ao caracter não invasivo das medidas de campo magnético motiva o desenvolvimento de ferramentas para o processamento de sinais em biomagnetismo. A técnica de filtragem inversa no domínio da freqüência, utilizada para restauração de imagens óticas, foi aplicada para se obter, a partir do campo magnético medido, uma imagem de sua fonte. Diversas simulações com distribuições de momentos magnéticos foram realizadas para se avaliar a qualidade da recuperação em presença de ruído. A técnica foi também aplicada em medidas experimentais obtidas com um mangnetômetro supercondutor. / [en] The great demand for images and the non-invasive character of the magnetic field measurements encourage the development of tools for signal processing in biomagnetism. The inverse filtering in the frequency domain technique often used in optical image restoration was applied to obtain an image of the source of magnetic field from its measured magnetic signal. Many simulations with two-dimensional magnetic moment distribution were carried out to determine the quality of the recovery in the presence of noise. The algorithm was also used with experimental data from measurement made with a super conducting magnetometer.

[pt] A importância da estrutura a termo da taxa de juros dificilmente é exagerada. A estrutura a termo agrega de forma sucinta uma quantidade enorme de informação sobre o estado presente e sobre as expectativas futuras da economia de um país. Nesse trabalho, utilizando técnicas de estimação por filtro de Kalman, estimamos, com dados brasileiros, quatro modelos teóricos da ETTJ, todos casos particulares do modelo afim estudado por Duffie e Kan (1996). Analisamos o resultado de nossas estimações tendo em vista o comportamento histórico da ETTJ brasileira durante o período. Comparamos os modelos entre si, apontando para aqueles que melhor se ajustam aos dados observados. Avaliamos que nossos resultados suportam resultados anteriores de que a hipótese das expectativas não é verificada na ETTJ brasileira. / [en] The importance of the term structure of interest rates is hardly exaggerated. The term structure succinctly summarizes an enormous quantity of information about the actual state and about the future expectations of/ for the economy of a country. Within this work, using Kalman filter estimation techniques, we estimate, with Brazilian data, four different models of the term structure, all particular cases of the affine model studied by Duffie and Kan (1996). We analyze the parameter estimates relating it to the historical behavior of Brazilian data during the sample period. We compare the models among them, choosing the one most successful in fitting the data. Our results support a previous result regarding the non-validity of the expectation hypotheses in the Brazilian term structure.

[pt] Neste trabalho aplica-se o método de inovações ao problema de estimação de um processo Gauss-Markov provindo de um sistema multivariável descrito por uma equação de estado. Após a dedução das fórmulas gerais de estimação em termos do processo de inovações obtém-se os algoritmos recursivos do filtro de Kalman-Bucy para o caso não linear contínuo, bem como, para o caso linear continuo e discreto. A seguir, faz-se a representação do processo como saída de um sistema causal e causalmente reversível excitado por um ruído branco, chamada representação por inovações (RI). Os parâmetros deste sistema são determinados a partir da covariância do processo. Finalmente, é desenvolvido um algoritmo para a determinação de uma RI de um processo estacionário provindo de um sistema desconhecido, invariante no tempo. / [en] In this work the innovations method is applied to the estimation problem of a Gauss-Markov process, output of a multivariable system described by a state equation. After obtaining general estimation formulas in terms of the innovations process, the Kalman-Bucy filter recursive algorithms are derived for the nonlinear continuous case as well as for the linear discrete and continuous case. Next, it is given a representation of the process as an output of a causal and causally reversible system to a white noise, known as the innovation representation. The parameters of such a system are determined from the process covariance. Finally, an algorithm is built to obtain an IR of a stationary process coming from an unknown time-invariant system.

[pt] Nesta Tese, eu me concentro em desenvolvimentos sobre o filtro de Kalman sujeito a restrições lineares gerais. Há essencialmente três tipos de contribuições: (i) provas alternativas para resultados previamente estabelecidos na literatura sobre o filtro de Kalman com restrições; (ii) resultados que presumidamente destacam aspectos teóricos e metodológicos para modelagens em espaço de estado sob restrições; e (iii) aplicações que parecem ser inéditas até então em finanças (análise de investimentos) e em macroeconomia, nas quais os métodos propostos são ilustrados e avaliados. No final, eu sugiro algumas extensões adicionais sobre o tema, as quais, novamente, dividem-se em teoria, métodos e aplicações. / [en] In this Thesis, I bring the attention to developments on Kalman filtering subject to general linear constraints. There are essentially three kinds of contributions: (i) new proofs for already established results within the restricted Kalman filtering literature; (ii) new results which are supposed to shed light on theoretical and methodological frameworks for linear state space modeling under linear restrictions; and (iii) applications that seem to be new in investment analysis and in macroeconomics, where the proposed methods are illustrated and evaluated. At the end, I suggest some further extensions in the subject, which, again, step into theory, methods and applications.

[pt] Em face à crescente demanda por petróleo e gás e ao alto custo nos processos de exploração e explotação, é imprescindível que se garanta a segurança e a integridade das estruturas pertencentes ao poço. Neste contexto, existem reservatórios localizados em rochas pouco consolidadas ou com cimentação incompleta que presenciam um fo-nômeno conhecido como produção de sólidos, o qual consiste na desagregação de par-ticulas que ao serem carrcadas junto ao fluido de produção podem gerar problemas como a erosão de equipamentos e o entupimento do poço. Com o intuito de mitigar estes problemas é usual que se adotem técnicas de controle mocânicas, que fazem uso de estruturas filtrantes compostas por telas de aço e pacotes granulares. Essas estruturas têm o objetivo de impedir que as particulas produzidas adentrem no poço. O presente trabalho busca compreender o comportamento e a integridade de filtros de areia em situações de campo. Para isso, foi desenvolvida uma metodologia de modelagem numérica que incorpora a interação rocha - filtro. O modelo foi aplicado a um ensaio efetuado em célula cúbica, onde os resultados foram comparados a fim de avaliar se as considerações adotadas estavam de acordo com a realidade. Como resposta desta análise percebeu-se que as propriedades do pacote granular não possuem um valor definido na literatura e que seria necessário efetuar uma calibração de acordo com as caracteris-ticas do material. A calibração mostrou que o pacote granular tem um comportamento não-linear anisotrópico e gerou um conjunto de propriedades que levam a resultados em concordância com o ensaio. Por fim, foi simulado um poço em atividade com de-pleção, em que foram assumidas uma hipótese de propriedades para o pacote granular e três condições de interfaces entre os componentes, onde foi possível avaliar como essas considerações interferem na integridade mecânica das telas filtrantes e do conjunto de completação do poço. / [en] Due the growing demand for oil and gas and the high cost of exploration and exploitation processes, it is essential to guarantee the safety and the integrity of completion structures that compose a well. In this context, there are reservoir located in poorly consolidated or with incomplete cementation rocks, that experience a phenomenon known as Solid Production which consists in the desegregation of rock particle, that when carried with the production fluid can generate problems as equipment erosion and well plugging. In order to mitigate these problems, it is usual toadopt mechanical control techniques, with the use of sand control equipment as sand screen and gravel pack. These structures are intended to prevent the particles produced from entering the well. The present work seeks to understand the behavior and the mechanical integrity of sand control structures in field situations. With this purpose, a numerical modeling methodology was developed and incorporates the rock-screen interaction. The model was applied to a cubic cell test, where the results were compared in order to evaluate if the considerations were in accordance with reality. As a response to this analysis, it was noticed that the properties of the gravel pack do not have a literature defined value, and that it would be necessary to calibrate they properties in accordance to the characteristies of the material. The calibration showed that the gravel pack has an anisotropic non-linear behavior and, with this assumption, was generated a set of properties that lead to results in agreement with the test. Finally, an active well with depletion was simulated, where one hypothesis was assumed for gravel pack properties and three interface condition between the components were evaluate, as well as the mechanical integrity of the sand screen and the completion structures.

[pt] Este trabalho lida com o problema de radiolocalização de terminais em um ambiente de comunicações móveis celulares. Desenvolve-se novas alternativas para a estimação da posição, admitindo-se que as medidas de tempo de chegada (ToA) obtidas no enlace-rádio estão corrompidas por ruído aditivo e apresentam erro médio positivo durante períodos aleatórios, devido à ausência de linha de visada (NLOS) entre terminal e estações radio-bases. Em uma das alternativas desenvolve-se um estimador assintoticamente eficiente do erro de NLOS, sob o critério de mínimos quadrados ponderados (WLS). Para esta estimativa, admite- se o conhecimento a priori do espalhamento temporal do canal, e que o perfil de potência do sinal pode ser calculado por uma média temporal de medidas independentes em um receptor RAKE. O esquema de localização apresentado incorpora também um teste de hipóteses desenvolvido sob o critério de Neyman-Pearson, para detectar, a cada instante de tempo, a ocorrência de transições entre os estados LOS/NLOS do canal. Em outra contribuição do trabalho, as coordenadas do terminal são estimadas recursivamente utilizando-se algoritmos bayesianos, com a dimensão do espaço de estados aumentada para incluir o efeito do erro de NLOS sobre as medidas de ToA. Resultados de simulação obtidos sob diferentes cenários comprovam a eficiência dos esquemas de estimação aqui desenvolvidos, quando comparados à única solução de que se tem conhecimento na literatura. Apresenta-se ainda nesta tese uma análise para o problema de ambigüidade em métodos hiperbólicos de localização, cujo objetivo é identificar a região do plano em que este método fornece duas soluções fisicamente admissíveis. A área desta região é comparada com a área total de triangulação. / [en] This work addresses the radiolocation problem of a moving terminal in a cellular mobile communications environment. New alternatives are developed for position estimation, assuming that the Time of Arrival (ToA) measurements obtained from radio link are corrupted by additive noise and have positive mean error during random periods of time due to the non-line of sight (NLOS) propagation condition between the terminal and base stations. In one of the proposals, an asymptotically efficient WLS estimator of the NLOS error is developed under the Weighted Least Squares criterion. It is assumed that the channel temporal scattering model is known and the mean power delay profile can be evaluated by time averaging independent measurements from a RAKE receiver. The location estimation scheme also includes a hypothesis testing based on Neyman- Pearson approach to detect at each instant of time the LOS/NLOS states transitions. In another contribution, the terminal coordinates are recursively estimated using bayesian algorithms, with the state-space dimension augmented to include the NLOS error effect over ToA measurements. Simulation results obtained under different scenarios show the effectiveness of the estimation schemes developed here when compared to the only alternative known from the literature. An analysis concerning the ambiguity problem in hyperbolic location methods is also presented, aiming to determine the regions where this method gives two physically admissible solutions, and compare them to the total trilateration area.

[pt] Nesta tese, apresentam-se estratégias de modelagem envolvendo modelos estruturais para a previsão do preço spot de energia elétrica do subsistema do Sudeste-Brasil. Foi utilizada a modelagem proposta por Harvey (1989), que extrai componentes não observáveis da série. Foram elaborados três modelos. No primeiro, utilizou-se somente o histórico da série. No segundo, inseriu-se uma variável de intervenção para o racionamento de energia ocorrido no Brasil no período de junho de 2001 a fevereiro de 2002. Por último, acrescentaram-se duas variáveis explicativas. / [en] In this thesis, modelling strategies are presented involving structural models to forecast the spot price of electric energy of Brazil. It had been used the modelling proposal of Harvey (1989) that extracts non-observable components of the series. Three models had been elaborated. In the first one, was adjusted only with the historical of the series. In the second, an intervention variable for the rationing occurred in Brazil in the period of June of 2001 till February of 2002 was inserted. Finally, in the last one, two explanatory variables were introduced.

[pt] Tendo em vista a diminuição dos impactos ambientais e a necessidade em aproveitar ao máximo as áreas disponíveis para disposição de resíduos, as mineradoras e indústrias de beneficiamento de minério tem investido em técnicas inovadoras procurando a melhoria do comportamento do resíduo gerado. Este estudo experimental relata o comportamento de um resíduo da produção de alumina desaguado por filtro prensa e, também, seu comportamento geotécnico quando estocado de forma densificada. Este trabalho utilizou o Filtro Prensa, que é um dispositivo que retem a parte sólida formando tortas compactas e com elevado teor de sólidos e grau de saturação. Foram feitos estudos das características e do comportamento do resíduo filtrado para encontrar a melhor e mais segura forma de disposição, buscando o melhor aproveitamento das áreas disponíveis. Foi realizado um aterro experimental com o resíduo do filtro prensa com o intuito de estocar o material, colhendo amostras e, assim, testando as condições de compactação em cada camada executada. O Aterro experimental foi dividido em 3 pistas, a pista 1 com 5 camadas de 30 cm, a pista 2 com 4 camadas de 40 cm e a pista 3 com 4 camadas de 50 cm de espessura. As camadas tiveram diferentes combinações de números de passadas e de umidade em relação a umidade ótima. Foram realizados ensaios de laboratório (Caracterização, Compactação Proctor Normal, Triaxial CIU/UU/PN, Adensamento e Permeabilidade) em amostras deformadas do resíduo, coletadas na saída do filtro prensa, e em amostras indeformadas obtidas nas áreas do aterro experimental observou-se que o teor de umidade obtido no resíduo na saída do filtro prensa é menor em 2 porcento ao teor de umidade ótimo do material, sendo favorável para promover sua compactação na disposição. Quando compactado, o resíduo apresenta baixa permeabilidade, da ordem de 10-6 a 10-8 m/s, sendo estes resultados obtidos em corpos de prova moldados variando-se o grau de compactação entre 85 porcento a 100 porcento e o teor de umidade variando -2 porcento a 6 porcento em relação a umidade ótima. Também foram avaliados os parâmetros de resistência por meio de ensaios triaxiais UU (não adensados e não drenados) em amostras não saturadas. Através dos resultados obtidos em campo observou-se que em todos os casos, há sempre um crescimento de peso específico seco e grau de compactação (GC) com o número de passadas. A umidade de 4 porcento acima da ótima é o limite para se ter GC aceitável, para qualquer espessura de camada dentro desta faixa de umidade (-1,0 a 4,0 porcento) o numero minimo de 8 passadas. / [en] Considering the reduction of environmental impacts and the need to make the best use of available waste disposal areas, mining beneficiation industries have invested in innovative techniques to improve the behavior of the waste generated. This experimental study reports the behavior of a residue from the production of alumina dewatered by filter press and also its geotechnical behavior when densified. This work used the Filter Press, which is a device that retains the solid part forming compact and high percentage of solids and saturation degree. Studies of the characteristics and behavior of the filtered residue were made to find the best and most safe form of disposal, seeking the best use of available areas. An experimental landfill with the press filter residue was carried out in order to store the material, collecting samples and, therefore, testing the compaction conditions in each layer performed. The experimental landfill was divided into 3 lanes, lane 1 with 5 layers of 30 cm, lane 2 with 4 layers of 40 cm and lane 3 with 4 layers of 50 cm of thickness. The layers had different combinations of numbers of passes and humidity relative to optimal humidity. Laboratory tests (Characterization, Compaction, CIU / UU / PN Triaxial, oedometer and Permeability) were carried out on deformed samples of the residue, collected at the exit of the filter press, and in undisturbed samples obtained in the areas of the experimental landfill it was observed that the moisture content obtained in the residue at the exit of the filter press is 2 percent lower than the optimum moisture content of the material, being favorable to promote its compaction in the arrangement. When compacted, the residue presents low permeability, in the order of 10-6 to 10-8 m / s, these results being obtained in molded test bodies varying the degree of compaction between 85 percent and 100 percent and the moisture content Varying -2 percent to 6 percent in relation to the optimal humidity. Resistance parameters were also assessed by UU triaxial tests (non-densified and non-drained) in unsaturated samples. Through the results showed in the field in all cases a growth of specific dry weight and degree of compaction (GC) with the number of passes. The humidity of 4 percent above the optimum is the limit to have acceptable GC, for any layer thickness within this humidity range (-1.0 to 4.0 percent) the minimum number of 8 passes.