[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] Os satélites de um sistema de comunicações que opera numa determinada faixa de frequências utilizando satélites não-geoestacionários podem sofrer interferências indesejáveis provocadas por transmissores do Serviço Fixo Terrestre (SF) que operam nessa mesma faixa. Para o operador do sistema não geoestacionário é importante identificar quais as áreas da superfície da Terra que contêm os transmissores responsáveis por essas interferências indesejáveis, o que seria um primeiro passo na tentativa de resolver o problema através de negociações bilaterais com as estações transmissoras do SF envolvidas (coordenação). O presente trabalho apresenta a modelagem matemática do problema, e propõe que a identificação dessas áreas seja feita por meio da estimação das potências e apontamentos (ângulos de azimute e elevação) das antenas transmissoras do SF com base em medidas de potência tomadas nos diversos feixes de recepção de um satélite de teste. O trabalho analisa aspectos específicos do problema e propõe a utilização do Filtro de Kalman Estendido (EKF) para a estimação das potências e apontamentos das antenas transmissoras do SF. / [en] Satellites of a non-geostationary communication system may be victims of harmful interference produced by terrestrial fixed service (FS) transmitting stations operating in the same frequency band. It is important to the satellite system operator to identify the specific areas on Earth s surface containing the FS stations that are responsible for such interference. This would be a first step for solving the problem via bilateral coordination with each of the involved FS operators. This dissertation presents a mathematical model for the problem and proposes that the identification of these areas be made though the estimation of the transmitted power and the antenna pointing (azimuth and elevation angles) of the various FS stations, based on received power measurements taken on the beams of a test non-GSO satellite. This work also investigates the particular aspects of the problem and proposes the Extended Kalman Filter (EKF) as the algorithm for estimation.

[pt] Esta dissertação se propôs a investigar e interpretar o estilo de investimento de fundos de investimento brasileiros – fundos cambiais e de ações com administração ativa, no período de janeiro de 2004 a agosto de 2008, com o objetivo central de verificar se, de fato, estes fundos perseguem o estilo de investimento prometido aos seus clientes. Nesse sentido, foi empregada a metodologia de análise dinâmica de estilo baseada no retorno, utilizando o filtro de Kalman restrito reduzido com inicialização exata aplicado sobre modelos em espaço de estado. Para tanto, novos índices foram confeccionados a fim de cobrir a eventual carência de índices que pudessem apropriadamente representar as classes de ativos do mercado financeiro a que os fundos estão expostos. As principais conclusões obtidas foram: (1) mesmo em meio a um cenário adverso que marcou parte do período analisado, os fundos cambais mantiveram as estratégias de investimento anunciadas ao público, demonstrando transparência em suas ações; e (2) os fundos de ações estiveram, de fato, predominantemente expostos ao mercado bursátil, mas também alocaram parte considerável de seus recursos em títulos públicos federais de longo prazo indexados a índices de inflação. / [en] This dissertation aims to investigate and interpret the investment style of Brazilian investment funds - exchange funds and stock funds with active management, in the period ranging from January 2004 to August 2008, with the central objective of verifying if, in fact, these funds pursue the investment style promised to their customers. Accordingly, we used the methodology of returnbased dynamic style analysis, using the reduced restricted Kalman filtering with exact initialization applied to state space models. For this purpose, new indexes were created with the intention of covering the eventual lack of indexes that could appropriately represent the asset classes of financial market. The main conclusions were: (1) even in the midst of an adverse scenario that marked part of the analyzed period, the exchange funds kept the investment strategies announced to the public, demonstrating transparency in their actions; and (2) stock funds were indeed predominantly exposed to the stock market, but also allocated considerable part of their resources on federal public long-term bonds indexed by inflation indexes.

[pt] Esta dissertação tem como objetivo principal a apresentação, discussão e implementação de um modelo de espaço de estado, derivado do modelo desenvolvido por De Jong & Zenhwirth, no cenário de estimação de reservas IBNR. O modelo visa obter uma distribuição para as reservas e seu desvio padrão, que permite obter um intervalo de confiança para a estimativa. Também são propostas extensões para o modelo. / [en] The main purpose of this master thesis is the presentation, discussion and implementation of a state space model, derived from the De Jong & Zehnwirth model, on the IBNR Reserve estimation scenario. The model tries to obtain a distribution for the reserves and its standard deviation as well, allowing the cofidence interval estimation. Extensions for the model are also discussed.

[pt] Neste trabalho estudamos algoritmos de escala de tempo, que através da amostragem de um conjunto de relógios atômicos, geram tempo e freqüência com maior confiabilidade, estabilidade e exatidão de freqüência, do que qualquer um dos relógios do conjunto. Os algoritmos estudados foram o algoritmo de primeira ordem e o algoritmo usando filtro de Kalman. Propomos um algoritmo e mostramos que este gera escala de tempo atômico, com maior estabilidade do que os outros. Nós simulamos um conjunto de relógios atômicos e os usamos para testar os algoritmos. Com dados reais provenientes das medidas de diferença de tempo entre quatro relógios, do Observatório Nacional - Dept. Serviço da Hora, Laboratório Primário de Tempo e Freqüência, mostramos que o algoritmo proposto gera uma escala de tempo atômico com maior uniformidade do que os outros algoritmos. O sistema para materialização da Escala de Tempo Atômico Brasileira também é apresentado. / [en] The present work we study time scale algoritms that samples an ensemble of clocks to generate time and frequency with more reliability, stability, an frequency accuracy than any of the individual clocks in the ensemble. The algoriths studied were the first order algorithm and the Kalman filter algorithm. We propose an algorithm and we show that it generates atomic time scale, with better stability than any other one. We simulated an ensemble clocks and used them to test the algorithms. With the real data from the measurement of time differences between four clocks at National Observatory - Time Service Departament, Time and Frequency Primary Laboratory we show that the proposed algorithm generates atomic time scale with more uniformity than others. The systems for construction the Brazilian Atomic Time Scale is also discussed.

[pt] A evolução dos conhecimentos em Finanças nas últimas três décadas foi rápido e vertiginoso. Hoje os mercados financeiros oferecem produtos sofisticados para investidores e empresas, e por outro lado, tais agentes demandam instrumentos confiáveis para atender suas necessidades em busca de maiores retornos e menores riscos. Todo esse desenvolvimento baseia-se fundamentalmente em metodologias de apreçamento de ativos. Grande parte deste conhecimento é oriundo dos trabalhos pioneiros de Black e Scholes (1973) e Merton (1973). Em síntese, estes trabalhos apoiaram-se em processos estocásticos para preços de ativos para apreçar um derivativo. A natureza do processo estocástico de evolução dos preços é o ponto central para a derivação dos modelos de apreçamento. A análise do comportamento dos preços das commodities possui duas grandes vertentes na literatura. A primeira trata os preços como decorrência de modelos de equilíbrio entre a oferta e a demanda. Estes modelos prosperaram pouco em termos de pesquisa. A outra vertente trata da análise da evolução dos preços baseando-se na série histórica propriamente dita. Esta linha de pesquisa está mais presente na literatura. Esta tese concentra-se nesta abordagem. As commodities possuem características particulares principalmente porque a formação de preços ocorre, via de regra, em mercados futuros. Isto faz com que muitos fatos estilizados não possam ser descritos por modelos de um fator (ou uma variável estocástica). Os fatores (variáveis estocásticas) ou variáveis de estado em muitas situações não são observáveis e necessitam ser estimados. Os modelos de preços futuros, escritos como função das variáveis de estado, recebe o nome de equação de observação. Quando as variáveis de estado são Gaussianas e a equação de observação é linear nos estados, o problema pode ser estimado pelo filtro de Kalman clássico. Se ocorrer a não linearidade, esta dificuldade pode ser contornada pelo filtro de Kalman estendido. Quando o problema é não Gaussiano a literatura usa outras metodologias (freqüentemente aproximações) que não o filtro de Kalman. Esta tese trata de processos estocásticos para preços de commodities propondo extensões aos modelos existentes na literatura. A derivação dos modelos é feita com o uso da transformada de Duffie e Kan (1996) em ambiente de não arbitragem. Algumas das extensões incluem modelos não Gaussianos. Esta tese investiga a estimação destes modelos pela metodologia denominada filtro de partículas. O filtro de partículas é um procedimento recursivo para integração, dentro da classe dos métodos seqüenciais de MonteCarlo. A proposta de utilização desta metodologia decorre do fato de que ela dispensa as condições de linearidade e Gaussianidade. Dentre as contribuições desta tese destacam-se as extensões dos processos estocásticos aplicáveis para quaisquer commodities e as análises de modelos não Gaussianos através da metodologia do filtro de partículas. Além disso, a pesquisa apresenta: (i) conclusões acerca dos modelos de dois fatores aplicados à série de preços da commodity petróleo; (ii) a análise da viabilidade do filtro de partículas mostrando que o erro obtido é próximo daquele do filtro de Kalman para problemas Gaussianos e a resposta obtida da estimação paramétrica é coerente com diversos trabalhos da literatura; (iii) análise da viabilidade operacional de implementação do filtro de partículas em termos do tempo computacional despendido nos processos de filtragem e estimação paramétrica. A tese conclui que o filtro de partículas, apesar ser computacionalmente intenso, é viável na prática face ao imenso desenvolvimento computacional. Ainda mais, por ser uma metodologia aplicável a problemas complexos de inferência, sua utilização em modelos cada vez mais sofisticados é muito promissora. / [en] The evolution of the ideas in Finance has been huge in the last decades. Nowadays the financial markets offer investors sophisticated products. And investors in turn demand reliable financial instruments to meet their needs in search for greater returns and lower risks. This development is based mainly on asset pricing methodologies. The greatest part of this knowledge comes from the seminal works of Black and Scholes (1973) and Merton (1973). To summarize, their works are based on the assumption of a specific stochastic process that governs asset prices. And then a derivative of this underlying asset can be priced. The nature of the stochastic process that describes the evolution of prices is the key point for deriving pricing formulae. The analysis of the behavior of commodity prices has two approaches. The first approach considers prices as a consequence of the equilibrium between supply and demand. These models have not received enough attention in literature. The second approach, which has received more attention, is based on the analysis of price time series. The commodities have particular features because they are most of the times negotiated in future markets. The consequence is that the one factor models badly describe their stylized facts. The factors (stochastic variables) are known as state variables which most of the times are non observables, and need to be estimated. When state variables are Gaussians and the observation equation is linear in states, the classical Kalman filter can be used to access these variables. If non linearity is present extended Kalman filter is used, but when state variables are non Gaussian the literature does not use filtering processes. This thesis analyses the stochastic processes of commodities proposing extensions to the existing models. The derivation of models is based on Duffie and Kan (1996) transform, in a non arbitrage environment. Some extensions are non Gaussian. This thesis investigates the estimation of these models using particle filter methodology. The particle filter is a recursive procedure for integration in the sequential Monte-Carlo methods. The advantage of this methodology is that it does not require linear or Gaussian conditions. The contributions of this research are the extensions of stochastic processes that can be used for any commodity and the use of particle filter as an estimation methodology in Finance. Furthermore the thesis presents: (i) the conclusions about two factor models applied to oil prices; (ii) the analysis of the use of particle filter verifying that errors in both, Kalman filter and particle filter are close and that parameters estimation is in accordance with the literature; (iii) the analysis of the implementation of particle filter showing that it is viable considering the computational time of filtering and parameters estimation. The thesis concludes that the particle filter is viable, although time consuming, due to the hardware development. And more, since particle filter is useful for complex inference problems, its application to sophisticated models is promising.

[pt] Os resultados empíricos apresentados na literatura sobre o CAPM em geral refletem as falhas teóricas do modelo em sua forma incondicional. Deste modo, duas linhas de pesquisas principais surgiram na tentativa de relaxar alguns dos pressupostos do modelo, dando origem aos chamados modelos de multifatores e modelos condicionais. Em síntese, os modelos condicionais são aqueles nos quais o valor esperado do retorno de um ativo é explicitado de forma condicional a um conjunto de informação disponível no período anterior, e a sensibilidade ao fator de risco, beta, bem como o intercepto da equação de regressão, alfa, são considerados parâmetros variantes no tempo. Este trabalho tem dois objetivos principais: (i) avaliar de forma comparativa o tratamento dos modelos CAPM condicionais na forma em espaço de estados estimados a partir do filtro de Kalman com os erros da equação de observação nas formas homocedástica e heterocedástica, com base no trabalho de Ortas, Salvador e Moneva (2014); (ii) avaliar como o uso de medidas condicionais obtidas a partir do modelo CAPM condicional sob a abordagem aqui descrita pode melhorar a prática atual de avaliação de performance dos fundos de investimentos a partir de uma amostra do mercado brasileiro. Os resultados obtidos indicam que a modelagem heterocedástica, do ponto de vista da qualidade de ajuste aos dados da amostra, é capaz de melhorar os resultados em relação ao modelo homocedástico e aos modelos incondicionais correspondentes, proporcionando, portanto, melhores práticas de avaliação de desempenho dos fundos. / [en] The empirical results presented in the literature on the CAPM generally reflect the theoretical flaws of the model in their unconditional form. Thus, two main lines of research have emerged in an attempt to relax some of the model assumptions in its original form, giving rise to so-called multi-factor models and conditional models. In summary, the conditional models are those in which the expected value of the return of an asset is explained conditionally to a set of information available in the previous period, and the sensitivity to the risk factor, beta, as well as the intercept of the equation regression, alpha, are assumed to be time varying parameter. This work has two main objectives: (i) assess comparatively the treatment of conditional CAPM models in state-space form and estimates from the Kalman filter with the residuals of the observation equation in homocedastic and heteroskedastic forms, based on the work of Ortas, Salvador and Moneva (2014); (ii) evaluate how the use of conditional measurements obtained from the conditional CAPM under the approach previously described can improve the current practice of performance evaluation of investment funds from a sample of the Brazilian market. The results obtained indicate that heteroskedastic modeling, from the point of view of the quality of fit for the sample data, is able to provide better results in relation to homocedastic model and corresponding unconditional models, providing better practices for performance evaluation of funds.

[pt] O problema de estimação pode ser entendido como um caso particular dos problemas inversos. Dadas observações da resposta de um sistema para certas causas, deseja-se estimar certas características do sistema. Essas características, em um sistema dinâmico, geralmente são representadas por parâmetros. Assim, para uma representação físico-matemática do sistema, dada uma excitação e observando a resposta, é possível obter uma estimação dos parâmetros. A estimação paramétrica é de grande importância e utilizada em diversas situações, desde experimentalistas, ao observar fenômenos no laboratório, até quem estuda o comportamento de setores sociais por amostras populacionais. A parte inicial desta dissertação apresenta uma breve introdução ao problema inverso do marco da estatística Bayesiana. Neste marco trata-se a estimação paramétrica como resultado da resolução de um problema inverso. Duas técnicas de estimação s ao deduzidas a partir da inferência estatística Bayesiana. A primeira delas, mínimos quadrados, coleta todos os dados e logo faz a estimação. A segunda, filtro de Kalman (e filtro de Kalman extendido), melhora o estado do conhecimento dos parâmetros a serem estimados a cada nova observação. Para a abordagem destas técnicas de estimação, de modo de poder compará-las, é apresentada a resolução analítica de um sistema harmônico de um e dois graus de liberdade. Por último, é apresentada uma modelagem de uma bancada experimental, em escala de laboratório, que emula uma coluna de perfura ção acoplada a um motor. Esta bancada foi desenvolvida para estudos de dinâmica torcional, na dissertação de mestrado de Bruno C. Cayres A., de modo que aqui só é de interesse a caracterização da mesma. As técnicas de estimação paramétrica são usadas de forma teórica, simulando os dados a partir de soluções analíticas para diferentes parâmetros da modelagem do motor e da coluna. Também usa-se medições feitas na bancada para estimar os parâmetros da modelagem, obtendo assim um conhecimento melhorado dos parâmetros envolvidos no sistema coluna-motor. / [en] The estimation problem can be understood as a particular case of an inverse problem. Given observations of the response of a system, due to certain causes, one wants to estimate certain characteristics of the problem. These features, in a dynamic system, are usually represented by parameters. Thus, for a mathematical representation of the physical system, given an excitation and given the observing response, it is possible to give an estimation of the parameters. The parameter estimation is of great importance and used in countless situations, such as experimental obseration of a phenomena in the laboratory or even by those who study the behaviors social sectors by population samples. The initial part of this dissertation presents a brief introduction to the inverse problem the framework of the Bayesian statistics. In this context, the parametric estimation is a result of the resolution of an inverse problem. Two estimation techniques are derived from the Bayesian statistical inference. The first of these, least squares, collects all the data and then makes the estimation. The second, Kalman filter (and extended filter Kalman), improves the state of knowledge of the parameters to be estimated, with each new observation. To address these estimation techniques, in order to be able to compare them, presents the analytical resolution of a harmonious system of one and two degrees of freedom. Finally, it is presented a model for an experimental setup, in laboratory scale, which emulates a drillstring coupled to a motor. This experimental setup was developed to study the dynamic torsional and by the author of the dissertation of Bruno C. Cayres A., the mode that is of interest here only the characterization of it. These techniques are used for parameter estimation in theoretical way, simulating data from the analytical solutions, for different parameters involved in the column-motor modeling. Also, we use measurements obtained from the experimental setup to estimate the parameters of the column-motor model. Thereby, we obtain an improved knowledge of the parameters involved in the column-motor.

[pt] As alterações na legislação do Setor de Energia Elétrica Brasileiro em fins do milênio passado, provocou profundas mudanças no planejamento da Operação do Sistema e na Comercialização de energia elétrica no Brasil. O desmembramento das atividades de geração, de transmissão e de distribuição de energia elétrica criou novas características no comportamento dos Agentes Concessionários e as previsões de demanda por energia elétrica, que sempre foram ferramenta importante, por exemplo, na programação da operação, passaram a ser indispensáveis também, na comercialização de energia elétrica no mercado livre. Neste novo cenário, a obtenção e o armazenamento de dados confiáveis passou a ser parte integrante do patrimônio das Empresas e um sistema eficiente de previsões de carga passou a ser um diferencial na mesa de negociações. Os Agentes concessionários e o Operador Nacional do Sistema Elétrico vêm fazendo investimentos para aperfeiçoar os seus sistemas de aquisição de dados, entretanto em sistemas de multipontos algumas falhas imprevistas durante a sincronização da telemedição podem ocorrer, provocando defeitos nas séries. Nas séries de minuto em minuto, por exemplo, uma falha de algumas horas acarreta centenas de registros defeituosos e as principais publicações a respeito de modelagens de séries temporais para tratamento de dados não abordam as dificuldades encontradas diante de grandes falhas consecutivas nos dados. / [en] As a result of the continuing privatization process within the energy sector,electricity load forecasting is a ritical tool for decision-making in the Industry. Reliable forecasts are now needed not only for developing strategies for business planning and short term operational scheduling, but also to define the spot market electricity price. The forecasting process is data-ntensive and interest has been driven to shorter and shorter intervals. Large investments are being made in modernizing and improving metering systems, so as to make more data available to the forecaster. However, the forecaster is still faced with irregular time-series. Gaps, missing values, spurious information or repeated values in the time-series can result from transmission errors or small failures in the recording process. These so- called irregularities have led to research that focused on either iterative processes,like the Kalman filter and the EM algorithm, or applications of the statistical literature on treatment of missing values and outliers. Nevertheless, these methods often result in large forecast errors when confronted with consecutive failures in the data. On the other hand, the minute to minute series have a large amount of points and so the one day ahead forecast horizont becomes very large to handling with the conventional methods. In this context, we propose an alternative to detect and replace values and present a methodology to perform the forecasting process by using of other information in the time-series that relate to the variability and seasonality, which are commonly encountered in electricity load-forecasting data. We illustrate the method and address the problem as part of a wider project that aims at the development of an automatic on line system for tracking the Brazilian Interlinked Electric Network Operation and performing short term load forecasting. The data were collected by ONS / ELETROBRAS - Brazil. We concentrate on 10 minutes data for the years 1997-1999 of Light Serviços de Eletricidade S.A. (Rio de Janeiro and its surroundings). / [es] Las alteraciones en la legislación del Sector de Energía Elétrica Brasilero a finales del milenio pasado, provocó profundos cambios en el planificación de la Operación del Sistema y en la Comercialización de energía eléctrica en Brasil. La desarticulación de las actividades de generación, de transmisión y de distribuición de energía eléctrica creó nuevas características en el comportamiento de los Agentes Concesionarios. Así, las previsiones de demanda por energía eléctrica, que siempre fueron una herramienta importante, por ejemplo, en la programación de la operación, pasaron a ser indispensables también en la comercialización de energía eléctrica en el mercado libre. En este nuevo escenario, la obtención y almacenamiento de datos confiables pasó a ser parte integrante del patrimonio de las Empresas y un sistema eficiente de previsiones de carga constituye un diferencial en la mesa de negociaciones. Los Agentes concesionarios y el Operador Nacional del Sistema Eléctrico han invertido en el perfeccionamiento de sus sistemas de adquisición de datos. Sin embargo, en sistemas de multipuntos algunas fallas imprevistas durante la sincronización de la telemedición pueden ocurrir, provocando defectos en las series. En las series de minuto en minuto, por ejemplo, una falla de algunas horas trae consigo centenas de registros defectuosos y las principales publicaciones sobre modelos de series temporales para tratamiento de datos no abordan las dificuldades encontradas frente a grandes fallas consecutivas en los datos.

[pt] Historicamente, observa-se que as volatilidades de variáveis financeiras são drasticamente afetadas em períodos de crises econômicas. Em particular, essa observação é válida para a taxa de câmbio entre o Real e o Dólar norte-americano, o Índice Bovespa e o EMBI Brasil (Emerging Market Bond Índex+Brazil), usualmente utilizado como medida de Risco-País para a economia brasileira. Diante de tais evidências empíricas, a existência de um fator comum entre as volatilidades das três variáveis citadas torna-se uma suposição plausível. O presente trabalho propõe a extração deste fator latente, através da estimação por Quasi Máxima Verossimilhança de uma adaptação do modelo de volatilidade estocástica. A estimação é feita através da aplicação do filtro de Kalman em sua versão difusa, uma vez que se supõe que as volatilidades das variáveis em questão seguem processos não estacionários. A conclusão do trabalho apontou para a existência de um único fator comum às volatilidades mencionadas, corroborando as expectativas preliminares. / [en] Historically, financial variables’ volatilities are drastically affected during economical crisis periods. In particular, this statement is valid for the exchange rate between brazilian and north american currencies, the São Paulo Stock Exchange Index (Ibovespa) and the Emerging Market Bond Index + Brazil, usually interpreted as a measure of brazilian sovereign risk. Therefore, the presence of a common factor affecting the volatilities of these three variables becomes a plausible assumption. This work intends to extract this latent factor applying the quasi-maximum likelihood estimator into an adapted stochastic volatility model. The estimation requires the Kalman filtering on its diffuse version, once it’s supposed that the volatilities follow a non stationary process. The results indicated the presence of one common factor driving the mentioned volatilities, confirming the previous expectations.