[pt] O rastreio automático de alvos com radares de vigilância implica basicamente em quatro fases distintas: a extração de sinais (ecos) radar em áreas delimitadas previamente estabelecidas no campo de vídeo radar; a detecção por limiar e por integração binária de alvos num meio ruidoso de modo a satisfazer uma determinada probabilidade de falsos alarmes; a determinação das coordenadas geográficas dos alvos detectados; e a predição de novas áreas onde, provavelmente, estarão os alvos durante a próxima rotação da antena do radar. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema de rastreio automático, controlado por um microcomputador, capaz de executar as quatro fases descritas. / [en] The automatic tracking of targets using surveillance radars leads basically to four distinct phases: the extraction of radar signals (echoes) within areas previoisly established in the radar display; the detection of targets in a noisy medium by threshold and improved by binary integration in order to satisfy a fixed probability of false alarms; the comutation of geographic coordinates of detected targets; and the prediction of other areas where, probably, will be the targets during the following scanning of the radar antenna. This work consists in the development of an automatic tracking system, controlled by a microcomputer, capable of doing the four phases described above.

[pt] Radares são sistemas eletromagnéticos de detecção e localização de objetos refletores. Sua operação consiste na transmissão de formas de onda e na detecção e processamento do sinal refletido no alvo, visando extrair algumas características deste (e.g. posição, velocidade, direção, tipo de alvo). Radares de ruído, por sua vez, são sistemas que transmitem sinais com forma de onda aleatória e que, por este motivo, apresentam elevado desempenho em presença de interferências externas, intencionais ou não, e supressão da ambiguidade em distância na detecção de alvos. O presente trabalho desenvolve inicialmente uma modelagem probabilística dos sinais envolvidos em radares de ruído. Esta modelagem permite a obtenção de expressões fechadas para funções autocorrelação, densidades espectrais de potência, funções correlação cruzada e ganhos de processamento associadas aos diversos sinais envolvidos. Com base nesta modelagem, e feita uma análise comparativa de radares que utilizam compressão de pulso e integração em sua cadeia de recepção. Mais especificamente, são comparados radares de ruído com radares tradicionais (que utilizam formas de onda determinísticas - chirps) operando em cenários que permitem avaliar aspectos como a resolucao em distância, o nível de lóbulos secundários e a eliminação de ambiguidades. / [en] Radars are electromagnetics systems used for detecting and locating reflecting objects. Their operation is based on the transmition of waveforms and on the detection and processing of the reflected signal so that some targets can be estimated (e.g. position, velocity, direction and type of target). Noise radars are systems that use random signals as the transmitting waveform and that for this reason present high performance against external interference, intentional or not, and the suppression of range ambiguity in the detection of targets. The present work initially develops a probabilistic model for the random signals involved in Noise Radars. This model allows for derivation of closed forms expressions for autocorrelation functions, power spectral densities, processing gains, and cross-correlation functions of the random signals involved. Based on this model, a comparison of radars that employ pulse compression and integration in their receivers. More specifically, Noise Radars are compared to traditional radars that use deterministic waveforms (chirps) under different scenarios which are chosen so that some specific aspects like range resolution, side-lobe levels and range ambiguity elimination can be evaluated.

[pt] Os sistemas radares são amplamente utilizados em aplicações civis e militares, são sistemas complexos que empregam alta tecnologia. Muitos deles são constituídos por um conjunto de elementos que necessitam de um mínimo de coordenação entre as suas funcionalidades. A construção de um protótipo para validar o projeto de um radar demanda recursos financeiros e tempo. Por outro lado, existem muitas características em comum entre os sistemas de diferentes radares. Esta dissertação descreve uma biblioteca de um simulador capaz de representar vários sistemas de radar e que foi projetado de acordo com os princípios básicos sobre radar. O simulador foi desenvolvido baseado em um sistema de componentes flexíveis onde cinco diferentes tipos de radar são descritos e simulados utilizando a biblioteca apresentada. Porém cenários reais são utilizados para comparar e validar as simulacões. / [en] Nowadays Radar systems are becoming complex systems. Many radars are constituted by an array of elements, where a minimum of coordination among the elements functionality is need. The task to build a prototype in order to validate a radar design is an expensive one. On the other hand, there are many common features shared among different radar architectures. This dissertation describes the architecture of a simulator that is able to represent most of the radar systems designed according the basic principles of radars. The simulator is designed following a exible component based architecture and five quite different kind of radars are described and simulated using the presented architecture. Real scenarios are taken into account in the validation of the simulations.

[pt] O presente trabalho tem por objetivo obter e reunir informações de dentro e do entorno da Lagoa de Jacarepaguá, Rio de Janeiro, e realizar modelagens para auxiliar na gestão governamental da área, muito propendida em função do seu crescimento populacional e sua visibilidade devido aos eventos esportivos que ocorrerão no local, em especial, os Jogos Olímpicos de 2016. Foram realizadas duas modelagens, uma batimétrica e uma geológica, que obedeceram à mesma metodologia de trabalho: coleta de dados, desenvolvimento e validação do modelo através de sondagens geofísicas utilizando o georradar. Para a primeira modelagem foi realizada a batimetria na Lagoa, adquirindo-se profundidades georreferenciadas em campo para elaboração de modelos 3D e 2D das profundidades, identificando assim, cavas provenientes de dragagens para aterros de empreendimentos às suas margens. Por fim, foram realizadas sondagens GPR no interior da Lagoa com o intuito de se comparar com seções pré-determinadas do modelo. No entanto os radargramas não apresentaram bons resultados devido à condutividade elétrica da água, ainda salina apesar da distância do mar. Já a segunda modelagem foi desenvolvida a partir de dados obtidos de sondagens pré-existentes na área que resultaram em modelos 3D, Litológicos e Cronoestratigráficos, donde foram traçadas seções transversais para obter uma visualização espacial melhor. A validação deste modelo, a partir da comparação de seções GPR com seções extraídas do modelo, obteve resultados satisfatórios, ratificando assim o modelo geológico processado. A partir deste modelo geológico foram identificadas camadas em profundidades específicas, localizando assim zonas com concentrações de solos moles na área de estudo. / [en] The present work has the goal of obtaining and gathering pieces of information from the inside and surrounding of Jacarepaguá Lagoon, Rio de Janeiro, and to make models to help in the governmental management of the area, that is so featured because of its population growth and its visibility due to sporting events that will take place in this location, specially the 2016 Olympic Games. Two models have been made, bathymetric and geological ones, which followed the same work methodology: data collection, development and validation of the model through geophysical survey using georadar. For the first model a bathymetry was done in Lagoon getting georeferrenced depths on field to elaborate 3D and 2D models of depths, in order to identify ditches originated from dredging of embankments of actions on its borders. Finally, GPR (Ground Penetration Radar) surveys were made on the inside of Lagoon with the purpose to compare the predetermined sections of the model. Although the radargrams did not show good results due to the water electric conductivity, the water was still saline despite the distance of the ocean. The second model was developed based on data from pre-existing surveys of the area that achieved 3D models, lithological and cronostratigraphic, where transverse sections were done so that it could be possible to obtain a better space visualization. The validation of this model from the comparison of GPR sections with sections extracted from the model, obtained satisfactory results, complementing the geological processed model interpretation. From this geological model, layers were identified in specific depths, locating concentrated zones of soft soils on the studying area.

[pt] A região amazônica é uma extensa área de grande importância política e estratégica para o futuro do Brasil. Por suas características, tais como, a distâncias entre cidades e vilarejos, a impenetrabilidade da floresta, a dificuldade de construção de rodovias, etc. é imediato constatar a importância primordial de ser atendida por sistemas de telecomunicações sem fio, particularmente de redes via satélite, eficientes e confiáveis. Qualquer operação militar ou civil na região, como o próprio sistema SIPAM (Sistema de Proteção da Amazônia) ou qualquer sistema de comando e controle necessita, para o seu êxito, do planejamento correto dos sistemas de comunicações via satélite fundamentais para a defesa e a manutenção da soberania e da integridade territorial da região, diretamente relacionado ao conceito de segurança nacional. O problema é que, devido à necessidade de descongestionar o uso do espectro, tais sistemas passaram a utilizar freqüências acima de 10 GHz de forma mais intensa. Esta situação tornou primordial a avaliação dos efeitos da precipitação sobre a propagação dos sinais radioelétricos. O planejamento dos atuais sistemas de comunicações por satélite que operam nas bandas Ka e Ku está, nos dias de hoje, fortemente dependente da atenuação produzida pela chuva, que delimita, na maioria dos casos, até mesmo a sua disponibilidade. Neste contexto, o presente trabalho procura contribuir através de um estudo radiometeorológico da região Amazônica. O levantamento e a análise de informações sobre a chuva permite a obtenção de parâmetros a serem utilizados no aprimoramento e no desenvolvimento de modelos que visam à otimização dos projetos de novos sistemas de comunicações e/ou a expansão de sistemas existentes. Tendo em vista que, no processo de avaliação do efeito da chuva sobre o sinal, a distribuição estatística da taxa de precipitação de um determinado local é um parâmetro meteorológico essencial, foram realizadas medidas em nove localidades da Amazônia, por uma rede de pluviógrafos do tipo caçamba basculante, instalada na região com este objetivo específico. As distribuições estatísticas cumulativas da taxa de precipitação, anual e para o pior mês, foram levantadas e processadas, assim como confrontadas com os modelos de predição atuais de forma a avaliá-los quanto à aplicabilidade na região. O modelo atualmente adotado pela Recomendação do UIT-R1 P.837-4, foi cuidadosamente investigado, sendo proposta a atualização de alguns de seus parâmetros, objetivando aprimorar o desempenho na região. O comportamento dinâmico da precipitação e o conseqüente efeito sobre a propagação dos sinais foram discutidos e comentados os aspectos onde este conhecimento é fundamental para a implementação de técnicas de melhoria para aumentar a confiabilidade dos sistemas. Foi também realizado, com base em dados provenientes dos radares meteorológicos do SIPAM (Sistema de Proteção da Amazônia), um estudo da estrutura espacial da precipitação, de grande utilidade no aprimoramento de modelos físicos de predição da atenuação por chuva. Neste particular, foi possível tratar nesta tese questões como a relação Z-R (refletividade-precipitação) para os radares e a determinação das dimensões horizontais e vertical da célula de chuva. Por fim, foi desenvolvido um modelo matemático para representar o comportamento estatístico de duas células de chuva, separadas por uma dada distância, com a finalidade de fornecer subsídios para a interpretação física do funcionamento da técnica de diversidade de sítio em um sistema de comunicações por satélite. / [en] The Brazilian Amazon is a very large equatorial region, covered by a dense jungle and located in the North of Brazil. Its political and strategic importance is nationally recognized. Consequently, wireless communications play a fundamental role under the point of view of its development, support to its inhabitants and state security. In this context, the main motivation for the work described in this dissertation was the possibility of contributing to the progress of the Amazon region. Nowadays, the use of frequencies above 10 GHz is growing fast, not only as a solution to overcome the problem of spectrum congestion, but also to increase the capacity of telecommunications systems. Unfortunately, these frequencies are strongly affected by precipitation. Once the equatorial climate is characterized by heavy rain, a radiometeorological study in the Amazon region seems to be essential for acquiring the information needed to improve the project criteria and the performance analysis of communication systems in this area. The first step in the investigation reported here was a study about the climate of the Amazon region. Köppen classification was adopted because its structure depends on temperature, precipitation and vegetation, factors that can be related to the statistical distribution of rain in a given area. According to this classification, the climate in the Amazon region is a tropical rainy (A), where 3 subtypes can be identified: Rainy equatorial (Af); Monsoon tropical (Am); Wet-and-dry tropical (Aw). The rainfall characteristics analysis was carried out with data from a pluviograph network covering the region of interest and consisting of 9 (nine) rain gauges. Tipping bucket rain gauges were used, in which, each tip corresponds to 0.1mm rainfall, the integration time being one minute and measuring a maximum precipitation rate of 240 mm/h. Complementary radar data from the SIPAM (Amazon system protection) network were also taken into account in this research. Radars operate in the frequency of 2.8 GHz (S-band), with 4.3m parabolic antennas and a maximum coverage of 400km. Based on precipitation measurements carried out for a period of one year (June 2004 to May 2005), a detailed study of rainfall rate distribution was developed. Both annual and monthly cumulative distributions were derived. Three mathematical models available in the literature for predicting the cumulative distribution of rainfall rate were compared and tested against the experimental data available. The Salonen-Baptista (S-B) was taken as reference in this dissertation. The reason for choosing this model was its global coverage and its dependence on meteorological parameters available in the region under study, allowing to be continuously extended over a large area. Additionally, this model is the basis of ITU-R Recommendation P.837-4. On the other hand, as radar measurements are of paramount importance in the analysis of the spatial structure of rain, based on the classical relation Z(mm6/m3) = a[R(mm/h)]b the conversion between radar reflectivity (Z) and rainfall rate (R) were carefully investigated. The experimental data from rain gauge and radar networks have allowed the examination of different questions: a) Dynamic behaviour of the rainfall rate; b) Horizontal and vertical distribution of rain; c) Correlation of rainfall rate measured in two points separated by a given distance. In each case, the use of the final results to the analysis of problems related to telecommunication systems was pointed out. Due to its relevance in the Amazon region, the application to satellite communications was emphasized.

[pt] O presente trabalho tem por objetivo avaliar as potencialidades do método GPR (Ground Penetrating Radar) em investigações de campo que englobam estudos hidrogeológicos, geotécnicos e ambientais. Para o alcance deste objetivo foram realizadas investigações de campo na região sudeste do Brasil procurando verificar a aplicabilidade deste método no conhecimento da subsuperfície. Os estudos englobaram a determinação da estratigrafia do solo identificando suas camadas e respectivas profundidades; a determinação da posição do lençol freático; a localização de estruturas enterradas e a detecção de possíveis anomalias decorrentes de contaminações. As seções obtidas com o GPR permitiram identificar com boa resolução os contrastes bruscos, como a posição do lençol freático e a localização das estruturas enterradas. A identificação dos contatos entre as camadas de solo foi possível quando as propriedades elétricas destes materiais se diferiam bastante. Já no que diz respeito ao mapeamento de regiões contaminadas, ainda se faz necessário à realização de uma maior quantidade de estudos para afirmar a eficiência do GPR para este objetivo. A utilização da técnica da reflectometria no domínio do tempo (TDR) foi muito útil para correlacionar a velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas com a profundidade. O seu emprego permitiu aumentar a exatidão da determinação das profundidades dos alvos de interesse. / [en] The present work aims to assess the adequacy of the ground penetrating radar as a screening tool in site in site investigation practice in hydrogeological, geotechnical and environmental studies. An extensive site investigation program was carrid out in Southeast Brazil looking for characterizing the subsurface. Tests were performed to determine the statigraphy of soil profiles, the position of the water level, the detection of buried structures and contamination. The results have shown a great deal of success in identifying water levels and buried structures. Soil surface were only identified when abrupt changes in the dielectric constant of the porous media were observed. Howerer, the results so far do not enable to delineate contamination plumes with the accuracy desired. The accuracy of the target depths were greatly improved by using the result of the dielectric constant measured by the time domain reflectometry (TDR)

[pt] A captura de cenas de cobertura da Terra com sensores óticos de satélite é frequentemente limitada pela presença de nuvens que corrompem as imagens coletadas. Entre os métodos para recuperar imagens óticas de satélite corrompidas por nuvens, várias abordagens de tradução de imagemimagem usando Redes Adversárias Generativas (GANs) têm surgido com bons resultados, conseguindo criar imagens óticas realistas a partir de imagens de Radar de Abertura Sintética (SAR). Os métodos baseados em GANs condicionais (cGAN) propostos até agora para a síntese de imagens SAR-óticas tendem a produzir imagens ruidosas e com pouca nitidez. Neste trabalho, propomos a atrous-cGAN, uma nova arquitetura que melhora a transformação de imagem SAR em ótica. As redes propostas para o gerador e discriminador contam com convolusões dilatadas (atrous) e incorporam o módulo Pirâmide Espacial Atrous Pooling (ASPP) para realçar detalhes finos na imagem ótica gerada, explorando o contexto espacial em várias escalas. Este trabalho apresenta experimentos realizados para avaliar o desempenho da atrous-cGAN na síntese de imagens Landsat a partir de dados Sentinel-1A, usando quatro bases de dados públicas. A análise experimental indicou que a atrous-cGAN supera o modelo clássico pix2pix como uma ferramenta de aprendizado de atributos para segmentação semântica. A proposta também gera imagens com maior qualidade visual, e em geral com maior semelhança com a verdadeira imagem ótica. / [en] The capture of land cover scenes with optical satellite sensors is often constrained by the presence of clouds that corrupt the collected images. Among the methods for recovering satellite optical images corrupted by clouds, several image to image translation approaches using Generative Adversarial Networks (GANs) have emerged with profitable results, managing to create realistic optical images from Synthetic Aperture Radar (SAR) data. Conditional GAN (cGAN) based methods proposed so far for SAR-to-optical image synthesis tend to produce noisy and unsharp optical outcomes. In this work, we propose the atrous-cGAN, a novel cGAN architecture that improves the SAR-to-optical image translation. The proposed generator and discriminator networks rely on atrous convolutions and incorporate the Atrous Spatial Pyramid Pooling (ASPP) module to enhance fine details in the generated optical image by exploiting spatial context at multiple scales. This work reports experiments carried out to assess the performance of atrouscGAN for the synthesis of Landsat images from Sentinel-1A data based on four public datasets. The experimental analysis indicated that the atrouscGAN overcomes the classical pix2pix model as a feature learning tool for semantic segmentation. The proposal also generates higher visual quality images, in general with higher similarity with the true optical image.

[pt] A principal meta desta tese é estudar os efeitos da chuva nos enlaces operando na faixa de micro-ondas e comprimentos de ondas milimétricas. Para realizar este estudo, é considerado o modelo de chuva que considera um meio de chuva realista composto por um conjunto de gotas com a relação formato-tamanho proposta por Chuang e Beard, uma distribuição de tamanho das gotas dada por de Wolf, o índice de refração complexo da água para uma frequência e temperatura dada sugerido por Ray e uma distribuição de orientação dos eixos de simetria da partícula. O Extended Boundary Condition Method (EBCM) foi aplicado ao modelo descrito para determinar a atenuação, depolarização e espalhamento devidos à chuva. O desenvolvimento foi validado com sucesso por intermédio de comparações de seus resultados com os correspondentes disponíveis na literatura. O modelo de chuva realista foi utilizado em duas aplicações diferentes. Na primeira, foi estudada a interferência devida à chuva entre enlaces de telecomunicações sem fio operando em frequências de ondas milimétricas em ambientes urbanos. Outra aplicação envolve a determinação da taxa de precipitação por intermédio de radares meteorológicos (em particular, radares banda-X). Considerando que seu custo é relativamente baixo e sua resolução elevada, os radares em banda-X estariam entre as melhores opções para monitorar eventos meteorológicos. Entretanto, são susceptíveis à atenuação devida a gases atmosféricos e chuva ao longo dos enlaces, que impedem que a taxa de precipitação seja estimada diretamente a partir da potência recebida correspondente a uma determinada posição. Desta forma, um modelo de chuva realista foi implementado para calcular a seção reta de retroespalhamento e estimar a atenuação específica por intermédio do EBCM em cada um dos volumes existentes entre o radar e a posição selecionada. Este desenvolvimento permite a correção dos efeitos da atenuação existente no enlace formado entre estas duas posições. / [en] The main goal of this research is to study the rain effects on microwave and millimeter wave radio links. Thus, the rain-induced attenuation, depolarization and scattering are studied. To carry out this study, a realistic rain model is proposed, which consider a realistic rain medium composed by a cluster of raindrops with the shape-size relation proposed by Chuang and Beard, a raindrop size distribution given by de Wolf, index of refraction of water for a given temperature and frequency suggested by Ray and a distribution of the orientation angle of the symmetry axis. The realistic rain model is evaluated with two different applications of systems operating at microwave and millimeter wave frequencies. One of the applications involves wireless telecommunication systems, which are strongly affected by the presence of precipitation. To design an efficient radio communication system, the realistic rain model is applied for the analysis and quantification of rain-induced effects on links operating at millimeterwave frequencies in urban environments. Another application involves weather radars (X-band radars in particular). Considering their relatively low cost and high resolution, X-band radars would be among the best options to monitor meteorological events. However, they are susceptible to attenuation by fog, snow or rain. To solve this problem, a realistic and improved rain model is implemented to compute backscattering cross sections and estimate rain attenuation at each range gate. The proposed method is evaluated using radar data provided by the CASA OTG X-band (lambda equal a 3cm) radar located in Mayaguez, Puerto Rico, and X-band radar METEOR 50DX –Selex located in Belém, Brazil.

[pt] Este trabalho apresenta a geração de pulsos de microondas linearmente e não-linearmente modulados em frequência (LFM e NLFM) através da técnica fotônica de auto-heterodinagem. Ao utilizar eletrônica de baixa frequência para modular um diodo laser de feedback distribuído, a variação da portadora óptica no tempo (chirp) é observada, o que é causado predominantemente por efeito térmico. Este efeito, combinado com batimento auto-heteródino, foi capaz de produzir pulsos LFM com alto produto largura de banda-tempo (TBWP). Uma outra abordagem é necessária para geração de pulsos NLFM. Primeiro, é introduzida a técnica Espectroscopia Óptica Resolvida no Tempo para caracterização do chirp de um diodo laser. Em seguida, um estímulo de corrente em formato de função degrau é aplicado ao diodo laser para aquisição da função de transferência de seu chirp, H(s). Com a posse de H(s), uma simulação numérica foi usada para descobrir o estímulo necessário de corrente i(t) para obtenção de pulsos de microondas NLFM através da técnica de auto-heterodinagem. Os resultados experimentais coincidem com a simulação. / [en] This work reports the photonic generation of both linear and non-linear frequency modulation (LFM and NLFM) microwave pulses through a self-heterodyne scheme. By using low-frequency electronics to drive a distributed feedback laser diode, optical chirping is generated predominantly by thermal effect. Combining laser chirping and self-heterodyning, LFM pulses with high time-bandwidth product (TBWP) were achieved. A different approach is required for generation of NLFM microwave pulses. First, for characterization of the laser diode chirp, it is introduced a technique named Time- Resolved Optical Spectroscopy. Then, by using a step-shaped current stimulus, the laser chirp transfer function H(s) was obtained. With knowledge on H(s), a numerical simulation produced the suitable current stimulus i(t) needed to generate NLFM microwave pulses through self-heterodyning. Experimental results agreed with the numerical simulations.