Os computadores de bordo de satélites devem ser projetados para utilização em ambiente espacial. Entre as características deste ambiente destaca-se a presença de diferentes tipos de radiação que podem alterar a operação dos componentes do computador de bordo, causando desde falhas temporárias até na perda total do satélite. Neste contexto, este trabalho apresenta uma análise do comportamento de memórias SRAM quando submetidas a radiação ionizante. Com esta finalidade foi desenvolvida uma plataforma composta por um sistema microprocessado que monitora em tempo real a ocorrência de falhas em memórias. Foram realizados diversos testes nos quais memórias SRAM foram submetidas a diferentes doses de radiação ionizante. As falhas detectadas incluem desde a mudança temporária de bits até a interrupção permanente do funcionamento da memória. Tais testes serviram para investigação do comportamento das memórias SRAM quanto à tolerância a ambientes espaciais com diferentes características.

As memórias são de fundamental importância no computador de bordo de um satélite, uma vez que são responsáveis por armazenar as informações necessárias para o funcionamento correto do mesmo, além dos dados coletados pela carga útil do satélite. Este trabalho propõe uma metodologia e aplicação da mesma em um sistema de memória, de tal forma que, através de passos bem definidos, possibilite a utilização de componentes de memórias não qualificadas para área espacial, com o grau de confiabilidade especificado. Uma etapa baseada no processo de screening foi utilizada como parte integrante de um programa de confiabilidade conduzido na fase de projeto e desenvolvimento do computador de bordo. Na aplicação, um lote mínimo de memórias SRAMs de categoria industrial projetada sem levar em conta efeitos do ambiente espacial (não possuindo garantia do fabricante para operar no espaço) foram submetidas a screening.A metodologia utiliza a aplicação da técnica de screening com a finalidade de conhecer as características de confiabilidade desses componentes e a eliminação de componentes defeituosos. Uma outra etapa abordada na metodologia é o aumento da confiabilidade no desenvolvimento do módulo de memórias SRAMs para o computador de bordo, utilizando os componentes que sobreviveram ao screening. Finalmente, é proposta uma etapa de validação do desenvolvimento do aumento da confiabilidade do módulo, utilizando o método de injeção de falhas. Os resultados conseguidos através da aplicação da metodologia aos módulos de memória SRAM demonstram que a metodologia proposta pode vir a ser uma eficiente ferramenta de projeto a ser utilizada no desenvolvimento de sistemas espaciais.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:33:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cayo Magno da Cruz Fontana.pdf: 2930206 bytes, checksum: d91d48565941ee15a360dd464f84681f (MD5) Previous issue date: 2013-08-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A tarefa de detectar e reconhecer placas de trânsito, em ambientes reais, tem sido amplamente pesquisada nos últimos anos. Recentemente, a quantidade de veículos nas vias urbanas tem crescido exponencialmente. Grandes problemas nestas vias surgiram como consequência deste crescimento. Dados estatísticos da Organização das Nações Unidas (ONU) apontam acidentes de trânsito como uma das principais causas de mortes no planeta. Com o objetivo de auxiliar os condutores na tarefa de detectar e reconhecer placas de trânsito para alertá-los sobre possíveis alterações nas vias, ou até mesmo atuar no controle do carro, apresentaremos nesta dissertação uma abordagem biologicamente inspirada para a detecção de placas de trânsito com base em uma Rede Neural Sem Peso com Generalização Virtual da Memória de Acesso Randômico (Virtual Generalizing Random Access Memory Weightless Neural Network VG-RAM WNN). Redes Neurais sem Peso (RNSP) baseadas em neurônios VG-RAM apresentam um conjunto de eficientes funcionalidades para o aprendizado de máquina, oferecendo uma implementação simples, com treinos e testes rápidos. A arquitetura da nossa RNSP VG-RAM modela o movimento sacádicos dos olhos, e as transformações sofridas pelas imagens capturadas pela retina dos olhos para o colículo superior no cérebro dos mamíferos. Nós avaliamos o desempenho do nosso sistema na detecção de placas de trânsito utilizando como referência um conjunto de placas de trânsito de origem alemã (GTSDB). Utilizando apenas 12 imagens de placas de trânsito para a etapa de treinamento, nosso sistema foi classificado na 16ª posição, em um total de 53 métodos submetidos entre as 18 equipes participantes, para a detecção de placas de trânsito alemão na categoria proibitiva, na Competição Alemã de Placas de Trânsito, etapa do IJCNN 2013. Os resultados experimentais evidenciaram que nossa abordagem é capaz de detectar uma grande variedade de placas de trânsito, de forma confiável e eficiente, utilizando apenas algumas amostras para o treinamento / The task of detecting and recognizing road signs in real environments have been widely researched in recent years. Recently, the number of vehicles on urban roads has grown exponentially. Big problems in these pathways have emerged a result of this growth. Statistics of the United Nations (UN), points traffic accidents as a leading cause of death in the world. With the aim of assisting drivers in the task of detecting and recognizing road signs to alert them about possible changes in the way, or even act to control the car, we present in this dissertation a biologically inspired approach to detect traffic signs based on a Virtual Generalizing Random Access Memory Weightless Neural Networks - VG-RAM WNN. VG-RAM WNN are effective machine learning tools that offer simple implementation and fast training and test. Our VG-RAM WNN architecture models the saccadic eye movement system and the transformations suffered by the images captured by the eyes from the retina to the superior colliculus in the mammalian brain. We evaluated the performance of our VG-RAM WNN system on traffic sign detection using the German Traffic Sign Detection Benchmark (GTSDB). Using only 12 traffic sign images for training, our system was ranked in the 16th position, in the total 53 methods submitted among 18 teams, for the prohibitory category in the German Traffic Sign Detection Competition, part of the IJCNN 2013. Our experimental results showed that our approach is capable of reliably and efficiently detect a large variety of traffic sign categories using a few training samples

Massive MIMO communication systems have been highlighted as the main technology for physical layer of next generation communication standards, like 5G. While conventional communication between BS and its covered users is performed in orthogonal time-frequency resources, the improved interuser interference mitigation capability provided by the large number of BS antennas enables the BS to communicate with several users in the same time-frequency resource. This better usage of available but scarce spectrum elevates the spectral efficiency to very appreciable levels, and has a similar effect on energy efficiency, since the transmit power is not increased. On the other hand, if the objective is to provide a target performance for the users, the required transmit power in both direct and reverse links can be made inversely proportional to the number of BS antennas employed. In this Doctoral Thesis, several important aspects of massive MIMO systems are systematically investigated aiming to improve their energy and spectral efficiencies. We can enumerate our main contributions as follows. Considering a cellular massive MIMO network, we proposed an optimized assignment policy of training sequences to the users, which is then combined with suitable power control algorithms. We have also investigated the adoption of alternative waveforms in this scenario, such as single-carrier transmission, in order to overcome the issues of conventional OFDM. Our contributions in this topic are to derive analytical performance expressions for a time-domain single-carrier equalizer taking advantage of the large number of BS antennas, and to evaluate and compare the total energy efficiency of OFDM versus single-carrier massive MIMO systems. Finally, considering crowded massive MIMO networks, composed by both human users as well as machine-type communication devices, we proposed an improved random access protocol aiming to decrease the average number of access attempts for the users and decreasing the probability of failed access attempts. / Sistemas de comunicação de múltiplas antenas (multiple-input multiple-output - MIMO) têm se destacado como a principal tecnologia para a camada física dos padrões de comunicação da próxima geração, como o 5G. Enquanto a comunicação convencional entre a estação base (base station - BS) e seus usuários atendidos é realizada em recursos ortogonais de tempo-frequência, a grande capacidade de redução da interferência interusuários possibilitada pelo grande número de antenas da BS habilita a BS a se comunicar com diversos usuários no mesmo recurso tempo-frequência. Este melhor uso do escasso espectro disponível eleva a eficiência espectral a níveis muito apreciáveis, e tem um efeito similar na eficiência energética, pois a potência de transmissão não é aumentada. Por outro lado, se o objetivo é fornecer um desempenho desejado para os usuários, a potência de transmissão necessária em ambos os enlaces direto e reverso pode ser feita inversamente proporcional ao número de antenas na BS. Nesta Tese de Doutorado, diversos aspectos importantes de sistemas MIMO massivo são sistematicamente investigados com o objetivo de melhorar suas eficiências energética e espectral. Pode-se enumerar as principais contribuições alcançadas como se segue. Considerando uma rede celular MIMO massivo, propõe-se uma política de atribuição de sequências de treinamento aos usuários otimizada, a qual é depois combinada com apropriados algoritmos de controle de potência. Também investiga-se a adoção neste cenário de formas de onda alternativas, tal como a transmissão de portadora única, visando superar as deficiências da convencional multiplexagem por divisão de portadoras ortogonais (orthogonal frequency-division multiplexing - OFDM). As principais contribuições obtidas neste tema são derivar expressões de desempenho analíticas para um equalizador de portadora única no domínio do tempo que aproveita o grande número de antenas na BS, e avaliar e comparar a eficiência energética total de sistemas MIMO massivo OFDM versus portadora única. Finalmente, considerando redes MIMO massivo sobrecarregadas, compostas por usuários humanos bem como dispositivos de comunicação do tipo máquina, propõe-se um protocolo de acesso aleatório melhorado visando diminuir o número médio de tentativas de acesso para os usuários e diminuir a probabilidade de falhas de tentativa de acesso.

Massive MIMO communication systems have been highlighted as the main technology for physical layer of next generation communication standards, like 5G. While conventional communication between BS and its covered users is performed in orthogonal time-frequency resources, the improved interuser interference mitigation capability provided by the large number of BS antennas enables the BS to communicate with several users in the same time-frequency resource. This better usage of available but scarce spectrum elevates the spectral efficiency to very appreciable levels, and has a similar effect on energy efficiency, since the transmit power is not increased. On the other hand, if the objective is to provide a target performance for the users, the required transmit power in both direct and reverse links can be made inversely proportional to the number of BS antennas employed. In this Doctoral Thesis, several important aspects of massive MIMO systems are systematically investigated aiming to improve their energy and spectral efficiencies. We can enumerate our main contributions as follows. Considering a cellular massive MIMO network, we proposed an optimized assignment policy of training sequences to the users, which is then combined with suitable power control algorithms. We have also investigated the adoption of alternative waveforms in this scenario, such as single-carrier transmission, in order to overcome the issues of conventional OFDM. Our contributions in this topic are to derive analytical performance expressions for a time-domain single-carrier equalizer taking advantage of the large number of BS antennas, and to evaluate and compare the total energy efficiency of OFDM versus single-carrier massive MIMO systems. Finally, considering crowded massive MIMO networks, composed by both human users as well as machine-type communication devices, we proposed an improved random access protocol aiming to decrease the average number of access attempts for the users and decreasing the probability of failed access attempts. / Sistemas de comunicação de múltiplas antenas (multiple-input multiple-output - MIMO) têm se destacado como a principal tecnologia para a camada física dos padrões de comunicação da próxima geração, como o 5G. Enquanto a comunicação convencional entre a estação base (base station - BS) e seus usuários atendidos é realizada em recursos ortogonais de tempo-frequência, a grande capacidade de redução da interferência interusuários possibilitada pelo grande número de antenas da BS habilita a BS a se comunicar com diversos usuários no mesmo recurso tempo-frequência. Este melhor uso do escasso espectro disponível eleva a eficiência espectral a níveis muito apreciáveis, e tem um efeito similar na eficiência energética, pois a potência de transmissão não é aumentada. Por outro lado, se o objetivo é fornecer um desempenho desejado para os usuários, a potência de transmissão necessária em ambos os enlaces direto e reverso pode ser feita inversamente proporcional ao número de antenas na BS. Nesta Tese de Doutorado, diversos aspectos importantes de sistemas MIMO massivo são sistematicamente investigados com o objetivo de melhorar suas eficiências energética e espectral. Pode-se enumerar as principais contribuições alcançadas como se segue. Considerando uma rede celular MIMO massivo, propõe-se uma política de atribuição de sequências de treinamento aos usuários otimizada, a qual é depois combinada com apropriados algoritmos de controle de potência. Também investiga-se a adoção neste cenário de formas de onda alternativas, tal como a transmissão de portadora única, visando superar as deficiências da convencional multiplexagem por divisão de portadoras ortogonais (orthogonal frequency-division multiplexing - OFDM). As principais contribuições obtidas neste tema são derivar expressões de desempenho analíticas para um equalizador de portadora única no domínio do tempo que aproveita o grande número de antenas na BS, e avaliar e comparar a eficiência energética total de sistemas MIMO massivo OFDM versus portadora única. Finalmente, considerando redes MIMO massivo sobrecarregadas, compostas por usuários humanos bem como dispositivos de comunicação do tipo máquina, propõe-se um protocolo de acesso aleatório melhorado visando diminuir o número médio de tentativas de acesso para os usuários e diminuir a probabilidade de falhas de tentativa de acesso.