Tradicionalmente, codificação de fonte e codificação de canal são tratados independentemente, no que se denomina sistema de codificação em dois passos. Isso ocorre porque o teorema da separação das codificações de fonte e canal garante que não há perdas em termos de confiabilidade da transmissão em assim fazê-lo quando o volume de dados gerados pela fonte cresce indefinidamente. No entanto, para seqüências finitas, foi mostrado que pode ser mais eficiente realizar a codificação em apenas um passo, denominada codificação conjunta fonte-canal, que faz uso das características da fonte ou do codificador de fonte para prover proteção contra erros. Este trabalho propõe uma técnica de codificação conjunta utilizando codificadores de fonte e canal consagrados e encontrados em aplicações práticas. São eles o codificador universal adaptativo LZW e o codificador de canal Reed-Solomon. O método proposto utiliza o fato do codificador de fonte não remover completamente a redundância dos arquivos originais para adicionar bits extras, sem perda de desempenho e sem distorção dos dados originais. A redundância remanescente no código é então utilizada para embutir os bits de paridade do código de canal. O desempenho do método é medido através de sua aplicação em arquivos dos corpos de Calgary e Canterbury. A exploração da redundância remanescente no código gerado pelo LZW pode ser aplicada aos codificadores universais LZ78 e suas variações que se baseiam no mesmo princípio de atualização do dicionário.

Dado o cenário atual de explosão dos serviços de telecomunicações, especialmente na ampliação das redes sem fio, estão sendo realizados diversos estudos para criar novas tecnologias com o objetivo de tornar mais eficiente essas comunicações. Partindo dessa temática, esta tese foi elaborada para realizar um estudo sobre alguns códigos corretores de erros para comunicação digital. Os códigos abordados nesta tese são os mais recentes, conhecidos e importantes das telecomunicações, e o método de abordagem será o estudo de seus princípios e fundamentos e simulações entre tais códigos. Além dos códigos corretores de erros já estabelecidos, esta tese irá investigar o comportamento de um código novo cujas características aparentam ser promissoras.

Esta tese de mestrado se propõe a resolver alguns problemas interessantes na área de Computação e Matemática, utilizando técnicas de Análise Combinatória, Teoria dos Grafos, Funções Geratrizes, Programação Dinâmica e Álgebra Linear. No decorrer da tese são abordados 3 problemas cujas soluções apresentam enfoque original, sob o ponto de vista da Teoria da Computação. O primeiro problema é o problema de Ulam (no capítulo referente a este problema, um novo algoritmo heurístico que interpreta o papel de um dos jogadores é apresentado). O segundo problema trata da contagem do número de matrizes de sinais alternantes e o último problema trata da contagem do número recobrimentos por dominós de uma dada figura plana (ou pareamentos perfeitos em grafos bipartidos).

Motivado pelos avanços tecnológicos dos instrumentos de sensoriamento remoto o que, por sua vez, implica a necessidade de compressores de imagens embarcados em satélites e motivado também pela tendência ao uso de dispositivos comerciais (COTS) em aplicações espaciais, este trabalho propõe uma solução completa em hardware para compressão de imagens de sensoriamento remoto. Como requisitos, considera-se um nível de compressão mínimo é quatro vezes (4:1), com qualidade melhor do que 50 dB e taxa de processamento acima de 5 Mpixel/s. Como solução para compressão, optou-se pelo padrão JPEG-LS, de baixa complexidade, com a adição de recursos de mitigação de erros provocados pelos efeitos da radiação espacial em órbitas baixas, visando sua implementação em dispositivos lógicos programáveis (FPGA) COTS. A susceptibilidade do compressor JPEG-LS, com e sem adição de métodos clássicos de mitigação de erros, como a redundância modular tripla (TMR) e a codificação Hamming, é avaliada utilizando-se um esquema de injeção aleatória de eventos singulares, transitórios (SET) e comutação de bit (SEU), para levantamento de taxas relativas de erros, por simulação, e do respectivo impacto em área, por síntese. Para simular os efeitos da radiação no espaço, emprega-se um modelo com uma distribuição gaussiana de incidência de eventos de duração fixa, menor do que o período de clock, e com uma distribuição uniforme para seleção do sinal e do respectivo bit afetado. Ao longo da simulação, a contagem de erros é efetuada através da comparação dos dados gerados com um padrão de referência, sem erros. O método para avaliação de susceptibilidade proposto possibilita, através de rápidas iterações entre simulação e síntese, a obtenção de informações relevantes que permitem estimar a relação custo-benefício referente à adição de diferentes medidas de mitigação. A solução completa abrange o empacotamento dos dados resultantes da compressão, considerando tópicos como armazenamento temporário e controle da taxa de compressão, para acomodar flutuações na taxa de dados; multiplexação dos dados de diferentes bandas espectrais; formatação dos blocos de dados; e adição de codificação Reed-Solomon, para mitigar erros relativos ao enlace de transmissão. Dentre as contribuições do trabalho destaca-se: a avaliação de um compressor de imagens implementado em hardware com resultados que excedem os requisitos de projeto; a proposta de um método de avaliação de susceptibilidade que se diferencia pela injeção de SETs, pelo levantamento de taxas de erros e pelo tempo relativamente rápido de execução; uma estimativa melhor do que 100 vezes para redução na susceptibilidade do algoritmo de compressão com adição de mitigação de erros, obtida com o emprego do método proposto; e uma avaliação em hardware dos princípios envolvidos na concepção da solução completa, com resultados positivos.

O objetivo do trabalho é analisar o comportamento do Conteúdo Eletrônico Total (TEC) de uma forma global (macro) e através deste estudo, ter-se um melhor conhecimento da ionosfera para um futuro estudo de modelagem do conteúdo eletrônico de forma global e regional (América do Sul), que poderá ser usado em receptores GPS diminuindo assim o erro de atraso devido à ionosfera para aplicações que exijam alta acurácia. Para isso aplicativos foram desenvolvidos para o estudo da ionosfera através do TEC, possibilitando o conhecimento de seu comportamento durante quase cinco anos de dados (desde 1999). Os programas utilizam dados no formato IONEX ("Ionospheric Exchange") e no formato RINEX ("Receiver Independent Exchange"). Foi analisado o comportamento global da ionosfera e puderam-se visualizar as variações diárias, mensais e anuais do Conteúdo Eletrônico Total na Vertical (VTEC), permitindo também analisar o efeito do índice KP na região da Anomalia Equatorial (AE). Foram identificados os dias com maior atividade geomagnética (KP > 6). O modelo Klobuchar empregado nos receptores de uso civil foi simulado e pôde-se observar a quantidade do erro corrigido pelo modelo e a variação anual de forma global, permitindo-se assim comparar com os mapas do VTEC e identificar a quantidade aproximada de erro que deveria ser corrigida. Foram desenvolvidos aplicativos para o cálculo do VTEC usando dados no formato RINEX e pôde-se analisar a variação para algumas das estações do IBGE. Os mapas do VTEC foram utilizados para observar os efeitos causados no comportamento do VTEC poucos dias após a ocorrência de explosões solares ou tempestades magnéticas (29/10/03).

Aeronaves são equipadas com múltiplos sensores que medem grandezas como a velocidade e o ângulo de ataque, além dos comandos dos pilotos. Em geral, cada grandeza é medida por vários sensores redundantes, devido à possibilidade de falha dos sensores e à criticidade da perda da medida ou da sua medição errônea. Os diversos valores medidos para uma mesma variável devem ser consolidados em um único valor por uma lógica de votação. Esta informação pode ser usada para indicação aos pilotos no cockpit e/ou para cálculo dos comandos de deflexão das superfícies de controle da aeronave. Sendo assim, se o votador fornecer um valor errôneo de uma grandeza para o sistema aviônico e para o sistema de controle, os pilotos poderão ser induzidos a tomar decisões equivocadas e os comandos calculados e aplicados às superfícies de controle estarão incorretos, o que pode provocar acidentes catastróficos. Portanto, o votador deve ser capaz de detectar falhas nos sensores e consolidar um valor único e confiável de cada grandeza, evitando a propagação de falhas para os sistemas de controle e de indicação. O objetivo deste trabalho é desenvolver um algoritmo de votação de quatro sinais orientado para aplicação em sensores redundantes de aeronaves. O trabalho também inclui a apresentação dos conceitos básicos sobre votação no meio aeronáutico, simulações de casos de falhas e verificação da resposta do algoritmo proposto nestas situações, bem como uma análise sobre a configuração dos parâmetros.

A série de satélites CBERS é o resultado da cooperação entre o Brasil e China. As imagens CBERS são distribuídas gratuitamente mas para que seja possível utilizá-las, é necessário aplicar um método de correção geométrica de forma manual ou assistida. Somente após a correção existe correspondência entre as posições de pontos das imagens e as posições dos respectivos objetos na superfície da Terra. A partir de um método automático de correção, que usa como referência amostras de imagens previamente corrigidas, é proposta uma forma de aperfeiçoamento pela seleção automática das amostras de referência. São usadas técnicas de classificação e diferentes conjuntos de atributos radiométricos extraídos das imagens. Pelo estudo do comportamento de diferentes modelos de classificação foi possível definir qual o modelo que seleciona de forma ótima as melhores amostras. Para demonstrar a eficácia e o ganho de desempenho o método de correção proposto é aplicado em um conjunto de imagens CBERS usando as amostras de imagens selecionadas automaticamente.

O sistema global de navegação por satélite (GNSS - Global Navigation Satellite System) tem potencial de se tornar um sistema primário de navegação em aeronaves civis, entretanto, necessita de melhoria no seu desempenho (acurácia, integridade, continuidade e disponibilidade). Ele apresenta a falta de uma característica fundamental para sistemas críticos de segurança, ele não provê limites de acurácia no cálculo da posição do usuário. Mesmo que na maioria do tempo a sua acurácia é excelente, mesmo assim o erro na posição pode ser muito grande sem que qualquer aviso seja dado ao seu usuário. Entre as várias fontes de erros no sistema GPS, a ionosfera é uma das maiores em sistemas com única portadora. Para corrigir tais deficiências, o sistema Satellite Based Augmentation System (SBAS) foi desenvolvido para auxiliar o sistema GPS na correção e limitação rígida dos seus erros. No sistema SBAS desenvolvido nos Estados Unidos da América, Wide Area Augmentation System (WAAS) existe, entre várias informações, o envio de mensagem para correção específica do atraso ionosférico sobre o sinal L1 do sistema GPS (Global Positioning System). Este efeito é estimado através de estações de referência espalhadas pelo continente norte-americano. Os dados das várias estações de referência são então enviados para estações principais, também chamados de WMS (WAAS Master Station), onde uma grade, com dados do atraso na vertical do sinal do sistema GPS devido ao efeito da ionosfera, será formada. Mostra-se neste trabalho como este sistema de auxílio aos usuários GPS trabalha e principalmente como pode ajudar na estimação do erro devido ao atraso de grupo no sinal do sistema GPS por conseqüência dos fenômenos que ocorrem na camada ionosférica. Neste trabalho o objetivo principal é a simulação através de um dos possíveis algoritmos em desenvolvimento para esta estimação do atraso ionosférico no sinal L1 do sistema GPS, o método LMMSE (Linear Minimum Mean Squared Error), que é gerado pelo segmento de controle. Através deste algoritmo serão gerados os valores dos atrasos ionosféricos para alguns pontos próximos a região sul e sudeste do Brasil e estes são então plotados juntamente com o atraso ionosférico estimado através do modelo IRI-2001 para um dado dia. Também serão estimados os valores dos erros pós-processamento do algoritmo. Os dados GPS utilizados neste trabalho são provenientes principalmente das estações que compõem a rede RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo) e controlada pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística).

Uma série de fatores ambientais pode afetar o desempenho do GPS (Global Positioning System), tais como, interferência eletromagnética, multicaminho, atrasos em função de propagação pela atmosfera e cintilações ionosféricas. As cintilações da Ionosfera são responsáveis por parte significativa da diminuição de precisão do GPS e, em casos extremos, o funcionamento do receptor pode ser interrompido em função desse fenômeno. As cintilações ionosféricas resultam em variações rápidas na fase e na amplitude do sinal de rádio que atravessa a Ionosfera. Esse fenômeno é mais comum na região equatorial, onde ocorre diariamente após o pôr do sol. Este trabalho tem como objetivo avaliar os efeitos da cintilação ionosférica nas malhas de rastreamento do código, DLL (Delay Locked Loop), e da portadora, CCL (Carrier Costas Loop) de receptores GPS. Inicialmente, são apresentados os modelos estatísticos que caracterizam os sinais gerados pela cintilação em fase e amplitude. Posteriormente, é apresentada uma análise de desempenho do receptor em função dos efeitos da cintilação ionosférica. A partir dessa análise, são obtidos modelos analíticos para representar o desempenho do receptor GPS. Além das análises analíticas, são apresentados resultados obtidos por meio de simulação numérica. Exceção feita às situações envolvendo casos extremos de cintilação ou para casos onde a potência do sinal recebido é baixa, as simulações comprovaram o desempenho teórico dos modelos do CCL e do DLL.