Orientador: Prof. Dr. Marcio Eisencraft / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia da Informação, 2015. / Um sinal caótico e caracterizado como sendo determinístico aperiódico e limitado em amplitude apresentando também dependência sensível às condições iniciais. Esta ultima característica implica que se o sistema gerador dos sinais for iniciado com condições iniciais ligeiramente diferentes, os sinais obtidos apresentarão valores completamente distintos após um curto período de tempo. Apesar das aplicações de sinais caóticos em Telecomunicações serem estudadas há mais de duas d'escadas, poucas contribuições foram apresentadas sobre as características espectrais desses sinais. Geralmente, eles são caracterizados como sinais. De banda larga devido à periodicidade. Porém, em aplicações práticas, é necessário uma descrição bem mais detalhada. Nesse trabalho, investigam-se as características da Sequencia de Autocorrelação (SAC) e da Densidade Espectral de Potência (DEP) de sinais caóticos gerados por algumas famílias de mapas unidimensionais, buscando-se generalizar resultados anteriores da literatura. Para uma particular família de mapas lineares por partes, deduz-se analiticamente a SAC e a DEP e investiga-se a relação entre a banda essencial e o expoente de Lyapunov. Obtém-se numericamente também a SAC e a DEP de mapas com não-linearidades quadráticas e esboça-se uma aplicação desses resultados na determinação do espectro e da banda ocupada por sistemas de comunicação baseados em caos. / A chaotic signal is deterministic, aperiodic, limited in amplitude and has sensitive dependence on initial conditions. This last one implies that if the signals of the generator system starts with slightly different initial conditions, the obtained signals have completely different values after a short time. Although the chaotic signals applications in Telecommunications has been studied for over two decades, just a few studies have been published on the spectral characteristics of these signals. They are usually characterized as wideband signals due to the aperiodicity. However, in practical applications, a much more detailed description is necessary. In this work, we investigate the characteristics of the Autocorrelation Sequence (ACS) and Power Spectral Density (PSD) of chaotic signals generated by some families of one-dimensional maps, generalizing previous results in the literature. For a particular family of piecewise linear maps, we analytically deduce the ACS and the PSD and investigate the relationship between the occupied bandwidth and the Lyapunov exponent. For nonlinear quadratic maps, we obtain the ACS and PSD numerically. We also apply the results in the determination of the spectrum and the band occupied by chaos-based communication systems.

O presente trabalho tem como objetivo desenvolver novas alternativas de identificação modal para estruturas sob excitações em condição de operação baseadas em funções de transmissibilidade. Recentes metodologias formuladas sobre conceitos de transmissibilidade têm surgido como alternativa para a identificação de parâmetros modais de estruturas. A identificação nestas metodologias é independente do espectro da excitação, sendo uma vantagem importante com respeito a metodologias anteriores no domínio da frequência que supõem a excitação como ruído branco. Dessa forma, aproveitando os diferentes trabalhos dirigidos a avaliar parâmetros modais com uso da transmissibilidade, são propostas três novas alternativas. A primeira delas propõe a decomposição de valores singulares sobre matrizes de funções de transmissibilidade escalar com densidade espectral para estimar frequências naturais e modos de vibração. A segunda alternativa propõe o conceito de funções de transmissibilidade multivariável com diferente referência para a identificação modal. E a terceira introduz uma melhora na primeira alternativa incluindo a possibilidade da estimação de taxas de amortecimento. Uma ferramenta computacional para a análise modal é desenvolvida como apoio para as simulações numéricas de verificação das metodologias de identificação modal propostas. Diferentes exemplos numéricos com uma viga submetida a excitações de ruído colorido mostram que os métodos propostos são capazes de identificar parâmetros modais sem a introdução das frequências adicionais devido às excitações de ruído colorida utilizadas. Além disso, os dados de um teste de vibrações sobre uma ponte em operação foram utilizados para verificar os métodos. / This research aims to develop new alternatives of modal identification for structures under excitation in operation condition based on transmissibility functions. Latest methodologies based on transmissibility concepts have been arising as alternatives for modal parameter identification of structures. Modal parameter identification in this type methodology is input spectrum independent being an important advantage with respect previous frequency domain methods that assumes white noise excitation. Different alternatives of modal identification based on transmissibility functions are proposed in this work. The first of them proposes singular value decomposition on scalar transmissibility functions matrices with spectral density to estimate natural frequencies and vibration modes (PSDTM-SVD method). A second alternative proposes the concept of multivariable transmissibility functions with different transferring outputs for modal parameter identification. And the third alternative proposes an enhanced PSDTM-SVD method, which permits to identify modal damping. Computational tool for modal analysis is developed as a support for the numerical simulations of verification of modal identification methodologies proposed. Different numerical examples of a beam model subjected to colored noise excitations show that the proposed methods are capable of identifying modal parameters without the introduction of the additional frequencies due to the excitations used. Furthermore, data from an operational vibration bridge test were used to verify the methods.

O presente trabalho tem como objetivo desenvolver novas alternativas de identificação modal para estruturas sob excitações em condição de operação baseadas em funções de transmissibilidade. Recentes metodologias formuladas sobre conceitos de transmissibilidade têm surgido como alternativa para a identificação de parâmetros modais de estruturas. A identificação nestas metodologias é independente do espectro da excitação, sendo uma vantagem importante com respeito a metodologias anteriores no domínio da frequência que supõem a excitação como ruído branco. Dessa forma, aproveitando os diferentes trabalhos dirigidos a avaliar parâmetros modais com uso da transmissibilidade, são propostas três novas alternativas. A primeira delas propõe a decomposição de valores singulares sobre matrizes de funções de transmissibilidade escalar com densidade espectral para estimar frequências naturais e modos de vibração. A segunda alternativa propõe o conceito de funções de transmissibilidade multivariável com diferente referência para a identificação modal. E a terceira introduz uma melhora na primeira alternativa incluindo a possibilidade da estimação de taxas de amortecimento. Uma ferramenta computacional para a análise modal é desenvolvida como apoio para as simulações numéricas de verificação das metodologias de identificação modal propostas. Diferentes exemplos numéricos com uma viga submetida a excitações de ruído colorido mostram que os métodos propostos são capazes de identificar parâmetros modais sem a introdução das frequências adicionais devido às excitações de ruído colorida utilizadas. Além disso, os dados de um teste de vibrações sobre uma ponte em operação foram utilizados para verificar os métodos. / This research aims to develop new alternatives of modal identification for structures under excitation in operation condition based on transmissibility functions. Latest methodologies based on transmissibility concepts have been arising as alternatives for modal parameter identification of structures. Modal parameter identification in this type methodology is input spectrum independent being an important advantage with respect previous frequency domain methods that assumes white noise excitation. Different alternatives of modal identification based on transmissibility functions are proposed in this work. The first of them proposes singular value decomposition on scalar transmissibility functions matrices with spectral density to estimate natural frequencies and vibration modes (PSDTM-SVD method). A second alternative proposes the concept of multivariable transmissibility functions with different transferring outputs for modal parameter identification. And the third alternative proposes an enhanced PSDTM-SVD method, which permits to identify modal damping. Computational tool for modal analysis is developed as a support for the numerical simulations of verification of modal identification methodologies proposed. Different numerical examples of a beam model subjected to colored noise excitations show that the proposed methods are capable of identifying modal parameters without the introduction of the additional frequencies due to the excitations used. Furthermore, data from an operational vibration bridge test were used to verify the methods.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-08-24T15:00:51Z No. of bitstreams: 1 RAISSA BEZERRA ROCHA - TESE (PPgEE) 2017.pdf: 2547994 bytes, checksum: e7533ebc755ba778f971329b75a40ff2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-24T15:00:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RAISSA BEZERRA ROCHA - TESE (PPgEE) 2017.pdf: 2547994 bytes, checksum: e7533ebc755ba778f971329b75a40ff2 (MD5) Previous issue date: 2017-03-20 / CNPq / A busca por novos modelos que representem a biofísica da fonação da voz é importante em aplicações que incluem o processamento do sinal de voz por representar uma ferramenta no conhecimento de característica dos locutores. Esta tese de doutorado apresenta uma nova abordagem para a teoria fonte-filtro de geração de voz, mais precisamente sons sonoros, que realiza a modelagem da voz por meio de três subsistemas independentes: fonte de excitação, trato vocal e radiação dos lábios e narinas. Trata-se de um modelo em que a geração da voz é feita por meio de filtros lineares e invariantes ao deslocamento no tempo e que leva em consideração a física da fonação, a partir da característica cicloestacionária do sinal de voz, proveniente do comportamento de vibração das cordas vocais. É sugerido que a frequência de oscilação das cordas vocais é dada em função da massa e comprimento delas, e que seu valor é alterado principalmente pela tensão longitudinal aplicada a elas. No modelo proposto para geração da voz, o movimento vibratório das cordas vocais é modelado por meio de um de gerador de trem de impulsos cicloestacionário, controlado por um sinal de tensão obtido a partir da forma de onda do sinal de voz. É realizada toda a análise matemática que abrange o novo modelo para a excitação glotal, apresentando-se uma expressão matemática da densidade espectral de potência do sinal que excita a glote, bem como para o sinal de voz, cujos parâmetros podem ser ajustados para emular patologias na glote. Além disso, apresenta-se a análise no domínio da frequência do pulso glotal usado. Para analisar o desempenho do modelo proposto, testes com locução foram realizados e os resultados indicam que o modelo proposto se ajusta bem a geração da voz. / The search for new models that represent the biophysics of voice phonation is important for applications that include voice signal processing because it represents a tool for getting to know the characteristics of the speakers. This doctoral thesis presents a new proposal for the source-filter theory of voice production, more precisely related to voiced sounds, that performs the voice modelling using three independent subsystems: the excitation source, the vocal tract, the lip and nostrils radiation system. It is a proposal for a model to generate voice using linear and time-invariant systems, and takes into account the phonation physics and the cyclestationarity characteristics of the voice signal, related to the vibrational behavior of the vocal cords. The model suggests that the frequency oscillation of the vocal folds is a function of the mass and length, but controlled by the longitudinal tension applied to them. In the proposed voice generation model, the vibratory movement of the vocal cords is modeled by a cyclestationary train of impulses, controlled by a tension signal obtained from the voice signal waveform. A mathematical analysis encompassing the new model for glottal excitation is accomplished by presenting a mathematical expression of the signal power spectral density which excites the glottis, as well as the voice signal, whose parameters can be adjusted to emulate pathologies in the glottis. Moreover, the analysis of the utilized glottal pulse in the frequency domain is presented. To analyze the performance of the proposed model, tests with locutions were done and the results indicate that the proposed model adjusts well to voice generation.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation aims to make a study and processing of two types of signs of neuronal electrical activity. The first was recorded from multielectrode arrays (MEA), in reference to spontaneous activity of neuronal groups grown in cultures. We analyzed two cultures considered inactive, meaning, cultures that after a few days in vitro, there was not a connection between neurons. It was applied two mathematical tools, autocorrelation and power spectral density, allowing an analysis of the signal in time domain and frequency, respectively, trying to verify whether the data recorded from these inactive cultures could be considered as noise from instrumentation. In fact, the results indicate that these signals have similar characteristics to white noise, which disturbs any computer analysis usually performed by researchers in computational neuroscience. Another source of signals used for this study were records of electroencephalography (EEG), collected on 20 patients from the Clinical Hospital of Uberlândia under prior consent. After a clinical examination by qualified professional, an analysis was performed using computational Fourier transform and power spectral density. Through amplitude graphics (Fourier transform) and spectral density, we have realized that the signal energy is concentrated around the frequencies more representative and, in some cases, there was presence of noise from power network. With the phase spectrum, it was possible to conclude that signals with similar frequencies have spectra of similar phase. / Esta dissertação tem como objetivo fazer um estudo e processamento de dois tipos de sinais de atividade elétrica neuronal. O primeiro foi registrado a partir de matrizes multieletrodos (MEA), referentes a atividade espontânea de grupos neuronais em cultura. Foram analisadas duas culturas consideradas como inativas, ou seja, culturas que após alguns dias in vitro, não se verificou a conexão entre os neurônios. Foram aplicadas duas ferramentas matemáticas, autocorrelação e densidade espectral de potência, permitindo uma análise do sinal no domínio do tempo e freqüência, respectivamente, procurando verificar se os dados registrados destas culturas inativas poderiam ser considerados como ruído de instrumentação. De fato, os resultados apontam que estes sinais apresentam características semelhantes ao ruído branco, o qual perturba qualquer análise informática normalmente realizada por pesquisadores em neurociência computacional. Outra fonte de sinais utilizados para este estudo foram registros de eletroencefalografia (EEG), coletados em 20 pacientes do Hospital de Clínicas de Uberlândia sob prévio consentimento destes. Após uma análise clínica por profissional qualificado, foi realizada uma análise computacional utilizando transformada de Fourier e densidade espectral de potência. Através dos gráficos de amplitude (transformada de Fourier) e densidade espectral, percebeu-se que a energia do sinal está concentrada em torno das freqüências mais representativas e, em alguns casos, observou-se presença de ruído de rede elétrica. Com o espectro de fase, foi possível concluir que sinais com freqüências semelhantes apresentam espectros de fase semelhantes. / Mestre em Ciências

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-20T12:09:28Z No. of bitstreams: 1 thiagorodriguesoliveira.pdf: 2429204 bytes, checksum: b1904f2bde31b546890c5bfa77d58c80 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-20T12:44:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 thiagorodriguesoliveira.pdf: 2429204 bytes, checksum: b1904f2bde31b546890c5bfa77d58c80 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-20T12:44:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thiagorodriguesoliveira.pdf: 2429204 bytes, checksum: b1904f2bde31b546890c5bfa77d58c80 (MD5) Previous issue date: 2010-09-28 / Esta dissertação apresenta, de forma detalhada, um conjunto de metodologias e técnicas destinadas à análise de redes de energia elétrica como meio de transmissão de dados (power line communication - PLC). As características das redes elétricas que influenciam um sistema de comunicação de dados consideradas neste trabalho são as seguintes: a impedância de acesso à rede elétrica, a resposta ao impulso e o ruído. Para tanto, técnicas de processamento de sinais para estimação da resposta em frequência, estimação do comprimento efetivo da resposta ao impulso, detecção e segmentação de ruídos impulsivos e análise espectral de ruídos aditivos são propostas e discutidas na presente contribuição. Os desempenhos objetivos e a apreciação subjetiva das técnicas propostas, a partir de dados sintéticos e medidos, evidenciam a adequação destas técnicas para a análise em questão. Além disso, formulações matemáticas para a resposta ao impulso de canais PLC invariantes, variantes e periodicamente variantes no tempo, derivadas a partir do modelo de multi-propagação para canais PLC, são apresentadas. Tais formulações proporcionam de forma simples e objetiva a emulação dos possíveis comportamentos temporais de canais PLC reais e, portanto, podem se constituir como ferramentas de grande utilidade para o projeto e a avaliação de sistemas de comunicações baseados na tecnologia PLC. / This thesis addresses a set of methodologies and techniques for the analysis of electric grids as a medium for data communications (power line communications - PLC). The main features influencing a communication system that are considered in this work are the input impedance, the channel impulse response, and the noise. In this regards, signal processing-based techniques are investigated, proposed and analyzed for the estimations of the channel frequency response and the effective length of the channel impulse response; the detection and segmentation of impulsive noise; and the power spectral analysis of the additive noise at the channel output. The numerical performance and subjective analysis regarding the use of the proposed techniques in synthetic and measured data indicate that those techniques fit well in the thesis purposes. In addition, mathematical formulation for invariant, time-varying, and periodically time-varying PLC channel models, which are based on multi-path channel model approach, are presented. These formulations are simple and elegant ones for the emulation of possible temporal behavior of existing PLC channels and, as a result, can constitute a useful tool for the design and analysis of PLC systems.

O sinal EEG, cujas informações descrevem o comportamento elétrico do córtex cerebral, apesar de ser bastante utilizado para diagnósticos, principalmente de patologias como epilepsia, no Brasil ainda não é usual o monitoramento contínuo em ambiente de UTI em hospitais públicos. Diante disso, e partindo do pressuposto que estudos sobre o EEG normal, registrado em pessoas sem problemas neurológicos, são escassos, a criação de uma base de registros de EEG normal e análise quantitativa da mesma se faz necessária para que, por meio dos resultados obtidos, padrões normais possam ser estabelecidos e por meio deles a identificação de parâmetros patológicos se torne mais eficaz. Nesse projeto foi elaborada uma base de dados de EEG, com total de 100 registros válidos, advindos de voluntários normais e saudáveis. E a partir desses registros a situação de vigília e olhos fechados foi analisada sob o aspecto de três quantificadores distintos, sendo eles, Porcentagem de Contribuição de Potência (PCP), Frequência Mediana (FM) e Coerência, ambos avaliando o sinal no domínio da frequência. A fim de obter comparações para os resultados obtidos pela análise dos dados do EEG normal, foram utilizados 128 registros de EEG em situação de coma, com diferentes tipos de etiologias e desfechos. Os ritmos que apresentaram maiores distinções entre normal e coma foram Delta e Alfa, principalmente para o quantificador FM. Notou-se que o PCP avaliou características de potência e portanto sintetizou as informações de energia de cada ritmo cerebral tanto em EEG normal quanto em EEG coma. Já FM traz informações de valores de frequências em que há maior concentração de potência, e por fim o quantificador coerência informa o grau de semelhança entre o hemisfério direito e o esquerdo do cérebro. Sendo assim não foi possível afirmar qual dos quantificadores apresentou melhores resultados, visto que cada um trata-se de uma características distintas. / The EEG signal, whose information describes the electrical behavior of the cerebral cortex, although it is widely used for diagnoses, mainly of pathologies such as epilepsy, in Brazil it is still not usual to monitor the ICU environment in public hospitals. Considering this, and assuming that studies on normal EEG, registered in people without neurological problems, are scarce, the creation of a base of normal EEG registers and quantitative analysis of it is necessary so that, through the obtained results, Normal patterns can be established and through them, the identification of pathological parameters becomes more effective. In this project, an EEG database was developed, with 100 valid records from normal and healthy volunteers. In addition, from these records, the waking and closed eyes situation was analyzed under the aspect of three distinct quantifiers, being: Power Contribution Percentage (PCP), Median Frequency (FM) and Coherence, both evaluating the signal in the frequency domain. In order to obtain comparisons for the results obtained by the analysis of the normal EEG data, 128 EEG records were used in coma, with different types of etiologies and outcomes. The rhythms that presented the highest distinctions between normal and coma were Delta and Alpha, mainly for the FM quantifier. It was noted that PCP evaluated power characteristics and therefore synthesized the energy information of each brain rhythm in both normal EEG and EEG coma. Already FM brings information of values of frequencies in which there is greater concentration of power, and finally the quantifier coherence informs the degree of similarity between the right and left hemisphere of the brain. Thus, it was not possible to say which of the quantifiers presented better results, since each one is a distinct characterization. / Dissertação (Mestrado)