Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-25T13:40:30Z No. of bitstreams: 1 marcosviniciusteixeira.pdf: 5877294 bytes, checksum: 8fe056549285d49782c2d9ec8e16f786 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-25T15:26:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marcosviniciusteixeira.pdf: 5877294 bytes, checksum: 8fe056549285d49782c2d9ec8e16f786 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T15:26:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marcosviniciusteixeira.pdf: 5877294 bytes, checksum: 8fe056549285d49782c2d9ec8e16f786 (MD5) Previous issue date: 2015-08-21 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho tem como objetivo o estudo de técnicas para a estimação da amplitude de sinais no calorímetro de telhas (TileCal) do ATLAS no LHC em cenários de alta luminosidade. Em alta luminosidade, sinais provenientes de colisões adjacentes são observados, ocasionando o efeito de empilhamento de sinais. Neste ambiente, o método COF (do inglês, Constrained Optimal Filter), apresenta desempenho superior ao algoritmo atualmente implementado no sistema. Entretanto, o COF requer a inversão de matrizes para o cálculo da pseudo-inversa de uma matriz de convolução, dificultando sua implementação online. Para evitar a inversão de matrizes, este trabalho apresenta métodos interativos, para a daptação do COF, que resultam em operações matemáticas simples. Baseados no Gradiente Descendente, os resultados demonstraram que os algoritmos são capazes de estimar a amplitude de sinais empilhados, além do sinal de interesse com eficiência similar ao COF. Visando a implementação online, este trabalho apresenta estudos sobre a complexidade dos métodos iterativos e propõe uma arquitetura de processamento em FPGA. Baseado em uma estrutura sequencial e utilizando lógica aritmética em ponto fixo, os resultados demonstraram que a arquitetura desenvolvida é capaz executar o método iterativo, atendendo os requisitos de tempo de processamento exigidos no TileCal. / This work aims at the study of techniques for online energy estimation in the ATLAS hadronic Calorimeter (TileCal) on the LHC collider. During further periods of the LHC operation, signals coming from adjacent collisions will be observed within the same window, producing a signal superposition. In this environment, the energy reconstruction method COF (Constrained Optimal Filter) outperforms the algorithm currently implemented in the system. However , the COF method requires an inversion of matrices and its online implementation is not feasible. To avoid such inversion of matrices, this work presents iteractive methods to implement the COF, resulting in simple mathematical operations. Based on the Gradient Descent, the results demonstrate that the algorithms are capable of estimating the amplitude of the superimposed signals with efficiency similar to COF. In addition, a processing architecture for FPGA implementation is proposed. The analysis has shown that the algorithms can be implemented in the new TilaCal electronics, reaching the processing time requirements.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-09-28T18:09:06Z No. of bitstreams: 1 davispereirabarbosa.pdf: 10683458 bytes, checksum: 8cd37a50126b8e958532ac4b151e99d4 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-10-09T19:24:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 davispereirabarbosa.pdf: 10683458 bytes, checksum: 8cd37a50126b8e958532ac4b151e99d4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-09T19:24:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 davispereirabarbosa.pdf: 10683458 bytes, checksum: 8cd37a50126b8e958532ac4b151e99d4 (MD5) Previous issue date: 2017-03-17 / Esta tese propõe uma nova abordagem baseada em representação esparsa para o problema de estimação de energia em calorimetria de altas energias em cenários com empilhamento de sinais. Inserida dentro do programa de atualização do experimento ATLAS, no LHC, ela teve como principal motivação o aumento progressivo da luminosidade no colisionador e suas consequências relativas ao problema da estimação da energia nos canais do calorímetro eletromagnético do ATLAS, o LArg. Dois métodos de estimação foram propostos e denominados de SPARSE e SPARSE-COF, ambos utilizando programação linear na busca pela esparsidade. Esses métodos tiveram os seus desempenhos avaliados em diversas simulações e foram comparados com o método clássico utilizado nos calorímetros do ATLAS, denominado OF, e com o DM-COF, método recentemente desenvolvido para o calorímetro hadrônico do ATLAS que trata o problema de empilhamento de sinais em sua formulação. Nas diversas simulações realizadas, os métodos SPARSE e SPARSE-COF apresentaram desempenho superior aos demais, principalmente quando a janela de observação utilizada para a estimação da energia não contém todas as amostras do pulso típico do calorímetro, operando em cenários de empilhamento de sinais. Adicionalmente, através dados de simulações Monte Carlo do LArg, os métodos baseados em representação esparsa foram avaliados utilizando programação linear e também métodos esparsos de menor complexidade computacional,como o IRLS,o OMP e o LS-OMP. Os resultados mostraram que o método LS-OMP apresentou desempenho equivalente aos métodos e SPARSE e SPARSE-COF, qualificando-o como candidato a ser utilizado para estimação on-line de energia no LArg. / This thesis proposes a new approach based on sparse representation for the energy estimation problem in high energy calorimetry operating in pile-up scenarios. This work was mainly motivated by the progressive increase of the LHC luminosity and its consequences on the energy estimation problem for channels of the electromagnetic calorimeter of ATLAS (LArg), in the context of the ATLAS experiment upgrade program at the LHC. Two estimation methods were proposed and named SPARSE and SPARSE-COF, both using linear programming in the search for sparsity. These methods were evaluated in several simulations and compared with the classical method used in ATLAS calorimeters, called OF, and with DM-COF, a recently developed method for the ATLAS hadronic calorimeter that addresses pileup problem in its formulation. In the various simulations performed, SPARSE and SPARSE-COF methods performed better than others, especially when the observation window used for energy estimation does not contain all samples of the typical calorimeter pulse, operating in pile-up scenarios. In addition, through LArg Monte Carlo simulations, the methods based on sparse representation were evaluated using linear programming and also sparse methods with less computational complexity, such as IRLS, OMP and LS-OMP. The results showed that the LS-OMP method presented performance equivalent to the SPARSE and SPARSE-COF methods,qualifying it as a candidate to be used for online energy estimation in LArg.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2015-12-16T13:33:15Z No. of bitstreams: 1 bernardosottomaiorperalva.pdf: 8631621 bytes, checksum: e4e7f3d592c91e719474b259727bab6c (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2015-12-16T15:15:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 bernardosottomaiorperalva.pdf: 8631621 bytes, checksum: e4e7f3d592c91e719474b259727bab6c (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-16T15:15:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 bernardosottomaiorperalva.pdf: 8631621 bytes, checksum: e4e7f3d592c91e719474b259727bab6c (MD5) Previous issue date: 2015-09-11 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta tese apresenta técnicas de processamento de dados para a detecção de sinais e estimação de energia usando calorimetria de altas energias. Os calorímetros modernos possuem milhares de canais de leitura e operam sob alta taxa de eventos. Tipicamente, a reconstrução da energia envolve etapas de detecção e estimação, e é baseada na medida da amplitude do sinal (digitalizado) recebido. Os métodos empregados, atualmente, em experimentos de altas energias são baseados em técnicas de minimização da variância e selecionam os sinais de interesse a partir da estimação da energia. Este trabalho explora o uso de filtros casados para a detecção de sinais e faz uso de uma calibração para a estimação da energia dos sinais. Na abordagem proposta, os parâmetros aleatórios do pulso processado (fase e deformação) e a estatística do ruído de fundo são considerados no projeto do filtro digital, aumentando seu desempenho. No caso particular de experimentos onde a probabilidade de empilhamento de sinais é alta, uma outra solução, baseada na desconvolução linear de sinais para estimação de energia, é discutida. As técnicas propostas nesta tese foram implementadas offline e aplicadas no calorímetro de telhas (TileCal) do ATLAS no LHC. Foram utilizados sinais simulados, assim como dados reais adquiridos durante a operação nominal do LHC. Os estimadores propostos apresentaram menor erro quando comparados aos métodos empregados em calorímetros modernos e estão, atualmente, sendo validados para serem utilizados no TileCal. / This thesis presents data processing techniques of signal detection and energy estimation for high energy calorimetry. Modern calorimeters have thousands of readout channels and operate at high event rate conditions. Typically, the energy reconstruction involves both detection and estimation tasks, and it is based on the amplitude estimation of the received digitized signal. The current methods employed by high energy experiments are based on variance minimization techniques, and the valid signals are selected based on the energy estimation. This work explores the use of a technique based on Matched Filter for signal detection, and it makes use of a calibration factor to estimate the energy. In the proposed approach, the stochastic parameters of the pulse (phase and deformation) and the statistics from the background are considered for the filter design in order to increase performance. In particular cases, where the signal pile-up is likely to occur, another promising technique, based on linear signal deconvolution is discussed. The techniques proposed in this thesis were implemented offline and applied on the ATLAS Tile Calorimeter (TileCal) at LHC. Both simulated signals and real data acquired during nominal LHC operation were used. The proposed estimators presented smaller error with respect to the methods currently used in modern calorimeter systems, and they have been extensively tested to be used in TileCal.

Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2016-08-12T11:54:08Z No. of bitstreams: 1 thiagocampospaschoalin.pdf: 3743029 bytes, checksum: f4b20678855edee77ec6c63903785d60 (MD5) / Rejected by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br), reason: Isabela, verifique que no resumo há algumas palavras unidas. on 2016-08-15T13:06:32Z (GMT) / Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2016-08-15T13:57:16Z No. of bitstreams: 1 thiagocampospaschoalin.pdf: 3743029 bytes, checksum: f4b20678855edee77ec6c63903785d60 (MD5) / Rejected by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br), reason: separar palavras no resumo e palavras-chave on 2016-08-16T11:34:37Z (GMT) / Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2016-12-19T13:07:02Z No. of bitstreams: 1 thiagocampospaschoalin.pdf: 3743029 bytes, checksum: f4b20678855edee77ec6c63903785d60 (MD5) / Rejected by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br), reason: Consertar palavras unidas no resumo on 2017-02-03T12:27:10Z (GMT) / Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2017-02-03T12:51:52Z No. of bitstreams: 1 thiagocampospaschoalin.pdf: 3743029 bytes, checksum: f4b20678855edee77ec6c63903785d60 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-02-03T12:54:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 thiagocampospaschoalin.pdf: 3743029 bytes, checksum: f4b20678855edee77ec6c63903785d60 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-03T12:54:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thiagocampospaschoalin.pdf: 3743029 bytes, checksum: f4b20678855edee77ec6c63903785d60 (MD5) Previous issue date: 2016-03-15 / Esta dissertação apresenta técnicas de processamento de sinais a fim de realizar a Estimação da energia, utilizando calorimetria de altas energias. O CERN, um dos mais importantes centros de pesquisa de física de partículas, possui o acelerador de partículas LHC, onde está inserido o ATLAS. O TileCal, importante calorímetro integrante do ATLAS, possui diversos canais de leitura, operando com altas taxas de eventos. A reconstrução da energia das partículas que interagem com este calorímetro é realizada através da estimação da amplitude do sinal gerado nos canais do mesmo. Por este motivo, a modelagem correta do ruído é importante para se desenvolver técnicas de estimação eficientes. Com o aumento da luminosidade (número de partículas que incidem no detector por unidade de tempo) no TileCal, altera-se o modelo do ruído, o que faz com que as técnicas de estimação utilizadas anteriormente apresentem uma queda de desempenho. Com a modelagem deste novo ruído como sendo uma Distribuição Lognormal, torna possível o desenvolvimento de uma nova técnica de estimação utilizando Estimadores de Máxima Verossimilhança (do inglês Maximum Likelihood Estimator MLE), aprimorando a estimação dos parâmetros e levando à uma reconstrução da energia do sinal de forma mais correta. Uma nova forma de análise da qualidade da estimação é também apresentada, se mostrando bastante eficiente e útil em ambientes de alta luminosidade. A comparação entre o método utilizado pelo CERN e o novo método desenvolvido mostrou que a solução proposta é superior em desempenho, sendo adequado o seu uso no novo cenário de alta luminosidade no qual o TileCal estará sujeito a partir de 2018. / This paper presents signal processing techniques that performs signal detection and energy estimation using calorimetry high energies. The CERN, one of the most important physics particles research center, has the LHC, that contains the ATLAS. The TileCal, important device of the ATLAS calorimeter, is the component that involves a lot of parallel channels working, involving high event rates. The reconstruction of the signal energy that interact with this calorimeter is performed through estimation of the amplitude of signal generated by this calorimter. So, accurate noise modeling is important to develop efficient estimation techniques. With high brightness in TileCal, the noise model modifies, which leads a performance drop of estimation techniques used previously. Modelling this new noise as a lognormal distribution allows the development of a new estimation technique using the MLE (Maximum Like lihood Estimation), improving parameter sestimation and leading to a more accurately reconstruction of the signal energy. A new method to analise the estimation quality is presented, wich is very effective and useful in high brightness enviroment conditions. The comparison between the method used by CERN and the new method developed revealed that the proposed solution is superior and is suitable to use in this kind of ambient that TileCal will be working from 2018.