Made available in DSpace on 2014-10-09T12:55:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho são apresentados resultados relativos ao desenvolvimento de uma metodologia de calibração independente de um sistema LIDAR Raman para medidas de razão de mistura do vapor dágua, avaliando-se a eficiência total de transmissão óptica do sistema LIDAR Raman. Uma calibração independente ou absoluta de um sistema LIDAR foi possível por meio de medidas e cálculos dos parâmetros relevantes. A metodologia de calibração independente apresentada é baseada na decomposição das equações da razão de mistura do vapor dágua, especialmente na avaliação do fator de calibração e as incertezas relativas à transmissão óptica e secções diferenciais de espalhamento. A eficiência de transmissão incluiu fatores como a refletividade do telescópio, transmissão dos componentes ópticos e filtros. A avaliação da eficiência do sistema foi realizada com do uso de uma lâmpada calibrada de tungstênio em duas configurações distintas de filtros de interferência, (banda larga e banda estreita) instalados no sistema LIDAR Raman da Howard University (HURL). A avaliação da secção diferencial de espalhamento Raman para o vapor dágua foi realizada pelo uso de um modelo téorico descrito na literatura e por uma primeira aproximação experimental. Os resultados mostraram consistência e que essa metodologia de calibração pode ser usada em uma base rotineira para medidas de vapor dágua atmosférico. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:10:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho, sendo pioneiro no Brasil, teve o intuito de efetuar uma investigação das nuvens cirrus na região Metropolitana de São Paulo (23,33ºS / 46,44ºW), SP, através do sistema MSP-Lidar para o período de Junho à Julho de 2007. Durante este período, foi verificada uma ocorrência de cirrus de aproximadamente 54% sobre o total de medidas efetuadas pelo sistema Lidar. Medidas com Lidar nos forneceram uma alta resolução espacial e temporal destas nuvens, permitindo assim caracterizá-las e classificá-las de acordo com as suas propriedades macro- e microfísicas. Para obter tais parâmetros, uma metodologia própria foi desenvolvida na recuperação dos dados de Lidar e uma robusta estatística foi aplicada para determinar as diferentes classes de cirrus. A metodologia adotada se resumiu basicamente (a) na determinação de períodos estacionários (ou observações) durante a evolução temporal de detecção de cirrus, (b) determinação da base e topo através de um valor limiar para o cálculo das variáveis macrofísicas (altitudes, temperaturas, espessuras geométricas), (c) aplicação do método da transmitância para cada camada de nuvem e a determinação das variáveis microfísicas (profundidade óptica e razão de Lidar). Neste processo, a razão de Lidar é calculada iterativamente até que haja a convergência da mesma. Análises estatísticas de multivariáveis foram efetuadas para a determinação das classes de cirrus. Estas classes são baseadas na espessura geométrica, altitude média e sua respectiva temperatura, a altitude relativa (diferença entre a altura da tropopausa e topo da nuvem) e a profundidade óptica. O uso sucessivo da Análise de Componentes Principais (PCA), do Método de Cluster Hierárquico (MCH) e da Análise de Discriminantes (AD) permitiu a identificação de 4 classes. Vale ressaltar que tais métodos foram aplicados somente para os casos identificados como camadas únicas de nuvens, pois não se observou significativamente a ocorrência de nuvens com multicamadas. A origem de formação das classes de cirrus encontradas, embora apresentando propriedades macro- e microfísicas distintas, foi identificada basicamente como a mesma, isto é, provenientes da injeção de vapor dágua na atmosfera por meio de sistemas frontais e seu respectivo resfriamento para a formação dos cristais de gelo. O mesmo mecanismo de formação também é atribuído aos jatos subtropicais. Uma análise em relação ao perfil de temperatura e a comparação com a literatura mostrou que as cirrus classificadas apresentam possivelmente cristais em forma de placas e colunas hexagonais. As razões de lidar (RL) calculadas também estão de acordo com a literatura. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Vertical structure, the top-to-bottom arrangement of aboveground vegetation, is an important component of forest and shrubland ecosystems. For many decades, ecologists have used foliage height profiles and other measures of vertical structure to identify discrete stages in post-disturbance succession and to quantify the heterogeneity of vegetation. Such studies have, however, required resource-intensive field surveys and have been limited to relatively small spatial extents (e.g.,

A facet based road network detection procedure is described for radar imagery. The procedure includes a line detection part and a road detection and connection part. The line detection part analytically detects linear features using a facet Valley finding technique. Valleys are defined as zero crossings of the first directional derivatives of a bicubic facet model taken in a direction extremizing the second directional derivative. The road detection and connection part statistically screens the linear features on a component by component basis, and then optimally connects the screened linear features using a dynamic programming algorithm. This thesis also includes as a preprocessing technique for noisy images, an adaptive noise removal algorithm, and suggests a practical method of estimating a local noise variance. / Master of Science

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Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O Laboratório de Aplicações Ambientais a Laser, situado no Centro de Lasers e Aplicações no IPEN (Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares), efetua medidas das concentrações de aerossóis atmosféricos, enviando um feixe de laser à atmosfera e coletando a luz retroespalhada. Tal sistema fornece um grande número de parâmetros físicos que devem ser administrados de forma ágil para a obtenção de análises resultantes. Em conseqüência disso, a implementação de um banco de dados tornou-se imprescindível como instrumento de comunicação e visualização gráfica das medidas coletadas. Um critério de classificação destas valiosas informações foi adotado, estabelecendo níveis de armazenamento definidos a partir de características específicas aos tipos de dados determinados. A compilação e automação destas medidas promoverá a integração entre dados, análise e retorno otimizado de resultados das propriedades da atmosfera, propiciando futuras pesquisas e análise de dados. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

The operating principles and design of an optical receiver for a Light Detection and Ranging (LIDAR) remote sensing instrument are addressed. The performance and limitations of a biaxial monostatic LIDAR system utilizing this design are investigated. The complete optical and structural design of the receiver, including specifications of components are outlined. The thermal stabilization of the detector assembly and the integration of control electronics are described. A detailed discussion of alignment procedures and possible improvements are made. A sample observation is presented with suggestions for fully automating the system.

An incoherent CO₂ laser radar, or lidar, system using a tunable CO₂ TEA laser has been developed, along with analytical techniques to permit the determination of atmospheric transmittance and aerosol backscatter from multi-angle lidar returns. This work has been motivated by the need for a more complete knowledge of the optical properties of the atmosphere in the 9 to 11 μm spectral region. Results of preliminary observations are discussed. CO₂ lidar systems have been used before to measure backscatter and transmittance. Here, a new analytic method is developed, applicable to the 8-12 μm window region in conditions of high visibility, when the aerosol component of extinction is negligible compared to the molecular component. In such cases the backscatter sensed by the system is due to the atmospheric aerosol while atmospheric transmittance is determined by molecular species such as carbon dioxide and water vapor. It is not possible to assume a functional relationship between backscatter and extinction, as required by many previous analytic techniques. Therefore, a new solution technique based on a weighted, non-linear least squares fit applied to multi-zenith angle lidar returns has been developed. It is shown how constraints may be applied to rule out solutions which are unlikely on a priori grounds. An error analysis and a discussion of proper weighting techniques are presented. A CO₂ lidar system capable of acquiring multi-angle returns was developed, which included a gain-switching amplifier to compress the dynamic range of the return signal. The entire system is operated under computer control and data acquisition and storage are fully automated. A laser pulse energy monitor allows sequential returns to be averaged to reduce signal fluctuations. Preliminary observations with the system have demonstrated the capability of acquiring and averaging hundreds of returns on a routine basis. The return signal was observed to have fluctuations of 20 to 50% from shot to shot, due to atmospheric fluctuations. This result indicates signal averaging will be necessary to reduce signal fluctuations to levels where the multi-angle solution method may be applied.

The Autonomous Multi-Agent Physically Interacting Spacecraft (AMPHIS) test bed examines the problem of multiple spacecraft interacting at close proximity. This thesis contributes to this on-going research by addressing the development of the software architecture for the AMPHIS spacecraft simulator robots and the implementation of a Light Detection and Ranging (LIDAR) unit to be used for state estimation and navigation of the prototype robot. The software modules developed include: user input for simple user tasking; user output for data analysis and animation; external data links for sensors and actuators; and guidance, navigation and control (GNC). The software was developed in the SIMULINK/MATLAB environment as a consistent library to serve as stand alone simulator, actual hardware control on the robot prototype, and any combination of the two. In particular, the software enables hardware-in-the-loop testing to be conducted for any portion of the system with reliable simulation of all other portions of the system. The modularity of this solution facilitates fast proof-of-concept validation for the GNC algorithms. Two sample guidance and control algorithms were developed and are demonstrated here: a Direct Calculus of Variation method, and an artificial potential function guidance method. State estimation methods are discussed, including state estimation from hardware sensors, pose estimation strategies from various vision sensors, and the implementation of a LIDAR unit for state estimation. Finally, the relative motion of the AMPHIS test bed is compared to the relative motion on orbit, including how to simulate the on-orbit behavior using Hill's equations.

Nestes últimos anos, tivemos um aumento no interesse na monitoração dos efeitos da atividade humana sobre a atmosfera e o clima no planeta. O uso de técnicas de sensoriamento remoto têm sido utilizados em diversos estudos, inclusive em estudos relacionados à mudanças globais. Um sistema LIDAR de espalhamento, primeiro deste tipo no Brasil, tem sido usado para fornecer o perfil vertical do coeficiente de retroespalhamento de aerossóis em 532 nm para altitudes de 4 a 6 km acima do nível do mar. Neste estudo, foram utilizados dados coletados no ano de 2005. Estes dados foram correlacionados com dados do fotômetro solar CIMEL e também com dados meteorológicos. Os principais resultados indicaram existir um padrão no comportamento destes dados meteorológicos e a distribuição vertical do coeficiente de extinção obtido através do LIDAR. Em períodos desfavoráveis de dispersão atmosférica, ou seja, elevação da temperatura do ar associado a queda de umidade relativa, aumento da pressão atmosférica e baixa taxa de ventilação, foi possível determinar com boa precisão a altura da Camada Limite Planetária, tanto através do perfil vertical do coeficiente de extinção quanto através da técnica da temperatura potencial. A técnica LIDAR mostrou ser um importante aliado na determinação da estrutura termodinâmica da atmosfera, auxiliando a caracterizar a evolução da CLP ao longo do dia, devido a sua boa resolução espacial e temporal. / In these last years, we had an increase in the interest in the monitoring of the effect of the human activity being on the atmosphere and the climate in the planet. The remote sensing techniques has been used in many studies, also related the global changes. A backscattering lidar system, the first of this kind in Brazil, has been used to provide the vertical profile of the aerosol backscatter coefficient at 532 nm up to an altitude of 4-6 km above sea level. In this study, data has was collected in the year of 2005. These data had been correlated with data of solar photometer CIMEL and also with meteorological data. The main results had indicated to exist a standard in the behavior of these meteorological data and the vertical distribution of the extinction coefficient gotten through LIDAR. In favorable periods of atmospheric dispersion, that is, rise of the temperature of associated air the fall of relative humidity, increase of the atmospheric pressure and low ventilation tax, was possible to determine with good precision the height of the Planetary Boundary Layer, as much through the vertical profile of the extinction coefficient how much through the technique of the vertical profile of the potential temperature. The technique LIDAR showed to be an important tool in the determination of the thermodynamic structure of the atmosphere, assisting to characterize the evolution of the CLP throughout the day, which had its good space and secular resolution.