Apresenta-se neste trabalho os resultados da síntese de filtros digitais para demodular sinais de saída de sensores interferométricos quando estes utilizam modulação de fase óptica. A técnica proposta é baseada nas funções utilizadas para análise de wavelets, muito empregadas para analisar variações localizadas no tempo, redução de ruído e compactação de imagens, mas pouco exploradas na aplicação em sensores inerciais, neste caso em particular, em um Giroscópio a Fibra Óptica (GFO). Para aplicação em sistemas de navegação precisos, um GFO deve ser capaz de medir taxas de rotação muito baixas. Quando se utiliza modulação em fase, esta informação é proporcional à amplitude das harmônicas do sinal, sendo de interesse, principalmente, a primeira e a segunda harmônicas do sinal, onde a amplitude da primeira harmônica, geralmente, é muito menor que a amplitude da segunda. Deste modo, o problema passa a ser medir harmônicas de baixíssima amplitude na presença de outras com amplitude elevada. Técnicas de demodulação analógica em malha aberta (open-loop) são usualmente empregadas, mas estas técnicas são sensíveis às variações de parâmetros ambientais, ruído eletrônico e da precisão dos componentes. Neste trabalho, mostra-se o uso de um filtro digital baseado na função wavelet de Morlet, comparado às técnicas supra-mencionadas, abordando os procedimentos para medir o menor valor de amplitude possível. Os efeitos conjuntos de fatores relevantes, como a presença de harmônicos com amplitudes superiores à amplitude sendo medida, o efeito do ruído de banda estreita, o efeito do erro associado ao processo de quantização e a influência do número finito de amostras tomadas do sinal sob análise foram, à medida do possível, minimizados. Para tal, um estudo foi realizado utilizando modelamento das fontes de erro e o levantamento de resultados por simulação. Ainda para dar suporte ao entendimento destes resultados, desenvolveu-se uma teoria específica, permitindo o estabelecimento de parâmetros ótimos para obter a melhor relação sinal-ruído na demodulação do sinal do sensor. Por último, foram realizados ensaios experimentais utilizando um processador DSP (Digital Signal Processor) de alto desempenho. Neste trabalho, o sinal do GFO foi simulado por um conjunto de equipamentos para que fosse possível prever e configurar todos os parâmetros do sinal, eliminando os erros intrínsecos do GFO, como flutuação do fator de escala e isolando os erros provenientes do processamento daqueles causados pela construção do GFO. O resultado deste estudo descreve as vantagens do processamento proposto, bem como as limitações deste método, apontando as implicações para aplicações em sensores interferométricos, em especial para o GFO.

Atualmente, os elevadores estão sendo atualizados (modernizados) para controles mais novos, substituindo-se por um microcontrolador os relés anteriormente empregados nas lógicas. Com a utilização do microcontrolador, podem-se programar lógicas melhores que as do passado e desenvolver sistemas que podem ajudar a economizar energia nas edificações. Atualmente, existem inúmeros elevadores já modernizados que possuem saídas de comunicação serial utilizadas para a comunicação do controle de grupo. Esta comunicação, se aplicada em elevadores de alto desempenho, irá influenciar no tempo de resposta, fazendo o elevador não parar na posição correta ou até mesmo passar do ponto de parada, devido ao atraso das informações. Desta forma, surgiu a necessidade de desenvolver uma plataforma utilizando DSP, um dispositivo que possui velocidade de processamento maior que a dos processadores atuais. Considerando que os elevadores modernizados não possuem o mesmo padrão de comunicação do DSP, para se compatibilizar as comunicações foi empregado o FPGA. O emprego do FPGA apresentou uma redução dos tempos de comunicação de aproximadamente 98% e reduziu em aproximadamente 50% o tempo de cálculo de grupo, pois foram eliminados os processos de interrupção na leitura/escrita de dados existentes na placa de controle de grupo atual.

O Radar de Abertura Sintética (SAR) tem sido extensivamente utilizado em diversas aplicações de sensoriamento remoto. Uma destas aplicações, no âmbito de defesa, é a detecção de alvos móveis de superfície através de técnicas denominadas Ground Moving Target Indication (GMTI). A maioria dessas técnicas, encontradas na literatura, preconiza o uso mínimo de duas antenas para o SAR, o que equivale a ter praticamente dois sensores SAR numa mesma plataforma. O uso de duas ou mais antenas também pode ser proibitivo, principalmente em frequências mais baixas, onde se exige uma separação entre as antenas que pode ser inviabilizada pelo tipo de plataforma que transporta o SAR. Este trabalho analisa uma proposta de detecção e medição completa da velocidade de alvos móveis utilizando-se somente uma antena, a qual exige um processamento de sinais mais complexo e custoso computacionalmente que o processamento SAR normal. Na análise são enfatizadas as hipóteses consideradas e os procedimentos de cálculo para se obter expressões que possam ser implementadas em um processador SAR. A proposta teórica analisada é implementada e testada em um ambiente simulado em MATLAB, onde são considerados alvos móveis com diferentes velocidades, clutter estático e o ruído térmico. São realizadas análises dos resultados obtidos nas bandas S e P. A utilização desse processador na banda P necessita de melhoras antes de poder ser considerada prática. Na banda S os resultados são compatíveis com o reportado na literatura.

Sistemas de compressão de imagens sem perdas, no atual estado da arte, decompõem o processo em modelagem e em codificação. A tese aqui defendida é que alta eficiência na compressão pode ser obtida usando-se técnicas combinadas de modelagens aliadas a algoritmos combinados de codificação. Este trabalho, baseando-se nos padrões JPEG com e sem perdas, implementa variantes de modelagens e seleciona a mais eficiente através de cálculo que considera a entropia dos dados a serem codificados. Na compressão com perdas, introduz-se uma fase de modelagem que consiste no agrupamento de bits dos coeficientes da transformada, criando-se áreas potencialmente redundantes e preparando, dessa forma, os dados para uma melhor eficiência dos algoritmos de codificação. Na fase de codificação, com perdas ou sem perdas, avaliam-se vários algoritmos, entre eles alguns desenvolvidos e propostos neste trabalho, selecionando-se o mais eficiente através de cálculos baseados nas estatísticas posicionais e globais obtidas durante uma leitura prévia dos dados.

O trabalho teve por objetivo o desenvolvimento de um ANC (Active Noise Canceller) para o controle ativo do ruído gerado por um condicionador de ar comercial. São estudadas as principais técnicas de ANC unidimensional de um único canal, possíveis de serem implementadas por meio de um DSP de baixo custo.Visando à escolha da melhor técnica, caracterizou-se o ruído gerado pelo condicionador e estudou-se as características de alguns possíveis sensores a serem utilizados na implementação. Confrontando as características de aplicabilidade das técnicas estudadas com as características do problema, optou-se pela implementação de uma das técnicas de ANC feedforward, utilizando-se um sensor de referência coerente com o ruído a ser cancelado e insensível ao sinal gerado por fontes secundárias. Foram implementadas três técnicas de ANC feedforward: sistema de identificação simples baseado em um filtro adaptativo tranversal leaky LMS; algoritmo leaky (filtered-X LMS) com identificação on-line do caminho secundário através do sinal de controle e o algoritmo leaky FXLMS com identificação on-line do caminho secundário por meio da adição de ruído aleatório. A implementação que apresentou melhores resultados foi a baseada no algoritmo leaky FXLMS com identificação on-line do caminho secundário através da adição de ruído aleatório, a qual proporcionou uma atenuação de até 10 dB dos principais tons presentes no sinal.

Apresenta-se um estudo sobre o uso de técnicas de processamento digital de sinais para analisar circuitos ópticos interferométricos de tipo Sagnac e Mach-Zehnder. Os circuitos ópticos investigados utilizam um modulador de fase óptica em um dos seus braços interferométricos o qual proporciona o controle de suas funções de transferências visando aplicações em giroscópio a fibra óptica, GFO, e analisador de circuitos ópticos. No caso do GFO ênfase especial é dedicada à configuração tipo malha aberta com entrada e saída comum e dois tipos de sinais moduladores foram empregados: a modulação harmônica simples e a modulação harmônica secundária. As implicações da escolha de uma destas modulações na largura de faixa do circuito de detecção óptica são investigados. Já no caso do circuito interferom''etrico baseado na configuração de tipo Mach-Zehnder o tipo de modulação empregada é a dente-de-serra uma vez que esta modulação permite realizar a supressão de uma banda espectral lateral do sinal de saída do interferômetro e conseqüentemente permite utilizar este tipo de interferômetro para caracterizar a função de transferência de um dispositivo óptico, isto é, o interferômetro desempenha a função de um analisador de circuitos ópticos. Na aplicação em GFO tem-se como objetivo determinar a variação de fase de um sinal óptico gerada por uma rotação do interferômetro com relação a um referencial inercial. A análise da fase é realizada através da aplicação do algoritmo de divisão de harmônicos ao sinal de saída do interferômetro. Os vários harmônicos necessários neste algoritmo são determinados através da transformada de Fourier do sinal de saída do interferômetro, para este efeito é utilizado o algoritmo de Goertzel. Como o cálculo dos harmônicos é realizado de forma digital o sinal de saída do interferômetro é quantizado e processado digitalmente, desta forma os erros decorrentes da quantização são analisados, utilizando a teoria estatística do processo de quantização. No caso do processamento do sinal quantizado são analisados os erros decorrentes da implementação do algoritmo de Goertzel em aritmética de ponto fixo. O desvio padrão do valor médio da fase foi analisado levando em consideração o ruído shot de natureza quântica e o ruído de quantização inerente ao processamento digital. Os resultados numéricos obtidos por simulações corfirmam que dependendo do número de bits utilizado na quantização o fator limitante na resolução de GFO será o ruído shot de natureza quântica , assim é possível obter GFO em malha aberta com desempenho comparável àquele obtido em configuração tipo malha fechada. O processamento digital também foi utilizado para analisar a amplitude e a fase do sinal óptico na saída do analisador de circuitos ópticos que emprega modulação tipo dente-de-serra. Com este tipo de modulação analisou-se também a influência do ruído shot de natureza quântica e do ruído de quantização em função do número de bits. Os resultados obtidos mostram que o erro de fase cometido utilizando 14 bits na quantização é menor a 0.0039o na fase, e menor a 0.7 10-5 na amplitude apresentando concordância satisfatória com dados disponíveis na literatura.

Este trabalho analisa uma técnica totalmente digital para sincronização de símbolos e fase em receptores de comunicação digital. A avaliação do desempenho é feita por meio de simulações em canais invariantes no tempo. A técnica aplicada pode ser usada em receptores de estações terrenas de satélites geo-estacionários ou em receptores fixos de radio microondas com modulações complexas (MPSK ou MQAM). O sincronizador analisado apresenta estrutura "feed-forward" derivada da maximização da função de máxima verossimilhança (ML) para a classe "non-data-aided"(NDA) e a estimação de parâmetros é realizada por bloco de dados. A técnica utilizada permite que a freqüência de amostragem no receptor seja completamente descorrelacionada com a taxa de símbolos. Os resultados da simulação para avaliação de desempenho do sincronizador foram avaliados em termos da variância da estimativa comparados com o limite inferior de Cramer Rao (CRLB). A avaliação foi feita de duas formas: 1. Fixando a relação sinal ruído e variando o tamanho do bloco de dados; 2. Fixando o tamanho do bloco de dados e variando a relação sinal ruído. Os resultados das simulações demonstraram que as estimativas apresentam um comportamento assintótico em relação aos limites teóricos. Para o caso da sincronização de símbolos é necessário que seja levado em conta o efeito da discretização do tempo, devido a estrutura paralela do sincronizador. Este trabalho também apresenta resultados de desempenho global do receptor com o algoritmo de sincronização. A avaliação do desempenho é realizada em termos da probabilidade de erro na detecção dos símbolos transmitidos num canal que não apresenta interferência entre símbolos (ISI). Com as simulações dos algoritmos apresentados é possível projetar o receptor levando em consideração a sincronização dos símbolos e da fase.

Os Radares de Abertura Sintética (SAR) normalmente são utilizados acoplados a aeronaves ou satélites e têm o objetivo de realizar imageamento de alvos e mapeamento de terrenos. O armazenamento dos sinais de retorno captados pelo radar e seu processamento enquanto a plataforma se movimenta permitem simular uma antena bem maior do que a antena real e com isto pode-se proporcionar uma melhor resolução do que a dos Radares de Abertura Real convencionais. O objetivo principal deste trabalho é o de apresentar o desenvolvimento de uma simulação computacional capaz de demonstrar a aquisição de dados brutos de uma cena e realizar o processamento relativo a um SAR no modo spot. O algoritmo escolhido para a implementação é o Algoritmo de Formato Polar. Este trabalho visa também a traçar um paralelo teórico entre os modos spot e stripmap e, portanto, durante a revisão teórica sobre o assunto, muitas diferenças são apresentadas entre esses dois modos. Por meio da simulação desenvolvida, as características principais relativas ao processamento de imagens para o modo spot podem ser investigadas e as operações de aeronaves que utilizam o sistema podem ser simuladas.

A cintilação ionosférica causa variações rápidas de amplitude e fase em sinais de rádio que atravessam a ionosfera devido às irregularidades em sua densidade. A cintilação pode degradar o sinal de GPS (Global Positioning System), em alguns casos este sinal pode ser totalmente atenuado. O emprego de sistemas que utilizam o GPS na aviação é realidade, novas tecnologias e formas de navegação que utilizam GPS estão em desenvolvimento. Neste contexto, é importante compreender o comportamento dos receptores quando submetidos à cintilação ionosférica e aplicar métodos que possam melhorar sua eficiência. Receptores de GPS utilizam a demodulação PSK coerente com sincronismo de portadora, quando os sinais de GPS são submetidos aos efeitos da cintilação ionosférica o receptor pode perder o sincronismo referente a um dado satélite e desta forma diminuir a precisão da sua posição. Na literatura foi demonstrado que a modulação PSK (Phase Shift Key) poderia ser demodulada diferencialmente utilizando bits conhecidos para referência, esta técnica apresenta um melhor desempenho para sinais que operaram sobre os efeitos de desvanecimento do tipo Rayleigh quando comparado à demodulação coerente. A presente dissertação apresenta um estudo de caso sobre os efeitos da cintilação ionosférica em um sistema simulado que utiliza a modulação DPSK. Para atingir o objetivo proposto foram criados dois ambientes de simulação, um integrado e um simplificado em MATLAB, estes ambientes foram construídos com os seguintes modelos: geração do sinal de GPS, rastreamento do sinal de navegação do GPS, geração sintética da cintilação ionosférica e adaptações para o emprego da modulação diferencial.

O crescimento urbano nos grandes centros de desenvolvimento do Brasil, geralmente ocorre sem um planejamento integrado e sem visar o crescimento populacional futuro. Áreas que deveriam ser protegidas como as áreas de mananciais ou de risco (áreas muito íngremes ou sujeitas às inundações) acabam sendo ocupadas de maneira irregular, colocando em risco a população e o meio ambiente. O monitoramento e fiscalização destas ocupações são realizados de maneira demorada e ineficiente, pois faltam equipamentos e pessoas capacitadas para a realização deste trabalho. Visando entender e incorporar as novas tecnologias existentes, a Prefeitura do Município de São Bernardo do Campo em conjunto com o Laboratório de Geoprocessamento do Departamento de Engenharia de Transportes da Escola Politécnica de Universidade de São Paulo desenvolveram uma metodologia de mapeamento do uso do solo urbano através de técnicas de sensoriamento remoto e processamento digital de imagens. Através destas técnicas, as classes de uso do solo que melhor caracterizam a região foram selecionadas, definindo-se assim uma legenda de classes de uso do solo que permite o mapeamento da cidade. Com o mapeamento da cidade é possível a detecção das regiões mais críticas ao crescimento urbano e o seu direcionamento para regiões mais adequadas. Esta metodologia, integrada com outras técnicas de planejamento já existentes fornece subsídios a um melhor planejamento urbano da cidade. Esta dissertação se baseia na experiência deste projeto, enfatizando os aspectos teóricos das técnicas de processamento digital de imagens de satélite aplicadas nesta experiência e os problemas urbanos e ambientais da região. Através da metodologia desenvolvida e do mapeamento da cidade, foi possível uma percepção global da distribuição dos diversos usos do solo da região (indústria, comércio, residenciais) e a localização das áreas críticas ao crescimento urbano (áreas de proteção e de florestas), mostrando que as imagens de satélite são um bom instrumento no auxílio ao planejamento urbano. / The urban growth in the development centers of the Brazil, generally occurs without an integrated planning and without aiming at the future population growth. Areas that would have been protected as water sources areas or at risk (mount hillside or subject to flooding areas) have been ocuppied in a irregular way, placing in risk the population and the environment. The monitoring and fiscalization of these occupations are carried in delayed and inefficient way, because of the lack of equipment and people enabled to accomplishment this work. Aiming at to understand and to incorporate the new existing technologies, the City Hall of the São Bernardo do Campo with partnership with the Geoprocessing Laboratory of the Transportation Department of the Polytechnical School of the University of São Paulo had developed a methodology of urban land use mapping through the use of remote sensing and digital image processing techniques. Through these techniques, the land use classes that better characterize the region had been selected, defining thus, the land use legend that allows the mapping of the city. With this mapping it is possible the identification of the most critical regions of the city and its orientation to more appropriated regions. This methodology, integrated with others already existing planning techniques, provides aid to improve the urban planning of the city. The experience of this project is the base of this dissertation, that emphasized the theoretical aspects of the digital image processing techniques applied in this experience and the urban and environmental problems of the region. Through the methodology developed and with the mapping of the city, it was possible a global perception of the diverse land uses distribution of the region (industry, commerce, residential) and the localization of the critical areas to the urban growth (protection areas and forests), showing that the satellite images are a good instrument in the aid of the urban planning.