Neste trabalho é feito um estudo de desempenho de um núcleo de processamento, baseado em uma arquitetura multiprocessada composta de quatro processadores TMS32010 (texas instruments), adequado ao processamento digital de sinais. A comunicação entre os processadores é feita através de blocos de memória compartilhada. Um simulador deste sistema foi desenvolvido com uma interface de fácil utilização. Dois exemplos de aplicação foram implementados e simulados: 1) histograma de imagens com múltiplos níveis de cinza; 2) distribuição de temperatura na superfície de uma placa condutora de calor. Os resultados obtidos nas simulações, permitiram uma análise do desempenho da arquitetura discutida em diversos casos.

A classificação de sinais acústicos é de importância fundamental para as unidades navais e aeronavais, tanto navios e essencialmente submarinos, quanto para aeronaves com capacidade antissubmarino (P-3AM, da FAB). Neste contexto, empregou-se o método de Support Vector Machine (SVM) para realizar a classificação dos navios, com base na análise de tons característicos produzidos pelos seus sinais acústicos. Comparando os resultados decorrentes do uso de Redes Neurais Artificiais aos obtidos com uso do SVM, concluiu-se que este segundo método gerou um aumento de performance no classificador em função das características extraídas dos tons. Contudo os tempos computacionais foram considerados elevados, razão porque há a necessidade de maiores investigações para adequar o emprego do SVM em um ambiente operacional.

Apresenta-se um estudo acerca das principais características da técnica de medição de frequência instantânea de micro-ondas denominada IFM (Instantaneous Frequency Measurement), no domínio óptico, contemplando ainda uma simulação em Mathcad com dispositivos comerciais. Tal técnica tem sido considerada uma solução promissora onde largura de faixa, alta resolução e medição em tempo real são requeridas visando ao propósito de imediato reconhecimento de uma ameaça ou ao posterior emprego para atividades de inteligência de interesse da Defesa Nacional, utilizando-se da análise e controle do espectro eletromagnético. Sistemas de medição de frequência de micro-ondas, no mesmo domínio, também oferecem outras vantagens, tais como: baixas perdas, peso e tamanho reduzidos e imunidade a interferências eletromagnéticas no cenário. O emprego de sistemas para medição de frequência instantânea de micro-ondas torna-se bastante atrativo diante das restrições impostas pelos receptores convencionais. Segue-se uma apresentação de fundamentos, incluindo características quânticas de parâmetros do laser semicondutor e fotodetectores, teoria de modulação eletroóptica, destacando-se o modulador de intensidade tipo Mach-Zehnder, bem como conceitos básicos de fibras PM. Na simulação, revelaram-se medições de frequência independentes da potência óptica de entrada e do índice de modulação do sinal de micro-ondas obtidas por meio dos acessos construtivo e destrutivo de um interferômetro de polarização (Polarization Domain Interferometer). Por último, são tecidas conclusões acerca dos resultados obtidos e apresentadas sugestões para trabalhos futuros na linha de pesquisa de IFM.

Este trabalho é um estudo de técnicas de Síntese de Imagens e o desenvolvimento de um sistema de sintetização de cenas, envolvendo ambientes abertos, cujo conteúdo principal é a água. Para este modelo são permitidas a presença de oscilações da superfície e evolução desta movimentação em um modelo de animação. É usada a técnica de bump mapping para simular as ondas, que se fundamenta em métodos procedurais baseados em função de ruído. Vários aprimoramentos referentes a modelos de iluminação são apresentados, os quais têm como primitivas básicas características do modelo Phong. A animação da superfície é realizada por um processo baseado em animação de espaço sólido, onde o elemento variante é a textura. Para dar suporte às rotinas de síntese, desenvolveu-se uma aplicação que integra as técnicas de iluminação, textura e animação, onde, por meio de interfaces gráficas, são configurados diversos aspectos de luminosidade, posição do observador, características de fontes luminosas, perturbação e forma de ondas. Como resultado do processo de síntese, obtém-se um conjunto de quadros que são usados na composição da animação.

Este trabalho apresenta o projeto e implementação de um controlador digital utilizado paralelamente a um controlador analógico em um sistema de levitação magnética. A técnica utilizada para o projeto do controlador digital foi a linearização por realimentação, que permite um igual desempenho em toda a faixa de operação do sistema. Tanto o controlador analógico quanto o digital são compensadores de avanço de fase. Para o desenvolvimento do trabalho, adotou-se um modelo baseado nas equações diferenciais que regem o comportamento do sistema. Os parâmetros físicos envolvidos (massa do objeto levitado, ganhos do sensor e do atuador, constante de conversão eletromecânica) foram obtidos através de medições diretas. Para validação, medidas da resposta em freqüência do sistema para pequenos sinais foram comparadas com as predições do modelo. Feito o modelamento, foi projetado um sistema de ajuste do sinal de referência a fim de eliminar o erro em regime sem a necessidade de se introduzir um integrador na malha de controle. Por fim, foi implementado o controlador digital, que em testes de laboratório mostrou-se superior ao controlador analógico. A configuração empregada permite que tanto o controlador digital quando o paralelo possam ser desligados e religados isoladamente com o sistema em funcionamento. Desse modo, obtém-se uma melhoria de desempenho, bem como robustez a falhas no controlador.

Esta tese visa o desenvolvimento e a análise de metodologias para o processamento e classificação de sinais eletrocardiográficos atriais, também denominados de onda P, mediante a utilização de redes neurais artificiais. As principais contribuições desta tese são as seguintes:a detecção de complexos QRS utilizando time-delay neural network; pré-processamento dos sinais de ECG utilizando o algoritmo Filtro de Kalman com o propósito de reduzir a interferência de ruídos; extração das características das ondas P usando uma rede neural com funções de base assimétricas; classificação das ondas P usando uma rede neural auto-organizável de Kohonen.As novas técnicas propostas nesta tese foram validadas usando sinais eletrocardiográficos reais, extraídos do banco de dados do MIT-BIH Arrhythmia CD-ROM e de prontuários, gentilmente cedidos pelas equipes médicas do Hospital Dante Pazzanese de Cardiologia e do Hospital do Coração.

Desenvolvemos e implementamos um sistem fala-texto com vocabulário ilimitado para o português do Brasil. A primeira parte do sistema, denominada reconhecedor fonético, é capaz de segmentar e reconhecer a fala contínua formada por sílabas com estrutura CV, V, VC e CVC, que perfazem 90% de freqüência em português. A segmentação sub-silábica é realizada por um algoritmo que integra de forma original a técnica dos Modelos Ocultos de Markov (HMM) com regras extraídas da própria estrutura fonética do português brasileiro. O algoritmo divide a fala contínua em unidades sub-silábicas e o reconhecimento fonético destas unidades é feito com uso de HMM contínuos, cujos vetores de observação são formados basicamente por coeficientes Mel-cepstrais. A segunda parte denominada gerador de texto, consiste principalmente num conversor fonológico-grafêmico desenvolvido especificamente para a língua portuguesa falada no Brasil. Esta parte do sistema consegue converter qualquer seqüência fonêmica nos correspondentes grafemas, eliminando as possibilidades ortograficamente incorretas. O desempenho do sistema como um todo foi avaliado com base no texto final gerado a partir de 200 frases pronunciadas em taxa de elocução lenta por um único locutor, para o qual os modelos de Markov foram treinados. Obtivemos uma taxa de reconhecimento de 95,9% para todos os fonemas da língua portuguesa, excetuando as semivogais. Para os mesmos dados, o erro de segmentação silábica máximo foi de 0,83% e o índice para o reconhecimento de palavras, de um vocabulário ilimitado, foi de 87%. Considerando-se até a quinta palavra mais provável, a taxa de acerto das mesmas sobe para 96,2% e a de fonemas para 99%, enquanto que o erro de segmentação cai para 0,52%.

Este trabalho estuda uma nova técnica para demodulação de sinal de giroscópio a fibra óptica (GFO), baseada nas características da dependência temporal do sinal de saída em relação à velocidade angular. Esta técnica permite transformar o problema de se detectar a diferença de fase de Sagnac, que é proporcional à velocidade de rotação a que é submetido o giroscópio, na medida de diferença de intervalos de tempos determinados pelos pontos de cruzamento de zero do sinal. Um método de demodulação analógica do sinal foi desenvolvido e permitiu a implementação de um circuito demodulador simples e de baixo custo utilizado para equipar o primeiro protótipo de GFO autocontido do Brasil, desenvolvido no Instituto de Estudos Avançados de Centro Técnico Aeroespacial. São apresentados resultados comparativos com a técnica de demodulação usual, que utiliza amplificadores tipo Lock-in, que mostram a capacidade de se medir diferenças de fase de Sagnac menores que 10 mrad, as quais representam rotações menores que 1o/h para o protótipo implementado. São apresentados também resultados de ensaio em vôo realizado em helicóptero da Força Aérea Brasileira que revelam um desempenho superior do GFO em relação ao girômetro mecânico de aferição, pertencente à instrumentação de ensaio da aeronave.

Neste trabalho apresenta-se o estudo da resposta do analisador de espectro acusto-óptico para sinais pulsados, na faixa de microondas, como envoltórias arbitrárias. Através da teoria de modos acoplados determina-se o campo elétrico do feixe óptico difratado para a operação em regime de Bragg. A formulação leva em consideração a forma de onda da envoltória e a duração de cada pulso com relação à abertura temporal da célula Bragg. Utilizando-se a integral de difração de Fresnel - Kirchoff determinam-se as dependências temporal e espacial do campo difratado no plano focal de uma lente óptica. Esta distribuição, a qual é proporcional à transformada de Fourier da amostra do sinal de microondas armazenada na célula Bragg, é analisada para uma célula Bragg de fosteto de gálio (GaP), em função dos seguintes parâmetros: eficiência de difração, forma de onda da envoltória dos pulsos, durações dos pulsos com relação à abertura temporal da célula e distribuição espacial do feixe óptico incidente. O estudo da dependência da intensidade do feixe difratado com relação à potência do sinal de microondas permitiu analisar as características espectrais das componentes geradas através das intermodulações causadas por múltiplas difrações na célula Bragg. As formas de ondas das envoltórias que são investigadas, são as descritas por funções de Blackman, Bartlett e Hamming. A análise desenvolvida revela que através da escolha da forma de onda da envoltória é possível controlar algumas características da intensidade óptica no plano focal. Por exemplo, utilizando-se a envoltória de Blackman obtém-se uma redução de lóbulo lateral de até 45 dB com relação ao comportamento obtido com envoltória retangular. A resolução espectral do analisador é investigada com base no critério de Rayleigh. Resultados numéricos são apresentados para uma célula Bragg com as seguintes características: largura de faixa instantâneas de 1 GHz e 1 ms de abertura temporal. Uma geometria apropriada para a rede de fotodetectores do analisador de espectro que utiliza esta célula Bragg foi determinada levando-se em consideração este. Um resultado da relação sinal ruído do analisador de espectro foi desenvolvido levando-se em consideração os ruídos existentes nos seguintes estágios: pré-processamento eletrônico, célula Bragg e rede linear de fotodetectores posicionada no plano focal da lente de Fourier. Através desta formulação determina-se a estimação da potência espectral que pode ser obtida quando se utiliza um analisador de espectro acusto-óptico. As formas de ondas das tensões nos fotodetectores em função das características dos pulsos de microondas foram determinadas através de uma formulação generalizada apresentada. Esta formulação constitui a parte original deste trabalho de tese.

Este trabalho revisita um método de detecção de falhas baseado em wavelets e propõe uma melhoria na técnica utilizando wavelets adaptativas, implementadas através de bancos de filtros. A dificuldade associada às restrições não-lineares de reconstrução perfeita dos filtros é contornada adotando uma abordagem descrita na literatura, que permite caracterizar os filtros utilizando um conjunto de parâmetros angulares livres de restrições. Esta parametrização é discutida no trabalho e algumas de suas características de relevância para a técnica proposta são demonstradas. A abordagem adotada para a parametrização dos filtros possibilita a utilização de algoritmos simples de busca para otimização sem restrições. Escolheu-se o algoritmo dos poliedros flexíveis, que minimiza localmente uma função de custo, partindo de uma condição inicial conveniente. Para definir tal ponto de partida, propõe-se nesse trabalho um algoritmo que permite a obtenção de um conjunto de parâmetros angulares que caracterize uma wavelet mãe tradicional. Para validação da técnica proposta, foi desenvolvido um esquema de computação analógica para simular a ocorrência de falhas abruptas em um servomecanismo. Três técnicas de detecção de falhas são utilizadas no processamento dos sinais experimentais: wavelets adaptativas, wavelets fixas e observadores de estados. Os resultados mostram que as técnicas baseadas em wavelets são menos susceptíveis a falsos alarmes, a falhas não detectadas e à diminuição na relação sinal/ruído, necessitando, contudo, de um tempo maior para detectar a ocorrência de uma falha que a técnica baseada em observadores de estados. Observa-se ainda que a introdução de wavelets adaptativas melhora o desempenho do sistema de detecção wavelet sem aumentar o seu atraso de resposta.