Dynamic Time Warping (DTW) é uma técnica do tipo pattern matching para reconhecimento de padrões de voz, sendo baseada no alinhamento temporal de um sinal com os diversos modelos de referência. Uma desvantagem da DTW é o seu alto custo computacional. Este trabalho apresenta uma versão da DTW que, utilizando a Transformada Wavelet Discreta (DWT), reduz a sua complexidade. O desempenho obtido com a proposta foi muito promissor, ganhando em termos de velocidade de reconhecimento e recursos de memória consumidos, enquanto a precisão da DTW não é afetada. Os testes foram realizados com alguns fonemas extraídos da base de dados TIMIT do Linguistic Data Consortium (LDC) / Dynamic TimeWarping (DTW) is a pattern matching technique for speech recognition, that is based on a temporal alignment of the input signal with the template models. One drawback of this technique is its high computational cost. This work presents a modified version of the DTW, based on the DiscreteWavelet Transform (DWT), that reduces the complexity of the original algorithm. The performance obtained with the proposed algorithm is very promising, improving the recognition in terms of time and memory allocation, while the precision is not affected. Tests were performed with speech data collected from TIMIT corpus provided by Linguistic Data Consortium (LDC).

Os problemas de separação cega de fontes e desconvolução cega multiusuário vêm sendo intensamente estudados nas últimas décadas, principalmente devido às inúmeras possibilidades de aplicações práticas. A desconvolução multiusuário pode ser compreendida como um problema particular de separação de fontes em que o sistema misturador é convolutivo, e as estatísticas das fontes, que possuem alfabeto finito, são bem conhecidas. Dentre os desafios atuais nessa área, cabe destacar que a obtenção de soluções adaptativas para o problema de separação cega de fontes com misturas convolutivas não é trivial, pois envolve ferramentas matemáticas avançadas e uma compreensão aprofundada das técnicas estatísticas a serem utilizadas. No caso em que não se conhece o tipo de mistura ou as estatísticas das fontes, o problema é ainda mais desafiador. Na área de Processamento Estatístico de Sinais, soluções vêm sendo propostas para resolver casos específicos. A obtenção de algoritmos adaptativos eficientes e numericamente robustos para realizar separação cega de fontes, tanto envolvendo misturas instantâneas quanto convolutivas, ainda é um desafio. Por sua vez, a desconvolução cega de canais de comunicação vem sendo estudada desde os anos 1960 e 1970. A partir de então, várias soluções adaptativas eficientes foram propostas nessa área. O bom entendimento dessas soluções pode sugerir um caminho para a compreensão aprofundada das soluções existentes para o problema mais amplo de separação cega de fontes e para a obtenção de algoritmos eficientes nesse contexto. Sendo assim, neste trabalho (i) revisitam-se a formulação dos problemas de separação cega de fontes e desconvolução cega multiusuário, bem como as relações existentes entre esses problemas, (ii) abordam-se as soluções existentes para a desconvolução cega multiusuário, verificando-se suas limitações e propondo-se modificações, resultando na obtenção de algoritmos com boa capacidade de separação e robustez numérica, e (iii) relacionam-se os critérios de desconvolução cega multiusuário baseados em curtose com os critérios de separação cega de fontes. / Blind source separation and blind deconvolution of multiuser systems have been intensively studied over the last decades, mainly due to the countless possibilities of practical applications. Blind deconvolution in the multiuser case can be understood as a particular case of blind source separation in which the mixing system is convolutive, and the sources, which exhibit a finite alphabet, have well known statistics. Among the current challenges in this area, it is worth noting that obtaining adaptive solutions for the blind source separation problem with convolutive mixtures is not trivial, as it requires advanced mathematical tools and a thorough comprehension of the statistical techniques to be used. When the kind of mixture or source statistics are unknown, the problem is even more challenging. In the field of statistical signal processing, solutions aimed at specific cases have been proposed. The development of efficient and numerically robust adaptive algorithms in blind source separation, for either instantaneous or convolutive mixtures, remains an open challenge. On the other hand, blind deconvolution of communication channels has been studied since the 1960s and 1970s. Since then, various types of efficient adaptive solutions have been proposed in this field. The proper understanding of these solutions can suggest a path to further understand the existing solutions for the broader problem of blind source separation and to obtain efficient algorithms in this context. Consequently, in this work we (i) revisit the problem formulation of blind source separation and blind deconvolution of multiuser systems, and the existing relations between these problems, (ii) address the existing solutions for blind deconvolution in the multiuser case, verifying their limitations and proposing modifications, resulting in the development of algorithms with proper separation performance and numeric robustness, and (iii) relate the kurtosis based criteria of blind multiuser deconvolution and blind source separation.

As elevadas perdas existentes no setor elétrico tem causado preocupação nas empresas de distribuição, aliadas ainda a necessidade crescente de um desenvolvimento econômico sustentável. Neste cenário a calibração periódica dos instrumentos destinados a medição (entre eles os transformadores de instrumentos) tornam-se essenciais e tais procedimentos encontram-se previstos no novo modelo de operação do setor elétrico. Porém, as dificuldades logísticas e operacionais de transporte a laboratórios metrológicos credenciados dificultam a execução de tais serviços. As técnicas e métodos desenvolvidos nesse trabalho visam a implementação de uma unidade eletrônica capaz de aquisitar e processar dados provenientes de transformadores de instrumentos, de natureza indutiva (denominado de convencional) e ópticos, bem como seus subsistemas de apoio, como ferramentas de medição e calibração portátil, móvel, para execução dos serviços metrológicos in situ nos ambientes das subestações e cabines primárias. Estes serviços, apesar de estarem em estágio incipiente, são de extremo interesse para empresas de energia elétrica. Este projeto está baseado no estado da arte de componentes da eletrônica analógica e digital, onde destacam-se conversores analógico/digital (A/D), microprocessadores, osciladores, FPGA e técnicas computacionais para processamento digital de sinais. São apresentadas as formas de implementação tanto em hardware como em software para esta unidade eletrônica de forma a atender aos requisitos funcionais especificados e às normas do INMETRO e normas internacionais equivalentes para aplicações metrológicas. A validação é baseada em testes comparativos dos fasores na frequência fundamental dos sinais obtidos, analisando os valores de amplitude (para cálculo de erro de relação) e de fase ( para cálculo de erro de fase) entre transformadores ópticos e convencionais, sendo que estes últimos podem ser de referência ou não. / The high losses in the electricity sector have caused concern in distribution companies, together with the growing need for sustainable economic development. In this scenario the periodic calibration of instruments intended for measurement (including instrument transformers) become essential and such procedures are provided for in the new model of operation of the electric sector. However, the logistical and operational difficulties of transportation to accredited metrological laboratories make it difficult to perform such services. The techniques and methods developed in this work are aimed at the implementation of an electronic unit capable of acquiring and processing data from instrument transformers of an inductive (conventional) and optical nature, as well as its supporting subsystems, such as portable and mobile measuring and calibration tools for the execution of on-site metrological services in the substations and primary cabins. These services, although in an incipient stage, are of extreme interest to electric energy companies. This project is based on the state-of-the-art components of analog and digital electronics, including analog/digital (A/D) converters, microprocessors, oscillators, FPGA and computational techniques for digital signal processing. The forms of implementation in both hardware and software for this electronic unit are presented in order to meet the functional requirements specified and the standards of the Instituto Nacional de Metrologia (INMETRO) and equivalent international standards for metrological applications. The validation is based on comparative tests of the phasors at the fundamental frequency of the obtained signals, analyzing the amplitude (for ratio error calculation) and phase (for phase error calculation) between optical and conventional transformers, the last one can be reference or not.

A metodologia para a construção de um receptor GPS por software é apresentada. O receptor GPS por software é uma ferramenta que permite simular as operações realizadas num receptor GPS com a facilidade de poder alterar a sua estrutura e funções de processamento simplesmente mudando as linhas de código do software. Primeiro é feito um estudo da estrutura do sinal GPS, para depois fazer uma análise da arquitetura e do funcionamento de um receptor GPS. Baseados nesta análise é estabelecida a estrutura do "software" (programa) do receptor GPS que processará os sinais de um ou mais satélites GPS, recuperando os dados das mensagens de navegação neles contidos. São apresentados diferentes métodos e técnicas para o processamento do sinal GPS cuja seleção obedecerá a critérios técnicos de eficiência: tempo de processamento e carga computacional. Finalmente, uma vez implementado o programa este é testado através de vários cenários de recepção (canal satélite-receptor). O objetivo principal do receptor GPS por software é auxiliar, mediante a criação de novos algorítmos e arquiteturas na implementação de novos receptores GPS de maior acurácia. Entre as aplicações do receptor GPS por software estão: testar e avaliar algorítmos de navegação, de mitigação do multicaminho (múltiplas trajetórias de chegada do sinal) e de correções ionosféricas assim como crias novos algoritmos de processamento de sinal. é um sistema didático para treinamento e ensino na área de Sistemas de Navegação por Satélites, GNSS, e em geral na área de processamtno de sinais. Também é o primeiro passo para a realização de um receptor por software em tempo real.

Freqüentemente o Exército Brasileiro necessita adquirir novos equipamentos de Guerra Eletrônica, no intuito de se adequar a uma nova realidade tecnológica ou para melhor adestrar seus quadros. Nesse contexto, faz-se necessário tomar conhecimento de novas tecnologias ou avaliar o desempenho das existentes por métodos científicos. Dessa forma, esta tese pretende levantar possibilidades e limitações dos sistemas de localização eletrônica de emissores eletromagnéticos por determinação da direção de chegada na faixa de VHF e UHF por visada direta, através de uma análise estatística das técnicas comumente empregadas e, baseando-se nas limitações levantadas, fazer um estudo da técnica acustoóptica voltada para a obtenção de ângulo de chegada, buscando analisar sua viabilidade como técnica alternativa para a superação das limitações levantadas para esses sistemas. Mostra-se uma avaliação de desempenho baseada num modelo de estimador de ângulo de chegada com distribuição uniforme que esclarece dúvidas sobre a região de cobertura e sobre a influência da forma da linha-base na acurácia das estimativas de posição. Apresenta-se um estudo da obtenção de ângulo de chegada, usando modulador acustoóptico ou célula Bragg multicanal e chega-se a conclusão teórica que é possível implementar processadores desse tipo para medir fase com precisão de até meio grau e conseqüentemente dando maior precisão à estimativa de ângulo de chegada. Mostra-se também que a técnica acustoóptica é eficiente para trabalhar em ambiente sujeito ao ruído térmico, o que a torna mais atraente. Além disso, modernas técnicas digitais permitem processar os sinais identificados e mostrá-los em tempo real, mais uma vez caracterizando uma superioridade desta técnica.

Classificação automática de modulação digital de sinais de comunicações é um importante problema de processamento de sinais no campo das comunicações. É um passo intermediário entre a interceptação do sinal e a recuperação da informação, no qual um classificador identifica automaticamente o tipo de modulação do sinal recebido para posterior demodulação e demais tarefas. A técnica de reconhecimento de padrões pode ser utilizada neste problema de classificação. Neste caso, na classificação é necessária a seleção e extração de características relevantes do sinal recebido. Neste trabalho, foram utilizados três tipos de características relevantes: espectrais, estatísticas e uma combinação dos dois tipos. Dois classificadores foram desenvolvidos nesta pesquisa: o primeiro, baseado em Redes Neurais Artificiais, utilizando o Perceptron Multicamadas (MLP); e o segundo, baseado em Máquinas de Vetores de Suporte (SVM). Estes dois classificadores foram usados para classificar as seguintes modulações digitais: Chaveadas em Amplitude (ASK2, ASK4), Chaveadas em Freqüência (FSK2, FSK4, FSK8), e Chaveadas em Fase (PSK2, PSK4, PSK8). Foi verificado, por meio de simulações em MATLAB 7, que o classificador com a abordagem SVM, utilizando uma combinação de características relevantes espectrais e estatísticas, obteve excelente resultados nos testes.

O trabalho apresenta a etapa de correlação em software de um receptor GPS de uso civil. O software do correlator tem como função extrair, em tempo real, os dados de navegação contidos no sinal GPS (CDMA), os quais são necessários para a determinação da posição dos satélites. Este trabalho apresenta também uma revisão das características e da estrutura do sinal GPS, para permite uma melhor compreensão do funcionamento das arquiteturas dos correlatores descritos na literatura e também, desenvolver o simulador de sinais GPS, necessário para testar as etapas de processamento do Correlator. As etapas de Aquisição, Confirmação, Alinhamento e Rastreamento do correlator, bem como os algoritmos de cálculo da envoltória, demodulação, sincronização de bit, extração dos dados de navegação são apresentados. O software utiliza, como plataforma, o DSP STARTER KIT (DSK) disponível no Departamento de Telecomunicações, o qual é composto pelo DSP da família C6000 (TMS320C6711) da Texas Instruments e pelo ambiente de programação Code Composer Studio. O trabalho, como um todo, enfatiza o processamento digital de sinais, focando no desenvolvimento de receptores em software, onde o sinal digital é processado em banda base através de técnicas de programação.

Propõe-se neste trabalho um enlace tático de dados para comunicação ponto-a-ponto entre aeronave e estação em solo. Ele é baseado no padrão DVB-S2 (Digital Video Broadcasting - Satellite - Second Generation) com adaptações. O enlace deve permitir alta taxa de transmissão, oferecendo confiabilidade e robustez. Aplica-se ao sistema uma técnica de DSSS (direct sequence spread spectrum ou espalhamento espectral por seqüência direta) para proteção contra interferência intencional. Configurações diversas de espalhamento espectral, modulação e codificação de canal são modeladas e testadas. O sistema é testado sob canal AWGN (additive white Gaussian noise, ruído aditivo gaussiano branco), interferência tonal, interferência de banda estreita e interferência pulsada. O desempenho do sistema, em valores de BER (bit error rate, taxa de erro de bit) e PER (packet error rate, taxa de erro de pacote), simulado em diferentes cenários, é usado para avaliar a proteção contra interferência dada pelas opções de codificação e espalhamento. Os resultados da simulação, de um modo geral, concordam com os efeitos esperados. A técnica de espalhamento espectral usada consegue boa proteção contra interferência tonal e interferência de banda estreita. A interferência pulsada é capaz de degradar mais severamente o desempenho e o ganho conseguido pelas medidas de proteção é menor neste caso. Melhorias são propostas baseadas nas fraquezas do sistema sob os cenários de interferência simulados.

Sabe-se que a relaxação de líquidos em meios porosos envolve três mecanismos principais: relaxação bulk, relaxação de superfície e difusão. Muitas vezes, os processos de relaxação de líquidos confinados em meios porosos são dominados pelo processo de relaxação de superfície e difusão do fluído. No chamado regime de difusão rápida, a relaxação de um único poro é comandada por uma função mono exponencial que depende, principalmente, da relação superfície-volume do poro, de modo que em um material poroso, isto é, contendo uma distribuição ampla de tamanho de poros, o sinal de decaimento de magnetização obtido por meio da ressonância magnética nuclear é formado pela soma de exponenciais com diferentes tempos de relaxação. O problema-chave abordado neste trabalho consiste, portanto, em obter por meio desse sinal de magnetização a distribuição dos tempos de relaxação que controlam o decaimento das funções mono-exponenciais. Matematicamente, esse sinal de decaimento de magnetização pode ser descrito na forma geral de uma equação integral de Fredholm do primeiro tipo, cuja solução é um reconhecido problema inverso mal-posto. As abordagens utilizadas na tentativa de solucionar o problema são oriundas de uma área conhecida como processamento digital de sinais, e os seguintes métodos são analisados e comparados neste trabalho: algoritmo dos mínimos quadrados médios com restrição de não negatividade (LMS-NN), algoritmo dos mínimos quadrados médios com restrição de não negatividade e regularizado (LMS-RNN), redes recorrentes de Hopfield e o já bem conhecido na solução de problemas inversos mal-postos, o algoritmo dos mínimos quadrados regularizado (LS-R). Os resultados obtidos no trabalho são bastante positivos, demonstrando que, além do LS-R, existem outras alternativas na solução do problema, que principalmente, permitem atestar as soluções obtidas por qualquer um dos algoritmos. / It is known that the relaxation of liquids in porous media involves three principal mechanisms: bulk relaxation, surface relaxation, and diffusion. Relaxation processes of confined fluids in porous media are often controlled by surface relaxation process and diffusion. In the so-called fast diffusion regime, the relaxation of a single pore is governed by a mono-exponential function that depends primarily on the relation surface-volume of the pore, so that in a porous medium, i.e, in a medium which contains a wide distribution of pore sizes, the signal of magnetization decay obtained by nuclear magnetic resonance is composed by a sum of exponentials controlled by different relaxation times. The main issue discussed in this work consists in obtaining the distribution of relaxation times that controls the decay of the mono-exponential functions that comprise the magnetization signal. Mathematically this signal of magnetization decay can be generally described as a Fredholm integral equation of the first kind, whose solution is a recognized ill-posed inverse problem. The approaches adopted to try to solve the problem come from an area known as digital signal processing, and the following methods analyzed and compared are: non-negative least mean square algorithm (NN-LMS), regularized and nonnegative nleast mean square algorithm (RNN-LMS), recurrent Hopfield networks and regularized least square algorithm (R-LS), acknowledged in the solution of ill-posed inverse problems. The results obtained are very positive, and show that in addition to R-LS there are other alternatives in the solution of the problem, which mainly allow to attest the results achieved through any of the algorithms.

A aquisição experimental de sinais neuronais é um dos principais avanços da neurociência. Por meio de observações da corrente e do potencial elétricos em uma região cerebral, é possível entender os processos fisiológicos envolvidos na geração do potencial de ação, e produzir modelos matemáticos capazes de simular o comportamento de uma célula neuronal. Uma prática comum nesse tipo de experimento é obter leituras a partir de um arranjo de eletrodos posicionado em um meio compartilhado por diversos neurônios, o que resulta em uma mistura de sinais neuronais em uma mesma série temporal. Este trabalho propõe um modelo linear de tempo discreto para o sinal produzido durante o disparo do neurônio. Os coeficientes desse modelo são calculados utilizando-se amostras reais dos sinais neuronais obtidas in vivo. O processo de modelagem concebido emprega técnicas de identificação de sistemas e processamento de sinais, e é dissociado de considerações sobre o funcionamento biofísico da célula, fornecendo uma alternativa de baixa complexidade para a modelagem do disparo neuronal. Além disso, a representação por meio de sistemas lineares permite idealizar um sistema inverso, cuja função é recuperar o sinal original de cada neurônio ativo em uma mistura extracelular. Nesse contexto, são discutidas algumas soluções baseadas em filtros adaptativos para a simulação do sistema inverso, introduzindo uma nova abordagem para o problema de separação de spikes neuronais. / The experimental acquisition of neuronal signals is a major advance in neuroscience. Through observations of electric current and potential in a brain region, it is possible to understand the physiological processes involved in the action potential generation, and create mathematical models capable of simulating the behavior of the neuronal cell. A common practice in this kind of experiment is to obtain readings from an array of electrodes positioned in a medium shared by several neurons, which results in a mixture of neuronal signals in the same time series. This work proposes a discrete-time linear model of the neuronal signal during the firing of the cell. The coefficients of this model are estimated using real samples of the neuronal signals obtained in vivo. The conceived modeling process employs system identification and signal processing concepts, and is dissociated from any considerations about the biophysical function of the neuronal cell, providing a low-complexity alternative to model the neuronal spike. In addition, the use of a linear representation allows the idealization of an inverse system, whose main purpose is to recover the original signal of each active neuron in a given extracellular mixture. In this context, some solutions based on adaptive filters are discussed for the inverse model simulation, introducing a new approach to the problem of neuronal spike separation.