CAPES; CNPq; Fundação Araucária; FINEP / Esta tese apresenta aplicações de inteligência computacional para o aprimoramento de sensoriamento ótico realizado com sensores em fibra ótica. Para tanto, redes neurais artificiais (perceptron de múltiplas camadas), máquinas de vetor de suporte para regressão, evolução diferencial e métodos de sensoriamento compressivo são empregados em conjunto com transdutores de redes de Bragg em fibras óticas. As redes neurais artificiais, máquinas de vetor de suporte para regressão e redes de Bragg são empregadas na localização de uma carga aplicada sobre uma placa de acrílico. É apresentado um novo método utilizando evolução diferencial para a solução do problema do espalhamento inverso em redes de Bragg em fibra ótica, propondo o uso de restrições para solucioná-lo na ausência de informação de fase do sinal refletido. Um método para a detecção de múltiplas cargas posicionadas acima de uma placa de metal é proposto. Neste método, a placa de metal é suportada por anéis de ferro contendo redes de Bragg em fibra ótica e a detecção das cargas é realizada com o uso de métodos de sensoriamento compressivo para a solução do problema inverso subdeterminado resultante. A troca dos anéis de ferro por blocos de silicone e um novo método baseado em sensoriamento compressivo e evolução diferencial são propostos. Os resultados experimentais mostram que os métodos computacionais propostos auxiliam o sensoriamento e podem permitir uma melhoria da resolução espacial do sistema sem a necessidade do aumento do número de elementos transdutores. / This thesis presents new optical fiber sensing methodologies employing computational intelligence approaches seeking for the improvement of the sensing performance. Particularly, artificial neural networks, support vector regression, differential evolution and compressive sensing methods were employed with fiber Bragg grating transducers. Artificial neural networks (multilayer perceptron) and fiber Bragg gratings were used to determine the location of a load applied to a polymethyl methacrylate sheet. A new method based on the application of differential evolution is proposed to solve the inverse scattering problem in fiber Bragg gratings, where constraints are imposed to solve the problem without the need of phase information. A method for detecting multiple loads on a metal sheet is also proposed. In this method, the metal sheet is supported by iron rings containing fiber Bragg gratings, and compressive sensing methods are employed to solve the resulting underdetermined inverse problem. Further developments of the method replaced the iron rings by silicon blocks and employed a new reconstruction method based on compressive sensing and differential evolution. Experimental results show that the proposed computational methods improve the optical fiber sensing and lead to an enhancement of the spatial resolution without increasing the number of transducers.

A água é um recurso natural que, apesar de abundante, tem sofrido grande restrição em sua disponibilidade por conta da atividade humana, principalmente a agricultura. A garantia de conformidade da água que é distribuída à população quanto aos níveis tidos como seguros para a presença de contaminantes é, portanto, uma questão de saúde pública e que tem atraído grande atenção. De modo a detectar substâncias potencialmente nocivas, complexos procedimentos de química analítica são utilizados para a verificação e emissão de laudos de conformidade, utilizados para a tomada de decisão em relação à sua potabilidade. Neste cenário há demanda para métodos auxiliares para guiar a amostragem e realizar a triagem de amostras. O glifosato é o herbicida sistêmico não seletivo mais utilizado no mundo. Tal substância tem recebido crescente atenção, principalmente devido à sua ampla utilização e controvérsia em relação ao seu efeito potencialmente cancerígeno. Neste trabalho é apresentado um método para a detecção de glifosato diretamente em meio aquoso a partir da interrogação espectroscópica assistida por nanopartículas de prata. Com uso do espalhamento Raman, a região de assinatura espectral de moléculas em solução aquosa é acessível na região visível do espectro eletromagnético. Entretanto, o limite de deteção para este tipo de interrogação é prejudicado pela baixa intensidade do sinal ótico gerado. A intensificação do espalhamento Raman por um corpo metálico nanoestruturado é uma técnica que permite a detecção de traços de substâncias por meio de seu espectro vibracional. Nanopartículas esféricas de prata, com tamanhos de 5 a 20 nm, foram produzidas a partir da técnica de Ablação a Laser Pulsado em Líquidos resultando em uma solução coloidal estabilizada por íons de citrato, usado como surfactante. Um aparato experimental, composto por dois espectrofotômetros a fibra ótica e bombeamento por fontes de radiação laser e banda larga, foi implementado para interrogação das amostras de água com potencial presença de glifosato. O espectro vibracional foi obtido pela medição do espalhamento Raman intensificado em superfície (SERS) do conjunto de aglomerados de nanopartículas de prata formado pela agregação mediada pelo analito. Por meio do espectro de extinção UV-Vis, o estado de agregação das nanopartículas em solução coloidal foi medido. A partir dessa agregação, foi possível medir uma banda de espalhamento Raman intensificado dependente da concentração do analito. Um mecanismo baseado na interação entre o analito e o substrato foi proposto. A a partir dos resultados, realizou-se o ajuste na produção das nanopartículas, bem como sua interação com as amostras, permitindo a determinação do limite de detecção de 6,0 e 7,5 μM (1,0 e 1,3 ppm) para as duas técnicas de interrogação, UV-Vis e Raman, respectivamente. Um sistema de reconhecimento de padrões baseado no método da Análise de Discriminantes pelos Mínimos Quadrados Parciais (PLS-DA) foi implementado para a classificação de amostras. O sistema emprega a fusão em baixo nível dos dados espectroscópicos, UV-Vis e Raman, num único espaço de características. O sistema foi treinado e validado a partir de amostras de água deionizada e testado com amostras de água in natura com adição de glifosato. Considerando um limite de decisão de 10 μM, foi obtido um valor de acurácia de classificação de 0,85. / Water is a natural resource that, although abundant, has been under great limitation in its availability due to human activity, mainly agriculture. Ensuring compliance of the water that is distributed to the population on levels considered safe for the presence of contaminants is therefore a public health issue and has attracted great attention. In order to detect potentially harmful substances, complex analytical chemistry procedures are used to verify and issue conformity reports used for decision making regarding its potability. In this scenario there is a demand for auxiliary methods to guide sampling and to perform sample screening. Glyphosate is the most widely used non-selective systemic herbicide in the world. Such a substance has received increasing attention, mainly due to its wide use and controversy regarding its potentially carcinogenic effect. This work presents a method for the detection of glyphosate directly in aqueous medium from the spectroscopic interrogation assisted by silver nanoparticles. With the use of Raman scattering, the region of spectral signature of molecules in aqueous solution is accessible in the visible region of the electromagnetic spectrum. However, the detection limit for this type of interrogation is impaired by the low intensity of the optical signal generated. The enhancing of Raman scattering by a nanostructured metallic body is a technique that allows the detection of traces of substances by means of their vibrational spectrum. Silver spherical nanoparticles, ranging from 5 to 20 nm in diameter, were produced by Pulsed Laser Ablation in Liquid (PLAL) technique, resulting in a colloidal solution stabilized by citrate ions, used as a surfactant. An experimental apparatus composed of two optical fiber spectrophotometers, and pumping by laser and wideband radiation sources, was implemented to interrogate water samples with the potential presence of glyphosate. The vibrational spectrum was obtained by measuring the surface enhanced Raman scattering (SERS) of the silver nanoparticle clusters, formed by the analyte-mediated aggregation. By means of the UV-Vis extinction spectrum, the state of aggregation of the nanoparticles in colloidal solution was measured. From this aggregation, it was possible to measure one of the analyte concentration dependent enhanced Raman scattering band. A mechanism based on the interaction between the analyte and the substrate has been proposed. From the results, the tuning of the nanoparticles production, as well as their interaction with the samples was carried out. The limit of detection (LOD) of 6.0 and 7.5 μM (1.0 and 1.3 ppm) for the two interrogation techniques, UV-Vis and Raman, respectively, was achieved. A pattern recognition system based on the Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA) method has been implemented for the classification of samples. The system employs the low level fusion of the spectroscopic data, UV-Vis and Raman, in a unique feature space. The system was trained and validated with deionized water samples and tested with fresh water samples with addition of glyphosate. Considering a decision limit of 10 μM, a classification accuracy of 0.85 was obtained.

CAPES / Neste trabalho são apresentados os resultados numéricos e experimentais de refratômetros baseados em redes de Bragg produzidos em fibras óticas multimodo. O desempenho dessas redes é comparado com o desempenho de redes tradicionais gravadas em fibras óticas monomodo. Para que as redes apresentem sensibilidade ao índice de refração elas são submetidas à corrosão química e após esse processo a fibra ótica monomodo apresentou um diâmetro de (18,08 ± 0,01) m, enquanto que a fibra ótica multimodo apresentou um diâmetro de (17,10 ± 0,10) m. Os resultados deste estudo mostraram que as redes de Bragg gravadas em fibras óticas multimodo apresentaram maior sensibilidade ao índice de refração externo, bem como maior faixa dinâmica, em relação às redes gravadas em fibras óticas monomodo. Determinou-se experimentalmente uma sensibilidade de 41,9 nm/UIR para a rede gravada em fibra multimodo, contra uma sensibilidade de 1,3 nm/UIR para a rede gravada em fibra monomodo, sendo que tais sensibilidades foram obtidas para um índice de refração de 1,4656. O uso de fibras óticas multimodo conferiu maior sensibilidade ao sistema, além de ter proporcionado aumento da robustez mecânica em função dos maiores diâmetros empregados, quando comparados às fibras óticas monomodo com sensibilidade similares. Os dispositivos estudados foram aplicados na determinação da concentração de óleo vegetal na mistura óleo-biodiesel, que é um dos parâmetros de qualidade do processo de produção e distribuição do combustível. Os resultados obtidos mostram que utilizando o modo 1 é possível obter uma resolução de 2,11% v/v quando a concentração de óleo se aproxima de 0,00% e 0,28% v/v para 70% v/v de concentração de óleo. Caso a análise seja realizada utilizando o modo 2 a resolução obtida é de 1,37% v/v quando a concentração de óleo se aproxima de 0,00% e 0,13% v/v para 60,51% v/v de concentração de óleo. / In this work are reported the experimental and numerical results of a refractometer based on fiber Bragg gratings produced on multimode optical fibers. The performance of the gratings inscribed in multimode optical fibers is compared with the gratings inscribed in single mode optical fibers. In order to become sensitive to the external refractive index, the gratings were subdued to a chemical etching process, after which the single mode fiber presented a (18.08 ± 0.01) m diameter while the multimode fiber presented a (17.10 ± 0.10) m diameter. The results of this study showed that the gratings inscribed in multimode optical fibers presented a higher sensitivity to the external refractive index, and a broader dynamic range as well, when compared with the gratings inscribed in single mode optical fibers. Experimental results showed a 41.9 nm/RIU sensitivity for gratings inscribed in multimode optical fibers and a 1.3 nm/RIU sensitivity for gratings inscribed in single mode optical fibers, being both fibers exposed to a 1.4656 external refractive index. Multimode optical fibers provided an increase in the system sensitivity, and a mechanical robustness improvement as well, due to the higher optical fibers diameters employed when compared with single mode optical fibers with similar sensitivities. The devices were used to determine the vegetal oil concentration of oil-biodiesel blends, which stands as a quality parameter for the fuel production and distribution. The results showed that the mode 1 allowed a resolution of 2.11% v/v for 0.00 % of oil concentration and 0.28 % v/v when oil concentration was 70.00% v/v. Analysis performed with mode 2 showed a resolution of 1.37% v/v for 0.00 % of oil concentration and 0.13 % v/v when oil concentration was 60.51% v/v.

A comunicação em redes veiculares ad hoc (VANETs) é comumente dividida em dois cenários, chamados veículo-a-veículo (V2V) e veículo-a-infraestrutura (V2I). Objetivando estabelecer uma comunicação segura contra espiões, trabalhos recentes tem proposto a troca de chaves secretas baseado na variação da força do sinal recebido (RSS). Entretanto, o bom desempenho de tal método depende da taxa de variação do canal, sendo mais apropriado a cenários em que o canal varia rapidamente, como geralmente é o caso da comunicação V2V. Já na comunicação V2I, o canal normalmente possui desvanecimento lento. Neste trabalho, é proposta a utilização de múltiplas antenas com o intuito de gerar artificialmente um canal de desvanecimento rápido, permitindo assim a extração de chaves secretas através da RSS em um cenário V2I. Análises numéricas mostram que o modelo proposto pode obter desempenho superior, em termos de taxa de extração de bits secretos, do que o modelo de salto em frequência proposto na literatura. / The communication in vehicular ad hoc networks (VANETs) is commonly divided in two scenarios, namely vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-infrastructure (V2I). Aiming at establishing secure communication against eavesdroppers, recent works have proposed the exchange of secret keys based on the variation in received signal strength (RSS). However, the performance of such scheme depends on the channel variation rate, being more appropriate for scenarios where the channel varies rapidly, as is usually the case with V2V communication. In the communication V2I, the channel commonly undergoes slow fading. In this work we propose the use of multiple antennas in order to artificially generate a fast fading channel so that the extraction of secret keys out of the RSS becomes feasible in a V2I scenario. Numerical analysis shows that the proposed model can outperform, in terms of secret bit extraction rate, a frequency hopping-based method proposed in the literature.

CAPES; CNPq; Fundação Araucária / A alta demanda por água de qualidade e livre de contaminações, em um contexto de elevado crescimento populacional e econômico, é uma questão que preocupa a sociedade. Porém, a atividade humana, poluindo alterando o equilíbrio e a dinâmica dos recursos naturais produz impacto direto sobre as bacias hidrográficas de onde se capta a maior parte dessa água. A detecção de bactérias do grupo coliforme, em especial a Escherichia coli, é amplamente utilizada como parâmetro microbiológico da qualidade da água, seja na avaliação de sua potabilidade ou na verificação da eficácia do tratamento. Assim, propõem-se uma metodologia que, fazendo uso da bioluminescência ultrafraca, ou emissão de fótons ultrafraca (ultra-weak photon emission – UWPE) proveniente destas bactérias, possibilita detectar a presença destes microrganismos em amostras de água, de forma mais rápida que nos métodos atuais (que podem levar até 48 horas), além de dispensar testes bioquímicos e ser operacionalmente mais simples. O método consiste em detectar padrões de UWPE proveniente de amostras de água previamente incubadas em meio nutritivo EC, com e sem tratamento, utilizando para tal, uma instrumentação especialmente projetada, baseada em dispositivo fotomultiplicador capaz de efetuar a contagem dos fótons emitidos da amostra colocada no interior de uma câmara escura. Assim, por meio dos padrões temporais da UWPE com duração de 24 horas, foi possível discriminar as amostras de água tratada das não-tratadas (contaminadas), comparando-se os padrões obtidos destas amostras, com aqueles obtidos a partir de amostras de controle de uma cepa padrão de Escherichia coli ATCC 8739 incubadas em meio EC. O padrão bem definido da UWPE da amostra de controle serviu, portanto, de referência para avaliar a presença de bactérias do grupo coliforme em amostras sem tratamento. Dos resultados dos ensaios com cepa padrão de Escherichia coli, água tratada e não tratada foi possível concluir que o método proposto utilizando a avaliação dos perfis temporais de UWPE pode ser usado como um método alternativo de avaliação da qualidade sanitária da água com as vantagens supracitadas. / The high demand for quality water, free of contamination, in a high population growth context and economic is an issue that concerns the society. However, human activity polluting is changing the balance and dynamics of natural resources has a direct impact on the watershed, where it is captures most of this water. The detection of coliform group, in especially Escherichia coli, is widely used as microbiological parameter for water quality, as well as a tool to evaluate its potability or verification of the efficacy of treatment. Thus, proposed a methodology that makes use of the ultraweak bioluminescence, or ultra-weak photon emission (UWPE) from these bacteria, it’s possible to detect the presence of these microorganisms in water samples, faster than current methods (which can take up to 48 hours), besides dispensing biochemical tests and being operationally simpler. The method consists in detecting UWPE patterns from water samples previously incubated in EC nutrient broth, with and without treatment, using instrumentation specifically designed with a photomultiplier device capable of counting photons emitted from samples inside a dark chamber. Thus, through UWPE temporal patterns with a duration of 24 hours, it was possible to discriminate the treated water samples from the untreated water samples (contaminated), comparing the patterns obtained from these samples with those obtained from control samples of a standard strain of Escherichia coli ATCC 8739 incubated in EC nutrient broth. The well-defined pattern of the control sample served, therefore, as a reference to evaluate the presence of bacteria in the coliform group in untreated water samples. From the results of the standard strain of Escherichia coli, treated and untreated water, it was possible to conclude that the proposed method using the UWPE temporal profile evaluation can be used as an alternative method of evaluating the sanitary quality of water with the aforementioned advantages.

CAPES / Neste trabalho são apresentados os resultados numéricos e experimentais de refratômetros baseados em redes de Bragg produzidos em fibras óticas multimodo. O desempenho dessas redes é comparado com o desempenho de redes tradicionais gravadas em fibras óticas monomodo. Para que as redes apresentem sensibilidade ao índice de refração elas são submetidas à corrosão química e após esse processo a fibra ótica monomodo apresentou um diâmetro de (18,08 ± 0,01) m, enquanto que a fibra ótica multimodo apresentou um diâmetro de (17,10 ± 0,10) m. Os resultados deste estudo mostraram que as redes de Bragg gravadas em fibras óticas multimodo apresentaram maior sensibilidade ao índice de refração externo, bem como maior faixa dinâmica, em relação às redes gravadas em fibras óticas monomodo. Determinou-se experimentalmente uma sensibilidade de 41,9 nm/UIR para a rede gravada em fibra multimodo, contra uma sensibilidade de 1,3 nm/UIR para a rede gravada em fibra monomodo, sendo que tais sensibilidades foram obtidas para um índice de refração de 1,4656. O uso de fibras óticas multimodo conferiu maior sensibilidade ao sistema, além de ter proporcionado aumento da robustez mecânica em função dos maiores diâmetros empregados, quando comparados às fibras óticas monomodo com sensibilidade similares. Os dispositivos estudados foram aplicados na determinação da concentração de óleo vegetal na mistura óleo-biodiesel, que é um dos parâmetros de qualidade do processo de produção e distribuição do combustível. Os resultados obtidos mostram que utilizando o modo 1 é possível obter uma resolução de 2,11% v/v quando a concentração de óleo se aproxima de 0,00% e 0,28% v/v para 70% v/v de concentração de óleo. Caso a análise seja realizada utilizando o modo 2 a resolução obtida é de 1,37% v/v quando a concentração de óleo se aproxima de 0,00% e 0,13% v/v para 60,51% v/v de concentração de óleo. / In this work are reported the experimental and numerical results of a refractometer based on fiber Bragg gratings produced on multimode optical fibers. The performance of the gratings inscribed in multimode optical fibers is compared with the gratings inscribed in single mode optical fibers. In order to become sensitive to the external refractive index, the gratings were subdued to a chemical etching process, after which the single mode fiber presented a (18.08 ± 0.01) m diameter while the multimode fiber presented a (17.10 ± 0.10) m diameter. The results of this study showed that the gratings inscribed in multimode optical fibers presented a higher sensitivity to the external refractive index, and a broader dynamic range as well, when compared with the gratings inscribed in single mode optical fibers. Experimental results showed a 41.9 nm/RIU sensitivity for gratings inscribed in multimode optical fibers and a 1.3 nm/RIU sensitivity for gratings inscribed in single mode optical fibers, being both fibers exposed to a 1.4656 external refractive index. Multimode optical fibers provided an increase in the system sensitivity, and a mechanical robustness improvement as well, due to the higher optical fibers diameters employed when compared with single mode optical fibers with similar sensitivities. The devices were used to determine the vegetal oil concentration of oil-biodiesel blends, which stands as a quality parameter for the fuel production and distribution. The results showed that the mode 1 allowed a resolution of 2.11% v/v for 0.00 % of oil concentration and 0.28 % v/v when oil concentration was 70.00% v/v. Analysis performed with mode 2 showed a resolution of 1.37% v/v for 0.00 % of oil concentration and 0.13 % v/v when oil concentration was 60.51% v/v.

A comunicação em redes veiculares ad hoc (VANETs) é comumente dividida em dois cenários, chamados veículo-a-veículo (V2V) e veículo-a-infraestrutura (V2I). Objetivando estabelecer uma comunicação segura contra espiões, trabalhos recentes tem proposto a troca de chaves secretas baseado na variação da força do sinal recebido (RSS). Entretanto, o bom desempenho de tal método depende da taxa de variação do canal, sendo mais apropriado a cenários em que o canal varia rapidamente, como geralmente é o caso da comunicação V2V. Já na comunicação V2I, o canal normalmente possui desvanecimento lento. Neste trabalho, é proposta a utilização de múltiplas antenas com o intuito de gerar artificialmente um canal de desvanecimento rápido, permitindo assim a extração de chaves secretas através da RSS em um cenário V2I. Análises numéricas mostram que o modelo proposto pode obter desempenho superior, em termos de taxa de extração de bits secretos, do que o modelo de salto em frequência proposto na literatura. / The communication in vehicular ad hoc networks (VANETs) is commonly divided in two scenarios, namely vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-infrastructure (V2I). Aiming at establishing secure communication against eavesdroppers, recent works have proposed the exchange of secret keys based on the variation in received signal strength (RSS). However, the performance of such scheme depends on the channel variation rate, being more appropriate for scenarios where the channel varies rapidly, as is usually the case with V2V communication. In the communication V2I, the channel commonly undergoes slow fading. In this work we propose the use of multiple antennas in order to artificially generate a fast fading channel so that the extraction of secret keys out of the RSS becomes feasible in a V2I scenario. Numerical analysis shows that the proposed model can outperform, in terms of secret bit extraction rate, a frequency hopping-based method proposed in the literature.

Submitted by Marta Toyoda (1144061@mackenzie.br) on 2018-03-09T16:59:58Z No. of bitstreams: 2 GUILHERME BOSCOLO DOS SANTOS.pdf: 18400225 bytes, checksum: 47dbfd4bd3d74984f6d4c7bfff9e594d (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2018-04-04T11:41:38Z (GMT) No. of bitstreams: 2 GUILHERME BOSCOLO DOS SANTOS.pdf: 18400225 bytes, checksum: 47dbfd4bd3d74984f6d4c7bfff9e594d (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-04T11:41:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 GUILHERME BOSCOLO DOS SANTOS.pdf: 18400225 bytes, checksum: 47dbfd4bd3d74984f6d4c7bfff9e594d (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-01-30 / With the establishment of digital television technology, improvements have emerged com- pared to analogue, such as bringing users better quality picture and video. This transition of the analogue/digital system is already a reality in Brazil, so that organs linked to the Brazilian government are performing the process of switch-off the analogue signal. This switch-off aims to release the electromagnetic spectrum in the UHF band to allow the expansion of mobile broadband. Due to this operation in adjacent bands, there is a pos- sibility that the LTE signal interferes with digital TV. Studies presented by researchers report that antennas designed with ”smart” characteristics can reduce interference from unwanted signals. When designed with dual polarization, such antennas enable the wireless link to become more robust due to differences polarization existing between the transmitter and the receiver of the current communications systems. This essay presents a new pro- posal of dual-polarized antenna, whose operating is destined to the radio frequency range of the digital television after the switch-off, so that it can be used in the current digital te- levision standard as in the next-generation of digital broadcasting. The proposed antenna was designed with a full wave electromagnetic field simulator. A prototype was simulated and built and experimental results showed that the proposed antenna could cover a band of 384 MHz in the UHF band and 40 MHz in the high VHF band as well as serving as a filter for the LTE band. Tests were performed using software defined radio and showed their reception quality. / Com o estabelecimento da tecnologia da televisão digital, melhorias surgiram comparadas com à analógica, como levar aos usuários uma melhor qualidade de imagem e vídeo. Essa transição do sistema analógico/digital já é uma realidade no Brasil, de modo que órgãos ligados ao governo brasileiro já estão realizando o processo de desligamento do sinal analógico. Esse desligamento que tem por objetivo liberar o espectro eletromagnético na faixa de UHF para permitir a expansão da banda larga móvel. Devido a esta operação em faixas adjacentes, existe a possibilidade do sinal LTE interferir na TV digital. Estudos apresentados por pesquisadores relatam que antenas projetadas com características de “inteligentes” podem reduzir interferências vindas de sinais indesejáveis. Quando projetadas com dupla polarização, tais antenas ainda possibilitam que o enlace sem fio se torne mais robusto frente às diferenças de polarização existentes entre o transmissor e o receptor dos sistemas de comunicações atuais. Esta pesquisa apresenta uma nova proposta de antena com dupla polarização, cuja faixa de operação é destinada a faixa de radiofrequência da televisão digital após o desligamento do sinal analógico, de forma a ser utilizada no atual sistema de televisão como em sua próxima geração. A antena proposta foi projetada com simulador de campo eletromagnético de onda completa. Um protótipo foi simulado e construído e os resultados experimentais demonstraram que a antena proposta pode cobrir uma banda de 384 MHz na faixa do UHF e 40 MHz na de VHF alto além de servir como filtro para a faixa do LTE. Testes foram realizados utilizando rádio definidos por software e mostraram sua qualidade de recepção.

[pt] A medição da velocidade de fluidos tem relevância considerável em aplicações industriais e científicas, nas quais medições com baixa incerteza são geralmente requeridas. Nesta tese, tem-se como objetivo projetar e modelar um sistema de medição de velocidade de vento utilizando fusão de dados das informações dos tempos de trânsito obtidas pelas técnicas de detecção de limiar e diferença de fase. Para este propósito, este trabalho é composto por duas partes principais. Na primeira parte, apresenta-se uma análise da propagação de incertezas das técnicas de detecção de limiar e diferença de fase considerando duas estruturas para a medição da velocidade do vento, e faz-se a comparação das faixas de medição e suas incertezas associadas para cada estrutura de medição. Na segunda parte deste trabalho, faz-se um estudo das técnicas de fusão de dados aplicadas a instrumentação e medição, identificandose duas técnicas principais baseadas em: (a) estimação de máxima probabilidade (MLE – Maximum Likelihood Estimation), (b) relação de compatibilidade fuzzy e operadores OWA (Order Weighted Average) com agregação parcial. Em seguida, estas técnicas de fusão são aplicadas para a estimação do tempo de trânsito, considerando-se várias medições independentes do tempo de trânsito obtidas pelas técnicas de detecção de limiar e diferença de fase. Finalmente, realiza-se uma análise da incerteza quantificando-se a incerteza de cada medição sobre o resultado final de fusão. Apresenta-se um estudo de caso englobando estas duas partes do trabalho, desenvolvendo-se o projeto e modelagem de um instrumento de medição de velocidade do vento com baixa incerteza, considerando-se as incertezas associadas, e o uso de técnicas adequadas de fusão de dados para prover informações com maior exatidão e confiabilidade. Resultados experimentais são realizados em um túnel de vento de baixa velocidade com o objetivo de verificar a consistência dos estudos teóricos apresentados. / [en] Flow speed measurement has considerable relevance in industrial and scientific applications, where measurements with low uncertainty are required. In this work, a system for wind speed measurement using ultrasonic transducers is designed and modelled. This system makes use of data fusion techniques for the time-of-flight estimation, combining independent information provided by the threshold detection and phase difference methods. For this purpose, this work consists of two main parts. The first part presents an analysis of uncertainty and error propagation concerning the threshold detection and phase difference techniques and considering two structures for the wind speed measurement. Measurement ranges are associated uncertainties are then compared for each of those estrutures. In the second part of this work, data fusion techniques applied to instrumentation and measurement are studied; two main techniques are singled out: (a) Maximum Likelihood Estimation (MLE), (b) Fuzzy compatibility relation and Order Weighted Average (OWA) operators with partial aggregation. These fusion techniques are then applied to the time-of-flight estimation, by considering several independent measurements obtained through the threshold detection and phase difference techniques. Finally, uncertainty analysis is carried out by quantifying the influence of each independent measurement on the global fusion result. A case study is also presented, where an instrument for wind speed measurements with low uncertainty is designed and modelled. Appropriate techniques of data fusion aimed at improving accuracy and realiability are considered. Experiments are performed in a wind tunnel in order to verify the consistency of the results in view of the theoretical studies.

[pt] O estágio atual das comunicações móveis é caracterizado por um crescimento espetacular da demanda em todos os tipos de ambientes, tanto urbanos densos como suburbanos e rurais . Os planejadores destes sistemas necessitam ferramentas eficientes e economicamente viáveis para a caracterização e projeto deles. O grande objetivo de um bom planejamento é uma boa cobertura, e um dos parâmetros de qualidade é a perda média de propagação. A principal técnica determinística utilizada para o cálculo da perda média de propagação em micro-células em áreas fortemente edificadas é o traçado de raios, a través de um de dois métodos alternativos: o método das imagens e o método de lançamento de raios. Este trabalho apresenta uma formulação detalhada do método de lançamento de raios e dos métodos assintóticos que foram usados afim de calcular os campos eletromagnéticos (direto, refletido e difratado) que permitem calcular a Perda Média de Propagação. Além do mais apresenta-se o método de discriminação espacial usado para acelerar o processo de cálculo. A metodologia proposta foi implementada em programa de computador e são apresentados alguns estudos de caso para ambientes específicos. / [en] The current period of the mobile communications is characterized by a spectacular growth of the demand in all the types of environments, not only in density urbanized cities as suburban and rural. The planners of these systems need efficient and economically viable tools for the design of these systems. The main goal of good planning is a good coverage, and one of the most adopted quality indicators is the path loss of propagation. The mostly used deterministic technique for calculation it in strongly built micro-cells is the tracing of rays, whether the method of the images or the method of launching of rays. This work presents a detailed formularization of the method of launching of rays and of the asymptotic methods which have been used in order to calculate the electromagnetic fields (direct, reflected and diffracted) which allow to calculate the Path Loss of Propagation. Besides it this shown the used method of space discrimination, which was employed to speed up the calculation. The methodology proposal was implemented in computer program and is presented some studies of case for specific environments.