Charge-scaling (CS) successive approximation register (SAR) ADC's are widely used in the design of low power electronics. Significant portions of CS-SAR ADC power are consumed by CS capacitor arrays and comparator circuits. This Dissertation presents circuit techniques to reduce the power consumption of both CS capacitor array and the latch comparator during ADC operations. The impacts of the proposed techniques on ADC accuracies are analyzed and circuit techniques are presented to address the accuracy concerns. The dissertation also presents techniques to cope with capacitor mismatches, which becomes more significant with the use of very small unit capacitors in the CS array. These techniques rely on a novel programmable CS capacitor array that allow optimally grouping the unit capacitors. Based on a 0.13um CMOS technology the proposed techniques are verified with extensive circuit simulation. Post layout simulations are done to evaluate the proposed techniques for energy efficient CS capacitor array.

This thesis evaluates the potential for using line of sight returns and return signals from underneath a forest canopy using X-band, airborne synthetic aperture radar (SAR) tomography. Approximately 30% of the Earth’s land surface is covered by vegetation, therefore global digital elevation models (DEMs) contain a signal from the forest canopy and not the ground. By uncovering new techniques to find the ground signals, using data collected from airborne platforms as verification, such procedures could be applied to currently operational and future X-band, spaceborne systems with the aim of resolving much of the vegetation bias on an international scale. Data from three sources is presented; data collected from Selex ES’s SAR systems, the GOTCHA dataset and simulated data. Before carrying out tomography it is shown that SAR interferometry (InSAR) can successfully be applied to X-band, helicopter data. A scatterer defined as a candidate persistent scatterer (CPS) is introduced, where the pixels are stable and coherent over a matter of days. An algorithm for selecting CPSs is developed by exploiting sparsity and a novel choice of hard thresholding operator. Using simulated forestry and SAR information the effects of changing input parameters on the outcome of the tomographic profile is analysed. What is found in this study is that model simulations demonstrate that ground points can be detected if the platform motion is relatively stable and that temporal decorrelation over the forest volume is kept to a minimal. An understory can confuse the tomographic profile since less line of sight observations can be made. By combining line of sight observations alongside new tomography techniques on high resolution SAR data this thesis shows it is possible to detect ground scatterers, even at X-band.

Dois dispositivos de comunicação sem fio populares são considerados nesta pesquisa. Em primeiro lugar, o fone de ouvido que utiliza tecnologia Bluetooth, sendo um dos acessórios móveis mais econômicos do mercado e os óculos para dispositivos de comunicação que são uma representação da nova visão futurista. A absorção de ondas eletromagnéticas na cabeça humana durante um certo período de tempo, pode conduzir a problemas de saúde. A Taxa de Absorção Específica (SAR) foi simulada em quatro modelos diferentes para duas abordagens que realizam variações nos parâmetros dielétricos dos tecidos da cabeça. Estes resultados foram comparados com as recomendações internacionais (IEC 62209-2, 2010; ICNIRP, 2009; IEEE C95.1,2005; WHO, 2006; IEEE, 2002). O primeiro modelo utilizado foi o Manequim Antropomórfico Específico (SAM phantom), bem como três modelos realistas de cabeça humana (ou seja, um adulto de 34 anos e duas crianças de 10 e 6 anos). As simulações foram executadas utilizando o método de diferenças finitas (FDTD) e a frequência usada para alimentar as antenas foi de 2,45 GHz. Além disso foram feitas medidas experimentais de potência transmitida pelo dispositivo Bluetooth. / Two popular wireless communication devices are considered in this research. Firstly, the handset Bluetooth which is one of the most economic mobile accessories and the eyewear Communicating Device which are a representation of the new futuristic vision. It is well known that the absorption of electromagnetic waves on the human head for a certain period of time may lead to health problems such as headaches. The Specific Absorption Rate (SAR) is simulated to four different head models for two approaches that perform variations in the dielectric parameters in the head tissues and compared with the available international recommendations (IEC 62209-2, 2010; ICNIRP, 2009; IEEE C95.1,2005; WHO, 2006; IEEE, 2002). The first model used is the Specific Anthropomorphic Mannequin (SAM phantom), as well as three realistic models of human head (i.e., a 34 years old adult and two children of 10 and 6 years old). The simulations were performed using the finite difference time domain (FDTD) method and the frequency used to feed the antennas was 2.45 GHz. Experimental measurements of transmission power in Bluetooth device are also described.

O propósito geral desta tese foi modelar a dinâmica do retroespalhamento SAR-X ao longo de um pacote superficial de neve seca através do uso de uma ferramenta computacional de modelagem de micro-ondas (RF Module®, PDETOOL®, MATLAB®), baseado na física da interação entre o feixe de micro–ondas e este pacote de neve, e executar a aplicação de métodos estatísticos para geração de relações entre variáveis estratigráficas desse pacote de neve e o respectivo retroespalhamento SAR-X observado. Para tanto, o presente trabalho buscou avançar na organização de um modelo analítico para o processo de interação entre um feixe de micro–ondas na banda X e o pacote de neve superficial, aplicando ferramentas computacionais para a resolução dos equacionamentos que compõem esse problema. Como área de estudo, delimitou–se a porção ocidental antártica, especificamente junto à área da geleira Union. O modelo de retroespalhamento utilizado pautou–se na consideração do Modelo de Transferência Radiativa (MTR), adotando como variáveis principais a profundidade da neve acumulada, a rugosidade da superfície (interface ar–neve e neve–sologelo), o tamanho dos cristais de neve (tamanho dos grãos), o perfil de densidade da neve acumulada e as características das camadas de neve que formam o pacote de neve superficial (espessura, forma da interface entre camadas, variação dielétrica entre camadas, dentre outros). Posteriormente, através da reversão modelagem estatística do modelo de retroespalhamento criado, foram obtidos dados estratigráficos indiretos modelados (número médio de camadas de neve, densidade média do pacote de neve superficial e tamanho médio dos grãos de neve), permitindo a inferência de variáveis da estratigrafia local a partir de dados de retroespalhamento SAR COSMO–SkyMed, banda X. Por fim, a comparação entre os valores modelados e aqueles observados em campo para a estratigrafia e para o retroespalhamento permitiram estimativas do desempenho da modelagem proposta. Para fins de validação desta modelagem, foram considerados dados comuns de entrada, constituídos de dados estratigráficos e de temperatura da neve em um perfil de 2 m de profundidade e dados SAR–X COSMO–SkyMed (modo de aquisição Stripmap/Himage com resolução espacial de 3x3 m) na banda X coletados na região da geleira Union no verão antártico de 2011–2012. Como resultados, foram obtidas equações analíticas para estimativa do tamanho médio dos grãos de neve, número médio de camadas espalhadoras e densidade média do pacote de neve superficial a partir de dados de retroespalhamento SAR– banda X, com consistência estatística mínima estimada de 86% (R² ≥ 86%). Já o modelo de retroespalhamento utilizado, tendo seus resultados comparados aos dados de retroespalhamento in situ COSMO–SkyMed exibiram estimativas com R² da ordem de 90% ou maior, o que é considerado estatísticamente adequado. Este trabalho traz como contribuição a implementação computacional via ferramenta de modelagem de um modelo de retroespalhamento SAR–X, voltado para massas de neve seca, e propõe a obtenção de dados estratigráficos a partir de dados de retroespalhamento SAR–X com o uso de equações determinadas por regressão estatística. Isto permitiu a espacialização de variáveis estratigráficas em zonas de neve seca a partir de dados SAR obtidos ao longo da banda X. Cabe ressaltar o fato de que devido ao limitado número de amostras de campo (7 amostras), a consistência estatística e a confiabilidade dos resultados deve ser tomada com ressalva, quando considerada a análise glaciológica da variação nos parâmetros do pacote de neve, cabendo melhores testes e análises em sua aplicação. / The present thesis proposes an analytical model for interaction between a beam of microwaves in the X band and surface snowpack. To this end, statistical analysis were performed with SAR-X backscattering data and reference data from snowpits focusing the interaction between the microwave beam and the snowpack in dry snow areas. Numerical methods were employed for solution of differential equations that make up this issue. The model was proposed for Union Glacier, located in the West Antarctic Ice Sheetregarding a study area including the Antarctic western portion, recognized as the Union Glacier. The backscattering model used was based under the assumption of the Radiative Transfer Model (RTM), considering as main variables the depth of accumulated snow, the surface roughness (air-snow interface and snow-ice interface), the size of snow crystals (grain size), the density profile of the accumulated snow and snow characteristics of the layers forming the surface snowpack (thickness, shape of the interface between layers variation between dielectric layers, among others). After that, reversal statistical modelling of backscatter was performed to estimate stratigraphic parameters of the snowpack usingdata allowing the local stratigraphy of estimated variables SAR backscatter data from COSMO-SkyMed satellite. To validate the proposed model, the same input data were considered for all experiments performed experiments. These data were made up of snow stratigraphic data and snow temperature data in a 2 m depth glaciological profiles (snowpits) 2m depth and data SAR-X COSMO-SkyMed X-band SAR data (acquisition mode Stripmap / Himage with 3x3 m spatial resolution 3x3 m) acquired atin Union Glacier snowpits and remote sensing SAR data during summer 2011-2012. The results showed average density of the snow pack surface from SAR-X backscatter data SAR-X with R² ≥ 86%. The main contribution of this work is the resulting model for SAR-X backscattering for dry snow masses, which was proved to be statistically consistent with the ground truth data. Even with limited reference data, this result indicates the soundness of the proposed approach, allowing the estimation of spatial distribution ofvariations in stratigraphic parameters of the snowpack variables in dry snow areas from SAR X-band SAR data over the X band. However, snowpack parameters estimated by the method should be used carefully, as the input data used for model development may underestimate all possible variations found at the snow surface of Union Glacier.

Speckle é um ruído multiplicativo e aleatório, característico de imagens de radar de abertura sintética (SAR). Devido a esse ruído, até mesmo áreas com feições marcantes em superfícies contínuas (e.g., fendas nas superfícies das geleiras) são caracterizadas em imagens SAR por grande variabilidade nos números digitais e pelo efeito "sal e pimenta", comum nesse tipo de imagens. Portanto, o speckle deve ser reduzido para que as imagens SAR possam ser utilizadas em algoritmos de correlação cruzada com o objetivo de extrair informações sobre a velocidade das geleiras. Para solucionar este problema, quatro formas de utilização de um filtro adaptativo (i.e., filtro Lee) foram testadas para o pré-processamento de imagens antes da extração de vetores de velocidade de geleiras. O filtro Lee foi utilizado de duas formas: (i) uma filtragem e (ii) filtragem sucessiva (i.e., dupla filtragem). Além disso, dois parâmetros foram utilizados para informar a variabilidade dos dados: o número de looks da cena e o desvio padrão da cena. A análise dos resultados foi realizada comparando os vetores de velocidade gerados pelas imagens originais e filtradas com dados publicados sobre a dinâmica das geleiras da parte setentrional da Península Antártica. Em termos de supressão do speckle, todos os métodos produziram resultados positivos. No entanto, a dupla filtragem não preservou as bordas das fendas, fundindo as feições. Dessa forma, produtos com dupla filtragem foram descartados da análise final. Em geral, as imagens com uma filtragem apresentam melhores resultados na extração de vetores de velocidade por algoritmos de correlação cruzada que as imagens originais. Assim, a cadeia de pré-processamento incluindo uma só filtragem foi escolhida para a extração de parâmetros dinâmicos de geleiras. Quando comparados com dados já publicados, os vetores de velocidade resultantes da análise mostram um ligeiro aumento na velocidade das geleiras da área de estudo entre 2001 e 2005. / Speckle is a characteristic random noise from coherent imaging systems like synthetic aperture radar (SAR). Due to this noise, even areas with sharp features in continuous surfaces (e.g., crevasses on glaciers) will be characterized in SAR images by grainy texture and high variation in digital numbers. Therefore, the speckle must be reduced before SAR images can be used for measuring glacier velocity by image crosscorrelations algorithms. To solve this problem, four approaches based on adaptive filtering (i.e., Lee filter) were tested for data pre-processing prior to extracting the velocity fields from glaciers. The Lee filter was used in two ways: (i) one-pass and (ii) two-pass filtering. Furthermore, two parameters were used to explain the data variability: number of looks and standard deviation of the scene. Results evaluation was carrying out comparing the velocity vectors resulting from original and filtered images with published data on the dynamics of the glaciers in the northern part of the Antarctic Peninsula. In terms of speckle suppression, all approaches yielded positive results. However, the two-pass filter does not preserve the crevasses edges and the resulting images are not considered for the final result comparison. In general, images processed with one-pass filter showed better results for extraction of velocity vectors with the cross-correlation algorithm than the original ones, and were accepted for an automatic processing chain to derive dynamic parameters of glaciers. Furthermore, resulting velocity vectors agree with published data and show a slight increase in velocity between 2001 and 2005.

Depuis plus de vingt ans, les altimètres classiques comme Topex, Poseidon-2 ou Poséidon-3, ont fourni des formes d'onde qui sont utilisées pour estimer de nombreux paramètres tels que la distance entre le satellite et la scène observée, la hauteur des vagues et la vitesse du vent. L'amélioration de la qualité des paramètres altimétriques a nécessité le développement de plusieurs modèles d'échos et d'algorithmes d'estimation paramétrique. Par ailleurs, un grand effort est récemment dédié au traitement des échos côtiers afin d'analyser les mesures altimétriques le plus près possible des côtes. Cette thèse s'intéresse à la résolution de ces deux problèmes, à savoir, le traitement des formes d'onde côtières et l'amélioration de la qualité des paramètres océaniques estimés. La première partie de l'étude traite le problème des formes d'onde côtières en proposant un nouveau modèle altimétrique tenant compte de la présence éventuelle d'un pic sur l'écho altimétrique. Dans la seconde partie de notre travail, nous nous sommes intéressés à l'étude de l'altimétrie SAR/Doppler. Cette nouvelle technologie vise à réduire le bruit de mesure et à augmenter la résolution le long de la trace par rapport à l'altimétrie conventionnelle. Deux modèles altimétriques ont été développés afin d'estimer les paramètres associés aux échos SAR/Doppler. Ces modèles montrent une nette amélioration de la qualité des paramètres estimés par rapport à l'altimétrie conventionnelle. / For more than twenty years, conventional altimeters like Topex, Poseidon-2 or Poseidon-3, have been delivering waveforms that are used to estimate many parameters such as the range between the satellite and the observed scene, the wave height and the wind speed. Several waveform models and estimation processing have been developed for the oceanic data in order to improve the quality of the estimated altimetric parameters. Moreover, a great effort has been devoted to process coastal echoes in order to move the altimetric measurements closer to the coast. In this thesis, we are interested in resolving these two problems, i.e., processing coastal waveforms and improving the quality of the estimated oceanic parameters. The first part of the study considers the problem of coastal waveforms and proposes a new altimetric model taking into account the possible presence of peaks affecting altimetric echoes. In a second part of our work, we have been interested in the delay/Doppler altimetry. This new technology aims at reducing the measurement noise and increasing the alongtrack resolution when compared to conventional altimetry. Two altimetric models have been developed in order to estimate the resulting delay/Doppler echoes. These models allow a clear improvement in parameter estimation when compared to conventional altimetry.

Neste trabalho é apresentado o projeto de uma antena planar de formato de F-invertido (PIFA) com ranhura-T para aplicação nos sistemas de comunicações sem fio GSM/UMTS/WCDMA. As larguras de banda da antena são aumentadas em função do aproveitamento dos modos ressonantes implícitos no plano de terra. Uma análise paramétrica é feita visando a obtenção de desempenho equilibrado na antena. As diversas simulações do desempenho da antena são realizadas com o software SEMCAD, que utiliza o método das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD). No trabalho é avaliada a diferença de desempenho da antena com e sem a presença do aparelho celular e também próximo à cabeça do usuário. Deste modo, é observada uma influência negativa sobre o desempenho da antena causada pela presença da cabeça do usuário. Adicionalmente, boa concordância é observada entre os dados do modelo simulado e os resultados medidos do protótipo. / This work presents the design and implementation of a planar inverted F-type antenna (PIFA) slot-T for wireless mobile communications GSM/UMTS/WCDMA. The excitation of the ground plane modes is used to increase the antenna bandwidth. A parametric analysis is done to obtain a balanced performance of the antenna. The several antenna performance simulations are performed with the SEMCAD software, which use the finite difference time domain (FDTD) method. In addition the differences in performance of the antenna are evaluated with and without the presence of the cell phone housing and the user's head, thus, negative influence on the antenna performance caused by the presence of the user's head is observed. Finally a prototype is implemented to get an idea of the real behavior of the proposed antenna. Good agreement is observed between data of the simulated model and measured results of the prototype.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A prototype of a graphical interface for SAR (Synthetic Aperture Radar) images has being developed and improved. In its current stage, the tool is able to extract the directional wave spectrum and the wind field of ERS 1&2 images. Among the various approaches used in developing the prototype, the evaluation of the currently used methodology in the image interpretation should be highlighted. In this work, synthetic SAR images are generated aiming to evaluate techniques to extract the directional wave spectrum. The coupling between the output of the SAR simulator and the input of the algorithm to generate the wave spectrum is pursued. Furthermore, a detailed comparison between the values used for simulation and the results drawn from the interface allows the identification of deficiencies and potential improvements to the current method. Thus, the present work presents development of the coupling and presents some of the features of the SAR. The results presented indicates that the coupling partially achieved their goal with good results in the wave direction interpretation. However, there are still some issues that should be evaluated to obtain more consistent results. / O protótipo de uma interface gráfica para análise de imagens SAR (radar de abertura sintética - da sigla em inglês (Synthetic Aperture Radar) vem sendo desenvolvido e aperfeiçoado. Em seu estágio atual, a ferramenta é capaz de extrair o espectro direcional de ondas e o campo de ventos de imagens ERS 1&2. Dentre as diversas abordagens empregadas no desenvolvimento do protótipo, pode-se citar a avaliação da metodologia atualmente utilizada na interpretação das imagens. Neste sentido, é apresentada uma proposta de geração de imagens SAR sintéticas, de forma a viabilizar a avaliação do método de extração de parâmetros meteo-oceanográficos a partir do acoplamento do simulador de imagens com o interpretador utilizado no protótipo. Uma comparação detalhada entre os valores empregados para simulação e os resultados sacados da interface torna possível identificar possíveis deficiências e indicar aperfeiçoamentos ao método. Desta forma, o presente trabalho, além de discutir o protótipo para análise de imagens SAR, apresenta o desenvolvimento do acoplamento do simulador de imagens. Os resultados obtidos indicam que o acoplamento atingiu parcialmente seu objetivo apresentando bons resultados na interpretação das direções. Porém, ainda há algumas questões a serem avaliadas para a obtenção de resultados mais consistentes.

En contexte de changement global, les questions d’adaptation et de pérennisation des systèmes de production sont un enjeu agricole majeur. En Argentine, le 5ème producteur mondial de vins, les conditions thermiques et hydriques sont déjà proches des limites de la culture de la vigne. En tant que culture pérenne, son adaptation à court et moyen termes doit être pensée, dès à présent. La pérennisation de cette culture passe par une adaptation des pratiques culturales. L’objectif de cette thèse visait à proposer des outils de détection et de gestion des pratiques culturales des vignobles à partir d’imagessatellitaires optiques et radar. Une analyse préalable des évolutions du climat et de sa variabilité intrarégionale a mis en évidence les principales menaces et opportunités au regard du changement climatique. A l’échelle locale, le travail sur un grand nombre de parcelles aux caractéristiques hétérogènes a approfondi les connaissances sur l’interaction signal cible en fonction des pratiques culturales. Des cartographies de l’orientation des rangées de vignes, des surfaces protégées par des filets anti-grêles et des modes d’irrigation ont été réalisées afin de dresser un état des lieux du système viticole actuel. Ensuite, l’évaluation du potentiel des données satellitaires pour le suivi de la croissance de la vigne et de ses besoins en eau ont apporté des résultats prometteurs pour le développement d’outils d’aide à la décision pour les viticulteurs. / In the climate change context, the adaptation and sustainability of agricultural systems is a major challenge. In Argentina, the 5th worldwide wine producing country, the thermal and hydrical conditions are already extreme for grapevine production. This perennial crop sustainability depends on the adaptation of cultural practices. The objective of the thesis was to develop tools for helping in cultural pratices management using optical and SAR remote sensing images. First, an analysis of climate evolution and its inner regional variability hilighted the main threats and opportunities in the climate change context. At the local scale, working on a high number of heterogeneous vineyards improved the knowledge about signal and target interaction depending on cultural practices. Maps of row orientation, areas protected by anti-hail nets and irrigation systems were produced for an inventory of the actual viticultural system conditions. Then, the potential of remote sensing data for grapevine growth monitoring and irrigation requirements was evaluated and led to promising preliminary results for developping irrigation monitoring tools destinated to grapevine producers

Speckle é um ruído multiplicativo e aleatório, característico de imagens de radar de abertura sintética (SAR). Devido a esse ruído, até mesmo áreas com feições marcantes em superfícies contínuas (e.g., fendas nas superfícies das geleiras) são caracterizadas em imagens SAR por grande variabilidade nos números digitais e pelo efeito "sal e pimenta", comum nesse tipo de imagens. Portanto, o speckle deve ser reduzido para que as imagens SAR possam ser utilizadas em algoritmos de correlação cruzada com o objetivo de extrair informações sobre a velocidade das geleiras. Para solucionar este problema, quatro formas de utilização de um filtro adaptativo (i.e., filtro Lee) foram testadas para o pré-processamento de imagens antes da extração de vetores de velocidade de geleiras. O filtro Lee foi utilizado de duas formas: (i) uma filtragem e (ii) filtragem sucessiva (i.e., dupla filtragem). Além disso, dois parâmetros foram utilizados para informar a variabilidade dos dados: o número de looks da cena e o desvio padrão da cena. A análise dos resultados foi realizada comparando os vetores de velocidade gerados pelas imagens originais e filtradas com dados publicados sobre a dinâmica das geleiras da parte setentrional da Península Antártica. Em termos de supressão do speckle, todos os métodos produziram resultados positivos. No entanto, a dupla filtragem não preservou as bordas das fendas, fundindo as feições. Dessa forma, produtos com dupla filtragem foram descartados da análise final. Em geral, as imagens com uma filtragem apresentam melhores resultados na extração de vetores de velocidade por algoritmos de correlação cruzada que as imagens originais. Assim, a cadeia de pré-processamento incluindo uma só filtragem foi escolhida para a extração de parâmetros dinâmicos de geleiras. Quando comparados com dados já publicados, os vetores de velocidade resultantes da análise mostram um ligeiro aumento na velocidade das geleiras da área de estudo entre 2001 e 2005. / Speckle is a characteristic random noise from coherent imaging systems like synthetic aperture radar (SAR). Due to this noise, even areas with sharp features in continuous surfaces (e.g., crevasses on glaciers) will be characterized in SAR images by grainy texture and high variation in digital numbers. Therefore, the speckle must be reduced before SAR images can be used for measuring glacier velocity by image crosscorrelations algorithms. To solve this problem, four approaches based on adaptive filtering (i.e., Lee filter) were tested for data pre-processing prior to extracting the velocity fields from glaciers. The Lee filter was used in two ways: (i) one-pass and (ii) two-pass filtering. Furthermore, two parameters were used to explain the data variability: number of looks and standard deviation of the scene. Results evaluation was carrying out comparing the velocity vectors resulting from original and filtered images with published data on the dynamics of the glaciers in the northern part of the Antarctic Peninsula. In terms of speckle suppression, all approaches yielded positive results. However, the two-pass filter does not preserve the crevasses edges and the resulting images are not considered for the final result comparison. In general, images processed with one-pass filter showed better results for extraction of velocity vectors with the cross-correlation algorithm than the original ones, and were accepted for an automatic processing chain to derive dynamic parameters of glaciers. Furthermore, resulting velocity vectors agree with published data and show a slight increase in velocity between 2001 and 2005.