Les imatges de teledetecció de la superfície oceànica proporcionen una vista sinòptica de la complexa geometria de la circulació oceànica, dominada per la variabilitat de mesoescala. Estructures com filaments i vòrtex són presents en els diferents escalars advectats pel flux oceànic. L’origen més probable d’aquestes estructures és el caràcter turbulent dels corrents, aquestes estructures són persistents amb el temps i compatibles amb la dinàmica mesoscalar oceànica. A escales espacials de quilòmetres o més, la turbulència és principalment 2D, i una complexa geometria, plena de filaments i remolins de mides diferents, emergeix en les imatges superficials de teledetecció de concentració de clorofil·la-a, salinitat superficial, així com en altres escalars més coneguts com són la temperatura superficial i la topografia dinàmica. L’objectiu d’aquesta tesi és explorar i aplicar metodologies de mapatge que permeten millorar la qualitat de mapes de teledetecció oceànica en general, i en particular de la salinitat superficial del mar (SSS). Les diferents metodologies emprades en aquesta tesi han estat aplicades amb l’objectiu específic de millorar els mapes de teledetecció de salinitat superficial del mar proveïts per la missió SMOS de l’Agència Espaial Europea. SMOS és el primer satèl·lit capaç de mesurar la humitat del sol i salinitat oceànica des de l’espai a escala global. La primera part d’aquesta tesi se centra a analitzar les característiques dels productes de nivell 2 (L2) de salinitat de SMOS i produir mapes de nivell 3 (L3) de salinitat utilitzant aproximacions clàssiques: millora del filtratge, mitjana ponderada i Interpolació Òptima. En el curs de la nostra recerca obtenim un conjunt de recomanacions de com processar les dades de SMOS començant des del nivell L2. Aquesta tesi també presenta una nova tècnica de fusió de dades que permet explotar les estructures turbulentes comunes entre diferents variables oceàniques, representant un pas endavant en la cadena de processat per generar mapes de nivell 4 (L4). Aquesta tècnica de fusió es basa teòricament en les propietats geomètriques dels traçadors advectats per la dinàmica oceànica (Turiel et al., 2005a). Degut a l’efecte de forta cissalla als fluits turbulents, l’estructura espacial d’un traçador oceànic hereta algunes propietats del flux subjacent, i en particular el seu arranjament geomètric. Com a conseqüència, les diferents variables oceàniques mostren propietats d’escala similars a la cascada d’energia turbulenta (Seuront and Schmitt, 2005; Nieves et al., 2007; Nieves and Turiel, 2009; Isern-Fontanet et al., 2007). El mètode de fusió agafa un senyal de menor qualitat (afectat per soroll, forats de dades i/o de resolució més baixa) i en millora la seva qualitat. A més d’això, el mètode de fusió és capaç d’extrapolar les dades de forma geofísicament coherent. Aquesta millora del senyal s’aconsegueix utilitzant una altra variable oceànica adquirida amb major qualitat, cobertura espacial més gran i/o millor resolució. Un punt clau d’aquesta aproximació és la suposició de l’existència d’una estructura multifractal de les imatges de teledetecció oceànica (Lovejoy et al., 2001b), i que les línies de singularitat de les diferents variables de l’oceà coincideixen. Sota aquestes premises, els gradients de les dues variables a fusionar estan relacionats per una matriu suau. Com a primera i simple aproximació, s’assumeix que aquesta matriu és proporcional a la identitat; això porta a un esquema de regressió lineal local. Aquesta tesi mostra que aquesta aproximació senzilla permet reduir l’error i millorar la cobertura del producte de nivell 4 resultant. D’altra banda, s’obté informació sobre la relació estadística entre les dues variables fusionades, ja que la dependència funcional entre elles es determina per cada punt de la imatge. / Remote sensing imagery of the ocean surface provides a synoptic view of the complex geometry of ocean circulation, which is dominated by mesoscale variability. The signature of filaments and vortices is present in different ocean scalars advected by the oceanic flow. The most probable origin of the observed structures is the turbulent character of ocean currents, and those signatures are persistent over time scales compatible with ocean mesoscale dynamics. At spatial scales of kilometers or more, turbulence is mainly 2D, and a complex geometry, full of filaments and eddies of different sizes, emerges in remote sensing images of surface chlorophyll-a concentration and surface salinity, as well as in other scalars acquired with higher quality such as surface temperature and absolute dynamic topography. The aim of this thesis is to explore and apply mapping methodologies to improve the quality of remote sensing maps in general, but focusing in the case of remotely sensed sea surface salinity (SSS) data. The different methodologies studied in this thesis have been applied with the specific goal of improving surface salinity maps generated from data acquired by the European Space Agency's mission SMOS, the first satellite able to measure soil moisture and ocean salinity from space at a global scale. The first part of this thesis will introduce the characteristics of the operational SMOS Level 2 (L2) SSS products and the classical approaches to produce the best possible SSS maps at Level 3 (L3), namely data filtering, weighted average and Optimal Interpolation. In the course of our research we will obtain a set of recommendations about how to process SMOS data starting from L2 data. A fusion technique designed to exploit the common turbulent signatures between different ocean variables is also explored in this thesis, in what represents a step forward from L3 to Level 4 (L4). This fusion technique is theoretically based on the geometrical properties of advected tracers. Due to the effect of the strong shear in turbulent flows, the spatial structure of tracers inherit some properties of the underlying flow and, in particular, its geometrical arrangement. As a consequence, different ocean variables exhibit scaling properties, similar to the turbulent energy cascade. The fusion method takes a signal affected by noise, data gaps and/or low resolution, and improves it in a geophysically meaningful way. This signal improvement is achieved by using an appropriate data, which is another ocean variable acquired with higher quality, greater spatial coverage and/or finer resolution. A key point in this approach is the assumption of the existence of a multifractal structure in ocean images, and that singularity lines of the different ocean variables coincide. Under these assumptions, the horizontal gradients of both variables, signal and template, can be related by a smooth matrix. The first, simplest approach to exploit such an hypothesis assumes that the relating matrix is proportional to the identity, leading to a local regression scheme. As shown in the thesis, this simple approach allows reducing the error and improving the coverage of the resulting Level 4 product; Moreover, information about the statistical relationship between the two fields is obtained since the functional dependence between signal and template is determined at each point.

La tecnología microelectrónica esta entrando a formar parte de la vida cotidiana. Así, además del ordenador PC, tanto en los vehículos, como en las viviendas es difícil encontrar equipos o subsistemas eléctricos que no incluyan algún tipo de circuito integrado para su control.Aspectos como la automatización de viviendas y edificios se empieza a considerar una cuestión clave para la industria informática. Los cuales se basan en buses de campo. Estos precisan de sensores que le informen del estado de la vivienda, industria, vehículo... que se desea controlar, y actuadores que permitan modificar dicho estado.Sin embargo, los sensores y actuadores son, en general, sistemas analógicos, con salidas difícilmente estandarizables si no se les incluye una electrónica que acondicione la señal, la convierta en digital, y la adapte a dicho estándar.La respuesta a esta necesidad la han dado los microsistemas, que permiten incluir en una oblea de silicio sensores, actuadores y la electrónica de control necesaria dando lugar a los llamados sensores y actuadores inteligentes.Sin embargo, la fabricación de estos microsistemas suele precisar de procesos tecnológicos complejos y costosos, que requieren de etapas que normalmente no se realizan en los procesos CMOS estándar. Esto puede implicar la necesidad de realizar el sensor/actuador en una oblea distinta de la del circuito, por problemas de compatibilidad entre procesos.Esta tesis también se enmarca dentro de este campo, y busca el diseño de un circuito de interfaz para sensores capacitivos micromecanizados en silicio.Teniendo en cuenta la posible utilización posterior, se ha impuesto que el diseño debe ser compatible con una tecnología CMOS de bajo coste. Esto lleva a realizar el diseño en tecnologías concebidas inicialmente para la implementación de circuitos digitales.La salida del interfaz debe ser digital, para poder ser conectado fácilmente a un bus digital. Por este motivo, se ha realizado un estudio de las posibles metodologías de conversión.Por último, se ha buscado un diseño siguiendo una metodología Top-Down, acorde con las utilizadas en las tecnologías digitales. Esto simplifica el proceso de diseño cuando se hacen sistemas mixtos, ya que se pueden realizar los diferentes pasos en paralelo.A la hora de escribir esta tesis también se ha seguido este esquema, organizando los capítulos en el mismo orden.Medida de Microsensores Capacitivos: Describe el problema de la medida, haciendo hincapié en los problemas que se pueden encontrar con un microsensor capacitivo. También realiza el estudio de un microsensor concreto, un acelerómetro xyz para el automovil.Diseño Funcional: En este capítulo se estudian las posibles opciones para el diseño de la interfaz. Y posteriormente se analiza la estabilidad del sistema sensor-interfaz.Diseño Estructural: A partir de las decisiones tomadas en el diseño funcional, se baja al nivel de bloques y se estudia que componentes y dispositivos son más adecuados para el diseño a partir de la modelización y simulaciones realizadas.Diseño Físico: Se explica todo el proceso seguido para el diseño de las máscaras de la interfaz. Para ello se presenta una explicación más detallada de aquellos dispositivos que por sus características son más dependientes de las condiciones de las máscaras.Test: Este último capítulo presenta la metodología seguida para la caracterización de los circuitos, así como los resultados obtenidos

La principal causa de las vibraciones generadas por la circulación de un tren reside en el contacto rueda-carril, concretamente en las fluctuaciones de la fuerza de contacto provocadas por las irregularidades del perfil de ruedas y carriles. La medición experimental del estado dinámico de estas vibraciones requiere del empleo de un procedimiento de medición complejo. Adicionalmente, el conocimiento de la influencia de los diversos elementos de la vía en la generación y transmisión de la vibración al paso de un tren, es importante a la hora de diseñar y ejecutar nuevos trazados de ferrocarriles subterráneos, de cara a evaluar el impacto ambiental y para la selección de los tipos de vía más adecuados desde el punto de vista de sus características antivibratorias. Por todo lo anterior, se ha desarrollado un modelo matemático que permite predecir la fuerza de contacto generada en la zona de interacción rueda-carril. La modelización incluye una caracterización de la vía ferroviaria y de sus elementos constitutivos, las características de la suspensión del coche, y el empleo de la teoría no lineal de Hertz para estudiar el contacto ruedacarril. A partir de la historia temporal de la fuerza de contacto rueda-carril, se obtienen registros descriptivos del comportamiento vibratorio de un tren que se desplaza a velocidad constante sobre la vía. El registro temporal de vibración del carril al paso de una rueda se obtiene mediante una metodología de convolución de núcleo variable. Para ello ha sido necesario hallar las respuestas impulsionales de la vía, correspondientes a diferentes distancias entre un punto de excitación de vibraciones del carril y el punto donde se desea conocer la respuesta vibratoria del mismo. La respuesta frecuencial del sistema se calcula para el rango de frecuencias comprendido entre 10 y 400 Hz, adecuado para las bajas velocidades de desplazamiento, usuales en los ferrocarriles existentes en una vía suburbana. En algunas redes metropolitanas se han instalado tramos en los cuales la vía se encuentra sostenida por una losa intermedia de concreto, sobre la cual es posible emplear cualquier tipo de vía. La presente tesis doctoral evalúa la influencia de la losa en la respuesta dinámica de la vía. Para ello se ha realizado una modelización de la misma, incorporándola al modelo de vía descrito. En este trabajo se describe además, un análisis cuantitativo destinado a comparar el comportamiento de distintos tipos de vía, utilizadas usualmente en ferrocarriles suburbanos, en cuanto a la generación y transmisión de vibraciones a la base de la vía, considerando la influencia de las características de inercia, rigidez y amortiguamiento de cada tipo de vía. Los resultados obtenidos mediante el modelo propuesto, se han validado mediante medidas experimentales efectuadas en distintas líneas del Ferrocarril Metropolitano de Barcelona para diversos tipos de vía. La transmisión de las vibraciones generadas por el contacto rueda-carril en los trenes de un ferrocarril suburbano hacia el entorno del túnel y los edificios colindantes es a menudo causa de molestias para el vecindario. Por tal motivo, se propone una metodología para estimar el nivel de vibración en la pared del túnel y en las zonas aledañas a la vía al paso de un tren. Esta metodología se basa en la utilización del modelo analítico que describe el comportamiento dinámico del sistema rueda-vía, y en la utilización de un modelo de propagación de las vibraciones desde la vía hacia la pared del túnel, ajustado experimentalmente. Para comprobar la bondad de la estimación obtenida con el método de propagación propuesto, se han contrastado los resultados obtenidos a través de la simulación numérica con medidas obtenidas en diversas líneas del Ferrocarril Metropolitano de Barcelona. Estas medidas se han realizado mediante acelerómetros colocados en el carril, en el centro de la vía y en la pared, y corresponden a la velocidad de vibración en dirección vertical.

Con el espectro radioeléctrico cada vez más saturado, los filtros y duplexores son elementos claves de la tecnología en el mercado de dispositivos discretos para la telefonía móvil. El segmento de usuario de los sistemas de comunicaciones inalámbricas aprovecha las destacadas propiedades de los dispositivos filtrantes basados en resonadores acústicos. Generalmente, el diseño de dispositivos de onda acústica ha sido asumido por técnicas de optimización debido a las restrictivas limitaciones impuestas por la viabilidad tecnológica de los resonadores SAW y BAW, así como las exigentes especificaciones eléctricas. Una respuesta de transmisión muy restrictiva y factores tecnológicos muy limitantes conducen a hacer el diseño más y más complejo y una tarea muy desafiante. El objetivo del trabajo está enfocado en facilitar el diseño de filtros/duplexores y hacerlo más eficiente. En consecuencia, la formulación inicial del problema se ha centrado en la viabilidad tecnológica para implementar filtros de onda acústica. Proporcionar una metodología sistemática es útil para acelerar la curva de aprendizaje de nuevos diseñadores. Los filtros de microondas con elevada selectividad son posibles si sus funciones de transferencia incorporan ceros de transmisión finitos. La introducción de nodos no-resonantes (NRN) da la posibilidad de diseñar filtros con el máximo número de ceros de transmisión finitos sin tener que implementar acoplamientos directos entre la fuente y la carga. Además, las configuraciones en línea con NRN permiten la extracción de los elementos analíticamente. La típica configuración de filtro ladder presenta similitudes características de acuerdo con las redes de prototipo en línea con nodos resonantes y no-resonantes, que son las propiedades de modularidad, para controlar los ceros de transmisión con resonadores independientes, y respuestas completamente canonícas sin acoplamiento fuente-carga directo. Los elementos de la red pasobanda son dados por ecuaciones explícitas en términos de aquellos en los prototipos en línea con NRN que pueden ser sintetizados analíticamente. Como consecuencia, es posible definir una metodología de síntesis directa para obtener los parámetros pasobanda eléctricos de un filtro RF general que está basado en resonadores acústicos. Este trabajo presenta una metodología que proporciona un procedimiento de síntesis sistemático para diseñar filtros y duplexores ladder basados en resonadores de onda micro-acústica. La metodología de diseño utiliza un enfoque nodal basado en NRN y nodos resonantes. La representación de la red mediante una matriz de acoplamiento mixta de nodos resonantes y no resonantes es capaz de gestionar de forma eficiente las restricciones tecnológicas. El procedimiento es eficiente en tiempo, preciso en los resultados y proporciona un profundo entendimiento de las particulares interacciones que se producen entre las restricciones tecnológicas y el funcionamiento del dispositivo. Un completo paquete de software, con un simulador rápido, preciso y de fácil uso, ha sido desarrollado, permitiendo obtener diseños de primera etapa exitosos. Como resultado de la metodología sistemática, hemos desarrollado un método de diseño que combina y sistemáticamente gestiona redes filtrantes compuestas de bloques de polo extraído con bloques de resonadores acoplados, es decir, celdas ladder con secciones CRF. Además, la metodología has sido extendida exitosamente para tener en cuenta el diseño de divisores de potencia con respuesta filtrante por medio de dos topologías diferentes: la configuración ladder y las secciones CRF. La metodología propuesta ofrece una solución que combina el completo cumplimiento de las máscaras de espectro con topologías preparadas para acomodar las restricciones tecnológicas de la tecnología micro-acústica. La metodología ha sido desarrollada orientada nativamente a gestionar la tecnología, como es el ajuste de la limitación en el acoplo electromagnético, y basada en fundamentos de síntesis rigurosos. / With a spectrum more and more overcrowded, filters and duplexers are drivers of the technology in the discrete device mobile market. The user segment of wireless communication systems takes profit of the outstanding performance of filtering devices based on acoustic resonators. Usually, the design of acoustic wave devices have been mainly entrusted to optimization techniques because the stringent constraints imposed by the technological feasibility of SAW and BAW resonators and the challenging electrical specifications. A stringent transmission response and very restrictive technological factors lead the design to a more and more complex and challenging task. The aim of the work is focused on easing the filters/duplexers designs and making it more efficient. Consequently, the initial formulation of the problem was focused on the technological feasibility of acoustic wave filters. Providing a systematic methodology is useful to accelerate the learning curve of new entrant designers. Microwave filters with high selectivity are possible if their transfer functions incorporates finite transmission zeros. The inclusion of non-resonant nodes gives the possibility of designing filters with the maximum number of finite transmission zeros without implementing direct couplings between source and load. Furthermore, inline configuration with NRN allows the extraction of the elements analytically. The common ladder filter configuration exhibits characteristic similarities regarding inline prototype networks with resonant and non-resonant nodes, which are the property of modularity, to control transmission zeros by independent resonators, and fully canonical response without a direct source-load coupling. The elements of the lowpass prototype are given by explicit equations in terms of those in in-line prototypes with non-resonating nodes that can be synthesized analytically. As a consequence it is possible to define a direct synthesis methodology to obtain the bandpass electric parameters of a general RF filter that is based on acoustic resonators. This work presents a methodology that provides a systematic synthesis procedure for designing ladder filters and duplexers based on acoustic wave resonators. The methodology uses a nodal approach based on resonating and non-resonating nodes. The coupling matrix representation with a mix of different nature nodes, resonant and non-resonant, is able to efficiently manage the technological restrictions. The procedure is time efficient, precise in the outcomes and provides a deep understanding of the particular interactions between technological constraints and device performance. A complete software package with fast, accurate and easy-to-use simulator has been developed, enabling starting point design success. As a result of the systematic methodology, we have developed a design method that combines and systematically manages a filtering network composed of extracted-pole blocks with coupling resonators blocks, so it is ladder cells with CRF sections. Moreover, the methodology has been successfully extended to take into consideration filtering power dividers by means of two different topologies: ladder configuration and CRF sections. The proposed methodology offers a solution that combines a complete spectrum fulfillment with topologies ready to accommodate technological constraints of micro-acoustics technologies. The methodology has been developed natively oriented to manage with the technology, such as accommodating electromechanical coupling constraints, leveraged in rigorous synthesis foundations.

Mejorar el acabado superficial de una pieza plana o cilíndrica, se puede hacer de manera relativamente sencilla, utilizando para ello un proceso de rectificado. Sin embargo lograr un buen acabado superficial en una superficie de configuración geométrica compleja, es un problema difícil de tratar y es uno de los retos que tiene la industria de la manufactura de piezas a día de hoy.Muchos elementos mecánicos como los moldes y matrices se caracterizan por tener en su geometría varias superficies complejas. De manera general casi cada producto comercial contiene, al menos, un componente crítico hecho en un molde o una matriz. Es por esto que este problema está siendo ampliamente estudiado por los investigadores de la rama de la fabricación de piezas. En esta tesis se estudia como mejorar el acabado superficial de geometrías complejas a través de un proceso de deformación plástica: el bruñido con bola. Este proceso puede sustituir al habitualmente utilizado en este tipo de superficies, específicamente el pulido manual. Como característica fundamental del mismo, se puede decir que es un proceso automatizado que se desarrolla en la propia máquina donde está siendo elaborada la pieza en cuestión. Para llevar a cabo este estudio se definen tres etapas. En la primera se desarrolla, en pasos sucesivos, un modelo físico para el proceso; a través del cual se podrá describir el fenómeno que ocurre durante el bruñido con bola. El objetivo final, es saber que parámetros son necesarios definir y ajustar durante la aplicación de dicho proceso. Se parte de hacer un análisis de fuerzas sobre un elemento diferencial de área y se van incorporando al modelo, las variables que están presentes en el sistema. El resultado final es un modelo en que los valores teóricos de presión se ven afectados por la influencia de los fenómenos que están presente en el sistema analizado, como son la velocidad con la que se deforma el material y el efecto del endurecimiento que va sufriendo el mismo a medida que va desarrollándose el proceso.Una vez obtenido el modelo se realiza la caracterización a través de ensayos del material de las piezas de trabajo para poder introducir sus propiedades en el mismo y a continuación se diseñan y realizan los experimentos necesarios para validar los resultados obtenidos.En una segunda etapa, se adicionan al modelo físico algunas variables no consideradas explícitamente hasta el momento, como el ancho de pasada lateral de la herramienta, la estrategia de mecanizado a seguir en el proceso y la influencia sobre la fuerza de bruñido, de la presión hidráulica del sistema y la profundidad de penetración del cabezal de la herramienta. Además se ajusta el modelo para el bruñido de superficies complejas. Todo esto se lleva a cabo a través del diseño de experimentos. Los resultados obtenidos se llevan a una hoja resumen donde se puede observar lo que se esperan obtener con el proceso bajo determinadas condiciones de trabajo. Como indicadores de la bondad del modelo se miden la rugosidad superficial media Ra y la rugosidad máxima total en la longitud de evaluación Rt.En la tercera y última etapa, se realiza un estudio sobre la dureza superficial y las tensiones residuales en el material de las piezas ensayadas, para determinar los valores añadidos que aporta el proceso. Al finalizar se llegan a conclusiones importantes sobre el proceso de bruñido con bola estudiado y sobre el cumplimiento de los objetivos planteados en la tesis. Por otra parte se recomienda toda una serie de trabajos pendientes a los cuales se les podría dar solución en un futuro inmediato. / It is quite easy to improve the surface finish of a flat surface or a cylindrical one by using a grinding process. But achieving a good finish on a surface of complex geometry is a difficult task. And this is one of the challenges the manufacturing industry faces today. The geometry of many mechanical parts such as moulds and dies is characterised by several complex surfaces. In general almost each trade product has at least one critical component made in a mould or die. That is why this issue has been widely studied by researchers in the manufacturing industry. This thesis aims to research on how to improve the surface finish of complex geometry through a process of plastic deformation; the ball burnishing. This process can replace the one commonly used for this kind of surface, specially the manual polishing. The main feature is an automated process that takes place in the machine itself where the part is actually being produced. To carry out this research three stages need to be defined. At the first one, a physical model is gradually developed for the process. This model allows to describe the phenomenon happening before the ball burnishing. It purpose is to define and to set the parameters required for implementing the process. First an analysis of forces is made on an area differential element and the system variables are then added to the model. The final outcome is a model with theoretical pressure values which are determined by the phenomena happening in the analysed system; such as the speed at which the material is deformed and the hardening effect while the process develops. Once the model has been made, the workpiece characterisation is tested to introduce the properties into the model and after that the required tests are made to validate the results. At a second stage following variables not openly considered up to the previous stage are added to the physical model: the side cut width of the tool, the machining strategy to be applied to the process, the influence on the burnishing strength by the hydraulic pressure system, as well as the penetration depth of the tool head. The model for burnishing of complex surfaces is also fitted. And all this is done by means of the Design of Experiments techniques (DOE). The outcome is offered on a summary sheet that shows what the process can deliver under certain conditions. As goodness indicators for the model the average surface roughness Ra and the total maximum roughness are measured in the evaluation length Rt.At the third and final stage the surface hardness and the residual stress of the tested workpiece material are verified in order to determine the added values that the process is capable of providing. Finally interesting conclusions are drawn about the ball burnishing process and about how to reach the goals outlined in this thesis. Furthermore a range of pending research studies still need to be done to find solutions in the near future. / RÉSUMÉL'amélioration de la qualité de surface d'une pièce plane ou cylindrique, peut se faire d'une manière relativement simple, utilisant pour cela un processus de rectification. Cependant obtenir un bon état superficiel sur une surface de géométrie complexe (comme les surfaces gauches), est un problème difficile à traiter et correspond à l'un des objectifs que l'industrie mécanique recherche aujourd'hui.Beaucoup d'éléments mécaniques comme les moules et les matrices comportent dans leur géométrie plusieurs surfaces gauches. De manière générale et quelque soit le domaine concerné (automobile, aéronautique, ferroviaire, etc..) quasiment chaque produit commercial contient, au moins, un composant réalisé à partir d'un moule ou d'une matrice. C'est la raison pour laquelle ce problème est amplement étudié par les chercheurs du domaine de la fabrication mécanique.Dans cette thèse on propose une technique d'amélioration de l'état de surface de géométries complexes à travers d'un processus de déformation plastique: le rodage par déformation plastique à l'aide d'une bille. Ce processus peut remplacer le polissage manuel, long et couteux, habituellement utilisé pour ce type de surfaces. Le rodage par bille a comme avantage principal d'être un procédé automatisé qui peut s'effectuer dans la même machine où la pièce a été élaborée (centre d'usinage à Commande Numérique CN).Pour mener à bien cette étude, on définit trois étapes. Dans la première, on développe, par phases successives, un modèle physique pour le processus; à travers duquel on pourra décrire le phénomène qui se développe durant la déformation plastique. L'objectif final, est de savoir quels sont les paramètres prépondérants et de déterminer leur réglage durant l'opération de finition. L'étude commence avec une analyse des efforts sur un élément différentiel d'une aire élémentaire de contact et on continue en incorporant dans le modèle, les variables présentes dans le système. Le résultat final est un modèle qui montre que les valeurs théoriques de pression sont affectées par des phénomènes présents dans le système analysé, comme : la vitesse de déformation du matériau et l'effet de durcissement superficiel et progressif pendant le processus de rodage.Une fois le modèle obtenu, on effectue la validation à travers d'essais sur différents matériaux et pièces. Pour tenir compte des propriétés de ces matériaux, on a conçu et on a réalisé, les expériences nécessaires pour valider le modèle.Dans une seconde étape, on rajoute au modèle physique, plusieurs variables non considérés explicitement sur le modèle initial, tels que le pas de balayage, la stratégie d'usinage à suivre durant le processus et l'influence sur l'effort de rodage de la pression hydraulique du système et de la profondeur de pénétration de l'outil. Tout ceci se réalise par la mise en place d'un plan d'expériences. Les résultats obtenus sont présentés sur une feuille résumée où l'on peut observer les performances du système, sous certaines conditions de travail. Comme indicateurs de la qualité du modèle on mesure la rugosité moyenne de la surface Ra et la rugosité maximale totale Rt. Dans la troisième et dernière étape, on réalise une étude sur la dureté superficielle et sur les contraintes résiduelles du matériau à partir des différents échantillons pour mesurer les améliorations qu'apporte le procédé de parachèvement étudié.La thèse se termine en proposant un certain nombre de conclusions et perspectives sur le processus de « rodage par bille » étudié et en faisant un bilan par rapport aux objectifs initiaux de la thèse. En guise de perspective, on recommande un certain nombre de pistes d'amélioration qui seront développées dans un avenir proche.

Wind power generation has become one of the most important energy sources. Currently, due to the advances achieved in power electronics and vertical-axis small wind-turbines, the urban integration of wind-energy has increased considerably. In this work, three three-phase rectifiers are proposed to inject the energy from a permanent magnet synchronous generator to a microgrid DC-bus. By means of sliding mode control these architectures are modeled as a three-phase Loss Free Resistor allowing the power factor correction in each phase and obtaining a modular and redundant implementation. However, due to the cost of the microgrids implementation, a boost inverter is proposed to obtain the most basic configuration for grid-connection. Using the boost inverter a sinusoidal output waveform can be obtained for input voltages lower than mains voltage. Finally, the DC voltage and the DC-link capacitor can be adjusted in order to optimize the global efficiency. / Wind power generation has become one of the most important energy sources. Currently, due to the advances achieved in power electronics and vertical-axis small wind-turbines, the urban integration of wind-energy has increased considerably. In this work, three three-phase rectifiers are proposed to inject the energy from a permanent magnet synchronous generator to a microgrid DC-bus. By means of sliding mode control these architectures are modeled as a three-phase Loss Free Resistor allowing the power factor correction in each phase and obtaining a modular and redundant implementation. However, due to the cost of the microgrids implementation, a boost inverter is proposed to obtain the most basic configuration for grid-connection. Using the boost inverter a sinusoidal output waveform can be obtained for input voltages lower than mains voltage. Finally, the DC voltage and the DC-link capacitor can be adjusted in order to optimize the global efficiency.

Las topologías de circuitos inversores multinivel pueden trabajar a tensiones y potencias mayores que las alcanzadas por convertidores convencionales de dos niveles. Además, la conversión multinivel reduce la distorsión armónica de las variables de salida y en algunos casos, a pesar del aumento de elementos de conmutación, también reduce las pérdidas de conversión al incrementarse el número de niveles. La reducción de distorsión alcanzada por el número de niveles puede aprovecharse para reducir las pérdidas de conmutación disminuyendo la frecuencia de las señales portadoras. Para reducir aún más esta frecuencia sin degradar el espectro, nosotros controlamos las pendientes de las portadoras triangulares. Primero se han desarrollado dos modelos analíticos para predecir el espectro del voltage de salida, dependiendo de: el índice de modulación MA, la razón de distribución de voltaje K de las fuentes de alimentación , y las cuatro pendientes de las portadoras{r1, r2, r3, r4}. El primer modelo considera el Muestreo Natural y se basa en Series Dobles de Fourier (SDF) mientras que el segundo modelo, utiliza la Serie Sencilla de Fourier (SSF) introduciendo el concepto de Muestreo Pseudo-Natural, una aproximación digital de la modulación natural. Ambos modelos son programados en Matlab, verificados con Pspice y validados con un prototipo experimental que contiene un modulador digital implementado con DSP.La concordancia entre las modulaciones natural y pseudo-natural, asi como entre sus respectivos modelos, es aprovechada por un algorítmo genético (AG) donde la THD es la función costo a reducir. Después de varios ensayos y de sintonizar el AG, se genera una matriz que contiene conjuntos de portadoras optimizadas dentro un rango específico de las variables {MA,K} y es probada con un segundo prototipo en lazo cerrado. Un lazo lento digital modifica las portadoras creadas por un dsPIC en modulaciones PWM; estas son demoduladas y sus amplitudes corregidas por un lazo de acción anticipada. Estas portadoras se comparan con una referencia sinusoidal que a su vez es modificada por variables de estado, generando finalmente la modulación multinivel en lazo cerrado. Los resultados finales demuestran la fiabilidad de la reducción de armónicos usando la programación de las pendientes de las portadoras. Palabras claves: inversor multinivel, PWM, distorsión armónica, modelo espectral, pendiente de portadora, conjunto de portadoras, distribución de niveles, Serie Doble de Fourier, Serie Simple de Fourier, muestreo natural, muestreo regular, muestreo pseudo-natural , Algoritmos Genéticos. / Multilevel inverter (MI) topologies can work at higher voltage and higher power than conventional two-level converters. In addition, multilevel conversion reduces the output variables harmonic distortion and, sometimes, in spite of the devices-count increment, the conversion losses can also decrease by increasing the number of levels. The harmonic distortion reduction achieved by increasing the number of levels, can be used to further reducing the switching losses by decreasing the inverter carrier frequencies. To reduce even more the switching frequency without degrading output spectrum, we control the triangular carrier waveforms slopes. First, to achieve this target, two analytical models have been created in order to predict the inverter output voltage spectrum, depending on diverse parameters: the amplitude modulation index MA, the voltage distribution K of the inverter input sources, and the four carrier slopes {r1, r2, r3, r4}. The first model considers Natural Sampling and is based on Double Fourier Series (DFS) whereas the second model based on Simple Fourier Series (SFS), introduces the concept of Pseudo-Natural Sampling, as a digital approximation of the natural modulation. Both models are programmed in Matlab, verified with Pspice simulations and validated with a first experimental prototype with a DSP digital modulator.The good agreement between natural and pseudo-natural modulations, as well as their respective DFS and SFS models, is exploited by a Genetic Algorithm (GA) application where THD is the cost function to minimize. After testing and properly tuning the GA, a framework matrix containing the optimized carriers set for a specific range of variables {MA,K} is generated and then, tested with a second, closed-loop prototype. A slow digital loop modifies the carrier slopes created by dsPIC microcontroller as PWM modulations, whose amplitude, once demodulated, are affected by a feed-forward loop. These carriers, compared with a sinusoidal reference, state-feedback modified, generate finally the closed-loop multilevel modulation. The final results demonstrates the feasibility of harmonic reduction by means of carrier slopes programming. Keywords: multilevel inverter, PWM, harmonic distortion, spectral modeling, carrier slope, carriers set, level distribution, Double Fourier Series, Simple Fourier Series, natural sampling, regular sampling, pseudo-natural sampling, Genetic Algorithms.

Els últims anys s’han realitzat un gran nombre d’instal•lacions fotovoltaiques convencionals, formades per un camp solar connectat a la xarxa mitjançant un inversor. Encara que inicialment la construcció d’aquestes instal•lacions estava subvencionada pels estats, actualment, aquestes subvencions s’estan eliminant. Un important desafiament és millorar i ampliar aquestes instal•lacions al mínim cost. Aquesta millora pretendrà augmentar la quantitat d’energia generada i/o augmentar la seva qualitat, reduint la aleatorietat de la producció, o fins i tot, podent participar a la gestió del sistema elèctric, millorant la seva integració a la xarxa. Presentem un dispositiu adaptador, que anomenarem Smart Panel Device (SPD), que permet la introducció de fonts, càrregues i elements d’emmagatzematge a sistemes fotovoltaics. El seu port de sortida es connecta al punt comú on s’uneixen el camp solar i l’inversor, sense pertorbar el punt de treball existent, que hauria de ser el punt de màxima potencia (MPP) del camp solar. El port d’entrada es connecta al nou element que es vol introduir. Aquest dispositiu, basat en un convertidor commutat controlat per funcionar com a font de potencia, te una corba potencia-tensió en el port de sortida, que no pertorba el punt de treball previ, i és compatible amb un inversor MPPT. El SPD s'ha aplicat a l’ampliació de sistemes fotovoltaics, afegint-hi fonts i bateries. Amb això es pot reduir l’aleatorietat de la producció y, fins i tot, implementar regulació primària i secundaria. El SPD també permet realitzar càrregues actives regeneratives, connectar fonts sense punt de màxima potencia a la xarxa utilitzant inversors MPPT, i, també, implementar microxarxes. També presentem una eina que ha estat molt útil per la implementació del SPD, així com per moltes altres aplicacions: el comparador amb histèresis analògic integrat en un microcontrolador. / En los últimos años se han realizado un gran número de instalaciones fotovoltaicas convencionales, formadas por un campo solar conectado a la red mediante un inversor. Aunque inicialmente la construcción de estas instalaciones estaba subvencionada por los estados, actualmente, estas subvenciones se han eliminado. Un importante desafío es mejorar y ampliar estas instalaciones al mínimo coste. Esta mejora pretenderá aumentar la cantidad de energía generada y/o aumentar su calidad, reduciendo la aleatoriedad de la producción, o incluso pudiendo participar en la gestión del sistema eléctrico, mejorando su integración en la red. Presentamos un dispositivo adaptador, que denominaremos Smart Panel Device (SPD), que permite la introducción de fuentes, cargas y elementos de almacenamiento a sistemas fotovoltaicos. Su puerto de salida se conecta en el punto común donde se unen el campo solar y el inversor, sin perturbar el punto de trabajo existente, que debería ser el punto de máxima potencia (MPP) del campo solar. El puerto de entrada se conecta al nuevo elemento que se quiere introducir. Este dispositivo, basado en un convertidor conmutado controlado para funcionar como fuente o sumidero de potencia, tiene una curva potencia-tensión en el puerto de salida, que no perturba el punto de trabajo previo, y es compatible con un inversor MPPT. El SPD se ha aplicado en la ampliación de sistemas fotovoltaicos, añadiendo fuentes y baterías. Con lo que se puede reducir la aleatoriedad de la producción y hasta implementar regulación primaria y secundaria. El SPD también permite realizar cargas activas regenerativas, conectar fuentes sin punto de máxima potencia a la red usando inversores MPPT, y también implementar microrredes. Asimismo, presentamos una herramienta que ha sido muy útil para la implementación del SPD, así como para multitud de aplicaciones: el comparador con histéresis analógico integrado en un microcontrolador. / A large number of simple photovoltaic grid-tie systems, consisting of a small solar field with an MPPT inverter, have been built these recent years. Although the construction of such facilities was originally sponsored by state governments, currently these subsidies have been removed in many countries. Nowadays, a major research challenge is how to improve the production yield and quality of such facilities at minimum cost. This improvement seeks to increase the amount of electricity generated improving the level of grid-cooperation, by reducing the randomness of production, or even participate in the grid management, enhancing its integration into the electrical grid. In this context, an adaptor device, called Smart Panel Device (SPD) is presented in this document. This device allows the introduction of additional sources, loads and storage elements to existing photovoltaic systems. Its output port is connected to the node where the solar field and the MPPT inverter are connected together without disturbing the actual working point, the panel maximum power point (MPP). The input port is connected to the new element to be introduced. This device, based on a switching converter controlled to behave as a power source or sink, has an output port power-voltage curve, which is compatible with an MPPT inverter. The SPD suitability has been verified expanding photovoltaic systems adding batteries and various source types. Thus, the production randomness can be reduced and even primary and secondary regulation can be implemented. The SPD can also be used developing regenerative electronic loads, connecting sources without maximum power point to the grid with MPPT inverters, and suitable as a microgrid building block. Finally, we present a technique to implement a built-in analog hysteretical comparator in a microntroller. It has been proved to be very useful for the SPD implementation, and many other applications.

Multi-beam satellite systems have been studied a lot in the last ten years. They have many promising features like power gain, interference reduction, high flexibility to adapt the asymmetric traffic distribution, and the improvement of the system capacity compared with single-beam systems. In multi-beam satellite systems, the beamforming antenna can generate a number of spot beams over the coverage area. However, each beam will compete with others for resources to achieve satisfactory communication. This is due to the fact that the traffic demand is potentially highly asymmetrical throughout the satellite coverage. Therefore, in order to achieve a good match between offered and requested traffic, the satellite requires a certain degree of flexibility in allocating power, bandwidth and time-slot resources. Current multibeam satellite systems with regular frequency reuse and uniform power allocation can not satisfy these increasing requirements, which motivate us to investigate new transmission schemes to replace the current ones. In this dissertation, we first propose a novel system design, flexible system, which is an extension of current multi-beam systems. It is characterized by the non-regular frequency reuse and the flexibility in bandwidth and power allocation. Then, the Beam Hopping (BH) system is proposed to evaluate the performance improvement with the flexibility in time/space and power domain. As we know, the flexible system and BH system operate in frequency and time/space domain, respectively. In order to know which domain shows the best overall performance, we propose a novel formulation of the Signal-to-Interference plus Noise Ratio (SINR) which allows us to prove the time/frequency duality of these two schemes. Furthermore, to efficiently utilize the satellite resources (e.g., power and bandwidth), we propose two capacity optimization approaches subject to per-beam SINR constraints. Moreover, due to the realistic implementation, a general methodology is formulated including the technological constraints, which prevent the two systems dual of each other (named as technological gap). The Shannon capacity (upper bound) and the state-of-art Modulation and Coding (MODCOD) are analyzed in order to quantify the gap and evaluate the performance of the two candidate schemes. Comparing with the current conventional systems, simulation results show significant improvements in terms of power gain, spectral efficiency and traffic matching ratio. They also show that the BH system is less complex design and outperforms the flexible system specially for non-real time services. This part of the Ph.D. work supported by an ESA-funded project on next generation system of “Beam Hopping Techniques for Multi-beam Satellite Systems”. This research is in close collaboration with the leading space industry (e.g. INDRA, MDA) and space research institutions (e.g., ESA, DLR (German Space Agency)). In addition, we extend the work to mobile environments (e.g., railway scenario). Since the current air interface standards (e.g., DVB-S2/RCS) lack of specification for mobile scenarios, a new Fade Mitigation Technique (FMT), i.e., Link Layer Forward Error Correction (LL-FEC) is introduced as a fading countermeasure for DVB-S2/RCS in mobile environments. This part of the work points out that LL-FEC can overcome the deep fading in mobile satellite scenarios (e.g. railway) by optimizing the FEC codes (e.g. Reed-Solomon and Raptor codes). We have to note that such air interface standards might need change to adapt to the new proposed systems: flexible and BH. However, the methodology presented is also applicable. We further investigate the secure communication of multibeam satellite systems by using the system model developed in the BH project. The physical (PHY) layer security technique is investigated to protect the broadcasted data and make it impossible to be wiretapped. A novel multibeam satellite system is designed to minimize the transmit power under the constraints of the individual secrecy rate requested per user. The main contributions of this Ph.D. dissertation can be summarized as: a. We study the resource allocation optimization in multi-domain (frequency, time, space and power) for multi-beam satellite systems. First, we develop novel matricial-based analytical multibeam system-level models that directly allows testing different payloads technology and system assumptions. Second, we prove that the system performance can be increased by dynamically adapting the resource allocation to the characteristics of the system, e.g., traffic requested by the terminal. b. Theoretical studies and simulations prove that the proposed novel transmission schemes perform better than the current system design in terms of power gain, spectral efficiency, etc.. In addition, BH system turns out to show a less complex design and superior performance than the flexible system. c. Our analytical models allows us to also prove the theoretical duality between the flexible and BH systems, which work in frequency domain and time domain, respectively. Moreover, we develop a general methodology to include technological constraints due to realistic implementation, obtain the main factors that prevent the two technologies dual of each other in practice, and formulate the technological gap between them. d. We extend the work to mobile scenarios and prove that LL-FEC is applicable for mobile satellite systems (e.g., railway) to compensate the fade due to the mobility by optimizing the FEC codes (Reed-Solomon and Raptor codes). The results show that Multiple Protocol Encapsulation Inter-burst FEC (MPE-IFEC) and extended MPE-FEC with Raptor codes - as finally specified in DVB Return Channel via Satellite for Mobile Scenario (DVB-RCS+M) - consistently perform better than other LL-FEC schemes for mobile scenarios. e. We point out that how to change the signalling of current version of standards (e.g., DVB-S2/RCS+M) in order to allow achievable performance in the mobile scenarios. The proposal has been finally adopted by the DVB-RCS+M standard. f. We finally make use of our developed system models to investigate whether the multibeam scenario allows the use of PHY layer security, a very valuable feature that would broaden multibeam satellite applications. We prove that our models are directly applicable for the study of PHY layer security in terms of joint optimization of power control and beamforming for the BH payload. Moreover, the proposed algorithm can ensure the minimum power consumption subject to the individual secrecy rate requested per user. Based on the work of the Ph.D., three journal papers and eleven international conference papers have been published, and these publications systematically cover all the contributions of this doctoral thesis work.

This PhD dissertation is focused on the use of the opportunity signals from the Global Navigation Satellite Systems (GNSS), that scatter-off the Earth's surface for perform ocean mesoscale altimetry (the so called GNSS-R technique). Specially, this work analyses the capabilities of the interferometric approach (iGNSS-R) originally proposed for PARIS IoD (which will be implemented on GEROS-ISS), comparing its performance with the one obtained by the conventional approach (cGNSS-R). The main content of this PhD dissertation includes: A comprehensive analysis of the GNSS-R cross-correlation waveform properties, analyzing the impact that the observation geometry and system parameters have on the GNSS-R observables, where parameters such as the receiver bandwidth, observation geometry, sea state, and thermal and speckle noises are analyzed. A detailed derivation of the statistics for both the voltage and power cross-correlations (for both conventional and interferometric processing cases) validated all of them with both simulated and real data from ground-based airborne, and spaceborne experiments. Study of the performance model of the altimetry precision based on the Cramer-Rao Bound statistical estimator theory. This study has been carried out for a wide variety of parameters concerning the overall observation system, including instrument, on-board and on-ground processing aspects, for both the conventional and interferometric GNSS-R techniques. Analysis of experimental data from the Typhoon Investigation using GNSS-R Interferometric Signals (TIGRIS) experiment. This analysis has been used to determine and establish the boundaries and capabilities of GNSS-R towards remote sensing of typhoons. In this part, aspects such as the mitigation of the direct cross-talk contamination, GNSS multipath contamination, and preliminary results (including a novel observable) are presented. / Este PhD se centra en el uso de la señales GNSS (Global Navigation Satellite Systems) como señales de oportunidad, para realizar altimetría. Es lo que se conoce como GNSS-R (Global Navigation Satellite Systems-Reflectometry). Especialmente este trabajo analiza las principales propiedades del método interferométrico (iGNSS-R) inicialmente propuesto para PARIS-IoD, y que será implementado en GEROS-ISS. comparándolo con el método convencional (cGNSS-R). A continuación se enumeran los principales puntos abordados en esta tesis doctoral: Se ha realizado un exhaustivo y detallado análisis de las propiedades de las waveforms, evaluando la influencia de la geometría (altitud, ángulo de incidencia, estado del mar, etc), y de los principales parámetros a nivel de instrumento sobre las waveforms. Así mismo se ha analizado el impacto del ancho de banda del receptor, y del ruido térmico y speckle. Por otra parte, se han derivado las estadísticas (matrices de covarianzas) tanto para las waveforms complejas, como para las waveforms de potencia, considerando el método convencional, y el interferométrico. Las diferentes estadísticas o matrices de covarianzas han sido validadas usando datos reales procedentes de diferentes experimentos y datos simulados, para diferentes escenarios (.espacio, aerotransportado, ground-base). Dichas matrices de covarianza, posteriormente han sido usadas para calcular la precisión altimétrica, basada en el uso de estimadores estadísticos, como es el Cramer-Rad Bound. Dicho estudio ha sido realizado considerando un amplio número de parámetros, tanto para el método convencional como para el interferométrico, comparando el performance de ambas técnicas, y realizando una primera estimación de la precisión altimétrica que se obtendría para una misión espacial como PARIS-IoD. Por último se han analizado datos de la campaña experimental TIGRIS (Typhoon Investigation using GNSS-R Interferometric Signal). con dicho analisis se han estudio la capacidad de la técnica GNSS-R para monitorizar y detectar huracanes. Este análisis incluye aspectos como la mitigación de la contaminación procendente de la señal directa, y del multipath ocasionado por las diferentes señales GNSS. Al mismo tiempo durante este análisis un nuevo observable se ha propuesto.