Sensor de glicose polarimétrico

Esta tese tem como principal objectivo a investigação teórica e experimental do desempenho de um sensor polarimétrico baseado num cristal líquido para medição da concentração de glicose. Recentemente uma série de sensores polarimétricos baseados em cristais líquidos foram propostos na literatura e receberam considerável interesse devido as suas características únicas. De facto, em comparação com outros moduladores electro-ópticos, o cristal líquido funciona com tensões mais baixas, tem baixo consumo de energia e maior ângulo de rotação. Além disso, este tipo de polarímetro pode ter pequenas dimensões que é uma característica interessante para dispositivos portáteis e compactos. Existem por outro lado algumas desvantagens, nomeadamente o facto do desempenho do polarímetro ser fortemente dependente do tipo de cristal líquido e da tensão a ele aplicada o que coloca desafios na escolha dos parâmetros óptimos de operação. Esta tese descreve o desenvolvimento do sensor polarimétrico, incluindo a integração dos componentes de óptica e electrónica, os algoritmos de processamento de sinal e um interface gráfico que facilita a programação de diversos parâmetros de operação e a calibração do sensor. Após a optimização dos parâmetros de operação verificou-se que o dispositivo mede a concentração da glicose em amostras com uma concentração de 8 mg/ml, com uma percentagem de erro inferior a 6% e um desvio padrão de 0,008o. Os resultados foram obtidos para uma amostra com percurso óptico de apenas 1 cm.

Parallel hyperspectral coded aperture for compressive sensing on GPUs

The application of compressive sensing (CS) to hyperspectral images is an active area of research over the past few years, both in terms of the hardware and the signal processing algorithms. However, CS algorithms can be computationally very expensive due to the extremely large volumes of data collected by imaging spectrometers, a fact that compromises their use in applications under real-time constraints. This paper proposes four efficient implementations of hyperspectral coded aperture (HYCA) for CS, two of them termed P-HYCA and P-HYCA-FAST and two additional implementations for its constrained version (CHYCA), termed P-CHYCA and P-CHYCA-FAST on commodity graphics processing units (GPUs). HYCA algorithm exploits the high correlation existing among the spectral bands of the hyperspectral data sets and the generally low number of endmembers needed to explain the data, which largely reduces the number of measurements necessary to correctly reconstruct the original data. The proposed P-HYCA and P-CHYCA implementations have been developed using the compute unified device architecture (CUDA) and the cuFFT library. Moreover, this library has been replaced by a fast iterative method in the P-HYCA-FAST and P-CHYCA-FAST implementations that leads to very significant speedup factors in order to achieve real-time requirements. The proposed algorithms are evaluated not only in terms of reconstruction error for different compressions ratios but also in terms of computational performance using two different GPU architectures by NVIDIA: 1) GeForce GTX 590; and 2) GeForce GTX TITAN. Experiments are conducted using both simulated and real data revealing considerable acceleration factors and obtaining good results in the task of compressing remotely sensed hyperspectral data sets.

Estimation of signal subspace on hyperspectral data

Dimensionality reduction plays a crucial role in many hyperspectral data processing and analysis algorithms. This paper proposes a new mean squared error based approach to determine the signal subspace in hyperspectral imagery. The method first estimates the signal and noise correlations matrices, then it selects the subset of eigenvalues that best represents the signal subspace in the least square sense. The effectiveness of the proposed method is illustrated using simulated and real hyperspectral images.

Signal subspace identification in hyperspectral imagery

Terrestrial remote sensing imagery involves the acquisition of information from the Earth's surface without physical contact with the area under study. Among the remote sensing modalities, hyperspectral imaging has recently emerged as a powerful passive technology. This technology has been widely used in the fields of urban and regional planning, water resource management, environmental monitoring, food safety, counterfeit drugs detection, oil spill and other types of chemical contamination detection, biological hazards prevention, and target detection for military and security purposes [2-9]. Hyperspectral sensors sample the reflected solar radiation from the Earth surface in the portion of the spectrum extending from the visible region through the near-infrared and mid-infrared (wavelengths between 0.3 and 2.5 µm) in hundreds of narrow (of the order of 10 nm) contiguous bands [10]. This high spectral resolution can be used for object detection and for discriminating between different objects based on their spectral xharacteristics [6]. However, this huge spectral resolution yields large amounts of data to be processed. For example, the Airbone Visible/Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) [11] collects a 512 (along track) X 614 (across track) X 224 (bands) X 12 (bits) data cube in 5 s, corresponding to about 140 MBs. Similar data collection ratios are achieved by other spectrometers [12]. Such huge data volumes put stringent requirements on communications, storage, and processing. The problem of signal sbspace identification of hyperspectral data represents a crucial first step in many hypersctral processing algorithms such as target detection, change detection, classification, and unmixing. The identification of this subspace enables a correct dimensionality reduction (DR) yelding gains in data storage and retrieval and in computational time and complexity. Additionally, DR may also improve algorithms performance since it reduce data dimensionality without losses in the useful signal components. The computation of statistical estimates is a relevant example of the advantages of DR, since the number of samples required to obtain accurate estimates increases drastically with the dimmensionality of the data (Hughes phnomenon) [13].

Guitar solo tracker

A motivação para este trabalho vem da necessidade que o autor tem em poder registar as notas tocadas na guitarra durante o processo de improviso. Quando o músico está a improvisar na guitarra, muitas vezes não se recorda das notas tocadas no momento, este trabalho trata o desenvolvimento de uma aplicação para guitarristas, que permita registar as notas tocadas na guitarra eléctrica ou clássica. O sinal é adquirido a partir da guitarra e processado com requisitos de tempo real na captura do sinal. As notas produzidas pela guitarra eléctrica, ligada ao computador, são representadas no formato de tablatura e/ou partitura. Para este efeito a aplicação capta o sinal proveniente da guitarra eléctrica a partir da placa de som do computador e utiliza algoritmos de detecção de frequência e algoritmos de estimação de duração de cada sinal para construir o registo das notas tocadas. A aplicação é desenvolvida numa perspectiva multi-plataforma, podendo ser executada em diferentes sistemas operativos Windows e Linux, usando ferramentas e bibliotecas de domínio público. Os resultados obtidos mostram a possibilidade de afinar a guitarra com valores de erro na ordem de 2 Hz em relação às frequências de afinação standard. A escrita da tablatura apresenta resultados satisfatórios, mas que podem ser melhorados. Para tal será necessário melhorar a implementação de técnicas de processamento do sinal bem como a comunicação entre processos para resolver os problemas encontrados nos testes efectuados.

Augmented LDPC Graph for Distributed Video Coding with Multiple Side Information

The advances made in channel-capacity codes, such as turbo codes and low-density parity-check (LDPC) codes, have played a major role in the emerging distributed source coding paradigm. LDPC codes can be easily adapted to new source coding strategies due to their natural representation as bipartite graphs and the use of quasi-optimal decoding algorithms, such as belief propagation. This paper tackles a relevant scenario in distributedvideo coding: lossy source coding when multiple side information (SI) hypotheses are available at the decoder, each one correlated with the source according to different correlation noise channels. Thus, it is proposed to exploit multiple SI hypotheses through an efficient joint decoding technique withmultiple LDPC syndrome decoders that exchange information to obtain coding efficiency improvements. At the decoder side, the multiple SI hypotheses are created with motion compensated frame interpolation and fused together in a novel iterative LDPC based Slepian-Wolf decoding algorithm. With the creation of multiple SI hypotheses and the proposed decoding algorithm, bitrate savings up to 8.0% are obtained for similar decoded quality.

Hyperspectral subspace identification

Signal subspace identification is a crucial first step in many hyperspectral processing algorithms such as target detection, change detection, classification, and unmixing. The identification of this subspace enables a correct dimensionality reduction, yielding gains in algorithm performance and complexity and in data storage. This paper introduces a new minimum mean square error-based approach to infer the signal subspace in hyperspectral imagery. The method, which is termed hyperspectral signal identification by minimum error, is eigen decomposition based, unsupervised, and fully automatic (i.e., it does not depend on any tuning parameters). It first estimates the signal and noise correlation matrices and then selects the subset of eigenvalues that best represents the signal subspace in the least squared error sense. State-of-the-art performance of the proposed method is illustrated by using simulated and real hyperspectral images.

Interference detection in GNSS signals using Gaussianity criterion

We assess the performance of Gaussianity tests, namely the Anscombe-Glynn, Lilliefors, Cramér-von Mises, and Giannakis-Tsatsanis (G-T), with the purpose of detecting narrowband and wideband interference in GNSS signals. Simulations have shown that the G-T test outperforms the others being suitable as a benchmark for comparison with different types of interference detection algorithms. © 2014 EURASIP.

Jamming detection in GNSS signals using the sample covariance matrix.

We propose a blind method to detect interference in GNSS signals whereby the algorithms do not require knowledge of the interference or channel noise features. A sample covariance matrix is constructed from the received signal and its eigenvalues are computed. The generalized likelihood ratio test (GLRT) and the condition number test (CNT) are developed and compared in the detection of sinusoidal and chirp jamming signals. A computationally-efficient decision threshold was proposed for the CNT.

Benchmarking de identificação de ano: criação de um site para benchmarking de técnicas de identificação de dano

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica na Área de Manutenção e Produção

Stability Condition Based Sliding Mode Modulators for Multilevel Power Converters

Sliding mode controllers for power converters usually employ hysteresis comparators to directly generate the power semiconductors switching states. This paper presents a new sliding mode modulator based on the direct implementation of the sliding mode stability condition, which for multilevel power converters shows advantages, as branch equalized switching frequencies and less distortion on the ac currents when operating near the rated converter power. The new sliding mode multilevel modulator is used to control a three-phase multilevel converter, operated as a reactive power compensator (STATCOM), implementing the stability condition in a digital signal processing system. The performance of this new sliding mode modulator is compared with a multilevel modulator based on hysteresis comparators. Simulation and experimental results are presented in order to highlight the system operation and control robustness.

Design of improved rail-to-rail low-distortion and low-stress switches in advanced CMOS technologies

This paper describes the efficient design of an improved and dedicated switched-capacitor (SC) circuit capable of linearizing CMOS switches to allow SC circuits to reach low distortion levels. The described circuit (SC linearization control circuit, SLC) has the advantage over conventional clock-bootstrapping circuits of exhibiting low-stress, since large gate voltages are avoided. This paper presents exhaustive corner simulation results of a SC sample-and-hold (S/H) circuit which employs the proposed and optimized circuits, together with the experimental evaluation of a complete 10-bit ADC utilizing the referred S/H circuit. These results show that the SLC circuits can reduce distortion and increase dynamic linearity above 12 bits for wide input signal bandwidths.

Learning dependent sources using mixtures of Dirichlet: applications on hyperspectral unmixing

This paper is an elaboration of the DECA algorithm [1] to blindly unmix hyperspectral data. The underlying mixing model is linear, meaning that each pixel is a linear mixture of the endmembers signatures weighted by the correspondent abundance fractions. The proposed method, as DECA, is tailored to highly mixed mixtures in which the geometric based approaches fail to identify the simplex of minimum volume enclosing the observed spectral vectors. We resort then to a statitistical framework, where the abundance fractions are modeled as mixtures of Dirichlet densities, thus enforcing the constraints on abundance fractions imposed by the acquisition process, namely non-negativity and constant sum. With respect to DECA, we introduce two improvements: 1) the number of Dirichlet modes are inferred based on the minimum description length (MDL) principle; 2) The generalized expectation maximization (GEM) algorithm we adopt to infer the model parameters is improved by using alternating minimization and augmented Lagrangian methods to compute the mixing matrix. The effectiveness of the proposed algorithm is illustrated with simulated and read data.

Conversor estático de potência tolerante a falhas

O trabalho apresentado nesta dissertação refere-se à concepção, projecto e realização experimental de um conversor estático de potência tolerante a falhas. Foram analisados trabalhos de investigação sobre modos de falha de conversores electrónicos de potência, topologias de conversores tolerantes a falhas, métodos de detecção de falhas, entre outros. Com vista à concepção de uma solução, foram nomeados e analisados os principais modos de falhas para três soluções propostas de conversores com topologias tolerantes a falhas onde existem elementos redundantes em modo de espera. Foram analisados os vários aspectos de natureza técnica dos circuitos de potência e guiamento de sinais onde se salientam a necessidade de tempos mortos entre os sinais de disparo de IGBT do mesmo ramo, o isolamento galvânico entre os vários andares de disparo, a necessidade de minimizar as auto-induções entre o condensador DC e os braços do conversor de potência. Com vista a melhorar a fiabilidade e segurança de funcionamento do conversor estático de potência tolerante a falhas, foi concebido um circuito electrónico permitindo a aceleração da actuação normal de contactores e outro circuito responsável pelo encaminhamento e inibição dos sinais de disparo. Para a aplicação do conversor estático de potência tolerante a falhas desenvolvido num accionamento com um motor de corrente contínua, foi implementado um algoritmo de controlo numa placa de processamento digital de sinais (DSP), sendo a supervisão e actuação do sistema realizados em tempo-real, para a detecção de falhas e actuação de contactores e controlo de corrente e velocidade do motor utilizando uma estratégia de comando PWM. Foram realizados ensaios que, mediante uma detecção adequada de falhas, realiza a comutação entre blocos de conversores de potência. São apresentados e discutidos resultados experimentais, obtidos usando o protótipo laboratorial.

Medição de parâmetros de componentes passivos RLC em ambiente LabVIEW pelo método da desmodulação síncrona ou coerente

A presente dissertação apresenta o desenvolvimento de um medidor de componentes passivos RLC. Este medidor baseia-se num protótipo desenvolvido para possibilitar a medição da impedância de um dispositivo em teste. Tendo uma carta de aquisição de sinal como interface, o protótipo comunica com um computador que controla todo o processo de medição desde a aquisição e processamento de sinais ao cálculo e visualização dos parâmetros. A topologia de medição implementada é a da ponte auto-balanceada e no processamento recorre-se ao método da desmodulação síncrona ou coerente. A sua viabilidade é suportada por um estudo teórico prévio, pela discussão das opções tomadas no projecto e pelos resultados obtidos através do algoritmo desenvolvido utilizando o software LabVIEW de programação gráfica.