Orthogonal chirp division multiplexing for coherent optical fiber communications

In this paper, we propose an orthogonal chirp division multiplexing (OCDM) technique for coherent optical communication. OCDM is the principle of orthogonally multiplexing a group of linear chirped waveforms for high-speed data communication, achieving the maximum spectral efficiency (SE) for chirp spread spectrum, in a similar way as the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) does for frequency division multiplexing. In the coherent optical (CO)-OCDM, Fresnel transform formulates the synthesis of the orthogonal chirps; discrete Fresnel transform (DFnT) realizes the CO-OCDM in the digital domain. As both the Fresnel and Fourier transforms are trigonometric transforms, the CO-OCDM can be easily integrated into the existing CO-OFDM systems. Analyses and numerical results are provided to investigate the transmission of CO-OCDM signals over optical fibers. Moreover, experiments of 36-Gbit/s CO-OCDM signal are carried out to validate the feasibility and confirm the analyses. It is shown that the CO-OCDM can effectively compensate the dispersion and is more resilient to fading and noise impairment than OFDM.

CONCURRENT LOCALIZATION AND MAPPING WITH SONAR SENSORS AND CONSIDERATION OF VEHICLE MOTION

Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) is a procedure used to determine the location of a mobile vehicle in an unknown environment, while constructing a map of the unknown environment at the same time. Mobile platforms, which make use of SLAM algorithms, have industrial applications in autonomous maintenance, such as the inspection of flaws and defects in oil pipelines and storage tanks. A typical SLAM consists of four main components, namely, experimental setup (data gathering), vehicle pose estimation, feature extraction, and filtering. Feature extraction is the process of realizing significant features from the unknown environment such as corners, edges, walls, and interior features. In this work, an original feature extraction algorithm specific to distance measurements obtained through SONAR sensor data is presented. This algorithm has been constructed by combining the SONAR Salient Feature Extraction Algorithm and the Triangulation Hough Based Fusion with point-in-polygon detection. The reconstructed maps obtained through simulations and experimental data with the fusion algorithm are compared to the maps obtained with existing feature extraction algorithms. Based on the results obtained, it is suggested that the proposed algorithm can be employed as an option for data obtained from SONAR sensors in environment, where other forms of sensing are not viable. The algorithm fusion for feature extraction requires the vehicle pose estimation as an input, which is obtained from a vehicle pose estimation model. For the vehicle pose estimation, the author uses sensor integration to estimate the pose of the mobile vehicle. Different combinations of these sensors are studied (e.g., encoder, gyroscope, or encoder and gyroscope). The different sensor fusion techniques for the pose estimation are experimentally studied and compared. The vehicle pose estimation model, which produces the least amount of error, is used to generate inputs for the feature extraction algorithm fusion. In the experimental studies, two different environmental configurations are used, one without interior features and another one with two interior features. Numerical and experimental findings are discussed. Finally, the SLAM algorithm is implemented along with the algorithms for feature extraction and vehicle pose estimation. Three different cases are experimentally studied, with the floor of the environment intentionally altered to induce slipping. Results obtained for implementations with and without SLAM are compared and discussed. The present work represents a step towards the realization of autonomous inspection platforms for performing concurrent localization and mapping in harsh environments.

Analysis of the "Sonar Hopf" Cochlea

The "Sonar Hopf" cochlea is a recently much advertised engineering design of an auditory sensor. We analyze this approach based on a recent description by its inventors Hamilton, Tapson, Rapson, Jin, and van Schaik, in which they exhibit the "Sonar Hopf" model, its analysis and the corresponding hardware in detail. We identify problems in the theoretical formulation of the model and critically examine the claimed coherence between the described model, the measurements from the implemented hardware, and biological data.

Deteção de náufragos com sistemas sonar em UUV’s

Na Marinha Portuguesa, o emprego de Unmanned Underwater Vehicles (UUV) tem uma utilização muito limitada, restringe-se unicamente à deteção de minas. Contudo, com a evolução tecnológica e científica, o seu uso poderá estar a um passo de ser usado em outras vertentes cuja aplicabilidade ainda não foi explorada. Nesta linha de pensamento, surgiu o projeto ICARUS (Integrated Components for Assisted Rescue and Unmanned Search operations), que visa o desenvolvimento de veículos não tripulados para a busca e salvamento. O objetivo do mesmo, resume-se ao salvamento de náufragos com o recurso a UUV, promovendo assim uma eficiente gestão dos recursos, objetivo contemplado na diretiva de planeamento de marinha. Assim, com base no projeto desenvolvido nas teses do ano transato pelos ASPOF Maia da Fonseca e Ramos da Palma, pretende-se com a presente dissertação através de um sistema sonar instalado num UUV em modo upward looking, avaliar a viabilidade na deteção de um náufrago à deriva no mar através das suas leituras. Para tal recorre-se à simulação com o náufrago em diferentes posições e em ambientes mais adequados à realidade que é o mar. E, ainda a otimização das características que permitem a identificação do náufrago.

Orthogonal chirp division multiplexing: performance evaluation in the presence of phase noise

In Beyond 5G technologies, Terahertz communications will be used: frequency bands between 100 GHz and 10 THz will be exploited in order to have higher throughput and lower latency. Those frequency bands suffer from several impairments, and it is thought that phase noise is one of the most significant. Orthogonal Chirp Division Multiplexing (OCDM) might be used in Beyond 5G communications, thanks to its robustness to multipath fading: it outperforms Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) systems. The aim of this thesis is to find a suitable model for describing phase noise in Terahertz communications, and to study the performance of an OCDM system affected by this impairment. After this, a simple compensation scheme is introduced, and the improvement that it provides is analysed. The thesis is organized as follow: in the first chapter Terahertz communications and Beyond 5G are introduced, in the second chapter phase noise is studied, in the third chapter OCDM is analysed, and in the fourth chapter numerical results are presented.

Utilização de métodos acústicos em estudos de dinâmica costeira: exemplo na desembocadura lagunar de cananéia

Em função de suas condições de interface entre águas doces e salinas, desembocaduras estuarinas e lagunares constituem sistemas geomorfológicos altamente complexos e dinâmicos. Como conseqüência da variabilidade espacial e temporal dos fluxos de maré, o leito responde com uma grande variabilidade nas características morfológicas e sedimentares. Neste sentido, é possível relacionar diretamente a circulação de fundo e o transporte sedimentar com as feições submersas geradas. Perfis de ecossondagem, sonar de varredura lateral e sísmica de alta resolução, executados na desembocadura lagunar de Cananéia, revelaram a existência de uma dinâmica de fundo extremamente complexa, caracterizada por marcas onduladas e ondas de areia de alturas métricas. As maiores ondas de areia, localizadas em uma depressão na desembocadura lagunar, apresentam inversão de polaridade em sua assimetria, com a presença de ondas simétricas de grande tamanho no ponto de inversão. Este padrão morfológico não apresenta variação temporal em escala anual, sugerindo a persistência de um padrão de fluxos sobre o leito. Esta dinâmica revela, também, a constância de fluxos convergentes que aparentemente independem das condições de maré enchente ou vazante. Os resultados permitiram o estabelecimento de um primeiro modelo qualitativo de circulação de fundo na área, com aplicações potenciais na navegação e estudos de proteção da costa.

Morfologia e distribuição sedimentar em um sistema estuarino tropical : Baía de Vitória, ES

A Baía de Vitória é um sistema estuarino da costa leste do Brasil que apresenta grande importância econômica e características ímpares, já que se desenvolveu entre três unidades geomorfológicas distintas. Apesar disto, este ambiente apresenta poucos estudos relacionados às suas características geológicas e oceanográficas. O presente trabalho se focou no preenchimento desta lacuna através da descrição da morfologia, da distribuição sedimentar e dos padrões sonográficos da Baía de Vitória, buscando relações entre os mesmos e inferindo os processos sedimentares dominantes em cada trecho do estuário. A análise integrada mostrou boa correlação entre os métodos e revelou a grande complexidade deste sistema estuarino. Três diferentes regiões foram identificadas mostrando processos distintos: o estuário superior apresentou input sedimentar fluvial e processos estuarinos; um largo trecho da região central do sistema apresentou características erosivas, relacionadas a adaptações morfológicas e ao aumento das correntes provocadas pelos estreitamentos artificiais da baía, propiciando a formação de formas de fundo; e a boca do estuário se apresentou dominada por processos marinhos. Parte da região central do estuário mostrou características mascaradas pela atividade antrópica através da instalação de pontes, aterros e dragagens.