Microscopic study of vorticities in relativistic chiral fermions

It is usually believed that unlike the external magnetic field which one can set directly, vorticity is a property of the flow of particles, which is indirectly controlled by external fields and initial conditions. Using the curved-space technics it is shown that the influence of the vorticity on the relativistic chiral fermions can indeed be controlled directly.

Theoretical models of planetary system formation II. Post-formation evolution

Aims. We extend the results of planetary formation synthesis by computing the long-term evolution of synthetic systems from the clearing of the gas disk into the dynamical evolution phase. Methods. We use the symplectic integrator SyMBA to numerically integrate the orbits of planets for 100 Myr, using populations from previous studies as initial conditions. Results. We show that within the populations studied, mass and semimajor axis distributions experience only minor changes from post-formation evolution. We also show that, depending upon their initial distribution, planetary eccentricities can statistically increase or decrease as a result of gravitational interactions. We find that planetary masses and orbital spacings provided by planet formation models do not result in eccentricity distributions comparable to observed exoplanet eccentricities, requiring other phenomena, such as stellar fly-bys, to account for observed eccentricities.

The Devil’s Calculus: Mathematical Models of Civil War

In spite of the movement to turn political science into a real science, various mathematical methods that are now the staples of physics, biology, and even economics are thoroughly uncommon in political science, especially the study of civil war. This study seeks to apply such methods - specifically, ordinary differential equations (ODEs) - to model civil war based on what one might dub the capabilities school of thought, which roughly states that civil wars end only when one side’s ability to make war falls far enough to make peace truly attractive. I construct several different ODE-based models and then test them all to see which best predicts the instantaneous capabilities of both sides of the Sri Lankan civil war in the period from 1990 to 1994 given parameters and initial conditions. The model that the tests declare most accurate gives very accurate predictions of state military capabilities and reasonable short term predictions of cumulative deaths. Analysis of the model reveals the scale of the importance of rebel finances to the sustainability of insurgency, most notably that the number of troops required to put down the Tamil Tigers is reduced by nearly a full order of magnitude when Tiger foreign funding is stopped. The study thus demonstrates that accurate foresight may come of relatively simple dynamical models, and implies the great potential of advanced and currently unconventional non-statistical mathematical methods in political science.

Zircons, isotope ratios and element analyses from tonalite and oxide gabbro of the mid-ocean ridge from ODP Hole 176-735B

A limiting factor in the accuracy and precision of U/Pb zircon dates is accurate correction for initial disequilibrium in the 238U and 235U decay chains. The longest-lived-and therefore most abundant-intermediate daughter product in the 235U isotopic decay chain is 231Pa (T1/2 = 32.71 ka), and the partitioning behavior of Pa in zircon is not well constrained. Here we report high-precision thermal ionization mass spectrometry (TIMS) U-Pb zircon data from two samples from Ocean Drilling Program (ODP) Hole 735B, which show evidence for incorporation of excess 231Pa during zircon crystallization. The most precise analyses from the two samples have consistent Th-corrected 206Pb/238U dates with weighted means of 11.9325 ± 0.0039 Ma (n = 9) and 11.920 ± 0.011 Ma (n = 4), but distinctly older 207Pb/235U dates that vary from 12.330 ± 0.048 Ma to 12.140 ± 0.044 Ma and 12.03 ± 0.24 to 12.40 ± 0.27 Ma, respectively. If the excess 207Pb is due to variable initial excess 231Pa, calculated initial (231Pa)/(235U) activity ratios for the two samples range from 5.6 ± 1.0 to 9.6 ± 1.1 and 3.5 ± 5.2 to 11.4 ± 5.8. The data from the more precisely dated sample yields estimated DPazircon/DUzircon from 2.2-3.8 and 5.6-9.6, assuming (231Pa)/(235U) of the melt equal to the global average of recently erupted mid-ocean ridge basaltic glasses or secular equilibrium, respectively. High precision ID-TIMS analyses from nine additional samples from Hole 735B and nearby Hole 1105A suggest similar partitioning. The lower range of DPazircon/DUzircon is consistent with ion microprobe measurements of 231Pa in zircons from Holocene and Pleistocene rhyolitic eruptions (Schmitt (2007; doi:10.2138/am.2007.2449) and Schmitt (2011; doi:10.1146/annurev-earth-040610-133330)). The data suggest that 231Pa is preferentially incorporated during zircon crystallization over a range of magmatic compositions, and excess initial 231Pa may be more common in zircons than acknowledged. The degree of initial disequilibrium in the 235U decay chain suggested by the data from this study, and other recent high precision datasets, leads to resolvable discordance in high precision dates of Cenozoic to Mesozoic zircons. Minor discordance in zircons of this age may therefore reflect initial excess 231Pa and does not require either inheritance or Pb loss.

Requerimiento de lixiviación funcional : concepto, método de determinación y validación biológica

Con la finalidad de mejorar el manejo de suelos regadíos se propone, en reemplazo de los modelos teóricos, un método empírico de laboratorio que pretende ofrecer una visión más realista de los cambios cuanticualitativos de la solución edáfica por la acumulación de agua de riegos sucesivos de reposición. Para cada combinación específica agua-suelo se determina un Requerimiento de Lixiviación Funcional (RLF), definido como la inversa del número de veces, 1/n, que una cuota de riego (CR) -o su equivalente como la cantidad de agua por volumen de suelopodría ser aplicada consecutivamente hasta que fuere necesario lixiviar para limitar en la solución edáfica el nivel de salinidad total, o el de algún ión en particular. El valor de n es determinado experimentalmente por el análisis de los extractos de saturación del suelo, cuyas condiciones iniciales son conocidas, después de evaporar en horno de microondas un número creciente de CR. Este método fue aplicado regionalmente en 40 combinaciones de 5 suelos y 8 aguas de riego y sus RLF fueron comparados con los RL calculados como simple consecuencia de la concentración, sin considerar otros fenómenos posibles durante el proceso. Los resultados muestran que en algunas combinaciones de agua-suelo los RLF pueden diferir significativamente de los teóricos simples, no sólo con respecto a la evolución de la salinidad total (ya prevista en los modelos citados) sino también en la concentración de boro en solución. Una primera prueba de aplicación en cultivo del método propuesto se realizó en un ensayo en macetas, con clones de vid de un año, empleando la misma agua de riego en dos suelos de características funcionales distintas, según la apreciación previa del RLF en laboratorio. Los resultados obtenidos validaron los esperados de acuerdo con el procedimiento indicado. Complementariamente se analizaron las hojas y se calcularon regresiones entre los índices edáficos al final del ensayo y los contenidos foliares de B, Cl y Na, así como estos últimos entre ellos.

Late Miocene-early Pliocene stable isotope record of benthic foraminifera from ODP Site 177-1088 in the sub-Antarctic South Atlantic

Benthic foraminiferal stable isotope records for the past 11 Myr from a recently drilled site in the sub-Antarctic South Atlantic (Site 1088, Ocean Drilling Program Leg 177, 41°S, 15°E, 2082 m water depth) provide, for the first time, a continuous long-term perspective on deep water distribution patterns and Southern Ocean climate change from the late Miocene through the early Pliocene. I have compiled published late Miocene through Pliocene stable isotope records to place the new South Atlantic record in a global framework. Carbon isotope gradients between the North Atlantic, South Atlantic, and Pacific indicate that a nutrient-depleted watermass, probably of North Atlantic origin, reached the sub-Antarctic South Atlantic after 6.6 Ma. By 6.0 Ma the relative proportion of the northern-provenance watermass was similar to today and by the early Pliocene it had increased to greater than the modern proportion suggesting that thermohaline overturn in the Atlantic was relatively strong prior to the early Pliocene interval of inferred climatic warmth. Site 1088 oxygen isotope values display a two-step increase between ~7.4 Ma and 6.9 Ma, a trend that parallels a published delta18O record of a site on the Atlantic coast of Morocco. This is perhaps best explained by a gradual cooling of watermasses that were sinking in the Southern Ocean. I speculate that relatively strong thermohaline overturn at rates comparable to the present day interglacial interval during the latest Miocene may have provided the initial conditions for early Pliocene climatic warmth. The impact of an emerging Central American Seaway on Atlantic-Pacific Ocean upper water exchange may have been felt in the North Atlantic beginning in the latest Miocene between 6.6 and 6.0 Ma, which would be ~1.5 Myr earlier than previously thought.

3D Direct Simulation Monte Carlo Modelling of the Inner Gas Coma of Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko: A Parameter Study

Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) is a powerful numerical method to study rarefied gas flows such as cometary comae and has been used by several authors over the past decade to study cometary outflow. However, the investigation of the parameter space in simulations can be time consuming since 3D DSMC is computationally highly intensive. For the target of ESA's Rosetta mission, comet 67P/Churyumov-Gerasimenko, we have identified to what extent modification of several parameters influence the 3D flow and gas temperature fields and have attempted to establish the reliability of inferences about the initial conditions from in situ and remote sensing measurements. A large number of DSMC runs have been completed with varying input parameters. In this work, we present the simulation results and conclude on the sensitivity of solutions to certain inputs. It is found that among cases of water outgassing, the surface production rate distribution is the most influential variable to the flow field.

「アラブの春」後の移行期過程 -- 帰結を分ける諸要因

Diverging outcomes are unfolding in the post-Arab Uprising countries' transitional processes. In January 2014, Tunisia successfully adopted a new constitution based on a consensus of the opposing political parties and factions. In contrast, Egypt abolished one constitution and hastily instituted another in a time span of slightly more than a year. Yemen has announced the final document of the National Dialogue Conference in the same month. Libyans finally voted for the long awaited and disputed elections of the Constitutional Drafting Committee in February 2014. The paper picks up three factors which seem to be influential in determining the modality of transitional political process in the four Post-Arab spring countries. The first is the initial conditions of the transitional politics.. Differences in the way the previous regimes collapsed are analyzed to illuminate the continuity and break of the ruling institutions and state apparatus. The second factor is the type of the interim government. In line with Shain and Linz typology, provisional, power-sharing, caretaker, and international interim government models are applied to clarify the types of interim governments in each four countries' different phases in transitional politics. The third is the "rules of the game," particularly those pertaining to the constitutional process. Who set what kind of rules and how are to be considered in each of four countries and possible influences of each set of the rules of the game to the diverging results of the transitional politics are considered.

Experiences on using closed-loop control systems for smoke control

The main objective of ventilation systems in case of fire is the reduction of the possible consequences by achieving the best possible conditions for the evacuation of the users and the intervention of the emergency services. In the last years, the required quick response of the ventilation system, from normal to emergency mode, has been improved by the use of automatic and semi-automatic control systems, what reduces the response times through the support to the operators decision taking, and the use of pre-defined strategies. A further step consists on the use of closedloop algorithms, which takes into account not only the initial conditions but their development (air velocity, traffic situation, etc), optimizing the quality of the smoke control process

Contribución al estudio del criptoanálisis y diseño de los criptosistemas caóticos

The extraordinary increase of new information technologies, the development of Internet, the electronic commerce, the e-government, mobile telephony and future cloud computing and storage, have provided great benefits in all areas of society. Besides these, there are new challenges for the protection of information, such as the loss of confidentiality and integrity of electronic documents. Cryptography plays a key role by providing the necessary tools to ensure the safety of these new media. It is imperative to intensify the research in this area, to meet the growing demand for new secure cryptographic techniques. The theory of chaotic nonlinear dynamical systems and the theory of cryptography give rise to the chaotic cryptography, which is the field of study of this thesis. The link between cryptography and chaotic systems is still subject of intense study. The combination of apparently stochastic behavior, the properties of sensitivity to initial conditions and parameters, ergodicity, mixing, and the fact that periodic points are dense, suggests that chaotic orbits resemble random sequences. This fact, and the ability to synchronize multiple chaotic systems, initially described by Pecora and Carroll, has generated an avalanche of research papers that relate cryptography and chaos. The chaotic cryptography addresses two fundamental design paradigms. In the first paradigm, chaotic cryptosystems are designed using continuous time, mainly based on chaotic synchronization techniques; they are implemented with analog circuits or by computer simulation. In the second paradigm, chaotic cryptosystems are constructed using discrete time and generally do not depend on chaos synchronization techniques. The contributions in this thesis involve three aspects about chaotic cryptography. The first one is a theoretical analysis of the geometric properties of some of the most employed chaotic attractors for the design of chaotic cryptosystems. The second one is the cryptanalysis of continuos chaotic cryptosystems and finally concludes with three new designs of cryptographically secure chaotic pseudorandom generators. The main accomplishments contained in this thesis are: v Development of a method for determining the parameters of some double scroll chaotic systems, including Lorenz system and Chua’s circuit. First, some geometrical characteristics of chaotic system have been used to reduce the search space of parameters. Next, a scheme based on the synchronization of chaotic systems was built. The geometric properties have been employed as matching criterion, to determine the values of the parameters with the desired accuracy. The method is not affected by a moderate amount of noise in the waveform. The proposed method has been applied to find security flaws in the continuous chaotic encryption systems. Based on previous results, the chaotic ciphers proposed by Wang and Bu and those proposed by Xu and Li are cryptanalyzed. We propose some solutions to improve the cryptosystems, although very limited because these systems are not suitable for use in cryptography. Development of a method for determining the parameters of the Lorenz system, when it is used in the design of two-channel cryptosystem. The method uses the geometric properties of the Lorenz system. The search space of parameters has been reduced. Next, the parameters have been accurately determined from the ciphertext. The method has been applied to cryptanalysis of an encryption scheme proposed by Jiang. In 2005, Gunay et al. proposed a chaotic encryption system based on a cellular neural network implementation of Chua’s circuit. This scheme has been cryptanalyzed. Some gaps in security design have been identified. Based on the theoretical results of digital chaotic systems and cryptanalysis of several chaotic ciphers recently proposed, a family of pseudorandom generators has been designed using finite precision. The design is based on the coupling of several piecewise linear chaotic maps. Based on the above results a new family of chaotic pseudorandom generators named Trident has been designed. These generators have been specially designed to meet the needs of real-time encryption of mobile technology. According to the above results, this thesis proposes another family of pseudorandom generators called Trifork. These generators are based on a combination of perturbed Lagged Fibonacci generators. This family of generators is cryptographically secure and suitable for use in real-time encryption. Detailed analysis shows that the proposed pseudorandom generator can provide fast encryption speed and a high level of security, at the same time. El extraordinario auge de las nuevas tecnologías de la información, el desarrollo de Internet, el comercio electrónico, la administración electrónica, la telefonía móvil y la futura computación y almacenamiento en la nube, han proporcionado grandes beneficios en todos los ámbitos de la sociedad. Junto a éstos, se presentan nuevos retos para la protección de la información, como la suplantación de personalidad y la pérdida de la confidencialidad e integridad de los documentos electrónicos. La criptografía juega un papel fundamental aportando las herramientas necesarias para garantizar la seguridad de estos nuevos medios, pero es imperativo intensificar la investigación en este ámbito para dar respuesta a la demanda creciente de nuevas técnicas criptográficas seguras. La teoría de los sistemas dinámicos no lineales junto a la criptografía dan lugar a la ((criptografía caótica)), que es el campo de estudio de esta tesis. El vínculo entre la criptografía y los sistemas caóticos continúa siendo objeto de un intenso estudio. La combinación del comportamiento aparentemente estocástico, las propiedades de sensibilidad a las condiciones iniciales y a los parámetros, la ergodicidad, la mezcla, y que los puntos periódicos sean densos asemejan las órbitas caóticas a secuencias aleatorias, lo que supone su potencial utilización en el enmascaramiento de mensajes. Este hecho, junto a la posibilidad de sincronizar varios sistemas caóticos descrita inicialmente en los trabajos de Pecora y Carroll, ha generado una avalancha de trabajos de investigación donde se plantean muchas ideas sobre la forma de realizar sistemas de comunicaciones seguros, relacionando así la criptografía y el caos. La criptografía caótica aborda dos paradigmas de diseño fundamentales. En el primero, los criptosistemas caóticos se diseñan utilizando circuitos analógicos, principalmente basados en las técnicas de sincronización caótica; en el segundo, los criptosistemas caóticos se construyen en circuitos discretos u ordenadores, y generalmente no dependen de las técnicas de sincronización del caos. Nuestra contribución en esta tesis implica tres aspectos sobre el cifrado caótico. En primer lugar, se realiza un análisis teórico de las propiedades geométricas de algunos de los sistemas caóticos más empleados en el diseño de criptosistemas caóticos vii continuos; en segundo lugar, se realiza el criptoanálisis de cifrados caóticos continuos basados en el análisis anterior; y, finalmente, se realizan tres nuevas propuestas de diseño de generadores de secuencias pseudoaleatorias criptográficamente seguros y rápidos. La primera parte de esta memoria realiza un análisis crítico acerca de la seguridad de los criptosistemas caóticos, llegando a la conclusión de que la gran mayoría de los algoritmos de cifrado caóticos continuos —ya sean realizados físicamente o programados numéricamente— tienen serios inconvenientes para proteger la confidencialidad de la información ya que son inseguros e ineficientes. Asimismo una gran parte de los criptosistemas caóticos discretos propuestos se consideran inseguros y otros no han sido atacados por lo que se considera necesario más trabajo de criptoanálisis. Esta parte concluye señalando las principales debilidades encontradas en los criptosistemas analizados y algunas recomendaciones para su mejora. En la segunda parte se diseña un método de criptoanálisis que permite la identificaci ón de los parámetros, que en general forman parte de la clave, de algoritmos de cifrado basados en sistemas caóticos de Lorenz y similares, que utilizan los esquemas de sincronización excitador-respuesta. Este método se basa en algunas características geométricas del atractor de Lorenz. El método diseñado se ha empleado para criptoanalizar eficientemente tres algoritmos de cifrado. Finalmente se realiza el criptoanálisis de otros dos esquemas de cifrado propuestos recientemente. La tercera parte de la tesis abarca el diseño de generadores de secuencias pseudoaleatorias criptográficamente seguras, basadas en aplicaciones caóticas, realizando las pruebas estadísticas, que corroboran las propiedades de aleatoriedad. Estos generadores pueden ser utilizados en el desarrollo de sistemas de cifrado en flujo y para cubrir las necesidades del cifrado en tiempo real. Una cuestión importante en el diseño de sistemas de cifrado discreto caótico es la degradación dinámica debida a la precisión finita; sin embargo, la mayoría de los diseñadores de sistemas de cifrado discreto caótico no ha considerado seriamente este aspecto. En esta tesis se hace hincapié en la importancia de esta cuestión y se contribuye a su esclarecimiento con algunas consideraciones iniciales. Ya que las cuestiones teóricas sobre la dinámica de la degradación de los sistemas caóticos digitales no ha sido totalmente resuelta, en este trabajo utilizamos algunas soluciones prácticas para evitar esta dificultad teórica. Entre las técnicas posibles, se proponen y evalúan varias soluciones, como operaciones de rotación de bits y desplazamiento de bits, que combinadas con la variación dinámica de parámetros y con la perturbación cruzada, proporcionan un excelente remedio al problema de la degradación dinámica. Además de los problemas de seguridad sobre la degradación dinámica, muchos criptosistemas se rompen debido a su diseño descuidado, no a causa de los defectos esenciales de los sistemas caóticos digitales. Este hecho se ha tomado en cuenta en esta tesis y se ha logrado el diseño de generadores pseudoaleatorios caóticos criptogr áficamente seguros.

Experiences on the specification of algorithms for fire and smoke control in road tunnels

The main objective of ventilation systems in case of fire is the reduction of the possible consequences by achieving the best possible conditions for the evacuation of the users and the intervention of the emergency services. The required immediate transition, from normal to emergency functioning of the ventilation equipments, is being strengthened by the use of automatic and semi-automatic control systems, what reduces the response times through the help to the operators, and the use of pre-defined strategies. A further step consists on the use of closed-loop algorithms, which takes into account not only the initial conditions but their development (air velocity, traffic situation, etc.), optimizing smoke control capacity.

Optical systems design using the SMS method and optimizations

Resumen El diseño de sistemas ópticos, entendido como un arte por algunos, como una ciencia por otros, se ha realizado durante siglos. Desde los egipcios hasta nuestros días los sistemas de formación de imagen han ido evolucionando así como las técnicas de diseño asociadas. Sin embargo ha sido en los últimos 50 años cuando las técnicas de diseño han experimentado su mayor desarrollo y evolución, debido, en parte, a la aparición de nuevas técnicas de fabricación y al desarrollo de ordenadores cada vez más potentes que han permitido el cálculo y análisis del trazado de rayos a través de los sistemas ópticos de forma rápida y eficiente. Esto ha propiciado que el diseño de sistemas ópticos evolucione desde los diseños desarrollados únicamente a partir de la óptica paraxial hasta lo modernos diseños realizados mediante la utilización de diferentes técnicas de optimización multiparamétrica. El principal problema con el que se encuentra el diseñador es que las diferentes técnicas de optimización necesitan partir de un diseño inicial el cual puede fijar las posibles soluciones. Dicho de otra forma, si el punto de inicio está lejos del mínimo global, o diseño óptimo para las condiciones establecidas, el diseño final puede ser un mínimo local cerca del punto de inicio y lejos del mínimo global. Este tipo de problemática ha llevado al desarrollo de sistemas globales de optimización que cada vez sean menos sensibles al punto de inicio de la optimización. Aunque si bien es cierto que es posible obtener buenos diseños a partir de este tipo de técnicas, se requiere de muchos intentos hasta llegar a la solución deseada, habiendo un entorno de incertidumbre durante todo el proceso, puesto que no está asegurado el que se llegue a la solución óptima. El método de las Superficies Múltiples Simultaneas (SMS), que nació como una herramienta de cálculo de concentradores anidólicos, se ha demostrado como una herramienta también capaz utilizarse para el diseño de sistemas ópticos formadores de imagen, aunque hasta la fecha se ha utilizado para el diseño puntual de sistemas de formación de imagen. Esta tesis tiene por objeto presentar el SMS como un método que puede ser utilizado de forma general para el diseño de cualquier sistema óptico de focal fija o v afocal con un aumento definido así como una herramienta que puede industrializarse para ayudar al diseñador a afrontar de forma sencilla el diseño de sistemas ópticos complejos. Esta tesis está estructurada en cinco capítulos: El capítulo 1, es un capítulo de fundamentos donde se presentan los conceptos fundamentales necesarios para que el lector, aunque no posea una gran base en óptica formadora de imagen, pueda entender los planteamientos y resultados que se presentan en el resto de capítulos El capitulo 2 aborda el problema de la optimización de sistemas ópticos, donde se presenta el método SMS como una herramienta idónea para obtener un punto de partida para el proceso de optimización. Mediante un ejemplo aplicado se demuestra la importancia del punto de partida utilizado en la solución final encontrada. Además en este capítulo se presentan diferentes técnicas que permiten la interpolación y optimización de las superficies obtenidas a partir de la aplicación del SMS. Aunque en esta tesis se trabajará únicamente utilizando el SMS2D, se presenta además un método para la interpolación y optimización de las nubes de puntos obtenidas a partir del SMS3D basado en funciones de base radial (RBF). En el capítulo 3 se presenta el diseño, fabricación y medidas de un objetivo catadióptrico panorámico diseñado para trabajar en la banda del infrarrojo lejano (8-12 μm) para aplicaciones de vigilancia perimetral. El objetivo presentado se diseña utilizando el método SMS para tres frentes de onda de entrada utilizando cuatro superficies. La potencia del método de diseño utilizado se hace evidente en la sencillez con la que este complejo sistema se diseña. Las imágenes presentadas demuestran cómo el prototipo desarrollado cumple a la perfección su propósito. El capítulo 4 aborda el problema del diseño de sistemas ópticos ultra compactos, se introduce el concepto de sistemas multicanal, como aquellos sistemas ópticos compuestos por una serie de canales que trabajan en paralelo. Este tipo de sistemas resultan particularmente idóneos para él diseño de sistemas afocales. Se presentan estrategias de diseño para sistemas multicanal tanto monocromáticos como policromáticos. Utilizando la novedosa técnica de diseño que en este capítulo se presenta el diseño de un telescopio de seis aumentos y medio. En el capítulo 5 se presenta una generalización del método SMS para rayos meridianos. En este capítulo se presenta el algoritmo que debe utilizarse para el diseño de cualquier sistema óptico de focal fija. La denominada optimización fase 1 se vi introduce en el algoritmo presentado de forma que mediante el cambio de las condiciones iníciales del diseño SMS que, aunque el diseño se realice para rayos meridianos, los rayos skew tengan un comportamiento similar. Para probar la potencia del algoritmo desarrollado se presenta un conjunto de diseños con diferente número de superficies. La estabilidad y potencia del algoritmo se hace evidente al conseguirse por primera vez el diseño de un sistema de seis superficies diseñado por SMS. vii Abstract The design of optical systems, considered an art by some and a science by others, has been developed for centuries. Imaging optical systems have been evolving since Ancient Egyptian times, as have design techniques. Nevertheless, the most important developments in design techniques have taken place over the past 50 years, in part due to the advances in manufacturing techniques and the development of increasingly powerful computers, which have enabled the fast and efficient calculation and analysis of ray tracing through optical systems. This has led to the design of optical systems evolving from designs developed solely from paraxial optics to modern designs created by using different multiparametric optimization techniques. The main problem the designer faces is that the different optimization techniques require an initial design which can set possible solutions as a starting point. In other words, if the starting point is far from the global minimum or optimal design for the set conditions, the final design may be a local minimum close to the starting point and far from the global minimum. This type of problem has led to the development of global optimization systems which are increasingly less sensitive to the starting point of the optimization process. Even though it is possible to obtain good designs from these types of techniques, many attempts are necessary to reach the desired solution. This is because of the uncertain environment due to the fact that there is no guarantee that the optimal solution will be obtained. The Simultaneous Multiple Surfaces (SMS) method, designed as a tool to calculate anidolic concentrators, has also proved useful for the design of image-forming optical systems, although until now it has occasionally been used for the design of imaging systems. This thesis aims to present the SMS method as a technique that can be used in general for the design of any optical system, whether with a fixed focal or an afocal with a defined magnification, and also as a tool that can be commercialized to help designers in the design of complex optical systems. The thesis is divided into five chapters. Chapter 1 establishes the basics by presenting the fundamental concepts which the reader needs to acquire, even if he/she doesn‟t have extensive knowledge in the field viii of image-forming optics, in order to understand the steps taken and the results obtained in the following chapters. Chapter 2 addresses the problem of optimizing optical systems. Here the SMS method is presented as an ideal tool to obtain a starting point for the optimization process. The importance of the starting point for the final solution is demonstrated through an example. Additionally, this chapter introduces various techniques for the interpolation and optimization of the surfaces obtained through the application of the SMS method. Even though in this thesis only the SMS2D method is used, we present a method for the interpolation and optimization of clouds of points obtained though the SMS3D method, based on radial basis functions (RBF). Chapter 3 presents the design, manufacturing and measurement processes of a catadioptric panoramic lens designed to work in the Long Wavelength Infrared (LWIR) (8-12 microns) for perimeter surveillance applications. The lens presented is designed by using the SMS method for three input wavefronts using four surfaces. The powerfulness of the design method used is revealed through the ease with which this complex system is designed. The images presented show how the prototype perfectly fulfills its purpose. Chapter 4 addresses the problem of designing ultra-compact optical systems. The concept of multi-channel systems, such as optical systems composed of a series of channels that work in parallel, is introduced. Such systems are especially suitable for the design of afocal systems. We present design strategies for multichannel systems, both monochromatic and polychromatic. A telescope designed with a magnification of six-and-a-half through the innovative technique exposed in this chapter is presented. Chapter 5 presents a generalization of the SMS method for meridian rays. The algorithm to be used for the design of any fixed focal optics is revealed. The optimization known as phase 1 optimization is inserted into the algorithm so that, by changing the initial conditions of the SMS design, the skew rays have a similar behavior, despite the design being carried out for meridian rays. To test the power of the developed algorithm, a set of designs with a different number of surfaces is presented. The stability and strength of the algorithm become apparent when the first design of a system with six surfaces if obtained through the SMS method.

Interfaz gráfica y fase de pruebas de software de vídeo forense (Sistema de codificación DV)

El presente proyecto fin de carrera, realizado por el ingeniero técnico en telecomunicaciones Pedro M. Matamala Lucas, es la fase final de desarrollo de un proyecto de mayor magnitud correspondiente al software de vídeo forense SAVID. El propósito del proyecto en su totalidad es la creación de una herramienta informática capacitada para realizar el análisis de ficheros de vídeo, codificados y comprimidos por el sistema DV –Digital Video-. El objetivo del análisis, es aportar información acerca de si la cinta magnética presenta indicios de haber sido manipulada con una edición posterior a su grabación original, además, de mostrar al usuario otros datos de interés como las especificaciones técnicas de la señal de vídeo y audio. Por lo tanto, se facilitará al usuario, analista de vídeo forense, información que le ayude a valorar la originalidad del contenido del soporte que es sujeto del análisis. El objetivo específico de esta fase final, es la creación de la interfaz de usuario del software, que informa tanto del código binario de los sectores significativos, como de su interpretación tras el análisis. También permitirá al usuario el reporte de los resultados, además de otras funcionalidades que le permitan la navegación por los sectores del código que han sido modificados como efecto colateral de la edición de la cinta magnética original. Otro objetivo importante del proyecto ha sido la investigación de metodologías y técnicas de desarrollo de software para su posterior implementación, buscando con esto, una mayor eficiencia en la gestión del tiempo y una mayor calidad de software con el fin de garantizar su evolución y sostenibilidad en el futuro. Se ha hecho hincapié en las metodologías ágiles que han ido ganando relevancia en el sector de las tecnologías de la información en las últimas décadas, sustituyendo a metodologías clásicas como el desarrollo en cascada. Su flexibilidad durante el ciclo de vida del software, permite obtener mejores resultados cuando las especificaciones no están del todo definidas, ajustándose de este modo a las condiciones del proyecto. Resumiendo las especificaciones técnicas del software, C++ es el lenguaje de programación orientado a objetos con el que se ha desarrollado, utilizándose la tecnología MFC -Microsoft Foundation Classes- para la implementación. Es un proyecto MFC de tipo cuadro de dialogo,creado, compilado y publicado, con la herramienta de desarrollo integrado Microsoft Visual Studio 2010. La arquitectura con la que se ha estructurado es la arquetípica de tres capas, compuesta por la interfaz de usuario, capa de negocio y capa de acceso a datos. Se ha visto necesario configurar el proyecto con compatibilidad con CLR –Common Languages Runtime- para poder implementar la funcionalidad de creación de reportes. Acompañando a la aplicación informática, se presenta la memoria del proyecto y sus anexos correspondientes a los documentos EDRF –Especificaciones Detalladas de Requisitos funcionales-, EIU –Especificaciones de Interfaz de Usuario , DT -Diseño Técnico- y Guía de Usuario. SUMMARY. This dissertation, carried out by the telecommunications engineer Pedro M. Matamala Lucas, is in its final stage and is part of a larger project for the software of forensic video called SAVID. The purpose of the entire project is the creation of a software tool capable of analyzing video files that are coded and compressed by the DV -Digital Video- System. The objective of the analysis is to provide information on whether the magnetic tape shows signs of having been tampered with after the editing of the original recording, and also to show the user other relevant data and technical specifications of the video signal and audio. Therefore the user, forensic video analyst, will have information to help assess the originality of the content of the media that is subject to analysis. The specific objective of this final phase is the creation of the user interface of the software that provides information about the binary code of the significant sectors and also its interpretation after analysis. It will also allow the user to report the results, and other features that will allow browsing through the sections of the code that have been modified as a secondary effect of the original magnetic tape being tampered. Another important objective of the project is the investigation of methodologies and software development techniques to be used in deployment, with the aim of greater efficiency in time management and enhanced software quality in order to ensure its development and maintenance in the future. Agile methodologies, which have become important in the field of information technology in recent decades, have been used during the execution of the project, replacing classical methodologies such as Waterfall Development. The flexibility, as the result of using by agile methodologies, during the software life cycle, produces better results when the specifications are not fully defined, thus conforming to the initial conditions of the project. Summarizing the software technical specifications, C + + the programming language – which is object oriented and has been developed using technology MFC- Microsoft Foundation Classes for implementation. It is a project type dialog box, created, compiled and released with the integrated development tool Microsoft Visual Studio 2010. The architecture is structured in three layers: the user interface, business layer and data access layer. It has been necessary to configure the project with the support CLR -Common Languages Runtime – in order to implement the reporting functionality. The software application is submitted with the project report and its annexes to the following documents: Functional Requirements Specifications - Detailed User Interface Specifications, Technical Design and User Guide.