Avaliação de algoritmos para conversão de modelos de velocidade de tempo para profundidade

Ainda hoje, a migração em tempo é o processo de imageamento substancialmente empregado na indústria do petróleo. Tal popularidade é devida ao seu alto grau de eficiência e robustez, além de sua habilidade em focalizar refletores nos mais variados ambientes geológicos. Entretanto, em áreas de alta complexidade geológica a migração em tempo falha de tal forma que a migração em profundidade e um campo de velocidade em profundidade são indispensáveis. Esse campo é geralmente obtido através de processos tomográficos partindo de um campo de velocidade inicial. A conversão de campos de velocidade de tempo para profundidade é uma forma rápida de se obter um campo inicial mais consistente geologicamente para tais processos. Alguns algoritmos de conversão tempo-profundidade recentemente desenvolvidos baseados no traçamento de raios-imagem são revistos e um algoritmo alternativo baseado na propagação da frente de onda-imagem é proposto. Os algoritmos são aplicados a dados sintéticos bidimensionais e avaliados de acordo com suas eficiência e acurácia, destacando suas vantagens, desvantagens e limitações na obtenção de campos de velocidade em profundidade.

Migração com amplitude verdadeira em meios com gradiente constante de velocidade

Este trabalho tem por objetivo a aplicação de um método de migração com amplitudes verdadeiras, considerando-se um meio acústico onde a velocidade de propagação varia linearmente com a profundidade. O método de migração é baseado na teoria dos raios e na integral de migração de Kirchhoff, procurando posicionar de forma correta os refletores e recuperar os respetivos coeficientes de reflexão. No processo de recuperação dos coeficientes de reflexão, busca-se corrigir o fator de espalhamento geométrico de reflexões sísmicas primárias, sem o conhecimento a priori dos refletores procurados. Ao considerar-se configurações fonte-receptor arbitrárias, as reflexões primárias podem ser imageadas no tempo ou profundidade, sendo as amplitudes do campo de ondas migrado uma medida dos coeficientes de reflexão (função do ângulo de incidência). Anteriormente têm sido propostos alguns algoritmos baseados na aproximação de Born ou Kirchhoff. Todos são dados em forma de um operador integral de empilhamento de difrações, que são aplicados à entrada dos dados sísmicos. O resultado é uma seção sísmica migrada, onde cada ponto de reflexão é imageado com uma amplitude proporcional ao coeficiente de reflexão no ponto. No presente caso, o processo de migração faz uso de um modelo com velocidade que apresenta uma distribuição que varia linearmente com a profundidade, conhecido também como gradiente constante de velocidade. O esquema de migração corresponde a uma versão modificada da migração de empilhamento por difração e faz uso explícito da teoria do raio, por exemplo, na descrição de tempos de trânsito e amplitudes das reflexões primárias, com as quais a operação de empilhamento e suas propriedades podem ser entendidas geometricamente. Efeitos como o espalhamento geométrico devido à trajetória do raio levam a distorção das amplitudes. Estes efeitos têm que ser corregidos durante o processamento dos dados sísmicos. Baseados na integral de migração de Kirchhoff e na teoria paraxial dos raios, foi derivada a função peso e o operador da integral por empilhamento de difrações para um modelo sísmico 2,5-D, e aplicado a uma serie de dados sintéticos em ambientes com ruído e livre de ruído. O resultado mostra a precisão e estabilidade do método de migração em um meio 2,5-D como ferramenta para obter informação sobre as propriedades de refletividade da subsuperfície da terra. Neste método não são levados em consideração a existência de caústicas nem a atenuação devido a fricção interna.

Migração em profundidade usando a solução numérica da equação da eiconal

Nos últimos anos tem-se verificado um interesse crescente no desenvolvimento de algoritmos de imageamento sísmico com a finalidade de obter uma imagem da subsuperfície da terra. A migração pelo método de Kirchhoff, por exemplo, é um método de imageamento muito eficiente empregado na busca da localização de refletores na subsuperficie, quando dispomos do cálculo dos tempos de trânsito necessários para a etapa de empilhamento, sendo estes obtidos neste trabalho através da solução da equação eiconal. Primeiramente, é apresentada a teoria da migração de Kirchhoff em profundidade baseada na teoria do raio, sendo em seguida introduzida a equação eiconal, através da qual são obtidos os tempos de trânsitos empregados no empilhamento das curvas de difrações. Em seguida é desenvolvido um algoritmo de migração em profundidade fazendo uso dos tempos de trânsito obtidos através da equação eiconal. Finalmente, aplicamos este algoritmo a dados sintéticos contendo ruído aditivo e múltiplas e obtemos como resultado uma seção sísmica na profundidade. Através dos experimentos feitos neste trabalho observou-se que o algoritmo de migração desenvolvido mostrou-se bastante eficiente e eficaz na reconstrução da imagem dos refletores.

Water-in-Oil Micro-Emulsion Enhances the Secondary Structure of a Protein by Confinement

A scheme is presented in which an organic solvent environment in combination with surfactants is used to confine a natively unfolded protein inside an inverse microemulsion droplet. This type of confinement allows a study that provides unique insight into the dynamic structure of an unfolded, flexible protein which is still solvated and thus under near-physiological conditions. In a model system, the protein osteopontin (OPN) is used. It is a highly phosphorylated glycoprotein that is expressed in a wide range of cells and tissues for which limited structural analysis exists due to the high degree of flexibility and large number of post-translational modifications. OPN is implicated in tissue functions, such as inflammation and mineralisation. It also has a key function in tumour metastasis and progression. Circular dichroism measurements show that confinement enhances the secondary structural features of the protein. Small-angle X-ray scattering and dynamic light scattering show that OPN changes from being a flexible protein in aqueous solution to adopting a less flexible and more compact structure inside the microemulsion droplets. This novel approach for confining proteins while they are still hydrated may aid in studying the structure of a wide range of natively unfolded proteins.

Beyond the diffraction limit of optical/IR interferometers I. Angular diameter and rotation parameters of Achernar from differential phases

Context. Spectrally resolved long-baseline optical/IR interferometry of rotating stars opens perspectives to investigate their fundamental parameters and the physical mechanisms that govern their interior, photosphere, and circumstellar envelope structures. Aims. Based on the signatures of stellar rotation on observed interferometric wavelength-differential phases, we aim to measure angular diameters, rotation velocities, and orientation of stellar rotation axes. Methods. We used the AMBER focal instrument at ESO-VLTI in its high-spectral resolution mode to record interferometric data on the fast rotator Achernar. Differential phases centered on the hydrogen Br gamma line (K band) were obtained during four almost consecutive nights with a continuous Earth-rotation synthesis during similar to 5h/night, corresponding to similar to 60 degrees position angle coverage per baseline. These observations were interpreted with our numerical code dedicated to long-baseline interferometry of rotating stars. Results. By fitting our model to Achernar's differential phases from AMBER, we could measure its equatorial radius R-eq = 11.6 +/- 0.3 R-circle dot, equatorial rotation velocity V-eq = 298 +/- 9 km s(-1), rotation axis inclination angle i = 101.5 +/- 5.2 degrees, and rotation axis position angle (from North to East) PA(rot) = 34.9 +/- 1.6 degrees. From these parameters and the stellar distance, the equatorial angular diameter circle divide(eq) of Achernar is found to be 2.45 +/- 0.09 mas, which is compatible with previous values derived from the commonly used visibility amplitude. In particular, circle divide(eq) and PA(rot) measured in this work with VLTI/AMBER are compatible with the values previously obtained with VLTI/VINCI. Conclusions. The present paper, based on real data, demonstrates the super-resolution potential of differential interferometry for measuring sizes, rotation velocities, and orientation of rotating stars in cases where visibility amplitudes are unavailable and/or when the star is partially or poorly resolved. In particular, we showed that differential phases allow the measurement of sizes up to similar to 4 times smaller than the diffraction-limited angular resolution of the interferometer.

Microstructure, growth and remodeling of the non-deformed and deformed vertebrae of the Red Porgy (Pagrus pagrus)

Máster Oficial en Cultivos Marinos. VI Máster Internacional en Acuicultura. Trabajo presentado como requisito parcial para la obtención del Título de Máster Oficial en Cultivos Marinos, otorgado por la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC), el Instituto Canario de Ciencias Marinas (ICCM), y el Centro Internacional de Altos Estudios Agronómicos Mediterráneos de Zaragoza (CIHEAM)

Nonlinear/electromagnetic co-simulation of microwaves and millimeter-waves links

The Ph.D. thesis describes the simulations of different microwave links from the transmitter to the receiver intermediate-frequency ports, by means of a rigorous circuit-level nonlinear analysis approach coupled with the electromagnetic characterization of the transmitter and receiver front ends. This includes a full electromagnetic computation of the radiated far field which is used to establish the connection between transmitter and receiver. Digitally modulated radio-frequency drive is treated by a modulation-oriented harmonic-balance method based on Krylov-subspace model-order reduction to allow the handling of large-size front ends. Different examples of links have been presented: an End-to-End link simulated by making use of an artificial neural network model; the latter allows a fast computation of the link itself when driven by long sequences of the order of millions of samples. In this way a meaningful evaluation of such link performance aspects as the bit error rate becomes possible at the circuit level. Subsequently, a work focused on the co-simulation an entire link including a realistic simulation of the radio channel has been presented. The channel has been characterized by means of a deterministic approach, such as Ray Tracing technique. Then, a 2x2 multiple-input multiple-output antenna link has been simulated; in this work near-field and far-field coupling between radiating elements, as well as the environment factors, has been rigorously taken into account. Finally, within the scope to simulate an entire ultra-wideband link, the transmitting side of an ultrawideband link has been designed, and an interesting Front-End co-design technique application has been setup.

Nonlinear / electromagnetic co-simulation and co-design of microwave links in highly polluted and / or strongly inhomogeneous environments

The objective of the Ph.D. thesis is to put the basis of an all-embracing link analysis procedure that may form a general reference scheme for the future state-of-the-art of RF/microwave link design: it is basically meant as a circuit-level simulation of an entire radio link, with – generally multiple – transmitting and receiving antennas examined by EM analysis. In this way the influence of mutual couplings on the frequency-dependent near-field and far-field performance of each element is fully accounted for. The set of transmitters is treated as a unique nonlinear system loaded by the multiport antenna, and is analyzed by nonlinear circuit techniques. In order to establish the connection between transmitters and receivers, the far-fields incident onto the receivers are evaluated by EM analysis and are combined by extending an available Ray Tracing technique to the link study. EM theory is used to describe the receiving array as a linear active multiport network. Link performances in terms of bit error rate (BER) are eventually verified a posteriori by a fast system-level algorithm. In order to validate the proposed approach, four heterogeneous application contexts are provided. A complete MIMO link design in a realistic propagation scenario is meant to constitute the reference case study. The second one regards the design, optimization and testing of various typologies of rectennas for power generation by common RF sources. Finally, the project and implementation of two typologies of radio identification tags, at X-band and V-band respectively. In all the cases the importance of an exhaustive nonlinear/electromagnetic co-simulation and co-design is demonstrated to be essential for any accurate system performance prediction.

Electromagnetic simulation and measurement of diffuse scattering from building walls

Il fenomeno dello scattering diffuso è stato oggetto di numerosi studi nell’arco degli ultimi anni, questo grazie alla sua rilevanza nell’ambito della propagazione elettromagnetica così come in molti altri campi di applicazione (remote sensing, ottica, fisica, etc.), ma la compresione completa di questo effetto è lungi dall’essere raggiunta. Infatti la complessità nello studio e nella caratterizzazione della diffusione deriva dalla miriade di casistiche ed effetti che si possono incontrare in un ambiente di propagazione reale, lasciando intuire la necessità di trattarne probabilisticamente il relativo contributo. Da qui nasce l’esigenza di avere applicazioni efficienti dal punto di vista ingegneristico che coniughino la definizione rigorosa del fenomeno e la conseguente semplificazione per fini pratici. In tale visione possiamo descrivere lo scattering diffuso come la sovrapposizione di tutti quegli effetti che si scostano dalle classiche leggi dell’ottica geometrica (riflessione, rifrazione e diffrazione) che generano contributi del campo anche in punti dello spazio e direzioni in cui teoricamente, per oggetti lisci ed omogenei, non dovrebbe esserci alcun apporto. Dunque l’effetto principale, nel caso di ambiente di propagazione reale, è la diversa distribuzione spaziale del campo rispetto al caso teorico di superficie liscia ed omogenea in congiunzione ad effetti di depolarizzazione e redistribuzione di energia nel bilancio di potenza. Perciò la complessità del fenomeno è evidente e l’obiettivo di tale elaborato è di proporre nuovi risultati che permettano di meglio descrivere lo scattering diffuso ed individuare altresì le tematiche sulle quali concentrare l’attenzione nei lavori futuri. In principio è stato quindi effettuato uno studio bibliografico così da identificare i modelli e le teorie esistenti individuando i punti sui quali riflettere maggiormente; nel contempo si sono analizzate le metodologie di caratterizzazione della permittività elettrica complessa dei materiali, questo per valutare la possibilità di ricavare i parametri da utilizzare nelle simulazioni utilizzando il medesimo setup di misura ideato per lo studio della diffusione. Successivamente si è realizzato un setup di simulazione grazie ad un software di calcolo elettromagnetico (basato sul metodo delle differenze finite nel dominio del tempo) grazie al quale è stato possibile analizzare la dispersione tridimensionale dovuta alle irregolarità del materiale. Infine è stata condotta una campagna di misure in camera anecoica con un banco sperimentale realizzato ad-hoc per effettuare una caratterizzazione del fenomeno di scattering in banda larga.

Misure e simulazioni a 60ghz per lo studio della propagazione negli edifici

Studio di misure fatte a 60 GHz e delle rispettive simulazioni mediante Ray Tracing

Studio delle prestazioni di tecniche di beamforming a onde millimetriche

L’elaborato è incentrato sul problema dello Human Blockage, e lo si è analizzato utilizzando tecniche di copertura radio, per ambienti indoor, basate sull’uso di array di antenne. In particolare si è dato enfasi alle tecniche Radiale, Single Beamforming e Multi Beamforming che sono state utilizzate per ottenere le performance in termini di CINR che hanno evidenziato le differenze tra scenari "statici" in cui le ostruzioni sono solo oggetti e "dinamici" i blockage sono costituiti da corpi umani.

Studio e validazione di modelli di propagazione radio in ambiente urbano per tecniche di localizzazione non cooperativa

La previsione della copertura RF in ambiente urbano è oggi comunemente considerato un problema risolto, con decine di modelli proposti in letteratura che mostrano una buona approssimazione rispetto alle misure. Tra questi, il ray tracing è considerato come uno dei più accurati tra i modelli disponibili. In questo lavoro si dimostra però come sia ancora necessario parecchio lavoro per fare in modo che il ray tracing possa essere effettivamente impiegato per scopi pratici.

Design Simulation for Solar Energy Research and Education

Solar research is primarily conducted in regions with consistent sunlight, severely limiting research opportunities in many areas. Unfortunately, the unreliable weather in Lewisburg, PA, can prove difficult for such testing to be conducted. As such, a solar simulator was developed for educational purposes for the Mechanical Engineering department at Bucknell University. The objective of this work was to first develop a geometric model to evaluate a one sun solar simulator. This was intended to provide a simplified model that could be used without the necessity of expensive software. This model was originally intended to be validated experimentally, but instead was done using a proven ray tracing program, TracePro. Analyses with the geometrical model and TracePro demonstrated the influence the geometrical properties had results, specifically the reflector (aperture) diameter and the rim angle. Subsequently, the two were approaches were consistent with one another for aperture diameters 0.5 m and larger, and for rim angles larger than 45°. The constructed prototype, that is currently untested, was designed from information provided by the geometric model, includes a metal halide lamp with a 9.5 mm arc diameter and parabolic reflector with an aperture diameter of 0.631 meters. The maximum angular divergence from the geometrical model was predicted to be 30 mRadians. The average angular divergence in TraceProof the system was 19.5 mRadians, compared to the sun’s divergence of 9.2 mRadians. Flux mapping in TracePro showed an intensity of 1000 W/m2 over the target plane located 40 meters from the lamp. The error between spectrum of the metal halide lamp and the solar spectrum was 10.9%, which was found by comparing their respective Plank radiation distributions. The project did not satisfy the original goal of matching the angular divergence of sunlight, although the system could still to be used for optical testing. The geometric model indicated performance in this area could be improved by increasing the diameter of the reflector, as well as decreasing the source diameter. Although ray tracing software provides more information to analyze the simulator system, the geometrical model is adequate to provide enough information to design a system.

Optical Tolerance Analysis of the Multi-Beam Limb Viewing Instrument STEAMR

In this paper, we report on an optical tolerance analysis of the submillimeter atmospheric multi-beam limb sounder, STEAMR. Physical optics and ray-tracing methods were used to quantify and separate errors in beam pointing and distortion due to reflector misalignment and primary reflector surface deformations. Simulations were performed concurrently with the manufacturing of a multi-beam demonstrator of the relay optical system which shapes and images the beams to their corresponding receiver feed horns. Results from Monte Carlo simulations show that the inserts used for reflector mounting should be positioned with an overall accuracy better than 100 μm (~ 1/10 wavelength). Analyses of primary reflector surface deformations show that a deviation of magnitude 100 μm can be tolerable before deployment, whereas the corresponding variations should be less than 30 μm during operation. The most sensitive optical elements in terms of misalignments are found near the focal plane. This localized sensitivity is attributed to the off-axis nature of the beams at this location. Post-assembly mechanical measurements of the reflectors in the demonstrator show that alignment better than 50 μm could be obtained.