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Arquiteturas de classificação automática de modulações em ambientes impulsivos baseadas em características cicloestacionárias
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-10-23) Câmara, Tales Vinicius Rodrigues de Oliveira; Silveira, Luiz Felipe de Queiroz; ; ; http://lattes.cnpq.br/3240500979757259; Queiroz, Wamberto José Lira de; ; Rego, Joilson Batista de Almeida; ; Fernandes, Marcelo Augusto Costa; ; Souza, Pedro Thiago Valério de;
O rápido crescimento de aplicações de sistemas de comunicações sem-fio impulsiona a busca por novas estratégias de exploração eficiente do espectro, tal como o uso de rádios cognitivos: um sistema de comunicações inteligente, capaz de se adaptar autonomamente ao canal de comunicação por meio da reconfiguração dos seus parâmetros de operação. Uma importante propriedade dos rádios cognitivos é a capacidade de reconhecer automaticamente o tipo de modulação empregada em um sinal de radiofrequência (RF), o que possibilita a interoperabilidade entre sistemas, a melhoria da eficiência espectral, e viabiliza a vigilância eletrônica. Esse atributo é conhecido como classificação automática de modulações (AMC). Dentre as técnicas de AMC que caracterizam o estado-da-arte, estão as que se baseiam em detecção de padrões obtidos a partir da análise de características cicloestacionárias de segunda ordem. Embora muito difundidas, essas técnicas não são capazes de reconhecer alguns tipos modulações digitais, tais como a modulação de amplitude em quadratura m-ária (MQAM) e modulação por chaveamento de fase mária (MPSK) de alta ordem. Em contra partida, as técnicas de análise cicloestacionárias de ordem superior, usadas para extração de descritores singulares dessas modulações são adequadas apenas para ambientes de comunicação com ruído gaussiano branco aditivo (AWGN). Embora o modelo AWGN seja amplamente empregado para caracterizar canais de comunicação sem-fio, diversos cenários práticos são melhor representados por outros modelos. Um exemplo disso é a comunicação em alta frequência (HF), cujo ambiente apresenta contaminação por ruídos impulsivos. Nesse contexto, duas funções de análise cicloestacionária, a função de autocorrelação cíclica fracionária de ordem inferior (FLOCAF), e a função de correntropia cíclica (CCF), foram eficientemente aplicadas em ambientes impulsivos de comunicações. Contudo, elas foram empregadas para o sensoriamento de um canal impulsivo, um problema de menor complexidade em relação à classificação automática de modulações. Uma vez que na literatura não existe uma solução satisfatória para a classificação automática de modulações de alta ordem em canais com ruído impulsivo, neste trabalho são propostas arquiteturas de AMC baseadas na FLOCAF e na CCF, combinadas com técnicas de classificação por árvore de decisão e por regressão logística. As arquiteturas foram desenvolvidas para o reconhecimento das modulações digitais BPSK, QPSK, 8-QAM, 16-QAM, e 32-QAM, e avaliadas em diferentes contextos de contaminação por ruído aditivo impulsivo, descrito através de uma distribuição alfaestável. Os resultados mostraram que todas as arquiteturas foram capazes de operar em ambientes impulsivos, sendo as arquiteturas baseadas na CCF as mais eficientes.
Complex correntropy function: properties, and application to a channel equalization problem
(Elsevier, 2018-10-01) Guimarães, João P. F.; Fontes, Aluisio I. R.; Rego, Joilson Batista de Almeida; Martins, Allan de Medeiros; Principe, J.C.
The use of correntropy as a similarity measure has been increasing in dif ferent scenarios due to the well-known ability to extract high-order statistic information from data. Recently, a new similarity measure between complex random variables was defined and called complex correntropy. Based on a Gaussian kernel, it extends the benefits of correntropy to complex-valued data. However, its properties have not yet been formalized. This paper studies the properties of this new similarity measure and extends this defini tion to positive-definite kernels. Complex correntropy is applied to a channel equalization problem as good results are achieved when compared with other algorithms such as the complex least mean square (CLMS), complex recursive least squares (CRLS), and least absolute deviation (LAD)
Comportamento da excentricidade em estrelas Subgigantes binárias sob ação das forças de maré
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-11-29) Santos, Júlio César Costa; Costa, Jefferson Soares da; https://orcid.org/0000-0002-9830-0495; http://lattes.cnpq.br/9175100603360900; http://lattes.cnpq.br/4507947749467519; Rego, Joilson Batista de Almeida; Duarte, Tharcisyo Sá e Sousa
Neste trabalho, investigamos sistemas binários nos quais pelo menos uma das estrelas está situada no Ramo das Subgigantes, com o objetivo de compreender o comportamento da excentricidade orbital desses sistemas à luz das teorias de maré. A análise foi baseada em medições astrométricas fornecidas pela missão Gaia e fotométricas pela missão Kepler. Focamos especificamente em sistemas binários subgigantes eclipsantes para examinar a taxa de variação da excentricidade orbital. Descrevemos o processo de análise, que incluiu a integração de bases de dados de estudos como os de Mathur e Kirk, e o método de identificação dos dados estelares. Após a filtragem, selecionamos 123 sistemas binários subgigantes e realizamos a análise da excentricidade em função do período orbital para 43 sistemas, cujos comportamentos foram consistentes com os observados em outros ramos estelares. A análise da excentricidade para 38 estrelas indicou que a massa da zona convectiva (mzc) interfere nos efeitos de maré e deve ser considerada para estrelas com mzc superior a 0, 05M⊙.
Correntropia circular: definição, propriedades e aplicações
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-06-30) Aquino, Manoel do Bonfim Lins de; Martins, Allan de Medeiros; https://orcid.org/0000-0002-9486-4509; http://lattes.cnpq.br/4402694969508077; http://lattes.cnpq.br/3750313477879031; Fontes, Aluisio Igor Rego; Barreto, Guilherme de Alencar; Rego, Joilson Batista de Almeida; http://lattes.cnpq.br/6055162446637676; Guimarães, João Paulo Ferreira; http://lattes.cnpq.br/8309552415999065
A estatística circular tem sido aplicada a várias áreas do conhecimento nas quais os dados de entrada são de natureza circular. As medições com ruído ainda são um problema em aplicações com dados circulares e, assim como para dados não circulares, a estatística de segunda ordem têm algumas limitações para lidar com ruídos não gaussianos. Recentemente, uma função de similaridade chamada correntropia tem sido empregada com sucesso em aplicações envolvendo ruído impulsivo por ser capaz de extrair mais informações do que métodos que empregam estatística de segunda ordem. No entanto, a correntropia ainda não foi estudada na perspectiva de dados circulares. Nesta tese é definida uma nova medida estatística chamada correntropia circular (CC). Ela usa a função de densidade de von Mises para redefinir a correntropia neste domínio. Em particular, é comprovado analiticamente que a CC contém informações referentes aos momentos de segunda ondem e superiores, sendo uma generalização da medida de correlação circular. As suas propriedades são estudadas bem como o seu desempenho enquanto função de custo no Critério de Máxima Correntropia Circular (Maximum Circular Correntropy Criterion – MCCC). O desempenho desta nova medida de similaridade é avaliado como uma função de custo em problemas de regressão não linear e predição de séries temporais, onde os sinais são contaminados com ruído impulsivo aditivo. As simulações demonstram que a CC é mais robusta do que estatísticas circulares de segunda ordem em ambientes de ruído impulsivo.
Desenvolvimento de uma biblioteca Python para simulações computacionais de Sistemas de Telecomunicações
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-04-29) Ferreira, Kelwin Passos; Silveira, Luiz Felipe de Queiroz; Santos, Yuri Pedro dos; Silveira, Luiz Felipe de Queiroz; Junior, Vicente Angelo de Sousa; Rego, Joilson Batista de Almeida
As simulações computacionais são de grande importância para área de sistemas de telecomunicações, pois possibilitam o estudo de comportamento, criação de hipóteses e representações de modelos. Apesar disso, a quantidade de ferramentas acessíveis que possibilitam esse estudo ainda é pequena, pois estão incompletas ou necessitam de obtenção de uma licença paga para uso. Por isso, este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma biblioteca em Python para auxílio no desenvolvimento de simulações computacionais de sistemas de telecomunicações. Foram desenvolvidas cinco funções, que dentre elas, três modulações (BSPK,OFDM,OFDMA), um modelo de canal sem fio com desvanecimento de Rayleigh e um codificador de canal de Hamming. Além disso, as funções serão analisadas em termos de desempenho, com o objetivo de compará-las com funções semelhantes da biblioteca CommPy, que é um conjunto de algoritmos de simulação de comunicação digital desenvolvido em Python com uso dos pacotes NumPy e SciPy, para levantamento das vantagens e desvantagens de cada biblioteca.
Estimação de atitude e velocidade angular em nanossatélites utilizando um observador de Luenberger para sistemas não lineares
(2019-04-30) Soares, Francisval Guedes; Queiroz, Kurios Iuri Pinheiro de Melo; Dias, Samaherni Morais; ; ; ; Araújo, Aldayr Dantas de; ; Braz, Erico Cadineli; ; Rego, Joilson Batista de Almeida;
Os avanços tecnológicos das últimas décadas, juntamente com a padronização dos CubeSats, tornaram viável a utilização de nanossatélites para fins comerciais e institucionais. Aproveitando-se dessa tendência, o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) vem desenvolvendo o projeto CONASAT, que consiste em uma constelação de nanossatélites para coleta de dados ambientais. A interação em constelação exige razoável precisão do sistema de determinação e controle de atitude dos satélites, em meio a limitações da plataforma CubeSat e do custo do projeto. Nesse contexto, dada a necessidade de estimação da atitude e da velocidade angular, o presente trabalho apresenta uma alternativa de menor complexidade ao Filtro de Kalman Estendido (EKF). A solução consiste em uma implementação do observador de estado de Luenberger para sistemas não lineares, considerando ainda o uso do algoritmo QUEST para obtenção da atitude. Adota-se um modelo cinemático do sistema com parametrização da matriz de rotação por quatérnio, e um modelo dinâmico considerando o objeto como um corpo rígido na presença de torque devido a perturbações magnéticas. O sistema de sensores de atitude é composto por um magnetômetro e um sensor solar, simulados a partir do modelo ideal com adição de ruído branco. Por fim, o estimador implementado é avaliado por meio de simulações, juntamente com uma abordagem do EKF com restrição de norma. Os resultados obtidos demonstram a viabilidade técnica do método proposto na estimação de atitude e velocidade angular em nanossatélites.
Implementação de um simulador para o controle de atitude em nanossatélites
(2018-09-13) Campos, Eduardo Lacerda; Queiroz, Kurios Iuri Pinheiro de Melo; Dias, Samaherni Morais; ; ; ; Rego, Joilson Batista de Almeida; ; Duarte, José Marcelo Lima;
Este trabalho apresenta um simulador de controle de atitude para nanossatélites composto por um sistema de navegação (estimador de atitude) e um controlador Proporcional Derivativo (PD). Os sensores considerados para estimar a atitude foram um magnetômetro e um sensor solar, simulados por meio de um modelo ideal com a adição de um ruído branco. Para representar a cinemática, o nanossatélite foi considerado como um corpo rígido e a representação da sua atitude em quatérnio. No sistema de navegação, o Filtro de Kalman Estendido com restrição de norma demonstrou-se adequado para os sensores embarcados no nanossatélite, permitindo estimar a velocidade angular e a sua atitude. Diferentes testes foram realizados para validar o simulador, o sistema de navegação e o controlador PD. Os resultados demonstram que o conjunto é capaz de estabilizar e corrigir a atitude do nanossatélite, mesmo na presença de diferentes perturbações, grandes ângulos e altas velocidades angulares. Assim, o simulador produzido apresentou resultados adequados, permitindo que seja utilizado em estudos futuros de nanossatélites.
Instrumentação e Automação Laboratorial: Projeto e Execução de Infraestrutura de Controle de Sonda em Escala Real no Geowellex TechCenter
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-07-29) Cassel, Iago Pereira; Dias, Samaherni Morais; Queiroz, Kurios Iuri Pinheiro de Melo; Rego, Joilson Batista de Almeida
Com o avanço da indústria de extração do petróleo, desde a segunda metade do século XIX até o dias atuais, tornou-se notório o potencial industrial, energético e econômico do nomeado "ouro negro". Assim, a comunidade industrial aperfeiçoou as técnicas de perfuração e extração de poços produtivos e desenvolveu cada vez mais produtos derivados de petróleo, afim de expandir seu potencial. Com o objetivo de desenvolver-se, a indústria passou de poços onshore, para perfuração em ambientes marítimos de alto estresse aos sistemas mecânicos e elétricos, em poços offshore. Tamanho o potencial econômico vislumbrado pela indústria e o histórico do uso óleo, que erguemos plataformas de perfuração, com equipamentos sofisticados e custosos, em ambientes que apresentam riscos expressivos. Com o objetivo de garantir que tal investimento tenha uma base sólida de operação e apresente as condições mínimas de planejamento, a indústria vem requisitando que suas plataformas de perfuração sejam cada vez mais proativas nas tarefas de aquisição de dados, controle e atuação de equipamentos. Este trabalho propõe um modelo de atuação e aquisição de dados para plataforma de petróleo onshore, localizada na base TechCenter da Geowellex do Brasil Serviços Petrolíferos LTDA, utilizando equipamentos proprietários da National Instruments e programação em ambiente LabVIEW. Os resultados são obtidos através da utilização do modelo na plataforma real de escala média presente na base, afim de garantir a fidelidade da funcionalidade do modelo desenvolvido em um ambiente que componha uma simulação mais próxima possível da realidade da indústria.
Maximização da correntropia por simulação com poda aplicado a detecção de estruturas e estimação de parâmetros de modelos NARX
(2019-07-26) Araújo, Ícaro Bezerra Queiroz de; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de; ; ; Martins, Allan de Medeiros; ; Rego, Joilson Batista de Almeida; ; Costa, Evandro de Barros; ; Menezes Filho, José Bezerra de;
Nas últimas décadas, devido ao aumento da complexidade dos sistemas dinâmicos e incremento da demanda por desempenho, a área de identificação de sistemas tem enfatizado a utilização de modelos não lineares para representação de sistemas dinâmicos. Neste contexto, os modelos não lineares autorregressivos com entradas exógenas (NARX) são bastante utilizados devido a sua simplicidade, flexibilidade e capacidade de representação. Entretanto, tal modelo possui uma grande dependência da etapa de seleção de estrutura e os algoritmos tradicionais utilizados possuem limitações quando os dados estão contaminados de ruídos com distribuições não gaussianas. A partir das considerações feitas, nesta tese objetiva-se apresentar um novo método de identificação chamado Maximização da Correntropia por Simulação com Poda (SCMP) que utiliza alguns conceitos do aprendizado baseado na teoria da informação. Neste trabalho são apresentados conceitos básicos sobre identificação de sistemas e correntropia, alguns métodos baseados nos mínimos quadrados ortogonais e redução de erro simulado, assim como a nova metodologia proposta. O método proposto é aplicado e comparado com os métodos tradicionais em alguns estudos de caso. O primeiro experimento é composto por três sistemas dinâmicos numéricos SISO na presença de ruído bimodal. O segundo estudo de caso é um conjunto retirado de um sistema benchmark chamado Silver Box. O terceiro estudo de caso é um sistema mecânico real. Os resultados obtidos validam o desempenho do método proposto quando comparado com os outros algoritmos de detecção de estrutura e estimação de parâmetros, mostrando que o método proposto apresenta melhor desempenho e robustez na presença de ruídos com distribuição não gaussiana.
Projeto de um quadro de transferência automática para geradores
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-12-08) Oliveira, Elias Gurgel de; Dias, Samaherni Morais; Queiroz, Kurios Iuri Pinheiro de Melo; Rego, Joilson Batista de Almeida
A necessidade de comutação entre diferentes fontes de alimentação elétrica, independentemente do motivo, requer o uso de um equipamento destinado e adequado a esse fim. A solução mais utilizada consiste no uso de um QTA (Quadro de Transferência Automático). Nesse relatório será apresentado um projeto básico desse equipamento, para isso, serão abordados vários assuntos pertinentes aos seu desenvolvimento, como a escolha de um controlador e as características que serviram de base para sua escolha. Além disso, outro importante fator consiste no debate a respeito do método e da plataforma usada para desenvolver o software a ser embarcado nesse controlador. Por fim, e não menos importante, é mostrado o design de uma IHM (Interface Homem-Máquina) que serve de elo de comunicação entre um usuário e o equipamento.
Reconhecimento de gestos manuais em tempo real utilizando dados de eletromiografia de superfície
(2018-01-31) Pinheiro, Felipe de Souza; Martins, Allan de Medeiros; ; ; Silveira, Luiz Felipe de Queiroz; ; Rego, Joilson Batista de Almeida; ; Fontes, Aluisio Igor Rego;
O controle de próteses, órteses e outros mecanismos com base na resposta elétrica da musculatura de alguma região em específico, representa a integração automática entre usuário e aplicação. Nesse trabalho, são apresentados os resultados de três alternativas promissoras para extração se características, assim como suas propostas de implementação, com a intenção de identificar diferentes gestos realizados com a mão direita com base em quatro sinais de eletromiografia de superfície da musculatura do antebraço. Em seguida, será apresentado o resultado da implementação final em hardware utilizando as técnicas com melhor desempenho na etapa anterior.
Sistema IoT para prevenção de falhas e monitoramento remoto em ambientes termicamente controlados
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2025-01-23) Almeida, Rafael Dias Ribeiro de; Dias, Samaherni Morais; http://lattes.cnpq.br/9792492584361511; http://lattes.cnpq.br/3895393772571863; Alves, Alex Carlos Rodrigues; Rego, Joilson Batista de Almeida; Queiroz, Kurios Iuri Pinheiro de Melo
O uso crescente de tecnologias como computadores e internet revolucionou nossa maneira de interagir, trabalhar, nos divertir e cuidar da saúde. Nesse contexto, a Internet das Coisas (IoT) emerge como uma inovação que conecta uma variedade de dispositivos e sistemas, visando aprimorar a experiência diária dos usuários. Abrangendo desde sistemas de iluminação até eletrodomésticos e soluções de entretenimento, a IoT permite que os usuários gerenciem aspectos diversos de seu ambiente de maneira integrada e inteligente, utilizando desde aplicativos em smartphones até comandos por voz através de assistentes virtuais. Este projeto foca no desenvolvimento de um sistema IoT para monitoramento e detecção de falhas em sistemas termicamente controlados, combinando tecnologias de eletrônica, microcontroladores e sensores com métodos de aprendizado de máquina. O objetivo é integrar essas tecnologias para criar um dispositivo que monitora as condições térmicas em tempo real, enquanto identifica padrões anormais que possam prenunciar falhas. Essa abordagem preditiva na manutenção de sistemas de aquecimento e refrigeração busca prevenir interrupções antes que elas ocorram, aumentando a eficiência do sistema e reduzindo os custos de operação e manutenção. Ao término deste projeto, os resultados experimentais serão compilados e apresentados, evidenciando a eficácia do sistema proposto. Espera-se que o dispositivo desenvolvido ofereça informações sobre a performance e condições operacionais dos sistemas térmicos. Além disso, a implementação desse sistema de monitoramento IoT promete aprimorar a segurança e a eficiência energética, também fornecendo aos usuários uma ferramenta robusta para controle remoto e gestão de seus ambientes, alinhando tecnologia e praticidade no dia a dia.
Software para implementação da gestão a vista virtual dos processos produtivos do setor de malharia de uma indústria têxtil
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2025-01-16) Araújo, Caio Celso Azevedo de; Dias, Samaherni Morais; Queiroz, Kurios Iuri Pinheiro de Melo; Rego, Joilson Batista de Almeida
Diante da crescente competitividade global, as empresas precisam se adaptar constantemente, buscando a excelência em seus processos para otimizar recursos, garantir a qualidade dos produtos e se manterem competitivas no mercado. Uma ferramenta simples que auxilia na gestão de recursos é a analise de dados da produção. Através do mapeamento dos dados da produção, os gestores dispõem de uma base sólida para a tomada de decisões mais assertivas. Ao analisar os dados gerados, é possível identificar oportunidades de melhoria, otimizar recursos, aumentar a eficiência e reduzir custos. Apesar da era da Indústria 4.0, muitas empresas ainda utilizam planilhas de papel para acompanhar a produção. Essa prática compromete a análise profunda dos dados em tempo hábil. A falta de digitalização dos dados limita a análise e a identificação de oportunidades de melhoria, prejudicando o planejamento e a tomada de decisões. Esse trabalho apresenta um projeto para informatizar os dados de produção do setor da malharia de uma grande empresa têxtil do Rio Grande do Norte. O software desenvolvido, informatizou a coleta de dados do setor de malharia, gerando relatórios em tempo real da produção, e criando telas que auxiliam no acompanhamento do processo produtivo.

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