46 research outputs found

    Preliminary design of a 100 kW turbine generator

    Get PDF
    The National Science Foundation and the Lewis Research Center have engaged jointly in a Wind Energy Program which includes the design and erection of a 100 kW wind turbine generator. The machine consists primarily of a rotor turbine, transmission, shaft, alternator, and tower. The rotor, measuring 125 feet in diameter and consisting of two variable pitch blades operates at 40 rpm and generates 100 kW of electrical power at 18 mph wind velocity. The entire assembly is placed on top of a tower 100 feet above ground level

    Doctor of Philosophy

    Get PDF
    dissertationWireless communications pervade all avenues of modern life. The rapid expansion of wireless services has increased the need for transmission schemes that are more spectrally efficient. Dynamic spectrum access (DSA) systems attempt to address this need by building a network where the spectrum is used opportunistically by all users based on local and regional measurements of its availability. One of the principal requirements in DSA systems is to initialize and maintain a control channel to link the nodes together. This should be done even before a complete spectral usage map is available. Additionally, with more users accessing the spectrum, it is important to maintain a stable link in the presence of significant interference in emergency first-responders, rescue, and defense applications. In this thesis, a new multicarrier spread spectrum (MC-SS) technique based on filter banks is presented. The new technique is called filter bank multicarrier spread spectrum (FB-MC-SS). A detailed theory of the underlying properties of this signal are given, with emphasis on the properties that lend themselves to synchronization at the receiver. Proposed algorithms for synchronization, channel estimation, and detection are implemented on a software-defined radio platform to complete an FB-MC-SS transceiver and to prove the practicality of the technique. FB-MC-SS is shown through physical experimentation to be significantly more robust to partial band interference compared to direct sequence spread spectrum. With a higher power interfering signal occupying 90% of its band, FB-MC-SS maintains a low bit error rate. Under the same interference conditions, DS-SS fails completely. This experimentation leads to a theoretical analysis that shows in a frequency selective channel with additive white noise, the FB-MC-SS system has performance that equals that obtained by a DS-SS system employing an optimal rake receiver. This thesis contains a detailed chapter on implementation and design, including lessons learned while prototyping the system. This is to assist future system designers to quickly gain proficiency in further development of this technology

    The 1993 Space and Earth Science Data Compression Workshop

    Get PDF
    The Earth Observing System Data and Information System (EOSDIS) is described in terms of its data volume, data rate, and data distribution requirements. Opportunities for data compression in EOSDIS are discussed

    Compressive Sensing Applications in Measurement: Theoretical issues, algorithm characterization and implementation

    Get PDF
    At its core, signal acquisition is concerned with efficient algorithms and protocols capable to capture and encode the signal information content. For over five decades, the indisputable theoretical benchmark has been represented by the wellknown Shannon’s sampling theorem, and the corresponding notion of information has been indissolubly related to signal spectral bandwidth. The contemporary society is founded on almost instantaneous exchange of information, which is mainly conveyed in a digital format. Accordingly, modern communication devices are expected to cope with huge amounts of data, in a typical sequence of steps which comprise acquisition, processing and storage. Despite the continual technological progress, the conventional acquisition protocol has come under mounting pressure and requires a computational effort not related to the actual signal information content. In recent years, a novel sensing paradigm, also known as Compressive Sensing, briefly CS, is quickly spreading among several branches of Information Theory. It relies on two main principles: signal sparsity and incoherent sampling, and employs them to acquire the signal directly in a condensed form. The sampling rate is related to signal information rate, rather than to signal spectral bandwidth. Given a sparse signal, its information content can be recovered even fromwhat could appear to be an incomplete set of measurements, at the expense of a greater computational effort at reconstruction stage. My Ph.D. thesis builds on the field of Compressive Sensing and illustrates how sparsity and incoherence properties can be exploited to design efficient sensing strategies, or to intimately understand the sources of uncertainty that affect measurements. The research activity has dealtwith both theoretical and practical issues, inferred frommeasurement application contexts, ranging fromradio frequency communications to synchrophasor estimation and neurological activity investigation. The thesis is organised in four chapters whose key contributions include: • definition of a general mathematical model for sparse signal acquisition systems, with particular focus on sparsity and incoherence implications; • characterization of the main algorithmic families for recovering sparse signals from reduced set of measurements, with particular focus on the impact of additive noise; • implementation and experimental validation of a CS-based algorithmfor providing accurate preliminary information and suitably preprocessed data for a vector signal analyser or a cognitive radio application; • design and characterization of a CS-based super-resolution technique for spectral analysis in the discrete Fourier transform(DFT) domain; • definition of an overcomplete dictionary which explicitly account for spectral leakage effect; • insight into the so-called off-the-grid estimation approach, by properly combining CS-based super-resolution and DFT coefficients polar interpolation; • exploration and analysis of sparsity implications in quasi-stationary operative conditions, emphasizing the importance of time-varying sparse signal models; • definition of an enhanced spectral content model for spectral analysis applications in dynamic conditions by means of Taylor-Fourier transform (TFT) approaches

    On the automatic detection of otolith features for fish species identification and their age estimation

    Get PDF
    This thesis deals with the automatic detection of features in signals, either extracted from photographs or captured by means of electronic sensors, and its possible application in the detection of morphological structures in fish otoliths so as to identify species and estimate their age at death. From a more biological perspective, otoliths, which are calcified structures located in the auditory system of all teleostean fish, constitute one of the main elements employed in the study and management of marine ecology. In this sense, the application of Fourier descriptors to otolith images, combined with component analysis, is habitually a first and a key step towards characterizing their morphology and identifying fish species. However, some of the main limitations arise from the poor interpretation that can be obtained with this representation and the use that is made of the coefficients, as generally they are selected manually for classification purposes, both in quantity and representativity. The automatic detection of irregularities in signals, and their interpretation, was first addressed in the so-called Best-Basis paradigm. In this sense, Saito's Local discriminant Bases algorithm (LDB) uses the Discrete Wavelet Packet Transform (DWPT) as the main descriptive tool for positioning the irregularities in the time-frequency space, and an energy-based discriminant measure to guide the automatic search of relevant features in this domain. Current density-based proposals have tried to overcome the limitations of the energy-based functions with relatively little success. However, other measure strategies more consistent with the true classification capability, and which can provide generalization while reducing the dimensionality of features, are yet to be developed. The proposal of this work focuses on a new framework for one-dimensional signals. An important conclusion extracted therein is that such generalization involves a mesure system of bounded values representing the density where no class overlaps. This determines severely the selection of features and the vector size that is needed for proper class identification, which must be implemented not only based on global discriminant values but also on the complementary information regarding the provision of samples in the domain. The new tools have been used in the biological study of different hake species, yielding good classification results. However, a major contribution lies on the further interpretation of features the tool performs, including the structure of irregularities, time-frequency position, extension support and degree of importance, which is highlighted automatically on the same images or signals. As for aging applications, a new demodulation strategy for compensating the nonlinear growth effect on the intensity profile has been developed. Although the method is, in principle, able to adapt automatically to the specific growth of individual specimens, preliminary results with LDB-based techniques suggest to study the effect of lighting conditions on the otoliths in order to design more reliable techniques for reducing image contrast variation. In the meantime, a new theoretic framework for otolith-based fish age estimation has been presented. This theory suggests that if the true fish growth curve is known, the regular periodicity of age structures in the demodulated profile is related to the radial length the original intensity profile is extracted from. Therefore, if this periodicity can be measured, it is possible to infer the exact fish age omitting feature extractors and classifiers. This could have important implications in the use of computational resources anc current aging approaches.El eje principal de esta tesis trata sobre la detección automática de singularidades en señales, tanto si se extraen de imágenes fotográ cas como si se capturan de sensores electrónicos, así como su posible aplicación en la detección de estructuras morfológicas en otolitos de peces para identi car especies, y realizar una estimación de la edad en el momento de su muerte. Desde una vertiente más biológica, los otolitos, que son estructuras calcáreas alojadas en el sistema auditivo de todos los peces teleósteos, constituyen uno de los elementos principales en el estudio y la gestión de la ecología marina. En este sentido, el uso combinado de descriptores de Fourier y el análisis de componentes es el primer paso y la clave para caracterizar su morfología e identi car especies marinas. Sin embargo, una de las limitaciones principales de este sistema de representación subyace en la interpretación limitada que se puede obtener de las irregularidades, así como el uso que se hace de los coe cientes en tareas de clasi cación que, por lo general, acostumbra a seleccionarse manualmente tanto por lo que respecta a la cantidad y a su importancia. La detección automática de irregularidades en señales, y su interpretación, se abordó por primera bajo el marco del Best-Basis paradigm. En este sentido, el algoritmo Local Discriminant Bases (LDB) de N. Saito utiliza la Transformada Wavelet Discreta (DWT) para describir el posicionamiento de características en el espacio tiempo-frecuencia, y una medida discriminante basada en la energía para guiar la búsqueda automática de características en dicho dominio. Propuestas recientes basadas en funciones de densidad han tratado de superar las limitaciones que presentaban las medidas de energía con un éxito relativo. No obstante, todavía están por desarrollar nuevas estrategias más consistentes con la capacidad real de clasi cación y que ofrezcan mayor generalización al reducir la dimensión de los datos de entrada. La propuesta de este trabajo se centra en un nuevo marco para señales unidimensionales. Una conclusión principal que se extrae es que dicha generalización pasa por un marco de medidas de valores acotados que re ejen la densidad donde las clases no se solapan. Esto condiciona severamente el proceso de selección de características y el tamaño del vector necesario para identi car las clases correctamente, que se ha de establecer no sólo en base a valores discriminantes globales sino también en la información complementaria sobre la disposición de las muestras en el dominio. Las nuevas herramientas han sido utilizadas en el estudio biológico de diferentes especies de merluza, donde se han conseguido buenos resultados de identi cación. No obstante, la contribución principal subyace en la interpretación que dicha herramienta hace de las características seleccionadas, y que incluye la estructura de las irregularidades, su posición temporal-frecuencial, extensión en el eje y grado de relevancia, el cual, se resalta automáticamente sobre la misma imagen o señal. Por lo que respecta a la determinación de la edad, se ha planteado una nueva estrategia de demodulación para compensar el efecto del crecimiento no lineal en los per les de intensidad. Inicialmente, aunque el método implementa un proceso de optimización capaz de adaptarse al crecimiento individual de cada pez automáticamente, resultados preliminares obtenidos con técnicas basadas en el LDB sugieren estudiar el efecto de las condiciones lumínicas sobre los otolitos con el n de diseñar algoritmos que reduzcan la variación del contraste de la imagen más ablemente. Mientras tanto, se ha planteado una nueva teoría para estimar la edad de los peces en base a otolitos. Esta teoría sugiere que si la curva de crecimiento real del pez se conoce, el período regular de los anillos en el per l demodulado está relacionado con la longitud total del radio donde se extrae el per l original. Por tanto, si dicha periodicidad es medible, es posible determinar la edad exacta sin necesidad de utilizar extractores de características o clasi cadores, lo cual tendría implicaciones importantes en el uso de recursos computacionales y en las técnicas actuales de estimación de la edad.L'eix principal d'aquesta tesi tracta sobre la detecció automàtica d'irregularitats en senyals, tant si s'extreuen de les imatges fotogrà ques com si es capturen de sensors electrònics, així com la seva possible aplicació en la detecció d'estructures morfològiques en otòlits de peixos per identi car espècies, i realitzar una estimació de l'edat en el moment de la seva mort. Des de la vesant més biològica, els otòlits, que son estructures calcàries que es troben en el sistema auditiu de tots els peixos teleostis, constitueixen un dels elements principals en l'estudi i la gestió de l'ecologia marina. En aquest sentit, l'ús combinat de descriptors de Fourier i l'anàlisi de components es el primer pas i la clau per caracteritzar la seva morfologia i identi car espècies marines. No obstant, una de les limitacions principals d'aquest sistema de representació consisteix en la interpretació limitada de les irregularitats que pot desenvolupar, així com l'ús que es realitza dels coe cients en tasques de classi cació, els quals, acostumen a ser seleccionats manualment tant pel que respecta a la quantitat com la seva importància. La detecció automàtica d'irregularitats en senyals, així com la seva interpretació, es va tractar per primera vegada sota el marc del Best-Basis paradigm. En aquest sentit, l'algorisme Local Discriminant Bases (LDB) de N. Saito es basa en la Transformada Wavelet Discreta (DWT) per descriure el posicionament de característiques dintre de l'espai temporal-freqüencial, i en una mesura discriminant basada en l'energia per guiar la cerca automàtica de característiques dintre d'aquest domini. Propostes més recents basades en funcions de densitat han tractat de superar les limitacions de les mesures d'energia amb un èxit relatiu. No obstant, encara s'han de desenvolupar noves estratègies que siguin més consistents amb la capacitat real de classi cació i ofereixin més generalització al reduir la dimensió de les dades d'entrada. La proposta d'aquest treball es centra en un nou marc per senyals unidimensionals. Una de las conclusions principals que s'extreu es que aquesta generalització passa per establir un marc de mesures acotades on els valors re ecteixin la densitat on cap classe es solapa. Això condiciona bastant el procés de selecció de característiques i la mida del vector necessari per identi car les classes correctament, que s'han d'establir no només en base a valors discriminants globals si no també en informació complementària sobre la disposició de les mostres en el domini. Les noves eines s'han utilitzat en diferents estudis d'espècies de lluç, on s'han obtingut bons resultats d'identi cació. No obstant, l'aportació principal consisteix en la interpretació que l'eina extreu de les característiques seleccionades, i que inclou l'estructura de les irregularitats, la seva posició temporal-freqüencial, extensió en l'eix i grau de rellevància, el qual, es ressalta automàticament sobre les mateixa imatge o senyal. En quan a l'àmbit de determinació de l'edat, s'ha plantejat una nova estratègia de demodulació de senyals per compensar l'efecte del creixement no lineal en els per ls d'intensitat. Tot i que inicialment aquesta tècnica desenvolupa un procés d'optimització capaç d'adaptar-se automàticament al creixement individual de cada peix, els resultats amb el LDB suggereixen estudiar l'efecte de les condicions lumíniques sobre els otòlits amb la nalitat de dissenyar algorismes que redueixin la variació del contrast de les imatges més ablement. Mentrestant s'ha plantejat una nova teoria per realitzar estimacions d'edat en peixos en base als otòlits. Aquesta teoria suggereix que si la corba de creixement és coneguda, el període regular dels anells en el per l d'intensitat demodulat està relacionat amb la longitud total de radi d'on s'agafa el per l original. Per tant, si la periodicitat es pot mesurar, es possible conèixer l'edat exacta del peix sense usar extractors de característiques o classi cadors, la qual cosa tindria implicacions importants en l'ús de recursos computacionals i en les tècniques actuals d'estimació de l'edat.Postprint (published version

    Index to 1985 NASA Tech Briefs, volume 10, numbers 1-4

    Get PDF
    Short announcements of new technology derived from the R&D activities of NASA are presented. These briefs emphasize information considered likely to be transferrable across industrial, regional, or disciplinary lines and are issued to encourage commercial application. This index for 1985 Tech Briefs contains abstracts and four indexes: subject, personal author, originating center, and Tech Brief Number. The following areas are covered: electronic components and circuits, electronic systems, physical sciences, materials, life sciences, mechanics, machinery, fabrication technology, and mathematics and information sciences

    Aeronautical Engineering. A continuing bibliography with indexes, supplement 136, June 1981

    Get PDF
    This bibliography lists 424 reports, articles, and other documents introduced into the NASA scientific and technical information system in May 1981
    corecore