Contributions to simulation and emulation of Inter-Satellite Links

Recently, there has been a paradigm shift in space missions. They no longer rely on a single satellite to achieve all the objectives of a mission. Responsibility is shared between devices that can communicate and share resources to achieve these objectives. This paradigm shift has increased the need to assess communication performance within FSS. Despite proposals for simulators and emulators to achieve this goal, none of them integrates the dynamics of satellites with their communications. This thesis presents two proposals and the implementation of one of them to extend the capabilities of the communication channel of the simulator developed by the NanoSat Lab of the UPC. Additionally, following the lines of the i2Cat Space Communications research group, a test bench is also presented to demonstrate the feasibility of a satellite contact emulator. As it will be demonstrated, developing such an emulator has not been possible. Finally, it is concluded that both parts of this thesis may converge. Thus, combining the possibilities offered by the current simulator with those available in the emulator under development.En el transcurso de los últimos años se ha observado un cambio en el paradigma en las misiones espaciales. Éstas ya no cuentan sólo con un único satélite que tenga que alcanzar todos los objetivos de una misión. Se reparte la responsabilidad entre diferentes dispositivos que son capaces de comunicarse y compartir recursos para alcanzar tales objetivos. De ese cambio de paradigma nace la necesidad de poder evaluar el comportamiento de las comunicaciones dentro de un FSS. A pesar de la existencia de simuladores y propuestas de emuladores para alcanzar tal objetivo, ninguno de ellos integra las dinámicas de los satélites con sus comunicaciones. En esta tesis, se presentan dos propuestas y la implementación de una de ellas para ampliar las capacidades del canal de comunicaciones del simulador desarrollado por NanoSat Lab de la UPC. Además, siguiendo las líneas del grupo de investigación de Comunicaciones Espaciales de i2Cat también se presenta un test-bed para demostrar la viabilidad de un emulador de contactos de satélites. Pues, como se va a demostrar, el desarrollador de uno como tal no ha sido posible. Por último, se concluirá que ambas partes de esta tesis puedan converger en algún momento combinando así las posibilidades que ofrece el actual simulador con las de un emulador que está en desarrollo.En el transcurs dels últims anys s’ha observat un canvi en el paradigma de les missions espacials. Aquestes ja no compten només d’un únic satèl·lit que hagi d’assolir tots els objectius d’una missió. Es reparteix la responsabilitat entre diferents dispositius els quals són capaços de comunicar-se i compartir recursos per tal d’assolir tals objectius. D’aquest canvi de paradigma neix la necessitat de poder avaluar el comportament de les comunicacions dins d’un FSS. Tot i l’existència de simuladors i propostes d’emuladors per assolir tal objectiu, cap d’ells integra les dinàmiques dels satèl·lits amb les seves comunicacions. En aquesta tesi, es presenten dues propostes i la implementació d’una d’elles per tal d’ampliar les capacitats del canal de comunicacions del simulador desenvolupat pel NanoSat Lab de la UPC. A més a més, seguint les línies del grup de recerca de Comunicacions Espacials d'i2Cat també es presenta un test-bed per tal de poder demostrar la viabilitat d’un emulador de contactes de satèl·lits. Doncs, com es demostrarà, el desenvolupant d’un com a tal no ha estat possible. Finalment, es conclourà que ambdues parts d'aquesta tesi puguin convergir en algun moment combinant així les possibilitat que ofereix l'actual simulador amb les d’un emulador que està en desenvolupamen

Learning from High-Dimensional Multivariate Signals.

Modern measurement systems monitor a growing number of variables at low cost. In the problem of characterizing the observed measurements, budget limitations usually constrain the number n of samples that one can acquire, leading to situations where the number p of variables is much larger than n. In this situation, classical statistical methods, founded on the assumption that n is large and p is fixed, fail both in theory and in practice. A successful approach to overcome this problem is to assume a parsimonious generative model characterized by a number k of parameters, where k is much smaller than p. In this dissertation we develop algorithms to fit low-dimensional generative models and extract relevant information from high-dimensional, multivariate signals. First, we define extensions of the well-known Scalar Shrinkage-Thresholding Operator, that we name Multidimensional and Generalized Shrinkage-Thresholding Operators, and show that these extensions arise in numerous algorithms for structured-sparse linear and non-linear regression. Using convex optimization techniques, we show that these operators, defined as the solutions to a class of convex, non-differentiable, optimization problems have an equivalent convex, low-dimensional reformulation. Our equivalence results shed light on the behavior of a general class of penalties that includes classical sparsity-inducing penalties such as the LASSO and the Group LASSO. In addition, our reformulation leads in some cases to new efficient algorithms for a variety of high-dimensional penalized estimation problems. Second, we introduce two new classes of low-dimensional factor models that account for temporal shifts commonly occurring in multivariate signals. Our first contribution, called Order Preserving Factor Analysis, can be seen as an extension of the non-negative, sparse matrix factorization model to allow for order-preserving temporal translations in the data. We develop an efficient descent algorithm to fit this model using techniques from convex and non-convex optimization. Our second contribution extends Principal Component Analysis to the analysis of observations suffering from circular shifts, and we call it Misaligned Principal Component Analysis. We quantify the effect of the misalignments in the spectrum of the sample covariance matrix in the high-dimensional regime and develop simple algorithms to jointly estimate the principal components and the misalignment parameters.Ph.D.Electrical Engineering: SystemsUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/91544/1/atibaup_1.pd

Formas de construir nombres y referirse a las cantidades en las actuaciones de alumnos de Secundaria al resolver problemas verbales en el entorno de la hoja de cálculo

Presentamos parte de los resultados de un proyecto de investigación que pretende identificar qué características de la hoja de cálculo obstaculizan y cuáles promueven la evolución hacia un pensamiento algebraico. Concretamente, mostramos resultados relacionados con los nombres que los estudiantes construyen para las cantidades y las formas de referirse a ellas cuando resuelven problemas verbales. El grupo de estudiantes observado cursaba primero de secundaria, no había recibido instrucción previamente en la resolución de problemas utilizando el lenguaje del álgebra y se les enseñó a resolverlos en el entorno de la hoja de cálculo

Actuaciones de alumnos instruidos en la resolución algebraica de problemas en la hoja de cálculo y su relación con la competencia en el método cartesiano

Presentamos resultados de una investigación en la que, entre otros objetivos, se pretendía determinar cómo influía la enseñanza de la resolución algebraica de problemas en la hoja de cálculo en la competencia en el método cartesiano. La comparación de los cuestionarios administrados antes y después de la enseñanza puso de manifiesto un aumento del uso polisémico de la equis cuando se resolvía con lápiz y papel, y una disminución del uso del lenguaje del álgebra en los problemas de edades. Mostramos que estos resultados pueden atribuirse a la aparición de estrategias de resolución en la hoja de cálculo en las que las situaciones descritas en el enunciado se modelizaban mediante relaciones funcionales, en las que se evitaba operar con lo desconocido y en las que varias cantidades se agrupaban bajo una misma denominación.We present results of an investigation in which, among other objectives, we sought to determine how the teaching of algebraic problem solving in a spreadsheet environment influenced the competence in the Cartesian method. The comparison of the tests administered before and after the instruction showed an increase in the polysemy of the x when problems were solved with paper and pencil and a decrease in the use of the language of algebra in age problems. We show that these results may be attributed to the emergence of solving strategies in the spreadsheet environment in which the described situations in the statement were modelled by functional relations. In such cases, the operation with the unknown was avoided and several quantities were grouped under a single name