Estudo de técnicas de deconvolução para reconstrução de energia online no calorímetro hadrônico do ATLAS

• Main Author: Duarte, João Paulo Bittencourt da Silveira
• Other Authors: Andrade Filho, Luciano Manhães de
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) 2017
• Subjects: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA; Deconvolução; Calorimetria; Reconstrução de energia; Processamento online; FPGA; Deconvolution; Calorimetry; Energy reconstruction; Online processing
• Online Access: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/4170

Submitted by Renata Lopes ([e-mail]) on 2017-04-25T14:05:10Z No. of bitstreams: 1 joaopaulobittencourtdasilveiraduarte.pdf: 8307204 bytes, checksum: a026db8104dd8767f6e5b0fc71d452e9 (MD5) === Approved for entry into archive by Adriana Oliveira ([e-mail]) on 2017-04-25T15:27:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 joaopaulobittencourtdasilveiraduarte.pdf: 8307204 bytes, checksum: a026db8104dd8767f6e5b0fc71d452e9 (MD5) === Made available in DSpace on 2017-04-25T15:27:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 joaopaulobittencourtdasilveiraduarte.pdf: 8307204 bytes, checksum: a026db8104dd8767f6e5b0fc71d452e9 (MD5) Previous issue date: 2015-08-27 === Este trabalho apresenta um estudo sobre técnicas de deconvolução de sinais para a reconstrução online de energia no primeiro nível de trigger do calorímetro hadrônico (TileCal) do ATLAS. O ambiente de alta luminosidade, previsto para ocorrer nos próximos anos no colisionador de partículas LHC, aumenta a probabilidade de ocorrência de colisões adjacentes, promovendo o efeito de empilhamento de sinais. O algoritmo atualmente utilizado para a reconstrução de energia não é robusto a este efeito. Neste trabalho, o TileCal é interpretado como um canal de comunicação, cuja a resposta ao impulso deve ser compensada a fim de remover o efeito de empilhamento e recuperar a informação de energia depositada em cada colisão. Os métodos desenvolvidos requisitam uma implementação online. As FPGAs, por serem dispositivos reconfiguráveis e de alta velocidade, foram escolhidas para implementação destes algoritmos. Assim, neste trabalho avaliou-se dois tipos de técnicas de deconvolução, uma direta baseada em filtros FIR e outra baseada em métodos iterativos. O segundo tipo de técnica, permite uma melhora de desempenho na reconstrução pela possibilidade de se utilizar um conhecimento especialista de que a energia reconstruída deve ser sempre positiva. Os resultados da avaliação mostram que os métodos propostos apresentam maior desempenho, em alta luminosidade, do que o método atualmente implementado. Como esperado, os métodos iterativos reconstroem a energia com menor erro quando comparados às técnicas baseadas em filtros FIR. Porém, com relação a implementação, as técnicas iterativas são de maior complexidade e utilizam mais recursos de hardware. === This work presents a study of deconvolution techniques to be used in the online energy reconstruction for the ATLAS hadronic calorimeter (TileCal) first level trigger system. The high-luminosity environment, foreseen for the next years of operation of the LHC particle collider, increases the probability of observe adjacent collisions, promoting the signal superposition effect. The current algorithm for energy reconstruction is not robust against this pile-up effect. In this work, the TileCal is considered as a communication channel whose impulse response must be compensated in order to remove the pile-up effect and to recover the deposited energy information at each collision. The developed methods require an online implementation. Since FPGAs are suitable for high-speed applications, they are chosen to be used in the ATLAS trigger system. Therefore, in this work two different online deconvolution techniques were tested, a direct FIR filter implementation and techniques based on iterative processes. The later outperforms the former due to the possibility of imposing a constraint for reconstructing only positive energies, which is know to reflect the reality. The results have shown that the proposed methods present better reconstruction performance than the current employed method when the environment presents superposition effect (high luminosity). As expected, the iterative methods present smaller errors than the direct FIR methods. However, regarding the FPGA implementation, the iterative techniques have a higher computational cost and uses more hardware resources.