Deconvolução Free-running Aplicada à Estimação Online de Energia na Calorimetria do ATLAS

Abstract

Esta tese propõe algoritmos de processamento de sinais para realizar a desconvolução da informação de energia nos calorímetros do ATLAS experiment. Como os calorímetros modernos possuem uma resposta ao impulso com duração maior do que a taxa de eventos adquiridos, pode ocorrer o efeito de empilhamento de sinais na eletrônica de leitura. O ambiente de alta taxa de eventos previsto para os próximos anos no Large Hadron Collider aumenta a probabilidade de colisões adjacentes nos detectores, tornando esse problema ainda mais crítico. No ATLAS, o primeiro nível de seleção online de eventos opera continuamente e deve fornecer a estimação de energia a cada colisão. O empilhamento de sinais pode comprometer essa estimativa, e algumas soluções baseadas em modificações do filtro ótimo tratam esse efeito apenas como ruído aditivo. Como alternativa, esta tese propõe técnicas de desconvolução capazes de compensar diretamente o efeito de empilhamento, incluindo abordagens independentes de parâmetros no caso dos métodos não supervisionados. Foram desenvolvidos dois algoritmos para esse cenário. O primeiro é supervisionado e utiliza um filtro FIR seguido de uma função não linear de shrinkage, sendo baseado em desconvolução por representação esparsa. O segundo, denominado Bussgang-Sparse, é não supervisionado e combina o algoritmo de Bussgang com critérios de esparsidade. Os resultados demonstram que a desconvolução baseada em representação esparsa apresenta melhor desempenho na atenuação de ruído aditivo em comparação com a desconvolução por filtros FIR baseada na resposta ao impulso inversa do calorímetro. Para a abordagem não supervisionada, os resultados indicaram convergência para técnicas supervisionadas baseadas em filtros FIR.