Modelagem dinâmica em espaço de estados de sinais de ultrassom para a estimação do tempo de trânsito utilizando filtro de Kalman. - LUCENA, Daiana Correia de. (2021)
Uma metodologia para estimação do tempo de trânsito em ondas de ultrassom com aplicação em medição da velocidade do vento é proposta baseado no filtro de Kalman estendido. A técnica proposta utiliza uma estimação de trechos do sinal de ultrassom para medição indireta do tempo de trânsito, a partir de medições da amplitude do sinal do transdutor receptor e do valor de inicialização do tempo de trânsito. Para inicialização do tempo de trânsito, etapa necessária ao uso do filtro Kalman, foi proposta uma metodologia que identifica um valor de limiar de tensão do sinal do transdutor receptor (a partir do qual é determinado o tempo de trânsito inicial) adequado a ser utilizado. Fundamentado neste método, foi construído um modelo computacional de propagação de ondas de ultrassom e procedimentos experimentais foram realizados usando um túnel de vento, com objetivo de aplicar o algoritmo com o Filtro de Kalman na medição indireta do tempo de trânsito. Entre as técnicas que são utilizadas para a medição do tempo de trânsito suas limitações se referem à faixa de medição restrita a um ciclo do sinal, necessidade de encontrar uma função matemática que descreva o sinal de ultrassom ou trechos dele e níveis de ruído do meio. Em simulação, o tempo de trânsito foi obtido com a técnica de diferença de fase no domínio do tempo após o uso do filtro de Kalman como etapa de filtragem utilizando trechos do sinal, em cenários com valores de relação sinal ruído (SNR) menores do que 35 dB, para os quais as técnicas convencionais de detecção de limiar e diferença de fase no domínio do tempo não podem ser aplicadas de forma direta. A técnica proposta com o filtro de Kalman estendido foi usado para medição indireta do tempo de trânsito, obtendo-se com resultados de simulação e experimental um bom desempenho da técnica proposta, com valores do tempo de trânsito com exatidão comparável com os obtidos com a técnica de diferença de fase no domínio da frequência, no entanto sem a restrição da faixa de medição limitada a 2π (um ciclo do sinal).