Simulación acústica para evaluación de rendimiento de sistemas de medición ultrasónica
Autores: Carotenuto, Riccardo; Pezzimenti, Fortunato; Corte, Francesco G. Della; Iero, Demetrio; Merenda, Massimo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Simulación acústica para evaluación de rendimiento de sistemas de medición ultrasónica
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Posicionamiento en interiores
Señales ultrasónicas
Software de simulación acústica
Técnicas de medición
Niveles de relación señal-ruido
Distribución de error acumulativo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
El reciente creciente interés en las aplicaciones de posicionamiento en interiores ha allanado el camino para el desarrollo de técnicas de posicionamiento nuevas y más precisas. Las aplicaciones previstas incluyen el seguimiento de personas y activos, la navegación en interiores, así como otras aplicaciones de mercado emergentes, que requieren un posicionamiento rápido y preciso. A este respecto, la efectividad y la alta precisión y velocidad de actualización de los sistemas de posicionamiento basados en señales ultrasónicas ya han sido demostradas. Por lo general, el posicionamiento se obtiene combinando múltiples rangos. En este trabajo, se muestra que el rendimiento de una técnica de alcance aéreo ultrasónico determinada puede ser analizado a fondo utilizando software académico de simulación acústica de renombre, originalmente concebido para la simulación de transductores y sistemas ecográficos. Aquí, para demostrar que el software de simulación acústica puede aplicarse de manera rentable a sistemas de alcance en el aire, se proporciona un ejemplo. Se realizan simulaciones para un chirrido ultrasónico típico, desde un emisor de ultrasonido, en una sala de oficina típica. Se evalúan las actuaciones de alcance, incluidos los efectos de la difracción acústica y la absorción dependiente de la frecuencia del aire, cuando la relación señal-ruido (SNR) disminuye de 30 a -20 dB. Se muestra el error de alcance, calculado sobre una cuadrícula de puntos en el espacio, y la distribución acumulativa del error de alcance para diferentes niveles de SNR. El enfoque propuesto nos permitió estimar un error de alcance de aproximadamente 0,34 mm cuando el SNR es mayor que 0 dB. Para niveles de SNR de hasta -10 dB, la distribución acumulativa del error muestra un error por debajo de 5 mm, mientras que para SNR más bajos, el error puede ser ilimitado.
Descripción
El reciente creciente interés en las aplicaciones de posicionamiento en interiores ha allanado el camino para el desarrollo de técnicas de posicionamiento nuevas y más precisas. Las aplicaciones previstas incluyen el seguimiento de personas y activos, la navegación en interiores, así como otras aplicaciones de mercado emergentes, que requieren un posicionamiento rápido y preciso. A este respecto, la efectividad y la alta precisión y velocidad de actualización de los sistemas de posicionamiento basados en señales ultrasónicas ya han sido demostradas. Por lo general, el posicionamiento se obtiene combinando múltiples rangos. En este trabajo, se muestra que el rendimiento de una técnica de alcance aéreo ultrasónico determinada puede ser analizado a fondo utilizando software académico de simulación acústica de renombre, originalmente concebido para la simulación de transductores y sistemas ecográficos. Aquí, para demostrar que el software de simulación acústica puede aplicarse de manera rentable a sistemas de alcance en el aire, se proporciona un ejemplo. Se realizan simulaciones para un chirrido ultrasónico típico, desde un emisor de ultrasonido, en una sala de oficina típica. Se evalúan las actuaciones de alcance, incluidos los efectos de la difracción acústica y la absorción dependiente de la frecuencia del aire, cuando la relación señal-ruido (SNR) disminuye de 30 a -20 dB. Se muestra el error de alcance, calculado sobre una cuadrícula de puntos en el espacio, y la distribución acumulativa del error de alcance para diferentes niveles de SNR. El enfoque propuesto nos permitió estimar un error de alcance de aproximadamente 0,34 mm cuando el SNR es mayor que 0 dB. Para niveles de SNR de hasta -10 dB, la distribución acumulativa del error muestra un error por debajo de 5 mm, mientras que para SNR más bajos, el error puede ser ilimitado.