Ejemplos de aplicaci´on

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2x 10 −4 Frecuencia [Hz] DTD [s] DTD tono1 (δ 1) DTD tono2 (δ 2)

DTD señal compuesta − Teórico DTD señal compuesta − Medido

Figura 3.48: DTD calculada y estimada a partir de las mediciones de dos filtros pasaaltos Butterworth de segundo orden, cuando la entrada es una suma de dos tonos.

3.5.

Ejemplos de aplicaci´on

Las expresiones obtenidas en este cap´ıtulo, y verificadas experimentalmente en la sec- ci´on anterior, permiten estimar el peor caso de DTD espurio que pueden presentar los filtros a dise˜nar, dada una cierta topolog´ıa elegida y conociendo las posibles desviaciones del proceso. Por otra parte, permiten especificar de antemano el tipo de filtro y el m´ıni- mo desapareamiento a obtener en su implementaci´on, dada una especificaci´on de DTD espurio m´ınimo. Por ejemplo, en una aplicaci´on donde se requiera medir una diferencia temporal entre las se˜nales de entrada de dos micr´ofonos separados espacialmente, y para un rango de frecuencias dado, el DTD espurio sera m´ınimo cuando los filtros pasabandas presentan polos simples. El dise˜nador deber´a decidir si aumentar el orden de los polos con el objetivo de mejorar el rechazo a se˜nales no deseadas justifica el aumento del DTD espurio.

Ejemplo 13 Localizaci´on de una fuente ac´ustica mediante la estimaci´on del retraso tem- poral:

En el sistema de la Fig. 3.49 se desea estimar el ´angulo de arribo β de una se˜nal de 500 Hz proveniente de una fuente ac´ustica. La distancia lineal entre los micr´ofonos M1 y

M3 esd= 15.9 cm. Se supone adem´as que la fuente ac´ustica se encuentra a una distancia L del sistema tal que Ld, de modo que puede considerarse la se˜nal ac´ustica como una onda plana.

Figura 3.49: Disposici´on de un conjunto de micr´ofonos para la estimaci´on del ´angulo de arribo de una se˜nal ac´ustica.

Si s´olo se desea utilizar el par de micr´ofonos M1 y M3, el retraso temporalTD a medir

s´olo depende del ´angulo de arribo β y se puede calcular mediante la siguiente expresi´on:

TD = d

ccos(β) = TDmaxcos(β) (3.52)

donde c = 345 m/s es la velocidad del sonido en el aire a temperatura ambiente, y

TDmax =d/c= 460µs es el m´aximo retraso a medir, que sucede cuando la fuente ac´ustica

se encuentra sobre el eje x y el ´angulo de arribo es 0 grados. De la misma manera, el retraso entre las se˜nales sera 0 cuando la fuente ac´ustica se encuentre ubicada sobre el eje y, y si se desea una precisi´on de 1 grado en la estimaci´on, el m´ınimo retraso a medir ser´a TDmin=TDmaxcos(89o)≈8µs.

Sabiendo que la frecuencia de la se˜nal ac´ustica a medir es de 500 Hz, el dise˜nador puede verse tentado a utilizar filtros pasabandas sintonizados a esa frecuencia, de manera de atenuar lo m´as posible las se˜nales de ruido que puedan afectar la medici´on. A continuaci´on se analiza el efecto en el DTD a medir que presentan 3 filtros pasabandas de distinto orden, donde su frecuencia de corte inferior fL y superior fH son tales que fL =fH = 500 Hz,

y cuando el desapareamiento en el lugar de los polos es del 1 %. La Fig. 3.50 muestra el m´odulo de la respuesta en frecuencia de los 3 filtros.

3.5. EJEMPLOS DE APLICACI ´ON 81

Figura 3.50: M´odulo de la respuesta en frecuencia de los filtros propuestos.

Si la se˜nal proveniente de la fuente ac´ustica es la ´unica recibida por los micr´ofonos, los filtros introducir´an un DTD espurio producto de sus propias diferencias param´etricas y cuyos valores son: 20.2 µs para los filtros de primer orden, 57,1 µs para los filtros de segundo orden, y 149 µs para los filtros de cuarto orden.

Si adem´as se considera que puede existir una se˜nal adicional, que por simplicidad se supone senoidal y de igual amplitud a la de la fuente ac´ustica, el DTD espurio puede evaluarse mediante la expresi´on (3.46), y el resultado se muestra en la Fig. 3.51.

En la figura, DTD1 es el retraso temporal espurio que genera la se˜nal de la fuente ac´ustica, y DTD2 es el correspondiente a la se˜nal externa, para el rango de frecuencias de 10 Hz a 10 KHz. En este ejemplo, el DTD compuesto no cambia considerablemente debido a la se˜nal externa, lo cual es de esperar por la configuraci´on de filtros pasabandas elegida, y en general lo que sucede es una disminuci´on del DTD, lo cual es positivo para la detecci´on del ´angulo de arribo. Sin embargo, ninguno de los 3 filtros permite una discriminaci´on de 1 grado.

Alternativamente, es posible utilizar la expresi´on (3.46) para determinar el m´aximo desapareamiento permitido en los filtros para una resoluci´on en la detecci´on del ´angulo de arribo de 1 grado. En este ejemplo, resolviendo paraτ = 8µs se obtiene que los filtros de primer orden permiten un desapareamiento m´aximo de 0.4 %, 0.14 % para los filtros de segundo orden y 0.054 % para los de cuarto orden.

101 102 103 104 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6x 10 −4 Frecuencia [Hz] DTD [s] DTD1 (δ₁) DTD2 (δ₂) DTD compuesto (τ) Cuarto orden Segundo orden Primer orden

Figura 3.51: DTD para los filtros propuestos.

Ejemplo 14

Dadas las mismas condiciones que en el ejemplo anterior, se analiza el efecto en el DTD que presentan 3 filtros pasabandas de distinto orden, cuando las frecuencias de corte inferior y superior se encuentran separadas al menos por una d´ecada. En este ejemplo:

fL = 100 Hz, fH = 1000 Hz y el desapareamiento en el lugar de los polos es del 1 %. La

Fig. 3.52 muestra el m´odulo de la respuesta en frecuencia de los 3 filtros.

101 102 103 104 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Frecuencia [Hz] Módulo [dB] Filtro M1 Filtro M3

3.6. CONCLUSIONES 83