Análisis y modelado de una estructura sensorial ultrasónica MIMO basado en M-CSS y técnicas de correlación

Abstract

[EN] This paper describes the analysis and modeling of an ultrasonic sensorial structure based on processing algorithm that uses a set of macro-sequences and correlation techniques for obtaining the impulse response of transmission channels simultaneously is proposed. The sensory structure is formed by multiple ultrasonic transducers that transmitting and receiving environment information simultaneously. This processing algorithm employs a pseudorandom macro-sequence obtained from a complementary set of M sequences (M- CSS) which, by auto-correlation and cross-correlation functions, the impulse responses from environment are obtained. The transmission in the ultrasonic system is represented by frequency selective MIMO model, which is analyzed every instant in the process of reflection-transmission-reception of the signals generated. Once the system model of ultrasonic transmission MIMO is developed and correlation algorithms are implemented for the detection of macro-sequences; the mathematical model, the results obtained in the simulation as well as experimental evidence are presented in this paper. These validate the use of the methodology applied to the channel modeling as well as the estimation of the impulse response of the transmission channels to process the received echoes corresponding to an object in front of the sensor system. The model implemented allows it on can develop algorithms and processing techniques, before they are physically implemented, in order to reduce application development time. In all such cases, is possible to obtain the impulse responses produced in the environment due to the reflectors located opposite the sensor system using correlation techniques.

[ES] En este artículo se propone el análisis y modelado de una estructura sensorial ultrasónica empleando un algoritmo de procesamiento que utiliza un conjunto de macro-secuencias y técnicas de correlación para obtener respuestas impulsivas de canales de transmisión de forma simultánea. La estructura sensorial está formada por múltiples transductores ultrasónicos que transmiten y reciben información del entorno simultáneamente. Este algoritmo de procesamiento emplea una macro-secuencia pseudo-aleatoria obtenida a partir un conjunto complementario de M secuencias (M-CSS) con las cuales, mediante funciones de auto-correlación y correlación cruzada, se generan las respuestas impulsivas del entorno. Para modelar el sistema de transmisión ultrasónico se emplea el modelo MIMO de frecuencia selectiva, con el cual se logra analizar cada instante del proceso de emisión-reflexión-recepción de las señales generadas. Una vez que el modelo del sistema de transmisión ultrasónico MIMO es desarrollado y los algoritmos de correlación son implementados para la detección de las macro-secuencias, se presenta en este documento el modelo matemático y los resultados obtenidos en las simulaciones así como en las pruebas experimentales. Estos validan la utilización de la metodología del modelado de canal aplicado, como de la estimación de las respuestas impulsivas de los canales de transmisión al procesar los ecos recibidos correspondientes a un objeto frente al sistema sensor. El modelo implementado permite desarrollar sobre de él, algoritmos y técnicas de procesamiento, antes de que estos sean implementados físicamente, con el fin de reducir el tiempo de desarrollo de aplicaciones. En cada uno de los casos considerados, se logró obtener las respuestas impulsivas considerando que está presente un objeto frente a la estructura sensorial.