Síntese de filtros digitais para demodulação de sinais em sistemas inerciais com modulação de fase óptica. - Lidia Hissae Shibuya (2008)
Apresenta-se neste trabalho os resultados da síntese de filtros digitais para demodular sinais de saída de sensores interferométricos quando estes utilizam modulação de fase óptica. A técnica proposta é baseada nas funções utilizadas para análise de wavelets, muito empregadas para analisar variações localizadas no tempo, redução de ruído e compactação de imagens, mas pouco exploradas na aplicação em sensores inerciais, neste caso em particular, em um Giroscópio a Fibra Óptica (GFO). Para aplicação em sistemas de navegação precisos, um GFO deve ser capaz de medir taxas de rotação muito baixas. Quando se utiliza modulação em fase, esta informação é proporcional à amplitude das harmônicas do sinal, sendo de interesse, principalmente, a primeira e a segunda harmônicas do sinal, onde a amplitude da primeira harmônica, geralmente, é muito menor que a amplitude da segunda. Deste modo, o problema passa a ser medir harmônicas de baixíssima amplitude na presença de outras com amplitude elevada. Técnicas de demodulação analógica em malha aberta (open-loop) são usualmente empregadas, mas estas técnicas são sensíveis às variações de parâmetros ambientais, ruído eletrônico e da precisão dos componentes. Neste trabalho, mostra-se o uso de um filtro digital baseado na função wavelet de Morlet, comparado às técnicas supra-mencionadas, abordando os procedimentos para medir o menor valor de amplitude possível. Os efeitos conjuntos de fatores relevantes, como a presença de harmônicos com amplitudes superiores à amplitude sendo medida, o efeito do ruído de banda estreita, o efeito do erro associado ao processo de quantização e a influência do número finito de amostras tomadas do sinal sob análise foram, à medida do possível, minimizados. Para tal, um estudo foi realizado utilizando modelamento das fontes de erro e o levantamento de resultados por simulação. Ainda para dar suporte ao entendimento destes resultados, desenvolveu-se uma teoria específica, permitindo o estabelecimento de parâmetros ótimos para obter a melhor relação sinal-ruído na demodulação do sinal do sensor. Por último, foram realizados ensaios experimentais utilizando um processador DSP (Digital Signal Processor) de alto desempenho. Neste trabalho, o sinal do GFO foi simulado por um conjunto de equipamentos para que fosse possível prever e configurar todos os parâmetros do sinal, eliminando os erros intrínsecos do GFO, como flutuação do fator de escala e isolando os erros provenientes do processamento daqueles causados pela construção do GFO. O resultado deste estudo descreve as vantagens do processamento proposto, bem como as limitações deste método, apontando as implicações para aplicações em sensores interferométricos, em especial para o GFO.