759 research outputs found

    Finite-region stabilization via dynamic output feedback for 2-D Roesser models

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    Finite-region stability (FRS), a generalization of finite-time stability, has been used to analyze the transient behavior of discrete two-dimensional (2-D) systems. In this paper, we consider the problem of FRS for discrete 2-D Roesser models via dynamic output feedback. First, a sufficient condition is given to design the dynamic output feedback controller with a state feedback-observer structure, which ensures the closed-loop system FRS. Then, this condition is reducible to a condition that is solvable by linear matrix inequalities. Finally, viable experimental results are demonstrated by an illustrative example

    VLSI signal processing through bit-serial architectures and silicon compilation

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    Proof-of-concept of a single-point Time-of-Flight LiDAR system and guidelines towards integrated high-accuracy timing, advanced polarization sensing and scanning with a MEMS micromirror

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    Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Física (área de especialização em Dispositivos, Microssistemas e Nanotecnologias)The core focus of the work reported herein is the fulfillment of a functional Light Detection and Ranging (LiDAR) sensor to validate the direct Time-of-Flight (ToF) ranging concept and the acquisition of critical knowledge regarding pivotal aspects jeopardizing the sensor’s performance, for forthcoming improvements aiming a realistic sensor targeted towards automotive applications. Hereupon, the ToF LiDAR system is implemented through an architecture encompassing both optical and electronical functions and is subsequently characterized under a sequence of test procedures usually applied in benchmarking of LiDAR sensors. The design employs a hybrid edge-emitting laser diode (pulsed at 6kHz, 46ns temporal FWHM, 7ns rise-time; 919nm wavelength with 5nm FWHM), a PIN photodiode to detect the back-reflected radiation, a transamplification stage and two Time-to-Digital Converters (TDCs), with leading-edge discrimination electronics to mark the transit time between emission and detection events. Furthermore, a flexible modular design is adopted using two separate Printed Circuit Boards (PCBs), comprising the transmitter (TX) and the receiver (RX), i.e. detection and signal processing. The overall output beam divergence is 0.4º×1º and an optical peak power of 60W (87% overall throughput) is realized. The sensor is tested indoors from 0.56 to 4.42 meters, and the distance is directly estimated from the pulses transit time. The precision within these working distances ranges from 4cm to 7cm, reflected in a Signal-to-Noise Ratio (SNR) between 12dB and 18dB. The design requires a calibration procedure to correct systematic errors in the range measurements, induced by two sources: the timing offset due to architecture-inherent differences in the optoelectronic paths and a supplementary bias resulting from the design, which renders an intensity dependence and is denoted time-walk. The calibrated system achieves a mean accuracy of 1cm. Two distinct target materials are used for characterization and performance evaluation: a metallic automotive paint and a diffuse material. This selection is representative of two extremes of actual LiDAR applications. The optical and electronic characterization is thoroughly detailed, including the recognition of a good agreement between empirical observations and simulations in ZEMAX, for optical design, and in a SPICE software, for the electrical subsystem. The foremost meaningful limitation of the implemented design is identified as an outcome of the leading-edge discrimination. A proposal for a Constant Fraction Discriminator addressing sub-millimetric accuracy is provided to replace the previous signal processing element. This modification is mandatory to virtually eliminate the aforementioned systematic bias in range sensing due to the intensity dependency. A further crucial addition is a scanning mechanism to supply the required Field-of-View (FOV) for automotive usage. The opto-electromechanical guidelines to interface a MEMS micromirror scanner, achieving a 46º×17º FOV, with the LiDAR sensor are furnished. Ultimately, a proof-of-principle to the use of polarization in material classification for advanced processing is carried out, aiming to complement the ToF measurements. The original design is modified to include a variable wave retarder, allowing the simultaneous detection of orthogonal linear polarization states using a single detector. The material classification with polarization sensing is tested with the previously referred materials culminating in an 87% and 11% degree of linear polarization retention from the metallic paint and the diffuse material, respectively, computed by Stokes parameters calculus. The procedure was independently validated under the same conditions with a micro-polarizer camera (92% and 13% polarization retention).O intuito primordial do trabalho reportado no presente documento é o desenvolvimento de um sensor LiDAR funcional, que permita validar o conceito de medição direta do tempo de voo de pulsos óticos para a estimativa de distância, e a aquisição de conhecimento crítico respeitante a aspetos fundamentais que prejudicam a performance do sensor, ambicionando melhorias futuras para um sensor endereçado para aplicações automóveis. Destarte, o sistema LiDAR é implementado através de uma arquitetura que engloba tanto funções óticas como eletrónicas, sendo posteriormente caracterizado através de uma sequência de testes experimentais comumente aplicáveis em benchmarking de sensores LiDAR. O design tira partido de um díodo de laser híbrido (pulsado a 6kHz, largura temporal de 46ns; comprimento de onda de pico de 919nm e largura espetral de 5nm), um fotodíodo PIN para detetar a radiação refletida, um andar de transamplificação e dois conversores tempo-digital, com discriminação temporal com threshold constante para marcar o tempo de trânsito entre emissão e receção. Ademais, um design modular flexível é adotado através de duas PCBs independentes, compondo o transmissor e o recetor (deteção e processamento de sinal). A divergência global do feixe emitido para o ambiente circundante é 0.4º×1º, apresentando uma potência ótica de pico de 60W (eficiência de 87% na transmissão). O sensor é testado em ambiente fechado, entre 0.56 e 4.42 metros. A precisão dentro das distâncias de trabalho varia entre 4cm e 7cm, o que se reflete numa razão sinal-ruído entre 12dB e 18dB. O design requer calibração para corrigir erros sistemáticos nas distâncias adquiridas devido a duas fontes: o desvio no ToF devido a diferenças nos percursos optoeletrónicos, inerentes à arquitetura, e uma dependência adicional da intensidade do sinal refletido, induzida pela técnica de discriminação implementada e denotada time-walk. A exatidão do sistema pós-calibração perfaz um valor médio de 1cm. Dois alvos distintos são utilizados durante a fase de caraterização e avaliação performativa: uma tinta metálica aplicada em revestimentos de automóveis e um material difusor. Esta seleção é representativa de dois cenários extremos em aplicações reais do LiDAR. A caraterização dos subsistemas ótico e eletrónico é minuciosamente detalhada, incluindo a constatação de uma boa concordância entre observações empíricas e simulações óticas em ZEMAX e elétricas num software SPICE. O principal elemento limitante do design implementado é identificado como sendo a técnica de discriminação adotada. Por conseguinte, é proposta a substituição do anterior bloco por uma técnica de discriminação a uma fração constante do pulso de retorno, com exatidões da ordem sub-milimétrica. Esta modificação é imperativa para eliminar o offset sistemático nas medidas de distância, decorrente da dependência da intensidade do sinal. Uma outra inclusão de extrema relevância é um mecanismo de varrimento que assegura o cumprimento dos requisitos de campo de visão para aplicações automóveis. As diretrizes para a integração de um micro-espelho no sensor concebido são providenciadas, permitindo atingir um campo de visão de 46º×17º. Conclusivamente, é feita uma prova de princípio para a utilização da polarização como complemento das medições do tempo de voo, de modo a suportar a classificação de materiais em processamento avançado. A arquitetura original é modificada para incluir uma lâmina de atraso variável, permitindo a deteção de estados de polarização ortogonais com um único fotodetetor. A classificação de materiais através da aferição do estado de polarização da luz refletida é testada para os materiais supramencionados, culminando numa retenção de polarização de 87% (tinta metálica) e 11% (difusor), calculados através dos parâmetros de Stokes. O procedimento é independentemente validado com uma câmara polarimétrica nas mesmas condições (retenção de 92% e 13%)

    ACADEMIC HANDBOOK (UNDERGRADUATE) COLLEGE OF ENGINEERING (CoE)

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    Digital Filters

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    The new technology advances provide that a great number of system signals can be easily measured with a low cost. The main problem is that usually only a fraction of the signal is useful for different purposes, for example maintenance, DVD-recorders, computers, electric/electronic circuits, econometric, optimization, etc. Digital filters are the most versatile, practical and effective methods for extracting the information necessary from the signal. They can be dynamic, so they can be automatically or manually adjusted to the external and internal conditions. Presented in this book are the most advanced digital filters including different case studies and the most relevant literature

    Aeronautical engineering: A continuing bibliography with indexes (supplement 319)

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    This report lists 349 reports, articles and other documents recently announced in the NASA STI Database. The coverage includes documents on the engineering and theoretical aspects of design, construction, evaluation, testing, operation, and performance of aircraft (including aircraft engines) and associated components, equipment, and systems. It also includes research and development in aerodynamics, aeronautics, and ground support equipment for aeronautical vehicles

    Microspacecraft and Earth observation: Electrical field (ELF) measurement project

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    The Utah State University space system design project for 1989 to 1990 focuses on the design of a global electrical field sensing system to be deployed in a constellation of microspacecraft. The design includes the selection of the sensor and the design of the spacecraft, the sensor support subsystems, the launch vehicle interface structure, on board data storage and communications subsystems, and associated ground receiving stations. Optimization of satellite orbits and spacecraft attitude are critical to the overall mapping of the electrical field and, thus, are also included in the project. The spacecraft design incorporates a deployable sensor array (5 m booms) into a spinning oblate platform. Data is taken every 0.1 seconds by the electrical field sensors and stored on-board. An omni-directional antenna communicates with a ground station twice per day to down link the stored data. Wrap-around solar cells cover the exterior of the spacecraft to generate power. Nine Pegasus launches may be used to deploy fifty such satellites to orbits with inclinations greater than 45 deg. Piggyback deployment from other launch vehicles such as the DELTA 2 is also examined
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