Silva, Eduardo Alexandre Pereira daVilla, Murillo Prestes2021-09-102024-07-262021http://hdl.handle.net/10400.22/18344This thesis presents sensor prototypes for estimating the velocity of autonomous underwater vehicles (AUVs). The work presented throughout this document has been motivated by the current limited number of off-the-shelf solutions for measuring an AUV’s velocity, imposing restrictions on navigation performances, especially in small-sized vehicles. Two prototypes are presented in this document. The first, named drag speedometer, measures the force applied by the fluid in a semi-sphere to estimate velocity in relation to flow in the surge direction. The second prototype, named differential pressure speedometer, employs Bernoulli’s principle to estimate velocity in relation to flow in both the surge and sway directions through measurements of the differential pressure between points on a spherical shell. The development of both speedometers is shown in detail, describing all the design processes and solutions adopted. An analysis of the measurement chain errors is made for both prototypes. Also, an experimental setup and the developed ground truth method are presented. Towing tests in surge are performed for both speedometers at the same conditions for different velocities. Tests are also performed in sway for the differential pressure speedometer at the same range of velocities. The variance of the measurements of both sensors is characterized according to the ground truth. Further, a Kalman filter is implemented. Finally, the output of the filter is compared with the ground truth, and the error is quantified.A presente tese apresenta o desenvolvimento de protótipos de sensores para estimar a velocidade de veículos submarinos autónomos (AUVs). O trabalho apresentado ao longo deste documento foi motivado pelo actual número limitado de soluções off-the-shelf para a medição da velocidade de um AUV, impondo restrições ao desempenho da navegação, especialmente em veículos de pequeno porte. Dois protótipos são apresentados no presente documento. O primeiro, denominado drag speedometer, mede a força aplicada pelo fluido numa semi-esfera para estimar a velocidade de avanço. O segundo protótipo, denominado differential pressure speedometer, emprega o princípio de Bernoulli para estimar a velocidade, tanto em avanço quanto em deriva, através de medições da pressão diferencial entre pontos de uma casca esférica. O desenvolvimento de ambos os velocímetros é mostrado em detalhe, descrevendo todo o processo de concepção e as soluções adoptadas. A análise dos erros da cadeia de medição é feita para ambos os protótipos. Também é apresentada uma configuração experimental e o método de ground truth desenvolvido. São realizados testes de reboque em avanço para ambos os velocímetros, nas mesmas condições, para diferentes velocidades. Testes são também realizados para o differential pressure speedometer em deriva na mesma gama de velocidades. A variância das medições de ambos os sensores é caracterizada de acordo com o ground truth. Além disso, é implementado um filtro Kalman. O resultado do filtro é comparado com ground truth e o erro é quantificado.engAutonomous underwater vehicleSensorVelocity estimationDrag speedometerDifferential pressure speedometerKalman filtermaster thesis202834689