Filtro digitale per sistemi di assorbimento attivo delle onde 2D con l’uso di una sonda di livello installata sulla pala del generatore

This thesis investigates the theory, design, numerical implementation, and experimental validation of a digital filter for two-dimensional active wave absorption using a wave gauge placed in the near field, directly in front of the wavemaker. The work aims to reduce unwanted reflections in laboratory wave flumes, thereby enhancing the accuracy of physical model testing. Conducted at the Maritime Laboratory of the University of Padova, the research combines linear wave theory, transfer-function modelling, and advanced digital signal processing to develop a practical real-time control strategy. After reviewing wave generation principles and classical active absorption methods, the thesis analyses different filtering approaches (FIR/IIR) and examines the role of near-field evanescent modes. A complete formulation of the paddle–surface transfer function is provided, followed by the development of an FIR-based control filter tailored to near-field measurements. The design procedure includes frequency-domain modelling, phase optimisation to ensure causality, and stability conditioning for real-time implementation. Experimental results demonstrate that the proposed filter effectively reduces reflected energy within the operational frequency band while maintaining stable behaviour. The study establishes a comprehensive framework for near-field active absorption in 2D wave flumes and offers pathways for future extensions to multidirectional systems.

La presente tesi sviluppa e analizza un sistema di assorbimento attivo delle onde in configurazione bidimensionale (2D), basato sull’utilizzo di una sonda di livello posizionato nel campo vicino, immediatamente davanti al generatore di onde. L’obiettivo principale è ridurre le riflessioni indesiderate che si formano in prossimità del generatore di onde, migliorando l’accuratezza della generazione ondosa e la qualità delle prove sperimentali nei canali ondosi di laboratorio. Il lavoro unisce un solido quadro teorico — fondato sulla teoria lineare delle onde, sulla modellazione del campo idrodinamico vicino al paddle e sulle funzioni di trasferimento tra movimento del generatore e superficie libera — a un’estesa attività di progettazione numerica. Particolare attenzione è dedicata ai modi evanescenti, che dominano il comportamento del flusso nel near-field e rendono necessaria una formulazione specifica del problema di controllo. Il contributo centrale della tesi consiste nello sviluppo e nell’implementazione numerica completa di un filtro digitale FIR in grado di operare in tempo reale. La procedura comprende: discretizzazione della funzione di trasferimento teorica, ottimizzazione della fase per garantirne la causalità, applicazione di tecniche di smoothing e band-limiting, e valutazione iterativa dei diversi candidati tramite analisi delle prestazioni e della stabilità. I risultati sperimentali confermano che il filtro progettato è capace di attenuare efficacemente l’energia riflessa all’interno della banda operativa, mantenendo al contempo un comportamento stabile e robusto. Il lavoro fornisce così una metodologia completa — teorica, numerica e applicativa — per la realizzazione di sistemi di assorbimento attivo nel campo vicino, aprendo la strada a future estensioni verso configurazioni multidirezionali e 3D.