SISTEMAS DE NAVEGACION Y TELEMETRIA DEL ESPACIO

Autor: Toledo Moreo Rafael.
Año: 2005.
Universidad: MURCIA [www.um.es].
Centro de lectura: Facultad de Informática.
Centro de realización: Facultad de Informática.

Resumen: Los sistemas de transporte suponen hoy en día una pieza clave en nuestra sociedad. Para entender su importancia bastaría con pensar en qué aspectos de nuestra vida cotidiana no están presentes. Por este motivo la Comisión Europea considera la investigación en los Sistemas Inteligentes de Transporte una pieza estructural para el desarrollo de la sociedad europea. En el marco de los Sistemas Inteligentes de Transporte, la tesis doctoral "Un Sistema de Navegación de alta Integridad para Vehículos en Entornos Desfavorables", presenta una solución a las carencias de los actuales sistemas de navegación. Gracias a la integración de medidas procedentes de diferentes sensores y mapas, un sistema de navegación como el prototipo desarrollado en esta tesis es capaza de ofrecer una respuesta fiable y continua para aplicaciones impensables hasta hace poco tiempo. Para ello, este prototipo fusiona información cartográfica, posicionando por satélite y sensores de asistencia al posicionamiento, siendo capaz de mantener una señal de alta calidad de forma continua y a un coste reducido. Algunas aplicaciones que se podrían beneficar de estas mejoras son las dedicadas a aumentar la seguridad en la condución, tales como los sitemas inteligentes de alerta en carretera o llamadas de emergencia automática, o aplicaciones dedicadas a aumentar los servicios en carretera y el confort del conductor, como los sistemas de control de flotas, sistemas automáticos de peaje o sistemas inteligentes de asistencia en ruta. La mejora de las tecnologías en el proceso de fabricación de los sensores empleados y la aparición de mejores técnicas para la fusión y el aprovechamiento de los datos recogidos por los mismos, como las presentadas en esta tesis, permitirán el acceso a los sistemas de navegación de alta calidad a millones de usuarios en todo el mundo. Los resultados obtenidos hasta la fecha y la tendencia actual en este campo de investigación auguran un futuro muy prometedor a los sitemas de navegación. Algunas de las ventajas que el sistema de navegación desarrollado presenta son: *Sinergismo de los diferentes sistemas sensores. Los sistemas GNSS (Global Navigation Satellite Systems) ofrecen una solución al problema del posicionamiento de vehículos con una cota de error constante a muy bajo coste. Sin embargo, las posibles pérdidas de la señal de los satélites y la elevada cota de error limitan su empleo en algunas aplicaciones. La estos con sistemas de aumentación de prestaciones y sensores autónomos proporciona cotas de error menores y una mejor respuesta en frecuencia del sistema de localización. *Mayor integridad en la respuesta del filtrado. Integrando diferentes equipos sensores en un mismo sistema de navegación la probabilidad de fallo del sistema disminuirá notablemente, pudiendo además detectar y corregir falsas medidas gracias a la información redundante. *Reducción de costes. Una arquitectura de fusión multisensorial ofrece una solución de mayor precisión que la que ofrecerían los equipos sensoriales por separado, permitiendo reducir el coste de adquisición de los mismos sin pérdida de calidad en la respuesta del sistema. *Aumento del número de aplicaciones. Un sistema integrado de fusión sensorial puede ser aplicable en situaciones en las que cada equipo sensor por separado fracasaría. El equipamiento del vehículo de pruebas incluirá un receptor GNSS capaz de interpretar las tramas de corrección SBAS (Satellite Based Augmentatión System), un sistema ordométrico y sensores inerciales. El coste de adquisición de un receptor GNSS es reducido. Como sistema odométrico emplearemos los captores del sistema de frenado ABS del propio vehículo. Una unidad de medidas inerciales de bajo coste, si bien aumenta el precio del sistema 8 de naveg 611 ación, proporciona mayor integridad en su respuesta. La utilización de un compás electrónico de bajo coste permite inicializar y reforzar la medida de la orientación del vehículo. La incorporación de un sistema de mapa de carreteras GIS (Geographic Information System) permite emplear balizas y referencias terrestres que completen la información recibida. El empleo de esta información conlleva una importante reducción del precio de los sensores, al no requerir una precisión muy elevada ya que las posibles trayectorias de los vehículos se limitan considerablemente. El empleo de las técnicas apropiadas de fusión de la información procedente de fuentes de naturaleza tan diferente permite ofrecer alta integridad a bajo coste, ofreciendo una solución al problema del posicionamiento de vehículos para gran cantidad de aplicaciones.

Autor: FERNANDEZ PRADES CARLOS.
Año: 2005.
Universidad: POLITÉCNICA DE CATALUÑA [www.upc.edu].
Centro de lectura: Campus Nord.
Centro de realización: EDIFICI D4 Campus NORD.

Resumen: Aquesta tesi tracta el problema de la sincronització utilitzant un array d'antenes en el marc general dels Sistemes de Navegació Global per Satèl·lit (Global Navigation Satellite Systems, GNSS). Els sistemes de posicionament estan basats en l'estimació, per part del receptor, del retard temporal i el desplaçament freqüencial dels senyals d'arribada, per tal de calcular la posició de l'usuari. L'efecte multicamí es manté com la causa principal de la degradació en la precisió de l'estimació del retard temporal, i en conseqüència del posicionament, esdevenint un repte per al processament de senyal. Recentment s'han proposat molts mètodes de mitigació de l'efecte multicamí, la majoria es basen en receptors d'una sola antena, un plantejament que pateix de limitacions inherents. En aquesta dissertació proposem l'utilització de la diversitat en espai que ens proporcionen els arrays d'antenes com a una possible solució a la mitigació de l'efecte multicamí coherent. Després d'una anàlisi de l'estat de l'art en el disseny de receptors per GNSS, i de proporcionar alguns detalls sobre l'estructura de senyal dels sistemes GPS i Galileo, proposem un model de senyal per a la recepció de diferents senyals escalats, retardats i amb un desplaçament Doppler mitjançant un array d'antenes. La particularitat del model es troba al terme de soroll, considerat estadísticament blanc en el domini temporal però colorejat en el domini de l'espai. Aquest plantejament tracta de caracteritzar d'una manera molt simple el comportament estadístic del multicamí i les interferències aprofitant la diversitat en espai que ofereixen els arrays d'antenes. Es deriven els límits de Cramér- Rao per a l'estimació de les direccions d'arribada, amplituds complexes, retards temporals i desplaçaments Doppler d'un conjunt de senyals, i es demostra el desacoblament entre els paràmetres de direcció d'arribada i els de sincronització. La dissertació continua amb l'aplicació del principi de Màxima Versemblança (Maximum Likelihood, ML) al model de senyal de l'array. El resultat és una nova funció de cost, la minimització de la qual porta a l'estimació ML conjunta de retards i desplaçaments Doppler. Aquesta funció de cost és independent de les direccions d'arribada, i permet la seva implementació en un array desestructurat. S'han derivat alguns algorismes iteratius basats en la funció de cost obtinguda, i s'han provat mitjançant simulacions numériques. Seguidament, proposem la conformació de feix híbrida espai--temporal, consistent en la combinació de referències espaials i temporals per a evitar l'efecte multicamí. El resultat és un algorisme de conformació de feix amb un cost computacional raonable i, sorprenentment, lligat al plantejament ML. Es proposen diferents estratègies d'apuntament, incloent la derivació d'una versió robusta que tracta el problema del mal calibratge recorrent a la teoria de l'optimització convexa. Com a nova aportació original d'aquesta dissertació, la teoria de la conformació de feix s'ha aplicat per primer cop al sistema de Recerca i Rescat basat en satèl·lits anomenat COSPAS--SARSAT. Després de l'anàlisi del senyal de la balisa d'emergència i d'una altra estructura de senyal proposada pel Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) per a una nova generació de balises, proposem l'ús d'un array d'antenes en el disseny del receptor i aportem algorismes especialment adaptats i un bon nombre de resultats de simulacions. L'última part de la dissertació descriu el disseny i implementació d'un array d'antenes dedicat al senyal civil que proveeix el sistema GPS a l'enllaç L1. Aportem la descripció de l'arquitectura del maquinari, les especificacions i mesures de cada bloc i alguns resultats treballant amb dades GPS reals, tot establint un enllaç entre la teoria del processament de senyal i la seva implementació pràctica en el maquinari i la part ràdio definida pel programari (Software-Defined Radio, SDR).

Autor: ÚBEDA MIÑARRO BENITO.
Año: 2006.
Universidad: MURCIA [www.um.es].
Centro de lectura: FACULTAD DE INFORMÁTICA.
Centro de realización: FACULTAD DE INFORMÁTICA.

Resumen: El desarrollo de sistemas inteligentes de transporte (ITS) podemos decir que se inicia con la implantación de los primeros sistemas de radio ayuda a la navegación aérea y marítima, de los que son o han sido un exponente fundamental los sistemas VOR, ILS, RADAR y LORAN. La llegada de los sistemas de navegación global por satélite (GNSS) ha supuesto un auge en los servicios basados en localización (LBS) y sus extensión a todos los ámbitos del transporte (aéreo, marítimo y terrestre). La carrera hacia la unificación y estandarización de este tipo de sistemas solo se ha visto frenada ante el carácter militar de las dos constelaciones de actualmente operativas, el GPS y el GLONASS. Pero las cada vez mayores aplicaciones civiles, la necesidad de nuevas fuentes de financiación que contribuyan al caro mantenimiento de estos sistemas y la previsión de una nueva constelación de carácter civil, concretamente el sistema europeo, GALILEO, actualmente en fase de desarrollo, han permitido que los sistemas terrestres de radio ayuda a la navegación marítima y aérea de larga distancia hayan quedado en entredicho, entre otros factores por su elevado coste de mantenimiento e irregular cobertura. El resto de servicios de localización y guiado en navegación aérea y marítima, al menos desde un punto de vista técnico, también quedan en entredicho, vislumbrándose un futuro en el que el sistema primario de ayuda a la navegación sea un sensor GNSS multi-constelación (GPS+GALILEO+GLONASS) complementado con sensores inerciales para conseguir una alta integridad en aquellas aplicaciones donde se ponga en juego la vida de las personas ("Security of Life Applications". Las aplicaciones ITS que incumben al transporte terrestre han sido las ultimas en incorporar esta tecnología. Puede decirse, que con la eliminación del mecanismo de disponibilidad selectiva del GPS en el año 2000 por parte del Departamento de Defensa (DoD) de los EEUU se dio el pistoletazo de salida hacia la comercialización de receptores GPS, cada vez de menor tamaño y con mejores prestaciones. En el transporte por carretera, que es donde se ha centrado el trabajo de esta tesis, el desarrollo de navegadores que integran un sensor GNSSS, una base de datos GIS y un dispositivos de presentación, no ha sido mas que el comienzo en el desarrollo de aplicaciones basadas en localización, cada vez con requisitos mas exigentes. El trabajo desarrollado en esta tesis intenta de dar una visión unificada entre servicios, requisitos técnicos para su viabilidad y evaluación de la tecnología disponible (hardware y software) que permita su implantación con éxito. Se comienza evaluando y analizando las aportaciones que los sistemas de aumentación basados en satélite (SBAS), concretamente el EGNOS europeo, precursor del programa GNSS-2 o GALILEO, suponen en cuanto a la mejora de la disponibilidad, precisión e integridad de la señal en el espacio (SIS). Se analizan diferentes entornos, estáticos, quasi estáticos, circulación por ámbitos urbanos, por resto de carreteras, autovías y autopistas. Se estudia también las peculiaridades de los sistemas de comunicación empleados (GSM, GPRS, WIFI, etc.) así como los sistemas de información geográfica (GIS) y su integración y características. Se concluye la tesis con el desarrollo y estudio de viabilidad una aplicación de pago electrónico de peajes por uso de infraestructuras, ("Roadpricing") basada en el seguimiento de la trayectoria realizada por los vehículos mediante el empleo de sensores GNSS/EGNOS y conectividad mediante redes celulares GPRS/UMTS. Esta tesis, con un alto contenido de experimentación, ha dispuesto de d 8 iversos 370 sensores GNSS, de un coche para medidas de campo, de medios informáticos hardware y software así como de un laboratorio de electrónica donde diseñar, construir y verificar los diferentes dispositivos necesarios a bordo del vehículo.