An Outdoor Navigation System Using GPS
and Inertial Platform
INTRODUCCIÓN
La navegación en exteriores es un tema bastante variado y requiere de diferentes tipos de sistemas, ambientes y sensores.
Para hablar de la navegación en exteriores podemos tomar por ejemplo el un vehículo que viaja en un bosque o uno que hace una exploración de un estacionamiento, ambos ejemplos ocupan requisitos diferentes mas sin embargo ambos están en el exterior.
A pesar de que este entorno es bastante simple representa problemas muy distintos al estar en un interior. Esto es porque los sensores necesarios deben ser diferentes, como por ejemplo los sensores ultrasonicos no se pueden utilizar, ya que son afectados por diversos cambios climáticos, uno de ellos es la lluvia y/o el viento, ademas de que tienen muy poco alcance.
Al aire libre, el sistema de posicionamiento global es de mayor ayuda, ya que nos puede servir para proporcionar mayor información sin tener la necesidad de agregar otro tipo de dispositivos o puntos de referencia artificiales. Aunque por razones militares la precisión disponible fue degradada de modo que solo receptores diferenciales pueden utilizarse para la localización de entornos considerados.
Al utilizar GPS el procesamiento de datos es muy poco y su error es independiente de la distancia recorrida y de las posiciones de los obstáculos. El problema es para caracterizar el comportamiento de este sistema en diferentes situaciones y para adaptar la localización y los sistemas de navegación, esto para obtener los máximos beneficios de uso.
En el documento se analizo el sistema de localización implementado en un ATRV-Jr dentro de un estacionamiento que tiene un terreno robusto y no pavimentado, ademas de discutir la precisión de GPS. En efecto, este es el sensor más importante para los movimientos grandes en espacios abiertos, cuando ninguna otra referencia está disponible y su corto término de error afecta a la aplicación del sistema de navegación completo.El sistema de localización se basa en un filtro de Kalman extendido (EKF) y se describe dando énfasis a las peculiaridades derivadas de las características de los sensores empleados.DESEMPEÑO DE UN SISTEMA SIMPLE GPS
Un receptor GPS esta basado en señales, recibidas de varios satélites que no son geoestacionarios. Conocer la referencia geográfica de donde son enviados los mensajes, la posición de la antena y la hora del sistema GPS puede calcular si cuatro o mas pseudodistacnias están disponibles.
El receptor determina los retrasos a lo largo de los caminos de los satélites y su antena y por lo tanto los rangos a los satélites, Se puede decir que el proceso de medición esta dañado por el ruido y los fenómenos no modelados. Ademas de que el numero y la posición de los satélites disponibles cambian con el tiempo e influye dentro de la precisión del sistema.
Un receptor GPS también es capaz de proporcionar valores que caracterizan la precisión de la medida, tal como dilución de la precisión (DOP) y valores EPE.
Los valores de DOP son multiplicadores de error, esto porque no tiene en cuenta los retrasos de la propagación de la onda, por lo tanto no puede se utilizado como una medida de localización. Así que los receptores GPS utilizan a menudo otros indicadores de precisión generalmente llamados error estimado de posición o EPE.Se calcula utilizando información estadística de la propiedad de filtro utilizado en el receptor y por lo tanto no existe una definición general para EPE. Un error de frecuencia baja es notable si se considera posición absoluta, sino que está interesado en la precisión de la posición relativa en un tiempo bastante corto, esta parte puede ser descartado.
El GPS utiliza un chipset propio basado en el circuito de alto nivel integración para minimizar los requisitos de espacio y energía. Ademas de soportar operaciones pesadas y es resistente al agua.
A partir de estas consideraciones podemos concluir que la EPE y el número de acarreo de satélite, más o menos, la misma cantidad de información, por lo que utiliza este último para cambiar la matriz de covarianza de los GPS. Además, como el error absoluto varia lentamente, cada vez que se acercaba un rasgo entorno conocido, el error global se puede restablecer. Por esta razón, el algoritmo de localización utiliza el subsistema de GPS como un sensor de relación sin necesidad de una precisión absoluta fuerte.
PLATAFORMA DE INERCIA
La DMU-6X (ver Tabla VI) es una plataforma inercial 6-DOF diseñado para la medición general de la aceleración lineal y la velocidad angular en entornos dinámicos. La DMU-6X utiliza un procesador de señal digital de alto rendimiento para proporcionar salidas que son compensados por las fuentes de error determinístico dentro de la unidad. Compensaciones internas incluyen desplazamiento, factor de escala y alineación.
Los datos digitales se pueden adquirir desde un PC mediante un puerto serie, mientras que las salidas analógicas están plenamente compensados y están diseñados para conectarse directamente a los equipos de adquisición de datos.
Conclusiones (pdf)
La eliminación de la disponibilidad selectiva del GPS ha hecho localización disponible al aire libre incluso utilizando receptores de bajo costo.
*Desde mi punto de vista el trabajar con GPS para ubicar y/o localizar el área en donde se realizan los experimentos me parece bastante bien ya que tiende a ser mas preciso para áreas con relieves y con objetos que en determinado momento se encuentren en movimiento, como el caso del estacionamiento, seria de mucha ayuda el no solo trabajar con un solo tipo de sensor.. si no realizar diversos experimentos utilizando diferentes recursos, esto por que como se plantea en un inicio estamos al aire libre, y existen muchos diferentes tipos de entorno en los cuales puede resultar muy útil el combinar el GPS y algún otro sensor, sea proximidad, etc..
También otro punto importante es intentar realizarlo un poco mas remotamente y no tener que tener conectado directo nuestro experimento a la pc , esto para poder hacerlo un poco mas aplicable y que en cualquier momento el usuario tenga completo acceso a el.
A continuación anexo el link de donde se puede descargar el pdf de la investigación completo. En donde se añaden las tablas completas de los experimentos realizados, ademas de los autores que contribuyeron a su realización.
