Implementación de un sistema de posicionamiento GNSS diferencial para aplicación en vehículos de navegación autónoma

Abstract

RESUMEN: Los Sistemas Globales de Navegación Satelital (GNSS) proveen posicionamiento, velocidad y tiempo muy preciso alrededor del mundo, cada vez más tecnologías dependen del GNSS, desde sistemas críticos como la navegación aérea, marítima o terrestre, donde se requiere conocer la posición en todo momento, hasta en aplicaciones donde no se requiere navegación como en operaciones financieras donde se necesita un tiempo de referencia global y muy preciso. Sin embargo, estos sistemas son afectados por una serie de errores que afectan directamente el nivel de precisión que pueden alcanzar. Estos errores son producidos principalmente por perturbaciones y retrasos que sufre la señal producidos por a la ionosfera y troposfera en su camino del satélite al receptor GNSS, y dado que el principio de posicionamiento está basado en la medición del tiempo de viaje de la señal, cualquier retardo impacta directamente en la precisión de la posición, de esta manera el servicio estándar (SPS) tiene un margen de error alrededor de 10 metros aproximadamente, precisión que es muy baja para aplicaciones donde los requerimientos son muy exigentes como en la navegación autónoma. No obstante, existen técnicas más sofisticadas como las diferenciales que son capaces de mitigar en gran medida estos errores producidos por factores atmosféricos, con las que se puede alcanzar hasta un nivel de precisión del orden de centímetros. En este trabajo de tesis se analizan y se evalúan de manera física las principales técnicas de posicionamiento diferencial de área local LADGPS (Local Area Differential Global Positioning System) y RTK (Real Time Kinematics) y se comparan contra las técnicas estándar SPP (Stand-Alone Point Positioning) en una y en doble frecuencia L1 y L2. Adicionalmente se diseña y construye un vehículo autónomo de navegación satelital a través del cual se evalúa el desempeño en campo de cada técnica de posicionamiento diferencial, logrando resultados de navegación con un nivel de precisión centimétrico. ABSTRACT: The Global Navigation Satellite Systems (GNSS) provide positioning, speed and very accurate time around the world, more and more technologies depend on GNSS, from critical systems such as air, sea or land navigation, where it is required to know the position at all times, even in applications where navigation is not required as in financial operations where a global and very precise reference time is needed. However, these systems are affected by a series of errors that directly affect the level of accuracy they can achieve. These errors are mainly caused by disturbances and delays of the signal produced by the ionosphere and troposphere on its way from the satellite to the GNSS receiver, and since the positioning principle is based on the measurement of the time of travel of the signal, any delay directly impacts the accuracy of the position, which with the standard service (SPS) has a margin of error around 10 meters in horizontal plane, precision that is very low for applications where the requirements are very demanding as in autonomous navigation. However, there are more sophisticated techniques such as spreads that are able to greatly mitigate these errors produced by atmospheric factors, which can reach a level of accuracy of the order of a few centimeters. In this thesis, the main local area differential positioning techniques LADGPS (Local Area Differential Global Positioning System) and RTK (Real Time Kinematics) are physically tested as well as the standard SPP techniques (Stand-Alone). Point Positioning) in one and dual frequency L1 and L2, in addition, an autonomous satellite navigation vehicle is designed and built, through which the field performance of each technique is evaluated, managing to navigate with a level of centimetric precision.