{pt_PT=Navigation Systems Based On Single Pseudo-Range Measurements: Design and Experimental Evaluation} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=O tema central desta tese é a navegação apoiada em sistemas de base acústica que pressupõem a aquisição de uma só medida de distância. A dificuldade de se obter, com a precisão adequada, a velocidade do som, problema especialmente relevante em aplicações marinhas mas também noutras, como aeroespaciais, é tomada em conta através da consideração de que as medidas de distância obtidas pelo sistema estão afetadas por um fator multiplicativo desconhecido. A não linearidade do problema de navegação é contornada através da aumentação do número de estados do sistema. É mostrado que o sistema linear obtido através desta abordagem é observável e, consequentemente, um filtro de Kalman é utilizado de forma a obterem-se estimativas dos estados; estas apresentam erros com decaimento exponencialmente estável para todas as condições iniciais. Posteriormente, são efetuadas simulações, nas quais se considera a existência de ruído, com a finalidade de comparar a solução proposta com duas técnicas comuns de estimação não linear, nomeadamente os filtros de Kalman estendido e unscented. Os dois últimos apresentam desempenhos semelhantes à nova solução, mas são incapazes de o fazer para todas as condições iniciais. São também efetuadas Simulações de Monte Carlo que fornecem uma perceção mais aprofundada do comportamento de cada um dos processos de estimação. Finalmente, são executadas experiências num ambiente controlado de modo a comprovar a aplicabilidade da solução proposta. , en=This thesis refers to acoustic navigation systems based on single range measurements. The difficulty of accurately determining the speed of sound on the propagation medium, a matter of special relevance in sub aquatic and aeronautic applications, is addressed by considering that the range measurements acquired by the system are affected by an unknown multiplicative coefficient. The inherent nonlinear nature of the navigation problem is tackled by performing state augmentation. The discrete-time linear system obtained with this approach is shown to be observable and a Kalman filter is employed in order to obtain state estimates with globally exponentially stable error dynamics. Simulations, assuming noisy environments, are conducted to compare this solution with common nonlinear estimation techniques, namely the extended Kalman filter and the unscented Kalman filter. The latter are shown to obtain comparable results, but fail to provide global convergence guarantees. Monte Carlo simulations supply further insights on filtering performances. Finally, experiments in a controlled environment are carried out, attesting the applicability of the proposed solution.}

Discussão: janeiro 21, 2021, 9:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

AUTOR

João Manuel Lopes Agostinho Correia Franco (ist424996)

ORIENTADOR

Pedro Tiago Martins Batista

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar